JPS6263124A

JPS6263124A - エンジンの燃焼室

Info

Publication number: JPS6263124A
Application number: JP20309085A
Authority: JP
Inventors: Toru Shiraishi; 徹白石; Tatsuya Uesugi; 達也上杉; Hiroyuki Oda; 博之小田; Hiroyasu Uchida; 浩康内田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-09-12
Filing date: 1985-09-12
Publication date: 1987-03-19

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】（産業上の利用分野）本発明は、エンジンの燃焼室に関するものである。

（従来技術）エンジンにおいては、その高出力化を図るためのひとつ
の手段として燃焼室の容積を小さくして混合気の圧縮比
を高めることが知られており、このような技術思想に立
脚する従来技術としては、例えば特開昭５４−１４５８
０８号公報に開示される如くピストン上面に凹陥状の燃
焼室を形成し、これによって該燃焼室容積の縮少を図る
ようにしたいわゆるボウルインピストンタイプのエンジ
ンが知られている。

このようなボウルインピストンタイプのエンジンにおい
ては、一般にピストンの上死点においてシリンダヘッド
下面とピストン上面との間に使手隙間をもつスキッシュ
ゾーンが形成されるようになっており、圧縮行程の終期
においてはこのスキッシュゾーンによりスキッシュが発
生せしめられる。

一方、近年、吸気弁あるいは排気弁を一気筒当たり複数
個設けて吸・排気効率を向上さ仕もってエンジンの出力
アップを図るようにした多弁式エンジンも開発されてい
る。

また、このような多弁式エンジンに上記の如きボウルイ
ンピストンを適用する場合には、６吸・排気弁が燃焼室
にうまく臨むようにする必要があり、このことから、ピ
ストン上面を屋根状に傾斜オる２つの傾斜而を有する如
く形成し、この２つの傾斜面部分にそれぞれ所定個数づ
つ吸・排気ボートを形成するようにしたいわゆるペント
ルーフタイプピストンをもつエンジンも開発されている
。

ところで、このようにピストン」二面に燃焼室を形成し
たボウルインピストンタイプのエンジンに、ペントルー
フピストン方式を適用したしのにおいては、該ピストン
上面とシリンダヘッド下面との間に形成されるスキッシ
ュゾーンによるスキッシュ作用は、一般にピストンの一
対の傾斜而に臨むスキソンユゾーン（以下これを傾斜面
側スキッシュゾーンという）におけるスキッシュの方が
、ピストン周方向において該一対の傾斜面間に挟まれた
状聾で該傾斜面の両端部にそれぞれ位置する一対の頂部
側端部に臨むスキブシュゾーン（以下、これを側端部側
スキッシュゾーンという）におけるスキッシュよりも強
くなる。このことは、燃焼室内に発生する未燃炭化水素
（以下、単にＨＣと略称する）の側から見れば、スキッ
シュの弱い側端部側スキッシュゾーンはＨＣの溜り部に
なり易いということである。

しかるに、従来のこの種のエンジンにおいては、上述の
如き側端部側スキッシュゾーンにおけるＩ４Ｃの貯溜と
いう点に着目しこれを積極的に防止するというようなＨ
Ｃ防止対策を講じたものは見られず、従って、燃焼特性
及び排気エミッション特性という点において改善すべき
余地があった。

（発明の目的）本発明は」二足従来技術の項で指摘した問題点を改善し
ようとするもので、燃焼室内におけるＨＣ発生量を抑え
てエンジンの燃焼特性及び排気特性の改善を図るように
したエンジンの燃焼室を提供することを目的とするもの
である。

（発明の技術的背景）本発明者らは、上記の課題を解決するに当たり、側端部
側スキッシュゾーンにおけるスキッシュの厚さ及びスキ
ヅシュ量とＨＣの発生量（即ち、側端部側スキブシュゾ
ーンにおけるスキッンコ溜り徂）との相関関係に着目し
、これらの相関関係を実験により求め、これを第５図及
び第６図に示した。

第５図においては、スキッシュの厚さが厚くなるに従っ
てＩ−Ｉ　Ｃの発生量が直線的に増加することが示され
ている。

又、第６図においては、スキッシュの屑が増加にするに
従って、ＨＣの発生量が直線的に増加することが示され
ている。

本発明者らは、この２つの実験結果より、ＨＣの発生量
を低減させるためには、スキソンユ爪即ち、スキッシュ
ゾーンのボリュームを縮小させることが有効であり、ま
た、このスキソノユ量の管理は、スキッンユ厚さをスキ
ッンユゾーンの全域においてできるだけ小さい値でしか
も一定に保持するようにすれば容易であるということを
知見した。

