JPH02123225A - エンジンの燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ベントルーフ形状をしたエンジンの燃焼室に
関するものであり、さらに詳しくは、吸気弁と排気弁と
の開弁時期がオーバラップする状態における燃焼室内か
らの掃気が効率良く行こなわれる形状をしたエンジンの
燃焼室に関するものである。

（従来の技術） エンジンの動弁制御においては、排気弁が閉じる前に吸
気弁を開らいて吸気を開始するようになた、いわゆる開
弁時期のオーバラップ期間をつくり、このオーバラップ
期間において、吸気弁を介して燃焼室に吸入された吸気
を利用して、燃焼室内の掃気を行うようにしている。特
に、過給機付のエンジンにおいては、このようなオーバ
ラップ時期にふいて、僅かに開いた吸気弁を介して多量
の吸気が燃焼室内に過給されて、効率良く燃焼室内の掃
気が行なわれることが期待できる。

ここに、エンジンの燃焼室としては、例えば実開閉６１
−８８０１３号公報に記載されているように、燃焼室を
形成するシリンダヘッドの側に形成したキャビティの断
面形状が、ベントルーフ形状となった形式のものが知ら
れている。この形式の燃焼室においては、シリンダヘッ
ドに形成された断面形状が屋根形のキャビティにおける
一方の側の傾斜壁に吸気ボートが開いており、そこに吸
気弁が配置され、同様に他方の側の傾斜壁に排気ボート
が開いて、そこに排気弁が配置されている。

（発明が解決しようとする課題） この形式の燃焼室を備えたエンジンにおいて、上述した
ような吸排気弁の開弁時期をオーバラップさせて掃気を
行う場合に、僅かに開いた吸気弁を介して燃焼室内に導
入された吸気の流れが、僅かに開いた状態にある排気弁
の縁部分近傍に向かって流れて、燃焼室内の残留ガスの
掃気に関与せずに、そのまま排気弁を介して排出されて
しまうおそれがある。すなわち、第７図を参照して説明
すると、従来のベントルーフ形状の燃焼室５１において
は、そのシリンダヘッドの側のキャビティ５２の傾斜壁
が交わって形成される稜線５３は吸排気弁の丁度中間に
位置している。開弁時期の重なっている時期において、
吸気弁を介して導入された吸気流は、図において矢印で
示すように吸気弁の本体と吸気弁のシート面との間の隙
間を通って燃焼室内に流入するが、この流れの主流は、
僅かに開いた状態にある排気弁の縁の部分に衝突してし
まい、そのまま排気ボートを介して排出してしまう部分
が多い。この結果、掃気効率が低下してしまう。

本発明の目的は、この点に鑑みてなされたものであり、
ベントルーフ形状をしたエンジンの燃焼室を、掃気効率
が改善された形状とすることにある。また、本発明の目
的は、このようなベントルーフ形状をした燃焼室の排気
弁を、掃気効率の改善に寄与するような形状とすること
にある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明では、シリンダヘ
ッドに形成した燃焼室上部を形成するキャビティがベン
トルーフ形状となっているエンジンの燃焼室において、
前記キャビティの一方の傾斜壁に形成した吸気ボートお
よび他方の傾斜壁に形成した排気ボートにそれぞれ配置
された吸気弁および排気弁の間に位置する、前記二つの
傾斜壁によって形成される前記キャビティの稜線が、前
記排気弁の側により近い位置に形成されていることを特
徴としている。

すなわち、第１図および第２図に示すように、本発明の
エンジンの燃焼室においては、燃焼室７を区画形成する
シリンダへラド２の側のキャビティ５は、その断面形状
が一対の傾斜壁５ａ、５ｂによってベントルーフ形状と
なっている。これらの傾斜壁５ａ、５ｂが交差して形成
された稜線５ｃの位置は、吸気弁ｌＯおよび排気弁１４
の中間位置し１よりも排気弁１４の側に近い位置とされ
ている。

