JPH07158452A - 火花点火式エンジンのシリンダヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】外凸円弧壁面１１・１２・１３と、これらを順
につなぐつなぎ壁面１４・１５・１６とで、燃焼室４の
周壁面を形成した、火花点火式エンジンのシリンダヘッ
ドにおいて、次のようにした。すなわち、つなぎ壁面１
４・１５・１６をスキッシュ面３とともに燃焼室４の中
央部１０に向けて膨出させた。 【効果】スキッシュ面３の面積が大きくなるとともに、
燃焼室４の容積が小さくなり、燃焼が改善され、排気ガ
ス中の炭化水素量が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、火花点火式エンジンの
シリンダヘッドに関する。

【０００２】

【従来技術】火花点火式エンジンのシリンダヘッドの従
来技術として図３に示すものがある。これは、本発明と
同様、次のような基本構造を備えている。

【０００３】すなわち、シリンダ室１０１に臨ませる円
形のシリンダヘッド面１０２にスキッシュ面１０３を残
して燃焼室１０４を凹設してある。そして、この燃焼室
１０４の内底面１０５に吸気弁口１０６と排気弁口１０
７と点火プラグ突出口１０８とをあけ、これらの口１０
６・１０７・１０８を燃焼室１０４の中央部１１０の周
りに配置し、これらの口１０６・１０７・１０８の各周
縁のうち、燃焼室１０４の中央部１１０から遠ざかる各
外凸円弧部分１０６ａ・１０７ａ・１０８ａに沿ってそ
れぞれ形成した外凸円弧壁面１１１・１１２・１１３
と、これら外凸円弧壁面１１１・１１２・１１３を順に
つなぐつなぎ壁面１１４・１１５・１１６とで、燃焼室
４の周壁面を形成してある。

【０００４】このような基本構造を備えたものでは、図
３（Ｂ）に示すように、圧縮上死点付近でピストン１１
９とスキッシュ面１０３との間に形成されるスキッシュ
エリア１２０から燃焼室１０４に混合気の押し込み流１
２１が流入し、燃焼室１０４の混合気に乱流が生じ、燃
焼性能が高められる。

【０００５】ところで、上記従来技術では、図３（Ａ）
に示すように、つなぎ壁面１１４・１１５・１１６が真
っすぐ乃至は燃焼室１０４の中央部１１０から遠ざかる
凹湾曲状に形成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、排
気ガス中に含まれる炭化水素量が多く、環境保全を十分
に図ることができない。

【０００７】本発明の課題は、火花点火式エンジンのシ
リンダヘッドにおいて、排気ガス中に含まれる炭化水素
量を低減させることができるものを提供することにあ
る。

【０００８】

【発明の経過】本発明者らは、本発明に先立ち、上記従
来技術で排気ガス中に含まれる炭化水素量が多くなる理
由を次のように推定した。 上記従来技術では、図３（Ａ）に示すように、燃焼室
１０４の容積が比較的大きく、圧縮比が小さくなるた
め、燃焼室１０４での混合気密度が小さくなる。また、
スキッシュ面１０３の面積が比較的小さく、図３（Ｂ）
に示すスキッシュエリア１２０から燃焼室１０４への押
し込み流１２１の流量が少ないため、燃焼室１０４での
混合気の乱流が生じにくい。このように燃焼室１０４で
の混合気密度が小さいうえ、混合気の乱流が生じにくい
ため、火炎伝播が速やかに行われず、燃焼速度が遅く、
混合気が不完全燃焼を起こしやすい。

【０００９】燃焼室１０４の混合気は濃度不均一の状
態で流動するが、比較的薄い混合気で運転する場合に
は、図３（Ｂ）に示す点火プラグ１２２の放電時にその
電極１２８付近の混合気濃度が点火可能な濃度を下回っ
ていることがあり、不点火により混合気が未燃焼のまま
排気ガスとして排出されることがある。

【００１０】本発明者らは、このような推定に基づき、
燃焼室の容積を小さくするとともに、スキッシュ面の面
積を大きくし、更には点火プラグの放電時にその電極付
近の混合気濃度を濃くすることにより、燃焼が改善さ
れ、排気ガス中の炭化水素量が低減するのではないかと
考え、本発明に至った。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

