JPH0733766B2 - 内燃機関の燃焼室 - Google Patents

内燃機関の燃焼室

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JPH0733766B2
JPH0733766B2 JP63213648A JP21364888A JPH0733766B2 JP H0733766 B2 JPH0733766 B2 JP H0733766B2 JP 63213648 A JP63213648 A JP 63213648A JP 21364888 A JP21364888 A JP 21364888A JP H0733766 B2 JPH0733766 B2 JP H0733766B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の燃焼室に関する。
〔従来の技術〕
給気弁とその弁座間に形成される開口の一部および排気
弁とその弁座間に形成される開口の一部を給気弁および
排気弁のリフト量が小さいときに閉鎖するマスク壁を設
けた２サイクルディーゼル機関が公知である（特公昭60
−5770号公報参照）。この２サイクルディーゼル機関で
は給気弁開口の一部をマスク壁により覆うことによって
マスク壁により覆われた給気弁開口の一部から空気が流
入するのを阻止し、排気弁開口の一部をマスク壁により
覆うことによってマスク壁により覆われた排気弁開口の
一部から既燃ガスが流出するのを阻止するようにしてい
る。
一方、給気弁とその弁座間に形成される開口の一部を給
気弁の全開弁期間に亙って閉鎖するマスク壁を設けた２
サイクル内燃機関が本出願人により既に提案されている
（特願昭63−102659号参照）。この２サイクル内燃機関
では給気弁開口の一部を給気弁の全開弁期間に亙ってマ
スク壁により覆うことによって給気弁の全開弁期間に亙
ってマスク壁により覆われた給気弁開口の一部から空気
又は混合気が流入するのを阻止するようにしている。
また、吸気弁弁座および排気弁弁座をシリンダヘッド上
に肉盛されかつ機械加工された肉盛層から形成した内燃
機関が公知される（特開昭62−150014号公報参照）。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら上述の特公昭60−5770号公報に記載された
２サイクルディーゼル機関および特願昭63−102659号公
報に記載された２サイクル内燃機関では給気弁弁座およ
び排気弁弁座をシリンダヘッド内壁面上に形成された弁
座溝内に圧入する構造となっている。しかしながらこの
ように給気弁弁座および排気弁弁座をシリンダヘッド内
壁面上の弁座溝内に圧入するようにした場合にはこれら
給気弁弁座或いは排気弁弁座を圧入するためにマスク壁
を弁座溝の外周縁よりも外方に形成しなければならず、
その結果マスク壁と給気弁の外周縁間およびマスク壁と
排気弁の外周縁間に大きな空隙がけ形成される。従って
マスク壁により給気弁の開口および排気弁の開口を覆う
ようにしてもこの空隙を介して空気，混合気或いは既燃
ガスが流れ、斯くしてマスク壁により給気弁開口の一部
或いは排気弁開口の一部を完全に閉鎖できないという問
題がある。
〔課題を解決するための手段〕
上記問題点を解決するために本発明によれば給気弁とそ
の弁座間に形成される開口の一部又は排気弁とその弁座
間に形成される開口の一部を閉鎖するマスク壁をシリン
ダヘッド内壁面上に形成した内燃機関において、給気弁
弁座とマスク壁或いは排気弁弁座とマスク壁をシリンダ
ヘッド上に肉盛されかつ機械加工された肉盛層から一体
的に形成している。
〔作 用〕
給気弁弁座とマスク壁或いは排気弁弁座とマスク壁を肉
盛層から形成することによってマスク壁と給気弁周縁部
間の空隙又はマスク壁と排気弁周縁部間の空隙が実質的
になくなり、斯くしてマスク壁により給気弁開口の一部
或いは排気弁開口の一部を完全に閉鎖することができ
る。
〔実施例〕
第１図から第３図を参照すると、１はシリンダブロッ
ク、２はシリンダブロック１内で往復動するピストン、
３はシリンダブロック１上に固定されたシリンダヘッ
ド、４はシリンダヘッド３の内壁面3aとピストン２の頂
面間に形成された燃焼室を夫々示す。シリンダヘッド３
