JP2008002385A - バルブシート構造及び内燃機関の吸気ポート構造 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室内にガス流動を安定して形成することができるバルブシート及び吸気ポート構造を提供する。
【解決手段】バルブシート３０は、シリンダヘッド１に固定され、吸気バルブ２０がシートリング３１に着座することによって吸気をシールする。このバルブシート３０は、シートリング３１の円周面の一部に突出形成され、吸気ポート１０内を流れる吸気を偏向して剥離する偏向面３２ｂを有する気流制御手段３２を備える。そのため、吸気ポート１０が型ずれ等によってずれた場合であっても、吸気を剥離する位置を常に一定にすることができ、燃焼室２の内部に安定してガス流動を形成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、バルブシート構造及び内燃機関の吸気ポート構造に関する。

車両の内燃機関において、燃料の燃焼性能を改善するため、燃焼室内へ流入する吸気によってタンブル流等のガス流動を発生させる技術が広く知られている。

特許文献１に記載の内燃機関では、バルブシート近傍の吸気ポート下側内壁にエッジ部を形成し、このエッジ部によって吸気ポートの下側内壁に沿って流れる吸気を剥離して、吸気ポート下側を流れる吸気の流速を弱めて燃焼室内にタンブル流を形成する。
特開平１１−１４８３６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の内燃機関の吸気ポートでは、シリンダヘッドを鋳造した後にバルブシートを圧入してスロート加工するため、鋳造時の型ずれ等の影響で吸気ポートとバルブシートとの位置関係にばらつきが生じることがある。そのため、吸気ポートの下側に形成されたエッジ部の位置がばらつき、燃焼室内にタンブル流を安定して形成することができないという問題がある。

そこで、本発明は、燃焼室内にガス流動を安定して形成することができるバルブシート及び吸気ポート構造を提供することを目的とする。

本発明のバルブシート（３０）は、シリンダヘッド（１）に固定され、吸気バルブ（２０）がシートリング（３１）に着座することによって吸気をシールする。このバルブシート（３０）は、シートリング（３１）の円周面の一部に突出形成され、吸気ポート（１０）内を流れる吸気を偏向して剥離する偏向面（３２ｂ）を有する気流制御手段（突起部）を備える。

本発明によれば、バルブシートのシートリングに形成した気流制御手段の偏向面によって吸気ポートの下側壁面を沿って流れる吸気を強制的に剥離する。そのため、吸気ポートが型ずれ等によってずれた場合であっても、吸気を剥離する位置を常に一定にすることができ、燃焼室内に安定してガス流動を形成することが可能となる。

（第１実施形態）
以下、図を参照して本発明の第１実施形態を説明する。

図１は、第１実施形態に係る内燃機関の吸気系を示す概略図である。また、図２は、第１実施形態に係るバルブシートを示す。

図１に示すように、内燃機関１００の吸気系は、シリンダヘッド１及び吸気ポート１０を備える。この内燃機関１００は、１つの気筒に対して２つの吸気ポート１０を有しており、後述する吸気バルブ２０も吸気ポート１０ごとに設置されている。

シリンダヘッド１は、図示しないシリンダブロックとピストンとによって燃焼室２を形成する。シリンダヘッド１の一側面には、吸気ポート１０が形成される。また、吸気ポート１０上側のシリンダヘッド１には、吸気バルブ２０を摺動可能に支持するバルブガイド２３が設置されている。

吸気ポート１０は、図示しない吸気マニホールドと燃焼室２とを連通し、吸気マニホールドと接続する上流側から開口部１１に吸気を流す。この吸気ポート１０の開口部１１には、バルブシート３０が圧入によって固定されている。

吸気バルブ２０はバルブステム２１とバルブヘッド２２とを備える。吸気バルブ２０は図示しないピストンの往復動に応じて作動し、吸気バルブ２０のバルブステム２１がバルブガイド２３に対して摺動する。そして、吸気バルブ２０のバルブヘッド２２が、バルブシート３０に対して、その下面側から離着座することによって吸気ポート１０を開閉する。

