JP2001159314A - 内燃機関の燃焼室構造 - Google Patents

内燃機関の燃焼室構造

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JP2001159314A
JP2001159314A JP34250499A JP34250499A JP2001159314A JP 2001159314 A JP2001159314 A JP 2001159314A JP 34250499 A JP34250499 A JP 34250499A JP 34250499 A JP34250499 A JP 34250499A JP 2001159314 A JP2001159314 A JP 2001159314A
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combustion chamber
intake passage
piston
internal combustion
combustion engine
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Hitoshi Ishii
仁 石井
Yoshihisa Jingu
宣久 神宮
Akira Inoue
晶 井上
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/48Tumble motion in gas movement in cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F2001/244Arrangement of valve stems in cylinder heads
    • F02F2001/245Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated at an angle with the cylinder axis
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 2点着火エンジンにおいて、燃焼開始初期に
おける火炎とピストンとの接触を効果的に避けて冷却損
失を低減し、またタンブル流を生成する場合に、その助
長、保持を確実にする。 【解決手段】 主吸気通路9とは別に、リーン燃焼時の
タンブル流生成用の副吸気通路10を設け、この副吸気
通路10から燃焼室4内への吸入空気の流入方向を、シ
リンダヘッド2側からピストン3を見たときに、2つの
点火プラグ7A,7Bを結ぶ線Lと略直交する方向に設
定する。そして、ピストン3の冠面上には、2つの点火
プラグ7A,7Bを結ぶ線Lと対応する位置に、円筒面
状の凹部13を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、1気筒に2つ若し
くは複数の点火プラグを備える内燃機関の燃焼室構造に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、リーン燃焼時などの着火性能
向上及び燃焼速度改善のため、燃焼室内に2つの点火プ
ラグを備える内燃機関(2点着火エンジン)が知られて
いる。
【0003】このような2点着火エンジンでは、燃焼開
始初期における火炎とピストンとの接触を避けて、冷却
損失を低減することが、エンジン性能上重要である。こ
のための対策としては、例えば特開平8−177496
号公報に示されるように、ピストン冠面上の、点火プラ
グと対応する位置に、円錐面状の凹部を設けることが考
えられる。
【0004】但し、前記公報に記載の技術は、1点着火
エンジンにおいて、点火プラグがシリンダ中心に対しオ
フセットして設けられる場合に、このオフセットされた
点火プラグに対応する位置に、円錐面状の凹部を設け
て、スワール流を点火プラグ回りに形成しようとするも
のである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、たとえ
2点着火エンジンにおいて、ピストン冠面上の、各点火
プラグと対応する位置に、それぞれ、円錐面状の凹部を
設けても、火炎は各点火プラグを中心に広がるため、円
錐面状の凹部による逃げ形状では、(球面形状や円筒面
形状に比べ、)火炎面の各部がピストン冠面に到達する
までの距離を一様に延ばすことは難しい。
【0006】また、スワール流の生成を目的とせず、タ
ンブル流(縦方向の旋回流、縦渦)の生成により、乱れ
を助長するなどして、燃焼速度を更に改善(リーン限界
を拡大)する場合に、円錐面状の凹部では、タンブル流
の助長、保持に適さない。
【0007】本発明は、このような従来の問題点に鑑
み、2点(若しくは複数点)着火エンジンにおいて、燃
