(57)【要約】【課題】  本発明は内燃機関に関し、吸入空気量の低下を招くことなく、吸気ポートから燃焼室内の排気バルブ側への燃料液滴の流入を防止できるようにする。【解決手段】  吸気ポート開口部４２の排気ポート開口部側の周縁部に、燃焼室２の壁面から突出して堰２０を設ける。堰２０の高さを最小リフト時における吸気バルブ８のバルブ裏面８２の高さ以下とすることで、吸入空気量の低下を防止し、少なくとも排気ポート開口部に近接する所定範囲については、堰２０の高さを最小リフト時における吸気バルブ８のバルブフェイス８６の縁部８６ａの高さ以上に設定することで、燃料液滴の排気バルブ側への流入を防止する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の上部壁面に一又は複数の吸気ポート開口部と排気ポート開口部が形成され、前記吸気ポート開口部にリフト量を変更可能な吸気バルブが配置された外部混合気形成式の内燃機関において、
前記吸気ポート開口部の前記排気ポート開口部側の周縁部に、前記壁面から突出して堰が設けられ、
前記堰の高さは、最小リフト時における前記吸気バルブのバルブ裏面の高さ以下であって、少なくとも前記排気ポート開口部に近接する所定範囲については、最小リフト時における前記吸気バルブのバルブフェイス縁部の高さ以上に設定されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記堰の高さは、前記所定範囲から離れるに従って低くなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記吸気バルブは、最小リフト時において上死点よりも遅いタイミングで開弁することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＰＩ等の外部混合気形成式の内燃機関における、燃料液滴の筒内壁面への付着防止技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室の上部壁面には、吸気ポートに連通する開口部と排気ポートに連通する開口部が形成されている。従来、この吸気ポート開口部と排気ポート開口部との間、特に、吸気ポート開口部の周縁部に、燃焼室の上部壁面から突出した堰（マスク）を設ける技術が知られている。
【０００３】
例えば特許文献１に記載された従来技術では、筒内噴射式内燃機関において、筒内での逆タンブル流の制御を目的として堰が設けられている。この従来技術では、吸気バルブはリフト長を二段階に切り換え可能であり、堰の高さは吸気バルブの小リフト時のリフト長よりも高く、大リフト時のリフト長よりも低く設定されている。小リフト時のリフト長よりも高い堰を設けることで、低中速・低中負荷域の成層燃焼領域では、燃焼室内への吸入空気のうち、吸気ポート開口部の排気バルブ側からの流入を堰によって妨げ、これによって、所望の逆タンブル流を形成できるようにしている。
【０００４】
また、特許文献２に記載された従来技術では、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ期間における吸気ポートから排気ポートへの混合気の吹き抜け防止を目的として堰が設けられている。この従来技術では、堰の高さは、上死点における吸気バルブのリフト量と上死点から上死点後に排気バルブが実質的に閉じるまでのクランク角度に０．１５を乗じた値のうちどちらか大きい値以下に設定されている。
【特許文献１】特開平１０−２５２４７７号公報
【特許文献２】特開平５−１５５４号公報
【特許文献３】特開平４−１２１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、今日、吸気バルブの開閉タイミングとリフト量をともに変更可能な可変動弁機構が実用化されている。このような可変動弁機構を備えた内燃機関では、冷間始動時や暖機時に、吸気バルブを小リフト且つ遅開き（上死点よりも遅いタイミングでの開弁）とすることで、筒内のガス流動を促進して燃費を改善することができる。ところが、吸気バルブを遅開きとした場合、筒内はピストンの降下によって既に負圧になっているため、吸気バルブが開くと同時に吸気ポート内には強い負圧が作用する。ＭＰＩ等の外部混合気形成式の内燃機関では、一部の燃料は気化せずに液滴となって吸気ポートの壁面に付着しているため、負圧による高速空気の流れに乗って燃料液滴も筒内に流入してしまい、排気バルブや燃焼室壁面やボア壁面に燃料液滴が付着してしまう。燃焼しなかった燃料液滴は排気バルブの開弁とともにＨＣとして排出されるため、筒内壁面、特に、排気バルブ側の筒内壁面への燃料液滴の付着は可能なかぎり抑制したい。
【０００６】
このような状況において、吸気ポートからの燃料液滴の流入を抑制する手段として堰を考えた場合、上記の従来技術に開示されている何れの堰にも、その高さの設定において問題がある。
【０００７】
