JP2019148259A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】強いタンブル流を発生させることが可能な内燃機関を提供することを課題とする。【解決手段】シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに接続され、吸気バルブにより開閉される吸気ポートと、前記シリンダヘッドに接続され、排気バルブにより開閉される排気ポートと、を具備し、前記シリンダヘッドと、シリンダヘッドが取り付けられるシリンダブロックとは燃焼室を形成し、吸気ポートは、吸気バルブが接触する部分から上流側にかけて直線形状である第１直線部を有し、排気ポートは、排気バルブが接触する部分から下流側にかけて直線形状である第２直線部を有し、第１直線部は、燃焼室の上面のうち排気ポート側の面と略平行であり、第２直線部は、燃焼室の上面のうち吸気ポート側の面と略平行であり、第１直線部と上面のうち排気ポート側の面とは略同一直線上に位置し、第２直線部と上面のうち吸気ポート側の面とは略同一直線上に位置する内燃機関。【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関に関する。

車両に搭載される内燃機関では、燃費改善などのため、燃焼室内にタンブル流を発生させる。吸気バルブ用のバルブシートの位置を調整することで、強いタンブル流を発生させる内燃機関が開発されている（特許文献１）。

特開２０１２−１８０８１１号公報

しかし排気バルブが開く排気工程において燃焼室内の排気が排出されることで、タンブル流が弱くなる。このため、吸気行程においてタンブル流が再び形成されるまでに時間がかかり、タンブル流が弱くなってしまう。そこで、強いタンブル流を発生させることが可能な内燃機関を提供することを目的とする。

上記目的は、シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに接続され、吸気バルブにより開閉される吸気ポートと、前記シリンダヘッドに接続され、排気バルブにより開閉される排気ポートと、を具備し、前記シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドが取り付けられるシリンダブロックとは燃焼室を形成し、前記吸気ポートは、前記吸気バルブが接触する部分から上流側にかけて直線形状である第１直線部を有し、前記排気ポートは、前記排気バルブが接触する部分から下流側にかけて直線形状である第２直線部を有し、前記第１直線部は、前記燃焼室の上面のうち前記排気ポート側の面と略平行であり、前記第２直線部は、前記燃焼室の上面のうち前記吸気ポート側の面と略平行であり、前記第１直線部と前記上面のうち前記排気ポート側の面とは略同一直線上に位置し、前記第２直線部と前記上面のうち前記吸気ポート側の面とは略同一直線上に位置する内燃機関によって達成できる。

強いタンブル流を発生させることが可能な内燃機関を提供できる。

図１は内燃機関を例示する断面図である。 図２（ａ）および図２（ｂ）は内燃機関を例示する断面図である。 図３は内燃機関を例示する断面図である。 図４（ａ）および図４（ｂ）は第１変形例に係る内燃機関を例示する断面図である。 図５（ａ）および図５（ｂ）は第２変形例に係る内燃機関を例示する断面図である。 図６は第３変形例に係る内燃機関を例示する断面図であり、

（実施形態）
以下、図面を参照して本実施形態の内燃機関１００について説明する。図１から図３は内燃機関１００を例示する断面図である。Ｚ軸方向は上下方向であり、シリンダボアの延伸方向である。Ｙ軸方向は吸気ポート１２と排気ポート１４とが並ぶ方向であり、＋Ｙ側がＥｘ側、−Ｙ側がＩｎ側である。Ｘ軸方向は、不図示のクランクシャフトの延伸方向であり、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に直交する。図１では吸気バルブ１６および排気バルブ１８の図示は省略している。

内燃機関１００は、例えば自動車などに搭載されるガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンなどであり、４バルブエンジンである。内燃機関１００は、シリンダヘッド１０およびシリンダブロック１１を備える。シリンダヘッド１０はシリンダブロック１１の上側に取り付けられ、シリンダヘッド１０、シリンダブロック１１およびピストン１５により燃焼室２０が形成される。燃焼室２０内においてピストン１５が上下に往復運動する。吸気ポート１２は吸気バルブ１６の移動により開閉する。排気ポート１４は排気バルブ１８の移動により開閉する。

