JPH0543201Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、内燃機関の弁装置に関する。

（従来の技術） 自動車用内燃機関等にあつては、高速高負荷域
での燃焼性を高める目的などから、一つの気筒に
備えられる複数の排気弁および吸気弁を互いに独
立して作動させるものが提案されている。

この種の弁装置として、例えば特公昭49−
17967号公報に開示されたものは、第４図に示す
ように、４サイクル４弁式内燃機関において同一
気筒において２本の排気弁のバルブタイミング
E₁，E₂および２本の吸気弁のバルブタイミング
I₁，I₂はそれぞれ所定の位相差をもち、排気行程
から吸入行程への上死点付近において、１組の排
気弁と吸気弁が閉じて他の１組の排気弁と吸気弁
が開くようにし、気筒内における新気の流速を大
きくして掃気効率を高めている。また、吸入行程
から圧縮行程への下死点付近において１本の吸気
弁のみが開いて気筒内に吸気スワールを生起し、
主に高速高負荷域の燃焼性を改善するようになつ
ている。

（考案が解決しようとする問題点） ところで、このような弁装置にあつては２本の
排気弁の全閉時期にも位相差をもたせているた
め、吸排気弁が同時に開くバルブオーバラツプ時
における排気弁の実質弁開口面積が小さくなり、
高速高負荷域に吸気の慣性過給効果を十分に得る
ためにはバルブオーバラツプ期間を長くとる必要
があつた。

しかしながら、バルブオーバラツプ期間を長く
とると、機関の低速低負荷域では、小さな弁開口
面積でも大きな吸入負圧に引かれて排気弁の下流
から排気ガスがシリンダ内へと逆流するため、も
ともと燃料が多くは供給されない低速低負荷域に
は残留ガス割合が多くなつて燃焼性を大きく損な
うという問題点があつた。

本考案は、こうした従来の問題点を解決し、機
関の全回転数域で性能向上をはかることを目的と
する。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため本考案では、一つの気
筒に複数の排気弁を備える内燃機関において、前
記複数の排気弁のうちの一部の排気弁の熱伝導性
を他の排気弁よりも大に設定するものとした。

（作用） 排気弁の開弁作用に伴つて排気通路には圧力波
が生じ、排気弁の全閉時に排気弁の直下流側が負
圧となる回転数域では掃気が促されるが、逆に正
圧になる回転数では排気ガスの排出に費やされる
ポンピングロスが増大して、機関の発生トルクが
落ち込み、この回転数域でいわゆるトルクの谷が
生じる。

本考案は、同一気筒において一部の排気弁の熱
伝導性を他の排気弁よりも大としたことから、次
に説明するように各排気弁を通過する排気ガスの
温度が相異し、これにより各排気弁の開弁時に排
気通路に入射されるブローダウン圧力の大きさ及
びその伝播速度も相異することとなるため、これ
らが合成してつくられる圧力波の振幅を小さくで
きる。

すなわち、一般に排気弁と排気ガス間の熱伝達
は次の乱流熱伝達式に従う。

ｑ＝α（Ｔ−Tw）…… ただしｑ：熱流束（熱量） α：熱伝達率 Ｔ：ガス温度 Tw：排気弁温度 一方、熱伝達に関する無次元数であるヌセルト数
Nuは次の式で表わされる。

Nu＝aRe^bPr^c＝αl／λ…… ただしａ，ｂ，ｃ：定数 Re：レイノルズ数 Pr：プラントル数 ｌ：代表長さ λ：熱伝導率 従つて，式から、熱流束ｑは次のように表
される。

ｑ＝（ａ／ｌ）λRe^bPr^c（Ｔ−Tw）…… 式で、Re^bPr^cはガス流速で決まる定数であ
り、これと排気弁温度Twを一定とすると、熱流
束ｑは熱伝導率λに大きく依存することがわか
る。

従つて、複数の排気弁のうちの一部のものの熱
伝導性を他よりも大とすることにより、この熱伝
導性を大とした排気弁の部分では熱流束が増大し
ガス温度及び圧力は低下する。すなわち、熱伝導
性大の排気弁を通過する排気ガスの圧力が低下す
るとともに他の排気弁からのブローダウン圧力と
の間に位相差が生じるため、トータルでのブロー
ダウン圧力も低下するのである。

このようにしてブローダウン圧力が低下する結
果として、上記排気弁の全閉時に排気弁の直下流
側が正圧となる回転数域のポンピングロスを低減
し、排気慣性効果により掃気を促して残留ガスを
低減するとともに体積効率を高めるので、この回
転数域でのトルクの落ち込みを減少させることが
できるのである。

