JP2010185394A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関において、吸気ポート及び排気ポートの径の大きさを確保しつつ、シリンダヘッド側に燃焼室を形成する。
【解決手段】シリンダヘッド５に形成されピストン３に向かって開口する燃焼室１１を備えた内燃機関１において、シリンダヘッド５と吸気弁７と排気弁９とにより燃焼室１１を形成し、燃焼室１１の壁面１１２のうち気筒２の径方向の最も外側にある部位である最外部１１３の一部を吸気弁７及び排気弁９の傘部７１，９１を凹ませることにより形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に関する。

シリンダヘッドに凹部からなる燃焼室を形成し、該燃焼室内に燃料を噴射する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、燃焼室の上面に吸気ポート及び排気ポートが開口しているため、燃焼室の大きさによっては吸気ポート及び排気ポートの開口部の大きさが制限されてしまう。そうすると、吸気及び排気が円滑に行われなくなり、機関出力が低下したり排気性能が低下したりする虞がある。また、吸気ポート及び排気ポートの開口部の大きさを確保しようとすると、燃焼室の形状が制限される虞もある。

特開平０９−２１７６２５号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関において、吸気ポート及び排気ポートの径の大きさを確保しつつ、シリンダヘッド側に燃焼室を形成することができる技術の提供を目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関は、
シリンダヘッドに形成されピストンに向かって開口する燃焼室を備えた内燃機関において、
シリンダヘッドと吸気弁と排気弁とにより燃焼室を形成し、
前記燃焼室の壁面のうち気筒の径方向の最も外側にある部位である最外部の一部を吸気弁及び排気弁の傘部を凹ませることにより形成することを特徴とする。

つまり、吸気弁及び排気弁を凹形状として燃焼室壁面の一部を形成している。最外部は、気筒の中心軸に直交する面で切断した断面のなかで、燃焼室の外周の径が最も大きくなる箇所である。この一部が吸気弁及び排気弁により形成されている。燃焼室はピストンに向かって開口している。この開口部の径は、最外部の径より小さくても良い。

このように燃焼室がシリンダヘッドに形成されていると、シリンダヘッドに取り付けられている燃料噴射弁と燃焼室との位置関係は変化しない。そのため、ピストンが上死点以外に位置する場合に燃料噴射を行っても、燃焼室内に燃料が噴射される。これにより、スモークの発生を抑制したり、燃料がシリンダ壁面に付着して潤滑油を希釈させること抑制したりできる。また、吸気弁及び排気弁を凹ませて燃焼室を形成しているため、燃焼室の形状が吸気ポートや排気ポートの開口部により制限されることもない。逆に、吸気ポート及び排気ポートの径の大きさを確保しつつ、シリンダヘッド側に燃焼室を形成することができる。

なお、燃焼室と対向するピストン上面を平面としても良い。こうすると、ガスの流れの乱れが小さくなるため、燃焼室内のガスを有効に利用することができる。

本発明に係る内燃機関によれば、吸気ポート及び排気ポートの径の大きさを確保しつつ、シリンダヘッド側に燃焼室を形成することができる。

実施例１に係る内燃機関の概略構成を表す断面図である。 図１のＡ−Ａで示す切断線で切断したときの断面図である。 実施例２に係る内燃機関の概略構成を表す断面図である。

以下、本発明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を表す断面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａで示す切断線で切断したときの断面図である。なお、内燃機関１は複数の気筒２を有しているが、本実施例においては内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。また、本実施例に係る内燃機関１は、ディーゼル機関である。

内燃機関１は、内部にピストン３を有するシリンダブロック４を備えている。ピストン３の上面は平面となるように形成されている。シリンダブロック４の上部にはシリンダヘッド５が組み付けられている。シリンダヘッド５には、気筒２に通じる吸気ポート６が形成されている。この吸気ポート６と気筒２との接続部には吸気弁７の傘部７１が設けられている。傘部７１の外径は吸気ポート６の外径よりも若干大きく、該傘部７１により吸気ポート６を塞ぐことができる。本実施例１のシステムは、気筒２毎に設けられた２つの吸気ポート６に対応して２つの吸気弁７を備えている。図１には、吸気ポート６と吸気弁７とをそれぞれ１つずつ示している。

また、シリンダヘッド５は、気筒２に通じる排気ポート８を備えている。排気ポート８と気筒２との接続部には排気弁９の傘部９１が設けられている。傘部９１の外径は排気ポート８の外径よりも若干大きく、該傘部９１により排気ポート８を塞ぐことができる。本実施例１のシステムは、気筒２毎に設けられた２つの排気ポート８に対応して２つの排気弁９を備えている。図１には、排気ポート８と排気弁９とをそれぞれ１つずつ示している。

また、シリンダヘッド５には、燃料を噴射する燃料噴射弁１０が取り付けられている。この燃料噴射弁１０は、気筒２の中心軸上に設けられている。

そして本実施例１では、いわゆるリエントラント形の燃焼室１１がシリンダヘッド５、吸気弁７の傘部７１、及び排気弁９の傘部９１によって形成されている。この燃焼室１１は、シリンダヘッド５の下面（シリンダブロック４との合わせ面）にて開口しており、且つシリンダヘッド５の上側（シリンダブロック４から遠ざかる側）に向けて凹んでいる。

吸気弁７及び排気弁９の傘部７１，９１は、その先端の面７１１，９１１がシリンダヘッド５の下面と同一平面上にある。そして、吸気弁７及び排気弁９が閉じた状態で、燃焼室１１は形成されている。

