(57)【要約】【課題】排気通路内を流れる燃焼ガスから排気通路の内壁へ伝わる熱量を調整して排気温度を調整する。【解決手段】シリンダヘッド１０における開口面１５ｂの周囲には、シリンダ内へ突出した突起部５８が、排気通路１５の軸線１５ａが傾斜した側に部分的に設けられている。バルブリフト可変機構は、排気バルブ１７のリフト量を制御することで、突起部５８と排気バルブ１７の傘部４７との間を通って排気通路１５内へ排出される燃焼ガス流量を制御する。これによって、突起部５８が設けられた側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流量と、突起部５８が設けられていない側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流量との配分を制御することができ、開口面直上の内壁面１５ｄにおける熱流束を制御することができる。【選択図】図３
2010216451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路のシリンダ内への開口面を開閉する傘部を含む排気バルブが開いているときにシリンダ内の燃焼ガスが該開口面を通って排気通路内へ排出される内燃機関であって、
排気通路においては、その軸線方向が前記開口面の法線方向に対して傾斜しており、
排気バルブのリフト量を変化させることが可能なバルブリフト可変機構が設けられ、
シリンダにおける前記開口面の周囲には、シリンダ内へ突出した突起部が、排気通路の軸線方向が傾斜した側に部分的に設けられ、
バルブリフト可変機構は、排気バルブのリフト量を制御することで、突起部と排気バルブの傘部との間を通って排気通路内へ排出される燃焼ガス量を制御する、内燃機関。
【請求項２】
排気通路のシリンダ内への開口面を開閉する傘部を含む排気バルブが開いているときにシリンダ内の燃焼ガスが該開口面を通って排気通路内へ排出される内燃機関であって、
排気通路においては、その軸線方向が前記開口面の法線方向に対して傾斜しており、
排気バルブのリフト量を変化させることが可能なバルブリフト可変機構が設けられ、
排気バルブの傘部には、排気通路へ突出した突起部が、排気通路の軸線方向が傾斜した側に部分的に設けられ、
バルブリフト可変機構は、排気バルブのリフト量を制御することで、突起部と排気バルブの傘部が当接するバルブシート部との間を通って排気通路内へ排出される燃焼ガス量を制御する、内燃機関。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関であって、
バルブリフト可変機構は、排気バルブのリフト量を、突起部の高さ以下の低リフト量と、突起部の高さよりも高い高リフト量とに変化させる、内燃機関。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関であって、
バルブリフト可変機構は、内燃機関の低負荷運転時に排気バルブのリフト量を前記低リフト量に制御し、内燃機関の高負荷運転時に排気バルブのリフト量を前記高リフト量に制御する、内燃機関。
【請求項５】
請求項３または４に記載の内燃機関であって、
バルブリフト可変機構は、内燃機関の始動時に排気バルブのリフト量を前記低リフト量に制御する、内燃機関。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１に記載の内燃機関であって、
排気通路の内壁における燃焼ガスが衝突する部分には、熱伝導率が温度に応じて変化する熱流束制御層が設けられている、内燃機関。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関であって、
前記熱流束制御層としてガラス層が設けられている、内燃機関。
【請求項８】
請求項６に記載の内燃機関であって、
前記熱流束制御層として含水多孔体が設けられている、内燃機関。
【請求項９】
排気通路のシリンダ内への開口面を開閉する傘部を含む排気バルブが開いているときにシリンダ内の燃焼ガスが該開口面を通って排気通路内へ排出される内燃機関であって、
排気通路においては、その軸線方向が前記開口面の法線方向に対して傾斜しており、
シリンダにおける前記開口面の周囲には、シリンダ内へ突出した突起部が、排気通路の軸線方向が傾斜した側に部分的に設けられており、
前記開口面を通って排気通路内へ排出される燃焼ガス量は、突起部が設けられた側が突起部が設けられていない側よりも少ない、内燃機関。
【請求項１０】
排気通路のシリンダ内への開口面を開閉する傘部を含む排気バルブが開いているときにシリンダ内の燃焼ガスが該開口面を通って排気通路内へ排出される内燃機関であって、
