JPH0830414B2 - 内燃機関の燃焼室構造 - Google Patents

内燃機関の燃焼室構造

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JPH0830414B2
JPH0830414B2 JP58030226A JP3022683A JPH0830414B2 JP H0830414 B2 JPH0830414 B2 JP H0830414B2 JP 58030226 A JP58030226 A JP 58030226A JP 3022683 A JP3022683 A JP 3022683A JP H0830414 B2 JPH0830414 B2 JP H0830414B2
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wall surface
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annular
squish area
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猛 奥村
清 中西
悳太 井上
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Toyota Motor Corp
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は一対の吸気弁と一対の排気弁を具えた内燃機
関の燃焼室の構造に関する。
従来技術 燃焼室内の混合気が点火栓により着火されるとまず始
めに点火栓周りの混合気が燃焼せしめられ、点火栓周り
の圧力が上昇する。その結果、この圧力上昇によって燃
焼室周辺部に位置する混合気が圧縮される。このとき燃
焼室周辺部に位置する混合気周りの燃焼室内壁面の温度
が高いとこの混合気は点火栓による着火火炎によらずに
燃焼室内壁面の高温部が点火源となって自己着火し、ノ
ッキングを発生する。このようにノッキングは燃焼室内
壁面の高温部が点火源となって自己着火するので通常の
内燃機関においては吸気弁周りよりも排気弁周りにおい
てノッキングが発生しやすくなる。ところが燃焼室の形
状を偏平にして燃焼室頂面のほぼ中央部に点火栓を配置
した場合には排気弁周りに位置する混合気は排気弁によ
って加熱されるために圧縮行程末期において吸気弁周り
に位置する混合気よりも高温となる。このように混合気
の温度が高くなると点火栓による着火火炎の伝播速度が
速くなるために燃焼室周辺部の排気弁周りに位置する混
合気は自己着火する前に点火栓による着火火炎によって
着火されやすくなり、斯くして排気弁周りの混合気の自
己着火によるノッキングは発生しずらくなる。これに対
して吸気弁周りに位置する混合気の温度は排気弁周りに
位置する混合気の温度よりも低いために吸気弁方向に向
かう火炎の伝播速度が排気弁方向に向かう火炎の伝播速
度よりも遅くなり、斯くして吸気弁周りに位置する混合
気は点火栓による着火火炎が到達する前に自己着火しや
すくなる。このように燃焼室の形状を偏平にして燃焼室
頂面のほぼ中央部に点火栓を配置した場合には本来ノッ
キングが発生しやすい燃焼室周辺部の排気弁周りにおい
てノッキングは発生しずらくなり、本来ノッキングが発
生しずらい燃焼室周辺部の吸気弁周りにおいてノッキン
グが発生しやすくなるために燃焼室周辺部のどこでノッ
キングが発生するかわからなくなる。云いかえると燃焼
室周辺部の全ての箇所においてノッキングが発生する可
能性が生じることになる。
ノッキングの発生を抑制するには火炎の伝播速度を速
めることが必要であり、このために従来よりスキッシュ
エリアから噴出したスキッシュ流により燃焼室内に強力
な乱れを発生せしめるようにした内燃機関が知られてい
る。しかしながら一対の吸気弁と一対の排気弁を具えた
従来の内燃機関では互に対向するピストン頂面周縁部に
一対のスキッシュエリアを形成する構造となっている。
ところがこのように互に対向するピストン頂面周縁部の
