JPS6146651B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の燃焼室に関する。

従来より燃焼速度を速めるためにシリンダヘツ
ド内壁面とピストン頂面間にスキツシユエリアを
形成し、スキツシユエリアから噴出するスキツシ
ユ流により燃焼室内に強力な乱れを発生させる方
法が知られている。しかしながら本発明者が種々
の実験を行なつた結果、スキツシユエリアと点火
栓の配置が燃焼速度に極めて大きな影響を与える
ことが判明したのである。

例えば従来よりほぼ半球形状をなすシリンダヘ
ツド内壁面の対向する周辺部に一対のスキツシユ
エリアを形成し、ほぼ半球形状をなす燃焼室の頂
部中央に点火栓を配置した内燃機関が提案されて
いる。このように燃焼室の頂部中央に点火栓を配
置すると着火火炎を燃焼室頂部中央から一様に各
方向に向けて伝播させることができるが伝播して
いく火炎そのものは弱くなる。ところでこの内燃
機関では圧縮行程末期に燃焼室周辺部のスキツシ
ユエリアから混合気が噴出するが上述したように
火炎そのものが弱いためにスキツシユエリアから
噴出する混合気を着火燃焼せしめることができ
ず、むしろスキツシユエリアから噴出する混合気
によつて火炎が押し戻される形となるので火炎が
燃焼室周辺部に向けて広がりづらくなる。従つて
この内燃機関ではピストンが下降を開始するまで
に火炎が十分に発達せずしかも弱い。更に、ピス
トンが下降を開始するとまず始めにスキツシユエ
リアから噴出した未燃混合気が再びスキツシユエ
リア内に引き込まれるが燃焼室内に生じている火
炎が弱いためにこの弱い火炎が即座にスキツシユ
エリア内の未燃混合気を着火するには至らず、斯
しくて燃焼速度を十分に速めることができないと
いう問題がある。

また、ほぼ半球形状をなすシリンダヘツド内壁
面の一側周辺部にスキツシユエリアを形成し、ほ
ぼ半球形状をなす燃焼室の頂部中央に点火栓を配
置した内燃機関が特公昭51−38001号公報に記載
の如く公知である。この内燃機関でも同様に点火
栓による着火火炎を燃焼室頂部中央から一様に各
方向に向けて伝播させることができるが伝播して
いく火炎そのものは弱くなる。従つて上述のよう
にピストンが下降を開始するとまず始めにスキツ
シユエリアから噴出した未燃混合気が再びスキツ
シユエリア内に引き込まれるが燃焼室内に生じて
いる火炎が弱いためにこの弱い火炎が即座にスキ
ツシユエリア内の未燃混合気を着火するには至ら
ず、斯くして燃焼速度を十分に速めることができ
ないという同様の問題がある。

また、上述の特公昭51−38001号公報にはシリ
ンダヘツド内壁面の一側周辺部にスキツシユエリ
アを形成し、このスキツシユエリアと反対側に位
置するシリンダヘツド内壁面周辺部に点火栓を配
置した内燃機関が記載されている。この内燃機関
では点火栓が燃焼室の周辺部に配置されているた
めに着火後燃焼室内全体に亘つて火炎が伝播する
のに時間を要し、しかも着火後スキツシユエリア
から噴出するスキツシユ流により火炎がスキツシ
ユエリアとは反対側の燃焼室容積の小さな方向に
押しやられるために燃焼室容積の大きなスキツシ
ユエリア方向への火炎の伝播速度が遅くなり、斯
くして十分に燃焼速度を速めることができないと
いう問題がある。

また、特開昭51−89911号公報にはシリンダヘ
ツド内壁面を半球形状としピストン頂面に半球形
状の凹溝を形成して燃焼室を球形状となし、燃焼
室の周辺部にその全周に亘つて延びるスキツシユ
エリアを形成すると共に球形燃焼室の中心に点火
栓の放電間隙を配置した内燃機関が記載されてい
る。しかしながらこの内燃機関ではスキツシユエ
リアの延長面内に点火栓の放電間隙が配置されて
いるのでスキツシユエリアから噴出するスキツシ
ユ流によつて着火火炎が吹き消されてしまうとい
う問題があるばかりでなく、たとえ着火火炎が吹
き消されなかつたとしても着火火炎が四方八方に
一様に広がるものの、伝播していく火炎は弱くな
る。その結果ピストンが下降を開始するとまず始
めにスキツシユエリアから噴出した未燃混合気が
再びスキツシユエリア内に引き込まれるが燃焼室
内に生じている火炎が弱いためにこの弱い火炎が
即座にスキツシユエリア内の未燃混合気を着火す
るには至らず、斯くして燃焼速度を十分に速める
ことができないという問題がある。