排気通路においては、その軸線方向が前記開口面の法線方向に対して傾斜しており、
排気バルブの傘部には、排気通路へ突出した突起部が、排気通路の軸線方向が傾斜した側に部分的に設けられており、
前記開口面を通って排気通路内へ排出される燃焼ガス量は、突起部が設けられた側が突起部が設けられていない側よりも少ない、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気バルブが開いているときにシリンダ内の燃焼ガスが排気通路内へ排出される内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路における熱損失を低減して排気温度の上昇を図るための技術が下記特許文献１，２に開示されている。特許文献１においては、排気管を、排気ガスの流れる内管と、所定の空隙を隔てて内管の外周を覆う外管とを含む２重管構造とし、内管と外管との間の空気層を断熱層として機能させることで、排気管（内管）内を流れる排気ガスの熱エネルギーが外部へ放出されるのを抑制して排気温度の上昇を図っている。
【０００３】
特許文献２においては、単一セラミックスもしくは中空セラミックスによる断熱膜を排気管の内壁面に形成することで、排気管内を流れる排気ガスの熱エネルギーが外部へ放出されるのを抑制して排気温度の上昇を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２８６８４１号公報
【特許文献２】特開昭５９−１２１１６号公報
【特許文献３】特開平１１−２９４１５１号公報
【特許文献４】特開平１１−１５３０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関の排気通路における熱損失は、シリンダ内への開口部の直後にて主に生じる。このことは、以下に説明する本願発明者の解析により明らかになった。この理由としては、図５に示すように、シリンダ内から開口部１５ｂを通って排気通路１５内に流入する高温且つ高速のガス流が開口部直上に位置する排気通路１５の内壁面１５ｄに衝突するために温度境界層が薄くなること、ならびに開口部直後であるためにガスが高温に保たれており、排気管との温度差が大きいことが挙げられる。そのため、図６に示すように、高温且つ高速のガス流が衝突する開口部直上の内壁面１５ｄにて熱流束が最も大きくなり、開口部直上の内壁面１５ｄにて排気管に与えられる熱が管を伝わって放熱される結果、熱損失が大きくなる。ここで、図５は、排気バルブ１７が開いているときにおける排気通路１５を流れる燃焼ガス（燃焼後の排ガス）の速度分布を計算した結果を示し、矢印の方向が燃焼ガスの流れ方向、矢印の長さが燃焼ガスの速度の大きさを表し、排気バルブ１７のステム部（軸部）３７付近をその軸線方向に沿って流れる燃焼ガスの速度が高くなっている。そして、図６は、排気バルブ１７が開いているときにおける排気通路１５の内壁面１５ｄの熱流束分布を計算した結果を示す。開口部直上の内壁面１５ｄにおける熱流束が小さいと、排気通路１５における熱損失が小さくなって排気温度が高くなり、開口部直上の内壁面１５ｄにおける熱流束が大きいと、排気通路１５における熱損失が大きくなって排気温度が低くなる。排気通路１５内を流れる燃焼ガスから排気通路１５の内壁面１５ｄへ伝わる熱量を調整して排気温度を調整するためには、開口部直上の内壁面１５ｄにおける熱流束を調整できることが望ましい。
【０００６】
特許文献１，２では、排気通路における熱損失の低減を図ることで排気温度上昇には寄与するが、例えば内燃機関の高負荷運転時のように排気温度が十分高い条件下では、排気温度が過度に上昇しやすくなる。排気温度が過度に高くなると、排気通路の下流に設けられた触媒の排気浄化性能の低下等を招きやすくなる。
【０００７】
本発明は、排気通路内を流れる燃焼ガスから排気通路の内壁へ伝わる熱量を調整することができ、排気温度を調整することができる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る内燃機関は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００９】