みにスキッシュエリアを形成した場合にはスキッシュエ
リア近傍の混合気には乱れが与えられるのでこの混合気
の自己着火によるノッキングの発生を抑制することはで
きるがスキッシュエリアが形成されていないピストン頂
面周辺部では混合気に十分な乱れが与えられないために
スキッシュエリアが形成されていない領域内の混合気の
自己着火によるノッキングは発生するという問題を生ず
る。
発明の構成 本発明によれば上記問題点を解決するために、一対の
吸気弁と一対の排気弁を具えた内燃機関において、シリ
ンダヘッド内壁面の中心部に点火栓を配置し、ピストン
頂面の全外周縁部にシリンダヘッド内壁面に向けて突出
する環状隆起壁を形成すると共にこの環状隆起壁により
包囲されたピストン頂面中央部全体をこの環状隆起壁の
上壁面に対して下方に凹ませ、シリンダヘッド内壁面の
全外周縁部にピストン頂面に向けて突出する環状隆起壁
を形成すると共にこのシリンダヘッドの環状隆起壁によ
り包囲されたシリンダヘッド内壁面中央部全体をシリン
ダヘッドの環状隆起壁の下壁面に対して上方に凹ませ、
ピストンの環状隆起壁の上壁面とシリンダヘッドの環状
隆起壁の下壁面間に環状のスキッシュエリアを形成して
このスキッシュエリアから噴出した全スキッシュ流が点
火栓に向かうようにピストンの環状隆起壁の上壁面とシ
リンダヘッドの環状隆起壁の下壁面とを円錐状に形成す
ると共に該スキッシュエリアを含む面が下方に凹んだピ
ストン頂面中央部と上方に凹んだシリンダヘッド内壁面
中央部との中間高さ位置を延びており、吸気弁と吸気弁
間、吸気弁と排気弁間、排気弁と排気弁間に形成される
スキッシュエリアの半径方向の巾を吸気弁および排気弁
周りに形成されるスキッシュエリアの半径方向の巾より
も広く形成し、更に吸気弁および排気弁周りに形成され
るスキッシュエリアを吸気弁および排気弁の外周縁に沿
って延びるように形成している。
実施例 第1図から第3図を参照すると、1はシリンダブロッ
ク、2はシリンダブロック1内で往復動するピストン、
3はシリンダブロック1上に固締されたシリンダヘッ
ド、4はピストン2とシリンダヘッド3間に形成された
燃焼室、5は互に隣接配置された一対の吸気弁、6は吸
気ポート、7は互に隣接配置された一対の排気弁、8は
排気ポート、9は燃焼室4内に配置された点火栓を夫々
示す。第1図および第2図からわかるように点火栓9は
ピストン2の軸線に対して排気弁7の方に若干偏心した
位置において燃焼室4の頂面のほぼ中央部に配置され
る。ピストン2の頂面10は平坦面からなり、シリンダヘ
ッド3の内壁面11は頂角が180度に近い円錐面から形成
される。従って燃焼室4は偏平なディスク状をなす。ピ
ストン頂面10の外周縁部には上方に突出する隆起壁12が
形成される。この隆起壁12は第4図に示されるようにピ
ストン頂面10の外周縁部の全長に亘って延び、従って隆
起壁12は環状をなす。一方、シリンダヘッド内壁面11の
外周縁部には下方に突出する隆起壁13が形成される。こ
の隆起壁13は第2図に示されるようにシリンダヘッド内
壁面11の外周縁部の全長に亘って延び、従って隆起壁13
は環状をなす。第1図に示されるようにピストン2が上
死点に達したときに隆起壁12の上壁面14は隆起壁13の下
壁面15に接近し、斯くしてこれら上壁面14と下壁面15間
にスキッシュエリアSが形成される。第1図および第3
図からわかるようにこのスキッシュエリアSを含む面は
下方に凹んだピストン頂面中央部と上方に凹んだシリン
ダヘッド内壁面中央部との中間高さ位置を延びている。
第2図に示されるようにピストン2の軸線から隆起壁
13の下壁面15の内側縁16までの距離をR1、吸気弁5の軸
線又は排気弁7の軸線から隆起壁13の下壁面15の内側縁
17までの距離をr1とすると、吸気弁5および排気弁7の
周りに位置する隆起壁13の下壁面15の内側縁17はほぼ一
定の半径r1でもって吸気弁5又は排気弁7の外周縁の周
りを外周縁のほぼ半周に亘って延びており、吸気弁5
間、吸気弁5と排気弁7間、および排気弁7間に位置す
る隆起壁13の下壁面15の内側縁16は内側縁17の端部間を
