JP2004218438A

JP2004218438A - 火花点火式内燃機関の燃焼室構造

Info

Publication number: JP2004218438A
Application number: JP2003003146A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Terachi; 淳寺地; Yutaka Matayoshi; 豊又吉; Sakiko Takahashi; 咲子高橋
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】内燃機関の出力を維持しつつ小型化を図る。
【解決手段】２つの吸気バルブリフタ４及び２つの排気バルブリフタ５の中心軸ＯＬを、それぞれ吸気バルブ６，排気バルブ７のバルブステム６ａ，７ａの中心軸Ｏｓに対し、同種バルブの並び方向に接近させて配置し、これにより、バルブステム中心軸より燃焼室中心Ｏｃ寄りにオフセットされるように配置する。これにより、バルブ位置を変えることなくヘッドボルト１０をシフトすることができるため、バルブ径を小さくする必要がなく、出力を確保しつつ小型化することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガソリン機関など火花点火式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリン機関の一例として、シリンダヘッド中心からシリンダ軸と平行に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えると共に、この燃料噴射弁に隣接した位置に点火プラグを配置し、前記燃料噴射弁が部分負荷時に圧縮行程後期で燃料を噴射し、高効率な燃焼を実現するものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−４２３５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記先行技術では、内燃機関の形状が小さくなった場合、ヘッドボルトとバルブリフタが干渉するため吸気バルブ間および排気バルブ間を小さくしなければならず、かつ、そのためには筒内中心に点火プラグおよび燃料噴射弁を具備しているので、バルブ径を小さくする必要が生じる。しかしながら、バルブ径を小さくすることは吸気効率または排気効率を著しく落とすことになり、内燃機関の出力悪化につながる。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、各部品のレイアウトを工夫することにより、バルブ径を小さくすることなく内燃機関形状を小さくできるようにした内燃機関の燃焼室構造を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、内燃機関の気筒毎に複数ずつ備えられた同種のバルブに対し、該バルブを駆動する少なくとも１つのバルブリフタの中心軸を、該バルブリフタで駆動されるバルブのバルブステム中心軸より燃焼室中心寄りにオフセットして配置した構成とする。
【０００７】
このようにすれば、バルブリフタを燃焼室中心に偏心させることにより、バルブリフタとヘッドボルトとの干渉を抑制することが可能となり、複数の同種バルブ間を狭めてバルブ径を小さくする必要がないので、出力を確保しつつ機関を小型化できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
図１は、一実施形態の直動式動弁機構の構成を示す。
【０００９】
シリンダヘッド１は、燃焼室Ｃを取り囲む４箇所をヘッドボルト１０により図示しないシリンダブロックに固定される。該シリンダヘッド１の上面には、吸気カムシャフト２，排気カムシャフト３が備えられ、これら吸気カムシャフト２，排気カムシャフト３に形成された各カムが、吸気バルブリフタ４，排気バルブリフタ５に係合する。そして、バルブスプリング８，９により閉弁方向に付勢された吸気バルブ６，排気バルブ７が、前記各カムの回転により図示しないシリンダブロック内のリフタガイド部１１に沿って上下動し、開閉駆動される。
【００１０】
ここで、前記吸気バルブ６，排気バルブ７は、気筒毎に２個ずつ備えられ、これに応じて吸気バルブリフタ４，排気バルブリフタ５と吸気バルブスプリング８，排気バルブスプリング９も２個ずつ備えられる。
【００１１】
そして、本実施形態では、前記２つの吸気バルブリフタ４及び２つの排気バルブリフタ５の中心軸ＯＬを、それぞれ吸気バルブ６，排気バルブ７のバルブステム６ａ，７ａの中心軸Ｏｓに対し、同種バルブの並び方向に接近させて配置し、これにより、バルブステム中心軸より燃焼室中心Ｏｃ寄りにオフセットされるように配置する。
【００１２】
また、吸気バルブリフタ４及び２つの排気バルブリフタ５のバルブステム６ａ，７ａと接触する内座面を、該バルブステム６ａ，７ａの中心軸周りにバルブリフタ４，５が回転可能な大きさに形成する。
【００１３】
また、図１（Ｃ）に示すように、カムシャフト２，３の中心Ｏｉ，Ｏｅが、該カムシャフト２，３に係合するバルブリフタ４，５の中心ＯＬを通ってバルブステム６ａ，７ａの中心軸と平行な線の上に位置するように配置する。
【００１４】
図２は、本実施形態による小型化を示す。
図示左側に示す大きさの機関を小型化するため、図示右側に示すように同種バルブを挟む２つのヘッドボルト１０を接近させると、これらヘッドボルト１０とその間にある２つのバルブリフタ４（または５、以下４で代表）との干渉を避けるため、２つのバルブリフタ４同士も接近して配置しなければならない。従来は、既述したように該２つのバルブリフタ４の配置に応じて該バルブリフタで駆動されるバルブ同士も接近させて配置したため、バルブ同士の干渉をさけるためには、バルブ径を小さくしなければならず、出力確保のためには小型化は適わなかった。
【００１５】
