JP2001159315A - 火花点火式エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼室６上壁であるシリンダヘッド４の吸気
側傾斜面４ａに吸気ポート７が開口し、該吸気ポート７
が燃焼室６に正タンブル流Ｔを生成させるような形状と
された火花点火式エンジン１において、吸気側スキッシ
ュエリアにおける逆スキッシュ流Ｒの生成を早めかつそ
の流れを強めることで、エンドガスゾーンへの火炎伝播
速度を高めて、ノッキングの発生を抑制する。 【解決手段】 ピストン５頂面の吸気側にシリンダヘッ
ド４の吸気側傾斜面４ａに沿うように対向傾斜面５ａを
設けるとともに、該対向傾斜面５ａに隣接するように凹
状のキャビティ５ｂを設ける。対向傾斜面５ａに連なる
キャビティ５ｂの周縁部に、タンブル流Ｔのピストン５
頂面からの剥離を促す所定寸法形状のタンブル流剥離壁
面５ｃを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気筒内燃焼室に臨
む点火プラグによって混合気に着火させるようにした火
花点火式エンジンに関し、特に、燃焼室における吸気流
動を強めて乱れを増強することにより、燃焼速度を高め
る急速燃焼技術の分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の火花点火式エンジン
として、例えば特開平１０−１８４３６６号公報に開示
されるように、ピストン頂面の周縁部に燃焼室上壁の傾
斜面と略平行な対向傾斜面を突出形成し、この両面の間
のスキッシュエリアから燃焼室に押し出された正スキッ
シュ流を燃焼室上壁に沿ってスムーズに点火プラグ付近
まで到達させるようにしたもの（以下、斜めスキッシュ
ともいう）が知られている。

【０００３】前記従来例のエンジンは、燃焼室上壁の左
右両側の傾斜面にそれぞれ吸気及び排気ポートが２つず
つ開口するクロスフロータイプのものであり、前記の斜
めスキッシュによって気筒の圧縮行程終期に点火プラグ
付近の乱れが増強され、特に初期燃焼の速度が高められ
るようになっている。また、このものでは、吸気弁位置
に対応するようにピストン頂面に切り欠きを形成し、気
筒の膨張行程で燃焼室からスキッシュエリアに吸い込ま
れる逆スキッシュ流の一部が前記切り欠き内に流れ込ん
で、乱れを増大させるようにして、温度状態が低く自己
着火の起きやすい吸気ポート開口付近のエンドガスゾー
ンに火炎を早期に到達させるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的に、
クロスフロータイプのシリンダヘッドを有するエンジン
では、図３７に例示するように、吸気ポート７から燃焼
室６上部に流れ込んだ吸気流がピストン５の下降に伴
い、排気側（図の右側）の燃焼室周壁面に沿って下方に
流れ、続いて、ピストン５頂面に衝突して吸気側（図の
左側）へ曲げられて、今度は吸気側の燃焼室周壁面に沿
って上方に向かうというように、同図に矢印で示す如く
燃焼室６全体を縦方向に旋回するスケールの大きなタン
ブル流Ｔ（正タンブル流）を生成する。そして、このタ
ンブル流Ｔによって燃焼室６における乱れが維持強化さ
れ、燃焼速度が高められる。

【０００５】ところが、前記従来例のように、斜めスキ
ッシュによってスキッシュ流の強化を図ったエンジンで
は、気筒の圧縮行程終期にタンブル流との相互作用によ
って正スキッシュ流が強化されて初期燃焼速度が高くな
る反面、そのように正スキッシュ流が強くなると、気筒
の膨張行程初期に逆スキッシュ流の生成が遅れて、ノッ
キングの発生を招くことがある。

【０００６】すなわち、前記図３７にも示される如く、
気筒２内のタンブル流Ｔは燃焼室６の上部では吸気ポー
ト７の開口付近から排気ポート８側に向かう流れにな
り、この流れが気筒２の圧縮行程でピストン５の上昇に
伴い上下に潰されて崩壊することで、燃焼室６全体に極
めて強い乱れが生じる。そして、この乱れとの相互作用
によって、気筒の圧縮行程終期に過度に強い正スキッシ
ュ流が生成されることがあり、そうなると、その後にピ
ストンが下降に転じた圧縮行程初期に、正スキッシュ流
の慣性によって逆スキッシュ流の生成が遅れかつその流
れが弱められてしまうのである。そして、そのように逆
スキッシュ流の生成が遅れると、スキッシュエリア内の
エンドガスゾーンへの火炎伝播が遅くなってしまい、一
方で、前記の如く強い正スキッシュ流によって初期燃焼
速度が極めて高くなっているので、前記エンドガスゾー
ンでの自己着火が誘発されやすくなって、ノッキングの
発生を招くことになる。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、吸気及び排気ポートが
燃焼室上壁面の一側及び他側にそれぞれ開口するクロス
フロータイプの燃焼室において、正タンブル流と正スキ
ッシュ流との相互作用に着目し、気筒の膨張行程初期の
逆スキッシュ流の生成を早めかつその流れを強めること
により、スキッシュエリアにおける火炎伝播速度を高め
て、ノッキングの発生を抑制することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の解決手段では、エンジンの燃焼室において
相対的に温度状態の低い吸気ポート開口付近に斜めスキ
ッシュエリアを設けるとともに、このスキッシュエリア
に隣接するようにピストン頂面にキャビティを設け、か
つこのキャビティの吸気側周縁部に正タンブル流をピス
トン頂面から剥離させる剥離壁面を形成することで、前
記スキッシュエリアとなる空間への正タンブル流の流入
を阻止し、気筒の圧縮行程終期に正スキッシュ流が過度
に強くなることを防止するようにした。

【０００９】具体的に、請求項１の発明では、気筒内で
ピストン頂面に対向する燃焼室上壁面の一側に吸気ポー
トを開口させ、反対側の他側に排気ポートを開口させる
とともに、前記吸気ポートを吸気上流側に向かって気筒
中心線から前記一側に離れるような形状として、該吸気
ポートから燃焼室へ流れ込んだ吸気流が前記他側の燃焼
室周壁面から順に、ピストン頂面及び前記一側の燃焼室
周壁面に沿って旋回する正タンブル流となるようにした
火花点火式エンジンを前提とする。そして、前記一側の
燃焼室上壁に、気筒周縁部に向かってピストン頂面に近
づくように傾斜面を形成し、また、前記ピストン頂面に
は、前記一側の所定範囲に前記傾斜面に沿うように対向
傾斜面を設けるとともに、該対向傾斜面に隣接する他側
の所定範囲に凹状のキャビティを設けて、このキャビテ
ィの前記対向傾斜面側の周縁部に、前記正タンブル流の
ピストン頂面からの剥離を促すよう、キャビティ底面か
ら所定以上の高さに突出するタンブル流剥離壁面を形成
する構成とする。

