JPH04124426A

JPH04124426A - エンジンの燃焼室構造

Info

Publication number: JPH04124426A
Application number: JP2244199A
Authority: JP
Inventors: Toru Shiraishi; 徹白石; Noriyuki Iwata; 典之岩田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1990-09-14
Publication date: 1992-04-24

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、１気筒あたり３個の吸気弁と２個の排気弁を
有するエンジンの燃焼室構造に関するものである。

（従来の技術）従来より、例えば特開昭６２−７８４５３号公報に見ら
れるように、エンジンの各気筒に３個の吸気弁および２
個の排気弁を円周に沿って配設して吸排気効率を高める
ようにした技術が公知である。

また、燃焼性を改善することからピストン上死点におけ
るピストン頂部と燃焼室のシリンダへ・ソド下面との間
隙を狭く形成して、ピストン上昇時にスキッシ二流を発
生させる技術もよく知られている。

（発明が解決しようとする課題）しかして、前記のように各気筒に３個の吸気弁および２
個の排気弁を設置したエンジンで、スキッシュによって
低回転、部分負荷領域の燃焼性を向上する際に、ピスト
ンと吸排気弁との干渉を防止することから吸気ポートお
よび排気ポートの開口していない部分のシリンダヘッド
底面を利用してスキッシュゾーンを形成するようにした
場合には、各部のスキッシュゾーンは狭く分散している
ことから、全体としてのスキッシュによる燃焼改善効果
が安定せず低いものとなる。

特に、３個の吸気弁が設置されたエンジンでは燃焼室に
対する吸気ポートの開口面積が大きく、吸気量の少ない
低速低負荷域等では吸気流速が小さくなって燃焼性が不
安定となる問題を有する。

一方、この吸気ポート近傍にスキッシュゾーンを形成し
た場合には、間隙の小さいスキッシュゾーンによって吸
気行程初期のエアの流入が阻害されて吸気抵抗が増大し
て高出力化の障害となる。

また、各吸気ポートからの吸気の流入においては、ピス
トンの下降移動に伴って吸気が上下の筒内軸方向に旋回
するタンブル流を生成することが、吸気のミキシングを
向上して高負荷時の燃焼効率を高める点で有効であるが
、３個の吸気ポートが隣接して形成された燃焼室では、
それぞれの吸気ポートから流入した吸気は互いに干渉し
て前記タンブル流の生成が減衰してしまう問題を有する
。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、３個の吸気弁と２個
の排気弁とを配設したエンジンに効果的にスキッシュゾ
ーンを形成して燃焼性を改善するとともにタンブル流の
生成を確保するようにしたエンジンの燃焼室構造を提供
することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため本発明のエンジンの燃焼室構造
は、１気筒あたり３個の吸気弁と２個の排気弁が円周に
沿って設置され、各吸気弁および排気弁によってそれぞ
れ吸気ポートおよび排気ポートの燃焼室側開口の開閉を
行うについて、上記２個の排気ポートの燃焼室側開口を
含み、両側の排気弁の中心側形状に沿う範囲のピストン
トップ面を突出形成し、ピストン上昇時に該ピストント
ップ面の突出部が燃焼室上面に近接するスキッシュゾー
ンを形成して構成したものである。

（作用）上記のような燃焼室構造では、２個の排気ポートの燃焼
室側開口を含み両側の排気弁の中心側形状に沿う範囲に
スキッシュゾーンを形成し、圧縮行程におけるピストン
の上昇時に、ある程度の広さのスキッシュゾーンからエ
アを反対の吸気弁側に押出して強いスキッシュを発生さ
せ、低吸気量域での燃焼性を改善するようにしている。

また、排気側の高温スキッシュにより燃料の気化、霧化
を促進して更に燃焼性を改善すると共に、排気弁を冷却
して信頼性を高めている。

一方、前記スキッシュゾーンを両側の排気弁の中心側形
状に沿う範囲のピストントップ面を突出して形成し、こ
のピストントップ面の突出部の吸気側に面する壁が上方
から見て略Ｗ形状となり、対向する３個の吸気ポートか
ら流入する吸気が互いに干渉しないように案内してそれ
ぞれ独立してタンブル流を生成させ、良好なミキシング
作用を得るようにしている。さらに、排気行程でのピス
トン上昇時に、上記ピストン突出部の壁で排気の流れを
排気ポートに向けて導き、排気効率を高めるようにして
いる。

