JPH0264220A - 内燃機関の燃焼室 - Google Patents

内燃機関の燃焼室

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JPH0264220A
JPH0264220A JP63213648A JP21364888A JPH0264220A JP H0264220 A JPH0264220 A JP H0264220A JP 63213648 A JP63213648 A JP 63213648A JP 21364888 A JP21364888 A JP 21364888A JP H0264220 A JPH0264220 A JP H0264220A
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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〕
給気弁とその弁座間に形成される開口の一部および排気
弁とその弁座間に形成される開口の一部を給気弁および
排気弁のリフト量が小さいときに閉鎖するマスク壁を設
けた２サイクルデイ一ゼル機関が公知である（特公昭６
０−５７７０号公報参照）。
この２サイクルデイ一ゼル機関では給気弁開口の一部を
マスク壁により覆うことによってマスク壁により覆われ
た給気弁開口の一部から空気が流入するのを阻止し、排
気弁開口の一部をマスク壁により覆うことによってマス
ク壁により覆われた排気弁開口の一部から既燃ガスが流
出するのを阻止するようにしている。
一方、給気弁とその弁座間に形成される開口の一部を給
気弁の全開弁期間に亙って閉鎖するマスク壁を設けた２
サイクル内燃機関が本出願人により既に提案されている
（特願昭６３−１０２６５９号参照）。
この２サイクル内燃機関では給気弁開口の一部を給気弁
の全開弁期間に亙ってマスク壁により覆うことによって
給気弁の全開弁期間に亙ってマスク壁により覆われた給
気弁開口の一部から空気又は混合気が流入するのを阻止
するようにしている。
また、吸気弁弁座および排気弁弁座をシリンダヘッド上
に肉盛されかつ機械加工された肉盛層から形成した内燃
機関が公知である（特開昭６２−１５００１４号公報参
照）。
う問題がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら上述の特公昭６０−５７７０号公報に記載
された２サイクルデイ一ゼル機関および特願昭５３−１
０２６５９号公報に記載された２サイクル内燃機関では
給気弁弁座および排気弁弁座をシリンダヘッド内壁面上
に形成された弁座溝内に圧入する構造となっている。し
かしながらこのように給気弁弁座および排気弁弁座をシ
リンダヘッド内壁面上の弁座溝内に圧入するようにした
場合にはこれら給気弁弁座或いは排気弁弁座を圧入する
ためにマスク壁を弁座溝の外周縁よりも外方に形成しな
ければならず、その結果マスク壁と給気弁の外周縁間お
よびマスク壁と排気弁の外周縁間に大きな空隙かけ形成
される。従ってマスク壁により給気弁の開口および排気
弁の開口を覆うようにしてもこの空隙を介して空気、混
合気或いは既燃ガスが流れ、斯くしてマスク壁により給
気弁開口の一部或いは排気弁開口の一部を完全に閉鎖で
きないとい〔課題を解決するための手段〕 上記問題点を解決するために本発明によれば給気弁とそ
の弁座間に形成される開口の一部又は排気弁とその弁座
間に形成される開口の一部を閉鎖するマスク壁をシリン
ダヘッド内壁面上に形成した内燃機関において、給気弁