まず、堰の高さを高く設定しすぎると、堰が抵抗となって吸入空気量の低下を招いてしまう。上記のような可変動弁機構を備えた内燃機関では、高出力が要求されるときにはリフト量を増大させるが、堰の高さが高いと吸気抵抗によって十分な吸入空気量を得られず、所望の出力を得られなくなってしまう。特許文献１に記載の従来技術では、堰の高さを大リフト時のリフト長よりも低く設定しているものの、やはり堰の高さに応じた吸気抵抗は発生するため、吸気抵抗を考慮するならば可能な限り堰の高さは低くしたい。
【０００８】
特許文献２に記載の従来技術は、吸気バルブと排気バルブがオーバーラップすることを前提としている。通常、吸気バルブと排気バルブがオーバーラップするときには、吸気バルブの開弁タイミングは早開き（上死点よりも早いタイミングでの開弁）となる。早開きの場合には、ピストンが降下していないために吸気ポートに負圧が急激に作用することはなく、吸気ポートの壁面に付着した燃料液滴が筒内に流入する可能性は低い。したがって、堰の高さは、特許文献２に記載の従来技術のように、オーバーラップ期間における吹き抜けが防止できる程度の高さに設定されていればよいことになる。しかしながら、遅開きの場合には、問題になるのは負圧の作用に伴う吸気ポートからの燃料液滴の流入、特に、排気バルブ側への流入であり、吸気バルブが開き吸気ポートに負圧が作用している間は、燃料液滴の流入があると考えるべきである。したがって、特許文献２に記載されている堰の高さでは、燃料液滴の排気バルブ側への流入を確実に防止できない可能性が高い。
【０００９】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、吸入空気量の低下を招くことなく、吸気ポートから燃焼室内の排気バルブ側への燃料液滴の流入を防止できるようにした、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】
【００１０】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃焼室の上部壁面に一又は複数の吸気ポート開口部と排気ポート開口部が形成され、前記吸気ポート開口部にリフト量を変更可能な吸気バルブが配置された外部混合気形成式の内燃機関において、
前記吸気ポート開口部の前記排気ポート開口部側の周縁部に、前記壁面から突出して堰が設けられ、
前記堰の高さは、最小リフト時における前記吸気バルブのバルブ裏面の高さ以下であって、少なくとも前記排気ポート開口部に近接する所定範囲については、最小リフト時における前記吸気バルブのバルブフェイス縁部の高さ以上に設定されていることを特徴としている。
【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記堰の高さは、前記所定範囲から離れるに従って低くなるように形成されていることを特徴としている。
【００１２】
また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記吸気バルブは、最小リフト時において上死点よりも遅いタイミングで開弁することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、少なくとも排気ポート開口部に近接する所定範囲の堰の高さが最小リフト時における吸気バルブのバルブフェイス縁部の高さ以上に設定されているので、吸気ポートから筒内排気バルブ側への燃料液滴の流入は防止される。また、堰の高さは最小リフト時における吸気バルブのバルブ裏面の高さ以下に設定されているので、吸気バルブの大リフト時における吸気抵抗は抑えられ、吸入空気量の低下による出力低下も防止される。
【００１４】
また、第２の発明によれば、所定範囲から離れるに従って堰の高さは低くなるように形成されているので、大リフト時の吸気抵抗はさらに低減される。
【００１５】
また、第３の発明によれば、上死点よりも遅いタイミングで吸気バルブが開弁するので、吸気ポートへの急激な負圧の作用によって筒内に燃料液滴が流入するものの、上記のように堰の高さが設定されることにより、排気バルブ側への燃料液滴の流入は防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
以下、図１乃至図６を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は本発明の実施の形態１としての内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示すように、燃焼室２の上部には吸気ポート４と排気ポート６が連通している。図示は省略するが、吸気ポート４と排気ポート６はそれぞれ２つづつ並んで燃焼室２に連通している。吸気ポート４には、その開口部４２を開閉するための吸気バルブ８が設けられ、排気ポート６には、その開口部６２を開閉するための排気バルブ１０が設けられている。
【００１７】
吸気バルブ８には、可変動弁機構１２が備えられている。可変動弁機構１２は、吸気バルブ８のリフト量と開閉タイミングを同時に可変制御する機構である。ここでは、吸気バルブ８は、図１中に符号８で示す小リフトと、符号８′で示す大リフトの２段階に切り換え可能になっている。図２は吸気バルブ８の開閉タイミングを示す図であり、吸気バルブ８の小リフト時の開閉タイミングは右図で、大リフト時の開閉タイミングは左図で示される。各図に示すように、小リフト時には、吸気バルブ８は上死点（ＴＤＣ）よりも遅く開き下死点（ＢＤＣ）よりも早く閉じる（遅開き早閉じ）。一方、大リフト時には、吸気バルブ８は上死点よりも早く開き下死点よりも遅く閉じる（早開き遅閉じ）。
