JPH0219608A - 内燃機関の燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

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

（従来の技術） 吸排気弁を備える燃焼室に対して、吸気の流入および燃
焼がスの排出をスムーズにするためには、燃焼室に接続
するポートと吸排気弁を着座させるバルブシートおよび
燃焼室壁の形状がそれぞれ重要である。

そこで例えば本出願人により実公昭５１−２１２０３号
公報として提案されたものは、第１１図に示すように、
シリンダヘッド側燃焼室壁５１が吸気弁５２を着座させ
るバルブシート端面５３がら連続した面状に湾曲して形
成され、吸気弁５２のリフトに伴って燃焼室に流入する
吸気はバルブシート端面５３から球形燃焼室壁５１に沿
って流れることにより抵抗を減らすようになっている。

（発明が解決しようとするｆｉｊｌ） しかしながら、このように燃焼室壁５１がパルブシート
端面５３に接する球の半径Ｒ４で清面する場合、燃焼室
壁５１が吸気弁５２のステム中心線０５２と為す角度は
例えばθ、からθフへと徐々に小さくなるために、吸気
弁５２のり７Ｆに伴って燃焼室に流入した吸気は燃焼室
＋３！５１に沿って流れる過程で、ｆ５１２図に矢印で
示すように、燃焼室側に巻込まれる渦流が大きくなり、
充填効率を悪化させる要因になった。

また、第１３図に示すように、燃焼室壁５１がバルブシ
ート端面１３１に接する球より大きな半径Ｒ２で形成さ
れた場合、燃焼室壁５１が吸気弁５４と為す角度はバル
ブシート端面５２のＱｓ　ｈｂら例えばθ８へと徐々に
大きくなるために、吸気弁５４のリフトに伴って燃焼室
に流入した吸気は燃焼室壁５１に沿って流れる過程で、
図中矢印で示すように、燃焼室壁５１から剥離する渦流
が大きくなり、充填効率を悪化させる要因になった。

本発明は、こうした従来の問題点を解決することを目的
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本発明では、燃焼室壁に吸排気
弁を着座させる各パルプシ、−ト端面の少なくとも一方
から円錐状に拡がる円錐面を形成するとともに、バルブ
シートにはこのバルブシート端面の内側から円錐状に傾
斜する頂角θ２の第二テーパ部と、頂角θ１の第一テー
パ部とをそれぞれ形成し、バルブシートのシリンダ中心
線に対する傾斜角度をαとすると、このバルブシートに
接続するポートを、シリンダ中心線に対するその傾斜角
度βがａ＋θ１／２≦β≦ａ＋θ２／２となるように直
線状に形成した。

また、燃焼室壁に吸排気弁を着座させる各バルブシート
端面の少なくとも一方から円錐状に拡がる円錐面を形成
するとともに、バルブシートにはポートと接続するバル
ブシート内周面を、燃焼室中心方向に向けて所定角度で
傾斜させる。

（作用） 上記構成に基づき、本発明が吸気系に適用された場合、
吸気弁が９７トするのに伴って、吸気ポートからバルブ
シートを介して燃焼室に吸引される吸気は、バルブシー
ト端面から吸気の流れ方向に対して直線をなす円錐状に
拡がる円錐面に沿って流入するため、燃焼室に流入した
吸気が円錐面により巻き込まれたり、円錐面から剥離し
て渦流を発生することを抑制し、これにより吸気ポート
からバルブシートおよび燃焼室壁にかけての吸気の流れ
をスムーズにし、充填効率を高められる。

吸気の主流が衝突する第一テーパ部と第二テーパ部の各
最上部の傾斜角度（α十θ、／２．α＋θ２／２）に対
応して、吸気ポートがほぼ同方向に直線状に傾斜して形
成された場合、吸気ポートからバルブシートを通過する
吸気流は比較的に大きな曲率で曲げられるため、前記バ
ルブシート端面と吸気弁の闇から燃焼室壁の円錐面に沿
って流入する吸気流をスムーズにし、充填効率を高めら
れる。