さらに、スキッンユ厚さを一定に保つことによりスキッ
シュの流れがスムーズとなり、側端部側スキッシュゾー
ン内に溜ったＩ−Ｉ　Ｃの燃焼室側（即ち、ＨＣの酸化
除去ゾーン）への排出が促進され、燃焼室内におけるＨ
　Ｃ発生量が低減されるということら知見した。

（目的を達成するための手段）本発明はこのような技術的背景を踏まえた上で、上記の
目的を達成するめたの手段として、ピストンの上面が傾
斜する２面で構成されているペントルーフ状のピストン
を有するエンジンにおいて、ピストン上面の頂部側端部
を曲面に形成するとともに、上死点位置にあるピストン
の上記頂部側端部に対向するシリンダヘッド内壁部を、
該頂部側端部の曲面と所定のクリアランスを有し且つ該
頂部側端部の曲面と中心を共有する曲面に形成したもの
である。

（作　用）本発明では上記の手段により　、ピストン上死点におけ
るピストン上面の頂部側端部と該頂部側端部に対向する
シリンダヘッド内壁部とが、同芯状の曲面とされている
ところから、この両者により構成されるスキッシュゾー
ンの厚さく即ち、スキッシュ厚さ）がその全域において
一定とされる。

従って、スキッンユ厚さをできるだけ小さく設定するこ
とにより、スキッシュのスムーズな流れを損なうことな
く該スキッシュゾーンのボリュームを可及的に小さくし
て該スキッシュゾーンにおけるＨ　Ｃの滞溜量を可及的
に減少させることと、該スキッシュゾーン内に溜ったＨ
Ｃを該スキッシュゾーン内からスムーズに排出させるこ
ととが可能になる。

（実施例）以下、第１図ないし第３図を参照して本発明の好適な実
施例を説明する。

（構成）第１図には本発明の実施例に係る自動車用エンジンの燃
焼室部分が示されている。このエンジンは第１図及び第
３図に示す如く２つの吸気ボート６Ａ、６Ｂとひとつの
排気ボート７を備えた多弁型エンジンであり、第１図な
いし第３図において符号１はピストン嵌挿穴１５を有す
るシリンダブロック、２はシリンダブロック！の上面ｔ
ｂ上に衝合固定されたシリンダヘッド、３はピストンで
ある。

シリンダヘッド２は、第１図及び第２図に示すようにそ
の下面２ａの上記ピストン嵌挿穴１５に重合する位置に
、略皿状の凹部１４を形成している。この凹部１４は、
その径方向において対向する２位置からそれぞれその中
央部に向かって上昇傾斜する２つの傾斜面１４ａ、１４
ｂと該傾斜面１４ａ、１４ｂの両端部に位置する２つの
弯曲面１４ｃ。

＋４ｄとを有している。この２つの傾斜面１４ａ。

１４ｂのうち、一方の傾斜面１４ａ（以下、第１の傾斜
面という）１４ａには、エンジンの高負荷運転時におい
てのみ開口される第１の吸気ボート６Ａと、エンジンの
全負荷域を通じて開口される第２の吸気ボート６Ｂが並
設開口されている。尚、この第１の吸気ボート６Ａには
、エンジンの運転状態に応じて該第１の吸気ボート６Ａ
を開閉する開閉弁１３が設けられている。一方、第２の
傾斜面１４ｂには、排気ボート７が開口されている。

又、上記２つの弯曲面即ち、第１の弯曲面１４Ｃと第２
の弯曲面１４ｄは特許請求の範囲中のシリンダヘッド内
壁部に該当するものであって、それぞれ曲率半径Ｒ４を
らつ曲面（球面）とされている。