（第１発明）第１発明は、図１（Ａ）に例示するよう
に、シリンダ室１に臨ませる円形のシリンダヘッド面２
にスキッシュ面３を残して燃焼室４を凹設し、この燃焼
室４の内底面５に吸気弁口６と排気弁口７と点火プラグ
突出口８とをあけ、これらの口６・７・８を燃焼室４の
中央部１０の周りに配置し、これらの口６・７・８の各
周縁のうち、燃焼室４の中央部１０から遠ざかる各外凸
円弧部分６ａ・７ａ・８ａに沿ってそれぞれ形成した外
凸円弧壁面１１・１２・１３と、これら外凸円弧壁面１
１・１２・１３を順につなぐつなぎ壁面１４・１５・１
６とで、燃焼室４の周壁面を形成した、火花点火式エン
ジンのシリンダヘッドにおいて、次のようにしたことを
特徴とする。

【００１２】すなわち、図１（Ａ）・（Ｃ）に例示する
ように、上記つなぎ壁面１４・１５・１６を上記スキッ
シュ面３とともに燃焼室４の中央部１０に向けて膨出さ
せた、ことを特徴とする火花点火式エンジンのシリンダ
ヘッド。

【００１３】（第２発明）第２発明は、図１に例示する
第１発明の火花点火式エンジンのシリンダヘッドにおい
て、図１に例示するように、前記スキッシュ面３の面積
が前記円形のシリンダヘッド面２の面積の３０％〜７０
％となるようにしたことを特徴とする。

【００１４】（第３発明）第３発明は、図１に例示する
第１発明または第２発明の火花点火式エンジンのシリン
ダヘッドにおいて、図１（Ｂ）に例示するように、シリ
ンダ中心軸線９を中心として前記シリンダ室１内を旋回
する混合気のスワール流１７が、圧縮上死点付近でシリ
ンダ室１から前記燃焼室４に流入するように構成すると
ともに、図１（Ａ）・（Ｃ）に例示するように、前記つ
なぎ壁面１４・１５・１６を前記燃焼室４の中央部１０
に向かう凸湾曲状に形成したことを特徴とする。

【００１５】（第４発明）第４発明は、図１に例示する
第３発明の火花点火式エンジンのシリンダヘッドにおい
て、図１に例示するように、前記燃焼室４の内底面５の
うち、前記スワール流１７の旋回方向下手側で前記点火
プラグ突出口８と隣接する部分に、前記シリンダ室１に
向かう凸部１８を設けたことを特徴とする。

【００１６】

【発明の作用及び効果】

（第１発明）第１発明は、次の作用効果を奏する。 排気ガス中の炭化水素量が低減される。これは、次の
ような理由によるものと考えられる。すなわち、図１
（Ａ）に例示するように、スキッシュ面３が燃焼室４の
中央部１０に向けて拡張されるため、燃焼室４の容積が
小さくなるとともに、スキッシュ面３の面積が大きくな
る。燃焼室４の容積が小さくなると、圧縮比が大きくな
り、燃焼室４での混合気密度が大きくなる。また、スキ
ッシュ面３の面積が大きくなると、図１（Ｂ）に示すス
キッシュエリア２０から燃焼室４への押し込み流２１の
流量が多くなり、燃焼室４での混合気の乱流が生じやす
い。このように燃焼室４での混合気密度が大きくなるう
え、混合気の乱流が生じやすいため、火炎伝播が速やか
に行われ、燃焼速度が速く、燃焼が改善され、不完全燃
焼が起こりにくく、排気ガス中の炭化水素量が低減され
る。

【００１７】（第２発明）第２発明は、上記第１発明の
作用効果に加え、次の作用効果・を奏する。 上記第１発明の作用効果に記載した排気ガス中の炭
化水素量の低減がより確実に実現される。その理由は、
次のように考えられる。すなわち、スキッシュ面３の面
積が円形のシリンダヘッド面２の面積の３０％以上であ
るため、燃焼室４の容積が十分小さくなるとともに、ス
キッシュ面３の面積が十分に大きくなる。このため、上
記作用効果で述べた燃焼の改善が確実に行われ、排気
ガス中の炭化水素量の低減がより確実に実現される。

【００１８】スキッシュ面３の面積が円形のシリンダ
ヘッド面２の面積の７０％以下であるため、燃焼室４の
内底面５の面積が十分に確保され、吸気口６と排気弁口
７の開口面積を十分に大きくできるので、良好な吸排気
効率が維持される。

