JP3038751B2 - 内燃機関の燃焼室構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、内燃機関の燃焼室構造の改良に関する。

（従来の技術） 自動車用機関等にあっては、排気バルブは燃焼室の中
でも熱的に最も厳しい環境下にあるため、排気バルブの
内部に金属ナトリウム等の冷媒を封入して、排気バルブ
の温度上昇を抑えることが行われている。

排気バルブ内に封入された金属ナトリウムは高温域で
は液化状態となってシェークされることにより、燃焼室
およびポートを通る燃焼ガスから受けた熱をバルブガイ
ドおよびシリンダヘッドを介して逃がし、バルブ傘部の
温度を低減するようになっている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、冷媒が封入された排気バルブは、機関の温
度が十分に上昇しない冷間時においても、バルブ傘部の
表面温度が他の燃焼室壁面に比べて低くなるため、壁流
となって燃焼室に流入した燃料の気化および霧化を妨げ
るという問題点があった。

とくに、吸気バルブと排気バルブが対向して配置され
たクロスフロータイプの燃焼室構造では、機関冷間時に
吸気ポートから壁流となって燃焼室に流入した燃料の多
くが、燃焼室壁面に沿って排気バルブに導かれるため、
冷媒が封入された排気バルブを用いると、冷間時の燃焼
性が悪化し、未燃HCの排出量が増大する。

本発明は、こうした従来の問題点に着目し、冷媒封入
バルブを用いる機関において、冷間時の燃焼性の改善を
はかった、新規な燃焼室構造を提供することを目的とす
る。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため第１の発明では、燃焼室に複
数の排気バルブと吸気バルブを備え、排気バルブと吸気
バルブが互いに対向して配置された内燃機関の燃焼室構
造において、吸気バルブと排気バルブのいずれか一つ以
上に冷媒を封入するとともに、吸気ポートから導かれる
粒径が相対的に大きな燃料が通過する側の吸気バルブと
対向する排気バルブに冷媒を封入しない構成とした。

また第２の発明は、前記第１の発明において、前記吸
気ポート内に左右どちらか一方に偏倚して設けた切欠き
を有する運転条件に応じて開閉する吸気制御弁と、この
吸気弁の上流側に配置した燃料供給手段とを備え、前記
吸気制御弁の切欠きがある側の吸気バルブと対向する排
気バルブに冷媒を封入しない構成とした。

さらに第３の発明は、前記第１の発明において、前記
吸気ポート内に左右どちらか一方に偏倚して設けた切欠
きを有する運転条件に応じて開閉する吸気制御弁と、こ
の吸気弁の下流側に配置した燃料供給手段とを備え、前
記吸気制御弁の切欠きがない側の吸気バルブと対向する
排気バルブに冷媒を封入しない構成とした。

（作用） 高負荷運転時に、冷媒が封入されたバルブが他のバル
ブや燃焼室壁面よりも低温に保たれることにより、ノッ
キングを防止する。

機関の温度が十分に上昇しない冷間時に、冷媒が封入
されたバルブは低温に保たれ、常に燃焼ガスにさらされ
る排気バルブは吸気バルブに比べて絶対温度が高いた
め、その温度降下代は大きいが、粒径の比較的に小さい
燃料が導かれるバルブに冷媒を封入するとともに、粒径
の比較的に大きな燃料が導かれる排気バルブに冷媒を封
入しない構成としたことにより、排気バルブが燃料の気
化および霧化を妨げることを抑えて、燃焼性を改善する
ことができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図に示すように、シリンダヘッドに形成される燃
焼室１の壁面（天井）はペントルーフ（屋根）型に傾斜
し、その中心部に位置して点火栓２が取付けられ、この
周囲に位置して２つの吸気バルブ11,12並びに排気バル
ブ13,14が配設される。

各吸気バルブ11,12と排気バルブ13,14は、互いに反対
のサイドに位置し、かつ各一対の吸気バルブ11,12と排
気バルブ13,14が互いに対向するように配置される。

各吸気バルブ11と12はシリンダヘッドの同一サイドに
並列的に形成した各吸気ポート5,6と連通し、同様にし
て排気バルブ13,14も並列的な各排気ポート（図示せ
ず）と連通する。

