(57)【要約】【課題】筒内に強いタンブル流を形成でき、また十分な吸気量も確保できる内燃機関を提供する。【解決手段】吸気通路１０にタンブル流制御弁２１が配備され、吸気バルブ３０が開いたときに筒内４にタンブル流ＴＳを形成できる内燃機関１Ａであって、前記吸気バルブ３０は、前記タンブル流制御弁２１により絞られた吸気流ＡＲが当たる傘部裏側に、前記タンブル流を強化するスロープ面が形成されている。バルブ裏平面とバルブ傘面とのなす角を全域で連続的に変化させて、前記スロープ面を形成するようにしてもよい。傘部裏側の形状が吸気流の流れ方向へ沿った流線形状であって、傘部裏面の中心部にステムが固定してある構造としてもよい。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路にタンブル流制御弁が配備され、吸気バルブが開いたときに筒内にタンブル流を形成できる内燃機関であって、
前記吸気バルブは、前記タンブル流制御弁により絞られた吸気流が当たる傘部裏側に、前記タンブル流を強化するスロープ面が形成されている、ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記吸気バルブの傘部裏側には、バルブ裏平面とバルブ傘面とのなす角θを全域で連続的に変化させて、前記スロープ面が形成してある、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記吸気バルブの傘部裏側の形状が吸気流の流れ方向へ沿った流線形状であって、傘部裏の中心部にステムが固定してある、ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内にタンブル流を形成する構造を備えている内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関（エンジン）性能を向上させる技術の１つとして、筒内（燃焼室内）にタンブル流を発生させて燃焼促進を図ることが提案されている。ピストン圧縮工程後半にタンブル流を崩壊させることで、筒内に適度な気流の乱れを形成して燃焼を促進できるのでエンジンの出力向上を図ることができる。
【０００３】
また、一般にタンブル流を形成する効果は、吸入空気量（吸気量）を大幅に絞る低速低負荷時に大きいことが知られている。そして、筒内にタンブル流を形成させる技術としては、吸気通路にタンブル流制御弁（ＴＣＶ）を配置する手法を採用する技術（例えば特許文献１）や、吸気通路の形状を工夫してタンブル流を形成する技術（例えば特許文献２）などのように種々の提案があった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１６１６３３号公報
【特許文献２】特開２００５−２４０６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前者のようにタンブル流制御弁を採用する内燃機関では、筒内へ吸気が吸入されるときに十分なタンブル流を形成できない場合がある。吸気ポート内における配置上の制限などから、タンブル流制御弁を吸気バルブの近傍に取付けることには限界がある。その結果、タンブル流制御弁を吸気弁からある程度離れた位置に配設せざるを得ない。そのために、タンブル流制御弁で絞った吸気を有効に活用できず筒内に強いタンブル流を効率良く形成できない場合がある。
【０００６】
また、後者のように吸気通路の形状を工夫してタンブル流を形成する場合、タンブル流の強化と吸気量確保とが背反する関係となる。前述のように低速低負荷時は流量を抑えた強いタンブル流を筒内に形成するのが好ましい。しかし、高速高負荷のときには、筒内へ一定以上の吸気流を供給したい。すなわち、吸気量を確保したいという要請がある。よって、低負荷時におけるタンブル流向上の要求と高負荷時における流量確保の要求という背反する要求の妥協点を探ってポート形状を決定しているのが現状である。よって、吸気通路の形状では、強いタンブル流及び必要な吸気量のどちらも満足できる内燃機関を提供するのに困難がある。
【０００７】
よって、本発明の目的は、筒内に強いタンブル流を形成でき、また十分な吸気量も確保できる内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、吸気通路にタンブル流制御弁が配備され、吸気バルブが開いたときに筒内にタンブル流を形成できる内燃機関であって、前記吸気バルブは、前記タンブル流制御弁により絞られた吸気流が当たる傘部裏側に、前記タンブル流を強化するスロープ面が形成されていることを特徴とする内燃機関により達成できる。
【０００９】
また、前記吸気バルブの傘部裏側には、バルブ裏平面とバルブ傘面とのなす角θを全域で連続的に変化させて、前記スロープ面を形成するようにしてもよい。
【００１０】
