JP4760765B2 - Internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は内燃機関に関し、特に筒内に旋回気流を生成するにあたって吸気を筒内に好適に流入させる内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly, to an internal combustion engine that preferably allows intake air to flow into a cylinder when generating a swirling airflow in the cylinder.
従来、内燃機関においては筒内にタンブル(縦渦)やスワール(横渦)といった旋回気流を生成する技術が知られている。係る旋回気流を生成する内燃機関では、一般により強度の高い旋回気流を生成することで、内燃機関の希薄燃焼領域の拡大や出力性能の向上などを図ることができる。この点、強度の高い旋回気流を生成するにあたっては、筒内に流入する吸気の流入態様が重要な要素の一つとなっている。これに対して、筒内に流入する吸気の流入態様を改善するための技術が例えば特許文献1または2で提案されている。
Conventionally, in an internal combustion engine, a technique for generating a swirling airflow such as tumble (vertical vortex) or swirl (lateral vortex) in a cylinder is known. In the internal combustion engine that generates the swirling airflow, it is possible to expand the lean combustion region of the internal combustion engine and improve the output performance by generating the swirling airflow having higher strength. In this respect, in generating a strong swirling airflow, the inflow mode of intake air flowing into the cylinder is one of the important factors. On the other hand, for example,
ところで、内燃機関の排気ガス中に含まれる未燃HC、COなどのエミッションは混合気の燃焼性を向上させることで低減でき、燃焼性を向上させるためには混合気のミキシング性を向上させることが有効である。この点、筒内にタンブル流を生成する内燃機関にあっては、タンブル流に対してさらにスワール成分を付与することが混合気のミキシング性向上に対して効果的である。ところが、特許文献1が提案する技術はスワール成分を実質的に有しない純タンブル流を生成する技術であるため、スワール成分を有するタンブル流を生成する場合と比較して、混合気のミキシング性が相対的に低くなる虞がある。このため特許文献1が提案する技術では、エミッションの低減といった観点からは必ずしも十分な、或いはより好ましい結果を得ることができない虞がある。
By the way, the emission of unburned HC, CO, etc. contained in the exhaust gas of the internal combustion engine can be reduced by improving the combustibility of the air-fuel mixture, and in order to improve the combustibility, the mixing property of the air-fuel mixture is improved. Is effective. In this regard, in an internal combustion engine that generates a tumble flow in a cylinder, it is effective to add a swirl component to the tumble flow to improve the mixing property of the air-fuel mixture. However, since the technique proposed in
一方、スワール流を生成する技術としては、従来から例えば吸気2弁構造を有する内燃機関を例として、一気筒につき片方の吸気ポートから筒内に流入する吸気を絞りなどで制限し、筒内に流入する吸気に指向性を与えることによってスワール流を生成する技術が知られている。このため係る技術を利用することによって、スワール成分を有するタンブル流を生成し、混合気のミキシング性向上を図ることも考えられる。しかしながら係る技術を利用した場合には、吸入空気量を犠牲にしてスワール成分を付与することになるため、内燃機関の体積効率が低下してしまい、この結果、内燃機関の高負荷性能を高めることが困難になってしまう点が問題となる。 On the other hand, as a technique for generating a swirl flow, conventionally, for example, an internal combustion engine having an intake two-valve structure is used as an example. A technique for generating a swirl flow by giving directivity to inflowing intake air is known. For this reason, it is also conceivable to generate a tumble flow having a swirl component and improve the mixing property of the air-fuel mixture by using such a technique. However, when such a technique is used, the swirl component is applied at the expense of the intake air amount, so that the volumetric efficiency of the internal combustion engine decreases, and as a result, the high load performance of the internal combustion engine is increased. The problem is that this becomes difficult.
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、スワール成分を有するタンブル流を生成すべく、筒内に吸気を好適に流入させることができる内燃機関を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine in which intake air can suitably flow into a cylinder so as to generate a tumble flow having a swirl component.
上記課題を解決するために本発明は傘部と、該傘部と一端で連結されるステムとを有する吸気弁を一気筒につき複数備える内燃機関であって、前記一気筒につき両端に位置する前記吸気弁の一方の前記吸気弁として第1の特定吸気弁を備え、他方の前記吸気弁として第2の特定吸気弁を備え、前記第1の特定吸気弁は、前記第1の特定吸気弁の前記ステムの中心軸線を含む平面によって2つに分割される吸気の通過領域のうち、燃焼室外側に位置する外側通過領域が大きくなるように、且つ前記第1の特定吸気弁の前記ステムの中心軸線が前記第1の特定吸気弁の前記傘部の底面の中心点を含まないように前記第1の特定吸気弁の前記ステムがオフセットしており、前記第2の特定吸気弁は、前記第2の特定吸気弁の前記ステムの中心軸線を含む平面によって2つに分割される吸気の通過領域のうち、燃焼室中心側に位置する内側通過領域が大きくなるように、且つ前記第2の特定吸気弁の前記ステムの中心軸線が前記第2の特定吸気弁の前記傘部の底面の中心点を含まないように前記第2の特定吸気弁の前記ステムがオフセットしていることを特徴とする。本発明によれば、外側通過領域を大きく確保することによって、スワール成分を有するタンブル流を生成すべく、筒内に吸気を好適に流入させることができる。また上記のようにステムをオフセットさせた第1の特定吸気弁を備えることで筒内に吸気を好適に流入させる本発明によれば、内燃機関の体積効率の低下を特段招くことなく、混合気のミキシング性の向上を図ることができ、以ってエミッションの低減を好適に図ることができる。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is an internal combustion engine having a plurality of intake valves per cylinder having an umbrella part and a stem connected to the umbrella part at one end, the cylinders being located at both ends of the cylinder. A first specific intake valve is provided as one intake valve of the intake valve, a second specific intake valve is provided as the other intake valve, and the first specific intake valve is the same as the first specific intake valve. Of the intake passage areas divided into two by a plane including the central axis of the stem, the outer passage area located outside the combustion chamber is enlarged, and the center of the stem of the first specific intake valve is increased. the so that the axis line does not contain the center point of the bottom surface of the umbrella portion of the first intake-valve first of the stem of the intake-valve are offset, the second intake-valve, the second The central axis of the stem of the specific intake valve of 2 The inner passage region located on the combustion chamber center side among the passage regions of the intake air divided into two by a flat surface increases, and the central axis of the stem of the second specific intake valve is the second The stem of the second specific intake valve is offset so as not to include the center point of the bottom surface of the umbrella portion of the specific intake valve . According to the present invention, by ensuring a large outside passage region, intake air can be suitably introduced into the cylinder so as to generate a tumble flow having a swirl component. In addition, according to the present invention in which the first specific intake valve with the stem offset as described above is provided to allow the intake air to flow appropriately into the cylinder, the air-fuel mixture is not particularly reduced without incurring a decrease in volumetric efficiency of the internal combustion engine. Thus, it is possible to improve the mixing performance, and to reduce emissions appropriately.
なお、一般的な吸気弁では強度や加工容易性などの観点から、ステムの中心軸線が傘部の底面の中心点を含み、且つこの底面に対して垂直に延伸するようにステムが形成されているところ、第1の特定吸気弁では、ステムの中心軸線が傘部の底面の中心点を含まないようにステムがオフセットしており、この点で第1の特定吸気弁は一般的な吸気弁とは異なるものとなっている。 In general intake valves, the stem is formed so that the central axis of the stem includes the center point of the bottom surface of the umbrella portion and extends perpendicularly to the bottom surface from the viewpoint of strength and ease of processing. However, in the first specific intake valve, the stem is offset so that the central axis of the stem does not include the center point of the bottom surface of the umbrella portion. In this respect, the first specific intake valve is a general intake valve. Is different.
また本発明記載のステムの中心軸線を含む平面は、吸気の通過領域をステムよりも燃焼室内側と外側とに分割し得る平面であれば、必ずしも一つの平面に限定されないが、この平面はステムをオフセットさせた結果、筒内で旋回気流に生成されるように流通する吸気の主流がより多く外側通過領域に含まれるように、吸気の通過領域を内側と外側とに分割する平面であることが好ましい。この点、タンブル流にスワール成分を付与するといった観点から筒内に流入する吸気の流れを考慮すると、この平面をさらにシリンダ軸線と平行になる平面として本発明を実現すれば、ステムをオフセットさせた結果、吸気の主流をより多く、且つより確実に外側通過領域に含み得る点で好適である。 Further, the plane including the central axis of the stem described in the present invention is not necessarily limited to one plane as long as it is a plane that can divide the passage region of the intake air into the combustion chamber inside and outside of the stem. Is a plane that divides the intake passage region into an inner side and an outer side so that the main flow of the intake air flowing so as to be generated as a swirling airflow in the cylinder is included in the outer passage region. Is preferred. In this regard, considering the flow of intake air flowing into the cylinder from the viewpoint of adding a swirl component to the tumble flow, the stem is offset if the present invention is realized as a plane parallel to the cylinder axis. As a result, it is preferable in that the main flow of intake air can be included in the outer passage region more reliably and more reliably.
