JP2018178758A

JP2018178758A - ４弁式燃焼室

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Publication number: JP2018178758A
Application number: JP2017074715A
Authority: JP
Inventors: 康仁矢尾板; Yasuhito Yaoita
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Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2037-04-04
Also published as: JP6229109B1

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】第１吸気弁１１と第１点火プラグ４と第１排気弁９と第２吸気弁１２と第２点火プラグ５と第２排気弁１０が連なってシリンダーの上端の内周１に沿って周方向に設置される。ピストン２の上面に第１突起部６と第２突起部７が形成される。第１空間１５は、第１突起部６と第１吸気弁１１の底面の一部の間に位置する。第２空間１６は、第２突起部７と第２吸気弁１２の底面の一部の間に位置する。第１空間１５と第２空間１６は、扁平に形成される。第１突起部６と第２突起部７によって、２つの排気弁を通過する火炎の速度よりも、２つの吸気弁を通る火炎の速度が低下する。すると、急速な燃焼が制限される。
【選択図】図２

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弁式燃焼室の排気弁は、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。

図６に示す特許文献１では、１個の点火プラグが燃焼室の中心に設置され、ピストンの上面に凸状部３ｂが設置されている。
図７に示す特許文献２では、２個の点火プラグが燃焼室の周辺部に設置され、シリンダー中心軸付近に１個の点火プラグが位置し、２個の排気弁が隣り合って位置し、２個の吸気弁が隣り合って位置する。
図８に示す特許文献３では、第１吸気弁と第１排気弁と第２吸気弁と第２排気弁が、円周方向に交互に燃焼室に配置されている。また、燃焼室の中心付近に点火プラグが設置される。符号４で示す点火プラグと符号１０で示す排気弁の間には、燃料インジェクターが設置されている。
特開２００４−２９３４８４火花点火式エンジンマツダ株式会社特開２００９−４１３９７（Ｐ２００９−４１３９７Ａ）複数点火エンジンの燃焼室構造日産自動車株式会社特開２０００−３０３８４３（Ｐ２０００−３０３８４３Ａ）エンジンのシリンダヘット構造トヨタ自動車株式会社

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提供です。

本出願の４弁式燃焼室を持つエンジンは、火花点火ピストン式４サイクルエンジンです。
本出願の４弁式燃焼室は、構成Ａと構成Ｂと構成Ｃを持つ。
以下に、前記構成Ａが示される。
シリンダーヘッドの下面とピストンとの間に、前記燃焼室の内部空間が位置する。
シリンダーの上端の内周に沿って、第１吸気弁と第１点火プラグと第１排気弁が連なって設置される。
前記内周に沿って、第２吸気弁と第２点火プラグと第２排気弁が連なって設置される。
前記第１点火プラグと前記第２点火プラグの間に、前記シリンダーの中心軸が位置する。
前記第１吸気弁と前記第２吸気弁の間に、前記中心軸が位置する。
前記第１排気弁と前記第２排気弁の間に、前記中心軸が位置する。
以下に、前記構成Ｂが示される。
第１円周は、前記第１点火プラグの中心電極を中心とする。第２円周は、前記第２点火プラグの中心電極を中心とする。
前記第１円周上に、前記第１吸気弁の底面の中心が位置する。前記第１円周の一部は、前記第１排気弁の底面と重なって位置する。
前記第２円周上に、前記第２吸気弁の底面の中心が位置する。前記第２円周の一部は、前記第２排気弁の底面と重なって位置する。
前記ピストンの上面は、第１１部分と第１２部分と第３１部分と第３２部分を持つ。
前記第１１部分は、第１突起部を持つ。前記第１突起部は、前記第３１部分よりも突出して形成される。前記第３１部分は、前記第１円周の内側に位置する。前記第３１部分は、前記第１１部分に隣接する。
上死点時の前記第１１部分は、前記第１吸気弁の前記底面の一部分である第１部分と対面する。
前記第１部分と圧縮上死点時付近の前記第１１部分に挿まれて、第１空間が形成される。
前記第１部分と前記第１空間と前記第１１部分は、前記第１円周の外側に位置する。
前記第１２部分は、第２突起部を持つ。前記第２突起部は、前記第３２部分よりも突出して形成される。前記第３２部分は、前記第２円周の内側に位置する。前記第３２部分は、前記第１２部分に隣接する。
上死点時の前記第１２部分は、前記第２吸気弁の前記底面の一部分である第２部分と対面する。
前記第２部分と圧縮上死点時付近の前記第１２部分に挿まれて、第２空間が形成される。
前記第２部分と前記第２空間と前記第１２部分は、前記第２円周の外側に位置する。
以下に、前記構成Ｃが示される。
値Ａは、数１４を機械的圧縮比の値で割った値です。
圧縮上死点時の前記第１空間の前記中心軸と平行な方向の長さと圧縮上死点時の前記第２空間の前記中心軸と平行な方向の長さが、前記ピストンのストローク量に前記の値Ａを掛け算した値の４％未満に設定される。

