(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグが設けられ燃料と空気の混合気を燃焼させるための燃焼室と燃料を噴射する燃料噴射装置を設けた吸気ポートとを連通する開口部に設けられ、この開口部を開閉する傘部とこの傘部を支持するステム部とで構成された内燃機関用吸気バルブであって、吸気バルブには、前記燃料噴射装置と対向すると共に前記燃料噴射装置からの噴射燃料を流通させる貫通穴が設けられ、この貫通穴は、前記ステム部から前記傘部に跨って開口され燃料の噴射方向である前記燃焼室へ向かう方向に拡がっていることを特徴とする内燃機関用吸気バルブ。
【請求項２】
前記貫通穴の貫通軸線と、前記燃料噴射装置から噴射される噴霧の中心線とを、同一方向に設定したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用吸気バルブ。
【請求項３】
前記吸気バルブのステム部は、前記貫通軸線の方向を長径とする楕円形状、又は少なくとも吸気バルブの中心線より燃焼室側ステム部は、燃焼室側に向かって狭まった流線形の断面形状としたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用吸気バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料噴射装置から吸気ポート内に燃料を噴射する吸気ポート噴射式の内燃機関において、噴射された燃料を吸気バルブのステム部裏側へも拡散することで燃焼室への流入偏りを低減し、混合気の均斉度を向上させて燃費を改善する、また、未燃排出ガスの削減を図ってエミッション特性を改善することができる内燃機関用吸気バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の吸気ポート噴射式の内燃機関においては、燃料噴射装置から噴射された燃料は噴霧のもつ貫徹力でもって燃焼室へと向かう。加えて、吸気バルブが開いた状態で噴射された（以後、吸気行程噴射という）場合においては、噴射された燃料は噴霧の貫徹力よりも強い空気流動に流されながら燃焼室へと流入していく。燃焼室へと向かう燃料は、空気中で燃料ガス化するか、燃焼室と吸気ポートとの間に位置する吸気バルブに衝突し、その表面に付着するか、又はその表面熱で気化して燃料ガス化するか、又は燃料粒子のまま、吸気バルブのステム部を避けるようにして燃焼室へ流入していく。そのため、燃焼室内では流入した燃料ガスと空気が混合して混合気を生成するが、吸気バルブのステム部裏側に相当するエリアには燃料ガスが少ないため燃焼室の混合気の均斉度は良くないものとなる。
このような問題に対しては、吸気ポートに通路壁等を設けてタンブル流を強化し燃焼室の拡散性を増加して混合気の均一性を改善する方法が提案されているが、通路壁を設けることによるコスト上昇等により実用化されているものはほとんどない。
特許文献１の「内燃機関の燃料噴射装置」では、吸気ポートに板形状からなる空気流層生成手段を設けて、噴射燃料を偏向させている（図７ａ参照）。また、特許文献２の「可変動弁機構付きエンジン及びエンジン用吸気バルブ」では、吸気バルブの傘部表面に溝を設けてタンブル流を発生させ、燃焼室内の点火プラグ周りに適正な混合気を供給するようにしている（図７ｂ参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２０２０３３号公報
【特許文献２】特開２０１０−８４６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように従来の吸気ポート噴射式の内燃機関における噴射燃料を偏向させる手段では、吸気バルブのステム裏側に相当するエリアには噴射燃料は回り込まないため、燃焼室内の混合気の均斉度は良くなく、燃費を悪化させることになる。
また噴射燃料を偏向させるために、板形状からなる空気流層生成手段を設けているので、吸気ポートの構造が複雑化し、加工性、組立て性が悪化することでコスト上昇をまねく問題がある。
この発明は、前記のような問題を解消するためになされたものであり、構造が複雑化する空気流層生成手段等を用いずに、吸気バルブの形状を変更するだけで吸気バルブのステム裏側へも噴射燃料を拡散し、燃焼室へ偏りなく燃料を流入することで混合気の均斉度を向上し燃費及びエミッション特性を改善することができるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係わる内燃機関用吸気バルブは、点火プラグが設けられ燃料と空気の混合気を燃焼させるための燃焼室と燃料を噴射する燃料噴射装置を設けた吸気ポートとを連通する開口部に設けられ、この開口部を開閉する傘部とこの傘部を支持するステム部とで構成された内燃機関用吸気バルブであって、吸気バルブには、前記燃料噴射装置と対向すると共に前記燃料噴射装置からの噴射燃料を流通させる貫通穴が設けられ、この貫通穴は、前記ステム部から前記傘部に跨って開口され燃料の噴射方向である前記燃焼室へ向かう方向に拡がっているものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明の内燃機関用吸気バルブによれば、吸気ポート噴射式の内燃機関において、吸気バルブのステム部から傘部にかけて、１つあるいは複数の貫通穴を設けたので、噴射燃料がこの貫通穴を通ってステム部の裏側に至り、燃焼室へと流入することが可能となるため燃焼室内の混合気の均斉度が上がり、燃費やエミッション特性を改善できる。