JP2007508485A - 空気圧縮内燃機関 - Google Patents

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Abstract

本発明は、少なくとも１つのシリンダ、前記シリンダに内蔵され、ピストンと前記シリンダを覆うシリンダヘッド（１）とによって長手方向両端部が制限される１つの燃焼室を有する空気圧縮内燃機関に関する。前記シリンダヘッド（１）は、該シリンダヘッド長手方向中心軸を通る垂直面（１０）に対し２゜〜９゜の範囲の角度α又はβで統合された４つのガス交換弁、すなわち、２つの吸気弁（８、９）、及び２つの排気弁（１１、１２）を有する。この場合、ガス交換弁は、シリンダＤcylinderの３０〜４０％に匹敵する直径Ｄintake及び直径Ｄexhaustをそれぞれ有し、弁頭部の底部にそれぞれ配置されるガス交換弁及びそれらの各弁頭部（８ａ、９ａ、１１ａ、１２ａ）は、シリンダ壁から一定距離（２６、２７）離れる。最後に、シリンダ又はその弁頭部（８ａ、９ａ、１１ａ、１２ａ）に近いガス交換弁（８、９又は１１、１２）の間に配置される所定幅のウェブ（２８、２９）は、例えば片持ち梁の形の、燃焼室内に突出する部分（２６、２７）を有する。

Description

本発明は、シリンダクランクケース内に配置された少なくとも１つのシリンダ、シリンダ内に形成され、ピストンとシリンダを覆うシリンダヘッドとによって長手方向両端の範囲が定められる燃焼室を有し、シリンダヘッド内に、シリンダヘッド長手方向中心面に対し２゜〜９゜の範囲の弁角度に傾けられるようにそれぞれシリンダヘッド内に設置されるシリンダ当り４つのガス交換弁をも配備しており、ガス交換弁がそれぞれシリンダ径の３０％〜４０％である弁径を有し、ガス交換弁の、シリンダヘッドの基部に位置する、弁頭部がまたシリンダの範囲を定めるシリンダ壁から一定距離にある、空気圧縮内燃機関に関する。
このような種類の空気圧縮内燃機関は非特許文献１に記載されている。内燃機関は、シリンダ当り２つの吸気弁と２つの排気弁とを備えている。ここでは、シリンダヘッド内の吸気弁は、シリンダヘッド長手方向中心面の一方の側に配置され、排気弁は反対側に配置される。各ガス交換弁は、それがシリンダヘッド長手方向中心面に対して略２゜〜９゜の小弁角度だけ横方向外部に傾斜されるように配置される。シリンダ径により、ガス交換弁はシリンダ径の略３０％〜４０％の、弁頭部において測定された、弁径を有する。
さらに、内燃機関は、コモンレール噴射システムを備えており、その噴射装置は燃焼室内の中央に開口している。非特許文献１の報告書に規定されている機関特性値は、最適燃焼及び強度値を達成するのに空気圧縮内燃機関用の設計パラメータとして十分ではない。
MTZ MotortechnischeZeitschrift58(1997) 652〜659ページ
本発明は、ゆえに一般的な空気圧縮内燃機関用のこのような構造パラメータを規定することを目的とし、その構造パラメータを用いて、最適スワール、吸入特性、及び十分な機械的強度をも有する内燃機関の構造的構成を得ることが可能となる。
この目的は、請求項１で全体的に規定された特徴によって達成される。
シリンダ径の関数として、空気圧縮内燃機関用の、特に弁径を設定するための設計パラメータは、請求項１で定義された特徴によって規定され、その設計パラメータは、最適スワール及び吸入特性値の両方、及び許容可能な機械的負荷をも得ることに関し調和の取れた折衷となる。設計パラメータは、弁突出量、つまり、弁頭部の部分の燃焼室内への突出量を最適化することにも適している。その結果、ピストン基部内の過大な弁レリーフにつながり、燃焼に悪影響を及ぼす過度に大きな弁突出量と、シリンダヘッド内の大きな空間容積及び低い吸入量につながる過小の弁突出量との両者が回避される。
最後に、設計パラメータは個々のガス交換弁のシリンダ壁からの望ましい距離の設定につながるのでその結果生じるスワール及び吸入の挙動における欠点がない。
本発明の他の実施形態は従属項の主題である。
空気圧縮内燃機関の多シリンダヘッド用の本発明による構造的パラメータが、例として図で示されている。
図において、多シリンダ空気圧縮内燃機関用のシリンダヘッドハウジングは１で示される。シリンダヘッドハウジング１は、シリンダヘッド基部面２、２つの側壁３、４及びカバー面５で範囲が定められ、それにより弁機構を収容する制御空間６が提供される。
シリンダヘッド基部面２の一部は、シリンダクランクケース（図示せず）内のシリンダを覆う燃焼室部分７を形成する。図２において、燃焼室部分７は、シリンダ径「Ｄcylinder」に対応する円で範囲が定められる。内燃機関は、シリンダ当り４つのガス交換弁を有し、それらのガス交換弁は、２つの吸気弁８及び９がシリンダヘッド長手方向中心軸を通る垂直面１０の左手に位置決めされ、２つの排気弁１１及び１２が中心面１０の右手に位置決めされるように燃焼室部分７内に配置される。吸気弁８及び９は、それぞれの弁頭部８ａ及び９ａによって、吸気弁開口部１３及び１４を制御し、それらの開口部１３及び１４から対応する吸気ダクト１５及び１６が側壁３の方向に延びている。同じように、排気弁１１及び１２は、それぞれの弁頭部１１ａ及び１２ａによって、排気弁開口部１７及び１８を制御し、それらの排気弁開口部１７及び１８から排気ダクト１９及び２０が側壁４の方向に延び、シリンダヘッドを貫通する。
燃焼室内に燃料、特にディーゼル燃料を直接噴射する噴射装置を収容する中央に設けられた開口部２１、及びグロープラグ用の穴２２は、燃焼室部分７の範囲のシリンダヘッド基部内に提供される。
吸気弁８、９は吸気側カムシャフト２３によって制御され、排気弁１１、１２は排気側カムシャフト２４によって制御され、それぞれロッカーアーム２５がそれらの間に配置されている。
両カムシャフト２３及び２４が、シリンダヘッドハウジング２内に収容できるように、ガス交換弁は、Ｖ状にシリンダヘッド長手方向中心軸を通る垂直面１０に対し傾けられるように配置される。
ここでは、吸気弁８、９は略２゜〜９゜の弁角度αに傾けられ、排気弁１１、１２も同様に２゜〜９゜の弁角度βに傾けられる。本発明によれば、異なる弁角度も考えられる。ガス交換弁の傾斜配置の結果、シリンダヘッド基部に形成された吸気弁開口部１３、１４及び排気弁開口部１５、１６も同様に傾斜配置となる。その結果、燃焼、スワール及び吸入特性値への影響がある空間容積を燃焼室構成内に構成する、ポケット状凹所が、垂直面１０に近い個々の弁開口部のこれらの部分に造られる。
さらに、Ｖ状弁配置の結果、弁頭部８ａ、９ａ及び１１ａ、１２ａの横方向外部に位置する部分は、燃焼室の方向に突出量Ｕintake２６及びＵexhaust２７を有する。弁頭部における前記突出量は、シリンダ壁からの距離Ａintake３０及びＡexhaust３１と同様に内燃機関のスワール及び吸入特性値への影響がある。
シリンダヘッドの機械的強度に関し、ガス交換弁の直径とガス交換弁間のウェブの幅との関係は重要な要因である。図２において、吸気弁８、９間のウェブの幅は２８で示され、排気弁１１、１２間のウェブの幅は２９で示される。
シリンダ当り４つのガス交換弁を有する直噴式内燃機関に対する、燃焼室の構成に関し、ガス交換の最適スワール及び吸入特性値と、同時に機械的強度との最適値は、次の設計パラメータが組み込まれる場合に得られる：
吸気弁径Ｄintake＝シリンダ径Ｄcylinderの３４％〜３６％；
排気弁径Ｄexhaust＝シリンダ径Ｄcylinderの３０％〜３２％；
弁角度α又はβ＝４゜〜７゜；
シリンダ壁からのガス交換弁の弁頭部の距離＝１．５ｍｍ〜２．０ｍｍ；
シリンダヘッド基部面からの最大突出量Ｕintake及びＵexhaust＝０．１ｍｍ〜０．７ｍｍ。
図２の線Ｉ−Ｉに沿ったシリンダヘッド断面図を示す。 シリンダヘッド基部から見たシリンダヘッドを示す。

