JP4765996B2

JP4765996B2 - 内燃機関

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Publication number: JP4765996B2
Application number: JP2007119621A
Authority: JP
Inventors: 貴士天野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: JP2008274853A

Description

本発明は内燃機関に関し、特に筒内に旋回気流を生成するにあたって、吸気を筒内に好適に流入させるための特定吸気弁を備える内燃機関に関する。

従来、内燃機関においては筒内にタンブル（縦渦）やスワール（横渦）といった旋回気流を生成する技術が知られている。係る旋回気流を生成する内燃機関では、一般により強度の高い旋回気流を生成することで、内燃機関の希薄燃焼領域の拡大や出力性能の向上などを図ることができる。この点、強度の高い旋回気流を生成するにあたっては、筒内に流入する吸気の流入態様が重要な要素の一つとなっている。これに対して、筒内に流入する吸気の流入態様を改善するための技術が例えば特許文献１または２で提案されている。

特開平０７−２７９７５１号公報実開昭５９−１３５３３５号公報

筒内に吸気が流入する際には、吸気が吸気弁のステムに干渉するとともに分岐される結果、意図した流れが形成されないという問題がある。この点、吸気弁が大きくリフトしているときには多量の吸気が勢いをもって筒内に流入するため、上記問題があっても強度の高い旋回気流が筒内に比較的生成され易くなる。しかしながら、吸気弁中高リフト時の吸気の流通のみでは十分な強度の旋回気流を筒内に生成することは困難であり、このため、十分な強度の旋回気流を生成するためには、吸気弁低中リフト時の吸気の流入態様を改善する必要がある。

これに対して特許文献１が提案する技術は、吸気ポート開口部を吸気弁とともに燃焼室外側に偏心させることで、燃焼室中央寄りの吸気流を多く形成するとともに、さらに吸気流を燃焼室中央寄りに集めることを可能にしている。このためこの提案技術によれば、吸気弁低中リフト時に吸気の流入態様を改善できると考えられる。しかしながら、この提案技術ではステムで分岐するとともに燃焼室中央に向かって流通しない吸気も多く存在していることから、十分な強度の旋回気流を得ることは困難であると考えられる。またこの提案技術では、吸気弁中高リフト時に燃焼室中央寄りに吸気が集まり過ぎた結果、筒内に流入した吸気が過剰に高い流速でシリンダ壁面と衝突し、生成される旋回気流の強度が却って低下してしまう虞も考えられる。

そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、吸気弁小中リフト時から吸気を筒内に好適に流入させることができるとともに、筒内に流入した吸気が過剰な流速でシリンダ壁面と衝突し、この結果、生成される旋回気流の強度が低下することを抑制できる内燃機関を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は傘部と、該傘部と一端で連結されるステムとを有する吸気弁を備える内燃機関であって、前記吸気弁として、閉じた状態において前記ステムの先端がシリンダ中心軸線を含み、且つクランク軸線と略直交する平面に、前記クランク軸線と略平行な方向で前記傘部の底面の中心点よりも近づくように前記ステムが傾斜している特定吸気弁を、前記平面を挟んで一方の側および他方の側にそれぞれ備え、さらに前記一方の側および前記他方の側の前記特定吸気弁が閉じた状態において、前記ステムの前記先端が、吸気の流れ方向について前記中心点よりも排気ポート側に位置するように、前記一方の側および前記他方の側の前記特定吸気弁に係る前記ステムが傾斜していることを特徴とする。本発明によれば、このように傾斜した特定吸気弁の配置によって燃焼室中央寄りに吸気の流れをより多く集めることができ、これにより燃焼室中央に向かって筒内に流入する吸気の主流を増大させることができる。このため本発明によれば、吸気弁小中リフト時でも旋回気流の強度を向上させることができ、以って筒内に旋回気流を生成するにあたって、吸気弁小中リフト時から吸気を筒内に好適に流入させることができる。

また本発明によれば、特定吸気弁の傾斜配置に伴い傘部も傾斜する結果、特定吸気弁に係るステムよりも燃焼室中心側を特定吸気弁に係る傘部に沿って流通する吸気に対して、燃焼室周辺に向かって分散するような指向性を与えることができる。このため一般に吸気弁のリフトが高くなるほど吸気の主流が燃焼室中央に集まる結果、燃焼室中央寄りの吸気の流速が高まるところ、本発明によれば、吸気弁中高リフト時に筒内に流入した吸気が過剰に高い流速でシリンダ壁面と衝突することを好適に抑制でき、以って生成される旋回気流の強度が低下してしまうことを好適に抑制できる。なお、本発明記載の閉じた状態においてとは、特定吸気弁をある一つの状態で規定するために例示的に記載したものであり、この点は次に示す発明についても同様となっている。

