JPS62331B2

JPS62331B2 -

Info

Publication number: JPS62331B2
Application number: JP56115542A
Authority: JP
Inventors: Shizuo Yagi; Isao Fujii; Yoshio Ajiki; Teruaki Kitano
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1981-07-23
Filing date: 1981-07-23
Publication date: 1987-01-07
Also published as: JPS5818514A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は理論空燃比よりも比較的希薄な混合気
が供給される主燃焼室と、理論空燃比よりも比較
的濃厚な混合気が供給される副燃焼室を備え、前
記副燃焼室に生成される燃焼火炎をトーチノズル
を介して前記主燃焼室内に噴出し、これにより主
燃焼室内の混合気を着火燃焼させるようにした、
トーチ点火式ガソリン内燃機関の改良に関するも
のである。

さきに本出願人は排ガス中のCO、HC、NOx等
の有害成分を可及的に低減するとともに燃料消費
率を改善した、特殊な構造を有するトーチ点火式
ガソリン内燃機関を提案（特開昭54―129208号公
報、特開昭54―50712号公報参照）し、実用に供
してきたが、特に最近では、有害成分の発生低減
に加えて、さらに燃料消費率の改善と機関本来の
出力性能を向上させた高性能ガソリン内燃機関の
開発が要請されている。

ところで一般にガソリン内燃機関では、熱効率
を高めて燃料消費率および出力向上を図る技術手
段の一つとして機関の圧縮比を高めることが有効
であることが知られているが、圧縮比を高めると
ノツキング（異常燃焼）の発生が顕著となつてむ
しろ出力低下を招くことになり、圧縮比を高める
にも限界がある。

而してノツキングの発生原因として混合気の火
炎伝播による最終燃焼部、すなわち末端ガスの非
常に急激な燃焼によるものと一般に言われてお
り、このノツキングを抑制する手段としては例え
ば燃焼ガスの温度、圧力を低くすること、燃焼室壁、特に末端ガス部分の冷却を促進す
ること、火炎速度を増大して燃焼速度をはやめるこ
と、火炎伝播の距離を短縮すること、等が知られているが、前記トーチ点火式ガソリン
内燃機関が比較的アンチノツク性に優れている特
性を有していることも知られている。

そこで本発明はトーチ点火式ガソリン内燃機関
の前記特性を活かし、それにさらに構造上の改良
を加えることによつてノツキングを抑制しつつ圧
縮比を高めHC、CO、NOx等有害成分の発生低減
と共に、燃料消費率の向上と出力性能の向上を図
るようにした高性能トーチ点火式ガソリン内燃機
関を提供することを主な目的とするものである。

更に本発明は燃焼音の低減を図り、静粛で軽
快、円滑な運転を可能にした高性能トーチ点火式
ガソリン内燃機関を提供することを他の目的とす
るものである。

前記目的達成のため本発明によれば、シリンダ
内に摺合されるピストン上面とシリンダヘツド下
面に形成される凹部とで形成される主燃焼室と；
その主燃焼室に混合気を供給する手段と；シリン
ダヘツド内に前記主燃焼室と隔壁を隔てて形成さ
れる副燃焼室と；その副燃焼室に混合気を供給す
る手段と；前記主燃焼室の凹部一側に開口され主
吸気弁および排気弁によつてそれぞれ開閉される
主吸気弁口および排気弁口と；前記隔壁に穿設さ
れ前記主燃焼室と、副燃焼室の底部間を連通する
主トーチノズルと；この主トーチノズルより分岐
されて前記燃焼室に開口する副ノズルと；前記主
トーチノズルと副燃焼室間に設けられ主トーチノ
ズルの副燃焼室側開口端と、副燃焼室の底部間を
直接連通するプラグ室と；このプラグ室に電極が
配置される点火プラグと；よりなることを特徴と
している。