【００１０】前記の構成により、気筒の吸気行程で吸気
ポートから燃焼室に吸い込まれた吸気流は、排気ポート
の開口する排気側（他側）の燃焼室周壁面からピストン
頂面のキャビティに沿って旋回する正タンブル流となる
が、この正タンブル流はキャビティ周縁のタンブル流剥
離壁面で剥離して、吸気ポートの開口する吸気側（一
側）の燃焼室周壁ではなく、燃焼室上壁に向かうように
なる。このため、正タンブル流は燃焼室の排気側に偏在
することになり、吸気側の吸気流動は相対的に小さくな
る。

【００１１】これにより、吸気側の燃焼室上壁の傾斜面
とピストン頂面の対向傾斜面との間のスキッシュエリア
空間は渦流や乱れの相対的に少ない状態になって、この
乱れとの相互作用により気筒の圧縮行程終期に過度に強
い正スキッシュ流が生成されることはなくなるので、気
筒の膨張行程初期に逆スキッシュ流の生成が遅れたり、
その流れが弱められたりすることがなく、従って、強い
逆スキッシュ流によって、スキッシュエリア内の火炎伝
播速度が十分に高められる。

【００１２】しかも、前記の如く正スキッシュ流が過度
に強くなることがないので、初期燃焼速度もあまり高く
はならず、従って、エンドガスゾーンにおける混合気の
自己着火が誘発されることもない。また、前記の如く燃
焼室の排気側に偏在する正タンブル流は相対的にコンパ
クトなものになるが、この燃焼室排気側における乱れを
気筒の膨張行程まで生成維持するようになり、これによ
り火炎の主燃焼速度が十分に高くなって、急速燃焼が実
現する。つまり、この発明によれば、初期燃焼期間はあ
まり短くせずに、主燃焼期間を大幅に短縮することによ
って、燃焼室吸気側のエンドガスゾーンにおける混合気
の自己着火、即ちノッキングの発生を抑制しながら、急
速燃焼によって熱効率や機械効率の向上が図られる。

【００１３】請求項２の発明では、タンブル流剥離壁面
を気筒中心線に略直交する仮想平面に対して所定角度以
下の傾斜角度をなすものとする。ここで、所定角度とは
タンブル流剥離壁面のキャビティ底面からの高さによっ
ても異なるが、例えば９０°〜１１０°の範囲とすれば
よい。こうすることで、ピストン頂面のキャビティに沿
って流れる正タンブル流をタンブル流剥離壁面で確実に
剥離させることができ、これにより、請求項１の発明に
よる作用効果を十分に得ることができる。

【００１４】請求項３の発明では、タンブル流剥離壁面
を、気筒中心線に沿って見て、少なくとも吸気ポートの
開口部に対応するように設けるものとする。こうするこ
とで、吸気ポート開口部からの吸気流により生成された
正タンブル流が効果的にタンブル流剥離壁面に衝突し
て、剥離されるようになるので、請求項１の発明による
作用効果を十分に得ることができる。

【００１５】請求項４の発明では、気筒中心線に沿って
見て、該気筒中心線からタンブル流剥離壁面までの距離
をＬ１とし、該タンブル流剥離壁面とは反対側のキャビ
ティ周縁部までの距離をＬ２としたとき、距離Ｌ１及び
距離Ｌ２を、気筒半径をＲとして、Ｌ１＜Ｌ２かつ１．
３≦Ｒ/Ｌ１≦２．６という関係を満たすように設定す
る。

【００１６】こうすることで、タンブル流剥離壁面を吸
気側の燃焼室周壁から適度に離して、該タンブル流剥離
壁面でピストン頂面から剥離した正タンブル流がスキッ
シュエリア空間に流入することを確実に阻止できる。一
方、タンブル流剥離壁面を吸気側燃焼室周壁から離し過
ぎると、吸気側のスキッシュエリアが大きくなり過ぎ
て、正スキッシュ流の流れの慣性により逆スキッシュ流
が弱められる虞れがあり、同時に正タンブル流が小さく
なり過ぎて、主燃焼速度の低下を招くことになるが、Ｌ
１≦２．６とすれば、タンブル流剥離壁面は吸気側燃焼
室周壁から離れ過ぎることはなく、前記のような弊害の
生じることを回避できる。

【００１７】請求項５の発明では、請求項４の発明にお
けるタンブル流剥離壁面を、気筒中心線に沿って見て、
キャビティを囲むような略円弧面状とし、該タンブル流
剥離壁面から気筒中心線までの距離Ｌ１の値を、気筒半
径をＲとして、Ｒ/Ｌ１≦１．８という関係を満たすよ
うに設定する。

【００１８】このことで、吸気ポート開口付近のみなら
ずその両側にもスキッシュエリアが形成され、燃焼室の
吸気側周縁部への火炎伝播を均一化して、エンジンの耐
ノック性をさらに向上できる。また、Ｒ/Ｌ１≦１．８
とすることで、スキッシュエリア面積を確保しながら、
タンブル流剥離壁面を吸気側に近づけて正タンブル流の
スケールを大きくさせることができ、燃焼室全体として
適度に乱れを増強して、主燃焼速度をさらに向上でき
る。

【００１９】請求項６の発明では、請求項１〜４のいず
れか１つの発明において、燃焼室上壁には先端部を燃焼
室に臨ませて点火プラグを配設し、気筒中心線に沿って
見て、該点火プラグの先端部とタンブル流剥離壁面との
間の距離Ｌ３を、気筒半径をＲとして、１．３≦Ｒ/Ｌ
３≦２．６という関係を満たすように設定する。

【００２０】このことで、点火プラグからの火炎伝播が
幾何的に最も遅くなる吸気側の燃焼室周縁部を含むよう
にスキッシュエリアが設けられ、このスキッシュエリア
における火炎伝播速度が逆スキッシュ流により十分に高
められることにより、混合気の自己着火が抑えられて、
ノッキングの発生が抑制される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基いて説明する。

【００２２】（実施形態１）図１及び図２は本発明の実
施形態１に係る火花点火式エンジン１の燃焼室周辺の構
成を示したものである。このエンジン１は、例えば、複
数の気筒２（１つのみ図示する）が列状に設けられたシ
リンダブロック３と、このシリンダブロック３上に配置
されたシリンダヘッド４とを有し、該各気筒２内にピス
トン５が図の上下方向に往復動可能に嵌挿されている。
また、前記シリンダヘッド４の下面には、各気筒２に対
応する位置にそれぞれ凹陥部が形成されていて、この凹
陥部とピストン５の頂面と気筒２の内周面とによって、
燃焼室６が区画されている。

【００２３】前記シリンダヘッド４の凹陥部は、燃焼室
６の上壁に相当するものであり、図１に示すようにクラ
ンク軸（出力軸：図示せず）の延びる方向に沿って見る
と、略中央部から左右両側に向かってシリンダヘッド４
の下端面付近まで延びる２つの傾斜面４ａ、４ｂからな
る。すなわち、同図において気筒中心線ｚに対し左側を
吸気側とし、また反対の右側を排気側とすると、この燃
焼室６上壁は、吸気及び排気側の傾斜面４ａ，４ｂが互
いに差し掛けられた屋根のような形状をなすいわゆるペ
ントルーフ型のものである。

