JPS5933879Y2 - 内燃機関のシリンダヘツド - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関の給気弁座外周に沿って給気の案内壁
面をそなえたシリンダヘッドに関し、特に往復動４サイ
クルデイ一ゼル機関に用いて好適の内燃機関のシリンダ
ヘッドに関する。

第１図ないし第３図に従来の往復動４サイクルデイ一ゼ
ル機関のシリンダヘッド及びピストン廻りの構造の１例
を示す。

第１図において１はシリンダブロック、２はシリンダ２
イナ、３はピストン、４はピストンピン、５はコネクテ
ィングロッド、６はシリンダヘッド、１は給気通路、８
は排気通路、２１は給気弁、２２゜２３は給気弁バネ、
３１は排気弁、３２．３３は排気弁バネである。

これの作用を説明すると、ピストン３が下降をはじめる
と、給気弁２１が開き、新気が給気通路Ｉを通ってシリ
ンダライナ２の中に吸い込まれ、ピストン３が下死点付
近筐で下ると給気弁２１は閉じて給気は終り、ピストン
３が上昇を開始して圧縮行程に入る。

ピストン３が上死点近くに上昇して、内部の空気を圧縮
し、空気が高温になるこる燃料噴射ポンプ（図示せず）
から送られて来た燃料油は燃料噴射弁（図示せず）より
シリンダライナ２内に噴射され、着火燃焼して高圧とな
り、ピストン３を押し下げ回転力を発生し、下死点に至
りつづいて排気弁３１が開き、ピストン３は上昇行程に
至り、燃焼ガスは排気通路８を通って排出されピストン
３が上死点近傍になると排気弁３１は閉じ、給気弁２１
が開き、再度同様の作用をくりかえす。

これが通常の４サイクルデイ一ゼル機関の作動であるが
、上述の燃焼過程において着火直後の爆発的燃焼を避け
たおだやかでしかも完全な燃焼を期するためにシリンダ
内に吸込まれた新気に渦流を与えて、燃料噴霧と空気の
混合をよくすることが望ましい。

しかしながら第１図ないし第３図に示したような吸気通
路や給気弁の形状では第３図に示すように給気弁２１か
らの空気の流れは図のＳｗ。

Ｕｓｍ方向ともに同様にながれるので渦流の発生は期待
できない。

そのため第１図ないし第３図に示した従来の構造ではデ
ィーゼル機関の高速化、高出力化、高性能化は達成され
ない。

そこで、近年開発されたのが第４図ないし第８図に示す
ような構造である。

第４図ないし第５図は通称グイレクショナルポ−トと言
われるもので給気通路７を第２図ないし第８図に示すも
のとは違い、斜めにして第４図ないし第５図に示すよう
に、８ｗ方向に主として流れるようにして、全体として
、シリンダ２の中心に対して、回転のモーメントを生ず
るようにしたものである。

これによって、シリンダ内には強い渦を発生し燃料と空
気の混合を良好にすることが可能である。

第６図ないし第８図は通称シュラウド弁といわれるもの
で第８図に示すように弁傘の上面にマスク２５を設け、
これを第１図に示す位置に配置して使用するもので、こ
れによ・つて、図のように８ｗ方向に新気は流入し、Ｕ
８Ｗ方向には少量しか流れないため、全体としてシリン
ダ２内に渦流を生じるものである。

第４図ないし第８図に示すもののような装置によって、
機関のシリンダ内に強い渦流を発生させることは可能で
ある７５〜これらによれば、一般に渦流を強くするほど
体積効率が低下し、シリンダ内に充てんされる新気の量
が減少することが認められており、このため、燃焼性は
向上しても、空気量不足のため、機関出力が制限される
結果となり、現実には、第２図ないし第３図の形式と第
４図ないし第５図の形式の中間的な方法がとられている
。

