JP2717960B2

JP2717960B2 - エンジンの燃焼室

Info

Publication number: JP2717960B2
Application number: JP63292809A
Authority: JP
Inventors: 昇橋本; 泰浩楪; 克己岡崎; 次男服平
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1988-11-19
Filing date: 1988-11-19
Publication date: 1998-02-25
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: JPH02140416A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はエンジンの燃焼室、特に形状をできるだけコ
ンパクト化したコンパクト燃焼室の改良に関する。

（従来の技術）近年、エンジンの燃焼室内における燃焼性の改善のた
め、コンパクト燃焼室と称せられる燃焼室構造が採用さ
れるようになっている。この燃焼室は、シリンダヘッド
の下面（及びピストンの上面）を窪ませることにより、
所要の容積を確保しながら全体形状をできるだけコンパ
クトに構成したもので、これによれば、点火プラグによ
る着火により発生した火炎が燃焼室の全体に速やかに伝
播され、燃焼性が向上することになる。

このコンパクト燃焼室においては、例えば特開昭57−
198315号公報に記載されているように、全体形状のコン
パクト化にともなって、シリンダヘッドの下面における
燃焼室の平面形状が吸、排気ポートの開口部を取り囲む
ような形状となり、燃焼室が吸気側燃焼室と排気側燃焼
室とで構成されることになる。その場合に、上記公報で
は、吸気側燃焼室の容積が排気側燃焼室の容積より大き
くされているが、排気側燃焼室の容積を吸気側燃焼室の
容積より大きくすることにより、高温の排気側燃焼室内
での燃焼比率を大きくして、燃焼性を一層向上させるこ
とが考えられている。

（発明が解決しようとする課題）ところで、上記のようにシリンダヘッド下面における
燃焼室形状を吸、排気ポートを取り囲むような形状とし
た場合、点火プラグをどこに配置するかが問題となり、
この点に関して、上記公報に記載された燃焼室では、シ
リンダヘッド下面における吸気側燃焼室と排気側燃焼室
との境界部に該燃焼室に連続する凹部を形成し、該凹部
内に点火プラグを収納するようになっている。しかし、
このようにした場合、次のような問題の発生が考えられ
る。

つまり、点火プラグが凹部内に収納されていると、燃
焼室内における吸気の流れを直接受けることができない
ため、圧縮行程時に該プラグの周囲に混合気が十分に供
給されないことになって、点火による混合気の着火ない
しその後の火炎の生成が良好に行われないことになる。
また、吸気行程時には、吸気の流れによる該プラグに対
する掃気作用が不十分となって、該プラグ周囲に排気ガ
スを滞留し、また先端の着火部にカーボン等が堆積し易
くなり、そのため該プラグの着火性、ひいては燃焼性が
悪化することになるのである。

本発明は、エンジンの燃焼室に関する上記のような問
題に対処するもので、特に点火プラグに対する混合気の
供給及び掃気作用を良好に行わせることにより、該点火
プラグの着火性ないし燃焼性を向上させることを課題と
する。

（課題を解決するための手段）上記課題の解決のため、本発明は次のように構成した
ことを特徴とする。

すなわち、本願の請求項１に係る発明は、シリンダヘ
ッドの下面に設けられる小容積の吸気側燃焼室と大容積
の排気側燃焼室とで構成される燃焼室に関するものであ
って、上記吸気側燃焼室と排気側燃焼室との境界部に、
吸気ポートの開口部を取り囲むように該燃焼室内に突出
する障壁部を形成すると共に、該障壁部の排気側燃焼室
側への延長線上近傍に点火プラグを配設したことを特徴
とする。

また、請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る発
明の構成に加えて、吸気ポートの開口部を取り囲むよう
に設けた障壁部に沿うように、燃焼室の略接線方向に吸
気を導入する吸気スワール生成手段を設けたことを特徴
とする。

（作用）上記の構成によれば、燃焼室がコンパクトに構成さ
れ、しかも高温の排気側燃焼室が吸気側燃焼室より容積
が大きいことにより、火炎の伝播もしくは混合気の燃焼
が良好に行われることに加えて、上記吸気側燃焼室と排
気側燃焼室との境界部に設けた障壁部によって吸気が点
火プラグ側にガイドされることにより、該点火プラグに
対する掃気作用及び混合気の供給も良好に行われること
になる。また、特に請求項２に係る発明によれば、スワ
ール生成手段によって上記障壁部に沿う吸気の流れが積
極的に形成されるので、上記の点火プラグに対する作用
が一層良好に行われることになり、点火プラグの着火性
ないし混合気の燃焼性が向上することになる。

