JP5169744B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に関する。

内燃機関として、吸気ポート噴射式のものが知られており、この吸気ポート噴射式の内燃機関では、吸気ポートに燃料噴射装置が設けられ、吸気バルブに向けて、燃料が噴射されるよう構成されている。

特昭６１−２２９９０８号公報 特昭６１−２２９９２６号公報

吸気ポート噴射式の内燃機関では、吸気バルブに向けて噴射した燃料が冷態始動時に液滴化するおそれがある。液滴化した燃料がそのまま気筒内に入ると、排出ガス中のＨＣが増加するので、排出ガス中のＨＣ低減のためには、噴射した燃料をいかに気化させるかが重要となる。通常、吸気バルブには、気筒内で燃焼した燃料（燃焼ガス）からの入熱があり、この熱を有効に利用できれば、燃料の液滴化を抑制することが可能である。しかしながら、吸気バルブは、バルブシートを介して、シリンダヘッドと接するものであり、吸気バルブに入熱した熱は、熱容量の大きいシリンダヘッド側に奪われてしまい、内燃機関全体が暖機するまで、吸気バルブを高い温度（燃料の気化温度）にすることは難しく、その結果、燃料の液滴化を抑制することも難しかった。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、燃料の液滴化を抑制す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第１の発明に係る内燃機関は、
内燃機関のシリンダヘッドに形成された吸気ポートと、
前記内燃機関の燃焼室と前記吸気ポートの開口部との間を開閉する吸気バルブと、
前記吸気ポートの開口部に形成された配置部と接した状態で設けられ、前記吸気バルブの傘部と接したときに前記吸気ポートの開口部を閉状態とするバルブシートとを有し、
前記配置部と前記バルブシートとの間に、これら両者が非接触となる空隙部が設けられており、
前記空隙部は、前記バルブシートの少なくとも一部を切り欠いた切欠部の内側と、前記配置部の少なくとも一部を掘り込んだ部分の内側で構成されており、
前記空隙部に前記バルブシートよりも低熱伝導率の気体が封入されている
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る内燃機関は、
上記第１の発明に記載の内燃機関において、
前記吸気バルブは、前記傘部の前記バルブシートと接する部分が前記バルブシートよりも低熱伝導率の材料から形成されていると共に、前記傘部の他の部分が前記バルブシートよりも高熱伝導率の材料から形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、バルブシート及びシリンダヘッドの配置部の両方に空隙部を設け、バルブシートとシリンダヘッドとの接触面積を小さくしたので、更に、空隙部の内部を熱伝導率が低い状態としたので、冷態始動後の吸気バルブの温度を高くすることができる。従って、吸気バルブへの燃料付着（液滴化）を抑制し、その結果、ＨＣ排出を低減することができる。

又、本発明によれば、吸気バルブの傘部のバルブシートと接する部分を低熱伝導率の材料から形成すると共に、傘部の他の部分を高熱伝導率の材料から形成したので、冷態始動後の吸気バルブの温度を更に高くすることができる。従って、吸気バルブへの燃料付着（液滴化）を更に抑制し、その結果、ＨＣ排出を更に低減することができる。

以下、図１〜図７を用いて、本発明に係る内燃機関の実施形態を詳細に説明する。

（実施例１）
図１は、本発明に係る内燃機関の実施形態の一例を示す概略構成図である。
図１に示すように、内燃機関（以降、エンジンと呼ぶ。）のシリンダヘッド１０には、その燃焼室１１に空気を供給するための吸気ポート１２が形成されている。そして、吸気ポート噴射式エンジンでは、この吸気ポート１２に燃料噴射装置（以降、インジェクタと呼ぶ。）１３が設けられている。吸気ポート１２の燃焼室１１への開口部分（開口部１７）には、吸気バルブ１４が設けられており、吸気バルブ１４の開閉動作により、燃焼室１１と吸気ポート１２の開口部１７との間を開閉している。

吸気バルブ１４は、カム等（図示省略）の駆動動作を伝達するステム部１５と、ステム部１５に支持され、開口部１７の部分を開閉する傘部１６とを有する。又、開口部１７には、そのシリンダヘッド１０側に形成された配置部２０と接した状態で、リング形状のバルブシート１８が設けられている。

そして、吸気バルブ１４の閉動作時には、傘部１６の背面（吸気ポート１２の上流側の面）をバルブシート１８に密接させることで、吸気ポート１２の開口部１７を閉状態とし、燃焼室１１に対し、吸気ポート１２を非連通にさせて、燃焼室１１を密閉している。

一方、吸気バルブ１４の開動作時には、ステム部１５により傘部１６が燃焼室１１側へ移動されて、傘部１６の背面とバルブシート１８との間に隙間を形成することで、燃焼室１１に対し、吸気ポート１２を連通させて、燃焼室１１に空気を供給している。このとき、インジェクタ１３から傘部１６の背面へ向けて噴射された燃料ｆが、空気と共に燃焼室１１へ供給されることになる。その後、燃焼室１１へ供給された燃料ｆ及び空気は、燃焼室１１の天井部分（シリンダヘッド１０の底面部分）に設けられた点火プラグ１９により点火されて、燃焼されることになる。