の内壁面3a上には燃焼室４に向けて突出しかつシリンダ
ヘッド３の内壁面3aの直径に沿いその直径の全体に亙っ
て延びる***部５が形成される。第１図に示すようにこ
の***部５はその下端部に尾根5aを有する三角形状断面
を有しており、この***部５の根元部が第１図から第３
図において5bで示される。***部５の一側には一対の給
気弁６が配置され、***部５の他側には一対の排気弁７
が配置される。
また、***部５の中央部5cは排気弁７速に湾曲せしめら
れており、この湾曲中央部5cの給気弁６側に点火栓８が
配置される。従って点火栓８はほぼシリンダ軸線上に位
置し、しかも***部５に対して給気弁６側に配置されて
いる。***部５上には排気弁７側に位置する給気弁６周
縁部と弁座９間の開口を覆うために各給気弁６に対して
夫々マスク壁10が形成されている。これらのマスク壁10
は対応する給気弁６の周縁部に極めて近接配置されかつ
給気弁６の周縁部に沿って延びる断面円弧状をなしてお
り、更にこれらのマスク壁10は第１図において鎖線で示
す最大リフト位置にある給気弁６よりも下方まで燃焼室
４に向けて延びている。従って排気弁７側に位置する給
気弁６周縁部と弁座９間の開口は給気弁６の開弁期間全
体に亙ってマスク壁10により閉鎖されることになる。一
方、排気弁７の周縁部と***部５の根元部5bとの間には
一定の間隔が設けられており、従って給気弁６側に位置
する排気弁７周縁部と弁座11間の開口は***部５によっ
て閉鎖されることがない。従って排気弁７が開弁すると
排気弁７と弁座11間に形成される開口はその全体が燃焼
室４内に開口することになる。
シリンダヘッド３内には給気弁６に対して給気ポート12
が形成され、排気弁７に対して排気ポート13が形成され
る。各給気ポート12は例えば機関によって駆動される機
械式過給機14および給気ダクト15を介して図示しないエ
アクリーナに接続されており、給気ダクト15内にはスロ
ットル弁16が配置される。各給気ポート12の上壁面には
燃料噴射弁17が配置され、各燃料噴射弁17からは広がり
角の小さい剛体状の燃料が給気弁６の第３図においてハ
ッチングで示す領域18に向けて噴射される。この領域18
は給気ポート12の軸線に関して点火栓８側に位置し、か
つ両給気弁６の弁ステムを結ぶ線に対して点火栓８と反
対側に位置する。
第１図、および第２図におけるハッチング領域で示され
るように給気弁弁座９およびマスク壁10はシリンダヘッ
ド３上にに肉盛されかつ機械加工された肉盛層から一体
的に形成される。また、第１図、および第２図における
ハッチング領域で示されるようにこの実施例では***部
５のほぼ全表面および点火栓８周りのシリンダヘッド内
壁面部分3dも給気弁弁座９およびマスク壁10と共に肉盛
層により一体的に形成される。
次にこの肉盛層の形成方法について第４図を参照しつつ
説明する。
第４図（Ａ）および（Ｂ）は鋳造されたアルミ合金製の
シリンダヘッド３上に肉盛するところを示している。第
４図（Ａ）において５′は***部５の基部を示してお
り、20は給気弁弁座形成面を示している。この給気弁弁
座形成面20は給気ポート12間の給気ポート出口内壁面上
には内方に向けて突出した環状のリブ21が形成されてい
る。シリンダヘッド３は給気弁軸線Ｋ−Ｋを中心に回転
せしめられ、このとき最下端に位置する給気弁弁座形成
面20がほぼ水平となるように給気弁軸線Ｋ−Ｋの傾斜角
が定められている。給気弁軸線Ｋ−Ｋ回りを回転する給
気弁弁座形成面20上にはホッパ22の先端22aから金属粉
末が供給され、給気弁弁座形成面20上に供給された金属
粉末には高エネルギが高エネルギ源24から照射される。
金属粉末はシリンダヘッド１を形成するアルミ合金の粉
末、或いは銅を主成分とした粉末（例えばニッケル15
％，鉄３％，リン１％，その他はほとんど銅）からな
る。一方、高エネルギ23は例えばレーザビームからな
り、この場合高エネルギ源は例えばCO2レーザからな
る。給気弁弁座形成面20上に供給された金属粉末に高エ
ネルギ23が照射されると金属粉末は溶融し、次いで固化
して肉盛層25が形成されている。給気弁軸線Ｋ−Ｋ回り
を回転する給気弁弁座形成面20上には矢印Ｘ方向に往復
動せしめられるホッパ22から連続的に金属粉末が供給さ
