JP4707641B2 - Intake device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の吸気装置に関し、より詳しくは、内燃機関の吸気行程で、吸気弁の外面に沿うよう吸気通路からシリンダ孔内に向かって吸入空気が流動するとき、この吸入空気と上記吸気弁の外面との境界部に渦を生じさせて吸入空気の流動を円滑にさせるようにする内燃機関の吸気装置に関するものである。 The present invention relates to an intake device for an internal combustion engine, and more specifically, when intake air flows from an intake passage toward a cylinder hole along an outer surface of an intake valve during an intake stroke of the internal combustion engine, The present invention relates to an intake device for an internal combustion engine that causes a vortex to be generated at a boundary portion with an outer surface of an intake valve so that the flow of intake air is smooth.
内燃機関には、従来、下記特許文献1に示されるのもがある。この公報のものによれば、内燃機関は、クランク軸を支持するクランクケースから突出するシリンダと、このシリンダの突出端に取り付けられてシリンダ孔を閉じるシリンダヘッドと、上記シリンダ孔に対し軸方向に摺動可能となるよう嵌入されるピストンと、このピストンと上記クランク軸とを連動連結させる連設棒とを備えている。
Conventionally, an internal combustion engine is disclosed in
上記内燃機関の吸気装置として、シリンダヘッドの一側部には、その外部を上記シリンダ孔内に連通させる吸気通路が形成されている。また、上記シリンダヘッドの他側部には、上記シリンダ孔内を外部に連通させる排気通路が形成されている。上記シリンダ孔内に向かって開口する上記吸気通路の下流端開口を開閉可能とするポペット型吸気弁が設けられている。また、上記シリンダ孔内に向かって開口する上記排気通路の上流端開口を開閉可能とするポペット型排気弁が設けられている。 As an intake device for the internal combustion engine, an intake passage is formed on one side of the cylinder head to communicate the outside with the cylinder hole. In addition, an exhaust passage for communicating the inside of the cylinder hole to the outside is formed on the other side of the cylinder head. There is provided a poppet type intake valve capable of opening and closing the downstream end opening of the intake passage that opens into the cylinder hole. Also, a poppet type exhaust valve is provided that can open and close the upstream end opening of the exhaust passage that opens into the cylinder hole.
上記吸気弁の傘部は、この傘部の外周面に形成された弁面(バルブフェース)が上記吸気通路の下流端開口の開口縁に形成される円環形状の弁座(バルブシート)に対し離接して、上記下流端開口を開閉可能とさせる。 The umbrella portion of the intake valve is an annular valve seat (valve seat) in which a valve surface (valve face) formed on the outer peripheral surface of the umbrella portion is formed at the opening edge of the downstream end opening of the intake passage. The downstream end opening can be opened and closed by separating from and contacting.
上記内燃機関の駆動による吸気、排気行程で、上記吸、排気弁のそれぞれの開閉弁動作により、上記吸気通路を通りシリンダ孔内に外部の空気が吸入空気として吸入され燃焼に供される。一方、この燃焼により生じた燃焼ガスは、排気として上記排気通路を通り外部に排出されるようになっている。
ところで、上記吸気弁の外面は、通常、全体的に滑らかに機械加工されている。このため、内燃機関の吸気行程で、上記吸気弁が開弁動作し、上記吸気通路を通りシリンダ孔内に吸入空気が吸入されるとき、この吸入空気は、傘部における吸気通路側の外面からの剥離が抑制されて、この傘部の外面に沿うように大きく屈曲しながら流動しがちとなる。 Incidentally, the outer surface of the intake valve is usually machined smoothly as a whole. For this reason, when the intake valve is opened during the intake stroke of the internal combustion engine and intake air is sucked into the cylinder hole through the intake passage, the intake air is taken from the outer surface of the umbrella portion on the intake passage side. Peeling is suppressed, and it tends to flow while being largely bent along the outer surface of the umbrella.
しかし、上記のように大きく屈曲する流動は、吸気通路からシリンダ孔内への吸入空気の円滑な流動を阻害するものであり、これは、内燃機関における充填効率の向上を阻害する原因となって、エンジン性能上好ましくない。 However, the flow that bends greatly as described above inhibits the smooth flow of the intake air from the intake passage into the cylinder hole, which is a cause of hindering the improvement of the charging efficiency in the internal combustion engine. This is not preferable in terms of engine performance.
