JP5702129B2 - Engine combustion chamber structure and cylinder head structure - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの燃焼室構造及びシリンダヘッド構造に関し、特にペントルーフ形の燃焼室天井部を有する燃焼室構造及びシリンダヘッド構造に関する。 The present invention relates to an engine combustion chamber structure and a cylinder head structure, and more particularly to a combustion chamber structure and a cylinder head structure having a pent roof type combustion chamber ceiling portion.
従来、自動車などの高回転高出力が要求されるエンジンは、燃焼室天井部を2つの吸気バルブが設けられる吸気側傾斜面及び2つの排気バルブが設けられる排気側傾斜面を備えたペントルーフ形とし、燃焼室天井部の吸気側傾斜面に開口する吸気ポートの開口端から燃焼室内へ導入した吸気によって燃焼室内にタンブル流を生成して安定した燃焼を行わせる方法がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, an engine such as an automobile that requires high rotation and high output has a pent roof type in which a combustion chamber ceiling is provided with an intake side inclined surface provided with two intake valves and an exhaust side inclined surface provided with two exhaust valves. There is a method in which a tumble flow is generated in the combustion chamber by the intake air introduced into the combustion chamber from the opening end of the intake port that opens to the intake-side inclined surface of the combustion chamber ceiling portion, so that stable combustion is performed.
このタンブル流は、吸気行程においてピストンが上死点位置から下降する際に、開状態の吸気バルブと吸気ポート開口端との隙間から燃焼室に対して吸気を斜めに導入することで生成される。詳細にはピストンの下降によって燃焼室へ吸い込まれる吸気は、燃焼室に対して斜めに各吸気ポート開口端と吸気バルブのバルブヘッドとの隙間から燃焼室に流れ込み、ピストンの更なる下降に伴い導入された吸気は排気側のシリンダボア内周面に沿うように下方へ向かい、その後ピストンの頂面に沿って吸気側へ曲げられ、更に上方に向かって流れて燃焼室全体に亘って縦方向に旋回するタンブル流となる。 This tumble flow is generated by introducing the intake air obliquely into the combustion chamber through the gap between the open intake valve and the intake port opening end when the piston descends from the top dead center position in the intake stroke. . Specifically, the intake air that is sucked into the combustion chamber as the piston descends flows into the combustion chamber obliquely with respect to the combustion chamber from the gap between each intake port opening end and the valve head of the intake valve, and is introduced as the piston further descends The intake air is directed downward along the inner peripheral surface of the cylinder bore on the exhaust side, and then bent toward the intake side along the top surface of the piston, and further flows upward and swirls vertically throughout the entire combustion chamber. It becomes a tumble style.
続いて、圧縮行程に移行してピストンが下死点位置から上昇すると、ピストンの上昇に伴う燃焼室の容積減少によりタンブル流がコンパクトになる。この圧縮行程中期以降においても、ペントルーフ形の燃焼室天井部とピストン頂面との間の空間によりタンブル流が圧縮行程中期以降まで崩壊することなく保持される。そして、インジェクタから燃料が噴射されると、タンブル流の燃焼室天井部に沿う流れによって点火プラグ近傍に運ばれて電極周りに適切な濃度状態の可燃混合気層を形成する。 Subsequently, when the piston moves up from the bottom dead center position by shifting to the compression stroke, the tumble flow becomes compact due to the decrease in the volume of the combustion chamber as the piston rises. Even after the middle stage of the compression stroke, the tumble flow is maintained without being collapsed until the middle stage of the compression stroke or later by the space between the ceiling portion of the pent roof type combustion chamber and the top surface of the piston. Then, when fuel is injected from the injector, it is carried to the vicinity of the spark plug by the flow of the tumble flow along the ceiling of the combustion chamber to form a combustible air-fuel mixture layer in an appropriate concentration state around the electrode.
また、ペントルーフ形の燃焼室天井部を有するエンジンの燃焼室において、点火プラグの電極周辺に可燃混合気を滞留させて着火性を向上させる燃焼室が特許文献1によって提案されている。この特許文献1のエンジンについて図5乃至図8を参照して説明する。 In addition, in a combustion chamber of an engine having a pent roof type combustion chamber ceiling portion, Patent Literature 1 proposes a combustion chamber in which a combustible air-fuel mixture is retained around an electrode of a spark plug to improve ignitability. The engine disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS.
図5はエンジンの燃焼室構造を模式的に示す断面図、図6はシリンダブロック側から見たシリンダヘッドを模式的に示す平面図、図7は図6のVII部拡大図、図8は図6のVIII−VIII線断面を模式的に示す図である。 5 is a cross-sectional view schematically showing the combustion chamber structure of the engine, FIG. 6 is a plan view schematically showing the cylinder head viewed from the cylinder block side, FIG. 7 is an enlarged view of the VII portion of FIG. 6, and FIG. It is a figure which shows typically the VIII-VIII line cross section of 6. FIG.