また、吸気ポート内に空気流層生成手段を設けて噴射方向を偏向する従来例の場合と比べて、内燃機関の構造を単純化できるため加工性及び組立て性が改善し、コストも抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】この発明の実施の形態１における内燃機関用吸気バルブにおいて、燃料噴射装置から噴射された燃料の噴霧状態を示した概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１における内燃機関用吸気バルブの拡大図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は噴霧状態を上方から見た上面図である。
【図３】この発明の実施の形態１における内燃機関用吸気バルブの変形例を示す拡大図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は噴霧状態を上方から見た上面図である。
【図４】この発明の実施の形態２における内燃機関用吸気バルブにおいて、燃料噴射装置から噴射された燃料の噴霧状態を示した概略構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２における内燃機関用吸気バルブの拡大図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。
【図６】この発明の実施の形態２における内燃機関用吸気バルブの変形例の拡大図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。
【図７】従来の内燃機関用吸気バルブを示し、（ａ）は特許文献１に記載の図５に相当する断面図、（ｂ）は特許文献２に記載の図４に相当する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。
【０００９】
実施の形態１．
図１〜図３に基づいて実施の形態１における内燃機関用吸気バルブを説明する。
図１は燃料噴射装置から噴射された燃料の噴霧状態を示した概略構成図、図２は内燃機関用吸気バルブの拡大図で、吸気バルブ６の傘部６１からステム部６２にかけて開けられた貫通穴９の形状を示す説明図、図３は内燃機関用吸気バルブの変形例の拡大図で、形状の異なる貫通穴９を示す説明図である。
【００１０】
図１において、実施の形態１の吸気バルブ６を採用した内燃機関は、燃料噴射装置５から燃料が噴射され、その一部が吸気バルブ６内の貫通穴９（後述）を通って燃焼室１へ流入するものである。
また、この内燃機関は、点火プラグ２が設置されて燃料と空気の混合気を燃焼させるための燃焼室１と、この燃焼室１と連通可能な吸気ポート３及び排気ポート４と、燃焼室１と吸気ポート３間を連通する開口部１０を開閉可能とする、傘部６１とステム部６２で構成された吸気バルブ６と、燃焼室１と排気ポート４間の開口部１１を開閉可能とする排気バルブ７と、吸気ポート３に設置されて燃料を噴射する燃料噴射装置５で構成されている。
【００１１】
この実施の形態１の吸気バルブ６では、図２に示すように、吸気バルブ６に向けて噴射した噴射燃料を、吸気バルブ６のステム部６２の裏側に至らしめるために、吸気バルブ６の傘部６１からステム部６２かけて１つ以上の貫通穴９が開けられている（図２では１つの穴が開けられている）。
この貫通穴９は、図２（ｂ）で示されるように貫通方向の延長線上が吸気ポート３の上流側、すなわち燃料噴射装置５から噴射された噴霧８が飛んでくる方向（噴霧方向）に少なくとも向くように傘部６１からステム部６２に跨って開口（１つ以上、図２では１つの穴が開けられている）されている。このように貫通穴９は、燃料噴射装置５から噴射された噴霧８が飛んでくる方向（噴霧方向）に向くように開口されていて、噴射燃料が効果的に貫通穴９内を通るように構成されている。なお、貫通穴９の断面は特に規定するものではなく、多角形でも楕円でもよい。
【００１２】
更には、上面図（ｃ）に示されたように貫通穴９の貫通方向の延長線上が、燃料噴射装置５から噴射された噴霧８の中心線とほぼ一致する方向に開口されている方が望ましい。
このようにステム部６２から傘部６１にかけて開いた貫通穴９の貫通方向の延長線上が、燃料噴射装置５から噴射される噴霧の中心線上とほぼ一致するように構成し、貫通穴方向が噴射された噴霧８の中心線方向を指向している場合、燃料噴射装置５から噴射される燃料は、効率良く貫通穴９を貫通することができ、少しでも多くの噴射燃料を吸気バルブ６のステム部６２の裏側に導くことができ、且つより効果的に噴射燃料を貫通することができる。
【００１３】
また、従来例では吸気バルブ６のステム部６２が盾となりデッドエリアとなるステム部６２の裏側にも、貫通穴９を通過した噴射燃料が至ることになるので、燃焼室１への燃料流入の偏りがなくなり全方向から燃焼室１へ流入することが可能となって、燃焼室内の混合気均質性が改善されることになる。
【００１４】
更に、図３の変形例における貫通穴９は、燃料噴射装置５から噴射された噴霧８が飛んでいく方向（燃焼室１へ向かう方向）に向かうにしたがってラッパ状に拡がって傾斜している。この傾斜は、貫通方向全面が傾斜している必要はなく（図３では全面が傾斜しているが）、貫通穴９の出口部近傍（燃焼室１に近い側）が少なくとも拡がるように形成されていればよい。なお、この傾斜は貫通穴９を形成する内壁面の少なくとも一面に形成されているだけでもよい。