以下、第１，２図により本発明の第１実施例に
ついて説明すると、４サイクルで多気筒のガソリ
ン内燃機関の機関本体Ｅはシリンダブロツク１
と、その上にガスケツト３を介して重合結着され
るシリンダヘツド２とを備え、シリンダブロツク
１に形成されるシリンダ４内をピストン５が摺動
し、またシリンダヘツド２には、ピストン５の上
面とともに主燃焼室Ｍを形成するヘツド側凹部６
と、その一側上方に隔壁を隔てて副燃焼室Ａが形
成される。

主燃焼室Ｍを形成する前記凹部６の一側には主
吸気弁口７が開口され、その主吸気弁口７には、
シリンダヘツド２に形成される主吸気ポート８が
連通され、この主吸気ポート８は主気化器９等の
主吸気系に連通される。主気化器９は比較的希薄
な空燃比の混合気を生成するように調整される。

前記主吸気弁口７は、シリンダヘツド２に弁ガ
イド１１を介して摺動可能に設けられる主吸気弁
１０によつて開閉されるようになつており、この
主吸気弁１０は図示しない従来公知の動弁機構に
よつて開閉作動され、その開弁時に主気化器９に
よつて生成された比較的希薄な混合気が主燃焼室
Ｍ内に吸入される。

第２図に示すように主燃焼室Ｍには、主吸気弁
口７を並列して排気弁口１２が開口され、この排
気弁口１２は、シリンダヘツド２に形成した排気
ポート１３に連通されている。排気弁口１２は、
排気弁１４によつて開閉されるようになつてお
り、この排気弁１４は前記主吸気弁１０と同じく
シリンダヘツド２に上下摺動自在に支持されてお
り、従来公知の動弁機構によつて開閉作動され
る。

前記副燃焼室Ａは、その上面に副吸気弁口１５
が開口され、その副吸気弁口１５にシリンダヘツ
ド２に形成される副吸気ポート１６が連通され、
この副吸気ポート１６は副気化器１７等の副吸気
系に連通される。副気化器１７は比較的濃厚な空
燃比の混合気に調整される。副燃焼室Ａの上方に
おいて、シリンダヘツド２には、弁保持体１８が
固着され、この弁保持体１８には、副燃焼室Ａと
副吸気ポート１６とを連通する連通路１９が形成
されるとともに前記副吸気弁口１５を開閉する副
吸気弁２０が上下に摺動可能に支持されており、
この副吸気弁２０は従来公知の動弁機構によつて
開閉作動されるようになつており、その開弁時に
副気化器１７によつて生成された比較的濃厚な混
合気が副吸気ポート１６を通つて副燃焼室Ａ内に
吸入される。

前記副燃焼室Ａはその下面が球面状をなした円
筒状に形成され、その縦軸線l₁―l₁は、上方から
下方に向つてシリンダ４の縦軸線Ｌ―Ｌと交叉方
向に傾斜している。

副燃焼室Ａの下方には、その一側に偏してプラ
グ装着用の螺子孔２２と、この孔２２に連通する
プラグ室２３とが設けられ、前記螺子孔２２に螺
着した点火プラグＰの電極２４が前記プラグ室２
３内に臨んでおり、前記プラグ室２３は主トーチ
ノズル２５の副燃焼室側開口端と副燃焼室Ａの底
部とを直接連通するように設けられる。

シリンダヘツド２の、主燃焼室Ｍと副燃焼室Ａ
とを離隔する隔壁には、上端が前記プラグ室２３
を通して副燃焼室Ａ内底部に連通し、下端が主燃
焼室Ｍに連通する１本の主トーチノズル２５が穿
設され、この主トーチノズル２５は副燃焼室Ａの
球面状の底面に対して略接線方向を向いており、
また主トーチノズル２５の下端は、主燃焼室Ｍの
主吸気弁口７、および排気弁口１２の存在しない
側にあつて、それらの中間部前方に間口してお
り、主燃焼室Ｍの略中央部に指向している。また
主トーチノズル２５の副燃焼室Ａ側開口端の投影
面内に点火プラグＰの電極２４が位置している。
主トーチノズル２５は、プラグ室２３側の直状部
２５ａと、主燃焼室Ｍ側に向つて末広状に拡がず
テーパ部２５ｂとよりなつており、それら直状部
２５ａとテーパ部２５ｂとの境界部２５ｃは副燃
焼室Ａ側に片寄つている。