【００２４】そして、前記吸気側の傾斜面４ａに各々独
立の吸気ポート７，７が２つ開口し、一方、排気側の傾
斜面４ｂには排気ポート８が２箇所で開口していて、そ
の各ポート開口端にそれぞれ吸気及び排気弁９，９，１
０，１０が配設されている。この吸気及び排気弁９，１
０は、各気筒２毎にそれぞれ２つずつ合計４つが平面視
で気筒中心線ｚを取り囲むように配置されており、さら
に、それら４つの弁９，１０，…に囲まれて、点火プラ
グ１１がその先端部を気筒中心線ｚよりもやや排気側で
燃焼室６に臨ませるように配設されている。

【００２５】前記ピストン５の頂面には、図３にも示す
が、吸気側における所定範囲に、シリンダヘッド４の吸
気側傾斜面４ａに沿うように傾斜する対向傾斜面５ａが
設けられているとともに、該対向傾斜面５ａを除く範囲
にピストン５の外周形状に沿うように凹状のキャビティ
５ｂが設けられている。そして、ピストン５が圧縮上死
点位置（ＴＤＣ）にあるときには、シリンダヘッド４の
凹陥部、即ち２つの傾斜面４ａ、４ｂと前記キャビティ
５ｂとにより囲まれる容積室が実質的な燃焼室となり、
一方、吸気側の傾斜面４ａと前記対向傾斜面５ａとによ
り挟まれる間隙が吸気側スキッシュエリアを形成する。

【００２６】すなわち、ピストン５が上死点位置に近づ
くと、図４に示すように、シリンダヘッド４の吸気側傾
斜面４ａとピストン５頂面の対向傾斜面５ａとが接近し
て、両者の間に挟まれるスキッシュエリア空間から空気
や混合気が燃焼室６に向かって押し出され、同図に矢印
で示すように、燃焼室６上壁に沿って点火プラグ１１付
近に向かう正スキッシュ流Ｓが生成される。また、ピス
トン５が上死点を過ぎて下降に転じると、図５に示すよ
うに、該ピストン５頂面の対向傾斜面５ａとシリンダヘ
ッド４の吸気側傾斜面４ａとの間隔が拡がり、ここに燃
焼室６の混合気が吸い込まれて、図に太線の矢印で示す
ように、逆スキッシュ流Ｒが生成されるようになってい
る。

【００２７】尚、前記キャビティ５ｂは必ずしもピスト
ン５の外周形状に沿うような形状とする必要はなく、キ
ャビティ中心部が、気筒中心線ｚに沿って見たときに、
排気側に偏位するように設けられていればよい。

【００２８】前記吸気ポート７，７は、それぞれ燃焼室
６から図１の左斜め上方に直線的に延びるストレートポ
ートであり、クランク軸の延びる方向から見て、吸気上
流側に向かって気筒中心線ｚから離れるような形状とさ
れている。この吸気ポート７の上流側開口端はシリンダ
ヘッド４の吸気側側面（図の左側面）に開口して、上流
側の吸気通路に連通されており、また、吸気ポート７の
途中には、図外のコントローラからの燃料噴射パルスを
受けて、このパルス幅に対応する燃料をポート内に噴射
するインジェクタ１２が配設されている。そして、図示
しないが、気筒２の吸気行程でピストン５が下降する
と、前記インジェクタ１２から噴射された燃料と空気と
が混合されながら、吸気ポート７の下流側開口端と開状
態の吸気弁９の傘部との間隙から燃焼室６へ吸い込まれ
て、この吸気流により図に矢印で示すようにタンブル流
Ｔ（正タンブル流）が生成される。

【００２９】すなわち、ピストン５の下降によって燃焼
室６へ吸い込まれる吸気は、主に吸気ポート７開口の点
火プラグ１１に近い側から燃焼室６へ流れ込み、排気側
の燃焼室周壁面に至る。そして、ピストン５のさらなる
下降に伴い、該排気側の燃焼室周壁面に沿うように下方
に向かった後、ピストン５頂面のキャビティ５ｂに沿っ
て吸気側へ曲げられ、そこからさらに上方に向かって旋
回する。このような高速の吸気流によって燃焼室６内に
強い乱れが生成されるとともに、タンブル流Ｔによって
乱れが気筒２の膨張行程まで維持強化され、これによ
り、燃焼室６における火炎面の伝播が促進されて、燃焼
速度が向上する。

【００３０】尚、図３４に示すように、前記２つの吸気
ポート７，７のいずれか一方（図の上側の吸気ポート）
の上流側には、燃焼室６の吸気流動状態を調節するため
の吸気流動調節弁２０が設けられ、この吸気流動調節弁
２０が閉じられると、吸気の殆どは他方の吸気ポート７
（図の下側の吸気ポート）から燃焼室５に流入して、強
いスワール流が生成されるようになっている。一方、そ
の吸気流動調節弁２０が開くに連れて両方の吸気ポート
７，７から吸気が吸い込まれるようになり、前記のよう
に強いタンブル流Ｔが生成される。

【００３１】また、図３５（ａ)，(ｂ）にそれぞれ示す
ように、２つの吸気ポート７，７の双方の上流側に前記
吸気流動調節弁２０とは異なる吸気流動調節弁２１，２
２を配設するようにしてもよい。これらの吸気流動調節
弁２１，２２にはいずれも所定形状の切欠き部２１ａ，
２２ａが設けられていて、吸気流動調節弁２１，２２を
閉じたときには、吸気は該切欠き部から燃焼室６に流入
して、強いタンブル流を生成する。一方、吸気流動調整
弁２１，２２が開くに連れて、吸気は切欠き部以外から
も吸い込まれるようになり、これにより、タンブル流の
強度が調節される。

【００３２】ここで、本発明の特徴は、エンジン１の燃
焼室６における吸気流動の主流であるタンブル流Ｔの挙
動に着目し、気筒２の圧縮行程終期にタンブル流Ｔとの
相互作用によって正スキッシュ流Ｓが過度に強くなるこ
とを防止して、そのことにより逆スキッシュ流Ｒの生成
を早めかつその流れを強めて、スキッシュエリア内の火
炎伝播速度を高めるようにしたことにある。

【００３３】このための構成として、この実施形態で
は、前記ピストン５頂面の対向傾斜面５ａに連なるキャ
ビティ５ｂの吸気側に所定の寸法形状を有するタンブル
流剥離壁面５ｃを形成し、ピストン５頂面からのタンブ
ル流Ｔの剥離を早めかつその流れを上方に向かわせて、
該タンブル流Ｔの吸気側スキッシュエリア空間への流入
を阻止するようにした。

