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公開番号2025033450
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023139171
出願日2023-08-29
発明の名称エンジンのバルブ構造
出願人個人
代理人
主分類F01L 3/06 20060101AFI20250306BHJP(機械または機関一般;機関設備一般;蒸気機関)
要約【課題】エンジン1の吸気バルブ8において、燃焼空気に対し旋回流を発生させ、スワール効果により吸気通路6から燃焼室2への充填時に生じる種々の損失を低減させる。そしてエンジン1の排気バルブ9において、排気ガスに対し旋回流を発生させ、燃焼室2から排気通路7へと円滑に掃気効果を向上させる。
【解決手段】吸気バルブ8の傘部22にバルブステム21と傘部22の境界を始点とし、傘部22とバルブフェース23の境界の手前を終点として、バルブステム側の始点からバルブフェース側の終点に向けて螺旋状に旋回羽根を複数箇所に設け、そして排気バルブ9の傘部32にもバルブステム31と傘部32の境界を始点とし、傘部32とバルブフェース33の境界の手前を終点として、バルブステム側の始点からバルブフェース側の終点に向けて螺旋状に旋回羽根を複数箇所に設ける。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
燃焼室に吸入される燃焼用空気または燃焼用空気と燃料との混合気を、吸気通路から前記燃焼室に導くように管状に形成された前記吸気通路の末端である燃焼室吸込口部に備えられ、カムの駆動によってバルブの開閉を行う吸気バルブにおいて、前記吸気バルブの吸気バルブ傘部の中心にある前記吸気バルブのバルブステムと前記吸気バルブ傘部との境界を始点とし、前記吸気バルブ傘部と前記吸気バルブのバルブフェースとの境界の手前を終点として、前記バルブステム側の始点から前記バルブフェース側の終点に向けて螺旋状に旋回羽根を前記吸気バルブ傘部の複数箇所に設け、前記燃焼室に吸入される燃焼用空気または燃焼用空気と燃料との混合気を、前記吸気バルブ傘部に設けられた前記旋回羽根にて旋回させながら、前記燃焼室内に流れ込ませるようにすることを特徴とするエンジンのバルブ構造。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記吸気バルブ傘部に設けられた前記旋回羽根の突端部までの高さが、前記旋回羽根の前記バルブステム側の始点である位置から前記吸気バルブフェースに近づくにつれて徐々に高くなるように形成され、前記吸気バルブ傘部上において前記バルブステムと前記バルブフェースとの最短となる直線距離の中間位置の箇所にて前記旋回羽根の突端部の高さが最大となるピーク点となり、前記旋回羽根の前記ピーク点から前記旋回羽根の前記バルブフェース側の終点に向けて徐々に低くなるように形成することを特徴とする請求項１に記載のエンジンのバルブ構造。
【請求項３】
前記吸気バルブ傘部の前記旋回羽根のねじれ角αが、前記旋回羽根の始点である前記バルブステム側から前記旋回羽根の終点である前記バルブフェース側に近づくにつれて徐々に大きくなるようにして、前記旋回羽根を設けることを特徴とする請求項１に記載のエンジンのバルブ構造。
【請求項４】
前記吸気バルブ傘部に設けられた前記旋回羽根の断面形状が、同旋回羽根の突端部から前記吸気バルブ傘部表面に近づくにつれて徐々に幅広に緩やかに傾斜させ、かつ旋回羽根自体の内側に凹む弧を描いた状態となるように形成された内側側面と外側側面とした旋回羽根を設けることを特徴とする請求項１に記載のエンジンのバルブ構造。
【請求項５】
