JP2011208549A

JP2011208549A - 内燃機関のシリンダヘッド

Info

Publication number: JP2011208549A
Application number: JP2010075867A
Authority: JP
Inventors: Masato Sawashita; 真人澤下
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: JP5611634B2

Abstract

【課題】混合気燃焼式内燃機関において、排気性能を損なうことなく強いタンブル流を生成させて燃費を向上させる。
【手段】シリンダヘッド１のルーフ面５には２つの吸気ポート１０と２つの排気ポート１１とが対称状に配置されている。シリンダヘッド１はシリンダブロック２の上面よりも上に位置しており、このためシリンダヘッド１は内周面６を有する。シリンダヘッド１の内周面６のうち吸気ポート１０と排気ポート１１との対の外側に部位に、吸気ポート１０と排気ポート１１との両方に外接する接線１９と略重なって延びる直線状ガイド壁１８が形成されている。直線状ガイド壁１８のうち排気ポート１１に近い終端部には、排気ポート１１との間に空間２０を空けるための凹所１８ｂが形成されている。
【選択図】図１

Description

本願発明は、混合気燃焼式内燃機関のシリンダヘッドに関するものである。

ガソリンエンジンのように混合気燃焼方式の内燃機関では、混合気にタンブル流を付与することで燃料と空気との均一混合性をアップさせ、これによって燃焼効率（燃費）を高めることが行われている。そして、特許文献１には、吸気ポートと排気ポートとの対を２対有する４弁式シリンダヘッドにおいて、タンブル流の生成促進手段として、シリンダヘッドの内周面に、吸気ポート（或いは吸気弁）と排気ポート（或いは排気弁）との対を結ぶ線に沿って延びる直線状のガイド面を形成することが開示されている。

より正確に述べると、特許文献１では、吸気ポートの内周面のうち排気ポートと反対側の面に下向きの流入抑制壁１２を形成すると共に、流入抑制壁１２に連続した直線状ガイド面を、吸気ポートと排気ポートとを結ぶ線に沿って延びるように形成しているのであり、流入抑制壁１２と直線状ガイド面とをつなぐ平面視円弧状の部分１４はシリンダボアの外側にはみ出ている。従って、特許文献１では直線状ガイド面と吸気ポートとの間には間隔が空いている。

特開平８−２０００７５号公報

さて、吸気弁が開いても混合気は吸気ポートの軸心方向に直線状に流れる訳ではなく、吸気弁の背面に当たることにより、吸気弁の軸心と直交した方向に広がりながら（シリンダヘッドのルーフ面に沿って広がりながら）燃焼室に放出される。そして、４弁式の内燃機関において２つの吸気ポートはその一部がシリンダヘッドの内周面にほぼ接しているので、混合気の一部は吸気ポートから出てすぐにシリンダヘッドの内周面に衝突することになる。そして、シリンダヘッドの内周面が単純な円形であると、吸気ポートを出てすぐにシリンダヘッドの内周面に当たった混合気は、シリンダヘッド１の内周面の円弧にガイドされて、吸気ポートから遠ざかっていくことになる。

他方、タンブル流は、シリンダボアの軸心と直交した方向及び吸気ポートと排気ポートとを結ぶ仮想線と直交した方向に延びる仮想軸心の回りに旋回する流れであり（すなわちシリンダボアの側面視で旋回流となる流れであり）、吸気ポートから放出された混合気がシリンダヘッドのルーフ面に沿って流れてからシリンダボアに向けて方向変換することを利用している。従って、タンブル流を強くするには、吸気ポートから放出された混合気にできるだけ強い方向性を付与するのが好ましい。

そして、特許文献１のようにシリンダヘッドの内周面に直線状ガイド面を形成すると、混合気がシリンダヘッドの放射方向に拡散することが抑制されて、吸気ポートと排気ポートとを結ぶ方向に流れようとする方向性が強化されるため、タンブル流を強化することができると言える。

しかし、特許文献１のように吸気ポートと直線状ガイド面との間に間隔が空いていると、吸気ポートから放出された混合気が下方に放散する割合が高くなると共に、混合気が直線状ガイド面に当たるときの速度が低くなるため、混合気が吸気ポートと排気ポートとを結ぶ線に沿って流れる勢いを強くすることに限度があり、その結果、強いタンブル流を得ることにも限度があると推測される。

本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、混合気の直進性を高めてより強いタンブル流を得ることを目的とする。更に本願は、タンブル流強化機能を損なうことなく排気性能を確保することも目的として含んでいる。