また、吸気ポートが接続するバルブシート内周面が燃焼
室中心方向に傾斜して形成された場合、吸気ポートから
バルブシートを通過する吸気は、バルブシート内周面に
よって空気体積の大きい燃焼室の中心方向に曲げられる
ため、このバルブシート内周面を介して前記バルブシー
ト端面がら燃焼室壁の円錐面に沿って流入する吸気流を
スムーズにし、充填効率を高められる。

なお、本発明が排気系に適用された場合は、燃焼室壁か
らバルブシートを介して排気ポートに排出されるガスの
流れをスムーズにして、残留がスを低減するとともに、
燃焼室温度を低下させて充填効率を高められる。

（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。

なお、各実施例において同一構成部分には同一符号を付
して、説明を省略する。

まず、第１図、第２図にそれぞれ示す実施例について説
明すると、ベントルーフ型に傾斜するシリンダヘッド１
の燃焼室壁１３には２つ吸気ポート５と、２つの一気ポ
ート６とがそれぞれ互いに対向して設けられ、各バルブ
シート７．８の中央部には１本の点火栓４が設けられる
。なお、図中２はピストン、９は吸気弁、１０は排気弁
である。

吸気側バルブシート７には各吸気弁９を着座させるバル
ブシート端面２３が吸気弁中心線Ｏ３に対して所定角度
θ３で拡がる円錐状に形成されるとともに、燃焼室壁１
３には各吸気側バルブシート７の周囲にそのバルブシー
ト端面２３から連続して円錐状に拡がる円錐面１４がそ
れぞれ形成される。

本実施例においては、円錐面１４と吸気弁中心線Ｏｓと
のなす角度は、バルブシート端面２３となす角度θ、と
同じであるが、θ、より多少太き（でも多少小さくても
良い。

排気側バルブシート８には排気弁１０を着座させるバル
ブシート端面１２が排気弁中心線０．。に対して所定角
度θ、２で拡がる円錐状に形成されるとともに、燃焼室
壁１３には排気側バルブシート８の周囲にそのバルブシ
ート端面１２から連続して円錐状に拡がる円錐面１５が
それぞれ形成される。

各円錐面１４．１５が互いに交さする境界部１１は平面
図上圧いに直交する十字形に突出する。

燃焼室壁１３には各円錐面１４の外側（図中右側）には
スキッシュエリア１７が、各円錐面１５の外側（図中左
側）にはスキッシュエリア１８がピストン頂面２５と平
行に平面状にそれぞれ形成される。

吸気側バルブシート７はシリンダヘッド１に対して吸気
弁９のステム中心線Ｏ３と同心的に嵌合し、パルプシー
）１面２３と同心的に頂角θ１の円錐状に傾斜する第一
テーパ部２１と、頂角θ２の円錐状に傾斜する第二テー
パ部２２がそれぞれ形成される。

吸気ポート５はその中心線０５がシリンダ中心線０＋に
対して角度βで傾斜する直線状に形成され、シリンダ中
心線Ｏ１と吸気弁９のステム中心線Ｏ８の為す角度をα
とすると、βの値はα＋θ１／２≦β≦ａ＋θ２／２ の範囲に設定する。これにより、吸気ポート５は図中破
線のハツチングで示すように第一テーパ部２１と第二テ
ーパ部２２の最上部に挾まれる角度範囲内で傾斜する。

このように購成してあり、次に作用について説明する。

機関の吸気行程では吸気弁９がす７トするのに伴って、
吸気ポート５を通って燃焼室３に吸引される吸気は、バ
ルブシート７の内周面２０、第一テーパ部２１、第二テ
ーパ部２２お上りバルブシート端面２３に沿って徐々に
曲げられるが、吸気ポート５は吸気の主流が衝突する第
一テーパＷＳ２１と第二テーパ部２２の最上部の傾斜角
度（ａ十〇＋／２＊（ｒ＋θ２／２）内で、はぼ同方向
に傾斜して形成されているため、吸気ポート５からバル
ブシート７を通過する吸気流の曲率を大きくし、吸気ポ
ート５から流入する吸気はバルブシート７と吸気弁９の
間をスムーズに通過する。