前記１本の主トーチノズル２５から３本の副ノ
ズル２６が放射状に分岐されており、それらの副
ノズル２６の端部は主燃焼室Ｍに開口している。

前記３本の副ノズル２６の、主トーチノズル２
５および主燃焼室Ｍに対する相対位置をさらに詳
細に述べると、前記３本の副ノズル２６は主トー
チノズル２５よりも小径に形成され、それらの副
ノズル２６の分岐部は、前記直状部２５ａとテー
パ部２５ｂの境界部２５ｃ付近にあり、またそれ
らの主燃焼室Ｍ側開口端は、主燃焼室Ｍの周辺部
にある。

次に本発明の第１，２図に示す第１実施例の作
用について説明すると、いま機関が運転される
と、その吸入行程において、主燃焼室Ｍ内には主
気化器９によつて比較的希薄の混合気が吸入さ
れ、また副燃焼室Ａ内には、副気化器１７によつ
て比較的濃厚混合気が吸入され、その一部は副燃
焼室Ａの底部に連通するプラグ室２３にも流入す
る。続く圧縮行程時には、副燃焼室Ａ内には、主
燃焼室Ｍ内の希薄混合気が圧縮流入され、混合気
の大きな乱れを生じる。そして機関の圧縮行程の
終了近くで点火プラグＰの火花点火によりプラグ
室２３内の混合気に着火する。ところで前記プラ
グ室２３は副燃焼室Ａと底部と主トーチノズル２
５とに直接連通しているので、プラグ室２３内の
混合気が着火すると、その燃焼火炎は素速く副燃
焼室Ａ側と、主トーチノズル２５側との両方向へ
と分流伝播し、これにより副燃焼室Ａ内の濃厚混
合気を急速に燃焼させると同時に主トーチノズル
の主燃焼室Ｍ側開口端近傍の希薄混合気の燃焼を
開始させる。その後副燃焼室Ａ内では濃厚混合気
の燃焼継続により該室Ａ内の圧力が上昇し、その
加圧燃焼火炎は主トーチノズル２５へと流れ、先
にプラグ室２３より主トーチノズルに伝播した火
炎を後追いするように主燃焼室Ｍ内に噴入し、こ
れによつて主燃焼室Ｍ内の混合気を加速燃焼させ
ることができ、主燃焼室Ｍ内の混合気は乱れを生
じない滑らかな燃焼となつて燃焼音およびノツキ
ングの発生を低減する。

また主トーチノズル２５を通るトーチ火炎は、
エゼクタ効果による副ノズル２６内の圧力降下
と、主燃焼室Ｍ内の混合気の燃焼による該室Ｍ内
の圧力上昇とにより、副ノズル２６の主燃焼室Ｍ
側開口端近傍の未燃混合気を主トーチノズル２５
内に強力に吸引還流させる。この吸引還流作用
は、主燃焼室Ｍ内の圧力および温度上昇を抑制す
ることとなり、その結果圧縮比を高めて燃焼圧力
および温度上昇が抑制されるのでノツキングが効
果的に抑えられる。さらに前記吸引還流作用は主
燃焼室Ｍ内の末燃混合気を再燃焼させるので、
CO、HC等の有害成分の発生を低減し得る。さら
に主トーチノズル２５の主燃焼室Ｍ側開口端を、
該室Ｍの中央部に指向させることによつて火炎伝
播距離の短縮も可能となり、前述の吸引還流作用
と相乗してノツキングが抑制される。