本発明に係る内燃機関は、排気通路のシリンダ内への開口面を開閉する傘部を含む排気バルブが開いているときにシリンダ内の燃焼ガスが該開口面を通って排気通路内へ排出される内燃機関であって、排気通路においては、その軸線方向が前記開口面の法線方向に対して傾斜しており、排気バルブのリフト量を変化させることが可能なバルブリフト可変機構が設けられ、シリンダにおける前記開口面の周囲には、シリンダ内へ突出した突起部が、排気通路の軸線方向が傾斜した側に部分的に設けられ、バルブリフト可変機構は、排気バルブのリフト量を制御することで、突起部と排気バルブの傘部との間を通って排気通路内へ排出される燃焼ガス量を制御することを要旨とする。
【００１０】
また、本発明に係る内燃機関は、排気通路のシリンダ内への開口面を開閉する傘部を含む排気バルブが開いているときにシリンダ内の燃焼ガスが該開口面を通って排気通路内へ排出される内燃機関であって、排気通路においては、その軸線方向が前記開口面の法線方向に対して傾斜しており、排気バルブのリフト量を変化させることが可能なバルブリフト可変機構が設けられ、排気バルブの傘部には、排気通路へ突出した突起部が、排気通路の軸線方向が傾斜した側に部分的に設けられ、バルブリフト可変機構は、排気バルブのリフト量を制御することで、突起部と排気バルブの傘部が当接するバルブシート部との間を通って排気通路内へ排出される燃焼ガス量を制御することを要旨とする。
【００１１】
本発明の一態様では、バルブリフト可変機構は、排気バルブのリフト量を、突起部の高さ以下の低リフト量と、突起部の高さよりも高い高リフト量とに変化させることが好適である。この態様では、バルブリフト可変機構は、内燃機関の低負荷運転時に排気バルブのリフト量を前記低リフト量に制御し、内燃機関の高負荷運転時に排気バルブのリフト量を前記高リフト量に制御することが好適である。また、この態様では、バルブリフト可変機構は、内燃機関の始動時に排気バルブのリフト量を前記低リフト量に制御することが好適である。
【００１２】
本発明の一態様では、排気通路の内壁における燃焼ガスが衝突する部分には、熱伝導率が温度に応じて変化する熱流束制御層が設けられていることが好適である。この態様では、前記熱流束制御層としてガラス層が設けられていることが好適である。また、この態様では、前記熱流束制御層として含水多孔体が設けられていることが好適である。
【００１３】
また、本発明に係る内燃機関は、排気通路のシリンダ内への開口面を開閉する傘部を含む排気バルブが開いているときにシリンダ内の燃焼ガスが該開口面を通って排気通路内へ排出される内燃機関であって、排気通路においては、その軸線方向が前記開口面の法線方向に対して傾斜しており、シリンダにおける前記開口面の周囲には、シリンダ内へ突出した突起部が、排気通路の軸線方向が傾斜した側に部分的に設けられており、前記開口面を通って排気通路内へ排出される燃焼ガス量は、突起部が設けられた側が突起部が設けられていない側よりも少ないことを要旨とする。
【００１４】
また、本発明に係る内燃機関は、排気通路のシリンダ内への開口面を開閉する傘部を含む排気バルブが開いているときにシリンダ内の燃焼ガスが該開口面を通って排気通路内へ排出される内燃機関であって、排気通路においては、その軸線方向が前記開口面の法線方向に対して傾斜しており、排気バルブの傘部には、排気通路へ突出した突起部が、排気通路の軸線方向が傾斜した側に部分的に設けられており、前記開口面を通って排気通路内へ排出される燃焼ガス量は、突起部が設けられた側が突起部が設けられていない側よりも少ないことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、シリンダ内から排出される燃焼ガスが衝突する排気通路の内壁における熱流束を調整することができるので、排気通路内を流れる燃焼ガスから排気通路の内壁へ伝わる熱量を調整することができ、排気温度を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関１の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る内燃機関１の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る内燃機関１の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る内燃機関１の概略構成を示す図である。
【図５】突起部５８が設けられていない場合において排気通路１５を流れる燃焼ガスの速度分布を計算した結果を示す図である。
【図６】突起部５８が設けられていない場合において排気通路１５の内壁面１５ｄの熱流束分布を計算した結果を示す図である。
【図７】排気バルブ１７のリフト量を低リフト量に制御した場合において排気通路１５を流れる燃焼ガスの速度分布を計算した結果を示す図である。