尚、第１図において符号８は吸気弁、９は排気弁、１０
は点火栓である。

ピストン３は、第４図に示す如くその上面３ａの中央部
に、適宜容積をもち、燃焼室４として機能する凹陥部５
を形成している。又、このピストン３の上面３ａは、第
１図及び第２図に示す如く上記シリンダヘッド２の凹部
１４の一対の傾斜面＋４ａ、１４ｂと一対の弯曲面１４
ｃ、１４ｄに対してそれぞれ近接対向可能な２つの傾斜
面３　ｂ、　３　ｃと２つの弯曲面３　ｄ、　３　ｅ（
この２つの弯曲面３　ｄ、　３　ｅは特許請求の範囲中
のピストン上面の頂部側端部に該当する）とを有する如
く屋根形に形成されている。このピストン３をエンジン
側に装着した状態においては、その一対の傾斜面のうち
一方の傾斜面３ｂ（以下、第１の傾斜面という）が上記
シリンダヘッド２の第１の傾斜面１４ａに、他方の傾斜
面３ｃ（以下、第２の傾斜面という）が上記シリンダヘ
ッド２の第２の傾斜面１４ｂに、また一対の弯曲面のう
ち、一方の弯曲面３ｄ（以下、第１の弯曲面という）が
上記シリンダヘッド−２の第１の弯曲面１４ｃに、他方
の弯曲面３ｅ（以下、第２の弯曲面という）が上記シリ
ンダヘッド２の第２の弯曲面＋４ｄにそれぞれ対向せし
められるようになっている。又、ピストン３の上死点位
置においては、第１図及び第２図に示す如くピストン３
側の２つの傾斜面３　ｂ、　３　ｃとシリンダヘッド２
側の２つの傾斜面１４ａ、Ｉ４ｂとの間においてはこれ
ら各傾斜面がそれぞれ平行状態で近接対向して両者間に
それぞれ僅少のクリアランスをもつ傾斜面側スキッシュ
ゾーンｔ　１．１１が形成され、また第２図に示す如く
ピストン３側の２つの弯曲面３ｄ、３ｅとシリンダヘッ
ド２側の２つの弯曲面＋４ｃ。

１４ｄとの間においてはこれら各弯曲面がそれぞれ近接
対向して両者間に僅少のクリアランスを６つ側端部側ス
キッシュゾーンＩ　２，１２がそれぞれ形成される。

この場合、この実施例においては、本発明を適用して、
ピストン３の２つの弯曲面３　ｄ、　３　ｅをそれぞれ
曲率半径Ｒ７をｔ）っ曲面（球面）とするととｔ、に、
ビストント死点位置においては該弯曲面３ｄ、３ｅの曲
率中心とシリンダヘッド２側の２つの弯曲面１４ｅ、１
４ｄの曲率中心とが点Ｑにおいて合致するようにその曲
率中心位置を設定している１、従−・て５ピストン上死
点（４置においではト記側喘部側スギソンユゾーレ１２
の厚さ寸法（即ち、相！ｊ二にｔ・ｉ向１“るシリンダ
ヘッド２側の弯曲面１　、、Ａ、　、。

１４Ｃ］とピストン３側の弯曲面３ｄ、３ｅとの間のク
リアランス）は、その全域において同一寸法ｔとされる
。又、このスキッシュゾーン１２の厚さ寸法は、できる
だけ小さい値に設定される。

（作動並びにその作用）吸気ボート６　Ａ、６　Ｂを介してエンジンの燃焼室４
内に吸入された混合気は、ピストン３により圧縮され、
点火栓１０によって着火燃焼せしめられる。この場合、
燃焼室４内の混合気は、各スキッンユゾーンｌ　１，１
１，１２．１２により発生するスキッシュによって撹拌
混合され、その着火性が良好ならしめられる。

ところで、この混合気の撹拌混合に寄与するスキッシュ
は、上述の如く４つのスキッシュゾーン！　１．１１，
１２．１２においてそれぞれ発生せしめられるスキッシ
ュによって行なわれるものであるが、その混合気の撹拌
混合に寄与する程度はスキッシュゾーンの形成部位によ
って異なる。即ち、スキッシュゾーンの表面積及びボリ
ュームが大きくしかも燃焼室４の上下方向中間位置に臨
む傾斜面側スキッシュゾーンＩＩ、１１からのスキッシ
ュはその量が多く且つ強力であるため混合気の撹拌１昆
合作用に与える影響は大である。これに対して側端部側
スキッシュゾーン１２からのスキッシュは、その量が少
なくしかも吹出し力か弱いため、混合気の撹拌混合には
さほど寄与しない。

ところで、このようにスキッシュ力の弱い側端部側スキ
ッシュゾーンｌ　２．＋　２は、萌述の如く燃焼室４内
において発生したＨ　Ｃの溜り部となり易いところであ
る。従って、燃焼室４内におけるＩ　Ｃ発生量を低減さ
せる北においては、この側端部側スキッシュゾーン１２
部分におけるＨ　Ｃの滞ａ量自体を減少さ仕ろことと、
該側端部側スキッノプ”ｆ−ン１２．１２内に滞溜した
Ｈ　Ｃをできるだ（十多く燃焼室４側に排出して該燃焼
室４内においてこれを酸化除去させることが在効な方法
”ｔ？するといえろ。