本願発明は改良されたシリンダヘッドの構造に関する。このシリンダヘッドは、中心部に点火プラグ取付け穴を有すると共にその外側の略対称の位置に吸気ポートと排気ポートとが開口しているルーフ面と、前記ルーフ面に連続した内周面とを有しており、前記内周面にはシリンダブロックに重なる下面が連続している、という構成において、前記内周面に、前記吸気ポートから供給された混合気にタンブル流が付与されることを促進する直線状ガイド壁が、シリンダボアの軸線方向から見て前記吸気ポートと排気ポートとに外接する接線と略重なる状態で延びるように形成されている。

本願発明において、直線状ガイド壁が吸気ポートの縁と排気ポートの縁とをつなぐ状態に延びていることも可能ではあるが、排気ポートとの間には間隔を空けた状態（空間が空いた状態）に設定するのが好ましい。直線状ガイド壁と排気ポートとの間に間隔を空ける手段としては、例えば、直線状ガイド壁のうち排気ポートに近い終端部に排気ポートと同心円状の凹所を形成することや、直線状ガイド壁を排気ポートの近くの部位で終らせることが考えられる。

本願発明によると、直線状ガイド壁は前記吸気ポートと排気ポートとに外接する接線と略重なる状態で延びるため、直線状ガイド壁の端部（始端部）は吸気ポートの内周面に略接しており、このため、混合気が下方に逃げることが抑制されて、混合気が直線状ガイド壁に沿って移動することが特許文献１より強くなると言える。また、吸気ポートから放出された混合気の一部が直線状ガイド壁に当たって排気ポートの方向に向いて流れる場合、混合気は流速を低下させることなく強い勢いを保持した状態で直線状ガイド壁に当たるため、タンブル流の流速向上機能も発揮する。

このように、本願発明によると、直線状ガイド壁に沿って流れる混合気の量を増大できることと、直線状ガイド壁に沿って流れる混合気の流速を速くできることとが相まって、タンブル流をより強く確実化することができるのであり、これによって燃費向上に貢献できる。

また、既述のように排気ポートと直線状ガイド壁との間に間隔を空けると、排気性能を確保できて好適である。すなわち、排気は排気弁を開くことで行われるが、燃焼済ガスは排気弁の周囲から排気ポートに流れ込むため、排気ポートと直線状ガイド壁との間に間隔（空間）を空けておくと、排気弁の開弁時に排気弁と直線状ガイド壁との間に適度の排気通路を確保することができるのであり、これにより、燃焼済ガスを確実に排気できる。その結果、タンブル流の強化と相まって燃費向上に貢献できる。

実施形態に係る係る内燃機関において、シリンダヘッドを下方から見た底断面図である。図１のII-II 視側面図である。図１のIII-III 視断面図である。図１の IV-IV視断面図である。（Ａ）は図１の VA-VA視断面図、（Ｂ）は別例図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図３に示すように、内燃機関は上面にシリンダヘッド１が固定されたシリンダブロック２を有しており、シリンダブロック２には真円形のシリンダボア３が形成され、シリンダボア３にはピストン４が摺動自在に嵌まっている（なお、図３ではピストン４は便宜的に外観を表示している。）。

シリンダヘッド１は、燃焼ガスの圧力を強く受けるルーフ面５と、このルーフ面５の終縁に連続した内周面６と、内周面６の下端に連続した下面７とを有しており、下面７はガスケットを介してシリンダブロック２の上面に重なっている。従って、下面７とルーフ面５との間に段差が存在する。ルーフ面５の中心箇所には点火プラグ取付け穴８が開口しており、点火プラグ取付け穴８に点火プラグ９が上からねじ込み装着されている。

ルーフ面５には吸気ポート１０と排気ポート１１との対が２対開口しており、吸気ポート１０には吸気通路１２が連通し、排気ポート１１には排気通路１３が連通している。吸気ポート１０は吸気弁１４で開閉され、排気ポート１１は排気弁１５で開閉される。敢えて述べるまでもないが、両弁１４，１５は弁棒１４ａ，１５ａを有する。また、両弁１４，１５の外周面はテーパ状になっている。

ルーフ面５のうち、２つの吸気ポート１０を設けている第１エリア５ａと２つの排気ポート１１を設けている第２エリア５ｂとは、シリンダヘッド１の軸心Ｏを挟んで対称に位置しており、かつ、両エリア５ａ，５ｂは図３の状態の断面視力で互いに略ハの字を成す状態に若干の角度で傾斜している。このため、両弁１４，１５の弁棒１４ａ，１５ａもシリンダボア３の軸心Ｏに対して若干の角度だけ傾斜している。

