(57)【要約】      （修正有）【課題】吸気バルブの開弁初期における有効開口面積の減少を抑えつつ、吸気ポートにおいて排気ポートに近接する部位とは反対側の部位から燃焼室内に向かう気流を強化する。【解決手段】吸気ポート１８ａと排気ポートを近接して設ける。吸気ポート１８ａの排気側の開口部には、排気側の位置に、傘部３４ａの側面を覆うようにして開弁方向に延びる突出壁部５２が形成されている。突出壁部５２は吸気バルブ３４の最大リフト量よりも低く設定されている。突出壁部５２の内周面には、閉弁状態にある時の傘部３４ａの側面と対向する位置に、当該内周面に沿って吸気バルブ３４の中心軸線と直交する方向に延びる気流案内溝５４が形成されている。気流案内溝５４の幅は、傘部３４ａの側面において気流案内溝５４に対向する部分の幅よりも狭く形成されている。気流案内溝５４の両端は、吸気側に向けて開放されている。【選択図】図２
2013072390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドに形成され、燃焼室に開口する吸気ポートと、
前記吸気ポートに近接する位置において前記シリンダヘッドに形成され、前記燃焼室に開口する排気ポートと、
前記吸気ポートにおける前記燃焼室側の開口部を開閉する吸気バルブと、
前記排気ポートにおける前記燃焼室側の開口部を開閉する排気バルブと、を備え、
前記シリンダヘッドにおける前記吸気ポートの前記開口部は、前記吸気バルブの傘部と接した際に前記吸気ポートの当該開口部を閉状態とするバルブシート部を有し、
前記シリンダヘッドにおける前記吸気ポートの前記開口部には、前記バルブシート部よりも前記燃焼室側であって前記排気ポート側の位置に、前記吸気バルブの前記傘部の側面を覆うようにして前記吸気バルブの開弁方向に延びる突出壁部が形成されており、
前記突出壁部の高さは、閉弁時に前記吸気バルブの前記傘部が前記バルブシート部と接する位置を基準として、前記吸気バルブの最大リフト量よりも低く設定されており、
前記突出壁部の内周面には、閉弁状態にある時の前記吸気バルブの前記傘部の前記側面と対向する位置に、当該内周面に沿って前記吸気バルブの中心軸線と直交する方向に延びる気流案内溝が形成されており、
前記気流案内溝の幅は、前記吸気バルブの前記傘部の前記側面において前記気流案内溝に対向する部分の幅よりも狭く形成されており、
前記気流案内溝の両端は、前記吸気ポートの前記開口部における前記排気ポートに近接する部位と反対側の部位に向けて開放されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記吸気バルブと前記バルブシート部との接触長さは、前記吸気バルブの前記中心軸線を含む任意の縦断面において、前記排気ポートに近い側の部位の方が、当該排気ポートから遠い側の部位よりも長くなるように設定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】
前記内燃機関は、過給機付きの内燃機関であって、
前記排気バルブの開弁期間と前記吸気バルブの開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を変更可能とする可変動弁機構と、
吸気圧力が排気圧力よりも高くなる高負荷運転時に、前記バルブオーバーラップ期間が設定されるように前記可変動弁機構を制御するオーバーラップ期間設定手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関。
【請求項４】
前記突出壁部の高さは、前記オーバーラップ期間設定手段によって設定される前記バルブオーバーラップ期間の終了時点における前記吸気バルブのリフト量と略同等に設定されていることを特徴とする請求項３記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に係り、特に、吸排気バルブのオーバーラップ期間中の吸気ポートから排気ポートへの新気の吹き抜けを利用して残留排気ガスの掃気を行う場合に好適な内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の出力向上や異常燃焼の発生抑制を図るうえでは、燃焼室内に残留する排気ガス量を低減することが有効である。燃焼室内の残留排気ガス量を低減するために、過給機付き内燃機関において、吸気圧力が排気圧力よりも高くなる高負荷運転時に吸排気バルブのオーバーラップ期間を拡大することにより、吸気ポートから排気ポートに新気を吹き抜けさせるという手法がある。しかしながら、吹き抜けさせる新気の量が多すぎると、燃費の悪化や、目標値に対する空燃比のずれの悪化といった問題が生ずる。
【０００３】