本発明は、上記のような事情に注目してなされたもので、本発明の目的は、内燃機関の吸気行程で、吸気通路からシリンダ孔内に向かい吸入空気が円滑に流動するようにして、内燃機関の充填効率を向上させるようにすることである。 The present invention has been made paying attention to the above situation, and the object of the present invention is to make the intake air flow smoothly from the intake passage into the cylinder hole in the intake stroke of the internal combustion engine. It is to improve the charging efficiency of the internal combustion engine.
請求項1の発明は、シリンダ孔3内に向かって開口する吸気通路8の下流端開口10の開口縁に形成される円環形状の弁座21に対し、傘部17の弁面19が離接して上記下流端開口10を開閉可能とするポぺット型吸気弁11を備え、この吸気弁11が、上記傘部17と同じ軸心16上に位置して、上記下流端開口10を貫通するよう上記傘部17から一体的に突出する弁棒18を備えた内燃機関の吸気装置において、
上記傘部17における上記弁面19よりも上記吸気通路8側の外面25に凹部26を形成し、上記吸気弁11の側面視(図1)における上記凹部26の断面で見て、この凹部26の最底部を通り上記軸心16と平行な仮想線31を設定したとき、上記凹部26の内面のうち、この凹部26の最底部よりも上記弁面19側の内面32と上記仮想線31との交角θ1を鋭角にすると共に、上記凹部26の最底部よりも上記弁棒18側の他の内面33と上記仮想線31との交角θ2を鋭角にし、かつ、上記他の内面33を上記凹部26の最底部から上記弁棒18側に向かって直線的に延ばした後、上記弁棒18の外面に円弧凹面を介し連接させたものである。
According to the first aspect of the present invention, the
A
請求項2の発明は、請求項1の発明に加えて、上記凹部26を、上記傘部17の弁面19近傍に沿って上記吸気弁11の周方向に延びる溝形状としたものである。
According to a second aspect of the present invention, in addition to the first aspect of the invention, the
なお、この項において、上記各用語に付記した符号は、本発明の技術的範囲を後述の「実施例」の項や図面の内容に限定解釈するものではない。 In this section, the reference numerals appended to the above terms are not to be construed as limiting the technical scope of the present invention to the section “Example” described later or the contents of the drawings.
本発明による効果は、次の如くである。 The effects of the present invention are as follows.
請求項1の発明は、シリンダ孔内に向かって開口する吸気通路の下流端開口の開口縁に形成される円環形状の弁座に対し、傘部の弁面が離接して上記下流端開口を開閉可能とするポペット型吸気弁を備えた内燃機関の吸気装置において、
上記傘部における上記弁面よりも上記吸気通路側の外面に凹部を形成している。
The invention according to
A concave portion is formed on the outer surface of the umbrella portion closer to the intake passage than the valve surface.
このため、上記シリンダ孔内に向かって吸入空気が流動するとき、上記吸入空気と上記傘部の外面との境界部には、この外面に形成された凹部により渦が生じる。そして、この渦により、上記吸入空気は、上記傘部の外面から離されて上記シリンダ孔内に向かわされることから、このシリンダ孔内に向かい、上記吸入空気は、より直線的に流動させられる。 For this reason, when the intake air flows toward the inside of the cylinder hole, a vortex is generated at the boundary portion between the intake air and the outer surface of the umbrella portion due to the concave portion formed on the outer surface. The vortex causes the intake air to be separated from the outer surface of the umbrella portion and directed into the cylinder hole, so that the intake air flows more linearly toward the cylinder hole. .
よって、従来の技術のように吸入空気が傘部の外面からの剥離が抑制されて、この傘部の外面に沿うよう大きく屈曲しながら流動する、ということに比べ、上記吸入空気の流動は円滑になされる。この結果、内燃機関の充填効率が向上して、エンジン性能の向上が達成される。 Therefore, the intake air flows more smoothly than the conventional technique in which the separation of the intake air from the outer surface of the umbrella portion is suppressed and the air flows while bending largely along the outer surface of the umbrella portion. To be made. As a result, the charging efficiency of the internal combustion engine is improved and the engine performance is improved.
請求項2の発明は、凹部を、上記傘部の弁面近傍に上記吸気弁の周方向に沿って延びる溝形状としている。 According to a second aspect of the present invention, the recess has a groove shape extending in the vicinity of the valve surface of the umbrella portion along the circumferential direction of the intake valve.
