特開 2024-69996 シリンダヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024069996

(43)【公開日】2024-05-22

(54)【発明の名称】シリンダヘッド

(51)【国際特許分類】

   F02B 23/10 20060101AFI20240515BHJP

   F02F 1/24 20060101ALI20240515BHJP

【ＦＩ】

F02B23/10 310A

F02F1/24 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022180319

(22)【出願日】2022-11-10

(71)【出願人】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099966

【弁理士】

【氏名又は名称】西 博幸

(74)【代理人】

【識別番号】100134751

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 隆一

(72)【発明者】

【氏名】澤下 真人

【テーマコード（参考）】

3G023

3G024

【Ｆターム（参考）】

3G023AA07

3G023AB01

3G023AC02

3G023AD01

3G023AG02

3G023AG03

3G024AA02

3G024BA02

3G024DA10

(57)【要約】

【課題】高リーンバーン化、高ＥＧＲ化に簡単な構造で対応できるシリンダヘッドを提供する。
【解決手段】ヘッド本体４に形成されたペントルーフ型の下向き凹所８に、一対ずつの吸気出口穴９ａと排気入り口穴１０ａとが開口している。吸気出口穴９ａには吸気用バルブシート１３を嵌着しており、隣り合った吸気用バルブシート１３の間の部位に、タンブル流を点火プラグ１８に向けてガイドする凹部１９が形成されている。吸気用バルブシート１３の一部を利用して凹部１９を形成しているため、吸気出口穴９ａの内径や吸気用バルブシート１３の外径を縮小することなく、必要な断面積の凹部１９を形成できる。従って、吸気量低下やコストの大幅アップをもたらすことなく、タンブル流を点火プラグ１８にしっかりと当てて燃焼性を向上できる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヘッド本体のうちシリンダボアと対向した部位に、吸気用バルブシートを嵌着した複数の吸気出口穴がクランク軸線方向に並んで形成されているシリンダヘッドであって、
前記ヘッド本体のうち前記隣り合った吸気用バルブシートの間の部位に、前記シリンダボアと反対側に凹んだ凹部が、当該凹部に前記吸気用バルブシートの一部を露出させた状態で形成されている、
シリンダヘッド。

【請求項2】

前記凹部は、前記シリンダボアの外周側から軸心側に向けて断面積が小さくなるように形成されている、
請求項１に記載したシリンダヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、エンジン（内燃機関）のシリンダヘッドに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ガソリンエンジンにおいては、燃費の向上やＮＯｘの低減のためにリーンバーン化や高ＥＧＲ化が進んでいるが、リーンバーン化すると燃料への着火性が低下しやすい。従って、空燃比を低下させつつ燃焼を確実化できる技術が要請されている。

【0003】

他方、特許文献１には、タンブル流に着目し、シリンダヘッドに形成されているペントルーフ型の下向き凹所（燃焼室）の内面のうち吸気側の部位に、圧縮工程において、タンブル流を点火プラグのスパークギャップに誘導する凹部（溝）を形成することが開示されている。

【0004】

特許文献１は失火防止を主眼としており、着火後の火炎がシリンダヘッドのペントルーフ面に当たることを防止すべく、ペントルーフ面に形成した凹部により、タンブル流を、スパークギャップに当てつつ燃焼室の中央部に向かうようにガイドしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５－２１８６２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

シリンダヘッドのペントルーフ面に凹部を形成してタンブル流が点火プラグに向かうようにガイドすることは、高リーンバーン化・高ＥＧＲ化しつつ着火性や燃焼速度を向上させる上で有益であるが、凹部がタンブル流のガイド機能を発揮するには凹部にはある程度の幅寸法が必要である一方、吸気出口穴には一般に吸気用バルブシートが嵌着されているため、凹部は僅かの幅寸法にしか形成できずにタンブル流のガイド機能を十分に発揮できない。

【0007】

この点については、吸気出口穴及び吸気用バルブシートの直径を小さくして吸気用バルブシート間の間隔を広げることが考えられるが、この対策では、吸気量が低下して出力の低下を招くおそれがあり、得策でない。他方、吸気用バルブシートを使用せずに吸気出口穴の開口縁を硬化処理することも一部で試みられているが、この方法はコストが嵩むという別の問題が発生する。

【0008】

本願発明はこのような現状を背景に成されたものであり、従来の構造を大きく変更することなくタンブル流のガイド機能を確保せんとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本願発明は、請求項１のとおり、
「ヘッド本体のうちシリンダボアと対向した部位に、吸気用バルブシートを嵌着した複数の吸気出口穴がクランク軸線方向に並んで形成されているシリンダヘッドであって、
前記ヘッド本体のうち前記隣り合った吸気用バルブシートの間の部位に、前記シリンダボアと反対側に凹んだ凹部が、当該凹部に前記吸気用バルブシートの一部を露出させた状態で形成されている」
という構成になっている。

