JPS6253689B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃料消費率を著しく改善すべく燃焼
室を改良した火花点火式の内燃機関に関するもの
である。

内燃機関における熱効率の向上には、圧縮比を
高くすることが有効的であるが、圧縮比を高くす
ると低回転域においてノツキングが発生するか
ら、圧縮比の向上には一定の限界があり、実用燃
費の向上を図ることができなかつた。そしてノツ
キングの発生を燃焼室の改良によつて抑制するに
は、 (1) 燃焼室内にのぞむ点火栓から燃焼室隅々まで
の距離、つまり火炎伝播距離を出来る丈短かく
して、燃焼室をコンパクト化すること。

(2) 燃焼室内の吸気混合気に出来る丈乱流を与え
て火炎伝播速度を向上し、燃焼時間を短縮する
こと。

(3) 燃焼室内にのぞむ点火栓から遠い箇所におけ
る温度を出来る丈低くすること。

などの手段があることは周知の通りであり、また
第２手段としては、燃焼室への混合気の吸気に際
してスワールを与えると、燃焼室の周辺にスキツ
シユエリアを設けると及びこれらを併用すること
が知られている。

しかし、従来のクロスフロー型の内燃機関（吸
気混合気が機関におけるクランク軸線と平行な一
側面から入り、排気ガスが反対側の側面から流出
するように、クランク軸線に対してこれをクロス
して流れるようにしたもの）では、点火栓から最
も遠い端ガスを温度の低い吸気弁側に持つていく
ために、機関の平面視においてシリンダの中心を
通つてクランク軸線と同方向の長手中心線（以下
単に長手中心線と称す）を挾んで、片側に点火栓
及び排気ポートを、他側に吸気ポートを各々配置
するのが普通であつた。ところがこのように長手
中心線より片側に排気ポートと点火栓とを設ける
ことは、シリンダヘツド内における冷却水ジヤケ
ツトを流れる冷却水に対して、排気ポートが遮蔽
部材的な働きをして点火栓ボス部への冷却水の流
通が悪く冷却性が著しく低下して高温になるから
前記第３の手段を効果的に採ることができないの
であり、しかも、点火栓の冷却性の低下のため及
び点火栓が高温の排気ポートからの熱的影響を受
けないようにするために両者間には可成りの寸法
の間隔を設けなければならず、換言すれば点火栓
は出来る丈排気ポートから離すようにしなければ
ならないから、燃焼室はそれ丈広くなつて前記第
１の手段を十分に充足できず、且つ燃焼室が広く
なることは、その周囲に形成されるスキツシユエ
リアが必然的に小さくなるので、前記第２の手段
に対しても不十分であつた。

本発明は、前記第２の手段及び第３の手段のみ
ならず、第２の手段における吸気スワール及びス
キツシユ流による手段をも確実に達成できるよう
にすることを目的とするものである。

このため本発明は、シリンダヘツドの下面を凹
ませて形成した燃焼室内に、シリンダヘツドの平
面視においてシリンダボアの中心を通つてクラン
ク軸と同方向の長手中心線と平行な一側面に開口
する吸気ポート、前記長手中心線と平行な他側面
に開口する排気ポート及び点火栓をのぞませて成
る内燃機関において、前記吸気ポートの燃焼室へ
の開口部及び排気ポートの燃焼室への開口部を、
前記長手中心線を挟む両側で且つシリンダボアの
中心を通つて長手中心線と直角の直交中心線を挟
む両側の領域に配設する一方、前記点火栓を、前
記排気ポートの燃焼室への開口部に対して前記長
手中心線を挟んで対向する部位に配設し、前記シ
リンダヘツドの下面には、前記吸気ポート及び排
気ポートの燃焼室への開口部と前記点火栓とを囲
う周輪郭の外側にピストンの頂面に対するスキツ
シユエリアを形成し、ピストンの頂面には、前記
吸気ポート及び排気ポートの燃焼室への開口部付
近と前記点火栓とを囲う周輪郭を有する凹所を設
け、前記シリンダヘツドにおける燃焼室の周輪郭
とピストンにおける凹所の周輪郭との間に、シリ
ンダヘツドにおける燃焼室の周輪郭がピストンに
おける凹所の周輪郭より燃焼室内にはみ出す部分
と、ピストンにおける凹所の周輪郭がシリンダヘ
ツドにおける燃焼室の周輪郭より燃焼室内にはみ
出す部分とを、その全周に対して部分的に設け、
更に、前記吸気ポートの一側面への開口部と燃焼
室への開口部との中途部を、当該吸気ポートより
燃焼室内に流入する吸気が前記点火栓をかすめて
排気ポートにおける排気弁の下部に向かうように
湾曲した構成にしたものである。