このため、上記弁面の近傍における傘部の外面の外縁部に、より確実に渦が生じる。よって、シリンダ孔内に向かって流動する吸入空気は上記渦により上記傘部の外面と弁面とから離されて、小さい流体抵抗で流動させられる。つまり、吸入空気の流動はより円滑になされる。この結果、内燃機関の充填効率がより向上して、エンジン性能の向上がより確実に達成される。 For this reason, a vortex arises more reliably in the outer edge part of the outer surface of the umbrella part in the vicinity of the said valve surface. Therefore, the intake air flowing toward the inside of the cylinder hole is separated from the outer surface of the umbrella portion and the valve surface by the vortex, and is allowed to flow with a small fluid resistance. That is, the intake air flows more smoothly. As a result, the charging efficiency of the internal combustion engine is further improved, and the engine performance is more reliably improved.
本発明の内燃機関の吸気装置に関し、内燃機関の吸気行程で、吸気通路からシリンダ孔内に向かい吸入空気が円滑に流動するようにして、内燃機関の充填効率を向上させるようにするようにする、という目的を実現するため、本発明を実施するための最良の形態は、次の如くである。 The intake device for an internal combustion engine according to the present invention is configured to improve the charging efficiency of the internal combustion engine by allowing the intake air to smoothly flow from the intake passage into the cylinder hole during the intake stroke of the internal combustion engine. In order to realize the object, the best mode for carrying out the present invention is as follows.
即ち、内燃機関の吸気装置は、ポペット型吸気弁を備える。また、、この吸気弁は、上記傘部と同じ軸心上に位置して、上記下流端開口を貫通するよう上記傘部から一体的に突出する弁棒を備える。シリンダ孔内に向かって開口する吸気通路の下流端開口の開口縁に形成される円環形状の弁座に対し、上記吸気弁の傘部の弁面が離接して上記下流端開口を開閉可能とする。上記傘部における上記弁面よりも上記吸気通路側の外面に凹部が形成されている。また、上記吸気弁の側面視における上記凹部の断面で見て、この凹部の最底部を通り上記軸心と平行な仮想線を設定したとき、上記凹部の内面のうち、この凹部の最底部よりも上記弁面側の内面と上記仮想線との交角が鋭角にされると共に、上記凹部の最底部よりも上記弁棒側の他の内面と上記仮想線との交角が鋭角にされている。また、上記他の内面は、上記凹部の最底部から上記弁棒側に向かって直線的に延びた後、上記弁棒の外面に円弧凹面を介し連接させられている。 That is, an intake device for an internal combustion engine includes a poppet type intake valve. In addition, the intake valve includes a valve rod that is positioned on the same axis as the umbrella portion and protrudes integrally from the umbrella portion so as to penetrate the downstream end opening. The valve face of the umbrella portion of the intake valve can be separated from the annular valve seat formed at the opening edge of the downstream end opening of the intake passage that opens into the cylinder hole, and the downstream end opening can be opened and closed. And A concave portion is formed on the outer surface of the umbrella portion on the intake passage side than the valve surface. Further, when the imaginary line passing through the bottom of the recess and parallel to the axis is set in the cross section of the recess in a side view of the intake valve, the innermost surface of the recess is more than the bottom of the recess. In addition, the angle of intersection between the inner surface on the valve surface side and the imaginary line is set to an acute angle, and the angle of intersection between the other inner surface on the valve stem side and the imaginary line is set to an acute angle from the bottom of the recess. The other inner surface linearly extends from the bottom of the concave portion toward the valve stem, and is connected to the outer surface of the valve stem via an arc concave surface.
本発明をより詳細に説明するために、その実施例を添付の図に従って説明する。 In order to explain the present invention in more detail, an embodiment thereof will be described with reference to the accompanying drawings.