（実施例）以下、本発明の実施例について説明する。

まず、第１図により本実施例に係るエンジンの燃焼室
周辺の概略構成を説明すると、この燃焼室１は、シリン
ダブロック２のボア2aに嵌挿されたピストン３の上面
と、シリンダヘッド４の下面とに対向させてそれぞれ形
成された凹部3a,4aにより、所要の容積を確保しながら
全体形状をできるだけコンパクト化したコンパクト燃焼
室とされている。そして、上記シリンダヘッド４に、吸
気バルブ５及び排気バルブ６を介して燃焼室１にそれぞ
れ連通する吸気ポート７及び排気ポート８が設けられて
いると共に、該シリンダヘッド４には先端の着火部が燃
焼室１内に突入するように点火プラグ９が装着されてい
る。

また、このエンジンにおいては、上記吸気ポート７及
び該ポート７に接続される吸気通路10の下流端部が、隔
壁11によって上方の通路断面積の大きい高負荷用ポート
12と、下方の通路断面積の小さい低負荷用ポート13とに
仕切られている。そして、上記高負荷用ポート12の入口
部に該ポート12を開閉する開閉弁14が備えらていると共
に、その直下流側に該高負荷用ポート12を介して燃焼室
１を指向するように燃料噴射弁15が配設されている。

次に、第２図により、上記開閉弁14の開閉動作及び燃
料噴射弁15からの燃料噴射等を制御する制御システムに
ついて説明すると、このシステムはコントロールユニッ
ト20を有し、該ユニット20に、吸気通路10の上流部に備
えられたエアフロメータ21からの空気流量信号ａと、ク
ランク軸に連動するディストリビュータ22からのエンジ
ン回転数信号ｂとが入力されるようになっている。そし
て、このコントロールユニット20は、上記信号a,bが示
す吸入空気量Ｑとエンジン回転数Ｎとに基いて１吸気行
程当たりの各気筒への吸入空気量を算出すると共に、こ
れに対応する燃料噴射量を設定し、この燃料噴射量とな
るように、各気筒の燃料噴射弁15…15に燃料制御信号ｃ
…ｃを出力する。また、上記吸入空気量Ｑとエンジン回
転数Ｎとに基いて負荷Ｐ（＝Q/N）を算出し、この負荷
Ｐとエンジン回転数Ｎとで示されるエンジンの運転領域
に応じて開閉弁14を開閉するように、そのアクチュエー
タ23に吸気制御信号ｄを出力し、さらに上記運転領域等
に応じて最適の点火時期となるように、点火プラグ９に
点火制御信号ｅを出力するようになっている。

ここで、第３図に示すように、上記開閉弁14は、所定
負荷Po（例えば吸気負圧で−150mmHg相当）以下で、且
つ所定エンジン回転数No（例えば3000RPM）以下の低負
荷低速領域で閉じ、これ以外の領域で開くように制御さ
れる。

また、上記燃料噴射弁15からの燃料噴射時期は、第４
図に示すような時期に制御されるが、この時期は、低速
時における燃焼性を考慮して次のように設定されたもの
である。つまり、低速時においては吸気下死点から吸気
バルブ５の閉弁時までの期間Ｉに、該下死点前の一定期
間IIにシリンダ内に吸入された吸気が吸気ポート７側に
吹き返されることになり、燃焼に寄与する吸気が吸入さ
れる実質吸気期間は吸気バルブ５の開弁時から上記一定
期間IIの前までの期間IIIとなる。そこで、この実質吸
気期間IIIの中期から後期にかけて燃料を噴射すること
により、シリンダ内ないし燃焼室１内の上層部に燃料を
偏在させるのである。なお、第２図中、符号16は吸気通
路10の中間部に設けられたスロットルバルブである。

次に、第５〜９図により、本案の特徴部を構成する燃
焼室１の構造について説明する。

第５図はシリンダヘッド４の下面を示すもので、該下
面におけるシリンダボア2aに対応する円形領域内の外周
部はフラットなスキッシュエリア4bとされており、その
内側が燃焼室１の上半部を構成する上記の凹部4aとされ
ていると共に、この凹部4a内の一側部に上記吸気ポート
７が、他側部に排気ポート８がそれぞれ開口され、該凹
部4a、つまり燃焼室１が、吸気側燃焼室1aと排気側燃焼
室1bとで構成されている。ここで、吸気ポート７側にお
いては凹部4aの輪郭線が該ポート７の開口部を取り囲む
ように形成されているのに対して、排気ポート８側にお
いては上記輪郭線が該ポート８の開口部の図面上、上方
で該ポート８から離反しており、これにより吸気側燃焼
室1aより排気側燃焼室1bの容積が大きくされている。

