JPS5836820Y2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関の吸気装置に係り、特にアイドリンク
等の部分負荷域の燃焼特性を改善せしめる吸気装置に関
する。

希薄燃焼方式は排気ガス対策並びに燃費改善の上で好昔
しいが、混合気の希薄化に伴って着火性の悪化、燃焼特
性の低下、燃焼変動の増大等の好壕しくない現象を生じ
、燃焼が不安定となることが知られている。

又、排気中のＮＯｘを低減するのに排気還流を行うこと
が有効であるが、この場合も同様に燃焼の不安定化を招
くことが知られている。

一般に部分負荷域、特にアイドリンク寺や始動時には燃
焼が不安定化する為上述の内燃機関に釦いては、前記の
ような燃焼不安定要素によりアイドリンク時には、更に
燃費が悪化する惧れがある。

このため、混合気の濃化により燃焼の安定化を図ること
も考えられるが、その場合混合気の濃化自体が燃費の悪
化並びに排気ガスの有害化を促進することになるので、
濃化を出来る限り抑えて燃焼の安定化を達成することが
課題となっている。

この解決策としてシリンダー内での混合気の撹乱を強め
ることにより特に低負荷時の希薄限界を拡げると同時に
燃焼の安定化を図る種々の提案がなされて来ている。

この１つの方法として、本出願人は吸気ポート又は弁ガ
イドに吸気絞弁をバイパスする通路のノズル部を開口さ
せ、吸入負圧に応じて該ノズル部から流体を吸気弁と弁
座との間を通して燃焼室内に噴出させるように構成した
吸気装置を既に提案し、た（特願昭５２−３１７４６号
）。

本考案はこの吸気装置を更に改善したものである。

即ち本考案は吸気絞弁をバイパスさせて吸気ポートに開
口したノズルから吸気弁の開閉作動に同期して流体を高
速の噴流にして燃焼室へ導入し、混合の促進及び乱れの
増大を図って特に部分負荷域での希薄限界を拡大し、燃
焼の安定化、燃費の改善並びに排気ガスの浄化を達成す
る吸気装置であって、内燃機関の構成を大巾に変更する
ことなく容易に適用出来る構造の吸気装置を提供するこ
とを目的とする。

上述の目的を達成する為に本考案は、バルブガイドの先
端側に吸気弁のステム外径より犬なる内径部を形成して
その一端側に吸気絞弁をバイパスせるバイパス通路を開
口させるとともに他端側には吸気ポートへ開口せるノズ
ルを形成し、一方吸気弁ステムには前記内径部と密に滑
動嵌合する大径部を形成し、吸気弁の往復作動叩ち開閉
作動によって前記大径部がバイパス通路とノズルとの間
の導通遮断を行う如くなし、これにより開弁時に流体を
該ノズルから吸気弁と弁座との間を通し、方向性を与え
て燃焼室内へ吸入負正に応じて噴出させることを特徴と
するものである。

上述の流体としては新気として空気或いは混合気を導入
しても良く、又還流排気や燃料自体の導入も可能であり
、何れの場合も混合の促進及び乱れの増大を得て燃焼特
性の改善、更には点火栓の清掃等を達成せしめる。

又、ノズルの総面積の選定は、 （１） アイドリングに必要な空気訟よび又は燃料流
量の１００％をバイパス通路を通してノズルから噴出す
る如く設定し、これ以上の負荷域では吸気絞弁を開口制
御することにより直接吸気ポートへ不足分を補充する場
合、 （２）何れかの部分負荷条件にて必要な空気釦よび又は
燃料流量の１００％をバイパス通路を通してノズルから
噴出する如く設定し、それ以下の負荷域ではバイパス通
路を適当な絞弁にて絞り制御する一方、それ以上の負荷
域では吸気絞弁を開口制御することにより直接吸気ポー
トへ不足分を補充する場合、 （３）アイドリンクから高負荷域に亘って必要な全流量
をバイパス通路及び吸気ポートの両方から供給する場合
（但しノズルからの噴出量の割合は設定空燃比、排気還
流量、機関負荷並びに回転数により変化する）、 等に応じて所要の流量が得られるように最適に選定され
得る。

