JPH10184366A - 内燃機関の燃焼室構造 - Google Patents
内燃機関の燃焼室構造Info
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Abstract
吸気用開口部近傍も含めた燃焼室全体の燃焼を促進して
火炎伝播の均一化を図り、ノッキングの発生を防止する
技術を提供することを課題とする。 【解決手段】本発明は、シリンダヘッドとシリンダとピ
ストンとで囲まれて形成された燃焼室の縦断面におい
て、前記燃焼室の上壁面縦断面形状が略三角形状をなす
燃焼室構造において、前記ピストンの頂面の周縁部に突
出部が設けられ、前記突出部の前記燃焼室上壁面と対向
する面が前記燃焼室上壁面と略平行であり、前記ピスト
ン頂面の突出部には、少なくとも前記吸気用開口部と対
向する部分の近傍に切り欠き部が形成されたことを特徴
とする。
Description
の構造に関する。
善するものとして、実開昭60−102428公報に記
載された内燃機関の燃焼室構造が知られている。
面周縁部とシリンダヘッド内壁面周縁部を相互に突出さ
せて、ピストンが上死点近傍に位置するときに前記ピス
トン頂面周縁部とシリンダヘッド内壁面周縁部とが近接
して、いわゆるスキッシュ流を発生させるスキュッシュ
エリアを形成した構成としている。
リアから燃焼室中心へ向かうスキュッシュ流が衝突する
位置よりも排気弁側のシリンダヘッド内壁面に点火栓が
配置されている。
の末期において、シリンダヘッド内壁面周縁部とピスト
ン頂面周縁部が相互に近接し、前記スキュッシュエリア
が狭められるので、前記スキュッシュエリアに位置する
空気や混合気がスキュッシュ流となって燃焼室中心部に
向かうこととなる。
は、互いに衝突して乱れを生成し、この乱れにより、燃
焼室中心部の燃焼が促進される。次に、内燃機関が圧縮
行程から膨張行程へ移行し、ピストンが下降し始める
と、スキュッシュエリアが広がり、燃焼室内の混合気が
吸い込まれる逆スキュッシュと呼ばれる現象が発生す
る。この逆スキュッシュにより混合気がスキュッシュエ
リアに吸い込まれたとき、点火栓の点火による火炎も前
記逆スキュッシュにより燃焼室の中心部からスキュッシ
ュエリアの近傍に達し、さらなるピストンの下降に伴っ
てスキュッシュエリアに吸い込まれ、スキュッシュエリ
ア内の混合気を燃焼させる。
は、火炎伝播が遅い部分の燃焼を促進して火炎伝播の均
一化、即ち各周縁部における燃焼終了時期の差を小さく
しようとするものである。
吸気用開口部近傍は、冷えた新気や混合気の流入によっ
て温度が低いうえ、シリンダヘッド内壁面に吸気用開口
部を開閉する吸気弁が存在するために充分なクリアラン
スのスキュッシュエリアを形成することができず、吸気
用開口部近傍の燃焼を促進するのは困難である。そし
て、吸気用開口部近傍に位置する混合気は、点火栓の点
火による火炎が到達するまえに自己発火し、ノッキング
の発生を招く虞がある。
のであり、吸気用開口部近傍のように火炎伝播が遅れる
部分の燃焼を促進して火炎伝播の均一化を図り、ノッキ
ングの発生を防止する技術を提供することを課題とす
る。
決するために以下のような手段を採用した。すなわち、
本発明にかかる内燃機関の燃焼室構造は、シリンダヘッ
ドとシリンダとピストンとで囲まれて形成された燃焼室
の中心を通る一方向の縦断面において、燃焼室の上壁面
縦断面形状が略三角形状をなし、その頂部に点火栓を配
置するとともに、前記上壁面に吸気用開口部と排気用開
口部とを設けた内燃機関の燃焼室構造において、前記ピ
