(57)【要約】【課題】強いタンブル流を発生させることが可能な内燃機関を提供することを課題とする。【解決手段】シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに設けられた吸気ポートを開閉する吸気バルブと、前記シリンダヘッドに設けられた複数の排気ポートを開閉する排気バルブと、を具備し、前記シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドが取り付けられるシリンダブロックとは燃焼室を形成し、前記シリンダヘッドの表面は前記燃焼室の内面を形成し、前記シリンダヘッドの表面のうち、前記複数の排気ポート間の部分は、それ以外の部分に比べて、前記燃焼室とは反対側に窪み、前記排気バルブの前記燃焼室側の表面は、前記燃焼室とは反対側に窪んでいる内燃機関。【選択図】図２
2019132219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドに設けられた吸気ポートを開閉する吸気バルブと、
前記シリンダヘッドに設けられた複数の排気ポートを開閉する排気バルブと、を具備し、
前記シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドが取り付けられるシリンダブロックとは燃焼室を形成し、
前記シリンダヘッドの表面は前記燃焼室の内面を形成し、
前記シリンダヘッドの表面のうち、前記複数の排気ポート間の部分は、それ以外の部分に比べて、前記燃焼室とは反対側に窪み、
前記排気バルブの前記燃焼室側の表面は、前記燃焼室とは反対側に窪んでいる内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノッキングの抑制および燃費改善などのため、燃焼室内にタンブル流を発生させる。吸気の流速を高めることで、強いタンブル流を発生させる内燃機関が開発されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１６９６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし吸気が吸気バルブの傘部に跳ね上げられ、さらに排気バルブなどに衝突することで下方向に流れてしまい、シリンダボアの壁面付近まで到達できないことがある。この結果、強いタンブル流が形成されない。そこで、強いタンブル流を発生させることが可能な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】
【０００５】
上記目的は、シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに設けられた吸気ポートを開閉する吸気バルブと、前記シリンダヘッドに設けられた複数の排気ポートを開閉する排気バルブと、を具備し、前記シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドが取り付けられるシリンダブロックとは燃焼室を形成し、前記シリンダヘッドの表面は前記燃焼室の内面を形成し、前記シリンダヘッドの表面のうち、前記複数の排気ポート間の部分は、それ以外の部分に比べて、前記燃焼室とは反対側に窪み、前記排気バルブの前記燃焼室側の表面は、前記燃焼室とは反対側に窪んでいる内燃機関によって達成できる。
【発明の効果】
【０００６】
強いタンブル流を発生させることが可能な内燃機関を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１（ａ）は内燃機関を例示する模式図であり、図１（ｂ）はシリンダヘッドの平面図である。
【図２】図２はシリンダヘッドを拡大した模式図である。
【図３】図３（ａ）は排気バルブを拡大した図であり、図３（ｂ）は排気バルブの下面図である。
【図４】図４（ａ）は第１変形例に係るシリンダヘッドを例示する模式図である。図４（ｂ）は第２変形例に係るシリンダヘッドを例示する模式図である。
【図５】図５は第３変形例に係るシリンダヘッドを例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（実施形態）
以下、図面を参照して本実施形態の内燃機関１００について説明する。図１（ａ）は内燃機関１００を例示する模式図であり、図１（ｂ）はシリンダヘッド１０の平面図である。Ｚ軸方向は上下方向であり、シリンダボアの延伸方向である。Ｙ軸方向は吸気ポート１２と排気ポート１４とが並ぶ方向であり、＋Ｙ側がＥｘ側である。Ｘ軸方向は、不図示のクランクシャフトの延伸方向であり、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に直交する。
