(57)【要約】【課題】シリンダ内にスワールおよびタンブルを負荷に応じて生成し得るマスク構造を提供する。【解決手段】吸気弁１，２が着座する開口部７，８の外周に、吸気流をシリンダの接線方向に案内するスワール用マスク９，１０と、吸気流をシリンダの径方向に案内するタンブル用マスク１１，１２と、が部分的に重複して設けられている。スワール用マスク９，１０の高さＨＳは、タンブル用マスク１１，１２の高さＨＴよりも低く、吸気弁２頭部との間の間隙もスワール用マスク９，１０の方が相対的に小さい。吸気弁１，２の最大リフト量は、可変動弁機構により負荷に応じて変化するので、小リフトのときには、スワール用マスク９，１０による吸気の案内によってスワールが生成され、中間リフトのときには、タンブル用マスク１１，１２によってタンブルが生成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の１つのシリンダに２つの吸気弁が設けられるとともに、これらの吸気弁の最大リフト量を内燃機関の運転状態に応じて制御する可変動弁機構を備えた内燃機関において、
少なくとも一方の吸気弁開口部に、該開口部を円弧形の筒状に囲んで吸気流をシリンダの接線方向に案内するスワール用マスクと、同じく開口部を円弧形の筒状に囲んで吸気流をシリンダの径方向に案内するタンブル用マスクと、が部分的に重複して設けられており、
上記タンブル用マスクの高さ（ＨＴ）は上記スワール用マスクの高さ（ＨＳ）よりも高く、かつ吸気弁頭部外周縁から上記タンブル用マスクまでの間隙（ＣＴ）は、吸気弁頭部外周縁から上記スワール用マスクまでの間隙（ＣＳ）よりも大きいことを特徴とする内燃機関の吸気弁マスク構造。
【請求項２】
２つの吸気弁開口部の各々に、上記スワール用マスクと上記タンブル用マスクとが部分的に重複して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気弁マスク構造。
【請求項３】
２つの吸気弁開口部の間において、各開口部のタンブル用マスクが互いに連続していることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気弁マスク構造。
【請求項４】
スワール旋回方向において相対的に上流側となる一方の吸気弁開口部に、上記スワール用マスクと上記タンブル用マスクとが部分的に重複して設けられているとともに、他方の吸気弁開口部には、スワール形成とタンブル形成とを兼ねた単一のマスクが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気弁マスク構造。
【請求項５】
吸気弁の最大リフト量が上記スワール用マスクの高さを越えない低負荷域において、上記可変動弁機構により、スワール旋回方向において相対的に上流側となる一方の吸気弁の最大リフト量が他方の吸気弁に比べて相対的に小さく制御されることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の吸気弁マスク構造。
【請求項６】
上記一方の吸気弁に対するスワール用マスクの高さが、上記他方の吸気弁に対するスワール用マスクの高さよりも低く形成されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の吸気弁マスク構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の燃焼室壁に吸気弁開口部を円弧形の筒状に囲むマスクを設けて、吸気流を所望の方向に案内するようにした吸気弁マスク構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気弁を介してシリンダ内に吸気が流入する際に、スワールやタンブルを生成し、これらのガス流動を利用して燃焼を活発化することが広くなされているが、特許文献１には、一対の吸気弁の各開口部に、該開口部を円弧形の筒状に囲んで吸気流をシリンダの接線方向に案内するスワール形成用のマスク壁を設けた構成が開示されている。
【０００３】
ここで、吸気弁の最大リフト量は可変動弁機構によって可変制御され、最大リフト量がマスク壁の高さよりも小さいときには、吸気弁の周囲の一部が上記マスク壁によって覆われるため、吸気はマスク壁のない部分からシリンダの接線方向に向かって高速で流出し、スワールが生成される。他方、負荷の増加に伴い最大リフト量がマスク壁の高さを越えるようになると、吸気はマスク壁を乗り越えて直進し、従ってスワールは弱くなる。なお、特許文献１の内燃機関は、吸気ポート内にタンブルコントロールバルブを備え、吸気弁の最大リフト量を大きくした状態でタンブルコントロールバルブを閉じることによりシリンダ内にタンブルを生成するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３９６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、従来の吸気弁マスク構造においては、吸気弁開口部に一定の高さのマスク壁が設けられるに過ぎず、低負荷時のスワール生成には寄与するものの、タンブル生成には、このマスク壁は何ら寄与しない。