JP2008274788A

JP2008274788A - エンジンの燃焼室構造

Info

Publication number: JP2008274788A
Application number: JP2007116725A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Muraoka; 朋之村岡; Shinichi Murata; 真一村田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2008-11-13

Abstract

【課題】吸入吸気量の流量係数を維持しつつ筒内流動を効果的に生成するエンジンの燃焼室構造を提供する。
【解決手段】吸気穴部１０の外縁のうち排気穴部１１が形成される側とは反対側の外縁に沿って、吸気バルブ１４のリフト量が小さいときに燃焼室７内への吸気の流動を抑制するよう燃焼室７に向けて突出形成されたシュラウド部２０を設けると共に、吸気穴部１０の外縁のうち排気穴部が形成される側の外縁に、燃焼室７内への吸気の流動を促進させ、かつ流量を増加するような凹部形状に形成されたガイド部２１を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの燃焼室構造に関する。

従来、吸気バルブや排気バルブのリフトタイミングやリフト量を変更する連続可変バルブリフト機構を備えてエンジン出力や燃費等を向上させたエンジンが広く採用されている。そして、近年、エンジンの燃焼室の上部壁面にバルブ近傍で突設させたシュラウド部を形成し、吸気バルブの低リフト時における正タンブル流を強化する技術が開示されている（特許文献１）。シュラウド部の形成は、可変バルブリフト機構を持たない通常のエンジン、リフト量を段階的に変更可能な可変バルブリフト機構を持ったエンジンにも有効であるが、特に、リフト量を連続的に変更可能な連続可変バルブリフト機構を有するエンジンにおいて効果的である。いわゆる、特許文献１に示された技術は、吸気バルブの低リフト時に燃焼室内の流動を促進して、エンジンの燃焼安定性や燃費を向上させることができるものである。そして、低リフト時において筒内流動を強化し、高リフト時において高流量を維持できれば、可変バルブリフト機構との組合せにおいて、燃費と高出力とを両立することができる。

特開２００６−３２９１３１号公報

特許文献１では、図１２に示すように、シリンダヘッド３の吸気ポート１２とシリンダブロック２の燃焼室７とを連通させる吸気穴部１０において、正タンブル流（図中のＴ_B+）の流動方向の反対側を吸気穴部１０の外縁に沿って突設されたシュラウド部２０により閉塞することで、逆タンブル流（図中のＴ_B-）の筒内流動を抑制して、その結果、正タンブル流の筒内流動を強化するようにしている。この場合、シュラウド部２０と吸気バルブ１４の傘部１４ｂの最外径とを近接させる必要があり、シュラウド部２０を形成する吸気案内加工４０と吸気バルブ１４の傘部１４ｂとの間隔をできるだけ小さくする、即ち、吸気案内加工４０の加工半径Ｒを吸気バルブ１４の傘部１４ｂの半径に近付けることが効果的であった。なお、吸気案内加工４０の加工半径Ｒは、吸気バルブ１４の軸部１４ａの軸中心Ｃ１を加工中心として形成される。

しかしながら、吸気案内加工４０の加工半径Ｒを小さくすると、シュラウド部２０の反対側においても、吸気案内加工４０と吸気バルブ１４の傘部１４ｂとの間隔が小さく（狭く）なり、その結果、吸気の流れが抑制され、流動生成が制限されてしまう。更には、流量係数が低下し、全開時（バルブリフト量最大時）の吸気量が減じて、出力が低下する問題があった。
つまり、シュラウド部２０による吸気の流動強化と流量増加（出力向上）は、相反する関係にあるため、これらのバランスを考える必要があり、設計の自由度も低かった。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、吸入吸気量の流量係数を維持しつつ筒内流動を効果的に生成することができるエンジンの燃焼室構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係るエンジンの燃焼室構造は、
吸気ポートと燃焼室とを連通させる吸気穴部と、排気ポートと前記燃焼室とを連通させる排気穴部とが形成されたシリンダヘッドと、
前記吸気穴部を開閉する吸気バルブと、
前記吸気バルブのリフト量を変更可能な可変バルブリフト機構とを備えたエンジンの燃焼室構造において、
前記吸気穴部の外縁のうち前記排気穴部が形成される側とは反対側の外縁に沿って、前記吸気バルブの低リフト時における前記燃焼室内への吸気の流動を抑制するよう前記燃焼室に向けて突出形成されたシュラウド部を設けると共に、
前記吸気穴部の外縁のうち前記排気穴部が形成される側の外縁に、前記燃焼室内への吸気の流動を促進させ、かつ流量を増加するような凹部形状に形成されたガイド部を設けたことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係るエンジンの燃焼室構造は、
上記第１の発明に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記シュラウド部は、前記吸気バルブのバルブ軸中心を加工中心として、第１所定加工半径で切削加工されて形成され、
前記ガイド部は、前記第１所定加工半径以下の加工半径で切削加工されて形成されることを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係るエンジンの燃焼室構造は、
上記第２の発明に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記ガイド部は、前記吸気バルブのバルブ軸中心から前記排気穴部側にオフセットされた位置を加工中心として切削加工されて形成されることを特徴とするエンジンの燃焼室構造。