図5に示すように、シリンダブロック101にピストン105が往復動自在に収容されるシリンダボア102を形成し、シリンダヘッド110に頂部116から下方両側に傾斜して延在する吸気側傾斜面117及び排気側傾斜面118を備えたペントルーフ形の燃焼室天井部115が形成される。これら吸気側傾斜面117及び排気側傾斜面118の下縁からシリンダヘッド110の下端面111に亘って側壁部119が形成される。このシリンダボア102及び燃焼室天井部115を形成する吸気側傾斜面117、排気側傾斜面118、側壁部119、ピストン105の頂面106で囲まれた空間が燃焼室120となる。
As shown in FIG. 5, a
図6に示すように、燃焼室天井部115の吸気側傾斜面117には頂部116に沿って2つの吸気ポート121の各開口端122が形成され、排気側傾斜面118には2つの排気ポート123の各開口端124が形成される。また、各吸気ポート開口端122は吸気バルブ131によって開閉され、各排気ポート開口端124は排気バルブ132によって開閉される。各吸気バルブ131は、棒状のステム131Aと、ステム131Aの燃焼室120側の端部に設けられたバルブヘッド131Bとによって形成される。各排気バルブ132は、ステム132Aと、ステム132Aの燃焼室120側の端部に設けられたバルブヘッド132Bとによって形成される。
As shown in FIG. 6, the
燃焼室天井部115の頂部116には、頂部116の延在方向に沿って上方へ窪んだ気流ガイド溝部125が形成される。この気流ガイド溝部125は頂部116の長手方向略中央において図5及び図6に示すように電極133aが気流ガイド溝125から燃焼室120へ向けて突出するように点火プラグ133がシリンダヘッド110に対して取り付けられる。
An
気流ガイド溝部125は、その両端部125aから点火プラグ133に向けて徐々に深くなるように形成される。また、この気流ガイド溝125は、図7に示すように溝頂部126によって連続する吸気側溝面127及び排気側溝面128によって形成され、点火プラグ133が配設される箇所において吸気側溝面127が吸気側傾斜面117に対して所定の角度を有して傾斜して吸気側傾斜面117に連続して形成され、排気側溝面128が排気側傾斜面118に対して所定の角度を有して傾斜して排気側傾斜面118に連続して形成される。一方、吸気バルブ131及び排気バルブ132が配設される箇所では、図8で示すように、吸気側傾斜面117が吸気側溝面127に連続する1平面として形成され、排気側溝面128は排気側傾斜面118に対して所定の角度を有して傾斜する面に形成される。また、図6に示すように吸気側傾斜面117の基端部117aには、図示しない燃料を噴射させるインジェクタが挿入されるインジェクタ穴129が形成される。
The airflow
これにより、ピストン105が上昇すると、燃焼室120内に吸気側傾斜面117及び排気側傾斜面118に沿って流れる気流と、気流ガイド溝部125に沿って点火プラグ133側に流れる気流が生成され、燃焼室120内で燃料と空気との混合を促進しながら、点火プラグ133の電極133aの周りに可燃混合気を集中させかつ滞留させることが可能になり、着火性の向上が期待できる。
As a result, when the
上記ペントルーフ形の燃焼室天井部を有する燃焼室にあっては、吸気行程におけるピストンの下降によって吸気側傾斜面に開口する吸気ポート開口端と開状態の吸気バルブのバルブヘッドとの隙間からの吸気によって燃焼室内にタンブル流が生成されるものの、燃焼室天井部の頂部に近接して吸気ポート開口端が開口することから、ピストンの下降によって吸気ポート開口端と吸気バルブとの隙間から燃焼室内へ吸い込まれて吸気ポート開口端から吸気側傾斜面及び排気側傾斜面に沿って流れる吸気の流れが、その流れ方向と交差して延在する頂部及び頂部に連続する排気側傾斜面によって弱められて燃焼室内のタンブル流生成が弱められる。また、吸気ポート開口端から吸入される吸入空気の円滑な吸入に影響を及ぼし、吸気ポート等における吸気流路の圧力損失が増加して充填効率の低下を招く要因となる。 In the combustion chamber having the pent roof type combustion chamber ceiling portion, the intake air from the gap between the intake port opening end that opens to the intake side inclined surface by the lowering of the piston in the intake stroke and the valve head of the open intake valve Although a tumble flow is generated in the combustion chamber by the above, the intake port opening end opens close to the top of the combustion chamber ceiling, so that the piston descends to the combustion chamber through the gap between the intake port opening end and the intake valve. The flow of the intake air that flows in along the intake-side inclined surface and the exhaust-side inclined surface from the intake port opening end is weakened by the top portion extending across the flow direction and the exhaust-side inclined surface continuous to the top portion. Tumble flow generation in the combustion chamber is weakened. In addition, it affects the smooth suction of the intake air sucked from the opening end of the intake port, which increases the pressure loss of the intake passage in the intake port and the like and causes a decrease in charging efficiency.
また、吸気ポート開口端に座グリ等の仕上げ加工を施す際に、その機械加工に伴い吸気ポート開口端の周囲に不連続部分が形成され、その不連続部分によっても吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に流れる吸気の流れが弱められて燃焼室内のタンブル流生成が弱められる。 Also, when finishing the intake port opening edge, such as spot facing, a discontinuous portion is formed around the intake port opening end along with the machining, and the discontinuous portion also exhausts from the intake side inclined surface side. The flow of the intake air flowing toward the side inclined surface is weakened, and the generation of the tumble flow in the combustion chamber is weakened.
一方、特許文献1によると、ペントルーフ形の燃焼室天井部115の頂部116に沿って点火プラグ133側が深くなる気流ガイド溝部125を形成することで、燃焼室120内の可燃混合気を点火プラグ133の電極133aに対して集中させ、かつ滞留して着火性の向上が期待できる。
On the other hand, according to Patent Document 1, an
しかし、吸気ポート開口端124と開口状態の吸気バルブ131のバルブヘッド131Bとの隙間から燃焼室120内へ導入されて吸気側傾斜面116に沿って排気側傾斜面117側に流れる吸気が気流ガイド溝部125によって点火プラグ133側に誘導されると共に該部に滞留して、吸気ポート開口端122から吸気側傾斜面側116及び排気側傾斜面117に沿って流れる吸気流が弱められてタンブル流生成が弱められる。また、吸気ポート開口端122から吸入される吸気の流れが気流ガイド溝部125によって弱められ、かつ滞留することで吸気ポート開口端122からの円滑な吸入に影響を及ぼし、吸気ポート121等における吸気流路の圧力損失が増加して充填効率の低下を招く要因となる。
However, the intake air that is introduced into the
従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、ペントルーフ形の燃焼室天井部を有する燃焼室におけるタンブル流生成の向上及び充填効率を図りエンジンの燃焼安定性及びエンジン出力の向上が得られるエンジンの燃焼室構造及びシリンダヘッド構造を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention made in view of the above point is to provide an engine in which combustion stability of the engine and engine output are improved by improving tumble flow generation and filling efficiency in a combustion chamber having a pent roof type combustion chamber ceiling. An object of the present invention is to provide a combustion chamber structure and a cylinder head structure.