また本発明記載の外側通過領域が大きくなるように、とは第1の特定吸気弁に係るステムをオフセットさせない場合と比較して外側通過領域が大きくなるように、の意であるが、より大きなスワール成分を付与できるようにするといった観点から筒内に流入する吸気の通過領域を考慮すると、第1の特定吸気弁に係るステムは、さらに具体的には外側通過領域のほうが他方の内側通過領域よりも大きくなるようにオフセットしていることが好適である。 Further, in order to increase the outer passage region described in the present invention, it means that the outer passage region becomes larger as compared with the case where the stem related to the first specific intake valve is not offset. In consideration of the passage region of the intake air flowing into the cylinder from the viewpoint of allowing the swirl component to be applied, the stem relating to the first specific intake valve is more specifically the outer passage region is the other inner passage region. It is preferable that the offset is made larger.
本発明によれば、第2の特定吸気弁に係る内側通過領域を大きく確保できるため、第1の特定吸気弁をオフセットさせた結果、筒内に生成される旋回気流のタンブル成分が必要以上に大きく低下してしまうことを抑制できる。同時に本発明によれば、第2の特定吸気弁に係る他方の外側通過領域を小さくすることによって、第1の特定吸気弁のステムよりも燃焼室外側を流通する吸入空気の量を、第2の特定吸気弁のステムよりも燃焼室外側を流通する吸入空気の量よりもさらに相対的に大きくすることもできることなどから、より大きなスワール成分の付与にも貢献できる。このため本発明によればこれらの点で、スワール成分を有するタンブル流を生成すべく、より好適に筒内に吸気を流入させることができる。 According to the present invention, it is possible to secure a large inner passage region related to the second specific intake valve, and as a result of offsetting the first specific intake valve, the tumble component of the swirling airflow generated in the cylinder is more than necessary. It can suppress that it falls large. At the same time, according to the present invention, by reducing the other outer passage region related to the second specific intake valve, the amount of intake air flowing outside the combustion chamber rather than the stem of the first specific intake valve is reduced to the second. Since the amount of intake air that circulates outside the combustion chamber can be made relatively larger than the stem of the specific intake valve, it can contribute to the application of a larger swirl component. For this reason, according to the present invention, intake air can be flowed more suitably into the cylinder in order to generate a tumble flow having a swirl component.
なお、第1及び第2の特定吸気弁に係るステム夫々のオフセット度合いによっては、これらステム夫々をオフセットさせない場合よりも燃焼室中央に向かって流入する吸入空気の量が増大し、却って筒内で生成される旋回気流に十分な大きさのスワール成分を付与できなくなることも考えられる。この点、十分な大きさのスワール成分を付与できるようにするためには、第1及び第2の特定吸気弁に係るステム夫々の間を流通する吸入空気の量が、これらステム夫々をオフセットさせない場合と比較して同等、或いは小さくなるようにこれらステム夫々をオフセットさせることが好適である。 Depending on the degree of offset of each of the stems related to the first and second specific intake valves, the amount of intake air that flows toward the center of the combustion chamber increases compared to the case where each of these stems is not offset. It is also conceivable that a swirl component having a sufficient size cannot be imparted to the generated swirling airflow. In this regard, in order to be able to apply a sufficiently large swirl component, the amount of intake air flowing between the stems related to the first and second specific intake valves does not offset each of these stems. It is preferable to offset each of these stems so as to be equal to or smaller than the case.
具体的には例えば第1及び第2の特定吸気弁に係るステム夫々を同方向に略等しい度合いでオフセットさせることが、より確実に十分な大きさのスワール成分を付与し得る点で好適である。また例えば、第2の特定吸気弁に係るステムのオフセット度合いを第1の特定吸気弁に係るステムのオフセット度合い以下にして、第1及び第2の特定吸気弁に係るステム夫々をオフセットさせることも、より確実に十分な大きさのスワール成分を付与し得る点で好適である。但しこれに限られず、例えば吸気ポートの形状などによってスワール成分が効果的に付与される場合などには、逆に筒内に生成される旋回気流のタンブル成分が小さくなり過ぎないようにするために、第2の特定吸気弁に係るステムのオフセット度合いを第1の特定吸気弁に係るステムのオフセット度合いよりも大きくして、第1及び第2の特定吸気弁に係るステム夫々をオフセットさせてもよい。 Specifically, for example, it is preferable that the stems related to the first and second specific intake valves are offset in the same direction to approximately the same degree in that a sufficiently large swirl component can be more reliably applied. . In addition, for example, the stem offset level of the second specific intake valve may be set to be equal to or lower than the stem offset level of the first specific intake valve to offset each of the stems related to the first and second specific intake valves. It is preferable in that a swirl component having a sufficient size can be more reliably applied. However, the present invention is not limited to this. For example, when the swirl component is effectively applied depending on the shape of the intake port, the tumble component of the swirling airflow generated in the cylinder is not excessively reduced. The offset degree of the stem related to the second specific intake valve may be made larger than the offset degree of the stem related to the first specific intake valve to offset each of the stems related to the first and second specific intake valves. Good.
また本発明記載の一気筒につき両端に位置する吸気弁は、吸気2弁構造の内燃機関にあっては一気筒につき2つ備えられた吸気弁に相当し、以下に説明する発明についても同様である。この場合、一気筒につき2つ備えられた吸気弁のうち一方が第1の特定吸気弁に、他方が第2の特定吸気弁に夫々対応することになる。また本発明記載のステムの中心軸線を含む平面は、吸気の通過領域をステムよりも燃焼室内側と外側とに分割し得る平面であれば必ずしも一つの平面に限定されないが、前述した第1の特定吸気弁と同様の観点から、吸気の主流がより多く内側通過領域に含まれるように吸気の通過領域を内側と外側とに分割する平面であることが好ましい。 In addition, the intake valves located at both ends of one cylinder described in the present invention correspond to two intake valves provided for each cylinder in an intake two-valve internal combustion engine, and the same applies to the invention described below. is there. In this case, one of the two intake valves provided per cylinder corresponds to the first specific intake valve, and the other corresponds to the second specific intake valve . Further, the plane including the central axis of the stem described in the present invention is not necessarily limited to one plane as long as it is a plane that can divide the passage region of the intake air into the combustion chamber inside and the outside of the stem. From the same viewpoint as the specific intake valve, the plane is preferably a plane that divides the intake passage region into an inner side and an outer side so that more main flow of intake air is included in the inner passage region.
この点、具体的には例えば前述した第1の特定吸気弁と同様にこの平面をさらにシリンダ軸線と平行になる平面として本発明を実現すれば、ステムをオフセットさせた結果、吸気の主流をより多く、且つより確実に内側通過領域に含み得る点で好適である。また本発明記載の内側通過領域が大きくなるように、とは第2の特定吸気弁に係るステムをオフセットさせない場合と比較して内側通過領域が大きくなるように、の意であるが、第2の特定吸気弁に係るステムは、前述した第1の特定吸気弁の場合と同様の観点から、さらに具体的には内側通過領域のほうが他方の外側通過領域よりも大きくなるようにオフセットしていることが好適である。 In this respect, more specifically, for example, if the present invention is realized by making this plane further parallel to the cylinder axis in the same manner as the first specific intake valve described above, the main flow of intake air is further increased as a result of offsetting the stem. It is preferable in that it can be included in the inner passage region more reliably and more reliably. Further, in order to increase the inner passage region described in the present invention, it means that the inner passage region becomes larger as compared with the case where the stem related to the second specific intake valve is not offset. From the same viewpoint as the case of the first specific intake valve described above, more specifically, the stem related to the specific intake valve is offset so that the inner passage region is larger than the other outer passage region. Is preferred.
また本発明は前記第1の特定吸気弁に係る前記ステムが、吸気の流れ方向について、前記第1の特定吸気弁に係る前記中心点よりも上流側にオフセットしていてもよい。また、前記第2の特定吸気弁に係る前記ステムが、吸気の流れ方向について、前記第2の特定吸気弁に係る前記中心点よりも上流側にオフセットしていてもよい。 In the present invention, the stem related to the first specific intake valve may be offset upstream of the center point related to the first specific intake valve in the flow direction of intake air. The stem related to the second specific intake valve may be offset upstream of the center point related to the second specific intake valve in the flow direction of intake air.
特定吸気弁のステムをオフセットさせるにあたっては、具体的には水平投影視で吸気の流れ方向に対して垂直な方向にオフセットさせることと、これに加えてさらに吸気の流れ方向について特定吸気弁に係る中心点よりも下流側にオフセットさせること、或いは吸気の流れ方向について特定吸気弁に係る中心点よりも上流側にオフセットさせることができる。すなわち特定吸気弁のステムをオフセットさせるにあたっては、第1の特定吸気弁にあってはシリンダ中心軸線を含み、且つ吸気の流れと平行な平面に近づく側に、第2の特定吸気弁にあってはシリンダ中心軸線を含み、且つ吸気の流れと平行な平面から離れる側に夫々オフセットさせることができる。 When offsetting the stem of the specific intake valve, specifically, it is offset in a direction perpendicular to the flow direction of the intake air in the horizontal projection view, and in addition to this, the flow direction of the intake air further relates to the specific intake valve. It can be offset downstream of the center point, or can be offset upstream of the center point of the specific intake valve in the direction of intake air flow. That is, when the stem of the specific intake valve is offset, the first specific intake valve has the cylinder center axis, and the second specific intake valve has a side closer to a plane parallel to the flow of intake air. Can be offset respectively to the side away from a plane parallel to the intake air flow, including the cylinder center axis.