（実施例）以下、図面に沿って本発明の詳細な説明する。

第１図には一実施例のエンジンにおける燃焼室の吸排気
弁およびスキッシュゾーンの配置例を示している。

エンジンＥの燃焼室１０上面すなわち後述のシリンダヘ
ッド２の底面において、略円形の燃焼室１０の吸気側に
３個の吸気弁３，４．５が排気側に２個の排気弁６，７
がそれぞれ配設され、中心部には点火プラグ９（プラグ
ホール３８）が配設される。吸気側の中央における中央
吸気弁３により中央吸気ポート１３の燃焼室側開口１３
ｇが開閉され、その両側の対称位置における側部吸気弁
４．５により側部吸気ポート１４．１５の燃焼室側開口
１４ａ、　　ユ５ａがそれぞれ開閉され、排気側の両側
における排気弁６，７により排気ポート１６．１７の燃
焼室側開口１６ａ、１７Ｂがそれぞれ開閉される。そし
て、上記吸気弁３〜５（吸気ポート１３〜１５）と排気
弁６，７（排気ボート１６．１７）とは、燃焼室１０の
円周上に略等間隔で配置され、排気弁６，７は吸気弁３
〜５より小径に形成されている。

上記のような吸気弁３〜５および排気弁６．７の配置に
対して、後述のピストントップ面１１ａと燃焼室１０の
上面とが近接してスキッシュを生成するスキッシュゾー
ンＳは第１図に斜線で示すように、両側の排気弁６，７
によって開閉される排気ボート１．６．１７の燃焼室側
開口１６ａ、１７ａを含み、外側は円弧形で吸気側に面
する形状は両側の排気弁６，７の中心側の円弧を滑らか
に連続する略Ｗ形状で囲まれた範囲に形成されている。

この実施例でのスキッシュゾーンＳは、ベントルーフ形
状の燃焼室１０における閉状態の両排気弁６，７および
その間のボート間シリンダヘッド底面２ａに対して近接
するように、ピストン１１のトップ面１１ａを上方に突
出して形成したものである。その詳細構造を第２図ない
し第５図に示し、バルブタイミングを第６図に示す。こ
のエンジンＥは、例えば直列４気筒エンジンで、１つの
シリンダのみを代表して示している。

これらの図において、１はシリンダブロック、２はシリ
ンダブロック１上に配設されたシリンダヘッド、１２は
このシリンダヘッド２の上に配設されたカムハウジング
である。

上記シリンダブロック１にはシリンダ１ａが形成され、
このシリンダ１ａにはピストン１１が摺動自在に嵌挿さ
れている。また、シリンダヘッド２には２つの傾斜壁を
有するベントルーフ形の燃焼室１０が形成され、３個の
吸気弁３〜５は平行に配設されている。

上記シリンダヘッド２のシリンダボア左側部には燃焼室
１１に新気を導く前記３個の中央および側部吸気ボート
１３〜１５が、その下流端の燃焼室側開口１３ａ〜１５
ａが上記燃焼室１０の左側の傾斜壁に独立して開口し、
上流端が集合してシリンダヘッド２の左側壁に開口する
ように設けられている。また、シリンダヘッド２のシリ
ンダボア右側部にはシリンダ１ａの排気を導く２つの排
気ボー）１６，１７が設けられ、その一端の燃焼室側開
口１６ａ、１７ａが燃焼室１０の右側の傾斜壁に独立し
て開口し、他端が集合してシリンダヘッド２の右側壁に
開口するように設けられている。

上記シリンダヘッド２には、前記中央および側部吸気ボ
ート１３〜１５の燃焼室側開口１３ａ〜１５ａをそれぞ
れ開閉する前記３個の中央および側部吸気弁３〜５が設
けられ、各吸気弁３〜５はバルブスプリング２１によっ
て閉弁方向に付勢されている。３個の吸気弁３〜５は、
外側（左側）に傾斜し、弁軸が互いに平行になるように
配設されている。また、前記両排気ポート１６．１７の
燃焼室側開口１５ａ、１７ａをそれぞれ開閉する２つの
排気弁６．７が設けられ、バルブスプリング２２によっ
て閉弁方向に付勢されている。２個の排気弁６，７は、
外側（右側）に傾斜し、弁軸が互いに平行になるように
配設されている。

一方、前記ピストン１１は、第２図に断面を第３図に頂
面形状を示すように、前記スキッシュゾーンＳの形状に
相当する範囲のピストントップ面１１ａが上方に突出し
た突出部２３を有し、この突出部２３のトップ面２３ａ
はピストン円周部からピストン中心側が高くなるように
前記ベントルーフ燃焼室１０の右側の傾斜壁に沿って傾
斜した斜面に形成されている。

そして、この突出部２３のトップ斜面２３ａは、第２図
に示すピストン上死点において、閉状態の排気弁６，７
の頭部および中間のシリンダヘッド底面２ａに微小間隙
をもって近接する寸法に形成されている。