上記目的を達成する請求項1に記載の発明によるエンジンの燃焼室構造は、頂部から両側に傾斜して延在する吸気側傾斜面及び排気側傾斜面を備えたペントルーフ形の燃焼室天井部を備え、上記頂部に沿って吸気側傾斜面に吸気バルブにより開閉する2つの吸気ポート開口端及び排気側傾斜面に上記各吸気ポート開口端と対向して排気バルブにより開閉する2つの排気ポート開口端を有し、開状態の吸気バルブと吸気ポート開口端との隙間からの吸気導入によって燃料室内にタンブル流を生成するエンジンの燃焼室構造において、上記燃焼室天井部の頂部に、互いに対向する吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の燃焼室中心側を結ぶ仮想線と当該吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の外側を結ぶ仮想線との間に上記各々の吸気ポート開口端側と排気ポート開口端側を連通して吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に気流を誘導する溝状の気流誘導凹部を形成したことを特徴とする。 The combustion chamber structure for an engine according to the first aspect of the present invention that achieves the above object comprises a pent roof type combustion chamber ceiling having an intake-side inclined surface and an exhaust-side inclined surface extending inclined from the top to both sides. Two intake port opening ends opened and closed by an intake valve on the intake side inclined surface along the top, and two exhaust port opening ends opened and closed by the exhaust valve opposed to the intake port opening ends on the exhaust side inclined surface In the combustion chamber structure of the engine that generates a tumble flow in the fuel chamber by introducing the intake air through the gap between the open intake valve and the intake port opening end, the intake air portions facing each other are arranged on top of the combustion chamber ceiling portion. An imaginary line connecting the outer edge of the port opening end and the outer edge of the exhaust port opening end to the combustion chamber center side, and an imaginary line connecting the outer edge of the intake port opening end and the outer edge of the exhaust port opening end. Characterized in that a groove-like air flow guide socket to induce airflow to the exhaust side inclined surface side from the intake side inclined surface communicates with the intake port opening end side of the exhaust port opening end side of the each.
これによると、開状態の各吸気バルブと吸気ポート開口端との隙間から燃焼室に対して斜めに導入された吸気が、燃焼室天井部の頂部に、吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の燃焼室中心側を結ぶ仮想線と当該吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の外側を結ぶ仮想線との間に凹設された気流誘導凹部に誘導されて燃焼室内に吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に燃焼室天井部に沿って流れる強いタンブル流が生成され、燃焼室内における気流流動の促進が得られ、希薄域でも燃焼安定性及び燃費の向上が得られる。 According to this, the intake air introduced obliquely to the combustion chamber through the gap between the intake valve in the open state and the intake port open end, the top of the combustion chamber ceiling, outer and exhaust port openings of the intake ports open end The combustion chamber is guided by an airflow induction recess that is recessed between an imaginary line connecting the combustion chamber center side of the outer edge of the end and an imaginary line connecting the outer edge of the intake port opening end and the outer edge of the exhaust port opening end. In addition, a strong tumble flow that flows along the ceiling of the combustion chamber from the intake-side inclined surface side to the exhaust-side inclined surface side is generated, which promotes airflow flow in the combustion chamber, and improves combustion stability and fuel efficiency even in lean regions. can get.
また、吸気ポート開口端から吸入される吸気の流れが気流誘導凹部によって吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に誘導されて燃焼室天井部の頂部近傍に滞留することなく、吸気ポート開口端から円滑に燃焼室に新気が導入されて吸気ポート等の吸気流路の圧力損失が減少して充填効率の向上が得られ、充填効率の向上に伴ってエンジンの出力向上が得られる。 Further, the flow of the intake air drawn from the intake port opening end is guided from the intake side inclined surface side to the exhaust side inclined surface side by the airflow induction recess and does not stay near the top of the combustion chamber ceiling portion, so that the intake port opening end Thus, fresh air is smoothly introduced into the combustion chamber, the pressure loss in the intake passage such as the intake port is reduced, and the charging efficiency is improved. The engine output is improved as the charging efficiency is improved.
請求項2に記載の発明は、請求項1のエンジンの燃焼室構造において、上記各気流誘導凹部の間において上記燃焼室天井部の頂部中央に該頂部に沿って燃焼室側に突出する平坦部を備え、該平坦部に点火プラグ取付穴を形成したことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the combustion chamber structure of the engine according to the first aspect , a flat portion that protrudes toward the combustion chamber along the top at the center of the top of the ceiling of the combustion chamber between the airflow guide recesses. And a spark plug mounting hole is formed in the flat portion.