【００１８】
吸気ポート開口部４２の排気バルブ６側の周縁部には、燃焼室２の上部壁面から突出して堰（マスク）２０が設けられている。図５は図１のＡ方向から見たときの堰２０の形状を示す図である。図５では、２つの吸気ポート開口部４２を区別して４２Ａ，４２Ｂと符号を付している。堰２０は、各吸気ポート開口部４２Ａ，４２Ｂの周縁に沿って形成された堰２０ａ，２０ｂと、これら堰２０ａ，２０ｂを連続的に接続する堰２０ｃから構成されている。本実施形態においては、堰２０の高さ設定が重要であり、以下、図３及び図４を参照しながら堰２０の高さについて詳述する。
【００１９】
図３は本実施形態の内燃機関における吸気バルブ周辺の構造について詳細に示す図である。図３に示すように、吸気バルブ８は、上述の可変動弁機構１２に接続される軸部８８と、軸部８８の先端に取り付けられた弁体８０とから構成されている。弁体８０は、複数の円錐面を組み合わせた形状を有しており、そのうちの一つ円錐面がバルブフェイス８６となっている。吸気ポート４の開口部４２には、弁体８０が着座するバルブシート４４が設けられ、着座時にはバルブフェイス８６がバルブシート４４に接触して吸気ポート４と燃焼室２の連通を遮断するようになっている。バルブフェイス８６と弁体８０の裏面（バルブ裏面）８２とは、円筒に近い別の円錐面８４によって接続されている。
【００２０】
図３において実線で示す弁体８０の位置は小リフト時における弁体８０の位置を示しており、二点鎖線で示す弁体８０の位置は閉弁時における弁体８０の位置を示している。本実施形態における堰２０の高さは、小リフト時における弁体８０の位置を基準にして設定されている。具体的には、堰２０の頂部２２が、小リフト時におけるバルブフェイス８６の縁部８６ａからバルブ裏面８２までの範囲に位置するように設定されている。好ましくは、図３に示すように、堰２０の頂部２２をバルブ裏面８２の高さに一致させるようにする。
【００２１】
上記のように堰２０の高さを設定することで、堰２０と弁体８０の間からの燃料液滴の流入は大幅に抑制され、さらに、図中に矢印で示すように、流入した燃料液滴の排気バルブ６側への速度成分は消失することとなる。図４は比較例を示したものであり、ここでは、小リフト時におけるバルブフェイス８６の縁部８６ａよりも堰３０の頂部３２を低く設定している。この場合は、図中に矢印で示すように、堰３０と弁体８０の間に大きな隙間が生じ、この隙間から流入する燃料液滴は排気バルブ６側に流れてしまう。したがって、堰２０の高さとしては、少なくとも小リフト時におけるバルブフェイス８６の縁部８６ａ以上の高さが必要であることが分かる。
【００２２】
一方、堰２０の高さが小リフト時におけるバルブ裏面８２の高さを超える場合には、そのバルブ裏面８２を超える部分については、燃料液滴の排気バルブ６側への流入を阻害するという観点からは無駄な部分になる。すなわち、小リフト時におけるバルブフェイス８６の縁部８６ａ以上の高さであれば、小リフト時におけるバルブ裏面８２の高さ以下であっても、燃料液滴の排気バルブ６側への流入を十分に阻害することができるからである。逆に、堰２０の高さがバルブ裏面８２の高さを無駄に超えてしまうと、それだけ大リフト時における吸気抵抗が増大してしまうことになる。
【００２３】
したがって、堰２０の高さとしては、小リフト時におけるバルブフェイス８６の縁部８６ａの高さ以上であって、小リフト時におけるバルブ裏面８２の高さ以下であることが望ましい。これによれば、吸気バルブ８の大リフト時における吸気抵抗の増加を最小限に抑えながら、筒内の排気バルブ６側への燃料液滴の流入を防止することができる。図６は本実施形態のように堰２０を設けた場合（マスク有り）と、堰２０を設けない場合（マスク無し）とでＨＣの排出量を比較した図であるが、この図からも分かるように、本実施形態のように堰２０を設けることで、確実にＨＣの排出を低減することができる。
【００２４】
実施の形態２．
以下、図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態は、実施の形態１の内燃機関において、堰２０を設ける範囲の好適例を示すものである。図７は図１において堰２０をＡ方向から見た図に相当する。図７では、２つの吸気ポート開口部４２を区別して４２Ａ，４２Ｂと符号を付している。なお、図中、実施の形態１と同一の要素については同一の符号を用いて示すものとする。
【００２５】
図７中に示す流速分布は、堰２０が設けられていない場合の吸気ポート開口部４２Ａ，４２Ｂから筒内に流入する吸入空気の流速分布である。吸入空気の流速は、吸気ポート開口部４２Ａ，４２Ｂの中心と排気ポート開口部の中心とを結ぶ線Ｌ１上において最大となり、この線Ｌ１上から遠ざかるにつれて次第に低下していく。実施の形態１では、堰２０を単に排気バルブ側の周縁部に設けるようにしているが、本実施形態ではこのような流速分布を考慮して堰２０を設ける範囲を設定している。
【００２６】
