(57)【要約】【課題】圧縮行程時に吸気バルブをある程度開くことによって膨張比を圧縮比よりも大きくしているアトキンソンサイクル機関において、吸気ポートへの混合気の吹き込みに起因した吸気バルブの作動不良を防止する。【解決手段】吸気ポート６の出口部近傍に、吸気バルブ８のステム８ａに向けて加圧空気を噴出させ得るエア噴射インジェクタ１９（噴気手段）を配置している。減速時のように燃料がカットされた吸気行程時に、エア噴射インジェクタ１９から加圧空気を吸気バルブ８のステム８ａに向けて噴出させる。従って、ステム８ａに油分やカーボンなどが付着しても速やかに排除されて、吸気バルブ８のスムースな作動が確保される。【選択図】図２
2020122415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートの出口近傍部に、前記吸気ポートの出口部を開閉する吸気バルブのステムに向けて空気を噴出させる噴気手段が設けられている、
シリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、シリンダヘッドに関するものであり、特に、自動車用アトキンソンサイクル機関のシリンダヘッドを好適な対象にしている。
【背景技術】
【０００２】
アトキンソンサイクルは膨張比が圧縮比よりも大きい機関であり、オットーサイクルに比べて熱効率に優れている利点がある。そこで、近年、自動車用エンジンにおいてアトキンソンサイクル化の開発が進んでいる。そして、通常のエンジンをアトキンソンサイクル化する手段として、特許文献１に開示されているように、圧縮行程時に、吸気バルブをある程度まで開いておくことによって圧縮比を低下させる手法が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−６５０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、圧縮行程時に吸気バルブが開かれていると、シリンダボア内の混合気が吸気ポートに吹き込んで、燃料ミストや油分（例えばブローバイガスやＥＧＲガスに含まれている油分）が吸気バルブのステムに付着する現象が生じて、付着した燃料や油分にカーボン等の微細な不純物が更に付着していって、これがデポジット化して吸気バルブのステムにこびり付き、このこびり付いたデポジットがバルブステムとバルブガイドとの間の隙間に噛み込んで吸気バルブの閉じ不良を招来するという問題が懸念される。
【０００５】
そして、吸気バルブの閉じ不良が発生すると、燃焼ガスの漏れによって出力が大幅にダウンするなどの異常事態を招いたり、ピストンが吸気バルブに当たって吸気バルブが破損してしまうといった事故を招くおそれがある。従って、圧縮行程時に吸気バルブを開いてアトキンソンサイクル化する場合は、吸気バルブの動きの確実性を十分に担保しておくことが要請される。
【０００６】
本願発明は、このような要請に応えんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明はシリンダヘッドの改良に係るもので、このシリンダヘッドは、
「吸気ポートの出口近傍部に、前記吸気ポートの出口部を開閉する吸気バルブのステムに向けて空気を噴出させる噴気手段が設けられている」
という構成になっている。
【発明の効果】
【０００８】
本願発明では、吸気バルブのステムに燃料や油分が付着しても、噴気手段からエアを噴出させて、燃料や油分を吹き飛ばすことができる。従って、燃料や油分を接着剤としてカーボンなどの不純物が堆積しデポジット化する現象を防止できる。これにより、圧縮行程時に吸気バルブをある程度開いておくことによるアトキンソンサイクル化を、大きく促進できる。
【０００９】
また、通常の４サイクルエンジン（オットーサイクルエンジン）では、排気行程時に吸気バルブと排気バルブとが開いているオーバーラップ状態があり、これによっても吸気バルブのステムに不純物が付着するおそれがあるが、本願発明を適用すると、通常の４サイクルエンジンにおいても、吸気バルブのステムにデポジットがこびり付くことを防止して、吸気バルブのスムースな動きを確保できる。
【００１０】
噴気手段によるエアの噴出は、例えば吸気行程に行うことも可能であるが、燃料も油分も吹き飛ばされてシリンダボアに入り込むため、燃料噴射を伴う吸気行程に吹き飛ばしを行うと、油分等の不純物によって排気ガスの成分の悪化（例えばＰＭの増大）をもたらすおそれがある。また、噴気手段から噴出したエアも燃焼に寄与するため、適切な空燃比を保持するためには、スロットルバルブの制御が厄介になるおそれがある。
【００１１】
この点については、例えば減速時のように燃料をカットした状態での吸気行程時に加圧エアによる吹き飛ばしを行うことにより、排気ガスの成分悪化のような問題を生じることなく、油分等の異物を排除できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の縦断正面図である。
【図２】送気手段を付加した縦断正面図である。
【図３】（Ａ）は別例図、（Ｂ）は制御手順のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