ストンの頂面の周縁部に突出部が設けられ、前記突出部
の前記燃焼室上壁面と対向する面が前記燃焼室上壁面と
略平行であり、前記ピストン頂面の突出部には、少なく
とも前記吸気用開口部と対向する部分の近傍に切り欠き
部が形成されたことを特徴とする。
が圧縮行程の後半にあるとき、前記ピストンが上死点近
傍まで上昇し、前記ピストン頂面の突出部と前記燃焼室
上壁面が互いに近接してスキュッシュエリアを形成す
る。そして、ピストンがさらに上昇すると、前記スキュ
ッシュエリアが狭められ、スキュッシュエリアに位置し
ていた空気や混合気等がスキュッシュ流となって燃焼室
中央部へ進む。ここで、前記ピストン頂面の突出部の前
記燃焼室上壁面と対向する面が前記燃焼室上壁面と略平
行に形成されるので、前記スキュッシュ流は、前記燃焼
室上壁面と略平行に進むことになり、燃焼室の頂部、す
なわち、点火栓の近傍へ向かって流れる。そして、点火
栓近傍へ進んだスキュッシュ流は互いに衝突し、点火栓
近傍に乱れを生成する。
傍のスキュッシュエリアに位置していた空気や混合気等
が流れ込み、前記切り欠き部内で互いに衝突して乱れを
生成する。
移行し、ピストンが下降し始めると、前記スキュッシュ
エリアが広がり、燃焼室の中央部から前記スキッシュエ
リアへ向かう逆スキュッシュ流が発生する。この逆スキ
ュッシュ流は、燃焼室上壁面と略平行に進む。ここで、
本発明では、前記ピストン頂面の突出部の前記燃焼室上
壁面と対向する面が前記燃焼室上壁面と略平行に形成さ
れているので、前記逆スキュッシュ流が勢いよく前記ス
キュッシュエリアに吸い込まれる。
スキュッシュ流は、スキッシュエリア内のシリンダ壁面
まで到達し、シリンダ壁面に到達したところで方向を変
え、シリンダの壁面に沿って周方向へ進む。そして、前
記切り欠き部近傍のシリンダ壁面で方向を変えた逆スキ
ュッシュ流は、前記切り欠き部内へ流れ込み、前記切り
欠き部内で互いに衝突して乱れを生成する。この乱れ
は、先の圧縮行程で生成された乱れと相俟ってより強い
乱れを生成する。吸気用開口部近傍は、スキッシュが大
きくなりそのため火炎の伝達が遅くなるが、切り欠き部
を吸気用開口部に対向する部分の近傍に設けることで、
気流の乱れを生じさせ、前記遅れが解消される。
吸気用開口部と対向する部分の近傍に切り欠き部を設け
るが、この切り欠き部は、前記吸気用開口部を開閉する
吸気弁とピストンの接触を回避するバルブリセスを兼用
するようにしてもよい。
ル流)を発生させるスワール発生手段を備えている場
合、切り欠き部は、スワール発生手段によって発生され
た旋回流を受け入れる方向に形成された溝で構成し、前
記旋回流が前記切り欠き部内へ流れ込むようにしてもよ
く、あるいは、前記旋回流を受け入れない方向に形成さ
れた溝で構成し、前記旋回流が前記切り欠き部内へ流れ
込まないようにしてもよい。
(タンブル流)を発生するタンブル発生手段を備えてい
る場合、切り欠き部は、タンブル発生手段によって発生
されたタンブル流を受け入れる方向に形成された溝で構
成し、前記タンブル流が前記切り欠き部内へ流れ込むよ
うにしてもよく、あるいは、前記タンブル流を受け入れ
ない方向に形成された溝で構成し、前記タンブル流が前
記切り欠き部内へ流れ込まないようにしてもよい。
構造の実施の形態について図面に基づいて説明する。
内燃機関の燃焼室構造の第1の実施の形態を示す図であ
る。
0と、シリンダブロック3に形成されたシリンダの壁面
30と、前記シリンダ内に摺動自在に内装されたピスト
ン4の頂面とから構成される。
焼室1の上壁面を形成し、一方向の縦断面形状が略三角
