JPH10280963A - 内燃機関の燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼効率の低下を防止し、熱損失を少なくし
て、逆タンブル流を発生させ燃焼室内の掃気を十分にし
て、燃焼変動をなくすこと。 【解決手段】 吸気弁３の外径よりも大きな内径の吸気
流路12を形成し、吸気弁３を開いた時に吸気弁３の外周
と吸気流路12との間に間隙を形成し、吸気弁３の外周全
体に混合気の流路を形成する。そして、吸気弁３を開い
た時の吸気流路面積を排気弁５側を小さく、排気弁５か
ら遠ざかるにつれて大きくし、吸気流路面積が最も小さ
い側から、吸気流路面積が最も大きい側まで、吸気流路
面積を連続的に大きくする。これにより、混合気の流れ
方向の急変はなく、混合気の混合割合の不均一をなくし
て燃焼効率の低下を防止し、かつ、吸気流路を極端に狭
くしないことから、燃焼室内の真空度を上げないように
して熱損失を少なくし、逆タンブラ流により燃焼室を掃
気して燃焼変動をなくすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼室
の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】先ず、エンジンの概略について説明す
る。一例として図８に示したエンジンは、トップエント
リ−ポ−トを備えている。図において、シリンダヘッド
１にはその上面に開口したトップエントリ−ポ−ト２が
設けられていて、その出口には吸気弁３が設けられてい
る。また、排気ポート４はシリンダヘッド１の横方向に
開口しており、その排気口には排気弁５が設けられてい
る。そして、ピストン６が上死点から下死点６′に至る
時に吸気弁３が開いて、トップエントリ−ポ−ト４から
吸気し、燃焼室７に吸気された空気若しくは燃料と空気
の混合気は、矢印（イ）のように逆流（以下逆タンブル
流という）して、燃焼室７内の掃気を確実にして吸気充
填効率を高めるようにしている。このように、トップエ
ントリ−ポ−ト２を設けた形式のエンジンは、逆タンブ
ル流を発生させることをねらいとしたものである。

【０００３】８は吸気弁側タペット、９は排気弁側タペ
ットである。図９はシリンダヘッド１の平面を示す図で
あり、８′は吸気弁側タペット８のガイド孔、９′は排
気弁側タペット９のガイド孔、２はトップエントリ−ポ
−トである。このように、一つのシリンダに対して二つ
の吸気弁３と二つの排気弁５が設けられており、二つの
吸気弁３にはそれぞれ対応して、トップエントリ−ポ−
ト２が設けられている。

【０００４】このトップエントリ−ポ−ト２を設けた従
来のエンジンの吸気弁３は、図７に示すように、吸気弁
３が開弁する過程で吸気弁側弁座10から離れた時に、吸
気弁３と弁座10との間のクリアランスが、吸気弁３の外
周で同じクリアランスになるようにしている。したがっ
て、トップエントリ−ポ−ト２から吸入された吸気は、
吸気弁３の外周面に沿ってほぼ均一に流れ、トップエン
トリ−ポ−ト２にそって吸入された燃料と空気の混合気
は、燃焼室７に対してほぼ垂直上方から流入して、逆タ
ンブル流を発生させるようにしている。

【０００５】また、他の従来例として、実開平４−１９
６２５号公報および特開平２−４９９２３号公報に開示
されたものがある。ここに開示されたエンジンは、トッ
プエントリ−ポ−トを有さないエンジンであって、逆タ
ンブル流を発生させるための手段としては、吸気ポート
の排気弁側にマスク壁を設け、このマスク壁は吸気弁の
ほぼ半周にわたって設けられており、かつ、吸気弁の外
周面とマスク壁との間のクリアランスを少なくして吸気
流路を形成しないようにし、吸気された新気のほぼ全量
を、マスク壁が設けられていない部分の弁座と吸気弁の
外周との間のクリアランスから吸気するようにしてい
る。

【０００６】そして、特開平２−４９９２３号公報にお
いて、マスク壁を形成する手段として、吸気ポートと排
気ポートの間に隆起部を設け、この隆起部が燃焼室内に
突出するようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のエンジンに
おいて、トップエントリ−ポ−トを備えたものにおいて
は一応逆タンブル流が発生するが（トップエントリ−ポ
−ト以外のものでも、吸気ポートから吸気するだけで逆
タンブル流を発生させるものも含む）、更に積極的に逆
タンブル流を発生させるようにするという点で、改良す
べき問題がある。また、実開平４−１９６２５号公報お
よび特開平２−４９９２３号公報に開示されたものにあ
っては、次のような改良すべき問題がある。すなわち、
マスク壁により吸気弁のほぼ半周をマスクするようにし
ているので、吸気弁を開弁した時の吸気流路面積はほぼ
半分になって、シリンダ内への流入流速が速くなり、か
つ、タンブル流を起こす向きに設けられた吸気ポートか
ら吸引された燃料と空気の混合気は、マスク壁が設けら
れていない方向に流れ方向が急変される。

