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JPH0598972A - 内燃機関のシリンダヘツド構造 - Google Patents

内燃機関のシリンダヘツド構造

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Publication number
JPH0598972A
JPH0598972A JP3290617A JP29061791A JPH0598972A JP H0598972 A JPH0598972 A JP H0598972A JP 3290617 A JP3290617 A JP 3290617A JP 29061791 A JP29061791 A JP 29061791A JP H0598972 A JPH0598972 A JP H0598972A
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JP
Japan
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intake
cylinder head
valve
combustion chamber
seat
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Application number
JP3290617A
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English (en)
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JP3491762B2 (ja
Inventor
Hatsuo Ando
初男 安藤
Fumihide Sato
文秀 佐藤
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バルブ閉時にシリンダヘッド内にバルブを引
き込ませるシリンダヘッドにおいて、ポート形状、バル
ブリフト量を変更することなく吸気ポート性能を向上さ
せることができるような、内燃機関のシリンダヘッド構
造を提供する。 【構成】 シリンダヘッド1の燃焼室面1dに設けられ
た吸気ポート開口部の周縁に、吸気バルブシート2の中
心に対して、吸気ポート1bまたは1cを通って開口部
に到達した吸気の流線方向に、所定量eだけ偏心させた
面取り部1eを設ける。この面取り部1eの円錐角は、
吸気バルブシート2のシート面を形成する円錐角にほぼ
等しい。吸入空気は流線方向には円滑に流れ、流線方向
と反対の方向ないし直角方向には流れにくい。そのた
め、2個の吸気ポートからの流入空気の相互干渉や、シ
リンダ7の壁面との干渉が弱められ、空気流量はほぼ同
一で、スワール比が向上する。

