JP2017115846A - 耐ノッキング性を向上させたエンジン - Google Patents
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Abstract
【課題】排気弁に面した混合気部分の燃焼がノッキングを発生させ難い４サイクルエンジンの燃焼室を提供する。【解決手段】一つの燃焼室３に、３個の排気弁と３個の吸気弁が設置される。３個の吸気弁の第２底面の中心を結ぶ正立した第２三角形７の内側に、３個の排気弁の第１底面の中心を結ぶ一つの頂点が下向きの逆立ちした第１三角形８の大部分が位置する。第１突出部分と第１底面の間に第１空間が形成される。上死点時の第１空間の間隔が第１底面の直径の３０％未満に設定される。シリンダー１の内周の一部と排気弁の第１底面の間にスキッシュエリア空間６が形成される。シリンダー１の中心軸と第２三角形の角を通る半径の内のスキッシュエリア空間６を通る部分の距離が、第１底面の直径の４０％よりも長く設定される。燃焼行程中のピストンの下降による温度低下作用によって、スキッシュエリア空間に移動された混合気部分の温度上昇が制限され、耐ノッキング性が向上する。【選択図】図１
Description
本発明は、火花点火式４サイクルエンジンの耐ノッキング性の向上に関する。
火花点火式４サイクルエンジンの燃焼室の多くは、二つの排気弁と二つの吸気弁を持つ。これ以後、二つの排気弁と二つの吸気弁を持つ燃焼室を４弁式燃焼室と言う。特許文献１のエンジンも、前記の４弁式燃焼室です。
前記の４弁式燃焼室は、シリンダーの内周に隣接して排気弁が２個設置される。排気弁は、負荷の増加に応じて高熱化する。排気弁に接して高熱化した混合気は、燃焼速度が増加する。この為、過負荷時に、高熱化した排気弁に接した多量の混合気部分が急速に燃焼する事により、ノッキングを誘発させる危険性を持っていた。この為、前記４弁式燃焼室の圧縮比と耐ノッキング性は、制限されていた。
特許文献１の図１１を図５として示す。図５には、スキッシュ流ＳＦとスキッシュエリア２Ｃが描かれている。
特許文献１のスキッシュエリアから流失するスキッシュ流は、一方向に流れる。スキッシュ流が強すぎる場合に、特許文献１のスキッシュ流は、点火プラグの火炎核を吹き消す危険を持つ。この為、特許文献１のスキッシュエリアのシリンダー中心軸の方向の間隔を狭くできない。すると、スキッシュエリア内の混合気量が少なくできない。
この為に、前記４弁式燃焼室と同様に、特許文献１燃焼室の圧縮比と耐ノッキング性は、制限されていた。
特許文献１の排気弁の底面の全面に面してスキッシュエリアが形成される場合には、スキッシュ流が点火プラグの火炎核を吹き消す危険を持つ。
前記の４弁式燃焼室は、シリンダーの内周に隣接して排気弁が２個設置される。排気弁は、負荷の増加に応じて高熱化する。排気弁に接して高熱化した混合気は、燃焼速度が増加する。この為、過負荷時に、高熱化した排気弁に接した多量の混合気部分が急速に燃焼する事により、ノッキングを誘発させる危険性を持っていた。この為、前記４弁式燃焼室の圧縮比と耐ノッキング性は、制限されていた。
特許文献１の図１１を図５として示す。図５には、スキッシュ流ＳＦとスキッシュエリア２Ｃが描かれている。
特許文献１のスキッシュエリアから流失するスキッシュ流は、一方向に流れる。スキッシュ流が強すぎる場合に、特許文献１のスキッシュ流は、点火プラグの火炎核を吹き消す危険を持つ。この為、特許文献１のスキッシュエリアのシリンダー中心軸の方向の間隔を狭くできない。すると、スキッシュエリア内の混合気量が少なくできない。
この為に、前記４弁式燃焼室と同様に、特許文献１燃焼室の圧縮比と耐ノッキング性は、制限されていた。
特許文献１の排気弁の底面の全面に面してスキッシュエリアが形成される場合には、スキッシュ流が点火プラグの火炎核を吹き消す危険を持つ。
以下の長文の資料であるTales of Cams, Vales, & Combustion chambers http://www.italian.sakura.ne.jp/bad_toys/engine/engine01.htmlの終わりの部分に、Ｍａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンの燃焼室とＨＯＮＤＡのＮＲの８バルブエンジンの燃焼室が紹介されている。
図６に示すＭａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンと特許文献３のＦＥＲＲＡＲＩのエンジンの燃焼室は、連なって設置される３個の排気弁を持ち、３個の排気弁がシリンダーの内周に隣接して設置される。
ＨＯＮＤＡのＮＲの８バルブエンジンは、連なって設置される４個の排気弁を持ち、楕円形のピストンと楕円形のシリンダーを持ち、４個の排気弁がシリンダーの内周に隣接して設置される。
図６に示すＭａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンと特許文献３のＦＥＲＲＡＲＩのエンジンの燃焼室は、連なって設置される３個の排気弁を持ち、３個の排気弁がシリンダーの内周に隣接して設置される。
ＨＯＮＤＡのＮＲの８バルブエンジンは、連なって設置される４個の排気弁を持ち、楕円形のピストンと楕円形のシリンダーを持ち、４個の排気弁がシリンダーの内周に隣接して設置される。
図７に示す特許文献２のエンジンは、符号６に示す３個の排気弁を持つが、２個の排気弁がシリンダーの内周に隣接して設置される。従って、シリンダーの内周に隣接して設置される２個の排気弁とシリンダーの内周の間に、スキッシュエリアが設置されない。また、特許文献２には、耐ノッキング性の向上に関する記載が存在しない。
特開平６−０８１６５１ 筒内噴射型内燃機関
特開平７−１２７４５８ ＪＰＡ−１９９５１２７４５８ ４サイクルエンジン 川崎重工業株式会社
特開平６−０５０１１１ ＪＰＡ−１９９４０５０１１１ シリンダに多数のバルブを具備した特に内燃機関用タイミング機構 ＦＥＲＲＡＲＩ ＳＯＣＩＥＴＡ ＰＥＲ ＡＺＩＯＮＩ
本発明の課題は、排気弁に面した混合気部分の燃焼がノッキングを発生させ難い４サイクルエンジンの燃焼室を提供する。
本出願のエンジンは、耐ノッキング性を向上させた火花点火ピストン式４サイクルエンジンです。本出願のエンジンの一つの燃焼室は、以下の特徴を持つ。
シリンダーの中心軸付近に、点火プラグが設置される。
吸気弁の底面である第２底面が、前記シリンダーの内周の一部の近くに設置される。３個の前記第２底面の３個の中心を結ぶ直線によって、第２三角形が形成される。
排気弁の底面である第１底面の３個の中心を結ぶ直線によって、第１三角形が形成される。前記第１三角形の中に、前記点火プラグが位置する。
前記第２三角形が正立した場合に、前記第２三角形の中に倒立した前記第１三角形の大部分が位置する。
前記第１底面に対面する第１突出部分が、上死点時のビストンの上面に形成される。
上死点時の前記第１突出部分と前記第１底面の間に、第１空間が形成される。
上死点時の前記第１空間の前記シリンダーの前記中心軸の方向の間隔が、前記第１底面の直径の３０％未満に設定される。
前記シリンダーの前記内周の他の一部と前記第１空間の間に、スキッシュエリア空間が形成される。前記第１空間は、前記シリンダーの前記内周から離れて位置する。
前記点火プラグの中心電極から前記第２三角形の角を経由して前記第２底面の外周に到達する第２直線よりも、前記中心電極から前記第１三角形の角を経由して前記第１底面の外周に到達する第１直線が短く設定される。
第３直線は、前記中心電極から前記第１三角形の角を経由した後に前記スキッシュエリア空間を経由して前記内周に達する直線です。
前記第３直線上の前記スキッシュエリア空間を通る直線部分の長さは、前記スキッシュエリア空間に隣接する前記第１底面の前記直径の４０％よりも長く設定される。
シリンダーの中心軸付近に、点火プラグが設置される。
吸気弁の底面である第２底面が、前記シリンダーの内周の一部の近くに設置される。３個の前記第２底面の３個の中心を結ぶ直線によって、第２三角形が形成される。
排気弁の底面である第１底面の３個の中心を結ぶ直線によって、第１三角形が形成される。前記第１三角形の中に、前記点火プラグが位置する。
前記第２三角形が正立した場合に、前記第２三角形の中に倒立した前記第１三角形の大部分が位置する。