上記課題を解決する第４の発明に係るエンジンの燃焼室構造は、
上記第３の発明に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記ガイド部の加工中心は、前記吸気バルブのバルブ軸中心から前記排気バルブのバルブ軸中心に向かう方向へオフセットされることを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係るエンジンの燃焼室構造は、
上記第３の発明に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記ガイド部の加工中心は、前記吸気バルブのバルブ軸中心から前記排気バルブのバルブ軸中心に向かう方向に対して傾けた方向へオフセットされることを特徴とする。

上記課題を解決する第６の発明に係るエンジンの燃焼室構造は、
上記第３から第５の発明のいずれか１つに記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記吸気穴部を複数有する場合、前記吸気穴部毎にオフセット量が異なることを特徴とする。

上記課題を解決する第７の発明に係るエンジンの燃焼室構造は、
上記第２から第６の発明のいずれか１つに記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記ガイド部は、前記ガイド部の切削角度を、前記吸気穴部周囲の燃焼室壁面と前記バルブシートの切削面がなす角度より小さくしたことを特徴とする。

上記課題を解決する第８の発明に係るエンジンの燃焼室構造は、
上記第２から第７の発明のいずれか１つに記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記ガイド部と前記吸気穴部周囲の燃焼室壁面とが交差する部分を切削加工して、前記ガイド部と前記吸気穴部周囲の燃焼室壁面とを滑らかにつながるようにしたことを特徴とする。

上記課題を解決する第９の発明に係るエンジンの燃焼室構造は、
上記第２から第８の発明のいずれか１つに記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記ガイド部は、同ガイド部内の湾曲部分が前記燃焼室壁面と交差するように設定されることを特徴とする。

第１〜第３の発明によれば、筒内流動の強化と流量係数の向上を両立することができる。その結果、流動強化により、燃焼ロバスト性が高まり、又、高い流量特性により、出力性能も高まり、燃費、排ガスの良化と全開時の性能向上も同時に達成することができる。

第４〜第６の発明によれば、オフセットの設定により、筒内流動の指向性を高めることができる。

第７〜第９の発明によれば、ガイド部での吸気ポート側からの流れをスムーズにすることができ、筒内流動の強化と流量係数の向上を更に高めることが可能となる。

以下、図１〜図１１を用いて、本発明に係るエンジンの燃焼室構造の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係るエンジンの燃焼室構造の実施形態の一例を示す断面図である。又、図２は、図１に示した燃焼室構造における吸気穴部近傍の構造を拡大した断面図であり、図３は、図１に示した燃焼室構造において、シリンダヘッドをシリンダブロック側から見た平面図であり、図４、図５は、図３に示したシリンダヘッドのガイド部の形成方法を説明する平面図である。なお、ここでは、吸気管噴射式のエンジンを前提に説明を行うが、筒内噴射式のエンジンへも適用可能である。

最初に、図１〜図３を参照して、本実施形態のエンジンの燃焼室構造の概略を説明する。
エンジン１は、主に、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とから構成される。シリンダブロック２には、円筒状壁面からなるシリンダ４が形成されており、シリンダヘッド３には、例えば、ペントルーフ形状の燃焼室壁面が形成されている。

具体的には、シリンダヘッド３には、その下端面３ａに対して傾斜する吸気側燃焼室基準壁面５（以降、吸気側斜面と呼ぶ。）と、下端面３ａに対して吸気側斜面５とは逆に傾斜する排気側燃焼室基準壁面６（以降、排気側斜面と呼ぶ。）が形成されており、吸気側斜面５及び排気側斜面６の下端部には、シリンダブロック２側のシリンダ４の内壁と同一面となるように、下端面３ａに対して垂直な垂直壁面９が形成されている。そして、燃焼室７は、これらのシリンダ４、吸気側斜面５、排気側斜面６、垂直壁面９及び図示しないピストンの上面とで囲まれた空間により構成されることになり、燃焼室７の最上部となる頂部８から傾斜して設けられた吸気側斜面５及び排気側斜面６により、燃焼室７の上壁をペントルーフ形状としている。