つ筐り、従来の機関では給気渦流と体積効率が相反し、
良好な体積効率を維持しながら、渦流を増すことができ
ない。

その最大の原因はこの種機関がきのこ状給気弁を用いて
おり、この弁の周囲の給気通路面積の１部を閉ざすこと
によって渦流を発生させているところにある。

本考案は前記の問題点に対処するもので、往復動内燃機
関の燃焼改善ならびにその排気中の窒素酸化物を減少さ
せることをその目的とする。

このため本考案の内燃機関のシリンダヘッドは前記実用
新案登録請求の範囲の欄に記載されているように構成さ
れている。

上述の本考案の内燃機関のシリンダヘッドによれば、シ
リンダ軸心と給気弁軸心線とを含む基準面よりも一方側
の給気弁傘部局りにシリンダヘッドの下端面からピスト
ン上面の凹部内に向けて突設された突起部を設け、上記
突起部の内周に上記給気弁座外周に沿うと共に給気弁傘
部外周面と一定間隔を存し、かつシリンダ軸心線にほぼ
平行な案内壁面を形成して、きのこ状の給気弁の全周を
有効に使い、給気の流れの方向を上述の介在側は渦を生
ずる円周方向の流れにし、右側は軸方向の流れになるよ
うにしているので１体積効率の低下をともなわないで、
燃焼室内に渦流を発生させ、機関の熱効率を高める点で
非常に効果的である。

以下本考案を第９図ないし第１４図に示す実施例によっ
て説明する。

第１０図ないし第１２図は本考案のシリンダヘッド、ピ
ストン、シリンダ２内チ等の組立断面図で吸気弁部以外
の構成は第１図ないし第３図に示すものと同様である。

第１１図ないし第１２図に第１０図のＥ −Ｅ断面およ
びＦ−Ｆ矢視の場合のシリンダ下面を示している。

−Ｅｆ第１１図に明示されているように、シリンダヘッ
ド６の下面の給気弁２１の弁座部外側に流れの案内突起
部４１を設けている。

第１２図はこのシリンダヘッドを下面からみた図であり
、流れの案内突起部４１はシリンダ軸心線１０１と給気
弁軸心線１０２とを含む基準面１０３より右側に設けて
おり、該案内突起部４１の給気弁２１側に第１の案内壁
面４１ａが形成されている。

第１３図と第１４図はこの実施例のシリンダヘット下面
とピストン上面の見とり図であり、４１がシリンダヘッ
ド下面の流れ案内突起部、４２が該突起部４１に対応し
てピストン３の上面凹部内に設けられた逃し部である。

第９図において、Ｄｖは給気弁外径、Ｒｇは案内突起部
４１の内半径、Ｗは給気弁外周と案内突起部４１との水
平距離、ｈは案内突起部４１の高さ、ｔは給気弁の最大
リット、θは弁傘部２１１シート面の傾斜角を示す。

図から明らかなように ２部ｇ＝Ｄｖ＋２Ｗ＝Ｄｖ＋２ｔｔａｎθ・・−・−＜
ｉ）この種機関においては一般にθ＝３０°〜４５゜の
ものが普通で、このθに対しては、 ｔ＝（０，２５〜
０．３）Ｄｖが適当であることがこの技術分野でよく知
られている（たとえば長尾不二夫著「内燃機関講義」上
巻第４１１頁参照）。

従って（１）から、ＺＲｇ中”、６Ｄｖ −・・・＝（
！り が給気流路断面積が案内突起部４１によって減じられな
いための条件となる。

この種機関の燃焼室内に、充分な流れのモーメンタムの
緩和としての渦流を得るには、給気流量の３０多程度以
上を案内して反吸入渦流方向の成分を失わせる必要があ
ることもこの技術分野においてすでに知られているので
、案内突起部４１の高さｈは次式を満足することが望ま
しい。

ｂ＝Ｗｔａｎθ＋ａｔ（ａ≧０．３ ） ・−−−−−
（ｉｉｉ）筐た、この種機関において、給気弁が１個の
場合、給気弁外径Ｄｖはピストン直径の約１／２にとら
れること（たとえばへ田桂三、浅沼強編集「内燃機関・
・ンドブツク」第１３９頁参照）。