これによると、各気流誘導凹部の間に頂部に沿って燃焼室側に突出する平坦部を備え、この平坦部に点火プラグ取付穴を形成することで、各吸気ポート開口端及び排気ポート開口端との間の段差がなくなり円滑な燃焼室天井部が形成されると共に、各気流誘導凹部によって誘導される気流に影響を及ぼすことなくタンブル流生成を維持しながら点火プラグを取り付けることができる。 According to this, each intake port opening end and exhaust port opening end is provided by providing a flat portion protruding toward the combustion chamber along the top between each airflow guide recess, and forming a spark plug mounting hole in this flat portion. And a smooth combustion chamber ceiling is formed, and the spark plug can be attached while maintaining the tumble flow generation without affecting the air flow induced by each air flow guide recess.
請求項3に記載のシリンダヘッド構造の発明は、頂部から両側に傾斜して延在する吸気側傾斜面及び排気側傾斜面を備えたペントルーフ形の燃焼室天井部を備え、上記頂部に沿って吸気側傾斜面に吸気バルブにより開閉する2つの吸気ポート開口端及び排気側傾斜面に上記各吸気ポート開口端と対向して排気バルブにより開閉する2つの排気ポート開口端を有するシリンダヘッド構造において、上記燃焼室天井部の頂部に、互いに対向する吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の燃焼室中心側を結ぶ仮想線と当該吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の外側を結ぶ仮想線との間に各々の吸気ポート開口端側と排気ポート開口端側を連通して吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に気流を誘導する溝状の気流誘導凹部を形成したことを特徴とする According to a third aspect of the present invention, there is provided a cylinder head structure including a pent roof-type combustion chamber ceiling portion having an intake side inclined surface and an exhaust side inclined surface extending obliquely from the top to both sides, along the top portion. In a cylinder head structure having two intake port opening ends opened and closed by an intake valve on an intake side inclined surface and two exhaust port opening ends opened and closed by an exhaust valve on the exhaust side inclined surface opposite to each intake port opening end. An imaginary line connecting the outer edge of the intake port opening end and the outer edge of the exhaust port opening end facing each other on the top of the combustion chamber ceiling, and the outer edge of the intake port opening end and the outer edge of the exhaust port opening end. groove-shaped air flow induced concave to induce air flow into the exhaust-side inclined surface side with each of the intake ports opening end side exhaust port opening end side from the intake side inclined surface communicates between the imaginary line connecting the outer Characterized in that the formation of the
これによると、開状態の各吸気バルブと吸気ポート開口端との隙間から燃焼室に対して斜めに導入された吸気が、燃焼室天井部の頂部に、互いに対向する吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の燃焼室中心側を結ぶ仮想線と当該吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の外側を結ぶ仮想線との間に凹設された気流誘導凹部によって誘導されて吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に燃焼室天井部に沿って導入されて燃焼室内に吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に燃焼室天井部に沿って流れる強いタンブル流を生成することができる。 According to this, the intake air is introduced obliquely to the combustion chamber through the gap between the intake valve in the open state and the intake port opening end, on top of the combustion chamber ceiling, the outer edge and the intake ports open ends facing each other Induced by an airflow guide recess recessed between an imaginary line connecting the outer edge of the exhaust port opening end to the center of the combustion chamber and an imaginary line connecting the outer edge of the intake port opening end and the outer edge of the exhaust port opening end. A strong tumble flow is introduced along the combustion chamber ceiling from the intake side inclined surface side to the exhaust side inclined surface side and flows along the combustion chamber ceiling portion from the intake side inclined surface side to the exhaust side inclined surface side into the combustion chamber. Can be generated.
また、吸気ポート開口端から吸入される吸気の流れが気流誘導凹部によって吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に誘導されて燃焼室天井部の頂部近傍に滞留することなく、吸気ポート開口端から円滑に燃焼室に新気が導入されて吸気ポート等の吸気流路の圧力損失が減少して充填効率の向上が得られる。 Further, the flow of the intake air drawn from the intake port opening end is guided from the intake side inclined surface side to the exhaust side inclined surface side by the airflow induction recess and does not stay near the top of the combustion chamber ceiling portion, so that the intake port opening end Thus, fresh air is smoothly introduced into the combustion chamber, the pressure loss in the intake passage such as the intake port is reduced, and the charging efficiency is improved.
請求項4に記載の発明は、請求項3のシリンダヘッド構造において、上記各気流誘導凹部の間において上記燃焼室天井部の頂部中央に該頂部に沿って燃焼室側に突出する平坦部を備え、該平坦部に点火プラグ取付穴を形成したことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the cylinder head structure according to the third aspect , a flat portion that protrudes toward the combustion chamber along the top portion is provided at the center of the top portion of the combustion chamber ceiling portion between the airflow guide recesses. The spark plug mounting hole is formed in the flat portion.
これによると、各気流誘導凹部の間に頂部に沿って燃焼室側に突出する平坦部を備え、この平坦部に点火プラグ取付穴を形成することで、各吸気ポート開口端及び排気ポート開口端との間の段差がなくなり円滑な燃焼室天井部が形成されると共に、各気流誘導凹部によって誘導される気流に影響を及ぼすことなくタンブル流生成を維持しながら点火プラグを取り付けることができる。 According to this, each intake port opening end and exhaust port opening end is provided by providing a flat portion protruding toward the combustion chamber along the top between each airflow guide recess, and forming a spark plug mounting hole in this flat portion. And a smooth combustion chamber ceiling is formed, and the spark plug can be attached while maintaining the tumble flow generation without affecting the air flow induced by each air flow guide recess.
請求項5に記載の発明は、請求項3または4のシリンダヘッド構造において、上記各気流誘導凹部は、吸気ポート開口端側から排気ポート開口端側に連続して延在する底面と、該底面の各側縁に連続して該底面から離反するに従って互いに離間する平面乃至湾曲面状で吸気ポート開口端側から排気ポート開口端側に連続する内側面及び外側面を有する溝状であることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the cylinder head structure according to the third or fourth aspect , each of the airflow guide recesses includes a bottom surface continuously extending from the intake port opening end side to the exhaust port opening end side, and the bottom surface And a groove shape having an inner surface and an outer surface continuous from the intake port opening end side to the exhaust port opening end side. Features.