【００１９】（第３発明）第３発明は、上記第１発明の
作用効果または第２発明の作用効果〜に加え、次
の作用効果を奏する。 上記第１発明の作用効果に記載した排気ガス中の炭
化水素量の低減率が高められる。その理由は、次のよう
に考えられる。すなわち、図１（Ｂ）に示すように、圧
縮上死点付近でシリンダ室１から燃焼室４に流入したス
ワール流１７は、外凸円弧壁面１１・１２・１３と凸湾
曲状のつなぎ壁面１４・１５・１６で滑らかに案内さ
れ、その流速が高く維持されるので、燃焼室４での混合
気の乱流が生じやすい。このため、上記作用効果で述
べた燃焼の改善が一層促進され、排気ガス中の炭化水素
量の低減率が高められる。

【００２０】（第４発明）第４発明は、上記第３発明の
作用効果・または〜に加え、次の作用効果を
奏する。 上記第１発明の作用効果に記載した排気ガス中の炭
化水素量の低減率が高められる。その理由は、次のよう
に考えられる。すなわち、図１（Ｃ）に例示する圧縮上
死点付近でシリンダ室１から燃焼室４に流入するスワー
ル流１７の一部は、凸部１８に衝突するため、凸部１８
の手前側にある点火プラグ２２の電極２８付近に混合気
の吹き留まりが生じ、比較的薄い混合気で運転する場合
にも点火プラグ２２の電極２８付近の混合気濃度が比較
的濃くなる。このため、不点火により混合気が未燃焼の
まま燃焼室４から排出される不備が生じにくくなり、上
記作用効果で述べた排気ガス中の炭化水素量の低減率
が高まる。

【００２１】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例を説明する図である。

【００２２】この実施例では、頭上弁式の単気筒２弁ガ
ソリンエンジンのシリンダヘッドを用いた。図１（Ａ）
に示すように、このシリンダヘッド２３は次のような基
本構造を備えている。すなわち、図１（Ｂ）に示すシリ
ンダ室１に臨ませる円形のシリンダヘッド面２にスキッ
シュ面３を残して燃焼室４が凹設されている。この燃焼
室４の内底面５には吸気弁口６と排気弁口７と点火プラ
グ突出口８とがあけられている。これら３個の口６・７
・８は燃焼室４の中央部１０の周りに配置されている。
これら３個の口６・７・８の各周縁のうち、燃焼室４の
中央部１０から遠ざかる各外凸円弧部分６ａ・７ａ・８
ａに沿ってそれぞれ形成された３個の外凸円弧壁面１１
・１２・１３と、これら外凸円弧壁面１１・１２・１３
を順につなぐ３個のつなぎ壁面１４・１５・１６とで、
燃焼室４の周壁面が形成されている。

【００２３】このような基本構造を備えたものでは、図
１（Ｂ）に示すように、圧縮上死点付近でピストン１９
とスキッシュ面３との間に形成されるスキッシュエリア
２０から燃焼室４に混合気の押し込み流２１が流入し、
燃焼室４の混合気に乱流が生じ、燃焼性能が高められ
る。

【００２４】この実施例では、図１（Ａ）に示すよう
に、シリンダヘッド面２はシリンダヘッド２３の底面２
４に円形に凹設された部分の内底面で形成されている。
また、シリンダヘッド２３にはシリンダヘッド面２の脇
に一対のプッシュロッド挿通孔２５があけられている。

【００２５】この実施例では、燃焼室４の容積を小さく
するとともにスキッシュ面３の面積を大きくするため、
次のような構成が採用されている。すなわち、図１
（Ａ）・（Ｃ）に示すように、つなぎ壁面１４・１５・
１６をスキッシュ面３とともに燃焼室４の中央部１０に
向けて膨出させてある。この場合、スキッシュ面３が燃
焼室４の中央部１０に向けて拡張されるため、燃焼室４
の容積が小さくなるとともに、スキッシュ面３の面積が
大きくなる。

【００２６】スキッシュ面３の面積は円形のシリンダヘ
ッド面２の面積の３８．４％とされている。この面積比
率は、排気ガス中の炭化水素量の低減と吸排気効率の確
保のバランスに基づいて設定され、３０％〜７０％に設
定するのが好ましく、更に、３０％〜６０％、３０％〜
５０％の順でバランスが高まり、３５％〜４５％に設定
するのが最も好ましい。

