JP2007297974A

JP2007297974A - エンジンの燃焼室の構造

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Publication number: JP2007297974A
Application number: JP2006126494A
Authority: JP
Inventors: Akihito Miyamoto; 彰仁宮本
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2026-04-28
Also published as: JP4600346B2

Abstract

【課題】着火性を向上させることで、燃費の向上を図るとともに出力の増大を図ることができるようにする。
【解決手段】吸気バルブ２３，２３が設けられた吸気斜面２１と排気バルブ２４，２４が設けられた排気斜面２２とを有しペントルーフ形状に形成されたエンジンの燃焼室の構造であって、吸気斜面２１と排気斜面２２とを接続し燃焼室の上端を形成する頂部２５と、頂部２５に設けられた点火プラグ１８と、頂部２５に形成された窪みであって点火プラグ１８から頂部２５に沿って延在する溝部２６とが備えられ、この溝部を、点火プラグ１８に向けて徐々に深くなるように形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの燃焼室の構造に関するものである。

従来より、点火プラグを備えるエンジンにおいて、この点火プラグの電極周辺に可燃混合気を滞留させることを狙った技術が存在する（例えば、以下の特許文献１の技術参照）。ここで、特許文献１の図６および図３に対応する図として、それぞれ、図１０および図１１を示す。
これらの図１０および図１１に示すように、特許文献１のエンジン１００のピストン１０１の頂面には凹部１０２が形成されている。これにより、燃焼室１０３内でタンブル流Ｔを生成させ、燃料と空気との混合を促進を図るようになっている。

また、このエンジン１００においては、天井部１０４に段差部１０５が形成されている。この段差部１０５は、タンブル流Ｔを弱めることで、点火プラグ１０６の電極１０７周りに可燃混合気の層を滞留させることを狙ったものである（例えば、特許文献１の明細書〔００３６〕〜〔００３８〕段落等の記載参照）。
特開２００３−２５４０６７号公報

しかしながら、この特許文献１の技術のように、ピストン１０１の頂面に凹部１０２を形成すると、ピストン頂面の表面積が増大するため、熱損失が大きくなるという課題がある。
また、特許文献１の技術においては、図１１の段差部１０５を天井部１０４の内径全長に亘って形成しなくてはならず、加工に要する手間やコストの増大を招くという課題もある。

また、この特許文献１の技術は、タンブル流Ｔの生成を促進させながら、このタンブル流Ｔを段差部１０５でこのタンブル流Ｔを堰き止めるという、相反する作用を生じさせるものである。つまり、タンブル流Ｔによる混合促進と、点火プラグ１０６の電極１０７近傍において可燃混合気を滞留させるという作用とは、いわばトレードオフの関係にあり、両者を両立させることには限界がある。

本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、着火性を向上させることで、燃費の向上を図るとともに出力の増大を図ることができる、エンジンの燃焼室構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のエンジンの燃焼室構造（請求項１）は、吸気バルブが設けられた吸気斜面と排気バルブが設けられた排気斜面とを有しペントルーフ形状に形成されたエンジンの燃焼室の構造であって、該吸気斜面と該排気斜面とを接続し該燃焼室の上端を形成するとともに点火プラグが設けられる頂部と、該頂部に形成された窪みであって該点火プラグから該頂部に沿って延在する溝部とが備えられ、該気流ガイド溝部は、該点火プラグ側が深くなるように形成されていることを特徴としている。

また、請求項２記載の本発明のエンジンの燃焼室構造は、請求項１記載の内容において、該溝部は、該吸気斜面から連続する第１溝面と、該排気斜面から連続する第２溝面と、該第１溝面および該第２溝面が互いに接する溝頂部とを有し、該吸気バルブが配設されている箇所において該吸気斜面と該第１溝面とが連続した１平面として形成されていることを特徴としている。

また、請求項３記載の本発明のエンジンの燃焼室構造は、請求項１または２記載の内容において、該吸気斜面および該排気斜面の少なくとも一方に配設され該燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置を備えることを特徴としている。
また、請求項４記載の本発明のエンジンの燃焼室構造は、請求項１〜３いずれか１項記載の内容において、頂面が平坦に形成されたピストンを備えることを特徴としている。

本発明のエンジンの燃焼室構造によれば、燃焼室内の可燃混合気を点火プラグに対して集中させることを促進し、且つ、点火プラグ周りで滞留させることができるので、着火性を向上させ、燃費の向上を図るとともに出力の増大を図ることができる。（請求項１）
また、実質的に吸気斜面の面積を大きくすることができるので、吸気バルブの配置自由度を高めたり、外径の大きな吸気バルブを適用したりすることが可能となる。（請求項２）
また、燃焼室内に噴射された燃料を点火プラグ周りに集中させることで、いわゆる直噴方式のエンジンであっても、着火性および燃費をともに向上させることができる。（請求項３）
また、頂面が平坦なピストンを用いることで、ピストン頂面の表面積を小さくすることが可能となり、熱損失を抑制することができるとともに、ピストンの加工に要するコストを削減することができる。（請求項４）