ルーフ面５の第１エリア５ａのうち２つの吸気ポート１０を挟んで点火プラグ９と反対側の部位には、下面７まで延びる第１下向き突部１６が形成されており、また、ルーフ面５の第２エリア５ｂのうち２つの排気ポート１１を挟んで点火プラグ９と反対側の部位には、下面７まで延びる第２下向き突部１７が形成されている。両突部１６，１７は軸心に向かって凸の山形を成しており、第１突部１６の側面と吸気ポート１０との間には等間隔の空間が空いており、第２突部１７の側面と排気ポート１１との間にも等間隔の空間が空いている。

シリンダヘッド１の内周面６のうち吸気ポート１０と排気ポート１１との並び方向に沿って延びる部位には、タンブル流の形成を促進するための直線状ガイド壁１８を形成している。直線状ガイド壁１８の側面１８ａは、シリンダボア３の軸心Ｏの方向から見た平面視において、吸気ポート１０と排気ポート１１とに共通して外接する接線１９と重なる状態で延びており、かつ、直線状ガイド壁１８の下面はシリンダヘッド１の下面と同一面を成している。なお、直線状ガイド壁１８は直線状ガイド突部と言い換えることも可能である。

直線状ガイド壁１８の一端（始端）は吸気ポート１０の外周に接しているが、直線状ガイド壁１８の他端（終端）は排気ポート１１の外周までは達しておらず、直線状ガイド壁１８のうち排気ポート１１に近い終端部には、排気ポート１１を囲うように延びる円弧状の凹所１８ｂが形成されている。従って、直線状ガイド壁１８の凹所１８ｂと排気ポート１１との間にはカーブした状態で延びる隙間（空間）２０が空いている。

以上の構成において、吸気弁１４が開くと、例えば図４の矢印Ａに示すように、混合気は吸気弁１４の背面１４ｂに当たることで吸気弁１４の放射方向に向きを変え、そして、吸気弁１４の放射方向に広がった混合気の一部は直線状ガイド壁１８に当たり、図１に矢印Ｂで示すように、直線状ガイド壁１８に当たって混合気は排気ポート１１に向かうようにガイドされる。

そして、直線状ガイド壁１８の一端は吸気ポート１０に接しているため、混合気が直線状ガイド壁１８と吸気弁１４との間の隙間から下方に逃げる度合いが少なくなり、直線状ガイド壁１８に沿って移動する混合気の割合が特許文献１よりも多くなる。かつ、混合気は吸気ポート１１から出てすぐに直線状ガイド壁１８にガイドされるため、混合気は流速を低下させることなく直線状ガイド壁１８で方向性が付与される。これらが相まって、混合気に強いタンブル流Ｃ（図３参照）を付与できる。

他方、直線状ガイド壁１８の終端部と排気ポート１１との間には隙間２０が空いているため、図５（Ａ）に示すように、排気弁５が開くと、排気ポート１１と直線状ガイド壁１８との間にはガス通路が形成されることになり、このため、排気ポート１１の周囲に十分な面積の排気通路を形成することができる。従って、排気性能を阻害することなく強いタンブル流を形成することができるのであり、これにより燃費向上に大きく貢献できる。

上記の実施形態では、直線状ガイド壁１８における凹所１８ｂの側面をシリンダボア３と平行に形成しているが、図５（Ｂ）に変形例として示すように、凹所１８ｂの側面を下に行くほどシリンダボア３に近づく傾斜面と成すことも可能である。また、図１に一点鎖線で示すように、直線状ガイド壁１８の他端（終端）１８ｃを排気ポート１１の手前に位置させることも可能である。

本願発明は内燃機関に適用して有用性を発揮する。従って、産業上利用できる。

１シリンダヘッド
２シリンダブロック
３シリンダボア
４ピストン
５シリンダヘッドのルーフ面
６シリンダヘッドの内周面
７シリンダヘッドの下面
８点火プラグ取付け穴
９点火プラグ
１０吸気ポート
１１排気ポート
１２吸気通路
１３排気通路
１４吸気弁
１５排気弁
１８直線状ガイド壁
１８ａ直線状ガイド壁
１８ｂ凹所
２０隙間（空間）

Claims

中心部に点火プラグ取付け穴を有すると共にその外側の略対称の位置に吸気ポートと排気ポートとが開口しているルーフ面と、前記ルーフ面に連続した内周面とを有しており、前記内周面にはシリンダブロックに重なる下面が連続している、という構成であって、
前記内周面に、前記吸気ポートから供給された混合気にタンブル流が付与されることを促進する直線状ガイド壁が、シリンダボアの軸線方向から見て前記吸気ポートと排気ポートとに外接する接線と略重なる状態で延びるように形成されている、
内燃機関のシリンダヘッド。