JP5067124B2

JP5067124B2 - エンジンの燃焼室構造

Info

Publication number: JP5067124B2
Application number: JP2007286914A
Authority: JP
Inventors: 彰三木田; 昌弘藤本; 博文東; 淳星川; 和志宮本; 公也加藤; 範貢大澤
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2007-11-05
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2027-11-05
Also published as: JP2009114902A

Description

本発明はエンジンの燃焼室構造に関する。

図７及び図８は従来の自動車のエンジンの燃焼室構造を示す上面図及び斜視図である。

これらの図に示すように、従来のエンジンでは各シリンダの燃焼室１の構造がペントルーフ型となっており、このペントルーフ型燃焼室１の左右両側の傾斜面１ａのそれぞれに、カム式の動弁機構で開閉される２つの吸気弁２と２つの排気弁３とが配置されている。このようなペントルーフ型の燃焼室構造では、向かい合う吸気弁２と排気弁３は互いに傾斜して所定の挟み角を有する一方、隣り合う２つの吸気弁２同士は互いに平行になっており、隣り合う２つの排気弁３同士も互いに平行になっている。

特開２００１−１５９３３４号公報

しかしながら、上記従来のペントルーフ型燃焼室構造では、エンジンの燃費を改善するために燃焼室１の容積を小さくして圧縮比を高くしようとすると、燃費は改善されるが、ノッキングが発生し易くなる。

これに対して、燃焼室を円錐に近い構造にすることができれば、燃焼室の容積を小さくして（圧縮比を高くして）燃費を改善することができ、且つ、ノッキングを回避することもできる。しかし、従来のようなカム式動弁機構では、その機械的な制約のため、燃焼室構造を任意に変更して吸気弁及び排気弁の配置を任意に変更することが難しい。

従って本発明は上記の事情に鑑み、燃焼室の容積を小さくして（圧縮比を高くして）燃費を改善し、且つ、ノッキングを回避することもできるエンジンの燃焼室構造を提供することを課題とする。

現在、吸気弁や排気弁の駆動機構として、電磁動弁機構（特許文献１参照）等のカムレス動弁機構が開発されている。そして、このようなカムレス動弁機構であれば吸気弁及び排気弁がそれぞれ独立に開閉され、カム式動弁機構のような機械的な制約を受けないため、吸気弁及び排気弁のレイアウトの自由度が高い。そこで、本発明者等は、かかる着想に基づき、燃費の改善とノッキングの回避とを実現するのに最適な燃焼室の構造を工夫した。

即ち、上記課題を解決する第１発明のエンジンの燃焼室構造は、カムレス動弁機構によってそれぞれ独立に開閉される２つの吸気弁及び２つの排気弁が各シリンダに具備されているエンジンの燃焼室構造において、
前記シリンダの燃焼室を四角錐状とし、
前記四角錐状の燃焼室の４つの傾斜面のそれぞれに前記吸気弁又は前記排気弁を１弁ずつ配設したことを特徴とする。

また、第２発明のエンジンの燃焼室構造は、第１発明のエンジンの燃焼室構造において、前記四角錐状の燃焼室の頂部に点火プラグを配設したことを特徴とする。

第１発明のエンジンの燃焼室構造によれば、カムレス動弁機構によってそれぞれ独立に開閉される２つの吸気弁及び２つの排気弁が各シリンダに具備されているエンジンの燃焼室構造において、前記シリンダの燃焼室を四角錐状とし、前記四角錐状の燃焼室の４つの傾斜面のそれぞれに前記吸気弁又は前記排気弁を１弁ずつ配設したことを特徴とするため、燃焼室の容積を小さくして（圧縮比を高くして）燃費を改善し、且つ、ノッキングを回避することもできる。また、バルブ開口面積の拡大による体積効率の向上を図ることもできる。

また、第２発明のエンジンの燃焼室構造によれば、第１発明のエンジンの燃焼室構造において、前記四角錐状の燃焼室の頂部に点火プラグを配設したことを特徴とするため、円錐に近い四角錐状（ピラミッド型）の燃焼室構造と、センタープラグ化とによって、点火プラグ近辺で着火された火炎が燃焼室全体に均一に伝播するため、燃焼効率が向上し、出力・燃費ともに向上する。また、コンパクトな燃焼室と均一な火炎伝播によって高圧縮比が可能となる。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づき詳細に説明する。

図１（ａ）は本発明の実施の形態例に係る自動車のエンジンの燃焼室構造を示す要部断面図、図１（ｂ）は前記燃焼室構造の斜視図、図２は電磁動弁機構の概要図、図３は図１（ｂ）から燃焼室のみを抽出して示す斜視図、図４は前記燃焼室構造の上面図、図５は前記燃焼室構造（シリンダヘッド）の下面図である。また、図６は前記燃焼室構造における吸気弁及び排気弁の他の配置例を示す斜視図である。