前記第１底面に対面する第１突出部分が、上死点時のビストンの上面に形成される。
上死点時の前記第１突出部分と前記第１底面の間に、第１空間が形成される。
上死点時の前記第１空間の前記シリンダーの前記中心軸の方向の間隔が、前記第１底面の直径の３０％未満に設定される。
前記シリンダーの前記内周の他の一部と前記第１空間の間に、スキッシュエリア空間が形成される。前記第１空間は、前記シリンダーの前記内周から離れて位置する。
前記点火プラグの中心電極から前記第２三角形の角を経由して前記第２底面の外周に到達する第２直線よりも、前記中心電極から前記第１三角形の角を経由して前記第１底面の外周に到達する第１直線が短く設定される。
第３直線は、前記中心電極から前記第１三角形の角を経由した後に前記スキッシュエリア空間を経由して前記内周に達する直線です。
前記第３直線上の前記スキッシュエリア空間を通る直線部分の長さは、前記スキッシュエリア空間に隣接する前記第１底面の前記直径の４０％よりも長く設定される。
以下の第１から第５までの作用によって、耐ノッキング性が向上する。
第１の作用が説明される。
本願のスキッシュエリア空間は、第１空間とシリンダーの内周の間に位置する。第１空間は、点火ブラグとスキッシュエリア空間の間に位置する。
上死点時の第１空間の間隔が、第１底面の直径の３０％未満に設定される。第１空間の間隔が狭い程、第１底面に面した混合気の多くがスキッシュエリア空間に移動する。
この為、火炎が点火ブラグから第１空間に向かって伝播する時、既燃焼ガスの
膨張によって、第１空間内の混合気の一部分は、スキッシュエリア空間に移動され、スキッシュエリア空間で圧縮される。
スキッシュエリア空間に移動された混合気部分は、排気弁よりも低温度の壁面に触れて冷却される。
また、燃焼行程中のビストンの下降量は、スキッシュエリア空間のシリンダー中心軸方向の上死点時の間隔に近い値です。この為、燃焼行程中のビストンの下降によって、スキッシュエリア空間は、容積が急激に増加する。
第３直線上のスキッシュエリア空間を通る直線部分の距離は、スキッシュエリア空間に隣接する第１底面の直径の４０％よりも長く設定される。この為、スキッシュエリア空間は、火炎の伝播方向の排気弁の第１底面よりも下流側に広く形成されている。
それらの結果、スキッシュエリア空間の容積の増加による大きな温度低下作用によって、第１空間を経てスキッシュエリア空間に移動された混合気部分の圧縮による温度上昇が制限される。
また、スキッシュエリア空間内の容積は小さい。
従って、スキッシュエリア空間内の混合気の燃焼によって、燃焼行程の後期に圧力の急激な上昇が発生し難い。
第１の作用が説明される。
本願のスキッシュエリア空間は、第１空間とシリンダーの内周の間に位置する。第１空間は、点火ブラグとスキッシュエリア空間の間に位置する。
上死点時の第１空間の間隔が、第１底面の直径の３０％未満に設定される。第１空間の間隔が狭い程、第１底面に面した混合気の多くがスキッシュエリア空間に移動する。
この為、火炎が点火ブラグから第１空間に向かって伝播する時、既燃焼ガスの
膨張によって、第１空間内の混合気の一部分は、スキッシュエリア空間に移動され、スキッシュエリア空間で圧縮される。
スキッシュエリア空間に移動された混合気部分は、排気弁よりも低温度の壁面に触れて冷却される。
また、燃焼行程中のビストンの下降量は、スキッシュエリア空間のシリンダー中心軸方向の上死点時の間隔に近い値です。この為、燃焼行程中のビストンの下降によって、スキッシュエリア空間は、容積が急激に増加する。
第３直線上のスキッシュエリア空間を通る直線部分の距離は、スキッシュエリア空間に隣接する第１底面の直径の４０％よりも長く設定される。この為、スキッシュエリア空間は、火炎の伝播方向の排気弁の第１底面よりも下流側に広く形成されている。
それらの結果、スキッシュエリア空間の容積の増加による大きな温度低下作用によって、第１空間を経てスキッシュエリア空間に移動された混合気部分の圧縮による温度上昇が制限される。
また、スキッシュエリア空間内の容積は小さい。
従って、スキッシュエリア空間内の混合気の燃焼によって、燃焼行程の後期に圧力の急激な上昇が発生し難い。
第２の作用が説明される。
第１空間と排気弁の第１底面は、スキッシュエリア空間よりも点火ブラグの近くに位置し、シリンダーの内周から離れて位置し、シリンダーの内周に隣接しない。
この為、第１空間内の混合気は、燃焼行程の前期から中期までに燃焼する。この期間の燃焼圧力値は、燃焼行程の後期の燃焼圧力値よりも低い。
この為、排気弁の底面に面した混合気の燃焼中に、燃焼圧力の急激な上昇は発生しない。
第１空間と排気弁の第１底面は、スキッシュエリア空間よりも点火ブラグの近くに位置し、シリンダーの内周から離れて位置し、シリンダーの内周に隣接しない。
この為、第１空間内の混合気は、燃焼行程の前期から中期までに燃焼する。この期間の燃焼圧力値は、燃焼行程の後期の燃焼圧力値よりも低い。
この為、排気弁の底面に面した混合気の燃焼中に、燃焼圧力の急激な上昇は発生しない。
第３の作用が説明される。
圧縮行程の終期にスキッシュエリア空間から流失するスキッシュ流の多くが、排気弁の底面に面して高熱化した混合気部分を点火ブラグ方向に移動させる。
スキッシュエリア空間の混合気の温度は、排気弁の底面に面して混合気部分の温度よりも低い。
すると、排気弁の底面に面した燃焼開始時の混合気の温度を低下させる。すると、燃焼圧力値の急激な上昇が制限され、耐ノッキング性が向上する。
圧縮行程の終期にスキッシュエリア空間から流失するスキッシュ流の多くが、排気弁の底面に面して高熱化した混合気部分を点火ブラグ方向に移動させる。
スキッシュエリア空間の混合気の温度は、排気弁の底面に面して混合気部分の温度よりも低い。
すると、排気弁の底面に面した燃焼開始時の混合気の温度を低下させる。すると、燃焼圧力値の急激な上昇が制限され、耐ノッキング性が向上する。
第４の作用が説明される。
排気行程の終期にスキッシュエリア空間から流失するスキッシュ流の一部が、排気弁に向かう。排気上死点時に排気弁が少し開いている。
すると、スキッシュエリア空間の既燃焼ガスの一部が、少し開いている排気弁の開口部を経て排気ポートに流失する。すると、燃焼室に残留する高温の既燃焼ガスが減少する。
すると、点火時の混合気温度の上昇が緩和され、耐ノッキング性が向上する。
第４の作用は、新しい吸気の流入による掃気とは別の作用です。
排気行程の終期にスキッシュエリア空間から流失するスキッシュ流の一部が、排気弁に向かう。排気上死点時に排気弁が少し開いている。
すると、スキッシュエリア空間の既燃焼ガスの一部が、少し開いている排気弁の開口部を経て排気ポートに流失する。すると、燃焼室に残留する高温の既燃焼ガスが減少する。
すると、点火時の混合気温度の上昇が緩和され、耐ノッキング性が向上する。
第４の作用は、新しい吸気の流入による掃気とは別の作用です。
本願に対して、特許文献１とＭａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンと特許文献３の排気弁はシリンダーの内周に隣接して設置される。
Ｍａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンと特許文献３は、本願と同様な広いスキッシュエリア空間と本願と同様な第１空間を持たない。
従って、特許文献１とＭａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンと特許文献３は、前記の第１から第４までの作用を行えない。
Ｍａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンと特許文献３は、３個の排気弁が連なって設置される。この為、本願の様な火炎の伝播方向の排気弁の底面よりも下流側に広いスキッシュエリア空間を作ると、連なって設置される３個の排気弁の直径が小さくなり過ぎて、排気抵抗が増し、本願よりもトルクが低下する。
特許文献２の６バルブエンジンでは、２個の排気弁がシリンダーの内周に隣接している。従って、特許文献２のシリンダーの内周に隣接している２個の排気弁とシリンダーの内周の間に、本願と同様な広いスキッシュエリア空間が存在しない。特許文献２は、第１の作用を行えない。
また、特許文献２の３個の排気弁の直径は、本願のエンジンとＭａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンよりも小さくなり、排気抵抗が増し、本願よりもトルクが低下する。
Ｍａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンと特許文献３は、本願と同様な広いスキッシュエリア空間と本願と同様な第１空間を持たない。
従って、特許文献１とＭａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンと特許文献３は、前記の第１から第４までの作用を行えない。
Ｍａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンと特許文献３は、３個の排気弁が連なって設置される。この為、本願の様な火炎の伝播方向の排気弁の底面よりも下流側に広いスキッシュエリア空間を作ると、連なって設置される３個の排気弁の直径が小さくなり過ぎて、排気抵抗が増し、本願よりもトルクが低下する。
特許文献２の６バルブエンジンでは、２個の排気弁がシリンダーの内周に隣接している。従って、特許文献２のシリンダーの内周に隣接している２個の排気弁とシリンダーの内周の間に、本願と同様な広いスキッシュエリア空間が存在しない。特許文献２は、第１の作用を行えない。
また、特許文献２の３個の排気弁の直径は、本願のエンジンとＭａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンよりも小さくなり、排気抵抗が増し、本願よりもトルクが低下する。
前記の４弁式燃焼室の排気弁の底面の外周とシリンダー内周の間の大変に小さなスペースにスキッシュエリアを形成する例では、本願と同様な広いスキッシュエリア空間を形成する為には、排気弁の底面が非常に小さくしなければならず、排気抵抗が増し、本願よりもトルクが低下する。排気弁の底面の面積を変えない場合は、小さなスキッシュエリアの前記第３直線方向の距離の最大値は、排気弁の底面の直径の２５％前後です。
この為、この例では、スキッシュエリアの半径方向の長さが排気弁の底面の直径の４０％よりも長く設定できず、本願と同様な広いスキッシュエリア空間を持てず、第１の作用を行えない。
２個の排気弁とシリンダー内周に囲まれてスキッシュエリアを設置する従来例がある。この例の場合のスキッシュエリアは、第３直線上に位置しない。この為に、スキッシュエリア空間をシリンダー内周方向に拡大できず、スキッシュエリア空間の面積が制限され、本願と同様な広いスキッシュエリア空間を持てず、第１の作用を行えない。
この為、この例では、スキッシュエリアの半径方向の長さが排気弁の底面の直径の４０％よりも長く設定できず、本願と同様な広いスキッシュエリア空間を持てず、第１の作用を行えない。
２個の排気弁とシリンダー内周に囲まれてスキッシュエリアを設置する従来例がある。この例の場合のスキッシュエリアは、第３直線上に位置しない。この為に、スキッシュエリア空間をシリンダー内周方向に拡大できず、スキッシュエリア空間の面積が制限され、本願と同様な広いスキッシュエリア空間を持てず、第１の作用を行えない。
第５の作用が説明される。
３個のスキッシュエリア空間から流失する３本のスキッシュ流は、点火ブラグの付近で衝突して、弱まる。
この為、スキッシュエリア空間から流失するスキッシュ流によって、放電部付近の火炎核を吹き消す危険を減少させる。
３個のスキッシュエリア空間から流失する３本のスキッシュ流は、点火ブラグの付近で衝突して、弱まる。
この為、スキッシュエリア空間から流失するスキッシュ流によって、放電部付近の火炎核を吹き消す危険を減少させる。
第５の作用に対して、特許文献１の燃焼室では、２個の隣接する排気弁の底面に面して形成されたスキッシュエリアから点火プラグに向かって流れる第１スキッシュ流が一方向に限定され、点火プラグ付近で２本のスキッシュ流が衝突しない。従って、特許文献１の第１スキッシュ流は、点火プラグの中心電極付近で発生した火炎核を吹き消す作用を持つ。従って、特許文献１は、第５の作用を行えない。
特許文献１の燃焼室では、スキッシュエリアのシリンダー中心軸の方向の間隔を狭く設定できない。これにより、特許文献１は、第１スキッシュ流を弱くして、火炎核を吹き消す作用を弱めている。
特許文献１の燃焼室では、スキッシュエリアのシリンダー中心軸の方向の間隔を狭く設定できない。これにより、特許文献１は、第１スキッシュ流を弱くして、火炎核を吹き消す作用を弱めている。
また、連接して設置される２個の排気弁の底面の全部にスキッシュエリアを形成する例では、点火プラグの火炎核を吹き消す危険を持つ強いスキッシュ流が発生する為に、本出願の第５の作用に記載した火炎核を吹き消す問題を解決する手段を持たない場合は、火炎核が吹き消され、運転ができない。従って、第５の作用を行えない。
本発明による効果が説明される。
耐ノッキング性が向上する事によって、本発明は、高圧縮比化が可能になり、前記の４弁式燃焼室よりも熱効率の向上が得られる。
また、本発明は、圧縮比を下げる事なく、過給によって、自然吸気式の４弁式燃焼室よりも混合気量とトルクを増加できる。従って、ダウンサイジングが可能になる。
耐ノッキング性が向上する事によって、本発明は、高圧縮比化が可能になり、前記の４弁式燃焼室よりも熱効率の向上が得られる。
また、本発明は、圧縮比を下げる事なく、過給によって、自然吸気式の４弁式燃焼室よりも混合気量とトルクを増加できる。従って、ダウンサイジングが可能になる。
第１実施例を説明する。
点火プラグ４とシリンダー１の内周の間に、図３の第１空間２２とスキッシュエリア空間６が形成され、図１の点の集まりで示すスキッシュエリア空間６はシリンダー１の内周の一部に隣接する。スキッシュエリア空間６は、第１空間２２に隣接する。第１空間２２は、シリンダー１の内周から離れて位置する。
図２の第３直線１７上の図１の点の集まりで示すスキッシュエリア空間６を通る直線部分の距離が、スキッシュエリア空間６に隣接する排気弁の第１底面の直径の４０％よりも長く設定される。
上記の構成要素が、第１実施例の第１の特徴です。
図２の三点鎖線で示す第３直線１７は、シリンダー１の中心軸から排気弁１０の第１底面の中心を経由してシリンダー１の内周に達する直線です。
従来例であるＭａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンと特許文献３と同様に３個の排気弁を連なって設置するならば、３個の排気弁の底面の面積が大変に小さくなってしまう。これに対して、第１実施例では、上記の第１の特徴に加えて、以下の要求を満たす。その要求は、３個の排気弁の底面の面積を前記の４弁式燃焼室の２個の排気弁の底面の面積とほぼ等しくする。
前記の第１の特徴と上記の要求を同時に満たす為に、第１実施例は３個の吸気弁と３個の排気弁との以下の特徴的な位置関係を持つ。
この特徴的な位置関係が、第２の特徴です。
吸気弁と排気弁の数は、各３個です。
点火プラグ４とシリンダー１の内周の間に、図３の第１空間２２とスキッシュエリア空間６が形成され、図１の点の集まりで示すスキッシュエリア空間６はシリンダー１の内周の一部に隣接する。スキッシュエリア空間６は、第１空間２２に隣接する。第１空間２２は、シリンダー１の内周から離れて位置する。
図２の第３直線１７上の図１の点の集まりで示すスキッシュエリア空間６を通る直線部分の距離が、スキッシュエリア空間６に隣接する排気弁の第１底面の直径の４０％よりも長く設定される。
上記の構成要素が、第１実施例の第１の特徴です。
図２の三点鎖線で示す第３直線１７は、シリンダー１の中心軸から排気弁１０の第１底面の中心を経由してシリンダー１の内周に達する直線です。
従来例であるＭａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンと特許文献３と同様に３個の排気弁を連なって設置するならば、３個の排気弁の底面の面積が大変に小さくなってしまう。これに対して、第１実施例では、上記の第１の特徴に加えて、以下の要求を満たす。その要求は、３個の排気弁の底面の面積を前記の４弁式燃焼室の２個の排気弁の底面の面積とほぼ等しくする。
前記の第１の特徴と上記の要求を同時に満たす為に、第１実施例は３個の吸気弁と３個の排気弁との以下の特徴的な位置関係を持つ。
この特徴的な位置関係が、第２の特徴です。
吸気弁と排気弁の数は、各３個です。
一つの燃焼室３に、３個の吸気弁１２と１３と１４と３個の排気弁９と１０と１１が設置される
