JPS62218617A - 内燃機関の吸排気装置 - 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、内燃機関の吸排気装置に関する。

［従来の技術］ 内燃機関の出力および機械効率を向上させるものとして
、従来、特開昭８０−１１３００４号公報に記載される
多バルブエンジンが提案されている。この内燃機関は、
エンジン本体の内部にピストンが上ド動される燃焼室を
形成し、該エンジン本体における燃焼室の頂部構成部分
に３個の吸気弁と２個の排気弁をそれぞれ配設してなる
。この内燃機関によれば、バルブ数の増加による吸気孔
面積、排気孔面積の増加により吸気抵抗または排気抵抗
の減少が図れ、これに加えて吸入空気量の増加、燃焼室
内の残留ガスの減少を図ることが口ｆ能となる。これに
より、内燃機関におけるポンピング損失の減少、燃焼圧
力の向上が図れ、該内燃機関の出力および機械効率の向
上が図られることとなる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記のように、燃焼室の頂部構成部分に
おいて複数の吸気弁および排気弁を形成し、これにより
吸気孔面積および排気孔面積の増加を図ることには限界
があり、このような方法で内燃機関の出力および機械効
率の向上を図ることには一定の限界があった。

本発明は、上記従来の不具合に着目してなされたもので
あり、その目的は、内燃機関の機械効率の向上および出
力向上を図ることにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、エンジン本体の
内部にピストンが上駆動される燃焼室を形成し、エンジ
ン本体における燃焼室の頂部構成部分に吸気弁および／
または排気弁を配設してなる内燃機関の吸排気装置であ
って、上記各吸気弁および／または排気弁の他に、エン
ジン本体における燃焼室の側部構成部分に吸気弁および
／または排気弁を配設することとしている。

［作用］ 本発明によれば、燃焼室の頂部構成部分に配設される吸
気弁および／または排気弁に加えて、燃焼室の側部構成
部分に吸気弁および／または排気弁を付加的に配設する
こととしている。

したがって、吸気弁が付加的に配設される場合には、吸
気バルブ開口面積の増大により吸気抵抗の減少が図られ
ることとなる。この結果、吸気側でのポンピング損失が
減少され、内燃機関の機械効率の向上が図られることと
なる。また吸気バルブ開口面積の増加により、吸入混合
気あるいは吸入空気量が増加され、内燃機関の出力向上
が図られることとなる。

他方、排気弁が付加的に配設される場合には、排気バル
ブ開口面積の増大により排気抵抗の減少が図られること
となる。この結果、排気側でのボンピング損失が減少さ
れ、内燃機関の機械効率の向上が図られることとなる。

また、排気バルブ開口面積の増加により、燃焼室内の残
留ガスが大幅に減少するので、これに続く爆発の燃焼圧
力が上昇し、内燃機関における仕事量の増加を図ること
がｏｌ能となる。

このようにして、本発明に係る内燃機関の吸排気装置に
よれば、内燃機関の機械効率向上および出力向上を図る
ことが１能となる。

［実施例］ 以ド、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１実施例に係る内燃機関の吸排気装
置を示す断面図である。

内燃機関ｌＯは４サイクルのＶ型エンジンに係り、エン
ジン本体のシリンダブロック１１には左右の気筒１２Ａ
、１２Ｂがｖ型となるように形成される。エンジン本体
の各気筒１２Ａ、１２Ｂのそれぞれ上方には、シリンダ
ヘッド１３が配設される。各気筒１２Ａ、１２Ｂの内部
には、それぞれピストン１４が矢ボＡ方向に上駆動可能
に配設される。さらに、シリンダブロック１１内には、
クランク室１５が形成される。クランク室１５内にはク
ランク１６が配設され、該クランク１６のクランク軸１
７と上記各ピストン１４とは、それぞれコンロッド１８
により連結されてなる。

