(57)【要約】【課題】  燃焼室内に所望の流れを適切に形成する。【解決手段】  シリンダ１２に開口した開口部２６ａを開閉する傘部３０ａおよび該傘部３０ａの軸線αに対して所定の角度傾斜した方向に延びるステム３０ｂを有する吸気バルブ３０と、該吸気バルブ３０を前記ステム３０ｂの長手方向に進退させる動弁機構３４と、を備えたことを特徴とする。【選択図】  図２
2007040232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダに開口した開口部を開閉する傘部および該傘部の軸線に対して所定の角度傾斜した方向に延びるステムを有する吸気バルブと、
該吸気バルブを前記ステムの長手方向に進退させる動弁機構と、
を備えたことを特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項２】
前記ステムは、前記開口部の中心軸に関し、前記シリンダの軸心とは反対側の領域に延びるように位置付けられていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室に臨む吸気ポートを開閉する吸気バルブと、該吸気バルブを駆動する動弁機構とを備えるエンジンの吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンの燃焼を改善するために、燃焼室へ吸入される空気の流れを制御することが行われている。例えば、特許文献１によれば、吸気バルブと吸気ポート壁面との間の開口部を横切るように吸気バルブを中心として回動可能に整流板を設け、燃焼室への空気に順タンブル傾向の流れ、逆タンブル流あるいはスワール流が形成されるように、この整流板を運転状態に応じて予め定めた位置に回動させることが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３３１６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載のものでは、バルブのリフトに伴って整流板の周囲に隙間が生じるため、例えば逆タンブル流を形成すべく吸気ポートを流れる空気の流れ方向に対して整流板の対向面積が最大となるようにその整流板の向きが設定されている場合、吸気バルブのリフト量が大きくなるに従って、整流板の周囲の隙間から、吸気ポートのシリンダ側壁側に加えて、シリンダ頂部側からも燃焼室へ多くの空気が流れ込む可能性が高くなる。その結果、逆タンブル流の向きに流れる空気と、順タンブル流の向きに流れる空気とが共に生じて、それらが互いに衝突することになり、燃焼室に逆タンブル流が適切に形成されなくなる虞がある。
【０００５】
そこで、本発明は、燃焼室内に所望の流れを適切に形成するための新規な手段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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明によるエンジンの吸気装置は、シリンダに開口した開口部を開閉する傘部および該傘部の軸線に対して所定の角度傾斜した方向に延びるステムを有する吸気バルブと、該吸気バルブを前記ステムの長手方向に進退させる動弁機構と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
上記構成により、吸気バルブが開位置にあるとき、開口部の開口面積が偏向される。すなわち、ステムの傾斜方向の領域の開口面積が、その逆側の領域の開口面積よりも大きくなる。従って、本発明によれば、吸気ポートからの空気または混合気によって燃焼室内に所望の流れを形成することが可能になる。
【０００８】