第１吸気弁１２と第２吸気弁１３と第３吸気弁１４の底面である第２底面が、シリンダー１の内周の一部に隣接して、燃焼室３の固定壁面の周辺部に設置される。
３個の吸気弁１２と１３と１４の３個の第２底面の３個の中心を結ぶ一点鎖線によって、仮想的な第２三角形７が形成される。
第１排気弁９と第２排気弁１０と第３排気弁１１の底面である第１底面が、燃焼室３の固定壁面に設置される。第１底面は、シリンダー１の内周から離れて位置し、シリンダー１の内周に隣接しない。
３個の排気弁９と１０と１１の３個の第１底面の３個の中心を結ぶ二点鎖線によって、仮想的な第１三角形８が形成される。
第１三角形８の中に、点火プラグ４が位置する。
図２に示す様に、点火プラグ４の中心電極から吸気弁の第２底面の中心を経由して前記第２底面の外周に到達する第２直線１９の長さよりも、中心電極から排気弁の第１底面の中心を経由して第１底面の外周に到達する第１直線１８の長さが短く設定される。吸気弁の第２底面の中心は、第２三角形の角に等しい。排気弁の第１底面の中心は、第１三角形の角に等しい。
すると、図１に示す様に、第１三角形８よりも第２三角形７は大きく設定される。
第１排気弁９と第２排気弁１０と第３排気弁１１の排気ポートは、シリンダー１の内周の内側の範囲では放射状に形成される。
第２吸気弁１３と第３吸気弁１４の吸気ポートは図２の下方に伸び、吸気弁１２の吸気ポートは図２の上方に伸びる。
第１吸気弁１２と第２吸気弁１３と第３吸気弁１４の底面である第２底面が、シリンダー１の内周の一部に隣接して、燃焼室３の固定壁面の周辺部に設置される。
３個の吸気弁１２と１３と１４の３個の第２底面の３個の中心を結ぶ一点鎖線によって、仮想的な第２三角形７が形成される。
第１排気弁９と第２排気弁１０と第３排気弁１１の底面である第１底面が、燃焼室３の固定壁面に設置される。第１底面は、シリンダー１の内周から離れて位置し、シリンダー１の内周に隣接しない。
３個の排気弁９と１０と１１の３個の第１底面の３個の中心を結ぶ二点鎖線によって、仮想的な第１三角形８が形成される。
第１三角形８の中に、点火プラグ４が位置する。
図２に示す様に、点火プラグ４の中心電極から吸気弁の第２底面の中心を経由して前記第２底面の外周に到達する第２直線１９の長さよりも、中心電極から排気弁の第１底面の中心を経由して第１底面の外周に到達する第１直線１８の長さが短く設定される。吸気弁の第２底面の中心は、第２三角形の角に等しい。排気弁の第１底面の中心は、第１三角形の角に等しい。
すると、図１に示す様に、第１三角形８よりも第２三角形７は大きく設定される。
第１排気弁９と第２排気弁１０と第３排気弁１１の排気ポートは、シリンダー１の内周の内側の範囲では放射状に形成される。
第２吸気弁１３と第３吸気弁１４の吸気ポートは図２の下方に伸び、吸気弁１２の吸気ポートは図２の上方に伸びる。
第２三角形７と第１三角形８の相互の位置関係を説明する。
第２三角形７が正立した場合に、第２三角形７の中に倒立した第１三角形８の大部分が位置する。
第２三角形７が正立した場合に、第２三角形７の中に倒立した第１三角形８の大部分が位置する。
従来例であるＭａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンの様に３個の排気弁が連なって設置される場合は、スキッシュエリア空間６を通る直線部分の距離が４０％よりも長く設定できない。
排気弁と吸気弁の直径に関して、説明する。
本筆者は、前記の４弁式燃焼室のシリンダー１の直径が８６ｍｍの場合の排気弁の底面の直径と吸気弁の底面の直径を調べた。
多くの排気弁の底面の直径は、２７ｍｍから３０ｍｍまでに設定されていて、シリンダー１の直径の３１．４％から３４．９％までに設定されていていた。
多くの吸気弁の底面の直径は、３２ｍｍから３４ｍｍまでに設定されていた。
直径が３４ｍｍの２個の吸気弁の底面の周長の和は２１３．５ｍｍです。
これ以後、直径が３４ｍｍの２個の吸気弁の底面の周長の和を和２１３．５と呼ぶ。
シリンダー１の直径が８６ｍｍで第１排気弁９と第２排気弁１０と第３排気弁１１の底面の直径を１８ｍｍに設定する場合、第１排気弁９と第２排気弁１０と第３排気弁１１の底面の外周の和は、前記の４弁式燃焼室の２個の排気弁の底面の直径を２７ｍｍに設定する場合の底面の外周の和と等しくなる。すると、両者の開口面積は等しくなる。
前記の３個の吸気弁と３個の排気弁との特徴的な位置関係の設定を行う事に加えて３個の排気弁９と１０と１１の底面の直径を１８ｍｍに設定する場合、第１吸気弁１２と第２吸気弁１３と第３吸気弁１４の底面の直径を２０ｍｍに設定でき、前記の和２１３．５の約８８％になる。この場合、過給によって吸気量を補う事は、容易です。
本筆者は、前記の４弁式燃焼室のシリンダー１の直径が８６ｍｍの場合の排気弁の底面の直径と吸気弁の底面の直径を調べた。
多くの排気弁の底面の直径は、２７ｍｍから３０ｍｍまでに設定されていて、シリンダー１の直径の３１．４％から３４．９％までに設定されていていた。
多くの吸気弁の底面の直径は、３２ｍｍから３４ｍｍまでに設定されていた。
直径が３４ｍｍの２個の吸気弁の底面の周長の和は２１３．５ｍｍです。
これ以後、直径が３４ｍｍの２個の吸気弁の底面の周長の和を和２１３．５と呼ぶ。
シリンダー１の直径が８６ｍｍで第１排気弁９と第２排気弁１０と第３排気弁１１の底面の直径を１８ｍｍに設定する場合、第１排気弁９と第２排気弁１０と第３排気弁１１の底面の外周の和は、前記の４弁式燃焼室の２個の排気弁の底面の直径を２７ｍｍに設定する場合の底面の外周の和と等しくなる。すると、両者の開口面積は等しくなる。
前記の３個の吸気弁と３個の排気弁との特徴的な位置関係の設定を行う事に加えて３個の排気弁９と１０と１１の底面の直径を１８ｍｍに設定する場合、第１吸気弁１２と第２吸気弁１３と第３吸気弁１４の底面の直径を２０ｍｍに設定でき、前記の和２１３．５の約８８％になる。この場合、過給によって吸気量を補う事は、容易です。
第１空間２２に関して、更に説明する。
排気弁９と１０と１１の第１底面に上死点時に対面する第１突出部分２０が、ビストン２の上面の一部分に形成される。図３では、第２排気弁１０の断面に対面する第１突出部分２０の断面が見え、断面の後ろ側に点線で示す第３排気弁１１に対面する第１突出部分２０が見える。
上死点時付近の第１突出部分２０の上面と排気弁の第１底面の間に、第１空間２２が形成される。
そして、上死点時の第１空間２２のシリンダー中心軸方向の距離が、排気弁９と１０と１１の第１底面の直径の３０％未満に設定される。第１空間２２の間隔が狭い程、第１底面に面した混合気の多くがスキッシュエリア空間６に移動し、耐ノッキング性が向上する。
第１空間２２は、スキッシュエリア空間６よりも点火ブラグ４の近くに位置し、シリンダー１の内周に隣接しない。
排気弁９と１０と１１の第１底面に上死点時に対面する第１突出部分２０が、ビストン２の上面の一部分に形成される。図３では、第２排気弁１０の断面に対面する第１突出部分２０の断面が見え、断面の後ろ側に点線で示す第３排気弁１１に対面する第１突出部分２０が見える。
上死点時付近の第１突出部分２０の上面と排気弁の第１底面の間に、第１空間２２が形成される。
そして、上死点時の第１空間２２のシリンダー中心軸方向の距離が、排気弁９と１０と１１の第１底面の直径の３０％未満に設定される。第１空間２２の間隔が狭い程、第１底面に面した混合気の多くがスキッシュエリア空間６に移動し、耐ノッキング性が向上する。
第１空間２２は、スキッシュエリア空間６よりも点火ブラグ４の近くに位置し、シリンダー１の内周に隣接しない。
スキッシュエリア空間６に関して、更に説明する。
スキッシュエリア空間６のシリンダー中心軸方向の上死点時の間隔は、燃焼室壁面のカーボンが堆積した場合にピストン２の上面と排気弁の第１底面が衝突しない最小限に近い間隔であり、１ｍｍ前後の狭い間隔です。
吸気弁付近の混合気もスキッシュエリア空間６に流入する。従って、図１の点の集まりに示す様に、スキッシュエリア空間６を排気弁の底面の両側に位置する吸気弁の底面の外周付近まで拡張すると、効果が拡大する。
スキッシュエリア空間６を作る構成は、以下の２つの構成がある。
第一の構成では、スキッシュエリア空間６に接するシリンダーヘッド５の形とスキッシュエリア空間６に接するピストン上面の形が、シリンダーヘッドガスケットと同様な平面です。第一の構成の図は、省略する。
