JPH02140416A - 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、排気ボートの開口部を収
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、排気ボ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
が滞留し、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＾、
ラ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、
吸気ボ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、吸気ボ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３ａ２４ａ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
ぞれ連通する吸気ボート７及び排気ボー１−８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ｌ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、上記吸気ボート７及び
該ボート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ボー
ト１２と、下方の通路断面積の小さい低負荷用ボート１
３とに仕切られている。そして、上記高負荷用ボート１
２の入口部に該ボート１２を開閉する開閉弁１４が備え
らでいると共に、その直下流側に該高負荷用ボート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す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　　（例えば吸気負圧で一１５０ｍｍＨｇ相当
）以下で、且つ所定エンジン回転数ＮＯ（例えば３００
０ＲＰＭ）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Ｈにシリンダ内に吸入された吸気が吸気ボート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Ｈの前までの期間■となる。そこで、この実質吸気
期間■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、木本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四部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
ボー１−７が、他側部に排気ボート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
ボート７側においては凹部４ａの輪郭線が該ボート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
気ボート８側においては上記輪郭線が該ボート８の開口
部の図面上、上方で該ボート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、ｌｂの境界部は、図面上、
下方側では両燃焼室１ａ、ｌｂが滑らかに連続する形状
とされているのに対して、上方側には吸気ボート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
ＩＣが設けられていると共に、上記吸気ボート７を構成
する通路断面積の小さい低負荷用ボート１３が図面上、
上方に湾曲されて、該ボート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ＩＣ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ＩＣの排気側燃焼室ｌｂ側への延長線
上近傍に、点火プラグ９の取り付は孔１ｄが設けられて
いると共に、該取り付は孔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、−
段深くされた凹部１ｅとされている（第一図参照〉。

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、排気ボート７．８及び点火プラグ取
り出し孔ｌｄ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
ボート７を構成する高負荷用ボート１２が開閉弁１４に
よって閑じられるので、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
荷用ボート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、この低負荷用ボート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、この低負荷用ボート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、これが高負荷用ボート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■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ｎ壁部ＩＣ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ＩＣ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
よる攪拌作用と相撲って燃焼室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１
ａと排気側燃焼室１ｂとの境界部における上記障壁部Ｉ
Ｃが設けられた側部と反対側の側部は、・両燃焼室１ａ
、ｌｂ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ｌａ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
高負荷用ボート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。

（発明の効果） 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撲って、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１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
の創部システム図、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■−■線、■−■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、ＩＣ・・・障壁部、４・・・シリンダヘ
ッド、７・・・吸気ボート、９・・・点火プラグ、１３
・・・スワール生成手段（低負荷用ボート）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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。
2. （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。