作用が、説明される。
２つの点火プラグから伝播した火炎が第１円周と第２円周を通過する時、第１排気弁の底面の一部分であって第１円周の内側の一部分に接した既燃焼ガスの膨張エネルギーによって、第１円周の外側の部分に接して加熱された混合気の一部分が、第１排気弁と第２吸気弁に挿まれた空間に、未燃焼状態で押し出される。
同様に、第２排気弁の底面の一部分であって第２円周の内側の一部分に接した既燃焼ガスの膨張エネルギーによって、第２円周の外側の部分に接して加熱された混合気の一部分が、第２排気弁と第１吸気弁に挿まれた空間に、未燃焼状態で押し出される。
排気弁の底面の外側に押し出された未燃焼の上記の２つの混合気部分は、排気弁の底面に接した既燃焼ガスの膨張エネルギーと吸気弁の底面に接した既燃焼ガスの膨張エネルギーの両方によって、圧縮される。
しかし、吸気弁の底面に接した既燃焼ガスの膨張エネルギーは、排気弁の底面に接した既燃焼ガスの膨張エネルギーよりも大幅に小さい。
この一番目の理由が、以下に説明される。
高負荷時では、点火プラグから低温の吸気弁を通る火炎の速度は、点火プラグから高温の排気弁を通って伝播する火炎の速度よりも遅い。
加えて、構成Ｂと構成Ｃによって、吸気弁の底面の第１部分と第２部分に対面する突出部が形成され、突出部の上面に接した上死点時の第１空間と第２空間が扁平に形成される。
すると、排気弁の底面に接した混合気量よりも、吸気弁の底面に接した第１空間と第２空間の混合気量が少なくなり、点火プラグから吸気弁の底面の中心を経由して第１空間と第２空間に到達する火炎の面積が、燃焼行程の中期以降に、急激に減少する。なお、第１空間と第２空間は、燃焼行程の初期に火炎面積が減少しない。
加えて、二番目の理由が加わる。

高負荷時の燃焼行程期間に、ピストンはストローク量の約０．６％だけ下降する。
従って、圧縮上死点時の第１空間と第２空間のシリンダー中心軸と平行な方向の長さがピストンのストローク量に前記の値Ａを掛け算した値の４％の場合、圧縮比１２の燃焼室の第１空間と第２空間は、燃焼行程中に、容積が約１５％増加する。圧縮比１３の燃焼室の第１空間と第２空間は、燃焼行程中に、容積が約１６％増加する。
なお、燃焼室の平均の高さの空間部分の燃焼行程中の容積の増加は、約８％です。この為、第１空間と第２空間の燃焼行程中の容積の増加は、燃焼室の平均の高さの空間部分のおよそ倍です。
すると、燃焼行程中の容積の増加によって、第１空間内と第２空間内の混合気部分の温度の低下要因が増し、既燃焼ガスによる第１空間内と第２空間内の混合気部分の温度の上昇を制限する。
従って、２つの点火プラグから２つの吸気弁に向かう２つの火炎の燃焼速度は、第１空間内と第２空間内で、更に低下する。
上記の作用は、圧縮行程時に発生するスキッシュ流を利用しないが、膨張行程の初期に発生する逆スキッシュ流を利用する。

三番目の理由が、以下に説明される。
第１排気弁の底面の外側に押し出された未燃焼の混合気部分は、シリンダーの内周に沿って、第２吸気弁とその近くのシリンダー内周部分に挟まれた領域の方向に移動する。第２排気弁の底面の外側に押し出された前記の未燃焼の混合気部分は、シリンダーの内周に沿って、第１吸気弁とその近くのシリンダー内周部分に挟まれた領域の方向に移動する。
シリンダーの内周に沿って移動する事によって、排気弁の底面の外側に押し出された前記の未燃焼の混合気部分が移動する距離が長くなる。すると、前記の未燃焼の混合気部分が燃焼し終わるまでの期間が長くなる。
以上の３個の理由によって、排気弁の底面の外側に押し出された前記の混合気部分の急激な燃焼が抑制され、燃焼圧力値の急激な上昇が発生し難くなり、ノッキングが発生し難くなり、耐ノッキング性が向上する。

１から３までの特許文献と本願の作用を比較する。
特許文献１は、ピストン頂部に形成された凸状部３ｂを持つ。しかし、特許文献１は、本願の前記構成Ａと前記構成Ｂと前記構成Ｃを持たない。
特許文献２は、２個の排気弁が隣り合って位置し、２個の吸気弁が隣り合って位置する。従って、特許文献２は、前記構成Ａを持たない。また、特許文献２は、前記構成Ｂと前記構成Ｃを持たない。また、特許文献２は、３個の点火プラグによって、ノッキングの抑制を行い、２個の点火プラグを使う本願のノッキングの抑制作用と異なる。
特許文献３は、中心部に１個の点火プラグを持ち、周辺部に設置する２個の点火プラグを持たない。この為、特許文献３は、前記構成Ａの一部を持たない。特許文献３は、前記構成Ｂと前記構成Ｃを持たない。特許文献３には、ノッキングの抑制に関する記載が無い。
本願の作用は、前記構成Ａと前記構成Ｂと前記構成Ｃの組み合わせによって可能になる。
従って、特許文献１と特許文献２と特許文献３は、本願の作用を行えない。
また、ノッキングの抑制に関する記載が無い特許文献３とスキッシュ流を使う特許文献２との組み合わせは、前記構成Ｂと前記構成Ｃを持たず、本願の作用を行えない。
本願の作用は、燃焼行程の作用です。従って、圧縮行程時に発生するスキッシュ流を利用する従来例の作用は、本願の作用と異なる。
第１突起部と第２突起部が第１円周と第２円周の外側の部分に形成される事によって、本願では、燃焼行程の初期の火炎面積の減少によるトルクの大きな低下を発生しない。これに対して、第１円周の内側と第２円周の内側に突起部を持つ例は、燃焼行程の初期に火炎面積が減少して、トルクの低下を発生する。
なお、本出願の構成から第１突起部と第２突起部を削除した構成では、燃焼圧力値の急激な上昇が発生する。