この点、特定吸気弁のステムを吸気の流れ方向について、特定吸気弁に係る中心点よりも下流側にオフセットさせた場合には、特定吸気弁に係る傘部の直上、且つ後流側で吸気の流れがスムースに形成されなくなる虞がある。このため特定吸気弁に係るステムは具体的には本発明のようにオフセットしていることが好適である。本発明によれば、より大きなスワール成分を有するタンブル流を生成すべく、筒内に吸気を好適に流入させることができる。 In this regard, when the stem of the specific intake valve is offset downstream of the center point related to the specific intake valve in the flow direction of the intake air, the intake air is directly above the umbrella portion related to the specific intake valve and on the wake side. There is a risk that the flow of water will not be formed smoothly. Therefore, it is preferable that the stem related to the specific intake valve is specifically offset as in the present invention. According to the present invention, intake air can be suitably introduced into the cylinder so as to generate a tumble flow having a larger swirl component.
また本発明は前記第1の特定吸気弁に係る前記傘部が、該傘部のうち、前記ステムよりも燃焼室外側を流通する吸気に対応する部分のほうが、前記ステムよりも燃焼室中心側を流通する吸気に対応する部分よりも体積が小さくなるように形成されていてもよい。本発明によれば、第1の特定吸気弁に係るステムよりも燃焼室外側を流通する吸気の通過領域をさらに大きく確保できることから、さらに大きなスワール成分を有するタンブル流を生成すべく、筒内に吸気を好適に流入させることができる。 Further, according to the present invention, the portion of the umbrella portion relating to the first specific intake valve that corresponds to the intake air that circulates outside the combustion chamber from the stem is closer to the combustion chamber center than the stem. The volume may be smaller than the portion corresponding to the intake air that circulates. According to the present invention, since it is possible to secure a larger passage region of the intake air that flows outside the combustion chamber than the stem related to the first specific intake valve, in order to generate a tumble flow having a larger swirl component, The intake air can be preferably introduced.
また本発明は前記第2の特定吸気弁に係る前記傘部が、該傘部のうち、前記ステムよりも燃焼室中心側を流通する吸気に対応する部分のほうが、前記ステムよりも燃焼室外側を流通する吸気に対応する部分よりも体積が小さくなるように形成されていてもよい。本発明によれば、第2の特定吸気弁に係るステムよりも燃焼室中心側を流通する吸気の通過領域をさらに大きく確保できることから、また同時にこれによって、第2の特定吸気弁のステムよりも燃焼室外側を流通する吸入空気の量が相対的に減少し、この結果、第1の特定吸気弁のステムよりも燃焼室外側を流通する吸入空気の量が、第2の特定吸気弁のステムよりも燃焼室外側を流通する吸入空気の量よりもさらに相対的に大きくなることなどから、さらに十分な大きさのタンブル成分とスワール成分とを有するタンブル流を生成すべく、筒内に吸気を好適に流入させることができる。 Further, according to the present invention, the portion of the umbrella portion related to the second specific intake valve that corresponds to the intake air that flows through the combustion chamber center side of the stem portion is located outside the combustion chamber than the stem portion. The volume may be smaller than the portion corresponding to the intake air that circulates. According to the present invention, it is possible to secure a larger passage area of the intake air that circulates in the center of the combustion chamber than the stem related to the second specific intake valve, and at the same time, as compared with the stem of the second specific intake valve. The amount of intake air flowing outside the combustion chamber is relatively reduced. As a result, the amount of intake air flowing outside the combustion chamber is smaller than that of the first specific intake valve stem. Therefore, in order to generate a tumble flow having a sufficiently large tumble component and swirl component, the intake air is sucked into the cylinder. It can flow in suitably.
本発明によれば、スワール成分を有するタンブル流を生成すべく、筒内に吸気を好適に流入させることができる内燃機関を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in order to produce | generate the tumble flow which has a swirl component, the internal combustion engine which can flow in intake air suitably in a cylinder can be provided.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本実施例に係る内燃機関300の要部を一気筒につき、鉛直断面視で模式的に示す図である。内燃機関300は筒内燃料直接噴射式のガソリンエンジンであり、内燃機関300には吸気2弁構造が適用されている。但し内燃機関300は本発明を効果的に実施できる内燃機関であれば特に限定されず、例えば所謂リーンバーンエンジンなどであってもよく、また例えば吸気3弁構造が適用されてもよい。また内燃機関300は適宜の気筒数及び気筒配列構造を有していてよい。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a main part of an
内燃機関300はシリンダブロック51、シリンダヘッド52及びピストン53などを有して構成されている。シリンダブロック51には略円筒状のシリンダ51aが形成されており、シリンダ51a内にはピストン53が収容されている。シリンダブロック51にはシリンダヘッド52が固定されている。燃焼室54はシリンダブロック51、シリンダヘッド52及びピストン53によって囲われた空間として形成されている。シリンダヘッド52には吸気を燃焼室54内(以下、単に筒内とも称す)に導入するための吸気ポート10a及び10b(以下、総称するときには単に吸気ポート10と称し、他の部品についても同様とする)と、燃焼したガスを燃焼室54から排気するための排気ポート20とが夫々形成されており、さらに吸気ポート10を開閉するための吸気弁301と、排気ポート20を開閉するための排気弁55とが夫々配設されている。本実施例では吸気弁301aで第1の特定吸気弁が、吸気弁301bで第2の特定吸気弁が夫々実現されている。
The
点火プラグ56は上方から燃焼室54内に電極を突出させた状態でシリンダヘッド52に配設されている。燃料噴射弁(図示省略)は吸気ポート10内に噴射孔を突出させた状態でシリンダヘッド52に配設されており、この燃料噴射弁は吸気行程でシリンダ51a内に直接燃料を噴射できるようになっている。なお、燃料噴射弁はこれに限られず、例えば燃焼室54内に噴射孔を突出させた状態で吸気ポート10よりもシリンダブロック51側の位置や、燃焼室54の上方などでシリンダヘッド52に配設されてもよい。吸気ポート10から筒内に流入した吸気は、筒内で旋回気流に生成される。この旋回気流は本実施例では具体的には図1に示すようなスワール成分を有するタンブル流(以下、単に斜めタンブル流と称す)TSとなっている。
The
図2は内燃機関300の要部を一気筒につき、水平投影視で模式的に示す図である。また図3は図2に示すC−C断面で、吸気弁301を模式的に示す図である。図2に示すように、吸気ポート10は水平投影視で燃焼室54に向かって吸気を流通させるように延伸している。これにより、巨視的に見て吸気が吸気の流れ方向Fに沿って燃焼室54に向かって流通する吸気の主流を形成することから、本実施例ではこの吸気の流れ方向Fを吸気の流れ方向としている。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a main part of the
なお本実施例では、吸気の主流はさらに筒内に流入する際に図2に示す吸気の流れ方向Ftに沿って流通する流れに形成される。この点、吸気の流れ方向は、筒内で旋回気流に生成されるように流通する吸気の主流が流通する方向を示すものであり、例えば吸気弁301のステムstmや傘部ub付近の主流の流通方向に着目して、吸気の流れ方向Ftとすることもできる。この場合には、巨視的に見た吸気の流れ方向に基づく場合よりも好適に本発明を実施し得るが、本発明には設計容易性などの観点から巨視的に見た吸気の流れ方向に基づく場合も含まれる。また吸気の流れ方向は、吸気ポート10の形状などによっては図2に示すこれら吸気の流れ方向F或いはFtに限られない。例えばスワール成分をより効果的に付与すべく吸気ポート10をさらに湾曲させて形成した場合にあっては、吸気の流れ方向が巨視的に見た場合であっても吸気の流れ方向Ft同様の方向となる場合もある。
In the present embodiment, the main flow of the intake air is further formed into a flow that circulates along the flow direction Ft of the intake air shown in FIG. 2 when flowing into the cylinder. In this respect, the flow direction of the intake air indicates the direction in which the main flow of the intake air flowing so as to be generated as a swirling air flow in the cylinder, for example, the main flow in the vicinity of the stem stm of the intake valve 301 and the umbrella portion ub. Focusing on the flow direction, the flow direction Ft of intake air can also be used. In this case, be carried out suitably present invention than when based on the flow direction of the intake air when viewed macroscopically, but the flow direction of the intake air when viewed macroscopically from the standpoint of ease of design for the present invention The case where it is based is also included. The intake air flow direction is not limited to the intake air flow direction F or Ft shown in FIG. For example, in the case where the
図2及び図3に示すように、吸気弁301のステムstmはステムstmの中心軸線P1が、傘部ubの底面の中心点P2を含まないようにオフセットしている。このステムstmは本実施例では具体的には、図2に示すように水平投影視で吸気の流れ方向Fに対して略垂直な方向に、換言すれば軸線P4と略平行な方向にオフセットしている。なお、この軸線P4は図示しないクランク軸線と略平行なものとなっている。また図2に示すように、吸気弁301のステムstmは吸気弁301aにあってはステムstmの中心軸線P1を含む平面S1によって2つに分割される吸気の通過領域inr、otrのうち、燃焼室54外側に位置する外側通過領域otrが大きくなるようにオフセットしている。これにより、吸気弁301aに係る外側通過領域otrを大きく確保できることから、斜めタンブル流TSを生成すべく、筒内に吸気を好適に流入させることができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the stem stm of the intake valve 301 is offset so that the central axis P1 of the stem stm does not include the center point P2 of the bottom surface of the umbrella part ub. Specifically, in the present embodiment, the stem stm is offset in a direction substantially perpendicular to the intake air flow direction F in horizontal projection as shown in FIG. 2, in other words, in a direction substantially parallel to the axis P4. ing. The axis P4 is substantially parallel to a crank axis (not shown). Further, as shown in FIG. 2, the stem stm of the intake valve 301 is the combustion in the intake passage region inr, otr divided into two by the plane S1 including the central axis P1 of the stem stm in the