（実施例） 以下、本考案の一実施例を添付図面に基づいて
説明する。

第１図に示すように、同一気筒に備えられる２
本の排気弁１，２のうち、一方の排気弁１の内部
に熱伝導率の高い液体金属としてナトリウム
（Na）３を充填し、他方の排気弁２は中実構造と
して、両者の熱伝導性を相異させる。

排気弁１は直円柱状ステム１Ａから傘部１Ｂへ
と貫通する軸孔１Ｃを形成し、この軸孔１Ｃの内
部にナトリウム３を蓋体４を介して充填する。な
お、ナトリウム３は液体状のものにかえて固体の
粉末状のものを充填しても良い。

各排気弁１，２は、シリンダヘツド５に固着さ
れたガイド６を介して摺動自在に支持され、機関
運転時は図示しないステム上端部に摺接するカム
により、相互に同期した所定のタイミングでリフ
トされる。

このように構成してあり、次に作用について説
明する。

各排気弁１，２はそれぞれを通過する高温排気
ガスから熱を吸収し、ガイド６およびシリンダヘ
ツド５を介してウオータジヤケツト８の冷却水に
放熱する作用があるが、排気弁１はナトリウム３
が媒体となつて中実構造の排気弁２に比べて熱伝
導性が高められているため、排気ポート７に流入
する排気ガス温度の低下する割合が大きくなる。

実際にナトリウムを充填した排気弁と、ナトリ
ウムを封入しない中実構造の排気弁をそれぞれ備
える機関について、排気管の途中の集合部で排気
温度を測定した結果では、回転数が2800rpmの運
転条件で、中実構造の排気弁を備える機関が750
℃あつたのに対して、ナトリウムを充填した排気
弁を備える機関が740℃であり、10℃の温度差が
あつた。この実験結果に基づき、排気ポートの排
気弁より直下流では17〜20℃程度のさらに大きな
温度差が生じることが計算できる。

このように、ナトリウム３を充填した排気弁１
を通過する排気ガス温度が大きく低下するため、
第２図に示すように、排気弁１が開くときに排気
ポート７に入射されるブローダウン圧力（破線）
は、排気弁２が開くときに入射されるブローダウ
ン圧力（実線）に対して、その大きさが低下する
とともに、伝播速度が低下するので圧力が立ち上
がるのに位相差が生じる。

排気通路に生じる圧力波は、各排気弁１，２の
開弁作動に伴つて入射される各ブローダウン圧力
が合成されてつくられるが、上記排気弁１側のブ
ローダウン圧力が低下する分その振幅が小さくな
り、各ブローダウン圧力の間にある位相差が生じ
ることにより、ブローダウン圧力が同一位相で入
射される従来装置に比べて小さく抑えられる。

第３図は本実施例と熱伝導率の等しい２つの排
気弁が同一位相で開弁する従来装置のそれぞれに
ついて、機関の発生トルクを回転数に応じて測定
した結果を示している。従来装置の場合（実線）、
排気弁の全閉時に排気弁の直下流側が正圧となる
回転数域でポンピングロスが増大するため、発生
トルクが落ち込むいわゆるトルクの谷が生じる
が、本実施例の場合（破線）、上述したように排
気通路に生じる圧力波の振幅が低減されるため、
この回転速度域のトルクの落ち込みをほとんど解
消できる。

また、排気弁１，２が相互に同期して全閉する
ことにより、吸気弁３，４のバルブオーバラツプ
時に各排気弁１，２が開く排気通路の実質開口面
積が大きくなるため、バルブオーバラツプ期間を
それほど大きく設定する必要がない。その結果、
高速高負荷域には吸気の慣性を利用して体積効率
を確保しつつ、低速低負荷域に大きな吸入負圧に
引かれて排気弁１，２の下流から排気ガスがシリ
ンダ内へと逆流することを抑制し、残留ガスによ
る燃焼性の悪化を防止してアイドル安定性等を高
められる。

（考案の効果） 以上のとおり本考案によれば、同一気筒に備え
られる複数の排気弁のうち一部のものをナトリウ
ム封入構造等により他のものに比較して大きな熱
伝導性を与え、これにより当該排気弁を通過する
排気ガスの流速及び圧力を低下させて他の排気弁
からの圧力波と位相差を生じさせるとともにトー
タルでのブローダウン圧力の低減を図るようにし
たので、トルクの谷が生じる回転数域でのポンピ
ングロスを低減して機関の出力向上を図ることが
できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す断面図、第２
図は作用を示す線図、第３図は実験結果を示す線
図である。第４図は従来例を示す吸排気弁の作動
説明図である。 １，２……排気弁、３……ナトリウム、５……
シリンダヘツド、７……排気ポート。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 一つの気筒に複数の排気弁を備える内燃機関に
   おいて、前記複数の排気弁のうちの一部の排気弁
   の熱伝導性を他の排気弁よりも大に設定したこと
   を特徴とする内燃機関の弁装置。