(1).基本構造
次に、本願発明を車両用内燃機関に適用した実施形態を、図面に基づいて説明する。以下では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、前後方向はクランク軸線方向であり、左右方向は、クランク軸線及びシリンダボア軸線と直交した方向である。
【００１４】
内燃機関は、機関本体として、シリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２とを有している。シリンダブロック１には、複数のシリンダボア３が前後方向に並んで形成されており、各シリンダボア３にピストン４が摺動自在に嵌まっている。
【００１５】
シリンダヘッド２には、シリンダボア３に向けて開口した山形（断面台形のテーパ状）の燃焼室（凹所）５が形成されており、燃焼室５に、クランク軸線方向から見て左右に分かれた状態で、前後一対ずつの吸気ポート６と排気ポート７とが開口している。
【００１６】
すなわち、燃焼室５には、前後一対の吸気ポート６の出口６ａが開口していると共に、前後一対の排気ポート７の入口７ａが開口しており、シリンダヘッド２には、吸気ポート６の出口６ａを開閉する前後一対の吸気バルブ８と、排気ポート７の入口を開閉する前後一対の排気バルブ９とが、それぞれバルブガイド（ブッシュ）１０，１１を介して装着されている。敢えて説明するまでもないが、バルブ８，９は、ステム８ａ，９ａと傘部８ｂ，９ｂとを有しており、ステム８ａ，９ａがバルブガイド１０，１１に摺動自在に嵌まっている。
【００１７】
吸気ポート６のうち出口６ａの近傍部の上面に、バルブガイド１０の下端が露出する逃がし凹所１２が形成されている。すなわち、バルブガイド１０の下端面は軸心と直交した状態に切り揃えられており、逃がし凹所１２は、その上面がバルブガイド１０の下端面と略同一面を成すような状態で形成されている。
【００１８】
前後一対の吸気ポート６は、シリンダヘッド２の吸気側面２ａに開口した１つの集合部１３から分岐しており、各集合部１３には、吸気マニホールド１４を構成する枝管１４ａが接続されている。前後一対の吸気ポート６は、集合部１３から分岐せずに全長に亙って独立した状態に形成することもできる。
【００１９】
吸気マニホールド１４には、各吸気ポート６に対応して燃料噴射インジェクタ１５が取付けられており、燃料噴射インジェクタ１５の先端は、それぞれ吸気ポート６に向いている。従って、本実施形態は、デュアルインジェクタ方式になっている。吸気ポート６には、燃料噴射インジェクタ１５の先端部を格納する凹部１６が形成されている。
【００２０】
前後一対の排気ポート７は、１つに集合してその集合部（図示せず）がシリンダヘッド２の排気側面に開口した構造と、各吸気ポート７が１つの内蔵式集合通路に連通した構造とのいずれも採用できる。前者の構造では、シリンダヘッド２の排気側面にはシリンダボア３の数に対応した排気口が開口し、後者の構造では、シリンダヘッド２の排気側面には１つの排気口が開口することになる。
【００２１】
シリンダヘッド２には、各燃焼室５の中央部に貫通したプラグ配置穴１７が空いており、プラグ配置穴１７に点火プラグ１８を装着している。
【００２２】
(2).噴気手段
シリンダヘッド２のうち吸気ポート６の出口寄り部位の下方部に、請求項に記載した噴気手段の一例として、吸気ポート６の出口近傍部に向けて加圧エアを噴出させ得るエア噴射インジェクタ１９が配置されている。
【００２３】
エア噴射インジェクタ１９の先端部は小径のノズル部１９ａで構成されており、ノズル部１９ａが吸気ポート６の出口寄り部位上面に形成した逃がし凹所１２に向くように、先端に向けて高くなる傾斜姿勢で配置されている。なお、エア噴射インジェクタ１９は、シリンダヘッド２に設けた取付け穴２０に、Ｏリング（図示せず）を介して装着されている。
【００２４】
エア噴射インジェクタ１９には電磁弁が内蔵されており、ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）からの制御信号により、電磁弁がＯＮ・ＯＦＦされて加圧空気が先端から噴出する。図２に示すように、本実施形態では、加圧空気源として排気ターボ過給機２１で圧縮された吸気を利用している。
【００２５】
すなわち、排気ターボ過給機２１は、タービン翼２２とコンプレッサ翼２３とが回転軸２４に固定されており、タービン翼２２を排気ガスで駆動することにより、コンプレッサ翼２３によって吸気が加圧されるが、加圧吸気を吸気系に送る過給通路２５に分岐路２６を設けて、分岐路２６に設けた蓄圧タンク２７からエア噴射インジェクタ１９に加圧空気を供給している。分岐路２６のうち蓄圧タンク２７よりも上流側の部位には、加圧空気の逆流を防止する逆止弁２８を設けている。
【００２６】
なお、排気ターボ過給機２１における過給圧の制御は、ダイヤフラム式の制御バルブ（ＶＳＶ：バキューム・スイッチング・バルブ）２９によってウエストゲートバルブ３０の開度を制御することによって行われている。加圧空気源としては、排気ターボ過給機２１に代えて、スーパーチャージャ（機械的過給機）や専用のコンプレッサを使用することも可能である。
【００２７】