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、過給による吸気量の増加と高圧縮比化が可能になる。
過給による吸気量の増加を選択する時は、トルクが増加し、エンジンのダウンサイジングが可能になる。
高圧縮比化を選択する時は、熱効率が向上する。熱効率の向上量は、高圧縮比化による熱効率の増加からピストンの表面積の増加による熱効率の低下が差し引かれる。

図１から図３までを使って、第１実施例を説明する。
第１実施例のエンジンは、４弁式の火花点火式４サイクルエンジンです。
第１実施例の４弁式燃焼室では、シリンダーヘッドの下面と上死点時のピストン２との間に、燃焼室３の内部空間が位置する。
燃焼室３の中心付近に、シリンダー中心軸が位置する。
図１は、ピストン２の上面からシリンダーヘッドの下面を見る図です。
図１に示す様に、シリンダーの上端の内周１に沿って、第１吸気弁１１と第１点火プラグ４と第１排気弁９が、連なって設置される。シリンダーの上端の内周１に沿って、第２吸気弁１２と第２点火プラグ５と第２排気弁１０が、連なって設置される。
第１点火プラグ４と第２点火プラグ５は、シリンダーの上端の内周１の近くに設置される。
第１点火プラグ４と第２点火プラグ５の間に、シリンダー中心軸が位置する。
第１吸気弁１１と第２吸気弁１２の間に、シリンダー中心軸が位置する。
第１排気弁９と第２排気弁１０の間に、シリンダー中心軸が位置する。
従って、シリンダーの上端の内周１に沿って、第１吸気弁１１と第１点火プラグ４と第１排気弁９と第２吸気弁１２と第２点火プラグ５と第２排気弁１０が、順番に円周方向に設置される。
第１点火プラグ４と第２点火プラグ５は、高負荷時に使用される。
第１吸気弁１１のポート内を流れる吸気の方向と第２吸気弁１２のポート内を流れる吸気の方向が、反対方向に設定される。
第１排気弁９のポート内を流れる排気の方向と第２排気弁１０のポート内を流れる排気の方向が、反対方向に設定される。
多気筒式エンジンでは、第１点火プラグ４と第２点火プラグ５を結ぶ直線の延長上に、隣のシリンダーが位置する。

第１円周と第２円周を説明する。
第１円周８は、第１点火プラグ４の中心電極を中心とする。第２円周１３は、第２点火プラグ５の中心電極を中心とする。
第１吸気弁１１の底面の中心と第２吸気弁１２の底面の中心が、小さな黒い円で示される。
第１円周８の上に、第１吸気弁１１の底面の中心が位置する。第１円周８の一部は、第１排気弁９の底面と重なる。
第２円周１３の上に、第２吸気弁１２の底面の中心が位置する。第２円周１３の一部は、第２排気弁１０の底面と重なる。

ピストン２の上面に、第１突起部６と第２突起部７が形成される。
図２には、図１に描かれた２つの点火プラグと２つの吸気弁と２つの排気弁に加えて、斜線部で示される第１空間１５と第２空間１６が示される。図２は、第１空間１５と第１吸気弁１１の位置関係を示し、第２空間１６と第２吸気弁１２の位置関係を示す。
図３では、断面に垂直な方向に関して、断面よりも奥側に、第１突起部６と第１空間１５が存在する。断面よりも奥側に、楕円で示された第１吸気弁１１の底面と第２排気弁１０の底面が、位置する。
突起部の上面の縁に角を形成する場合は、ピストンの表面積と熱損失量が増加する。従って、第１突起部の上面の縁は、角を形成せず、第１突起部６の側面に緩やかに繋がる様に形成する。同様に、第２突起部の上面の縁も、角を形成しない。すると、表面積の増加が抑制できる。

図２に示す様に、第１空間１５は第１円周８の外側に位置し、第２空間１６は第２円周１３の外側に位置する。以下に、この構成が重要である理由が説明される。
第１空間１５が第１円周８の内側に形成される場合は、第１点火プラグ４から伝播する火炎の面積が燃焼行程の初期に減少し、トルクが減少する。第１空間１５が第１円周８の外側に形成される場合は、燃焼行程の中期以降に火炎面積が減少するが、燃焼行程の中期に排気弁に接した混合気部分が急激に燃焼する事によって、高負荷時の燃焼行程の中期以降のトルクの減少要因が補われる。
第２空間１６が第２円周１３の内側に形成されない事によって、第２点火プラグ５から伝播する火炎の面積が燃焼行程の初期に減少してトルクが減少する危険を避ける。
これに対して、第１円周の内側と第２円周の内側に突起部を持つ例は、燃焼行程の初期に火炎面積が減少し、トルクの低下が発生する。