これによると、気流誘導凹部が吸気ポート開口端側から排気ポート開口端側に連続して延在する底面及び底面の各側縁に連続して該底面から離反するに従って互いに離間する平面乃至湾曲面状で吸気ポート開口端側から排気ポート開口端側に連続する内側面及び外側面を有する溝状に形成することで、吸気ポート開口端からの吸気が効率的に排気側傾斜面側に誘導され、より強いタンブル流が生成できる。また、吸気ポート開口端から円滑に燃焼室に新気が導入され、充填効率の向上が得られ、エンジンの出力向上が得られる。 According to this, the air flow guide recesses continuously extend from the intake port opening end side to the exhaust port opening end side, and the planes or curved surfaces that are separated from each other as the distance from the bottom surface continues to each side edge of the bottom surface. In the shape of a groove having an inner surface and an outer surface continuous from the intake port opening end side to the exhaust port opening end side, intake air from the intake port opening end is efficiently guided to the exhaust side inclined surface side. A stronger tumble flow can be generated. Further, fresh air is smoothly introduced into the combustion chamber from the open end of the intake port, so that the charging efficiency is improved and the output of the engine is improved.
本発明によると、開状態の各吸気バルブと吸気ポート開口端との隙間から燃焼室に対して斜めに導入された吸気が燃焼室天井部の頂部に凹設された気流誘導凹部に誘導されて燃焼室内に吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に燃焼室天井部に沿って流れる強いタンブル流が生成される。 According to the present invention, the intake air introduced obliquely into the combustion chamber from the gap between each open intake valve and the intake port opening end is guided to the airflow induction recess formed in the top of the combustion chamber ceiling. A strong tumble flow that flows along the combustion chamber ceiling from the intake-side inclined surface side to the exhaust-side inclined surface side is generated in the combustion chamber.
また、吸気ポート開口端から吸入される吸気の流れが気流誘導凹部によって吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に誘導されて燃焼室天井部の頂部近傍に滞留することなく、吸気ポート開口端から円滑に燃焼室に新気が導入されて吸気流路の圧力損失が減少して充填効率の向上が得られる。 Further, the flow of the intake air drawn from the intake port opening end is guided from the intake side inclined surface side to the exhaust side inclined surface side by the airflow induction recess and does not stay near the top of the combustion chamber ceiling portion, so that the intake port opening end Thus, fresh air is smoothly introduced into the combustion chamber, the pressure loss in the intake passage is reduced, and the charging efficiency is improved.
以下、本発明に係るエンジンの燃焼室及びシリンダヘッド構造の一実施の形態について、図1〜図4を参照して説明する。図1はエンジンのシリンダブロック側から見たシリンダヘッドを模式的に示す平面図、図2は図1のII−II線断面を模式的に示す断面図、図3は図1のIII−III線断面を模式的に示す断面図、図4は図1のIV−IV線断面を模式的に示す断面図である。 Hereinafter, an embodiment of an engine combustion chamber and cylinder head structure according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a plan view schematically showing a cylinder head viewed from the cylinder block side of the engine, FIG. 2 is a sectional view schematically showing a section taken along line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 is a line taken along line III-III in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a cross section taken along line IV-IV in FIG.
図1及び図2に示すように、エンジンはシリンダブロック10とシリンダヘッド20を備える。シリンダブロック10に図示しないピストンが往復動自在に収容されるシリンダボア11を形成し、シリンダヘッド20に頂部23から下方両側に向けて傾斜して延在する吸気側傾斜面24及び排気側傾斜面25を備えたペントルーフ形の燃焼室天井部22が形成される。また、これら吸気側傾斜面24及び排気側傾斜面25の下縁からシリンダブロック10にガスケット等を介在して当接するシリンダヘッド20の下端面21に亘って燃焼室40の内周部となる側壁部26が形成される。このシリンダボア11及び燃焼室天井部22を形成する吸気側傾斜面24、排気側傾斜面25、側壁部26及びピストンの頂面で囲まれた空間が燃焼室40となる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the engine includes a
シリンダヘッド20には、図1及び図2、図3に示すように燃焼室40に吸入新気を導入する一対の吸気ポート41A、41B及び燃焼排気ガスを排出する1対の排気ポート45A、45Bが形成される。燃焼室天井部22の吸気側傾斜面24に頂部23に沿って各吸気ポート41A、41Bの各開口端42A、42Bが形成され、吸気側傾斜面24の基端部24aに図示しない燃料を噴射させるインジェクタの先端部が挿入されるインジェクタ穴39が形成される。
