JPH0849546A - 内燃機関の燃焼室 - Google Patents

内燃機関の燃焼室

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JPH0849546A
JPH0849546A JP18584294A JP18584294A JPH0849546A JP H0849546 A JPH0849546 A JP H0849546A JP 18584294 A JP18584294 A JP 18584294A JP 18584294 A JP18584294 A JP 18584294A JP H0849546 A JPH0849546 A JP H0849546A
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JP
Japan
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annular groove
combustion chamber
piston
intake
circular groove
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Pending
Application number
JP18584294A
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English (en)
Inventor
Takeshi Okumura
猛 奥村
Shigeo Furuno
志健男 古野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Publication of JPH0849546A publication Critical patent/JPH0849546A/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/26Pistons  having combustion chamber in piston head
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 成層式内燃機関において稀薄混合気の燃焼速
度を速める。 【構成】 ピストン2の頂面の中央部に中央隆起部17
を形成し、この中央隆起部17の周りにドーナツ状の環
状溝18を形成する。排気弁7の下方に位置する環状溝
18の巾t2 を吸気弁7の下方に位置する環状溝18の
巾t1 よりも狭くする。吸入空気流によりシリンダ軸線
回りの旋回流を発生させ、環状溝18内に環状溝18に
沿って流れる旋回流を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の燃焼室に関す
る。
【0002】
【従来の技術】平坦なピストン頂面上にシリンダ軸線を
中心とするドーナツ状の環状溝を形成すると共に環状溝
により包囲されたピストン頂面中央部の隆起部上に点火
用凹所を形成してこの点火用凹所に向け燃料を噴射し、
更に燃焼室内にシリンダ軸線回りの旋回流を発生せしめ
るようにした内燃機関が公知である(特開平2−305
319号公報参照)。この内燃機関では燃焼室内に発生
せしめられた旋回流がピストン頂面上のドーナツ状の環
状溝に沿って旋回せしめられ、この旋回流に乗って燃焼
火炎が燃焼室内全体に伝播せしめられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところでこのように燃
焼室内に旋回流を発生せしめると燃焼火炎を良好に燃焼
室内全体に伝播させることができるが燃焼火炎を急速に
燃焼室内全体に伝播させるには微少乱れ、いわゆるマイ
クロタービュレンスを積極的に発生せしめる必要があ
る。しかしながら上述の内燃機関におけるように吸入空
気を単にピストン頂面上のドーナツ状環状溝に沿って旋
回せしめてもマイクロタービュレンスはさほど発生せ
ず、斯くして燃焼火炎を急速に燃焼室内全体に伝播させ
るのが困難であるという問題がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、燃焼室内に流入した吸入空気をシ
リンダ軸線回りに旋回せしめる旋回流発生手段を具備し
た内燃機関において、ピストン頂面上にピストンの軸線
周りにおいてドーナツ状に延びる環状溝を形成し、この
環状溝の一部分の巾を残りの部分の巾よりも狭くしてい
る。
【0005】更に本発明によれば上記問題点を解決する
ために上記1番目の発明において、シリンダヘッドに配
置された吸気弁からシリンダ軸線と反対側に延びる吸気
ポートを具備すると共に吸気ポートを介して燃料が燃焼
室内に供給され、シリンダ軸線に関して吸気弁とほぼ反
対側に位置するピストン頂面領域に環状溝の巾狭部分を
形成している。
【0006】
【作用】1番目の発明では環状溝内に沿って旋回する吸
気流が環状溝の巾狭部分を通る際に増速され、続いて減
速されてこれら増速減速作用により強力なマイクロター
ビュレンスが発生せしめられる。2番目の発明では吸気
ポートから燃焼室内に流入した燃料のうちで粒径の大き
なものが環状溝の巾狭部分に集まり、この燃料は増速せ
しめられて巾狭部分を流れる旋回空気流により良好に気
化せしめられる。
【0007】
【実施例】図1および図2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はシリンダヘッド、4は燃焼室、5は第1吸気
弁、6は第2吸気弁、7は排気弁、8はシリンダ軸線に
対してやや排気弁7寄りに配置された点火栓、9は旋回
流発生用の突出壁9aを具えた第1吸気ポート、10は
ほぼストレートに延びる第2吸気ポート、11は排気ポ
ートを夫々示し、第2吸気ポート10内には吸気制御弁
12が配置される。第1吸気ポート9と第2吸気ポート
10は隔壁13により分離されており、この隔壁13の
上方部には第1吸気ポート9と第2吸気ポート10とを
連通する連通孔14が形成される。この連通孔14内に
は燃料噴射弁15のノズル口が配置され、燃料噴射弁1
5のノズル口からは図2においてFで示されるように第
1吸気ポート9および第2吸気ポート10内に向けて燃
料が噴射される。
【0008】機関低負荷運転時には図1および図2に示
されるように吸気制御弁12が閉弁している。このとき
吸入空気は主に旋回流発生用の突出壁9aを具えた第1
吸気ポート9を介して燃焼室4内に流入し、斯くして燃
焼室4内にはシリンダ軸線回りの旋回流が発生せしめら
れる。このとき第1吸気ポート9内に噴射された燃料の
うちで粒径の小さなものは旋回流に乗って旋回し、粒径
の大きな燃料は第1吸気ポート9から燃焼室4内に流入
した後に排気弁7の下方に向かう。一方、第2吸気ポー
ト10内に噴射された燃料は連通孔14を介して第2吸
気ポート10内に流入する少量の吸入空気流に乗って第
2吸気弁6から燃焼室4内に比較的低速で流入し、点火
栓8の周りに混合気を形成する。