吸気ポート5,6の上流側には気化器等の燃料供給手段
が設けられるとともに、燃焼室１に吸気スワール（旋回
流）を生起する手段として吸気制御弁３が設けられる。
吸気制御弁３は一方の吸気ポート５に対峙する切欠き3a
を有し、図示しないアクチュエータ等を介して低負荷運
転時に閉弁し、吸気の大部分を図中白抜き矢印で示すよ
うに切欠き3aを通して一方の吸気ポート５に集めて、燃
焼室１にスワールを生起するようになっている。

吸気制御弁３が閉じてスワールが生起される運転状態
で、吸気流量の大きく燃料の大部分が流入する吸気ポー
ト５を開閉する吸気バルブ11は、吸気流量の小さく燃料
の流入がほとんどない吸気ポート６側に比べて、冷間時
に導かれる燃料の粒径が大きくなる。この実施例では、
この吸気ポート５の吸気バルブ11に対向する排気バルブ
13に冷媒を封入せず、他方の排気バルブ14は中空構造と
し、その内部に冷媒して例えば金属ナトリウム（Na）を
封入して熱伝導性を高める構成とする。

次に作用について説明する。

排気バルブ13,14は燃料ガスにさらされ、熱的に厳し
い環境下にあるが、一方の排気バルブ14に封入された金
属ナトリウムは高温域では液化状態となってシェークさ
れることにより、燃焼室１および排気ポートを通る燃焼
ガスから受けた熱をバルブガイドおよびシリンダヘッド
を介して速やかに逃がし、バルブ傘部の温度を低減す
る。この結果、高圧縮比機関においてもノッキングの発
生を抑制する。

ところが、金属ナトリウムが封入された排気バルブ14
の傘部は、機関の温度が十分に上昇しない冷間時でも他
方の排気バルブ13および燃焼室１の壁面に比べて低温に
保たれているため、これに液状燃料が当たると霧化およ
び気化が遅れて燃焼性が悪化する。

この実施例では、燃料が吸気ポート５から壁流となっ
て流入する冷間時でも、スワールの上流側に位置する冷
媒の封入されない排気バルブ13が比較的に高温に保た
れ、液状燃料は排気バルブ13に当たって霧化および気化
が促進される。

金属ナトリウムの封入される排気バルブ14は燃焼室１
に生起されるスワールの下流側に位置して、比較的に微
粒化された燃料が導かれるため、燃料の霧化および気化
を妨げる影響を小さくすることができる このようにして、低温の排気バルブ14を避けて燃料を
導くことにより、冷間時において燃料の気化を促進する
とともに、燃焼室１におけるスワールのガス流動と相ま
って混合気性状が改善される。したがって、冷間時にお
いても、圧縮上死点付近で点火栓２による点火が行われ
ると、短時間のうちに安定して燃焼させることができ
る。

他の実施例として、第１図において吸気制御弁３が閉
じた運転状態で、大部分の燃料が流入する吸気ポート５
に設けられた吸気バルブ11と、これに対向する排気バル
ブ13とにはそれぞれ冷媒を封入することがなく、他方の
排気バルブ13と燃料の流入がほとんどない吸気ポート６
に設けられた吸気バルブ12とにそれぞれ冷媒として金属
ナトリウムを封入して熱伝導性を高める構成とする。

この場合、２本のバルブ12,14に金属ナトリウムを封
入することにより、高負荷運転時のノッキング防止効果
を高められる。

また、金属ナトリウムが封入された吸気バルブ12には
他方の吸気バルブ11に比べて低温に保たれるものの、常
に燃焼ガスにさらされる排気バルブ13,14に比べて絶対
温度が低いため、その温度降下代は小さく、冷間時にも
十分な燃焼性を確保することができる。

なお、第１図において、排気バルブ14に加えて２本の
吸気バルブ11,12に共に金属ナトリウムを封入すること
も可能であり、高負荷運転時のノッキング防止効果をさ
らに高められる。

次に、第２図に示す他の実施例について説明すると、
吸気ポート5,6の上流側には吸気制御弁３が設けられる
とともに、吸気制御弁３の下流側にインジェクタ４が設
けられる。吸気制御弁３は一方の吸気ポート５に対峙す
る切欠き3aを有して燃焼室１にスワールを生起し、イン
ジェクタ４は燃料を２つの吸気ポート5,6に分岐して均
等に噴射供給するようになっている。