このようにして吸気ポート５からバルブシート７を通っ
て燃焼室３に吸引される吸気は、バルブシート端面２３
から連続して円錐状に拡がる円錐面１４に沿って流入す
るため、燃焼室３に流入した吸気が円錐面１４により巻
き込まれたり、円錐面１４から剥離して渦流を発生する
ことを抑制し、これにより吸気ポート５からバルブシー
ト７お上り燃焼室壁１３にかけての吸気の流れをスムー
ズにし、充填効率を高められる。

また、機関の排気行程では排気弁１０がす７トするのに
伴って、燃焼室３で排気ポート６に流出する排気がスは
、円錐面１５からバルブシート端面１２に沿って流出す
るが、円錐面１５の断面はバルブシート端面１２から連
続した直線状に形成されているため、円錐面１５から排
気ポート６に流出する排気が大の流れをスムーズにし、
残留ガスを減少する。これにより、部分負荷およびアイ
ドル運転時の燃焼性を改善するとともに、シリンダ１９
の温度を低下させて充填効率の向上がはかれる。

また、第４図に示すように、排気ポート６も直線状に形
成し、その傾斜角度β６を排気側バルブシート８に対し
て、前述した吸気ポート５と同様に限定しても良く、排
気側バルブシート８はバルブシート端面１２の内側に、
頂角θ１で円錐状に傾斜する第一テーパ部３１と、頂角
θ２で円錐状に傾斜する第一テーパ部３２を形成し、排
気弁の傾斜角度をγとすると、β６の値は γ＋θ、／２≦β、≦γ十θ２／２ の範囲に設定する。これにより、排気ポート６の中心線
Ｏ０が第一テーパ部３１と第二テーパ部３２の最上部に
挾まれる角度範囲で傾斜する。

この場合、排気弁のり７トに伴って、円錐面１５からバ
ルブシート端面１２に沿って直線状に流出する排気がス
は第二テーパ部３２および第一テーパ部３１を介して大
きな曲率でスムーズに排気ポート６へと導かれので、残
留がスをさらに減少する。

次に、第４図に示す他の実施例について説明すると、吸
気弁３５の傘部３６の角度θ、６をバルブシート端面２
３および円錐面１４の角度θ３とほぼ等しく形成する。

これにより、吸気弁３５のす７Ｆに伴っテ燃焼室壁３に
流入する吸気は傘部３６によってその周囲に拡がるバル
ブシート端面２３および円錐面１４に対して平行に導か
れるので、吸気弁３５のまわりの吸気の流れを一層滑ら
かにして、充填効率を高められる。

また、ＦＡ６図に示すように、吸気弁３８の傘部３９を
バルブシート端面お上り燃焼室壁の円錐面の頂角θ、と
ほば等しく形成するとともに、ステム部４０と傘部３９
の間をバルブシートの第一第二テーパ部の頂角θ１．θ
２とほぼ等しく傾斜させて良く、これにより吸気弁３８
による絞り損失をさらに小さく抑えられる。

なお、排気弁の傘部も同様にバルブシート端面および円
錐面とほぼ同一角度で形成しても良く、この場合排気弁
を通過する排気がスの流れをスムーズにできる。

次に、第７図、第８図、第９図にそれぞれ示す実施例に
ついて説明すると、吸気弁９を着座させるバルブシート
４２は吸気ポート５に接続する内周面４３をステム中心
線０．に対して角度δで燃焼室３の中心方向に向けて傾
斜させる。

これにより、吸気弁９のす７Ｆに伴って吸気ポート５か
らバルブシート４２を介して燃焼室３に吸引される吸気
の主流方向は、バルブシート内周面４３によって空気体
積の大きい燃焼室３の中心方向に比較的に大きな曲率で
曲げられるため、吸気ポート５から流入する吸気はこの
内周面４３、第一テーパ部２１、第二テーパ部２２およ
びバルブシート端面２３に沿ってバルブシート４２と吸
気弁９の開をスムーズに通過する。