また本発明はさらに前記一方の側および前記他方の側の前記特定吸気弁が閉じた状態において、前記ステムの前記先端が、吸気の流れ方向について前記中心点よりも排気ポート側に位置するように、前記一方の側および前記他方の側の前記特定吸気弁に係る前記ステムが傾斜していることから、傘部に沿って筒内に流入する吸気をさらにシリンダの下死点側にも分散することができる。このため本発明によれば、筒内に流入した吸気が過剰な流速でシリンダ壁面と衝突し、この結果、生成される旋回気流の強度が低下することをさらに好適に抑制できる。また本発明によれば、特定吸気弁に係るステムの吸気の流れ方向についての傾斜度合いによっては、吸気の主流が燃焼室中央寄りに集まり過ぎないようにしつつ、旋回気流の強度をさらに向上させることもできる。

本発明によれば、筒内に旋回気流を生成するにあたって、吸気弁小中リフト時から吸気を筒内に好適に流入させることができるとともに、筒内に流入した吸気が過剰な流速でシリンダ壁面と衝突し、この結果、生成される旋回気流の強度が低下することを抑制できる内燃機関を提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は本実施例に係る内燃機関２００の要部を一気筒につき、鉛直断面視で模式的に示す図である。内燃機関２００は筒内燃料直接噴射式のガソリンエンジンであり、吸気２弁構造が適用されている。但し内燃機関２００は本発明を効果的に実施できる内燃機関であれば特に限定されず、例えば所謂リーンバーンエンジンなどであってもよく、また後述するように例えば吸気３弁構造が適用されてもよい。また内燃機関２００は適宜の気筒数及び気筒配列構造を有していてよい。

内燃機関２００はシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３などを有して構成されている。シリンダブロック５１には略円筒状のシリンダ５１ａが形成されており、シリンダ５１ａ内にはピストン５３が収容されている。シリンダブロック５１にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５４はシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３によって囲われた空間として形成されている。シリンダヘッド５２には吸気を燃焼室５４内（以下、単に筒内とも称す）に導入するための吸気ポート１０ａ及び１０ｂ（以下、総称するときには単に吸気ポート１０と称し、他の部品についても同様とする）と、燃焼したガスを燃焼室５４から排気するための排気ポート２０とが夫々形成されており、さらに吸気ポート１０を開閉するための吸気弁２０１と、排気ポート２０を開閉するための排気弁５５とが夫々配設されている。本実施例では吸気弁２０１で特定吸気弁が実現されている。

点火プラグ５６は上方から燃焼室５４内に電極を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。燃料噴射弁（図示省略）は吸気ポート１０内に噴射孔を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されており、この燃料噴射弁は吸気行程でシリンダ５１ａ内に直接燃料を噴射できるようになっている。なお、燃料噴射弁はこれに限られず、例えば燃焼室５４内に噴射孔を突出させた状態で吸気ポート１０よりもシリンダブロック５１側の位置や、燃焼室５４の上方などでシリンダヘッド５２に配設されてもよい。吸気ポート１０から筒内に流入した吸気は、筒内で旋回気流に生成される。この旋回気流は本実施例では具体的には図１に示すようなタンブル流Ｔとなっている。なお、ピストン５３の頂面にはタンブル流Ｔを案内するためのキャビティが形成されてもよい。

図２は内燃機関２００の要部を一気筒につき、水平投影視で模式的に示す図である。また図３は図２に示すＢ−Ｂ断面で、吸気弁２０１を模式的に示す図である。図２に示すように、吸気ポート１０は水平投影視で燃焼室５４中央に向かって吸気を流通させるように長く延伸している。これにより、吸気が燃焼室５４中央に向かって流通するとともに、筒内でタンブル流Ｔに生成されるように流通する吸気の主流を形成する。本実施例ではこの吸気の主流は図２に示す吸気の流れ方向Ｆに流通する流れに形成されている。なお、吸気の流れ方向Ｆは、筒内で旋回気流に生成されるように流通する吸気の主流が流通する方向を示すものであり、吸気ポート１０の形状次第では、例えばステムｓｔｍが介在している部分の吸気ポート１０の延伸方向とすることなどもできる。