燃焼室にて燃焼された後の排気ガスを、前記燃焼室から排気通路に導くように管状に形成された前記排気通路の末端である燃焼室排気口部に備えられたカムの駆動によってバルブの開閉を行う排気バルブにおいて、前記排気バルブの排気バルブ傘部の中心にある前記排気バルブのバルブステムと前記排気バルブ傘部との境界を始点とし、前記排気バルブ傘部と前記排気バルブのバルブフェースとの境界の手前を終点として、前記バルブステム側の始点から前記バルブフェース側の終点に向けて螺旋状に旋回羽根を前記排気バルブ傘部の複数箇所に設け、前記燃焼室から排出される前記排気ガスを、前記排気バルブ傘部に設けられた旋回羽根にて旋回させながら、前記燃焼室から前記排気通路へ排出させるように構成することを特徴とするエンジンのバルブ構造。
【請求項６】
前記排気バルブ傘部に設けられた前記旋回羽根の突端部までの高さが、前記旋回羽根の前記バルブステム側の始点である位置から前記旋回羽根の終点である前記排気バルブフェース側に近づくにつれて徐々に高くなるように形成され、前記排気バルブ傘部上において前記バルブステムと前記バルブフェースとの最短となる直線距離の中間位置の箇所にて前記旋回羽根の突端部の高さが最大となるピーク点となり、前記旋回羽根の前記ピーク点から前記旋回羽根の前記バルブフェース側の終点に向けて徐々に低くなるように形成することを特徴とする請求項５に記載のエンジンのバルブ構造。
【請求項７】
前記排気バルブ傘部の前記旋回羽根のねじれ角αが、前記旋回羽根の始点である前記バルブステム側から前記旋回羽根の終点である前記バルブフェースに近づくにつれて徐々に大きくなるようにして、前記旋回羽根を設けることを特徴とする請求項５に記載のエンジンのバルブ構造。
【請求項８】
前記排気バルブ傘部に設けられた前記旋回羽根の断面形状が、同旋回羽根の突端部から前記排気バルブ傘部表面に近づくにつれて徐々に幅広に緩やかに傾斜させ、かつ旋回羽根自体の内側に凹む弧を描いた状態となるように形成された内側側面と外側側面とした旋回羽根を設けることを特徴とする請求項５に記載のエンジンのバルブ構造。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明はガソリンエンジン及びディーゼルエンジンに関し、詳しくはガソリンエンジン及びディーゼルエンジンにおいて、吸気通路から燃焼室内に燃焼用空気または燃焼用空気と燃料との混合気を導入する吸気系統の吸気バルブ構造と燃焼室から排気通路へ排出させる排気系統の排気バルブ構造の改良に関するものである。
続きを表示（約 4,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、ピストンの往復運動を、コネクティングロッドを介してクランク軸の回転運動に変換して動力を得る、いわゆるレシプロエンジンが知られている。このタイプのエンジンでは、燃料消費率の向上、燃焼ガスの浄化等の観点から、燃焼室内に強力な混合気の流動を発生させることが有効とされている。
【０００３】
燃焼室内に強力な混合気の流動を発生させるために吸気ポートの形状を螺旋流入形（スパイラル形）または接線流入形（タンジェンシャル形）などが設けられ用いられている。吸気ポートにこれらの螺旋流入形（スパイラル形）または接線流入形（タンジェンシャル形）を設けることにより、燃焼室内に流入する燃焼空気または燃焼空気と燃料との混合気は、燃焼室内でスワールと呼ばれる旋回流が発生する。このスワールにより混合気の乱れ強さが強くなり、火炎伝播が速くなる。燃焼室内での混合気の燃焼期間が短くなり、燃焼が安定して行われる。そして、燃料消費率の向上に止まらず、出力の向上及び燃焼ガスの浄化の対策としても同様の手段を用いられている。また一つの燃焼室に吸気ポートが複数設置されている場合は、燃焼室の運転状況により片側の吸気ポートの吸気通路にバタフライ弁を設置して流入量を調整させる可変スワール構造とする方法なども用いられている。
【０００４】
そこで燃焼室内に流入する燃焼空気または燃焼空気と燃料との混合気に燃焼室内でスワールを発生させるために、吸気系統の吸気バルブの傘部の表面に旋回流を発生させる考案が幾つかある。例えば特許文献１では、インレットバルブの傘部表面に、吸気流れに旋回を起こす複数枚の羽根を設けた吸気装置が考案されている。特許文献２では、燃焼室内に吸気バルブを介して吸入充填される燃焼用空気または燃焼用空気と燃料との混合気の気体を、燃焼室に導くように管状に形成された吸気通路の吸込口部において、その半径方向内側に突出する旋回羽根を、吸気通路の内壁部に沿って螺旋状に設けることにより、燃焼用空気または燃焼用空気と燃料との混合気の気体に旋回流を発生させる吸気系統の吸込口部構造が考案されている。
