JP3491762B2 - 内燃機関のシリンダヘッド構造 - Google Patents

内燃機関のシリンダヘッド構造

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のシリンダヘ
ッド構造に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関、特にシリンダヘッドの燃焼室
面とピストンのヘッド面との間に形成される燃焼室内に
燃料を直接噴射するディーゼルエンジンにおいては、シ
リンダヘッドに要求される吸気ポート性能の一つである
スワール比を向上させるため、ヘリカルポートを採用し
たり、ポート形状を複雑化したりしている。その結果、
吸気通路が絞られ、吸入空気量が減少するので、対策と
して、カムプロフィルを変更してバルブリフト量を増加
し、ピストンのバルブポケット深さを増大させている。
しかし、バルブポケットの深さ増大は燃焼室の無駄な容
積の増加となり、燃焼性能を低下させてしまう。
【0003】また、ピストンヘッドにバルブポケットを
設けると、ポケットの段差部分にき裂を生じやすく、ピ
ストンの耐久性の面で好ましくない。そこで、ピストン
ヘッドに設けられていたバルブポケットを廃止し、シリ
ンダヘッドの燃焼室面にくぼみを設けて吸気および排気
バルブを前記燃焼室面から引き込ませたシリンダヘッド
構造が採用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図5は、各シリンダに
吸気バルブ、排気バルブをそれぞれ2個ずつ設けた4バ
ルブ式ディーゼルエンジンのシリンダヘッドを燃焼室面
側から見た部分平面図、図6(a),(b)は図5のA
1 −A1 断面図、図7は図5のC1 −C1 断面図で、ピ
ストンヘッドにバルブポケットを設けたバルブフラッシ
ュマウントタイプのシリンダヘッドである。シリンダヘ
ッド1内には、シリンダヘッド1の一側の端面1aから
各シリンダの吸気用開口部に至る吸気ポート1bと吸気
ポート1cとが設けられ、各ポートの開口部の段付き穴
にそれぞれ吸気バルブシート2が嵌着されている。ま
た、シリンダヘッド1の他側の端面1fから各シリンダ
の排気用開口部に至る排気ポート1g、1hが設けら
れ、各ポートの開口部の段付き穴にはそれぞれ排気バル
ブシートが嵌着されている。また、シリンダヘッド1の
燃焼室面1dには、前記各ポートの開口部にバルブシー
トと同心の面取り部1eが設けられている。
【0005】上記シリンダヘッドにおいて、図6(b)
に示すように吸気バルブ3がa1 までリフトし、吸気バ
ルブ3が開き初めのとき、吸入空気の流れはシリンダヘ
ッド燃焼室面1dの吸気ポート開口部周縁に設けられた
面取り部1eと干渉し、空気の流れを悪くする。しか
し、バルブリフト量がa1 を超えると前記干渉はなくな
る。ただし図7に示すように、ポート1bからの空気と
ポート1cからの空気とが互いに干渉し、またシリンダ
7の壁面方向に向かう空気流れは前記壁面に干渉するた
め、空気の流れが悪化する。
【0006】図8はピストンヘッドに設けられていたバ
ルブポケットを廃止し、バルブを燃焼室面から引き込ま
せたシリンダヘッドを燃焼室面側から見た部分平面図、
図9(a),(b)は図8のA2 −A2 断面図、図10
は図8のC2 −C2 断面図である。吸気バルブ3が a2
(a2>a1)までリフトする間、吸入空気の流れはシリ
ンダヘッド燃焼室面1dに設けられた面取り部1eと干
渉する。図9(a)に示すシリンダヘッドは、図6
(a)に示すシリンダヘッドよりも吸気バルブシート2
を深い位置に引き込ませてあるので、面取り部1eの寸
法が大きくなる。従ってバルブリフト量が、a1 より大
きいa2 になっても空気流れが面取り部1eと干渉する
ことになり、吸気ポート性能が低下する。また、図5に
示したシリンダヘッドと同じく、ポート1bからの空気
とポート1cからの空気との相互干渉およびシリンダ7
壁面への干渉がある。
【0007】本発明は上記従来の問題点に着目し、ピス
トンヘッドに設けるバルブポケットを廃止して、バルブ
閉時にシリンダヘッド側にバルブを引き込ませるシリン
ダヘッドにおいて、ポート形状、バルブリフト量を変更
することなく吸気ポート性能を向上させることができる
ような、内燃機関のシリンダヘッド構造を提供すること
を目的とする。
【0008】
【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の発明は、内燃機関のシリンダヘッド構造にお
いて、内燃機関のピストンヘッドに対向するシリンダヘ
ッド燃焼室面に設けられ、吸気ポートに連通する開口部
と、この開口部に嵌着され、吸気バルブに当接するシー
ト面を備えたバルブシートと、前記吸気バルブがバルブ