【００３４】詳しくは、タンブル流剥離壁面５ｃは、略
平面状とされ、前記図３（ａ）に示すように気筒中心線
ｚに沿って見て、クランク軸の延びる方向（図（ａ）の
上下方向）と略平行に配置されていて、上述の如く吸気
ポート７，７から流入した吸気によって生成され、ピス
トン５頂面に沿って流れるタンブル流Ｔが衝突するよう
になっている。尚、タンブル流剥離壁面５ｃを、気筒中
心線ｚに沿って見て、少なくとも吸気ポート７開口部に
対応するように、即ち、例えば、同図（ａ）に仮想線で
示す吸気弁９の円内にのみ設けるようにしてもよい。

【００３５】そして、同図に示すように、気筒中心線ｚ
からタンブル流剥離壁面５ｃまでの最短距離をＬ１と
し、また、該タンブル流剥離壁面５ｃとは反対側のキャ
ビティ５ｂ周縁部までの最短距離をＬ２としたとき、そ
の距離Ｌ１及び距離Ｌ２は、Ｌ１＜Ｌ２という関係を満
たしている。このことは、キャビティ５ｂが全体として
排気側に偏位して配置されていることを示し、これによ
り、排気側の燃焼室周壁面に沿うように流れてくるタン
ブル流Ｔがキャビティ５ｂ内に確実に捉えられる。

【００３６】また、前記距離Ｌ１は、気筒半径をＲとし
て、Ｒ/Ｌ１≒２．１となるように設定されている。す
なわち、Ｒ/Ｌ１が小さいほど、タンブル流剥離壁面５
ｃが吸気側の燃焼室周壁面に近づくことになるので、Ｒ
/Ｌ１があまり小さいときには、タンブル流剥離壁面５
ｃによりタンブル流Ｔをピストン５頂面から剥離させて
も、そのタンブル流Ｔは吸気側のスキッシュエリア空間
に流入してしまい、該スキッシュエリア空間において乱
れが生成及び維持強化される結果となる。そして、その
乱れにより気筒２の圧縮行程終期に正スキッシュ流Ｓが
強化されると、正スキッシュ流Ｓを抑えて逆スキッシュ
流Ｒを強化するという本発明の作用効果が十分に得られ
なくなる。しかも、Ｒ/Ｌ１が小さいときには、スキッ
シュエリアそのものが小さくなるので、正スキッシュ流
Ｓや逆スキッシュ流Ｒによって乱れを十分に強化できな
くなる。

【００３７】一方、Ｒ/Ｌ１が大きいということは、タ
ンブル流剥離壁面５ｃが吸気側の燃焼室周壁面から離れ
るということであり、この場合には、スキッシュエリア
面積が大きくなり過ぎて、正スキッシュ流Ｓの慣性によ
り逆スキッシュ流Ｒが弱められる虞れがあり、同時に、
タンブル流Ｔのスケールが小さくなり過ぎて、主燃焼速
度の低下を招くことも考えられる。

【００３８】具体的に、図６はタンブル流剥離壁面５ｃ
をピストン５頂面の外周縁部に設けた状態（Ｒ/Ｌ１＝
１）から、徐々に内周側に近づけたときの正スキッシュ
流及び逆スキッシュ流の流速の変化を示し、このグラフ
からは、Ｒ/Ｌ１の値が約１．３〜２．６の範囲にある
ときに逆スキッシュ流が強化されるとともに、Ｒ/Ｌ１
の値が約１．３〜２．０の範囲ではその値が大きくなる
に従って逆スキッシュ流が強まる一方、Ｒ/Ｌ１の値が
約２．０〜２．６の範囲ではその値が大きくなるに従っ
て逆スキッシュ流が弱まることが分かる。そこで、この
実施形態では、Ｒ/Ｌ１≒２．１として、逆スキッシュ
流を十分に強化できるような位置にタンブル流剥離壁面
５ｃを設けている。尚、Ｒ/Ｌ１の値は必ずしも約２．
１に設定する必要はなく、１．３≦Ｒ/Ｌ１≦２．６の
範囲に設定すればよい。

【００３９】さらに、前記タンブル流剥離壁面５ｃは、
図３（ｂ)，(ｃ）にそれぞれ示すように、気筒中心線ｚ
に略直交するキャビティ５ｂ底面からの高さが、吸気弁
９，９のリセス部分において所定値ｈ（例えば約４ｍ
ｍ）とされ、また気筒中心部において所定値Ｈ（例えば
略６ｍｍ）とされるとともに、このタンブル流剥離壁面
５ｃとキャビティ底面との間の傾斜角度θが略９０°と
されている。これは、タンブル流剥離壁面５ｃの傾斜角
度θ及び高さ寸法ｈを種々変更しながら、そのときの逆
スキッシュ流速の変化を実験的に求めた結果を基に設定
したものであり、例えばタンブル流剥離壁面５ｃの高さ
（リセス部分の高さｈ）を３〜８ｍｍとしたときには、
図７に示すように、壁面５ｃの傾斜角度θが略１１０°
よりも小さければ、逆スキッシュ流速が高くなる一方、
それ以上に傾斜角度θが大きくなると、流速は大幅に低
下する。また、タンブル流剥離壁面５ｃの傾斜角度θを
略９０°としたときには、図８に示すように、リセス部
分の高さｈが略３ｍｍ以上であれば、逆スキッシュ流速
が高くなる一方、それよりも高さが低いと、流速は大幅
に低下することが分かる。

【００４０】（作用効果）この実施形態１の火花点火式
エンジン１によれば、まず、気筒２の吸気行程におい
て、ピストン５の下降移動によって吸気ポート７から燃
焼室６に空気や混合気等が吸い込まれ、この高速の吸気
流により燃焼室６にタンブル流Ｔが生成される。このタ
ンブル流Ｔは、図１に示すようにピストン５頂面のタン
ブル流剥離壁面５ｃで剥離されて上方に向かい、該タン
ブル流剥離壁面５ｃよりも排気側の燃焼室６に偏在する
ようになる。この結果、図３６に示すように、気筒２の
吸気行程からタンブル強度そのものは相対的に小さくな
るものの、圧縮行程におけるピストン５の上昇に伴い燃
焼室６容積が減少しても、タンブル流Ｔは燃焼室６の排
気側に偏在してコンパクトになり、タンブル強度はむし
ろ大きくなる。

【００４１】続いて、気筒２の圧縮行程後期になると、
図４に示すようにピストン５が上死点位置に近づくに連
れて、シリンダヘッド４の吸気側傾斜面４ａとピストン
５頂面の対向傾斜面５ａとが接近し、両者の間のスキッ
シュエリア空間に同図に矢印で示すように正スキッシュ
流Ｓが生成される。そして、この正スキッシュ流Ｓの方
向がタンブル流Ｔに沿うものであり、しかもそのタンブ
ル流Ｔがコンパクトになっているので、幾何的にタンブ
ル流Ｔの崩壊が抑制され、燃焼室６に過度に強い乱れが
生成されることがなくなる。また、前記のように燃焼室
６の吸気側における渦流や乱れが比較的弱いので、正ス
キッシュ流Ｓは過度に強化されることはない。このた
め、圧縮上死点前に点火プラグ１１により混合気に着火
されたとき、燃焼初期（質量燃焼割合が０〜１０％まで
の燃焼期間）の火炎核は過度の乱れが無いことから、比
較的緩やかに拡大する。