吸気側斜面５には、シリンダヘッド３に形成された吸気ポート１２と燃焼室７とを連通する２つの吸気穴部１０が形成されており、又、排気側斜面６にも、シリンダヘッド３に形成された排気ポート１３と燃焼室７とを連通する２つの排気穴部１１が形成されている。更に、頂部８には、図示しない点火プラグを燃焼室７に配置するためのプラグ穴１７が形成されている。

吸気穴部１０には、同吸気穴部１０を開閉する吸気バルブ１４が設けられており、又、排気穴部１１には、同排気穴部１１を開閉する排気バルブ１５が設けられている。これらの吸気バルブ１４、排気バルブ１５は、図示しないカムの動きに追従して、所定のリフト動作を行うように構成されている。

吸気バルブ１４は、リフト方向に延在する軸部１４ａとその軸部１４ａの燃焼室７側端部に配設された傘部１４ｂとを有し、傘部１４ｂにより吸気穴部１０が燃焼室７側で開閉される構成となっている。一方、排気バルブ１５は、吸気バルブ１４同様、リフト方向に延在する軸部１５ａとその軸部１５ａの燃焼室７側端部に配設された傘部１５ｂとを有し、傘部１５ｂにより排気穴部１１が燃焼室７側で開閉される構成となっている。

本実施形態においては、吸気バルブ１４を連続可変バルブリフト機構１６により駆動して、そのリフト量（開閉弁量）を連続的に変更できるように構成されている。

ここで、連続可変バルブリフト機構１６を簡単に説明すると、連続可変バルブリフト機構１６は、吸気バルブ１４を開閉駆動する際、そのリフト量を連続的（無段階）に変更するものである。これは、吸気バルブ１４と機械的に接続されたリンク機構（図示省略）の変位量を、アクセルペダルの踏込み量に応じて連続的に変更することにより、吸気バルブ１４のリフト量の連続的な変更を実現している。なお、リフト量を連続的に変更可能な連続可変バルブリフト機構１６に代えて、リフト量を段階的に変更可能なバルブリフト機構を用いてもよい。

又、吸気ポート１２には、図示しない燃料噴射装置が設けられており、吸気バルブ１４の傘部１４ｂに向けて燃料が噴射されるようになっている。これは、燃焼室７内での燃焼により熱せられた吸気バルブ１４の傘部１４ｂに向けて燃料を噴射することにより、燃料の気化を促進するためである。

なお、シリンダヘッド３の側方に、新気を取り入れると共に吸気ポート１２と連通する空気取り入れ口を設けてもよい。シリンダヘッド３の側方に設けられた空気取り入れ口と、下端面３ａに対して傾斜して設けられた吸気側斜面５により、吸気穴部１０から吸入される吸気を、燃焼室７に対して斜めに導入することができ、これにより、正タンブル流Ｔ_B+を、強化することができる。

シリンダヘッド３の燃焼室７側にある吸気側斜面５には、吸気穴部１０の外縁に、吸気穴部１０を介して吸気ポート１２から燃焼室７内に流入される吸気の流動を抑制するためのシュラウド部２０が設けられている。具体的には、シュラウド部２０は、断面視においては、図１、図２に示すように、吸気穴部１０の外縁において、排気穴部１１が形成されている側とは反対側の外縁に、吸気側斜面５から燃焼室７側に突き出るように形成されている。つまり、垂直壁面９近傍の外縁に、シュラウド部２０が設けられている。又、シュラウド部２０は、平面視においては、図３に示すように、２つの吸気バルブ１４の中心点Ｃ１間を結んだ線（基準線）Ｌに対して、排気穴部１１が形成されている側とは反対側（図面右側）で吸気穴部１０の外縁の形状に沿うように同外縁の約半周に亘って設けられる。
なお、以降、上記基準線Ｌを基準として吸気穴部１０の排気穴部１１が形成されている側（図面左側）を排気側、排気穴部１１とは反対側（図面右側）を吸気側と呼ぶこととする。

又、このシュラウド部２０は、その突き出した高さが、シリンダヘッド３の下端面３ａを越えて、シリンダブロック２側へ突き出さないように形成されている。これは、連続可変バルブリフト機構１６による吸気バルブ１４のリフト量が小さいとき（低リフト時）にのみ、シュラウド部２０近傍において、吸気ポート１２から燃焼室７内への吸気の流動を抑制するためである。