【図８】排気バルブ１７のリフト量を低リフト量に制御した場合において排気通路１５の内壁面１５ｄの熱流束分布を計算した結果を示す図である。
【図９】排気バルブ１７のリフト量を低リフト量に制御した場合と高リフト量に制御した場合とにおいて排気通路１５の内壁面１５ｄへの熱損失を計算した結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る内燃機関１の他の概略構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る内燃機関１の他の概略構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る内燃機関１の他の概略構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る内燃機関１の他の概略構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る内燃機関１の他の概略構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る内燃機関１の他の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１８】
図１〜４は本発明の実施形態に係る内燃機関１の概略構成を示す図であり、図１，３，４は全体構成の概略を示し、図２は排気バルブ１７周辺の概略構成を示す。内燃機関（エンジン）１は、シリンダブロック９及びシリンダヘッド１０を備える。シリンダブロック９内には、その軸線方向に往復運動するピストン１２が収容されている。シリンダヘッド１０には、シリンダ内に連通する管路状の吸気通路（吸気ポート）１４及び排気通路（排気ポート）１５が形成されている。さらに、吸気通路１４とシリンダ内との境界を開閉する吸気バルブ１６、及び排気通路１５とシリンダ内との境界を開閉する排気バルブ１７が設けられている。図１は排気バルブ１７が閉じている状態を示しており、図３，４は排気バルブ１７が開いている状態を示している。
【００１９】
なお、図１，３，４では、説明の便宜上、燃料噴射弁や点火栓等の構成の図示を省略しているが、本実施形態に係る内燃機関１は、ディーゼルエンジン等の圧縮自着火式内燃機関であってもよいし、ガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関であってもよい。圧縮自着火式内燃機関の場合は、例えばピストン１２が圧縮上死点付近に位置するときに燃料噴射弁からシリンダ内に燃料を噴射することで、シリンダ内の燃料が自着火して燃焼する。火花点火式内燃機関の場合は、点火時期にて点火栓の火花放電によりシリンダ内の混合気に点火することで、シリンダ内の混合気を火炎伝播燃焼させる。シリンダ内の燃焼ガス（燃焼後の排ガス）は、排気行程にて排気バルブ１７が開いているときに排気通路１５内へ排出される。
【００２０】
吸気バルブ１６は、図示しない吸気バルブガイドに摺動可能に支持された棒状のステム部（軸部）３６と、ステム部３６の先端部に接続されシリンダ内に臨む傘部４６と、を含む。吸気バルブ１６のステム部３６は、部分的に吸気通路１４内に位置し、吸気バルブ１６の傘部４６は、吸気通路１４のシリンダ内への開口面（吸気通路１４とシリンダ内との境界）付近に配置された状態で、この開口面の周囲に設けられたバルブシート部５６に当接している。吸気バルブ１６の傘部４６がバルブシート部５６から離れることで、吸気通路１４のシリンダ内への開口面が開き（吸気バルブ１６が開き）、吸気通路１４からこの開口面を通ってシリンダ内に吸気が導入される。一方、吸気バルブ１６の傘部４６がバルブシート部５６に当接することで、吸気通路１４のシリンダ内への開口面が閉じる（吸気バルブ１６が閉じる）。
【００２１】
同様に、排気バルブ１７は、図示しない排気バルブガイドに摺動可能に支持された棒状のステム部（軸部）３７と、ステム部３７の先端部に接続されシリンダ内に臨む傘部４７と、を含む。排気バルブ１７のステム部３７は、部分的に排気通路１５内に位置し、排気バルブ１７の傘部４７は、排気通路１５のシリンダ内への開口面１５ｂ（排気通路１５とシリンダ内との境界）付近に配置された状態で、この開口面１５ｂの周囲に設けられたバルブシート部５７に当接している。排気バルブ１７の傘部４７がバルブシート部５７から離れることで、排気通路１５のシリンダ内への開口面１５ｂが開き（排気バルブ１７が開き）、シリンダ内の燃焼ガスがこの開口面１５ｂを通って排気通路１５内へ排出される。一方、排気バルブ１７の傘部４７がバルブシート部５７に当接することで、排気通路１５のシリンダ内への開口面１５ｂが閉じる（排気バルブ１７が閉じる）。さらに、排気バルブ１７のリフト量（最大リフト量、傘部４７とバルブシート部５７との最大距離）を変化させることが可能なバルブリフト可変機構（図示せず）が設けられている。ここでのバルブリフト可変機構については、周知の構成で実現可能であるため、排気バルブ１７のリフト量（最大リフト量）を変化させるための具体的構成の説明を省略する。