このようにして吸気ポート５からバルブシート４２を通
って燃焼室３に吸引される吸気は、バルブシート端面２
３から連続して円錐状に拡がる円錐面１４に沿って流入
するため、燃焼室３に流入した吸気が円錐面１４により
巻き込まれたり、円錐面１４から剥離して渦流を発生す
ることを抑制し、これにより吸気ポート５からバルブシ
ート４２および燃焼室壁１３にかけての吸気の流れをス
ムーズにし、充填効率を亮められる。

また、第１０図に示すように、バルブシート内周面４５
の傾斜角度を第一テーパ部２１の頂角θ１の半分に設定
すれば、バルブシート内周面４５がその最上部において
第一テーパ部２１と断面直線状に連続するので、さらに
吸気の流れをスムーズにできる。

（発明の効果） 以上の通り本発明によれば、燃焼室壁に吸排気弁を着座
させる各バルブシート端面の少なくとも一方から拡がる
円錐面を形成することにより、燃焼室で発生する渦流を
抑えるとともに、バルブシートに接続するポートをバル
ブシートの円錐状テーパ部と同方向に傾斜させたため、
あるいはポートと接続するバルブシート内周面を燃焼室
の中心方向に傾斜させたため、ポートからバルブシート
にかけての吸気が曲げられる曲率を比較的に大きくして
吸排気の流れをスムーズにし、充填効率を高めて８！関
出力を向上させたり、残留〃ス割合を減少して部分負荷
およびアイドル運転時の燃費を改善できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシリンダヘッド側燃焼
室壁の平面図、ｆｊ４２図は同図Ａ−Ａ線に沿う縦断面
図、第３図は同図の要部拡大図である。 第４図は他の実施例を示す縦断面図である。第５図はさ
らに他の実施例を示す縦断面図である。第６図はさらに
他の実施例を示す吸気弁の側面図である。第７図は本発
明の一実施例を示すシリンダヘッド側燃焼室壁の平面図
、第８図は同図Ａ−Ａ線に沿う縦断面図、第９図は同図
の要部拡大図である。ｍ１０図はさらに他の実施例を示
す断面図である。ｍ１１図は従来例を示す縦断面図、第
１２図、第１３図はそれぞれ作用を示す縦断面図である
。 １・・・シリンダヘッド、２・・・ピストン、５・・・
吸気ポート、６・・・排気ポート、７・・・バルブシー
ト、９・・・吸気弁、１０・・・排気弁、１３・・・燃
焼室壁、１４・・・円錐面、２１・・・第一テーパ部、
２２・・・第二テーパ部、２３・・・バルブシート端面
、４２・・・バルブシート、４３・・・バルブシート内
周面。 （外１名） 第３図 第４図 第９図 ｚ１第一アーバ舌ｐ 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．燃焼室壁に吸排気弁を着座させる各バルブシート端
   面の少なくとも一方から円錐状に拡がる円錐面を形成す
   るとともに、バルブシートにはこのバルブシート端面の
   内側から円錐状に傾斜する頂角θ＿２の第二テーパ部と
   、頂角θ＿１の第一テーパ部とをそれぞれ形成し、バル
   ブシートのシリンダ中心線に対する傾斜角度をαとする
   と、このバルブシートに接続するポートを、シリンダ中
   心線に対するその傾斜角度βが、 α＋θ＿１／２≦β≦α＋θ＿２／２となるように直線
   状に形成したことを特徴とする内燃機関の燃焼室。
2. ２．燃焼室壁に吸排気弁を着座させる各バルブシート端
   面の少なくとも一方から円錐状に拡がる円錐面を形成す
   るとともに、バルブシートにはポートと接続するバルブ
   シート内周面を、燃焼室中心方向に向けて所定角度で傾
   斜させたことを特徴とする内燃機関の燃焼室。