なお、シュラウド部２０は、基準線Ｌに対して、排気穴部１１が形成されている側とは反対側、即ち、吸気穴部１０の吸気側に形成されていればよく、例えば、吸気穴部１０の外縁に沿って、円弧状にシュラウド部２０を設けるようにしてもよいし、吸気穴部１０の外縁の一部分にだけ設けてもよい。

このシュラウド部２０は、燃焼室７内でタンブル流（縦渦流とも呼ぶ。）の生成を促進する目的で形成されたものである。ここで、タンブル流について簡単に説明すると、タンブル流は、燃焼室７内において、ピストンの往復運動方向に対して直交する方向に回転中心を有する渦流であり、正タンブル流と逆タンブル流がある。例えば、図１を参照すると、正タンブル流Ｔ_B+は、吸気穴部１０から頂部８、排気側斜面６を経由して燃焼室７の下方へ向けて、反時計回り（正方向）に流れるものである。又、逆タンブル流Ｔ_B-は、吸気穴部１０から直接的に燃焼室７下方へ向けて、時計回り（逆方向）に流れるものである。

そして、このシュラウド部２０は、正タンブル流Ｔ_B+の生成を促進するものであり、特に、吸気バルブ１４のリフト量が少ないときに、逆タンブル流Ｔ_B-の発生を抑制することにより、相対的に正タンブル流Ｔ_B+の生成を強化するものである。いわゆる、吸気穴部１０の吸気側、即ち、シュラウド部２０が設けられた側での燃焼室７内への吸気の流入（流動）を抑制することで、逆タンブル流Ｔ_B-の発生を抑えている。

図２に示すように、シュラウド部２０は、バルブシート１８周りを加工する吸気案内加工４０にて切削加工されており、吸気穴部１０の外縁の形成と同時に切削されて形成される。なお、このとき同時にバルブシート１８も共に切削加工されている。

前述したように、正タンブル流Ｔ_B+の生成を効果的に促進するには、シュラウド部２０と傘部１４ｂの最外径とを近接させる必要があり、そのためには、吸気案内加工４０の加工半径Ｒ、即ち、シュラウド部２０の加工半径Ｒをできるだけ、吸気バルブ１４の傘部１４ｂの半径に近付けることが望ましい。ところが、吸気案内加工４０の加工半径Ｒを小さくすると、シュラウド部２０の反対側（吸気穴部１０の排気側）、つまり、正タンブル流Ｔ_B+側においても、吸気案内加工４０により形成される吸気穴部１０の外縁と傘部１４ｂとの間隔が小さく（狭く）なり、その結果、正タンブル流Ｔ_B+側でも吸気の流れが抑制され、流動生成が制限されてしまい、更には、全体的に流量係数が低下し、全開時の吸気量が減じて、出力が低下するという弊害が生じていた。

可変バルブリフト機構を備えるエンジンにおいては、特に、低リフト時において筒内流動を強化し、高リフト時において高流量を維持できれば、燃費と高出力とを両立することができるので、シュラウド部２０の効果を損なうことなく、上記弊害を抑制する、つまり、流量係数を落とすことなく流動強化を図る必要がある。

そこで、本発明においては、低リフト時の正タンブル流Ｔ_B+の流動を促進するとともに、全開時（高リフト時）の流量（係数）を増加させるためのガイド部２１を設けている。具体的には、吸気穴部１０の外縁において、基準線Ｌに対して、吸気穴部１０の排気側、つまり、シュラウド部２０が配設されている側とは反対側で頂部８近傍に、ガイド部２１を設けている。このガイド部２１は、図２に示すように、吸気穴部１０からさらに排気側にシリンダヘッド３側へ凹部形状に湾曲するよう形成されており、平面視から見ると図３に示すように、吸気穴部１０の外縁に沿って三日月状に形成されている。そして、吸気穴部１０の排気側の外縁を排気穴部１１側に拡げたような構成となっている。つまり、吸気穴部１０のシュラウド部２０とは反対側（排気側）において、傘部１４ｂとの間隔を拡げる凹状のガイド部２１を設けることで、吸気穴部１０の排気側での吸気の流入をスムーズに案内して積極的に排気側（正タンブル流Ｔ_B+側）に導くような構成としている。これにより、吸気バルブ１４の低リフト時において、正タンブル流Ｔ_B+の促進を図るとともに、高リフト時の吸気流量を増加させ、高流量係数と流動強化の両立を図っている。