上記の問題を解決するための１つの対策としてのエンジンの燃焼室構造が、例えば、特許文献１に開示されている。この従来の燃焼室構造では、互いに近接して配置された吸気ポートと排気ポートとの間に、隔壁を設けるようにしている。より具体的には、吸気ポートのバルブシートの排気ポート側の周縁部に沿って、当該バルブシートより燃焼室側の部位に吸気バルブのリフト方向へ延びる突出壁（上記隔壁）を形成するようにしている。そのうえで、次のような詳細な設定がなされている。すなわち、上記突出壁の突出しろは、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間のクランク角度に０．１５を乗じた値とのうちどちらか大きい値以下に設定されており、上記突出壁と吸気バルブ傘部の大径部周縁との隙間は、上記突出しろよりも小さく設定され、かつ、上記吸気バルブ傘部の大径部周縁とボア周縁側の燃焼室壁との隙間は、上記吸気バルブ傘部の大径部周縁と上記突出壁との隙間よりも大きく設定されている。
【０００４】
上記のような構成を採用することで、上記特許文献１では、上記突出壁を設けたことによる吸気抵抗の増大を最小限に抑制しつつ、新気の吹き抜けを効果的に防止できるとしている。更に、上記特許文献１では、ボア周縁側から燃焼室へ流入した新気は、筒内で吸気側のシリンダ壁からピストン頂面に沿って排気側へ流れる縦旋回流（逆タンブル流）を形成し、これによって、オーバーラップ時の筒内の残留排気ガスを排気ポートへ押し出す掃気作用が得られ、掃気効率が向上できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１５５４号公報
【特許文献２】特開平５−９８９７２号公報
【特許文献３】特開２０１０−１１２２２７号公報
【特許文献４】実開昭６１−９１０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載のエンジンの燃焼室構造では、突出壁の突出しろに対する上記配慮がなされてはいる。しかしながら、吸気バルブの開弁初期には、上記突出壁の存在によって吸気バルブの有効開口面積が小さくなってなるので、このことに起因する充填効率の低下が生じてしまう。この点において、上記特許文献１の技術は、未だ改善の余地を残すものであった。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、突出壁部を備えたことによって吸気バルブの開弁初期における有効開口面積が減少するのを抑えつつ、当該吸気バルブにより開閉される吸気ポートにおいて排気ポートに近接する部位とは反対側の部位から燃焼室内に向かう気流を強化することのできる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】
【０００８】
第１の発明は、内燃機関であって、
シリンダヘッドに形成され、燃焼室に開口する吸気ポートと、
前記吸気ポートに近接する位置において前記シリンダヘッドに形成され、前記燃焼室に開口する排気ポートと、
前記吸気ポートにおける前記燃焼室側の開口部を開閉する吸気バルブと、
前記排気ポートにおける前記燃焼室側の開口部を開閉する排気バルブと、を備え、
前記シリンダヘッドにおける前記吸気ポートの前記開口部は、前記吸気バルブの傘部と接した際に前記吸気ポートの当該開口部を閉状態とするバルブシート部を有し、
前記シリンダヘッドにおける前記吸気ポートの前記開口部には、前記バルブシート部よりも前記燃焼室側であって前記排気ポート側の位置に、前記吸気バルブの前記傘部の側面を覆うようにして前記吸気バルブの開弁方向に延びる突出壁部が形成されており、
前記突出壁部の高さは、閉弁時に前記吸気バルブの前記傘部が前記バルブシート部と接する位置を基準として、前記吸気バルブの最大リフト量よりも低く設定されており、
前記突出壁部の内周面には、閉弁状態にある時の前記吸気バルブの前記傘部の前記側面と対向する位置に、当該内周面に沿って前記吸気バルブの中心軸線と直交する方向に延びる気流案内溝が形成されており、
前記気流案内溝の幅は、前記吸気バルブの前記傘部の前記側面において前記気流案内溝に対向する部分の幅よりも狭く形成されており、
前記気流案内溝の両端は、前記吸気ポートの前記開口部における前記排気ポートに近接する部位と反対側の部位に向けて開放されていることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記吸気バルブと前記バルブシート部との接触長さは、前記吸気バルブの前記中心軸線を含む任意の縦断面において、前記排気ポートに近い側の部位の方が、当該排気ポートから遠い側の部位よりも長くなるように設定されていることを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記内燃機関は、過給機付きの内燃機関であって、
前記排気バルブの開弁期間と前記吸気バルブの開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を変更可能とする可変動弁機構と、