【００２７】また、この実施例では、燃焼室４で混合気
の乱流を生じさせるため、次のような構成が採用されて
いる。すなわち、図１（Ａ）に示すように、吸気弁口６
から円形のシリンダヘッド面２の外周接線方向に向けて
吸気ポート２６が導出されている。これにより、吸気工
程ではこの吸気ポート２６からシリンダ室１に流入した
混合気が、シリンダ室１の内周壁面の案内で、シリンダ
中心軸線９を中心とするスワール流１７となる。そし
て、図１（Ｃ）に示すように、圧縮上死点付近では、こ
の混合気のスワール流１７がシリンダ室１から燃焼室４
に流入する。更に、３個のつなぎ壁面１４・１５・１６
を燃焼室４の中央部１０に向かう凸湾曲状に形成してあ
る。

【００２８】このような構成によれば、図１（Ｃ）に示
すように、圧縮上死点付近でシリンダ室１から燃焼室４
に流入したスワール流１７は、外凸円弧壁面１１・１２
・１３と凸湾曲状のつなぎ壁面１４・１５・１６で滑ら
かに案内され、その流速が高く維持されるので、燃焼室
４で混合気の乱流が生じやすい。

【００２９】また、この実施例では、点火プラグ２２の
放電時にその電極２８付近の混合気濃度を濃くするた
め、次のような構成が採用されている。すなわち、図１
（Ａ）・（Ｂ）に示すように、燃焼室４の内底面５のう
ち、スワール流１７の旋回方向下手側で点火プラグ突出
口８に隣接する部分に、シリンダ室１に向かう凸部１８
が設けられている。図１（Ｂ）・（Ｃ）に示すように、
この凸部１８は、点火プラグ突出口８からスワール流１
７の旋回方向下手側に向けて次第に厚さを減じる楔型
で、その肉厚側端面２７は点火プラグ２２の電極２８に
臨ませてある。シリンダ室１に臨む凸部１８の表面２９
は、肉厚端部２７からスワール流１７の旋回方向下手側
に向けて次第に燃焼室４の内底面５に近づく傾斜状に形
成されている。

【００３０】このような構成によれば、図１（Ｃ）に示
すように、圧縮上死点付近でシリンダ室１から燃焼室４
に流入するスワール流１７の一部は、凸部１８の肉厚側
端面２７に衝突するため、その手前側にある点火プラグ
２２の電極２８付近に混合気の吹き留まりが生じ、比較
的薄い混合気で運転する場合にも点火プラグ２２の電極
２８付近の混合気濃度が比較的濃くなる。

【００３１】上記実施例による排気ガス特性の有効性を
証明するため、従来技術を比較例とした排気ガス試験を
行った。試験方法は次の通りである。実施例のシリンダ
ヘッドには、図１に示す形状で、シリンダヘッド面の直
径、シリンダヘッド面の面積、燃焼室の面積、燃焼室の
深さ、スキッシュ面の面積を図２の実施例の欄に示す仕
様としたものを用いた。そして、このシリンダヘッド
を、ストローク、工程容積、隙間寸法、隙間容積を図２
の実施例の欄に示す仕様としたエンジンに組み付けた。
従来技術のシリンダヘッドには、図３に示す形状で、シ
リンダヘッド面の直径等を図２の従来技術の欄に示す仕
様としたものを用いた。そして、このシリンダヘッド
を、ストローク等を図２の従来技術の欄に示す仕様とし
たエンジンに組み付けた。

【００３２】次に、これらのエンジンをそれぞれ３００
０〜３１００ｒｐｍ、空燃比１１〜１５の範囲で、同一
条件の下に運転し、各排気ガス中に含まれる炭化水素
量、酸化窒素量、一酸化炭素量を測定した。そして、実
施例の排気ガス中の各成分の含有量が従来技術に比べて
どの程度増減したかを示す増減率を算出した。算出結果
を図２に示す。