次に、図４、図５も参照して、シュラウド部２０とガイド部２１の加工について簡単に説明する。

シリンダヘッド３の吸気側斜面５は、吸気穴部１０の吸気側の周囲が燃焼室７側に突出するように盛り上がった形状にあらかじめ形成されており、吸気穴部１０を中心に吸気案内加工４０を実施することで、吸気穴部１０の吸気側に凸状のシュラウド部２０を形成し、その後、吸気穴部１０の排気側にオフセットさせた位置で吸気案内加工２３を実施することで凹状のガイド部２１を形成している。

詳しくは、吸気案内加工４０では、吸気バルブ１４の軸部１４ａの軸中心Ｃ１（バルブ軸中心）を加工中心として所定の加工半径Ｒ（第１加工半径）で切削加工され、吸気穴部１０の外縁とともにシュラウド部２０が形成される。このとき、シュラウド部２０の吸気穴部１０の外縁に沿った面が所定の加工半径Ｒ（第１の加工半径）からなる円弧面に形成される。

そして、吸気案内加工２３では、バルブ軸中心Ｃ１からシュラウド部２０とは反対側、つまり、吸気穴部１０のバルブ軸中心Ｃ１から排気側へオフセットした位置を加工中心Ｃ２として、吸気案内加工４０の加工半径Ｒ（第１加工半径）以下に設定された所定の加工半径Ｒｏ（Ｒｏ≦Ｒ）で切削加工されてガイド部２１が形成される。このとき、吸気穴部１０の排気側の外縁が拡がるように切削され、ガイド部２１は、その外縁がシュラウド部２０の加工半径Ｒ（第１加工半径）以下の所定の加工半径Ｒｏ（Ｒｏ≦Ｒ）からなる円弧状に形成される。なお、本実施形態の場合、加工中心Ｃ２は、吸気穴部１０のバルブ軸中心Ｃ１から排気穴部１１の排気バルブ１５のバルブ軸中心Ｃ３への直行方向へオフセットされている。

又、ガイド部２１の加工半径Ｒｏは、加工工具の形状を変更したり、吸気案内加工２３の送り量や追い込み量を調整することで自在に設定することが可能である。もちろん、ガイド部２１の加工半径Ｒｏをシュラウド部２０の加工半径Ｒと同じにする場合は、吸気案内加工４０の設定をそのまま利用してもよい。従って本実施形態では、バルブシート１８周りを加工する加工装置を、そのまま使用することができる。

このように、ガイド部２１を形成することにより、シュラウド部２０の反対側、つまり、正タンブル流Ｔ_B+側において、ガイド部２１の外縁と傘部１４ｂとの間隔が大きくなり、筒内流動（タンブル比）を強化すると共に流量係数も向上することになる。
又、ガイド部２１は、その加工半径Ｒｏをシュラウド部２０の加工半径Ｒ（第１の加工半径）以下としているので、ガイド部２１が吸気穴部１０の吸気側に形成されることがなく、基準線Ｌより吸気側での吸気の流動をより一層抑制することができるよう構成されている。

図４は、ガイド部２１の加工半径Ｒｏ、即ち、吸気案内加工２３での加工半径Ｒｏを、シュラウド部２０を加工する吸気案内加工４０の加工半径Ｒ（第１加工半径）と同じとした場合であり、ガイド部２１は、吸気穴部１０の外縁において、排気穴部１１が形成されている側（排気側）の略半周に渡って外縁が広がるように形成される。この場合、シュラウド部２０との相乗効果により筒内流動のタンブル要素が強化されるとともに、吸気穴部１０からの全体的な吸気量が増加され、流量係数が向上する。一方、図５は、吸気案内加工２３での加工半径Ｒｏを、吸気案内加工４０の加工半径Ｒ（第１加工半径）より小さくした場合の一例であり、ガイド部２１は、吸気穴部１０の外縁において、排気側の1部分が排気穴部１１側に向けて突出するように形成される。この場合、流量係数向上とともに流入される吸気の指向性が高められ、筒内流動のタンブル要素をより一層強化することができる。

更に、本発明のガイド部２１は、以下の特徴を備えている。
図６、図７は、ガイド部２１の構造を拡大した断面図であり、これら図６、図７を用いて説明する。

図６に示すように、ガイド部２１は、同ガイド部２１を形成する吸気案内加工２３を行う際、吸気側斜面５に対するバルブシート１８の面角度θ_B、つまり、バルブシート１８と吸気バルブ１４の傘部１４ｂが当接する面の切削角度より、吸気側斜面５に対するガイド部２１の面角度θ_G、つまり、ガイド部２１の切削角度が小さくなるよう加工されている。これにより、吸気の流れを阻害しないレイアウトとしている。