図１に示すように、エンジン１１は複数のシリンダ１２（１つだけを図示している）を有しており、各シリンダ１２はシリンダブロック１３と、シリンダブロック１３の上端に接続されたシリンダヘッド１４とによって形成され、内部にピストン１５が摺動自在に設けられている。

シリンダヘッド１４には各シリンダ１２ごとに２つの吸気ポート１６と、２つの排気ポート１７が形成されている。また、各シリンダ１２ごとに２つの吸気弁１９と、２つの排気弁２０が具備されている。各吸気弁１９は各吸気ポート１６の燃焼室１８側の端部にそれぞれ配設され、各排気弁２０は各排気ポート１７の燃焼室１８側の端部にそれぞれ配設されている。点火プラグ２１はシリンダヘッド１４のプラグ取付孔１４ｅに取り付けられ、燃焼室１８の上部中央に位置している。

吸気弁１９は弁がさ１９ａと弁棒１９ｂとを有し、閉弁時には弁棒１９ｂとともに弁がさ１９ａが矢印Ａの如く移動し、弁がさ１９ａの弁フェース１９ｃが吸気ポート１６の端部に設けられた弁座１６ａに当接することによって吸気ポート１６を塞ぎ、開弁時には弁棒１９ｂとともに弁がさ１９ａが矢印Ｂの如く移動し、弁がさ１９ａの弁フェース１９ｃが弁座１６ａから離間することによって吸気ポート１６を開く。同様に、排気弁２０は弁がさ２０ａと弁棒２０ｂとを有し、閉弁時には弁棒２０ｂとともに弁がさ２０ａが矢印Ｃの如く移動し、弁がさ２０ａの弁フェース２０ｃが排気ポート１７の端部に設けられた弁座１７ａに当接することによって排気ポート１７を塞ぎ、開弁時には弁棒２０ｂとともに弁がさ２０ａが矢印Ｄの如く移動し、弁がさ２０ａの弁フェース２０ｃが弁座１７ａから離間することにより排気ポート１７を開く。

しかも、かかる吸気弁１９及び排気弁２０の開閉動作はカムレス動弁機構（例えば図２の電磁動弁機構）によってそれぞれ独立に行うことができるようなっている。図２には吸気弁１９を電磁弁とした場合の構成を例示している。なお、排気弁２０を電磁弁とした場合については、吸気弁１９の場合と同様であるため、図示及び説明を省略する。

図２に示すように、吸気弁１９の弁棒１９にはアーマチュア２２が突設される一方、このアーマチュア２２の上方と下方には図示しないシリンダヘッド１４の支持部に支持された上部電磁石２３と下部電磁石２４とが配設されている。また、弁棒１９の上部には上部支持部材２５が突設され、この上部支持部材２５と、その上方に位置するシリンダヘッド１４の上部支持部１４ａとの間には上部バネ２６が介設されている。弁棒１９の下部には下部支持部材２７が突設され、この下部支持部材２７と、その下方に位置するシリンダヘッド１４の下部支持部１４ｂとの間には下部バネ２８が介設されている。上部バネ２６は上部支持部材２５（吸気弁１９）を下方へ付勢し、下部バネ２８は下部支持部材２７（吸気弁１９）を上方に付勢している。

従って、上部電磁石２３及び下部電磁石２４が何れも通電されていないときには、上部バネ２６と下部バネ２８のバネ力が均衡して、アーマチュア２２が上部電磁石２３と下部電磁石２４の中間に位置するため、吸気弁１９は半開状態となる。そして、上部電磁石２３に通電したときには、図示の如くアーマチュア２２が上部電磁石２３に吸着されることにより、吸気弁１９は矢印Ａ方向に移動して全閉となり、下部電磁石２４に通電したときには、アーマチュア２２が下部電磁石２４に吸着されることにより、吸気弁１９は矢印Ｂ方向に移動して全開となる。排気弁２０についても同様である。なお、カムレス動弁機構の吸気弁及び排気弁としては、上記のような電磁弁（電磁動弁機構）に限定するものではなく、吸気弁及び排気弁がそれぞれ独立に開閉してレイアウトの自由度が大きいものであればよく、例えば油圧駆動弁（油圧動弁機構）等でもよい。

そして、本実施の形態例では図１，図３〜図５に示すように、シリンダヘッド１６の内側に形成されている各シリンダ１２の燃焼室１８が、四角錐状（ピラミッド型）に形成されており、この四角錐状の燃焼室１８の４つの傾斜面１８ａ（即ち、隣り合う稜線１８ｂの間の面）のそれぞれに、吸気弁１９又は排気弁２０が１弁ずつ配設されている。従って、吸気弁１９と排気弁２０が互いに傾斜して所定の挟み角を有するだけでなく、２つの吸気弁１９同士も互いに傾斜して所定の挟み角を有し、２つの排気弁２０同士も互いに傾斜して所定の挟み角を有している。また、点火プラグ２１は四角錐状の燃焼室１８の頂部１８ｃに配設されて、センタープラグ化されている。