そして、上記両燃焼室1a,1bの境界部は、図面上、下
方側では両燃焼室1a,1bが滑らかに連続する形状とされ
ているのに対して、上方側には吸気ポート７の開口部を
取り囲むように燃焼室１の内方に突出する障壁部1cが設
けられていると共に、上記吸気ポート７を構成する通路
断面積の小さい低負荷用ポート13が図面上、上方に湾曲
されて、該ポート13から燃焼室１に流入する吸気が、矢
印Ａで示すように上記障壁部1cに沿って該燃焼室１の略
接線方向に流入するようになっている。そして、該障壁
部1cの排気側燃焼室1b側への延長線上近傍に、点火プラ
グ９の取り付け孔1dが設けられていると共に、該取り付
け孔1dの周囲は、点火プラグ９の着火部の回りに所要量
の混合気を存在させるため、一段深くされた凹部1eとさ
れている（第６図参照）。

なお、第６〜８図は、第５図に示すシリンダヘッド下
面における凹部4aの底面形状（燃焼室１の天井面形状）
を示すための図面であり、そのうち、第８図は該底面形
状のシリンダヘッド下面を基準とする等高線図である
が、この図面中、吸、排気ポート7,8及び点火プラグ取
り出し孔1d内の部分は実際の凹凸形状と異なり、便宜
上、直線で表示している。また、第９図は上記シリンダ
ヘッド下面の凹部4aに対向して燃焼室１の下半部を構成
するピストン３の上面の凹部3aの輪郭及び底面形状を示
すものであって、上記シリンダヘッド下面における凹部
4aと略対応させて２個の球面を合体させた形状とされて
いる。

次に、この実施例の作用を説明する。

第３図に示すように、低負荷低速の領域においては吸
気ポート７を構成する高負荷用ポート12が開閉弁14によ
って閉じられるので、吸気行程時に吸気通路10からシリ
ンダ内に吸入される吸気は通路断面積の小さい低負荷用
ポート13を通過してシリンダ内に流入する。従って、吸
入空気量が少ないにも拘らず、吸気が高速で流入すると
共に、この低負荷用ポート13は燃焼室１の略接線方向を
指向するように湾曲されているので、該燃焼室１ないし
シリンダ内に吸気のスワールが生成されることになる。
その場合に、この低負荷用ポート13から流入する吸気
は、第５図に矢印Ａで示すように、吸気側燃焼室1aと排
気側燃焼室1bとの境界部に設けられた障壁部1cに沿って
流れることになるが、この障壁部1cの延長線上近傍には
点火プラグ９が配設されているので、該点火プラグ９の
先端の着火部が吸気の流れを直接受けることになる。こ
れにより、該点火プラグ９の着火部周辺が吸気により掃
気されることになり、該着火部周辺に排気ガスが滞留し
たり、カーボンが堆積したりすることが防止されて、良
好な着火性が維持される。

また、吸気行程中には燃料噴射弁15から燃料が噴射さ
れ、これが高負荷用ポート12内を通ってシリンダ内に導
入されるが、第４図に示すように、燃料は実質吸気期間
IIIの中期ないし後期にかけて噴射されるので、シリン
ダ内の主として上層部に偏在し、該上層部に濃い混合気
が生成されることになる。