弁座とマスク壁或いは排気弁弁座とマスク壁をシリンダ
ヘッド上に肉盛されかつ機械加工された肉盛層から一体
的に形成している。
【作　用〕
給気弁弁座とマスク壁或いは排気弁弁座とマスク壁を肉
盛層から形成することによってマスク壁と給気弁周縁部
間の空隙又はマスク壁と排気弁周縁部間の空隙が実質的
になくなり、斯くしてマスク壁により給気弁開口の一部
或いは排気弁開口の一部を完全に閉鎖することができる
。
〔実施例） 第１図から第３図を参照すると、１はシリンダブロック
、２はシリンダブロック１内で往復動するピストン、３
はシリンダブロックｌ上に固定されたシリンダヘッド、
４はシリンダヘッド３の内壁面３ａとピストン２の頂面
間に形成された燃焼室を夫々示す。シリンダへラド３の
内壁面３ａ上には燃焼室４に向けて突出しかつシリンダ
ヘッド３の内壁面３ａの直径に沿いその直径の全体に亙
って延びる隆起部５が形成される。第１図に示すように
この隆起部５はその下端部に尾根５ａを有する三角形状
断面を有しており、この隆起部５の根元部が第１図から
第３図において５ｂで示される。隆起部５の一例には一
対の給気弁６が配置され、隆起部５の他側には一対の排
気弁７が配置される。
また、隆起部５の中央部５ｃは排気弁７側に湾曲せしめ
られており、この湾曲中央部５ｃの給気弁６側に点火栓
８が配置される。従って点火栓８はほぼシリンダ軸線上
に位置し、しかも隆起部５に対して給気弁６側に配置さ
れている。隆起部５上には排気弁７側に位置する給気弁
６周縁部と弁座９間の開口を覆うために各給気弁６に対
して夫々マスク壁１０が形成されている。これらのマス
ク壁１０は対応する給気弁６の周縁部に極めて近接配置
されかつ給気弁６の周縁部に沿って延びる断面円弧状を
なしており、更にこれらのマスク壁１０は第・１図にお
いて鎖線で示す最大リフト位置にある給気弁６よりも下
方まで燃焼室４に向けて延びている。従って排気弁７側
に位置する給気弁６周縁部と弁座９間の開口は給気弁６
の開弁期間全体に亙ってマスク壁１０により閉鎖される
ことになる。一方、排気弁７の周縁部と隆起部５の根元
部５ｂとの間には一定の間隔が設けられており、従って
給気弁６側に位置する排気弁７周縁部と弁座１１間の開
口は隆起部５によって閉鎖されることがない。従って排
気弁７が開弁すると排気弁７と弁座１１間に形成される
開口はその全体が燃焼室４内に開口することになる。
シリンダヘッド３内には給気弁６に対して給気ポー１−
１２が形成され、排気弁７に対して排気ポート１３が形
成される。各給気ボート１２は例えば機関によって駆動
される機械式過給機１４および給気ダクト１５を介して
図示しないエアクリーナに接続されており、給気ダクト
１５内にはスロットル弁１６が配置される。各給気ボー
ト１２の上壁面には燃料噴射弁１７が配置され、各燃料
噴射弁１７からは広がり角の小さい剛体状の燃料が給気
弁６の第３図においてハンチングで示す領域１８に向け
て噴射される。この領域１８は給気ポート１２の軸線に
関して点火栓８側に位置し、かつ両給気弁６の弁ステム
を結ぶ線に対して点火栓８と反対側に位置する。
第１図、および第２図におけるハツチング領域で示され
るように給気弁弁座９およびマスク壁１０はシリンダヘ
ッド３上にに肉盛されかつ機械加工された肉盛層から一
体的に形成される。また、第１図、および第２図におけ
るハツチング領域で示されるようにこの実施例では隆起
部５のほぼ全表面および点火栓８周りのシリンダへ、ラ
ド内壁面部分３ｄも給気弁弁座９およびマスク壁１０と
共に肉盛層により一体的に形成される。
次にこの肉盛層の形成方法について第４図を参照しつつ