本発明はこのような観点に立脚して燃焼室４内にＪ’；
＋Ｉ″るＩｌＣの発生量を可及的に低減させようとスロ
（、乃で、この実施例においては、本発明を適用１．で
側端部側スキッシュゾーンＩ　２，１２を、でさるたけ
小さな寸法ｔをもつ一定厚さのクリアランスで構成する
ことにより、これを実現し得るようにしたしのである。

即チ、スキッシュ厚さく即ち、クリアランス寸法）ｔを
小す＜シて側端部側スキッシュゾーン１２のポリコーム
を縮小させたことにより該側端部側スキッシュゾーン＋
　２．１２内に溜る＋４＋ｃｆｆｉ自体が減少ローシめ
られろ。

また、スキッシュ厚さｔを一定としたことにより、該側
端部側スキッシュゾーン１２内におけるスキッシュの流
れがスムーズとなり、該側端部側スキッシュゾーン１２
内に溜ったＨ　Ｃを効率良く該側端部側スキッシュゾー
ンＩ２から燃焼室４　（［１１に吹き出さけて該ＨＣの
燃焼室４内での酸化除去作用を促進させることが可能と
なる。この側端部側スキッシュゾーン１２内におけるＨ
　Ｃａ　ｉｆｌ　Ｗｋの低減効果と、該側端部側スキッ
シュゾーン１２内の滞溜ＨＣの酸化除去作用の促進効果
との相乗作用により燃焼室４内におけるＨｅ発生量が可
及的に低減され、エンジンの燃焼特性及び排気エミッシ
ョン特性が向上せしめられることとなる。

（発明の効果）本発明はピストンの上面か傾斜する２面で構成されてい
るペントルーフ状のピストンを有するエンジンにおいて
、ピストン上面の頂部側端部を曲面に形成するとともに
、上死点位置にあるピストンの上記頂部側端部に対向す
るシリンダヘッド内壁部を、該頂部側端部の曲面と所定
のクリアランスを有し且つ該頂部側端部の曲面と中心を
共有す゛る曲面に形成したことを特徴とするものである
。

従って、本発明のエンジンの燃焼室によれば、ピストン
上死点におけるピストン上面の頂部側端部と該頂部側端
部に対向するシリンダヘッド内壁部とが、同芯状の曲面
とされているところから、この両者により構成されるス
キッシュゾーンの厚さく即ち、スキッシュ厚さ）がその
全域において一定とされ、このため、スキッシュ厚さを
できるだけ小さく設定することにより、スキッシュのス
ムーズな流れを損なうことなく該スキッシュゾーンのボ
リュームを可及的に小さくすることができ、その結果、
該スキッシュゾーン内におけるＨ　Ｃの滞溜量目体が減
少するとともに、該滞溜ＨＣのスキッシュゾーンから酸
化除去ゾーンへの排出作用がスムーズに行われ、燃焼室
内におけるＨＣ発生量が可及的に減少し、それだけエン
ジンの燃焼特性及び排気エミッシジン特性が向上せしめ
られるという効果が得られることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る燃焼室を備えた自動車用
エンジンの縦断面図、第２図は第１図の■−■縦断面図
、第３図は第１図に示したエンジンのボート配置図、第
４図は第１図に示したピストンの斜視図、第５図及び第
６図はスキッシュ厚さ及びスキッシ：Ｌ量とＩ−Ｉ　Ｃ
発生量との相関図である。１・・・・・シリンダブロック２・・・・・シリンダヘッド３・・・・・ピストンａｄ　、　３ｅ　・・・弯曲面（頂部側端部）４・・・
・・燃焼室５・・・・・凹陥部６・・・・・吸気ボート７・・・・・排気ポート１１．１２　・・・スキッシュゾーン１４・・・・凹部１４ｃ、１４ｄ　・・弯曲面（シリンダヘッド内壁ｑ）
第３図スキッシュ厚さ第６図

Claims

【特許請求の範囲】

１、ピストンの上面が傾斜する２面で構成されているペ
ントルーフ状のピストンを有するエンジンにおいて、ピ
ストン上面の頂部側端部が曲面に形成されているととも
に、上死点位置にあるピストンの上記頂部側端部に対向
するシリンダヘッド内壁部が、該頂部側端部の曲面と所
定のクリアランスを有し且つ該頂部側端部の曲面と中心
を共有する曲面に形成されていることを特徴とするエン
ジンの燃焼室。