吸気圧力が排気圧力よりも高くなる高負荷運転時に、前記バルブオーバーラップ期間が設定されるように前記可変動弁機構を制御するオーバーラップ期間設定手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記突出壁部の高さは、前記オーバーラップ期間設定手段によって設定される前記バルブオーバーラップ期間の終了時点における前記吸気バルブのリフト量と略同等に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、上記気流案内溝が形成された上記突出壁部を、シリンダヘッドにおける吸気ポートの開口部において排気ポートに近接する位置に備えたことにより、次のような効果を奏することができる。すなわち、吸気ポートの開口部における排気ポートに近接する部位から燃焼室に向かう吸気の流れを突出壁部を利用して堰き止めつつ、気流案内溝を利用して排気ポートに近接する上記部位から当該部位と反対側の部位に向けて吸気の流れを導くことができる。このため、本発明によれば、突出壁部を備えたことによって吸気バルブの開弁初期における有効開口面積が減少するのを抑えつつ、排気ポートに近接する上記部位とは反対側の部位から燃焼室内に向かう気流を強化することが可能となる。
【００１３】
第２の発明によれば、上記排気ポートに近い側の部位の方が当該排気ポートから遠い側の部位よりも、吸気バルブとバルブシート部との接触長さが長くなるように設定したことにより、吸気バルブの開弁初期においては、上記排気ポートに近い部位における流入抵抗の方が、上記排気ポートから遠い側の部位における流入抵抗よりも大きくなる。その結果、上記設定による作用によって、燃焼室内への吸気の流れは、上記排気ポートから遠い側の部位が主体となる。このため、前記第１の発明の設定による作用に加え、上記設定による作用によって、排気ポートに近接する上記部位とは反対側の部位から燃焼室内に向かう気流をより効果的に強化することが可能となる。
【００１４】
第３の発明によれば、上記高負荷運転時にバルブオーバーラップ期間を設けるようにすることで、掃気作用を利用して筒内の残留排気ガス量を低減することができる。そして、前記第１または第２の発明における気流案内溝を有する突出壁部を備えていることで、上記高負荷運転時に掃気作用を利用する際に、気流案内溝の内部を通過させた吸気の流れを利用する上述した方向の気流の強化によって、筒内の逆タンブル流を強化することができる。これにより、効果的に残留排気ガス量を低減させることが可能となる。その結果、内燃機関の出力向上や異常燃焼の抑制などを図ることができる。
【００１５】
第４の発明によれば、上記突出壁部の高さは、上記高負荷運転時に設定されるバルブオーバーラップ期間の終了時点における吸気バルブのリフト量と略同等に設定したことにより、突出壁部による上記排気ポートに近接する上記部位側の吸気流れの堰き止めと気流案内溝を利用した上記の気流の強化とによる逆タンブル流の強化は、吸気バルブの開弁初期のバルブオーバーラップ期間中に限って行われることとなる。このため、吸気行程中に常に逆タンブル流が生成される構成を用いる場合と比べ、シリンダライナーへの燃料付着を抑制しつつ、有効な逆タンブル流を生成させられるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における内燃機関の全体構成を説明するための図である。
【図２】図１に示す吸気ポートにおける燃焼室側の開口部周りの構成を説明するための図である。
【図３】吸気ポートの周縁に形成される気流案内溝の排気ポート（排気バルブ）に対する位置関係を説明するための図である。
【図４】吸気バルブが開弁初期状態にある時の吸気ポートから燃焼室に向かう吸気の流れを表した図である。
【図５】本発明の実施の形態１における吸気ポート周りの構成を採用したことによる効果を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１における吸気ポート周りの構成を採用したことによる効果を説明するための図である。
【図７】従来における逆タンブル流の生成によって生ずる弊害を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１の変形例における内燃機関が備える吸気ポートにおける燃焼室側の開口部周りの構成を説明するための図である。
【図９】図８に示す構成を備えた場合における吸気バルブの開弁時の吸気の流れを表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
［内燃機関の全体構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関１０の全体構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。ここでは、内燃機関１０は、一例として、図示省略する過給機（ターボ過給機など）を備える過給機付きのガソリンエンジンであるものとする。
【００１８】
