JP2005330840A5

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Publication number: JP2005330840A5
Application number: JP2004148240A
Authority: JP
Filing date: 2004-05-18
Publication date: 2006-06-08

Description

内燃機関及び内燃機関の吸気ポート又は排気ポートに設けられるバルブシートInternal combustion engine and valve seat provided at intake port or exhaust port of internal combustion engine

本発明は、内燃機関及び内燃機関の吸気ポート又は排気ポートに設けられるバルブシートに関する。 The present invention relates to an internal combustion engine and a valve seat provided in an intake port or an exhaust port of the internal combustion engine.

シリンダヘッド鋳造時の中子位置の偏りによる吸気ポートとバルブシートに相対位置誤差があっても、これらの間に段付きが生じないようにポートの曲率半径、位置公差を定めた内燃機関の吸気ポートが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献としては特許文献２が存在する。
特開平８−３２６５９８号公報特開２００２−２３９７１４号公報 Intake of the internal combustion engine with the curvature radius and position tolerance of the port determined so that there is no step between them even if there is a relative position error between the intake port and the valve seat due to the deviation of the core position when casting the cylinder head A port is known (see Patent Document 1). In addition, there is Patent Document 2 as a prior art document related to the present invention.
JP-A-8-326598 JP 2002-239714 A

従来の吸気ポートでは、段付きが生じないように曲率半径、位置公差を定めなければいけないので、吸気ポートの設計の自由度が制限される。 In the conventional intake port, since the curvature radius and the position tolerance must be determined so as not to cause a step, the degree of freedom in designing the intake port is limited.

そこで、本発明は、吸気ポートの設計の自由度を確保しつつ吸入空気量の減少を抑制することが可能な内燃機関を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine capable of suppressing a decrease in the intake air amount while ensuring a degree of freedom in designing an intake port.

本発明の内燃機関は、吸気ポートと前記吸気ポートに連なるバルブシートのスロート部との境界に、前記境界側の内径が前記吸気ポートの内径より大きく設定されるとともに前記吸気ポートの流れ方向に沿って前記スロート部の内径を漸次減少させるテーパー部を備えたことにより、上述した課題を解決する（請求項１）。 In the internal combustion engine of the present invention, the inner diameter of the boundary side is set larger than the inner diameter of the intake port at the boundary between the intake port and the throat portion of the valve seat connected to the intake port, and along the flow direction of the intake port. Thus, the above-described problem is solved by providing a tapered portion that gradually reduces the inner diameter of the throat portion.

シリンダヘッド鋳造時に吸気ポートを形成するために配置した中子位置がずれた場合、吸気ポートの内壁が基準位置からずれた位置に形成される。本発明の内燃機関によれば、ずれた位置に吸気ポートの壁面が形成されても、テーパー部によって吸気ポートとスロート部との境界に生じる段差を緩やかにすることができる。そのため、吸気ポートの壁面に沿って導かれた吸気流の段差での剥離を抑制することができるので、吸入空気量の減少を抑えることができる。 When the position of the core arranged for forming the intake port is shifted during casting of the cylinder head, the inner wall of the intake port is formed at a position shifted from the reference position. According to the internal combustion engine of the present invention, even if the wall surface of the intake port is formed at a shifted position, the step generated at the boundary between the intake port and the throat portion can be made gentle by the tapered portion. Therefore, separation at the level difference of the intake flow guided along the wall surface of the intake port can be suppressed, so that a decrease in the intake air amount can be suppressed.

本発明のバルブシートは、内燃機関の吸気ポートに取り付けられ、前記吸気ポートを開閉する弁手段と接触するシート面を有するバルブシートであって、前記シート面と反対側の面から前記シート面に向かってスロート部の内径が漸次減少するテーパー部を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項２）。 The valve seat of the present invention is a valve seat that is attached to an intake port of an internal combustion engine and has a seat surface that comes into contact with valve means for opening and closing the intake port, from a surface opposite to the seat surface to the seat surface. The above-described problem is solved by providing the tapered portion in which the inner diameter of the throat portion gradually decreases.

本発明のバルブシートを吸気ポートに取り付けることによって、上述した内燃機関と同様に、ずれた位置に形成された吸気ポートとバルブシートとの境界に生じる段差を緩やかにすることができる。そのため、吸気ポートの壁面に沿った吸気流の剥離を抑え、吸入空気量の減少を抑制することができる。また、テーパー部はバルブシートに設けられるので、吸気ポートの設計の自由度を制限することがない。 By attaching the valve seat of the present invention to the intake port, the step generated at the boundary between the intake port formed at a shifted position and the valve seat can be moderated as in the above-described internal combustion engine. Therefore, separation of the intake air flow along the wall surface of the intake port can be suppressed, and a decrease in the intake air amount can be suppressed. Further, since the tapered portion is provided in the valve seat, the degree of freedom in designing the intake port is not limited .