【００４２】続いて、ピストン５が圧縮上死点（ＴＤ
Ｃ）を過ぎて下降に転じると、図５に示すように、シリ
ンダヘッド４の吸気側スキッシュエリアに強い逆スキッ
シュ流Ｒ（火炎が拡大して行く方向のスキッシュ流）が
生成される。ここで、前記の如く正スキッシュ流Ｓが過
度に強化されていないので、その流れの慣性によって反
対方向の逆スキッシュ流Ｒの生成が遅れたり、またはそ
の流れが弱められたりすることがなく、従って、逆スキ
ッシュ流Ｒは十分に大きな流速を持つ強い流れになる。
そして、そのように逆スキッシュ流Ｒが速やかに生成さ
れ、かつ強い流れになることで、主燃焼時（質量燃焼割
合が１０％以上となる燃焼期間）の火炎伝播速度が十分
に高まり、これにより、相対的に温度状態の低い燃焼室
６の吸気側周縁部のエンドガスゾーンにも速やかに火炎
面が到達する。

【００４３】前記のような火炎伝播状態の計測結果は例
えば図９に示すようになる。これは火炎面の伝播する様
子を所定クランク角度毎に記録したものであり、同図に
よれば、気筒２の吸気側に伝播する火炎面の間隔はスキ
ッシュエリアにおいて相対的に広くなっており、このこ
とで、火炎面は図に矢印で示すようにスキッシュエリア
に入ってから伝播速度を増して、速やかに燃焼室周縁部
のエンドガスゾーンに到達することが分かる。

【００４４】したがって、この実施形態によると、ピス
トン５頂面に設けたキャビティ５ｂ及びタンブル流剥離
壁面５ｃによって、気筒２内の吸気流動の主流であるタ
ンブル流Ｔを燃焼室６の排気側に偏在させ、該排気側に
過度の乱れを形成することなく、タンブル流Ｔを強化す
る一方、吸気側のスキッシュエリア空間の乱れを弱め
て、気筒２の圧縮行程終期に正スキッシュ流Ｓが過度に
強くなることを防止することができる。このことで、逆
スキッシュ流Ｒの生成を早めかつその流れを強めて、吸
気側エンドガスゾーンへの火炎伝播速度を十分に高める
ことができ、これにより、混合気が自己着火する前に火
炎面を到達させて、ノッキングの発生を防止することが
できる。

【００４５】しかも、前記の如く、ピストン５頂面から
剥離されたタンブル流Ｔが燃焼室６の排気側でコンパク
ト化され、かつタンブル流Ｔの崩壊が抑制されて、点火
時点での燃焼室６には過度の乱れが生成されることはな
いので、初期燃焼速度はあまり高くはならす、従って、
混合気の自己着火が誘発されることもない。一方、火炎
の主燃焼速度は十分に高くなり、急速燃焼によりエンジ
ン１の熱効率や機械効率の向上が図られる。このよう
に、クランク角度の変化とともに熱発生率の上昇する様
子を、従来までのピストン頂面が平らなもの（フラット
ピストン）と対比して、図１０に示す。同図によれば、
この実施形態のように、ピストン５頂面の吸気側にスキ
ッシュエリアとなる対向傾斜面５ａとタンブル流剥離壁
面５ｃとを設けたもの（吸気側剥離壁面有り）では、フ
ラットピストンに比べて初期燃焼速度をやや低下させな
がら、主燃焼速度は高めて、燃焼期間を大幅に短縮でき
ることが分かる。

【００４６】尚、この実施形態１では、図３に示すよう
に、タンブル流剥離壁面５ｃを略平面状としているが、
こうした場合には、図１１に示すように、Ｒ/Ｌ１の
値、即ちタンブル流剥離壁面５ｃの位置に対応してスキ
ッシュエリア面積がほぼ決まってしまうので、タンブル
流剥離壁面５ｃの位置及びスキッシュエリア面積の双方
を最適に設定するのが難しくなることがある。この点に
関し、例えば図１２に示すように、タンブル流剥離壁面
５ｃをキャビティ５ｂを囲むような略円弧面状とすれ
ば、スキッシュエリアを吸気ポート７開口部の両側に拡
大することができる。

【００４７】例えば、図１３に示すように、略円弧面状
のタンブル流剥離壁面５ｃとすれば、同図に破線で示す
ように、Ｒ/Ｌ１の値が同じであっても、同図に実線で
示す平面状のタンブル剥離壁面５ｃに比べて大きなスキ
ッシュエリア面積を得ることができ、これにより、燃焼
室６周縁部への火炎伝播を均一化して、エンジン１の耐
ノック性をさらに向上させることができる。一方、Ｒ/
Ｌ１の値を小さくすることで、スキッシュエリア面積を
確保しながら、タンブル流剥離壁面５ｃを吸気側に近づ
けてタンブル流Ｔのスケールを大きくさせることもで
き、この場合には、Ｒ/Ｌ１≦１．８とすることが好ま
しい。

【００４８】（実施例）次に、上述の如き作用効果を確
かめるために、実験用の単気筒エンジンを用いて行った
気筒内流動の可視化実験について、図１４〜２１に基づ
いて説明する。このエンジンは、ガラス製の透明シリン
ダライナ内に中央部をアクリル樹脂製とした透明ピスト
ンを嵌装したものであり、吸気流動の計測は高速度ビデ
オカメラを用いたＰＩＶ法によった。すなわち、前記透
明ピストンの下方から上方に向かってＡｒイオンレーザ
をシート光として入射させ、吸気に混入させたシード粒
子の散乱光画像を高速度ビデオカメラを用いて側方から
時系列に記録し、そのうちの連続する２枚の画像から輝
度ムラの移動量を追跡する二次元相互相関法によって、
流速ベクトルを算出した。

【００４９】この際、ピストン頂面の形状は、周縁部
のスキッシュエリア以外は平坦なフラットタイプのも
の、吸気側に前記実施形態１と同様にピストン頂面の
吸気側に対向傾斜面（スキッシュエリア）とタンブル流
剥離壁面とを設けたもの（実施例）、排気側に前記と
同様の同様のスキッシュエリア及びタンブル流剥離壁面
を設けたものとし、特にのピストンとしては、スキッ
シュエリアの相対的に大きいもの-aと、相対的に小さ
いもの-bとを準備した。