以下、図面により、本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼室構造について説明すると、図１はそのエンジンの燃焼室を示す模式的な断面図、図２は図１の模式的なII−II矢視断面図、図３は図１中符号IIIとして示す領域の模式的な拡大図であって点火プラグを省略した図、図４は図２の模式的なIV−IV矢視断面図、図５は図２の模式的なV−V断面図、図６は図５中符号VIとして示す領域の模式的な拡大図、図７は原則的には図２と同じ図であって燃焼室内の気流を模式的に示すものである。

図１に示すように、エンジン１０は、シリンダヘッド１１とシリンダブロック１２とから主に構成されている。
このうち、シリンダブロック１２のシリンダ１３内にはピストン１４が設けられ、シリンダ１３内を上下方向に摺動できるようになっている。
また、このシリンダヘッド１１の下面２０は、図２に示すように、２つの吸気バルブ２３が設けられた吸気斜面２１と、２つの排気バルブ２４が設けられた排気斜面２２とから成り、いわゆるペントルーフ形状に形成されている。

そして、ピストン１４の頂面１５とシリンダヘッド下面２０との間の空間として、燃焼室１６が形成されている。
換言すれば、ピストン頂面１５は燃焼室１６の下部を形成し、シリンダヘッド下面２０は燃焼室１６の上部を形成するようになっている。なお、このピストン１４の頂面１５は平坦に形成されている。

また、ペントルーフ形状とは、図３に示すように、吸気斜面２１と排気斜面２２との相対角度が所定の角度θ₁（但し、θ₁＜１８０度）となるように形成された形状をいう。
また、図２中、２つの吸気バルブ２３が配列された方向に延びる燃焼室１６の中心線を符号Ｃ₁として示し、この中心線Ｃ₁に直交する燃焼室１６の中心線を符号Ｃ₂で示す。また、中心線Ｃ₁に沿った方向をＸ方向とし、中心線Ｃ₂に沿った方向をＹ方向とし、さらに、ピストン１４の摺動方向（即ち、図２中、紙面奥行き方向）をＺ方向とする。

ところで、シリンダヘッド下面２０の頂部２５には、上方へ窪んだ気流ガイド溝部（溝部）２６がＸ方向に延在して形成されている。
また、この気流ガイド溝部２６の両端部２６Ａ，２６Ａは、吸気バルブ２３のかさ部２３Ａの外縁２３Ｂと、排気バルブ２４のかさ部２４Ａの外縁２４Ｂとを結ぶ仮想線Ｌ₁，Ｌ₁よりも中心線Ｃ₂側に収まるように形成されている。

また、この気流ガイド溝部２６のうち、排気バルブ２４に面してＸ方向に延在する端部２６Ｂは、波型形状で形成されている。なお、この端部２６Ｂの波型形状は、排気側のバルブシート（図示略）を圧入する際に必要となる肉厚を確保するために必要な形状として設定されている。
また、図２に示すように、電極１８Ａがシリンダヘッド下面２０の略中央において、気流ガイド溝部２６から燃焼室１６へ向けて突出するように、点火プラグ１８が、シリンダヘッド１１に対して取り付けられている。

そして、この気流ガイド溝部２６は、図５に示すように、両端部２６Ａ，２６Ａから点火プラグ１８（即ち、中心線Ｃ₂）に向けて徐々に深くなるように形成されている。
また、図５に示すように、この頂部２５のうち、気流ガイド溝部２６の両端部２６Ａ，２６Ａの外側には、それぞれ、水平面２５Ａ，２５Ａが形成されている。
また、この気流ガイド溝部２６の両端部２６Ａ，２６Ａの近傍には、それぞれ、図６に示すように、Ａ傾斜面２８と、円弧面２９と、Ｂ傾斜面３０とが形成されている。

これらのうち、Ａ傾斜面２８は、気流ガイド溝部２６の端部２６Ａから点火プラグ１８側へ向けて延在し、頂部２５の水平部２５Ａに対して、所定の角度θ₂を成して傾斜した面である。
また、Ｂ傾斜面３０は、点火プラグ１８から端部２６Ａ側へ向けて延在し、水平部２５Ａに平行する仮想線Ｌ_25Aに対して所定の角度θ₃（但しθ₂＞θ₃）を成して傾斜した面である。