【0010】

本願発明においては、吸気用バルブシートの一部によって凹部が形成されているが、吸気用バルブシートの強度を確保するためには、従来よりも軸方向の長さを長くしたらよい（ヘッド本体に対する嵌め込み深さを深くしたらよい。）。

【0011】

本願発明は様々に具体化できる。その例として請求項２では、
「前記凹部は、前記シリンダボアの外周側から軸心側に向けて断面積が小さくなるように形成されている」
という構成になっている。

【発明の効果】

【0012】

本願発明では、吸気用バルブシートを利用して凹部を形成するものであるため、吸気用バルブシートの外径は縮小することなく、タンブル流のガイド機能が発揮される凹部を形成できる。従って、吸気量の確保とコスト抑制とを図りつつ、着火性の向上や燃焼速度の向上を図って高リーンバーン化・高ＥＧＲ化を促進できる。

【0013】

請求項２のように凹部の断面積がシリンダボアの軸心に向けて（点火プラグに向けて）小さくなるように設定すると、タンブル流（正確には、タンブル流が崩壊して生成された渦流の集合体の余流）の流速を加速できるため、着火性の向上や燃焼速度の向上を更に促進できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態を示す図で、（Ａ）は縦断正面図で図２（Ａ）のIA-IA 視底面図、（Ｂ）は図２（Ａ）のIB-IB 視断面である。

【図2】（Ａ）は図１（Ａ）のIIA-IIA 視底面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ視断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車用の多気筒エンジンに適用している。以下では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、前後方向はクランク軸線方向で、左右方向はクランク軸線及びシリンダボア軸線と直交した方向である。

【0016】

(1).構造の説明
エンジンの基本構造は従来と同様であり、図１（Ａ）に示すように、シリンダボア１が形成されたシリンダブロック２と、シリンダブロック２の上面にガスケット３を介して固定されたヘッド本体４とを有しており、シリンダボア１にはピストン５が摺動自在に嵌挿れている。ピストン５にはコンロッド６がピストンピン７によって連結されており、コンロッド６はクランクピン（図示せず）に連結されている。

【0017】

ヘッド本体４には、シリンダボア１に向けて開口した下向き凹所（燃焼室）８が形成されている。下向き凹所８は、吸気側テーパ面８ａと排気側テーパ面８ｂとを有するペントルーフ型に形成されており、図２（Ａ）に示すように、底面視ではクランク軸線方向に長い形態を成している。

【0018】

そして、ヘッド本体４には、下向き凹所８に向けて開口した前後一対ずつの吸気ポート９と排気ポート１０とが左右に振り分けて形成されており、かつ、図１（Ａ）に示すように、吸気ポート９の吸気出口穴９ａを開閉する吸気バルブ１１と、排気ポート１０の排気入り口穴１０ａ開閉する排気バルブ１２とが摺動自在に装着されている。各図に示すように、吸気ポート９の吸気出口穴９ａには吸気用バルブシート１３を嵌着して、排気ポート１０の排気入り口穴１０ａには排気用バルブシート１４を嵌着している。なお、ピストン５の冠面には、概ねヘッド本体４の下向き凹所８と平面視で重なる上向き凹所１５が形成されている。

【0019】

ヘッド本体４の下向き凹所８のうち吸気ポート９及び排気ポート１０で囲われた部位に、点火プラグ１８が配置されている。点火プラグ１８は、前後方向から見た状態で、その軸心をシリンダボア１の軸心に対してある程度の角度だけ傾けた状態（上に向けて広がるように）に配置されている。また、点火プラグ１８の軸心は若干の寸法だけ排気側にずれている。

【0020】

そして、図１（Ａ）及び図２（Ａ）に示すように、ヘッド本体４における下向き凹所８の吸気側テーパ面８ａのうち隣り合った吸気用バルブシート１３の間の部位に、左右長手の中心線Ｏ１上に位置した左右長手の凹部（ガイド溝）１９を形成している。凹部１９の相当範囲は、一対の吸気用バルブシート１３を利用して形成されている。すなわち、凹部１９の内側面の一部が吸気用バルブシート１３の外周面の一部で構成されている。従って、図２に明示するように、吸気用バルブシート１３の外周面の一部が凹部１９に露出している。