【0009】一方、機関高負荷運転時には吸気制御弁1
0が開弁する。従ってこのときには第1吸気ポート9と
第2吸気ポート10の双方から夫々多量の吸入空気が噴
射燃料Fと共に燃焼室4内に供給される。次に図3およ
び図4を参照しつつピストン2の頂面の形状について説
明する。なお、図4においてピストン2の頂面上に描か
れた鎖線Kはピストン2の頂面の輪郭形状を示してい
る。
【0010】図3および図4を参照すると、ピストン2
の頂面上にはピストン2の頂面の周縁に沿って延びる周
縁隆起部16が形成され、ピストン2の頂面の中央部に
は中央隆起部17が形成され、周縁隆起部16と中央隆
起部17間のピストン2の頂面上にはシリンダ軸線周り
に延びるドーナツ状の環状溝18が形成される。周縁隆
起部16の頂面はピストン2の頂面の周辺方向に一様巾
でもって延びる部分球面状をなしており、ピストン2が
上死点に近づくと図3に示されるように周縁隆起部16
の頂面とシリンダヘッド3の内壁面周縁部間にスキッシ
ュエリア19が形成される。
【0011】中央隆起部17の頂面には断面円弧状をな
す凹部20が形成され、この凹部20は点火栓8の真下
に位置する。一方、ドーナツ状をなす環状溝18はサイ
ンカーブ状の断面形状を有しているがこの環状溝18の
断面形状は位置によって異なっている。即ち、凹部20
はシリンダ軸線に対してやや排気弁7側に位置してお
り、従って図3に示されるように排気弁7の下方に位置
する環状溝18の巾t2は吸気弁5の下方に位置する環
状溝18の巾t1 よりも狭く形成されている。云い換え
ると環状溝18はシリンダ軸線に関して吸気弁5,6と
ほぼ反対側に位置するピストン2の頂面領域に巾狭部分
を有する。
【0012】前述したように機関低負荷運転時には第1
吸気ポート9から流入する吸入空気によって燃焼室4内
に旋回流が発生せしめられ、この旋回流は図4において
矢印S1 で示すようにシリンダ21内をピストン2の頂
面に向けて下降する。次いでこの旋回流は環状溝18内
に流入して矢印S2 で示すように環状溝18内を流れる
旋回流となる。図4からわかるように環状溝18の径は
シリンダ21の径よりも小さく、従って旋回流S2 の旋
回半径は旋回流S1 の旋回半径よりも小さくなるので旋
回流S2 は旋回流S1 に比べて増速されることになる。
従って吸入空気、正確に云うと混合気は環状溝18内を
高速度で旋回することになる。
【0013】一方、シリンダ21内に旋回流S1 を発生
させるとシリンダ軸線周りの燃焼室4の中央部の圧力は
燃焼室4の周辺部の圧力よりも低くなり、斯くして環状
溝18内を旋回する旋回流S2 は矢印S3 で示すように
環状溝18の壁面に沿って凹部20の方向に向けて流れ
る。ところで前述したように第1吸気ポート9内に噴射
された燃料のうちで粒径の小さいものは吸入空気と共に
旋回して混合気を形成するが大きな粒径の燃料は慣性に
より、第1吸気ポート9からの流入方向に向けて燃焼室
4内を飛散する。本発明による実施例では各吸気ポート
9,10は対応する吸気弁5,6からシリンダ軸線と反
対側に延びており、従って大きな粒径の燃料は主に排気
弁7下方の環状溝18内に集まることになる。排気弁7
下方の環状溝18内に集まった燃料は旋回流S2 により
気化が促進され、更にこの燃料は環状溝18の壁面に沿
って凹所20に向かう吸入空気流S3 によって凹部20
内に集められる。従って凹部20内には燃料が集められ
ることになる。
【0014】一方、前述したように第2吸気ポート10
内に噴射された燃料は点火栓8の周りに集まり、上述し
たように凹部20内には燃料が集まるので点火栓8の周
りに濃混合気が形成され、濃混合気の周りには稀薄混合
気が形成されることになる。即ち、点火栓8真下の凹部
20内に燃料を集めることによって燃焼室4内の混合気
を点火栓8周りに濃混合気領域が形成されるように成層
化できることになる。斯くして混合気の良好な燃焼を確
保しつつ燃料消費率を向上できることになる。
【0015】一方、ピストン2の頂面上に形成された環
状溝18は排気弁7の下方に巾狭部分を有する。このよ
うに環状溝18に巾狭部分を形成すると環状溝18内を
流れる旋回流S2 は巾狭部分を通過する際に増速され、
巾狭部分を通過すると減速せしめられる。即ち、旋回流
2 は一回転する毎に増速運動および減速運動を行うこ
とになる。このような増速運動および減速運動を行うと
旋回流S2 中には強力な微少乱れ、いわゆるマイクロタ
ービュレンスが発生する。このようなマイクロタービュ
レンスが発生すると火炎の伝播速度が速くなり、斯くし
て環状溝18内に形成された稀薄混合気は良好に燃焼せ
しめられることになる。
【0016】また、前述したように第1吸気ポート9内
に噴射された燃料のうちで粒径の大きなものは排気弁7
下方の環状溝18の巾狭部分に集まる。ところがこの環
状溝18の巾狭部分では旋回流S2 の流速が速められる
ので環状溝18の巾狭部分に集まった燃料は旋回流S2
によって良好に気化せしめられることになる。図5およ
び図6に別の実施例を示す。なお、図5および図6にお
いて図1から図4に示す実施例と同様な構成要素は同一
の符号で示す。
【0017】図5および図6を参照するとこの実施例で
はシリンダ軸線X上に点火栓8が配置されると共に中央
隆起部17の凹部20が配置される。従ってこの実施例
でも巾がt2 のドーナツ状環状溝18の巾狭部分は排気
弁7(図3参照)の下方に位置し、巾がt1 の環状溝1
8の巾広部分は吸気弁5,6(図2参照)の下方に位置
するがこの実施例ではドーナツ状環状溝18の全体が吸
気弁5,6の方に片寄っており、従って排気弁7側のス
キッシュエリア19の半径方向巾d1 は吸気弁5,6側
のスキッシュエリア19の半径方向巾d2 よりも広くな
る。
【0018】この実施例においても排気弁7の下方に環
状溝18の巾狭部分を形成することによって図1から図
4に示される実施例と同様に強力なマイクロタービュレ
ンスを発生でき、燃料の気化を促進できるが更にこの実
施例では排気弁7側のスキッシュエリア19の半径方向
巾d2 を広くすることによって環状溝18の巾狭部分に
噴出する強力なスキッシュ流を発生させることができ
る。その結果、空間が狭く良好な燃焼の得ずらい環状溝
18の巾狭部分内において良好な燃焼を得ることができ
る。
【0019】
【発明の効果】1番目の発明では強力なマイクロタービ
ュレンスを発生せしめることによって燃焼速度を速める
ことができ、2番目の発明では増速された旋回流によっ
て燃料の気化を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の側面断面図である。
【図2】シリンダヘッドの底面図である。
【図3】図1の一部拡大側面断面図である。
【図4】ピストン頂面の斜視図である。
【図5】別の実施例を示す内燃機関の側面断面図であ
る。
【図6】図5のピストン頂面の平面図である。
【符号の説明】
2…ピストン 4…燃焼室 5,6…吸気弁 7…排気弁 8…点火栓 18…環状溝 20…凹所