しかし、本実施形態では図２右側に示すように、同種バルブを駆動する２つのバルブリフタ４の中心軸ＯＬを、該バルブリフタ４に係合するバルブステム中心軸Ｏｓより同種バルブの並び方向に接近させて燃焼室中心Ｏｃ寄りにオフセットさせることにより、バルブ位置を変えることなくヘッドボルト１０をシフトすることができるため、バルブ径を小さくする必要がなく、出力を確保しつつ小型化することができる。
【００１６】
また、本実施形態では同種のバルブを駆動する２つのバルブリフタの中心軸ＯＬを、同種の２つのバルブの並び方向（多気筒機関では気筒配列方向）に近づけて燃焼室中心Ｏｃ寄りにオフセットさせたものを示したが、図３に示すように、バルブリフタの中心軸ＯＬをバルブステム中心軸Ｏｓと燃焼室中心Ｏｃとを結ぶ方向で燃焼室中心Ｏｃ側に近づけたもの、および、図４に示すように、バルブリフタの中心軸ＯＬを同種の２つのバルブの並び方向と直角な方向で燃焼室中心Ｏｃ側に近づけたもの、バルブステム中心軸Ｏｓより燃焼室中心Ｏｃ寄りにオフセットされるので、同様の効果が得られる。
【００１７】
図５は、バルブスプリングとの好適な配置関係を説明するための図である。
（Ａ）は、バルブスプリング８（または９、以下８で代表）の中心軸ＯＢをバルブステム６ａ（または７ａ、以下６ａで代表）の中心軸Ｏｓと同心に配置した場合を示し、（Ｂ）は、バルブスプリング８の中心軸ＯＢをバルブリフタ４（または５、以下４で代表）の中心軸ＯＬと同心に配置した場合を示す。
【００１８】
（Ａ）においてはバルブスプリング８が回転することにより、バルブステム６ａが回転可能となる。またバルブステム６ａの回転力はバルブリフタ４に伝わる。ここで、既述したようにバルブリフタ４のバルブステム６ａと接触する内座面を、該バルブステム６ａの中心軸周りにバルブリフタ４が回転可能な大きさに形成されているので、バルブリフタ４も同時に回転する。この効果により、バルブリフタ４にかかる応力を集中を抑制することが可能となる。
【００１９】
しかしながら（Ｂ）においてはバルブスプリング８が回転するとバルブ６がバルブリフタ４を中心に回転することになるが、バルブ６はバルブリフタ４と偏心して装着されてバルブリフタ４を中心に回転することはできない構造のため、バルブスプリング８は回転することなく固定される。したがって、バルブリフタ４も回転しない機構となるため、バルブリフタ４に偏った応力が集中し、バルブスプリング８およびバルブリフタ４のロック現象を招きやすく、また、バルブリフタ４、リフタガイド部１１の耐久性を損ねる構造となる。したがって、（Ａ）のように、バルブステムとバルブスプリングとを同心とし、これらに対してバルブリフタを偏心して配置する構成とするのがよい。
【００２０】
図６は、シリンダヘッド中心近傍に燃料噴射弁１２を配置し、該燃料噴射弁１２に隣接するように点火栓１３を配置した筒内直接噴射式火花点火機関に適用した実施形態の構成を示す。
【００２１】
このものでは、排気側に点火栓１３が配置されるため、排気バルブ７は燃焼室の外側寄りに配置する必要が生じる。しかしながら排気バルブ７をシリンダ外側へ配設するためにはバルブリフタ５をも外側寄りに配置する必要が生じ、ヘッドボルト１０との干渉を避けるため機関形状を大きくする必要が生じる。そこで、本発明を適用してバルブリフタ５の中心軸と排気バルブ７の中心を偏心することによりバルブリフタ５を外側寄りにする必要がなくなり、機関形状を大きくすることなく筒内直接噴射式火花点火機関を構成することが可能となる。
【００２２】
なお、以上の実施形態では、２個ずつの同種バルブの両方を対称的にオフセットする構成としたが、１つのバルブをオフセットするだけでもバルブ径を維持しつつ機関を小型化できる効果が得られる。
【００２３】
また、前記カムシャフトの中心が、該カムシャフトに係合するバルブリフタの中心を通ってバルブステムの中心軸と平行な線の上に位置するようにしたことにより、バルブリフタからバルブに掛かる力をバルブ可動方向に水平に伝えることが可能となり、バルブの安定した作動をすることが可能となる。
【００２４】
また、バルブリフタのバルブステムと接触する内座面を、該バルブステムの中心軸周りにバルブリフタが回転可能な大きさに形成したことにより、バルブリフタが回転した場合でも前記内座面からバルブステムが外れたりすることなく安定したバルブ作動が可能となる。
【００２５】
また、バルブリフタ中心軸に対して中心軸がオフセットされるバルブステムに装着されるバルブスプリングを、該バルブステム中心軸と同心に配置したことにより、バルブリフタが偏心していてもバルブスプリングの回転運動に伴い、バルブリフタを回転させることができ、その結果バルブリフタへの応力の偏りを回避することが可能となり、安定したバルブ作動が可能となる。
【００２６】
また、燃焼室中心近傍に筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、該燃料噴射弁に隣接させて点火栓を配設し、該点火栓に近い側の複数の同種バルブを駆動するバルブリフタを燃焼室中心寄りにオフセットしたものでは、バルブリフタを燃焼室中心に偏心する必要が生じた場合も、バルブと点火栓の干渉を防ぐことが可能となり、内燃機関の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成図。
【図２】第１の実施形態による小型化を従来と比較して示した図。
【図３】本発明の第２の実施形態の構成図。
【図４】本発明の第３の実施形態の構成図。
【図５】バルブスプリングの好適な設置例を好ましくない設置例と比較して示した図。
【図６】本発明の第４の実施形態の構成図。
【符号の説明】
１…シリンダヘッド２…吸気カムシャフト３…排気カムシャフト
４…吸気バルブリフタ５…排気バルブリフタ６…吸気バルブ
７…排気バルブ８…吸気バルブスプリング９… 排気バルブスプリング
１０…ヘッドボルト６ａ，７ａ…バルブステム１２…燃料噴射弁
１３…点火栓