図２及び図３に示すように吸気弁２０１のステムｓｔｍは、吸気弁２０１が閉じた状態において、ステムｓｔｍの先端Ｐ１１がシリンダ中心軸線Ｐ３を含み、且つクランク軸線と略平行な直線Ｐ４と略直交する（すなわちクランク軸線と略直交する）平面Ｓ２に、クランク軸線と略平行な方向で傘部ｕｂの底面の中心点Ｐ２よりも近づくように傾斜している。なお、ステムｓｔｍの先端Ｐ１１及び傘部ｕｂの底面の中心点Ｐ２はともにステムｓｔｍの中心軸線Ｐ１上に位置している。内燃機関２００では吸気弁２０１の係る傾斜配置により、燃焼室５４中央寄りに吸気の流れをより多く集めることができ、この結果、燃焼室５４中央に向かって筒内に流入する吸気の主流を増大させることができる。このため内燃機関２００によれば、吸気弁小中リフト時でもタンブル流Ｔの強度を向上させることができる。

また内燃機関２００では吸気弁２０１の傾斜配置に伴い、傘部ｕｂも図３に示すように傾斜する。これにより内燃機関２００では、図２に示すように燃焼室５４周辺に向かって分散するような指向性をステムｓｔｍよりも燃焼室５４中心側を傘部ｕｂに沿って流通する吸気に対して与えることができる。このため内燃機関２００によれば、吸気弁中高リフト時に筒内に流入した吸気が過剰に高い流速でシリンダ５１ａ壁面と衝突し、この結果、生成されるタンブル流Ｔの強度が低下してしまうことを好適に抑制できる。吸気弁２０１の傾斜度合いは図３に示す挟み角θ２の設定によって変更でき、この挟み角θ２は吸気弁２０１のステムｓｔｍの中心軸線Ｐ１同士がなす角のうち、鋭角となっている。

また内燃機関２００では、吸気の主流を燃焼室５４中央に集めるにあたって、挟み角θ２を０（ゼロ）°に設定した場合と比較して図３に示すバルブシート間距離Ｌｖを広く確保することもできる。すなわち内燃機関２００では、バルブシート間距離Ｌｖを小さくすることなく吸気の主流を燃焼室５４中央に集めることができる。このため内燃機関２００では挟み角θ２を０（ゼロ）°に設定した内燃機関と比較して、燃焼室５４の強度を十分に確保しつつ吸気を燃焼室５４中央に集めることができる。

図４は筒内に流入した吸気の流動態様を模式的に示す図であり、具体的には図４（ａ）で内燃機関２００Ｘを、図４（ｂ）で内燃機関２００を夫々図１と同様に一気筒につき鉛直断面視で見た場合の吸気の流動態様を模式的に示している。なお、内燃機関２００Ｘは挟み角θ２が０（ゼロ）°に設定されている点以外、内燃機関２００と実質的に同一のものとなっている。図４（ａ）に示すように内燃機関２００Ｘでは、吸気弁中高リフト時に吸気が過剰な流速でシリンダ５１ａ壁面に衝突する結果、シリンダ５１ａ壁面に沿った流れＦｓが顕著に発生し、これにより生成されるタンブル流Ｔの強度が低下してしまうことになる。一方、内燃機関２００では図４（ｂ）に示すように、吸気弁中高リフト時に吸気が適度に分散されて筒内に流入するため、シリンダ５１ａ壁面に沿った流れＦｓが発生し難くなり、これにより生成されるタンブル流Ｔの強度低下を抑制できる。

図５はタンブル強度とバルブリフト量との関係を示す図であり、このタンブル強度はタンブル回転数で表されたものとなっている。図５では、内燃機関２００Ｘと内燃機関２００とについて、タンブル強度の比較を行った結果を示している。図５から、内燃機関２００では内燃機関２００Ｘよりも、吸気弁小中リフト時からタンブル強度が向上していることがわかる。

次に挟み角θ２について詳述する。一般的な内燃機関にあっては挟み角θ２は０（ゼロ）°に設定されている。これに対して挟み角θ２が次の数１で示す範囲内にあれば、タンブル強度を向上させることが可能になる。
（数１）
０°＜θ２