以下に、第１部分と第１空間１５と第１１部分の位置関係を説明する。
ピストンの上面は第１１部分と第１２部分と第３１部分３３と第３２部分３４を持つ。
第１吸気弁１１の底面の一部分である第１部分と圧縮上死点時付近のピストン上面の第１１部分の間に、第１空間１５が形成される。
第１空間１５は、サンドイッチの様に、第１部分と圧縮上死点時付近のピストン上面の第１１部分の二つの面に挿まれて位置する。上死点時のピストン上面の第１１部分は、第１吸気弁１１の第１部分と対面する。
第１空間１５と第１吸気弁１１の第１部分と前記第１１部分は、第１円周８の外側に位置する。
従って、斜線部は第１空間１５の位置を示すだけでなく、ピストン上面の第１１部分の位置と第１部分の位置も示す。
ピストン上面の第１１部分は、第１突起部６を持つ。第１突起部６は、ピストン上面の第３１部分３３よりも突出して形成される。ピストン上面の第３１部分３３は、第１円周８の内側に位置する。第３１部分３３は、ピストン上面の第１１部分に隣接する。
ピストン上面部分に第１吸気弁１１と第２吸気弁１２の為の２個のバルブリセスが形成される場合、１個のバルブリセスと第１突起部はビストン上面の第１１部分に含まれ、他の１個のバルブリセスと第２突起部は第１２部分に含まれる。バルブリセスは、ピストン上面の凹みであり、排気上死点時に開弁している吸気弁の一部の為の凹みです。
以下に、第２部分と第２空間１６の位置関係を説明する。
第２吸気弁１２の底面の一部分である第２部分と圧縮上死点時付近のピストン上面の第１２部分の間に、第２空間１６が形成される。
第２空間１６は、サンドイッチの様に、第２部分と圧縮上死点時付近の第１２部分に挿まれて位置する。上死点時の第１２部分は、第２吸気弁１２の第２部分と対面する。
第２空間１６と第２吸気弁１２の第２部分と前記第１２部分は、第２円周１３の外側に位置する。
従って、斜線部は第２空間１６の位置を示すだけでなく、第１２部分の位置と第２部分の位置も示す。
ピストン上面の第１２部分は、第２突起部７を持つ。第２突起部７は、ピストン上面の第３２部分３４よりも突出して形成される。ピストン上面の第３２部分３４は、第２円周１３の内側に位置する。第３２部分３４は、ピストン上面の第１２部分に隣接する。

第１空間１５のシリンダー中心軸の近くの領域と第２空間１６のシリンダー中心軸の近くの領域に関して、以下の２つの選択肢が在る。
第１の選択肢を説明する。図２の斜線部に示す様に、第１吸気弁１１の底面の外周と第１円周８の交点であってしかもシリンダー中心軸の近くに位置する交点の付近の第１領域は、第１空間１５から除外する事ができる。また、第２吸気弁１２の底面の外周と第２円周１３の交点であってしかもシリンダー中心軸の近くに位置する交点の付近の第２領域は、第２空間１６から除外する事ができる。
これによって、除外する部分のシリンダー中心軸と平行な方向の長さがピストン２のストローク量の４％を超える値に設定できる。すると、除外する部分の斜面を緩やかに形成できる。すると、２つの突出部６と７の表面積の増加が抑制できる。この効果は、特にペントルーフ型燃焼室で有効です。
第２の選択肢を説明する。第１の選択肢で説明した第１領域と第２領域は、第１空間１５に含める事ができる。この場合は、燃焼室の中央部に第３の突出部を形成すると、第１突起部６と第２突起部７の斜面を緩やかに形成できる。

以下は、前記構成Ｃに関した説明です。
値Ａは、数１４を燃焼室の機械的圧縮比の値で割った値です。
圧縮上死点時の第１空間１５のシリンダー中心軸と平行な方向の長さと圧縮上死点時の第２空間１６のシリンダー中心軸と平行な方向の長さは、ピストン２のストローク量に前記の値Ａを掛け算した値の４％未満に設定される。勿論、圧縮上死点時の第１空間１５と第２空間１６に関する前記の長さが２．５％に設定できる。
圧縮上死点時の第１空間と第２空間に関する前記の長さが前記の値の４％の場合、圧縮比１２の第１空間と第２空間は、燃焼行程中に、容積が約１５％増加する。
圧縮上死点時の第１空間１５と第２空間１６に関する前記の値が２．５％の場合、圧縮比１２の第３空間と第４空間は、燃焼行程中に、容積が約２４％増加する。
この設定によって、圧縮上死点時の第１空間１５と第２空間１６が、高さが低い扁平な空間に形成される。
以下に、第１空間１５と第２空間１６のシリンダー中心軸と平行な方向の長さに関する一例を説明する。
圧縮上死点時の第１空間１５と第２空間１６のシリンダー中心軸と平行な方向の長さは、燃焼室の機械的圧縮比の値に応じて、変化する。
シリンダーの直径が８６ｍｍでストロークが８６ｍｍで排気量が５００ｃｃで圧縮比が１２のエンジンの場合、上死点時の圧縮比１２の燃焼室容積の４１．６７ｃｃを平面なピストンの表面積の５８．６ｃｍ平方で割り算した燃焼室の平均的な高さは、約７．１ｍｍです。
また、圧縮上死点時の第１空間１５と第２空間１６が４％の場合、高さは４．０１ｍｍです。すると、上記の４．０１ｍｍは、７．１ｍｍの約５６％に相当する。
圧縮比が１４のエンジンの場合、燃焼室の平均的な高さは、約６．１ｍｍです。圧縮上死点時の第１空間１５と第２空間１６が４％の場合、高さは約３．４４ｍｍです。すると、上記の３．４４ｍｍは、６．１ｍｍの約５６％に相当する。
この結果、圧縮上死点時の第１空間１５と第２空間１６は、扁平な空間になる。
また、圧縮上死点時の第１空間１５と第２空間１６の前記の長さが４％の場合、圧縮上死点時の第１空間１５と第２空間１６は、弱いスキッシュ流と弱い逆スキッシュ流を発生させるスキッシュエリア空間に相当する。