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
ッド構造に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関、特にシリンダヘッドの燃焼室
面とピストンのヘッド面との間に形成される燃焼室内に
燃料を直接噴射するディーゼルエンジンにおいては、シ
リンダヘッドに要求される吸気ポート性能の一つである
スワール比を向上させるため、ヘリカルポートを採用し
たり、ポート形状を複雑化したりしている。その結果、
吸気通路が絞られ、吸入空気量が減少するので、対策と
して、カムプロフィルを変更してバルブリフト量を増加
し、ピストンのバルブポケット深さを増大させている。
しかし、バルブポケットの深さ増大は燃焼室の無駄な容
積の増加となり、燃焼性能を低下させてしまう。
【0003】また、ピストンヘッドにバルブポケットを
設けると、ポケットの段差部分にき裂を生じやすく、ピ
ストンの耐久性の面で好ましくない。そこで、ピストン
ヘッドに設けられていたバルブポケットを廃止し、シリ
ンダヘッドの燃焼室面にくぼみを設けて吸気および排気
バルブを前記燃焼室面から引き込ませたシリンダヘッド
構造が採用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図5は、各シリンダに
吸気バルブ、排気バルブをそれぞれ2個ずつ設けた4バ
ルブ式ディーゼルエンジンのシリンダヘッドを燃焼室面
側から見た部分平面図、図6(a),(b)は図5のA
1 −A1 断面図、図7は図5のC1 −C1 断面図で、ピ
ストンヘッドにバルブポケットを設けたバルブフラッシ
ュマウントタイプのシリンダヘッドである。シリンダヘ
ッド1内には、シリンダヘッド1の一側の端面1aから
各シリンダの吸気用開口部に至る吸気ポート1bと吸気
ポート1cとが設けられ、各ポートの開口部の段付き穴
にそれぞれ吸気バルブシート2が嵌着されている。ま
た、シリンダヘッド1の他側の端面1fから各シリンダ
の排気用開口部に至る排気ポート1g、1hが設けら
れ、各ポートの開口部の段付き穴にはそれぞれ排気バル
ブシートが嵌着されている。また、シリンダヘッド1の
燃焼室面1dには、前記各ポートの開口部にバルブシー
トと同心の面取り部1eが設けられている。
【0005】上記シリンダヘッドにおいて、図6(b)
に示すように吸気バルブ3がa1 までリフトし、吸気バ
ルブ3が開き初めのとき、吸入空気の流れはシリンダヘ
ッド燃焼室面1dの吸気ポート開口部周縁に設けられた
面取り部1eと干渉し、空気の流れを悪くする。しか
し、バルブリフト量がa1 を超えると前記干渉はなくな
る。ただし図7に示すように、ポート1bからの空気と
ポート1cからの空気とが互いに干渉し、またシリンダ
7の壁面方向に向かう空気流れは前記壁面に干渉するた
め、空気の流れが悪化する。
【0006】図8はピストンヘッドに設けられていたバ
ルブポケットを廃止し、バルブを燃焼室面から引き込ま
せたシリンダヘッドを燃焼室面側から見た部分平面図、
図9(a),(b)は図8のA2 −A2 断面図、図10
は図8のC2 −C2 断面図である。吸気バルブ3が a2
(a2>a1)までリフトする間、吸入空気の流れはシリ
ンダヘッド燃焼室面1dに設けられた面取り部1eと干
渉する。図9(a)に示すシリンダヘッドは、図6
(a)に示すシリンダヘッドよりも吸気バルブシート2
を深い位置に引き込ませてあるので、面取り部1eの寸
法が大きくなる。従ってバルブリフト量が、a1 より大
きいa2 になっても空気流れが面取り部1eと干渉する
ことになり、吸気ポート性能が低下する。また、図5に
示したシリンダヘッドと同じく、ポート1bからの空気
とポート1cからの空気との相互干渉およびシリンダ7
壁面への干渉がある。
【0007】本発明は上記従来の問題点に着目し、ピス
トンヘッドに設けるバルブポケットを廃止して、バルブ
閉時にシリンダヘッド側にバルブを引き込ませるシリン
ダヘッドにおいて、ポート形状、バルブリフト量を変更
することなく吸気ポート性能を向上させることができる
ような、内燃機関のシリンダヘッド構造を提供すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る内燃機関のシリンダヘッド構造は、内燃
機関のピストンヘッドに対向するシリンダヘッド燃焼室
面に設けられ、吸気ポートに連通する開口部と、この開
口部に嵌着され、吸気バルブに当接するシート面を備え
たバルブシートとを有するシリンダヘッドにおいて、前
記吸気バルブがバルブシートに当接したとき吸気バルブ
がシリンダヘッドの燃焼室面から突出しない位置にバル
ブシートを設け、燃焼室面の吸気ポート開口部周縁に設
ける面取りを、バルブシートの中心に対して、前記吸気
ポートを通って開口部に到達した吸気の流線方向に偏心
させる構造とし、このような構造において、前記燃焼室
面の吸気ポート開口部周縁に設ける面取りの円錐角を、
バルブシートのシート面を形成する円錐角にほぼ等しい
角度とした。
【0009】
【作用】上記構成によれば、バルブをシリンダヘッド側
に引き込ませた上、シリンダヘッドの燃焼室面に設ける
面取りを、バルブシートの中心に対して吸気の流線方向
に偏心させ、かつ面取りの円錐角を、バルブシートのシ
ート面を形成する円錐角にほぼ等しい角度とする構造と
したので、流線方向に流れる空気は面取り部と干渉せず
に円滑にシリンダ内に流入することができる。その一
方、流線方向と反対方向ないしその周辺部分は面取りが
小さいため、流入空気は面取り部に干渉し、空気流れが
小さくなるので、隣接するもう一つの吸気ポートからの
流線方向空気流れとの相互干渉や、シリンダ壁面との干
渉が小さくなる。従って、1シリンダ当り2個の吸気バ
ルブを備えた内燃機関において、2個の吸気バルブから
シリンダ内に吸入される空気の流れは、いずれのバルブ
においても流線方向に大量の空気を吸入することがで
き、吸入空気はシリンダの円周に対して接線方向に流れ
るので、スワール比を向上させることができる。
【0010】
【実施例】以下に本発明に係る内燃機関のシリンダヘッ
ド構造の実施例について、図面を参照して説明する。図
1は4バルブ式ディーゼルエンジンのシリンダヘッドを
燃焼室面側から見た部分平面図、図2(a),(b)は
図1のB3 −B3 断面図、図3は図1のC3−C3 断面