【０００８】このように、混合気の流速が速くなった
り、また、流れ方向が急変した場合には、吸気弁やシリ
ンダ壁などへの混合気の衝突も激しくなって、燃料と空
気の混合割合が不均一になる可能性が高くなり、燃焼効
率が低下する可能性が大きいという問題がある。また、
燃焼室内に隆起部が突出しているような場合には、その
隆起部に未燃分が付着して燃焼効率を低下させると共
に、燃焼室内にこのような隆起部が突出していると、掃
気を十分に行うことができず、燃焼変動が起こる可能性
があり、エンジンのサイクルごとに出力が変動して、サ
−ジング現象が起こる可能性が大きいという問題があ
る。

【０００９】また、マスク壁を設けて吸気弁を開いた時
の混合気の流路面積を急激に狭くした場合には、ピスト
ンが上死点から下死点に移行して吸気する時に、燃焼室
内の真空度が高くなり、この真空度がピストンを下死点
に移行する時の大きな負荷となって余分な動力が消費さ
れ、熱損失の要因の一つになるという問題がある。

【００１０】本発明は、吸気弁を開く時に吸気流路面積
の急変を少なくして、逆タンブル流を発生させることに
より、混合気の混合割合の不均一をなくして燃焼効率の
低下を防止し、燃焼室内の真空度を上げないようにして
熱損失を少なくし、かつ、燃焼室内に突出するような部
分を設けないようにして、逆タンブル流により燃焼室内
の掃気を十分にして、燃焼変動をなくした内燃機関の燃
焼室を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明に係る請求項１の記載から把握される手段は、
吸気弁の外径よりも大きな内径の吸気流路を弁座の先端
部に形成し、吸気弁を開いた時の該吸気流路面積を排気
弁側を小さくし、排気弁から遠ざかるにつれて大きくし
たことを特徴とする。

【００１２】次に、請求項２の記載から把握される手段
は、吸気流路の壁面を吸気弁の軸心に平行にし、該壁面
の高さを排気弁側を高くし、排気弁から遠ざかるにつれ
て低くしたことを特徴とする。

【００１３】次に、各請求項の記載から把握される本発
明によって、課題がどのように解決されるかについて説
明する。まず、請求項１の記載から把握される本発明に
おいて、吸気弁の外径よりも大きな内径の吸気流路を弁
座の先端部に形成することにより、吸気弁を開いた時に
吸気弁の外周と吸気流路との間に間隙を形成し、吸気弁
の外周全体に混合気の流路を形成する。そして、吸気弁
を開いた時の吸気流路面積を排気弁側を小さくし、排気
弁から遠ざかるにつれて大きくすることにより、排気弁
側の混合気の流量を少なくし、排気弁から遠ざかるにつ
れて流量を多くする。また、吸気流路面積を排気弁から
遠ざかるにつれて大きくするので、吸気流路面積が最も
小さい側（排気弁側）から、吸気流路面積が最も大きい
側（排気弁から最も遠ざかった側）まで、吸気流路面積
を連続的に大きくする。

【００１４】次に、請求項２の記載から把握される本発
明において、吸気流路の壁面を吸気弁の軸心に平行にす
ることにより、吸気弁が開弁しても吸気弁の外周と壁面
との間の間隙が一定であり、吸気流路面積を一定にす
る。これにより、壁面の高さを排気弁側を高くし、排気
弁から遠ざかるにつれて低くして、吸気弁を開いた時に
吸気弁の移動と共に、排気弁側の最小吸気流路面積から
排気弁から遠ざかる側の吸気流路面積を連続的に大きく
なるように変えることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】上記各請求項の記載から把握され
る本発明について、実施の形態を説明する。まず、請求
項１の記載から把握される本発明の実施の形態は、図１
において、吸気弁３の外径よりも大きな内径の吸気流路
12を弁座10の先端部に形成し、図６に示すように、吸気
弁３を開いた時の排気弁５側の吸気流路面積Ｓ1 を小さ
くし、排気弁５から遠ざかるにつれて、吸気流路面積Ｓ
2 を大きくする。