すなわち、本発明は、吸気ポートの燃焼室へ
の開口部及び排気ポートの燃焼室への開口部
を、長手中心線を挟む両側で且つシリンダボア
の中心を通つて長手中心線と直角の直交中心線
を挟む両側の領域に配設する一方、点火栓を、
排気ポートの燃焼室への開口部に対して前記長
手中心線を挟んで対向する部位に配設したこと
により、点火栓に対する冷却が、排気ポートに
よつて阻害されることを回避できる一方、排気
ポートに対する冷却が点火栓によつて阻害され
ることを回避でき、換言すると、排気ポートの
冷却を促進できるのであり、これに加えて、吸
気ポートの中途部を、当該吸気ポートより燃焼
室内に流入する吸気が点火栓をかすめて排気ポ
ートにおける排気弁の下部に向かうように湾曲
したことにより、点火栓より遠い排気弁の付近
を吸気ポートから燃焼室内に流入する吸気によ
つてより冷却することができて、排気弁の付近
の温度を下げることができるから、第３の手段
を確実に採ることができるのである。

しかも、本発明によると、点火栓に対する冷
却が排気ポートによつて阻害されることを回避
できて点火栓に対する冷却性を向上できるこ
と、前記のように排気弁の付近の温度を下げる
ことができること、更には、吸気ポートから燃
焼室に流入する吸気が点火栓をかすめることに
よつて点火栓をより冷却することの三者が相俟
つて、点火栓に対する熱負荷を可成り低減する
ことができ、この分だけ点火栓を、吸気ポート
の燃焼室への開口部及び排気ポートの燃焼室へ
の開口部に接近できるから、点火栓から燃焼室
の隅々までの距離が短くなり、前記した第１の
手段の燃焼室のコンパクト化を確実に達成でき
るのであり、更に、このような燃焼室のコンパ
クト化は、同時にその周囲に形成されるスキツ
シユエリアの面積の増大を得ることができるの
である。

その上、本発明によると、吸気ポートから燃
焼室に流入する吸気には、吸気ポートの湾曲に
よりスワール流を付与することができ、このス
ワール流を、燃焼室の周囲に形成される大きい
スキツシユエリアからのスキツシユ流によつて
加速乱流化できることに加えて、シリンダヘツ
ドにおける燃焼室の周輪郭とピストンにおける
凹所の周輪郭との間に、シリンダヘツドにおけ
る燃焼室の周輪郭がピストンにおける凹所の周
輪郭より燃焼室内にはみ出す部分と、ピストン
における凹所の周輪郭がシリンダヘツドにおけ
る燃焼室の周輪郭より燃焼室内にはみ出す部分
とを、その全周に対して部分的に設けたことに
より、スキツシユ流による燃焼室内のスワール
の加速及び乱流化に、上下方向のひねりを付与
でき、換言すると、スワール流のスキツシユ流
による加速乱流化には、スキツシユエリアを含
む平面に対して上下方向に広がりを持たせて立
体的に行うことができるから、この立体的な加
速乱流化と、前記のようにスキツシユエリアを
増大できることとによつて、前記第２の手段で
ある火炎伝播速度の向上、及び燃焼時間の短縮
化をきわめて効果的に達成できるのである。

