(57)【要約】【課題】オーバーラップ期間での吹き抜け現象を抑制するとともに掃気効率を向上させる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関において、排気ポートの燃焼室への開口部に排気弁の閉弁時に該排気弁の傘部が当接するバルブあたり面が形成され、バルブ当たり面の上方に位置する排気ポートの一部であって、該排気ポートが燃焼室に接続する接続空間に、吸気ポート側に位置する吸気側接続空間と、排気弁を挟んで該吸気側空間と反対側の、排気ポート側のボア壁面側に位置する排気側接続空間と、が含まれ、接続空間の下流側に位置する排気ポートの下流側所定部位と、排気側接続空間とを連通する連通路が備えられる。【選択図】図２
2016188624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドにおいて吸気ポートが開口している吸気ポート側天井面および該シリンダヘッドにおいて排気ポートが開口している排気ポート側天井面が、気筒の中心軸と垂直に交わる平面に対して傾斜しているペントルーフ型燃焼室を有する内燃機関において、
前記排気ポートの燃焼室への開口部に排気弁の閉弁時に該排気弁の傘部が当接するバルブあたり面が形成され、
前記排気ポートが前記燃焼室に接続する、該排気ポートの一部の空間であって、前記バルブ当たり面の上方に位置する接続空間に、前記吸気ポート側に位置する吸気側接続空間と、前記排気弁を挟んで該吸気側接続空間と反対側の、前記排気ポート側のボア壁面側に位置する排気側接続空間と、が含まれ、
前記接続空間の下流側に位置する、前記排気ポートの下流側所定部位と、前記排気側接続空間とを連通する連通路が備えられる、
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】
内燃機関において、吸気ポートからの吸気効率と排気ポートへの掃気効率を向上させるために、吸排気弁の開口面積の最大化や、その開口位置等の改良が行われている。また、内燃機関の運転状態においては、吸気弁の開弁タイミングと排気弁の開弁タイミングとが重なるオーバーラップ期間が存在する場合がある。このようなオーバーラップ期間では、吸気ポートから燃焼室に流入した新気又は混合気がそのまま排気ポートに流出する吹き抜け現象が発生しやすい。この吹き抜け現象が発生すると、内燃機関のエミッション性能の悪化や、内燃機関の出力低下等の問題が発生する。
【０００３】
そこで、特許文献１に示すように、排気ポートの開口部であって吸気ポート側の周縁部に沿って、燃焼室側に突出する突出壁を設け、突出壁の突出しろを所定量よりも小さくするとともに、その突出壁と排気弁の傘部との間の隙間を突出壁の突出しろよりも小さく設定する技術が開示されている。このような構成により吹き抜け現象の抑制とともに、突出壁による掃気効率の低下の抑制が図られるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３０３１１８号公報
【特許文献２】特開２０１３−７２３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の従来技術によれば、内燃機関におけるオーバーラップ期間での吹き抜け現象を抑制するために、排気ポートの開口部の周縁部に突出壁が形成されている。この突出壁は、燃焼室内に突出するように形成され、その突出壁の高さ（突出しろ）によって排気ポートへ新気が流れ出るのが抑制される。しかし、燃焼室内の燃焼ガスを効率的に排気ポート側に導き掃気効率を向上させるためには、吹き抜け現象を抑制するとともに、排気ポートにおける燃焼ガスの円滑な流れを担保する構成が求められる。上記従来技術には、このような観点に立った考案はなされていない。
【０００６】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、オーバーラップ期間での吹き抜け現象を抑制するとともに掃気効率を向上させ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】
【０００７】
本発明において、上記課題を解決するために、排気弁が当接するバルブ当たり面の上方に位置する排気ポートの所定空間であって、排気弁側のボア壁面側の空間と、排気ポート内の更に下流側の空間とを連通する連通路を設ける構成を採用した。これにより、燃焼室から吸気ポートへのガス流れにおいて、排気弁側のボア壁面側におけるガス流れを、吸気ポート側におけるガス流れよりも強くすることができ、以て、吹き抜け現象の抑制を図りながら掃気効率の向上を図ることができる。
【０００８】