また、上記突出部２３以外のピストントップ面１１ａの
中心部には、周縁が下方に傾斜したテーパ面２４ａによ
って平坦状に形成されたリセス部２４が設けられている
。前記突出部２３の吸気側に面する壁面２３ｂは、上方
から見て略Ｗ形状に形成され、この壁面２３ｂはリセス
部２４の中心平坦面にかけては比較的急角度に形成され
ている。

なお、上記突出部２３の壁面２３ｂの角度βは、排気弁
６，７の傾斜角度αと路間−かこれより小さい角度（α
≧β）に設けられ、この壁部２３ｂによって排気ガス流
の排気ポート６．７への導出をよりスムーズに行えるよ
うにしている。

次に、前記吸気弁３〜５および排気弁６，７の動弁機構
について説明する。カムハウジング１２の左側および右
側には、エンジンＥの前後方向に延びる吸気専用および
排気専用のカムシャフト２８．２９がそれぞれ配設され
ている。両カムシャフト２８．２９は、エンジン出力軸
（図示省略）により、吸気カムシャフト２８は第２図で
時計方向に、排気カムシャフト２９は反時計方向に回転
駆動される。上記吸気カムシャフト２８には各吸気弁３
〜５に対応して３個の吸気カム２８ａが一体形成され、
排気カムシャフト２９には各排気弁６．７に対応して２
つの排気カム２９ａが一体形成されている。

そして、上記各吸気弁３〜５は、吸気カムシャフト２８
によりスイングアーム３１を介して駆動される。すなわ
ち、シリンダヘッド２には公知の油圧式ラッシュアジャ
スタ３２が設けられ、前記スイングアーム３１の一端が
油圧式ラッシュアジャスタ３２の支持部に乗り、他端が
吸気弁３〜５の弁軸端部上に乗るようにそれぞれ設けら
れている。また、スイングアーム３１の中途部のローラ
３１ａが前記吸気カム２８ａに下方からそれぞれ接触し
ている。前記吸気カムシャフト２８が回転すると、吸気
カム２８ａのリフト量に応じてスイングアーム３１がラ
ッシュアジャスタ３２側の端部を支点として上下に揺動
し、吸気弁３〜５が開閉動する。

なお、中央に配置された中央吸気弁３では、第２図に示
すようにラッシュアジャスタ３２がこの吸気弁３よりシ
リンダ中心側に配設され、両側の側部吸気弁４，５では
、第４図に示すようにラッシュアジャスタ３２が吸気弁
４，５に対してシリンダ外側に配置されている。

また、排気弁６，７も排気カムシャフト２９によりスイ
ングアーム３３を介して駆動される。その機構は上記吸
気弁３〜５の場合と同様にスイングアーム３３を支持す
る油圧式ラッシュアジャスタ３４を排気弁６．７よりシ
リンダ外側に備え、排気カムシャフト２９が回転すると
、排気カム２９ａのリフト量に応じてスイングアーム３
３のローラ３３ａが上下動を行い、これによってスイン
グアーム３３がラッシュアジャスタ３４例の端部を支点
として上下に揺動し、排気弁６，７が開閉する。

上記動弁機構による吸気弁３〜５および排気弁６．７の
開閉タイミングは、第６図に示すように、エンジンＥの
回転に伴うクランク角の変動に対し、排気行程から吸気
行程に移行する上死点ＴＤＣ近傍において、各吸気弁３
〜５はこの上死点ＴＤＣより前の開時期ＩＯで開き始め
る一方、両排気弁６．７（両側で同一特性）は上死点Ｔ
ＤＣの閉時期ＥＣに閉じるように早い閉時期に設定され
ている。

これにより、ピストン１１が最も上昇した上死点ＴＤＣ
で両排気弁６，７は閉状態を保持し、スキッシュゾーン
Ｓのピストントップ面１１ａ（突出部２３の斜面２３ａ
）と燃焼室１ｏの上面との間隙（スキッシュクリアラン
ス）を小さく設定してスキッシュを強化している。

なお、第２図に示すように、前記カムハウジング１２か
らシリンダヘッド２を貫通してプラグホール３８が設け
られ、燃焼室１１の中心部に望んで点火プラグ９が取り
付けられている。

また、第５図には吸排気ポート１３〜１７の平面構造を
模式的に示すものであり、各吸気ポート１３〜１５が集
合した上流側部分のシリンダヘッド２には燃料噴射ノズ
ル４１が配設され、この燃料噴射ノズル４１は下流側の
各吸気ポート１３〜１５が隔壁２ｂによって互いに独立
した部分に対してそれぞれ燃料を噴射供給する。この燃
料噴射ノズル４１は、先端の噴孔が各吸気ポート１３〜
１５に向いて３個形成されて、燃料の噴射方向が３方向
に設定されている。なお、各吸気ポート１３〜１５にそ
れぞれ燃料噴射ノズルを配設してもよい。