また吸気弁301のステムstmは、吸気弁301bにあっては燃焼室54中心側に位置する内側通過領域inrが大きくなるようにオフセットしている。これにより、吸気弁301bに係る内側通過領域inrを大きく確保できることから、さらに斜めタンブル流TSのタンブル成分を十分な大きさに確保することができる。また同時に吸気弁301bに係る他方の外側通過領域otrを小さくできることから、吸気弁301aのステムstmよりも燃焼室54外側を流通する吸入空気の量を、吸気弁301bのステムstmよりも燃焼室54外側を流通する吸入空気の量よりもさらに相対的に大きくすることもでき、以ってより大きなスワール成分の付与にも貢献できる。
Further, the stem stm of the intake valve 301 is offset so that the inner passage region inr located on the center side of the
また吸気弁301のステムstmはさらに具体的には吸気弁301aにあっては、外側通過領域otrが、他方の内側通過領域inrよりも大きくなるようにオフセットしており、吸気弁301bにあっては内側通過領域inrが、他方の外側通過領域otrよりも大きくなるようにオフセットしている。これにより、十分な大きさのスワール成分を付与できる。また本実施例では図3に示すように吸気弁301のステムstm夫々は同方向に略等しい度合いL2でオフセットしている。これにより、吸気弁301a、301bのステムstm夫々の間を流通する吸入空気の量が、これらステムstm夫々をオフセットさせない場合と比較して同等、或いは小さくなることから、筒内に生成される斜めタンブル流TSのタンブル成分が増大することによって、却って十分な大きさのスワール成分を付与できなくなってしまうことを防止できる。したがって、これに十分な大きさのスワール成分をより確実に付与できる。またこのようにステムstmをオフセットさせた吸気弁301を備えることによって筒内に流入する吸気の流動態様を改善したことで、内燃機関300の体積効率の低下を特段招くことなく、混合気のミキシング性の向上を図ることができ、以ってエミッションの低減を好適に図ることができる。
More specifically, the stem stm of the intake valve 301 is offset so that the outer passage region otr is larger than the other inner passage region inr in the
なお、図2では平面S1をさらにシリンダ中心軸線P3と略平行な平面と想定したため、図2ではこの平面S1が直線状に示されている。また図示しないステムガイドに収納されている状態を含めて、吸気弁301のステムstmが吸気ポート10に介在している位置において吸気ポート10の断面(例えば吸気ポート10に垂直な断面や吸気の流れ方向Fに垂直な断面など、吸気ポート10の延伸方向においてある位置の吸気ポート10の形状を示すために適当な断面。)をとったときには、この吸気ポート52の断面は平面S1によって2つの部分に分割されるが、このようにして二分割された部分夫々は、内側及び外側通過領域inr、otrの一部に相当する。
In FIG. 2, since the plane S1 is further assumed to be a plane substantially parallel to the cylinder center axis P3, the plane S1 is shown in a straight line in FIG. In addition, including a state where the stem stm of the intake valve 301 is interposed in the
この点、吸気弁301aにあってはこのような吸気ポート10の断面すべてで外側通過領域otrに対応する部分のほうが、内側通過領域inrに対応する部分よりも大きくなっていることが、また吸気弁301bにあってはこのような吸気ポート10の断面すべてで内側通過領域inrに対応する部分のほうが、外側通過領域otrに対応する部分よりも大きくなっていることが好ましい。但し、吸気ポート10の形状次第では必ずしもこれに限られない。また上記のように内側及び外側通過領域inr、otrは、吸気弁301のステムstmが吸気ポート10に介在している位置における吸気の通過領域であるため、内側及び外側通過領域inr、otrには、吸気弁301のステムstmが吸気ポート10に介在しない位置で、平面S1によって分割される吸気の通過領域までは含まれない。
In this regard, in the
図4はスワール強度とバルブリフト量との関係を示す図である。図4では、吸気弁301の代わりにステムstmがオフセットしていない吸気弁を備えた内燃機関300Xと、内燃機関300とについて、スワール強度の比較を行った結果を示している。なお、内燃機関300Xは吸気弁が異なっている点以外、内燃機関300と実質的に同一のものとなっている。図4から、内燃機関300では内燃機関300Xよりもスワール強度が向上していることがわかる。またバルブリフト量が大きくなるほどスワール強度が大幅に向上していることがわかる。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between swirl strength and valve lift. FIG. 4 shows the result of comparison of swirl strength between the
次に吸気弁301のステムstmのオフセット量L2について詳述する。図5は図2で右側に配置される吸気弁301bを傘部ubの底面に対して垂直な方向からの視線で、且つ図2と同様の向きで模式的に示す図である。図5に示すように、オフセット量L2は中心点P2からステムstm(より具体的には傘部ubの底面とステムstmの中心軸線P1とが交わる点P5)までの距離を示すものとして設定されている。またバルブ外径D2は吸気弁301bの傘部ubの外径を示している。なお、オフセット量L2の正負の符号は、図5に示すようにステムstmがシリンダ中心軸線P4から吸気の流れ方向Fに略直交する方向で離れる方向を正としている。
Next, the offset amount L2 of the stem stm of the intake valve 301 will be described in detail. FIG. 5 is a view schematically showing the
オフセット量L2を0(ゼロ)よりも大きく設定すれば、スワール成分を付与すべく筒内に流入する吸気の流動態様を改善できる。このためオフセット量L2が次の数1で示す範囲内にあれば、スワール強度を向上させることができる。
(数1)
0<L2
If the offset amount L2 is set to be larger than 0 (zero), it is possible to improve the flow mode of the intake air flowing into the cylinder so as to give the swirl component. Therefore, the swirl strength can be improved if the offset amount L2 is within the range represented by the following equation (1).
(Equation 1)
0 <L2
一方、オフセット量L2がD2/4程度まで大きくなると、吸気弁301のバルブ強度の大幅な低下が懸念される。さらにオフセット量L2がD2/4よりも大きくなると、バルブ強度が大きく低下するとともに、空気流量も大きく低下し始める虞がある。これは吸気弁301aに係る内側通過領域inr、及び吸気弁301bに係る外側通過領域otrを通過しようとする吸気の量が極端に低下するためと考えられる(図6参照)。このためオフセット量L2は、次の数2に示す範囲を許容範囲として、この許容範囲内にあることが好ましい。
(数2)
0<L2≦D2/4
On the other hand, when the offset amount L2 increases to about D2 / 4, there is a concern that the valve strength of the intake valve 301 may be significantly reduced. Further, when the offset amount L2 is larger than D2 / 4, the valve strength is greatly reduced, and the air flow rate may start to be greatly reduced. This is presumably because the amount of intake air that tries to pass through the inner passage region inr related to the
(Equation 2)
0 <L2 ≦ D2 / 4
またオフセット量L2が0(ゼロ)からD2/12になるまでの間は、スワール強度が大きく向上する途中の段階に対応するので、オフセット量L2は次の数3に示す範囲を推奨範囲として、この推奨範囲内にあることがさらに好適である。
(数3)
D2/12≦L2≦D2/4
Also, until the offset amount L2 becomes 0 (zero) to D2 / 12, it corresponds to a stage in which the swirl strength is greatly improved, so the offset amount L2 has a range shown in the
(Equation 3)
D2 / 12 ≦ L2 ≦ D2 / 4
図7は燃焼室54中央での流速分布を模式的に示す図である。図7では基準流速V0との速度差ΔVによってスワール成分の大小を表している。なお、図6では参考に図7に示す流速分布と同様の流速分布を重ね合わせて示している。オフセット量L2が次の数4に示す範囲内にある場合には、基準流速V0よりも大きく、且つ所定値V1未満の流速が得られる。
(数4)
0<L2<D2/12
FIG. 7 is a diagram schematically showing the flow velocity distribution at the center of the
(Equation 4)
0 <L2 <D2 / 12
一方、オフセット量L2が数3に示す推奨範囲内にある場合には、所定値V1以上の流速が得られる。このことからもオフセット量L2は数3に示す推奨範囲内にあることがさらに好適であることがわかる。また数3や数4に示す範囲は吸気の流れ方向Fについて吸気弁301のステムstmの位置を変更した場合でも、相応の効果を得ることができる範囲になると考えられる。このため図5では、数4に示す範囲に対応させてさらに相応の効果を奏すると考えられるエリアをエリアAR21として示すとともに、数3に示す推奨範囲に対応させてさらに相応の効果を奏すると考えられるエリアをエリアAR22として示している。以上により、斜めタンブル流TSを生成すべく、筒内に吸気を好適に流入させることができる内燃機関300を実現できる。
On the other hand, when the offset amount L2 is within the recommended range shown in
本実施例に係る内燃機関310は、吸気弁301が吸気弁311に変更されている点以外、実施例1に係る内燃機関300と基本的に同一のものとなっている。吸気弁311はステムstmが、さらに吸気の流れ方向Fについて中心点P2よりも上流側にオフセットしている点で、吸気弁301とは異なるものとなっている。本実施例では吸気弁311aで第1の特定吸気弁が、吸気弁311bで第2の特定吸気弁が夫々実現されている。
The internal combustion engine 310 according to the present embodiment is basically the same as the
図8は図2で右側に配置される吸気弁301bと同様に右側に配置される吸気弁311bを、図5と同様に模式的に示す図である。図8に示すように、吸気の流れ方向Fに略直交するとともに中心点P2を含む直線P6と、中心点P2及びステムstmに係る点P5を含む直線P7とがなす角のうち、鋭角が設置角度θ4と設定されている。また設置角度θ4の正負の符号は、図8に示すようにステムstmが吸気の流れ方向Fについて、上流側にオフセットしているときに正としている。なお、図8においてオフセット量L2は図5と同様に設定されている。
FIG. 8 is a view schematically showing the
実施例1で前述したように、オフセット量L2は数3に示す推奨範囲内にあることが好ましいといえる。この点、さらに設置角度θ4を設定した場合には、オフセット量LがD/4のときに設置角度θ4がおよそ70度よりも大きく、或いはおよそ−70度よりも小さくなると、ステムstmがエリアAR21に含まれることになる。このことから、設置角度θ4は次の数5に示す範囲を許容範囲として、この許容範囲内にあることが好ましい。
(数5)
−70°≦θ4≦70°
但し、エリアAR21はスワール強度が多少なりとも向上すると考えられるエリアであるため、設置角度θ4が−90°以上、且つ90°以下であれば相応の効果を奏すると考えられる。
As described above in the first embodiment, it can be said that the offset amount L2 is preferably within the recommended range shown in
(Equation 5)
-70 ° ≦ θ4 ≦ 70 °
However, since the area AR21 is an area where the swirl strength is considered to be improved to some extent, it can be considered that if the installation angle θ4 is −90 ° or more and 90 ° or less, a corresponding effect can be obtained.