れ、次いでこの金属粉末には順次高エネルギ23が照射さ
れて溶融固化せしめられるので給気弁弁座形成面20の全
表面に亙って肉盛層25が形成される。このとき肉盛層25
はシリンダヘッド３に一体的に結合せしめられる。
次いで第４図（Ｃ）に示されるように今度は最下端に位
置するマスク壁形成面26がほぼ水平になるようにしてシ
リンダヘッド３が給給弁軸線Ｋ−Ｋ回りに回転せしめら
れ、それによってマスク壁形成面26上に肉盛層27が形成
される。この肉盛層27はシリンダヘッド３および肉盛層
25と一体的に結合する。
次いで第４図（Ｄ）に示されるように今度はマスク壁形
成面26と反対側の***部基部側面28がほぼ水平になるよ
うにしてシリンダヘッド３が***部基部側面28の長手方
向に移動せしめられ、それによって***部基部側面28上
に肉盛層29が形成される。なお、残りの肉盛層も肉盛層
29と同様にして形成される。
次いで第４図（Ｅ）に示されるように円錐状頭部を有し
かつ給気弁軸線Ｋ−Ｋ回りを回転するカッタ30により肉
盛層25,27が削成され、それによってマスク壁10が形成
される。
次いで第４図（Ｆ）に示されるように円錐状頭部を有し
かつ給気弁軸線Ｋ−Ｋ回りを回転する別のカッタ31によ
って肉盛層25および環状リブ21が削成され、それによっ
て給気ポート12に滑らかに接続する給気弁弁座９が形成
される。
このように肉盛層25を削成することにより給気弁弁座９
を形成することによって給気弁弁座９は給気弁軸線Ｋ−
Ｋと完全に軸線が一致する。更に、カッタ30の円筒部の
外径は給気弁６のかさ部外周縁の外径に実質的に等し
く、従って肉盛層27をカッタ30により削成してマスク壁
10を形成することによりマスク壁10の給気弁６の周縁部
間の空隙を実質的になくすことができる。従って給気弁
６が開弁したときに排気弁７側に位置する給気弁６周縁
部と弁座９間に形成される開口はマスク壁10によって完
全に閉鎖されることになり、斯くして排気弁７側に位置
する給気弁６周縁部と弁座９間の開口からの新気の流入
はマスク壁10によって完全に阻止されることになる。
第５図は給気弁６および排気弁７の開弁期間の一例、お
よび燃料噴射期間の一例を示している。第５図に示す例
においては給気弁６よりも排気弁７が先に開弁し、給気
弁６よりも排気弁７が先に閉弁する。更に燃料噴射期間
は給気弁６の開弁後、下死点BDC前までの間に設定され
ている。
第６図は給気弁６および排気弁７の弁リフトおよび排気
ポート13内の圧力変化P1,P2,Q1,Q2を示している。これ
らの圧力変化P1,P2,Q1,Q2については後述する。
次に第７図および第８図を参照して掃気作用および成層
化作用について説明する。第７図は低負荷運転時を示し
ており、第８図は高負荷運転時を示している。また、第
７図（Ａ）および第８図（Ａ）は給気弁６が開弁した直
後を示しており、第７図（Ｂ）および第８図（Ｂ）はピ
ストン２がほぼ下死点にあるときを示している。
まず初めに第７図を参照して機関低負荷運転時について
説明する。
ピストン２が下降して排気弁７が開弁すると燃焼室４内
の高圧既燃ガスが排気ポート13内に流出し、その結果第
６図においてP1で示すように排気ポート13内の圧力は一
時的に正圧となる。この正圧P1は排気通路内を下流に向
けて伝播し、各気筒の排気通路の集合部において反射
し、今度は負圧となって再び排気ポート13内に伝播して
くる。従って給気弁６が開弁すると第６図においてP2で
示されるように排気ポート13内には負圧が発生する。こ
の負圧の発生する時期は排気通路の長さに依存してい
る。機関低負荷運転時は燃焼圧が低く、従って排気ポー
ト13内に発生する正圧P1,負圧P2は比較的小さい。
給気弁６が開弁すると給気ポート12から燃焼室４内に燃
料を含んだ新気が流入するが前進したように給気弁６の
開口はマスク壁10によって完全に閉鎖せしめられるため
に新気および燃料はマスク壁10と反対側の給気弁の開口
部から燃焼室４内に流入する。一方、給気弁６が開弁す
ると第６図においてP2で示されるように排気ポート13内
には負圧が発生するので燃焼室４の上方部の既燃ガスが
この負圧によって排気ポート13内に吸い出される。この
既燃ガスの移動によって新気および燃料は第７図（Ａ）