高負荷時では、第１突起部と第２突起部による火炎面積の減少要因とトルクの減少要因が、高熱化した排気弁に接した混合気部分の燃焼速度の急激な増加によって補償される。
低負荷時に、排気弁に接した混合気部分の燃焼速度の増加が少ない。すると、第１突起部と第２突起部による火炎面積の減少が、排気弁に接した混合気部分の燃焼速度の増加によって補償されなくなる。すると、低負荷時に、トルクが低下する。
この問題を解決する為に、第１実施例の燃焼室の中央部付近に、低負荷時に使用する第３点火プラグを増設する。

図４を使って、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。
圧縮上死点時の燃焼室３の内部空間に、第５空間１７と第６空間１８が形成される。
第２実施例では、圧縮上死点時の第５空間１７と圧縮上死点時の第６空間１８の２つの空間のシリンダー中心軸と平行な方向の長さが、ピストン２のストローク量の４％未満の値に設定される。勿論、第５空間１７と第６空間１８に関する上記の長さが２．５％に設定できる。
右下がりの斜線部で示す圧縮上死点時の第５空間１７は、第１実施例で説明した第１空間１５に隣接して位置し、第５円弧２５の外側と第１円弧の内側の間に位置し、第１吸気弁１１の底面の外周の外側に位置する。
第５円弧２５は、第２点火プラグ５の中心電極を中心とする第５円周２７の一部分です。第５円弧２５は、第２排気弁１０の底面の近くに位置する。
第５円弧２５の両端は、第１点１９と第２点２０です。第１点１９は、シリンダーの上端の内周１と重なる。第２点２０は、第１吸気弁１１の底面の外周と第５円周２７との接点です。
第１円弧の両端は、第１点１９と第５点３１です。第５点３１は、シリンダーの上端の内周１の上に位置し、第１吸気弁１１に最も近い点です。第１円弧は、第１排気弁９から離れて位置する。
ピストンの上面は、第１５部分と第１６部分を持つ。
圧縮上死点時のピストンの上面の第１５部分は、第５空間１７に接する。第１５部分は、第１吸気弁１１と第２排気弁１０の間に位置する突起部を持つ。
圧縮上死点時の第６空間１８は、第２空間１６に隣接して位置し、第６円弧２６の外側と第２円弧の内側の間に位置し、第２吸気弁１２の底面の外周の外側に位置する。
第６円弧２６は、第１点火プラグ４の中心電極を中心とする第６円周２８の一部分です。第６円弧２６は、第１排気弁９の近くに位置する。
第５円周２７と第６円周２８が重なると見難くなる。この為、第５円周２７の一部と第６円周２８の一部を表示していない。
第６円弧２６の両端は、第３点２１と第４点２２です。第３点２１は、シリンダーの上端の内周１と重なる。第４点２２は、第２吸気弁１２の底面の外周と第６円周２８との接点です。
第２円弧の両端は、第３点２１と第６点３２です。第６点３２は、シリンダーの上端の内周１の上に位置し、第２吸気弁１２に最も近い点です。第２円弧は、第２排気弁１０から離れて位置する。
圧縮上死点時のピストンの上面の第１６部分は、第６空間１８に接する。第１６部分は、第２吸気弁１２と第１排気弁９の間に位置する突起部を持つ。

第２実施例の作用が、説明される。
第１点火プラグ４から伝播する火炎が第６円周２８に達した時と第２点火プラグ５から伝播する火炎が第５円周２７に達した時、既燃焼ガスの膨張エネルギーによって、第２排気弁１０に接して加熱された未燃焼の混合気の一部分が第５空間１７に押し出される。
同様に、第１排気弁９に接して加熱された未燃焼の混合気の一部分が、第６空間１８に押し出される。
第６空間１８は、第２空間１６と繋がり、一体化する。第５空間１７は、第１空間１５と繋がり、一体化する。すると、シリンダー中心軸と平行な方向の長さがピストン２のストローク量の４％未満に設定された空間が、第１実施例よりも広く形成される。
これによって、第５空間１７に押し出された未燃焼の混合気は、第１空間１５の一部であって第５空間１７に近い部分まで移動できる。すると、第５空間１７に押し出された未燃焼の混合気の移動経路の長さが延びる。
第５空間１７と第１空間１５では、第１実施例の作用と同様に、燃焼行程中のビストンの下降によって、既燃焼ガスによる温度の上昇が抑制される。
同様に、第６空間１８に押し出された未燃焼の混合気は、第２空間１６の一部であって第６空間１８に近い部分まで移動でき、第２空間１６に押し出された未燃焼の混合気の移動経路の長さが延びる。
第６空間１８と第２空間１６では、燃焼行程中のビストンの下降によって、温度の上昇が抑制される。
すると、燃焼圧力値の急激な上昇が抑制される。
従って、第２実施例では、第１実施例よりも耐ノッキング性が増加する。

