JPH0670370B2 - エンジンの燃焼室構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ピストンが上死点まで移動したとき、シリン
ダヘッドのヘッド内壁面とピストンとの間にコンパクト
な主燃焼室およびスキッシュゾーンを形成したエンジン
の燃焼室構造に関するものである。

（従来技術） 従来の４サイクルエンジンの燃焼室構造としては、例え
ば実開昭59−17222号公報に開示されたようなものがあ
る。この公報には、シリンダヘッドのヘッド内壁面に部
分的に凹部を形成して、ピストンが上死点にあるとき、
前記凹部とピストン上面との間にコンパクトな主燃焼室
を形成させると共に、ヘッッド内壁面の凹部以外の部分
とピストン上面との間にスキッシュゾーンを形成した４
バルブエンジンの燃焼室構造が開示されている。しか
も、この燃焼室構造においては、低負荷用吸気ポート及
び第１排気ポートを凹部に開口させると共に、高負荷用
吸気ポート及び第２排気ポートを凹部以外の部分に開口
させている。

この種の燃焼室構造を備えるエンジンでは、主燃焼室が
コンパクトになるので、主燃焼室内における火焔の伝播
距離が短くなる。また、圧縮行程終期には、スキッシュ
ゾーンから主燃焼室内にスキッシュ流が噴出されて、主
燃焼室内に乱流が生じるので、火焔伝播速度が向上す
る。これらの結果、圧縮比を大きくしても、ノッキング
が起りにくく、燃焼効率を良くすることができる。しか
も、圧縮比を大きくした場合、リーン（希薄）な燃料を
良好に燃焼させて、燃費の向上を図ることができる。

また、低負荷時には、低負荷用吸気ポートのみから主燃
焼室内に新たな混合気（以下単に新気という）を吸入さ
せる一方、高負荷、高回転時には低負荷用吸気ポート及
び高負荷用吸気ポートから新気な燃焼室内に吸入させる
ようにしているので、高負荷時の新気の充填効率が良
い。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、このような４サイクルエンジンで、排気バル
ブが開いている排気行程終期に、吸気バルブを開いて吸
気ポートの開口タイミングを排気ポートの開口タイミン
グ終期にオーバーラップさせることにより、燃焼室内に
新気を吸入させて主燃焼室内の残留燃焼ガスを掃気する
ようにしている。

しかしながら、上述したエンジンでは、排気行程終期の
スキッシュゾーンは非常に狭くなるので、高負荷時の排
気行程終期に高負荷用吸気ポートから新気を燃焼室に吸
入させても、狭いスキッシュゾーンが新気の吸気抵抗と
なり、残留燃焼ガスの掃気上余り好ましくない。すなわ
ち、高負荷時には、低負荷用吸気ポートからの新気によ
り主として掃気が行なわれることになるが、この低負荷
用吸気ポートすなわちこれに連なる低負荷用吸気通路
は、吸気流速を早めたりあるいはスワール生成の関係
上、どうしても通路抵抗が大きくならざるを得ず、した
がって、上記掃気は勿論のこと、高負荷時における充填
効率向上の上で限度があった。

したがって、本発明は、吸気抵抗のむやみに増大するこ
となく低負荷時のスワール生成を効果的に得つつ、高負
荷時の排気行程終期におけるバルブタイミングのオーバ
ーラップ時に、高負荷用吸気通路から燃焼室に新気な良
好に流入させて、主燃焼室内の残留燃焼ガスを短時間で
充分に掃気することができる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。

（問題点を解決するための手段、作用） 前述の目的を達成するため、本発明は、高負荷用吸気通
路を主燃焼室及びスキッシュゾーンの両方に開口させる
ことにより、高負荷時の排気行程終期におけるバルブタ
イミングのオーバーラップ時に、高負荷用吸気通路から
の新気をコンパクトな主燃焼室側にも十分に吸入させる
ようにしたものである。また、凹部に開口する吸気ポー
トを、高負荷時の吸気供給用としてだけではなく、低負
荷時の吸気供給用としても兼用するようにしてある。具
体的には、 シリンダヘッドのヘッド内壁面の一部に凹部を形成する
ことにより、ピストンが上死点まで移動したとき、前記
凹部とピストン上面との間に主燃焼室が形成されると共
に、前記ヘッド内壁面の凹部以外の部分とピストン上面
との間にスキッシュゾーンが形成されるようにされ、 第１吸気バルブで開閉される第１吸気ポートおよび排気
バルブにより開閉される少なくとも１つの排気ポートが
前記凹部に開口され、 第２吸気バルブで開閉される第２吸気ポートが前記ヘッ
ド内壁面の凹部以外の部分に開口され、 高負荷時に開弁されるシャッタ弁を備えた高負荷用吸気
通路が、前記第１、第２の両吸気ポートに連通され、 前記シャッタ弁をバイパスかつ上記高負荷用吸気通路よ
りも通路面積が小さくされた低負荷用吸気通路の出口端
が、前記第１吸気ポートに連通されている、 ような構成としてある。