内燃機関１０のシリンダブロック１２の各気筒内には、ピストン１４が設けられている。各気筒内には、ピストン１４の頂部側に燃焼室１６が形成されている。燃焼室１６には、吸気通路１８および排気通路２０が連通している。また、吸気通路１８の吸気ポート１８ａは、図１中に「タンブル方向」と示す方向の縦旋回流である吸気のタンブル流の生成を促せるような形状で形成されているものとする。尚、図１には示していないが、吸気通路１８内に、タンブル流を効果的に生成するための気流制御弁を設けるようにしてもよい。
【００１９】
吸気通路１８の入口近傍には、吸気通路１８に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２２が設けられている。また、吸気通路１８の途中には、吸入空気量を制御するための電子制御式のスロットルバルブ２４が設けられている。また、シリンダブロック１２の上方に配置されたシリンダヘッド２６には、各気筒に対し、燃焼室１６内（筒内）に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁２８が設けられている。また、シリンダヘッド２６には、各気筒に対し、燃焼室１６内の混合気に点火するための点火プラグ（点火栓）３０が設けられている。点火プラグ３０は、点火コイル３２に接続されている。
【００２０】
更に、各気筒には、吸気通路１８の吸気ポート１８ａおよび排気通路２０の排気ポート２０ａを開閉するための吸気バルブ３４および排気バルブ３６がそれぞれ設置されている。本実施形態の内燃機関１０は、一例として、同一気筒内に２つの吸気バルブ３４と２つの排気バルブ３６が備えられた４バルブ式の内燃機関であるものとする。
【００２１】
吸気バルブ３４および排気バルブ３６は、それぞれ吸気可変動弁機構３８および排気可変動弁機構４０により駆動される。これらの可変動弁機構３８、４０は、クランク軸（図示省略）の回転位相に対する各カム軸（図示省略）の回転位相を変化させることにより吸気バルブ３４または排気バルブ３６の開閉時期を所定範囲内で変更可能とする可変バルブタイミング機構を含むものである。このような可変動弁機構３８、４０によれば、排気バルブ３６の開弁期間と吸気バルブ３４の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を調整することができる。また、吸気可変動弁機構３８および排気可変動弁機構４０には、それぞれのカム軸の回転角度、すなわち、吸気カム角および排気カム角を検出するための吸気カム角センサ４２および排気カム角センサ４４がそれぞれ取り付けられている。更に、上記クランク軸の近傍には、クランク角度を検出するためのクランク角センサ４６が配置されている。
【００２２】
図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４８を備えている。ＥＣＵ４８の入力部には、上述したエアフローメータ２２、カム角センサ４２、４４、およびクランク角センサ４６等の内燃機関１０の運転状態を検知するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ４８の出力部には、上述したスロットルバルブ２４、燃料噴射弁２８、点火コイル３２および可変動弁機構３８、４０等の内燃機関１０の運転を制御するための各種のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４８は、上述した各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御するものである。また、ＥＣＵ４８は、クランク角センサ４６により検出されるクランク角度の変化率に基づいてエンジン回転数Ｎｅを算出し、エアフローメータ２２により検出される吸入空気量および上記エンジン回転数Ｎｅに基づいて、内燃機関１０の充填効率（負荷率）ＫＬを算出する。更に、ＥＣＵ４８は、クランク角センサおよびカム角センサ４２、４４の出力に基づいて、吸気バルブ３４、排気バルブ３６の開閉時期の進角量を算出する。
【００２３】
［吸気ポート周りの構成の説明］
図２は、図１に示す吸気ポート１８ａにおける燃焼室１６側の開口部周りの構成を説明するための図である。より具体的には、図２（Ａ）は、吸気バルブ３４の中心軸線を通る平面で吸気ポート１８ａ周りの構成を切断して示す断面図（図３（Ａ）または図３（Ｂ）中に示すＡ−Ａ線での断面図と対応）であり、図２（Ｂ）は、燃焼室１６側から吸気ポート１８ａの開口部周りの構成を見た図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ａ）から吸気バルブ３４の図示を省略した図である。また、図３は、吸気ポート１８ａの周縁に形成される気流案内溝５４の排気ポート２０ａ（排気バルブ３６）に対する位置関係を説明するための図である。より具体的には、図３（Ａ）は、同一気筒内に２つの吸気バルブ３４と２つの排気バルブ３６が備えられた４バルブ式の内燃機関１０における燃焼室１６の一例であり、図３（Ｂ）は、参考として示す図であり、同一気筒内に１つの吸気バルブと１つの排気バルブが備えられた２バルブ式の内燃機関における燃焼室の一例である。