【００１５】
また、図３（ｂ）で示されるように貫通穴９が噴射方向（前記燃焼室へ向かう方向）に拡がって傾斜している場合は、貫通穴９を通った噴射燃料はその出口で広がり吸気バルブ６のステム部６２の裏側で、より広範囲に分布することができる。
この場合も図３（ｃ）で示されるように貫通穴９の貫通方向が噴射された噴霧８の中心線方向を指向していると、より効果的に噴射燃料を貫通することができる。
【００１６】
このように吸気バルブ６のステム部６２から傘部６１にかけて開けた貫通穴９は、噴射方向（前記燃焼室へ向かう方向）に拡がって傾斜しているので、貫通穴９を通過した噴射燃料は、吸気バルブ６のステム部６２裏側の出口において拡がり、ステム部６２の裏側においてより広範囲に分布して燃焼室１へと流入することができるため、燃焼室１への燃料流入の偏りが更に低減されて混合気均質性が改善され、一層燃焼室内の混合気の均斉度を上げることができ、燃焼性を改善することができ、エミッション特性も改善できる。
【００１７】
実施の形態２．
図４〜図６に基づいて実施の形態２における内燃機関用吸気バルブを説明する。図４は燃料噴射装置から噴射された燃料の噴霧状態を示した概略構成図、図５は吸気バルブ６のステム部６２の形状を示した拡大図、図６はステム部６２の形状が異なる吸気バルブの変形例の拡大図である。
【００１８】
図４において、実施の形態２の吸気バルブ６を採用した内燃機関は、燃料噴射装置５から燃料が噴射され、その一部が吸気バルブ６内の貫通穴９を通って燃焼室１へ流入するものである。
内燃機関は、点火プラグ２が設置されて燃料と空気の混合気を燃焼させるための燃焼室１と、燃焼室１と連通可能な吸気ポート３及び排気ポート４と、燃焼室１と吸気ポート３間を連通する開口部１０を開閉可能とする、傘部６１とステム部６２で構成された吸気バルブ６と、燃焼室１と排気ポート４間の開口部１１を開閉可能とする排気バルブ７と、吸気ポート３に設置されて燃料を噴射する燃料噴射装置５で構成されている。
【００１９】
図５における吸気バルブ６のステム部６２は、その一部断面形状が一般的な円形ではなく、中心線より燃焼室側（噴霧が飛んでいく方向）が燃焼室側に向かって狭まった流線形の断面形状６２ａを有している。
また、図６に示す変形例では、中心線より反燃焼室側（噴霧が飛んでくる方向）も狭まった卵形（楕円形）の断面形状６２ｂを有している。
【００２０】
この実施の形態２の吸気バルブ６では、燃料噴射装置５から噴射された燃料が、流線形上に沿って吸気バルブ６のステム部６２の裏側へも拡散して燃焼室１へと流入することができる。したがって、燃焼室への燃料流入の偏りが低減されて混合気均質性が改善されるため、燃焼性を改善することができ、エミッション特性も改善できる。
【００２１】
この実施の形態２の吸気バルブ６によれば、吸気バルブ６のステム部６２が、円形断面でなく、少なくとも中心線より燃焼室側が流線形（燃焼室側に向かって狭まった楕円形状）の断面形状にしたため、吸気バルブ６のステム部６２から傘部６１にかけて穴が開いていなくとも、噴射された燃料を吸気バルブ６のステム部６２の裏側に少しでも多く導くことができる。
【００２２】
実施の形態１、２は、いずれも内燃機関に必要な吸気バルブ６に加工を施すだけで燃料噴霧を吸気バルブ６のステム部６２の裏側へと導くことができるので、噴射燃料を偏向させるための追加部材等を全く必要とせず、改善コストも抑えることができる。
【００２３】
また、この発明は、例えば実施の形態１の図２もしくは図３と、実施の形態２の図５との吸気バルブ６を、組み合わせて実施することも可能である。すなわち、この場合の内燃機関用吸気バルブ（請求項５）は、図示しないが、ステム部に前記貫通穴を設け、この貫通穴以外の吸気バルブ中心線より燃焼室側ステム部を、燃焼室側に向かって狭まった流線形の断面形状とするものである。
【００２４】
なお、この発明は、上記のほか、その発明の範囲内において各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１：燃焼室、  ２：点火プラグ、  ３：吸気ポート、  ４：排気ポート、
５：燃料噴射装置、  ６：吸気バルブ、  ６1：傘部、  ６2：ステム部、
７：排気バルブ、  ８：噴霧、  ９：貫通穴  １０：開口部
【要約】
【課題】構造が複雑化する空気流層生成手段等を用いずに、吸気バルブの形状を変更するだけで吸気バルブのステム裏側へも噴射燃料を拡散し、燃焼室へ偏りなく燃料を流入することで混合気の均斉度を向上し燃費及びエミッション特性を改善する。
【解決手段】点火プラグが設けられ燃料と空気の混合気を燃焼させるための燃焼室と、燃料を噴射する燃料噴射装置を設けた吸気ポートとを連通する開口部に設けられ、この開口部を開閉する傘部とこの傘部を支持するステム部とで構成された内燃機関用吸気バルブであって、吸気バルブには、燃料噴射装置と対向すると共に燃料噴射装置からの噴射燃料を流通させる貫通穴が設けられ、この貫通穴は、ステム部から傘部に跨って開口されている。
【選択図】図１【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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