本発明による前記ステムは、前記開口部の中心軸に関し、前記シリンダの軸心とは反対側の領域に延びるように位置付けられていると良い。この場合には、吸気バルブが開位置にあるとき、開口部のシリンダ壁面側部分がそのシリンダ頂部側部分よりも大きく開くことになる。従って、吸気ポートからの空気はシリンダ壁面側に主として流れることになり、逆タンブル流が燃焼室に適切に形成されることになる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のエンジンの吸気装置によれば、吸気バルブのリフト量に関わらず、適切に燃焼室に逆タンブル流が形成されることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係るエンジンの吸気装置について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、タンブル流とは、概ねシリンダ軸心に対して平行な面内にて旋回する吸入空気の流れで、以下本明細書においては、このうち吸気バルブからシリンダヘッドの燃焼室壁面に沿って対向するシリンダ壁面側に流れ、そのシリンダ壁面に衝突してピストン頂面方向に下降してから再び吸気バルブ側に上昇して戻ってくるものを正タンブル流、これとは逆に吸気バルブからシリンダ壁面に沿ってピストン頂面に向かって下降し、そのシリンダ壁面に対向するシリンダ壁面及びシリンダヘッドの燃焼室壁面を経て吸気バルブ側に戻ってくるものを逆タンブル流と称する。
【００１１】
図１は本発明の実施形態に係るエンジンの吸気装置を適用したエンジン１０周りの平面模式図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿って切断したエンジン１０の部分的な縦断面図である。本実施形態のエンジン１０は＃１〜＃４の４つのシリンダ（気筒）１２を直列に備えたガソリンエンジンである。但し、この例に限らず、エンジンは６気筒や８気筒でもよいし、ディーゼルエンジンでもよいし、Ｖ型エンジンでもよい。本発明が適用されるエンジンは、このようにエンジンのシリンダ数、形式等に特に制限はない。
【００１２】
エンジン１０は、二本のカムシャフトがそれぞれ二つの吸気バルブと二つの排気バルブとを開閉するタイプの４バルブエンジンであり、図１において、エンジン１０の吸気側には吸気マニホルド１０ｕが、またその排気側には排気マニホルド１０ｄが接続されている。なお、図１および図２においてポート噴射用の燃料噴射弁を省略する。
【００１３】
エンジン１０は、４つのシリンダ１２及び冷却水路１４が形成されたシリンダブロック１６と、このシリンダブロック１６の上部に固定されたシリンダヘッド１８とを備えている。シリンダブロック１６においては、各シリンダ１２内に摺動自在にピストン２０が装填されている。このピストン２０にコネクティングロッド２２を介して、エンジン出力軸たる回転自在のクランクシャフト（不図示）が接続されている。
【００１４】
上記シリンダヘッド１８には、各シリンダ１２の燃焼室２４にそれぞれ臨む吸気ポート２６および排気ポート２８が形成されている。シリンダヘッド１８には、吸気ポート２６を開閉する吸気バルブ３０および排気ポート２８を開閉する排気バルブ３２を駆動する動弁機構３４と、燃焼室２４内の混合気を着火させる点火プラグ３６とが組み込まれ、さらにこの点火プラグ３６に火花を発生させるイグニッションコイル（不図示）が搭載されている。動弁機構３４においては、クランクシャフトにより、ベルト（不図示）を介して、シリンダヘッド１８に配置された吸気カムシャフト３８および排気カムシャフト４０が、駆動されるようにされている。
【００１５】
本実施形態において、カムシャフト３８、４０の回転に伴って回転するカム４２、４４は、バルブリフター４６、４８を直接に押すべく、配置されている。図２に示すように、吸気バルブ３０は、バルブガイド５０に挿通されている。吸気バルブ３０は、バルブスプリングリテーナ５１によって圧縮状態に保持されたバルブスプリング５２により、吸気ポート２６を閉じる方向に常時付勢されている。排気バルブ３２も同様にして、バルブガイド５４に挿通され、バルブスプリング５６により排気ポート２８を閉じる方向に付勢されている。従って、カム４２が回動されることにより、吸気バルブ３０は、バルブリフター４６を介して押圧されて、シリンダ１２に開口した開口部、すなわち吸気ポート２６の燃焼室２４への開口部２６ａを開閉する。同様に排気バルブ３２は、排気ポート２８の燃焼室２４への開口部２８ａを開閉する。