本発明の他の内燃機関は、排気ポートと前記排気ポートに連なるバルブシートのスロート部との境界に、前記境界側の内径が前記排気ポートの内径より大きく設定されるとともに前記排気ポートの流れ方向と逆方向に沿って前記スロート部の内径を漸次減少させるテーパー部を備えたものである（請求項３）。また、本発明の他のバルブシートは、内燃機関の排気ポートに取り付けられ、前記排気ポートを開閉する弁手段と接触するシート面を有するバルブシートであって、前記シート面と反対側の面から前記シート面に向かってスロート部の内径が漸次減少するテーパー部を備えたものである（請求項４）。 In another internal combustion engine of the present invention, an inner diameter of the boundary side is set larger than an inner diameter of the exhaust port at a boundary between an exhaust port and a throat portion of a valve seat connected to the exhaust port, and a flow direction of the exhaust port And a tapered portion that gradually decreases the inner diameter of the throat portion along the opposite direction (Claim 3). Another valve seat of the present invention is a valve seat that is attached to an exhaust port of an internal combustion engine and has a seat surface that contacts valve means for opening and closing the exhaust port, from a surface opposite to the seat surface. A taper portion in which the inner diameter of the throat portion gradually decreases toward the seat surface (Claim 4).

以上に説明したように、本発明によれば、シリンダヘッドの鋳造時における中子位置のずれに起因する吸気ポートとバルブシートとの境界に生じる段差をテーパー部によって緩やかにできるので、吸気流の剥離を抑えて吸入空気量の減少を抑制することができる。また、バルブシートのテーパー部によって段差を緩やかにするので、吸気ポートの設計の自由度を制限することがない。複数の気筒を有する内燃機関に本発明を適用することで、各気筒の吸入空気量の減少を抑えることができるので、気筒毎の空燃比のばらつきを抑制することができる。これにより、内燃機関の燃焼を改善することができる。また、内燃機関の性能や燃費を向上させることもできる。 As described above, according to the present invention, the step generated at the boundary between the intake port and the valve seat due to the displacement of the core position during casting of the cylinder head can be moderated by the tapered portion, so that the intake flow It is possible to suppress the reduction of the intake air amount by suppressing the separation. Further, since the step is made gentle by the tapered portion of the valve seat, the degree of freedom in designing the intake port is not limited. By applying the present invention to an internal combustion engine having a plurality of cylinders, it is possible to suppress a decrease in the intake air amount of each cylinder, so that variations in the air-fuel ratio among the cylinders can be suppressed. Thereby, combustion of an internal combustion engine can be improved. In addition, the performance and fuel consumption of the internal combustion engine can be improved.

図１は本発明の一実施形態に係る内燃機関１の要部を示している。図１（ａ）は、内燃機関１に接続された吸気ポート２の出口部周辺を拡大して示しており、図１（ｂ）は、吸気ポート２の終端に設けられるバルブシート３を示している。図１（ａ）に示したように、内燃機関１のシリンダ４には吸気ポート２が設けられており、吸気ポート２の終端にはバルブシート３が設けられている。吸気ポート２は、バルブシート３のシート面３ａと不図示の吸気バルブとが接触又は離間することによりシリンダ４に対して開閉される。 FIG. 1 shows a main part of an internal combustion engine 1 according to an embodiment of the present invention. 1A shows an enlarged view of the vicinity of the outlet of the intake port 2 connected to the internal combustion engine 1, and FIG. 1B shows the valve seat 3 provided at the end of the intake port 2. Yes. As shown in FIG. 1A, the cylinder 4 of the internal combustion engine 1 is provided with an intake port 2, and a valve seat 3 is provided at the end of the intake port 2. The intake port 2 is opened and closed with respect to the cylinder 4 when the seat surface 3a of the valve seat 3 and an intake valve (not shown) contact or separate from each other.