このような構成とすることにより、低負荷時には低負荷
用吸気通路からの新気が第11吸気ポートから燃焼室に吸
入される。また、高負荷時には、低負荷用吸気通路から
の新気が第１吸気ポートから燃焼室に吸入されると共
に、シャッタ弁が開いて高負荷用吸気通路からの新気が
第１、第２吸気ポートを介して燃焼室に吸入される。

しかも、高負荷時の排気行程終期におけるバルブタイミ
ングのオーバーラップ時に、高負荷用吸気通路から第２
吸気ポートを介してスキッシュゾーンに新気が吸入され
るようにするが、スキッシュゾーンは狭くて吸気抵抗が
高いので、高負荷用吸気通路からの新気は第１吸気ポー
トを介して主燃焼室内に流入する。これにより、高負荷
時に主燃焼室内の残留燃焼ガスが多量の新気により短時
間で掃気される。

また、吸気行程時には、低負荷時及び高負荷時に拘わら
ず、第１吸気ポートから凹部内に吸入される新気が燃焼
室内に燃焼上好ましいスワールを発生させる。一方、排
気行程終期には、スキッシュゾーンから主燃焼室内にス
キッシュ流が噴出して、主燃焼室内に燃焼上好ましい乱
流が形成される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を添付した図面に基づいて説明
する。

第１図において、１はエンジン本体、２はエンジン本体
１のシリンダブロック、３はエンジン本体１のシリンダ
ヘッドで、シリンダ４内にはピストン５が配設されてい
る。

シリンダヘッド３とピストン５の上面との間には燃焼室
６が形成されていて、シリンダヘッド３の燃焼室６に臨
むヘッド内壁面3aには、主燃焼室形成用の凹部７が形成
されている（第１図〜第３図）。この凹部７は、ヘッド
内壁面3aの略半分を占めていると共に、エンジン幅方向
に細長く延びている。これにより、ピストン５が上死点
まで移動したとき、凹部７とピストン５上面との間にコ
ンパクトな主燃焼室８が形成されると共に、ヘッド内壁
面3aの凹部７以外の偏平部９とピストン５上面との間に
は第３図の如くスキッシュゾーン10が形成される。

11は、第１吸気ポート、12は第２吸気ポート、13は第１
排気ポート、14は第２排気ポートで、これらはシリンダ
ヘッド３に形成されている。上記第１吸気ポート11及び
第１排気ポート13は、凹部７の長手方向両端部に開口
し、第２吸気ポート12は、偏平部９において第１吸気ポ
ート11と隣り合って開口し、第２排気ポート14は、偏平
部９において第１排気ポート13と隣り合って開口してい
る。このような第１、第２吸気ポート11、12は第１、第
２吸気バルブ15、16で開閉され、第１、第２排気ポート
13、14は第１、第２排気バルブ17、18で開閉されるよう
になっている。

シリンダヘッド３とこれに接続された吸気管19には、こ
れらに跨がるようにして、低負荷用吸気通路20と高負荷
用吸気通路21が形成されている。上記高負荷用吸気通路
21は、その下流端部が２本に分岐されて、その分岐通路
21a、21bが、第１、第２吸気ポート11あるいは12に連通
している。このような高負荷用吸気通路21には、上記分
岐部分よりも若干上流において、シャッタ弁22が配設さ
れている。このシャッタ弁22は、低負荷時に閉弁すなわ
ち全閉あるいは微小開度に閉じられ、高負荷時に開弁さ
れるようになっている。また、上記低負荷用吸気通路20
は、上記シャッタ弁22上流の吸気管19の底壁部分より分
岐されて、該シャッタ弁22をバイパスして、その出口端
20aが、第１吸気ポート11に連通されている。

上記低負荷用吸気通路20は、その通路面積が分岐通路21
a、21bの通路面積よりも小さく設定され、かつ主燃焼室
８内で吸気のスワールをより強く生成し得るように、シ
リンダ４の接線方向に指向されているが、当該主燃焼室
８を形成するための凹部７の内壁面によるスワール生成
作用を十分に期待し得るので、この低負荷用吸気通路20
の上記指向性はさほど強くされていない。また、低負荷
用吸気通路20と高負荷用吸気通路21とを仕切る仕切壁25
の下流端は、吸気弁15よりもかなり上流に位置されて、
すなわち高負荷用吸気通路21を構成する分岐通路21aの
有効開口面積が、この仕切壁25によって極力せばめられ
ないように設定されている。これにより、高負荷用吸気
通路21を構成する分岐通路21aの有効開口面積が十分に
確保されている。