【００２４】
図３（Ａ）に示すように、本実施形態の内燃機関１０は、燃焼室１６の中心に点火プラグ３０が配置されている。そして、隣り合うように配置された２つの吸気バルブ３４に近接する位置に、隣り合うように配置された２つの排気バルブ３６が配置されている。これに伴い、図３（Ａ）には表されていないが、並んで配置された２つの吸気ポート１８ａのそれぞれは、点火プラグ３０を介して燃焼室１６の反対側に並んで配置された２つの排気ポート２０ａのうちの１つと隣り合っている。尚、図３（Ｂ）に示す２バルブ式の内燃機関の場合にも、１つの吸気バルブと１つの排気バルブとは近接して配置されており、その結果、対応する１つの吸気ポートと１つの排気ポートとは近接して配置されている。
【００２５】
図２に示すように、シリンダヘッド２６における吸気ポート１８ａの開口部には、吸気バルブ３４の傘部３４ａと接した際に吸気ポート１８ａの当該開口部を閉状態とするバルブシート５０が固定されている。尚、後述する図８に示す構成とは異なり、図２に示す構成では、吸気バルブ３４の円盤状の傘部３４ａの中心とリング状のバルブシート５０の開口部の中心は一致している。
【００２６】
また、図２（Ａ）、（Ｃ）に示すように、シリンダヘッド２６における吸気ポート１８ａの上記開口部には、突出壁部５２が形成されている。突出壁部５２は、吸気ポート１８ａの上記開口部の周縁において、バルブシート５０よりも燃焼室１６側であって当該吸気ポート１８ａに近接する排気ポート２０ａ側の位置に、吸気バルブ３４の傘部３４ａの側面を覆い、かつ吸気バルブ３４の開弁方向に延びるように形成されている。
【００２７】
より具体的には、図２に示す例では、突出壁部５２は、主に図２（Ａ）における吸気バルブ３４の中心位置付近から排気側の部位において、吸気バルブ３４の傘部３４ａの側面を覆うようにして形成されている。また、図２（Ａ）、（Ｃ）に示すように、突出壁部５２は、吸気側から排気側に向かうに従って、徐々に高くなるように形成されている。すなわち、図２と図３とを照らし合わせると分かるように、突出壁部５２の高さは、吸気ポート１８ａの開口部の周縁において、当該吸気ポート１８ａと隣り合う排気ポート２０ａに最も近くなる部位の高さが最も高くなるように形成されている。尚、突出壁部５２の形状は、隣り合う排気ポート２０ａに近い部位の高さが当該排気ポート２０ａから遠い部位の高さよりも高くなっているものであれば、必ずしも上記のように徐々に高さが変化するものに限らず、例えば、図２（Ａ）に示す方向から見て、段付き状になったものであってもよい。
【００２８】
更に、開弁時に吸気バルブ３４のリフト量が所定量を越えた際に吸気バルブ３４の傘部３４ａの側面が排気側において突出壁部５２によって覆われない（隠れない）ようにするために、突出壁部５２の高さは、閉弁時に吸気バルブ３４の傘部３４ａがバルブシート５０と接する位置を基準として、吸気バルブ３４の最大リフト量よりも低く設定されている。
【００２９】
突出壁部５２の内周面には、図２（Ａ）、（Ｃ）に示すように、部分リング状（図２に示す例では、略半リング状）の溝として形成された気流案内溝５４が備えられている。気流案内溝５４は、閉弁状態にある時の吸気バルブ３４の傘部３４ａの側面と対向する位置に、突出壁部５２の内周面に沿って略半リング状に形成されている。より具体的には、気流案内溝５４は、吸気バルブ３４の開弁方向と直交する方向に延びる溝として形成されている。上記のように、突出壁部５２は吸気バルブ３４の中心位置付近から排気側に向かうに従って徐々に高くなるように形成されているため、気流案内溝５４の両端は、図２（Ｃ）に示すように、吸気側（シリンダボア側）に向けて開放されている。
【００３０】
また、気流案内溝５４は、バルブシート５０における傘部３４ａとの接触位置の直下に形成されている。また、図２（Ａ）に示すように、気流案内溝５４の幅は、傘部３４ａの側面における気流案内溝５４に対向する部分の幅よりも小さく設定されている。また、突出壁部５２における気流案内溝５４よりも燃焼室１６側の先端部５２ａの径は、吸気バルブ３４の傘部３４ａにおいて径が最大となる部位の径（吸気バルブ径）よりも若干大きいものとされている。
【００３１】
更に付け加えると、上記のように定義した突出壁部５２の高さは、後述する掃気作用を得るための高負荷運転時に設定されるバルブオーバーラップ期間の終了時点における吸気バルブ３４のリフト量と略同等に設定されている。これは、吸排気バルブ３４、３６のバルブオーバーラップ期間の終了時点に達したタイミングもしくはその直後のタイミングにおいて、吸気バルブ３４と突出壁部５２の先端部５２ａとの間に有効開口面積が確保され始めるようにするためである。
【００３２】
［実施の形態１の吸気ポート周りの構成の動作および効果の説明］