図1,2において、符号1は4サイクルの内燃機関である。この内燃機関1は、不図示のクランクケースから上方に向けて突出するシリンダ2と、このシリンダ2の突出端に取り付けられて上記シリンダ2のシリンダ孔3の上端を閉じるシリンダヘッド4と、上記シリンダ孔3の軸心5と同軸上に位置してこのシリンダ孔3に対し軸方向に摺動可能となるよう嵌入される不図示のピストンと、吸気装置6と、排気装置7とを備えている。
1 and 2,
上記内燃機関1の上記吸気装置6として、シリンダヘッド4の一側部には、その外部を上記シリンダ孔3内に連通させる吸気通路8が形成されている。また、上記内燃機関1の上記排気装置7として、シリンダヘッド4の他側部には、上記シリンダ孔3内を外部に連通させる排気通路9が形成されている。上記シリンダ孔3内に向かって開口する上記吸気通路8の下流端開口10を開閉可能とするポペット型吸気弁11が設けられ、この吸気弁11は上記シリンダヘッド4に支持されている。また、上記シリンダ孔3内に向かって開口する上記排気通路9の上流端開口12を開閉可能とするポペット型排気弁13が設けられ、この排気弁13は上記シリンダヘッド4に支持されている。
As the
上記吸気通路8の下流端開口10の軸心15上に、上記吸気弁11の軸心16が位置している。上記吸気弁11は、その軸心16上に位置して、上記吸気通路8の下流端開口10を上記シリンダ孔3側から開閉可能とする円盤形状の傘部17と、上記軸心16上に位置して、上記下流端開口10を貫通するよう上記傘部17から一体的に突出する弁棒18とを備えている。上記傘部17の外周面には、上記吸気弁11の軸心16を中心とする円環形状の弁面(バルブフェース)19が形成されている。
An axis 16 of the
一方、上記吸気通路8の下流端開口10の開口縁には円環形状の弁座(バルブシート)21が形成されている。そして、上記吸気弁11の軸方向移動による開閉弁動作により、この吸気弁11の傘部17の弁面19が上記弁座21に対し離反(図1,2中実線)、当接(図1中二点鎖線)して、上記下流端開口10が開閉可能とされている。
On the other hand, an annular valve seat (valve seat) 21 is formed at the opening edge of the downstream end opening 10 of the
上記内燃機関1の駆動による吸気、排気行程で、上記吸、排気弁11,13のそれぞれの開閉弁動作により、上記吸気通路8を通りシリンダ孔3内に外部の空気が吸入空気23として吸入され燃焼に供される一方、この燃焼により生じた燃焼ガスは、排気24として上記排気通路9を通り外部に排出されるようになっている。
In the intake and exhaust strokes driven by the
上記構成において、傘部17における上記弁面19よりも上記吸気通路8側の外面25に凹部26が形成されている。
In the above configuration, a
ここで、上記吸気弁11の外面は、通常、全体的に滑らかに機械加工されている。このため、内燃機関1の吸気行程で、上記吸気弁11が開弁動作して、その弁面19と弁座21との間の弁隙間28を通り上記吸気通路8からシリンダ孔3内に吸入空気23が吸入されるとき、この吸入空気23は、傘部17における吸気通路8側の外面25からの剥離が抑制されて、この傘部17の外面25に沿うように大きく屈曲しながら流動しがちとなる。しかし、このような流動は、吸気通路8からシリンダ孔3内への吸入空気23の円滑な流動を阻害するものである。
Here, the outer surface of the
そこで、前記したように、傘部17における上記弁面19よりも上記吸気通路8側の外面25に凹部26を形成したのであり、このため、上記シリンダ孔3内に向かって吸入空気23が上記弁隙間28を流動するとき、上記吸入空気23と上記傘部17の外面25との境界部(境界層を含む)には、この外面25に形成された凹部26により渦29が生じる。そして、この渦29により、上記吸入空気23は、上記傘部17の外面25から離されて上記シリンダ孔3内に向かわされることから、このシリンダ孔3内に向かい、上記吸入空気23は、より直線的に流動させられる。
Therefore, as described above, the
よって、従来の技術のように吸入空気が傘部の外面からの剥離が制御されて、この傘部の外面に沿って大きく屈曲しながら流動する、ということに比べ、上記吸入空気23の流動は円滑になされる。この結果、内燃機関1の充填効率が向上して、エンジン性能の向上が達成される。
Therefore, the flow of the
また、上記凹部26は、上記傘部17の弁面19近傍に沿って上記吸気弁11の周方向に延びる溝形状とされ、かつ、上記吸気弁11の軸心16を中心とする連続的な円環形状となるよう形成されている。なお、上記凹部26は不連続な円環形状であってもよい。
The
このため、上記弁面19の近傍における傘部17の外面25の外縁部の周方向各部に、それぞれより確実に渦29が生じる。よって、隙間寸法が小さい上記弁隙間28をシリンダ孔3内に向かって早い流速で吸入空気23が流動するとき、この吸入空気23は上記渦29により上記傘部17の外面25と弁面19とから離されて、小さい流体抵抗で流動させられる。つまり、吸入空気23の流動はより円滑になされる。この結果、内燃機関1の充填効率がより向上して、エンジン性能の向上がより確実に達成される。
For this reason, the
本実施例では、上記吸気弁11の側面視(図1)における上記凹部26の断面で見て、この凹部26の最底部を通り上記吸気弁11の軸心16と平行な仮想線31を設定したとき、上記凹部26の内面のうち、この凹部26の最底部よりも上記弁面19側の内面32と上記仮想線31との交角θ1は、上記凹部26の最底部よりも上記弁棒18側の他の内面33と上記仮想線31との交角θ2よりも小さくされている。
In this embodiment, an
このため、上記吸入空気23がシリンダ孔3内に向かって上記弁隙間28を流動する際、上記吸気弁11の軸心16側の他の内面33に沿って流動してきた吸入空気23の一部は、上記した交角θ1の小さい弁面19側の内面32に対し、より勢いよく衝突しがちとなって上記凹部26の周りに渦29がより確実に生じる。
Therefore, when the
よって、上記渦29により、吸入空気23は傘部17の外面25からより確実に離されて、シリンダ孔3内に向けてより直線的に流動させられる。つまり、吸入空気23の流動は更に円滑になされる。この結果、内燃機関1の充填効率が更に向上して、エンジン性能の向上が更に確実に達成される。