そして、ピストン３が下死点から上動に転じて圧縮行
程に移行すると、シリンダ内の吸気ないし混合気がスワ
ールを維持したままシリンダヘッド４の下面とピストン
３の上面の凹部4a,3aによって構成される燃焼室１内に
押し込まれることになるが、この場合も、上記スワール
は第５図に矢印Ａで示すように障壁部1cに沿って流れ、
特に上層部に形成されている濃い混合気が点火プラグ９
の先端の着火部近傍に向けて流れることになる。また、
この場合に、遠心力により、混合気中の燃料成分がスワ
ールの外周部に集中することになり、その結果、上記障
壁部1cから点火プラグ９の着火部に向けて一層濃い混合
気が供給される。これにより、点火プラグ９の点火時に
混合気が確実に着火されると共に、その着火部に強力な
火炎が発生することになる。そして、燃焼室１の全体が
コンパクトに形成されており、しかも高温の排気側燃焼
室1bの容積が大きくされていることにより、上記の点火
プラグ９の着火部で発生した火炎がスワールによる攪拌
作用と相俟つて燃焼室１の全体に速かに伝播すると共
に、排気側燃焼室1bの熱によって燃焼が促進され、この
ようにして燃料が完全に、しかも短時間で燃焼されるこ
とになり、低負荷低速領域における燃焼性が向上され、
ひいては該領域でのエンジンの出力性能や排気性能が改
善されることになる。ここで、吸気側燃焼室1aと排気側
燃焼室1bとの境界部における上記障壁部1cが設けられた
側部と反対側の側部は、両燃焼室1a,1bが滑らかに連続
する形状とされているので、該側部を通過する際にスワ
ールが減衰されることはなく、圧縮行程の終期ないし膨
張行程の初期まで良好なスワールが維持される。また、
この時期にスキッシュエリア46からのスキッシュ流が特
に点火プラグ９から離れた吸気側燃焼室１内の混合気に
乱れをつくり、点火プラグ９からの火炎伝播を確実にす
る。すなわち、スワールによる濃混合気の点火プラグ９
の近傍への偏在、この濃混合気の着火、及びスキッシュ
流により乱された燃焼室周辺部の混合気への火炎伝播を
経て燃焼が完了する。その場合に、例えばスキッシュエ
リア4bからのスキッシュ流は圧縮上死点前20°前後が最
大となるので、点火時期は圧縮上死点前15〜20°に設定
される。

なお、低負荷低速領域以外の高負荷もしくは高速領域
においては、開閉弁14が開くので、通路断面積の大きな
高負荷用ポート12から大量の吸気がシリンダ内に導入さ
れ、所要の出力が得られることになる。

（発明が効果）以上のように本発明によれば、所謂コンパクト燃焼室
において、点火プラグに対する掃気作用と混合気の供給
とが良好に行われることにより、該点火プラグの着火性
が向上することになる。そして、この着火性の向上と燃
焼室のコンパクト化による効果とが相俟って、燃料が短
時間で且つ完全に燃焼されることになる。このようにし
て、主として低負荷低速領域での燃焼性が改善され、該
領域でのエンジンの出力性能や排気性能が向上すること
になる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は燃焼室及
びその周辺の構成を示す断面図、第２図は当該エンジン
の制御システム図、第３図は開閉弁の開閉領域を示す領
域図、第４図は吸気バルブの開弁時期と燃料噴射時期の
タイミングを示すタイムチャート図、第５図は燃焼室の
構成を示すシリンダヘッドの下面図、第6,7図は第５図V
I−VI線、VII−VII線でそれぞれ切断した断面図、第８
図は燃焼室の天井面の形状を示す等高線図、第９図はピ
ストン側燃焼室の底面の形状を示す等高線図である。１…燃焼室、1a…吸気側燃焼室、1b…排気側燃焼室、1c
…障壁部、４…シリンダヘッド、７…吸気ポート、９…
点火プラグ、13…スワール生成手段（低負荷用ポー
ト）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者服平次男広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (56)参考文献特開昭55−69720（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−64111（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−113117（ＪＰ，Ａ) 実開昭52−13202（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−101630（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダヘッドの下面に設けられた小容積
の吸気側燃焼室と大容積の排気側燃焼室とでなるエンジ
ンの燃焼室であって、上記吸気側燃焼室と排気側燃焼室
との境界部に、吸気ポートの開口部を取り囲むように該
燃焼室内に突出する障壁部が形成されていると共に、該
障壁部の排気側燃焼室側への延長線上近傍に点火プラグ
が配設されていることを特徴とするエンジンの燃焼室。
【請求項２】シリンダヘッドの下面に設けられた小容積
の吸気側燃焼室と大容積の排気側燃焼室とでなるエンジ
ンの燃焼室であって、上記吸気側燃焼室と排気側燃焼室
との境界部に、吸気ポートの開口部を取り囲むように該
燃焼室内に突出する障壁部が形成されていると共に、該
障壁部に沿うように燃焼室の略接線方向に吸気を導入す
る吸気スワール生成手段が設けられており、且つ上記障
壁部の排気側燃焼室側への延長線上近傍に点火プラグが
配設されていることを特徴とするエンジンの燃焼室。