第二の構成では、スキッシュエリア空間６に接するシリンダーヘッド５の傾斜が排気弁の第１底面の傾斜と同じであり、スキッシュエリア空間６に接するピストン上面の形が凸型です。
第二の構成は、図３に示す。
第二の構成では、スキッシュエリア空間６に接する凸型のピストン上面が排気弁の開弁時に排気弁の開口部を覆わない。
スキッシュエリア空間６のシリンダー中心軸方向の上死点時の間隔は、燃焼室壁面のカーボンが堆積した場合にピストン２の上面と排気弁の第１底面が衝突しない最小限に近い間隔であり、１ｍｍ前後の狭い間隔です。
吸気弁付近の混合気もスキッシュエリア空間６に流入する。従って、図１の点の集まりに示す様に、スキッシュエリア空間６を排気弁の底面の両側に位置する吸気弁の底面の外周付近まで拡張すると、効果が拡大する。
スキッシュエリア空間６を作る構成は、以下の２つの構成がある。
第一の構成では、スキッシュエリア空間６に接するシリンダーヘッド５の形とスキッシュエリア空間６に接するピストン上面の形が、シリンダーヘッドガスケットと同様な平面です。第一の構成の図は、省略する。
第二の構成では、スキッシュエリア空間６に接するシリンダーヘッド５の傾斜が排気弁の第１底面の傾斜と同じであり、スキッシュエリア空間６に接するピストン上面の形が凸型です。
第二の構成は、図３に示す。
第二の構成では、スキッシュエリア空間６に接する凸型のピストン上面が排気弁の開弁時に排気弁の開口部を覆わない。
第２実施例を説明する。
第２実施例は、第１実施例に以下の構成を加える。
上死点時前に３個のスキッシュエリア空間６から点火プラグ４に向かう３本のスキッシュ流は、点火プラグ４付近で、衝突して弱まる。その後、スキッシュ流は、ピストン２の上面に向かう。
しかし、広いスキッシュエリア空間６を形成する場合は、点火プラグ４に向かう強いスキッシュ流を発生し、火炎核を吹き消す危険がある。
上記の危険を防止する為に、第２実施例では、図４に示す様に、点火プラグ４の放電部が、小容積室２１内に設置される。小容積室２１は、燃焼室３の固定壁面の内の点火プラグ４に隣接した部分よりもシリンダーヘッドカバー方向に凹んで形成される。
小容積室２１の容積が過大に設定された場合は、３本のスキッシュ流が点火プラグ４付近で衝突した後に、スキッシュ流の一部が小容積室２１にも流入する。その為、小容積室２１の容積は小容積室２１以外の燃焼室３の容積よりも遥かに小さく設定される。
また、点火プラグ４の放電部は、点火プラグ４の取付用のネジ穴の空間内に設置する事もできる。
これによって、スキッシュ流が放電部付近の火炎核を吹き消す事を防止する。
沿面プラグを使用する場合は、小容積室２１を更に小さくできる。
第２実施例に代えて、排気弁９と１０と１１の第１底面に突起を形成すると、スキッシュ流の方向を左右に変える事ができ、スキッシュ流が放電部付近の火炎核を吹き消す事を防止できる。
第２実施例は、第１実施例に以下の構成を加える。
上死点時前に３個のスキッシュエリア空間６から点火プラグ４に向かう３本のスキッシュ流は、点火プラグ４付近で、衝突して弱まる。その後、スキッシュ流は、ピストン２の上面に向かう。
しかし、広いスキッシュエリア空間６を形成する場合は、点火プラグ４に向かう強いスキッシュ流を発生し、火炎核を吹き消す危険がある。
上記の危険を防止する為に、第２実施例では、図４に示す様に、点火プラグ４の放電部が、小容積室２１内に設置される。小容積室２１は、燃焼室３の固定壁面の内の点火プラグ４に隣接した部分よりもシリンダーヘッドカバー方向に凹んで形成される。
小容積室２１の容積が過大に設定された場合は、３本のスキッシュ流が点火プラグ４付近で衝突した後に、スキッシュ流の一部が小容積室２１にも流入する。その為、小容積室２１の容積は小容積室２１以外の燃焼室３の容積よりも遥かに小さく設定される。
また、点火プラグ４の放電部は、点火プラグ４の取付用のネジ穴の空間内に設置する事もできる。
これによって、スキッシュ流が放電部付近の火炎核を吹き消す事を防止する。
沿面プラグを使用する場合は、小容積室２１を更に小さくできる。
第２実施例に代えて、排気弁９と１０と１１の第１底面に突起を形成すると、スキッシュ流の方向を左右に変える事ができ、スキッシュ流が放電部付近の火炎核を吹き消す事を防止できる。
第３実施例を説明する。
第３実施例は、第１実施例と第２実施例に以下の構成を加える。
第１底面の直径がシリンダー１の直径の２１．５％未満に設定される場合、第３直線上のスキッシュエリア空間６を通る直線部分の距離が、排気弁の第１底面の直径の７０％から８７％までの値に設定できる。
これによって、前記第１の作用による効果が拡大する。
第３実施例は、第１実施例と第２実施例に以下の構成を加える。
第１底面の直径がシリンダー１の直径の２１．５％未満に設定される場合、第３直線上のスキッシュエリア空間６を通る直線部分の距離が、排気弁の第１底面の直径の７０％から８７％までの値に設定できる。
これによって、前記第１の作用による効果が拡大する。
１・・・シリンダー
２・・・ピストン
３・・・燃焼室
４・・・点火プラグ
５・・・シリンダーヘッド
６・・・スキッシュエリア空間
７・・・３個の吸気弁の底面の３個の中心を結ぶ鎖線で作られる第２三角形
８・・・３個の排気弁の底面の３個の中心を結ぶ鎖線で作られる第１三角形
９・・・第１排気弁
１０・・・第２排気弁
１１・・・第３排気弁
１２・・・第１吸気弁
１３・・・第２吸気弁
１４・・・第３吸気弁
１５・・・１点鎖線
１６・・・２点鎖線
１７・・・第３直線
１８・・・第１直線
１９・・・第２直線
２０・・・ビストンの上面の第１突出部分
２１・・・点火プラグに隣接して設置される凹型の小容積室
２２・・・第１突出部分と第１底面の間に形成される第１空間
２３・・・従来例の排気弁
２４・・・従来例の吸気弁
２・・・ピストン
３・・・燃焼室
４・・・点火プラグ
５・・・シリンダーヘッド
６・・・スキッシュエリア空間
７・・・３個の吸気弁の底面の３個の中心を結ぶ鎖線で作られる第２三角形
８・・・３個の排気弁の底面の３個の中心を結ぶ鎖線で作られる第１三角形
９・・・第１排気弁
１０・・・第２排気弁
１１・・・第３排気弁
１２・・・第１吸気弁
１３・・・第２吸気弁
１４・・・第３吸気弁
１５・・・１点鎖線
１６・・・２点鎖線
１７・・・第３直線
１８・・・第１直線
１９・・・第２直線
２０・・・ビストンの上面の第１突出部分
２１・・・点火プラグに隣接して設置される凹型の小容積室
２２・・・第１突出部分と第１底面の間に形成される第１空間
２３・・・従来例の排気弁
２４・・・従来例の吸気弁
本発明の課題は、排気弁に面した混合気部分の燃焼がノッキングを発生させ難い４サイクルエンジンの燃焼室の提供です。
本出願のエンジンは、耐ノッキング性を向上させた火花点火ピストン式４サイクルエンジンです。本出願のエンジンの一つの燃焼室は、以下の特徴を持つ。
シリンダーの中心軸付近に、点火プラグが設置される。
吸気弁の底面である第２底面が、前記シリンダーの内周の一部の近くに設置される。３個の前記第２底面の３個の中心を結ぶ直線によって、第２三角形が形成される。
排気弁の底面である第１底面の３個の中心を結ぶ直線によって、第１三角形が形成される。前記第１三角形の中に、前記点火プラグが位置する。
前記第２三角形の一つの頂点が上向きの場合に、前記第２三角形の中に一つの頂点が下向きに逆立ちした前記第１三角形の大部分が位置する。
前記第１底面に対面する第１突出部分が、上死点時のビストンの上面に形成される。
上死点時の前記第１突出部分と前記第１底面の間に、第１空間が形成される。
上死点時の前記第１空間の前記シリンダーの前記中心軸の方向の間隔が、前記第１底面の直径の３０％未満に設定される。
前記シリンダーの前記内周の他の一部と前記第１空間の間に、スキッシュエリア空間が形成される。前記第１空間は、前記シリンダーの前記内周から離れて位置する。
前記点火プラグの中心電極から前記第２三角形の角を経由して前記第２底面の外周に到達する第２直線よりも、前記中心電極から前記第１三角形の角を経由して前記第１底面の外周に到達する第１直線が短く設定される。
第３直線は、前記中心電極から前記第１三角形の角を経由した後に前記スキッシュエリア空間を経由して前記内周に達する直線です。
前記第３直線上の前記スキッシュエリア空間を通る直線部分の長さは、前記スキッシュエリア空間に隣接する前記第１底面の前記直径の４０％よりも長く設定される。