一方、挟み角θ２を大きく設定するほど、吸気弁２０１を開閉するためのカム（図示省略）を適切に配置することが物理的に困難になってくる。したがってカムの配置を考慮すると、挟み角θ２は次の数２に示す範囲を許容範囲として、この許容範囲内にあることが好ましい。
（数２）
０°＜θ２≦１０°

また、挟み角θ２を設定した場合には、筒内に流入する吸気が燃焼室５４周辺に向かって分散するところ、この分散が過度に発生した場合には、却ってタンブル強度が低下する虞もある。図６は筒内に流入した吸気の流動態様を模式的に示す図であり、図６では内燃機関２００の挟み角θ２が６°よりも大きく、且つ１０°以下に設定されている場合の吸気の流動態様を示している。また具体的には図６（ａ）では内燃機関２００を図１と同様に１気筒につき鉛直断面視で見た場合の吸気の流動態様を、図６（ｂ）では内燃機関２００を図２に示すＢ−Ｂ断面と同様の断面で見た場合の吸気の流動態様を夫々模式的に示している。

挟み角θ２を６°よりも大きく、且つ１０°以下に設定した場合、燃焼室５４の形状などによっては、図６に示すように筒内に流入した吸気が過度に分散してしまうといった事態が発生し得る。一方、挟み角θ２を０（ゼロ）°から１°未満に設定した場合には、大きな効果を期待することができない。このため挟み角θ２は次の数３に示す範囲を推奨範囲として、この推奨範囲内にあることがさらに好適である。
（数３）
１°≦θ２≦６°

図７は燃焼室５４中央での流速分布を模式的に示す図である。図７では挟み角θ２が数３に示す範囲内にある場合の内燃機関２００と内燃機関２００Ｘとについて、流速を比較した結果を示している。また具体的には図７（ａ）では吸気弁小中リフト時の流速分布を、図７（ｂ）では吸気弁中高リフト時の流速分布を夫々示している。挟み角θ２が数３に示す範囲内にある場合には、吸気弁小中リフト時に図７（ａ）に示すように所定値α２よりも大きな流速が得られる。またこの所定値α２は内燃機関２００Ｘの場合に得られる最大流速よりも大きなものとなっている。一方、吸気弁中高リフト時には図７（ｂ）に示すように所定値β２以上の流速が得られる。この所定値β２は所定値α２よりも大きな流速となっており、且つ所定値γ２よりも小さな流速となっている。所定値γ２は、流速が所定値γ２よりも高くなると、シリンダ５１ａ壁面に沿った流れＦｓが顕著に発生しタンブル強度が低下する流速に対応している。

また図７（ｂ）では、比較のために挟み角θ２を６°よりも大きく、且つ１０°以下に設定した内燃機関２００（以下、内燃機関２００−１と称す）についても流速を示している。図７（ｂ）から、内燃機関２００−１では吸気の主流が燃焼室５４中央に集まり過ぎた結果、流速が過剰に増大して所定値γ２を超えていることがわかる。これに対して挟み角θ２が数３に示す範囲内にある内燃機関２００では、筒内に流入した吸気を燃焼室５４周辺に適度に分散させることができる。このため内燃機関２００では、流速が所定値β２以上となる流速の分布幅を所定幅Ｗ２よりも大きくすることができ、このように吸気の主流を燃焼室５４中央に集中させ過ぎないようにすることで、吸気弁中高リフト時に流速が所定値β２以上、且つ所定値γ２未満になるようにすることができる。以上により、筒内にタンブル流Ｔを生成するにあたって、吸気弁小中リフト時から吸気を筒内に好適に流入させることができるとともに、筒内に流入した吸気が過剰な流速でシリンダ５１ａ壁面と衝突し、この結果、生成されるタンブル流Ｔの強度が低下することを抑制できる内燃機関２００を実現できる。

本実施例に係る内燃機関２１０は、さらに吸気弁２０１が閉じた状態において、吸気弁２０１に係るステムｓｔｍが、ステムｓｔｍの先端Ｐ１１が、吸気の流れ方向Ｆについて中心点Ｐ２よりも排気ポート５５側に位置するように傾斜している点以外、内燃機関２００と実質的に同一のものとなっている。なお、さらにこのように傾斜した吸気弁２０１を以下、吸気弁２１１と称する。本実施例では吸気弁２１１で特定吸気弁が実現されている。図８は内燃機関２１０の要部を図２と同様に一気筒につき水平投影視で模式的に示す図である。また図９は図８で右側に配置される吸気弁２１１ｂを単体で、且つ図８と同様の向きで模式的に示す図である。

