JP2573570B2 - ２サイクルエンジンの燃焼室 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、２サイクルエンジンに係り、特にその点火
プラグが臨む燃焼室の構造に関する。

〔従来の技術〕

２サイクルエンジンの燃焼室においては、例えば「特
開昭51−29622号公報」に見られるように、点火プラグ
が臨むドームに、ピストン頂面の外周側に向って広がる
スキッシュゾーンを連続して形成し、ピストンが上死点
付近に達した際に、混合気をスキッシュゾーンで圧縮し
てドーム内に噴出させ、混合気をドーム内に集中させる
ことで着火率と火炎伝播速度を早め、高出力化を押し進
めることが行なわれている。

ところが、このように火炎伝播速度を早めると、燃焼
室内の圧力が急激に上昇するため、特にピストン頂面に
加わる衝撃が大きくなる。したがって、この衝撃により
ピストンが振動するとともに、このピストンの振動がシ
リンダブロックやクランクケースに伝わり、これらが共
振して不快な共鳴音が発生する等、エンジンからの騒音
が大きくなるといった不具合がある。

この対策として、従来、ドームを深く形成し、混合気
への着火点からスキッシュゾーンまでの距離を稼いで燃
焼室内での火炎伝播速度を遅くすることにより、燃焼室
内の圧力上昇を穏やかにしたものが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この先行技術の構成によると、ドーム
が深くなることから、ピストンが上死点に達した際に、
スキッシューゾーンで圧縮された混合気が点火プラグの
近傍にまで充分に行き渡らなくなる。

そのため、騒音は少なくなるものの、本来のスッキシ
ュ効果が損なわれてしまい、高回転域での出力が低下す
る等の不具合が生じる。

本発明は、このような事情にもとづいてなされたもの
で、急激な燃焼を確実に防止して、エンジン騒音を低く
抑えることができ、しかも、高回転域での出力も充分に
確保できる２サイクルエンジンの燃焼室の提供を目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、ピストンの頂面
と向かい合うシリンダヘッドに、シリンダの中心線上に
位置して略円錐形状のドームを形成し、このドームの終
端に点火プラグを配置するとともに、上記ピストンの頂
面とシリンダヘッドとの間に、上記ドームに連続して上
記ピストンの頂面の外周側に向って広がるスキッシュゾ
ーンを形成した２サイクルエンジンの燃焼室を前提とし
ている。

そして、上記シリンダヘッドは、上記スキッシュゾー
ンに臨むスキッシュ面を有し、このスキッシュ面は、上
記ピストンの外周部に対応した位置から上記ドームの方
向に進むに従い上記ピストンの頂面から離間する方向に
傾斜させ、このスキッシュ面に、上記ドームと同軸状を
なすリング状の凹部と、これら凹部とドームとを隔てる
境界部とを形成し、上記凹部は、上記スキッシュゾーン
内において、そのスキッシュ面の外周部よりも上記ドー
ムに近い位置に配置されるとともに、この凹部の深さが
上記ドームの深さよりも小さく定められており、かつ、
上記凹部の底面およびこの凹部とスキッシュ面との連続
部分ならびに上記スキッシュゾーンに臨む上記境界部
は、夫々滑らかに彎曲された曲面をなしていることを特
徴としている。

〔作用〕

このような構成によれば、ピストンが上死点付近に達
すると、スキッシュゾーンで圧縮された混合気は、その
一部が凹部に導かれ、残りの大部分がドームに導かれ
る。この場合、凹部は、スキッシュ面の外周部よりもド
ームに偏った位置に配置され、しかも、スキッシュ面自
体がドームに近づくに従いピストン頂面から遠ざかる方
向に傾斜されているので、上記凹部よりも内周側に位置
するスキッシュゾーンで圧縮される混合気の量および圧
縮度合が共に少なくなる。そのため、凹部が存在しない
場合に比べてドームへ集中する混合気が少なくなり、こ
のドーム内での混合気の流動が弱められ、ドーム内での
急激な燃焼が抑えられる。