形状をなす、いわゆる差し掛け屋根型(ペントルーフ
型)に形成され、その頂部に点火栓5が配置される。そ
して、前記内壁面20には、図2に示すように、点火栓
5を間に挟んで一方側に吸気用の開口部7が2つ設けら
れ、他方側に排気用の開口部8が2つ設けられ、これら
の開口部7、8を除いた周縁部に突出部6が形成されて
いる。
の周縁部にも突出部40が形成されている。このため、
ピストン4頂面には、突出部40で囲まれた凹部が形成
される。そして、互いに対向する前記突出部6の下面と
前記突出部40の上面は、前記シリンダヘッド2の内壁
面20と略平行に形成されている。これら突出部6の下
面と突出部40の上面とは、内燃機関が圧縮行程末期に
あるとき、ピストン4の上昇に伴って相互に近接し、斜
め方向に延在するスキュッシュエリア9を形成する。
数箇所には、図3に示すように、切り欠き部10が形成
される。この切り欠き部10は、ピストン4が圧縮上死
点近傍に上昇したとき、両隣のスキュッシュエリア9の
空気や混合気が流れ込み、流れ込んだ空気や混合気が互
いに衝突して乱れを生成するためのものである。そし
て、切り欠き部10の深さは、ピストン4の外周側から
内周側へ向かう程深くなっており、外周側より内周側に
おいてより強い乱れが発生するようになっている。前記
切り欠き部10の位置は、火炎伝播が最も遅く、ノッキ
ングが発生しやすいといわれる吸気用開口部7と対向す
る部分に少なくとも設ける。以下、本実施の形態にかか
る内燃機関の燃焼室構造の作用及び効果について述べ
る。
ストン4が上死点近傍へ上昇すると、図4に示すよう
に、シリンダヘッド2の突出部6とピストン4の突出部
40とが相互に近接してスキュッシュエリア9を形成す
る。そして、ピストン4がさらに上昇すると、スキュッ
シュエリア9が狭められ、スキュッシュエリア9内の空
気や混合気が燃焼室1の周囲から点火栓近傍へ向かうス
キュッシュ流Sを生成する。
下面及び前記突出部40の上面に沿い、シリンダヘッド
2の内壁面20と略平行に進むので、前記シリンダヘッ
ド2の内壁面20等との接触によって減衰することなく
点火栓5近傍へ流れる。
5近傍へ流れたスキュッシュ流Sは、点火栓5近傍で互
いに衝突して乱れを生成する。また、前記スキュッシュ
エリア9に位置していた空気や混合気のうち、前記ピス
トン4の切り欠き部10近傍のスキュッシュエリア9に
位置する空気や混合気は、ピストン4の上昇に伴って前
記切り欠き部10へ流れ込む。例えば、図5に示すよう
に、切り欠き部10の両隣に位置するスキュッシュエリ
ア9の空気や混合気は、一方のスキュッシュエリア9か
らの流れt1と他方のスキュッシュエリア9からの流れ
t2となって切り欠き部10内に流れ込み、これらの流
れt1、t2が切り欠き部10内で衝突して乱れを発生
する。
ュッシュ流Sの衝突により発生した乱れにより、点火栓
近傍における燃焼が促進される。そして、内燃機関が圧
縮行程から膨張行程へ移行してピストン4が下降し始め
ると、混合気がスキッシュエリア9に吸い込まれる逆ス
キュッシュが発生する。この逆スキュッシュにより、混
合気は、図6に示すように、燃焼室1の中央部からシリ
ンダヘッド2の内壁面20に沿って半径方向外側へ進む
流れRを生成する。このとき、スキュッシュエリア9を
形成する突出部6下面及び突出部40上面がシリンダヘ
ッド2の内壁面20と略平行に形成されるとともに、前
記シリンダヘッド2の内壁面20と突出部6との段差が
比較的低く形成されるため、前記流れRが前記段差との
