(57)【要約】【課題】混合気を気筒に吸引する内燃機関において、タンブル流の生成を促進しつつ、圧縮行程にはタンブル流を潰して多数の乱流に細分化することを確実化する。【解決手段】排気バルブ１０の受圧面１０ａに凹所１４を形成し、凹所１４に、環状突起１５のような乱流化手段（抵抗体）を形成している。圧縮行程では、タンブル流１２が、ピストン５の加圧作用によって排気バルブ１０の受圧面１０ａに強く押し付けられるため、タンブル流１２は、受圧面１０ａに形成した環状突起１５に強く衝突して、方向性を無くして四方に分散していく。ピストン５の頂面５ａには、タンブル流１２の生成促進を目的とした加工を施せばよいため、タンブル流１２の生成が阻害されることはない。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒室に向いて開口したポートを開閉するバルブであって、
前記気筒に露出する受圧面を、気筒内に生成されたタンブル流が当たるとその流れを乱す攪乱構造に形成している、
内燃機関のポート開閉バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、車両用等の内燃機関におけるポート開閉バルブに関するものである。ここに、ポート開閉バルブとは、吸気バルブ又は排気バルブを意味している。
【０００２】
吸気ポートから気筒に向けて混合気が供給されるタイプの内燃機関において、空気と燃料との混合性を向上させる手段として、気筒に吸引された吸気にタンブル流を付与することが知られている。
【０００３】
このタンブル流は、吸気行程において、ピストンが後退することによる吸引作用によって生成されており、吸気は、クランク軸線方向から見て、気筒内面からピストンの頂面に向けて流れ、次いで、ピストンの頂面から気筒の内面に向かい、それからシリンダヘッドに向けて方向変換している。すなわち、クランク軸線方向から見て、渦流になっている。このタンブル流の生成を助長するためには、ピストンの頂面に案内用の凹所を形成することが行われている（例えば特許文献１）。
【０００４】
タンブル流は、圧縮行程において多数の渦流に分散させるのが好ましい。そこで、特許文献２には、ピストンの頂面に、タンブル流を生成を助長しつつ、圧縮行程の終期においてタンブル流を乱す凹部を形成することが開示されている。また、特許文献３には、ピストンの頂面を凹凸構造にすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−７４８３６号公報
【特許文献２】特開２００８−１６３８２３号公報
【特許文献３】特開平０５−１８２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
タンブル流は空気と燃料との混合性を高めるためのものであり、できるだけ強い流れであるのが好ましい。また、燃焼行程で火炎を均等に伝播させるには、圧縮行程の終期においては、タンブル流は潰れてしまって方向性を持つ流れは残っていないのが好ましい。
【０００７】
特許文献２は、タンブル流に対するこのような要請に応えることを意図したものと云えるが、タンブル流の生成を促進するために凹部を滑らかな面に形成せねばならないため、圧縮行程の終期においてもタンブル流が残ることを防止できるか否か疑問である。つまり、タンブル流の生成を助長するためには、凹部はタンブル流がスムースに流れるように滑らかに仕上げるのが好ましいが、かくすると、タンブル流を潰す機能が低下するのである。
【０００８】
他方、特許文献３では、タンブル流を潰すことはできても、生成を促進することはできないという問題がある。
【０００９】
本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものであり、タンブル流の生成は阻害することなく、圧縮行程におけるタンブル流の潰し作用は促進しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明は、気筒室に向いて開口したポートを開閉するバルブを対象にしており、このバルブは、前記気筒に露出する受圧面を、気筒内に生成されたタンブル流が当たるとその流れを乱す攪乱構造に形成している。
【００１１】
攪乱構造は、様々の態様を採用できる。例えば、同心状の環状突条を複数本形成することが挙げられる。或いは、円形や多角形、帯状等の多数の突起を設けることが挙げられる。いずれしても、受圧面をカップ状の凹所に形成して、その内部に突条や突起を形成するのが好ましい。攪乱構造は、吸気バルブと排気バルブとのうち片方のみに形成してもよいし、両方に形成してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
タンブル流は、シリンダヘッドの頂面を経由してから気筒の内面に沿ってシリンダヘッドに向けて上昇し、次いで、燃焼室の内面に沿うように流れるが、バルブの受圧面はシリンダヘッドの内面とほぼ揃っているため、タンブル流はバルブの受圧面にも至る。
【００１３】
そして、本願発明では、圧縮行程においてタンブル流がバルブの受圧面に至ると、攪乱構造によってタンブル流に抵抗が付与されて、タンブル流は、方向性が無くなるように潰される。これにより、燃焼行程までタンブル流が残ることを防止又は著しく抑制して、混合気を燃焼室の各部位において均一に燃焼させることができる。
【００１４】
また、タンブル流をピストンの頂面で潰すものではないため、ピストンの頂面には、特許文献１のようなタンブル流の生成促進手段を講じることができる。従って、強い流れのタンブル流を生成させることができる。
【００１５】
このように、本願発明は、タンブル流の生成促進は阻害することなく、圧縮行程においてタンブル流を潰すことができるため、空気と燃料との混合性を向上させつつ燃焼性も向上できるのであり、これにより、出力の向上や排気ガスのクリーン化に貢献できる。  
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態を示す図で、（Ａ）は縦断正面図、シリンダヘッドの燃焼室の模式的な平面図である。
【図２】タンブル流の生成を示す吸気行程での縦断正面図である。