この燃焼室においては、排気弁に最も近い側の吸気弁の
弁１０ｂとバルブシート面８ｂとの間を通って燃焼室１
内に流入する吸気の主流Ｓと、排気弁における吸気弁の
側に最も近い弁頭の部分との間の距離Ｔが広くなる。こ
のために、図において実線で示すように排気弁１４が僅
かに開いた状態においても、吸気の主流Ｓが排気弁１４
に衝突せず、従って、吸気流の多くがそのまま排気ボー
トを介して排出されてしまうことはない。換言すれば、
稜線５ｃを排気弁の側に近付ける程度を調製して、吸気
弁のバルブシール面８ａに引いたその接線Ｌ５の延長上
に、排気弁１４が位置することのないようにでき、この
結果、吸気による燃焼室内の残留ガスの掃気効率を高め
ることができる。

なお、本発明において、燃焼室キャビティの稜線の位置
を排気弁の側の偏よらせる量は、吸排気弁の傾き、掃気
時における排気弁のリフト量、掃気時に吸気弁を介して
燃焼室に流入する吸気の主流の流れの方向等の数々の要
因を考慮をして個々に設定されるべき性質のものである
。

また、本発明においては、上述した形状となったエンジ
ンの燃焼室において、そこに配置される排気弁１４の弁
体の開き角度θ（１４）を、吸気弁の弁体の開き角度（
１０）よりも大きく設定するようになっている。このよ
うに設定すると、この大きな開き角度を有する排気弁の
弁体に対応する形状に、シート面の側の断面形状が設定
され、開き角度の大きな排気弁と、そのシート面とによ
って形成される排気通路は、排気流が乱流とはならずに
整流状態で通過できる形状となるように容易に設定する
ことができ、掃気効率の向上に寄与できる。排気弁の開
き角θ（１４）の値は、一般に、１００度から１２０度
までの間で選択することが好ましい。

（実施例） 以下に、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

全体構成 第１図には本発明を適用して形成したベントルーフ形状
の燃焼室を備えたエンジンを示す。図に示すように、本
例のエンジン１は各気筒をＶ型に配列した構造となった
多気筒エンジンである。各気筒はシリンダヘッド２とシ
リンダブロック３からなり、シリンダブロック３内には
、上下に摺動可能にピストンヘッド４が装着されている
。シリンダヘッド２の底面には、断面がベントルーフ形
状をした燃焼室キャビティ５が形成され、ピストンへラ
ド４の上面にも、燃焼室キャビティ６が形成され、これ
らのキャビティ５．６によって燃焼室７が形成されるよ
うになっている。シリンダヘッドに形成した燃焼室キャ
ビティ５の土壁部分を構成する一方の傾斜壁５ａには、
燃焼室７と吸気通路８とを連通ずる２個の吸気ボート９
が形成され、これらの吸気ボート内にはこれらのボート
を開閉するための吸気弁１０が装着されている。同様に
、他方の傾斜壁５ｂには、燃焼室７と排気通路１２とを
連通ずる２個の排気ボート１３が形成され、これらの中
に排気弁１４が装着されている。

上記の吸気通路８には、燃料噴射弁１５が設けられてい
る。

一方、吸気弁１０および排気弁１４は、それぞれバルブ
ステム１６．１７およびハイドロエリツク・ラッシユ・
アジャスタ１８．１９を介して、動弁カム２１．２２に
連結されており、これらの動弁カム２１．２２の回転に
よって、吸排気弁１０．１４は移動され、これによって
吸排気ボートの開閉が行われる。本例においては、吸気
工程の開始時に、吸気によって燃焼室７内の残留ガスを
掃気すること等を目的として、吸排気弁の開弁時期がオ
ーバラップするように弁の開閉制御が行われるようにな
っている。このような制御機構は公知であり、その詳細
な説明は省略する。

燃焼室部分の構造 次に、第２図ないし第４図を参照して、上記の燃焼室７
の形状を説明する。まず、燃焼室７を構成するシリンダ
へラド２の側の燃焼室キャビティ５は第３図に示すよう
に、全体としてほぼ正方形をしており、吸気ボート９の
側の傾斜壁５ａと排気ボート１３の側の傾斜壁５ｂとに
よってベントルーフ形状の断面となっている。これらの
傾斜壁５ａ、５ｂが交差する稜線５ｃの位置は、吸排気
弁１０，１４の間における中央位置よりも排気弁１４の
側により近い位置となるように設定されている。詳細に
説明すると、水平面、すなわちピストンヘッド面に対し
て、キャビティ５の吸気ボート側の傾斜壁５ａの傾斜角
の方が、他方の傾斜壁５ｂの傾斜角よりも小さく設定さ
れている。また、これらの双方の傾斜壁が交差する稜線
５ｃは、双方の弁１Ｏ１１４０間の中心線Ｌｌに対して
排気弁１４の側に偏っていると共に、シリンダの中心線
Ｌ２に対しても排気弁１４の側に偏った位置とされてい
る。