【０００９】
図１（ａ）に示す内燃機関１００は、例えば自動車などに搭載されるガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンなどであり、４バルブエンジンである。内燃機関１００は、シリンダヘッド１０およびシリンダブロック１１を備える。シリンダヘッド１０はシリンダブロック１１の上側に取り付けられ、シリンダヘッド１０、シリンダブロック１１およびピストン１５により燃焼室２０が形成される。燃焼室２０内においてピストン１５が上下に往復運動する。吸気ポート１２は吸気バルブ１６の移動により開閉する。排気ポート１４は排気バルブ１８の移動により開閉する。
【００１０】
図１（ｂ）に示すように、シリンダヘッド１０は１つのシリンダボアに対して２つの吸気ポート１２と２つの排気ポート１４とを有する。吸気ポート１２は不図示の吸気通路に接続され、排気ポート１４は不図示の排気通路に接続される。
【００１１】
図２はシリンダヘッド１０を拡大した模式図である。図２に示すように、シリンダヘッド１０の下側の面２２は燃焼室２０の上側の内面を形成し、Ｚ軸方向に対して傾斜する（ペントルーフ）。吸気バルブ１６が開くと、吸気が吸気ポート１２から燃焼室２０内に流入する。吸気が燃焼室２０内において、図１（ａ）および図２の矢印Ｔで示す縦方向の渦流、いわゆるタンブル流を形成することで、ノッキングが抑制され、燃費が改善する。特に回転半径およびモーメントが大きい、強いタンブル流が有効である。強いタンブル流を形成するには、吸気が燃焼室２０内の位置１７（シリンダボアのＥｘ側端部、図１（ｂ）参照）に到達することが好ましい。
【００１２】
本実施形態では、シリンダヘッド１０の面２２（燃焼室２０の上側の内面）に窪み２４が設けられている。図２に示すように、窪み２４は、面２２のうち上側（＋Ｚ側、燃焼室２０とは反対側）に窪んだ部分である。また図１（ｂ）に示すように、窪み２４は、２つの隣り合う排気ポート１４の間に位置する。
【００１３】
図３（ａ）は排気バルブ１８を拡大した図であり、図３（ｂ）は排気バルブ１８の下面図である。図３（ａ）に示すように、排気バルブ１８の傘部１８ａの下面（燃焼室２０側の面）に、窪み１８ｂおよびディンプル１８ｃが設けられている。窪み１８ｂおよびディンプル１８ｃは、どちらも燃焼室２０とは反対側にへこんだ部分である。窪み１８ｂは例えば面２２の窪み２４と同じ曲率を有し、排気バルブ１８が閉じた際に傘部１８ａの下面と面２２とは同一平面を形成する。
【００１４】
図２に示すように、吸気バルブ１６が開弁することで、吸気が燃焼室２０内に流れ込む。このとき、吸気は吸気バルブ１６の傘部１６ａの上面で跳ね上げられる。本実施形態によれば、燃焼室２０の上面（面２２）に窪み２４が設けられ、排気バルブ１８の傘部１８ａには窪み１８ｂが設けられている。このため、図２に示すように、跳ね上げられた吸気は面２２に沿って流れ、位置１７に到達しやすくなる。これにより吸気の半径およびモーメントが大きくなり、強いタンブル流が形成される。この結果、燃焼室２０内での燃焼速度が速くなり、燃焼効率が向上する。したがって内燃機関１００の出力の向上、ノッキングの抑制および燃費の改善などが可能である。
【００１５】
窪み１８ｂおよび２４が設けられていない場合、跳ね上げられた吸気は面２２に衝突し、下方向に流れてしまい、位置１７に到達しにくくなる。したがって吸気の半径およびモーメントが小さくなり、タンブル流が弱くなる。本実施形態では吸気が窪み１８ｂおよび２４に引き込まれるように流れ、面２２に沿って位置１７まで流れ込む。このため強いタンブル流が形成される。タンブル流を強めるために吸気ポート１２の径を縮小しなくてよいため、吸気量が増大する。吸気量を増加させ、かつ強いタンブル流を形成することで、内燃機関の燃費および出力が向上する。
【００１６】
特に、面２２の窪み２４と排気バルブ１８の窪み１８ｂとが、上に凸の１つの曲面を形成することが好ましい。例えば窪み１８ｂおよび２４は円弧を形成する。これにより吸気の流れが阻害されにくくなり、より強いタンブル流が形成される。
【００１７】
面２２のうち、複数の排気ポート１４の間の部分が、それ以外の部分に比べて、燃焼室２０とは反対側に窪んでいればよい。窪み２４は排気ポート１４間の部分全体に設けられてもよいし、排気ポート１４間の一部に設けられてもよい。