ピストン１４が上駆動される気筒１２Ａには、燃焼室１
９Ａが形成され、また同じく気筒１２Ｂには燃焼室１９
Ｂが形成される。各燃焼室１９Ａ、１９Ｂは、側部をシ
リンダブロック１１により、頂部をシリンダへラド１３
により画成されてなる。

各燃焼室１９Ａ、１９Ｂの頂部、すなわちシリンダへラ
ド１３には、第１吸気孔２０および第１排気孔２１が形
成されてなる。さらに各燃焼室１９Ａ、１９Ｂの側部、
すなわちシリンダブロック１１には、第２吸気孔２２８
よび第２の排気孔２３が形成されてなる。第１吸気孔２
０の廻りには第１吸気弁２４が配設される。該第１吸気
弁２４は吸気カム２５の回転により矢示Ｂ方向に駆動、
され、第１吸気孔２０を開閉口ｒ能としている。

第１排気孔２１の廻りには第１排気弁２６が配設される
。第１排気弁２６は排気カム２７の回転により矢ボＢ方
向に駆動され、第１排気孔２１を開閉ｎ１俺としている
。さらに第２吸気孔２２の廻りには第２吸気弁２８が配
設され、該第２吸気弁２８は吸気カム２９の回転に伴な
う左右の各ロッカアーム３０Ａ、３０Ｂの揺動により矢
示Ｂ方向第２吸気孔２２を開閉可能としている。また第
２排気孔２３の廻りには第２排気弁３１が形成される。

該第２排気弁３１は排気カム３２の回転により矢示Ｂ方
向に駆動され、ｔｉ４２排気孔２３を開閉Ｏｆ能として
いる。

上記第１吸気孔２０の上流側には第１吸気案内路３３Ａ
が形成されてなる。また第２吸気孔２２の上流側には第
２吸気案内路３３Ｂが形成されてなる。第１吸気案内路
３３Ａはシリンダヘッド１３内に形成され、また第２吸
気案内路３３Ｂはシリンダブロック１１およびシリンダ
ヘッド１３内に連続して形成される。さらに第１吸気案
内路３３Ａ８よび第２吸気案内路３３Ｂの上流側は、−
木の吸気案内路３４に集合され、該案内路３４はシリン
ダへラド１３に接続される吸気管３５により構成される
。吸気管３５により構成される吸気案内路３４には下流
側にスロットル弁３６が、また上流側に燃料噴射ノズル
３７が配設される。

燃料噴射ノズル３７は上流側から給入されるエアに対し
て燃料を噴射ｏｆ能とし、これにより混合気をスロット
ル弁３６の開閉により各吸気孔２０．２２に供給ｏ１能
としている。吸気孔２０．２２に供給された混合気は各
吸気弁２４．２８の開閉動により各燃焼室１９Ａ、１９
Ｂ内に供給される。

また、上記第１排気孔２１には第１排気案内路３８Ａが
接続される。また第２排気孔２３には第２排気案内路３
８Ｂが接続されてなる。各排気案内路３８Ａ８よび３８
Ｂはド流側で一木の排気案内路３９とされる排気管４０
により形成され、該排気管４０はシリンダヘッド１３に
形成される第１排気孔２１およびシリンダブロック１１
に形成される第２排気孔２３に接続し、一体化されてな
る。各排気案内路３８Ａ、３８Ｂは燃焼室１９Ａまたは
１９Ｂ内で発生する燃焼ガスを各排気弁２６．３１の開
閉動により外部に排出ｄ（能としている。