【００５０】図１４及び図１５は、それぞれ、前記の
フラットピストン（Flat Type）について気筒内全体及
び点火プラグ近傍の空気流動状態を表したものである。
また、図１６及び図１７は同様に前記-aの吸気側に相
対的に大きなスキッシュエリアを設けたピストン(IN.L-
Squish Type)について、また、図１８及び図１９は前記
-bの吸気側に相対的に小さなスキッシュエリアを設け
たピストン(IN.S-Squish Type)について、そして、図２
０及び図２１は前記の排気側にスキッシュエリアを設
けたピストン(EX.L-Squish Type)についての吸気流動状
態を表している。

【００５１】前記のフラットピストンでは、前記図１
４の左端の図に示すように、気筒の吸気下死点（ＢＤ
Ｃ）で燃焼室全体にスケールの大きなタンブル流が生成
されていて、このタンブル流が圧縮上死点（ＴＤＣ）へ
向かうピストンの上昇によって上下に潰されるようにな
る。また、図１５によると、点火プラグ付近の吸気流動
は、一番上の図に示す圧縮上死点前２０°ＣＡ（ＢＴＤ
Ｃ２０）から中央の図に示す圧縮上死点（ＴＤＣ）にか
けて、燃焼室の吸気側（図の左側）でペントルーフに沿
う弱い正スキッシュ流とタンブル流とが強め合い、この
流れが圧縮上死点（ＴＤＣ）から圧縮上死点後１０°Ｃ
Ａ（ＡＴＤＣ１０）まで残っていて、圧縮上死点後２０
°ＣＡ（ＡＴＤＣ２０）になっても強い逆スキッシュ流
は見られない。

【００５２】また、前記の吸気側スキッシュのピスト
ンでは、図１６，１８にそれぞれ示すように、タンブル
流は、ピストン上面のタンブル流剥離面により上方に剥
離されて上方に向かい、燃焼室吸気側のスキッシュエリ
ア空間よりも右側、即ち燃焼室排気側に偏在するように
なる。また、図１７，１９によると、ＢＴＤＣ２０から
ＴＤＣにかけて正スキッシュ流があまり強くならない反
面、特に図１７に示すようにＡＴＤＣ２０におけるスキ
ッシュエリアの逆スキッシュ流が極めて強くなることが
見て取れる。尚、図１９ではスキッシュエリアは視野外
にあり、前記の強いスキッシュ流は観察できない。

【００５３】さらに、前記の排気側スキッシュのピス
トンでは、図２０に示すように、スキッシュエリアを形
成するピストン頂面の対向傾斜面によりタンブル流が上
方に跳ね上げられて、吸気側の燃焼室周壁面に達するこ
とが分かる。また、図２１に示すように、ＢＴＤＣ２０
からＴＤＣにかけて排気側の正スキッシュ流との干渉に
よりタンブル流が弱められ、その後ＡＴＤＣ２０にかけ
て逆スキッシュ流が生じるものの、前記図１７に示す吸
気側スキッシュに比べて、流れが弱いことが見て取れ
る。

【００５４】そして、前記のように吸気側及び排気側に
それぞれスキッシュエリアを設けたものについて、各
々、逆スキッシュ流の強さを計測した結果、図２２に実
線で示すように、吸気側スキッシュのピストンではタン
ブル流が吸気側のタンブル流剥離壁面によって剥離され
て、燃焼室の排気側に偏在するようになるので、排気側
スキッシュのピストンに比べて逆スキッシュ流の生成が
早く、しかも、より長い時間に亘って高い逆スキッシュ
流速が得られることが分かった。

【００５５】以上の実験結果により、前記実施形態１の
ように、エンジンの気筒内燃焼室の吸気側周縁部に適切
な大きさのスキッシュエリアを設けるとともに、ピスト
ン頂面の吸気側の適切な位置にタンブル流剥離壁面を設
けることで、排気側にスキッシュエリアを設けたものや
従来からのフラットピストンと比較して、気筒の膨張行
程初期の逆スキッシュ流を早期に立ち上げ、かつその流
れを極めて強くすることができ、これにより、スキッシ
ュエリアにおける火炎伝播速度を高めてノッキングを抑
制するという本発明の作用効果が十分に得られることが
確認できた。

【００５６】（実施形態２）図２３，２４は、本発明を
直接噴射式エンジン１に適用した実施形態を示す。この
エンジン１の燃焼室構造は吸気ポート７の形状やインジ
ェクタ１４の配置構成を除いて、実施形態１のものと同
様なので、以下、同一部材には同一の符号を付してその
説明は省略する。

【００５７】そして、この実施形態２に係るエンジン１
では、シリンダヘッド４の吸気側周縁部に、２つの吸気
ポート７，７開口に挟まれるようにインジェクタ１４の
先端側噴孔が配置され、このインジェクタ１４により燃
焼室６に対して側方から燃料が噴射されるようになって
いる。そして、エンジン１が中高負荷の運転状態にある
ときには、主に気筒２の吸気行程で前記インジェクタ１
４により燃料を噴射させ、この噴射燃料を吸気ポート
７，７からの高速の空気流と十分に混合させかつ燃焼室
６全体に拡散させて燃焼させる均一燃焼状態となる。こ
のときには、前記実施形態１と同様に、吸気タンブル流
Ｔを燃焼室５の排気側に偏在させて、該燃焼室６吸気側
を比較的乱れの弱い状態にすることで、膨張行程初期の
逆スキッシュ流を強化して、エンジンの耐ノック性を向
上させることができる。

【００５８】また、エンジン１が低負荷運転状態にある
ときには。前記インジェクタ１４により燃料を気筒２の
圧縮行程中期以降で噴射させ、この燃料噴霧をキャビテ
ィ５ｂに反射させて、点火プラグ１１付近に偏在させた
状態で燃焼させる成層燃焼状態になる。そして、このと
きにインジェクタ１４から噴射された燃料がピストン５
頂面の対向傾斜面５ａにより反射されることがないよ
う、該対向傾斜面５ａとタンブル流剥離壁面５ｃとの間
の境界中央部には、噴射燃料をキャビティ５ｂに導くた
めの凹部５ｄが形成されている。尚、吸気ポート７，７
から吸い込まれた吸気によるタンブル流Ｔは、前記凹部
５ｄの両側に生成されるので、この凹部５ｄが有って
も、タンブル流Ｔの吸気側スキッシュエリア空間への流
入は阻止できる。

【００５９】（他の実施形態）本発明は前記実施形態
１，２に限定されるものではなく、その他の種々の実施
形態を包含するものである。すなわち、前記各実施形態
では、本発明をいわゆるペントルーフ型燃焼室６のエン
ジン１に適用しているが、これに限らず、燃焼室６上壁
面の一側に吸気ポート７が開口し、その反対側に排気ポ
ート８が開口するクロスフロータイプの燃焼室を有する
ものであれば、本発明を適用することができる。