更に又、ノズルの噴射方向は、吸気弁と弁座との間を通
って燃焼室内に噴出するように選定されるのみならず、
燃焼室内にて例えば気筒中心線ｍの回りに吸気渦流Ｓを
生成もしくは助長するように選定されることにより（第
１−１図）、本考案の目的とする燃焼特性を最大限に改
善せしめることが可能となるのである。

以下に添付図面を参照して本考案の望昔しい実施例を説
明する。

第１図は本考案による吸気装置を備えた内燃機関の一部
を示している。

この内・燃機関はシリンダー１、ピストン２、シリンダ
ーヘッド３及び吸気マニホールドブランチ４を有し、吸
気ポート５と燃焼室６との間を開閉する吸気弁γ、点火
栓８及び排気弁（図示せず）が公知の如く配置されてい
て、ピストン２、吸気弁７、点火栓８及び排気弁の作動
により燃焼室６内に導入した混合気を燃焼し、機関の運
転を行う構造は周知の通りである。

ここで吸気弁γは本考案の特徴によりステム９の一部に
大径部１０が形成されて訃り、一方この吸気弁γを滑動
可能に担持し案内するバルブガイド１１にはこの大径部
１０を密接な滑動嵌合状態にて受入れる摺動面部１２及
び更に先端側には大径部１０の直径より犬なる内径の環
状溝１３が形成されている。

この大径部１０及び摺動面部１２の軸線方向の相対的位
置関係は、第１図に示す如き吸気弁７の閉位置に於て大
径部１０の上端縁部１０Ａが摺動面部１２の下端部より
若干上方にある一方、吸気弁７の開位置に於ては大径部
１０の上端縁部１ＯＡが摺動面部１２の下端部より下方
、即ち環状溝１３の中に位置して、これにより摺動面部
１２とステム９との間に形成される環状空間と環状溝１
３により形成される空間とが連通ずる如くなされている
。

バルブガイド１１の摺動面部１２に対し、シリンダーヘ
ッド３及び吸気マニホールドブランチ４を貫通するバイ
パス通路１４が開口するように形成されている。

このバイパス通路の図示していない他端側は吸気絞弁（
図示せず）をバイパスして吸気ポート５より高圧側に接
続されている。

又、バルブガイド１１の先端附近にはノズル１５が形成
されている。

このノズル１５は環状溝１３と吸気ポート５とを連通ず
る如く形成されて釦り、ノズル軸線ｎは吸気弁７が開位
置にある時の吸気弁７と弁座１６との間隙に向うように
方向決めされている。

又このノズル軸線ｎはシリンダー１の軸線ｍを中心とし
た円周に沿った方向への旋回角を付与されることが更に
好ましい（第１−１図参照）。

このように構成された吸気装置を有する内燃機関が部分
負荷で運転される場合、吸気ポート５は、吸入行程にて
ピストン２が下降を開始するとともに吸気弁７が開動す
るため負圧となる。

この時、吸気弁７の閉位置では大径部１０の上端縁部１
ＯＡがバルブガイド１１の摺動面部１２と嵌合状態にあ
ってバイパス通路１４がノズル１５と遮断されている状
態が、大径部１０の下降によって連通状態となされる為
、高圧側からバイパス通路１４、摺動面部１２により形
成される環状空間及び環状溝１３を通ってノズル１５か
ら流体が高速の噴流となって噴出する。

この流体はノズル１５の角度設定により吸入弁γと弁座
１６との間隙を通して燃焼室６内に導入されるのである
。

このような高速噴流により空気と燃料或いは還流排気や
残留ガス等との混合が促進されるとともに、シリンダー
１内にて方向性を有する吸気渦流が生成され、これは噴
流の強さにより上死点付近道効果を持続することが出来
るので、燃焼時間が短縮され、燃焼の安定性が向上し、
熱効率が高する。

このことは希薄限界や排気還流限界を著しく改善する作
用をなすのであり、従ってＨＣ、ＣＯ、ＮＯＸ等の有害
排気物の低減並びに燃費の改善を達成せしめるのである
。

ここで第１図に示す如く摺動面部１２及びより大径な環
状溝１３を形成し、この環状溝１３にノズル１５を形成
することは、ノズル位置を環状溝１３の範囲内で任意に
選定可能となすばかりでなく、ノズル１５にステム９の
何れの部分も接触しないので油等の詰りを生じ難いとい
う利点をも有しているのである。