【００１６】次に、請求項２の記載から把握される本発
明の実施の形態は、図３に示すように、吸気流路12の壁
面13を吸気弁３の軸心に平行にし、この壁面13の高さＨ
1 を排気弁５側を高くし、排気弁５から遠ざかるにつれ
て低くする。

【００１７】以下、吸気ポートから吸気するだけで、逆
タンブラ流を発生させる代表的なエンジンとして、エン
トリ−ポ−トを備えたエンジンをあげ、本発明の実施の
形態を更に詳しく説明する。図１において、シリンダヘ
ッド１にはエントリ−ポ−ト２と排気ポート４が設けら
れていて、エントリ−ポ−ト２には吸気弁３が設けられ
ており、排気ポート４には排気弁５が設けられている。
そして、吸気弁３および排気弁５はそれぞれ、弁座10お
よび11に密着して閉弁し、図８におけるカム14および15
によってタペット８および９を押すことにより、吸気弁
３および排気弁５を開弁して、弁座10および11との間に
クリアランスを形成し、吸気および排気の流路を形成す
る。

【００１８】そして、燃焼室７に対する弁座10と11の位
置関係は、排気弁５側の弁座11の方が燃焼室７側に近く
なっており、この二つの弁座10と11の位置関係を利用し
て、吸気流路12が形成されている。この吸気流路12は吸
気弁３の外形よりもＳ1 大きくなっている。この吸気流
路12について更に詳しく説明すると、図３において吸気
流路12の壁面13は、吸気弁３の軸心に対して平行になっ
ており、この壁面13の高さＨ1 は排気弁５側が最も高
く、排気弁５から遠ざかるに従って低くなっている。そ
して、壁面13の稜線13′は一定の曲線を描いて低くなっ
ている。また、図４に示す実施の形態は壁面13の稜線1
3′を直線にして、壁面13の高さＨ1 を排気弁５側（最
も高い側）から排気弁５から最も遠ざかった側にかけ
て、低くしたものであり、また、図５に示すように、壁
面13の稜線13′を直線にして、壁面13の高さＨ1 を排気
弁５側（最も高い側）から、弁座10のほぼ中間位置まで
低くしている。

【００１９】このような、壁面13の稜線13′の形状によ
り、吸気弁３の開弁移動に伴って吸気流路面積が次のよ
うに変えられる。図１において、稜線13′と吸気弁３の
外円との交点Ｐが、吸気弁３の開弁移動によって排気弁
５側に移動する。そして、壁面13は吸気弁３の軸心と平
行であるので、交点Ｐから排気弁５側の吸気流路面積は
Ｓ1 になると共に、交点Ｐから排気弁５とは反対側にお
いては、図６に示すように吸気流路面積はＳ2 になり、
壁面13がない部分の吸気流路面積はＳ3 になる。

【００２０】ここで、吸気流路面積Ｓ1 は図１から明ら
かな通り、吸気弁３の外周と壁面13との間の隙間に、こ
の隙間を形成している円弧長さを乗じたものであり、吸
気流路面積Ｓ2 は図６から明らかな通り、弁座10に密着
する吸気弁３のシート面３′と、壁面13との間の隙間で
あって、交点Ｐ（図１）の近辺から稜線13′の終端にか
けて徐々に広くなるように形成され、また吸気流路面積
Ｓ3 は図６から明らかな通り、弁座10と吸気弁３のシー
ト面３′との間の隙間に、この隙間を形成する円弧長さ
を乗じた面積である。このように、吸気流路面積がＳ1
〜Ｓ3 へと連続的に大きくなるようにしている。

【００２１】そこで、稜線13′を図３に示すように曲線
にした場合には、吸気弁３の開弁移動によって変化する
吸気流路面積は、吸気流路面積Ｓ1 からＳ2 への変化が
短時間に行われ、吸気弁３の開弁初期の段階で吸気流路
断面積が大きいＳ3 からＳ2にかけて大量の混合気が流
れ、逆タンブル流を発生させる。そして、混合気の流量
分布は、吸気流路面積が大きいＳ3 〜Ｓ1 へと連続的に
少なくなり、吸気弁３の全周からシリンダ７内へ流出す
る。

【００２２】次に、図４に示すように、稜線13′を直線
にして、排気弁５側から排気弁５から最も遠ざかったと
ころにかけて、壁面13の高さＨ1 を低くした場合におい
て、吸気弁３の開弁移動によって変化する吸気流路面積
は、吸気流路面積Ｓ1 からＳ2 への変化が緩やかに行わ
れる。そして、弁座10と吸気弁３とが離れて形成される
吸気流路面積Ｓ3 は早期に形成されるので、開弁の初期
の段階で吸気流路断面積が大きいＳ3 に大量の混合気が
流れて、逆タンブル流を発生させる。