上記のような実施例の作用を説明すれば、３本の吸気弁
３〜５を傾斜してかつ互いに平行に配設してベントルー
フ形状の燃焼室１０を形成しつつ、ピストン１１のトッ
プ面１１ａの一部に突出部２３を設け、両側の排気ポー
１−１６．１７の燃焼室側開口１，６ａ、１７ａおよび
その間のシリンダヘッド底面２ａを含む範囲にスキッシ
ュゾーンＳを設けたことにより、３個の吸気弁３〜５に
よる吸気効率の向上とベントルーフ形状燃焼室１１によ
る燃焼性とを確保しつつ、ある程度の広さのスキッシュ
ゾーンＳを形成して強いスキッシュを発生させて、低吸
気量域での燃焼性を改善することができる。

また、前記ピストン突出部２３においては壁面２３ｂは
略Ｗ形状で、各吸気ポート１３〜１５に対向する部位は
凹状に形成され、この吸気ポート１３〜１５からの吸気
の流入は、上記壁面２３ｂで別個に案内されて下方に大
きく旋回するタンブル流が、相互の干渉による減衰が小
さい状態で良好に生成され、吸気のミキシングを向上し
て高負荷時の燃焼効率が高まる。

さらに、ピストン突出部２３の壁面２３ｂは、ピストン
１１の上昇時には閉じかけている排気ポー４１６．１７
の開口に沿って位置し、この壁面２３ｂの傾斜角度βを
排気弁６，７の傾斜角度αと路間−もしくはこれより小
さい角度に設定して、上記ピストン突出部２３の壁面２
３ｂで排気中のガス流れを排気ポート６．７内に導出す
るように案内し、排気効率を高めている。

また、排気側にスキッシュゾーンＳを形成し、温度が低
く火炎伝播が遅れがちな吸気側に燃焼室容積を多くした
ことで、耐ノツク性の向上が得られるものである。

なお、前記実施例では３本の吸気弁３〜５を斜めにかつ
互いに平行に配設してベントルーフ燃焼室１０を形成し
ているが、中央吸気弁を直立配設すると共に各吸気弁を
吸気カムシャフトの吸気カムによってダイレクトに駆動
するようにしてもよい。

（発明の効果）上記のような本発明によれば、１気筒あたり３個の吸気
弁と２個の排気弁を円周に沿って設置し、両側の排気ポ
ートの燃焼室側開口を含み排気弁の中心側形状に沿う範
囲にスキッシュゾーンを形成したことにより、強いスキ
ッシュを生成すると共に、３個の吸気ポートからのタン
ブル流を別途に案内して相互干渉による減衰を抑制する
ことができ、良好な燃焼性を確保することができるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるエンジンの燃焼室構
造の吸排気弁およびスキッシュゾーンの配置図、第２図は具体的構造におけるエンジンの中央吸気弁と排
気弁の部分で切断した断面正面図、第３図はピストンの
平面図、第４図はエンジンの側部の吸気弁と排気弁の部分で切断
した断面正面図、第５図はシリンダ周りの平面透視図、第６図はバルブタイミング図である。Ｅ・・・・・・エンジン、１・・・・・・シリンダブロ
ック、２・・・・・・シリンダヘッド、３〜５・・・・
・・吸気弁、６，７・・・・・・排気弁、１１・・・・
・・ピストン、１１ａ・・・・・・トップ面、Ｓ・・・
・・・スキッシュゾーン、１３〜１５・・・・・・吸気
ポート、１３ａ〜１５ａ・・・・・・燃焼室側開口、１
６．１７・・・・・・排気ポート、２３・・・・・・突
出部、２３ａ・・・・・・壁面、２４・・・・・・リセ
ス部、２９・・・・・・排気カムシャフト。第１図１５（１５ａ）第３図第５図第６図Ｃクフン７ｎ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）１気筒あたり３個の吸気弁と２個の排気弁が円周
に沿って設置され、各吸気弁および排気弁によってそれ
ぞれ燃焼室側開口が開閉される吸気ポートおよび排気ポ
ートを有するエンジンにおいて、上記２個の排気ポート
の燃焼室側開口を含み、両側の排気弁の中心側形状に沿
う範囲のピストントップ面を突出形成し、ピストン上昇
時に該ピストントップ面の突出部が燃焼室上面に近接す
るスキッシュゾーンを形成したことを特徴とするエンジ
ンの燃焼室構造。