バルブシート３は、シート面３ａと反対側の面からシート面３ａに向かって内径が漸次減少するテーパー部３ｂを備えている。図１（ｂ）に示したように、テーパー部３ｂは、スロート部３ｃの内径（スロート径）Ｄに対して所定の角度θで、吸気流の上流側に向かって広がるように設けられている。スロート径は吸気ポート２の内径とほぼ同じであるため、吸気ポート２とバルブシート３との境界側のテーパー部３ｂの内径は吸気ポート２の内径よりも大きく設定される。所定の角度θは、例えばシリンダヘッド５の材質、鋳造時の精度等によって適宜設定される。例えば、鋳造時の位置精度のばらつきが大きくなるようなシリンダヘッド５の構造や材質である場合は、角度θが大きく設定される。 The valve seat 3 includes a tapered portion 3b whose inner diameter gradually decreases from the surface opposite to the seat surface 3a toward the seat surface 3a. As shown in FIG. 1B, the tapered portion 3b is provided so as to expand toward the upstream side of the intake air flow at a predetermined angle θ with respect to the inner diameter (throat diameter) D of the throat portion 3c. . Since the throat diameter is substantially the same as the inner diameter of the intake port 2, the inner diameter of the tapered portion 3 b on the boundary side between the intake port 2 and the valve seat 3 is set larger than the inner diameter of the intake port 2. The predetermined angle θ is appropriately set depending on, for example, the material of the cylinder head 5 and the accuracy during casting. For example, when the cylinder head 5 has a structure or material that greatly varies the positional accuracy during casting, the angle θ is set large.

吸気ポート２は、吸気ポート２が形成されるシリンダヘッド５の鋳造時に中子がずれ、形成される位置にばらつきが生じることがある。この場合、吸気ポート２とバルブシート３との位置関係にばらつきが生じる。図２は、吸気ポート２が図２の右側にずれて形成された内燃機関１を示している。図２から明らかなように、本発明によれば、吸気ポート２の形成位置がずれて吸気ポート２とバルブシート３との位置関係にずれが生じても、テーパー部３ｂによって位置関係のずれによって発生する段差６を緩やかにすることができる。 In the intake port 2, the core may be displaced during casting of the cylinder head 5 in which the intake port 2 is formed, and the position where the intake port 2 is formed may vary. In this case, the positional relationship between the intake port 2 and the valve seat 3 varies. FIG. 2 shows the internal combustion engine 1 in which the intake port 2 is formed to be shifted to the right side of FIG. As is apparent from FIG. 2, according to the present invention, even if the formation position of the intake port 2 is shifted and the positional relationship between the intake port 2 and the valve seat 3 is shifted, the tapered portion 3b causes the positional relationship to shift. The generated step 6 can be made gentle.

以上の構成によれば、吸気ポート２とバルブシート３との位置関係のずれによって生じる段差をテーパー部３ｂによって緩やかにすることができる。そのため、吸気ポート２の内側に張り出した段差６による吸気ポートの壁面に沿って流れてきた吸気流の剥離を抑え、吸入空気量の減少を抑制することができる。 According to the above configuration, the step caused by the displacement of the positional relationship between the intake port 2 and the valve seat 3 can be made gentle by the tapered portion 3b. Therefore, separation of the intake flow flowing along the wall surface of the intake port due to the step 6 projecting inside the intake port 2 can be suppressed, and a decrease in the intake air amount can be suppressed.

図３は、図２の吸気ポート２における吸気の流れをコンピュータによりシミュレーションした結果を示している。なお、比較例として図４に示したテーパー部のないバルブシート３が設けられた吸気ポート２における吸気の流れを同一条件でシミュレーションした結果を図５に示す。なお、図４において図２と共通する部分には同一符号を付してある。図３及び図５において、図中の各矢印は吸気の流れを示している。図４の吸気ポート２では、テーパー部３ｂがないため、吸気ポート２がずれて形成された場合、吸気ポート２とバルブシート３との境界に急な段差６が発生する。そのため、図５の領域Ｂに示したように吸気ポート２の壁面２ａに沿って導かれた吸気流が段差６によって壁面から剥離される。この吸気流の剥離は、吸入空気量を減少させる。一方、図３の領域Ａに示したように、図２の吸気ポート２では、テーパー部３ｂによって吸気ポート２とバルブシート３との境界の段差６が緩やかになるため、吸気ポート２の壁面２ａに沿って導かれた吸気流を壁面から殆ど剥離させずにシリンダ４内へ流入させることができる。そのため、吸入空気量の減少を抑制することができる。 FIG. 3 shows the result of a computer simulation of the flow of intake air in the intake port 2 of FIG. As a comparative example, the result of simulating the flow of intake air in the intake port 2 provided with the valve seat 3 without the tapered portion shown in FIG. 4 under the same conditions is shown in FIG. 4 that are the same as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. 3 and 5, each arrow in the figure indicates the flow of intake air. In the intake port 2 of FIG. 4, since there is no tapered portion 3 b, when the intake port 2 is formed so as to be shifted, a steep step 6 occurs at the boundary between the intake port 2 and the valve seat 3. Therefore, as shown in region B of FIG. 5, the intake flow guided along the wall surface 2 a of the intake port 2 is separated from the wall surface by the step 6. This separation of the intake flow reduces the amount of intake air. On the other hand, as shown in the area A of FIG. 3, in the intake port 2 of FIG. 2, the stepped portion 6 at the boundary between the intake port 2 and the valve seat 3 becomes gentle due to the tapered portion 3b. It is possible to flow the intake air flow guided along the cylinder 4 into the cylinder 4 with almost no separation from the wall surface. Therefore, a decrease in the intake air amount can be suppressed.