【００１８】
本実施形態では４バルブエンジンを例としたが、バルブの数は変更可能である。吸気ポート１２および排気ポート１４の数は変更可能である。例えば排気ポート１４が３つ以上の場合、隣り合う排気ポート１４の間ごとに窪み２４を設ければよい。
【００１９】
図３（ｂ）に示すように、複数のディンプル１８ｃが傘部１８ａの下面全体に設けられてもよい。吸気は複数のディンプル１８ｃに引き込まれるように流れる。これにより吸気が位置１７まで導かれ、より強いタンブル流が形成される。複数の排気バルブ１８のそれぞれに窪み１８ｂおよびディンプル１８ｃを形成してもよい。複数の排気バルブ１８のうち少なくとも１つに窪み１８ｂおよびディンプル１８ｃを形成してもよい。排気バルブ１８にディンプル１８ｃを設けず、窪み１８ｂのみを設けてもよいが、強いタンブル流の形成のためには窪み１８ｂとともにディンプル１８ｃも設けることが好ましい。
【００２０】
（第１変形例）
図４（ａ）は第１変形例に係るシリンダヘッド１０ａを例示する模式図である。上記の構成と同じ構成については説明を省略する。図４（ａ）に示すように、吸気バルブ１６の傘部１６ａの下面に窪み１６ｂおよびディンプル１６ｃが設けられている。窪み１６ｂおよび複数のディンプル１６ｃにより吸気が吸い寄せられるように流れ、強いタンブル流が形成される。ピストン１５の上死点では吸気バルブ１６および排気バルブ１８が閉弁し、吸気は燃焼室２０の面２２、吸気バルブ１６および排気バルブ１８の下面に沿って流れる。強いタンブル流が形成されるため燃焼が速くなり、燃費が改善し、かつ大きな出力が得られる。
【００２１】
（第２変形例）
図４（ｂ）は第２変形例に係るシリンダヘッド１０ｂを例示する模式図である。上記の構成と同じ構成については説明を省略する。図４（ｂ）に示すように、吸気バルブ１６の傘部１６ａの上面が平坦である。吸気が傘部１６ａにより強く跳ね上げられ、タンブル流も強くなる。吸気バルブ１６の強度を向上させるため、傘部１６ａの中央部を周縁部よりも厚くすることが好ましい。すなわち、傘部１６ａは頂点を燃焼室２０側に向けた円錐形状である。
【００２２】
（第３変形例）
図５は第３変形例に係るシリンダヘッド１０ｃを例示する模式図である。上記の構成と同じ構成については説明を省略する。図５に示すように、吸気バルブ１６の傘部１６ａは下に凸の形状を有する。すなわち、傘部１６ａの上面の中央部は、周縁部に比べて、燃焼室２０側に突出する。言い換えれば、傘部１６ａは中空の円錐形状である。凹んだ上面により吸気が強く跳ね上げられ、タンブル流も強くなる。傘部１６ａの厚さは一定でもよいが、吸気バルブ１６の強度を向上させるため傘部１６ａの中央部を周縁部よりも厚くすることが好ましい。
【００２３】
上記のいずれの例においても、吸気ポート１２は直線に近い形状であることが好ましい。吸気ポート１２を通った吸気が、吸気バルブ１６の傘部１６ａで跳ね上げられ、燃焼室２０内において面２２に沿った流れが形成されやすくなる。このため、吸気バルブ１６が着座する部分であるバルブシートがレーザクラッドバルブシートであるか、シリンダヘッドがシートレスであることが好ましい。
【００２４】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ    シリンダヘッド
１１                            シリンダブロック
１２                            吸気ポート
１４                            排気ポート
１５                            ピストン
１６                            吸気バルブ
１６ａ、１８ａ                  傘部
１６ｂ、１８ｂ、２４            窪み
１６ｃ、１８ｃ                  ディンプル
１７                            位置
１８                            排気バルブ
２０                            燃焼室
２２                            面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2019132219.tif 000006
【図５】
2019132219.tif 000007