【００３３】図２に示すように、この実施例では一酸化
炭素の増加が認められるものの、本来は同時低減が不可
能であると考えられていた炭化水素と酸化窒素が同時に
低減されるという画期的な結果が得られた。また、特に
炭化水素は著しく低減した。このような結果から、つな
ぎ壁面１４・１５・１６をスキッシュ面３とともに膨出
させること、シリンダヘッド面２の面積Ａに対するスキ
ッシュ面３の面積Ｂの比率Ｂ／Ａを３０％以上にするこ
と、つなぎ壁面１４・１５・１６を凸湾曲状にするこ
と、凸部１８を設けることにより、排気ガス特性が向上
することが分かった。

【００３４】本発明の実施例の内容は以上の通りである
が、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例
えば、上記実施例では、頭上弁式の単気筒２弁ガソリン
エンジンのシリンダヘッドを用いたが、この発明は、火
花点火式エンジンのシリンダヘッドであれば適用するこ
とができ、頭上カムエンジン、多気筒エンジン、多弁エ
ンジン、ガスエンジン等の各種形式のエンジンのシリン
ダヘッドに適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を説明する図で、図１（Ａ）は
シリンダヘッドの底面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ
−Ｂ線断面図、図１（Ｃ）はシリンダ室に臨むシリンダ
ヘッド面を斜めに見上げた斜視図である。

【図２】実施例と従来技術の排気ガス試験を説明する表
である。

【図３】従来技術を説明する図で、図３（Ａ）はシリン
ダヘッドの底面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ線
断面図である。

【符号の説明】

１…シリンダ室、２…シリンダヘッド面、３…スキッシ
ュ面、４…燃焼室、５…内底面、６…吸気弁口、７…排
気弁口、８…点火プラグ突出口、６ａ・７ａ・８ａ…外
凸円弧部分、９…シリンダ中心軸線、１０…中央部、１
１・１２・１３…外凸円弧壁面、１４・１５・１６…つ
なぎ壁面、１７…スワール流、１８…凸部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ室(１)に臨ませる円形のシリン
   ダヘッド面(２)にスキッシュ面(３)を残して燃焼室(４)
   を凹設し、この燃焼室(４)の内底面(５)に吸気弁口(６)
   と排気弁口(７)と点火プラグ突出口(８)とをあけ、これ
   らの口(６)・(７)・(８)を燃焼室(４)の中央部(１０)の
   周りに配置し、これらの口(６)・(７)・(８)の各周縁の
   うち、燃焼室(４)の中央部(１０)から遠ざかる各外凸円
   弧部分(６ａ)・(７ａ)・(８ａ)に沿ってそれぞれ形成し
   た外凸円弧壁面(１１)・(１２)・(１３)と、これら外凸
   円弧壁面(１１)・(１２)・(１３)を順につなぐつなぎ壁
   面(１４)・(１５)・(１６)とで、燃焼室(４)の周壁面を
   形成した、火花点火式エンジンのシリンダヘッドにおい
   て、 上記つなぎ壁面(１４)・(１５)・(１６)を上記スキッシ
   ュ面(３)とともに燃焼室(４)の中央部(１０)に向けて膨
   出させた、ことを特徴とする火花点火式エンジンのシリ
   ンダヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１に記載した火花点火式エンジン
   のシリンダヘッドにおいて、前記スキッシュ面(３)の面
   積が前記円形のシリンダヘッド面(２)の面積の３０％〜
   ７０％となるようにした、ことを特徴とする火花点火式
   エンジンのシリンダヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載した火花
   点火式エンジンのシリンダヘッドにおいて、シリンダ中
   心軸線(９)を中心として前記シリンダ室(１)内を旋回す
   る混合気のスワール流(１７)が、圧縮上死点付近でシリ
   ンダ室(１)から前記燃焼室(４)に流入するように構成す
   るとともに、前記つなぎ壁面(１４)・(１５)・(１６)を
   前記燃焼室(４)の中央部(１０)に向かう凸湾曲状に形成
   した、ことを特徴とする火花点火式エンジンのシリンダ
   ヘッド。
4. 【請求項４】 請求項３に記載した火花点火式エンジン
   のシリンダヘッドにおいて、前記燃焼室(４)の内底面
   (５)のうち、前記スワール流(１７)の旋回方向下手側で
   前記点火プラグ突出口(８)と隣接する部分に、前記シリ
   ンダ室(１)に向かう凸部(１８)を設けた、ことを特徴と
   する火花点火式エンジンのシリンダヘッド。