(57)【要約】【課題】構造を複雑化することなく燃料霧化の促進効果の高い内燃機関の吸排気構造を提供する。【解決手段】吸気ポート１１を開閉する吸気バルブ１２と、吸気バルブ１２のバルブフェース１２ｅと密着して燃焼室の気密を保つ吸気バルブシート１３と、吸気バルブ１２のバルブステム１２ａを挿通し、その吸気バルブ１２の往復動を案内する吸気バルブガイド１４とを備え、吸気バルブシート１３の熱伝達率は、吸気バルブ１２の熱伝達率よりも小さく、吸気バルブ１２の熱伝達率は、吸気バルブガイド１４の熱伝達率よりも小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートを開閉する吸気バルブと、
前記吸気バルブのバルブフェースと密着して燃焼室の気密を保つ吸気バルブシートと、
前記吸気バルブのバルブステムを挿通し、その吸気バルブの往復動を案内する吸気バルブガイドと、
を備え、
前記吸気バルブシートの熱伝達率は、前記吸気バルブの熱伝達率よりも小さく、
前記吸気バルブの熱伝達率は、前記吸気バルブガイドの熱伝達率よりも小さい、
ことを特徴とする内燃機関の吸気構造。
【請求項２】
請求項１に記載の吸気構造を有する内燃機関の吸排気構造において、
排気ポートを開閉する排気バルブと、
前記排気バルブのバルブフェースと密着して燃焼室の気密を保つ排気バルブシートと、
前記排気バルブのバルブステムを挿通し、その排気バルブの往復動を案内する排気バルブガイドと、
を備え、
前記排気バルブの熱伝達率は、前記排気バルブガイドの熱伝達率よりも小さく、
前記排気バルブガイドの熱伝達率は、前記排気バルブシートの熱伝達率よりも小さい、
ことを特徴とする内燃機関の吸排気構造。
【請求項３】
請求項１に記載の吸気構造を有する内燃機関の吸排気構造において、
排気ポートを開閉し、排気ポートの開孔に直接密着して燃焼室の気密を保つ排気バルブと、
前記排気バルブのバルブステムを挿通し、その排気バルブの往復動を案内する排気バルブガイドと、
を備え、
前記排気バルブの熱伝達率は、前記排気バルブガイドの熱伝達率よりも小さい、
ことを特徴とする内燃機関の吸排気構造。
【請求項４】
吸気ポートに設けられたインジェクタと、
吸気ポートを開閉する吸気バルブと、
前記吸気バルブのバルブフェースと密着して燃焼室の気密を保ち、熱伝導率が前記吸気バルブの熱伝達率よりも小さい吸気バルブシートと、
前記吸気バルブのバルブステムを挿通し、その吸気バルブの往復動を案内し、熱伝達率が前記吸気バルブの熱伝達率よりも大きい吸気バルブガイドと、
を備え、
前記インジェクタは前記吸気バルブの傘裏面に向けて燃料を噴射して燃料の気化を促進する、
ことを特徴とする内燃機関の燃料気化の促進方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の吸排気構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
インジェクタを備えた内燃機関において、燃料を吸気バルブの傘裏面に向けて噴射し、傘裏面の温度を利用して燃料の霧化を促進する吸気構造が提案されている。例えば、特許文献１では、作動流体が流動するウイック部と、作動流体が蒸発して蒸気が移動する蒸発部とを有するヒートパイプを吸気バルブの傘部に内蔵している。ヒートパイプの下部が傘表面から熱を受ける受熱部となり、上部が蒸発した作動流体を凝縮する放熱部となる。このような構造によって、吸気バルブの傘表面で受熱された熱が、ヒートパイプを介して傘裏面に伝導し、その熱によって燃料の霧化が促進されるのである。
【０００３】
さらにバルブステムの内部には軸線方向にわたって空気層が設けられている。この空気層が断熱空間として作用するので、バルブステムにおける熱負荷を軽減することができる。
【０００４】
さらにまたバルブのバルブシートへの当たり面を広くすることで、バルブの熱がバルブシートを介してシリンダヘッドに多く逃げるようにしている。
【特許文献１】実開昭６４−３００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前述した従来の吸気バルブでは、ヒートパイプを吸気バルブの傘部という狭い空間に内蔵するので、ヒートパイプ容量が小さく、熱移動サイクルの効率が低く、燃料霧化の促進効果が小さかった。
【０００６】
また、吸気バルブの傘部という狭い空間にヒートパイプを埋設したり、バルブステムの内部に空気層を形成することは困難であり、製造コストも嵩んでしまう。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、構造を複雑化することなく燃料霧化の促進効果の高い内燃機関の吸排気構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００９】