焼開始初期における火炎とピストンとの接触をより効果
的に避けることで、冷却損失を低減することを目的と
し、また、タンブル流を生成する場合は、その助長、保
持を確実にできるようにすることも目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】このため、請求項1に係
る発明では、燃焼室内に2つの点火プラグを備える内燃
機関において、ピストン冠面上の、2つの点火プラグを
結ぶ線と対応する位置に、円筒面状の凹部を設けたこと
を特徴とする。
【0009】ここで、請求項2に係る発明では、前記円
筒面状の凹部は、2つの点火プラグの電極部を結ぶ線を
含む鉛直平面にて前記結ぶ線と平行な線を中心軸線とす
る円筒面状に形成されていることを特徴とする。
【0010】また、請求項3に係る発明では、前記円筒
面状の凹部は、円筒面の両端部が、各点火プラグの電極
部を通る鉛直線上の点を中心とする球面状に形成されて
いることを特徴とする。
【0011】また、請求項4に係る発明では、燃焼室内
への吸入空気の流入方向を、シリンダヘッド側からピス
トンを見たときに、2つの点火プラグを結ぶ線と略直交
する方向に設定していることを特徴とする。
【0012】また、請求項5に係る発明では、燃料噴射
弁を配置した主吸気通路と、主吸気通路からの吸入空気
の流入方向に対し角度をもって吸入空気を流入させる通
路面積小の副吸気通路と、所定の運転条件にて主吸気通
路の燃料噴射弁上流側にて主吸気通路を遮断する主吸気
通路遮断弁とを備え、前記副吸気通路から燃焼室内への
吸入空気の流入方向を、シリンダヘッド側からピストン
を見たときに、2つの点火プラグを結ぶ線と略直交する
方向に設定していることを特徴とする。
【0013】請求項6に係る発明では、燃焼室内に複数
の点火プラグを備える内燃機関において、ピストン冠面
上の、各点火プラグと対応する位置に、それぞれ、球面
状の凹部を設けたことを特徴とする。
【0014】ここで、請求項7に係る発明では、前記球
面状の凹部は、各点火プラグの電極部を通る鉛直線上の
点を中心とする球面状に形成されていることを特徴とす
る。
【0015】
【発明の効果】請求項1に係る発明によれば、ピストン
冠面上の、2つの点火プラグを結ぶ線と対応する位置
に、円筒面状の凹部を設けることで、燃焼開始初期にお
ける火炎とピストンとの接触をより効果的に避けること
ができて、冷却損失を低減することができる。また、タ
ンブル流を生成する場合に、円筒面状の凹部により、タ
ンブル流の助長、保持を行うことができる。
【0016】請求項2に係る発明によれば、円筒面の形
状を最適化することで、火炎面の各部がピストン冠面に
到達するまでの距離を一様に延ばして、接触防止効果を
より向上することができる。
【0017】請求項3に係る発明によれば、円筒面の両
端部を各点火プラグに対し球面状に形成することで、接
触防止効果をより向上することができる。請求項4に係
る発明によれば、燃焼室内への吸入空気の流入方向を、
シリンダヘッド側からピストンを見たときに、2つの点
火プラグを結ぶ線と略直交する方向に設定することで、
タンブル流の生成方向と、2つの点火プラグを結ぶ線に
対応する円筒面状の凹部によるタンブル流の助長、保持
方向とを合わせることができ、タンブル流の効果的利用
によるリーン限界拡大等が可能となる。
【0018】請求項5に係る発明によれば、通路面積小
の副吸気通路により、タンブル流を生成する際に、副吸
気通路から燃焼室内への吸入空気の流入方向を、シリン
ダヘッド側からピストンを見たときに、2つの点火プラ
グを結ぶ線と略直交する方向に設定することで、副吸気
通路によるタンブル流の生成方向と、2つの点火プラグ
を結ぶ線に対応する円筒面状の凹部によるタンブル流の
助長、保持方向とを合わせることができ、タンブル流の
効果的利用によるリーン限界拡大等が可能となる。
【0019】請求項6に係る発明によれば、ピストン冠
面上の、各点火プラグと対応する位置に、それぞれ、球
面状の凹部を設けることで、燃焼開始初期における火炎
とピストンとの接触をより効果的に避けることができ
て、冷却損失を低減することができる。
【0020】請求項7に係る発明によれば、球面の形状
を最適化することで、火炎面の各部がピストン冠面に到
達するまでの距離を一様に最大限延ばして、接触防止効
果をより向上することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は本発明の第1実施形態を示
すエンジンの概略図であり、概略平面図、そのA−A断
面図、B−B断面図を併記してある。また、図2は同上
実施形態におけるピストン冠面の模式図である。
【0022】シリンダブロック1、シリンダヘッド2及
びピストン3により、燃焼室4が形成され、シリンダヘ
ッド2側には、吸気弁5及び排気弁6がシリンダ中心を
