JP2008240535A - ポペット弁による既燃ガスの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ポペット弁に小径の連通路を介して燃焼室に通じる緩衝室を設け、燃焼によって生じる既燃ガスの一部を引き続く吸入行程まで保持するようにした４行程エンジンの燃焼制御装置において、吸気行程まで持ち越す既燃ガスの量を設定し易くすることである。
【解決手段】
弁体の燃焼室に対向する面に、中央部分が深い略半球形状のくぼみを設けるとともに、そのくぼみを耐熱材料で作られ燃焼室方向へ凸の略半球状に作られた隔壁で閉じて内側に緩衝室を設け、その緩衝室の内外を隔壁に設けた連通路によって連通させたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は自動車や自動二輪車用において使用される４工程エンジンに好適な既燃ガスの制御装置に関するもので、とくに、吸排気に使用されるポペット弁を利用して、燃焼室で発生する窒素酸化物の発生を抑制する装置に関する。

一般に、燃焼室で発生する窒素酸化物を抑制する手段として、燃焼室の既燃ガスを再度燃焼室へ還流させる、いわゆる、排気再循環装置がよく知られている。また、出願人は先に、排気還流再循環装置の構成を簡略する手段として、図４で示すように、吸気弁あるいは排気弁をなすポペット弁５０のステム５２を中空に構成し、そのステム内部を隔壁５４によって閉じ、隔壁に設けた小径の連通路５６を通して燃焼室内に開口させる簡便の装置を提案した（特許文献１参照）。

すなわち、エンジンの燃焼行程で生じる既燃ガスが、燃焼圧力によってポペット弁のステム内に押し込まれ、引き続く排気行程と吸気行程に亘って燃焼室内へ還流して、吸気弁から吸入される新気と混合し、燃焼温度の過度の昇温を防ぐ構成になっている。

しかしながら、既燃ガスを一旦、ステム内に導入すると、ステムの温度が過度に上昇するので比較的冷却の容易な吸気弁以外の使用が難しかった。他方、これを吸気弁に適用すると、反作用として吸入される吸気の温度が上昇し、吸気の充填効率を低下させる不具合を生じた。

その不具合を解消するには、ステムに既燃ガスを導入するのをやめる以外にないが、それでは排気再循環装置の構造を簡略化することができない。
特開２００３−３４３２２０号公報

この発明が解決しようとする問題点は、ポペット弁に既燃ガスを一旦蓄えて混合気の燃焼を制御する方法は、既燃ガスをステムの内部へ引き込んでいたので、装置を構成する部品点数が少なくできる利点があるものの、他方で、燃焼室の大きさとステムの太さとは直接的な相関関係がないので、燃焼室へ還流させる既燃ガス量の設定が難しかった。

本発明は、燃焼室に通じる通気口を開閉する弁体とその弁体に連なるステムとを有し、前記弁体の燃焼室に対向する面に中央部分が深い略半球形状のくぼみを設けるとともに、そのくぼみを耐熱材料で作られた隔壁で閉じて内側に緩衝室を設け、その緩衝室の内外を隔壁に設けた連通路によって連通させたことを最も主要な特徴とする。

本発明に係る既燃ガスの制御装置によれば、既存のエンジンに大きな改変を加えることなく、弁の交換だけで燃焼ガスの過度の昇温を抑え、窒素酸化物の発生を抑制することができると同時に、中負荷域の充填効率を上げることができ、燃料消費量を減じることができる。

また、緩衝室を弁体に設けたから、前記隔壁の位置や大きさを適宜に設定することによって緩衝室の容積を加減できるから、エンジンの大きさや特性に応じて緩衝室の容積を変更できエンジンの性能調整が容易である。さらに、ステムが中空であっても、そこに既燃ガスを引き込まないから、ステムの過熱を抑制することができる、などの効果がある。

以下、図１で示す本発明装置に係る第１実施例を説明する。図中、１０は４行程エンジンの吸気口、排気口などの通気口を開閉するのに使用されるポペット弁である。ポペット弁１０は弁体１２と、それに連なるステム１４とを有する。１４ａはポペット弁１０を、図示してないコッタを介してばねリテーナへ係止するため慣用されている係止溝である。

この例において、前記ステム１４は中空に成形された、いわゆる中空ステムをなし、その一端は鋼球１６によって閉じられている。前記ステム１４の他端には中空の円錐台状をした前記弁体１２が冶金的一体に連結されている。

前記弁体１２は前記ステム１４に比してやや厚肉の耐熱鋼によって鍛造されており、図中、その上面は前記ステム１４の外周へ滑らかに連続するガイド面１２ａと、ガイド面１２ａの周縁に約９０°の円錐角で研削された弁面１２ｂとで構成されている。弁体１２のステム１４に通じる小径の開口部には、図中で下側から耐熱材料で作られた蓋板１８が溶接され、その開口を閉じている。

かくて、弁体１２の下面、すなわち、燃焼室に対向する側に、中央部分の深い略半球形状のくぼみ２０が形成される。弁体１２の下面には、さらに、耐熱材料で作られた隔壁２２が溶接されており、前記くぼみ２０を閉じる。