【０００５】
ところが特許文献１では、羽根の形状は特許文献１の図４に示すように断面は長方形の形状であり、図２と図３に示すように羽根のステム側からフェース側にかけての形状も長方形であり、特許文献１に記載の羽根では、吸気バルブが開き高速で燃焼室に流入する空気に対して障壁となり、ここで流入空気が滞留してしまい流入空気に旋回流を生じさせるよりも燃焼用空気の流入が滞るポンプ損失の方が大きくなると想定される。
特許文献２では、旋回羽根は、吸気通路の吸込口部の吸気通路の内壁部に沿って設けることに限定されている。吸気バルブと排気バルブに関しては触れられていない。一般的に吸気行程により吸気バルブが燃焼室に開いたときに燃焼室に入る燃焼用空気は、吸気バルブの傘部の形状に沿って流れ３６０度に拡散させて流入する構造となっている。燃焼室に入る燃焼用空気に旋回流を生じさせるには、この吸気バルブの傘部によって旋回流を与えた方が効率よく効果的である。そして排気行程により排気バルブが燃焼室に向けて開き燃焼室にて燃焼後の排気ガスを排気通路へと排出する時は、排気バルブの傘部の形状に沿って排気通路へと排出する構造となっている。燃焼室にて燃焼後の排気ガスに旋回流を生じさせ燃焼室内の排気ガスを速く排出させるには、排気行程によって排気バルブが燃焼室に向けて開いた時に排気ガスが最初に接触する排気バルブの傘部によって旋回流を与えた方が効率よく効果的に排気ガスに旋回流を与え効率よく排気ガスを排気通路へと誘導することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
実開平６－４３０３号報
【０００７】
特開２００３－２７９４９号報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、燃焼室内に吸気バルブを介して吸入充填される燃焼用空気または燃焼用空気と燃料との混合気が、燃焼室へ流入充填する時に生じる種々の損失を低減させるべく、その燃焼室に吸気バルブを介して吸入充填される直前の燃焼用空気または燃焼用空気と燃料との混合気に吸気バルブ傘部にて旋回流（スワール）を発生させる旋回羽根を吸気バルブ傘部に設けるようにしたエンジンの吸気系統のバルブ構造と、燃焼室にて燃焼された後の排気ガスを、排気バルブが開いて排気ガスを排出する排気行程時に、円滑に排出すべく、排気バルブ傘部にて排気ガスを旋回流（スワール）として発生させる旋回羽根を設けるようにしたエンジンの排気系統の排気バルブ構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１．燃焼室に吸入される燃焼用空気または燃焼用空気と燃料との混合気を、吸気通路から前記燃焼室に導くように管状に形成された前記吸気通路の末端である燃焼室吸込口部に備えられ、カムの駆動によってバルブの開閉を行う吸気バルブにおいて、前記吸気バルブの吸気バルブ傘部の中心にある前記吸気バルブのバルブステムと前記吸気バルブ傘部との境界を始点とし、前記吸気バルブ傘部と前記吸気バルブのバルブフェースとの境界の手前を終点として、前記バルブステム側の始点から前記バルブフェース側の終点に向けて螺旋状に旋回羽根を前記吸気バルブ傘部の複数箇所に設け、前記燃焼室に吸入される燃焼用空気または燃焼用空気と燃料との混合気を、前記吸気バルブ傘部に設けられた前記旋回羽根にて旋回させながら、前記燃焼室内に流れ込ませるようにすることを特徴としている。
２．前記吸気バルブ傘部に設けられた前記旋回羽根の突端部までの高さが、前記旋回羽根の前記バルブステム側の始点とする位置から前記吸気バルブフェースに近づくにつれて徐々に高くなるように形成され、前記吸気バルブ傘部上において前記バルブステムと前記バルブフェースとの最短となる直線距離の中間位置の箇所にて前記旋回羽根の突端部の高さが最大となるピーク点となり、前記旋回羽根の前記ピーク点から前記旋回羽根の前記バルブフェース側の終点に向けて徐々に低くなるように形成することを特徴としている。
