JP2008064009A - 成層燃焼式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】主吸気ポートから燃焼室に希薄混合気を供給するとき，その希薄混合気が，濃厚混合気が供給される中心部領域へ流れるのを防ぐ。
【解決手段】シリンダヘッド２とピストン５との間に画成される燃焼室６内の外周部領域２３に希薄混合気を，それに一定方向のスワールＳ１を付与するように供給する主吸気ポート１１と，同燃焼室６の，点火プラグ１０の電極が臨む中心部領域２４に濃厚混合気を供給する副吸気ポート１２と，これらポート１１，１２の各出口７，８を開閉する主吸気弁１８及び副吸気弁１９をシリンダヘッド４に設けた成層燃焼式内燃機関において，主吸気ポート１１の出口７の内周面に，主吸気弁１８の傘部１８ａの，中心部領域２４寄りの部分を主吸気ポート１１内で覆う庇部２７を突設した。
【選択図】 図２

Description

本発明は，シリンダヘッドとピストンとの間に画成される燃焼室内の外周部領域に希薄混合気を，それに一定方向のスワールを付与するように供給する主吸気ポートと，同燃焼室の，点火プラグの電極が臨む中心部領域に濃厚混合気を供給する副吸気ポートと，これら主吸気ポート及び副吸気ポートの，燃焼室に開口する各出口を開閉する主吸気弁及び副吸気弁をシリンダヘッドに設けた成層燃焼式内燃機関の改良に関する。

かゝる成層燃焼式内燃機関は，特許文献１に開示されるように，既に知られている。
実公昭６３−１３３８２号公報

かゝる成層燃焼式内燃機関では，一般に，吸気効率を高めるべく，主吸気ポートの，燃焼室に開口する出口は極力大径に形成されるので，この出口を燃焼室の外周側に配置しても，その一部が燃焼室の中心部領域側に食み出てしまう。このため，主吸気ポートから燃焼室に希薄混合気を供給するとき，その希薄混合気の一部が，中心部領域側に食み出した出口から中心部領域に流れて，中心部領域に供給される濃厚混合気の多くを希薄化してしまい，濃厚混合気の着火性を損なうことがある。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，主吸気ポートから燃焼室に希薄混合気を供給するとき，その希薄混合気が中心部領域へ流れるのを防ぐようにして，中心部領域に供給される濃厚混合気の希薄化を回避し，濃厚混合気の着火性を安定させ得る前記成層燃焼式内燃機関を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，シリンダヘッドとピストンとの間に画成される燃焼室内の外周部領域に希薄混合気を，それに一定方向のスワールを付与するように供給する主吸気ポートと，同燃焼室の，点火プラグの電極が臨む中心部領域に濃厚混合気を供給する副吸気ポートと，これら主吸気ポート及び副吸気ポートの，燃焼室に開口する各出口を開閉する主吸気弁及び副吸気弁をシリンダヘッドに設けた成層燃焼式内燃機関において，主吸気ポートの出口の内周面に，主吸気弁の傘部の，中心部領域寄りの部分を主吸気ポート内で覆う庇部を突設したことを第１の特徴とする。

また本発明は，第１の特徴に加えて，主吸気ポートの出口を，燃焼室の天井面に埋設されて主吸気弁が着座する環状の主吸気弁座部材で構成すると共に，この主吸気弁座部材に前記庇部を一体に形成したことを第２の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，希薄混合気が吸気ポートの出口を出るとき，その希薄混合気は，主吸気弁の，中心部領域寄りの部分を主吸気ポート内で覆う庇部によって，中心部領域側へ流れるのを確実に阻止されることになり，希薄混合気がその全体で外周部領域におけるスワールを発生することができ，したがって希薄混合気の中心部領域への無用な飛散を防ぎ，もって，中心部領域に供給される濃厚混合気の希薄化を回避し，濃厚混合気の着火性を安定させることができる。しかも上記庇部は，燃焼室への突出部とはならないから，上記スワールの流れを全く阻害しない。

本発明の第２の特徴によれば，前記庇部は，主吸気弁座部材との一体成形が可能であり，製作が容易である。

本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。

図１は本発明の成層燃焼式内燃機関の，主吸気弁の開き状態で示す平面図，図２は図１の２−２線断面図，図３は副吸気弁の開き状態を示す，図１との対応図，図４は図３の４−４線断面図，図５は図１の５−５線断面図，図６は主及び副吸気弁，並びに排気弁の開閉特性線図である。

先ず，図１，図２及び図５において，内燃機関の機関本体１は，シリンダボア２ａを有するシリンダブロック２と，このシリンダブロック２の上端面にガスケット３を介して接合されるシリンダヘッド４とより構成され，シリンダボア２ａを昇降するピストン５とシリンダヘッド４との対向面間に燃焼室６が画成される。

シリンダヘッド４には，燃焼室６の天井面に埋設されるようにそれぞれ環状の主吸気弁座部材７，副吸気弁座部材８及び排気弁座部材９が取り付けられ，また点火プラグ１０がその電極を燃焼室６に臨ませて螺着される。主吸気弁座部材７は，排気弁座部材９よりも大径であり，副吸気弁座部材８は，排気弁座部材９よりも小径である。