【００１６】
本実施形態の吸気バルブ３０は、図３に吸気バルブの拡大図を示すように、シリンダ１２に開口した開口部２６ａを開閉する傘部３０ａおよび、その傘部３０ａの軸線αに対して所定の角度傾斜した方向に延びるステム３０ｂを有している。傘部３０ａの軸線αは、傘部３０ａの中心、すなわちバルブフェース３０ｃの中心Ｏを通り、バルブヘッド３０ｄに平行にその中心Ｏを通る線βと直交している。一方、ステムの軸線γは、線βと鋭角の角度δを形成する。そして、前記動弁機構３４により、吸気バルブ３０は、ステム３０ｂの長手方向、すなわち軸線γの方向に進退可能にされている。
【００１７】
図２によれば、この吸気バルブ３０のステム３０ｂは、シリンダ１２に開口した開口部２６ａの中心軸Ｘに関し、シリンダ軸心Ｙとは反対側の領域に延びるように位置付けられている。傘部３０ａの軸心は開口部２６の中心軸Ｘと一致している。また、カム４２は、シリンダ延長上から逸脱したシリンダヘッド１８上に配置されている。従って、吸気バルブ３０のステム３０ｂは、シリンダ１２のほぼ径方向に向くように、傘部３０ａからシリンダ軸心Ｙに対して離れる方向に延在することになる。カム４２の吸気カムシャフト３８は、吸気ポート２６よりもシリンダ軸心Ｙから離れた位置に配置され、吸気バルブ３０のステム３０ｂはシリンダ軸心Ｙおよび吸気ポート２６を挟んで排気ポート２８とは反対側に位置付けられることになる。
【００１８】
吸気バルブ３０のステム３０ｂの向きを、模式的に図４に示す。シリンダ１２をシリンダ軸心Ｙ上から見た状態を模式的に示す図４によると、吸気バルブ３０のステム３０ｂは、吸気ポート２６の向きに概ね重なり、概ねシリンダ軸心Ｙに向けて進退可能に位置付けられていることが理解される。換言すると、吸気バルブ３０の向きは、その突出時に傘部３０ａがシリンダ軸心Ｙに接近するように位置付けられている。但し、本発明は吸気バルブ３０のステム３０ｂの向きを図４に示した向きに限定するものではなく、吸気バルブ３０の進退移動方向を、シリンダ軸心Ｙ上からの平面視においてシリンダ軸心Ｙからの放射方向と一致させても良い。なお、図４中で吸気バルブ３０と共に示される排気バルブ３２のステム３２ｂでは、その移動方向が、シリンダ軸心Ｙ上からの平面視においてシリンダ軸心Ｙからの放射方向と一致している。
【００１９】
このような吸気バルブ３０の作用について、図５に基づいて以下に記す。図５は、図２における燃焼室２４周辺を拡大して模式的に表した図である。図５においては、吸気バルブ３０がシリンダ軸心Ｙに接近する方向に進まされて、吸気ポート２６の開口部２６ａが開いているところを表している。これによると、吸気バルブ３０は、その開口部２６ａのシリンダ壁面側部分Ｓ１を、そのシリンダ頂部側部分Ｓ２よりも大きく開いていることが理解される。これは、吸気バルブ３０がそのような開位置にあるとき、開口部２６ａの開口面積が偏向されることを意味している。すなわち、ステム３０ｂの傾斜方向の領域の開口面積が、その逆側の領域の開口面積よりも大きくなる。
【００２０】
これにより、吸気ポート２６からの空気は、図５中のシリンダ１２内に矢印で示すように、燃焼室２４内に、開口部２６ａのシリンダ壁面側部分Ｓ１から主として流入することになる。なお、開口部２６ａのシリンダ頂部側部分Ｓ２は、開口部２６ａが開かれていてもほとんど開いていない状態に維持されるので（図５参照）、そのシリンダ頂部側部分Ｓ２から燃焼室２４へはほとんど、あるいは全く空気が流入しないことになる。従って、燃焼室２４への空気は、まず吸気バルブ３０からピストン頂面に向かって下降し、対向するシリンダ壁面及び燃焼室壁面を経て吸気バルブ３０側に戻ってくる流れ、すなわち、逆タンブル流を形成する。
【００２１】
逆タンブル流を形成することによるさらなる効果などを以下に説明する。なお、以下では、上記実施形態における燃焼室２４周りのエンジン１０を模式的に表した図面を、説明に際して用いる。
【００２２】