【００２３】この図４に示す稜線13′にした場合には、
弁座10と吸気弁３のシート面３′との間で形成される隙
間の円弧長さが最短になるので、吸気流路面積Ｓ3 は図
３および次に説明する図５に比べて最小の面積になる。
したがって、このＳ3 を流れる混合気の流速は速くな
り、逆タンブル流をより積極的に発生させる。そして、
混合気の流量分布は、吸気流路面積が大きいＳ3 〜Ｓ1
へと連続的に少なくなり、吸気弁３の全周からシリンダ
７内へ流出する。

【００２４】次に、図５に示すように、稜線13′の終端
を弁座10のほぼ中央位置にした場合に、図４に示した稜
線13′の勾配に比べてきつい勾配になっていて、吸気弁
３の開弁移動に伴う吸気流路面積Ｓ1 からＳ2 への変化
は図４に示したものよりも速くなり、かつ、吸気流路面
積Ｓ3 を形成する弁座10とシート３′との間の隙間を形
成する円弧長さが長くなっていて、図４のＳ3 に比べて
大きくなっている。したがって、吸気弁３の開弁の早期
段階で、大量の混合気がＳ3 より流出し、逆タンブル流
を形成する。この実施の形態において、Ｓ3 を流れる混
合気の量とＳ1を流れる混合気の流量との間の差は大き
くなる。

【００２５】図２は図１におけるシリンダヘッド１の裏
面を見た図であり、壁面13が排気弁座口17の側を高く
し、排気弁座口17から遠ざかるにつれて低くした吸気弁
座口16が形成されており、一つのシリンダに対してそれ
ぞれ二組設けられている。

【００２６】次に作用について説明する。図１〜図５に
おいて、吸気弁３の外径よりも大きな内径の吸気流路12
を弁座10の先端部に形成することにより、吸気弁３を開
いた時に吸気弁３の外周と吸気流路12との間に間隙を形
成して、吸気流路面積Ｓ1 およびＳ2 を形成すると共
に、弁座10と吸気弁３のシート面３′との間に吸気面積
Ｓ3 を形成し、吸気弁３の外周全体に混合気の流路を形
成する。

【００２７】そして、吸気弁３を開いた時の吸気流路面
積Ｓ1 （排気弁側）を小さくし、排気弁から遠ざかるに
つれて、吸気流路面積Ｓ2 、Ｓ3 へと大きくすることに
より、図６に示すように、トップエントリ−ポ−ト２に
吸引されて矢印（ロ）のように流れてきた混合気は、排
気弁５側の混合気の流量を少なくし（矢印ニ）、排気弁
５から遠ざかるにつれて流量が多くなるように、燃焼室
７内に吸入される（矢印ハ）。また、吸気流路面積Ｓ1
〜Ｓ3 を排気弁５から遠ざかるにつれて大きくするの
で、吸気流路面積が最も小さいＳ1 側（排気弁側）か
ら、吸気流路面積が最も大きいＳ3 側（排気弁から最も
遠ざかった側）にかけて、吸気流路面積Ｓ1〜Ｓ3 まで
を連続的に大きくすることができる。

【００２８】また、吸気流路12の壁面13を吸気弁３の軸
心に平行にすることにより、吸気弁３の開弁過程におい
て吸気弁３の外周と壁面13との間の間隙が一定になり、
吸気流路面積Ｓ1 を一定にする。これにより、壁面13の
高さＨ1 を排気弁５側を高くし、排気弁５から遠ざかる
につれて低くすることによって、吸気弁３を開いた時に
吸気弁３の移動と共に、排気弁５側の最小吸気流路面積
Ｓ1 から排気弁５から遠ざかる側の吸気流路面積Ｓ2 お
よびＳ3 にかけて連続的に大きくなるように変えること
ができる。

