JPS59160050A - エンジンの燃焼室構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジンの燃焼室構造の改良に関するもので
ある。

従来より、グサイクルエンジンのシリンダヘッドに、吸
気ポートもしくは排気ポートと点火プラグを囲む領域に
相当する部分に凹部を設け、ピストンが上死点にあると
きのシリンダヘッド内壁面とピストン上面との間に、上
記凹部により成る燃焼室を形成するとともに、この凹部
に隣接して微少間隙のスキンシーゾーンを形成するよう
にしたエンジンが提案されている（例えば、特開昭６グ
ー乙６．２０７号公報参照）。

上記提案エンジンにおいては、次のようなメリットを有
する。ピストンが圧縮上死点に至ったときに形成される
実質的な燃焼室は、シリンダヘッド内壁に形成した四部
により構成されるため、その燃焼室構造は、Ｓ／Ｖ比（
容積に対する表面積の比）が小さく球形状に近いコンパ
クトなものになる。その結果、火炎の伝播面積が広くな
り、偏平形状の燃焼室のものより燃焼速度が速（ｆｌつ
で燃焼安定性が向上する。よって、排気ガスの還流によ
るＮ　ＯＸの排出抑制に伴う燃焼性の低下を改善するこ
とができる。さらには、コンパクトであるということか
ら火炎の伝播距離が短くなり、しかも、燃焼路りの領域
が低温部分であるスキツシュゾーンとなるため、ノッキ
ングに対して非常に有利になり、耐ノツク性が良いとい
うことから、圧縮比を従来のもの以上に高めることによ
り熱効率が向上し、リーン（希薄）な混合気によるり−
ン燃焼を行わせることで燃費性能が向上する。

しかるに、上記コンパクトな燃焼室構造においては、圧
縮比を上昇して熱効率を向上した場合に、熱効率より出
力を必要とする高負荷時等においては、圧縮比の上昇に
伴い燃焼速度が速くなり過ぎて燃焼圧の上昇が急激にな
り、燃焼騒音が増大するとともに、燃焼最高圧が高くな
ることから各部の強度を増大する必要があり、さらに、
熱負荷が燃焼室の周辺に集中するなどの問題がある。

そこで本発明は、上記のようにコンバクトナ燃焼室構造
に対し、エンジンの運転状態に応じて容積が変化する副
室を形成してエンジンの圧縮比を可変とし、高圧縮比化
によって熱効率の高い燃焼を確保する一方、高圧縮比化
の常客が顕著となる運転状態においては圧縮比を低下さ
せて燃焼騒音もしくは燃焼最高圧、熱負荷の増大を軽減
せんとするものである。

しかして、上記のように圧縮比を可変とするべく燃焼室
に対して副室を形成するにおいて、圧縮比の変動は少な
くとも！程度行わないと有効でなく、この変動度合に相
応の比較的大きな副室容積が必要である。また、上記コ
ンバク）　１１燃焼室の形態を損なうことなく、かつ吸
気もしくは排気ポートの大きさを十分に確保しつつ副室
を燃焼室に開口させるようにしなければならず、しかも
、副室の形態としてもできるだけ開口面積が大きく圧縮
比を低下せしめたときの深さが小さい方が燃焼室のコン
パクト性を損なうことなく良好なものである。そして、
これらの点を考慮した場合に、燃焼室の土壁に副室を開
口させるとすると、吸気もしくは排気ポートの大きさを
小さくすることなく開口面積の大きい副室を形成するこ
とは設計上の困難性を伴うものであり、本発明はこれら
の問題をも解消し、コンバクトナ燃焼室の特長を損なう
ことなく容積が可変な副室を形成せんとするものである
。

上記目的を達成する本発明の構成は、ピストン上面また
はピストン上面に対向するシリンダヘッド内壁に四部を
設け、ピストンが上死点にあるときのシリンダヘッド内
壁面とピストン上面との間に、上記四部により成る燃焼
室と微少間隙のスキノシーゾーンとを形成する一方、上
記燃焼室に吸気もしくは排気ポートのいずれか一方か開
口配設されてなるエンジンの燃焼室構造において、上記
燃焼室の側壁に、エンジンの運転状態に応じてその容積
が可変となる副室を形成してなるものである０ 以下、本発明の具体的構成を図面に沿って説明する。

〈実施例／〉 第７図に基本構造を示すエンジンにおいて、１はシリン
ダブロック、２はシリンダヘッド、６はピストンを示し
、また、４はピストン６上面と対向するシリンダヘッド
２の内壁に部分的に設けられた凹部を示し、ピストン６
が上死点にあるときのシリンダヘッド２内壁面とピスト
ン６上面との間に、上記凹部４より成る燃焼室５と、該
凹部４に隣接して微少間隙のスキノシーゾーン６とが形
成される。