従つて本発明によると、前記、及びの相
乗作用により、ノツキングの発生を著しく抑制す
ることができるから、圧縮比を高めて、出力の向
上と燃料消費率の低減とを図ることができる効果
を有する。

以下本発明の実施例を図面について説明するに
図において１はシリンダブロツク、２はシリンダ
ヘツド、３はシリンダブロツク１のシリンダボア
４内を往復動するピストン、５は前記シリンダヘ
ツド２の下面を凹ませて形成した球形又は多球形
の燃焼室、６は該燃焼室５内にのぞむ点火栓、７
は前記シリンダヘツド２の平面視において、シリ
ンダボア４の中心点８を通つて機関のクランク軸
（図示せず）と同方向の長手中心線９に対して平
行な一側面１０と燃焼室５とを連通する吸気ポー
ト、１１は長手中心線９に対して平行な他側面１
２と燃焼室５とを連通する排気ポートを各々示
し、前記吸気ポート７の燃焼室５への開口部７′
及び排気ポート１１の燃焼室５への開口部１１′
は、前記長手中心線９を挾む両側で、且つシリン
ダボア４の中心点８を通つて長手中心線９と直角
方向の直交中心線１３を挾む両側の領域内に各々
位置しており吸気ポート開口部７′にはシリンダ
ボア４の軸線１４に対して外向きに適宜角度θ_１
だけ傾斜した吸気弁１５が、また、排気ポート開
口部１１′にはシリンダボア４の軸線１４に対し
て前記吸気弁１５とは逆の外向きに適宜角度θ_２
だけ傾斜した排気弁１６が各々設けられ、前記点
火栓６は、前記排気ポート１１の開口部１１′に
対して長手中心線９を挾んで対向する部位、つま
り長手中心線９に対して吸気ポート７と同じ側で
且つ直交中心線１３を挾んで吸気ポート７とは反
対側の部位において燃焼室５内にのぞむようにシ
リンダヘツド２に螺着されている。更に前記吸気
ポート７の中途部は、その開口部７′より燃焼室
５内に入る混合気が、点火栓６をかすめて排気弁
１６の真下部に向うようなスワール流となるよう
に平面視において湾曲されている。

前記燃焼室５において吸気ポート開口部７′、
排気ポート開口部１１′及び点火栓６を囲む周輪
郭１７は、点火栓６の付近及び吸気ポート開口部
７′と排気ポート開口部１１′との間において、
各々最大入り込み部１７ａ，１７ｂを有するよう
に、シリンダボア４の周輪郭１８より内側に入り
込みんでいて、当該周輪郭１７より外側における
シリンダヘツド２の下面にはピストン３の頂面
３′に対するスキツシユエリア１９が、点火栓
６、吸気ポート開口部７′及び排気ポート開口部
１１′を囲むように形成されている。

一方、前記ピストン３の頂面３′における中央
部には、適宜深さの平底面を有する凹所２０を凹
み形成する。この凹所２０のピストン頂面３に対
する周輪郭２１は、これまた平面視において点火
栓６、吸気ポート開口部７′付近及び排気ポート
開口部１１′付近を略囲むもので、当該凹所２０
における周輪郭２１のうち、吸気ポート開口部
７′及び排気ポート開口部１１′の付近を囲う部分
２１ａ，２１ｂは、前記燃焼室５における周輪郭
１７のうち吸気ポート開口部７′及び排気ポート
開口部１１′を囲う部分１７ｃ，１７ｄよりシリ
ンダボアの半径方向中心寄りに位置する一方、前
記凹所２０における周輪郭２１のうち、吸気ポー
ト開口部７′と排気ポート開口部１１′との間の部
分２１ｃは、前記燃焼室５における周輪郭１７の
うち吸気ポート開口部７′と排気ポート開口部１
１′との間の入り込み部１７ｂより、シリンダボ
アの半径方向外側寄りに位置するように、換言す
れば、燃焼室５における周輪郭１７と凹所２０に
おける周輪郭２１との間に、燃焼室５における周
輪郭１７が凹所２０における周輪郭２１よりも燃
焼室５内にはみ出す部分と、凹所２０における周
輪郭２１が燃焼室５における周輪郭１７よりも燃
焼室７内にはみ出す部分とを、その全周に対して
部分的に設けて成るものである。

