JP3018849B2 - 内燃機関のシリンダヘッド - Google Patents

内燃機関のシリンダヘッド

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JP3018849B2
JP3018849B2 JP5206444A JP20644493A JP3018849B2 JP 3018849 B2 JP3018849 B2 JP 3018849B2 JP 5206444 A JP5206444 A JP 5206444A JP 20644493 A JP20644493 A JP 20644493A JP 3018849 B2 JP3018849 B2 JP 3018849B2
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    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F1/42Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4214Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のシリンダヘ
ッドの改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】内燃機関の排気弁は燃焼ガスにさらされ
て熱的に厳しい環境下にあり、高い冷却性が要求され
る。
【0003】従来の内燃機関のシリンダヘッドとして、
例えば図4に示すようなものがある(特開昭60−79
141号公報、参照)。
【0004】これについて説明すると、シリンダヘッド
1には燃焼室2に吸気を導入する吸気ポート7と、燃焼
室2から排気ガスを排出する排気ポート6が形成され
る。シリンダヘッド1は吸気ポート7と排気ポート6が
それぞれ左右側壁部16,14に開口した、いわゆるク
ロスフロー型のものである。
【0005】シリンダヘッド1には、吸気ポート7を燃
焼室2に対して開閉する吸気弁3と、排気ポート6を燃
焼室2に対して開閉する排気弁4と、吸・排気弁3,4
をロッカアーム10や図示しないカム等を介して機関の
回転に同期して開閉駆動する動弁機構が設けられる。
【0006】吸・排気弁3,4が燃焼ガスから受ける熱
は、バルブシート8、バルブガイド9を介してシリンダ
ヘッド1に伝熱し、シリンダヘッド1からウォータジャ
ケット8を循環する冷却水や外気に放熱される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の内燃機関のシリンダヘッド1にあっては、吸
気弁4は吸気ポート7を流れる低温の吸入空気にさらさ
れて放熱が促される一方、排気弁4は排気ポート6を流
れる高温の排気ガスにさらされて加熱されるため、排気
弁4が高温化してノッキング等を発生する可能性があ
る。
【0008】また、吸気ポート7から燃焼室に流入する
吸入空気に渦流を生起して、燃焼室における空気流動を
促して着火遅れを少なくしたり、燃焼速度を速めたいと
いう要求がある。
【0009】しかしながら、吸気ポート7をシリンダ方
向に沿うように傾斜させて、燃焼室2に流入する吸入空
気に縦方向に旋回する渦流、すなわちタンブルを生起し
ようとする場合、このような従来のシリンダヘッド1に
あっては、吸気ポート7と排気ポート6は燃焼室2から
シリンダヘッド1の左右方向にそれぞれ延びている構造
のため、吸気ポート7の傾斜角度が制約され、燃焼室2
に強いタンブルを生起できないという問題点が考えられ
る。
【0010】本発明は上記の問題点に着目し、吸入空気
に強いタンブルを生起するとともに、排気弁の冷却性を
高めることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
燃焼室に吸気を導入する吸気ポートと、燃焼室から排気
ガスを排出する排気ポートと、吸気ポートを燃焼室に対
して開閉する吸気弁と、排気ポートを燃焼室に対して開
閉する排気弁と、吸・排気弁を機関の回転に同期して開
閉駆動する動弁機構とを備える内燃機関のシリンダヘッ
ドにおいて、一方の側壁部に吸気ポートと排気ポートの
両方を開口させ、吸気ポートを排気ポートの上方に並ん
で形成するとともに、排気弁のステム部を排気ポートと
吸気ポートの両方を貫通させる。
【0012】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、吸気ポートに燃料を供給する燃料噴射弁を
設け、燃料噴射弁の燃料噴射方向を排気弁のステム部に
向ける。
【0013】
【作用】請求項1記載の発明は、吸気ポートを排気ポー
トの上方に並んで形成することにより、吸気ポートをシ
リンダに沿うようにして燃焼室に接続することが可能に
なる。このため、ピストンの下降に伴い吸気ポートを通
ってシリンダに流入する混合気に強いタンブルが生起さ
れる。タンブルが強化されることにより、燃焼室におけ
る空気流動を促して着火遅れを少なくし、燃焼速度を速
めて、機関の出力および燃費を改善することができる。
【0014】排気弁のステム部が吸気ポートを貫通して
設けられているため、排気弁が燃焼ガスから受ける熱
は、ステム部は吸気ポートを流れる低温の吸入空気にさ