前述したように、吸気ポート噴射式の内燃機関では、吸気バルブに向けて噴射した燃料が冷態始動時に液滴化するおそれがある。そこで、本実施例においては、バルブシート１８の形状を工夫することにより、傘部１６に入熱した熱を、シリンダヘッド１０側に奪われないようにしている。

具体的には、リング形状のバルブシート１８において、シリンダヘッド１０の配置部２０と接触する部分の外周方向に沿って切り欠いた矩形断面形状の切欠溝１８ａ（切欠部）を設け、バルブシート１８と配置部２０との間に、これら両者が非接触となる空隙部を設けるようにしている。このような切欠溝１８ａは、後述の切欠溝２１ａを含めて、既存のバルブシートに簡単な加工を施すことで形成可能である。

なお、この切欠溝１８ａは、バルブシート１８の全周に設けることで、その全周に空隙部を形成しているが、全周に限ることはなく、バルブシート１８の外周の少なくとも一部を切り欠いた切欠部を設け、その切欠部が形成する内側の空間に空隙部を形成するようにしてもよい。又、このバルブシート１８自体は、できるだけ低い熱伝導率の材料から形成されることが望ましい。

上記構成により、バルブシート１８のシリンダヘッド１０との接触面積を減少させ、バルブシート１８からシリンダヘッド１０への熱移動量を低減させて、傘部１６に入熱した熱をシリンダヘッド１０側に奪われ難くすることができる。従って、冷態始動直後であっても、燃焼ガスからの入熱が傘部１６に留まるため、傘部１６の温度をできるだけ早く高温（燃料の気化温度）にすることができ、噴射した燃料の気化を促進して、その液滴化を抑制することになる。その結果、排出ガスのＨＣを低減することになる。

なお、ここでは、切欠溝１８ａ（切欠部）を燃焼室１１から遠い上端側１箇所に設けているが、バルブシート１８に必要な強度を保てるのであれば、このような切欠溝（切欠部）を複数箇所に設けて、バルブシート１８のシリンダヘッド１０への接触面積がより小さくなるようにしてもよい。

又、矩形断面形状の切欠溝１８ａに限らず、図２に示すように、リング形状のバルブシート２１において、シリンダヘッド１０と接触する部分の外周方向に沿って、四分円等の扇状断面形状の切欠溝２１ａを設け、バルブシート２１のシリンダヘッド１０への接触面積が小さくなるようにしてもよい。

更に、バルブシート１８、２１は、圧入により配置部２０に取り付けられるが、その際、低熱伝導率の気体からなる雰囲気の状態、又は、減圧状態（若しくは、真空状態）で、バルブシート１８、２１の圧入を行い、配置部２０と切欠溝１８ａ、２１ａとの間に形成される空隙部に低熱伝導率の気体を封入した状態としたり、この空隙部内を減圧状態（若しくは、真空状態）としたりして、シンリンダヘッド１０側への熱伝達を更に低減するようにしてもよい。

（実施例２）
図３は、本発明に係る内燃機関の実施形態の他の一例を示す概略構成図である。なお、本実施例は、実施例１の構成を前提として、吸気バルブ（傘部）の構成を更に工夫したものである。従って、実施例１に示した構成と同じものについては、同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施例においては、吸気バルブ１４の傘部３１の構成を工夫することにより、燃焼ガスから傘部３１へ入熱する熱の伝達量を多くすると共に、傘部３１に入熱した熱をバルブシート１８側に熱伝達しないようにしている。

具体的には、傘部３１において、バルブシート１８と接触する部分である接触部３３のみを、熱伝導率の低い材料から形成すると共に、傘部３１の他の部分、つまり、燃焼室１１の燃焼ガスの入熱を受ける表面と、インジェクタ１３から燃料が噴射される背面とからなる主部３２を、熱伝導率の高い材料から形成している。

更に詳細には、図４に示す傘部３１の破断図のように、傘部３１がバルブシート１８と接触する部分を外周方向に切り欠いて鍔部３４を形成し、その鍔部３４の背面側（バルブシート１８側）にリング状の接触部３３を嵌合し、溶着している。

上記構成により、バルブシート１８側からシリンダヘッド１０側への熱伝達を少なくすることに加えて、燃焼ガスから傘部３１へ入熱する熱の伝達量を多くすると共に、傘部３１側からバルブシート１８側への熱伝達も少なくすることができる。従って、冷態始動直後であっても、燃焼ガスからの入熱が傘部３１に更に留まるため、傘部３１の温度を更に早く高温（燃料の気化温度）にすることができ、噴射した燃料の気化を更に促進して、その液滴化を更に抑制することになる。その結果、排出ガスのＨＣを更に低減することになる。

なお、接触部３３の抜けを防止するために、図５に示すように、傘部３１の主部３３の外周部分に階段状の段差部３５を形成すると共に、この段差部３５の形状に対応して、接触部３３の内周部分にも階段状の段差部３６を形成し、段差部３５と段差部３６とを互いに嵌合し、溶着することで、熱伝導率の高い材料からなる主部３２と熱伝導率の低い材料からなる接触部３３との接合を強く固着するようにしてもよい。