この構成において、ピストン３の下降に伴う吸
気行程時に、吸気ポート７からの吸気混合気は、
燃焼室５内及びシリンダボア４内に、第３図に矢
印Ａで示すように点火栓６をかすめたのち排気弁
１６の真下に向う方向のスワール流として吸気さ
れる。この場合、燃焼室５における周輪郭１７が
吸気ポート開口部７′を囲う箇所における燃焼室
５の内面に、吸気弁１５の傾斜角θ_１と略同じ傾
斜角度θ_３のマスク面２２を形成しておけば、吸
気弁１５が第１図に二点鎖線で示すように開いた
とき、当該吸気弁１５のマスク面２２側の箇所か
らの混合気の流出を少なくするように規制できる
と共に、マスク面２２は混合気を矢印Ａの方向に
ガイドするので、矢印Ａ方向のスワール流は、マ
スク面２２の存在により吸気ポート７の湾曲のみ
によつてスワール流を発生する場合とは比較にな
らない程強力化できるのである。

そして、吸気行程が終つて吸気弁１５が閉じピ
ストン３の上昇に伴う圧縮行程に入り、圧縮行程
の終期においてピストン３の頂面３′がシリンダ
ヘツド２の下面に近づくと、ピストン３の頂面
３′と燃焼室５を囲うスキツシユエリア１９との
間にスキツシユ作用が起り、そのスキツシユ流が
燃焼室５に向つて噴出するから、燃焼室５内のス
ワールは加速されると共に激しく乱流化されるこ
とになつて、火炎伝播速度が向上されると共に、
混合気の燃焼時間が短縮されるのである。

この場合、燃焼室５における周輪郭１７と凹所
２０における周輪郭２１との間に、燃焼室５にお
ける周輪郭１７が凹所２０における周輪郭２１よ
りも燃焼室５内にはみ出す部分と、凹所２０にお
ける周輪郭２１が燃焼室５における周輪郭１７よ
りも燃焼室５内にはみ出す部分とを、その全周に
対して部分的に設けたことにより、燃焼室５を囲
うスキツシユエリア１９からのスキツシユ流は、
燃焼室５における周輪郭１７が凹所２０における
周輪郭２１より燃焼室５内にはみ出す部分では、
第６図に矢印Ｂで示すように、そのはみ出した部
のスキツシユエリア１９の押し下げによつて、斜
め下向きに噴出する一方、凹所２０における周輪
郭２１が燃焼室５における周輪郭１７より燃焼室
５内にはみ出す部分では、第５図に矢印Ｃで示す
ようにそのはみ出したピストン頂面３′の押し上
げによつて斜め上向きに噴出することになり、こ
の斜め下向き及び斜め上向きのスキツシユ流によ
つて、スキツシユ流による燃焼室内のスワールの
加速及び乱流化には、上下方向にひねりが与えら
れるからスワールの加速及び乱流化はスキツシユ
エリア１９を含む平面内で行なわれるのではな
く、立体的に行なわれることになる。従つて、こ
の立体的な加速乱流化によつて、火炎伝播速度の
向上及び燃焼時間の短縮化は、平面内での加速乱
流化の場合とは比較にならないほど促進できるの
である。