ほぼ一定の半径R1でもって延びる。一方、第4図におい
て一点鎖線は吸気弁5と排気弁7の位置を示す。第4図
に示されるようにピストン2の軸線から隆起壁12の上壁
面14の内側縁18までの距離をR2、吸気弁5の軸線又は排
気弁7の軸線から隆起壁12の上壁面14の内側縁19までの
距離をr2とすると、吸気弁5および排気弁7の周りに位
置する隆起壁12の上壁面14の内側縁19はほぼ一定の半径
r2でもって吸気弁5又は排気弁7の外周縁の周りを外周
縁のほぼ半周に亘って延びており、吸気弁5間、吸気弁
5と排気弁7間、および排気弁7間に位置する隆起壁12
の上壁面14の内側縁18は内側縁19の端部間をほぼ一定の
半径R2でもって延びる。従って吸気弁5間、吸気弁5と
排気弁7間、排気弁7間に位置するスキッシュエリアS
の半径方向の巾は吸気弁5および排気弁7周りに形成さ
れるスキッシュエリアSの半径方向の巾よりも広い。な
お、第1図から第4図に示す実施例では半径R1と半径R2
とはほぼ等しく、半径r1は半径r2よりも若干大きい。
圧縮行程末期には第3図および第4図において矢印F
で示されるようにスキッシュエリアSからスキッシュ流
が噴出し、このスキッシュ流Fによって全吸気弁5およ
び全排気弁7の周りに強力な乱れが発生せしめられる。
一方、第1図および第3図に示されるように隆起壁12の
上壁面14および隆起壁13の下壁面15はスキッシュエリア
Sから噴出した全スキッシュ流Fが点火栓9に向かうよ
うに円錐状に形成されており、しかもスキッシュエリア
Sを含む面は下方に凹んだピストン頂面中央部と上方に
凹んだシリンダヘッド内壁面中央部との中間高さ位置を
延びているのでこのスキッシュ流Fは全吸気弁5および
全排気弁7周りに強力な乱れを発生せしめた後、周りの
混合気に乱れを与えつつ点火栓9に向けて進行する。こ
の間、第3図に示されるようにスキッシュ流Fはピスト
ン頂面10およびシリンダヘッド内壁面11と接触すること
なく進行するので減速されることがなく、斯くして燃焼
室4内には強力な乱れが発生せしめられる。次いでスキ
ッシュ流Fは点火栓5に集まって点火栓5の周りの残留
ガスを掃気する。斯くして混合気は点火栓5によって容
易に着火される。燃焼室4の中央部には各スキッシュ流
Fが互に衝突することによって強力な乱れが発生してお
り、前述したように全吸気弁5および全排気弁7の周り
にも強力な乱れが発生しているので着火火炎は燃焼室4
の周辺部に向けて高速度で伝播する。斯くして吸気弁5
又は排気弁7の周りの混合気が自己着火する前にこの混
合気が点火栓による着火火炎によって着火されるために
ノッキングの発生が抑制されることになる。なお、ピス
トン2が上死点の近傍に位置しているときにはスキッシ
ュエリアSの厚みはクエンチ距離以下となっており、従
ってスキッシュエリアS内の混合気が自己着火するのを
阻止できるのでスキッシュエリアS内の混合気の自己着
火によるノッキングの発生を阻止することができる。次
いでピストン2が下降を開始するとスキッシュエリアS
内の圧力が一時に降下するので火炎がスキッシュエリア
S内に引込まれ、スキッシュエリアS内の混合気が燃焼
せしめられる。
発明の効果 本発明によればスキッシュエリアSはスキッシュエリ
アSから噴出した全スキッシュ流Fが点火栓9に向かう
ように形成されており、しかもスキッシュエリアを含む
面が下方に凹んだピストン頂面中央部と上方に凹んだシ
リンダヘッド内壁面中央部との中間高さ位置を延びてい
るのでスキッシュエリアから噴出したスキッシュ流Fは
減速することなく点火栓9に向かう。その結果、点火栓
9周りの残留ガスはスキッシュ流Fによって掃気され、
斯くして混合気を点火栓9によって容易に着火すること
ができる。また全吸気弁5および全排気弁7を包囲する
ようにスキッシュエリアSを形成することによって全吸
気弁5および全排気弁7の周りに強力な乱れを発生せし
めることができる。その結果、点火栓9による着火火炎
の伝播速度を速めることができるのでノッキングの発生
を抑制することができる。また、燃焼室4の周辺部にス
キッシュエリアSを形成することによってピストン2の