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼室内に流入した吸入空気をシリンダ
    軸線回りに旋回せしめる旋回流発生手段を具備した内燃
    機関において、ピストン頂面上にピストンの軸線周りに
    おいてドーナツ状に延びる環状溝を形成し、該環状溝の
    一部分の巾を残りの部分の巾よりも狭くした内燃機関の
    燃焼室。
  2. 【請求項2】 シリンダヘッドに配置された吸気弁から
    シリンダ軸線と反対側に延びる吸気ポートを具備すると
    共に該吸気ポートを介して燃料が燃焼室内に供給され、
    シリンダ軸線に関して該吸気弁とほぼ反対側に位置する
    ピストン頂面領域に上記環状溝の巾狭部分を形成した請
    求項1に記載の内燃機関の燃焼室。
JP18584294A 1994-08-08 1994-08-08 内燃機関の燃焼室 Pending JPH0849546A (ja)

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JP18584294A JPH0849546A (ja) 1994-08-08 1994-08-08 内燃機関の燃焼室

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19820085A1 (de) * 1998-05-06 1999-11-11 Audi Ag Direkteinspritzende Brennkraftmaschine
USRE37714E1 (en) 1996-12-24 2002-05-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Combustion chamber structure for an internal combustion engine
US6708666B2 (en) * 2001-10-10 2004-03-23 Southwest Research Institute Multi-zone combustion chamber for combustion rate shaping and emissions control in premixed-charge combustion engines
US7360531B2 (en) 2005-09-15 2008-04-22 Oki Electric Industry Co., Ltd. Combustion chamber structure for spark-ignition engine

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