第２図に示すように、吸排気弁１Ｏ１１４は、それぞれ
の軸線Ｌ３、Ｌ４が上記の傾斜壁５ａ、５ｂに直交する
ように配置され、多弁の弁体１０ａ、１４ａの弁頭１０
ｂ、１４ｂは、各傾斜壁とほぼ同一の平面上に位置して
いる。従って、吸気弁１０の方が排気弁１４よりもより
立ち上がった状態となっている。一方、これらの吸排気
弁が位置する吸排気ボート８．１３の側においては、弁
が着座する部分に、バルブシール面８ａ、１３ａを形成
する環状のバルブシート部材８ｂ、１３ｂが配置されて
いる。

次に、上記の吸排気弁の弁体の開き角θ（１ｏ）、θ（
１４）は、それぞれ９０度および１１０度に設定されて
おり、排気弁の側の方の開き角ｅ（１４）が大きくなっ
ている。第４図に示すように、このように開き角を太き
（設定した排気弁１４の輪郭形状に合わせて、バルブシ
ール面１３ａの形状も設定されている。特に、吸気弁に
対して最も遠い側の排気弁のシール面１４ｃが当接する
バルブシートのシール面１３ｂ１およびこのシール面に
続くバルブシート面１３ｃの輪郭形状は、それらによっ
て円滑な湾曲断面が形成されるように、それらの曲率が
設定されている。ここに、このように排気弁を広角にす
ることによって、弁頭の外縁部分の角度θ（１４ｂ）が
小さくなり、この結果この先端部分によって、排気弁を
介して排出される排気の流れに剥離発生するおそれがる
。

そこで、本例においては、第４図に示すように、この先
端部分を面取りして、面取り部１４ｄを形成しである。

次に、第２図および第５図を参照して、燃焼室７を形成
するピストンヘッドに形成された他方のキャビティ６の
形状を説明する。このキャビティ６は、上記のキャビテ
ィの側の形状に合わせてほぼ正方形となっており、この
キャビティ６の外側には、スキッシュゾーン４ａが形成
されている。

本例では、ピストンヘッドの上面の面積のうちの約２５
〜３０％の範囲がスキッシュゾーンとされている。キャ
ビティ６の断面形状は、吸気弁の側が浅く、排気弁の側
にむかうにつれて、徐々に深くなった形状となっている
。

掃気作用 次に、上述のように構成されたエンジンの燃焼室におけ
る掃気作用について説明する。

エンジンの排気工程の終了時期に、吸気弁１０が駆動さ
れて僅かに開き、吸排気弁が双方とも開いている開弁時
期のオーバラップ期間においては、吸気ボート８を介し
て燃焼室７内に導入される吸気によって燃焼室内の残留
ガスの掃気が行われる。

第２図には、この時の状態を示しである。この状態にお
いて、吸気通路９を通って燃焼室７に向けて流れてくる
吸気流の多くの部分は、その流れの方向に位置する、排
気ポートに近い側の吸気ボート８０部分８ａを通って燃
焼室７内に流入する。

すなわち、僅かに開いた吸気弁１０のシール面１０ｃと
、吸気ボートのシール面８ａとの間の隙間を通って燃焼
室７内に流入する。吸気流の主流の流入方向は、第２図
において矢印Ｓで示すように、シール面１０ｃ、８ａの
接線Ｌ５にほぼ平行となる。

ここに、本例においては、燃焼室の傾斜壁５ａ。

５ｂによって形成される稜線５Ｃの位置が、排気弁に近
い側に位置するように設定されている。従って、この吸
気の主流Ｓから、排気弁１４の弁頭までの距離Ｔが長く
なっており、第２図において実線で示すように、僅かに
開いた状態にある排気弁１４は、上記の吸気の主流Ｓか
ら離れた位置となり、この主流Ｓが排気弁に衝突するこ
とはない。