更に、この内燃機関では点火栓の放電間隙を燃
焼室の中心に配置するために点火栓の中心電極お
よび接地電極を長くしている。しかしながら特殊
な材料或いは形状の中心電極および接地電極を用
いた場合は別として普通に用いられている点火栓
の中心電極および接地電極を単に長くしただけで
は燃焼熱によつて中心電極および接地電極が溶損
してしまい、機関を作動せしめることができない
という問題を生ずる。

良好な燃焼を得るための一つの方法として点火
栓を燃焼室の中心に配置することは以前よりよく
知られている。しかしながら燃焼速度を速めるべ
くスキツシユエリアを設けた場合には点火栓を単
に燃焼室の中心に配置しても圧縮行程時にスキツ
シユエリア内に引き込まれた未燃混合気を即座に
着火することはできず、斯くして燃焼速度を速め
るのは困難である。従つてスキツシユエリアを設
けた場合において燃焼速度を速めるには点火栓の
配置に工夫を要することになる。

本発明はスキツシユエリアから噴出した混合気
を着火燃焼しうるように点火栓を配置して燃焼速
度を大巾に速めるようにすると共に点火栓の中心
電極および接地電極が溶損することなく点火栓を
燃焼室の中心部に配置できるようにした内燃機関
を提供することにある。

以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明
する。

第１図から第３図を参照すると、１はシリンダ
ブロツク、２はシリンダブロツク１内で往復動す
るピストン、３はシリンダブロツク１上に固締さ
れたシリンダヘツド、４は平担なピストン頂面２
ａとシリンダヘツド内壁面３ａ間に形成された燃
焼室、５は吸気ポート、６は吸気弁、７は排気ポ
ート、８は排気弁、９は点火栓を夫々示す。第１
図に示されるようにシリンダヘツド内壁面３ａの
一側周辺部は平坦面３ｂに形成され、従つて第１
図に示すようにピストン２が上死点に達したとき
にピストン平坦頂面２ａとシリンダヘツド平坦面
３ｂ間に第３図に示されるようなほぼ三ケ月状の
スキツシユエリアＡが形成される。一方、周辺平
坦面３ａを除くシリンダヘツド内壁面３ｃは滑ら
かな曲面からなるほぼ半球形状に形成され、この
半球形状内壁面３ｃのほぼ中央部から隆起部１０
が下方に突出する。この隆起部１０はスキツシユ
エリアＡに向けて斜め下方を向いた傾斜壁１１を
有し、この傾斜壁１１上に点火栓９が燃焼室のほ
ぼ中心部に位置するように配置される。

吸気行程時、吸気弁６を介して吸気ポート５か
ら再循環排気ガスを含んだ混合気が燃焼室４内に
導入され、次いで圧縮行程時この可燃混合気がピ
ストン２の上昇に伴なつて圧縮される。ピストン
２が上死点に近づくと点火栓９により燃焼室４内
の可燃混合気が着火され、またスキツシユエリア
Ａから矢印Ｂで示すようにスキツシユ流が噴出す
る。第１図並びに第３図に示されるように点火栓
９は半球形状燃焼室４の中心部に位置しているが
スキツシユエリアＡに向けて斜め下方を向いた傾
斜壁１１上に配置されているために着火火炎がス
キツシユエリアＡに向けて伝播する。即ち、点火
エネルギの大部分がスキツシユエリアＡに向かう
火炎に与えられるのでスキツシユエリアＡに向か
う強力な火炎が発生する。一方、スキツシユエリ
アＡ以外の方向に向けても火炎が伝播するがこの
火炎はスキツシユエリアＡに向かう火炎に比べて
弱いものとなる。上述したようにスキツシユエリ
アＡに向かう火炎は強力であるのでこの火炎はス
キツシユエリア付近のシリンダヘツド内壁面３ｃ
まで急速に伝播するがスキツシユエリアＡからス
キツシユ流Ｂが噴出するとスキツシユエリアＡに
向けて伝播していく火炎の一部はスキツシユ流Ｂ
によつて点火栓９背後の燃焼室領域Ｒ内に押し戻
され、スキツシユ流Ｂにより惹起された乱れとス
キツシユ流Ｂにより押し戻された火炎とにより燃
焼室領域Ｒの未燃混合気は急速に燃焼せしめられ
る。また、スキツシユエリアＡに向かう火炎は強
力なためにスキツシユエリアＡから噴出する混合
気はこの強力な火炎によつて着火され、斯くして
ピストン２が下降を開始するまでにスキツシユエ
リアＡ付近の燃焼室４内はもとより燃焼室４内全
体に強力な火炎が生ずる。次いでピストン２が下
降を開始するとスキツシユエリアＡ内の圧力は燃
焼室４内の圧力よりも一時的に低くなる。このと
きスキツシユエリアＡから噴出した混合気は着火
燃焼せしめられているので燃焼室４内の強い火炎
がスキツシユエリアＡ内に引き込まれ、斯くして
スキツシユエリアＡ内の未燃混合気が急速に燃焼
せしめられらる。その結果、燃焼速度が大巾に速
められ、斯くして安定した燃焼を確保することが
できる。