本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明のバルブシートは排気ポートに設けられてもよい。この場合も、シリンダヘッドに排気ポートがずれて形成された場合に発生する段差を緩やかにすることができる。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and may be implemented in various forms. For example, the valve seat of the present invention may be provided in the exhaust port. Also in this case, the step generated when the exhaust port is formed to be shifted in the cylinder head can be made gentle.

本発明の一実施形態に係る内燃機関の要部を示す図で、（ａ）は吸気ポートの出口部周辺の拡大図を、（ｂ）は吸気ポートに設けられるバルブシートを示す。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the principal part of the internal combustion engine which concerns on one Embodiment of this invention, (a) is an enlarged view around the exit part of an intake port, (b) shows the valve seat provided in an intake port. 吸気ポートがずれて形成された内燃機関の要部を示す図。The figure which shows the principal part of the internal combustion engine formed in which the intake port shifted | deviated. 図２の吸気ポートを利用した場合の吸気ポート出口部周辺における吸気の流れをコンピュータによりシミュレーションした結果を示す図。The figure which shows the result of having simulated the flow of the intake air in the surroundings of the inlet port exit part at the time of using the intake port of FIG. 比較例のテーパー部のないバルブシートが設けられた吸気ポートの出口部周辺を示した図。The figure which showed the exit part periphery of the intake port provided with the valve seat without a taper part of a comparative example. 図４の吸気ポートを利用した場合の吸気ポート出口部周辺における吸気の流れをコンピュータによりシミュレーションした結果を示す図。The figure which shows the result of having simulated the flow of the intake air in the circumference | surroundings of the intake port exit part at the time of using the intake port of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１内燃機関
２吸気ポート
３バルブシート
３ａシート面
３ｂテーパー部
３ｃスロート部
４シリンダ
５シリンダヘッド
６段差 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 2 Intake port 3 Valve seat 3a Seat surface 3b Taper part 3c Throat part 4 Cylinder 5 Cylinder head 6 Step

Claims

吸気ポートと前記吸気ポートに連なるバルブシートのスロート部との境界に、前記境界側の内径が前記吸気ポートの内径より大きく設定されるとともに前記吸気ポートの流れ方向に沿って前記スロート部の内径を漸次減少させるテーパー部を備えたことを特徴とする内燃機関。 At the boundary between the intake port and the throat portion of the valve seat connected to the intake port, the inner diameter of the boundary side is set larger than the inner diameter of the intake port, and the inner diameter of the throat portion is set along the flow direction of the intake port. An internal combustion engine comprising a tapered portion that gradually decreases.

内燃機関の吸気ポートに取り付けられ、前記吸気ポートを開閉する弁手段と接触するシート面を有するバルブシートであって、
前記シート面と反対側の面から前記シート面に向かってスロート部の内径が漸次減少するテーパー部を備えていることを特徴とするバルブシート。 A valve seat attached to an intake port of an internal combustion engine and having a seat surface in contact with valve means for opening and closing the intake port,
A valve seat comprising a tapered portion in which an inner diameter of a throat portion gradually decreases from a surface opposite to the seat surface toward the seat surface.

排気ポートと前記排気ポートに連なるバルブシートのスロート部との境界に、前記境界側の内径が前記排気ポートの内径より大きく設定されるとともに前記排気ポートの流れ方向と逆方向に沿って前記スロート部の内径を漸次減少させるテーパー部を備えたことを特徴とする内燃機関。 At the boundary between the exhaust port and the throat portion of the valve seat connected to the exhaust port, the inner diameter on the boundary side is set larger than the inner diameter of the exhaust port, and the throat portion extends in the direction opposite to the flow direction of the exhaust port. An internal combustion engine comprising a tapered portion that gradually decreases the inner diameter of the engine.

内燃機関の排気ポートに取り付けられ、前記排気ポートを開閉する弁手段と接触するシート面を有するバルブシートであって、 A valve seat attached to an exhaust port of an internal combustion engine and having a seat surface in contact with valve means for opening and closing the exhaust port,
前記シート面と反対側の面から前記シート面に向かってスロート部の内径が漸次減少するテーパー部を備えていることを特徴とするバルブシート。 A valve seat comprising a taper portion in which an inner diameter of a throat portion gradually decreases from a surface opposite to the seat surface toward the seat surface.