シリンダーの中心軸付近に、点火プラグが設置される。
吸気弁の底面である第２底面が、前記シリンダーの内周の一部の近くに設置される。３個の前記第２底面の３個の中心を結ぶ直線によって、第２三角形が形成される。
排気弁の底面である第１底面の３個の中心を結ぶ直線によって、第１三角形が形成される。前記第１三角形の中に、前記点火プラグが位置する。
前記第２三角形の一つの頂点が上向きの場合に、前記第２三角形の中に一つの頂点が下向きに逆立ちした前記第１三角形の大部分が位置する。
前記第１底面に対面する第１突出部分が、上死点時のビストンの上面に形成される。
上死点時の前記第１突出部分と前記第１底面の間に、第１空間が形成される。
上死点時の前記第１空間の前記シリンダーの前記中心軸の方向の間隔が、前記第１底面の直径の３０％未満に設定される。
前記シリンダーの前記内周の他の一部と前記第１空間の間に、スキッシュエリア空間が形成される。前記第１空間は、前記シリンダーの前記内周から離れて位置する。
前記点火プラグの中心電極から前記第２三角形の角を経由して前記第２底面の外周に到達する第２直線よりも、前記中心電極から前記第１三角形の角を経由して前記第１底面の外周に到達する第１直線が短く設定される。
第３直線は、前記中心電極から前記第１三角形の角を経由した後に前記スキッシュエリア空間を経由して前記内周に達する直線です。
前記第３直線上の前記スキッシュエリア空間を通る直線部分の長さは、前記スキッシュエリア空間に隣接する前記第１底面の前記直径の４０％よりも長く設定される。
第３の作用が説明される。
圧縮行程の終期にスキッシュエリア空間から流失するスキッシュ流の多くが、排気弁の底面に面して高熱化した混合気部分を点火ブラグ方向に移動させる。
スキッシュエリア空間の混合気の温度は、排気弁の底面に面した混合気部分の温度よりも低い。
すると、排気弁の底面に面した混合気の燃焼開始時の温度が低下する。すると、燃焼圧力値の急激な上昇が制限され、耐ノッキング性が向上する。
圧縮行程の終期にスキッシュエリア空間から流失するスキッシュ流の多くが、排気弁の底面に面して高熱化した混合気部分を点火ブラグ方向に移動させる。
スキッシュエリア空間の混合気の温度は、排気弁の底面に面した混合気部分の温度よりも低い。
すると、排気弁の底面に面した混合気の燃焼開始時の温度が低下する。すると、燃焼圧力値の急激な上昇が制限され、耐ノッキング性が向上する。
本願に対して、特許文献１とＭａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンと特許文献３の排気弁はシリンダーの内周に隣接して設置される。
Ｍａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンと特許文献３は、本願と同様な広いスキッシュエリア空間と本願と同様な第１空間を持たない。
従って、特許文献１とＭａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンと特許文献３は、前記の第１から第４までの作用を行えない。
Ｍａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンと特許文献３は、３個の排気弁が連なって設置される。この為、もしも本願の様な火炎の伝播方向の排気弁の底面よりも下流側に広いスキッシュエリア空間を作るならば、連なって設置される３個の排気弁の直径が小さくなり過ぎて、排気抵抗が増し、本願よりもトルクが低下する。
特許文献２の６バルブエンジンでは、２個の排気弁がシリンダーの内周に隣接している。従って、特許文献２のシリンダーの内周に隣接している２個の排気弁とシリンダーの内周の間に、本願と同様な広いスキッシュエリア空間が存在しない。従って、特許文献２は、第１の作用を行えない。
また、特許文献２の３個の排気弁の直径は、本願のエンジンとＭａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンよりも小さくなり、排気抵抗が増し、本願よりもトルクが低下する。
Ｍａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンと特許文献３は、本願と同様な広いスキッシュエリア空間と本願と同様な第１空間を持たない。
従って、特許文献１とＭａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンと特許文献３は、前記の第１から第４までの作用を行えない。
Ｍａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンと特許文献３は、３個の排気弁が連なって設置される。この為、もしも本願の様な火炎の伝播方向の排気弁の底面よりも下流側に広いスキッシュエリア空間を作るならば、連なって設置される３個の排気弁の直径が小さくなり過ぎて、排気抵抗が増し、本願よりもトルクが低下する。
特許文献２の６バルブエンジンでは、２個の排気弁がシリンダーの内周に隣接している。従って、特許文献２のシリンダーの内周に隣接している２個の排気弁とシリンダーの内周の間に、本願と同様な広いスキッシュエリア空間が存在しない。従って、特許文献２は、第１の作用を行えない。
また、特許文献２の３個の排気弁の直径は、本願のエンジンとＭａｓｅｒａｔｉの６バルブエンジンよりも小さくなり、排気抵抗が増し、本願よりもトルクが低下する。
前記の４弁式燃焼室の排気弁の底面の外周とシリンダー内周の間の大変に小さなスペースにスキッシュエリアを形成する従来例では、本願と同様な広いスキッシュエリア空間を形成する為には、排気弁の底面を非常に小さくしなければならず、排気抵抗が増し、本願よりもトルクが低下する。排気弁の底面の面積を変えない場合は、小さなスキッシュエリアの前記第３直線方向の距離の最大値は、排気弁の底面の直径の２５％前後です。
この為、この従来例では、スキッシュエリアの半径方向の長さが本願の排気弁の底面の直径の４０％よりも長く設定できず、本願と同様な広いスキッシュエリア空間を持てず、第１の作用を行えない。
２個の排気弁の底面の外周の一部とシリンダー内周の一部に囲まれてスキッシュエリアを設置する多数の従来例がある。この従来例の場合のスキッシュエリアは、本願の第３直線上に位置しない。この為に、この従来例は、本願と同様な広いスキッシュエリア空間を持てず、第１の作用を行えない。
この為、この従来例では、スキッシュエリアの半径方向の長さが本願の排気弁の底面の直径の４０％よりも長く設定できず、本願と同様な広いスキッシュエリア空間を持てず、第１の作用を行えない。
２個の排気弁の底面の外周の一部とシリンダー内周の一部に囲まれてスキッシュエリアを設置する多数の従来例がある。この従来例の場合のスキッシュエリアは、本願の第３直線上に位置しない。この為に、この従来例は、本願と同様な広いスキッシュエリア空間を持てず、第１の作用を行えない。
第５の作用に対して、特許文献１の燃焼室では、２個の隣接する排気弁の底面に面して形成されたスキッシュエリアから点火プラグに向かって流れるスキッシュ流が一方向に限定され、点火プラグ付近で２本のスキッシュ流が衝突しない。従って、特許文献１のスキッシュ流は、点火プラグの中心電極付近で発生した火炎核を吹き消す作用を持つ。従って、特許文献１は、第５の作用を行えない。
特許文献１の燃焼室では、スキッシュエリアのシリンダー中心軸の方向の間隔を狭く設定できない。これにより、特許文献１は、スキッシュ流を弱くして、火炎核を吹き消す作用を弱めている。
特許文献１の燃焼室では、スキッシュエリアのシリンダー中心軸の方向の間隔を狭く設定できない。これにより、特許文献１は、スキッシュ流を弱くして、火炎核を吹き消す作用を弱めている。
また、連なって設置される２個の排気弁の底面の全部にスキッシュエリアを形成する例では、点火プラグの火炎核を吹き消す危険を持つ強いスキッシュ流が発生する為に、本出願の第５の作用に記載した火炎核を吹き消す問題を解決する手段を持たない場合は、火炎核が吹き消され、運転ができない。従って、第５の作用を行えない。
第２三角形７と第１三角形８の相互の位置関係を説明する。
第２三角形７の一つの頂点が上向きの場合に、第１三角形８の一つの頂点が下向きに逆立ちし、第２三角形７の中に第１三角形８の大部分が位置する。