噴気手段としては、エア噴射インジェクタ１９を使用することに代えて、図３（Ａ）に示すように、シリンダヘッド２に噴気穴３１を空けて、噴気穴３１に接続された管路３２に電磁式等の切り替えバルブ３３を配置することも可能である。
【００２８】
(3).作用
さて、既に述べたように、例えばアトキンソンサイクル化によって圧縮行程時に吸気バルブ８を開いていると、混合気の吹き返しにより、燃料や油分などが吸気バルブ８のステム８ａに付着して、これにカーボンなどが堆積してデポジット化し、デポジットがステム８ａにこびり付くことにより、吸気バルブ８の閉じ不良を招来するおそれがある。
【００２９】
そこで、本実施形態では、車両の減速時や下り坂走行時などのように、燃料がカットされると共に吸気バルブ８が開いた状態のときに、エア噴射インジェクタ１９をＯＮにして加圧空気をステム８ａに向けて噴出させることにより、加圧空気によってステム８ａから燃料や油分を吹き飛ばしている。吹き飛ばされた燃料や油分等は、シリンダボア３に排除される。従って、デポジットがステム８ａにこびり付いて吸気バルブ８の閉じ不良が生じるといった不具合は生じない。
【００３０】
本実施形態では、加圧空気は逃がし凹所１２に向けて噴出させており、ステム８ａに付着した燃料や油分は、逃がし凹所１２の縦面１２ａに案内されてシリンダボア３に入り込む。燃料はカットされているため、油分やカーボンなどは、燃焼することなく排気系から排出される。従って、ＰＭの発生も抑制できる。
【００３１】
また、加圧空気を逃がし凹所１２に向けて噴出させると、加圧空気が逃がし凹所１２の縦面１２ａに反射してステム８ａの裏側にも当たるため、ステム８ａの全周から油分等の異物を除去できる利点がある。
【００３２】
図３（Ｂ）では、具体的な制御のフローチャートを示している。これを説明する。まず、エンジンの始動によって制御系がスタートし（ステップ１）、通常運転が行われる（ステップ２）。始動時には条件が未確定の状態であるため、フラッグは０になっている。通常運転が予め設定した時間を経過して吸気バルブ８のステム８ａへの異物付着のおそれがある状態に至ると、吸気圧（例えばインテークマニホールドの内圧）が大気圧よりも大きいか否かが判断される（ステップ３）。
【００３３】
ステップ３において吸気圧が大気圧よりも小さい場合は、燃料を噴射しての通常運転が続行していると判断して、ステップ３が再度判断される。他方、ステップ３において吸気圧が大気圧よりも大きい場合は、下り坂の走行や減速時のように燃料がカットされた状態での運転と判断して、エア噴射インジェクタ１９の作動が可能な状態に移行してフラッグが立てられる（ステップ４）。
【００３４】
フラッグが立てられた状態で、燃料がカットされた状態でかつ吸気圧（インテークマニホールドや吸気ポート６の内圧）が大気圧よりも低いか否かが判断される（ステップ５）。燃料が噴射されているか、又は、吸気圧が大気圧よりも高いかのいずれかの状態である場合は、エア噴射インジェクタ１９の作動は不能と判断してステップ３の前に戻る。
【００３５】
燃料がカットされてかつ吸気圧が大気圧よりも低い場合は、燃料カット状態で吸気バルブ８が開いている吸気行程であると判断して、エア噴射インジェクタ１９をＯＮにして、先端から加圧空気を噴射する。これにより、吸気バルブ８のステム８ａに付着した油分や異物は、シリンダボア３に向けて吹き飛ばされる。
【００３６】
エア噴射インジェクタ１９による加圧空気の噴出は、吸気バルブ８が開いている状態でのみ行われる。エア噴射インジェクタ１９を閉じるタイミングの設定は、吸気圧と大気圧との差を利用して行ってもよいし、タイマーやカム角度センサ、クランク角度センサを利用して行ってもよい。
【００３７】
エア噴射インジェクタ１９の作動がＯＦＦになると、条件未定としてフラッグは０になり（倒され）、ステップ３の前の段階に戻る。このようにして、燃料がカットされた吸気行程時に、エア噴射インジェクタ１９から吸気バルブ８のステム８ａに加圧空気を噴出させることにより、吸気バルブ８のステム８ａを常に綺麗な状態に維持して、閉じ不良の事態発生を防止できる。
【００３８】
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は、他にも様々に具体化できる。例えば、加圧空気の噴出口は、吸気ポート６の上面部に設けることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本願発明は、内燃機関のシリンダヘッドに具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１  シリンダブロック
２  シリンダヘッド
３  シリンダボア
４  ピストン
５  燃焼室
６  吸気ポート
８  吸気バルブ
８ａ  吸気バルブのステム
８ｂ  傘部
１０  バルブガイド
１２  逃がし凹所
１５  燃料噴射インジェクタ
１９  エア噴射インジェクタ
１９ａ  エア噴射インジェクタのノズル
２１  排気ターボ過給機
２５  過給通路
２７  蓄圧タンク
【図１】
2020122415.tif 000003
【図２】
2020122415.tif 000004
【図３】
2020122415.tif 000005