また、ドームと凹部との境界部や凹部とスキッシュ面
との連続部分は、滑らかな曲面となっており、ここに混
合気の流れを乱すような尖った角部が存在しないため
に、燃焼室内でのスキッシュ流の発生がより弱められる
とともに、燃焼室内の特定部分に自己着火の原因となる
ような熱溜まりが生じ難くなる。

ドーム内で成長した火炎は、ドームに比べて混合気が
燃え難いとされるスキッシュゾーンに伝わり、ここから
凹部内に導かれた混合気に燃え広がる。そのため、一旦
弱まった燃焼が再び拡大されることになり、単一の燃焼
室内で燃焼が二段階に亘って行なわれる。

このことから、ドームを含む燃焼室内での火炎伝播速
度が遅くなり、クランク角に対する燃焼室内の圧力上昇
が緩やかとなるとともに、最大燃焼圧力も低くなり、そ
の分、ピストン頂面に加わる衝撃が少なくなる。したが
って、ピストンの振動が減少し、シリンダブロックやク
ランクケース回りの共振を防止することができる。

また、燃焼室内の圧力上昇や最大燃焼圧力が低く抑え
られても、二回に亘る燃焼により火炎は燃焼室の隅々に
まで確実に行き渡り、燃焼室内での火炎の成長は確実に
行なわれる。したがって、燃焼室内の平均有効圧力は、
これまでと同等の値にまで上昇することになり、高回転
域での出力も充分に確保できる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を、自動二輪車用の２サイクル
エンジンに適用した図面にもとづいて説明する。

第１図中符号１はシリンダブロック、２はシリンダヘ
ッドを示し、上記シリンダブロック１は、ピストン３を
収容する円筒状のシリンダ1aを備えている。シリンダ1a
の内周面には、吸気口４および排気口５が対向して開口
されているとともに、この排気口５の径方向両側には、
主掃気口６と補助掃気口７とが開口されている。これら
吸気口４、排気口５および両掃気口6,7は、上記ピスト
ン３によって開閉される。

なお、主掃気口６および補助掃気口７は、掃気通路８
を通じて図示しないクランクケース内のクランク室に連
なっている。

ところで、上記ピストン３の頂面3aとシリンダヘッド
２の内面2aとの間には、燃焼室９が形成されている。こ
の燃焼室９は、円錐形状のドーム10と、このドーム10の
開口部に連続してピストン３の頂面3aの外周側に向って
広がるスキッシュゾーン11とを備えている。ドーム10
は、シリンダ1aの中心線O1−O1上に位置されて、その開
口部がピストン３の頂面3aと向かい合っており、このド
ーム10の先端底面に点火プラグ14が配置されている。

そして、スキッシュゾーン11に臨むシリンダヘッド２
の内面2aは、ピストン３の頂面3aの外周部と向かい合う
スキッシュ面11aをなしている。このスキッシュ面11a
は、ピストン３の頂面3aの外周部と向い合う部分からド
ーム10に進むに従って、ピストン３の頂面3aから遠ざか
る方向に傾斜されている。そのため、エンジンの圧縮行
程において、ピストン３が上死点付近に間で上昇する
と、スキッシュゾーン11で圧縮された混合気は、スキッ
シュ面11aに案内されてドーム10の方向に導かれるよう
になっている。

シリンダヘッド２のスキッシュ面11aには、凹部13が
形成されている。この凹部13は、燃焼室９の周方向に連
続するリング状をなしており、上記ドーム10に対し同軸
的に配置されている。凹部13は、第１図や第２図に示す
ように、スキッシュゾーン11内において、スキッシュ面
11aの外周部よりも上記ドーム10に近い位置に配置され
ており、この凹部13の深さは、ドーム10の深さよりも小
さく定められている。