バルブシート３０は、図２に示すように、円環状のシートリング３１と吸気を剥離する突起部３２とを備える。

シートリング３１は、吸気ポート１０の内径と略同程度の内径を有し、上端面３１ａの一部につば状の突起部３２を形成する。突起部３２は、シートリング３１の内径と略同一の曲率を有する円弧形状の突起であり、内径面３２ａと偏向面３２ｂとを備える。この突起部３２の上端面となる偏向面３２ｂは、吸気ポート１０の下側壁面１０ａに配置され、下側壁面１０ａに沿って流れる吸気を偏向するとともに吸気ポート１０の壁面から剥離する。

ここで、比較のために、燃焼室２内にタンブル流を発生させる従来の吸気ポート構造を図８に示す。図８（Ａ）は従来のバルブシート６０を示し、図８（Ｂ）は従来の吸気ポート構造での吸気流れを示す。

図８（Ａ）に示すように、従来のバルブシート６０は円環状のシートリング６１を有しているのみで突起等は形成されていない。このバルブシート６０は、図８（Ｂ）に示すように、吸気ポート１０の開口部１１に圧入によって固定されている。

このような従来吸気ポート構造では、燃焼室２内にタンブル流を形成させるために、バルブシート６０近傍の吸気ポート１０の下側内壁に、吸気を剥離するためのエッジ部Ｅを形成する。吸気ポート１０の下側壁面１０ａは、エッジ部Ｅを境として急激に下方へ傾斜するため、吸気ポート１０の下側壁面１０ａに沿って上流から下流に流れる吸気は、Ｃに示すように、エッジ部Ｅで剥離されて渦流を形成する。この渦流は、吸気ポート１０下側の吸気流れを阻害するため、吸気ポート１０下側の吸気流量が吸気ポート１０上側の吸気流量よりも減少し、この流量差によって燃焼室２内にタンブル流が形成される。

このように吸気を剥離するエッジ部Ｅは、バルブシート６０を吸気ポートに圧入した後にスロート加工するときに形成されるが、図８（Ｂ）の破線に示すように、シリンダヘッド１の鋳造時に吸気ポート１０の型ずれが生じた場合には、エッジ部Ｅの位置がずれて形成されてしまうことがある。このようにエッジ部Ｅの位置がエッジ部Ｅ’にずれると、Ｃ’に示すように、吸気ポート１０の下側壁面１０ａに沿って流れる吸気が剥離される位置もずれてしまう。吸気の剥離位置がずれると、燃焼室２内に流入する吸気の流入状態が変化してしまい、燃焼室２内に生じるタンブル流を安定して形成することができないという問題がある。

そこで、第１実施形態では、バルブシート３０に吸気を剥離するための剥離面３２ｂを備えた突起部３２を形成することによって、吸気ポートが型ずれなどによってずれた場合であっても、吸気を剥離する位置が常に一定になるようにして燃焼室２内に安定してタンブル流を形成する。

本発明の第１実施形態の作用について図３に基づいて説明する。

図３は、第１実施形態における吸気ポート１０内の吸気流れを示す概略図である。矢印は吸気流れを示し、Ａは吸気ポート１０の上側を流れて燃焼室２に流入する吸気を、Ｂは吸気ポート１０の下側を流れて燃焼室２に流入する吸気を示す。また、Ｃは吸気ポート１０の下側壁面１０ａに沿って流れる吸気を示す。

図３に示すように、バルブシート３０は吸気ポート１０の開口部１１に圧入によって固定されおり、突起部３２が吸気ポート１０の下側に位置するように配置される。

このような吸気ポート構造において、図示しない吸気マニホールドから流入した吸気は、吸気ポート１０の上流から開口部１１の下流に流れ、バルブヘッド２２とバルブシート３０との隙間から燃焼室２内に流入する。

吸気ポート１０の下側壁面１０ａに沿って流れる吸気は、Ｃに示すように、バルブシート３０の突起部３２の偏向面３２ｂに突き当たり、吸気ポート１０の下側壁面１０ａから強制的に剥離され渦流となる。この渦流によって、吸気ポート１０の下側を流れる吸気の流速が阻害されて、Ｂに示すように、吸気ポート１０の下側を流れる吸気の吸気流量が上側を流れる吸気の吸気流量よりも減少する。そして、この吸気流量差によって、燃焼室２内にタンブル流を形成することができる。