において矢印R1で示すように排気弁７に向けて引っぱら
れ、斯くして燃料が点火栓８（第２図）の周りに導かれ
る。次いで第７図（Ｂ）に示すようにピストン２が下降
すると燃料を含んだ新気はR2で示されるように給気弁６
下方のシリンダ内壁面に沿って下方に向かう。しかしな
がら機関低負荷運転時は燃焼室４内に流入する新気量が
少なくしかも流入速度が遅いために新気はピストン２の
頂面まで達せず、燃焼室４の上方部に滞留している。従
ってピストン２が上昇すると燃焼室４の上方部には混合
気が集まり、燃焼室４の下方部には残留既燃ガスが集ま
るために燃焼室４内は成層化されることになる。斯くし
て混合気が点火栓８によって確実に着火せしめられるこ
とになる。
一方、機関高負荷運転時には燃焼圧が高くなるために第
６図においてQ1で示されるように排気ポート13内に発生
する正圧が高くなり、またこの正圧Q1の反射波である負
圧Q2も大きくなる。また、負圧Q2のピークは負圧P2のピ
ークよりも若干遅れて発生する。
機関高負荷運転時には燃焼室４内に流入する新気の量が
多く、しかも流入速度が速くなる。従って給気弁６が開
弁すると多量の新気が高速度で燃焼室４内に流入する。
次いで排気ポート13内に発生する負圧Q2によって燃焼室
４の上方部の既燃ガスが排気ポート13内に吸い出される
と第８図（Ａ）において矢印S1,S2で示されるように新
気は燃焼室４の中心部の方に向きを変える。次いで更に
ピストン２が下降すると第８図（Ｂ）においてS3で示さ
れるように新気は給気弁６下方のシリンダ内壁面に沿っ
て下方に向かい、ピストン２の頂面に達する。従って燃
焼室４内の既燃ガスは第８図（Ｂ）において矢印Ｔで示
すように新気により徐々に追いやられて排気ポート13内
に排出され、斯くして燃焼室４内ではループ掃気が行な
われることになる。
給気弁６および排気弁７を具えた２サイクル内燃機関で
はこのようなループ掃気が最も掃気効率がよい。また２
サイクル内燃機関では残留既燃ガス量が多く、このよう
に残留既燃ガスが多い場合においても良好な着火燃焼を
確保するためには点火栓８の周りに混合気を集めておく
こと、即ち良好な成層化を行なうことが必要となる。第
１図から第３図に示す実施例ではマスク壁10によって新
気および混合気がシリンダヘッド３の内壁面3aに沿って
排気ポート13内に流出するのが完全に阻止され、斯くし
て良好なループ掃気が確保できるばかりでなく、良好な
成層化も確保することができる。
また、点火栓８を***部５に対して給気弁６側に配置す
ることによって点火栓８の周りに混合気が集まりやすく
なり、従って点火栓８による混合気の良好な着火を確保
することができる。特に***部５の湾曲中央部5cにより
包囲された領域には混合気が滞留しやすく、この領域内
に点火栓８が配置されているので着火性が向上せしめら
れる。
また、燃料噴射弁17から噴射された燃料は給気弁６のか
さ部背面に衝突して霧化した後にただちに燃焼室４内に
供給されるので燃料が吸気ポート12の内壁面上に付着す
ることがない。
第９図および第10図は更に良好なループ掃気を確保でき
るようにした２サイクル内燃機関の別の実施例を示す。
この実施例ではシリンダヘッド内壁面3a上に凹溝40が形
成され、この凹溝40の底壁面をなすシリンダヘッド内壁
面部分3b上に一対の給気弁６が配置される。一方、凹溝
40を除くシリンダヘッド内壁面部分3cはほぼ平坦をな
し、このシリンダヘッド内壁面部分3c上に一対の排気弁
７が配置される。シリンダヘッド内壁面部分3bとシリン
ダヘッド内壁面部分3cは凹溝40の周壁41を介して互いに
接続されている。この凹溝周壁41は給気弁６の周縁部に
極めて近接配置されかつ給気弁６の周縁部に沿って円弧
状に延びるマスク壁41aと、給気弁６間に位置する新規
ガイド壁41bと、シリンダヘッド内壁面3aの周壁と給気
弁６間に位置する新気ガイド壁41cとにより構成され
る。各マスク壁41aは最大リフト位置にある給気弁６よ
りも下方まで燃焼室４に向けて延びており、従って排気
弁７側に位置する給気弁６周縁部と弁座９間の開口は給
気弁６の開弁期間全体に亙ってマスク壁41aにより閉鎖
されることになる。また、各新気ガイド壁41b,41cはほ
ぼ同一平面内に位置しており、更にこれらの新気ガイド