７は上記凹部４に開口する吸気ポート、８はスキノシ＝
ゾーン乙に開口する排気ポートを示し、吸気ポート７は
吸気通路９に、排気ポート８は排気通路１０にそｎぞれ
連通している。

そして、吸気ポート７および排気ポート８にはそれぞれ
の弁座に着座する吸気バルブ１１と排気バルブ１２が配
設されている。

上記構造において、燃焼室５（四部４）の側壁にニシジ
ンの運転状態に応じてその容積が可変となる副室１６が
形成されている。この副室１６は可変圧縮ピストン１４
が摺動自在に嵌挿され、この可変圧縮ピストン１４は駆
動機構１５によって作動される。該駆＠機構１５は、吸
気通路９に発生する吸気負圧にて作動するダイヤフラム
装置１６を備え、このダイヤフラム装置１６の負圧室１
６ａに負圧導入通路１７によって導入される吸気負圧が
、該負圧室１６ａに縮装されたスプリング１６ｂにて設
定される値より大きくなったときにダイヤフラム１６ｃ
を偏倚させてロッド１６ｄを引っ張り、このロッド１６
ｄによってアーム１８を介して偏心カム１９を回転する
ことによって上記可変圧縮ピストン１４を前進させて、
圧縮比を高くするように構成されている。吸気負圧が所
定値以下のときには、可変圧縮ピストン１４は後退して
圧縮比が低くなるように変動し、エンジン負荷に対応し
て変化する吸気負圧によるエンジンの運転状態に応じて
圧縮比が変化するように設けられている０ すなわち、上記駆動機構１５により、第２図Ｂに示すよ
うに、負荷の低下に応じて吸気負圧が大きくなるように
変化し、これに対応するグイヤフラム装置１６の作動に
より、可変圧縮ピストン１４は後退位置（変位Ｏ）から
前進するように変位して副室１６の容積か減少するのに
伴って、第２図Ａに示すように、圧縮比εは高くなる。

上記燃焼室５および副室１３の具体的構造は、第３図な
いし第５図に示すように、シリンダヘッド２の平坦底面
に略長円形状の凹部４か形成され、この燃焼室５となる
凹部４の上壁４ｄは傾斜して形成され、凹部４の深さの
大きい側の側壁４ｂに副室１３が開口形成されている。

この副室１３の開口部分に近い位置の上壁４ａに点火プ
ラグ２＝’０が装着され、さらに上壁４ａには吸気バル
ブ１１が傾斜して配設されている。上記副室１６が開口
する部分の側壁４ｂは平坦に形成され、可変圧縮ピスト
ン１４の前端面もこれに沿って平面状に形成されている
。

また、可変圧縮ピストン１４が摺動する副室１６の内径
寸法は、冷機状態（常温状態）で燃焼室５側の開口径ａ
が奥部の開口径βより小さく形成され、運転状態におけ
る昇温時に両者の内径が一致して、可変圧縮ピストン１
４の良好な摺動性、確実ナシール性を得るようにしてい
る。

上記構造において、低負荷運転時には、吸気負圧が大き
−ことにより、可変圧縮ピストン１４は前進位置にあっ
て圧縮比を高くし、コンパクトな燃焼室５を形成するこ
とにより高熱効率でかつ良好な燃焼安定性を有する運転
を行う。

一方、高負荷運転時には、吸気負圧の低下に伴って可変
圧縮ピストン１４は後退位置に移動し、圧縮比が低下す
ることにより、燃焼騒音の抑制、燃焼最高圧を低下させ
て高出力運転を行う。

また、上記実施例では、上壁４ａを傾斜させて深さが大
きくなった部分の側壁４ｂに副室１３を開口させたこと
により、大きな開口面積の副室１３の形成を行って燃焼
室５のコン／くクト形状を損なうことなく、大きな吸気
ポート７、広いスキッシュゾーン６を確保しつつ副室１
３の形成を実現している。

〈実施例２〉 本例は、基本構造は第１図と同様であって具体的構造を
第３図ないし第２図に示すように、シリンダヘッド２内
壁に形成した四部２１は、前例のものより若干大きな面
積に形成され、その側壁２１ｂの一部はピストン３の外
径すなわちシリンダボア１ａと一致するように構成され
、この部分に副室２２が開口するように配設されてなる
。