まず、上記実施形態により逆タンブル流が形成されることにより、圧縮行程後期などに燃焼室２４内の空気あるいは混合気に適切に乱れを発生させることが出来ることを説明する。本実施形態におけるものを説明する前に、その比較対照である従来のエンジンの吸気装置、すなわち傘部の軸心とステムの軸心とが一致する形状の吸気バルブ３０´を有するエンジンの吸気装置を適用した場合について、図６に基づいて説明する。図６には、吸気バルブ３０´がピストン２０側に進ませられ、吸気ポート２６が開かれているところが模式的に示されていて、図６（ａ）における吸気バルブ３０´のリフト量は、図６（ｂ）におけるそのリフト量より小さくされている。そのリフト量が小さい場合には、主としてシリンダ壁面側から燃焼室２４内に空気が入ることが生じ得るが（図６（ａ）の矢印ａ１参照）、リフト量が大きくなるに従ってシリンダ頂部側からも同等の空気が入ることになる（図６（ｂ）の矢印ａ２参照）。従って、両流れａ１、ａ２が相互に干渉して、相殺され得るようになる場合が生じ得るため、燃焼室２４内の混合気に強い流れが形成され難くなり得る。
【００２３】
これに対して、上記の如き実施形態によるものであれば、逆タンブル流が主として燃焼室２４内に形成されるので（図５参照）、燃焼室２４内の混合気に強い流れが形成されることになる。従って、ピストン２０がシリンダヘッド１８側に上昇する圧縮行程後期には、その混合気の強い流れに、ピストン２０による圧縮力が加わることになるので、圧縮行程の進行に伴って逆タンブル流が乱され、シリンダ内の混合気に強い乱れた流れを生じさせることが可能になる（図７の矢印参照）。そして、このように混合気に乱れが生じているところで点火がなされるので、点火後の火炎伝播が促進されて、すなわち燃焼速度が上昇して、より燃焼効率を上げることが可能になる。
【００２４】
さらに、上記実施形態のものによれば別の効果も奏されることになる。例えば図８に示すように燃焼室２４に直接に燃料を噴射する、いわゆる筒内噴射用燃料噴射弁５８が備えられているエンジン１０´において、燃料がピストン２０の頂部へ付着する場合が生じ得る。特に、そのような構成のエンジン１０´で、均質燃焼運転を行っている場合には、吸入行程前半で燃料が燃料噴射弁６０から噴射されるので、燃料噴射弁６０に比較的近い位置にあるピストン２０の頂部に、燃料噴射弁６０から噴射された燃料が付着する可能性がある。このような付着燃料Ｆは、混合気を形成するために用いられない可能性があるので、例えば混合気点火後のスモークを発生させる原因にもなり得て好ましくない（図８（ａ）参照）。しかしながら、上記実施形態によれば、上述の如く、強い流れである逆タンブル流が形成されるので、その流れによって付着燃料Ｆの脱離が促され、燃料付着が抑制されて、燃焼効率を向上させることが可能になる。なお、上述の如く、従来の吸気バルブ３０´を用いたときには混合気に強い流れが生じないので、付着燃料Ｆの脱離が本実施形態によるときよりも劣ることになる。
【００２５】
一方、吸気バルブ３０を上記実施形態のような構成とすると、吸気バルブ３０のピストン２０側への突出量を小さく出来、これにより優れた効果が奏されることになる。これを図９に基づいて説明するが、図９（ａ）は従来の吸気バルブ３０´を備えた場合を、図９（ｂ）は上記実施形態の吸気バルブ３０を備えた場合を示している。図９（ａ）によれば、ピストン２０が上昇した状態で吸気バルブ３０´が開かれる場合、ピストン２０の表面にその接触を防ぐべく、凹部、すなわちリセスＲを設ける必要がある。これは、ピストン頂部の表面積の増加、および燃焼室２４の最小容積の拡大をもたらすことになる。これに対して、上記実施形態に係る吸気バルブ３０を適用したところを示す図９（ｂ）によれば、上述の如く、吸気バルブ３０のピストン２０側への突出量を小さく出来るので、リセスＲをピストン２０の頂部に設ける必要性がなくなり、ピストン２０の表面積が抑えられ、冷却損失を低減することが可能になる。また、吸気バルブ３０のピストン２０側への突出量を小さく出来るので、燃焼室２４の最小容積を小さく出来、シリンダ１２の圧縮比を大きくすることが可能になり、エンジン出力の向上を図れることになる。