これによって、前記蓋板１８と隔壁２２との間に緩衝室２４が形成される。なお、隔壁２２は円形の平板でもいいが、この例では、燃焼室側へ膨出する略半球状に作られ、高い燃焼圧に耐えられるよう耐圧性を増してある。

２６は前記隔壁２２に設けられた連通路であり、これによって前記緩衝室２４内を燃焼室内に連通させる。この実施例において連通路２６は、ポペット弁１０の軸線の周りに４個が同一円周上に等間隔で配置されている。

次に、図２で示す本願発明の第２実施例を説明する。第２実施例のポペット弁１０はステム１４が中空でなく、従来から慣用されている中実の場合の例である。

すなわち、この例において、ポペット弁１０は弁体１２とステム１４とが一体的に鍛造されており、弁体１２の燃焼室側の面の中央部分が、深い略半球形状のくぼみ２０にしてある。そのくぼみ２０は第１実施例の場合と同様に、連通路２６を設けた隔壁２２によって閉じられており、内面に緩衝室２４が形成されている。

よって、上記第１、第２の実施例に係るポペット弁２０を組み付けた４行程エンジンは、ピストンの上昇する圧縮行程において、燃焼室内へ吸入した混合気の一部が緩衝室２４の中へ押し込まれるがその量は圧縮比以下にとどまる。圧縮行程の終期に点火されると、混合気が爆発的に燃焼し、その爆発によって生じる高圧の既燃ガスが連通路２６を通して緩衝室２４内へ流入する。

その結果、既燃ガスが緩衝室２４内へ逃れた分だけ燃焼室の圧力上昇が妨げられるので、燃焼圧力や燃焼温度の上昇が抑制され、ノッキングを起こしたり、過度の酸化窒素を放出したりすることがなくなる。

ピストンが下降する膨張行程では、燃焼室内の圧力が急激に低下するので、それに伴って、緩衝室２４内へ逃れた既燃ガスが連通路２６を経て再び燃焼室内へ還流する。その間、大きな値ではないが、燃焼室内へ還流した既燃ガスはピストンを押し下げる圧力として作用する。

緩衝室２４内に残る既燃ガスは、連通路２６の径が小さいため、ピストンが上昇する排気行程中も引き続き燃焼室内へ還流し、一部は開いている排気弁を通して排気される。

ピストンが下降に転じる吸気行程では、燃焼室内が負圧となるため既燃ガスが引き続き燃焼室内へ流入し、吸気弁を通して流入する新気と混合して、引き続く圧縮行程において新気とともに圧縮される。かくて４個の行程が一巡する。

よって、本願発明によれば、燃焼室外に配管することなく、エンジンの爆発行程で生じた既燃ガスを引続く吸入行程において燃焼室内の新気に混入させることができ、単純な形で、いわゆる排気再循環装置を構成する。

この装置において、新気に混入させるべき既燃ガスの量は、エンジンの最大出力時に発生する窒素酸化物の量、あるいはノッキングの程度に応じて実験的に決定されるが、その調節は、前記隔壁２２の位置や形状、および連通路２６の径や数を加減することによって行う。

これらの実施例では、以上のように、燃焼室へ還流されるべき既燃ガスの量が、従来のように、ステム１４の径や長さ、あるいは中実であるか中空であるかによって制約を受けることがなく、エンジンに最適な量が容易に設定できる。また、ステム内に既燃ガスを引き込まないからステムの過熱を防止しつつ、燃焼室内の既燃ガスを制御できるなどの効果がある。なお、前記緩衝室２４は吸気、排気のいづれの弁に設けてもよく、あるいは両方の弁につけてもよいことはもちろんである。

本願発明に係るポペット弁の断面図である。 変形例を示す図１相当の断面図である。 図１中の底面図である。 従来の中空ポペット弁を示す図１相当の断面図である。

符号の説明

１０ ポペット弁
１２ 弁体
１２ａ ガイド面
１２ｂ 弁面
１４ ステム
１４ａ 係止溝
１６ 鋼球
１８ 蓋板
２０ くぼみ
２２ 隔壁
２４ 緩衝室
２６ 連通路

Claims (3)

1. 燃焼室に通じる通気口を開閉する弁体とその弁体に連なるステムとを含み、前記弁体の燃焼室に対向する面に中央部分が深い略半球形状のくぼみを設けるとともに、そのくぼみを耐熱材料で作られた隔壁で閉じて内側に緩衝室を設け、その緩衝室の内外を隔壁に設けた連通路によって連通させてなるポペット弁による既燃ガスの制御装置。
2. 請求項１において、前記ステムが中空に形成され、その内部を前記くぼみの底面に開口させるとともに、その開口を蓋板で閉じ、その蓋板と前記隔壁との間に緩衝室を設けてなるポペット弁による既燃ガスの制御装置。
3. 請求項１、請求項２のいずれかにおいて、前記連通路はステムの軸線の周りに複数個が等配に配置されているポペット弁による既燃ガスの制御装置。

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