（実施例３）
図６は、本発明に係る内燃機関の実施形態の更なる他の一例を示す概略構成図である。なお、本実施例は、実施例１の構成を基本にしているので、実施例１に示した構成と同じものについては、同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施例においては、シリンダヘッド１０側の配置部２０の構成を工夫することにより、傘部３１に入熱した熱をシリンダヘッド１０側に熱伝達しないようにしている。

具体的には、配置部２０において、バルブシート１８の上端側（吸気ポート１２の上流側）と接触する部分を周方向に沿って掘り込んだ矩形断面形状の掘込溝４１（掘込部）を設け、バルブシート１８と配置部２０との間に、これら両者が非接触となる空隙部を設けるようにしている。このような掘込溝４１は、開口部１７を切削形成する際に、その一部を周方向に深く掘り込むことにより、切削形成すればよい。

なお、この掘込溝４１は、配置部２０の全周に設けることで、その全周に空隙部を形成しているが、全周に限ることはなく、バルブシート１８の上端側と接触する配置部２０の少なくとも一部を掘り込んで掘込部を設け、その掘込部が形成する内側の空間に空隙部を形成するようにしてもよい。

上記構成により、シリンダヘッド１０のバルブシート１８との接触面積を減少させ、バルブシート１８からシリンダヘッド１０への熱移動量を低減させて、傘部１６に入熱した熱をシリンダヘッド１０側に奪われ難くすることができる。従って、冷態始動直後であっても、燃焼ガスからの入熱が傘部１６に留まるため、傘部１６の温度をできるだけ早く高温（燃料の気化温度）にすることができ、噴射した燃料の気化を促進して、その液滴化を抑制することになる。その結果、排出ガスのＨＣを低減することになる。

なお、ここでは、掘込溝４１（掘込部）をバルブシート１８の上端側と接触する場所１箇所に設けているが、バルブシート１８と接触する部分であれば、このような掘込溝（掘込部）を複数箇所に設けて、配置部２０のバルブシート１８への接触面積がより小さくなるようにしてもよい。

又、図６では、バルブシート１８側は空隙部を形成する切欠溝（又は切欠部）を有していないが、図７に示すように、バルブシート１８にも切欠溝１８ａ（又は切欠部）を設け、掘込溝４１と切欠溝１８ａ（又は掘込部と切欠部）を対面又は隣接するように配置して、より大きな空隙部を形成するようにしてもよい。つまり、本実施例と実施例１とを組み合わせてもよい。更には、実施例２とも組み合わせてもよい。なお、堀込溝４１は、図７に示す方が図６に示した方よりも大きく形成されているが、図７の場合は接触面積をより小さくできる利点がある。このように、他の実施例と組み合わせることにより、燃料の液滴化を更に抑制して、排出ガスのＨＣを更に低減するようにしてもよい。

本発明に係る内燃機関は、吸気ポート噴射式の内燃機関に好適なものである。

本発明に係る内燃機関の実施形態の一例を示す概略構成図である。 図１に示した本発明に係る内燃機関におけるバルブシートの変形例を示す断面図である。 本発明に係る内燃機関の実施形態の他の一例を示す概略構成図である。 図３に示した本発明に係る内燃機関における吸気バルブの傘部を示す破断図である。 図４に示した本発明に係る内燃機関における吸気バルブの傘部の変形例を示す破断図である。 本発明に係る内燃機関の実施形態の他の一例を示す概略構成図である。 図６に示した本発明に係る内燃機関の変形例を示す概略構成図である。

符号の説明

１０ シリンダヘッド
１１ 燃焼室
１２ 吸気ポート
１３ インジェクタ
１４ 吸気バルブ
１５ ステム部
１６、３１ 傘部
１７ 開口部
１８、２１ バルブシート
１８ａ、２１ａ 切欠溝
１９ 点火プラグ
２０ 配置部
３２ 主部
３３ 接触部
４１ 掘込部

Claims (2)

1. 内燃機関のシリンダヘッドに形成された吸気ポートと、
   前記内燃機関の燃焼室と前記吸気ポートの開口部との間を開閉する吸気バルブと、
   前記吸気ポートの開口部に形成された配置部と接した状態で設けられ、前記吸気バルブの傘部と接したときに前記吸気ポートの開口部を閉状態とするバルブシートとを有し、
   前記配置部と前記バルブシートとの間に、これら両者が非接触となる空隙部が設けられており、
   前記空隙部は、前記バルブシートの少なくとも一部を切り欠いた切欠部の内側と、前記配置部の少なくとも一部を掘り込んだ部分の内側で構成されており、
   前記空隙部に前記バルブシートよりも低熱伝導率の気体が封入されている
   ことを特徴とする内燃機関。
2. 請求項１に記載の内燃機関において、
   前記吸気バルブは、前記傘部の前記バルブシートと接する部分が前記バルブシートよりも低熱伝導率の材料から形成されていると共に、前記傘部の他の部分が前記バルブシートよりも高熱伝導率の材料から形成されていることを特徴とする内燃機関。

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