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。図５は、第２実施例に第３実施例の構成を加えた図です。第１実施例に第３実施例の構成を加えた図は、図５から第５空間１７と第６空間１８を削除する。
圧縮上死点時の燃焼室３の内部空間に、点の集まりで示す第３空間２３と第４空間２４が形成される。
圧縮上死点時の第３空間２３は、第１実施例で説明した第１空間１５の一部分です。図５では、第３空間２３以外の第１空間が、符号１５で示される。
第３円周２９は、第１円周８と同様に、第１点火プラグ４の中心電極を中心とする。第３円周２９の半径の値は、第１円周８の半径の値の１２５％です。
第１１円周１４は、シリンダー中心軸を中心とする。第１１円周１４の半径の値は、シリンダーの直径の値の２０％であり、シリンダーの半径の値の４０％です。
圧縮上死点時の第３空間２３は、第３円周２９の外側に位置する。圧縮上死点時の第３空間２３は、第１１円周１４の外側に位置する。
ピストンの上面は第１３部分と第１４部分を持つ。
ピストンの上面の第１３部分は、突起部を持つ。第１３部分の突起部は、第１実施例の第１突起部６よりも突出して形成できる。第１吸気弁１１の為のバルブリセスを作る場合、バルブリセスは第１３部分に含まれる。
圧縮上死点時の第４空間２４は、第２空間１６の一部分です。
第４円周３０は、第２点火プラグ５の中心電極を中心とする。第４円周３０の半径の値は、第２円周１３の半径の値の１２５％です。
圧縮上死点時の第４空間２４は、第４円周３０の外側に位置する。圧縮上死点時の第４空間２４は、第１１円周１４の外側に位置する。
ピストンの上面の第１４部分は、突起部を持つ。第１４部分の突起部は、第１実施例の第２突起部よりも突出して形成できる。
圧縮上死点時の第３空間２３のシリンダー中心軸と平行な方向の長さと圧縮上死点時の第４空間２４のシリンダー中心軸と平行な方向の長さが、ピストン２のストローク量に前記の値Ａを掛け算した値の３％未満の値に設定される。勿論、第３空間２３と第４空間２４に関する上記の長さが２％に設定できる。
すると、前記二番目の理由に示した作用が増強される。
第３空間と第４空間のシリンダー中心軸と平行な方向の長さがピストンのストローク量に前記の値Ａを掛け算した値の３％の場合、圧縮比１２の第３空間と第４空間は、燃焼行程中に、容積が１９％増加する。２％の場合、圧縮比１２の第３空間と第４空間は、燃焼行程中に、容積が３０％増加する。
すると、燃焼行程中の第３空間と第４空間の容積の増加によって、第３空間内と第４空間内の混合気部分の温度の低下要因が更に増す。すると、第１実施例と第２実施例よりも、第３空間と第４空間を通過する火炎の伝播速度が低下する。
また、排気弁を通過する火炎の伝播距離が延びる。
すると、耐ノッキング性が更に増す。

第３空間２３と第４空間２４が第１１円周１４の外側に位置する理由を説明する。
第１点火プラグ４から第１吸気弁１１を経て伝播する火炎が第３円周２９に到達する時、第２点火プラグ５から第２排気弁１０の左側を経て伝播する火炎が、第１空間１５の一部分であって第１１円周１４の内側の一部分に到達する。従って、第３空間２３は、第１１円周１４の内側の部分を含む必要が無い。同様に、第４空間２４は、第１１円周１４の内側の部分を含む必要が無い。
第３空間２３と第４空間２４が第１１円周１４の内側の部分を含まない事によって、第１３部分に形成する突起部と第１４部分に形成する突起部の表面積の増加を制限できる。
圧縮上死点時の第３空間２３と圧縮上死点時の第４空間２４のシリンダー中心軸と平行な方向の長さがピストン２のストローク量の２％に設定された時、第１吸気弁１１と第２吸気弁１２のバルブオーバーラップ量は小さな値に制限されるが、オーバーラップは可能です。

ピストン上面からシリンダーヘッドの下面を見た第１実施例の平面図。第１空間と第２空間が図１に加えられた平面図。２つの点火プラグが存在する断面で切断した上死点時の第１実施例の垂直断面図。第５空間と第６空間を示す為の第２実施例の平面図。第３空間と第４空間を示す為の第３実施例の平面図。特許文献１の図２に相当する従来の技術の図。特許文献２の従来の技術の図。特許文献３の図２に相当する従来の技術の図。