また、円弧面２９は、Ａ傾斜面２８とＢ傾斜面３０との間において所定の曲率半径Ｒ₁で円弧状に形成された面である。
また、図３で示すように、気流ガイド溝部２６には、吸気側溝面（第１溝面）３１と、排気側溝面（第２溝面）３２と、溝頂部３３とが形成されている。
これらのうち、吸気側溝面３１は、点火プラグ１８が配設された箇所（即ち、図２のI−I断面）において、吸気斜面２１に対して所定の角度θ₄を成して傾斜し、且つ、この吸気斜面２１から連続するように形成された面である。

また、排気側溝面３２は、点火プラグ１８が配設された箇所において、排気斜面２２に対して所定の角度θ₅を成して傾斜し、且つ、この排気斜面２２から連続するように形成された面である。
また、溝頂部３３は、吸気側溝面３１および排気側溝面３２が互いに接する部分であって、気流ガイド溝部２６の最上端（即ち、燃焼室１６の最上端）を形成している部分である。

また、図４で示すように、吸気バルブ２３が配設された箇所（即ち、図２のIV−IV断面）において、吸気斜面２１と吸気側溝面３１とは、互いに成す角度がゼロ（θ₄＝０）、即ち、吸気斜面２１および吸気側溝面３１は連続した１平面として形成されている。
なお、排気側溝面３２は、図４に示す断面においても、図３で示した断面と同様に、排気斜面２２に対して所定の角度θ₅を成して傾斜した面として形成されている。

また、図２に示すように、吸気斜面２１の基端部２１Ａ近傍における中心線Ｃ₂上には、図示しないインジェクタ（燃料噴射装置）の先端部が挿入されるインジェクタ穴３４が形成されている。
本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼室構造は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。

ピストン１４が上昇すると燃焼室１６内には、図１および図７中矢印Ｆ₁で示すように、吸気斜面２１および排気斜面２２に沿って流れる気流（これを、Ｙ方向スキッシュ流という）が生成される。
これと同時に、図５および図７中矢印Ｆ₂で示すように、気流ガイド溝部２６に沿って流れる気流（これを、Ｘ方向スキッシュ流という）が生成される。

これにより、燃焼室１６内で、燃料と空気との混合を促進しながら、点火プラグ１８の電極１８Ａ周りに可燃混合気を集中させることができる。
特に、気流ガイド溝部２６は、水平面２５Ａからの深さ（図６中符号ｄ₂₆参照）が、端部２６Ａ近傍で急激に深くなり、且つ、点火プラグ１８に向けて徐々に深くなるように形成されているので、Ｘ方向スキッシュ流Ｆ₂の流速が過剰に速くなることを抑制しながら、且つ、このＸ方向スキッシュ流Ｆ₂を点火プラグ１８の電極１８Ａ周りに集中させることができる。

これにより、可燃混合気を点火プラグ１８の電極１８Ａ周りに集中させることが可能となり、着火性を向上させることで、燃費の向上を図るとともに出力の増大を図ることができる。
また、長い時間、可燃混合気を電極１８Ａ周りに滞留させることで、点火タイミングの自由度を高めることもできる。

また、図４で示すように、吸気バルブ２３が配設された箇所（即ち、図２のIV−IV断面）において、吸気斜面２１と吸気側溝面３１とは、互いに成す角度がゼロ（θ₄＝０）、即ち、吸気斜面２１および吸気側溝面３１は連続した１平面として形成されている。
これにより、従来のエンジンにおける吸気斜面に比べ、実質的に吸気斜面２１の面積を大きくすることができる。

そして、吸気斜面２１の面積を大きくしたことによって、径の大きなかさ部２３Ａを有する吸気バルブ２３を用いることが可能となり、エンジン１０の高出力化を図ることができる。
また、図２に示すように、吸気斜面２１にはインジェクタ穴３４が形成され、このインジェクタ穴３４に挿入されたインジェクタ（図示略）から、燃焼室１６内に燃料が噴射されるようになっている。つまり、このエンジン１０はいわゆる直噴式のエンジンであるが、このような直噴式のエンジン１０においては、一般的なポート噴射式のエンジンに比べると、燃料と空気とを混合させる時間が短いため、一般的に、燃料と空気との混合を促進することが難しく、また、可燃混合気を点火プラグに集中させることも難しい。

しかしながら、本実施形態に係る本発明によれば、シリンダヘッド下面２０に気流ガイド溝部２６を形成することで、燃料と空気との混合の促進を図り、また、可燃混合気を点火プラグ１８の電極１８Ａ周りに集中させ且つ滞留させることができるのである。
さらに、本実施形態に係る本発明によれば、図１０に示す従来の技術のように、ピストン１０１の頂面に凹部１０２を形成する必要もなく、図１に示すようにその頂部１５が平坦のピストン１４を用いることができる。これにより、従来の技術では解決できなかった熱損失が生じるという課題を解決しながら、燃料と空気との混合を促進し、また、可燃混合気を電極１８Ａ周りに集中且つ滞留させることができる。