説明する。
第４図（Ａ）および（Ｂ）は鋳造されたアルミ合金製の
シリンダヘッド３上に肉盛するところを示している。第
４図（Ａ）において５′は隆起部５の基部を示しており
、２０は給気弁弁座形成面を示している。この給気弁弁
座形成面２０は給気ボート１２間の給気ボート出口内壁
面上には内方に向けて突出した環状のリプ２１が形成さ
れている。シリンダヘッド３は給気弁軸線に−Ｋを中心
に回転せしめられ、このとき最下端に位置する給気弁弁
座形成面２０がほぼ水平となるように給気弁軸線ＫＫの
傾斜角が定められている。給気弁軸線に−に回りを回転
する給気弁弁座形成面２０上にはホッパ２２の先端２２
ａから金属粉末が供給され、給気弁弁座形成面２０上に
供給された金属粉末には高エネルギが高エネルギ源２４
から照射される。金属粉末はシリンダヘッド１を形成す
るアルミ合金の粉末、或いは銅を主成分とした粉末（例
えばニッケル１５χ、鉄３χ、リン１χ、その他はほと
んど銅）からなる。一方、高エネルギ２３は例えばレー
ザビームからなり、この場合高エネルギ源は例えばＣＯ
□レーザからなる。給気弁弁座形成面２０上に供給され
た金属粉末に高エネルギ２３が照射されると金属粉末は
溶融し、次いで固化して肉盛層２５が形成されいる。給
気弁軸線に−に回りを回転する給気弁弁座形成面２０上
には矢印Ｘ方向に往復動せしめられるホッパ２２から連
続的に金属粉末が供給され、次いでこの金属粉末には順
次高エネルギ２３が照射されて溶融固化せしめられるの
で給気弁弁座形成面２０の全表面に亙って肉盛層２５が
形成される。このとき肉盛層２５はシリンダヘッド３に
一体的に結合せしめられる。
次いで第４図（Ｃ）に示されるように今度は最下端に位
置するマスク壁形成面２６がほぼ水平になるようにして
シリンダヘッド３が給気弁軸線に−に回りに回転せしめ
られ、それによってマスク壁形成面２６上に肉盛層２７
が形成される。この肉盛層２７はシリンダヘッド３およ
び肉盛層２５と一体的に結合する。
次いで第４図（Ｄ）に示されるように今度はマスク壁形
成面２６と反対側の隆起部基部側面２８がほぼ水平にな
るようにしてシリンダへラド３が隆起部基部側面２８の
長手方向に移動せしめられ、それによって隆起部基部側
面２８上に肉盛層２９が形成される。なお、残りの肉盛
層も肉盛層２９と同様にして形成される。
次いで第４図（Ｅ）に示されるように円錐状頭部を有し
かつ給気弁軸線に−に回りを回転するカッタ３０により
肉盛層２５　、２７が削成され、それによってマスク壁
１０が形成される。
次いで第４図（Ｆ）に示されるように円錐状頭部を有し
かつ給気弁軸線に−に回りを回転する別のカッタ３１に
よって肉盛層２５および環状リブ２１が削成され、それ
によって給気ボート１２に滑らかに接続する給気弁弁座
９が形成される。
このように肉盛層２５を削成することにより給気弁弁座
９を形成することによって給気弁弁座９は給気弁軸線に
−にと完全に軸線が一致する。更に、カッタ３０の円筒
部の外径は給気弁６のかさ部外周縁の外径に実質的に等
しく、従って肉盛層２７をカッタ３０により削成してマ
スク壁ｌＯを形成することによりマスク壁１０と給気弁
６の周縁部間の空隙を実質的になくすことができる。従
って給気弁６が開弁したときに排気弁７側に位置する給
気弁６周縁部と弁座９間に形成される開口はマスク壁１
０によって完全に閉鎖されることになり、斯くして排気
弁７側に位置する給気弁６周縁部と弁座９間の開口から
の新気の流入はマスク壁１０によって完全に阻止される
ことになる。
第５図は給気弁６および排気弁７の開弁期間の一例、お