つまり、従来のマスク壁は、一定の方向のガス流動しか得ることができない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る内燃機関の吸気弁マスク構造は、内燃機関の１つのシリンダに２つの吸気弁が設けられるとともに、これらの吸気弁の最大リフト量を内燃機関の運転状態に応じて制御する可変動弁機構を備えた内燃機関を前提としている。そして、少なくとも一方の吸気弁開口部に、該開口部を円弧形の筒状に囲んで吸気流をシリンダの接線方向に案内するスワール用マスクと、同じく開口部を円弧形の筒状に囲んで吸気流をシリンダの径方向に案内するタンブル用マスクと、が部分的に重複して設けられている。ここで、上記タンブル用マスクの高さ（ＨＴ）は上記スワール用マスクの高さ（ＨＳ）よりも高く、また、吸気弁頭部外周縁から上記タンブル用マスクまでの間隙（ＣＴ）は、吸気弁頭部外周縁から上記スワール用マスクまでの間隙（ＣＳ）よりも大きなものとなっている。
【０００７】
従って、吸気弁の最大リフト量がスワール用マスクの高さよりも小さい低負荷域では、吸気弁の周囲の一部がスワール用マスクによって覆われるため、吸気は該スワール用マスクのない部分からシリンダの接線方向に向かって高速で流出し、スワールが生成される。なお、スワール用マスクと重複していないタンブル用マスクのみの部分では、該タンブル用マスクと吸気弁頭部外周縁との間の間隙がリフト量に対し比較的大きいことから、マスクとしての作用は弱く、従って、吸気流は、上記のようにスワール用マスクに案内されてシリンダの接線方向へ向かう。
【０００８】
吸気弁の最大リフト量がスワール用マスクの高さを越え、かつタンブル用マスクの高さよりも小さい中負荷域では、吸気弁の周囲の一部がタンブル用マスクによって覆われるため、吸気は該タンブル用マスクのない部分からシリンダの径方向に向かって高速で流出し、タンブルが形成される。タンブル用マスクは、吸気弁頭部外周縁との間の間隙が比較的大きいが、このときの吸気量は上述のスワール形成時よりも大であり、リフト量が大きいので、吸気流を所定の方向に案内するマスクとして作用する。
【０００９】
また吸気弁の最大リフト量がタンブル用マスクの高さを越える高負荷域では、各マスクを越えて吸気流が流入するようになり、スワールおよびタンブルの双方とも弱くなる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、スワール用マスクおよびタンブル用マスクを、各々の高さおよび吸気弁頭部外周縁までの間隙を異ならせて同じ吸気弁開口部に設けることにより、可変動弁機構による最大リフト量の可変制御に応じてスワールとタンブルの２種類のガス流動を積極的に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の第１実施例を示す燃焼室の平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図４】スワール生成時の説明図。
【図５】タンブル生成時の説明図。
【図６】この発明の第２実施例をスワール生成時の状態で示す説明図。
【図７】この第２実施例のタンブル生成時の説明図。
【図８】この発明の第３実施例をスワール生成時の状態で示す説明図。
【図９】この第３実施例のタンブル生成時の説明図。
【図１０】図９のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図１１】図９のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図１２】この発明の第４実施例をスワール生成時の状態で示す説明図。
【図１３】この第４実施例のタンブル生成時の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１〜図５は、この発明の第１実施例を示している。各気筒は、いわゆるペントルーフ型の燃焼室を備え、各々の傾斜面に、図１に示すように、一対の吸気弁１，２と一対の排気弁３，４とがそれぞれ配置されており、かつ４つの弁に囲まれた燃焼室中央に点火プラグ５が配置されている。なお、図１の左右方向が図示せぬクランクシャフトの長手方向であり、図の右方が機関前方、図の左方が機関後方となっている。上記吸気弁１，２により開閉される吸気ポート６（図２，図３参照）は、基本的に、クランクシャフトと直交する方向に沿って延びている。
【００１４】
各吸気弁１，２が着座する吸気ポート６先端の開口部７，８の外周には、該開口部７，８を円弧形の筒状に囲んで吸気流をシリンダの接線方向に案内するスワール用マスク９，１０と、同じく開口部７，８を円弧形の筒状に囲んで吸気流をシリンダの径方向（クランクシャフトと直交する方向）に案内するタンブル用マスク１１，１２と、が部分的に重複して設けられている。
【００１５】