シートに当接したとき吸気バルブがシリンダヘッドの燃
焼室面から突出しない位置にバルブシートを設け、燃焼
室面の吸気ポート開口部周縁に設ける面取りを、バルブ
シートの中心に対して、前記吸気ポートを通って開口部
に到達した吸気の流線方向に所定量偏心させた位置に中
心を持つ円錐角の面取りとした構成としている。第2の
発明は、第1の発明において、1シリンダ当たり2個
の、吸気バルブと吸気ポートを備え、前記2個の吸気ポ
ートのうち、スワール回転方向手前側の吸気ポートの吸
気の流線方向を前方の吸気ポートの開口部周縁の面取り
の少ない方向とした構成としている。 第3の発明は、第
1、又は第2のいずれかの発明において、前記燃焼室面
の吸気ポート開口部周縁に設ける面取りの円錐角を、バ
ルブシートのシート面を形成する円錐角にほぼ等しい角
度とした構成にしている。
【0009】
【作用】第1の発明によると、シリンダヘッドの吸気ポ
ート形状を従来のままとし、言い換えればシリンダヘッ
ド素材を従来のままとし、シリンダヘッドの燃焼室面に
設ける吸気ポート開口部の面取りを、吸気バルブシート
中心に対して吸気の流線方向に所定量だけ偏心させて加
工するだけで、空気流量を低下させずにスワール比を向
上させることができ、特にバルブリフト量の小さい範囲
でスワール比が著しく増大する。 従って、シリンダヘッ
ド燃焼室面の面取り形状を変えるだけで吸気ポート性能
が改善され、従来よりも燃焼効率が良くなり、高出力エ
ンジンを得ることができる。 第2の発明によると、流線
方向と反対方向ないしその周辺部分は面取りが小さいた
め、流入空気は面取り部に干渉し、空気流れが小さくな
るので、隣接するもう一つの吸気ポートからの流線方向
空気流れとの相互干渉や、シリンダ壁面との干渉が小さ
くなる。 従って、1シリンダ当り2個の吸気バルブを備
えた内燃機関において、2個の吸気バルブからシリンダ
内に吸入される空気の流れは、いずれのバルブにおいて
も流線方向に大量の空気を吸入することができ、吸入空
気はシリンダの円周に対して接線方向に流れるので、ス
ワール比を向上させることができる。 第3の発明による
と、流線方向に流れる空気は面取り部と干渉せずに円滑
にシリンダ内に流入させることができる。
【0010】
【実施例】以下に本発明に係る内燃機関のシリンダヘッ
ド構造の実施例について、図面を参照して説明する。図
1は4バルブ式ディーゼルエンジンのシリンダヘッドを
燃焼室面側から見た部分平面図、図2(a),(b)は
図1のB3 −B3 断面図、図3は図1のC3−C3 断面
図でバルブリフト最大時を示す。シリンダヘッド1内に
は、シリンダヘッド1の一側の端面1aから各シリンダ
の吸気用開口部に至る吸気ポート1bと吸気ポート1c
とが設けられ、各ポートの開口部の段付き穴にそれぞれ
吸気バルブシート2が嵌着されている。
【0011】吸気バルブシート2に吸気バルブ3のシー
ト面が当接したとき、図2(a)に示すように、吸気バ
ルブ3の端面3aがシリンダヘッド1の燃焼室面1dか
ら突出しないよう、吸気バルブシート2の嵌着位置が設
定されている。そして、シリンダヘッド1の燃焼室面1
dに開口する吸気ポート開口部には、吸気バルブシート
2の中心に対して、吸気の流線4または流線5の進む方
向にeだけ偏心した位置に中心をもつ円錐角の面取りが
施されている。この面取り部1eの円錐角は、吸気バル
ブシート2のシート面円錐角とほぼ同一である。なお、
排気バルブシートも吸気バルブシート2と同様に、排気
バルブの端面がシリンダヘッド1の燃焼室面1dから突
出しない位置に嵌着され、前記燃焼室面1dに開口する
排気ポート開口部には、排気バルブシート6の中心位置
に中心をもつ円錐角による面取りが施されている。
【0012】上記構造のシリンダヘッドにおいては、図
2(b)に示すように、流線方向ならびにその周辺部分
の空気の流れは、面取り部1eとの干渉がないため、吸
気バルブ3の開き初めから自由にシリンダ内に流入す
る。そして、流線方向から遠ざかるにつれて面取り部1
eとの干渉が起こり、空気の流れが阻止される。流線4
または流線5の進行方向と反対の方向ないしその周辺部
分は、面取りが小さくなっているため、吸気バルブ3が
前記a2 より大きいa3までリフトしても、この方向の
空気の流れは面取り部1eと干渉し、流れが悪くなる。
従って、図1において吸気ダイレクトポート1cの流線
5の方向の空気流れは、吸気スワールポート1bの流線
4の方向と反対方向ないしその周辺方向に生じる空気流
れの減少に助けられ、図3に示すように空気流れの干渉
をほとんど起こさない。そこで、吸気スワールポート1
b、吸気ダイレクトポート1cからの空気は、ともに円
滑にシリンダ7内に吸入される。更に、シリンダ7の壁
面に向かう空気流れ8も前記面取り部1eに干渉して弱