よび燃料噴射期間の一例を示している。
第５図に示す例においては給気弁６よりも排気弁７が先
に開弁し、給気弁６よりも排気弁７が先に閉弁する。更
に燃料噴射期間は給気弁６の開弁後、下死点ＢＤＣ前ま
での間に設定されている。
第６図は給気弁６および排気弁７の弁リフトおよび排気
ポート１３内の圧力変化Ｐ　ｌ＋　Ｐ　ｔ、　Ｑ＋、　
Ｑｔを示している。これらの圧力変化Ｐ　＋、　Ｐ　ｔ
、　Ｑ＋、　Ｑｔについては後述する。
次に第７図および第８図を参照して掃気作用および成層
化作用について説明する。第７図は低負荷運転時を示し
ており、第８図は高負荷運転時を示している。また、第
７図（Ａ）および第８図（Ａ）は給気弁６が開弁した直
後を示しており、第７図（Ｂ）および第８図（Ｂ）はピ
ストン２がほぼ下死点にあるときを示している。
まず初めに第７図を参照して機関低負荷運転時について
説明する。
ピストン２が下降して排気弁７が開弁すると燃焼室４内
の高圧既燃ガスが排気ポート１３内に流出し、その結果
第６図においてＰｌで示すように排気ポート１３内の圧
力は一時的に正圧となる。
この正圧Ｐ、は排気通路内を下流に向けて伝播し、各気
筒の排気通路の集合部において反射し、今度は負圧とな
って再び排気ポート１３内に伝播してくる。従って給気
弁６が開弁すると第６図においてＰ！で示されるように
排気ポート１３内には負圧が発生する。この負圧の発生
する時期は排気通路の長さに依存している０機関低負荷
運転時は燃焼圧が低く、従って排気ポート１３内に発生
する正圧Ｐ　ｌ　＋負圧Ｐ２は比較的小さい。
給気弁６が開弁すると給気ボート１２から燃焼室４内に
燃料を含んだ新気が流入するが前述したように給気弁６
の開口はマスク壁１０によって完全に閉鎖せしめられる
ために新気および燃料はマスク壁１０と反対側の給気弁
の開口部から燃焼室４内に流入する。一方、給気弁６が
開弁すると第６図においてＰ！で示されるように排気ボ
ー）１３内には負圧が発生するので燃焼室４の上方部の
既燃ガスがこの負圧によって排気ポート１３内に吸い出
される。この既燃ガスの移動によって新気および燃料は
第７図（Ａ）において矢印Ｒ１で示すように排気弁７に
向けて引っばられ、斯くして燃料が点火栓８（第２図）
の周りに導かれる。次いで第７図（Ｂ）に示すようにピ
ストン２が下降すると燃料を含んだ新気はＲ２で示され
るように給気弁６下方のシリンダ内壁面に沿って下方に
向かう。
しかしながら機関低負荷運転時は燃焼室４内に流入する
新気量が少なくしかも流入速度が遅いために新気はピス
トン２の頂面まで達せず、燃焼室４の上方部に滞留して
いる。従ってピストン２が上昇すると燃焼室４の上方部
には混合気が集まり、・燃焼室４の下方部には残留既燃
ガスが集まるために燃焼室４内は成層化されることにな
る。斯くして混合気が点火栓８によって確実に着火せし
められることになる。
一方、機関高負荷運転時には燃焼圧が高くなるために第
６図においてＱ、で示されるように排気ポート１３内に
発生する正圧が高くなり、またこの正圧Ｑ１の反射波で
ある負圧Ｑ２も大きくなる。
また、負圧Ｑ２のピークは負圧Ｐ２のピークよりも若干
遅れて発生する。
機関高負荷運転時には燃焼室４内に流入する新気の量が
多く、しかも流入速度が速くなる。従って給気弁６が開
弁すると多量の新気が高速度で燃焼室４内に流入する０
次いで排気ポート１３内に発生する負圧Ｑ、によって燃
焼室４の上方部の既燃ガスが排気ボート１３内に吸い出
されると第８図（Ａ）において矢印Ｓ、、Ｓ、で示され
るように新気は燃焼室４の中心部の方に向きを変える０
次いで更にピストン２が下降すると第８図（Ｂ）におい