又、本実施形態においては、ガイド部２１が、排気側斜面６側にまで達するよう構成されているが、ガイド部２１は、同ガイド部２１の湾曲部分（隅Ｒ部分）２１ａがシリンダヘッド３の燃焼室壁面（排気側斜面６）と交差するよう設定されている。即ち、湾曲部分２１ａが排気側斜面６と交差するように、吸気案内加工２３における加工深さや湾曲部分２１ａの曲率が設定されている。これにより、ガイド部２１と燃焼室壁面（排気側斜面６）とがなす角度が鈍角となり、ガイド部２１と燃焼室壁面（排気側斜面６）との段差部において吸気の流れに乱れが生じるのを抑制している。

又、図７に示すように、ガイド部２１とシリンダヘッド３の燃焼室壁面（排気側斜面６）とが交差する部分に残されるエッジ部４１を切削加工により除去することで、吸気ポート１２から燃焼室７へ流入する吸気の流れ方向に対して、この部分をスムーズな形状としている。即ち、吸気の流れを阻害する部分を削除することで、整流して、より一層吸気の乱れを抑えることができる。

上記のように、ガイド部２１を吸気ポート１２から燃焼室７へ流入する吸気の流れ方向を阻害しない形状とし、吸気がスムーズに流れるように構成しているので、タンブル強化と高流量化を両立させることができる。

なお、上記実施形態では、ガイド部２１が排気側斜面６側まで延びて形成された構成のもので説明したが、上述したガイド部２１の特徴は、ガイド部２１が吸気側斜面５に形成される場合（図８参照）、つまりガイド部２１の湾曲部分２１ａが吸気側斜面５と交差するような構成の場合であっても同じである。

ガイド部２１の効果は、従来の燃焼室構造のエンジンと、本実施形態の燃焼室構造のエンジンとを比較実験してみると、その違いが明らかとなる。そこで、これらを比較実験したものが図９のグラフである。この図９では、吸気バルブのリフト量に対して、燃焼室構造における気流流動の度合い（タンブル比）と流入吸気量の変化を調べた。なお、比較実験は、シュラウド部もガイド部もない燃焼室構造のエンジン［（１）：ベース］と、シュラウド部のみを追加した燃焼室構造のエンジン［（２）：（１）＋シュラウド追加］と、シュラウド部もガイド部もある燃焼室構造のエンジン、つまり、本実施形態の燃焼室構造のエンジン［（３）：（２）＋ガイド加工］を対象とした。

図９のグラフから明らかなように、特に低リフト時において、［（１）：ベース］の場合に対して、［（２）：（１）＋シュラウド追加］の場合もタンブル比が強化されているが、［（３）：（２）＋ガイド加工］の場合は、それ以上に、タンブル比が強化されていることがわかる。又、流量に関しては、［（１）：ベース］の場合に対して、［（２）：（１）＋シュラウド追加］の場合は流量が全域で低下しているが、［（３）：（２）＋ガイド加工］の場合は、［（１）：ベース］の場合と略同等の流量を全域で得ており、［（２）：（１）＋シュラウド追加］と比較して、流量が全域で向上していることがわかる。つまり、ガイド部２１を形成することにより、筒内流動の強化と流量係数の向上を両立することができ、その結果、流動強化により、燃焼ロバスト性が高まり、燃費、排ガスの良化と全開時の性能向上も同時に達成することができる。

なお、タンブル比とは、燃焼室内７で１吸気行程中に生じる気流の回転数を示す値であり、このタンブル比は、その絶対値が大きくなればなるほど燃焼室７内での気流の流動が良好であることを示す。正のタンブル比は、正タンブルであることを示し、負のタンブル比は逆タンブルであることを示している。又、流量とは、吸気穴部１０を通じて燃焼室７へ流入する吸気の流量であり、その値が高ければ高いほど、燃焼室７へ吸気が流入し易いことを、つまり、流量係数が向上していることを示している。又、高リフト域では、そのときのタンブル比を抑制することで、流量係数を増大させることができる。

又、上述したように、ガイド部２１の加工は容易で低コストであり、バルブシート１８とシリンダヘッド３とを一体で加工するので、余分な段差もなくなる。その結果、吸気の流れがスムーズとなり、流動強化と流量係数の向上を安定して得ることができ、ロバスト性も高まる。加えて、ガイド部２１の形成の際に、バルブシート１８周りを加工する加工装置から他の加工装置に変更する必要がないため、その生産性も高めることができる。