第２三角形７の一つの頂点が上向きの場合に、第１三角形８の一つの頂点が下向きに逆立ちし、第２三角形７の中に第１三角形８の大部分が位置する。
スキッシュエリア空間６に関して、更に説明する。
スキッシュエリア空間６のシリンダー中心軸方向の上死点時の間隔は、燃焼室壁面にカーボンが堆積した場合にピストン２の上面と排気弁の第１底面が衝突しない最小限に近い間隔であり、１ｍｍ前後の狭い間隔です。
吸気弁付近の混合気もスキッシュエリア空間６に流入する。従って、図１の点の集まりに示す様に、スキッシュエリア空間６を排気弁の底面の両側に位置する吸気弁の底面の外周付近まで拡張すると、効果が拡大する。
スキッシュエリア空間６を作る構成は、以下の２つの構成がある。
第一の構成では、スキッシュエリア空間６に接するシリンダーヘッド５の形とスキッシュエリア空間６に接するピストン上面の形が、シリンダーヘッドガスケットと同様な平面です。第一の構成の図は、省略する。
第二の構成では、スキッシュエリア空間６に接するシリンダーヘッド５の傾斜が排気弁の第１底面の傾斜と同じであり、スキッシュエリア空間６に接するピストン上面の形が凸型です。
第二の構成は、図３に示す。
第二の構成では、スキッシュエリア空間６に接する凸型のピストン上面が排気弁の開弁時に排気弁の開口部を覆わない。
スキッシュエリア空間６のシリンダー中心軸方向の上死点時の間隔は、燃焼室壁面にカーボンが堆積した場合にピストン２の上面と排気弁の第１底面が衝突しない最小限に近い間隔であり、１ｍｍ前後の狭い間隔です。
吸気弁付近の混合気もスキッシュエリア空間６に流入する。従って、図１の点の集まりに示す様に、スキッシュエリア空間６を排気弁の底面の両側に位置する吸気弁の底面の外周付近まで拡張すると、効果が拡大する。
スキッシュエリア空間６を作る構成は、以下の２つの構成がある。
第一の構成では、スキッシュエリア空間６に接するシリンダーヘッド５の形とスキッシュエリア空間６に接するピストン上面の形が、シリンダーヘッドガスケットと同様な平面です。第一の構成の図は、省略する。
第二の構成では、スキッシュエリア空間６に接するシリンダーヘッド５の傾斜が排気弁の第１底面の傾斜と同じであり、スキッシュエリア空間６に接するピストン上面の形が凸型です。
第二の構成は、図３に示す。
第二の構成では、スキッシュエリア空間６に接する凸型のピストン上面が排気弁の開弁時に排気弁の開口部を覆わない。
一つの燃焼室３に、３個の吸気弁１２と１３と１４と３個の排気弁９と１０と１１が設置される。
第１吸気弁１２と第２吸気弁１３と第３吸気弁１４の底面である第２底面が、シリンダー１の内周の一部に隣接して、燃焼室３の固定壁面の周辺部に設置される。
３個の吸気弁１２と１３と１４の３個の第２底面の３個の中心を結ぶ一点鎖線によって、仮想的な第２三角形７が形成される。
第１排気弁９と第２排気弁１０と第３排気弁１１の底面である第１底面が、燃焼室３の固定壁面に設置される。第１底面は、シリンダー１の内周から離れて位置し、シリンダー１の内周に隣接しない。
３個の排気弁９と１０と１１の３個の第１底面の３個の中心を結ぶ二点鎖線によって、仮想的な第１三角形８が形成される。
第１三角形８の中に、点火プラグ４が位置する。
図２に示す様に、点火プラグ４の中心電極から吸気弁の第２底面の中心を経由して前記第２底面の外周に到達する第２直線１９の長さよりも、中心電極から排気弁の第１底面の中心を経由して第１底面の外周に到達する第１直線１８の長さが短く設定される。吸気弁の第２底面の中心は、第２三角形の角に等しい。排気弁の第１底面の中心は、第１三角形の角に等しい。
すると、図１に示す様に、第１三角形８よりも第２三角形７は大きく設定される。
第１排気弁９と第２排気弁１０と第３排気弁１１の排気ポートは、シリンダー１の内周の内側の範囲では放射状に形成される。
第２吸気弁１３と第３吸気弁１４の吸気ポートは図２の下方に伸び、吸気弁１２の吸気ポートは図２の上方に伸びる。
第１吸気弁１２と第２吸気弁１３と第３吸気弁１４の底面である第２底面が、シリンダー１の内周の一部に隣接して、燃焼室３の固定壁面の周辺部に設置される。
３個の吸気弁１２と１３と１４の３個の第２底面の３個の中心を結ぶ一点鎖線によって、仮想的な第２三角形７が形成される。
第１排気弁９と第２排気弁１０と第３排気弁１１の底面である第１底面が、燃焼室３の固定壁面に設置される。第１底面は、シリンダー１の内周から離れて位置し、シリンダー１の内周に隣接しない。
３個の排気弁９と１０と１１の３個の第１底面の３個の中心を結ぶ二点鎖線によって、仮想的な第１三角形８が形成される。
第１三角形８の中に、点火プラグ４が位置する。
図２に示す様に、点火プラグ４の中心電極から吸気弁の第２底面の中心を経由して前記第２底面の外周に到達する第２直線１９の長さよりも、中心電極から排気弁の第１底面の中心を経由して第１底面の外周に到達する第１直線１８の長さが短く設定される。吸気弁の第２底面の中心は、第２三角形の角に等しい。排気弁の第１底面の中心は、第１三角形の角に等しい。
すると、図１に示す様に、第１三角形８よりも第２三角形７は大きく設定される。
第１排気弁９と第２排気弁１０と第３排気弁１１の排気ポートは、シリンダー１の内周の内側の範囲では放射状に形成される。
第２吸気弁１３と第３吸気弁１４の吸気ポートは図２の下方に伸び、吸気弁１２の吸気ポートは図２の上方に伸びる。
火花点火式４サイクルエンジンの燃焼室の多くは、二つの排気弁と二つの吸気弁を持つ。これ以後、二つの排気弁と二つの吸気弁を持つ燃焼室を４弁式燃焼室と言う。特許文献１のエンジンも、前記の４弁式燃焼室です。
前記の４弁式燃焼室は、シリンダーの内周に隣接して排気弁が２個設置される。排気弁は、負荷の増加に応じて高熱化する。排気弁に接して高熱化した混合気は、燃焼速度が増加する。この為、過負荷時に、高熱化した排気弁に接した多量の混合気部分が急速に燃焼する事により、ノッキングを誘発させる危険性を持っていた。この為、前記４弁式燃焼室の圧縮比と耐ノッキング性は、制限されていた。
特許文献１の図６を図５として示す。図５には、スキッシュ流ＳＦとスキッシュエリア２Ｃが描かれている。
特許文献１のスキッシュエリアから流失するスキッシュ流は、一方向に流れる。スキッシュ流が強すぎる場合に、特許文献１のスキッシュ流は、点火プラグの火炎核を吹き消す危険を持つ。この為、特許文献１のスキッシュエリアのシリンダー中心軸の方向の間隔を狭くできない。すると、スキッシュエリア内の混合気量が少なくできない。
この為に、前記４弁式燃焼室と同様に、特許文献１燃焼室の圧縮比と耐ノッキング性は、制限されていた。
特許文献１の排気弁の底面の全面に面してスキッシュエリアが形成される場合には、スキッシュ流が点火プラグの火炎核を吹き消す危険を持つ。
前記の４弁式燃焼室は、シリンダーの内周に隣接して排気弁が２個設置される。排気弁は、負荷の増加に応じて高熱化する。排気弁に接して高熱化した混合気は、燃焼速度が増加する。この為、過負荷時に、高熱化した排気弁に接した多量の混合気部分が急速に燃焼する事により、ノッキングを誘発させる危険性を持っていた。この為、前記４弁式燃焼室の圧縮比と耐ノッキング性は、制限されていた。
特許文献１の図６を図５として示す。図５には、スキッシュ流ＳＦとスキッシュエリア２Ｃが描かれている。
特許文献１のスキッシュエリアから流失するスキッシュ流は、一方向に流れる。スキッシュ流が強すぎる場合に、特許文献１のスキッシュ流は、点火プラグの火炎核を吹き消す危険を持つ。この為、特許文献１のスキッシュエリアのシリンダー中心軸の方向の間隔を狭くできない。すると、スキッシュエリア内の混合気量が少なくできない。
この為に、前記４弁式燃焼室と同様に、特許文献１燃焼室の圧縮比と耐ノッキング性は、制限されていた。
特許文献１の排気弁の底面の全面に面してスキッシュエリアが形成される場合には、スキッシュ流が点火プラグの火炎核を吹き消す危険を持つ。
本出願のエンジンは、耐ノッキング性を向上させた火花点火ピストン式４サイクルエンジンです。本出願のエンジンの一つの燃焼室は、以下の特徴を持つ。
シリンダーの中心軸付近に、点火プラグが設置される。
３個の吸気弁の底面である第２底面が、前記シリンダーの内周の一部の近くに設置される。３個の前記第２底面の３個の中心を結ぶ直線によって、第２三角形が形成される。
３個の排気弁の底面である３個の第１底面の３個の中心を結ぶ直線によって、第１三角形が形成される。前記第１三角形の中に、前記点火プラグが位置する。