らされて放熱が促される。この結果、排気弁の冷却性を
十分に確保することが可能となり、その耐熱性を高めら
れるとともに、ノッキング等の発生を抑えられる。
【0015】請求項2記載の発明は、燃料噴射弁の燃料
噴射方向を排気弁のステム部に向けたため、燃料噴射弁
から噴射される燃料が排気弁のステム部に衝突し、排気
弁から燃料への放熱が促される。
【0016】また、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧
は高温の排気弁のステム部によって加熱されることによ
り、燃料の霧化が促進され、燃焼性が高められる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。
【0018】図1、図2に示すように、シリンダヘッド
1には、ピストン5との間に燃焼室2が画成され、1つ
の燃焼室2に吸気を導入する2つの吸気ポート7と、燃
焼室2から排気ガスを排出する2つの排気ポート6が形
成される。シリンダヘッド1は、各吸気ポート7と各排
気ポート6がそれぞれシリンダヘッド1の左側壁16に
開口する、いわゆるカウンタフロー型のものである。
【0019】シリンダヘッド1には、各吸気ポート7を
燃焼室2に対して開閉する2つの吸気弁3と、各排気ポ
ート6を燃焼室2に対して開閉する2つの排気弁4と、
各吸・排気弁3,4をカム11、リフタ12、バルブス
プリング13等を介して機関の回転に同期して開閉駆動
する動弁機構が設けられる。
【0020】図2において、15は図示しない点火栓を
挿通させるプラグポストであり、点火栓は各吸・排気弁
3,4の間から燃焼室2の中央部に臨んで配置される。
図中、29はリフタ12を嵌合させるボス部、26,2
7は各バルブガイド32,42を嵌合させる穴、25は
図示しないロッカカバーに対する接合フランジ部であ
る。
【0021】ピストン5を収装するシリンダ20につい
てコンロッド19が連結される図示しないクランクシャ
フトが配置される方向を下方、燃焼室2が配置される方
向を上方とすると、各吸気ポート7は各排気ポート6の
上方に並んで配置される。
【0022】各吸気ポート7は、燃焼室2からシリンダ
20と略平行に延びる下流部21と、下流部21から排
気ポート6に沿って湾曲する湾曲部22と、湾曲部22
からシリンダ20と略直交する方向に延びる上流部23
を有する。
【0023】吸気弁3のステム部31は吸気ポート7を
貫通して設けられる。シリンダヘッド1にはバルブガイ
ド32が圧入され、バルブガイド32を介してステム部
31が摺動自在に支持されている。
【0024】排気弁4のステム部41は排気ポート6と
吸気ポート7の両方を貫通して設けられる。シリンダヘ
ッド1のアッパデッキ部17にはバルブガイド42が圧
入され、ポート隔壁部18にはバルブガイド43が圧入
され、各バルブガイド42,43を介してステム部41
が摺動自在に支持されている。
【0025】シリンダヘッド1には吸・排気ポート7,
6のまわりにウォータジャケット8が形成される。ウォ
ータジャケット8には図示しないウォータポンプから送
られる冷却水が循環して、シリンダヘッド1の熱を持ち
去るようになっている。
【0026】シリンダヘッド1の左側壁16にはマニホ
ールド50が接続される。マニホールド50は各吸気ポ
ート7に連通する吸気管51と、各排気ポート6に連通
する排気管52が一体形成される。
【0027】各吸気ポート7に燃料を供給する燃料噴射
弁60が設けられる。マニホールド50には燃料噴射弁
60に対する取付ボス53が一体形成される。
【0028】燃料噴射弁60はその燃料噴射方向が排気
弁4のステム部41に向けられるように配置される。
【0029】以上のように構成され、次に作用について
説明する。
【0030】ピストン5が下降する吸入行程で、吸気弁
3がリフトし、吸気管51から導入される空気は燃料噴
射弁60から噴射された燃料と混合しながら各吸気ポー
ト7を通って燃焼室2に吸入される。
【0031】吸気ポート7を排気ポート6の上方に並ん
で形成することにより、吸気ポート7の下流部21がシ
リンダ20に沿うように配置することが可能となる。こ
のため、吸気ポート7を通ってシリンダ20に流入する
混合気に強いタンブルが生起される。タンブルが強化さ
れることにより、燃焼室2における空気流動を促して着
火遅れを少なくし、燃焼速度を速めて、機関の出力およ
び燃費を改善することができる。
【0032】吸・排気弁3,4が燃焼ガスから受ける熱
は、例えば600〜800Kの温度範囲に保たれるバル
ブシート8、バルブガイド32,42,43を介してシ
リンダヘッド1に伝熱し、シリンダヘッド1からウォー
タジャケット8を循環する例えば360〜380Kの温
度範囲に保たれる冷却水や外気に放熱される。
【0033】これに加えて、吸気弁4は吸気ポート7を
流れる例えば310〜330Kの吸入空気にさらされて
放熱が促されるため、十分な冷却性を確保できる。
【0034】一方、排気弁4は排気ポート6を流れる高
温の排気ガスにさらされて加熱されるが、そのステム部
41が吸気ポート7を貫通して設けられているため、吸
気ポート7を流れる低温の吸入空気にさらされて放熱が
促される。
【0035】さらに、燃料噴射弁60から噴射される燃