第２図に示す実施例は吸気弁ステム９の大径部１０を密
接に滑動嵌合状態にて受入れる摺動面部１２をバルブガ
イド１１にて形成し、吸気弁７が閉位置にある時の大径
部１０より上方位置にてバイパス通路１４を該摺動面部
１２に開口せしめ、一方ノズル１５は前記位置にある大
径部１０により閉口される如く位置決めして形成したも
のである。

ノズル１５の方向等は前述と同様である。このような構
造に於ても吸気弁７の開動に伴う大径部１０の移動によ
ってノズル１５がバイパス通路１４と連通されて前述の
如き噴出が行われるのであるが、前述の実施例の構造に
比較して構造が簡単となる利点を有している。

ここで、ノズル１５の個数は限られた場所に於て総面積
を大きくする必要がある場合や、噴流の数と方向を組合
せることによりシリンダー１内に生成するガス流動を効
果的に高める目的で任意の個数を形成することが出来る
。

このような実施例を第３図、第４図及び第５図に示す。

これらの実施例はノズルに関しては何れも第１図に示し
た実施例の変形例であり、第３図の実施例ではバルブガ
イド１１の先端位置に直径方向に隔てて２個、第４図の
実施例では第１図のノズル１５に加えて更に直径方向位
置にて環状溝１３の上端付近に１個、又第５図の実施例
では第１図のノズル１５に加えて更に直径方向位置にて
環状溝１３の中央付近に１個形成したものである。

これら何れの実施例の場合もノズルの噴出時期はほぼ同
時に起る。

又特に第３図のノズル１５Ａ、１５Ｂはノズル先端を突
出させて形成したものであり、これにより噴流の方向性
が制御し易くなり、特定の方向に噴流を集中せしめるこ
とも可能となる利点がある。

又、ノズル１５の断面形状は第６図に示すように円形、
長溝形もしくはその組合せとなすことが出来、これ以外
の何れの形状とすることも任意である。

円形断面のノズル１５Ａによれば噴流を一ケ所から集中
して供給することになり、強い主流を形成してシリンダ
ー１内に流入し、吸気渦流の強化が可能となる。

又長溝形断面のノズル１５Ｂによれば噴流の流量を比較
的コンパクトな形状で多くとれる利点がある上、曲面状
に湾曲した噴流が吸気弁γの円周に沿ってシリンダー１
内に流入する為、吸気弁７や弁座１６に衝突して減衰す
る流量の割合が小さくなることから噴流を有効に吸気渦
流として利用出来る利点がある。

バルブガイド１１に関して更に説明すれば、第１図〜第
５図に示す如く吸気弁γのステム犬径部１０を嵌入する
箇所以外はステム９を滑動嵌合する比較的小径の円筒形
状に形成出来るので重量の軽減を図ることが出来る。

又、第４図に示す如く前述の重量軽減により形成される
肩部１１Ａを吸気ポート５の壁面に当接する位置に形成
すればポート壁面５Ａによってバルブガイド１１の肩部
１１Ａと吸気弁７或いはシリンダ−ヘッド３内壁面とバ
ルブガイド１１との相対位置が一義的に定まり、組立作
業を容易ならしめることが可能となる。

又、第５図はこの肩部１１Ａをオイルシール取付部１６
の下面に当接する位置に形成した場合であり、この場合
はシリンダーヘッド３とバルブガイド１１の嵌合寸法が
１つの組合せとなる為、加工工程が一工程で済み、又オ
イルシール１７は従来品を使用出来る寸法となすことが
出来る。

更にバルブガイド１１をシリンダーヘッド３の吸入ポー
ト５側からとｌり嵌めにて組付の際オイルノール組付面
１１Ｂはシリンダーヘッドの孔に接触することなく挿入
出来るので、表面損傷等によりオイルシール１７のシー
ル性を悪くする不具合は回避され得る。

バイパス通路１４について説明すれば、バルブガイド１
１の先端付近にノズル１５が形成されるので、バイパス
通路１４を吸気ポート５の上側に沿って（第１〜５及び
７〜１０図参照）形成出来、これにより通路長さを最短
に出来るのみならずシリンダーヘッド３内の通路加工が
容易に行える利点がある。