上記副室２２内を摺動する可変圧縮ピストン２３はその
前端面２５ａが最前進位置において凹部２１の側壁２１
ｂと連続する曲面に形成され、滑らかな四部２１を形成
するように構成されるとともに、副室２２の開口縁２２
ａは角部が面取りされて・ヒートポイントの形成をなく
している。なお、この例ニオイテ、凹部２１の上壁２１
ａはシリンダヘッド２内壁と平行であるが前例と同様に
傾斜面に形成してもよい。その他の構造は前例と同じで
あり、同一構造には同一符号を付している。

本例においては、低負荷運転時に可変圧縮ピストン２３
が前進して圧縮比を高くし、高負荷運転時に可変圧縮ピ
ストン２３が後退して圧縮比を低下することによって得
られる燃焼性能についての作用、効果は前例と同じであ
る。

一方、上記副室２２が開口する部分の側壁２１ｂをシリ
ンダボア１ａと同じ位置にしてシリンダボア１ａ内方に
突出しないようにしたことにより、この副室２２の開口
部下方の薄肉部分における熱負荷を軽減している。すな
わち、この部分が内方に突出していると、薄肉部分全体
が高温燃焼ガスに接触して昇温するとともに、冷却性が
低いことから熱負荷が大きくなるが、これを改善してい
る。

本発明は上記実施例の構造に限定されることｒｌ〈種々
の変形例を包含している。すなわち、上記実施例のよう
に、凹部に吸気ポートを開口させる代りに排気ポートを
開口させるようにしてもよい０また、凹部はシリンダヘ
ッド内壁に形成するほか、ピストン上面に形成し、この
凹部によって構成される燃焼室に対しその側壁すなわち
シリンダブロックに副室を配設するようにしてもよい。

さらに、副室の容積を可変とする機構としては、上記実
施例のようなダイヤフラム装置による可変圧縮ピストン
の駆動のほか、油圧を利用したものなど公知の圧縮比可
変機構が適宜採用可能である。

一方、点火プラグを可変圧縮ピストンに配設すると、低
負荷時には燃焼室の中心部分に点火を行う一方、高負荷
時には後退′して燃焼室の周辺部から点火を行って燃焼
速度の変化に対応できる点て好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、ピストン上面も
しくはシリンダヘッド内壁に凹部を設けて燃焼室とし、
他をスキッシュゾーンとしたコンパクトな燃焼室構造に
おいて、上記燃焼室の側壁にエンジンの運転状態に応じ
て容積が可変となる副室を形成したことにより、低負荷
時等においては高圧縮比化により燃焼性能を改善して熱
効率を向上する一方、筒負荷時等において高圧縮比化の
弊害が顕著となるときには圧縮比を低下させて燃焼騒音
もしくは燃焼最高圧、熱負荷の増大を軽減することがで
きる。

さらに、副室を燃焼室の側壁に開口させたことにより、
コンパクトな燃焼室の形態を損なうことなく圧縮比を可
変とする構造を採用することができる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施態様を例示し、第１図はエンジンの
基本構成図、第２図Ａ、Ｂは圧縮比の変更を示す説明図
、第３図は実施例／の具体的構造を示すエンジンの要部
縦断面図、第７図は第３図のＡ−Ａ線に沿う部分断面図
、第５図は第３図におけるシリンダヘッドの部分底面図
、第６図は実施例２を示すエンジンの要部縦断面図、第
７図は第３図のＢ、−Ｂ線に沿う部分断面図、第２図は
第３図におけるシリンダヘッドの部分底面図である。 １・・・・・・シリンダブロック、２・・・・・・シリ
ンダヘッド、６・・・・・・ピストン、４，２１・・・
・・・凹部、４ｂ。 ２１ｂ・・・・・・側壁、５・・・・・・燃焼室、６・
・・・・・スキッシュゾーン、７・・・・・・吸気ポー
ト、８・・・・・・排気ポート、１３．２２・・・・・
・副室、１４．２３・・・・・・可変圧縮ピストン、１
５・・・・・・駆動機構 口舌ヒタ（や万Ｅ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ピストン上面ま゛たはピストン上面に対向す
   るシリンダヘッド内壁に四部を設け、ピストンが上死点
   にあるときのシリンダヘッド内壁面とピストン上面との
   間に、上記凹部により成る燃焼室と微少間隙のスキンシ
   ュゾーンとを形成する一方、上記燃焼室に吸気もしくは
   排気ポートのいずれか一方が開口配設されてなるエンジ
   ンの燃焼室構造において、上記燃焼室の側壁に、エンジ
   ンの運転状態′に応じてその容積が可変となる副室を形
   成したことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。