以上により、第１実施形態に係るバルブシート３０は下記の効果を得ることができる。

本発明によれば、バルブシート３０に形成した突起部３２上端の偏向面３２ｂによって吸気ポート１０の下側壁面１０ａを沿って流れる吸気を強制的に剥離する。そのため、吸気ポート１０が型ずれ等によってずれた場合であっても、吸気を剥離する位置を常に一定にすることができ、燃焼室２内に安定してタンブル流を形成することが可能となる。

（第２実施形態）
図４は、バルブシートの第２実施形態を示す概略図である。

バルブシート４０の構成は、第１の実施形態と基本構成はほぼ同様であるが、突起部４２の構成において一部相違する。つまり、突起部４２は、突起部４２の中央部から徐々に突起高さが低くなるようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。

図４（Ａ）はバルブシート４０の斜視図であり、図４（Ｂ）はバルブシート４０の正面図である。また、図４（Ｃ）は、バルブシート４０の側面図である。

バルブシート４０は、図４（Ａ）に示すように、円環状のシートリング４１と、吸気を剥離する突起部４２とを備える。

シートリング４１は、吸気ポート１０の内径と略同程度の内径を有し、上端面４１ａの一部に突起部４２を形成する。

突起部４２は、図４（Ｂ）に示す通り、その中央部が最も突起高さが高く、中央部から離れるにつれて徐々に突起高さが低くなるように形成されている。また、突起部４２は、図４（Ｃ）に示すように、内側の内径面４２ａと、上端の偏向面４２ｂと、外側の外径面４２ｃとを備える。内径面４２ａはシートリング４１の内径と略同一の曲率を有しており、外径面４２ｃはリング４１の外径よりも僅かに小さい曲率を有している。また、偏向面４２ｂは、径方向内側から外側に向けて突起高さが低くなるように傾斜している。この偏向面４２ｂは、吸気ポート１０の下側壁面１０ａに沿って流れる吸気を偏向するとともに吸気ポート１０の壁面から剥離する。

第２実施形態の作用について図５（Ａ）に基づいて説明する。

図５（Ａ）は、吸気ポート１０内の吸気流れを示す。矢印は吸気流れを示し、Ａは吸気ポート１０の上側を流れて燃焼室２に流入する吸気を、Ｂは吸気ポート１０の下側を流れて燃焼室２に流入する吸気を示す。また、Ｃは吸気ポート１０の下側壁面１０ａに沿って流れる吸気を示す。

図５（Ａ）に示すように、バルブシート４０は吸気ポート１０の開口部１１に圧入によって固定される。また、バルブシート４０の突起部４２は、吸気ポート１０の下側壁面１０ａから突出するように配置される。

このような吸気ポート構造において、図示しない吸気マニホールドから流入した吸気は、吸気ポート１０の上流から開口部１１の下流に向けて流れ、バルブヘッド２２とバルブシート３０との隙間から燃焼室２内に流入する。

吸気ポート１０の下側壁面１０ａに沿って流れる吸気は、Ｃに示すように、バルブシート４０の突起部４２の偏向面４２ｂと外径面４２ｃに突き当たり、下側壁面１０ａから強制的に剥離される。また、偏向面４２ｂは吸気ポート１０の上流側に対して傾斜するように突起部４２に形成されているため、偏向部４２ｂに吹き当たる吸気の流れを吸気ポート１０の上側に向かう流れに偏向して剥離する。そのため、Ｂに示すように、吸気ポート１０の下側を流れる吸気の吸気流量を減少させて、燃焼室２内に吸気のタンブル流が形成される。

図５（Ｂ）は、燃焼室２をシリンダヘッド１の上方側から見たときの吸気ポート１０内の吸気流れを示す。矢印は吸気流れを示し、Ｄは吸気ポート１０内の下側を流れる吸気を示す。