また、前記吸気バルブの傘部裏側の形状が吸気流の流れ方向へ沿った流線形状であって、傘部裏の中心部にステムが固定してある構造としてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、筒内に強いタンブル流を形成でき、また十分な吸気量も確保できる内燃機関を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る内燃機関について説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、実施例１に係る内燃機関１Ａの概略構成を模式的に示した図であり、（Ａ）は強いタンブルを形成させるとき、（Ｂ）は吸気量を確保するときについて示した図である。
【００１４】
内燃機関１Ａは従来の内燃機関と同様に、シリンダ２内にピストン３が上下動自在に配置されている。ピストン３の上面３ａより上方の空間が燃焼室（筒内）４となっている。燃焼室４には、吸入空気（以下、吸気ＡＲとする）を供給する吸気通路となる吸気ポート１０が接続されている。燃焼室４には点火プラグが配備され、また内部で発生した排気ガスを排出するための排気ポートなどが一般的な内燃機関の場合と同様に設けられているが、これらは本発明と直接に関係しない構造部分であるのでここでの図示を省略している。
【００１５】
上記吸気ポート１０内には、タンブル流形成装置２０が配備されている。タンブル流形成装置２０は筒内に正タンブル流ＴＳを形成するように、吸気ポート１０内の下面側に配設されている。なお、ここで正タンブル流ＴＳとは燃焼室４内を上から下へ旋回する縦渦流である。図１で示すように時計回りのタンブル流が正タンブル流ＴＳである。よって、反時計回りのタンブル流は逆タンブルと称する。
【００１６】
タンブル流形成装置２０は、弁体２１とこれを開閉駆動するアクチュエータ２２を含んでいる。弁体２１は大略の形状が矩形の平板状であり、支軸２３を中心に回動する。そして、図１（Ａ）で示すように、弁体２１が吸気ポート１０内で斜めに起き上がった姿勢となり吸気ＡＲを絞ったときに燃焼室４内に強い正タンブル流ＴＳを形成するようにしてある。そして、（Ｂ）で示すように、弁体２１が吸気ポート１０の壁面と平行な寝た姿勢となり吸気ＡＲの流路を開放したときは燃焼室４内に十分な流量の吸気を供給できるようにしてある。
【００１７】
アクチュエータ２２は、内燃機関１Ａを全体的に制御するＥＣＵ（Electronic  Control  Unit：電子制御装置）２５によって駆動が制御されている。ＥＣＵ２５は内燃機関の各部に配置した種々のセンサからの出力などを参照して、内燃機関の状態に応じてアクチュエータ２２を制御する。
【００１８】
ところが、前述したようにタンブル流形成装置２０を燃焼室に近づけて配備するのには構造上の制限などがあるので、弁体２１でせっかく絞った吸気ＡＲを活用して筒内にタンブル流を形成できない場合がある。そこで、本実施例の内燃機関１Ａには、この課題を解決するために特殊な形状の吸気バルブ３０が配備してある。
【００１９】
図２は、吸気バルブ３０を取り出して示した図である。この図２は中央の立面図を中心として、前後の正面及び背面図、並びに左右側面図の５方向から吸気バルブ３０を示している。立面図で示すように、吸気バルブ３０は円板状の傘部３１の中央にステム３２を固定した一般的な形状である。ただし、この吸気バルブ３０の傘部裏側の形状は、一般的なドーム型の対称形状とは異なり、スロープ面が連続的に変化する流線形状に形成してある。そして、この吸気バルブ３０は、図１（Ａ）で示すように、流線形状の下流側、すなわち他の領域より相対に肉薄である領域に弁体２１で流れを絞られた吸気ＡＲが当たるように配備されている。このスロープ面は当たった吸気が、燃焼室４内で強いタンブル流を形成できるように形状が設計されている。吸気バルブ３０は、傘部裏側の形状が吸気流の流れ方向へ沿った流線形状となっている。
【００２０】
図２で示すようにバルブ裏平面とバルブ傘面とのなす角をθとしたときに、バルブ傘裏の形状はθを連続的に変化させた特異形状である。図２で示す吸気バルブ３０は、なす角θを３０＜θ＜６０とした場合である。ここで傘部の周方向角度の変化に応じて上記角度θを連続的に変化させることで傘裏形状を滑らかなものとしてある。この傘裏形状の盛り上がった形状は、上記のように大略において流線形状でありステム３２が中央に立設固定された状態となる。
【００２１】
なお、図２で示すように傘部３１の傘裏形状は、例えば周方向角度Ｘを設定し、角θを３０＜θ＜６０とした場合に
（１）  ０≦Ｘ≦１８０
θ１＝３０＋（３０×Ｘ）／１８０
θ２＝６０−（３０×Ｘ）／１８０
（２）  １８０≦Ｘ≦３６０
θ１＝９０−（３０×Ｘ）／１８０
θ２＝（３０×Ｘ）／１８０
という条件で設定することができる。
【００２２】
従来の吸気バルブは傘部分が大略においてドーム型、或いはキノコ傘型で、中央に丸棒（円筒形状）が固定され、傘部が回転することを想定した構造である。しかし、実施例の内燃機関１Ａの吸気バルブ３０の場合は、前述した説明から明らかなように傘部３１を一定位置として開閉することが求められる。図３、４にその詳細を示す。図３は、吸気バルブの取付け状態を示した図である。また、図４は、図３のバルブステム３２部分を拡大して示した模式図である。