この結果、吸気の主流Ｓが図において矢印Ｓ１で示すよ
うに、直接に、排気ポート１３から排出されしまい、掃
気効率が低くなるという弊害を回避できる。

これに加えて、本例においては、排気弁の弁体１４ｂの
開き角ｅ（１４）を、吸気弁のそれよりも大きくして広
角とし、これに合わせてバルブシート面の形状を設定し
て、これらのよって形成される隙間が、排気通路１２の
側に向けて、徐々に広くなっている。この結果、排気弁
が僅かに開弁した状態において、このような隙間を通っ
て排出される排気は、乱流となることなく整流の状態で
流れる。従って、これによっても掃気効率の改善が達成
される。

過給機付エンジンへの適用例 次に、第６図には、上記の構成のエンジンを使用した過
給装置の全体構成を示しである。図においＣ１１は上述
した構成のエンジンであり、このエンジンの燃焼室７に
連通ずる吸気通路９には、その上流側から順に、エアク
リーナ２２、エア７０−メータ２３、スロットル版２４
、過給機用絞り弁２５、機械式過給機２６、インタクー
ラ２７、サージタンク２８および燃料噴射弁１５がこの
順に配置されている。上記のスロットル弁２４および過
給機用絞り弁２５の回動軸２４ａ、２５ａには、それぞ
れ、長い第１ロッド部材３２および短い第２０ツド部材
３３が連結され、この第１０ツド部材３２の中間部分が
リンク部材３４の一端に、第２０ツド部材３３の他端が
リンク部材３４の他端に形成された穴３４ａに連結され
ている。第１０ツド部材３２の先端にアクセルペダル（
図示せず）が連係されており、このアクセルペダルの踏
み込みによりスロットル弁２４および過給機用絞り弁２
５の開度が変化するようになっている。また、絞り弁２
５の開度は、過給機２６の上流側に吸気音（吹き返し音
）がでる場合には、それを防ぐように制御される。

上記機械式過給機２６の回動軸２６ａは、電磁クラッチ
手段３５を介して、可変プーリ機構３６に連係されてい
る。なお、電磁クラッチ手段３５は、クラッチの耐久性
から、低負荷低回転領域（負荷が一定の値以下で、回転
数が一定の値以下の領域ンをのぞき、オン状態となって
おり、機械式過給機２６はエンジンの回転数の上昇に伴
って回転数が高まるようになっている。

４１はバイパス通路で、吸気通路９のスロッル弁２４の
下流でかつ過給機用絞り弁２５の上流と、触媒装置２７
の下流とを接続している。このバイパス通路４１の途中
には、ダイヤフラム装置４２によって開閉制御される開
閉弁４３が配置されている。ケーシング４２ａが、ダイ
ヤフラム４２ｂにて第１室４２ｃと第２室４２ｄとに区
画され、第１室４２ｃは、ダイヤフラム４２ｂに一端が
固着されたロッド４２ｅに貫通し、こんオロッド４２ｅ
が他端は開閉弁４３に連結されている。−方、第２室４
２ｄは、スプリング４２ｆが圧縮された状態で装着され
ると共に、負圧通路４５を介してサージタンク２８内の
負圧が設定値以上であればダイヤフラム４２ｂがスプリ
ング４２ｆのスプリング力に抗して変位し、開閉弁４３
を開くようになっている。

５４は、排気バルブ１４の開閉タイミングを変えるバル
ブタイミング変更手段であり、一般的に公知の構造ある
ので、詳細な構造はここでは述べないが、排気側の動弁
カム２２の回転位相を変更するものである。そして、５
５はこのバルブタイミング変更手段５４を制御する制御
手段であり、エンジン低負荷時には吸排気弁のオーバラ
ップ期間が短くなるように進み側にバルブタイミングを
変更するように、変更手段５４を制御し、エンジン高負
荷時には吸排気弁のオーバーラツプ期間が長くなるよう
に遅れ側にバルブタイミングを変更するように、変更手
段５４を制御する。