壁41b,41cは両給気弁６の中心を結ぶ線に対してほぼ平
行に延びている。点火栓８はシリンダヘッド内壁面3aの
中心に位置するようにシリンダヘッド内壁面部分3c上に
配置されている。
この実施例では第１図から第３図に示す実施例に比べて
円弧状に延びるマスク壁41aの長さが長く、給気弁６と
その弁座９間に形成される開口のうちで排気弁７側に位
置するほぼ1/3の開口がマスク壁41aにより閉鎖され、排
気弁７と反対側に位置するほぼ2/3の開口から新気が供
給される。更にこの実施例では給気弁６から流入した新
気は新気ガイド壁41b,41cによりシリンダ内壁面に沿っ
て下方に向かうように案内される。従ってこの実施例で
は給気弁６が開弁したときには第11図において矢印Ｕで
示すように大部分の新気がシリンダ内壁面に沿ってピス
トン２の頂面に向かい、斯くして良好なループ掃気が行
なわれることになる。
第９図、および第10図におけるハッチング領域で示され
るようにこの実施例においてもマスク壁41aおよび給気
弁弁座９はシリンダヘッド３に肉盛されかつ機械加工さ
れた肉盛層から形成されている。更にこの実施例では凹
溝周壁41に沿うシリンダヘッド内壁面部分3cおよび新気
ガイド壁41b,41cの大部分がマスク壁41aおよび給気弁弁
座９と共に肉盛層から形成されている。従ってこの実施
例においても排気弁７側に位置する給気弁６周縁部と弁
座９間の開口はマスク壁41aによって完全に閉鎖され
る。
なお、肉盛層25,27,29を銅を主成分とする金属粉末から
形成した場合には肉盛層25,27,29の熱伝導率が極めて高
くなる。従ってこの場合には第１図および第２図におい
て弁座９はもとより***部５の表面に発生する熱をシリ
ンダヘッド３を介して冷却水通路50に容易に逃がすこと
ができる。従って***部５の表面、特に***部５の尾根
5aが過熱されるのを防止することができる。また、第２
図に示されるように点火栓８周りに肉盛層を設けること
によって点火栓８の過熱を防止することができる。ま
た、第９図および第10図に示す実施例では凹溝周壁41と
シリンダヘッド内壁面部分3cとの連結部、即ち角部が過
熱するのを阻止することができる。
なお、これまで本発明を給気弁弁座９とマスク壁10,41a
に適用した場合について説明してきたが排気弁７に対し
てマスク壁を設ける場合には排気弁弁座とマスク壁に対
して本発明を適用することができる。また、本発明を２
サイクルディーゼル機関はもとより４サイクルガソリン
機関、４サイクルディーゼル機関に適用しうることも言
うまでもない。
〔発明の効果〕
給気弁の開口の一部又は排気弁の開口の一部をマスク壁
によって完全に閉鎖することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は２サイクル内燃機関の側面断面図、第２図はシ
リンダヘッド内壁面を示す図、第３図はシリンダヘッド
の平面断面図、第４図は給気弁弁座およびマスク壁用の
肉盛層の形成方法を説明するための図、第５図は給排気
弁の開弁期間を示す線図、第６図は給排気弁の弁リフト
および排気ポート内の圧力変化を示す図、第７図は低負
荷運転時の作動を説明するための図、第８図は高負荷運
転時の作動を説明するための図、第９図は別の実施例を
示す２サイクル内燃機関の側面断面図、第10図は第９図
のシリンダヘッド内壁面を示す図、第11図は作動を説明
するための図である。 ３……シリンダヘッド、４……燃焼室、 ５……***部、６……給気弁、 ７……排気弁、８……点火栓、 10,21a……マスク壁、25,27,29……肉盛層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】給気弁とその弁座間に形成される開口の一
    部又は排気弁とその弁座間に形成される開口の一部を閉
    鎖するマスク壁をシリンダヘッド内壁面上に形成した内
    燃機関において、給気弁弁座とマスク壁或いは排気弁弁
    座とマスク壁をシリンダヘッド上に肉盛されかつ機械加
    工された肉盛層から一体的に形成した内燃機関の燃焼
    室。
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