具体的には、本発明は、シリンダヘッドにおいて吸気ポートが開口している吸気ポート側天井面および該シリンダヘッドにおいて排気ポートが開口している排気ポート側天井面
が、気筒の中心軸と垂直に交わる平面に対して傾斜しているペントルーフ型燃焼室を有する内燃機関において、前記排気ポートの燃焼室への開口部に排気弁の閉弁時に該排気弁の傘部が当接するバルブあたり面が形成され、前記排気ポートが前記燃焼室に接続する、該排気ポートの一部の空間であって、前記バルブ当たり面の上方に位置する接続空間に、前記吸気ポート側に位置する吸気側接続空間と、前記排気弁を挟んで該吸気側接続空間と反対側の、前記排気ポート側のボア壁面側に位置する排気側接続空間と、が含まれる。そして、上記内燃機関は、前記接続空間の下流側に位置する、前記排気ポートの下流側所定部位と、前記排気側接続空間とを連通する連通路を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、オーバーラップ期間での吹き抜け現象を抑制するとともに掃気効率を向上させる内燃機関を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す内燃機関における吸気ポート及び排気ポートに関する概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１２】
図１は、本実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。内燃機関１は、シリンダヘッド２０及びシリンダブロック３０で構成され、そこに４つの気筒２を有する車両駆動用のガソリンエンジン（火花点火式内燃機関）である。ただし、本発明は、ガソリンエンジンに限らず、他のエンジンにも適用することができる。なお、図１には、便宜上、一つの気筒２のみ図示している。なお、本明細書においては、シリンダブロック３０に対するシリンダヘッド２０側を上方、シリンダヘッド２０に対するシリンダブロック３０側を下方と定義する。
【００１３】
気筒２内にはピストン３が摺動自在に設けられている。気筒２の燃焼室８には、シリンダヘッド２０に設けられた吸気ポート４および排気ポート５が接続されている。なお、各気筒２には、吸気ポート４および排気ポート５が二つずつ接続されているが、図１には、便宜上、一つの吸気ポート４および排気ポート５のみを図示している。燃焼室８は、吸気ポート４が開口している吸気ポート側天井面２２および排気ポート５が開口している排気ポート側天井面２１が、気筒２の中心軸と垂直に交わる平面に対して傾斜しているペントルーフ型燃焼室となっている。
【００１４】
吸気ポート４の燃焼室８への開口部は吸気弁６によって開閉される。排気ポート５の燃焼室８への開口部は排気弁７によって開閉される。また、気筒２には、燃焼室８内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１１、及び、燃焼室８内で形成される混合気に点火する点火プラグ１２が設けられている。
【００１５】
図１における矢印は、燃焼室８内におけるガス（吸気）の流れを表している。この矢印で示すように、本実施では、燃焼室８内において、該気筒２の軸方向に旋回する旋回流であって、排気ポート側のボア壁面付近では排気ポート側天井面２１からピストン３の頂面に向かう方向にガスが流れ、且つ、吸気ポート側のボア壁面付近ではピストン３の頂面から吸気ポート側天井面２２に向かう方向にガスが流れるタンブル流が形成される。このようなタンブル流が形成されることで、燃料と空気との混合が促進されるため、内燃機関１
における燃焼性が向上する。
【００１６】
内燃機関１においては、燃焼室８内への吸気導入や燃焼室８からの燃焼ガスの排出を好適に実現するために、内燃機関１の運転条件に従って気筒２での排気行程から吸気行程にわたる所定期間において吸気弁６の開弁と排気弁７の開弁が重なるバルブオーバーラップが生じる場合がある。ここで、上記のように燃焼室８内にタンブル流が形成される場合、その旋回流の向きは、吸気ポート４から燃焼室内に導入された吸気が、直ぐに排気ポート側天井面２１に向かう向きになる。そのため、バルブオーバーラップが生じている場合、燃焼室８内に導入された吸気がそのまま排気ポート５側に排出されてしまう吹き抜け現象が生じやすくなる。
【００１７】