又第７図及び第８図に示す如くバイパス通路１４を吸気
ポート５内に突出させた状態にて形成出来、この場合に
はバルブガイド１１の先端のノズル１５の位置を低く位
置決め出来るので機関最大出力の低下なしにノズル１５
から燃焼室６へ至る噴流部の長さを短かくしてシリンダ
ー中心軸に垂直な平面内に生成する渦流成分を増大せし
め乱流減衰を低減することが可能となる（第４図参照）
。

更に又、バイパス通路１４が吸気ポート５の上側にあり
、ノズル１５がバルブガイド１１の先端に配置されるこ
とから、吸気ポート５の位置をシリンダーヘッド下面に
近づけ、又吸気ポート５の断面形状を第８図、第９図及
び第１０図に示す如く偏平形状となし、且つその長手軸
をシリンダーヘッド面に平行にすることにより吸気系を
小型化出来るとともに、吸気ポート５を通った流れがシ
リンダー１内に入る場合には吸気渦流を強化する作用が
得られ、ノズル１５からの噴流と相乗して混合の促進、
燃焼特性の改善を更に効果的に行い得る。

更に又、バイパス通路１４の一部又は全周を冷却水ジャ
ケットにて覆う如くなせば（第１０図）、混合気を導入
する場合に蒸発を促進する作用を得ることが出来るので
ある。

このような吸気装置の製造に於ては、当然のことながら
吸気弁ステム９の大径部１０の各段付部を僅にＲ付形す
る等により流動抵抗の減小を図り、又破損の開始点とな
ることを防止する必要がある。

この大径部１０は従来形吸気弁のステムの所定位置にス
リーブをロウ付等で固定することにより本考案の吸気装
置に適用出来るように改修も出来るので非常な簡便さが
ある。

又吸気弁ステム９とパルプガイド１１との間のクリヤラ
ンスＣ１は従来と同程度にすれば良く、一方大径部１０
と摺動面部１２との間のクリヤランスＣ２はバイパス通
路１４とノズル１５との間の導通を開閉することが生白
であることから、このクリヤランスＣ２はＣ１よりも犬
なる公差で充分であり、製造上大いに有利である。

更に又、第１図にて示した吸気弁Ｔが閉位置にある時の
大径部１０の上端縁部１０Ａと摺動面部１２との嵌合長
さは出来るだけ短い方がノズル１５からの噴出開始時期
を早めて総噴出流量を大きくする上で有利であり、加工
精度や耐摩耗性等を考慮した場合実用的には例えば吸気
弁のリフト量が１０ｍｍであるならば約２〜３ｍｍ程度
が適当である。

又この噴流の有効性を確保する為には当然ながらノズル
１５の上流側の通路断面積を出来るだけ大きくとり、途
中に於ける圧力損失を出来る限り抑えることが必要であ
る。

以上述べた如く、本考案による吸気装置によれば混合気
の性状を改善し１部分負荷域での燃焼の安定化、燃費の
改善並びに排気ガスの浄化を達成出来、特に冷却始動時
に於ても燃料と空気との確実な且つ充分な混合がノズル
からの噴流によって行われ、均質な混合気が燃焼室に供
給されることになる為、濃化は僅かで良く、暖機運転時
間の短縮が達成出来る。

又本考案の装置は従来の機関構成部品の一部を改修する
だけで良く、新規な部品の追加、部品点数の増加がなく
、機構が簡単で製造工程が少く、コストが安いうえ、保
守・サービスが容易に行える利点を有している。

又部分負荷域の燃焼特性を改善するだけではなく吸気ポ
ート部５の流動抵抗を小さくできるので、全開出力を高
めることにもなり、広い範囲に亘って性能の優れた機関
特性が得られる。