図１に示すように、吸気ポート１２は燃焼室２０に開口した開口部１２ａを有する。吸気ポート１２の内壁のうち開口部１２ａを囲む部分は吸気バルブ１６が着座するシート部となる。吸気ポート１２は、開口部１２ａから上流側にかけて直線形状の直線部１２ｂ（第１直線部）を有する。排気ポート１４は燃焼室２０に開口した開口部１４ａを有する。排気ポート１４の内壁のうち開口部１４ａを囲む部分は排気バルブ１８が着座するシート部となる。排気ポート１４は、開口部１４ａから下流側にかけて直線形状の直線部１４ｂ（第２直線部）を有する。

シリンダヘッド１０はベントルーフ型であり、燃焼室２０の上面は傾斜している。具体的には上面のうち吸気ポート１２側の上面２２は図１中で右下がりに傾斜している。排気ポート１４側の上面２４は図１中で左下がりに傾斜している。吸気ポート１２の直線部１２ｂと上面２４とは略平行であり、排気ポート１４の直線部１４ｂと上面２２とは略平行である。略平行とは、例えば完全に平行であること、および角度の違いがわずかにあってもよいことを意味する。上面２４と直線部１２ｂとは、略同一な直線上に位置する。上面２４から延伸する仮想的な直線Ｌ１が直線部１２ｂに重なってもよいし、直線部１２ｂからわずかに外れてもよい。同様に、上面２２と直線部１４ｂとは略同一な直線上に位置する。

図２（ａ）は排気バルブ１８が開弁した排気工程を図示している。燃焼後の排気は燃焼室２０から排気ポート１４に排出される。このとき、排気は排気ポート１４の開口部１４ａのうち吸気ポート１２側に流れやすいが、燃焼室２０の内壁側（＋Ｙ側）に流れにくい。したがって矢印で示すように、燃焼室２０の吸気ポート１２付近から、吸気バルブ１６と排気バルブ１８との間を通り、排気ポート１４に流れるような、排気の流れＦ１が発生する。

図２（ｂ）は吸気バルブ１６および排気バルブ１８がともに閉弁した状態を図示している。図２（ａ）の流れＦ１が発生している状態において排気バルブ１８が閉じることで、ガスは慣性力により吸気バルブ１６および排気バルブ１８の下面に沿うように流れる。これにより図２（ｂ）中に矢印で示すタンブル流Ｆ２が発生する。

図３は吸気バルブ１６が開弁した吸気工程を図示している。図２（ｂ）のタンブル流Ｆ２が発生している状態で吸気バルブ１６が開くと、吸気はタンブル流に合流する。これにより、さらに強いタンブル流Ｆ３が形成される。

本実施形態によれば、吸気ポート１２は直線部１２ｂを有し、排気ポート１４は直線部１４ｂを有する。直線部１２ｂは燃焼室２０の上面２４と略平行であり、直線部１４ｂは燃焼室２０の上面２２と略平行である。このため、図２（ａ）に示す排気工程では吸気ポート１２付近から排気ポート１４へと回り込むような流れＦ１が形成され、排気バルブ１８が閉弁すると図２（ｂ）に示すタンブル流Ｆ２が発生する。図３に示す吸気工程では、すでに生じているタンブル流に吸気が加わり、強いタンブル流Ｆ３が速やかに形成される。タンブル流が強くなることで、燃焼が速くなり、燃焼効率が向上する。このため燃費の改善および出力の向上が可能である。

燃焼室２０の上面２４と吸気ポート１２の直線部１２ｂとは略同一直線上に位置する。図３に示すように、吸気が吸気ポート１２から燃焼室２０へと直線的に流入することで、強いタンブル流Ｆ３が形成される。また上面２２と排気ポート１４の直線部１４ｂとが略同一直線上に位置する。これにより、図２（ａ）に示すように、排気が上面２２に沿って排気ポート１４のＩｎ側に流れやすくなり、タンブル流が形成される。

レーザクラッドバルブシートを用いることで、直線形状を有する吸気ポート１２および排気ポート１４を形成することができる。直線部１２ｂおよび１４ｂ、上面２２および２４の寸法および傾斜角度は任意に定めることができる。吸気ポート１２および排気ポート１４の全体が直線形状でなくてもよく、それぞれの燃焼室２０に接続される部分に直線部１２ｂおよび１４ｂが設けられていればよい。