図でバルブリフト最大時を示す。シリンダヘッド1内に
は、シリンダヘッド1の一側の端面1aから各シリンダ
の吸気用開口部に至る吸気ポート1bと吸気ポート1c
とが設けられ、各ポートの開口部の段付き穴にそれぞれ
吸気バルブシート2が嵌着されている。
【0011】吸気バルブシート2に吸気バルブ3のシー
ト面が当接したとき、図2(a)に示すように、吸気バ
ルブ3の端面3aがシリンダヘッド1の燃焼室面1dか
ら突出しないよう、吸気バルブシート2の嵌着位置が設
定されている。そして、シリンダヘッド1の燃焼室面1
dに開口する吸気ポート開口部には、吸気バルブシート
2の中心に対して、吸気の流線4または流線5の進む方
向にeだけ偏心した位置に中心をもつ円錐角の面取りが
施されている。この面取り部1eの円錐角は、吸気バル
ブシート2のシート面円錐角とほぼ同一である。なお、
排気バルブシートも吸気バルブシート2と同様に、排気
バルブの端面がシリンダヘッド1の燃焼室面1dから突
出しない位置に嵌着され、前記燃焼室面1dに開口する
排気ポート開口部には、排気バルブシート6の中心位置
に中心をもつ円錐角による面取りが施されている。
【0012】上記構造のシリンダヘッドにおいては、図
2(b)に示すように、流線方向ならびにその周辺部分
の空気の流れは、面取り部1eとの干渉がないため、吸
気バルブ3の開き初めから自由にシリンダ内に流入す
る。そして、流線方向から遠ざかるにつれて面取り部1
eとの干渉が起こり、空気の流れが阻止される。流線4
または流線5の進行方向と反対の方向ないしその周辺部
分は、面取りが小さくなっているため、吸気バルブ3が
前記a2 より大きいa3までリフトしても、この方向の
空気の流れは面取り部1eと干渉し、流れが悪くなる。
従って、図1において吸気ダイレクトポート1cの流線
5の方向の空気流れは、吸気スワールポート1bの流線
4の方向と反対方向ないしその周辺方向に生じる空気流
れの減少に助けられ、図3に示すように空気流れの干渉
をほとんど起こさない。そこで、吸気スワールポート1
b、吸気ダイレクトポート1cからの空気は、ともに円
滑にシリンダ7内に吸入される。更に、シリンダ7の壁
面に向かう空気流れ8も前記面取り部1eに干渉して弱
くなるので、空気流れのシリンダ7壁面との干渉が小さ
くなり、空気はシリンダ7の接線方向に流れ、スワール
比を向上させる。
【0013】図4は、バルブリフト量に対する空気流量
およびスワール比について、本発明によるシリンダヘッ
ド構造と従来のシリンダヘッド構造とを比較した図であ
る。同図において、タイプ1は本発明、タイプ2は図5
〜図7に示すバルブフラッシュマウントタイプ、タイプ
3はバルブ端面を燃焼室面から引き込ませた、図8〜図
10に示す従来のタイプである。この図で明らかなよう
に、空気流量はいずれのタイプもほぼ同等であるが、タ
イプ1は2個の吸気ポートのそれぞれの流線方向の空気
流れの相互干渉や、シリンダ壁面方向の干渉が弱くなる
ため、スワール比、特にバルブ開き始めのスワール比が
従来のシリンダヘッドに比べて格段に大きい。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、シ
リンダヘッドの吸気ポート形状、バルブリフト量を従来
のままとし、シリンダヘッドの燃焼室面に設ける吸気ポ
ート開口部の面取りを、吸気バルブシート中心に対して
吸気の流線方向に所定量だけ偏心させたので、空気流量
を低下させずにスワール比を向上させることができ、特
にバルブリフト量の小さい範囲でスワール比が著しく増
大する。従って、シリンダヘッド燃焼室面の面取り形状
を変えるだけで吸気ポート性能が改善され、従来よりも
燃焼効率が良くなり、高出力エンジンを得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による4バルブ式ディーゼルエンジンの
シリンダヘッドを、燃焼室面側から見た部分平面図であ
る。
【図2】図1のB3 −B3 断面図で、(a)は吸気バル
ブ閉時、(b)はバルブリフトa3 時を示す。
【図3】図1のC3 −C3 断面図で、バルブリフト最大
時を示す。
【図4】バルブリフトに対する空気流量およびスワール
比を示す図である。
【図5】従来の技術によるバルブフラッシュマウントタ
イプのシリンダヘッドを、燃焼室面側から見た部分平面
図である。
【図6】図5のA1 −A1 断面図で、(a)は吸気バル
ブ閉時、(b)はバルブリフトa1 時を示す。
【図7】図5のC1 −C1 断面図で、バルブリフト最大
時を示す。
【図8】バルブを燃焼室面から引き込めた従来のシリン
ダヘッドを、燃焼室面側から見た部分平面図である。
【図9】図8のA2 −A2 断面図で、(a)は吸気バル
ブ閉時、(b)はバルブリフトa2 時を示す。
【図10】図8のC2 −C2 断面図で、バルブリフト最
大時を示す。
【符号の説明】
1 シリンダヘッド 1d 燃焼室面 1e 面取り部 2 吸気バルブシート 3 吸気バルブ 4,5 流線

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関のピストンヘッドに対向するシ
    リンダヘッド燃焼室面に設けられ、吸気ポートに連通す
    る開口部と、この開口部に嵌着され、吸気バルブに当接
    するシート面を備えたバルブシートとを有するシリンダ
    ヘッドにおいて、前記吸気バルブがバルブシートに当接
    したとき吸気バルブがシリンダヘッドの燃焼室面から突
    出しない位置にバルブシートを設け、燃焼室面の吸気ポ
    ート開口部周縁に設ける面取りを、バルブシートの中心
    に対して、前記吸気ポートを通って開口部に到達した吸
    気の流線方向に偏心させたことを特徴とする内燃機関の
    シリンダヘッド構造。
  2. 【請求項2】 前記燃焼室面の吸気ポート開口部周縁に
    設ける面取りの円錐角を、バルブシートのシート面を形
    成する円錐角にほぼ等しい角度としたことを特徴とする
    請求項1の内燃機関のシリンダヘッド構造。
JP29061791A 1991-10-09 1991-10-09 内燃機関のシリンダヘッド構造 Expired - Fee Related JP3491762B2 (ja)

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