挟んで斜め方向に対向配置されると共に、吸気弁5及び
排気弁6間に位置させて、2つの点火プラグ7A,7B
がシリンダ中心を挟んで対向配置されている。Fはシリ
ンダヘッド2と吸気マニホールド8との接合面を示して
いる。
【0023】吸気系は、主吸気通路9と副吸気通路10
とにより構成され、主吸気通路9は、吸気マニホールド
8側からシリンダヘッド2側に延びて、吸気弁5を介し
て燃焼室4に連通しており、吸入空気の流入方向はシリ
ンダ中心に対しオフセットされている。
【0024】副吸気通路10は、タンブル流生成用であ
り、主吸気通路9に対して通路面積小に形成され、吸気
マニホールド8側の主吸気通路9から分岐して、シリン
ダヘッド2側の主吸気通路9の吸気弁5直前部分に開口
している。ここで、副吸気通路10は、主吸気通路9よ
り上側でかつ外側に配置され、副吸気通路10から燃焼
室4内への吸入空気の流入方向は、主吸気通路9からの
吸入空気の流入方向に対し角度をもってシリンダ中心を
指向している。この副吸気通路10から燃焼室4内へ吸
入空気の流入方向は、シリンダヘッド2側からピストン
3を見たときに(平面図で)、斜めに対応配置されてい
る吸気弁5及び排気弁6の対向する方向であると共に、
2つの点火プラグ7A,7Bを結ぶ線Lと略直交する方
向である。
【0025】また、主吸気通路9には、燃料噴射弁11
が配置され、燃料噴射弁11より上流で副吸気通路10
の分岐部より下流に、主吸気通路遮断弁12が配置され
ている。
【0026】この主吸気通路遮断弁12は、リーン燃焼
を行わせる所定の運転条件にて、全閉に制御され、この
とき、吸入空気を副吸気通路10のみから燃焼室4内へ
流入させ、燃焼室4内にタンブル流を生成する。
【0027】ここにおいて、ピストン3の冠面上には、
2つの点火プラグ7A,7Bを結ぶ線Lと対応する位置
に、円筒面状の凹部13が設けられ、この円筒面状の凹
部13は、2つの点火プラグ7A,7Bの電極部を結ぶ
線Lを含む鉛直平面にて前記結ぶ線Lと平行な線を中心
軸線とする円筒面状に形成されている。又は、ピストン
3の上死点付近(点火時期あるいは火炎伝播時期の位置
を含む)にて、2つの点火プラグ7A,7Bの電極部を
結ぶ線Lを略中心軸線とする円筒面状に形成されてい
る。
【0028】また、この円筒面状の凹部13は、円筒面
の両端部13a,13aが、各点火プラグ7A,7Bの
電極部を通る鉛直線上の点を中心とする球面状に形成さ
れている。又は、ピストン3の上死点付近にて、各点火
プラグ7A,7Bの電極部を略中心とする球面状に形成
されている。
【0029】次に作用を説明する。リーン燃焼時には、
主吸気通路9の主吸気通路遮断弁12が閉じらていて、
吸入空気は通路面積小の副吸気通路10を通って流速を
高められた状態で流れ、吸気弁5の開弁と共に燃焼室4
内に流入する。このとき、副吸気通路10の方向設定に
より、平面図で2つの点火プラグ7A,7Bを結ぶ線L
と略直交する方向に流入して、燃焼室4内にタンブル流
を生成する。
【0030】また、吸気行程以前に主吸気通路遮断弁1
2下流側の燃料噴射弁11から、吸気弁5に向けて燃料
が噴射されているので、噴射燃料は副吸気通路10から
の空気の流れに乗り、燃焼室4内には空気と燃料との混
合気のタンブル流が生成される。
【0031】ここにおいて、ピストン3冠面の円筒状の
凹部13は、2つの点火プラグ7A,7Bを結ぶ線Lに
対応させて形成し、その弧面をタンブル流の方向と合わ
せてあるので、燃焼室4内のタンブル流を助長し、圧縮
行程にてタンブル流を保持するのに役立つ。
【0032】圧縮行程後期にて、点火時期になると、2
つの点火プラグ7A,7Bにより2点着火がなされる。
着火後の火炎は、各点火プラグ7A,7Bの電極部を中
心に広がるが、ピストン3冠面の円筒面状の凹部13は
各点火プラグ7A,7Bの電極部を中心とする形状を基
本とするので、火炎面からの距離を一様に遠ざけること
ができ(図2参照)、燃焼開始初期における火炎とピス
トン3との接触を避け、冷却損失を低減することができ
る。
【0033】また、凹部13の方向をタンブル流の生成
方向に合わせてあるので、タンブル流を効果的に利用し
て、燃焼性能を改善でき、これによりリーン限界を延ば
すことができる。
【0034】次に本発明の第2実施形態について説明す
る。図3は本発明の第2実施形態を示すピストン冠面の
平面図、図4は図3のC−C断面図である。
【0035】ここでは、ピストン3の冠面上には、各点
火プラグ7A,7Bと対応する位置に、それぞれ、球面
状の凹部14A,14Bが設けられ、各球面状の凹部1
4A,14Bは、各点火プラグ7A,7Bの電極部を通
る鉛直線上の点を中心とする球面状に形成されている。
又は、ピストン3の上死点付近にて、各点火プラグ14
A,14Bの電極部を略中心とする球面状に形成されて