【００２６】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したけれども、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明は液体燃料を用いるものに限らず、気体燃料をもちいるエンジンなど、あらゆる火花点火式内燃機関に適用され得る。なお圧縮点火式内燃機関に適用されることを本発明は排除するものではない。また、上記実施形態では、エンジン１０の動弁機構３４は、ベルトにより吸気カムシャフト３８が回動されて吸気バルブ３０が動かされるものとしたが、例えば制御装置からの出力信号で制御されるソレノイドを用いて、吸気バルブ３０を動かすものであっても良く、動弁機構３４には任意の技術を適用することが可能である。また、上記実施形態では４バルブエンジンに本発明を適用したが、例えば２バルブエンジンにも適用可能である。
【００２７】
なお、上記実施形態では、吸気バルブ３０のステム３０ｂを、吸気ポート２６の開口部２６ａの中心軸Ｘに関して、シリンダ軸心Ｙとは反対側の領域に延びるように位置付けることとしたが、これとは正反対に中心軸Ｘに関してシリンダ軸心Ｙ側の領域に延びるように位置付けても良い。このような構成のもとで吸気バルブ３０が動かされると、その開口部２６ａのシリンダ頂部側部分Ｓ２が、そのシリンダ壁面側部分Ｓ１よりも大きく開くことになり、例えば燃焼室２４内に正タンブル流が形成され得るようになる。また、例えば、２バルブエンジンに吸気バルブ３０を適用すると共に、ステム３０ｂをシリンダ軸心Ｙからの放射方向に直交する方向に位置付けることにより、スワール流を実現することも可能である。
【００２８】
なお、上記実施形態および各変形例では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態におけるエンジンの吸気装置を適用したエンジン周りの平面模式図である。
【図２】図１に示すエンジンの一のシリンダ周りの縦断面図である。
【図３】本実施形態に係る吸気バルブの側面図である。
【図４】吸気バルブを一のシリンダに配置した状態を示す、断面平面図である。
【図５】吸気バルブの開いた状態を示す縦断面図である。
【図６】従来のエンジンの吸気装置を用いた状態を示す模式図であり、（ａ）は吸気バルブのリフト量が少ない場合を、（ｂ）は吸気バルブのリフト量が多い場合を示す図である。
【図７】本実施形態に係る燃焼室周りの圧縮行程後期の模式図である。
【図８】本実施形態に係る吸気バルブを適用した状態を示す模式図であり、（ａ）は燃料が付着した状態を、（ｂ）は燃料が脱離した状態を示す図である。
【図９】（ａ）従来の吸気バルブを適用した状態を示す模式図であり、（ｂ）は本実施形態に係る吸気バルブを適用した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  エンジン
１２  シリンダ
１４  冷却水路
１６  シリンダブロック
１８  シリンダヘッド
２０  ピストン
２２  コネクティングロッド
２４  燃焼室
２６  吸気ポート
２６ａ  開口部
２８  排気ポート
３０  吸気バルブ
３０ａ  傘部
３０ｂ  ステム
３２  排気バルブ
３４  動弁機構
３６  点火プラグ
３８  吸気カムシャフト
４０  排気カムシャフト
４２、４４  カム
４６、４８  バルブリフター
５０、５４  バルブガイド
５２、５６  バルブスプリング
５８  筒内噴射用燃料噴射弁
α  傘部の軸線
γ  ステムの軸線
Ｘ  開口部の中心軸
Ｙ  シリンダ軸心
【図１】
2007040232.tif 000003
【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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【図９】
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