また、頂面１５が平坦なピストン１４を用いることで、ピストン１４の形成に要する手間や時間を削減することで、コストを抑制することも可能となる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
また、上述の実施形態においては、図５および図６に示すように、気流ガイド溝部２６の両端部２６Ａ，２６Ａの近傍には、それぞれ、Ａ傾斜面２８と、円弧面２９と、Ｂ傾斜面３０とが形成された場合について説明したが、これに限定するものではない。

例えば、図８は、原則的には図５と同じ図であるが、気流ガイド溝部２６の形状が異なっている。
つまり、この図５においては、Ａ傾斜面４１が、気流ガイド溝部２６の端部２６Ａから点火プラグ１８側へ向けて延在し、頂部２５の水平部２５Ａに対して、所定の角度θ₆を成して傾斜した面として形成され、図６に示す円弧面２９やＢ傾斜面３０は形成されていない。

このように、気流ガイド溝部２６をシンプルな形状にすることで、気流ガイド溝部２６を形成するために要する手間や時間を削減することで、コストを抑制することができ、且つ、図８中矢印Ｆ₃で示すように、気流ガイド溝部２６に沿って流れる気流（Ｘ方向スキッシュ流）を生成し、燃料と空気との混合を促進しながら、点火プラグ１８の電極１８Ａ周りに可燃混合気を集中させることができる。

また、上述の実施形態においては、図２に示すように、気流ガイド溝部２６のうち、排気バルブ２４に面してＸ方向に延在する端部２６Ｂを波型形状に形成した場合を示したが、これに限定するものではない。
例えば、図９は、原則的には図２と同じ図であるが、この図９に示すように、図２の気流ガイド溝部２６に換えて、Ｘ方向に延びる直線形状に形成された端部４２Ｂを有する気流ガイド溝部４２を形成してもよい。

また、図１〜７を用いて説明した実施形態および図７および図８に示す変形例においては、エンジン１０が直噴式のエンジンである場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ポート噴射式のエンジンであってもよい。

本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼室構造の全体構成を示す模式的な断面図である。本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼室構造のうち、図１の模式的なII−II矢視断面図である。本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼室構造のうち、図１中符号IIIとして示す領域の模式的な拡大図であって点火プラグを省略した図である。本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼室構造のうち、図２の模式的なIV−IV矢視断面図である。本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼室構造のうち、図２の模式的なV−V断面図である。本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼室構造のうち、図５中符号XIとして示す領域の模式的な拡大図である。本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼室構造のうち、図１の模式的なII−II矢視断面図であって燃焼室内の気流を模式的に示すものである。本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼室構造の変形例を示すものである。本発明の一実施形態に係るエンジンの燃焼室構造の変形例を示すものである。従来のエンジンの燃焼室構造を示す模式的な断面図である。従来のエンジンの燃焼室構造を示す模式的な断面図である。

符号の説明

１０エンジン
１４ピストン
１５ピストン頂面
１６燃焼室
１８点火プラグ
２１吸気斜面
２２排気斜面
２４排気バルブ
２３吸気バルブ
２５頂部
２６気流ガイド溝部（溝部）
３１吸気側溝面（第１溝面）
３２排気側溝面（第２溝面）
３３溝頂部

Claims

吸気バルブが設けられた吸気斜面と排気バルブが設けられた排気斜面とを有しペントルーフ形状に形成されたエンジンの燃焼室の構造であって、
該吸気斜面と該排気斜面とを接続し該燃焼室の上端を形成するとともに点火プラグが設けられる頂部と、
該頂部に形成された窪みであって該点火プラグから該頂部に沿って延在する溝部とが備えられ、
該溝部は、該点火プラグ側が深くなるように形成されている
ことを特徴とする、エンジンの燃焼室構造。
該溝部は、
該吸気斜面から連続する第１溝面と、
該排気斜面から連続する第２溝面と、
該第１溝面および該第２溝面が互いに接する溝頂部とを有し、
該吸気バルブが配設されている箇所において該吸気斜面と該第１溝面とが連続した１平面として形成されている
ことを特徴とする、請求項１記載のエンジンの燃焼室構造。
該吸気斜面および該排気斜面の少なくとも一方に配設され該燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置を備える
ことを特徴とする、請求項１または２記載のエンジンの燃焼室構造。
頂面が平坦に形成されたピストンを備える
ことを特徴とする、請求項１〜３記載のエンジンの燃焼室構造。