料が排気弁4のステム部41に衝突するため、排気弁4
から燃料への放熱が促される。
【0036】この結果、排気弁4の冷却性を十分に確保
することが可能となり、その耐熱性を高められるととも
に、ノッキング等の発生を抑えられる。
【0037】また、燃料噴射弁60から噴射される燃料
噴霧は高温の排気弁4のステム部41によって加熱され
ることにより、燃料の霧化が促進され、燃焼性が高めら
れる。
【0038】次に、図3に示す他の実施例について説明
する。なお、図1との対応部分には同一符号を付して示
すことにする。
【0039】シリンダヘッド1のアッパデッキ部17に
は排気弁4のステム部41を摺動自在に支持するバルブ
ガイド42が圧入される一方、ポート隔壁部18にはス
テム部41を直接的に摺動自在に挿通させるバルブガイ
ド穴45が形成される。
【0040】シリンダヘッド1はアルミ合金を材質とし
て形成され、バルブガイド穴45と排気ポート6に面す
るガイド部46はアルミ合金より熱伝導率の高い銅系の
金属をレーザーにより溶射して形成される。
【0041】この場合、排気弁4が燃焼ガスから受ける
熱は、ステム部41から熱伝導率の高いバルブガイド部
46を経てシリンダヘッド1に伝熱することが促進さ
れ、シリンダヘッド1からウォータジャケット8を循環
する冷却水への放熱量が増やされる。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように請求項1記載の発明
は、燃焼室に吸気を導入する吸気ポートと、燃焼室から
排気ガスを排出する排気ポートと、吸気ポートを燃焼室
に対して開閉する吸気弁と、排気ポートを燃焼室に対し
て開閉する排気弁と、吸・排気弁を機関の回転に同期し
て開閉駆動する動弁機構とを備える内燃機関のシリンダ
ヘッドにおいて、一方の側壁部に吸気ポートと排気ポー
トの両方を開口させ、吸気ポートを排気ポートの上方に
並んで形成するとともに、排気弁のステム部を排気ポー
トと吸気ポートの両方を貫通させたため、吸気ポートか
らシリンダに流入する混合気に強いタンブルが生起され
て、機関の出力および燃費を改善する一方、排気弁のス
テム部が吸気ポートを流れる低温の吸入空気にさらされ
て放熱が促されことにより、排気弁のの耐熱性を高めら
れるとともに、ノッキング等の発生を抑えられる。
【0043】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、吸気ポートに燃料を供給する燃料噴射弁を
設け、燃料噴射弁の燃料噴射方向を排気弁のステム部に
向けたため、燃料噴射弁から噴射される燃料が排気弁の
ステム部に衝突し、排気弁から燃料への放熱が促される
ことにより、排気弁の冷却性が高められるとともに、燃
料の霧化が促進され、燃焼性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す機関の断面図。
【図2】同じくシリンダヘッドの平面図。
【図3】他の実施例を示す機関の断面図。
【図4】従来例を示すシリンダヘッドの断面図。
【符号の説明】 1 シリンダヘッド 2 燃焼室 3 吸気弁 4 排気弁 5 ピストン 6 排気ポート 7 吸気ポート 11 カム 20 シリンダ 41 排気弁ステム部 42 バルブガイド 43 バルブガイド 45 バルブガイド穴 46 バルブガイド部 60 燃料噴射弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F02B 23/08 F02B 23/08 S 31/00 31/00 Z F02M 31/135 F02M 69/04 P 69/04 31/12 301T (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02F 1/42 F01L 1/26 F01P 1/08 F02B 23/00 - 23/10 F02B 31/00 F02M 31/135 F02M 69/04 F01L 3/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼室に吸気を導入する吸気ポートと、 燃焼室から排気ガスを排出する排気ポートと、 吸・排気ポートを燃焼室に対して開閉する吸・排気弁
    と、 吸・排気弁を機関の回転に同期して開閉駆動する動弁機
    構とを備える内燃機関のシリンダヘッドにおいて、 一方の側壁部に吸気ポートと排気ポートの両方を開口さ
    せ、 吸気ポートを排気ポートの上方に並んで形成するととも
    に、 排気弁のステム部を排気ポートと吸気ポートの両方を貫
    通させたことを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド。
  2. 【請求項2】 吸気ポートに燃料を供給する燃料噴射弁
    を設け、 燃料噴射弁の燃料噴射方向を排気弁のステム部に向けた
    ことを特徴とする請求項1記載の内燃機関のシリンダヘ
    ッド。
JP5206444A 1993-08-20 1993-08-20 内燃機関のシリンダヘッド Expired - Lifetime JP3018849B2 (ja)

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