本発明は、吸気ポート（１１）を開閉する吸気バルブ（１２）と、前記吸気バルブ（１２）のバルブフェース（１２ｅ）と密着して燃焼室の気密を保つ吸気バルブシート（１３）と、前記吸気バルブ（１２）のバルブステム（１２ａ）を挿通し、その吸気バルブ（１２）の往復動を案内する吸気バルブガイド（１４）とを備え、前記吸気バルブシート（１３）の熱伝達率は、前記吸気バルブ（１２）の熱伝達率よりも小さく、前記吸気バルブ（１２）の熱伝達率は、前記吸気バルブガイド（１４）の熱伝達率よりも小さい、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、吸気バルブシートの熱伝達率を吸気バルブの熱伝達率よりも小さくしたので、吸気バルブの傘表面で受熱された熱は、バルブシートへ逃げにくくなり、吸気バルブの内部を伝導して、傘裏面が高温となり、燃料の霧化が促進される。
【００１１】
また、吸気バルブの熱伝達率を吸気バルブガイドの熱伝達率よりも小さくしたので、バルブステムを伝導する熱は、バルブガイドとの挿通部分からバルブガイドへと伝導する。したがって、バルブステムにおける熱負荷を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００１３】
図１は本発明による内燃機関の吸排気構造の一実施形態を示す図である。
【００１４】
吸気バルブ１２は、傘部１２ｂによって吸気ポート１１を開閉し、吸気を制御する。バルブシート１３は、吸気バルブ１２の傘部１２ｂの傘裏面１２ｄに形成されたバルブフェース１２ｅと密着し燃焼室の気密を保つ。吸気バルブ１２の傘表面１２ｃは燃焼室から熱を受熱する。バルブガイド１４は、吸気バルブ１２のバルブステム１２ａを挿通し、吸気バルブ１２の往復動を案内する
吸気ポート１１には、インジェクタ４２が設けられている。このインジェクタ４２は、不図示の燃料供給管（デリバリパイプ）を介して供給される燃料を吸気ポート１１内に噴射する。インジェクタ４２から噴射された燃料は、吸気バルブ１２の傘部１２ｂに当たり霧化が促進される。
【００１５】
排気バルブ２２は、傘部２２ｂによって排気ポート２１を開閉し、排気を制御する。バルブシート２３は、排気バルブ２２の傘部２２ｂの傘裏面２２ｄに形成されたバルブフェース２２ｅと密着し燃焼室の気密を保つ。排気バルブ２２の傘表面２２ｃは燃焼室から熱を受熱する。バルブガイド２４は、排気バルブ２２のバルブステム２２ａを挿通し、排気バルブ２２の往復動を案内する
ピストン３１が上死点の付近では、吸気バルブ１２及び排気バルブ２２が閉弁し、点火プラグ４１によって点火される。
【００１６】
本件発明者は、吸気バルブ及び排気バルブの熱の流れについて解析することによって図２に示す熱流束図を得た。
【００１７】
この熱流束図より明らかなように、バルブ２を伝導する熱には、傘部２ｂの付け根付近の断面Ａ−Ａを境にして下方に伝導する熱と、上方に伝導する熱とがある。
【００１８】
そこで、本件発明者は、この解析結果に基づき、吸気バルブ１２の下方に伝導する熱については、できる限り傘部１２ｂに留めることで、傘裏面１２ｄを高温にしてその熱を利用してインジェクタ４２から噴射された燃料の霧化を促進するようにした。また吸気バルブ１２の上方に伝導する熱については、できる限りバルブステム１２ａからバルブガイド１４に逃がすことで吸気バルブ１２における熱負荷を軽減するようにした。
【００１９】
そこで本発明では、吸気バルブ１２と、バルブシート１３と、バルブガイド１４との熱伝導率の関係を以下のようにしたのである。
【００２０】
【数１】
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【００２１】
従来の吸気バルブ１２、バルブシート１３、バルブガイド１４の材料はいずれも例えば耐熱鋼、焼結合金、鋳鉄等の鋼製である。そこで本発明では、バルブシート１３は従来通り焼結合金とし、吸気バルブ１２は、それよりも熱伝導率の大きい例えばアルミニウム合金製とした。またバルブガイド１４は、吸気バルブ１２よりもさらに熱伝導率の大きくするために、例えば銅合金製とした。
【００２２】
このように、バルブシート１３の熱伝導率を吸気バルブ１２の熱伝導率よりも小さくすることで、吸気バルブ１２の傘表面１２ｃで受熱された熱は、バルブシート１３へ逃げにくくなり、吸気バルブ１２の内部を伝導して、傘裏面１２ｄが高温となり、燃料の霧化を促進できるのである。
【００２３】
その一方で、バルブガイド１４の熱伝導率を吸気バルブ１２の熱伝導率よりも大きくしたので、バルブステム１２ａを伝導する熱は、バルブガイド１４との挿通部分からバルブガイド１４へと伝導する。したがって、バルブステム１２ａにおける熱負荷を軽減できるのある。
【００２４】