てＳ３で示されるように新気は給気弁６下方のシリンダ
内壁面に沿って下方に向かい、ピストン２の頂面に達す
る。従って燃焼室４内の既燃ガスは第８図（Ｂ）におい
て矢印Ｔで示すように新気により徐々に追いやられて排
気ボー）１３内に排出され、斯くして燃焼室４内ではル
ープ掃気が行なわれることになる。
給気弁６および排気弁７を具えた２サイクル内燃機関で
はこのようなループ掃気が最も掃気効率がよい、また２
サイクル内燃機関では残留既燃ガス量が多（、このよう
に残留既燃ガスが多い場合においても良好な着火燃焼を
確保するためには点火栓８の周りに混合気を集めておく
こと、即ち良好な成層化を行なうことが必要となる。第
１図から第３図に示す実施例ではマスク壁１０によって
新気および混合気がシリンダヘッド３の内壁面３ａに沿
って排気ポー）１３内に流出するのが完全に阻止され、
斯くして良好なループ掃気が確保できるばかりでなく、
良好な成層化も確保することができる。
また、点火栓８を隆起部５に対して給気弁６側・に配置
することによって点火栓８の周りに混合気が集まりやす
くなり、従って点火栓８による混合気の良好な着火を確
保することができる。特に隆起部５の湾曲中央部５ｃに
より包囲された領域には混合気が滞留しやすく、この領
域内に点火栓８が配置されているので着火性が向上せし
められる。
また、燃料噴射弁１７から噴射された燃料は給気弁６の
かさ部背面に衝突して霧化した後にただちに燃焼室４内
に供給されるので燃料が吸気ボート１２の内壁面上に付
着することがない。
第９図および第１θ図は更に良好なループ掃気を確保で
きるようにした２サイクル内燃機関の別の実施例を示す
。この実施例ではシリンダヘッド内壁面３ａ上に凹溝４
０が形成され、この凹溝４０の底壁面をなすシリンダヘ
ッド内壁面部分３ｂ上に一対の給気弁６が配置される。
一方、凹溝４０を除くシリンダヘッド内壁面部分３ｃは
ほぼ平坦をなし、このシリンダヘッド内壁面部分３ｃ上
に一対の排気弁７が配置される。シリンダヘッド内壁面
部分３ｂとシリンダヘッド内壁面部分３ｃは凹溝４０の
周壁４１を介して互いに接続されている。この凹溝周壁
４１は給気弁６の周縁部に極めて近接配置されかつ給気
弁６の周縁部に沿って円弧状に延びるマスク壁４１ａと
、給気弁６間に位置する新気ガイド壁４１ｂと、シリン
ダヘッド内壁面３ａの周壁と給気弁６間に位置する新気
ガイド壁４１ｃとにより構成される。各マスク壁４１ａ
は最大リフト位置にある給気弁６よりも下方まで燃焼室
４に向けて延びており、従って排気弁７側に位置する給
気弁６周縁部と弁座９間の開口は給気弁６の開弁期間全
体に亙ってマスク壁４１ａにより閉鎖されることになる
。また、各新気ガイド壁４１ｂ。
４１ｃはほぼ同一平面内に位置しており、更にこれらの
新気ガイド壁４１ｂ、４１ｃは両給気弁６の中心を結ぶ
線に対してほぼ平行に延びている。点火栓８はシリンダ
ヘッド内壁面３ａの中心に位置するようにシリンダヘッ
ド内壁面部分３ｃ上に配置されている。
この実施例では第１図から第３図に示す実施例に比べて
円弧状に延びるマスク壁４１ａの長さが長く、給気弁６
とその弁座９間に形成される開口のうちで排気弁７側に
位置するほぼ１／３の開口がマスク壁４１ａにより閉鎖
され、排気弁７と反対側に位置するほぼ２／３の開口か
ら新気が供給される。
更にこの実施例では給気弁６から流入した新気は新気ガ
イド壁４１ｂ、４１ｃによりシリンダ内壁面に沿って下
方に向かうように案内される。従ってこの実施例では給
気弁６が開弁したときには第１１図において矢印Ｕで示