【００２３】
図３で示すように、吸気バルブ３０はシリンダヘッド３９に圧入されたバルブガイド３８に挿入されている。バルブ３０のバルブステム３２はコッタ３４によってアッパスプリングシート３３に固定されている。また、バルブガイド３８の先端にはオイルシールが設けられている。バルブスプリング３６はアッパスプリングシート３３とロアスプリングシート３７との間に取付けられ、バルブ３０を閉じる役目を果している。
ここで、図４で示すようにバルブ３０を一定位置にするための工夫として、バルブステム３２は断面形状が長方形形状などの角形状にし、バルブステム３２を固定するコッタ３４およびアッパスプリングシート３３形状も同様に角形状とされている。また、図４での図示は省略するがバルブステム３２を挿入するバルブガイド３８および、オイルシール部分も同様に角形状に形成してある。これによって、バルブステム３２の回転を止めることができる。
【００２４】
以上で説明した、実施例１の内燃機関１Ａは、吸気ポート１０内にタンブル流形成装置２０が配備されているので弁体２１を起き上がりの姿勢にすることで燃焼室４（筒内）にタンブル流を形成できる。そして、特に吸気バルブ３０の傘部３１の裏側にはスロープ面が形成してあるので、筒内に形成するタンブル流を強化でできる。すなわち、図１（Ａ）で示す状態は、内燃機関１Ａが低負荷低速運転の状態にあり強いタンブル流を形成した場合であるが、このときに筒内に吸気量を抑えた、強いタンブル流ＴＳを形成できる。
【００２５】
そして、図１（Ｂ）で示す状態は、内燃機関１Ａが高負荷高速速運転の状態にあり吸気量を確保した場合であるが、このときには弁体２１を寝かす姿勢とし弱いタンブル流ＴＳで十分な量の吸気を筒内に供給できる。前述のように吸気バルブ３０の傘部側は全体として流線形であるので、この場合にも吸気流を筒内にスムーズに誘導できる。
【００２６】
以上の説明から明らかなように、内燃機関１Ａは筒内に強いタンブル流を形成でき、また必要なときには十分な吸気量も確保できる内燃機関として提供できる。しかも、本発明は、従来の吸気ポートにタンブル流形成装置を備えている内燃機関の吸気バルブ形状を変更することにより実現できるので、簡単な変更、低コストで実行することができる。
【実施例２】
【００２７】
図５は、実施例２に係る内燃機関１Ｂの概略構成を模式的に示した図である。前記実施例１の内燃機関１Ａが正タンブル流を形成する内燃機関であったのに対して、この内燃機関１Ｂは逆タンブル流を形成するように構成してある点が異なる。図５でも、図１と同様に、（Ａ）は強いタンブルＣＴＳを形成させるとき、（Ｂ）は吸気量を確保するときについて示している。
【００２８】
なお、実施例２の説明では、図５で実施例１の内燃機関１Ａと同じ部位に同一の符号を付すことで重複する説明を省略する。内燃機関１Ｂの場合も、筒内に強い逆タンブル流ＣＴＳを形成でき、また必要なときには十分な吸気量も確保できる内燃機関として提供できる。
【００２９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例１に係る内燃機関１Ａの概略構成を模式的に示した図であり、（Ａ）は強いタンブルを形成させるとき、（Ｂ）は吸気量を確保するときについて示した図である。
【図２】吸気バルブを取り出して示した図である。
【図３】吸気バルブの取付け状態を示した図である。
【図４】図３のバルブステム部分を拡大して示した模式図である。
【図５】実施例２に係る内燃機関１Ｂの概略構成を模式的に示した図であり、（Ａ）は強いタンブルを形成させるとき、（Ｂ）は吸気量を確保するときについて示した図である。
【符号の説明】
【００３１】
１（１Ａ、１Ｂ）                内燃機関
２                              シリンダ
４                              燃焼室
１０                            吸気ポート（吸気通路）
２０                            タンブル流形成装置
２１                            弁体
２５                            ＥＣＵ
３０                            吸気バルブ
３１                            傘部
３２                            ステム
ＡＲ                            吸気
ＴＳ                            正タンブル流
ＣＴＳ                          逆タンブル流
【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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