くなるので、空気流れのシリンダ7壁面との干渉が小さ
くなり、空気はシリンダ7の接線方向に流れ、スワール
比を向上させる。
【0013】図4は、バルブリフト量に対する空気流量
およびスワール比について、本発明によるシリンダヘッ
ド構造と従来のシリンダヘッド構造とを比較した図であ
る。同図において、タイプ1は本発明、タイプ2は図5
〜図7に示すバルブフラッシュマウントタイプ、タイプ
3はバルブ端面を燃焼室面から引き込ませた、図8〜図
10に示す従来のタイプである。この図で明らかなよう
に、空気流量はいずれのタイプもほぼ同等であるが、タ
イプ1は2個の吸気ポートのそれぞれの流線方向の空気
流れの相互干渉や、シリンダ壁面方向の干渉が弱くなる
ため、スワール比、特にバルブ開き始めのスワール比が
従来のシリンダヘッドに比べて格段に大きい。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、シ
リンダヘッドの吸気ポート形状、バルブリフト量を従来
のままとし、シリンダヘッドの燃焼室面に設ける吸気ポ
ート開口部の面取りを、吸気バルブシート中心に対して
吸気の流線方向に所定量だけ偏心させたので、空気流量
を低下させずにスワール比を向上させることができ、特
にバルブリフト量の小さい範囲でスワール比が著しく増
大する。従って、シリンダヘッド燃焼室面の面取り形状
を変えるだけで吸気ポート性能が改善され、従来よりも
燃焼効率が良くなり、高出力エンジンを得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による4バルブ式ディーゼルエンジンの
シリンダヘッドを、燃焼室面側から見た部分平面図であ
る。
【図2】図1のB3 −B3 断面図で、(a)は吸気バル
ブ閉時、(b)はバルブリフトa3 時を示す。
【図3】図1のC3 −C3 断面図で、バルブリフト最大
時を示す。
【図4】バルブリフトに対する空気流量およびスワール
比を示す図である。
【図5】従来の技術によるバルブフラッシュマウントタ
イプのシリンダヘッドを、燃焼室面側から見た部分平面
図である。
【図6】図5のA1 −A1 断面図で、(a)は吸気バル
ブ閉時、(b)はバルブリフトa1 時を示す。
【図7】図5のC1 −C1 断面図で、バルブリフト最大
時を示す。
【図8】バルブを燃焼室面から引き込めた従来のシリン
ダヘッドを、燃焼室面側から見た部分平面図である。
【図9】図8のA2 −A2 断面図で、(a)は吸気バル
ブ閉時、(b)はバルブリフトa2 時を示す。
【図10】図8のC2 −C2 断面図で、バルブリフト最
大時を示す。
【符号の説明】
1 シリンダヘッド 1d 燃焼室面 1e 面取り部 2 吸気バルブシート 3 吸気バルブ 4,5 流線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02B 31/02 F01L 3/06 F02B 23/00 F02B 31/00 331

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関のシリンダヘッド構造におい
    て、 内燃機関のピストンヘッドに対向するシリンダヘッド燃
    焼室面に設けられ、吸気ポートに連通する開口部と、 この開口部に嵌着され、吸気バルブに当接するシート面
    を備えたバルブシートと、 前記吸気バルブがバルブシートに当接したとき吸気バル
    ブがシリンダヘッドの燃焼室面から突出しない位置にバ
    ルブシートを設け、 燃焼室面の吸気ポート開口部周縁に設ける面取りを、バ
    ルブシートの中心に対して、前記吸気ポートを通って開
    口部に到達した吸気の流線方向に所定量偏心させた位置
    に中心を持つ円錐角の面取りとしたことを特徴とする内
    燃機関のシリンダヘッド構造。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の内燃機関のシリンダヘッ
    ド構造において、 1シリンダ当たり2個の、吸気バルブと吸気ポートを備
    え、 前記2個の吸気ポートのうち、スワール回転方向手前側
    の吸気ポートの吸気の流線方向を前方の吸気ポートの開
    口部周縁の面取りの少ない方向としたことを特徴とする
    内燃機関のシリンダヘッド構造。
  3. 【請求項3】 請求項1ないし2のいずれかに記載の内
    燃機関のシリンダヘッド構造において、 前記燃焼室面の吸気ポート開口部周縁に設ける面取りの
    円錐角を、バルブシートのシート面を形成する円錐角に
    ほぼ等しい角度としたことを特徴とする 内燃機関のシリ
    ンダヘッド構造。
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