体積効率は吸入マツ・・指数によって決捷り、吸入マツ
ハ指数が０．６以上では体積効率が急激に低下すること
（たとえば前記「内燃機関講議」上巻第９２頁参照）。

給気の吸入速度はピストン直径と給気通路の有効面積と
平均ピストン速度とによって決捷ること、平均ピストン
速度は通常１２ｍ／秒程度であることもこの技術分野で
広く知られているので、これらを考えあわせると体積効
率を低下させぬためには案内突起部４１の内半径Ｒｇは
給気弁外半径Ｄ ｖ ／ ２０１．１倍以上程度である
ことが車重しい。

すなわち、シリンダ内に流入する給気がしぼられるのを
防止するためには案内突起部４１の第１の案内壁面４１
ａの内半径を給気弁外半径の１．１倍以上にすることが
望ｔＬ＜、ｔた、シリンダ内流入空気の案内としての役
目を充分達成するには案内突起部４１の高さを給気弁最
大リフトｔの約３０％以上にすることが車重しい。

次に上記内燃機関のシリンダヘッドの作用を説明する。

給気の流れの案内突起部４１を上述のように設けること
によって、給気弁２１が開き、給気作用かはじすると、
新気は給気通路Ｉを通り給気弁２１の弁傘部２１１に案
内されて円錐状の流れとなって流入しようとする力１図
のシリンダヘッド下面に突出した、流れの案内突起部４
１の第１の案内壁面４１ａによって第１１図と第１２図
に示すようにＵｓｗ方向の流れは軸方向の流れに変向さ
れる。

このため、８ｗ方向は円周方向の流れの成分をもって第
１１図で斜下方に流れ％Ｕ８Ｗ方向の流れは軸方向に流
れるため総合された流れは円周方向の成分をもつ流れと
なりシリンダ内に渦を発生することとなる。

しかも、前述の第４図ないし第８図の従来のものと異な
り、給気弁の全周から一様に流出するので体積効率が低
下しない。

本考案の内燃機関のシリンダヘッドは前記実用新案登録
請求の範囲の欄に記載されたように構成されているので
、体積効率を低下させることなく給気に渦を発生するこ
とができるため、同一行程容積でも、多量の燃料の燃焼
が可能となり、しかも、燃料噴霧と空気の混合も良くし
て、良好な燃焼を達成しうるので、排気中の窒素酸化物
が少なく、発煙の少ない熱効率の高い、しかも高速、高
出力の機関を得ることができるというすぐれた効果を奏
する。

本考案は前記のようなディーゼル機関に限らず、ガソリ
ン機関、その他、きのこ弁を用いて渦流を要するものに
も実施できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は従来のディーゼル機関のシリンダ
ヘッドを説明するもので、第１図はその１例の燃焼室付
近の縦断面図、第２図は第１図におけるＡ−Ａ断面図、
第３図は第２図におけるＢ−Ｂ矢視図、第４図は別個の
燃焼室付近の縦断面図、第５図は第４図におけるＣ−Ｃ
矢視図、第６図は更に他の例の燃焼室付近の縦断面図、
第１図は第６図におけるＤ−Ｄ矢視図、第８図は第６図
に示す弁の斜視図である。 第９図ないし第１４図は本考案の第１の実施例を示すも
ので、第９図はその要部の説明用断面図、第１０図はそ
の燃焼室付近の縦断面図、第１１図は第１０図における
Ｅ−Ｅ断面図、第１２図は第１１図におけるＦ −Ｆ断
面図、第１３図は燃焼室上部の１部斜視図、第１４図は
ピストン頂部の斜視図である。 ２はシリンダヘッド、１は給気通路、２１は給気弁へ
２１１は弁傘部、４１は案内突起部、４１ａは第１の案
内壁面である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. きのこ状給気弁を具えた内燃機関において、シリンダヘ
   ッドに、シリンダ軸心線と給気弁軸心線とを含む基準面
   よりも一方側の給気弁傘部局りにシリンダヘッドの下端
   面からピストン上面の凹部内に向けて突設された突起部
   を設け、上記突起部の内周に上記給気弁座外周に沿うと
   共に給気弁傘部外周面と一定間隔を存しかつシリンダ軸
   心線にほぼ平行な案内壁面を形成したことを特徴とする
   内燃機関のシリンダヘッド。