図４は、吸気バルブ３４が開弁初期状態にある時の吸気ポート１８ａから燃焼室１６に向かう吸気の流れを表した図である。尚、図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、それぞれ図２（Ａ）および図２（Ｂ）と同方向から見た図である。
【００３３】
本実施形態の内燃機関１０は、上述した気流案内溝５４が形成された突出壁部５２を、シリンダヘッド２６における、排気側の吸気ポート１８ａの開口部に備えている。このような構成によれば、吸気ポート１８ａから燃焼室１６に向かう吸気の流れのうち、バルブシート５０における吸気側の部位（突出壁部５２が設けられていない方の部位）を通過して吹き出る流れについては、吸気バルブ３４のリフト開始後には吸気の流れを阻害するものはないため、図４（Ａ）に示すように、シリンダヘッド２６の壁面に沿った流れとなる。
【００３４】
一方、バルブシート５０における排気側に向かう吸気の流れについては、突出壁部５２の先端部５２ａと吸気バルブ３４の傘部３４ａとの間で流れが堰き止められるため、この部位を直接的に介して燃焼室１６に流入することはない。そして、この排気側に向かう吸気の流れは、図４（Ａ）に示すように、突出壁部５２に形成された気流案内溝５４の中に一旦流入することになる。気流案内溝５４の中に流入した流れは、図４（Ｂ）に示すように、気流案内溝５４によって案内されて吸気側に導かれたうえで、吸気側に向けて吹き出ることになる。
【００３５】
本実施形態の構成とは異なり、突出壁部５２に気流案内溝５４が設けられていない場合には、吸気ポート１８ａの排気側から燃焼室１６に向かう吸気の流れが堰き止められるのみである。これに対し、本実施形態の構成によれば、気流案内溝５４を設置していることにより、吸気ポート１８ａの排気側から燃焼室１６に向かう吸気の流れを堰き止めつつ、吸気バルブ３４の開弁初期における有効開口面積を増加できたことになる。より具体的には、既述したように、気流案内溝５４の幅をこれに対向する傘部３４ａの幅よりも小さく設定しているので、吸気バルブ３４が小リフト状態にある時に図４（Ａ）に示す状態が得られ、排気側から燃焼室１６内への吸気の流れを阻害させつつ、当該吸気の流れを吸気側に導くことができる。
【００３６】
また、気流案内溝５４を通って吸気側に導かれる吸気の流れが加わることによって、吸気ポート１８ａの吸気側から燃焼室１６内に向かう気流を強化することができる。その結果、筒内で吸気側のシリンダ壁側からピストン１４の頂面に沿って排気側へ流れる縦旋回流である逆タンブル流（図１中に示すタンブル流とは逆向きの流れ）を効果的に生成できるようになる。
【００３７】
本実施形態の内燃機関１０は、過給機付き内燃機関であるため、高負荷領域の使用時には、吸気圧力が排気圧力よりも高い状態が得られる。このような高負荷領域の使用時に、バルブオーバーラップ期間を設けておくことで、当該バルブオーバーラップ期間中に吸気ポート１８ａ側から燃焼室１６を介して排気ポート２０ａ側に新気を吹き抜けさせることにより、筒内の残留排気ガスを掃気する掃気作用を得ることができる。
【００３８】
本実施形態の吸気ポート１８ａ周りの構成によれば、気流案内溝５４が形成された突出壁部５２を備えているため、上記高負荷領域の使用時にバルブオーバーラップ期間を設けることによって掃気効果を利用する際に、次のような効果を奏することができる。すなわち、吸気バルブ３４の開弁初期段階において、吸気バルブ３４の有効開口面積を確保しつつ、吸気ポート１８ａの開口部における排気側から燃焼室１６に吸気が流入するのを抑制することができる。これにより、吸気ポート１８ａの排気側の開口部から燃焼室１６内を最短距離で通過してうえで隣接する排気ポート２０ａに向けて新気が流れるのを防止することができる。そのうえで、上述したように、吸気バルブ３４の開弁初期段階において強化された新気の逆タンブル流によって、燃焼室１６に残留する排気ガスを効果的に排気ポート２０ａに向けて導くことができる。このため、掃気作用を効果的に高めることができる。
【００３９】
また、本実施形態における突出壁部５２の高さの設定によれば、バルブオーバーラップ期間が終了した後には、吸気バルブ３４のリフト量が突出壁部５２の高さよりも高くなる。その結果、吸気ポート１８ａから燃焼室１６内に流入する吸気の流れは、吸気ポート１８ａ内の流れ方向（吸気ポート１８ａの特性）の影響を大きく受けるようになる。このため、この場合の吸気の流れは、通常のタンブル流主体の流れに切り替わることとなる。以上のように、本実施形態の吸気ポート１８ａの開口部の構成によれば、吸気バルブ３４の開弁初期には、逆タンブル流を生成でき、その後に吸気バルブ３４のリフト量が高くなった後には、通常のタンブル流が生成されるようにすることができる。
【００４０】