【００２９】以上の説明はトップエントリ−ポ−ト２を
備えたエンジンを一例として説明したが、吸気流路面積
Ｓ1 〜Ｓ3 に連続的にその面積を変化させ、吸気弁３の
全周から吸気し、かつ、吸気流路面積Ｓ1 〜Ｓ3 に対応
させた流量分布により、逆タンブル流を発生させる点に
おいて、トップエントリ−ポ−ト２以外に、吸気ポート
の指向が燃焼室７内で逆タンブル流を発生させるように
なっている形式のエンジンは勿論のこと、吸気ポートの
指向が燃焼室７内で逆タンブル流を発生させないように
なっている形式のエンジンにおいても、上記作用は同じ
である。ただし、トップエントリ−ポ−ト２を含め、吸
気ポートの指向が燃焼室７内で逆タンブル流を発生させ
るようになっている形式のエンジンにおいては、吸気す
るだけで燃焼室７内に逆タンブル流を発生させるが、こ
の逆タンブル流をより積極的に発生させるという点で、
吸気ポートの吸気方向のみでは逆タンブル流を発生させ
ない他の形式のエンジンとは効果を異にする。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述した通り請求項１の記載に基づ
いて、発明の詳細な説明から把握される本発明によれ
ば、吸気弁の外径よりも大きな内径の吸気流路を弁座の
先端部に形成し、吸気弁を開いた時に吸気弁の外周と吸
気流路との間に間隙を形成し、吸気弁の外周全体に混合
気の流路を形成するようにしたので、混合気の流れ方向
の急変はなく、混合気の混合割合の不均一をなくして燃
焼効率の低下を防止し、かつ、吸気流路を極端に狭くし
ないことから、燃焼室内の真空度を上げないようにして
熱損失を少なくすることができる。

【００３１】そして、吸気弁を開いた時の吸気流路面積
を排気弁側を小さくし、排気弁から遠ざかるにつれて大
きくして、排気弁側の混合気の流量を少なくし、排気弁
から遠ざかるにつれて流量を多くするので、逆タンブル
流を形成することができる。また、吸気流路面積を排気
弁から遠ざかるにつれて大きくして、吸気流路面積が最
も小さい側（排気弁側）から、吸気流路面積が最も大き
い側（排気弁から最も遠ざかった側）まで、吸気流路面
積を連続的に大きくしたので、混合気の流れ方向の急変
はなく、混合気の混合割合の不均一をなくして燃焼効率
の低下を防止することができる。そして、燃焼室内に突
出物がないので、逆タンブル流により燃焼室内の掃気を
十分にして、燃焼変動をなくすことができる。

【００３２】次に、請求項２の記載に基づいて、発明の
詳細な説明から把握される本発明によれば、吸気流路の
壁面を吸気弁の軸心に平行にし、吸気弁が開弁しても吸
気弁の外周と壁面との間の間隙を変えないようにして、
吸気流路面積を一定にすることにより、壁面の高さを排
気弁側を高くし、排気弁から遠ざかるにつれて低くし
て、吸気弁を開いた時に吸気弁の移動と共に、排気弁側
の最小吸気流路面積から排気弁から遠ざかる側の吸気流
路面積を連続的に大きくなるように変えることができ
る。これにより、混合気の流れ方向の急変はなく、混合
気の混合割合の不均一をなくして燃焼効率の低下を防止
し、かつ、吸気流路を極端に狭くしないことから、燃焼
室内の真空度を上げないようにして熱損失を少なくする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部を示す縦断面図であ
る。

【図２】図１におけるシリンダヘッドの底面図である。

【図３】図１における吸気弁の一部を省略して吸気流路
の部分を主に示した縦断面図である。

【図４】図１における吸気弁の一部を省略して他の吸気
流路の部分を主に示した縦断面図である。

【図５】図１における吸気弁の一部を省略して更に他の
吸気流路の部分を主に示縦断面図である。

【図６】図１における吸気流路を使用した要部を縦断面
して、吸気の流れを示した図である。

【図７】従来の燃焼室の縦断面図である。

【図８】エンジンの全体を縦断面して示した説明用図で
ある。

【図９】図８におけるシリンダヘッドの平面図である。

【符号の説明】

１ シリンダヘッド ２ トップエントリ−ポ−ト ３ 吸気弁 ４ 排気ポート ５ 排気弁 ７ 燃焼室 12 吸気流路 13 壁面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｆ 1/42 Ｆ０２Ｆ 1/42 Ｆ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気弁の外径よりも大きな内径の吸気流
   路を弁座の先端部に形成し、吸気弁を開いた時の該吸気
   流路面積を排気弁側を小さくし、排気弁から遠ざかるに
   つれて大きくしたことを特徴とする内燃機関の燃焼室。
2. 【請求項２】 吸気流路の壁面を吸気弁の軸心に平行に
   し、該壁面の高さを排気弁側を高くし、排気弁から遠ざ
   かるにつれて低くしたことを特徴とする請求項１に記載
   の内燃機関の燃焼室。