【００２２】
排気通路１５においては、図１，３，４に示すように、その軸線１５ａの方向（以下軸線方向とする）がシリンダ内への開口面１５ｂの法線１５ｃの方向（以下法線方向とする）に対して傾斜している。ここでは、開口面１５ｂの法線方向が排気バルブ１７の軸線方向（排気バルブ１７の摺動方向）と一致しており、排気通路１５の軸線１５ａが開口面１５ｂの法線１５ｃに対して吸気通路１４から離れる側（図１，３，４の左側）へ傾斜している。さらに、排気通路１５においては、開口面１５ｂの法線方向に対する軸線方向の傾斜角度が、燃焼ガス流れの上流側（開口面１５ｂ）から下流側へ向かうにつれて増大しており、軸線１５ａが湾曲している。
【００２３】
本実施形態では、図１〜４に示すように、シリンダヘッド１０における開口面１５ｂ（バルブシート部５７）の周囲には、シリンダ内へ突出した突起部５８が部分的に設けられている。ここでの突起部５８は、開口面１５ｂの外周方向に関して、排気通路１５の軸線１５ａが傾斜した側（吸気通路１４に遠い側、図１〜４の左側）に部分的に設けられており、吸気通路１４に近い側（図１〜４の右側）には設けられていない。そして、バルブリフト可変機構は、排気バルブ１７のリフト量（最大リフト量）を制御することで、突起部５８と排気バルブ１７の傘部４７との間を通って排気通路１５内へ排出される燃焼ガス流量を制御する。これによって、突起部５８が設けられた側（排気通路１５の軸線１５ａが傾斜した側、吸気通路１４に遠い側）の開口面１５ｂを通って排気通路１５内へ排出される燃焼ガス流量と、突起部５８が設けられていない側（吸気通路１４に近い側）の開口面１５ｂを通って排気通路１５内へ排出される燃焼ガス流量との配分を制御する。さらに、バルブリフト可変機構は、図３，４に示すように、排気バルブ１７のリフト量（最大リフト量）を、突起部５８の突出高さｈ以下の低リフト量（図３に示す状態）と、突起部５８の突出高さｈよりも高い高リフト量（図４に示す状態）とに変化させる。なお、図２に示す例では、突起部５８が開口面１５ｂの外周方向に関して１８０°（１／２周）の範囲に設けられているが、突起部５８を設ける角度範囲は１８０°以外であってもよく、例えば１２０°（１／３周）であってもよい。
【００２４】
排気バルブ１７が開くと、シリンダ内の燃焼ガスが開口面１５ｂを通って排気通路１５内に流入する。ここで、突起部５８が設けられていない場合を考えると、図５の速度分布の計算結果に示すように、開口面１５ｂを通って排気通路１５内に流入する燃焼ガスの主流方向は、開口面１５ｂの法線方向にほぼ一致する。排気通路１５の軸線方向はこの燃焼ガスの主流方向に対して傾斜しているため、排気通路１５内に流入した高温且つ高速の燃焼ガスは、図５に示すように、排気通路１５の内壁面１５ｄ（法線方向において開口面１５ｂと対向する開口面直上の部分）に衝突する。そのため、図６の熱流束分布の計算結果に示すように、燃焼ガスが衝突する開口面直上の内壁面１５ｄにて熱流束が最も大きくなる。排気通路１５における熱損失を制御して排気温度を制御するためには、開口面直上の内壁面１５ｄにおける熱流束を制御できることが望ましい。
【００２５】
これに対して本実施形態では、図３に示すように、バルブリフト可変機構が排気バルブ１７のリフト量を突起部５８の突出高さｈ以下の低リフト量に制御することで、排気バルブ１７が開いているときにシリンダ内から排気通路１５内へ排出される燃焼ガス流れは、突起部５８が設けられた側の開口面１５ｂを通る（突起部５８と傘部４７との間を通る）燃焼ガス流れ６１が突起部５８に遮られることでほとんど発生せず、突起部５８が設けられていない側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流れ６２が支配的となる。つまり、突起部５８が設けられた側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流量の配分は、突起部５８が設けられていない側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流量の配分と比べて極めて低くなる。