一方、点火栓６を、排気ポート１１の開口部１
１′に対して長手中心線９を挾んで対向する部
位、つまり長手中心線９に対して吸気ポート７と
同じ側で且つ直交中心線１３を挾んで吸気ポート
７とは反対側の部位に設けたことにより、当該点
火栓６の取付け用のボスを、長手中心線９よりも
排気ポート１１側に設ける必要はなく、シリンダ
ヘツド２における冷却水ジヤケツトは、長手中心
線９より排気ポート１１側では排気ポート１１の
みを冷却するだけで良いから、排気ポート１１に
対する冷却が十分に行なわれるのであり、これに
加えて、吸気ポート７から燃焼室５内に流入する
吸気が、スワール流となつて排気弁１６を冷却す
ることにより燃焼室５内において特に高温になる
排気弁１６付近の温度を可成り下げることができ
て、前記した第３の手段を十分に採ることができ
るのであり、また、前記のように排気弁１６付近
の温度が下がること及び点火栓６に対する冷却が
排気ポート１１によつて阻害されないこと、更に
は、吸気ポート７から燃焼室５内に流入する吸気
のスワールが点火栓６をかすめることで、点火栓
６を吸気にて冷却できることにより、点火栓６の
熱負荷が低減して、点火栓６を排気ポート開口部
１１′及び吸気ポート開口部７′に可成り近接する
ことができるから、点火栓６から燃焼室５の隅々
までの距離が短かくなつて前記した第１の手段の
燃焼室のコンパクト化を確実に達成できるのであ
り、更に、このような燃焼室のコンパクト化は、
同時にその周囲に形成されるスキツシユエリアの
増大をもたらすことができるのである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図及び第２
図は機関の要部の縦断正面図で、第１図は第３図
の−視断面図、第２図は第３図の−視断
面図、第３図は第１図及び第２図の−視底面
図、第４図は第１図及び第２図の−視平面図
第５図は第４図の−拡大視断図、第６図は第
４図の−視拡大断面図である。 １……シリンダブロツク、２……シリンダヘツ
ド、３……ピストン、４……シリンダボア、５…
…燃焼室、６……点火栓、１０……一側面、１２
……他側面、７……吸気ポート、１１……排気ポ
ート、９……長手中心線、１３……直交中心線、
１７……燃焼室周輪郭、１９……スキツシユエリ
ア、３′……ピストン頂面、２０……凹所、２１
……凹所周輪郭。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリンダヘツドの下面を凹ませて形成した燃
   焼室内に、シリンダヘツドの平面視においてシリ
   ンダボアの中心を通つてクランク軸と同方向の長
   手中心線と平行な一側面に開口する吸気ポート、
   前記長手中心線と平行な他側面に開口する排気ポ
   ート、及び点火栓をのぞませて成る内燃機関にお
   いて、前記吸気ポートの燃焼室への開口部及び排
   気ポートの燃焼室への開口部を、前記長手中心線
   を挟む両側で且つシリンダボアの中心を通つて長
   手中心線と直角の直交中心線を挟む両側の領域に
   配設する一方、前記点火栓を、前記排気ポートの
   燃焼室への開口部に対して前記長手中心線を挟ん
   で対向する部位に配設し、前記シリンダヘツドの
   下面には、前記吸気ポート及び排気ポートの燃焼
   室への開口部と前記点火栓とを囲う周輪郭の外側
   にピストンの頂面に対するスキツシユエリアを形
   成し、ピストンの頂面には、前記吸気ポート及び
   排気ポートの燃焼室への開口部付近と前記点火栓
   とを囲う周輪郭を有する凹所を設け、前記シリン
   ダヘツドにおける燃焼室の周輪郭とピストンにお
   ける凹所の周輪郭との間に、シリンダヘツドにお
   ける燃焼室の周輪郭がピストンにおける凹所の周
   輪郭より燃焼室内にはみ出す部分と、ピストンに
   おける凹所の周輪郭がシリンダヘツドにおける燃
   焼室の周輪郭より燃焼室内にはみ出す部分とを、
   その全周に対して部分的に設け、更に、前記吸気
   ポートの一側面への開口部と燃焼室への開口部と
   の中途部を、当該吸気ポートより燃焼室内に流入
   する吸気が前記点火栓をかすめて排気ポートにお
   ける排気弁の下部に向かうように湾曲したことを
   特徴とする内燃機関。