吸気制御弁３が閉じた低負荷運転時で、図中白抜き矢
印で示すように吸気の流量が大きくなる吸気ポート５で
はインジェクタ４から噴射燃料が高速空気流により微粒
化が促進される一方、吸気の流量が小さくなる吸気ポー
ト６ではインジェクタ４からの噴射燃料の微粒化が遅れ
る。

この実施例では、吸気ポート５から導かれる燃料径が
比較的に小さくなる吸気バルブ11に対向する排気バルブ
13に金属ナトリウムを封入し、吸気ポート６から導かれ
る燃料径が比較的に大きくなる吸気バルブ12に対向する
排気バルブ14に冷媒を封入しない構成とする。

これにより、インジェクタ４から噴射される燃料が吸
気ポート６から壁流となって流入する冷間時でも、冷媒
の封入されない排気バルブ14は比較的に高温に保たれ、
液状燃料は排気バルブ14に当たって霧化および気化が促
進される。

金属ナトリウムの封入された排気バルブ13は冷間時で
も比較的に低温に保たれるが、吸気制御弁３の閉弁によ
り吸気ポート５では吸気流速の増加に伴って燃料の微粒
化が促進されるため、排気バルブ13が燃料の霧化および
気化を妨げる影響を小さくすることができる このようにして、低温の排気バルブ13には比較的に微
粒化された燃料を導くことにより、冷間時において燃料
の気化を促進するとともに、燃焼室１におけるスワール
のガス流動と相まって混合気性状が改善される。したが
って、冷間時においても、圧縮上死点付近で点火栓２に
よる点火が行われると、短時間のうちに安定して燃焼さ
せることができる。

さらに他の実施例として、第２図において、排気バル
ブ13に加えて吸気バルブ11に金属ナトリウムを封入する
ことも可能であり、高負荷運転時のノッキング防止効果
をさらに高められる。

（発明の効果） 以上の通り本発明によれば、燃焼室に吸気バルブと排
気バルブが互いに対向して配置される複数対の吸気バル
ブと排気バルブのいずれか一つ以上に冷媒を封入すると
ともに、粒径が相対的に大きな燃料が通過する側の吸気
バルブに対向する排気バルブに冷媒を封入しない構成と
したため、冷媒封入バルブを用いてノッキング等を回避
して機関の高出力化に対応する一方で、冷間時に吸気ポ
ートから燃焼室の壁面に沿って流入した燃料を触媒が封
入された排気バルブに当てて燃焼性を悪化させることを
防止し、点火栓のくすぶりを防止するとともに、未燃HC
の排出を低減し、燃費の向上がはかれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す燃焼室の平面図である。
第２図は他の実施例を示す燃焼室の平面図である。 １……燃焼室、２……点火栓、３……吸気制御弁、5,6
……吸気ポート、11,12……吸気バルブ、13,14……排気
バルブ。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室に複数の排気バルブと吸気バルブを
   備え、排気バルブと吸気バルブが互いに対向して配置さ
   れた内燃機関の燃焼室構造において、吸気バルブと排気
   バルブのいずれか一つ以上に冷媒を封入するとともに、
   吸気ポートから導かれる粒径が相対的に大きな燃料が通
   過する側の吸気バルブと対向する排気バルブに冷媒を封
   入しない構成としたことを特徴とする内燃機関の燃焼室
   構造。
2. 【請求項２】前記吸気ポート内に左右どちらか一方に偏
   倚して設けた切欠きを有する運転条件に応じて開閉する
   吸気制御弁と、この吸気制御弁の上流側に配置した燃料
   供給手段とを備え、前記吸気制御弁の切欠きがある側の
   吸気バルブと対向する排気バルブに冷媒を封入しない構
   成としたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の
   燃焼室構造。
3. 【請求項３】前記吸気ポート内に左右どちらか一方に偏
   倚して設けた切欠きを有する運転条件に応じて開閉する
   吸気制御弁と、この吸気制御弁の下流側に配置した燃料
   供給手段とを備え、前記吸気制御弁の切欠きがない側の
   吸気バルブと対向する排気バルブに冷媒を封入しない構
   成としたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の
   燃焼室構造。