そのため、図３，７に示すように、突起部５８が設けられていない側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流れ６２は、開口面１５ｂの法線方向に対して排気通路１５の軸線１５ａが傾斜した側へ流れ、開口面直上の内壁面１５ｄへの衝突が緩和される。その結果、突起部５８が設けられていない場合と比較して、図８に示すように開口面直上の内壁面１５ｄにおける熱流束が減少し、排気通路１５における熱損失が減少して排気温度が高くなる。ここで、図７は、排気バルブ１７のリフト量を低リフト量に制御した場合において排気通路１５を流れる燃焼ガスの速度分布を計算した結果を示し、矢印の方向が燃焼ガスの流れ方向、矢印の長さが燃焼ガスの速度の大きさを表す。そして、図８は、排気バルブ１７のリフト量を低リフト量に制御した場合において排気通路１５の内壁面１５ｄの熱流束分布を計算した結果を示す。なお、図７の速度分布及び図８の熱流束分布の計算の際には、突起部５８を設ける角度範囲を１８０°、突起部５８の突出高さｈを４ｍｍ、低リフト量を４ｍｍに設定している。
【００２６】
一方、図４に示すように、バルブリフト可変機構が排気バルブ１７のリフト量を突起部５８の突出高さｈよりも高い高リフト量に制御することで、排気バルブ１７が開いているときにシリンダ内から排気通路１５内へ排出される燃焼ガス流れは、突起部５８が設けられていない側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流れ６２だけでなく、突起部５８が設けられた側の開口面１５ｂを通る（突起部５８と傘部４７との間を通る）燃焼ガス流れ６１も突起部５８に遮られずに発生する。つまり、排気バルブ１７のリフト量を低リフト量に制御した場合と比較して、突起部５８が設けられた側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流量の配分が増大し、突起部５８が設けられていない側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流量の配分が減少する。そのため、図４に示すように、突起部５８が設けられた側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流れ６１、及び突起部５８が設けられていない側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流れ６２が、開口面直上の内壁面１５ｄに衝突する。その結果、排気バルブ１７のリフト量を低リフト量に制御した場合と比較して、開口面直上の内壁面１５ｄにおける熱流束が増大し、図９に示すように排気通路１５における熱損失が増大して排気温度が低くなる。ここで、図９は、排気バルブ１７のリフト量を低リフト量に制御した場合と高リフト量に制御した場合とにおいて排気通路１５の内壁面１５ｄへの熱損失（ピーク値）を計算した結果を示す。なお、図９の熱損失の計算の際には、突起部５８を設ける角度範囲を１８０°、突起部５８の突出高さｈを４ｍｍ、低リフト量を４ｍｍ、高リフト量を８ｍｍに設定している。
【００２７】
このように、本実施形態によれば、バルブリフト可変機構が排気バルブ１７のリフト量（最大リフト量）を制御することで、突起部５８が設けられた側の開口面１５ｂ（突起部５８と傘部４７との間）を通る燃焼ガス流量と、突起部５８が設けられていない側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流量との配分を制御することができ、燃焼ガスが衝突する開口面直上の内壁面１５ｄにおける熱流束を制御することができる。したがって、排気通路１５内を流れる燃焼ガスから内壁面１５ｄへ伝わる熱量を制御することができ、排気温度を制御することができる。
【００２８】
例えば、内燃機関１の始動時においては、排気通路１５の下流に設けられた触媒を早期に活性化させるために、排気温度を上昇させることが好ましい。そこで、バルブリフト可変機構は、内燃機関１の始動時には、排気バルブ１７のリフト量（最大リフト量）を低リフト量に制御する。これによって、開口面直上の内壁面１５ｄにおける熱流束が減少し、排気通路１５における熱損失が減少して排気温度が高くなる。その結果、触媒活性を早めて排気エミッションを低減することができる。
【００２９】