衝突によって減衰されることなく、勢い良くスキュッシ
ュエリア9内に吸い込まれ、シリンダの壁面30まで到
達する。
記流れRによってスキュッシュエリア9近傍へ進み、さ
らなるピストン4の下降に伴ってスキュッシュエリア9
内に吸い込まれて勢い良くシリンダの壁面30に到達す
る。これにより、スキュッシュエリア9内に吸い込まれ
ていた混合気が速やかに燃焼させられる。
れRは、図7に示すように、シリンダの壁面30に接触
して方向を変え、シリンダの壁面30に沿って周方向に
進む流れR’となる。このとき、前記切り欠き部10近
傍のスキュッシュエリア9で生成された流れR’が切り
欠き部10に流れ込み、互いに衝突して乱れを生成す
る。この乱れは、先の圧縮行程で発生した乱れと相俟っ
てより強い乱れとなり、前記切り欠き部10近傍の燃焼
を促進する。この結果、火炎伝播が最も遅いといわれる
吸気用開口部7近傍の燃焼が促進され、前記吸気用開口
部7近傍の混合気が自己発火する前に燃焼される。
燃焼室構造によれば、シリンダヘッド2の内壁面20と
略平行なスキュッシュエリア9を形成することにより、
火炎がシリンダの壁面30まで勢い良く到達し、シリン
ダ壁面30近傍の燃焼が促進される。さらに、ピストン
4に形成された切り欠き部10により、シリンダ壁面3
0へ勢い良く到達した混合気及び火炎が前記切り欠き部
10に流れ込み、前記切り欠き部10内で互いに衝突し
て乱れを生成するので、充分なスキュッシュエリアを形
成できない吸気用開口部7近傍の燃焼を促進することが
できる。この結果、燃焼室1内の火炎伝播が均一化さ
れ、ノッキングの発生が防止される。
が、前記吸気用開口部7を開閉する図示しない吸気弁と
前記ピストン4との衝突を回避するバルブリセスを兼用
するようにしてもよい。 〈実施の形態2〉本発明にかかる内燃機関の燃焼室構造
を、希薄燃焼式内燃機関に適用した例について図10〜
図12に基づいて説明する。ここでは、前述の実施の形
態1と異なる構成についてのみ説明し、同様の構成につ
いては説明を省略する。
関のシリンダヘッド2に形成された2つの吸気用開口部
7の一方には真っ直ぐな流路を有するストレートポート
17が接続され、他方の吸気用開口部7には燃焼室1の
接線方向に沿った流路を有するスワールポート11が接
続される。
は、ポート内の流路を開閉するスワールコントロールバ
ルブSCVが設けられる。前記スワールコントロールバ
ルブSCVが閉じられると、燃焼室1には、スワールポ
ート11からのみ新気が導入されることになり、導入さ
れた新気がスワール流SWを生成する。
記スワールコントロールバルブSCVは、本発明にかか
るスワール発生手段を実現する。次に、ピストン4頂面
の周縁部に形成された突出部40には、図12に示すよ
うに、前記スワール流SWを受け入れる方向に形成され
た溝で構成される切り欠き部12が設けられ、スワール
流SWの一部が前記切り欠き部12へ流れ込むようにな
っている。この切り欠き部12は、前述の実施の形態1
と同様に、ピストン4頂面において、前記吸気用開口部
7と対向する部分に形成される。
様である。以下、本実施の形態の作用及び効果について
述べる。
ワールコントロールバルブSCVが閉じられるととも
に、図示しない吸気弁が吸気用開口部7を開口すると、
スワールポート11のみから燃焼室1内へ新気が流れ込
み、スワール流SWが生成される。そして、圧縮行程後
半においてピストン4が上死点近傍へ上昇すると、スワ
ール流SWの一部が前記切り欠き部12内に流れ込むと
ともに、切り欠き部12近傍のスキッシュエリア9から