１・・・シリンダーの上端の内周
２・・・ピストン
３・・・燃焼室
４・・・第１点火プラグ
５・・・第２点火プラグ
６・・・第１突起部
７・・・第２突起部
８・・・第１円周
９・・・第１排気弁
１０・・・第２排気弁
１１・・・第１吸気弁
１２・・・第２吸気弁
１３・・・第２円周
１４・・・第１１円周
１５・・・第１空間
１６・・・第２空間
１７・・・第５空間
１８・・・第６空間
１９・・・第１点
２０・・・第２点
２１・・・第３点
２２・・・第４点
２３・・・第３空間
２４・・・第４空間
２５・・・第５円弧
２６・・・第６円弧
２７・・・第５円周
２８・・・第６円周
２９・・・第３円周
３０・・・第４円周
３１・・・第５点
３２・・・第６点
３３・・・第３１部分
３４・・・第３２部分

作用が、説明される。
２つの点火プラグから伝播した火炎が第１円周と第２円周を通過する時、第１排気弁の底面の一部分であって第１円周の内側の一部分に接した既燃焼ガスの膨張エネルギーによって、第１円周の外側の部分に接して加熱された混合気の一部分が、第１排気弁と第２吸気弁の間の空間に、未燃焼状態で押し出される。
同様に、第２排気弁の底面の一部分であって第２円周の内側の一部分に接した既燃焼ガスの膨張エネルギーによって、第２円周の外側の部分に接して加熱された混合気の一部分が、第２排気弁と第１吸気弁の間の空間に、未燃焼状態で押し出される。
排気弁の底面の外側に押し出された未燃焼の上記の２つの混合気部分は、排気弁の底面に接した既燃焼ガスの膨張エネルギーと吸気弁の底面に接した既燃焼ガスの膨張エネルギーの両方によって、圧縮される。
しかし、吸気弁の底面に接した既燃焼ガスの膨張エネルギーは、排気弁の底面に接した既燃焼ガスの膨張エネルギーよりも大幅に小さい。
この一番目の理由が、以下に説明される。
高負荷時では、点火プラグから低温の吸気弁を通る火炎の速度は、点火プラグから高温の排気弁を通って伝播する火炎の速度よりも遅い。
加えて、構成Ｂと構成Ｃによって、吸気弁の底面の第１部分と第２部分に対面する突出部が形成され、突出部の上面に接した上死点時の第１空間と第２空間が扁平に形成される。
すると、排気弁の底面に接した混合気量よりも、吸気弁の底面に接した第１空間と第２空間の混合気量が少なくなり、点火プラグから吸気弁の底面の中心を経由して第１空間と第２空間に到達する火炎の面積が、燃焼行程の中期以降に、急激に減少する。なお、第１空間と第２空間は、燃焼行程の初期に火炎面積が減少しない。
加えて、二番目の理由が加わる。

以下は、前記構成Ｃに関した説明です。
値Ａは、数１４を燃焼室の機械的圧縮比の値で割った値です。
圧縮上死点時の第１空間１５のシリンダー中心軸と平行な方向の長さと圧縮上死点時の第２空間１６のシリンダー中心軸と平行な方向の長さは、ピストン２のストローク量に前記の値Ａを掛け算した値の４％未満に設定される。勿論、圧縮上死点時の第１空間１５と第２空間１６に関する前記の長さが２．５％に設定できる。
圧縮上死点時の第１空間と第２空間に関する前記の長さが前記の値の４％の場合、圧縮比１２の第１空間と第２空間は、燃焼行程中に、容積が約１５％増加する。
圧縮上死点時の第１空間１５と第２空間１６に関する前記の値が２．５％の場合、圧縮比１２の第１空間と第２空間は、燃焼行程中に、容積が約２４％増加する。
この設定によって、圧縮上死点時の第１空間１５と第２空間１６が、高さが低い扁平な空間に形成される。
以下に、第１空間１５と第２空間１６のシリンダー中心軸と平行な方向の長さに関する一例を説明する。
圧縮上死点時の第１空間１５と第２空間１６のシリンダー中心軸と平行な方向の長さは、燃焼室の機械的圧縮比の値に応じて、変化する。
シリンダーの直径が８６ｍｍでストロークが８６ｍｍで排気量が５００ｃｃで圧縮比が１２のエンジンの場合、上死点時の圧縮比１２の燃焼室容積の４１．６７ｃｃを平面なピストンの表面積の５８．６ｃｍ平方で割り算した燃焼室の平均的な高さは、約７．１ｍｍです。
また、圧縮上死点時の第１空間１５と第２空間１６が４％の場合、高さは４．０１ｍｍです。すると、上記の４．０１ｍｍは、７．１ｍｍの約５６％に相当する。
圧縮比が１４のエンジンの場合、燃焼室の平均的な高さは、約６．１ｍｍです。圧縮上死点時の第１空間１５と第２空間１６が４％の場合、高さは約３．４４ｍｍです。すると、上記の３．４４ｍｍは、６．１ｍｍの約５６％に相当する。
この結果、圧縮上死点時の第１空間１５と第２空間１６は、扁平な空間になる。
また、圧縮上死点時の第１空間１５と第２空間１６の前記の長さが４％の場合、圧縮上死点時の第１空間１５と第２空間１６は、弱いスキッシュ流と弱い逆スキッシュ流を発生させるスキッシュエリア空間に相当する。