凹部13とドーム10との間には、これら凹部13とドーム
10とを隔てるリング状の境界部12が形成されている。こ
の境界部12の燃焼室９に臨む面は、混合気の円滑な流れ
を考慮して、滑らかな曲面12aをなしている。同様の理
由により、上記凹部13にあっても、その底面13aが滑ら
かな曲面をなしているとともに、凹部13におけるスキッ
シュ面11aに連なる部分も滑らかな曲面13bで結ばれてお
り、この凹部13には、エンジンの圧縮行程時にスキッシ
ュゾーン11で圧縮された混合気の一部が導入される。

このような構成によれば、混合気をドーム10の方向に
案内するスキッシュ面11aに、ドーム10とは境界部12に
よって隔てられたリング状の凹部13を形成したので、ピ
ストン３の上昇時にスキッシュゾーン11で圧縮された混
合気は、その一部が凹部13内に入り込むとともに、残り
の大部分がドーム10に導かれる。

この場合、上記凹部13は、スキッシュ面11aの外周部
よりもドーム10に近い位置に配置され、かつまた、スキ
ッシュ面11a自体がドーム10に近づくに従いピストン３
の頂面3aから遠ざかる方向に傾斜されているので、凹部
13よりも内周側に位置するスキッシュゾーン11が極めて
狭いものとなる。そのため、スキッシュゾーン11におけ
る凹部13よりも内側で圧縮される混合気の量および圧縮
度合が共に少なくなり、スキッシュ面11aに凹部13が存
在しない場合に比べて、ドーム10に集中する混合気が少
なくなる。この結果、ドーム10内での混合気の流動性が
低下し、渦流の発生が弱められるから、従来に比べて急
激な燃焼が抑えられる。

しかも、スキッシュゾーン11に臨むドーム10と凹部13
との境界部12や凹部13とスキッシュ面11aとの連続部分
さらには凹部13の底面13aは、滑らかな曲面12a,13bとな
っているので、スキッシュゾーン11に混合気の流れを積
極的に乱すような尖った角部は存在しないことになる。
このため、燃焼室９内でのスキッシュ流の発生がより弱
められるとともに、燃焼室９の特定位置に自己着火の原
因となるような熱溜まりが生じ難くなる。

一方、ドーム10内で成長した火炎は、このドーム10に
比べて混合気が燃え難いとされるスキッシュゾーン11に
一旦広がった後に、上記混合気の一部が導かれた凹部13
内に燃え広がる。そのため、一旦弱まった燃焼が燃焼室
９内で再び拡大される。

したがって、この凹部13内で二度目の燃焼が行なわれ
るから、従来の燃焼が瞬時に終了するものに対し燃焼が
二段階に亘ることになり、その分、燃焼室９内での火炎
伝播速度が遅くなる。

このように火炎伝播速度が遅くなると、第４図に示す
ように、破線で示す従来に比べてクランク角に対する燃
焼室９内の圧力上昇が緩やかになるとともに、最大燃焼
圧力も低く抑えられ、ピストン３の頂面3aに加わる衝撃
も少なくなる。この結果、ピストン３の振動が抑えられ
るので、シリンダブロック１やクランクケース回りの共
振を防止することができ、エンジン騒音を低く抑えるこ
とができる。

また、上記構成の場合、燃焼室９内の圧力上昇や最大
燃焼圧力は低く抑えられても、二回に亘る燃焼によって
火炎は燃焼室９の隅々にまで確実に行き渡り、この燃焼
室９内での火炎の成長は確実かつ円滑に行なわれる。こ
の結果、燃焼室９内の平均有効圧力は、これまでと同等
の値となり、高回転域での出力も充分に確保することが
できる。