主吸気弁座部材７は，燃焼室６の最外周部に配置され，副吸気弁座部材８は，主吸気弁座部材７の一側に隣接し且つ主吸気弁座部材７より燃焼室６の中心寄りに配置され，排気弁座部材９は，主吸気弁座部材７と反対側の副吸気弁座部材８の一側に隣接して配置され，点火プラグ１０の電極は，主吸気弁座部材７及び排気弁座部材９間で燃焼室６の中心に極力近接して配置される。

またシリンダヘッド４には，主吸気弁座部材７に連なる主吸気ポート１１，副吸気弁座部材８に連なる副吸気ポート１２及び排気弁座部材９に連なる排気ポート１３が設けられ，副吸気ポート１２及び排気ポート１３は互いに隣接配置される。而して，主吸気弁座部材７は，主吸気ポート１１の燃焼室６に開口する出口に当たり，副吸気弁座部材８は，副吸気ポート１２の燃焼室６に開口する出口に当たる。主吸気ポート１１には，空燃比が理論空燃比より大なる混合気，即ち希薄混合気を供給する希薄混合気供給装置１４が接続され，また副吸気ポート１２には，空燃比が理論空燃比より小なる混合気，即ち濃厚混合気を供給する濃厚混合気供給装置１５が接続される。

燃焼室６の天井面には，副吸気ポート１２の出口８と点火プラグ１０の電極間を連通する凹溝２２（図５参照）が設けられる。

またシリンダヘッド４には，主吸気弁座部材７，副吸気弁座部材８及び排気弁座部材９にそれぞれ離座したり着座することで，主吸気ポート１１，副吸気ポート１２及び排気ポート１３を開閉する主吸気弁１８，副吸気弁１９及び排気弁２０と，これら主吸気弁１８，副吸気弁１９及び排気弁２０を個別に開閉駆動する動弁機構２１とが設けられる。

ピストン５の，燃焼室６に臨む頂面には，燃焼室６を環状の外周部領域２３と，この外周部領域２３に囲繞される中心部領域２４とに区画する環状凸壁１６が一体に形成されると共に，この環状凸壁１６内は，外周部領域２３より深いキャビティ１７に形成される。而して，主吸気弁座部材７は，その大半が外周部領域２３に配置され，また副吸気弁座部材８は，その全体が中心部領域２４に配置される。

しかも主吸気ポート１１は，燃焼室６の半径方向外側から旋回しつゝ主吸気弁座部材７に到達するようにヘリカル状に形成され，この主吸気ポート１１から燃焼室６に供給する濃厚混合気に外周部領域２３で一定方向の第１スワールＳ１（図１及び図２参照）を与えるようになっている。また主吸気弁座部材７の内周面には，主吸気弁１８の傘部１８ａの中心部領域２４側に食み出した部分を主吸気ポート１１内で覆ってその弁杆部１８ｂに近接する円弧状の庇部２７が一体に形成される。

一方，副吸気ポート１２は，前記第１スワールＳ１の方向に向かうべく中心部領域２４の接線方向を指向するように形成される。これにより，副吸気ポート１２から燃焼室６に供給する濃厚混合気に，中心部領域２４で第１スワールＳ１と同方向の第２スワールＳ２（図３及び図４参照）を与えるようになっている。

前記動弁機構２１は，図６に示すような特性で主吸気弁１８，副吸気弁１９及び排気弁２０を開閉する。特に，主吸気弁１８は，吸気行程の略開始時期に開き始め，吸気行程の略終了時期に閉じるように動弁機構２１により制御されるのに対して，副吸気弁１９は，吸気行程の後半で開き始め，主吸気弁１８が閉じた後，圧縮行程の前半で閉じるように動弁機構２１により制御される。このように，主吸気弁１８の閉じを早め，副吸気弁１９の閉じを遅らせることは，圧縮行程の前半にシリンダボア２ａ内に残存する負圧により濃厚混合気をシリンダボア２ａに引き込むためである。

また副吸気弁１９の開弁リフト量は，主吸気弁１８のそれをより充分に小さく，図示例では，その略１／２に設定され，これによりシリンダボア２ａに引き込ませる濃厚混合気の量を希薄混合気の量より充分に少なく調整される。

次に，この実施例の作用について，図６を参照しながら説明する。

機関の吸気行程が始まると，図１及び図２に示すように，先ず主吸気弁１８が開くので，希薄混合気が主吸気ポート１１から燃焼室６に導入される。このとき，希薄混合気は，ヘリカル形状の主吸気ポート１１により誘導されて燃焼室６の外周部領域で一定方向の第１スワールＳ１を発生する。特に，希薄混合気が主吸気ポート１１の出口７を出るとき，その希薄混合気は，主吸気弁１８の傘部１８ａの中心部領域２４側に食み出した部分を主吸気ポート１１内で覆う円弧状の庇部２７によって，中心部領域２４側へ流れるのを確実に阻止されるので，希薄混合気がその全体で外周部領域２３における第１スワールＳ１を発生することになり，希薄混合気の中心部領域２４への無用な飛散を防ぐことができる。しかも上記庇部２７は，燃焼室６への突出部とはならないから，第１スワールＳ１の流れを全く阻害しない。