【００６０】具体的には、本発明は例えば図２５〜２７
に示すように、各気筒２毎に吸気弁９及び排気弁１０を
それぞれ１つずつ配置した２弁タイプのエンジンに適用
することができる。この場合、図２５（ａ）に示すよう
に気筒中心線ｚに沿って見て、ピストン５頂面の吸気側
にスキッシュエリアを形成する対向傾斜面５０を上方に
突出させて設けるとともに、タンブル流剥離壁面５１は
吸気弁９付近でエンジンのクランク軸の延びる方向（図
の上下方向）に略平行になる平面部５１ａを有するもの
とし、この平面部５１ａから気筒中心線ｚまでの距離Ｌ
１を、１．３≦Ｒ/Ｌ１≦２．６となるように設定す
る。こうすることで、図示しないが、気筒２の圧縮行程
でタンブル流を燃焼室の排気側に偏在させて、前記実施
形態１，２と同様に逆スキッシュ流を強化することがで
きる。

【００６１】また、点火プラグ１１が気筒中心線ｚから
オフセット配置されていても、この点火プラグ１１の先
端部からタンブル流剥離壁面５１の平面部５１ａまでの
距離Ｌ３を、１．３≦Ｒ/Ｌ３≦２．６という関係を満
たすように設定するとともに、このタンブル流剥離壁面
５１において平面部５１ａよりも点火プラグ１１から離
れる部分に湾曲部５１ｂを設けて、点火プラグ１１から
遠くなる気筒周縁部へスキッシュエリアを拡大する。或
いは、図２６（ａ）に示すように、タンブル流剥離壁面
５１全体を前記湾曲部５１ｂが点火プラグ１１に近づく
ように回転変位させて設けるようにしてもよく、さら
に、図２７（ａ）に示すように、タンブル流剥離壁面５
１全体を円弧面状に形成してもよい。そのようにすれ
ば、前記各図（ｂ）にそれぞれ破線で示すように点火プ
ラグ１１付近から火炎面が伝播したときに、その火炎面
の到達が最も遅くなる燃焼室周縁部を含むようにスキッ
シュエリア（対向傾斜面５０）を設けることができ、こ
のスキッシュエリア内の強い逆スキッシュ流により火炎
伝播速度を高めて、エンドガスゾーンにおける自己着火
を防止することができる。

【００６２】また、本発明は例えば図２８〜３１にそれ
ぞれ示すように、各気筒２毎に吸気弁９を２つずつ、及
び排気弁１０を１つずつ配置した３弁タイプのエンジン
にも適用することができ、この場合にも、前記と同様に
タンブル流剥離壁面５１と気筒中心線ｚとの間の距離Ｌ
１を、１．３≦Ｒ/Ｌ１≦２．６となるように設定し、
かつ該タンブル流剥離壁面５１と点火プラグ１１の先端
部との間の距離Ｌ３を１．３≦Ｒ/Ｌ３≦２．６という
関係を満たすように設定するとともに、該タンブル流剥
離壁面５１に湾曲部５１ｂを設けたり、タンブル流剥離
壁面５１全体を円弧面状としたりすることで、前記各実
施形態と同様の作用効果が得られる。尚、図２８〜３１
の（ｂ）において破線で示すのは点火プラグ１１からの
火炎面の伝播状態である。

【００６３】さらに、本発明は例えば図３２，３３にそ
れぞれ示すように、各気筒２毎に吸気弁９を２つずつ、
排気弁１０を１つずつ配置するとともに、点火プラグ１
１を２本ずつ配設したいわゆるツインプラグタイプのエ
ンジンにも適用することができる。この場合もタンブル
流剥離壁面５１及び気筒中心線ｚ間の距離Ｌ１と、該タ
ンブル流剥離壁面５１及び点火プラグ１１間の距離Ｌ３
とを前記と同様に設定すればよく、また、タンブル流剥
離壁面５１は、平面状としても円弧面状としてもよい。
尚、図３２，３３の（ｂ）において破線で示すのは点火
プラグ１１からの火炎面の伝播状態である。

【００６４】加えて、図示しないが、本発明は各気筒毎
に３つの吸気弁と２つの排気弁とを配置した５弁タイプ
のエンジンにも適用可能である。

【００６５】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１記載の
発明における火花点火式エンジンによると、ピストン頂
面のキャビティの吸気側周縁部に所定寸法形状のタンブ
ル流剥離壁面を設けて、正タンブル流を燃焼室の排気側
に偏在させ、吸気側のスキッシュエリア空間における渦
流や乱れ弱めることで、正スキッシュ流の過度の強化を
防止して逆スキッシュ流の生成を早めかつその流れを十
分に強くさせて、スキッシュエリアにおける火炎伝播速
度を高めることができる。これにより、火炎の初期燃焼
速度をあまり高めずに、主燃焼速度を十分に高くするこ
とができるので、エンドガスゾーンでの自己着火に起因
するノッキングを抑制しながら、急速燃焼によってエン
ジンの熱効率や機械効率を向上させることができる。

【００６６】請求項２の発明によると、タンブル流剥離
壁面を気筒中心線に略直交する仮想平面に対して所定角
度以下の傾斜角度をなすものとすることで、正タンブル
流をタンブル流剥離壁面によりピストン頂面から確実に
剥離させることができ、これにより、請求項１の発明に
よる効果を十分に得ることができる。

【００６７】請求項３の発明によると、タンブル流剥離
壁面を少なくとも吸気ポートの開口部に対応するように
設けることで、正タンブル流をタンブル流剥離壁面によ
り効果的に剥離させることができ、これにより、請求項
１の発明による効果を十分に得ることができる。

【００６８】請求項４の発明によると、タンブル流剥離
壁面を吸気側の燃焼室周壁面から適切な距離に配置し
て、請求項１の発明による効果を十分に得ることができ
る。

【００６９】請求項５の発明によると、請求項４の発明
におけるタンブル流剥離壁面を、キャビティを囲むよう
な略円弧面状とすることで、タンブル流剥離壁面の最適
配置とスキッシュエリア面積の確保とを高次元で両立す
ることができ、これにより、エンジンの耐ノック性をさ
らに向上できる。

【００７０】請求項６の発明によると、点火プラグから
幾何的に最も遠くなる吸気側の燃焼室周縁部を含むよう
にスキッシュエリアを設けることにより、ノッキングの
発生を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る火花点火式エンジン
の燃焼室の概略構成図である。