図５および図６は、本発明の実施の形態１における吸気ポート１８ａ周りの構成を採用したことによる効果を説明するための図である。より具体的には、図５は、次サイクルに向けて筒内に残留する残留排気ガス量とバルブオーバーラップ期間との関係を、突出壁部５２を備えていない場合、突出壁部５２のみ備えた場合、および、突出壁部５２と気流案内溝５４とを備えた場合との間で比較した図である。図６は、上記３つの場合において充填効率を比較した図である。
【００４１】
上記の高負荷領域の使用時には、図５に示すように、バルブオーバーラップ期間を拡大することにより、掃気作用を利用して筒内の残留排気ガス量を低減することができる。そのうえで、気流案内溝５４が形成された突出壁部５２を備える本実施形態の構成によれば、気流案内溝５４の内部を通過させた吸気の流れを利用して、吸気側から燃焼室１６内に流入する気流を強化し、逆タンブル流を強化することができる。このため、図５に示すように、突出壁部５２を備えていない構成はもとより、突出壁部５２のみを備えた構成を有する場合と比べ、更に効果的に残留排気ガス量を低減させることが可能となる。その結果、内燃機関１０の出力向上や異常燃焼の抑制などを図ることができる。
【００４２】
また、気流案内溝５４が形成された突出壁部５２を備える本実施形態の構成によれば、突出壁部５２を備えたことに起因する吸気バルブ３４の開弁初期における有効開口面積の減少を抑えることができる。このため、図６に示すように、単に突出壁部５２のみを備える場合と比べ、充填効率を高めることができる。更に、本実施形態の構成によれば、気流案内溝５４を利用できるので、突出壁部５２自体の存在に頼りすぎることなく、吸気バルブ３４の開弁初期における逆タンブル流を強化できる。その結果、突出壁部５２のみを備える場合と比べ、突出壁部５２の高さを小さくすることも可能となる。
【００４３】
図７は、従来における逆タンブル流の生成によって生ずる弊害を説明するための図である。
図７に示す内燃機関は、逆タンブル流の生成を促進できるように吸気ポートの形状が設定されたものである。このような構成を有する内燃機関では、吸気バルブの開弁期間中に吸気ポートから燃焼室内に向かう気流方向は、逆タンブル流が生成され易くするために、常に図７中に示すような方向となる。その結果、ポート燃料噴射弁および直噴燃料噴射弁の何れを用いている場合であっても、燃料がシリンダライナーに付着し易くなってしまう。このようなシリンダライナーへの燃料の付着は、オイル切れやオイルの燃料希釈等の不具合を生じさせ易くする。
【００４４】
これに対し、気流案内溝５４が形成された突出壁部５２を備える本実施形態の構成によれば、突出壁部５２による排気側の吸気流れの堰き止めと気流案内溝５４を利用した吸気側への気流の強化とによる逆タンブル流の強化は、吸気バルブ３４の開弁初期のバルブオーバーラップ期間中にのみ行われることとなる。このため、図７に示すように吸気行程中に常に逆タンブル流が生成される構成を用いる場合と比べ、シリンダライナーへの燃料付着を抑制しつつ、有効な逆タンブル流を生成させられるようになる。
【００４５】
ところで、上述した実施の形態１においては、シリンダヘッド２６における吸気ポート１８ａの排気側の開口部に、気流案内溝５４が形成された突出壁部５２を備える吸気ポート１８ａ周りの構成について説明を行った。しかしながら、本発明の内燃機関に適用される吸気ポート周りの構成は、上記のものに限定されるものではなく、例えば、以下の図８および図９を参照して説明するものであってもよい。
【００４６】
図８は、本発明の実施の形態１の変形例における内燃機関６０が備える吸気ポート１８ａにおける燃焼室１６側の開口部周りの構成を説明するための図である。尚、図８において、上記図２に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。また、図８および後述の図９を参照して説明する点を除き、内燃機関６０は、図１に示す内燃機関１０と同様に構成されているものとする。
【００４７】
図８（Ａ）に示す構成は、シリンダヘッド６２における吸気ポート１８ａの開口部に、リング状のバルブシート６４を備えている。図８（Ｂ）は、当該バルブシート６４を燃焼室１６側から見た図である。図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、バルブシート６４の開口部（バルブシート穴）は、吸気バルブ３４の軸中心に対し、吸気側にオフセットしている。
【００４８】
そして、図８（Ａ）に示すように、バルブシート６４は、吸気バルブ３４の傘部３４ａが被さる部分を有している。より具体的には、バルブシート６４における傘部３４ａの被さる部分の長さ（閉弁時における吸気バルブ３４の傘部３４ａとバルブシート６４との接触長さ）は、図８（Ａ）に示す断面において、吸気側の当該部分の長さＬ１よりも、排気側の当該部分の長さＬ２の方が大きくなるように構成されている。このようにして、吸気バルブ３４とバルブシート６４との接触長さは、吸気バルブ３４の中心軸線を含む任意の縦断面において、近接する排気ポート２０ａに近い側の部位の方が、当該排気ポート２０ａから遠い側の部位よりも長くなるように設定されている。