第３〜７図には、本発明の第２の実施例が示さ
れる。この実施例では、主燃焼室Ｍの形状および
主トーチノズル２５および副ノズル２６の方位お
よび数において、前記第１実施例と相異してお
り、この第２実施例によれば主燃焼室Ｍの一層の
コンパクト化が図れる。以下にその具体的構造に
ついて説明すると、ピストン５の上面中央部には
平断面長円形で、かつ縦断面円弧状のピストン側
凹部２７が形成され、またシリンダヘツド２には
前記ピストン側凹部２７に対応するように同じく
長円形でかつ縦断面円弧状のヘツド側凹部６′が
形成され、ピストン５が上死点もしくはその近傍
にあるとき、それら２つの凹部２７，６′によつ
て横断面略長円形、かつ縦断面略紡錘形の主燃焼
室Ｍの主体部が形成される。またその他の部分に
はピストン５とシリンダヘツド２とでスキツシユ
エリヤ２９が形成される。

主燃焼室Ｍと副燃焼室Ａとは２本の主トーチノ
ズル２５によつて連通され、それら２本の主トー
チノズル２５の主燃焼室Ｍ側端部は主吸気弁１０
と排気弁１４直下に指向して開口され、また２本
の主トーチノズル２５は上方にいくにつれて次第
に接近してその副燃焼室Ａ側端部が、その各々が
副燃焼室Ａとプラグ室２３とに跨つて開口され
る。主トーチノズル２５の縦軸線l₂―l₂は、点火
プラグＰの電極２４に向かないように指向し且つ
点火プラグＰの電極２４は、主トーチノズル２５
の副燃焼室Ａ側開口端の投影面から外れた位置に
ある。

２本の主トーチノズル２５からはそれぞれ１本
の副ノズル２６が分岐され、各副ノズル２６の下
端は、前記スキツシユエリヤ２９に開口される。

而してこの第２実施例ではピストン５の上面中
央部とシリンダヘツド２の上面中央部とで形成さ
れる主燃焼室Ｍの主たる燃焼部分の容積が著しく
コンパクト化されるとともに２本の主トーチノズ
ル２５かりの火炎は、それぞれ主燃焼室Ｍの主吸
気弁口７と排気弁口１２の下方に向つて噴出して
素速く該室Ｍ内の希薄混合気を燃焼させることが
できる。そして前記主燃焼室Ｍと主トーチノズル
２５の方位と数により火炎伝播距離を短縮してノ
ツキングの抑制要因である。燃焼時間を短縮し、
さらに前記第１実施例と同じく副ノズル２６の存
在により他のノツキングの抑制要因である、混合
気の温度、圧力が低下されて相乗的にノツキング
が抑制される。

そしてこの第２実施例では主トーチノズル２５
の副燃焼室Ａ側開口端の投影面積が、点火プラグ
Ｐの電極２４から外れた位置にあるので、機関の
圧縮行程で主燃焼室Ｍから主トーチノズル２５へ
流入する加圧希薄混合気によつて火炎核が吹き消
される心配がない。

第８，９図には、本発明の第３実施例が示され
る。この第３実施例は、前記第２実施例において
２本の主トーチノズル２５の方位が若干相違して
いる。すなわち主トーチノズル２５の副燃焼室Ａ
側開口端が点火プラグＰの電極２４側に向いてお
り、その電極２４が、主トーチノズル２５の副燃
焼室Ａ側開口端の投影面内に位置している。

この第３実施例ではピストン５の上昇する圧縮
行程で主燃焼室Ｍ内の加圧希薄混合気の一部は主
トーチノズル２５を通つて副燃焼室Ａ内に噴入す
るが、その際その混合気は点火プラグＰの電極２
４を多少とも冷却し、また清掃することができ
る。

第１０図には本発明の第４実施例が示される。
この第４の実施例では、シリンダヘツド２に形成
される凹部６′と、ピストン５とで形成されるコ
ンパクトな主燃焼室Ｍを、中央にくびれ部２８，
２８′を有する、横断面繭形に形成したものでそ
の長手方向の一方の半部に主吸気弁１０が、また
その他方の半部に排気弁１４が配置される。主ト
ーチノズル２５は１本よりなりその主燃焼室Ｍ側
開口端は横断面繭形主燃焼室Ｍの長手方向中央で
かつ前記主吸気弁１０、排気弁１４の中間部前方
に開口される。また主トーチノズル２５からは３
本の副ノズル２６が分岐され、それら主燃焼室Ｍ
の周辺部に開口される。