第４図は第１図に示す内燃機関と従来の内燃機
関とのトルク変動の比較実験結果を示す。第４図
において縦軸Ｔはトルク変動（Kg−ｍ）を示し、
Ｋはシリンダヘツド内壁面の一側周辺部にスキツ
シユエリアを形成すると共にこのスキツシユエリ
アと反対側に位置するシリンダヘツド内壁面周辺
部に点火栓を配置した従来の内燃機関のトルク変
動を示し、Ｌはシリンダヘツド内壁面の対向する
周辺部に一対のスキツシユエリアを形成すると共
に燃焼室頂部中央に点火栓電極を配置した従来の
内燃機関のトルク変動を示し、Ｍは第１図に示す
本発明による内燃機関のトルク変動を示す。なお
この実験は機関回転数2000rpm、空燃比14.5、
EGR率20パーセントの運転条件のもとで負荷並
びにNOx排出量を一定に保つようにして行なつ
たものである。第４図から従来の内燃機関のトル
ク変動Ｋ、Ｌに比べて本発明に係るトルク変動Ｍ
が大巾に低減される、即ち云いかえると燃焼速度
が大巾に速められていることがわかる。

また、本発明では隆起部１０の傾斜壁１１を燃
焼室４の中心近傍に形成しているので従来より用
いられている短かい中心電極および接地電極を具
えた点火栓９を用いて点火栓９を燃焼室４の中心
に配置することができる。このように中心電極お
よび接地電極が短かい場合には中心電極および接
地電極の熱がシリンダヘツドに逃げるのでこれら
電極が過熱されることがなく、斯くして中心電極
および接地電極が溶損するのを阻止することがで
きる。このように中心電極および接地電極の溶損
を阻止できるのはシリンダヘツド内壁面３ｃ上に
隆起部１０を形成し、この隆起部１０上に点火栓
９を配置したからである。

以上述べたように本発明によれば点火栓をスキ
ツシユエリアに向いた傾斜壁上に配置することに
よつて特に強力な火炎をスキツシユエリアに向け
て伝播せしめることができる。従つてスキツシユ
エリア周りの燃焼室内には強力な火炎が発生せし
められるのでスキツシユエリアから噴出した混合
気を着火燃焼せしめることができる。従つてピス
トンが下降したときには強力な火炎がスキツシユ
エリア内に引き込まれるのでスキツシユエリア内
の未燃混合気を即座に着火せしめることができ
る。また、スキツシユエリアに向けて積極的に火
炎を伝播させる構造とすることによりスキツシユ
エリアと反対側の燃焼室部分への火炎の伝播はお
のずから悪くなるがこの燃焼室部分への火炎の伝
播は点火栓を燃焼室の中心部に配置したことと、
スキツシユ流による火炎の押し戻し作用によつて
十分に速められる。その結果、燃焼室内の未燃混
合気全体の燃焼速度が速められることにより、斯
しくてトルク変動の小さな安定した燃焼を確保で
きることになる。また、本発明ではシリンダヘツ
ド内壁面上に隆起部を形成し、この隆起部上に点
火栓を配置することによつて点火栓を燃焼室の中
心に位置せしめるようにしている。従つて短かい
中心電極および接地電極の点火栓を用いることが
できるので中心電極および接地電極が溶損するの
を阻止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関の側面断面図、
第２図は第１図の−線に沿つてみた側面断面
図、第３図は第１図のシリンダヘツドの底面図、
第４図はトルク変動を示すグラフである。 ２……ピストン、３……シリンダヘツド、４…
…燃焼室、６……吸気弁、８……排気弁、９……
点火栓、Ａ……スキツシユエリア。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリンダヘツド内壁面の一側周辺部を平坦面
   から形成して該平坦面とピストン頂面間にスキツ
   シユエリアを形成し、残りのシリンダヘツド内壁
   面をほぼ半球形状に形成してピストンが上死点に
   達したときにほぼ半球形状の燃焼室を形成するよ
   うにした内燃機関において、上記のほぼ半球形状
   をなすシリンダヘツド内壁面の中央部に下方へ向
   けて突出する隆起部を形成すると共に該隆起部に
   スキツシユエリアへ向けて斜め下方を向いた傾斜
   壁を形成し、該傾斜壁上に取付けた点火栓を半球
   形状燃焼室の中心部に配置した内燃機関の燃焼
   室。