図８及び図９に示すように水平投影視で吸気の流れ方向Ｆに略直交するとともに中心点Ｐ２を含む直線Ｐ６と、ステムｓｔｍの中心軸線Ｐ１とがなす角のうち、鋭角を設置角度θ３とする。この設置角度θ３を設定することで、吸気の流れ方向Ｆについてもステムｓｔｍを傾斜させることができる。なお、設置角度θ３の正負の符号は、図９に示すようにステムｓｔｍの先端Ｐ１１が吸気の流れ方向Ｆについて、中心点Ｐ２よりも排気ポート５５側に位置しているときに正としている。

設置角度θ３が９０°である場合には吸気を燃焼室５４中央寄りに集めるように吸気弁２１１を傾斜させることが困難となり、また設置角度θ３を９０°から減少させた場合でも、その度合いが小さければ大きな効果を期待できない。一方、設置角度θ３が０（ゼロ）°よりも小さい場合には、傘部ｕｂ直上で、後流側への吸気の流れをスムースに形成することが困難になる場合があると考えられる。このことから、設置角度θ３は次の数４に示す範囲を許容範囲として、この許容範囲内にあることが好ましい。
（数４）
０°≦θ≦７０°

数４に示す範囲内で設置角度θ３を設定した場合には、これに伴って傘部ｕｂがさらに傾斜する結果、ステムｓｔｍよりも燃焼室５４中心側を傘部ｕｂに沿って流通する吸気はシリンダ５１ａの下死点側にも分散する。これにより筒内に流入した吸気がシリンダ５１ａ壁面に衝突した結果、シリンダ５１ａ壁面に沿った流れＦｓが顕著に発生することをさらに好適に抑制できる。一方、設置角度θ３の大きさ次第では、数４に示す範囲内で係る分散をさらにタンブル流Ｔの生成に寄与させることや、筒内に流入する吸気の流動態様をタンブル流Ｔの生成にとってより好ましいものにすることもできる。この点、タンブル強度をより向上させたい場合には、設置角度θ３は次の数５に示す範囲を推奨範囲として、この推奨範囲内にあることがさらに好ましい。
（数５）
１０°≦θ≦６０°

図１０は燃焼室５４中央での流速分布を模式的に示す図である。図１０では設置角度θ３が数５に示す範囲内にある場合の内燃機関２１０と内燃機関２００Ｘとについて、流速を比較した結果を示している。また具体的には図１０（ａ）では吸気弁小中リフト時の流速分布を、図１０（ｂ）では吸気弁中高リフト時の流速分布を夫々示している。なお、挟み角θ２は設置角度θ３の設定に合わせて数１に示す範囲内で適宜設定されたものとなっている。設置角度θ３が数５に示す範囲内にある場合には、吸気弁小中リフト時に図１０（ａ）に示すように所定値α２よりも大きな流速が得られる。またこの所定値α２は内燃機関２００Ｘの場合に得られる最大流速よりも大きなものとなっている。一方、吸気弁中高リフト時には図１０（ｂ）に示すように所定値β２´よりも大きな流速が得られる。この所定値β２´は所定値β２よりも大きな流速となっており、且つ所定値γ２よりも小さな流速となっている。

また図１０（ｂ）では、比較のために吸気の主流が燃焼室５４中央に集まり過ぎた結果、流速が過剰に増大して所定値γを超えた内燃機関２１０（以下、内燃機関２１０−１と称す）についても流速を示している。これに対して内燃機関２１０では、筒内に流入した吸気を燃焼室５４周辺及び下死点側に適度に分散させることができているため、流速が所定値β２以上となる流速の分布幅を所定幅Ｗ２よりも大きくすることができ、このように吸気の主流を燃焼室５４中央に集中させ過ぎないようにすることで、吸気弁中高リフト時に流速が所定値β２´よりも大きく、且つ所定値γ２未満になるようにすることを可能にしている。この内燃機関２１０において、流速が所定値α２以上、且つ所定値β２未満になる場合に対応する設置角度θ３のエリアは具体的にはエリアＡＲ１１として図９のように示される。また流速が所定値β２以上になる場合に対応する設置角度θ３のエリアは具体的にはエリアＡＲ１２として図９のように示される。このため本実施例では吸気弁２１１の設置角度θ３はＡＲ１２内に含まれるように設定されている。