そこで、以下においては、内燃機関１での吹き抜け現象抑制のための構成について図２に基づいて説明する。図２は、内燃機関１における吸気ポート４及び排気ポート５の概略構成を示す断面図であり、当該断面図においては、排気弁７の中心軸７ａを含み、気筒２の中心軸に平行な断面における排気ポート５の概略構成が示されている。図２においては、吸気弁６及び排気弁７の両方が開弁したバルブオーバーラップの状態が示されている。なお、本実施例では、吸気ポート４の構造は従来技術の場合と同じであるため、その具体的な説明は割愛する。また、図２に記載の[IN]、[EX]の表記は、吸気ポート４側の位置と、排気ボア壁面（すなわち、排気ポート５側のボア壁面）側の位置を相対的に表す記号である。
【００１８】
ここで、排気ポート５が排気ポート側天井面２１に開口する開口部近傍の、排気ポート５の構造について説明する。当該開口部の近傍には、排気弁７の傘部７ｂが、該排気弁７の閉弁状態において当接するバルブ当たり面２４が形成されている。そして、吸気ポート５において、該吸気ポート５が燃焼室８に接続する空間であって、バルブ当たり面２４の直上流から、排気の流れ方向に沿って一定の長さを有する空間を接続空間２３と定義する。なお、図２において接続空間２３は、ハッチングが施されている領域である。
【００１９】
排気弁７と吸気弁６のバルブオーバーラップが生じているときは、当該排気弁７は、そのリフト量が比較的小さい微小リフト状態に置かれている。このような微小リフト状態では、排気ポート７へのガスの流れ込みに関しては、排気ポート５の具体的な形状よりも、バルブ当たり面２４を含む開口部近傍での、排気ポート５の内壁面と排気弁７の傘部７ｂとの間に形成された隙間の大きさが支配的に影響を及ぼす。そのため、上記接続空間２３は、排気弁７が微小リフト状態に置かれているときに、燃焼室８から排気ポート５へと流れ込むガスの流路となる空間であり、接続空間２３におけるガスの流れやすさは、結果として、排気弁７が微小リフト状態に置かれているときの燃焼室８から排気ポート７へのガスの流れやすさに大きく影響することになる。
【００２０】
ここで、本実施例では、接続空間２３のうち吸気ポート側の空間は、本発明の吸気側接続空間に相当する。当該吸気側接続空間は、図２に示す状態において、接続空間２３の右寄りの空間である。また、接続空間２３のうち排気ポート側のボア壁面側（排気ボア壁面側）の空間は、本発明の排気側接続空間に相当する。当該排気側接続空間は、図２に示す状態において、接続空間２３の左寄りの空間である。上述した接続空間２３におけるガスの流れやすさに関する特性を考慮すると、吸気側接続空間におけるガスの流れやすさは、排気弁７が微小リフト状態に置かれているときの燃焼室８から排気ポート７へのガスの流れのうち、吸気ポート側の領域（図２に示す領域Ｒ１）におけるガスの流れやすさに影響を及ぼすものと考えられる。また、排気側接続空間におけるガスの流れやすさは、排気弁７が微小リフト状態に置かれているときの燃焼室８から排気ポート７へのガスの流れのうち、排気ボア壁面側の領域（図２に示す領域Ｒ２）におけるガスの流れやすさに影響を及ぼすものと考えられる。
【００２１】
この点を踏まえ、内燃機関１においては、接続空間２３のうち排気側接続空間に開口部２５ａで開口し、且つ、排気ポート５において接続空間２３より更に下流側の所定部位に開口部２５ｂで開口する連通路２５が設けられる。このように連通路２５を設けることで、排気弁７が微小リフト状態に置かれるとき、排気側接続空間に流れ込んだガスを、排気ポート５の本体部分の流路に加えて連通路２５にも流すことが可能となる。このことは、連通路２５により排気側接続空間においてガスが流れやすくなることを意味する。したがって、排気弁７が微小リフト状態に置かれるとき、連通路２５により、吸気ポート側と比べて排気ボア壁面側の方が、相対的に燃焼室８から排気ポート５の内部にガスが流れやすくなる。この結果、微小リフト状態でのバルブオーバーラップ時に、吸気ポート側からのガス流れに起因する吹き抜け現象を効果的に抑制しながら、排気ボア壁面側でのガス流れに従って掃気効率を向上させることが可能となる。
【００２２】
なお、連通路２５におけるガス流れを円滑にするためには、開口部２５ｂが開口する所定部位を、排気ポート５においてガス圧力が比較的低くなる部位、例えば、排気ポート５の流路断面積が広くなる部位等に設定するのが好ましい。
【符号の説明】
【００２３】
１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・ピストン
４・・・吸気ポート
５・・・排気ポート
６・・・吸気弁
７・・・排気弁
７ｂ・・・傘部
８・・・燃焼室
２０・・・シリンダヘッド
２１・・・排気ポート側天井面
２２・・・吸気ポート側天井面
２３・・・接続空間
２４・・・バルブ当たり面
２５・・・連通路
３０・・・シリンダブロック
【図１】
2016188624.tif 000003
【図２】
2016188624.tif 000004