【0021】

図２（Ａ）に示すように、凹部１９は、底面視で三味線のバチのような形態を成しており、シリンダボア１の外周側から軸心側に向かって、隣り合った吸気用バルブシート１３の間隔が最も狭まる部位までは溝幅が徐々に小さくなって、吸気用バルブシート１３の間隔が最も狭まった部位を越えると、等しい幅で点火プラグ１８（の電極）に向かっている。また、凹部１９は、シリンダボア１の外周側に位置した端部を始端（一端）として、シリンダボア１の軸心に近い端部を終端（他端）とすると、始端から深さが急激に深くなって、それから深さは徐々に小さくなっている。このため、凹部１９の断面積は、大まかには始端側から終端側に向けて小さくなっている。

【0022】

凹部１９のうち深さが徐々に浅くなっている上底面１９ａの延長線２０が、クランク軸線方向から見て、下向き凹所８の排気側テーパ面８ｂと略平行になるように設定している。図２（Ｂ）のとおり、凹部１９の断面形状は全体としてＵ形になっているが、全体として角形に形成したり、ヘッド本体４の箇所をＶ形に形成したりすることも可能である。

【0023】

本実施形態では、吸気用バルブシート１３を利用して凹部１９を形成していることから、吸気用バルブシート１３の変形防止及びヘッド本体４に対する固定強度確保のために、吸気用バルブシート１３は通常よりも軸方向の長さＬが長くなっている。この点は、排気用バルブシート１４と対比すると容易に理解できる。なお、図１に示す符号２１は冷却水ジャケットである。

【0024】

(2).まとめ
以上の構成において、シリンダボア１に吸引された混合気は、吸気行程において直進性によってタンブル流となり、次いで、圧縮行程では、混合気はタンブル流を残しながら加圧されていく。そして、上死点付近では、タンブル流２２は多数の乱流に崩壊しつつ、余流として、ヘッド本体４における下向き凹所８の下面に沿って吸気側から排気側に流れていく。

【0025】

そして、本実施形態では、タンブル流２２の余流が凹部１９を通って点火プラグ１８の電極２３に向かい、凹部１９から放出されたタンブル流２２は点火プラグ１８のスパークギャップに向かう流れとなり、これにより、点火プラグ１８の下方部に塊状の初期火炎が生成されて、次いで、火炎が燃焼室の全体に伝播していく。

【0026】

そして、本願発明では、吸気用バルブシート１３を利用して凹部１９を形成しているため、吸気出口穴９ａの内径や凹部１９の外径を縮小することなく、凹部１９はタンブル流２２をガイドするのに必要な断面積に形成できる。従って、吸気量の低下による出力の低下といった問題が生じることはない。また、吸気用バルブシート１３の長さＬを長くすることで対応できるため、コストが大幅にアップすることはない。従って、現実性に優れている。

【0027】

本実施形態では、凹部１９の断面積は、シリンダボア１の外周側の始端からシリンダボア１の軸心側の終端に向けて小さくなっているため、タンブル流２２は凹部１９において加速されながら点火プラグ１８に向かう。このため、着火速度と火炎の広がり速度とを向上させて、燃焼時間を短縮できる。

【0028】

実施形態のように、凹部１９の上底面１９ａの延長線２０を下向き凹所８の排気側テーパ面８ｂと略平行になるように設定すると、点火プラグ１８のスパークによって生成された初期火炎が下向き凹所８の排気側テーパ面８ｂに接触することはないため、初期火炎の熱が下向き凹所８に火炎の熱がヘッド本体４に奪われることはない。従って、失火防止に有益である。

【0029】

さて、タンブル流２２の余流は微細な乱流で構成されていることから、初期火炎は乱流強度が高くなっているため、燃焼室の全体に火炎を急速に広がらせることができる。従って、失火をもたらすことなく燃焼できる空燃比の限界（希釈限界）を引き下げて、高リーンバーン化、高ＥＧＲ化を促進できるのであり、その結果、熱効率（燃費）の向上やＮｏｘの低減に大きく貢献できる。ＣＯ２削減にも貢献できる。

【0030】

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えは、実施形態では、接地電極の先端が吸気側に向いているが、接地電極の先端を前後方向に向けることも可能である。この場合は、混合気がスパークギャップを通過する傾向を呈するため、着火性を更に向上できると云える。

【産業上の利用可能性】

【0031】

本願発明は、エンジンに具体化できる。従って、産業上利用できる。

【符号の説明】

【0032】

１ シリンダボア
４ ヘッド本体
８ ペントルーフ型の下向き凹所
８ａ 吸気側テーパ面
８ｂ 排気側テーパ面
９ 吸気ポート
１１ 吸気バルブ
１３ 吸気用バルブシート
１８ 点火プラグ
１９ 凹部
１９ａ 上底面
２２ タンブル流

【図1】

【図2】