前記第２三角形の一つの頂点が上向きの場合に、前記第２三角形の中に一つの頂点が下向きに逆立ちした前記第１三角形の大部分が位置する。
前記第１底面に対面する第１突出部分が、上死点時のピストンの上面に形成される。
上死点時の３個の前記第１突出部分と３個の前記第１底面の間に、第１空間が形成される。
上死点時の前記第１空間の前記シリンダーの前記中心軸の方向の間隔が、前記第１底面の直径の３０％未満に設定される。
前記シリンダーの前記内周の他の一部と前記第１空間の間に、３個のスキッシュエリア空間が形成される。前記第１空間は、前記シリンダーの前記内周から離れて位置する。
前記点火プラグの中心電極から前記第２三角形の角を経由して前記第２底面の外周に到達する第２直線よりも、前記中心電極から前記第１三角形の角を経由して前記第１底面の外周に到達する第１直線が短く設定される。
第３直線は、前記中心電極から前記第１三角形の角を経由した後に前記スキッシュエリア空間を経由して前記内周に達する直線です。
前記第３直線上の前記スキッシュエリア空間を通る直線部分の長さは、前記スキッシュエリア空間に隣接する前記第１底面の前記直径の４０％よりも長く設定される。
シリンダーの中心軸付近に、点火プラグが設置される。
３個の吸気弁の底面である第２底面が、前記シリンダーの内周の一部の近くに設置される。３個の前記第２底面の３個の中心を結ぶ直線によって、第２三角形が形成される。
３個の排気弁の底面である３個の第１底面の３個の中心を結ぶ直線によって、第１三角形が形成される。前記第１三角形の中に、前記点火プラグが位置する。
前記第２三角形の一つの頂点が上向きの場合に、前記第２三角形の中に一つの頂点が下向きに逆立ちした前記第１三角形の大部分が位置する。
前記第１底面に対面する第１突出部分が、上死点時のピストンの上面に形成される。
上死点時の３個の前記第１突出部分と３個の前記第１底面の間に、第１空間が形成される。
上死点時の前記第１空間の前記シリンダーの前記中心軸の方向の間隔が、前記第１底面の直径の３０％未満に設定される。
前記シリンダーの前記内周の他の一部と前記第１空間の間に、３個のスキッシュエリア空間が形成される。前記第１空間は、前記シリンダーの前記内周から離れて位置する。
前記点火プラグの中心電極から前記第２三角形の角を経由して前記第２底面の外周に到達する第２直線よりも、前記中心電極から前記第１三角形の角を経由して前記第１底面の外周に到達する第１直線が短く設定される。
第３直線は、前記中心電極から前記第１三角形の角を経由した後に前記スキッシュエリア空間を経由して前記内周に達する直線です。
前記第３直線上の前記スキッシュエリア空間を通る直線部分の長さは、前記スキッシュエリア空間に隣接する前記第１底面の前記直径の４０％よりも長く設定される。
以下の第１から第５までの作用によって、耐ノッキング性が向上する。
第１の作用が説明される。
本願のスキッシュエリア空間は、第１空間とシリンダーの内周の間に位置する。第１空間は、点火ブラグとスキッシュエリア空間の間に位置する。
上死点時の第１空間の間隔が、第１底面の直径の３０％未満に設定される。第１空間の間隔が狭い程、第１底面に面した混合気の多くがスキッシュエリア空間に移動する。
この為、火炎が点火ブラグから第１空間に向かって伝播する時、既燃焼ガスの膨張によって、第１空間内の混合気の一部分は、スキッシュエリア空間に移動され、スキッシュエリア空間で圧縮される。
スキッシュエリア空間に移動された混合気部分は、排気弁よりも低温度の壁面に触れて冷却される。
また、燃焼行程中のピストンの下降量は、スキッシュエリア空間のシリンダー中心軸方向の上死点時の間隔に近い値です。この為、燃焼行程中のピストンの下降によって、スキッシュエリア空間は、容積が急激に増加する。
第３直線上のスキッシュエリア空間を通る直線部分の距離は、スキッシュエリア空間に隣接する第１底面の直径の４０％よりも長く設定される。この為、スキッシュエリア空間は、火炎の伝播方向の排気弁の第１底面よりも下流側に広く形成されている。
それらの結果、スキッシュエリア空間の容積の増加による大きな温度低下作用によって、第１空間を経てスキッシュエリア空間に移動された混合気部分の圧縮による温度上昇が制限される。
また、スキッシュエリア空間内の容積は小さい。
従って、スキッシュエリア空間内の混合気の燃焼によって、燃焼行程の後期に圧力の急激な上昇が発生し難い。
第１の作用が説明される。
本願のスキッシュエリア空間は、第１空間とシリンダーの内周の間に位置する。第１空間は、点火ブラグとスキッシュエリア空間の間に位置する。
上死点時の第１空間の間隔が、第１底面の直径の３０％未満に設定される。第１空間の間隔が狭い程、第１底面に面した混合気の多くがスキッシュエリア空間に移動する。
この為、火炎が点火ブラグから第１空間に向かって伝播する時、既燃焼ガスの膨張によって、第１空間内の混合気の一部分は、スキッシュエリア空間に移動され、スキッシュエリア空間で圧縮される。
スキッシュエリア空間に移動された混合気部分は、排気弁よりも低温度の壁面に触れて冷却される。
また、燃焼行程中のピストンの下降量は、スキッシュエリア空間のシリンダー中心軸方向の上死点時の間隔に近い値です。この為、燃焼行程中のピストンの下降によって、スキッシュエリア空間は、容積が急激に増加する。
第３直線上のスキッシュエリア空間を通る直線部分の距離は、スキッシュエリア空間に隣接する第１底面の直径の４０％よりも長く設定される。この為、スキッシュエリア空間は、火炎の伝播方向の排気弁の第１底面よりも下流側に広く形成されている。
それらの結果、スキッシュエリア空間の容積の増加による大きな温度低下作用によって、第１空間を経てスキッシュエリア空間に移動された混合気部分の圧縮による温度上昇が制限される。
また、スキッシュエリア空間内の容積は小さい。
従って、スキッシュエリア空間内の混合気の燃焼によって、燃焼行程の後期に圧力の急激な上昇が発生し難い。
Claims (3)
- 火花点火式４サイクルエンジンの一つの燃焼室において、
シリンダーの中心軸付近に点火プラグが設置され、
吸気弁の底面である第２底面が前記シリンダーの内周の一部の近くに設置され、３個の前記第２底面の３個の中心を結ぶ直線によって第２三角形が形成され、
排気弁の底面である第１底面の３個の中心を結ぶ直線によって第１三角形が形成され、前記第１三角形の中に前記点火プラグが位置し、
前記第２三角形が正立した場合に前記第２三角形の中に倒立した前記第１三角形の大部分が位置し、
前記第１底面に対面する第１突出部分が上死点時のビストンの上面に形成され、
上死点時の前記第１突出部分と前記第１底面の間に第１空間が形成され
上死点時の前記第１空間の前記シリンダーの前記中心軸の方向の間隔が前記第１底面の直径の３０％未満に設定され、
前記シリンダーの前記内周の他の一部と前記第１空間の間にスキッシュエリア空間が形成され、前記第１空間は前記シリンダーの前記内周から離れて位置し、
前記点火プラグの中心電極から前記第２三角形の角を経由して前記第２底面の外周に到達する第２直線よりも前記中心電極から前記第１三角形の角を経由して前記第１底面の外周に到達する第１直線が短く設定され、
第３直線は前記中心電極から前記第１三角形の角を経由した後に前記スキッシュエリア空間を経由して前記内周に達する直線であり、
前記第３直線上の前記スキッシュエリア空間を通る直線部分の長さは前記スキッシュエリア空間に隣接する前記第１底面の前記直径の４０％よりも長く設定される事を特徴とする耐ノッキング性を向上させたエンジン。 - 前記燃焼室の固定壁面の内の前記点火プラグに隣接した部分よりもシリンダーヘッドカバー方向に凹んで小容積室が形成され、
前記小容積室の容積は前記小容積室以外の前記燃焼室の総容積よりも遥かに小さく設定され、
前記点火プラグの放電部が前記小容積室内に設置される事を特徴とする前記請求項１に記載された耐ノッキング性を向上させたエンジン。 - 前記第１底面の直径が前記シリンダーの直径の２１．５％％未満に設定され、
前記第３直線上の前記スキッシュエリア空間を通る直線部分の距離が前記第１底面の直径の７０％から８７％までの値に設定される事を特徴とする前記請求項１と前記請求項２のいづれか一つの請求項に記載された耐ノッキング性を向上させたエンジン。
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