1, 2, and 3, the
吸気側傾斜面24に形成される2つの吸気ポート開口端42A、42Bにそれぞれ環状のバルブシート43A、43Bが設けられる。また、排気側傾斜面25に頂部23に沿って各吸気ポート開口端42A、42Bに対向して吸入ポート開口端42A、42Bより小径の排気ポート45A、45Bの開口端46A、46Bが形成され、排気側傾斜面25に形成される2つの排気ポート開口端46A、46Bにそれぞれバルブシート47A、47Bが設けられる。
図2に示すように、バルブシート43Aが設けられた吸気ポート開口端42Aは、吸気ポート41Aに装着されたバルブガイド44Aに支持された吸気バルブ51Aによって開閉される。吸気バルブ51Aはバルブガイド44Aによってリフト方向に昇降自在に挿着された棒状のステム52A及びステム52Aの燃焼室40側の端部に設けられたバルブヘッド53Aによって形成され、閉状態にあってはバルブヘッド53Aのバルブフェースがバルブシート43Aに着座して吸気ポート開口端42Aが閉鎖され、開状態にあってはバルブヘッド53Aがバルブシート43Aから離反してバルブシート43Aとバルブヘッド53Aとの間に隙間が形成される。
As shown in FIG. 2, the intake
排気ポート開口端46Aは、排気ポート45Aに装着されたバルブガイド48Aに支持された排気バルブ55Aによって開閉される。排気バルブ55Aはバルブガイド48Aによってリフト方向に昇降自在に挿着された棒状のステム56A及びステム56Aの燃焼室40側の端部に設けられたバルブヘッド57Aよって形成され、閉状態にあってはバルブヘッド57Aのバルブフェースがバルブシート47Aに着座して排気ポート開口端46Aを閉鎖し、開状態にあってはバルブヘッド57Aがバルブシート47Aから離反してバルブシート47Aとバルブヘッド57Aとの間に隙間が形成される。
The exhaust port
また、図3に示すように、バルブシート43Bが設けられた吸気ポート開口端42Bは、吸気ポート41Bに装着されたバルブガイド44Bに支持されたステム51A及びバルブヘッド51Bを備えた吸気バルブ51Bによって開閉され、閉状態にあってはバルブヘッド53Bのバルブフェースがバルブシート43Bに着座して吸気ポート開口端42A、42Bを閉鎖し、開状態にあってはバルブヘッド53Bがバルブシート43Bから離反してバルブシート43Bとバルブヘッド53Bとの間に隙間が形成される。
Further, as shown in FIG. 3, the intake port
排気ポート開口端46Bは、排気ポート45Aに装着されたバルブガイド48Bに支持されたステム56B及びバルブヘッド57Bを備えた排気バルブ55Bによって開閉され、閉状態にあってはバルブヘッド57Bのバルブフェースがバルブシート47Bに着座して排気ポート開口端46Bを閉鎖し、開状態にあってはバルブヘッド57Bがバルブシート47Bから離反してバルブシート47Bとバルブヘッド57Bとの間に隙間が形成される。これら吸気バルブ51A、51B及び排気バルブ55A、55Bは図示しない吸気カム及び排気カム、或いはバルブリフト機構等の動弁機構によって開閉動作する。これら動弁機構は既に公知の技術であり説明を省略する。
The exhaust port
図1及び図3に図1のIII−III線断面図を示すように、燃焼室40のほぼ中央部となる燃焼室天井部22の頂部23の中央部に、電極58aがシリンダヘッド20の略中央において燃焼室40へ向けて突出するように点火プラグ58をシリンダヘッド20に対して取り付ける点火プラグ取付穴部32が頂部23から燃焼室40側へ突出して形成され、点火プラグ取付部32から頂部23の延在方向沿って互いに離反する方向に延在部分33A、33Bが延在する翼状の平坦部31が形成される。この頂部23から燃焼室40側に突出する翼状の平坦部31によって、各吸気ポート開口端42A、42B及び排気ポート開口端46A、46Bとの間の段差がなくなり吸気側傾斜面23から排気側傾斜面24に滑らかに連続する円滑な燃焼室天井部22が形成される。
As shown in the sectional view taken along the line III-III in FIG. 1 and FIG. A spark
この平坦部31の延在部部分33Aに連続して吸気ポート開口端42Aと排気ポート開口部46Aとの間に吸気ポート開口端42A側と排気ポート開口端46A側とを連通する上方に窪んだ略同一断面形状で滑らかに連続する溝状の気流誘導凹部35Aが形成され、延在部33Bに連続して吸気ポート開口端42Bと排気ポート開口部46Bとの間に吸気ポート開口端42B側と排気ポート開口端46B側とを連通する上方に窪んだ溝状の気流誘導凹部35Bが形成される。
Continuing from the extending
この気流誘導凹部35Aは図1、図2及び図4に示すように、内方端35Aa及び外方端35Abが吸気ポート開口端42Aの外縁及び排気ポート開口端46Aの外縁の燃焼室中心側、吸気ポート開口端42Aの外縁及び排気ポート開口端46Aの外縁の点火プラグ58側を結ぶ仮想線La1と外側を結ぶ仮想線La2との間に形成され、吸気ポート開口端42Aから排気ポート開口端46A側に連続するシリンダヘッド下端面21と略平行な底面36Aと、底面36Aの中心側縁36Aaに外方端が連続して内方端35Aaが平坦部31の延在部分33Aの外方端に連続する平面乃至湾曲面状で吸気ポート開口端42A側から排気ポート開口端46A側に連続する内側面37Aと、底面36Aの外側縁36Abに内方端が連続して外方端35Abが頂部23或いは側壁部26に連続する平面乃至湾曲面状で排気ポート開口端46A側に連続する外側面38Aとによって形成される。
As shown in FIGS. 1, 2 and 4, the air
即ち、この気流誘導凹部35Aは、点火プラグ58が取り付けられる平坦部31の延在部分33Aに連続して仮想線La1とLa2との間において頂部23の吸気ポート開口端42A側から排気ポート開口端46A側に連続して延在する平坦な底面36Aと、この底面36Aの内側縁36Abに連続して底面36Aから燃焼室40側に移行するに従って互いに離間する内側面37A及び外側面38Aによって燃焼室40側が幅の広い溝状に形成される。また、この気流誘導凹部35Aは例えば数ミリの比較的浅い面取り状に形成できる。
That is, the
同様に、気流誘導凹部35Bは図1、図2及び図4に示すように、内方端35Ba及び外方端35Bbが吸気ポート開口端42Bの外縁及び排気ポート開口端46Bの外縁の燃焼室中心側、即ち点火プラグ58側を結ぶ仮想線Lb1と外側を結ぶ仮想線Lb2との間に形成され、吸気ポート開口端42Bから排気ポート開口端46B側に連続するシリンダヘッド下端面21と略平行な底面36Bと、底面36Bの中心側縁36Baに外方端が連続して内方端35Baが平坦部31の延在部分33Bの外方端に連続する平面乃至湾曲面状で吸気ポート開口端42B側から排気ポート開口端46B側に連続する内側面37Bと、底面36Bの外側縁36Bbに内方端が連続して外方端36Bbが頂部23或いは側壁部26に連続する平面乃至湾曲面状で吸気ポート開口端42B側から排気ポート開口端46B側に連続する外側面38Bとによって形成される。即ち、この気流流動凹部35Bは、平坦部31の延在部分33Bに連続して仮想線Lb1とLb2との間において頂部23の吸気ポート開口端42B側から排気ポート開口端46B側に連続して延在する平坦な底面36Bと、この底面36Bの内側縁36Bbに連続して底面36Bから燃焼室40側に移行するに従って互いに離間する内側面37B及び外側面38Bによって燃焼室40側が幅の広い溝状に形成される。また、この気流誘導凹部35Bは例えば数ミリの比較的浅い面取り状に形成できる。
Similarly, as shown in FIGS. 1, 2 and 4, the air
次に、このように構成された燃焼室及びシリンダヘッドの作用について説明する。 Next, the operation of the combustion chamber and the cylinder head configured as described above will be described.