いる。
【0036】この場合、着火後の火炎は、各点火プラグ
7A,7Bの電極部(図示P)を中心に広がるが、ピス
トン3冠面の球面状の凹部14A,14Bは各点火プラ
グ7A,7Bの電極部を中心とする形状を基本とするの
で、火炎面からの距離を一様に最大限遠ざけることがで
き、燃焼開始初期における火炎とピストン3との接触を
避け、冷却損失を低減することができる。
【0037】尚、第2実施形態の場合、点火プラグは、
必ずしも2つに限らず、3つ以上であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態を示すエンジンの概略
【図2】 同上実施形態におけるピストン冠面の模式図
【図3】 本発明の第2実施形態を示すピストン冠面の
平面図
【図4】 図3のC−C断面図
【符号の説明】
1 シリンダブロック 2 シリンダヘッド 3 ピストン 4 燃焼室 5 吸気弁 6 排気弁 7A,7B 点火プラグ 8 吸気マニホールド 9 主吸気通路 10 副吸気通路 11 燃料噴射弁 12 主吸気通路遮断弁 13 円筒面状の凹部 13a 円筒面の両端部 14A,14B 球面状の凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 晶 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 Fターム(参考) 3G019 AA07 AB07 AC02 BB11 KA15 KA17 3G023 AA01 AA02 AB01 AB03 AC00 AD03 AD05 AD06 AD12 AD29 AG02

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃焼室内に2つの点火プラグを備える内燃
    機関において、 ピストン冠面上の、2つの点火プラグを結ぶ線と対応す
    る位置に、円筒面状の凹部を設けたことを特徴とする内
    燃機関の燃焼室構造。
  2. 【請求項2】前記円筒面状の凹部は、2つの点火プラグ
    の電極部を結ぶ線を含む鉛直平面にて前記結ぶ線と平行
    な線を中心軸線とする円筒面状に形成されていることを
    特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃焼室構造。
  3. 【請求項3】前記円筒面状の凹部は、円筒面の両端部
    が、各点火プラグの電極部を通る鉛直線上の点を中心と
    する球面状に形成されていることを特徴とする請求項2
    記載の内燃機関の燃焼室構造。
  4. 【請求項4】燃焼室内への吸入空気の流入方向を、シリ
    ンダヘッド側からピストンを見たときに、2つの点火プ
    ラグを結ぶ線と略直交する方向に設定していることを特
    徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の内
    燃機関の燃焼室構造。
  5. 【請求項5】燃料噴射弁を配置した主吸気通路と、主吸
    気通路からの吸入空気の流入方向に対し角度をもって吸
    入空気を流入させる通路面積小の副吸気通路と、所定の
    運転条件にて主吸気通路の燃料噴射弁上流側にて主吸気
    通路を遮断する主吸気通路遮断弁とを備え、 前記副吸気通路から燃焼室内への吸入空気の流入方向
    を、シリンダヘッド側からピストンを見たときに、2つ
    の点火プラグを結ぶ線と略直交する方向に設定している
    ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに
    記載の内燃機関の燃焼室構造。
  6. 【請求項6】燃焼室内に複数の点火プラグを備える内燃
    機関において、 ピストン冠面上の、各点火プラグと対応する位置に、そ
    れぞれ、球面状の凹部を設けたことを特徴とする内燃機
    関の燃焼室構造。
  7. 【請求項7】前記球面状の凹部は、各点火プラグの電極
    部を通る鉛直線上の点を中心とする球面状に形成されて
    いることを特徴とする請求項6記載の内燃機関の燃焼室
    構造。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013194712A (ja) * 2012-03-22 2013-09-30 Mazda Motor Corp 内燃機関の制御方法及び内燃機関
JP6229109B1 (ja) * 2017-04-04 2017-11-08 康仁 矢尾板 4弁式燃焼室
JPWO2021186513A1 (ja) * 2020-03-16 2021-09-23

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