図１１は内燃機関２１０の希薄燃焼時の燃費性能、及び高負荷運転時の出力性能を示す図である。希薄燃焼時の燃費性能は具体的には図１１（ａ）で内燃機関２１０の燃料消費率と空燃比との関係で示されており、高負荷運転時の出力性能は図１１（ｂ）で軸トルクと内燃機関２１０の回転数との関係で示されている。また図１１（ｂ）では出力性能は全負荷性能で示されている。なお、図１１（ａ）及び（ｂ）では、内燃機関２００Ｘと内燃機関２１０とについて比較を行った結果を示している。また、図１１（ｃ）では数２及び数３に示す挟み角θ２の範囲に対応する見込みの燃費低減率及び性能向上率と、数４及び数５に示す設定角度θ３の範囲に対応する見込みの燃費低減率及び出力性能向上率とを夫々定量的に示している。

挟み角θ２及び設置角度θ３の設定により、ステムｓｔｍを適度に傾斜させた場合には、吸気弁小中リフト時から筒内に強度の高いタンブル流Ｔを生成できるとともに、強い乱れを発生させることができるようになる。このため希薄燃焼時には燃焼性が向上し、結果として燃料消費率を低減できるとともに、高負荷運転時には出力性能を向上させることができる。図１１（ａ）に示すように、内燃機関２１０では内燃機関２００Ｘよりも燃料消費率が低減されるとともに、希薄燃焼領域が拡大される。また図１１（ｂ）に示すように、内燃機関２１０では内燃機関２００Ｘよりも回転数全域に亘って軸トルクが向上する。また図１１（ｂ）から、回転数が低いときほど軸トルクの向上幅が大きくなっていることから、挟み角θ２及び設置角度θ３の設定により、ステムｓｔｍを傾斜させることで回転数が低いときほど高い効果が得られることがわかる。

また数２及び数３に示す範囲内で挟み角θ２を設定すれば、定量的には図１１（ｃ）に示す燃費低減率及び出力性能向上率を期待できる。また数４及び数５に示す範囲内で設定角度θ２を設定すれば、定量的には図１１（ｃ）に示す燃費低減率及び出力性能向上率を期待できる。以上により、筒内にタンブル流Ｔを生成するにあたって、吸気弁小中リフト時から吸気を筒内に好適に流入させることができるとともに、筒内に流入した吸気が過剰な流速でシリンダ５１ａ壁面と衝突し、この結果、生成されるタンブル流Ｔの強度が低下することを抑制できる内燃機関２１０を実現できる。

本実施例に係る内燃機関２２０は吸気３弁構造になっている点で、実施例１、２に係る内燃機関２００、２１０とは異なるものとなっている。図１２は図２と同様に内燃機関２２０の要部を一気筒につき水平投影視で模式的に示す図である。この内燃機関２２０では、挟み角θ２が両端に位置する吸気弁２２１ａ、２２１ｂに対して吸気弁２０１と同様に設定されている。なお、これら吸気弁２２１ａ、２２１ｂは吸気弁２１１と同様にさらに設置角度θ３が設定されてもよい。

内燃機関２２０では一気筒につき両端に位置する吸気弁２２１ａ、２２１ｂが特定吸気弁となっている。吸気３弁構造を有する内燃機関２２０であっても、このように特定吸気弁を備えることにより、吸気弁小中リフト時に燃焼室５４中央に向かって流入する吸気の主流を増大させることができ、また吸気弁中高リフト時にはシリンダ５１ａ壁面に沿った流れＦｓの発生を抑制できる。以上により、筒内にタンブル流Ｔを生成するにあたって、吸気弁小中リフト時から吸気を筒内に好適に流入させることができるとともに、筒内に流入した吸気が過剰な流速でシリンダ５１ａ壁面と衝突し、この結果、生成されるタンブル流Ｔの強度が低下することを抑制できる内燃機関２２０を実現できる。