更に又、吸気弁ステムを従来品寸法より小径とする必要
はなく、強度上の問題は全くないうえ、パルプガイドも
従来の摺動面長さをその１ま残して先端部に吸気弁の大
径部との摺動面部もしくは環状溝を追加形成することに
より本考案の吸気装置に適用出来る有利性があり、高い
耐久性と信頼性を維持出来る特徴も大いなる利点である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による吸気装置の一実施例を備えた内燃
機関の部分的破断断面図、第７−１図はシリンダー軸線
に関してのノズル軸線を示す説明図、第２図は他の実施
例を示す第１図と同様な部分的破断断面図、第３図、第
４図及び第５図は第１図の実施例に於ける一部を改修し
た夫々の実施例の部分的破断断面図、第６図は第３図の
線■■に沿う断面図、第７図、第８図、第９図及び第１
０図は第１図の線Ｘ−Ｘに沿う夫々の変形形態を示す断
面図。 １・・・・・・シリンダー ２・・・・・・ピストン、
３・・・・・・シリンダーヘッド、５・・・・・・吸気
ポート、６・・・・・・燃焼室、１・・・・・・吸気弁
、９・・・・・・吸気弁ステム、１０・・・・・・大径
部、１１・・・・・・パルプガイド、１２・・・・・・
摺動面部、１３・・・・・・環状溝、１４・・・・・・
バイパス通路、１５・・・・・・ノズル、１７・・・・
・・オイルシール。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 （１）バルブガイドの先端側に吸気弁のステム外径より
   犬なる内径部を形成し、該内径部の一端側に吸気絞弁を
   バイパスするバイパス通路を開口させるとともに他端側
   ノズルを吸気ポートに開口させ、一方吸気弁ステムに前
   記内径部と密に滑動嵌合する大径部を形成し、吸気弁の
   開閉作動に同期して前記大径部がバイパス通路とノズル
   との導通遮断を行う如くなし、これにより開弁時にバイ
   パス通路からの流体をノズルから吸気ポートを横断し吸
   気弁と弁座との間を通して吸入負圧に応じて燃焼室内へ
   噴射せしめる如く構成したことを特徴とする内燃機関の
   吸気装置。 （２）吸気弁ステムの大径部と摺動するバルブガイドの
   摺動面部に環状溝を形成し、この環状溝にノズルを形成
   したことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記
   載の内燃機関の吸気装置。 （３）吸気弁ステムの大径部と摺動するバルブガイドの
   摺動面にノズルを形成したことを特徴とする実用新案登
   録請求の範囲第１項記載の内燃機関の吸気装置。 （４）前記ノズルが複数個形成されていることを特徴と
   する実用新案登録請求の範囲第１〜３項の何れかに記載
   の内燃機関の吸気装置。 （５）前記ノズルの断面形状が円形であることを特徴と
   する実用新案登録請求の範囲第１〜４項の何れかに記載
   の内燃機関の吸気装置。 （６）前記ノズルの断面形状が長溝形であることを特徴
   とする実用新案登録請求の範囲第１〜４項の何れかに記
   載の内燃機関の吸気装置。 （７）前記ノズルの先端部が突出せるガイド状に形成さ
   れていることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第２
   項の何れかに記載の内燃機関の吸気装置。 （８）バルブガイドの外周に肩部を形成したことを特徴
   とする実用新案登録請求の範囲第１〜７項の何れかに記
   載の内燃機関の吸気装置。 （９）前記肩部が吸気ポートのバルブガイド取付端面に
   当接する位置に形成されていることを特徴とする実用新
   案登録請求の範囲第８項記載の内燃機関の吸気装置。 （１０） 前記肩部がオイルシール取付部付近に形成
   されていることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第
   ８項記載の内燃機関の吸気装置。 ａｌ）吸気ポートの上側にバイパス通路を配置したこと
   を特徴とする実用新案登録請求の範囲第１〜１０項の何
   れかに記載の内燃機関の吸気装置。 （１２） 吸気ポート内にバイパス通路が突出する如
   く形成されたことを特徴とする実用新案登録請求の範囲
   第１〜１１項の何れかに記載の内燃機関の吸気装置。 帖 吸気ポートの断面形状が偏平形とされ、長軸線がシ
   リンダーヘッド端面と平行となされたことを特徴とする
   実用新案登録請求の範囲第１〜１２項の何れかに記載の
   内燃機関の吸気装置。 （１４）吸気弁ステムと大径部とを一体形構造とし、且
   つステムから大径部へ滑らかにＲを何形して接続したこ
   とを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１〜１３項の
   何れかに記載の内燃機関の吸気装置。 （１５）吸気弁ステムに緊密に嵌合するスリーブを固定
   して大径部を形成することを特徴とする実用新案登録請
   求の範囲第１〜Ｉ４項の何れかに記載の内燃機関の吸気
   装置。