吸気弁７及び排気弁９の傘部７１，９１は、軸方向の長さ（厚さ）が、燃焼室１１の該軸方向の深さよりも長い。そして、燃焼室１１の開口部１１１は気筒２の中心軸を中心とする円形であり、その半径は、気筒２から吸気弁７の中心軸及び排気弁９の中心軸までの距離と略等しい。また、燃焼室１１の開口部１１１の径は、気筒２の径に比べて小さい。
なお、燃焼室１１の断面は円形でなくても良い。例えば楕円であっても良い。

燃焼室１１の形状を規定する壁面であるキャビティ壁１１２は、開口部１１１からシリンダヘッド５の上側に向かうにしたがって、気筒２の中心軸から遠ざかるように形成されている。すなわち、燃焼室１１は、開口部１１１からシリンダヘッド５の上側に向かうに従って、気筒２の径方向に拡大している。キャビティ壁１１２のうち最も気筒２の径方向外側にある部位を、以下、「最外部」と記して符号１１３で示す。この最外部１１３の一部は、吸気弁７及び排気弁９の傘部７１，９１を凹ませることにより形成されている。図２に示すように、燃焼室１１を気筒２の中心軸に直交する任意の面で切断したときの断面形状は、気筒２の中心軸を中心とする円となる。なお、燃焼室１１の中心軸は、気筒２の中心軸からずれていても良い。また、燃料噴射弁１０も、気筒２の中心軸からずれて設けられていても良い。

図１に示すように、最外部１１３は、気筒２の径方向外側に凸となって湾曲する曲面となっている。キャビティ壁１１２は、最外部１１３から、シリンダヘッド５の上側に向かうにしたがって、気筒２の中心軸側に位置するよう形成されており、キャビティ壁１１２のうち最もピストン３から離間した部位１１４（以下、最深部１１４と記す）に連続している。この最深部１１４の一部は、吸気弁７及び排気弁９の傘部７１，９１を凹ませることにより形成されている。

最深部１１４は、シリンダヘッド５の上側に凸となって湾曲した曲面となっている。キャビティ壁１１２は、最深部１１４から気筒２の中心軸に向かうに従って、ピストン３側に位置するよう形成されている。キャビティ壁１１２のうち気筒２の中心軸が通る部位には、燃料噴射弁１０が取り付けられている。燃料噴射弁１０から、開口部１１１と最外部１１３との間のキャビティ壁１１２へ向けて燃料が噴射される。燃料噴射弁１０の噴孔は等角度で８個備わり、燃料噴射弁１０の中心軸、すなわち気筒２の中心軸を中心として放射状に燃料の噴霧１２が形成される。燃料の噴霧１２は、キャビティ壁１１２に沿って最外部１１３、最深部１１４へと回り込んで旋回する。

このように構成された燃焼室１１では、燃料噴射時のピストン３の位置が変化しても、燃料噴射弁１０と燃焼室１１との位置関係が変化しない。つまり、燃料噴射時のピストン３の位置が変化しても、燃料は燃焼室１１内の所望の位置に向けて噴射される。そのため、燃料の噴霧１２は所望の状態（例えば所望の旋回流）となるため、所望の燃焼状態を得ることができる。これにより、排気性能を向上させることができる。

また、燃焼室１１外に燃料が噴射されることが抑制されるため、燃料が気筒２の壁面に付着することを抑制できる。これにより、潤滑油が燃料で希釈されることを抑制できる。また、燃焼室１１の径が吸気ポート６や排気ポート８、吸気弁７、排気弁９の形状に左右されないため、燃焼室１１を所望の形状とすることができる。逆に、吸気ポート６や排気ポート８、吸気弁７、排気弁９の径が、燃焼室１１の形状から影響を受けて小さくなることもない。このため、吸気の量や排気の量が制限されることもないため、出力の低下や排気性能の低下を抑制できる。さらに、燃焼室１１の形状を変更しても、吸気ポート６及び排気ポート８の形状を変更する必要がないため、吸気の量や排気の量が制限されることもない。

図３は、本実施例に係る内燃機関１００の概略構成を表す断面図である。本実施例では、実施例１と比較して、吸気弁７０及び排気弁９０の傘部７２，９２が薄肉化されている。つまり、吸気弁７０の傘部７２の吸気ポート６０側及び排気弁９０の傘部９２の排気ポート８０側を燃焼室１１の形状に合わせて削っている。その他の構成については実施例１
と同じため説明を省略する。

このように構成された内燃機関１００では、吸気弁７及び排気弁９の軽量化を図ることができるため、高回転時におけるバルブの追従性を高めることができる。また、シリンダヘッド５０の薄肉化を図ることもできるため、内燃機関１００の質量を低減することができる。

１ 内燃機関
２ 気筒
３ ピストン
４ シリンダブロック
５ シリンダヘッド
６ 吸気ポート
７ 吸気弁
８ 排気ポート
９ 排気弁
１０ 燃料噴射弁
１１ 燃焼室
１２ 噴霧
５０ シリンダヘッド
６０ 吸気ポート
７０ 吸気弁
７１ 傘部
７２ 傘部
８０ 排気ポート
９０ 排気弁
９１ 傘部
９２ 傘部
１００ 内燃機関
１１１ 開口部
１１２ キャビティ壁
１１３ 最外部
１１４ 最深部

Claims (1)

1. シリンダヘッドに形成されピストンに向かって開口する燃焼室を備えた内燃機関において、
   シリンダヘッドと吸気弁と排気弁とにより燃焼室を形成し、
   前記燃焼室の壁面のうち気筒の径方向の最も外側にある部位である最外部の一部を吸気弁及び排気弁の傘部を凹ませることにより形成することを特徴とする内燃機関。

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