なお吸気バルブ１２をアルミニウム合金製とすることで、耐熱鋼製の吸気バルブ（スタンダード(STD)タイプ）に比較して強度の低下が懸念される。そこで形状も見直した。具体的な形状を図３に示す。図３は本発明による吸気バルブの形状を示す図である。図中実線は本発明による吸気バルブを示し、破線は従来の耐熱鋼製の吸気バルブを示す。
【００２５】
図３に示すように、従来バルブの傘裏角度θ１，本発明による吸気バルブ１２の傘裏角度θ２，従来バルブの傘頭厚Ｔ１，本発明による吸気バルブ１２の傘頭厚Ｔ２としたときに以下の関係を満たす。
【００２６】
θ１×２≦θ２≦θ１×３
Ｔ１×２≦Ｔ２≦Ｔ１×３
このように傘部を厚くすることで強度低下を防止することができたのである。
【００２７】
また本件発明者は、図２の解析結果に基づき、排気バルブ２２については、上方に伝導する熱についても下方に伝導する熱についても、できるだけ排気バルブ２２から逃がすことで排気バルブ２２における熱負荷を軽減するようにした。
【００２８】
そこで本発明では、排気バルブ２２と、バルブシート２３と、バルブガイド２４との熱伝導率の関係を以下のようにしたのである。
【００２９】
【数２】
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【００３０】
次に具体的な効果について説明する。
【００３１】
図４は燃費向上効果について説明する図である。図中、黒丸●は従来品であり、白丸○は吸気バルブの材質をアルミニウム合金にしたものである。
【００３２】
吸気バルブの材質を高熱伝導材であるアルミニウム合金に変更することで、吸気バルブの傘裏温度が上昇する（図４（Ａ））。これにより、燃料の霧化を促進でき、未燃率が低下する（図４（Ｂ））。そしてその結果として燃費率が向上した（図４（Ｃ））。
【００３３】
図５はノック改善効果を説明する図である。図中、黒丸●は従来品であり、白丸○は吸気バルブの材質をアルミニウム合金にしたものである。
【００３４】
吸気バルブの材質をアルミニウム合金に変更することで、シリンダ内の熱は傘表面１２ｃから傘裏面１２ｄに伝導しやすくなり、この熱が燃料を霧化する気化熱として消費される。その結果として傘表温度が低下する（図５（Ｂ））。それにともない、シリンダ内の温度が低下し、ノッキングが発生しにくくなる（図５（Ａ））。
【００３５】
図６は冷機時の排ガス低減効果を説明する図である。図中、黒丸●は従来品であり、白丸○は吸気バルブの材質をアルミニウム合金にしたものである。
【００３６】
吸気バルブの材質をアルミニウム合金に変更することで、上述のようにノッキングが発生しにくくなるので（図５（Ａ））、従来品に比べて同じ燃焼安定度の得られる点火時期を遅らせることができる（図６（Ｃ））。点火時期を遅らせることで排温は上昇し（図６（Ｂ））、炭化水素(ＨＣ)の排出量を低減することができる（図６（Ａ））。
【００３７】
図７はフリクション低減効果を示す図である。図中、黒丸●は従来品であり、白丸○は吸気バルブの材質をアルミニウム合金にしたものである。
【００３８】
吸気バルブの材質を耐熱鋼からアルミニウム合金に変更することで、吸気バルブの質量が低下するので、吸気バルブを閉弁するバネのバネ定数を小さくでき、フリクションも低下する（図７）。
【００３９】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００４０】
例えば上述の実施形態では、排気ポート２１にバルブシート２３を有するタイプで説明したが、バルブシート２３を有さず、排気バルブ２２が排気ポート２１の開孔に直接密着するシートレスタイプのものであってもよい。その場合は、排気バルブの熱伝達率を、排気バルブガイドの熱伝達率よりも小さくすることで、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による内燃機関の吸排気構造の一実施形態を示す図である。
【図２】吸気バルブ及び排気バルブの熱の流れを示す熱流束図である。
【図３】本発明による吸気バルブの形状を示す図である。
【図４】燃費向上効果について説明する図である。
【図５】ノック改善効果を説明する図である。
【図６】冷機時の排ガス低減効果を説明する図である。
【図７】フリクション低減効果を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１  吸気ポート
１２  吸気バルブ
１２ａ  バルブステム
１２ｂ  傘部
１２ｃ  傘表面
１２ｄ  傘裏面
１２ｅ  バルブフェース
１３  バルブシート
１４  バルブガイド
２１  排気ポート
２２  排気バルブ
２３  バルブシート
２４  バルブガイド
４２  インジェクタ
【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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