すように大部分の新気がシリンダ内壁面に沿ってピスト
ン２の頂面に向かい、斯くして良好なループ掃気が行な
われることになる。
第９図、および第１０図におけるハツチング領域で示さ
れるようにこの実施例においてもマスク壁４１ａおよび
給気弁弁座９はシリンダヘッド３に肉盛されかつ機械加
工された肉盛層から形成されている。更にこの実施例で
は凹溝周壁４１に沿うシリンダヘッド内壁面部分３ｃお
よび新気ガイド壁４１ｂ、４１ｃの大部分がマスク壁４
１ａおよび給気弁弁座９と共に肉盛層から形成されてい
る。従ってこの実施例においても排気弁７側に位置する
給気弁６周縁部と弁座９間の開口はマスク壁４１ａによ
って完全に閉鎖される。
なお、肉盛層２５．２７．２９を銅を主成分とする金属
粉末から形成した場合には肉盛層２５．２７．２９の熱
伝導率が極めて高くなる。従ってこの場合には第１図お
よび第２図において弁座９はもとより隆起部５の表面に
発生する熱をシリンダヘッド３を介して冷却水通路５０
に容易に逃がすことができる。従って隆起部５の表面、
特に隆起部５の尾根５ａが過熱されるのを防止すること
ができる。また、第２図に示されるように点火栓８周り
に肉盛層を設けることによって点火栓８の過熱を防止す
ることができる。また、第９図および第１０図に示す実
施例では凹溝周壁４１とシリンダヘッド内壁面部分３ｃ
との連結部、即ち角部が過熱するのを阻止することがで
きる。
なお、これまで本発明を給気弁弁座９とマスク壁１０．
４１ａに通用した場合について説明してきたが排気弁７
に対してマスク壁を設ける場合には排・気弁弁座とマス
ク壁に対して本発明を適用することができる。また、本
発明を２サイクルデイ一ゼル機関はもとより４サイクル
ガソリン機関、４サイクルデイ一ゼル機関に適用しうる
ことも言うまでもない。
〔発明の効果〕
給気弁の開口の一部又は排気弁の開口の一部をマスク壁
によって完全に閉鎖することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は２サイクル内燃機関の側面断面図、第２図はシ
リンダヘッド内壁面を示す図、第３図はシリンダヘッド
の平面断面図、第４図は給気弁弁座およびマスク壁用の
肉盛層の形成方法を説明するための図、第５図は給排気
弁の開弁期間を示す線図、第６図は給排気弁の弁リフト
および排気ボート内の圧力変化を示す図、第７図は低負
荷運転時の作動を説明するための図、第８図は高負荷運
転時の作動を説明するための図、第９図は別の実施例を
示す２サイクル内燃機関の側面断面図、第１０図は第９
図のシリンダヘッド内壁面を示す図、第１１図は作動を
説明するための図である。 ３・・・・・・・・・シリンダヘッド、　４・・・・・
・・・・燃焼室、５・・・・・・・・・隆起部、　　　
　　　６・・・・・・・・・給気弁、７・・・・・・・
・・排気弁、　　　　　　８・・・・・・・・・点火栓
、１０、２１　ａ　・７スク壁、　　２５．２７．２９
・・・肉盛層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 　給気弁とその弁座間に形成される開口の一部又は排気
    弁とその弁座間に形成される開口の一部を閉鎖するマス
    ク壁をシリンダヘッド内壁面上に形成した内燃機関にお
    いて、給気弁弁座とマスク壁或いは排気弁弁座とマスク
    壁をシリンダヘッド上に肉盛されかつ機械加工された肉
    盛層から一体的に形成した内燃機関の燃焼室。
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