Claims

火花点火ピストン式４サイクルエンジンの一つの燃焼室において、
シリンダーヘッドの下面とピストンとの間に前記燃焼室の内部空間が位置し、
シリンダーの上端の内周に沿って第１吸気弁と第１点火プラグと第１排気弁が連なって設置され、
前記内周に沿って第２吸気弁と第２点火プラグと第２排気弁が連なって設置され、
前記第１点火プラグと前記第２点火プラグの間に前記シリンダーの中心軸が位置し、
前記第１吸気弁と前記第２吸気弁の間に前記中心軸が位置し、
前記第１排気弁と前記第２排気弁の間に前記中心軸が位置し、
第１円周は前記第１点火プラグの中心電極を中心とし、第２円周は前記第２点火プラグの中心電極を中心とし、
前記第１円周上に前記第１吸気弁の底面の中心が位置し、前記第１円周の一部は前記第１排気弁の底面と重なって位置し、
前記第２円周上に前記第２吸気弁の底面の中心が位置し、前記第２円周の一部は前記第２排気弁の底面と重なって位置し、
前記ピストンの上面は第１１部分と第１２部分と第３１部分と第３２部分を持ち、
前記第１１部分は第１突起部を持ち、前記第１突起部は前記第３１部分よりも突出して形成され、前記第３１部分は前記第１円周の内側に位置し、前記第３１部分は前記第１１部分に隣接し、
上死点時の前記第１１部分は前記第１吸気弁の前記底面の一部分である第１部分と対面し、
前記第１部分と圧縮上死点時付近の前記第１１部分に挿まれて第１空間が形成され、
前記第１部分と前記第１空間と前記第１１部分は前記第１円周の外側に位置し、
前記第１２部分は第２突起部を持ち、前記第２突起部は前記第３２部分よりも突出して形成され、前記第３２部分は前記第２円周の内側に位置し、前記第３２部分は前記第１２部分に隣接し、
上死点時の前記第１２部分は前記第２吸気弁の前記底面の一部分である第２部分と対面し、
前記第２部分と圧縮上死点時付近の前記第１２部分に挿まれて第２空間が形成され、
前記第２部分と前記第２空間と前記第１２部分は前記第２円周の外側に位置し、
値Ａは数１４を機械的圧縮比の値で割った値であり、
圧縮上死点時の前記第１空間の前記中心軸と平行な方向の長さと圧縮上死点時の前記第２空間の前記中心軸と平行な方向の長さが前記ピストンのストローク量に前記の値Ａを掛け算した値の４％未満に設定される事を特徴とする４弁式燃焼室。
圧縮上死点時の前記燃焼室の前記内部空間に第５空間と第６空間が形成され、
前記第５空間は前記第１空間に隣接して位置し、前記第５空間は第５円弧の外側と第１円弧の内側の間に位置し、
前記第５円弧は前記第２点火プラグの前記中心電極を中心とする第５円周の一部分であり、
前記第５円弧は前記第２排気弁の前記底面の近くに位置し、
前記第５円弧の一端は前記上端と重なり、前記第５円弧の他の一端は前記第１吸気弁の前記底面の前記外周と前記第５円周との接点であり、
前記第１円弧は前記内周の上の点であって前記第１吸気弁に最も近い点と前記第５円弧の前記一端を結び、
前記第１円弧は前記第１排気弁から離れて位置し、
前記第６空間は前記第２空間に隣接して位置し、前記第６空間は第６円弧の外側と第２円弧の内側の間に位置し、
前記第６円弧は前記第１点火プラグの前記中心電極を中心とする第６円周の一部分であり、
前記第６円弧は前記第１排気弁の前記底面の近くに位置し、
前記第６円弧の一端は前記上端と重なり、前記第６円弧の他の一端は前記第２吸気弁の前記底面の前記外周と前記第６円周との接点であり、
前記第２円弧は前記内周の上の点であって前記第２吸気弁に最も近い点と前記第６円弧の前記一端を結び、
前記第２円弧は前記第２排気弁から離れて位置し、
圧縮上死点時の前記第５空間の前記中心軸と平行な方向の長さと圧縮上死点時の前記第６空間の前記中心軸と平行な方向の長さは前記ピストンのストローク量の４％未満に設定される事を特徴とする前記請求項１に記載された４弁式燃焼室。
圧縮上死点時の前記燃焼室の前記内部空間に第３空間と第４空間が形成され、
圧縮上死点時の前記第３空間は前記第１空間の一部分であり、
第３円周は前記第１点火プラグの前記中心電極を中心とし、前記第３円周の半径の値は前記第１円周の半径の値の１２５％であり、
第１１円周は前記中心軸を中心とし、前記第１１円周の半径の値は前記シリンダーの半径の値の４０％であり、
前記第３空間は前記第３円周の外側に位置し、前記第３空間は前記第１１円周の外側に位置し、
圧縮上死点時の前記第４空間は前記第２空間の一部分であり、
第４円周は前記第２点火プラグの前記中心電極を中心とし、前記第４円周の半径の値は前記第２円周の半径の値の１２５％であり、
前記第４空間は前記第４円周の外側に位置し、前記第４空間は前記第１１円周の外側に位置し、
圧縮上死点時の前記第３空間と圧縮上死点時の前記第４空間の２個の前記中心軸と平行な方向の長さが前記ピストンのストローク量に前記の値Ａを掛け算した値の３％未満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のいずれか一つの前記請求項に記載された４弁式燃焼室。