一方、設置角度θ4を−90°に設定した上でステムstmを下流側にオフセットさせた場合には、スワール強度はオフセット量L2が大きくなるにしたがって低下する傾向が見られる。これは、ステムstmを下流側にオフセットさせた場合には、傘部ub直上で、後流側への吸気の流れをスムースに形成することが困難になるためと考えられる。このことから、設置角度θ4は次の数6に示す範囲を推奨範囲として、この推奨範囲内にあることがさらに好ましい。
(数6)
0°≦θ4≦70°
On the other hand, when the installation angle θ4 is set to −90 ° and the stem stm is offset downstream, the swirl strength tends to decrease as the offset amount L2 increases. This is presumably because when the stem stm is offset downstream, it is difficult to smoothly form the intake air flow immediately upstream of the umbrella portion ub. For this reason, the installation angle θ4 is more preferably within the recommended range with the range shown in the following
(Equation 6)
0 ° ≦ θ4 ≦ 70 °
またこのように設置角度θ4を設定した場合でも、オフセット量L2がD/4よりも大きくなったときにはバルブ強度が低下する。このため、設置角度θ4を設定した場合には、数3及び数6をともに満たす範囲内でステムstmを形成することが好適である。オフセット量L2を数3に示す範囲内で設定するとともに、設置角度θ4を数6に示す範囲内で設定した場合に対応するエリアは、具体的にはエリアAR23として図8のように示される。このため、本実施例では吸気弁311bのステムstmは図8に示すようにエリアAR23内に含まれるようにオフセットしている。
Even when the installation angle θ4 is set in this way, the valve strength decreases when the offset amount L2 becomes larger than D / 4. For this reason, when the installation angle θ4 is set, it is preferable to form the stem stm within a range satisfying both
図9は燃焼室54中央での流速分布を模式的に示す図である。図9では図7と同様に基準流速V0との速度差ΔVによってスワール成分の大小を規定している。吸気弁311のステムstmがエリアAR23内にある場合には、所定値V2よりも大きい流速が得られる。またこの所定値V2は所定値V1よりも大きな値となっていることから、内燃機関310によれば、実施例1で前述した内燃機関300よりも高い流速が得られることがわかる。以上により、斜めタンブル流TSを生成すべく、筒内に吸気を好適に流入させることができる内燃機関310を実現できる。
FIG. 9 is a diagram schematically showing the flow velocity distribution at the center of the
本実施例に係る内燃機関320は、吸気弁311が吸気弁321に変更されている点以外、実施例2に係る内燃機関310と実質的に同一のものとなっている。吸気弁321は、吸気弁321aにあってはさらに傘部ubのうち、外側通過領域otrに対応する部分のほうが、内側通過領域inrに対応する部分よりも体積が小さくなるように形成されている点で、また吸気弁321bにあってはさらに傘部ubのうち、内側通過領域inrに対応する部分のほうが、外側通過領域otrに対応する部分よりも体積が小さくなるように形成されている点で、吸気弁311とは異なるものとなっている。
The internal combustion engine 320 according to the present embodiment is substantially the same as the internal combustion engine 310 according to the second embodiment except that the intake valve 311 is changed to the intake valve 321. In the
ここで、体積が小さくなるようにとは、例えば内側通過領域inrに対応する部分のほうが、外側通過領域otrに対応する部分よりも体積が小さくなるように形成されている場合にあっては、外側通過領域otrに対応する部分をステムstmの中心軸線P1中心に回転させて、内側通過領域inrに対応する部分に重ね合わせたときに、これらの部分が一致せず、且つ内側通過領域inrに対応する部分が、外側通過領域otrに対応する部分に少なくとも部分的に含まれることをいう。本実施例では吸気弁321aで第1の特定吸気弁が、吸気弁321bで第2の特定吸気弁が夫々実現されている。
Here, when the volume is reduced, for example, when the portion corresponding to the inner passage region inr is formed to have a smaller volume than the portion corresponding to the outer passage region otr, When the portion corresponding to the outer passage region otr is rotated about the central axis P1 of the stem stm and superimposed on the portion corresponding to the inner passage region inr, these portions do not coincide with each other and the inner passage region inr The corresponding portion is at least partially included in the portion corresponding to the outer passage region otr. In this embodiment, the
図10は、図2に示すC−C断面と同様の断面で吸気弁321を模式的に示す図である。吸気弁321は具体的には傘部ubのうち、内側通過領域inrに対応する部分と、外側通過領域otrに対応する部分とがともに、中心軸線P1を含む平面による断面で断面円弧状に形成されている。また吸気弁321は、吸気弁321aにあっては外側通過領域otrに対応する部分のほうが、内側通過領域inrに対応する部分よりも曲率半径が小さくなるように形成されており、また吸気弁321bにあっては内側通過領域inrに対応する部分のほうが、外側通過領域otrに対応する部分よりも曲率半径が小さくなるように形成されている。
FIG. 10 is a view schematically showing the intake valve 321 in a cross section similar to the CC cross section shown in FIG. Specifically, the intake valve 321 includes a portion corresponding to the inner passage region inr and a portion corresponding to the outer passage region otr in the umbrella portion ub, both of which are formed in a circular arc shape in a cross section by a plane including the central axis P1. Has been. Further, the intake valve 321 is formed such that the radius of curvature of the portion corresponding to the outer passage region otr in the
また吸気弁321aに係る外側通過領域otr、及び吸気弁321bに係る内側通過領域otrに対応する部分は曲率半径R12で、吸気弁321aに係る内側通過領域inr、及び吸気弁321bに係る外側通過領域otrに対応する部分は曲率半径R11でステムstmとスムースに繋がるように夫々形成されており、さらに曲率半径R12は曲率半径R11よりも小さく設定されている。本実施例ではこのように傘部ubを形成することで、吸気弁321aにあっては傘部ubのうち、外側通過領域otrに対応する部分のほうが、内側通過領域inrに対応する部分よりも体積が小さくなるようにしている。これにより、吸気弁321aに係る外側通過領域otrをさらに大きく確保できることから、さらに大きなスワール成分を有する斜めタンブル流TSを生成すべく、筒内に吸気を好適に流入させることができる。
The outer passage area otr related to the
また本実施例ではこのように傘部ubを形成することで、吸気弁321bにあっては傘部ubのうち、内側通過領域inrに対応する部分のほうが、外側通過領域otrに対応する部分よりも体積が小さくなるようにしている。これにより、吸気弁321bに係る内側通過領域inrをさらに大きく確保できることから、斜めタンブル流TSのタンブル成分が必要以上に大きく低下してしまうことを抑制できる。また同時にこれによって、吸気弁321bに係る外側通過領域otrを流通する吸入空気の量が相対的に減少し、この結果、吸気弁321aに係る外側通過領域otrを流通する吸入空気の量が、吸気弁321bに係る外側通過領域otrを流通する吸入空気の量よりもさらに相対的に大きくなることから、さらに十分な大きさのタンブル成分とスワール成分とを有する斜めタンブル流TSを生成すべく、筒内に吸気を好適に流入させることができる。なお、吸気弁321の傘部ubは吸気の流れを阻害しないように全周に亘ってスムースに形成されており、この点に関しては前述した吸気弁301及び311も同様となっている。
Further, in this embodiment, by forming the umbrella part ub in this way, in the
図11は、図2で右側に配置される吸気弁301bと同様に右側に配置される吸気弁321bを、図5或いは図8と同様に模式的に示す図である。なお、図11においてオフセット量L2は図5と同様に設定されており、設置角度θ4は図8と同様に設定されている。吸気弁321を備えた内燃機関320では、吸気弁321aに係る外側通過領域otr、及び吸気弁321bに係る内側通過領域inrを流通する吸気の流れをさらに多く形成できる。このため、内燃機関320では、内燃機関300または310よりもオフセット量L2を小さくした場合であっても、内燃機関300または310と同等の効果を得ることができる。このことから内燃機関320の場合には、数3に示す推奨範囲と比較して、次の数7に示すようにオフセット量L2の推奨範囲を拡大できる。
(数7)
D2/24≦L2≦D2/4
図11では、この数7に示す推奨範囲に対応させてさらに相応の効果を奏すると考えられるエリアをエリアAR24として示している。
FIG. 11 is a view schematically showing the
(Equation 7)
D2 / 24 ≦ L2 ≦ D2 / 4
In FIG. 11, an area that is considered to have a corresponding effect corresponding to the recommended range shown in Equation 7 is indicated as area AR24.