気筒１３Ａの側における第１吸気弁２３を駆動する吸気
カム２４、第１排気弁２６を駆動する排気カム２７、第
２吸気弁２８を駆動する吸気カム２９、第２排気弁３１
を駆動する排気カム３２、および気筒１３Ｂの側におけ
る第１吸気弁２４を駆動する吸気カム２５、第１排気弁
２６を駆動する排気カム２７、第２吸気弁２８を駆動す
る吸気カム２９、第２排気弁３１を駆動する排気カム３
２のそれぞれは、クランク軸１７の回転力によりそれぞ
れ回転駆動可能とされる。すなわち、上記各カム２４．
２５．２７．２９．３２のカム軸４１Ａ〜４１Ｇにはそ
れぞれスプロケット４２Ａ〜４２Ｇが装着されてなり、
各スプロケット４２Ａ〜４２Ｇとクランク軸１７に装着
されるスプロケット４３の間にはチェーン４４が懸回さ
れる。この結果、各カム２４．２５．２７．２９．３２
は、クランク軸１７の回転に連動してそれぞれ駆動され
、各吸気弁２４．２８および排気弁２６．３１を設定さ
れるタイミングで順次開閉駆動Ｏｆ能としている。

各燃焼室１９Ａ、１９Ｂにおける、各吸気弁２４．２８
および排気弁２６．３１の開閉タイミングは次の通りで
ある。

先ず吸気行程においては、ピストン１４が上死点から上
死点に一ド降する初期段階で第１吸気弁２４が開作動さ
れる。第１吸気弁２４は、開状態において２点鎖線に示
すように燃焼室１９Ａ、１９Ｂ内に突出される。この際
、下降するピストン１４の頂部と該第１吸気弁２４が干
渉しないように、該吸気弁２４の駆動タイミングが調整
される０次にト降されるピストン１４が燃焼室１９Ａ、
１９Ｂの側部の第２吸気孔２２の相応位置を通過すると
、第２吸気弁２８が開作動される。

第２吸気弁２８は、開状態において２点鎖線に示すよう
に燃焼室１９Ａ、１９Ｂ側に突出される。

ここで、第２吸気孔２２は、その下端位置Ｓが、ピスト
ン速度最大値近辺に設定される。

ピストンの最高速度の発生位置は下式で示される。

θマｍａｔ　：ピストン最高速度を発生する上死点から
のクランク角度 文　　：コンロッドの長さ γ　　：クランク半径 （例）入＝３．８　　　　０　ｏ　４７Ｂ”　３０′λ
＝４．０　　　　　〜７７゜ 入＝４．５　　　　　　　句７８″ この近辺でどのくらいのストローク移動があるか検定す
ると、 ストロークは ＋・・・・・・・・・　となる。

γ”　４０ｍｍ　　　　　θ＝　７７”　とするとλ＝
４．０　とすると。

ｘ　ｖｍａｉ＝　４０　（１−０，２２４９）　＋　４
０＝　３１．００４＋　４．７４８ ＝　３５．７５＋＊＋＊となる。

したがって、上記ピストン速度最大値近辺に第２吸入孔
２２を形成し、さらにこの近辺のクランク角度位置で第
２吸気弁２８を開作動させることで、ピストン１４のポ
ンピング作用のより大なる吸引力を利用し、第１および
第２の各吸気孔２０．２２に、より効果的な混合気の吸
引作用を及ぼすことがａ（能となる。このようにして、
下降されるピストン１４が上死点に達すると次に圧縮行
程に移行される。

圧縮行程においては、ピストン１４がｒ死点から上死点
に上昇する段階で第１および第２の各吸気弁２４．２８
が、また排気弁２６．３１がそれぞれ閉作動される。こ
の結果、混合気が燃焼室１９Ａ、１９Ｂ内で圧縮される
こととなる。圧縮された混合気は上死点の近辺で点火プ
ラグ４５により点火されて爆発し、次に膨張行程に移行
される。

膨張行程においては、ピストン１４が上死点から上死点
にド降する段階で各吸気弁２４．２８８よび排気弁２６
．３１がそれぞれ閉状態のままとされる。上死点に達し
たピストン１４は再び上死点に上昇する排気行程に移行
される。