【００４９】
また、図８においては図示を省略しているが、図８に示す構成においても、シリンダヘッド６２における吸気ポート１８ａの排気側の開口部には、上記突出壁部５２と同様の役割を果たす突出壁部６６が形成されている。また、ここでは図示を省略しているが、突出壁部６６の内周面には、上記気流案内溝５４と同様の気流案内溝が形成されているものとする。
【００５０】
図９は、図８に示す構成を備えた場合における吸気バルブ３４の開弁時の吸気の流れを表した図である。より具体的には、図９（Ａ）は、吸気バルブ３４が開弁初期状態にある時の吸気の流れを示し、図９（Ｂ）は、吸気バルブ３４が高リフト状態にある時の吸気の流れを示している。
【００５１】
図８に示す構成では、上述したように、吸気側における吸気バルブ３４の傘部３４ａとバルブシート６４との接触長さＬ１よりも、排気側の吸気バルブ３４の傘部３４ａとバルブシート６４との接触長さＬ２の方が大きくなるように設定されている。このような設定によれば、吸気バルブ３４の開弁初期においては、排気側の流入抵抗の方が吸気側の流入抵抗よりも大きくなる。その結果、上記設定による作用によって、燃焼室１６内への吸気の流れは、吸気側が主体となる。このため、実施の形態１と同様に突出壁部６６を設けたことによる作用および突出壁部６６に気流案内溝（図８、９では図示省略）を設けたことによる作用に加え、上記設定による作用によって、吸気バルブ３４の開弁初期に逆タンブル流をより効果的に生成できるようになる。
【００５２】
また、吸気バルブ３４のリフト量が高くなるにつれ、吸気ポート１８ａから燃焼室１６内に向かう吸気の流れに対して、傘部３４ａとバルブシート６４との間の絞り部分の影響は小さくなり、吸気ポート１８ａ内の流れ方向（吸気ポート１８ａの特性）の影響が大きくなる。このため、この場合の吸気の流れは、図９（Ｂ）に示すように、排気側を通過する吸気の流れが強くなり、通常のタンブル流主体の流れに切り替わることとなる。以上のように、図８に示す構成によっても、吸気バルブ３４の開弁初期には、逆タンブル流を生成でき、その後に吸気バルブ３４のリフト量が高くなった後には、通常のタンブル流が生成されるようにすることができる。
【００５３】
また、図８に示す構成によれば、上記接触長さＬ１、Ｌ２の設定によって、すでに筒内に向かう気流に偏りを生じさせることができるため、突出壁部６６自体の存在に頼りすぎることなく、吸気バルブ３４の開弁初期における逆タンブル流を強化することができる。その結果、上記のような接触流れＬ１、Ｌ２への配慮がなされていない場合と比べ、突出壁部６６の高さを小さくすることも可能となる。また、このことは、吸気バルブ３４の有効開口面積の確保に繋がるので、充填効率をより高く確保できるようになる。
【００５４】
また、上述した実施の形態１においては、バルブシート部として、シリンダヘッド２６とは別体のバルブシート５０を備える例について説明したが、本発明におけるバルブシート部は、上記のように別体のバルブシート５０を備えるものに限らず、シリンダヘッドに一体的に形成されたものであってもよい。
【００５５】
尚、上述した実施の形態１およびその変形例においては、バルブシート５０または６４が前記第１の発明における「バルブシート部」に相当している。
また、上述した実施の形態１およびその変形例においては、吸気可変動弁機構３８および排気可変動弁機構４０が前記第３の発明における「可変動弁機構」に相当している。また、ＥＣＵ４８が可変動弁機構３８、４０を適宜制御してバルブオーバーラップ期間を調整することにより前記第３の発明における「オーバーラップ期間設定手段」が実現されている。
【符号の説明】
【００５６】
１０、６０  内燃機関
１２  シリンダブロック
１４  ピストン
１６  燃焼室
１８  吸気通路
１８ａ  吸気ポート
２０  排気通路
２０ａ  排気ポート
２２  エアフローメータ
２４  スロットルバルブ
２６、６２  シリンダヘッド
２８  燃料噴射弁
３０  点火プラグ
３２  点火コイル
３４  吸気バルブ
３４ａ  吸気バルブの傘部
３６  排気バルブ
３８  吸気可変動弁機構
４０  排気可変動弁機構
４２  吸気カム角センサ
４４  排気カム角センサ
４６  クランク角センサ
４８  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
５０、６４  バルブシート
５２、６６  突出壁部
５２ａ  突出壁部の先端部
５４  気流案内溝
【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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【図９】
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