これらのマスク９，１０，１１，１２は、図示せぬバルブシートが位置するペントルーフの基準の壁面１３（図２，図３参照）から吸気弁１，２のリフト方向に沿って壁状に立ち上がったものであり、タンブル用マスク１１，１２の高さＨＴは、スワール用マスク９，１０の高さＨＳよりも高く設定されている。また、吸気弁１，２の頭部外周縁とタンブル用マスク１１，１２との間の半径方向の間隙ＣＴは、同じく吸気弁１，２の頭部外周縁とスワール用マスク９，１０との間の半径方向の間隙ＣＳよりも大きく設定されている。
【００１６】
従って、スワール用マスク９，１０とタンブル用マスク１１，１２とが重複して設けられている範囲では、図３に示すように、スワール用マスク９，１０とタンブル用マスク１１，１２とが段差をもった階段状をなしている。
【００１７】
より具体的には、この実施例では、図１において反時計回り方向にスワールを形成するように構成され、このスワール旋回方向において相対的に上流側となる図１左方の吸気弁１については、シリンダの接線方向に吸気流を案内するように図１で左上側の領域にスワール用マスク９が形成され、またクランクシャフトと直交する方向に吸気流を案内するように図１で下側の領域にタンブル用マスク１１が形成される。これらのスワール用マスク９およびタンブル用マスク１１は、例えば、９０°よりも大きくかつ２７０°よりも小さい角度範囲に形成され、基本的には図示のように１８０°前後の角度範囲に形成されている。従って、図１左方の吸気弁１については、スワール用マスク９とタンブル用マスク１１とが重複している範囲は狭い。
【００１８】
これに対し、図１右方の吸気弁２については、シリンダの接線方向に吸気流を案内するように図１で左下側の領域にスワール用マスク１０が形成され、またクランクシャフトと直交する方向に吸気流を案内するように図１で下側の領域にタンブル用マスク１２が形成される。これらのスワール用マスク１０およびタンブル用マスク１２は、同様に、例えば、９０°よりも大きくかつ２７０°よりも小さい角度範囲に形成され、基本的には図示のように１８０°前後の角度範囲に形成されている。従って、図１右方の吸気弁２については、スワール用マスク１０とタンブル用マスク１２との重複範囲が吸気弁１より広い。
【００１９】
また、上記吸気弁１，２は、公知の種々の形式の可変動弁機構を介して開閉駆動され、その最大リフト量を大小に変化させることができるようになっている。可変動弁機構としては、例えば、機械的に開閉駆動される吸気弁１，２のリフト量を拡大・縮小する形式のものであってもよく、あるいは、ソレノイドや圧電素子等によって吸気弁１，２を任意のリフト特性で電気的に開閉駆動する形式のものであってもよい。
【００２０】
ここで、上記可変動弁機構によるリフト量の制御は、基本的には、内燃機関の運転状態（例えば負荷）に応じて最大リフト量が増加するようになされ、低負荷域では、最大リフト量が上記スワール用マスク９，１０の高さＨＳ以下となる。この状態では、吸気弁１，２の周囲の一部がスワール用マスク９，１０によって覆われるため、図４に示すように、吸気は該スワール用マスク９，１０のない部分から矢印Ｓ１，Ｓ２で示すようにシリンダの接線方向に向かって高速で流出し、これにより、矢印Ｓで示す反時計回り方向のスワールが生成される。なお、スワール用マスク９，１０と重複していないタンブル用マスク１１，１２のみの部分では、該タンブル用マスク１１，１２と吸気弁１，２頭部外周縁との間の間隙ＣＴがリフト量に対し比較的大きいことから、マスクとしての作用は弱く、従って、過度の吸気抵抗の増加が生じないとともに、吸気流は、上記のようにスワール用マスク９，１０に案内されてシリンダの接線方向へ向かう。
【００２１】
中負荷域では、最大リフト量が上記スワール用マスク９，１０の高さＨＳを越えるものの、上記タンブル用マスク１１，１２の高さＨＴ以下となる。この状態では、吸気弁１，２の周囲の一部がタンブル用マスク１１，１２によって覆われるため、図５に示すように、吸気は該タンブル用マスク１１，１２のない部分から矢印Ｔ１，Ｔ２のようにシリンダの径方向（クランクシャフトと直交する方向）に向かって高速で流出し、シリンダ内を上下に旋回するタンブルが形成される。タンブル用マスク１１，１２は、吸気弁１，２頭部外周縁との間の間隙ＣＴが比較的大きいが、このときの吸気量は上述のスワール形成時よりも大であり、リフト量が大きいので、吸気流を所定の方向に案内するマスクとして十分に作用し、かつ過度の吸気抵抗の増加が生じない。また、図５左方の吸気弁１では、吸気流Ｔ１がスワール用マスク９と交差するが、スワール用マスク９の高さＨＳはこのときの吸気弁１のリフトよりも低いので、吸気流Ｔ１は、このスワール用マスク９を乗り越えて直進することができる。
【００２２】
また高負荷域となって吸気弁の最大リフト量がタンブル用マスク１１，１２の高さＨＴを越えると、各マスク９，１０，１１，１２を越えて吸気流が吸気弁１，２の全周から流入するようになり、スワールおよびタンブルの双方とも弱くなる。
【００２３】
このように、上記実施例の構成では、吸気弁１，２のリフトを負荷に応じて可変制御することで、シリンダ内に積極的にスワールを生成した状態、シリンダ内に積極的にタンブルを生成した状態、および、シリンダ内にスワールやタンブルを生じさせない状態、の３つの状態に切り換えることができる。