Claims (7)

  1. シリンダクランクケース内に配置された少なくとも１つのシリンダ、シリンダ内に形成され、ピストンとシリンダを覆うシリンダヘッド（１）とによってその長手方向両端部において範囲が定められる燃焼室を有し、シリンダヘッド長手方向中心軸を通る面（１０）に対し２゜〜９゜の範囲の弁角度α及びβにそれぞれ傾けられるようにそれぞれ前記シリンダヘッド（１）内に設置されるシリンダ当り４つのガス交換弁（吸気弁８、９及び排気弁１１、１２）を前記シリンダヘッド（１）内に配置している空気圧縮内燃機関において、
    前記ガス交換弁がそれぞれ、シリンダ径Ｄcylinderの３０％〜４０％である弁径Ｄintake及びＤexhaustを有し、前記ガス交換弁の、前記シリンダヘッドの基部に位置する、弁頭部（８ａ、９ａ、１１ａ、１２ａ）がまた前記シリンダの範囲を定めるシリンダ壁から一定距離（３０、３１）にあり、所定幅のウェブ（２８、２９）がシリンダの隣接ガス交換弁間に追加的に提供され、最後に前記ガス交換弁の全ての弁頭部（８ａ、９ａ、１１ａ、１２ａ）の部分が突出量（２６、２７）だけ前記燃焼室内に突出している空気圧縮内燃機関。
  2. 前記シリンダ径Ｄcylinderに対する前記ガス交換弁径Ｄintake及びＤexhaustの比が前記シリンダ径Ｄcylinderの３０％〜３６％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮内燃機関。
  3. 前記シリンダ径Ｄcylinderに対する前記吸気弁径Ｄintakeの比が、前記シリンダ径Ｄcylinderの３４％〜３６％の範囲であり、前記排気弁径Ｄexhaustは、３０％〜３２％の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の空気圧縮内燃機関。
  4. 前記シリンダ壁からの前記ガス交換弁（８、９、１１、１２）の距離が１．５ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮内燃機関。
  5. 前記吸気弁（８、９）間の前記ウェブ（２８）が少なくとも５ｍｍの幅を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気圧縮内燃機関。
  6. 前記排気弁（１１、１２）間の前記ウェブ（２９）が少なくとも７ｍｍの幅を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気圧縮内燃機関。
  7. 前記燃焼室内に突出する前記弁頭部（８ａ、９ａ、１１ａ、１２ａ）のこれらの部分の突出量（２６、２７）が０．１ｍｍ〜０．７ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の空気圧縮内燃機関。
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