排気行程においては、ピストン１４が上死点に上昇する
初期段階で第１排気弁２６８よび第２排気弁３１のそれ
ぞれが開作動される。各排気弁２６．３１はそれぞれ開
状態において２点鎖線にホすように燃焼室１９Ａ、１９
Ｂ側に突出される。上昇されるピストン１４が最高速度
の発生位ｍｓを通過すると、先ず第２排気弁３１が閉作
動される。これにより、燃焼室１９Ａ、１９Ｂ側に突出
されていた第２排気弁３１が各燃焼室１９Ａ、１９Ｂか
ら退避され、ピストン１４の頂部は第２排気孔２３の相
応位置を通過する状態で上昇されることとなる。さらに
上昇されるピストン１４が上死点の前段階に達すると、
第１排気弁２６が閉作動されることとなる。この結果、
第１排気弁３１とピストン１４の頂部が干渉せずに、ピ
ストン１４を上昇させることがａ（能となる。このよう
に、排気行程においては、初期段階において第１８よび
第２の各排気孔２１．２３からそれぞれ燃焼室１９Ａ、
１９Ｂ外へ燃焼ガスを排気することがｏｌ能となり、こ
の際、燃焼ガスは、ピストン１４のポンピング作用の排
出力が最大となる最高速度位置Ｓを通過して各排気孔２
１．２３から排気が行われるため、効率の良い排気を行
うことが口ｆ能となる。さらに第２排気孔２３が閉塞さ
れた後においても第１排気孔２１から燃焼ガスを排気す
ることがｕ（能となる。

このようにして、各吸気弁２４．２８および排気弁２６
．３１は、吸気、圧縮、１膨張、排気の各行程において
、上記のタイミングで開閉動されることになる。

次に上記実施例の作用を説明する。

上記実施例に係る内燃機関ｌＯにあっては、燃焼室１９
Ａ、１９Ｂのちょう頂部構成部分に配設される第１吸気
弁２４に加えて、各燃焼室１９人、１９Ｂの側部構成部
分に第２吸気弁ｚ８を付加的に配設することとしている
。したがって、第２吸気弁２８に対応するバルブ開口面
積の増大により、混合気の吸気抵抗の減少が図られ、吸
気側でのポンピング損失の減少が図られることとなる。

この結果、内燃機関１０の機械効率の向とが図られるこ
ととなる。また、第２吸気弁２８に対応するバルブ開口
面積の増大により、吸入混合気量が増加され、その分内
燃機関１０の出力向上が図られることとなる。また、こ
れにより充分な吸入混合気量を確保することがｏｆ能と
なるため、従来の高速型の内燃機関のように、吸気孔と
排気孔の開状態のオーバラップ角度を大きくとる必要が
なく、またオーバラップ角度を無くすることもＯｆ能と
なる。このため、高速時および低速時の全速度領域に亘
って燃焼効率、燃費効率の向上を図ることが可能となり
、従来のように低速時における生ガスの吹き抜けも減少
するので排気ガスにおけるＨＣ，Ｃｏの減少も図られる
こととなる。さらに、燃焼室１９Ａ、１９Ｂ内を臨む複
数の角度位置にそれぞれ各吸気弁２４．２８が配設され
るため、各吸気弁２４．２８の開閉タイミングの調整お
よび第２吸気孔２２の形成位置の調整によっては、燃焼
室１９Ａ、１９Ｂにスワールを容易に発生することがａ
（能となる。

一方、上記内燃機関ｌＯは、燃焼室１９Ａ、１９Ｂの頂
部構成部分に配設される第１排気弁２６に加えて、各燃
焼室１９Ａ、１９Ｂの側部構成部に第２排気弁３１を付
加的に配設することとしている。したがって、第２排気
弁３１が付加されることで、ｔｉ４２排気弁３１に対応
するバルブ開口面積の増大が図れ、これにより燃焼ガス
の排気抵抗が減少が図られ、排気側でのボンピング損失
の減少が図られることとなる。この結果、内燃機関１０
の機械効率の向上が図られることとなる。