本実施形態では、堰２０を設ける範囲を吸気ポート開口部４２Ａ，４２Ｂの排気バルブ側の周縁部で、特に流速の速い範囲に限定している。具体的には、吸気ポート開口部４２Ａの周縁に設ける堰２０ａは、吸気ポート開口部４２Ａの中心を基準にして、２つの吸気ポート開口部４２Ａ，４２Ｂの中心を結ぶ線Ｌ２から排気ポート開口部側に向けて４５度以上の範囲に限定して設け、吸気ポート開口部４２Ｂの周縁に設ける堰２０ｂは、吸気ポート開口部４２Ｂの中心を基準にして、上記線Ｌ２から排気ポート開口部側に向けて４５度以上の範囲に限定して設けている。そして、これら２つの堰２０ａ，２０ｂを堰２０ｃで連続的に接続している。
【００２７】
このように、堰２０を設ける範囲を特に流速の速い範囲に限定することで、堰２０による圧力損失をより低減することができ、特に大リフト時における出力の低下を抑えることができる。
【００２８】
実施の形態３．
以下、図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態は、実施の形態２の内燃機関において、堰２０の高さに変化を持たせる場合の好適例を示すものである。図８は図７において堰２０をＢ方向から見た図に相当する。なお、図中、実施の形態２と同一の要素については同一の符号を用いて示すものとする。
【００２９】
本実施形態では、図８に示すように、堰２０の高さに変化を持たせるようにしている。図８においてＷ１で示す範囲は流速が所定速度を超える範囲であり、各吸気ポート開口部の周縁に沿って形成された堰２０ａ，２０ｂの中で排気ポート開口部に最も近接する部分にあたる。このＷ１の範囲については、堰２０ａ，２０ｂの高さはｈ１に設定されている。ｈ１は、小リフト時におけるバルブフェイスの縁部の高さ以上であって、小リフト時におけるバルブ裏面の高さ以下の高さである。そして、堰２０ａ，２０ｂの高さはＷ１の範囲から離れるに従って徐々に低くなるように設定され、両端部の高さはｈ２（ｈ２＜ｈ１）になる。ｈ２の設定値には限定はないが、ここでは、ｈ１の約半分の高さに設定されている。また、堰２０ａ，２０ｂを接続する堰２０ｃの高さはｈ２に設定されている。
【００３０】
このように、堰２０の高さを特に流速の速い範囲は高くして、その範囲から離れるに従って低くなるように設定することで、堰２０による圧力損失をより低減することができ、大リフト時における出力の低下をさらに抑えることができる。
【００３１】
その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、可変動弁機構は、吸気バルブのリフトを無段階に変更できるものであってもよい。この場合の堰の高さは、最小リフト時における吸気バルブのバルブ裏面の高さ以下であって、最小リフト時における吸気バルブのバルブフェイス縁部の高さ以上に設定すればよい。
【００３２】
また、堰を設ける範囲については、図５や図７に示される範囲に限定されない。堰の高さが最小リフト時における吸気バルブのバルブ裏面の高さ以下であれば、任意に範囲を設定することができる。ただし、少なくとも排気ポート開口部に近接する所定範囲、すなわち、吸気ポート開口から筒内に流入する吸入空気の流速が特に速い範囲については堰は必須であり、この範囲における堰の高さは最小リフト時における吸気バルブのバルブフェイス縁部の高さ以上に設定する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１としての内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１としての内燃機関における吸気バルブの開閉タイミングを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１としての内燃機関における吸気バルブ周辺の構造について詳細に示す図である。
【図４】図３に示す構造に対する比較例を示す図である。
【図５】図１のＡ方向から見たときの堰の形状を示す図である。
【図６】堰を設けた場合（マスク無し）と堰を設けない場合（マスク無し）とでＨＣの排出量を比較した図である。
【図７】本発明の実施の形態２としての内燃機関における堰の設置範囲を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３としての内燃機関における堰の高さ分布を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
２  燃焼室
４  吸気ポート
６  排気ポート
８，８′  吸気バルブ
１０  排気バルブ
１２  可変動弁機構
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  堰
２２  堰の頂部
４２，４２Ａ，４２Ｂ  吸気ポート開口部
４４  バルブシート
６２  排気ポート開口部
８０  弁体
８２  バルブ裏面
８６  バルブフェイス
８６ａ  バルブフェイスの縁部
８８  軸部
【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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