次に、図１０、図１１を用いて、本発明に係る他の実施形態について説明する。
なお、図１０、図１１に示す実施形態は、上述した実施形態とは、ガイド部２１の配置構成を変更したものであり、同一の符号を用いて説明する。

図１０は、２つの吸気穴部１０にそれぞれ異なる大きさのガイド部２１を設けた場合の一例であり、シリンダヘッドをシリンダブロック側から見た平面図である。
図１０に示すように、本実施形態では、２つの吸気穴部１０のうち、一方（図面上方）の吸気穴部１０に設けたガイド部２１よりも他方（図面下方）の吸気穴部１０に設けたガイド部２１を小さく形成している。

このような構成とするには、それぞれのガイド部２１を異なる加工半径Ｒｏで加工する、もしくは、加工半径Ｒｏは同じで加工中心Ｃ２のオフセット量をそれぞれ異なるように設定して加工すればよい。なお、オフセット方向は、上述の実施形態と同様バルブ軸中心Ｃ１からバルブ軸中心Ｃ３へ向かう直行方向であり、加工半径Ｒｏは、吸気案内加工４０の加工半径Ｒ（シュラウド部２０の加工半径）以下である。この場合でも、ガイド部２１を加工する際、加工中心をオフセットしたり、加工半径を変更したりすれば、バルブシート１８周りを加工する加工装置を、そのまま使用することができる。

このように、吸気穴部１０毎に、大きさの異なるガイド部２１を設けることにより、筒内流動にスワール要素を加えることができる。その結果、筒内流動の設計自由度が高められ、燃費、排ガスの良化と全開時の性能向上のバランスを設定することができる。なお、一方の吸気穴部１０にのみガイド部２１を設け、他方の吸気穴部１０にはガイド部を設けない構成としてもよい。

図１１は、２つの吸気穴部１０にそれぞれ配置方向（突出方向）の異なるガイド部２１を設けた場合の一例であり、シリンダヘッドをシリンダブロック側から見た平面図である。

図１１に示すように、本実施形態では、２つの吸気穴部１０に設けたガイド部２１を吸気穴部１０のバルブ軸中心Ｃ１から排気穴部１１のバルブ軸中心Ｃ３へ向かう方向に対して傾けた方向（ここでは、図面左斜め下方側）に配置（突出）するように形成している。

この構成では、加工中心Ｃ２のオフセット方向が、吸気穴部１０のバルブ軸中心Ｃ１から排気穴部１１のバルブ軸中心Ｃ３へ向かう直行方向ではなく、その直行方向から所定角度傾いた方向（ここでは、図面左斜め下方）となっている。なお、ガイド部２１における加工半径Ｒｏは、吸気案内加工４０の加工半径Ｒ以下である。この場合でも、ガイド部２１を加工する際、加工中心をオフセットしたり、加工半径を変更したりすれば、バルブシート１８周りを加工する加工装置を、そのまま使用することができる。

このように、吸気穴部１０の外縁において、ガイド部２１を吸気穴部１０のバルブ軸中心Ｃ１から排気穴部１１のバルブ軸中心Ｃ３へ向かう直行方向からずらした位置（方向）に設けることにより、筒内流動にスワール要素を加えることができる。その結果、筒内流動の設計自由度が高められ、燃費、排ガスの良化と全開時の性能向上のバランスを設定することができる。なお、２つのガイド部２１のオフセット方向が同じ方向のものについて説明したが、それぞれのオフセット方向が吸気穴部１０毎に異なる構成としてもよい。又、一方の吸気穴部１０にのみガイド部２１を設けたり、ガイド部２１の大きさを吸気穴部１０毎に変えるようにしてもよい。

なお、上述した各実施形態では、吸気案内加工２３、即ち、ガイド部２１の加工方向が吸気バルブ１４の軸方向と同一方向のものについてのみ説明したが、ガイド部２１の加工方向は、必ずしも吸気バルブ１４の軸方向と同一方向でなくともよく、ガイド部２１の加工半径Ｒｏがシュラウド部２０の加工半径Ｒ（第１の加工半径）以下であれば、吸気案内加工２３の加工方向を吸気バルブ１４の軸部１４ａに対して傾けた方向に設定してもよい。