Therefore, the
図3は、バルブリフトLの値を種々設定し、従来の吸気弁と、本願の吸気弁11とを用いて、それぞれの吸入空気23の量を測定した一例としての実験結果のグラフ図である。
FIG. 3 is a graph of experimental results as an example in which the value of the valve lift L is set variously and the amount of each
具体的には、従来の一般的な形状をした吸気弁(従来標準)と、本願の吸気弁11とを用い、バルブリフトLの上記設定値毎に、吸入空気23の流量(g/sec)を流体解析(CFD)やピトー管などを用いて測定した実験結果である。なお、この吸入空気23の量は、内燃機関1の充填効率にほぼ比例するものである。
Specifically, a flow rate (g / sec) of the
上記図3によれば、上記バルブリフトLのAの範囲で、従来標準による吸入空気の量に対し、本願による吸入空気23の量がほぼ2%増加することがわかる。つまり、充填効率の向上が期待できる。
According to FIG. 3, it can be seen that the amount of
なお、以上は図示の例によるが、バルブ傘角が大きい吸気弁11の場合には、上記凹部26において、交角θ1≒交角θ2としてもよく、もしくはθ1>θ2としてもよい。また、上記凹部26は断面U字形状の溝としてもよい。また、凹部26を半球形状などとして、所望径寸法で、軸心16回りの周方向に多数列設してもよく、半径の小さい多数の凹部26をランダムに形成してもよい。
Although the above is based on the illustrated example, in the case of the
1 内燃機関
2 シリンダ
3 シリンダ孔
4 シリンダヘッド
5 軸心
6 吸気装置
8 吸気通路
10 下流端開口
11 吸気弁
15 軸心
16 軸心
17 傘部
18 弁棒
19 弁面
21 弁座
23 吸入空気
25 外面
26 凹部
28 弁隙間
29 渦
31 仮想線
32 内面
33 他の内面
L バルブリフト
θ1 交角
θ2 交角
DESCRIPTION OF
Claims (2)
上記傘部における上記弁面よりも上記吸気通路側の外面に凹部を形成し、上記吸気弁の側面視における上記凹部の断面で見て、この凹部の最底部を通り上記軸心と平行な仮想線を設定したとき、上記凹部の内面のうち、この凹部の最底部よりも上記弁面側の内面と上記仮想線との交角を鋭角にすると共に、上記凹部の最底部よりも上記弁棒側の他の内面と上記仮想線との交角を鋭角にし、かつ、上記他の内面を上記凹部の最底部から上記弁棒側に向かって直線的に延ばした後、上記弁棒の外面に円弧凹面を介し連接させたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。 Poppet type that allows opening and closing of the downstream end opening by separating the valve surface of the umbrella portion from the annular valve seat formed at the opening edge of the downstream end opening of the intake passage that opens toward the cylinder hole An intake device for an internal combustion engine, comprising an intake valve, the intake valve being located on the same axial center as the umbrella portion and having a valve rod integrally protruding from the umbrella portion so as to penetrate the downstream end opening In
A concave portion is formed on the outer surface of the umbrella portion closer to the intake passage than the valve surface, and is viewed in a cross section of the concave portion in a side view of the intake valve and passes through the bottom of the concave portion and is parallel to the axial center. When a line is set, among the inner surfaces of the recesses, the intersection angle between the inner surface on the valve surface side and the imaginary line with respect to the bottom surface of the recesses is made an acute angle, and the valve stem side with respect to the bottom surface of the recesses After making the angle of intersection between the other inner surface and the imaginary line an acute angle, and extending the other inner surface linearly from the bottom of the recess toward the valve stem, an arc concave surface is formed on the outer surface of the valve stem. An intake device for an internal combustion engine characterized by being connected via
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