図５（Ｂ）に示すように、バルブシート４０は、突起高さが最も高くなる突起部４２の中央部がバルブステム２１の軸心を吸気流れ方向に通る直線上に位置するように吸気ポート１０に配置される。また、突起部４２の突起高さは中央部から徐々に低くなるように形成されている。そのため、Ｄに示すように、バルブシート４０の突起部４２を通過する吸気は、吸気バルブ１０のバルブステム２１を避けるようにして流れ、燃焼室２内に吸入される。したがって、吸気がバルブステム２１に吹き当たることによって吸気流量が低減することが抑制される。

以上により、第２実施形態に係るバルブシート４０は下記の効果を得ることができる。

本発明によれば、バルブシート４０の突起部４２を吸気ポート１０の下側壁面１０ａから突出するように形成するため、偏向面４２ｂ及び外径面４２ｃによって吸気ポート１０の下側壁面１０ａを沿って流れる吸気を偏向して剥離することができる。そのため、吸気ポート１０が型ずれ等によってずれた場合であっても、吸気を剥離する位置を常に一定にすることができ、燃焼室２内に安定してタンブル流を形成することが可能となる。

また、バルブシート４０の突起部４２は、その中央部の突起高さを最も高く、中央部から離れるにつれて突起高さが低くなるようにしたため、突起部４２を通過した後の吸気のバルブステム２１に突き当たりが抑制され、吸気流量の低減が抑制されて、燃焼室２内に生じるタンブル流のさらなる強化を図ることが可能となる。

（第３実施形態）
図６は、バルブシートの第３実施形態を示す概略図である。

バルブシート５０の構成は、第１の実施形態と基本構成はほぼ同様であるが、突起部５２の構成において一部相違する。つまり、突起部５２の上端面が一端から他端に向けて連続的に傾斜するようにしたもので、以下にその違点を中心に説明する。

図６（Ａ）はバルブシート５０の斜視図であり、図６（Ｂ）はバルブシート５０の正面図である。また、図６（Ｃ）は、バルブシート５０の側面図である。

バルブシート５０は、図６（Ａ）に示すように、円環状のシートリング５１と、吸気を剥離する突起部５２とを備える。シートリング５１は、吸気ポート１０の内径と略同程度の内径を有し、上端面５１ａの一部に円弧状の突起部５２を形成する。

突起部５２は、図６（Ｂ）に示すように、内径面５２ａと偏向面５２ｂとを備える。

突起部５２の内径面５２ａは、シートリング５１の内径と略同一の曲率を有している。また、突起部５２の偏向面５２ｂは、周方向に所定の傾きをもって傾斜するように形成されており、吸気ポート１０の下側壁面１０ａに沿って流れる吸気を偏向するとともに吸気ポート１０の壁面から剥離する。

本発明の第３実施形態の作用について図７に基づいて説明する。

図７（Ａ）は、吸気ポート１０内の吸気流れを示す。矢印は吸気流れを示し、Ａは吸気ポート１０の上側を流れて燃焼室２に流入する吸気を、Ｂは吸気ポート１０の下側を流れて燃焼室２に流入する吸気を示す。また、Ｃは吸気ポート１０の下側壁面１０ａに沿って流れる吸気を示す。

図７（Ａ）に示すように、バルブシート５０は吸気ポート１０の開口部１１に圧入によって固定される。また、バルブシート５０は、その突起部５２が吸気ポート１０の下側に位置するように配置される。

このような吸気ポート構造において、図示しない吸気マニホールドから流入した吸気は、吸気ポート１０の上流から開口部１１の下流に流れ、バルブヘッド２２とバルブシート３０との隙間から燃焼室２内に流入する。

吸気ポート１０内の下側壁面１０ａに沿って流れる吸気は、Ｃに示すように、バルブシート５０の突起部５２の偏向面５２ｂに突き当たり、下側壁面１０ａから強制的に剥離され渦流となる。そのため、Ｂに示すように、吸気ポート１０の下側を流れる吸気は、吸気ポート１０の上側を流れる吸気と比較して吸気流量が減少する。そして、この吸気ポート１０の上側と下側との吸気流量差によって、燃焼室２内に吸気のタンブル流が形成される。