また、内燃機関１の低負荷運転時においても、触媒を活性化させるために、排気温度を上昇させることが好ましい。そこで、バルブリフト可変機構は、内燃機関１の低負荷運転時には、排気バルブ１７のリフト量（最大リフト量）を低リフト量に制御する。これによって、排気温度を高めることができ、触媒活性を高めて排気エミッションを低減することができる。さらに、ターボチャージャーによる過給エンジンにおいては、ターボチャージャーのタービンでの排気エネルギー回収量を増やすことができ、熱効率を向上させることができる。
【００３０】
一方、内燃機関１の高負荷運転時においては、触媒の熱劣化を防ぐために、排気温度を低下させることが好ましい。そこで、バルブリフト可変機構は、内燃機関１の高負荷運転時には、排気バルブ１７のリフト量（最大リフト量）を高リフト量に制御する。これによって、開口面直上の内壁面１５ｄにおける熱流束が増大し、排気通路１５における熱損失が増大して排気温度が低くなる。その結果、触媒の熱劣化を防ぐことができるとともに、燃料増量（リッチ）を軽減して燃費を向上させることができる。
【００３１】
次に、本実施形態の他の構成例について説明する。
【００３２】
本実施形態では、例えば図１０〜１３に示すように、排気バルブ１７の傘部４７の外周部に、排気通路１５へ突出した突起部５８を部分的に設けることもできる。ここで、図１０，１２，１３は内燃機関１の構成の概略を示し、図１１は排気バルブ１７周辺の概略構成を示す。そして、図１０は排気バルブ１７が閉じている状態を示しており、図１２，１３は排気バルブ１７が開いている状態を示している。ここでの突起部５８は、傘部４７（開口面１５ｂ）の外周方向に関して、排気通路１５の軸線１５ａが傾斜した側（吸気通路１４に遠い側、図１０〜１３の左側）に部分的に設けられており、吸気通路１４に近い側（図１０〜１３の右側）には設けられていない。そして、バルブリフト可変機構は、排気バルブ１７のリフト量（最大リフト量）を制御することで、突起部５８とバルブシート部５７との間を通って排気通路１５内へ排出される燃焼ガス流量を制御する。これによって、突起部５８が設けられた側（排気通路１５の軸線１５ａが傾斜した側、吸気通路１４に遠い側）の開口面１５ｂを通って排気通路１５内へ排出される燃焼ガス流量と、突起部５８が設けられていない側（吸気通路１４に近い側）の開口面１５ｂを通って排気通路１５内へ排出される燃焼ガス流量との配分を制御することができ、燃焼ガスが衝突する開口面直上の内壁面１５ｄにおける熱流束を制御することができる。したがって、排気通路１５内を流れる燃焼ガスから内壁面１５ｄへ伝わる熱量を制御することができ、排気温度を制御することができる。
【００３３】
例えば図１２に示すように、バルブリフト可変機構が排気バルブ１７のリフト量を低リフト量に制御することで、シリンダ内から排気通路１５内へ排出される燃焼ガス流れは、突起部５８が設けられた側の開口面１５ｂを通る（突起部５８とバルブシート部５７との間を通る）燃焼ガス流れ６１が突起部５８に遮られることでほとんど発生せず、突起部５８が設けられていない側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流れ６２が支配的となる。その結果、突起部５８が設けられていない場合と比較して、開口面直上の内壁面１５ｄへの燃焼ガスの衝突が緩和され、開口面直上の内壁面１５ｄにおける熱流束が減少し、排気通路１５における熱損失が減少して排気温度が高くなる。一方、図１３に示すように、バルブリフト可変機構が排気バルブ１７のリフト量を高リフト量に制御することで、シリンダ内から排気通路１５内へ排出される燃焼ガス流れは、突起部５８が設けられていない側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流れ６２だけでなく、突起部５８が設けられた側の開口面１５ｂを通る（突起部５８とバルブシート部５７との間を通る）燃焼ガス流れ６１も突起部５８に遮られずに発生する。その結果、排気バルブ１７のリフト量を低リフト量に制御した場合と比較して、開口面直上の内壁面１５ｄにおける熱流束が増大し、排気通路１５における熱損失が増大して排気温度が低くなる。
【００３４】
また、本実施形態では、例えば図１４に示すように、排気通路１５の内壁における燃焼ガスが衝突する部分（法線方向において開口面１５ｂと対向する開口面直上の部分）に、熱伝導率が温度に応じて変化する熱流束制御層としてのガラス層７２を設けることもできる。ここでのガラス層７２としては、例えば、排気通路１５内の高温の燃焼ガス（〜８００℃）に対する耐熱性を有する硼珪酸ガラス等を用いることができる。ガラス層７２は、低温では熱伝導率が低いが、温度上昇とともに内部での輻射による熱の移動が増加して熱伝導率が高くなる。このガラス層７２の熱伝導率変化により、開口面直上の内壁面１５ｄにおける熱流束を制御することができる。すなわち、内燃機関１の始動時または低負荷運転時には、排気通路１５の内壁温度が低いため、ガラス層７２の熱伝導率が低く、断熱効果が得られる。そのため、排気通路１５の内壁の温度上昇の促進、及び触媒暖機時間の短縮による排気エミッションの低減を図ることができる。一方、内燃機関１の高負荷運転時には、排気通路１５の内壁温度が高いため、ガラス層７２の熱伝導率が高く、排気通路１５における熱損失が増大して排気温度が低くなる。そのため、触媒の熱劣化を防ぐことができる。