また燃焼ガスの排気効率の向上により、各燃焼室１９Ａ
、１９Ｂ内における残留燃焼ガスの減少が大幅に図られ
、これに続く爆発の燃焼圧力の向上がＯｆ能となる。し
たがって、その分の仕事賃の増加により内燃機関ｌＯの
出力向上が行えることとなる。

この結果、これら各気筒１２Ａ、１２Ｂを備える内燃機
関ｌＯは、燃焼室の頂部における吸排気バルブ・面積・
拡張の限界に拘束されることなく、機械効率および出力
のより大なる向上を図ることがＯｆ能となる。

第２図は本発明の第２実施例に係る内燃機関の吸排気装
置を示す断面図である。

この内燃機関５０は、ｈ記第１実施例の変形例に係り、
上記実施例に係る内燃機関１０の各燃焼室１９Ａ、１９
Ｂの各第２排気孔２３をポルト５１により閉塞してなる
。すなわち、内燃機関５０は、各燃焼室１９Ａ、１９Ｂ
の側部に第２吸気弁２８のみを付加したものである。こ
の結果。

該内燃機関５０は、各燃焼室１９Ａ、１９Ｂにおいて、
吸気側でのバルブ開口面積が増加され、内燃機関５０の
機械効率および出力のより大なる向とが図られることと
なる。

なお、上記実施例においては、燃焼室の側部に吸気弁２
８のみを付加しているが、内燃機関によっては、燃焼室
の側部に、Ｊ：、記第１実施例に係る内燃機関１０の第
２排気弁３１と同様な構成に係る排気弁のみを付加し、
排気側でのバルブ開口面積の増加により、内燃機関の機
械効率および出力のより大なる向上を図ってもよい。

第３図は本発明の第３実施例に係る内燃機関の頂部を示
す平面図、第４図は第３図の内燃機関の燃焼室部分の平
面図である。

内燃機関６０は燃焼室６１の頂部を構成するシリンダへ
ラド６２に第１〜第４の各吸気孔６３Ａ〜６３Ｄを備え
るとともに、上記各吸気孔６３Ａ〜＆３０に比較して大
きな第１吸気孔６４を備えている。４つの吸気孔８３Ａ
〜６３Ｄは、燃焼室６１の頂部の一方に配設され、また
第１排気孔６４は頂部の他方側に配設される。４つの吸
気孔６３Ａ〜６３Ｄにはそれぞれ吸気管６５が接続され
、該吸気管６５は各吸気孔６３Ａ〜６３０に混合気を供
給ｏｆ能としている。また第１排気孔６４には排気ｖ６
６が接続され、該排気管６６は第１排気孔６４から排出
される燃焼室６１内の燃焼ガスを排気ｏ１能としている
。また、上記実施例と同様に、各吸気孔６３Ａ〜６３Ｄ
には吸気弁［不図示］が、第１排気孔６４には排気弁［
不図示］がそれぞれ備えられる。

一方、燃焼室６１の側部のうちの他方側には、シリンダ
ブロック６７に穿設される状態で第２排気孔６８が形成
される。第２排気孔６Ｂには矢示Ｂ方向に駆動される排
気弁６９が配設され、これにより第２排気孔６８を開閉
ａ（能としてなる。第２排気孔６８には排気管７０が接
続され、該排気’！；７０は第２排気孔６８から排出さ
れる燃焼室６１内の燃焼ガスを排気可能としている。燃
焼室６１の周部におけるシリンダブロック６７内には水
ジャケラ）７１が形成され、該水ジャケット７１には冷
却水が循環される。これにより、燃焼室６１は水ジャケ
ット７１を循環される冷却水により冷却されることとな
る。