なお、本発明を実施するに当っては、シリンダヘッド
のスキッシュ面と向い合うピストンの頂面に、スキッシ
ュ面の凹部と対向し合うリング状の凹部を形成しても良
い。

この構成によると、ピストンが上死点付近に達した際
には、シリンダヘッドの凹部とピストンの凹部とが互い
に近接した状態で対向し合い、スキッシュゾーンの内部
にドームとは別の一つの空間が形成される。したがっ
て、この空間に圧縮された混合気の一部が導かれること
になり、上記実施例と同様の作用効果を得ることができ
る。

また、本発明に係る２サイクルエンジンは、自動二輪
車用に特定されず、その他の車両や車両以外の種々の分
野にも適用可能である。

〔発明の効果〕

以上詳述した本発明によれば、凹部の存在によってド
ームに集中する混合気が少なくなり、ドーム内での混合
気の流動性が低下するので、従来に比べて急激な燃焼が
抑えられる。その上、スキッシュゾーンの内部に混合気
の流れを積極的に乱すような尖った角部は存在しないの
で、燃焼室内でのスキッシュ流の発生がより弱められる
とともに、燃焼室の特定位置に自己着火の原因となるよ
うな熱溜まりが生じ難くなる。また、ドーム内で成長し
た火炎は、スキッシュゾーンに広がった後に、混合気の
一部が導かれた凹部内に燃え広がるので、従来の燃焼が
瞬時に終了するものに対し燃焼が二段階に亘ることにな
り、燃焼室内での火炎伝播速度が遅くなる。

よって、燃焼室内の圧力上昇が緩やかとなるととも
に、最大燃焼圧力も低く抑えられるので、ピストンの頂
面に加わる衝撃が少なくなり、このピストンの振動に伴
うシリンダブロックやクランクケース回りの共振を防止
することができ、その分、エンジン騒音を低く抑えるこ
とができる。

さらに、燃焼室内の圧力上昇や最大燃焼圧力は低く抑
えられても、火炎は、二回に亘る燃焼によって燃焼室の
隅々にまで確実に行き渡るので、燃焼室内の平均有効圧
力は、これまでと大差のない値にまで上昇することにな
り、高回転域での出力も充分に確保することができると
いった利点がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、 第１図は、２サイクルエンジンの断面図、 第２図は、第１図中II−II線に沿う矢視図、 第３図は、吸気口、排気口および掃気口の位置関係を示
す概略図、 第４図は、クランク角度と燃焼室圧力との関係を示す特
性図である。 1a……シリンダ、２……シリンダヘッド、３……ピスト
ン、3a……頂面、10……ドーム、11……スキッシュゾー
ン、11a……スキッシュ面、12……境界部、13……凹
部、12a,13b……曲面。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストンの頂面と向かい合うシリンダヘッ
   ドに、シリンダの中心線上に位置して略円錐形状のドー
   ムを形成し、このドームの終端に点火プラグを配置する
   とともに、 上記ピストンの頂面とシリンダヘッドとの間に、上記ド
   ームに連続して上記ピストンの頂面の外周側に向って広
   がるスキッシュゾーンを形成した２サイクルエンジンの
   燃焼室において、 上記シリンダヘッドは、上記スキッシュゾーンに臨むス
   キッシュ面を有し、このスキッシュ面は、上記ピストン
   の外周部に対応した位置から上記ドームの方向に進むに
   従い上記ピストンの頂面から離間する方向に傾斜させ、 このスキッシュ面に、上記ドームと同軸状をなすリング
   状の凹部と、これら凹部とドームとを隔てる境界部とを
   形成し、 上記凹部は、上記スキッシュゾーン内において、そのス
   キッシュ面の外周部よりも上記ドームに近い位置に配置
   されるとともに、この凹部の深さが上記ドームの深さよ
   りも小さく定められており、 かつ、上記凹部の底面およびこの凹部とスキッシュ面と
   の連続部分ならびに上記スキッシュゾーンに臨む上記境
   界部は、夫々滑らかに彎曲された曲面をなしていること
   を特徴とする２サイクルエンジンの燃焼室。