このように構成されたエンジンにおいて、吸気行程において図示しないピストンが上死点位置から下降するに伴って、図2及び図3に示す開状態の吸気バルブ51Aのバルブヘッド53Aと吸気ポート開口端42Aのバルブシート43Aとの隙間から燃焼室40に対して斜めに導入された吸気は、図1及び図2に矢印F1で示すように燃焼室天井部22の頂部23に凹設された底面36A、内側面37A、外側面38Aによって吸気ポート開口端42A側と排気ポート開口端46A側を連通する溝状に形成された気流誘導凹部35Aに誘導されて吸気側傾斜面24側から排気側傾斜面25側に燃焼室天井部22に沿って導入される。同様に開状態の吸気バルブ51Bのバルブヘッド53Bと吸気ポート開口端42Bのバルブシート43Bとの隙間から燃焼室40に対して斜めに導入された吸気は、図1及び図3に矢印F2で示すように燃焼室天井部22の頂部23に凹設された底面36B、内側面37B、外側面38Bによって吸気ポート開口端42B側と排気ポート開口端46B側を連通する溝状に形成された気流誘導凹部35Bに誘導されて吸気側傾斜面24側から排気側傾斜面25側に燃焼室天井部22に沿って導入される。
In the engine thus configured, as the piston (not shown) descends from the top dead center position in the intake stroke, the
これにより開口する吸気バルブ51Aと吸気ポート開口端42Aのバルブシート43Aとの隙間から、及び吸気バルブ51Bと吸気ポート開口端43Bのバルブシート43Bとの隙間から吸入された吸気は、その流れ方向と交差する方向に延在する頂部23や頂部23に連続する排気側傾斜面25によって弱められることなく、吸気側傾斜面24側から排気側傾斜面25側に燃焼室天井部22に沿って誘導される。
As a result, the intake air sucked from the gap between the
ピストンの更なる下降に伴い、導入された吸気が排気側のシリンダボア11の内周面に沿うように下方に向かい、その後ピストンの頂面に沿って吸気側へ曲げられ、更に吸気側のシリンダボア11の内周面に沿って上方の吸気側傾斜面24に向かって流れ、燃焼室40全体に亘って縦方向に旋回するタンブル流が生成される。
As the piston is further lowered, the introduced intake air is directed downward along the inner peripheral surface of the exhaust-side cylinder bore 11, and then bent toward the intake side along the top surface of the piston. Further, the intake-side cylinder bore 11 is further bent. A tumble flow that flows toward the upper intake side inclined
ここで、特に各気流誘導凹部35Aを仮想線La1とLa2との間において底面36Aの内側縁36Abに連続して底面36Aから燃焼室40側に移行するに従って互いに離間する内側面37A及び外側面38Aによって燃焼室40側が幅の広い溝状に形成することで、吸気ポート開口端42Aからの吸気を燃焼室天井部22に沿って効率的に排気側傾斜面25側に誘導されると共に、気流誘導凹部35Bを仮想線Lb1とLb2との間において底面36Bの内側縁36Bbに連続して底面36Bから燃焼室40側に移行するに従って互いに離間する内側面37B及び外側面38Bによって燃焼室40側が幅の広い溝状に形成することで吸気ポート開口端42Bからの吸気が燃焼室天井部22に沿って効率的に排気側傾斜面25側に誘導され、これらの気流により強いタンブル流が生成できる。
Here, in particular, each of the air
続いて、圧縮行程に移行してピストンが下死点位置から上昇すると、ピストンの上昇に伴う燃焼室40の容積減少によりタンブル流がコンパクトになる。この圧縮行程中期以降においても、ペントルーフ形の燃焼室天井部22とピストン頂面との間の空間及び吸気側傾斜面24側から排気側傾斜面25側に吸気を誘導する気流誘導凹部35A、35Bによってタンブル流が圧縮行程中期以降まで崩壊することなく、保持される。そして、インジェクタから燃料が噴射されると、タンブル流の燃焼室天井部22に沿う流れによって点火プラグ58の近傍に運ばれて電極58a周りに適切な濃度状態の可燃混合気層を形成する。
Subsequently, when the piston moves up from the bottom dead center position by shifting to the compression stroke, the tumble flow becomes compact due to the decrease in the volume of the
このように、燃焼室40内で吸気ポート開口端42A、42Bから排気ポート開口端46A、46Bの方向に向けて吸気側傾斜面24側から排気側傾斜面25側に燃焼室天井部22に沿って流れる強いタンブル流が生成され、燃焼室40内における気流流動の促進が得られ、希薄域でも燃焼安定性及び燃費の向上が得られる。
Thus, in the
また、吸気ポート開口端42A、42Bから吸入される吸気の流れが気流誘導凹部35A、35Bによって吸気側傾斜面24側から排気側傾斜面25側に誘導されて燃焼室天井部の頂部近傍に滞留することなく、吸気ポート開口端42A、42Bから円滑に燃焼室に新気が導入され、吸気ポート41A、41B等の吸気流路の圧力損出が減少して充填効率の向上が得られ、エンジンの出力向上が得られる。
Further, the flow of the intake air sucked from the intake port opening ends 42A and 42B is guided from the intake side inclined
更に、気流誘導凹部35Aと気流誘導凹部35Bの間において頂部23に沿って燃焼室40側に突出形成された平端部31に点火プラグ取付穴部32を備えることで、各吸気ポート開口端42A、42B及び排気ポート開口端46A、46Bとの間の段差がなくなり、円滑な燃焼室天井部22が形成されると共に、各気流誘導凹部35A、35Bによって誘導される気流流れに影響することなく、強いタンブル流生成を維持しながら点火プラグ58を装着することができる。
Furthermore, each of the intake port opening ends 42 </ b> A is provided by providing a spark
10 シリンダブロック
11 シリンダボア
20 シリンダヘッド
21 下端面
22 燃焼室天井部
23 頂部
24 吸気側傾斜面
25 排気側傾斜面
31 平坦部
32 点火プラグ取付穴部
33A、33B 延在部分
35A、35B 気流誘導凹部
35Aa、35Ba 内方端
35Ab、35Bb 外方端
36A、36B 底面
37A、37B 内側面
38A、38B 外側面
40 燃焼室
41A、41B 吸気ポート
42A、42B 吸気ポート開口端
43A、43B バルブシート
45A、45B 排気ポート
46A、46B 排気ポート開口端
47A、47B バルブシート
51A、51B 吸気バルブ
53A、53B バルブヘッド
55A、55B 排気バルブ
57A、57B バルブヘッド
