JP2005330840A5 - - Google Patents

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

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。

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

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。

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。

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）。

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。

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）。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。

符号の説明

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

Claims (4)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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ていることを特徴とするバルブシート。