第１１図には本発明の第５実施例が示される。
この第５実施例は、前記第４実施例において主ト
ーチノズル２５、副ノズル２６の数および方位を
若干変更したもので、２本の主トーチノズル２５
が横断面繭形の主燃焼室Ｍの長手方向両側に主吸
気弁１０および排気弁１４の直下に向けて開口
し、またこの主トーチノズル２５からは夫々１本
の副ノズル２６が分岐され、それらは主燃焼室Ｍ
の周辺部に開口される。

以上の実施例では主燃焼室Ｍに希薄混合気を供
給する場合を説明したが、主燃焼室Ｍには通常の
ガソリン内燃機関に供給される混合気の空燃比と
同じ程度の空燃比の混合気を供給するようにして
もよい。

以上のように本発明によれば、主トーチノズル
と副燃焼室間にプラグ室を設け、このプラグ室は
主トーチノズルの副燃焼室側開口端と、副燃焼室
の底部間を直接連通し、点火プラグの電極をプラ
グ室に配置したので、点火プラグの火花点火によりプラグ室内に発
生した燃焼火炎を素速く副燃焼室側と主トーチ
ノズル側の両方向に分流伝播して副燃焼室内の
混合気を急速に燃焼させると同時に主トーチノ
ズルの主燃焼室側開口端近傍の混合気の燃焼を
開始させる。

副燃焼室内では濃厚混合気の燃焼継続により
該室内の圧力が上昇し、その加圧燃焼火炎は主
トーチノズルへと流れて先にプラグ室より主ト
ーチノズルに伝播した火炎を後追いするように
主燃焼室内に噴入して主燃焼室内の混合気を加
速燃焼させることができる。

以上、により主燃焼室内の混合気は乱れを生
じることなく迅速、かつ滑らかに燃焼して燃焼音
およびノツキングの発生を抑制することができ
る。

また主燃焼室と副燃焼室とを主トーチノズルを
以て連通し、その主トーチノズルから副ノズルを
分岐し、この副ノズルを主燃焼室を連通したの
で、副燃焼室内の濃厚混合気の着火により得られ
る燃焼火炎は、エゼクタ効果により副ノズル内の
圧力を降下させ、また主燃焼室内の混合気の燃焼
による主燃焼室内の圧力上昇によつて、副ノズル
の主燃焼室側開口端近傍の未燃混合気を主トーチ
ノズル内に吸入還流させることができ、したがつ
て主燃焼室内の圧力、温度の低下を達成すること
ができノツキングを効果的に抑制するとともに
HC、CO等の有害成分の発生をも低減することが
できる。

以上の結果全体として圧縮比を高めることが可
能となつて出力性能の大幅な向上を図ることがで
き、燃料消費率を向上させ、高出力、高性能のト
ーチ点火式ガソリン内燃機関を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本発明の第１実施例を示し、第１
図は本発明機関頭部の縦断面図、第２図は第１図
―線横断面図、第３〜７図は本発明の第２実
施例を示し、第３図は第１図と同じ縦断面図、第
４図は、第３図―線横断面図、第５図は、第
３図―線部分断面図、第６図はピストンの側
断面図、第７図のピストンの平面図、第８，９図
は、本発明の第３実施例を示し、第８図は第１図
と同じ縦断面図、第９図は第８図―線断面
図、第１０図は本発明の第４実施例を示し、シリ
ンダヘツドの燃焼室部底面図、第１１図は本発明
の第５実施例を示し、シリンダヘツドの燃焼室部
底面図である。Ａ……副燃焼室、Ｍ……主燃焼室、Ｐ……点火
プラグ、２……シリンダヘツド、４……シリン
ダ、５……ピストン、６……凹部、７……主吸気
弁口、１０……主吸気弁、１２……排気弁口、１
４……排気弁、２３……プラグ室、２４……電
極、２５……主トーチノズル、２５ａ……直状
部、２５ｂ…テーパ部、２５ｃ……境界部、２６
……副ノズル。