下降開始時にスキッシュエリアS内に生ずる圧力降下に
より燃焼室4のほぼ全周辺部に火炎を急速に伝播させる
ことができ、斯くして燃焼速度が速められるので安定し
た燃焼を得ることができる。更に吸気ポート6をヘリカ
ル状に形成したり、或いは低負荷運転時に一方の吸気ポ
ート6を遮断した場合には燃焼室4内にピストン2の軸
線回りの旋回流が発生し、この旋回流は圧縮行程末期に
おいて隆起壁12,13のほぼ円筒状をなす円周面に沿って
旋回する。このとき隆起壁12,13のほぼ円筒状をなす内
周面は吸気弁5および排気弁7の周りにおいて半径方向
外方に凹んでいるので旋回流はこの凹んだ領域内に流入
してこの領域内に乱れを発生せしめる。従ってこのよう
に燃焼室4内に旋回流を発生せしめるようにした場合に
は更にノッキングの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は第2図のI−I線に沿ってみた本発明による内
燃機関の側面断面図、第2図は第1図のII−II線に沿っ
てみた平面断面図、第3図は第2図のIII−III線に沿っ
てみた側面断面図、第4図はピストンの平面図である。 4…燃焼室、5…吸気弁、7…排気弁、9…点火栓、1
2,13…隆起壁、S…スキッシュエリア。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−206821(JP,A) 特開 昭52−54820(JP,A) 特開 昭57−193717(JP,A) 実開 昭57−22628(JP,U) 実開 昭58−30720(JP,U) 実開 昭56−175518(JP,U) 実開 昭57−18724(JP,U) 実公 昭62−21712(JP,Y2) 実公 昭62−21713(JP,Y2)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対の吸気弁と一対の排気弁を具えた内燃
    機関において、シリンダヘッド内壁面の中心部に点火栓
    を配置し、ピストン頂面の全外周縁部にシリンダヘッド
    内壁面に向けて突出する環状隆起壁を形成すると共に該
    環状隆起壁により包囲されたピストン頂面中央部全体を
    該環状隆起壁の上壁面に対して下方に凹ませ、シリンダ
    ヘッド内壁面の全外周縁部にピストン頂面に向けて突出
    する環状隆起壁を形成すると共に該シリンダヘッドの環
    状隆起壁により包囲されたシリンダヘッド内壁面中央部
    全体をシリンダヘッドの環状隆起壁の下壁面に対して上
    方に凹ませ、上記ピストンの環状隆起壁の上壁面と上記
    シリンダヘッドの環状隆起壁の下壁面間に環状のスキッ
    シュエリアを形成して該スキッシュエリアから噴出した
    全スキッシュ流が点火栓に向かうように上記ピストンの
    環状隆起壁の上壁面と上記シリンダヘッドの環状隆起壁
    の下壁面とを円錐状に形成すると共に該スキッシュエリ
    アを含む面が下方に凹んだピストン頂面中央部と上方に
    凹んだシリンダヘッド内壁面中央部との中間高さ位置を
    延びており、上記吸気弁と吸気弁間、吸気弁と排気弁
    間、排気弁と排気弁間に形成されるスキッシュエリアの
    半径方向の巾を吸気弁および排気弁周りに形成されるス
    キッシュエリアの半径方向の巾よりも広く形成し、更に
    吸気弁および排気弁周りに形成されるスキッシュエリア
    を吸気弁および排気弁の外周縁に沿って延びるように形
    成した内燃機関の燃焼室構造。
JP58030226A 1983-02-26 1983-02-26 内燃機関の燃焼室構造 Expired - Lifetime JPH0830414B2 (ja)

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JPS59158319A JPS59158319A (ja) 1984-09-07
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