58 点火プラグ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記燃焼室天井部の頂部に、互いに対向する吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の燃焼室中心側を結ぶ仮想線と当該吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の外側を結ぶ仮想線との間に上記各々の吸気ポート開口端側と排気ポート開口端側を連通して吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に気流を誘導する溝状の気流誘導凹部を形成したことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。 Two intakes that have a pent roof-type combustion chamber ceiling provided with an intake-side inclined surface and an exhaust-side inclined surface that are inclined and extended from the top to both sides, and that are opened and closed by an intake valve along the top of the intake-side inclined surface There are two exhaust port opening ends that are opened and closed by an exhaust valve opposite to each intake port opening end on the port opening end and the exhaust side inclined surface, and intake air from the gap between the opened intake valve and the intake port opening end In the combustion chamber structure of the engine that generates a tumble flow in the fuel chamber by introduction,
An imaginary line connecting the outer edge of the intake port opening end and the outer edge of the exhaust port opening end facing each other on the top of the combustion chamber ceiling, and the outer edge of the intake port opening end and the outer edge of the exhaust port opening end. A groove-like airflow guiding recess that communicates the intake port opening end side and the exhaust port opening end side with the imaginary line connecting the outside to guide the airflow from the intake side inclined surface side to the exhaust side inclined surface side. An engine combustion chamber structure characterized by being formed.
上記燃焼室天井部の頂部に、互いに対向する吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の燃焼室中心側を結ぶ仮想線と当該吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の外側を結ぶ仮想線との間に各々の吸気ポート開口端側と排気ポート開口端側を連通して吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に気流を誘導する溝状の気流誘導凹部を形成したことを特徴とするシリンダヘッド構造。 Two intakes that have a pent roof-type combustion chamber ceiling provided with an intake-side inclined surface and an exhaust-side inclined surface that are inclined and extended from the top to both sides, and that are opened and closed by an intake valve along the top of the intake-side inclined surface In the cylinder head structure having two exhaust port opening ends opened and closed by an exhaust valve on the port opening end and the exhaust side inclined surface so as to face each intake port opening end,
An imaginary line connecting the outer edge of the intake port opening end and the outer edge of the exhaust port opening end facing each other on the top of the combustion chamber ceiling, and the outer edge of the intake port opening end and the outer edge of the exhaust port opening end. A groove-like airflow guide recess that guides airflow from the intake-side inclined surface side to the exhaust-side inclined surface side by communicating the intake port open end side and the exhaust port open end side between the imaginary lines connecting the outside A cylinder head structure characterized by that.
該底面の各側縁に連続して該底面から離反するに従って互いに離間する平面乃至湾曲面状で吸気ポート開口端側から排気ポート開口端側に連続する内側面及び外側面を有する溝状であることを特徴とする請求項3または4に記載のシリンダヘッド構造。 Each of the airflow guiding recesses has a bottom surface continuously extending from the intake port opening end side to the exhaust port opening end side;
A flat or curved surface that is continuous with each side edge of the bottom surface and is spaced apart from the bottom surface, and has a groove shape having an inner surface and an outer surface that are continuous from the intake port opening end side to the exhaust port opening end side. The cylinder head structure according to claim 3 or 4 , wherein
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