詳述すると、図５に示すように、シリンダヘッド１４の内面１４ｃには三角形状の４つの傾斜面１４ｄ−１からなる凹部１４ｄが形成されており、この凹部１４ｄによってシリンダヘッド１４の内側に四角錐状の燃焼室１８が形成されている。各傾斜面１４ｄ−１にはそれぞれ、吸気ポート１６の開口端（弁座１６ａ）と、排気ポート１７の開口端（弁座１７ａ）とが形成されている。また、センタープラグ化するために点火プラグ２１の取付孔１４ｅが、凹部１４ｄの中央に形成されている。

なお、図１（ａ）では四角錐状の燃焼室１８に対して２つの吸気弁１９及び２つの排気弁２０を、吸気弁１９同士が隣り合い、且つ、排気弁２０同士が隣り合うように、各傾斜面１８ａのそれぞれに１弁ずつ配設しているが、必ずしもこれに限定するものではなく、図６に示すように四角錐状の燃焼室１８に対して２つの吸気弁１９及び２つの排気弁２０を、吸気弁１９と排気弁２０が交互に隣り合うように、各傾斜面１８ａのそれぞれに１弁ずつ配設してもよい。

以上のように、本実施の形態例のエンジンの燃焼室構造によれば、電磁動弁機構等のカムレス動弁機構によってそれぞれ独立に開閉される２つの吸気弁１９及び２つの排気弁２０が各シリンダ１２に具備されているエンジンの燃焼室構造であって、シリンダ１２の燃焼室１８を四角錐状とし、前記四角錐状の燃焼室１８の４つの傾斜面１８ａ（即ちシリンダヘッド１４の凹部１４ｄの傾斜面１４ｄ−１）のそれぞれに吸気弁１９又は排気弁２０を１弁ずつ配設し、且つ、前記四角錐状の燃焼室１８の頂部１８ｃに点火プラグ２１を配設（即ちセンタープラグ化）したことを特徴とするため、燃焼室１８の容積を小さくして（圧縮比を高くして）燃費を改善し、且つ、ノッキングを回避することもできる。即ち、円錐に近い四角錐状（ピラミッド型）の燃焼室構造と、センタープラグ化とによって、点火プラグ２１近辺で着火された火炎が燃焼室１８全体に均一に伝播するため、燃焼効率が向上し、出力・燃費ともに向上する。また、バルブ開口面積の拡大による体積効率の向上を図ることもできる。また、コンパクトな燃焼室１８と均一な火炎伝播によって高圧縮比が可能となる。

なお、上記の実施の形態では四角錘状の燃焼室１８の頂部１８ｃに点火プラグ２１を配設したが、本発明は燃料噴射弁を配置した圧縮着火エンジンや点火プラグと燃料噴射弁を備えた筒内噴射式火花点火エンジンに適用してもよい。

本発明はエンジンの燃焼室構造に関するものであり、カムレス動弁機構によってそれぞれ独立に開閉される２つの吸気弁及び２つの排気弁を各シリンダに備えたエンジンの燃焼室構造に適用して有用なものである。

（ａ）は本発明の実施の形態例に係る自動車のエンジンの燃焼室構造を示す要部断面図、（ｂ）は前記燃焼室構造の斜視図、図２は電磁動弁機構の概要図である。電磁動弁機構の概要図である。図１（ｂ）から燃焼室のみを抽出して示す斜視図である。前記燃焼室構造の上面図である。前記燃焼室構造（シリンダヘッド）の下面図である。前記燃焼室構造における吸気弁及び排気弁の他の配置例を示す斜視図である。従来の自動車のエンジンの燃焼室構造を示す上面図である。前記燃焼室構造の斜視図である。

符号の説明

１１エンジン
１２シリンダ
１３シリンダブロック
１４シリンダヘッド
１４ａ上部支持部
１４ｂ下部支持部
１４ｃ内面
１４ｄ凹部
１４ｄ−１傾斜面
１４ｅプラグ取付孔
１５ピストン
１６吸気ポート
１６ａ弁座
１７排気ポート
１７ａ弁座
１８燃焼室
１８ａ傾斜面
１８ｂ稜線
１８ｃ頂部
１９吸気弁
１９ａ弁がさ
１９ｂ弁棒
１９ｃ弁フェース
２０排気弁
２０ａ弁がさ
２０ｂ弁棒
２０ｃ弁フェース
２１点火プラグ
２２アーマチュア
２３上部電磁石
２４下部電磁石
２５上部支持部材
２６上部バネ
２７下部支持部材
２８下部バネ

Claims

カムレス動弁機構によってそれぞれ独立に開閉される２つの吸気弁及び２つの排気弁が各シリンダに具備されているエンジンの燃焼室構造において、
前記シリンダの燃焼室を四角錐状とし、
前記四角錐状の燃焼室の４つの傾斜面のそれぞれに前記吸気弁又は前記排気弁を１弁ずつ配設したことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
前記四角錐状の燃焼室の頂部に点火プラグを配設したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃焼室構造。