本発明に係るエンジンの燃焼室構造は、吸気管噴射式のエンジンだけでなく、筒内噴射式のエンジンへも適用可能である。

本発明に係るエンジンの燃焼室構造の実施形態の一例を示す断面図である。図１に示した燃焼室構造における吸気穴部近傍の構造を拡大した断面図である。図１に示した燃焼室構造において、シリンダヘッドをシリンダブロック側から見た平面図である。図３に示したシリンダヘッドのガイド部の形成方法の一例を説明する平面図である。図３に示したシリンダヘッドのガイド部の形成方法の他の一例を説明する平面図である。本発明に係るエンジンの燃焼室構造におけるガイド部の構造を拡大した断面図である。本発明に係るエンジンの燃焼室構造におけるガイド部の構造を拡大した断面図である。本発明に係るエンジンの燃焼室構造におけるガイド部の構造を拡大した断面図である。吸気バルブのリフト量に対する燃焼室内の気流流動の度合い（タンブル比）と燃焼室内に流入する吸気の流量とを示すグラフである。本発明に係るエンジンの燃焼室構造の実施形態の他の一例を示すものであり、シリンダヘッドをシリンダブロック側から見た平面図である。本発明に係るエンジンの燃焼室構造の実施形態の他の一例を示すものであり、シリンダヘッドをシリンダブロック側から見た平面図である。従来のエンジンの燃焼室構造における吸気穴部近傍の構造を示す断面図である。

符号の説明

１エンジン
２シリンダブロック
３シリンダヘッド
４シリンダ
５吸気側斜面（吸気側燃焼室壁面）
６排気側斜面（排気側燃焼室壁面）
７燃焼室
８頂部
９垂直壁面
１０吸気穴部
１１排気穴部
１２吸気ポート
１３排気ポート
１４吸気バルブ
１５排気バルブ
１６連続可変バルブリフト機構
２０シュラウド部
２１ガイド部
２３、４０吸気案内加工

Claims

吸気ポートと燃焼室とを連通させる吸気穴部と、排気ポートと前記燃焼室とを連通させる排気穴部とが形成されたシリンダヘッドと、
前記吸気穴部を開閉する吸気バルブと、
前記吸気バルブのリフト量を変更可能な可変バルブリフト機構とを備えたエンジンの燃焼室構造において、
前記吸気穴部の外縁のうち前記排気穴部が形成される側とは反対側の外縁に沿って、前記吸気バルブの低リフト時における前記燃焼室内への吸気の流動を抑制するよう前記燃焼室に向けて突出形成されたシュラウド部を設けると共に、
前記吸気穴部の外縁のうち前記排気穴部が形成される側の外縁に、前記燃焼室内への吸気の流動を促進させ、かつ流量を増加するような凹部形状に形成されたガイド部を設けたことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
請求項１に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記シュラウド部は、前記吸気バルブのバルブ軸中心を加工中心として、第１所定加工半径で切削加工されて形成され、
前記ガイド部は、前記第１所定加工半径以下の加工半径で切削加工されて形成されることを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
請求項２に記載のエンジン燃焼室構造において、
前記ガイド部は、前記吸気バルブのバルブ軸中心から前記排気穴部側にオフセットされた位置を加工中心として切削加工されて形成されることを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
請求項３に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記ガイド部の加工中心は、前記吸気バルブのバルブ軸中心から前記排気バルブのバルブ軸中心に向かう方向へオフセットされることを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
請求項３に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記ガイド部の加工中心は、前記吸気バルブのバルブ軸中心から前記排気バルブのバルブ軸中心に向かう方向に対して傾けた方向へオフセットされることを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
請求項３から請求項５のいずれか１つの請求項に記載されたエンジンの燃焼室構造において、
前記吸気穴部を複数有する場合、前記吸気穴部毎にオフセット量が異なることを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
請求項２から請求項６のいずれか１つの請求項に記載されたエンジンの燃焼室構造において、
前記ガイド部は、前記ガイド部の切削角度を、前記吸気穴部周囲の燃焼室壁面と前記バルブシートの切削面がなす角度より小さくしたことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
請求項２から請求項７のいずれか１つの請求項に記載されたエンジンの燃焼室構造において、
前記ガイド部と前記吸気穴部周囲の燃焼室壁面とが交差する部分を切削加工して、前記ガイド部と前記吸気穴部周囲の燃焼室壁面とを滑らかにつながるようにしたことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
請求項２から請求項８のいずれか１つの請求項に記載されたエンジンの燃焼室構造において、
前記ガイド部は、同ガイド部内の湾曲部分が前記燃焼室壁面と交差するように設定されることを特徴とするエンジンの燃焼室構造。