図７（Ｂ）は、図７（Ａ）におけるＢ−Ｂ面から見たときの吸気ポート１０内の吸気流れを示す。なお、説明の便宜上、吸気バルブ２０の図示は省略する。

図７（Ｂ）に示すように、バルブシート５０の突起部５２は図中左側から右側に所定の角度で傾斜している。そのため、吸気ポート１０の上流から流れてきた吸気は、突起部５２の突起高さが高い左側において、その流れが阻害されるため、吸気は突起高さが低い右側に流れやすくなり、図中右側の吸気流量が増加する。その結果、Ｄに示すように、燃焼室２内には吸気が旋廻して流入し、タンブル流とは別のガス流動が形成され、燃焼室２内でのさらなる燃焼性能の向上を図ることができる。

なお、この突起部５２の偏向面５２ｂの傾斜は、図中右から左に向けて突起高さが低くするように形成してもよい。その場合には、吸気の旋回は、図７（Ｂ）のＤとは逆方向の旋回となる。

以上により、第３実施形態に係るバルブシート５０は下記の効果を得ることができる。

本発明によれば、バルブシート５０に形成した突起部５２の偏向面５２ｂによって吸気ポート１０の下側壁面１０ａを沿って流れる吸気を剥離するため、吸気ポート１０が型ずれ等によってずれた場合であっても、吸気を剥離する位置が常に一定になり、燃焼室２内に安定してタンブル流を形成することが可能となる。

また、バルブシート５０の突起部５２の偏向面５２ｂは、一端から他端に向けて傾斜するように形成されているため、タンブル流とは別のガス流動を形成することができ、燃焼室２内でのさらなる燃焼性能の向上を図ることが可能となる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなし得ることは明白である。

例えば、第１実施形態及び第３実施形態において、バルブシート３０、５０の偏向面３２ｂ、５２ｂは、吸気ポート１０の下側内壁に対して直行する面として形成されているが、第２実施形態と同様に、シートリング３１、５１の径方向において、内径から外径に向けて突起高さが低くなるように傾斜するようにしてもよい。これにより、吸気ポート１０の下側壁面１０ａに沿って流れる吸気の剥離が促進されて、燃焼室２内に形成されるタンブル流をより強化することが可能なる。

第１実施形態に係る内燃機関の吸気系を示す概略図である。 第１実施形態に係るバルブシートを示す。 吸気ポート内の吸気流れを示す概略図である。 第２実施形態に係るバルブシートを示す。 吸気ポート内の吸気流れを示す概略図である。 第３実施形態に係るバルブシートを示す。 吸気ポート内の吸気流れを示す概略図である。 従来のバルブシートと吸気ポート構造とを示す図である。

符号の説明

１００ 内燃機関
１ シリンダヘッド
２ 燃焼室
１０ 吸気ポート
１０ａ 下側壁面
２０ 吸気バルブ
２１ バルブステム
２２ バルブヘッド
３０、４０、５０、６０ バルブシート
３１、４１、５１、６１ シートリング
３２、４２、５２ 突起部（気流制御手段）
３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ 偏向面
４２ｃ 外径面

Claims (7)

1. シリンダヘッドに固定され、吸気バルブがシートリングに着座することによって吸気をシールするバルブシートであって、
   前記シートリングの円周面の一部に突出形成され、吸気ポート内を流れる吸気を偏向して剥離する偏向面を有する気流制御手段を備えることを特徴とするバルブシート。
2. 前記気流制御手段は、
   前記バルブシートがシリンダヘッドに固定されたときに、吸気ポートの下側壁面側に位置するように形成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のバルブシート。
3. 前記気流制御手段の偏向面は、
   前記シートリングの軸心方向に対して直行する面である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブシート。
4. 前記気流制御手段の偏向面は、
   前記シートリングの軸心方向について、内径から外径に向けて前記気流制御手段の高さが低くなるように傾斜する面である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブシート。
5. 前記気流制御手段は、
   前記シートリングの周方向に対して所定の角度で傾斜する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のバルブシート。
6. 前記気流制御手段は、
   その気流制御手段の中央部の高さが最も高く、中央部から離れるにつれて徐々に低くなるように形成される、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のバルブシート。
7. 請求項１から６のいずれか一つに記載のバルブシートを吸気ポートに備えることを特徴とする内燃機関の吸気ポート構造。

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