空気や混合気が流れ込み、これらが衝突して乱れを生成
する。
へ移行し、ピストン4が下降し始めると、混合気がスキ
ッシュエリア9に吸い込まれる逆スキュッシュが発生す
る。この逆スキュッシュにより、混合気は、燃焼室1の
中央部からシリンダヘッド2の内壁面20に沿って半径
方向外側へ進み、勢い良くスキュッシュエリア9に吸い
込まれる。そして、スキュッシュエリア9に吸い込まれ
た混合気は、シリンダ壁面30に勢い良く到達する。
記混合気と同様にスキュッシュエリア9近傍へ進み、さ
らなるピストン4の下降に伴ってスキュッシュエリア9
内に吸い込まれて勢い良くシリンダの壁面30に到達す
る。これにより、スキュッシュエリア9内に吸い込まれ
ていた混合気が速やかに燃焼させられる。
合気及び火炎の流れは、シリンダの壁面30に接触して
方向を変え、シリンダの壁面30に沿って周方向に進
む。そして、前記混合気の流れは、切り欠き部10に流
れ込み、先の圧縮行程で生成された乱れと相俟ってより
強い乱れを生成する。これにより、スキュッシュエリア
の形成により火炎伝播が最も遅くなる吸気用開口部7近
傍の燃焼が促進され、前記吸気用開口部7近傍の混合気
が自己発火するまえに燃焼される。尚、ピストン4の切
り欠き部の形状は、図13に示すように、スワール流を
受け入れない方向に形成された溝15で構成するように
してもよい。この場合、スワール流が前記切り欠き部1
5に流れ込まないので、スワール流を減衰することな
く、前述の実施の形態1と同様の効果を得ることができ
る。 〈実施の形態3〉本発明にかかる内燃機関の燃焼室構造
を、縦渦流(タンブル流)を利用した希薄燃焼式内燃機
関に適用した例について図14〜図16に基づいて説明
する。ここでは、前述の実施の形態1と異なる構成につ
いてのみ説明し、同様の構成については説明を省略す
る。
リンダヘッド2に形成された2つの吸気用開口部7に
は、燃焼室1内に縦渦流を生成するタンブルポート14
が接続される。次に、ピストン4頂面の周縁部に形成さ
れた突出部40には、図15に示すように、前記タンブ
ル流を受け入れる方向に形成された溝で構成される切り
欠き部15が設けられ、タンブル流の一部が前記切り欠
き部15へ流れ込むようになっている。この切り欠き部
15は、前述の実施の形態1と同様に、ピストン4頂面
において、前記吸気用開口部7と対向する部分に形成さ
れる。
様である。以下、本実施の形態の作用及び効果について
述べる。
示しない吸気弁が吸気用開口部7を開口すると、タンブ
ルポート14からの新気が燃焼室1内へ流れ込み、タン
ブル流を生成する。そして、圧縮行程後半においてピス
トン4が上死点近傍へ上昇すると、タンブル流の一部が
前記切り欠き部15内に流れ込むとともに、切り欠き部
12近傍のスキッシュエリア9から空気や混合気が流れ
込み、これらが互いに衝突して乱れを生成する。
へ移行し、ピストン4が下降し始めると、混合気がスキ
ッシュエリア9に吸い込まれる逆スキュッシュが発生す
る。この逆スキュッシュにより、混合気は、燃焼室1の
中央部からシリンダヘッド2の内壁面20に沿って半径
方向外側へ進み、勢い良くスキュッシュエリア9に吸い
込まれる。そして、スキュッシュエリア9に吸い込まれ
た混合気は、シリンダの壁面30に勢い良く到達する。
合気と同様にスキュッシュエリア9近傍へ進み、さらな
るピストン4の下降に伴ってスキュッシュエリア9内に
吸い込まれ、シリンダの壁面30に勢い良く到達する。
これにより、スキュッシュエリア9内に吸い込まれてい
た混合気が速やかに燃焼させられる。