本実施例に係る内燃機関２３０は、吸気ポート５２内で吸気を偏流させて筒内に強度の高いタンブル流Ｔを生成するための気流制御弁６０をさらに吸気ポート２０に備えている点以外、実施例１に係る内燃機関２００と実質的に同一のものとなっている。すなわち内燃機関２３０は、内燃機関２００がさらに気流制御弁６０を備えたものとなっている。なお、実施例２、３に係る内燃機関２１０、２２０さらに気流制御弁６０と同様の作用効果を奏する気流制御弁を備えてよい。

図１３は図２と同様に内燃機関２３０の要部を一気筒につき水平投影視で模式的に示す図である。気流制御弁６０は一端部を弁軸６１で片持ち状に軸支されており、気流制御弁６０の他端部には閉弁時に吸気を燃焼室５４中央に指向させるための切欠き部Ｋが形成されている。この切欠き部Ｋは吸気を燃焼室５４中央に指向させるために、他端部を燃焼室５４中央に対応する部分ほど大きく切欠いて、中心が拡大した形状に形成されている。気流制御弁６０が全閉や半開になっているときには、吸気ポート１０を流通する吸気は切欠き部Ｋを通過することにより燃焼室５４中央に指向される。このように筒内に流入する前に予め吸気を燃焼室５４中央に指向させることで、燃焼室５４中央に向かって流入する吸気の主流をより増大させることができる。

図１４はタンブル強度とバルブリフト量との関係を示す図である。図１４では、内燃機関２００Ｙと内燃機関２３０とについて、タンブル強度の比較を行った結果を示している。なお、内燃機関２００Ｙは挟み角θ２が０（ゼロ）°に設定されている点以外、内燃機関２３０と実質的に同一のものとなっている。図１４から、気流制御弁６０を全開にしたときよりも全閉にしたときのほうが、タンブル強度が向上することがわかるが、さらに内燃機関２３０では内燃機関２００Ｙよりも、気流制御弁６０を全閉にしたときに吸気弁小中リフト時からタンブル強度が向上していることがわかる。以上により、筒内にタンブル流Ｔを生成するにあたって、吸気弁小中リフト時から吸気を筒内に好適に流入させることができるとともに、筒内に流入した吸気が過剰な流速でシリンダ５１ａ壁面と衝突し、この結果、生成されるタンブル流Ｔの強度が低下することを抑制できる内燃機関２３０を実現できる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

内燃機関２００の要部を一気筒につき、鉛直断面視で模式的に示す図である。内燃機関２００の要部を一気筒につき、水平投影視で模式的に示す図である。図２に示すＢ−Ｂ断面で、吸気弁２０１を模式的に示す図である。筒内に流入した吸気の流動態様を模式的に示す図である。タンブル強度とバルブリフト量との関係を示す図である。筒内に流入した吸気の流動態様を模式的に示す図である。燃焼室５４中央での流速分布を模式的に示す図である。内燃機関２１０の要部を図２と同様に一気筒につき水平投影視で模式的に示す図である。吸気弁２１１ｂを単体で、且つ図８と同様の向きで模式的に示す図である。燃焼室５４中央での流速分布を模式的に示す図である。内燃機関２１０の希薄燃焼時の燃費性能、及び高負荷運転時の出力性能を示す図である。内燃機関２２０の要部を一気筒につき水平投影視で模式的に示す図である。内燃機関２３０の要部を一気筒につき水平投影視で模式的に示す図である。タンブル強度とバルブリフト量との関係を示す図である。

符号の説明

１０吸気ポート
５１シリンダブロック
５２シリンダヘッド
５３ピストン
５４燃焼室
５５排気弁
５６点火プラグ
６０気流制御弁
６１弁軸
２００、２１０、２２０、２３０内燃機関
２０１、２１１、２２１吸気弁

Claims

傘部と、該傘部と一端で連結されるステムとを有する吸気弁を備える内燃機関であって、
前記吸気弁として、閉じた状態において前記ステムの先端がシリンダ中心軸線を含み、且つクランク軸線と略直交する平面に、前記クランク軸線と略平行な方向で前記傘部の底面の中心点よりも近づくように前記ステムが傾斜している特定吸気弁を、前記平面を挟んで一方の側および他方の側にそれぞれ備え、
さらに前記一方の側および前記他方の側の前記特定吸気弁が閉じた状態において、前記ステムの前記先端が、吸気の流れ方向について前記中心点よりも排気ポート側に位置するように、前記一方の側および前記他方の側の前記特定吸気弁に係る前記ステムが傾斜していることを特徴とする内燃機関。