【図２】エンジンの燃焼室構造を示す斜視図である。

【図３】ピストン頂面の構造を示す上面図（ａ）、及び
その b-b 線における断面図（ｂ）である。

【図４】気筒の圧縮行程終期における図１相当図であ
る。

【図５】気筒の吸気行程初期における図１相当図であ
る。

【図６】タンブル流剥離壁面を吸気側燃焼室周壁面から
徐々に遠ざけたときの逆スキッシュ流速の変化を示すグ
ラフ図である。

【図７】タンブル流剥離壁面の傾斜角度の変化に対する
逆スキッシュ流速の変化を示すグラフ図である。

【図８】タンブル流剥離壁面の高さ寸法の変化に対する
逆スキッシュ流速の変化を示すグラフ図である。

【図９】スキッシュエリアで伝播速度を増す火炎面の伝
播状態を示す説明図である。

【図１０】エンジンのクランク角度の変化に対する熱発
生率の変化を、フラットピストンと対比して示すグラフ
図である。

【図１１】Ｒ/Ｌ１の値とスキッシュエリア面積との対
応関係の一例を示すグラフ図である。

【図１２】タンブル流剥離壁面を円弧面状とした変形例
に係る図３相当図である。

【図１３】実施形態１とその変形例とを対比して示す図
１１相当図である。

【図１４】フラットピストンを用いたときの気筒の圧縮
行程における吸気流動の変化をＰＩＶ法により記録した
流速ベクトルの分布図である。

【図１５】フラットピストンを用いたときの気筒の圧縮
上死点前後における点火プラグ近傍の流速ベクトルの分
布図である。

【図１６】吸気側に相対的に大きいスキッシュエリアと
タンブル流剥離壁面とを設けたピストンを用いたときの
図１４相当図である。

【図１７】吸気側に相対的に大きいスキッシュエリアと
タンブル流剥離壁面とを設けたピストンを用いたときの
図１５相当図である。

【図１８】吸気側に相対的に小さいスキッシュエリアと
タンブル流剥離壁面とを設けたピストンを用いたときの
図１４相当図である。

【図１９】吸気側に相対的に小さいスキッシュエリアと
タンブル流剥離壁面とを設けたピストンを用いたときの
図１５相当図である。

【図２０】排気側に相対的に大きいスキッシュエリアと
タンブル流剥離壁面とを設けたピストンを用いたときの
図１４相当図である。

【図２１】排気側に相対的に大きいスキッシュエリアと
タンブル流剥離壁面とを設けたピストンを用いたときの
図１５相当図である。

【図２２】吸気側及び排気側にそれぞれスキッシュエリ
アを設けた場合の逆スキッシュ流速の変化を互いに対比
して示すグラフ図である。

【図２３】本発明を直接噴射式エンジンに適用した実施
形態２に係る図１相当図である。

【図２４】実施形態２に係る図３相当図である。

【図２５】本発明を２弁タイプのエンジンに適用した１
番目の他の実施形態に係る図３相当図である。

【図２６】１番目の他の実施形態の別の構成を示す図３
相当図である。

【図２７】１番目の他の実施形態のまた別の構成を示す
図３相当図である。

【図２８】本発明を３弁タイプのエンジンに適用した２
番目の他の実施形態に係る図３相当図である。

【図２９】２番目の他の実施形態の別の構成を示す図３
相当図である。

【図３０】２番目の他の実施形態のまた別の構成を示す
図３相当図である。

【図３１】２番目の他の実施形態のさらに別の構成を示
す図３相当図である。

【図３２】本発明をツインプラグタイプのエンジンに適
用した３番目の他の実施形態に係る図３相当図である。

【図３３】３番目の他の実施形態の別の構成を示す図３
相当図である。

【図３４】実施形態１における吸気ポート上流の構成を
模式的に示す図である。

【図３５】吸気流動調節弁の変形例を（ａ)(ｂ）それぞ
れ示す図３４相当図である。

【図３６】エンジンのクランク角度の変化に対するタン
ブル強度の変化を、フラットピストン等と対比して示す
グラフ図である。

【図３７】従来例に係る図１相当図である。

【符号の説明】

１ 火花点火式エンジン ２ 気筒 ４ シリンダヘッド（燃焼室上壁面） ４ａ シリンダヘッドの吸気側傾斜面 ５ ピストン ５ａ 対向傾斜面 ５ｂ キャビティ ５ｃ タンブル流剥離壁面 ６ 燃焼室 ７ 吸気ポート ８ 排気ポート １１ 点火プラグ ｚ 気筒中心線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片岡 一司 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 田端 道彦 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 乃生 芳尚 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G023 AA06 AB03 AC02 AD03 AD05 AD06 AD08 AD12 AD14

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気筒内でピストン頂面に対向する燃焼室
   上壁面の一側に吸気ポートを開口させ、反対側の他側に
   排気ポートを開口させるとともに、前記吸気ポートを吸
   気上流側に向かって気筒中心線から前記一側に離れるよ
   うな形状として、該吸気ポートから燃焼室へ流れ込んだ
   吸気流が前記他側の燃焼室周壁面から順に、ピストン頂
   面及び前記一側の燃焼室周壁面に沿って旋回する正タン
   ブル流となるようにした火花点火式エンジンにおいて、 前記一側の燃焼室上壁には、気筒周縁部に向かってピス
   トン頂面に近づくように傾斜面が形成され、 前記ピストン頂面には、前記一側の所定範囲に前記傾斜
   面に沿うように対向傾斜面が設けられているとともに、
   該対向傾斜面に隣接する他側の所定範囲に凹状のキャビ
   ティが設けられ、 前記対向傾斜面に近い方のキャビティ周縁部には、前記
   正タンブル流のピストン頂面からの剥離を促すよう、キ
   ャビティ底面から所定以上の高さに突出するタンブル流
   剥離壁面が形成されていることを特徴とする火花点火式
   エンジン。
2. 【請求項２】 請求項１において、 タンブル流剥離壁面は、気筒中心線に略直交する仮想平
   面に対して所定角度以下の傾斜角度をなすことを特徴と
   する火花点火式エンジン。
3. 【請求項３】 請求項１において、 タンブル流剥離壁面は、気筒中心線に沿って見て、少な
   くとも吸気ポートの開口部に対応するように設けられて
   いることを特徴とする火花点火式エンジン。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１つにおいて、 気筒中心線に沿って見て、該気筒中心線からタンブル流
   剥離壁面までの距離をＬ１とし、また、該タンブル流剥
   離壁面とは反対側のキャビティ周縁部までの距離をＬ２
   としたとき、 前記距離Ｌ１及び距離Ｌ２は、気筒半径をＲとして、
   Ｌ１＜Ｌ２ かつ １．３≦Ｒ/Ｌ１≦２．６ という
   関係を満たすように設定されていることを特徴とする火
   花点火式エンジン。
5. 【請求項５】 請求項４において、 タンブル流剥離壁面は、気筒中心線に沿って見て、キャ
   ビティを囲むような略円弧面状とされ、 前記タンブル流剥離壁面から気筒中心線までの距離Ｌ１
   の値は、気筒半径をＲとして、 Ｒ/Ｌ１≦１．８ と
   いう関係を満たすように設定されていることを特徴とす
   る火花点火式エンジン。
6. 【請求項６】 請求項１〜４のいずれか１つにおいて、 燃焼室上壁には、先端部を燃焼室に臨ませて点火プラグ
   が配設され、 気筒中心線に沿って見て、前記点火プラグの先端部とタ
   ンブル流剥離壁面との間の距離Ｌ３は、気筒半径をＲと
   して、 １．３≦Ｒ/Ｌ３≦２．６ という関係を満た
   すように設定されていることを特徴とする火花点火式エ
   ンジン。