一方、設置角度θ4を設定した場合には、オフセット量L2がD2/4のときに設置角度θ4がおよそ80度よりも大きく、或いはおよそ−80度よりも小さくなると、ステムstmがエリアAR24に含まれることになる。このことから内燃機関320の場合には、数5に示す許容範囲と比較して、次の数8に示すように設置角度θ4の許容範囲を拡大できる。
(数8)
−80°≦θ4≦80°
On the other hand, when the installation angle θ4 is set, the stem stm is included in the area AR24 if the installation angle θ4 is larger than about 80 degrees or smaller than about −80 degrees when the offset amount L2 is D2 / 4. Will be. Therefore, in the case of the internal combustion engine 320, the allowable range of the installation angle θ4 can be expanded as shown in the following equation 8, compared with the allowable range expressed in
(Equation 8)
−80 ° ≦ θ4 ≦ 80 °
また吸気の流れ方向Fについて、ステムstmを中心点P2よりも上流側にオフセットさせたほうが好適である点は、内燃機関320でも内燃機関310の場合と同様となっている。このことから内燃機関320の場合には、数6に示す推奨範囲と比較して、次の数9に示すように設置角度θ4の推奨範囲を拡大できる。
(数9)
0°≦θ4≦80°
Further, in the flow direction F of intake air, it is preferable that the stem stm is offset to the upstream side of the center point P2 as in the case of the internal combustion engine 310. Therefore, in the case of the internal combustion engine 320, the recommended range of the installation angle θ4 can be expanded as shown in the following formula 9, compared with the recommended range shown in the
(Equation 9)
0 ° ≦ θ4 ≦ 80 °
これにより、オフセット量L2及び設置角度θ4の範囲が拡大された分だけ、さらに吸気弁321の強度を維持することも可能になる。また内燃機関320の場合には、数7及び数9をともに満たす範囲内でステムstmが形成されることが好適である。オフセット量L2を数7に示す範囲内で設定するとともに、設置角度θ4を数9に示す範囲内で設定した場合に対応するエリアは、具体的にはエリアAR25として図11のように示される。以上により、斜めタンブル流TSを生成すべく、筒内に吸気を好適に流入させることができる内燃機関320を実現できる。 As a result, the strength of the intake valve 321 can be further maintained as much as the range of the offset amount L2 and the installation angle θ4 is expanded. In the case of the internal combustion engine 320, it is preferable that the stem stm is formed within a range satisfying both the equations 7 and 9. The area corresponding to the case where the offset amount L2 is set within the range shown in Expression 7 and the installation angle θ4 is set within the range shown in Expression 9 is specifically shown as area AR25 as shown in FIG. As described above, it is possible to realize the internal combustion engine 320 capable of appropriately flowing the intake air into the cylinder in order to generate the oblique tumble flow TS.
本実施例に係る内燃機関350は吸気弁301の代わりに、以下に示すようにステムstmを傾斜させて配置した吸気弁351を備えている点以外、内燃機関300と実質的に同一のものとなっている。本実施例では吸気弁351aで第1の特定吸気弁が、吸気弁351bで第2の特定吸気弁が夫々実現されている。図12は内燃機関350の要部を一気筒につき、水平投影視で模式的に示す図である。また図13は図12に示すD−D断面で、吸気弁351を模式的に示す図である。なお、図12では参考に流速分布も重ね合わせて同時に示している。
The internal combustion engine 350 according to the present embodiment is substantially the same as the
図12及び図13に示すように吸気弁351のステムstmは、吸気弁351aにあっては吸気弁351aが閉じた状態において、ステムstmの先端P11がシリンダ中心軸線P3を含み、且つクランク軸線と略平行な軸線P4と略直交する(すなわちクランク軸線と略直交する)平面S2に、クランク軸線と略平行な方向で傘部ubの底面の中心点P2よりも離れるように傾斜している。内燃機関350では係る吸気弁351aの傾斜配置により、吸気弁351aのステムstmよりも燃焼室54外側を流通する吸入空気の量をより多く確保できる。このため内燃機関350では、筒内に生成される斜めタンブル流TSに対してスワール成分を付与できるように、筒内に吸気を流入させることができる。
As shown in FIGS. 12 and 13, the stem stm of the intake valve 351 is such that the tip P11 of the stem stm includes the cylinder center axis P3 and the crank axis when the
また吸気弁351のステムstmは、吸気弁351bにあっては吸気弁351bが閉じた状態において、ステムstmの先端P11が平面S2に、クランク軸線と略平行な方向で傘部ubの底面の中心点P2よりも近づくように傾斜している。内燃機関350では吸気弁351bの係る傾斜配置により、吸気弁351bのステムstmよりも燃焼室54中心側を流通する吸入空気の量を多く確保でき、これにより、筒内に生成される斜めタンブル流TSのタンブル成分が必要以上に大きく低下してしまうことを抑制できる。
In addition, the stem stm of the intake valve 351 is the center of the bottom surface of the umbrella portion ub in the direction substantially parallel to the crank axis in the state in which the tip P11 of the stem stm is in the plane S2 when the
同時に内燃機関350では吸気弁351bの係る傾斜配置により、吸気弁351bのステムstmよりも燃焼室54外側を流通する吸入空気の量を少なくでき、この結果、吸気弁351aのステムstmよりも燃焼室54外側を流通する吸入空気の量を、吸気弁351bのステムstmよりも燃焼室54外側を流通する吸入空気の量よりもさらに相対的に大きくすることもできることから、スワール成分の付与にも貢献できる。なお、吸気弁351のステムstmの先端P11及び傘部ubの底面の中心点P2はともにステムstmの中心軸線P1上に位置している。
At the same time, with the inclined arrangement of the
また本実施例では図13に示すように、吸気弁351のステムstm夫々を同方向に略等しい度合いθ5で傾斜させて吸気弁351を配置している。これにより、吸気弁351a、351bのステムstm夫々の間を流通する吸入空気の量が、これらステムstm夫々を傾斜させて配置しない場合と比較して同等、或いは小さくなることから、筒内に生成される斜めタンブル流TSのタンブル成分が増大することによって、却って十分な大きさのスワール成分を付与できなくなってしまうことを防止できる。したがって、これにより十分な大きさのスワール成分をより確実に付与できる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 13, the intake valves 351 are arranged such that the stems stm of the intake valves 351 are inclined in the same direction at a substantially equal degree θ5. As a result, the amount of intake air flowing between the stems stm of the
またこのようにステムstmを傾斜させて配置した吸気弁351を備えることによって筒内に流入する吸気の流動態様を改善したことで、内燃機関350の体積効率の低下を特段招くことなく、混合気のミキシング性の向上を図ることができ、以ってエミッションの低減を図ることができる。なお、吸気弁351の傾斜度合いは図13に示す傾斜角θ5の設定によって変更でき、この傾斜角θ5はステムstmの中心軸線P1と、中心点P2を含み、シリンダ中心軸線P3と略平行な軸線P21とがなす角のうち、鋭角となっている。 Further, by providing the intake valve 351 with the stem stm inclined as described above, the flow mode of the intake air flowing into the cylinder is improved, so that the air-fuel mixture is not particularly reduced without causing a reduction in volume efficiency of the internal combustion engine 350. The mixing property can be improved, and the emission can be reduced. The inclination degree of the intake valve 351 can be changed by setting the inclination angle θ5 shown in FIG. 13. This inclination angle θ5 includes the central axis P1 of the stem stm and the central point P2, and is an axis substantially parallel to the cylinder central axis P3. Of the angles formed by P21, it is an acute angle.