上記のように構成された場合におけるスロットル弁２４
、過給機用絞り弁２５および電磁クラッチ手段３５の動
作に付いて説明する。この構成の装置においては、エン
ジン回転数およびエンジン負荷の程度に応じて、スロッ
トル弁２４、過給機用絞り弁２５、および電磁クラッチ
手段３５が作動して、エンジン運転状態に応じて必要と
される過給が得られる。エンジン高負荷時においては、
吸排気弁のオーバラップ期間が長くなり、過給圧が高ま
る。そのため、排気行程の終わりでの、吸排気弁の開弁
時期のオーバラップ時においては、過給された吸気流が
僅かに開弁した排気弁に衝突することなく燃焼室内に導
入されて、燃焼室内の残留ガスが、開き角が大きく設定
された排気弁を介して整流状態で円滑に排出される。従
って、残留ガスの掃気が効率良く行われる。また、低負
荷時、特にアイドル時には、吸気ポート９内が負圧とな
り、吸排気弁のオーバラップ中には吸気ポート９内に残
留ガスが逆流しようとするが、吸排気弁のオーバラップ
期間を短くしているため、残留ガスの逆流を防止でき、
燃焼を安定させることができる。

な＄、ここでは低負荷時、特にアイドル時の残留ガスの
逆流を防ぐために、バルブタイミング変更手段を設けた
が、他の手段として、吸気ポート９にアイドル時には閉
じる開閉弁あるいはリードバルブを設けるようにしても
よい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明のエンジンの燃焼室におい
ては、燃焼室を形成するシリンダヘッドの側のキャビテ
ィにおける吸気側の傾斜壁と排気側の傾斜壁とが交差し
た稜線の位置を、吸排気弁の中間位置よりも排気弁の側
に偏った位置となるようにしている。従って、燃焼室内
の残留ガスの掃気状態において、吸気弁を介して燃焼室
内に流入した吸気の主流から、排気弁までの距離を広く
することができ、吸気の主流が排気弁に衝突することに
起因する掃気効果の低下を防止できる。

また、本発明においては、上記の構成に加えて、排気弁
の弁体の開き角を吸気弁の側に比べて大きくなるように
設定しであるので、掃気されるガスを整流の状態で排気
弁を介して排気通路に導くようにすることができ、これ
によって、掃気効率の向上が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のエンジンを示す構成図、第
２図は第１図における燃焼室の部分を中心として示す部
分断面図、第３図（Ａ）は第１図のシリンダヘッドの側
の燃焼室キャビティの形状を等廃線を用いて表す説明図
、第３図（Ｂ）は第３図（Ａ）のＢ−Ｂ線で切断した部
分の形状を示す説明図、第３図（Ｃ）は第３図（Ａ）の
Ｃ−Ｃ線で切断した部分の形状を示す説明図、第４図は
第１図における排気弁の輪郭形状を示す側面図、第５図
は第１図におけるピストンヘッドにｉｔした燃焼室キャ
ビティの形状を示すための平面図、第６図は第１図のエ
ンジンを組み込んだ過給装置の例を示す全体構成図、第
７図は従来のベントルーフ形状をした燃焼室の形状を示
す部分断面図である。 符号の説明 １・・・・エンジン ２・・・・シリンダヘッド ３・・・・シリンダブロック ４・・・・ピストンヘッド ５．６・・・・燃焼室キャビティ ７・・・・燃焼室 ８・・・・吸気通路 ９・・・・吸気ボート １０・・・・吸気弁 ２・・・・排気通路 ３・・・・排気ボート ４・・・・排気弁 ａ、５　ｂ・・・・燃焼室の傾斜壁 Ｃ・・・・稜線 ■・・・・吸排気弁の中間位置を示す線２・・・・シリ
ンダの中心を示す線 Ｓ・・・・吸気の主流 Ｔ・・・・吸気の主流と排気弁との間の距離ｅ（１４）
・・・・排気弁の開き角度 第 区 Ｃゴ （Ａ） 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　シリンダヘッドに形成した燃焼室上部を形成す
   るキャビティの断面形状がペントルーフ形状となってい
   るエンジンの燃焼室において、 前記キャビティの一方の傾斜壁に形成した吸気ポートお
   よび他方の傾斜壁に形成した排気ポートにそれぞれ配置
   された吸気弁および排気弁の間に位置する、前記二つの
   傾斜壁によって形成される前記キャビティの稜線は、前
   記排気弁の側により近い位置に形成されていることを特
   徴とするエンジンの燃焼室。
2. （２）　請求項１記載のエンジンの燃焼室において、前
   記排気弁の弁体の開き角度は、前記吸気弁の弁体の開き
   角度よりも大きいことを特徴とするエンジンの燃焼室。