【００２４】
なお、この発明は、必ずしも火花点火式内燃機関に限られるものではない。
【００２５】
次に、図６および図７は、この発明の第２実施例を示している。なお、排気弁３，４および点火プラグ５は図示省略してある。この実施例においては、一方の吸気弁１と他方の吸気弁２との間において、各々のタンブル用マスク１１，１２が互いに連続している。特に、両者を連結する中間部のタンブル用マスク１１Ａは直線状をなし、スワール旋回方向において相対的に上流側となる図左方の吸気弁１の接線方向に延びている。
【００２６】
従って、この実施例では、スワール生成時（つまり吸気弁１，２の最大リフト量が小さいとき）に、吸気弁１から矢印Ｓ１のように流出する吸気流をタンブル用マスク１１が阻害することがなく、この吸気流Ｓ１が中間のタンブル用マスク１１Ａに沿って案内される形となる。そのため、実質的な吸気流Ｓ１の方向がシリンダの接線方向により近くなり、スワールがより強化される。なお、図７は、最大リフト量がスワール用マスク９，１０を越えたタンブル生成時の状態を示し、前述した実施例と同様に、吸気流Ｔ１，Ｔ２によってタンブルが生成される。
【００２７】
次に、図８〜図１１は、この発明の第３実施例を示している。この実施例においては、少なくとも低負荷域での最大リフト量が小さい状態において、２つの吸気弁１，２のリフト量に差が生じるように可変動弁機構が構成されており、スワール旋回方向において相対的に上流側となる図左方の吸気弁１のリフト量が相対的に小さく、かつ他方の吸気弁２のリフト量が相対的に大きく与えられる。これは、図８に示すように、図左方の吸気弁１から矢印Ｓ１のように流出する吸気流がタンブル用マスク１１と干渉することを考慮したものであり、上記のようにリフト量に差を設けることで、タンブル用マスク１２に阻害されない他方の吸気弁２からの吸気量が相対的に大となり、その吸気流Ｓ２によって、より効果的にスワールが生成される。
【００２８】
さらにこの実施例では、図１０および図１１に示すように、２つの吸気弁１，２のリフト量の差に対応して、スワール用マスク９，１０の高さも互いに異なるものとなっており、図左方の吸気弁１についてのスワール用マスク９の高さＨＳ１の方が図右方の吸気弁２についてのスワール用マスク１０の高さＨＳ２よりも低く形成されている。従って、図９のようなタンブル生成時に、吸気弁１における吸気流Ｓ１がスワール用マスク９に阻害されにくくなり、タンブルがより強化される。
【００２９】
なお、中負荷域ないし高負荷域においては、２つの吸気弁１，２のリフト量が同様に差を有するものであってもよく、あるいは同一のリフト量であってもよい。前者の場合には、それに対応して、各々のタンブル用マスク１１，１２の高さＨＴを異なる高さに設定することもできる。可変動弁機構として機械的な可変機構を用いる場合には、一般に前者のようになり、圧電素子等で電気的に開閉駆動する場合には、後者のように低負荷側のスワール生成域でのみリフト量に差を与えることが容易に実現できる。
【００３０】
また、このようなリフト量に差を与える構成を第２実施例のようなタンブル用マスク１１，１２の形状と組み合わせることも可能である。
【００３１】
次に、図１２，図１３は、この発明の第４実施例を示している。この実施例では、スワール旋回方向において相対的に上流側となる図左方の吸気弁１については、上述した第１実施例等と同様に、高さ（ＨＳ，ＨＴ）および間隙（ＣＳ，ＣＴ）の異なるスワール用マスク９およびタンブル用マスク１１が部分的に重複した形で設けられているが、図右方の吸気弁２については、スワール形成とタンブル形成とを兼ねた単一のマスク１５のみが設けられている。このマスク１５は、第１実施例におけるスワール用マスク１０とタンブル用マスク１２とを合わせた角度範囲もしくはこれよりも多少小さい角度範囲に亘って設けられている。その高さは、スワール用マスク９の高さＨＳとタンブル用マスク１１の高さＨＴとの間の適当な値に設定され、同様に、吸気弁２頭部外周縁との間の半径方向の間隙もスワール用マスク９における間隙ＣＳとタンブル用マスク１１における間隙ＣＴとの間の適当な値に設定される。
【００３２】
以上、この発明のいくつかの実施例を説明したが、この発明においては、上述したようにスワール用マスクおよびタンブル用マスクを利用してシリンダ内にスワールもしくはタンブルを選択的に生成することができるが、スワールやタンブルを生成ないし強化する他の手段、例えば吸気通路内に設けられるスワール制御弁やタンブル制御弁等と組み合わせて用いることもできることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３３】
１，２…吸気弁
９，１０…スワール用マスク
１１，１２…タンブル用マスク
【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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