なお、第１、第２排気ポート13、14は排気通路23に連通
している。また、点火プラグ24は、凹部７内において、
ヘッド内壁面3aの略中央に配置されている。

次に、以上のような構成の作用について説明する。

先ず、低負荷時には、シャッタ弁22が閉じられているた
め、新気の全部あるいは大半が、通路面積の小さい低負
荷用吸気通路21を介して、第１吸気ポート11から凹部７
内に高速で吸入される。一方、高負荷時には低負荷用吸
気通路21を介して案内される新気が第１吸気ポート11か
ら燃焼室６内に吸入されると共に、シャッタ弁22が開閉
して高負荷用吸気通路21を介して案内される新気が、分
岐通路21a、21bを介して第１、第２吸気ポート11、12か
ら燃焼室６内に吸入される。

上記第１吸気ポート11より供給される新気は、凹部７の
内壁に沿って流れ、燃焼室６内にスワール（渦流）を形
成する。また、排気行程終期には、スキッシュゾーン10
から新気が、主燃焼室８内にスキッシュ流として噴出さ
せられ、主燃焼室８内に乱流を形成する。これらの結
果、点火プラグ24より主燃焼室８内の新気に着火する
と、火焔は高速で主燃焼室８の全域に伝播される。

ここで、高負荷時の排気行程終期におけるバルブタイミ
ングのオーバーラップ時に、高負荷用吸気通路21の分岐
通路21bから第２吸気ポート12を介して、スキッシュゾ
ーン10内に新気が吸入されようとする。しかし、スキッ
シュゾーンは狭くて圧力も主燃焼室８よりも高いので、
高負荷用吸気通路21からの新気は、主に、通路面積が十
分に確保された分岐通路21aから第１吸気ポート11を介
して、主燃焼室８内に多量に流入する。これにより、主
燃焼室内の残留燃焼ガスが短時間で充分に掃気される。

以上実施例では、排気ポートを２つ設けた場合を説明し
たが、偏平部９に開口させた排気ポート14を廃止して３
バルブとしたものであってもよい。また、この偏平部に
開口した排気ポート14を凹部７内に開口させるようにし
てもよい。

（発明の効果） 本発明は、以上述べたことから明らかなように、高負荷
のバルブタイミングのオーバーラップ時に、高負荷用吸
気通路からの新気が吸気抵抗の小さい主燃焼室に多量に
吸入されるので、高負荷用吸気通路から燃焼室に新気を
容易に吸入して、主燃焼室内の残留燃焼ガスを短時間で
充分に掃気する。

また、低負荷用吸気通路を別途設けてあるので、特に低
負荷時のスワール生成を効果的に行なうことができる一
方、高負荷用吸気通路をもっばら充填効率および上記掃
気を意図した形状あるいは通路面積として最適設定する
ことができる。

勿論、低負荷用吸気通路は、専用の吸気ポートを別途要
しないようにしてあるので、主燃焼室を従来のものと同
様にコンパクトなものに維持することができて、この種
の燃焼室構造の利点を十分に生かすことができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る燃焼室構造を備えるエンジンの部
分断面図。 第２図は第１図に示したシリンダヘッドの底面図。 第３図は、第２図III−III線に沿う断面図。 1:エンジン本体 2:シリンダブロック 3:シリンダヘッド 3a:ヘッド内壁面 4:シリンダ 5:ピストン 6:燃焼室 7:凹部 8:主燃焼室 9:偏平部 10:スキッシュゾーン 11:第１吸気ポート 12:第２吸気ポート 13:第１排気ポート 14:第２排気ポート 15:第１吸気バルブ 16:第２吸気バルブ 17:第１排気バルブ 18:第１排気バルブ 20:低負荷用吸気通路 20a:出口端 21:高負荷用吸気通路 21a,21b:分岐通路 22:シャッタ弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダヘッドのヘッド内壁面の一部に凹
   部を形成することにより、ピストンが上死点まで移動し
   たとき、前記凹部とピストン上面との間に主燃焼室が形
   成されると共に、前記ヘッド内壁面の凹部以外の部分と
   ピストン上面との間にスキッシュゾーンが形成されるよ
   うにされ、 第１吸気バルブで開閉される第１吸気ポートおよび排気
   バルブにより開閉される少なくとも１つの排気ポートが
   前記凹部に開口され、 第２吸気バルブで開閉される第２吸気ポートが前記ヘッ
   ド内壁面の凹部以外の部分に開口され、 高負荷時に開弁されるシャッタ弁を備えた高負荷用吸気
   通路が、前記第１、第２の両吸気ポートに連通され、 前記シャッタ弁をバイパスかつ上記高負荷用吸気通路よ
   りも通路面積が小さくされた低負荷用吸気通路の出口端
   が、前記第１吸気ポートに連通されている、 ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。