次に傾斜角θ5について詳述する。一般的な内燃機関にあっては、傾斜角θ5は0(ゼロ)°に設定されている。これに対して傾斜角θ5が次の数10で示す範囲内にあれば、スワール強度を向上させることが可能になる。
(数10)
0°<θ5
Next, the inclination angle θ5 will be described in detail. In a general internal combustion engine, the inclination angle θ5 is set to 0 (zero) °. On the other hand, if the inclination angle θ5 is within the range represented by the following
(Equation 10)
0 ° <θ5
一方、傾斜角θ5を大きく設定するほど、吸気弁351を開閉するためのカム(図示省略)を適切に配置することが物理的に困難になってくる。したがってカムの配置を考慮すると、傾斜角θ5は次の数11に示す範囲を許容範囲として、この許容範囲内にあることが好ましい。
(数11)
0°<θ5≦10°
On the other hand, as the inclination angle θ5 is set larger, it becomes physically difficult to appropriately arrange a cam (not shown) for opening and closing the intake valve 351. Therefore, in consideration of the cam arrangement, the inclination angle θ5 is preferably within the allowable range, with the range shown in the following equation 11 being an allowable range.
(Equation 11)
0 ° <θ5 ≦ 10 °
また、傾斜角θ5を大きく設定した場合には、燃焼室54の形状などによっては筒内に生成される斜めタンブル流TSのスワール成分が大きくなり過ぎて斜めタンブル流TSの強度が大幅に低下しまうといった事態が発生し得る。一方、傾斜角θ5を0(ゼロ)°から1°未満に設定した場合には、大きな効果を期待することができない。このため傾斜角θ5は次の数12に示す範囲を推奨範囲として、この推奨範囲内にあることがさらに好適である。
(数12)
1°≦θ5≦6°
When the inclination angle θ5 is set to be large, the swirl component of the oblique tumble flow TS generated in the cylinder becomes too large depending on the shape of the
(Equation 12)
1 ° ≦ θ5 ≦ 6 °
図14は燃焼室54中央での流速分布を模式的に示す図である。図14では、図7などと同様に基準流速V0との速度差ΔVによってスワール成分の大小を表している。図14に示すように、傾斜角θ5が数11に示す範囲内にある場合には所定値V11よりも大きな流速が得られる。またこの所定値V11は基準流速V0よりも大きなものとなっている。さらに傾斜角θ5が数12に示す範囲内にある場合には所定値V12以上の流速が得られる。この所定値V12は所定値V11よりも大きな流速となっている。このように内燃機関350にあっては、傾斜角θ5を詳細に規定することにより、さらに大きなスワール成分を付与することも可能になる。以上により、斜めタンブル流TSを生成すべく、筒内に吸気を好適に流入させることができる内燃機関350を実現できる。
FIG. 14 is a diagram schematically showing the flow velocity distribution at the center of the
本実施例に係る内燃機関360は、さらに吸気弁351が閉じた状態において、吸気弁351に係るステムstmが、ステムstmの先端P11が、吸気の流れ方向Fについて中心点P2よりも排気ポート55側に位置するように傾斜している点以外、内燃機関350と実質的に同一のものとなっている。なお、さらにこのように傾斜した吸気弁351を以下、吸気弁361と称する。本実施例では吸気弁361aで第1の特定吸気弁が、吸気弁361bで第2の特定吸気弁が夫々実現されている。図15は内燃機関360の要部を図2と同様に一気筒につき水平投影視で模式的に示す図である。また図16は図15で右側に配置される吸気弁361bを単体で、且つ図15と同様の向きで模式的に示す図である。
In the internal combustion engine 360 according to the present embodiment, in a state where the intake valve 351 is further closed, the stem stm related to the intake valve 351 is such that the tip P11 of the stem stm is closer to the exhaust port 55 than the center point P2 in the flow direction F of intake air. It is substantially the same as the internal combustion engine 350 except that it is inclined so as to be located on the side. Further, the intake valve 351 inclined in this way is hereinafter referred to as an intake valve 361. In this embodiment, the
図15及び図16に示すように水平投影視で吸気の流れ方向Fに略直交するとともに中心点P2を含む直線P6と、ステムstmの中心軸線P1とがなす角のうち、鋭角を設置角度θ6とする。この設置角度θ6を設定することで、吸気の流れ方向Fについてもステムstmを傾斜させることができる。なお、設置角度θ6の正負の符号は、図16に示すようにステムstmの先端P11が吸気の流れ方向Fについて、中心点P2よりも排気ポート55側に位置しているときに正としている。 As shown in FIGS. 15 and 16, an acute angle among the angles formed by the straight line P6 that is substantially orthogonal to the intake air flow direction F and includes the center point P2 and the center axis P1 of the stem stm in the horizontal projection view is an installation angle θ6. And By setting this installation angle θ6, the stem stm can be inclined also in the flow direction F of the intake air. Note that the positive and negative signs of the installation angle θ6 are positive when the tip P11 of the stem stm is positioned on the exhaust port 55 side of the center point P2 in the flow direction F of the intake air as shown in FIG.
設置角度θ6が90°である場合にはスワール成分を付与できるように吸気弁361を傾斜させることが困難となり、また設置角度θ6を90°から減少させた場合でも、その度合いが小さければ大きな効果を期待できない。一方、設置角度θ6が0(ゼロ)°よりも小さい場合には、傘部ub直上で、後流側への吸気の流れをスムースに形成することが困難になる場合があると考えられる。このことから、設置角度θ6は次の数13に示す範囲を許容範囲として、この許容範囲内にあることが好ましい。
(数13)
0°≦θ6≦70°
When the installation angle θ6 is 90 °, it is difficult to incline the intake valve 361 so that a swirl component can be applied. Even when the installation angle θ6 is decreased from 90 °, a large effect is obtained. I can not expect. On the other hand, when the installation angle θ6 is smaller than 0 (zero) °, it is considered that it may be difficult to smoothly form the intake air flow to the wake side immediately above the umbrella portion ub. Therefore, the installation angle θ6 is preferably within the allowable range with the range shown in the following equation 13 being an allowable range.
(Equation 13)
0 ° ≦ θ6 ≦ 70 °
一方、設置角度θ6の大きさ次第では、数13に示す範囲内で傘部ubに沿って筒内に流入する吸気の流動態様を斜めタンブル流TSの生成にとってより好ましいものにすることもでき、これによってさらにスワール成分を大きくすることもできる。この点、スワール強度をより向上させたい場合には、設置角度θ6は次の数14に示す範囲を推奨範囲として、この推奨範囲内にあることがさらに好ましい。
(数14)
10°≦θ6≦60°
On the other hand, depending on the size of the installation angle θ6, the flow mode of the intake air flowing into the cylinder along the umbrella portion ub within the range shown in Equation 13 can be made more preferable for the generation of the oblique tumble flow TS, As a result, the swirl component can be further increased. In this regard, when it is desired to further improve the swirl strength, the installation angle θ6 is more preferably within the recommended range, with the range shown in the following equation 14 being the recommended range.