（第１変形例）
図４（ａ）および図４（ｂ）は第１変形例に係る内燃機関２００を例示する断面図である。上記の構成と同じ構成については説明を省略する。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、排気ポート１４にバルブ３０が設けられている。バルブ３０は片持ちバルブであり、バルブ３０の開度は例えば不図示のＥＣＵ（Electronic Control Unit）などにより制御される。

図４（ａ）のように排気バルブ１８のリフト量が小さい場合、バルブ３０の開度は小さくなる。これにより排気ポート１４の一部の断面積が小さくなり、排気の流速が高まる。排気が燃焼室２０から排気ポート１４へと吸い出され、燃焼室２０内に強い流れが発生する。一方、図４（ｂ）のように排気バルブ１８のリフト量が大きい場合、排気の流れを阻害しないように、バルブ３０の開度は大きくなる。第１変形例によれば、リフト量が小さい場合でも大きい場合でも、強いタンブル流が形成される。

（第２変形例）
図５（ａ）および図５（ｂ）は第２変形例に係る内燃機関３００を例示する断面図である。上記の構成と同じ構成については説明を省略する。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、排気ポート１４にバルブ３２が設けられている。バルブ３２はバタフライバルブであり、バルブ３２の開度は例えば不図示のＥＣＵなどにより制御される。

図５（ａ）のように排気バルブ１８のリフト量が小さい場合、バルブ３２の開度は小さくなる。これにより排気が燃焼室２０から排気ポート１４へと吸い出され、燃焼室２０内に強い流れが発生する。一方、図５（ｂ）のように排気バルブ１８のリフト量が大きい場合、排気の流れを阻害しないように、バルブ３２の開度は大きくなる。第２変形例によれば、リフト量が小さい場合でも大きい場合でも、強いタンブル流が形成される。

（第３変形例）
図６は第３変形例に係る内燃機関４００を例示する断面図であり、吸気バルブ１６は省略している。図６に示すように、排気ポート１４の開口部１４ａのＥｘ側（＋Ｙ側）の部分１４ｃは、排気バルブ１８の傘部１８ａのＥｘ側の表面と同様の形状を有する。部分１４ｃと直線部１４ｂとのなす角θは鋭角である。第３変形例によれば、排気はＥｘ側（＋Ｙ側）からは排気ポート１４に入りにくく、Ｉｎ側（−Ｙ側）からは入りやすい。このため強いタンブル流が形成される。特に排気バルブ１８が低リフトの場合、排気の大部分がＩｎ側に流れるためタンブル流が効果的に形成される。なお、実施形態、第１〜第３変形例は組み合わせてもよい。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ シリンダヘッド
１１ シリンダブロック
１２ 吸気ポート
１２ａ、１４ａ 開口部
１２ｂ、１４ｂ 直線部
１４ 排気ポート
１４ｃ 部分
１５ ピストン
１６ 吸気バルブ
１８ 排気バルブ
１８ａ 傘部
２０ 燃焼室
２２、２４ 上面
１００、２００、３００、４００ 内燃機関

Claims (1)

1. シリンダヘッドと、
   前記シリンダヘッドに接続され、吸気バルブにより開閉される吸気ポートと、
   前記シリンダヘッドに接続され、排気バルブにより開閉される排気ポートと、を具備し、
   前記シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドが取り付けられるシリンダブロックとは燃焼室を形成し、
   前記吸気ポートは、前記吸気バルブが接触する部分から上流側にかけて直線形状である第１直線部を有し、
   前記排気ポートは、前記排気バルブが接触する部分から下流側にかけて直線形状である第２直線部を有し、
   前記第１直線部は、前記燃焼室の上面のうち前記排気ポート側の面と略平行であり、
   前記第２直線部は、前記燃焼室の上面のうち前記吸気ポート側の面と略平行であり、
   前記第１直線部と前記上面のうち前記排気ポート側の面とは略同一直線上に位置し、
   前記第２直線部と前記上面のうち前記吸気ポート側の面とは略同一直線上に位置する内燃機関。

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