合気や火炎の流れは、シリンダの壁面30に接触して方
向を変え、シリンダの壁面30に沿って周方向に進む。
そして、前記混合気や火炎の流れは、切り欠き部15に
流れ込み、先の圧縮行程で生成された乱れと相俟ってよ
り強い乱れを生成する。この乱れにより、火炎伝播が最
も遅いといわれる吸気用開口部7近傍の燃焼が促進さ
れ、前記吸気用開口部7近傍の混合気が自己発火する前
に燃焼される。尚、ピストン4の切り欠き部の形状は、
図16に示すように、タンブル流を受け入れない方向に
形成された溝16で構成するようにしてもよい。この場
合、タンブル流が前記切り欠き部16に流れ込まないの
で、タンブル流を減衰することなく、前述の実施の形態
1と同様の効果を得ることができる。
よれば、内燃機関の圧縮行程末期において、スキュッシ
ュエリアに位置する空気や混合気等が燃焼室上壁面と略
平行に進むスキュッシュ流を生成し、このスキュッシュ
流が点火栓近傍において互いに衝突して乱れを生成する
ので、この乱れにより、点火栓近傍における燃焼が促進
される。
アに位置する空気や混合気は、前記切り欠き部内に流れ
込み、互いに衝突して乱れを生成する。次に、内燃機関
の膨張行程初期において、前記スキュッシュエリアが広
がると、燃焼室中央部から前記燃焼室上壁面と略平行に
進む逆スキュッシュ流が発生し、この逆スキッシュ流
は、スキュッシュエリア内へ勢い良く吸い込まれて、ス
キッシュエリア内のシリンダ壁面まで到達し、シリンダ
壁面に沿って周方向へ進む流れに変わるが、このとき、
切り欠き部周辺のスキュッシュエリアで方向を変えた逆
スキュッシュ流が前記切り欠き部内へ流れ込み、互いに
衝突して乱れを生成する。この乱れは、先の圧縮行程で
生成された乱れと相俟ってより強い乱れとなるので、こ
の乱れにより、切り欠き部周辺に位置する混合気、すな
わち吸気用開口部近傍に位置する混合気の燃焼が促進さ
れ、燃焼室における火炎伝播の均一化を図ることができ
る。
吸気用開口部近傍に位置する混合気が自己発火する前に
燃焼され、ノッキングの発生を抑制することができる。
図
を示す図(1)
を示す図(2)
図
を示す図
図
を示す図
Claims (3)
- 【請求項1】 シリンダヘッドとシリンダとピストンと
で囲まれて形成された燃焼室の中心を通る一方向の縦断
面において、燃焼室の上壁面縦断面形状が略三角形状を
なし、その頂部に点火栓を配置するとともに、前記上壁
面に吸気用開口部と排気用開口部とを設けた内燃機関の
燃焼室構造において、 前記ピストンの頂面の周縁部に突出部が設けられ、前記
突出部の前記燃焼室上壁面と対向する面が前記燃焼室上
壁面と略平行であり、 前記ピストン頂面の突出部には、少なくとも前記吸気用
開口部と対向する部分の近傍に切り欠き部が形成された
ことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。 - 【請求項2】 前記吸気用開口部には、吸気弁が開閉自
在に設けられ、前記切り欠き部は、前記吸気弁が前記燃
焼室内に突出したときに前記吸気弁と前記ピストンの接
触を回避するバルブリセスを兼用することを特徴とする
請求項1記載の内燃機関の燃焼室構造。 - 【請求項3】 燃焼室内に旋回流を発生するスワール発
生手段を更に備え、前記切り欠き部は、前記スワール発
生手段によって発生された旋回流を受け入れる方向に形
成された溝からなることを特徴とする請求項1記載の内
燃機関の燃焼室構造。
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