(Equation 14)
10 ° ≦ θ6 ≦ 60 °
図17は燃焼室54中央での流速分布を模式的に示す図である。図17では図7などと同様に基準流速V0との速度差ΔVによってスワール成分の大小を表している。図17に示すように、設置角度θ6が数13に示す範囲内にある場合には、所定値V21よりも大きな流速が得られ、この所定値V21は基準流速V0よりも大きなものとなっている。さらに設置角度θ6が数14に示す範囲内にある場合には、所定値V22よりも大きな流速が得られ、この所定値V22は所定値V21よりも大きな流速となっている。また内燃機関360において、流速が所定値V21以上になる場合に対応する設置角度θ6のエリアは具体的にはエリアAR26として図16のように示される。また流速が所定値V22以上になる場合に対応する設置角度θ6のエリアは具体的にはエリアAR27として図16のように示される。このため本実施例では吸気弁361の設置角度θ6はAR27内に含まれるように設定されている。以上により、斜めタンブル流TSを生成すべく、筒内に吸気を好適に流入させることができる内燃機関360を実現できる。
FIG. 17 is a diagram schematically showing the flow velocity distribution at the center of the
本実施例に係る内燃機関370は、吸気弁361が吸気弁371に変更されている点以外、実施例5に係る内燃機関360と実質的に同一のものとなっている。吸気弁371は、吸気弁371aにあってはさらに傘部ubのうち、ステムstmよりも燃焼室54外側を流通する吸気に対応する部分のほうが、燃焼室54中心側を流通する吸気に対応する部分よりも体積が小さくなるように形成されている点で、また吸気弁371bにあってはさらに傘部ubのうち、ステムstmよりも燃焼室54中心側を流通する吸気に対応する部分のほうが、燃焼室54外側を流通する吸気に対応する部分よりも体積が小さくなるように形成されている点で、吸気弁361とは異なるものとなっている。本実施例では吸気弁371aで第1の特定吸気弁が、吸気弁371bで第2の特定吸気弁が夫々実現されている。
The internal combustion engine 370 according to the present embodiment is substantially the same as the internal combustion engine 360 according to the fifth embodiment except that the intake valve 361 is changed to the intake valve 371. In the intake valve 371, in the
図18は、内燃機関370の要部を図2と同様に一気筒につき水平投影視で模式的に示す図である。また図19は図18に示すE−E断面及びF−F断面で吸気弁371を模式的に示す図である。吸気弁371は具体的には傘部ubのうち、ステムstmよりも燃焼室54中心側を流通する吸気に対応する部分(以下、単に内側部分と称す)と、燃焼室54外側を流通する吸気に対応する部分(以下、単に外側部分と称す)とがともに、中心軸線P1を含むE−E断面で断面円弧状に形成されている。さらに吸気弁371は、吸気弁371aにあっては外側部分のほうが、内側部分よりも曲率半径が小さくなるように形成されており、また吸気弁371bにあっては内側部分のほうが、外側部分よりも曲率半径が小さくなるように形成されている。
FIG. 18 is a diagram schematically showing the main part of the internal combustion engine 370 in a horizontal projection view for each cylinder as in FIG. FIG. 19 is a view schematically showing the intake valve 371 in the EE cross section and the FF cross section shown in FIG. Specifically, the intake valve 371 includes a portion of the umbrella portion ub corresponding to intake air that flows through the center side of the
また吸気弁371aに係る外側部分、及び吸気弁371bに係る内側部分は曲率半径R22で、吸気弁371aに係る内側部分、及び吸気弁371bに係る外側部分は曲率半径R21でステムstmとスムースに繋がるように夫々形成されており、さらに曲率半径R22は曲率半径R21よりも小さく設定されている。本実施例ではこのように傘部ubを形成することで、吸気弁371aにあっては傘部ubのうち、外側部分のほうが内側部分よりも体積が小さくなるようにしている。これにより、吸気弁371aのステムstmよりも燃焼室54外側を流通する吸気の通過領域をさらに大きく確保できることから、さらに大きなスワール成分を有する斜めタンブル流TSを生成すべく、筒内に吸気を好適に流入させることができる。
The outer portion related to the
また本実施例ではこのように傘部ubを形成することで、吸気弁371bにあっては傘部ubのうち、内側部分のほうが外側部分よりも体積が小さくなるようにしている。これにより、吸気弁371bのステムstmよりも燃焼室54中心側を流通する吸気の通過領域をさらに大きく確保できることから、斜めタンブル流TSのタンブル成分が大きく低下してしまうことを抑制できる。また同時にこれによって、吸気弁371bのステムstmよりも燃焼室54外側を流通する吸入空気の量が相対的に減少し、この結果、吸気弁371aのステムstmよりも燃焼室54外側を流通する吸入空気の量が、吸気弁371bのステムstmよりも燃焼室54中心側を流通する吸入空気の量よりもさらに相対的に大きくなることから、さらに十分な大きさのタンブル成分とスワール成分とを有する斜めタンブル流TSを生成すべく、筒内に吸気を好適に流入させることができる。なお、吸気弁371の傘部ubは吸気の流れを阻害しないように全周に亘ってスムースに形成されていることが好ましい。
Further, in this embodiment, the umbrella part ub is formed in this way, so that in the
図20は、図18で右側に配置される吸気弁371bを単体で、且つ図18と同様の向きで模式的に示す図である。なお、図20において設置角度θ6は図16と同様に設定されている。吸気弁371を備えた内燃機関370では、吸気弁321aのステムstmよりも燃焼室54外側、及び吸気弁321bのステムstmよりも燃焼室54中心側を流通する吸気の流れをさらに多く形成できる。このため内燃機関370では、内燃機関360よりも設置角度θ6を小さくした場合であっても、内燃機関360と同等の効果を得ることができる。このことから内燃機関370の場合には、数13に示す許容範囲と比較して、次の数15に示すように設置角度θ6の許容範囲を拡大できる。
(数15)
0°≦θ6≦80°
図20では、この数15に示す許容範囲に対応するエリアをエリアAR28として示している。
FIG. 20 is a diagram schematically showing the
(Equation 15)
0 ° ≦ θ6 ≦ 80 °
In FIG. 20, an area corresponding to the allowable range shown in Equation 15 is shown as area AR28.
一方、設置角度θ6の大きさ次第では、数15に示す範囲内で傘部ubに沿って筒内に流入する吸気の流動態様を斜めタンブル流TSの生成にとってより好ましいものにすることもできる点は、内燃機関370でも内燃機関360の場合と同様となっている。この点、内燃機関370の場合には、スワール強度をより向上させたい場合に数14に示す推奨範囲と比較して、次の数16に示すように設置角度θ6の推奨範囲を拡大できる。
(数16)
10°≦θ6≦70°
図20では、この数16に示す推奨範囲に対応するエリアをエリアAR29として示している。これにより、さらに十分な大きさのタンブル成分とスワール成分とを有する斜めタンブル流TSを生成すべく、筒内に吸気を好適に流入させることができる。以上により、斜めタンブル流TSを生成すべく、筒内に吸気を好適に流入させることができる内燃機関370を実現できる。
On the other hand, depending on the size of the installation angle θ6, the flow mode of the intake air flowing into the cylinder along the umbrella portion ub within the range shown in Formula 15 can be made more preferable for the generation of the oblique tumble flow TS. The same applies to the internal combustion engine 370 as in the case of the internal combustion engine 360. In this regard, in the case of the internal combustion engine 370, when it is desired to further improve the swirl strength, the recommended range of the installation angle θ6 can be expanded as shown in the following formula 16, compared with the recommended range shown in the formula 14.
(Equation 16)
10 ° ≦ θ6 ≦ 70 °
In FIG. 20, an area corresponding to the recommended range shown in Equation 16 is shown as an area AR29. Thereby, in order to generate the oblique tumble flow TS having a sufficiently large tumble component and swirl component, the intake air can be suitably introduced into the cylinder. As described above, the internal combustion engine 370 can be realized in which intake air can be suitably flowed into the cylinder in order to generate the oblique tumble flow TS.
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。例えば上述した実施例においては、吸気2弁構造を有する内燃機関が第1の特定吸気弁とともに第2の特定吸気弁を備える場合について詳述してきたが、内燃機関は第1の特定吸気弁とともに、ステムがオフセット或いは傾斜配置されていない一般的な吸気弁を備えてもよい。また例えば吸気ポートが筒内に生成される旋回気流に対してタンブル成分だけでなく、所定の度合いでスワール成分も付与できるように形成されている内燃機関などにあっては、タンブル成分を十分な大きさに確保すべく、第2の特定吸気弁の代わりに、第2の特定吸気弁とは反対の方向にステムをオフセット或いは傾斜配置させた吸気弁を備えてもよい。 The embodiment described above is a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the case where the internal combustion engine having the intake two-valve structure includes the second specific intake valve together with the first specific intake valve has been described in detail. However, the internal combustion engine is combined with the first specific intake valve. A general intake valve in which the stem is not offset or inclined may be provided. In addition, for example, in an internal combustion engine in which an intake port is formed so that not only a tumble component but also a swirl component can be given to a swirling airflow generated in a cylinder, the tumble component is sufficient. In order to ensure the size, an intake valve in which a stem is offset or inclined in a direction opposite to the second specific intake valve may be provided instead of the second specific intake valve.
10 吸気ポート
51 シリンダブロック
52 シリンダヘッド
54 燃焼室
300、310、320、350、360、370 内燃機関
301、311、321、351、361、371 吸気弁
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記一気筒につき両端に位置する前記吸気弁の一方の前記吸気弁として第1の特定吸気弁を備え、他方の前記吸気弁として第2の特定吸気弁を備え、
前記第1の特定吸気弁は、前記第1の特定吸気弁の前記ステムの中心軸線を含む平面によって2つに分割される吸気の通過領域のうち、燃焼室外側に位置する外側通過領域が大きくなるように、且つ前記第1の特定吸気弁の前記ステムの中心軸線が前記第1の特定吸気弁の前記傘部の底面の中心点を含まないように前記第1の特定吸気弁の前記ステムがオフセットしており、
前記第2の特定吸気弁は、前記第2の特定吸気弁の前記ステムの中心軸線を含む平面によって2つに分割される吸気の通過領域のうち、燃焼室中心側に位置する内側通過領域が大きくなるように、且つ前記第2の特定吸気弁の前記ステムの中心軸線が前記第2の特定吸気弁の前記傘部の底面の中心点を含まないように前記第2の特定吸気弁の前記ステムがオフセットしていることを特徴とする内燃機関。 An internal combustion engine comprising a plurality of intake valves per cylinder having an umbrella part and a stem connected to the umbrella part at one end,
A first specific intake valve as one of the intake valves located at both ends of the cylinder, and a second specific intake valve as the other intake valve;
The first specific intake valve has a large outer passage region located outside the combustion chamber among the intake passage regions divided into two by a plane including the central axis of the stem of the first specific intake valve. The stem of the first specific intake valve is configured so that the central axis of the stem of the first specific intake valve does not include the center point of the bottom surface of the umbrella portion of the first specific intake valve. Is offset ,
The second specific intake valve has an inner passage region located on the combustion chamber center side among the intake passage regions divided into two by a plane including the central axis of the stem of the second specific intake valve. The central axis of the stem of the second specific intake valve does not include the center point of the bottom surface of the umbrella portion of the second specific intake valve so as to be larger. An internal combustion engine characterized in that the stem is offset .
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