Claims

【特許請求の範囲】１シリンダ４内に摺合されるピストン５上面と
シリンダヘツド２下面に形成される凹部６とで形
成される主燃焼室Ｍと；その主燃焼室Ｍに混合気
を供給する手段と；シリンダヘツド２内に前記主
燃焼室Ｍと隔壁を隔てて形成される副燃焼室Ａ
と；その副燃焼室Ａに混合気を供給する手段と；
前記主燃焼室Ｍの凹部６一側に開口され主吸気弁
１０および排気弁１４によつてそれぞれ開閉され
る主吸気弁口７および排気弁口１２と；前記隔壁
に穿設され前記主燃焼室Ｍと、副燃焼室Ａの底部
間を連通する主トーチノズル２５と；この主トー
チノズル２５より分岐されて前記主燃焼室Ｍに開
口する副ノズル２６と；前記主トーチノズル２５
と副燃焼室Ａ間に設けられ主トーチノズル２５の
副燃焼室Ａ側開口端と、副燃焼室Ａの底部間を直
接連通するプラグ室２３と；このプラグ室２３に
電極２４が配置される点火プラグＰと；よりなる
ことを特徴とするトーチ点火式ガソリン内燃機
関。２前記特許請求の範囲第１項記載のトーチ点火
式ガソリン内燃機関において、前記主トーチノズ
ル２５の副燃焼室Ａ側端部を該室Ａの球面状底面
の接線方向に開口し、また前記主トーチノズル２
５の主燃焼室Ｍ側端部を、前記主吸気弁口７と排
気弁口１２とに対向する側の前記凹部６に開口
し、また前記主トーチノズル２５は、前記副燃焼
室Ａに連通する直状部２５ａと、その直状部２５
ａより前記主燃焼室Ｍに向つて末広状に拡がり、
該主燃焼室Ｍに連通するテーパ部２５ｂとよりな
る、トーチ点火式ガソリン内燃機関。３前記特許請求の範囲第２項記載のトーチ点火
式ガソリン内燃機関において、前記副ノズル２６
は、前記主トーチノズル２５よりも小径に形成さ
れて、該ノズル２５の直状部２５ａとテーパ２５
ｂとの境界部２５ｃ近傍より略直角に分岐され、
その他端を主燃焼室Ｍの主トーチノズル２５の開
口側上壁面の、シリンダ４壁近傍に開口してな
る、トーチ点火式ガソリン内燃機関。４前記特許請求の範囲第１，２または３項記載
のトーチ点火式ガソリン内燃機関において、前記
主燃焼室Ｍと副燃焼室Ａとを１本の主トーチノズ
ル２５により連通し、該主トーチノズル２５の主
燃焼室Ｍ側開口端を、該室Ｍの中央部に指向さ
せ、また前記主トーチノズル２５より複数本の前
記副ノズル２６を放射状に分岐させ、それらの副
ノズル２６の他端を主燃焼室Ｍに連通してなる、
トーチ点火式ガソリン内燃機関。５前記特許請求の範囲第１，２または３項記載
のトーチ点火式ガソリン内燃機関において、前記
主燃焼室Ｍと副燃焼室Ａとを２本の主トーチノズ
ル２５により連通し、それらの主トーチノズル２
５の一端はそれぞれ独立して副燃焼室Ａに連通
し、またそれらの他端の何れか一方は、前記主吸
気弁１０の下方に、また他方は前記排気弁１４の
下方に指向させてそれぞれ主燃焼室Ｍに連通さ
せ、さらに前記２本の主トーチノズル２５よりそ
れぞれ１本の副ノズル２６を分岐させてなる、ト
ーチ点火式ガソリン内燃機関。