Claims

カムシャフトに係合するバルブリフタとバルブスプリングとにより開閉駆動される吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の同種バルブを、気筒毎に複数ずつ備えた火花点火式内燃機関の燃焼室構造であって、
前記複数の同種バルブを駆動する少なくとも１つのバルブリフタの中心軸を、該バルブリフタで駆動されるバルブのバルブステム中心軸より燃焼室中心寄りにオフセットして配置したことを特徴とする火花点火式内燃機関の燃焼室構造。
前記バルブリフタの中心軸を、前記同種バルブの並び方向に近づけて、バルブステム中心軸より燃焼室中心寄りにオフセットしたことを特徴とする請求項１に記載の火花点火式内燃機関の燃焼室構造。
前記バルブリフタの中心軸を、前記同種バルブの並び方向と直角な方向で燃焼室中心側に近づけて、バルブステム中心軸より燃焼室中心寄りにオフセットしたことを特徴とする請求項１に記載の火花点火式内燃機関の燃焼室構造。
前記バルブリフタの中心軸を、前記バルブステム中心軸と燃焼室中心とを結ぶ方向で燃焼室中心側に近づけて、バルブステム中心軸より燃焼室中心寄りにオフセットしたことを特徴とする請求項１に記載の火花点火式内燃機関の燃焼室構造。
前記カムシャフトの中心が、該カムシャフトに係合するバルブリフタの中心を通ってバルブステムの中心軸と平行な線の上に位置するようにしたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の火花点火式内燃機関の燃焼室構造。
前記バルブリフタの前記バルブステムと接触する内座面を、該バルブステムの中心軸周りにバルブリフタが回転可能な大きさに形成したことを特徴とする請求項５に記載の火花点火式内燃機関の燃焼室構造。
前記バルブリフタ中心軸に対して中心軸がオフセットされるバルブステムに装着されるバルブスプリングを、該バルブステム中心軸と同心に配置したことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の火花点火式内燃機関の燃焼室構造。
燃焼室中心近傍に筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、該燃料噴射弁に隣接させて点火栓を配設し、該点火栓に近い側の複数の同種バルブを駆動するバルブリフタを燃焼室中心寄りにオフセットしたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の火花点火式内燃機関の燃焼室構造。