また上記庇部２７は，燃焼室６の天井面に埋設されて上記出口７を構成する環状の主吸気弁座部材７に一体に形成されるので，主吸気弁座部材７との一体成形が可能であり，製作が容易である。

副吸気弁１９は，吸気行程の後半に開き始め，この副吸気弁１９の開きは，吸気行程の終了時期に主吸気弁１８が閉じ終わっても継続し，圧縮行程の前半で閉じる。これによって濃厚混合気が，図３及び図４に示すように，副吸気ポート１２から燃焼室６の中心部領域２４に供給される。副吸気ポート１２は，前述のように，第１スワールＳ１の方向に向かうべく中心部領域２４の接線方向を指向するように形成されるので，中心部領域２４では濃厚混合気が第１スワールＳ１と同方向の第２スワールＳ２を発生させることになる。このように，濃厚混合気の第２スワールＳ２は，希薄混合気の第１スワールＳ１よりも遅く発生することで，希薄混合気と濃厚混合気との混合を極力回避することができる。

しかも，燃焼室６においては，外周部領域２３と，これに囲繞される中心部領域２４とが，ピストン５の環状凸壁１６により区画されると共に，中心部領域２４内は，外周部領域２３よりも深いキャビティ１７に形成されているので，環状凸壁１６により希薄混合気及び濃厚混合気の混合を防ぎ，キャビティ１７により濃厚混合気を保持する。また希薄混合気の第１スワールＳ１と濃厚混合気の第２スワールＳ２とが同一方向を取ることも，スワール相互の干渉を防ぎ，両混合気の混合を回避する上で有効である。

こうして，中心部領域２４の濃厚混合気は，外周部領域２３の希薄混合気により希薄化されることなく，圧縮行程の終わりを迎えるので，点火プラグ１０の点火時には，的確に着火することができ，その結果，発生する火炎により希薄混合気を確実に燃焼させ，安定した成層燃焼を行うことができ，低燃費性の向上を図ることができる。

しかも，燃焼室６の天井面に設けられた，点火プラグ１０の電極と副吸気ポート１２の出口８との間を連通する凹溝２２は，深いキャビティ１７と協働して，厚みのあるコンパクトな濃厚混合気の貯留部を構成することになり，濃厚混合気の外周部領域２３への拡散防止に貢献する。特に，凹溝２２は，キャビティ１７と異なり不動であるので，濃厚混合気の保持性が良好で，濃厚混合気の着火性を高めることができる。

また副吸気ポート１２は，排気ポート１３に隣接配置されるので，副吸気ポート１２を通る濃厚混合気は，排気熱による加熱により，気化が促進され，その着火性を更に高めることができる。

尚，本発明は前記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

本発明の成層燃焼式内燃機関の，主吸気弁の開き状態で示す平面図。 図１の２−２線断面図。 副吸気弁の開き状態を示す，図１との対応図。 図３の４−４線断面図。 図１の５−５線断面図。 主及び副吸気弁，並びに排気弁の開閉特性線図。

符号の説明

４・・・・・シリンダヘッド
５・・・・・ピストン
６・・・・・燃焼室
７・・・・・主吸気ポート出口（主吸気弁座部材）
８・・・・・副吸気ポート出口（副吸気弁座部材）
１０・・・・点火プラグ
１１・・・・主吸気ポート
１２・・・・副吸気ポート
１８・・・・主吸気弁
１８ａ・・・同傘部
１９・・・・副吸気弁
２３・・・・外周部領域
２４・・・・中心部領域
２７・・・・庇部
Ｓ１・・・・希薄混合気によるスワール

Claims (2)

1. シリンダヘッド（２）とピストン（５）との間に画成される燃焼室（６）内の外周部領域（２３）に希薄混合気を，それに一定方向のスワール（Ｓ１）を付与するように供給する主吸気ポート（１１）と，同燃焼室（６）の，点火プラグ（１０）の電極が臨む中心部領域（２４）に濃厚混合気を供給する副吸気ポート（１２）と，これら主吸気ポート（１１）及び副吸気ポート（１２）の，燃焼室（６）に開口する各出口（７，８）を開閉する主吸気弁（１８）及び副吸気弁（１９）をシリンダヘッド（４）に設けた成層燃焼式内燃機関において，
   主吸気ポート（１１）の出口（７）の内周面に，主吸気弁（１８）の傘部（１８ａ）の，中心部領域（２４）寄りの部分を主吸気ポート（１１）内で覆う庇部（２７）を突設したことを特徴とする，成層燃焼式内燃機関。
2. 請求項１記載の成層燃焼式内燃機関において，
   主吸気ポート（１１）の出口を，燃焼室（６）の天井面に埋設されて主吸気弁（１８）が着座する環状の主吸気弁座部材（７）で構成すると共に，この主吸気弁座部材（７）に前記庇部（２７）を一体に形成したことを特徴とする，成層燃焼式内燃機関。
   

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