３．前記吸気バルブ傘部の前記旋回羽根のねじれ角αが、前記旋回羽根の始点である前記バルブステム側から前記旋回羽根の終点である前記バルブフェース側に近づくにつれて徐々に大きくなるようにして、前記旋回羽根を設けることを特徴としている。
４．前記吸気バルブ傘部に設けられた前記旋回羽根の断面形状が、同旋回羽根の突端部から前記吸気バルブ傘部表面に近づくにつれて徐々に幅広に緩やかに傾斜させ、かつ旋回羽根自体の内側に凹む弧を描いた状態となるように形成された内側側面と外側側面とした旋回羽根を設けることを特徴としている。
５．燃焼室にて燃焼された後の排気ガスを、前記燃焼室から排気通路に導くように管状に形成された前記排気通路の末端である燃焼室排気口部に備えられたカムの駆動によってバルブの開閉を行う排気バルブにおいて、前記排気バルブの排気バルブ傘部の中心にある前記排気バルブのバルブステムと前記排気バルブ傘部との境界を始点とし、前記排気バルブ傘部と前記排気バルブのバルブフェースとの境界の手前を終点として、前記バルブステム側の始点から前記バルブフェース側の終点に向けて螺旋状に旋回羽根を前記排気バルブ傘部の複数箇所に設け、前記燃焼室から排出される前記排気ガスを、前記排気バルブ傘部に設けられた旋回羽根にて旋回させながら、前記燃焼室から前記排気通路へ排出させるように構成することを特徴としている。
６．前記排気バルブ傘部に設けられた前記旋回羽根の突端部までの高さが、前記旋回羽根の前記バルブステム側の始点である位置から前記排気バルブフェースに近づくにつれて徐々に高くなるように形成され、前記排気バルブ傘部上において前記バルブステムと前記バルブフェースとの最短となる直線距離の中間位置の箇所にて前記旋回羽根の突端部の高さが最大となるピーク点となり、前記旋回羽根の前記ピーク点から前記旋回羽根の前記バルブフェース側の終点に向けて徐々に低くなるように形成することを特徴としている。
７．前記排気バルブ傘部の前記旋回羽根のねじれ角αが、前記旋回羽根の始点である前記バルブステム側から前記旋回羽根の終点である前記バルブフェース側に近づくにつれて徐々に大きくなるようにして、前記旋回羽根を設けることを特徴としている。
８．前記排気バルブ傘部に設けられた前記旋回羽根の断面形状が、同旋回羽根の突端部から前記排気バルブ傘部表面に近づくにつれて徐々に幅広に緩やかに傾斜させ、かつ旋回羽根自体の内側に凹む弧を描いた状態となるように形成された内側側面と外側側面とした旋回羽根を設けることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
第１から第４の発明によれば、吸気バルブの傘部に設けられた旋回羽根の効果により、燃焼室内へ吸気通路を通過し吸気バルブを介して吸い込まれる燃焼用空気または燃焼用空気と燃料との混合気の気体に旋回流を生じさせて、吸気バルブが燃焼室へ開動作したときに燃焼用空気または燃焼用空気と燃料との混合気の気体を効率良く流れ込ませることができ、流れ込む時に生じる種々の損失を低減させて燃焼室に充填させることができる。さらに吸気バルブの傘部に設けられた緩やかな形状の旋回羽根の効果は、流速の損失をできるだけ抑えながら、燃焼室入り口に近いところで効果的に旋回流を発生させることができ、旋回羽根が直接作用しない吸気バルブ傘部の表面においても、旋回流を効果的に発生させて傘部表面の流速の遅い境界層の気体を、より流速の速い中心付近に誘導することにより、燃焼用空気または燃焼用空気と燃料との混合気の気体の流れをスムーズにして吸気バルブが燃焼室へ開動作したときに効率良く燃焼室に流れ込ませることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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