本実施例に係る内燃機関６０によれば、高温の燃焼ガス
を排気する第１排気孔６４を燃焼室６１の頂部に、第２
排気孔６８を燃焼室６１の側部に別々に形成し、２つの
排気孔６４．６８をシリンダへラド６２とシリンダブロ
ック６７に別々に設けることとしている。このため、従
来のように、例えば３つの吸気孔および３つの排気孔を
燃焼室の頂部のみに備えた内燃機関のように、限られた
スペース内に高温の燃焼ガスを排気する排気孔を複数配
設するときの不具合が解消される。すなわち、従来のよ
うに限られたスペース内に多数の排気孔を配設する場合
には、隣接する狭小な排気孔間に水ジャケットを取回す
ことが困難であり、排気弁やシリンダヘッド側のバルブ
シートが高温となり、それらの部分の強度低−ド、熱歪
の＃積が生じるためである。これに対し、上記内燃機関
６０によると、各排気孔６４．６８がエンジン本体の相
圧に離隔した位置に備えられるため、各排気孔６４．６
８の周囲に氷ジャケット７１を容易に形成することがｕ
ｌ能となり、内燃機関６０の排気弁まわりにおける冷却
能を向上させることが口ｆ能となる。また、燃焼室６１
内に供給される温合気の冷却作用を受けて比較的温度上
昇の度合の低い各吸気孔６３Ａ〜６３Ｄは、燃焼室の頂
部に相ユに隣接する状態で形成されることとなるため、
吸気動弁機構を燃焼室の頂部側のみに集約する比較的簡
素な動弁構造下で、効率的な吸気孔６３Ａ〜６３Ｄおよ
び排気孔６４．６８の配置を行うことができる。

なお、上記第３実施例において燃焼室６１の頂部に４つ
の吸気孔８３Ａ〜６３０．１つの排気孔６４を、また燃
焼室６１の側部に１つの排気孔６８を備えるようにして
いるが、例えば燃焼室６１の頂部に複数の吸気孔のみを
、燃焼室６１の側部に複数の排気孔のみを形成すること
としてもよい、また、燃焼室６１の頂部に複数の排気孔
のみを、燃焼室６１の側部に複数の吸気孔のみを形成す
ることとしてもよい。

なお、本発明は、火花式点火機関にもディーゼル機関に
も適用ｏｌ能である。

し発明の効果］ 以上のように、本発明は、エンジン本体の内部にピスト
ンが上ド動される燃焼室を形成し、エンジン本体におけ
る燃焼室の頂部構成部分に吸気弁および／または排気弁
を配設してなる内燃機関の吸排気装置であって、上記各
吸気弁および／または排気弁の他に、エンジン本体にお
ける燃焼室の側部構成部分に吸気弁および／または排気
弁を配設することとしたため、内燃機関の機械効率の向
上および出力向上を図ることができるという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る内燃機関の吸排気装
置を示す断面図、第２図は本発明の第２実施例に係る内
燃機関の吸排気装置を示す断面図、第３図は本発明の第
３実施例に係る内燃Ｉｔ関の頂部を示す平面図、第４図
は第３図の内燃機関の燃焼室部分の平面図である。 １０．５０．６０、・・・内燃機関、 １１．６７・・・シリンダブロック［エンジン本体］１
３．６２・・・シリンダヘッド［エンジン本体］　。 １４・・・ピストン、１９Ａ、１９Ｂ、６１・・・燃焼
室２０・・・第１吸気孔、２１．８４・・・第１排気孔
。 ２２・・・第２吸気孔、２３．６８・・・第２排気孔。 ２４・・・第１吸気弁、２６・・・第１排気弁、２８・
・・ｔＪＩＪ２吸気弁、３１・・・第２排気弁、６３Ａ
〜６３Ｄ・・・吸気孔、６９・・・排気弁。 代理人　弁理士　　塩　川　修　治 第３図 第４　図 虻；ミニ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジン本体の内部にピストンが上下動される燃
   焼室を形成し、エンジン本体における燃焼室の頂部構成
   部分に吸気弁および／または排気弁を配設してなる内燃
   機関の吸排気装置であって、上記各吸気弁および／また
   は排気弁の他に、エンジン本体における燃焼室の側部構
   成部分に吸気弁および／または排気弁を配設することを
   特徴とする内燃機関の吸排気装置。