【図３】（Ａ）は排気バルブの正面図、（Ｂ）は排気バルブの一部破断正面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ視図、（Ｄ）は作用を示す縦断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて発明する。内燃機関は、例えば図１に示すように、気筒１が形成されたシリンダブロック２と、これにガスケット３を介して重ね固定されたシリンダヘッド４とを備えており、気筒１には、ピストン５が摺動自在に嵌まっている。なお、ピストン５に連結されたコンロッドは省略している。
【００１８】
シリンダヘッド４には、略屋根形或いは台錘状の燃焼室６が形成されており、この燃焼室６に、２つずつの吸気ポート７と排気ポート８とが、クランク軸線の方向に並んで開口している。吸気ポート７は吸気バルブ９で開閉されて、排気ポート８は排気バルブ１０で開閉される。燃焼室６の中心個所には、点火プラグ１１を螺着している。
【００１９】
図２に示すように、ピストン５の頂面５ａには、吸気ポート７から供給された吸気にタンブル流１２を付与する凹部１３が形成されている。凹部１３の底面は、吸気がタンブル流１２となってスムースに流れるように、小さな曲率で緩く湾曲している。
【００２０】
本実施形態は、排気バルブ１０の受圧面１０ａを攪乱構造に形成している。具体的には、図３（Ｂ）（Ｃ）に示すように、燃焼室６（或いは気筒１）に向いた受圧面１０ａに浅いカップ状の凹所１４を形成して、凹所１４に、抵抗体として、同心円状の複数の環状突起１５を形成している。図では環状突起１５は３本形成しているが、本数は１本又は２本若しくは４本以上であってもよい。凹所１４の存在により、受圧面１０ａの外周縁１６もリブ状になっている。従って、外周縁１６を環状突起１５と同一視することも可能である。
【００２１】
凹所１４の底面は湾曲しているが、台錘状に形成したり、等しい深さに形成したりすることも可能である。環状突起１５に変えて、或いはこれに加えて、多数の突起を形成することも可能である。突起は、砲弾形や多角形、細長いリブ状など、任意の形状を選択できる。ある程度の長さを有する場合、直線状であっても良いし、湾曲した形状や屈曲した形状であってもよい。凹所１４に放射状のリブを形成することも可能である。凹所１４を形成せずに、フラットな受圧面１０ａに、環状突起等の突起や、環状溝等の溝（或いは穴）を形成することも可能である。
【００２２】
図２に示すように、吸気行程では、吸気ポート７から供給された吸気は、まず、気筒１の内周面のうち吸気バルブ９から遠い一側部１ａに至って、ここで下向きに向きを変えてピストン５の頂面５ａに至り、ピストン５の頂面５ａに沿って気筒１の他側面１ｂに向かい、そして、気筒１の他側面１ｂに沿ってシリンダヘッド４の方に向きを変える。
【００２３】
そして、圧縮行程では、図３（Ｄ）に示すように、タンブル流１２は、燃焼室６の内面に沿って流れていくが、排気バルブ１０の受圧面１０ａは燃焼室６の内面と揃っているため、タンブル流１２は排気バルブ１０の受圧面１０ａの環状突起１５に衝突して、強い攪乱作用を受けて多数の乱流に分散してしまう。これにより、混合気を全体に亙って均一に燃焼させることができる。
【００２４】
図３（Ｄ）では、タンブル流１２が下向きに分散している状態を表示しているが、タンブル流１２は、紙面と直交した方向にも分散する。つまり、四方八方に分散していく。これにより、タンブル流１２をしっかりと潰して、火炎の伝播を均一化できる。
【００２５】
この場合、圧縮行程では、タンブル流１２が、ピストン５の押圧作用により、排気バルブ１０に押し付けられる状態になっているため、排気バルブ１０の環状突起１５は、タンブル流１２の流れを阻害する抵抗としての機能が強く発揮される。このため、環状突起１５を凹所１４に形成していても、タンブル流１２に強い攪乱作用を与えて、多数の小さい渦流に細分化することができる。
【００２６】
排気バルブ１０は、軸心回りに回転可能な状態でブッシュに嵌まっている。従って、攪乱構造として実施形態のような環状突起１５を形成すると、排気バルブ１０の回転に関係なく、タンブル流の攪乱作用（潰し作用）を均一化できる利点がある。
【００２７】
また、凹所１４に環状突起１５等の流れ規制手段を形成すると、吸気行程では、吸気の流れを環状突起１５に衝突させることなく、圧縮行程でタンブル流１２を環状突起１５等の流れ規制手段に当てることができる利点がある。
【００２８】
つまり、吸気行程では、吸気は、タンブル流１２として、ピストン５の後退によって、燃焼室６の内面から下方に逃げるようにして流れるため、吸気が排気バルブ１０の個所を通っても、吸気が凹所１４の内部に入り込むことはなくて攪乱作用は生じない一方、上記したように、圧縮行程では、ピストン５による加圧作用によって、タンブル流１２が排気バルブ１０に押し付けられるため、環状突起１５による攪乱作用を確実化できるのである。この面においても、タンブル流１２の生成促進は阻害せずに、圧縮行程での潰し作用を確実化できる。
【００２９】
上記の実施形態では排気バルブ１０のみに攪乱構造を施したが、排気バルブ１０と吸気バルブ９との両方に攪乱構造を採用すると、タンブル流の潰し作用は一層高くなる。また、燃焼室６の内面に、突起やリブのような補助攪乱構造を形成することも可能である。
【００３０】
本願発明は、実際に排気バルブや吸気バルブに具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３１】
１  気筒
２  シリンダブロック
４  シリンダヘッド
５  ピストン
５ａ  ピストンの頂面
６  シリンダヘッドの燃焼室（燃焼室）
７  吸気ポート
８  排気ポート
９  吸気バルブ
１０  排気バルブ
１０ａ  受圧面
１２  タンブル流
１３  タンブル流成形促進用の凹部（ガイド溝）
１４  凹所
１５  環状突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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