【００３５】
また、本実施形態では、例えば図１５に示すように、排気通路１５の内壁における燃焼ガスが衝突する部分（法線方向において開口面１５ｂと対向する開口面直上の部分）に、熱流束制御層として含水多孔体７４を設けることもできる。ここでの含水多孔体７４としては、例えば、排気通路１５内の燃焼ガスに対する耐熱性を有する繊維を組み合わせたグラスウール等を用いることができる。こうした含水多孔体７４を加湿して排気通路１５の内壁の内部に水分を内包することで、低温時には水分が繊維に吸着された状態となり、蒸気による熱移動が無いため熱伝導率は低いが、高温時には水分が水蒸気となって空隙内で蒸気拡散により熱移動を活発化させ、熱伝導率が高くなる。この含水多孔体７４の熱伝導率変化により、開口面直上の内壁面１５ｄにおける熱流束を制御することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、バルブリフト可変機構は、排気バルブ１７のリフト量（最大リフト量）を、必ずしも突起部５８の突出高さｈ以下の低リフト量と突起部５８の突出高さｈよりも高い高リフト量とに変化させなくてもよい。その場合でも、バルブリフト可変機構が排気バルブ１７のリフト量（最大リフト量）を変化させることで、突起部５８が設けられた側の開口面１５ｂ（図１〜４に示す例では突起部５８と傘部４７との間、図１０〜１３に示す例では突起部５８とバルブシート部５７との間）を通る燃焼ガス流量と、突起部５８が設けられていない側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流量との配分を変化させることができる。その結果、燃焼ガスが衝突する開口面直上の内壁面１５ｄにおける熱流束を変化させることができ、排気温度を変化させることができる。
【００３７】
また、本実施形態では、バルブリフト可変機構を省略することも可能である。その場合でも、突起部５８が設けられた側の開口面１５ｂ（図１〜４に示す例では突起部５８と傘部４７との間、図１０〜１３に示す例では突起部５８とバルブシート部５７との間）を通って排気通路１５内へ排出される燃焼ガス流量は、突起部５８が設けられていない側の開口面１５ｂを通って排気通路１５内へ排出される燃焼ガス流量よりも少なくなる。そして、突起部５８の突出高さｈを調整することで、突起部５８が設けられた側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流量と、突起部５８が設けられていない側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流量との配分を調整することができる。その結果、燃焼ガスが衝突する開口面直上の内壁面１５ｄにおける熱流束を調整することができ、排気温度を調整することができる。例えば突起部５８の突出高さｈを増大させることで、突起部５８が設けられた側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流量の配分を低くし、突起部５８が設けられていない側の開口面１５ｂを通る燃焼ガス流量の配分を高くすることができる。その結果、開口面直上の内壁面１５ｄにおける熱流束を減少させることができ、排気温度を高くすることができる。
【００３８】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３９】
１  内燃機関、９  シリンダブロック、１０  シリンダヘッド、１２  ピストン、１４  吸気通路、１５  排気通路、１５ｂ  開口面（開口部）、１５ｄ  内壁面、１６  吸気バルブ、１７  排気バルブ、３６，３７  ステム部、４６，４７  傘部、５６，５７  バルブシート部、５８  突起部、７２  ガラス層、７４  含水多孔体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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