JPS6326257B2 - - 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ものであ
り、とくに燃焼室内のスワール、スキツシユ流の
減衰を少なくして混合気のリーンリミツトの向上
をはかり、端ガス発生部位の燃焼室壁の冷却効果
を高めてノツキングを抑制し、これらによつて総
合的に燃費の改善をはかつた内燃機関の燃焼室に
関する。

自動車等の車輌用の内燃機関は低燃費であるこ
とが望まれる。低燃費を達成させるためには、燃
焼室内に渦流いわゆるスワールや、微小乱れいわ
ゆるマイクロタービユレンスを生成して、燃焼を
安定化させ、これによつて混合気のリーンリミツ
トを向上させることが効果的であり、また燃焼室
壁を効果的に冷却してノツキングの発生を抑制
し、これによつて圧縮比を高めることが効果的で
あることは、よく知られている。これらの効果を
得るために、本特許出願人により第１図および第
２図に示すような内燃機関が提案されている。そ
こでは、点火プラグ１側が深くスキツシユエリア
２側が浅いシリンダヘツド窪み３から成る主燃焼
室４に、一方がヘリカルポート５となつている互
いに独立の二つの吸気ポート５，６が開口してお
り、ヘリカルポート５からの流れにより燃焼室内
にスワールを発生せしめると同時に、ピストン上
死点近傍にてスキツシユエリア２から押し出され
るスキツシユ流によつてマイクロタービユレンス
を生成せしめるようになつている。これによつて
燃焼の安定化が計られるとともにリーンリミツト
を改善し、燃費向上が計られる。又、点火プラグ
１の対向側に充分なスキツシユエリア２を構成す
るとともにスキツシユエリア２上方のウオータジ
ヤケツト７によりスキツシユ面８が冷却されるこ
とにより、端ガス温度が充分に冷却され、ノツキ
ングの発生を抑制でき高圧縮比化により燃費を改
善することが出来るようになつている。このよう
に燃費の改善上からは望ましい燃焼室であるが、
独立二ポート構造をとつているために改善が望ま
れる点も残されている。たとえば、通路壁面積を
小にして壁面への燃料付着を少なくし未燃炭化水
素の放出量をさらに低減するとともに運転性の向
上をはかり、またシリンダヘツドにおける吸気通
路の占める空間を小にしてウオータジヤケツト空
間を広げ燃焼室壁の冷却効果を高める等の観点か
ら、従来の独立デユアルポートを、シリンダヘツ
ド内に分岐点を有するサイアミーズポートに構成
することが望まれる。しかし、サイアミーズポー
トの場合は、独立二ポート、或いはポートの一方
に絞り弁を備えたデユアルポートの場合と異な
り、副吸気ポート側に流れが逃げるのでヘリカル
ポートを通る流れを弱め、それだけ燃焼室内に形
成されるスワールが弱まるという問題がある。し
たがつて、サイアミーズポート構造の採用を可能
とするには、前記の既に提案されている燃焼室構
造に比べて、ヘリカルポートによつて生成される
スワール、スキツシユ面によつて生成されるスキ
ツシユ渦流の減衰が少なくするように燃焼室を構
成することが望まれる。また、燃費の総合的低減
という観点から、燃焼の案定性、リーンリミツト
の向上のみからばかりでなく、ノツキングの抑制
をそれに伴なう高圧縮比化の方からも端ガス温度
を下げることが望まれ、この点より燃焼室の壁温
を前記の従来の燃焼室構造よりも更に下げること
が望まれる。

本発明は、分岐点がシリンダヘツド内にあるサ
イアミーズ型吸気ポートの彩用を可能とし、これ
によつて、シリンダヘツド内における構造の単純
化を可能とする内燃機関の燃焼室を提供すること
を目的とする。

本発明のもう一つの目的は、サイアミーズポー
トの一方のポートをヘリカルポートとした場合、
該ヘリカルポートにより燃焼室内に生成されたス
ワールの減衰を少なくするようにする内燃機関の
燃焼室を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、スキツシユエリア
から押し出されるスキツシユ渦流の減衰が少なく
なるようにする内燃機関の燃焼室を提供すること
にある。

本発明のさらにもう一つの目的は、端ガス発生
部位であるスキツシユエリアの壁面の冷却効果を
向上させることのできる内燃機関の燃焼室を提供
することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の内燃機
関の燃焼室にあつては、その燃焼室が、シリンダ
ブロツクのシリンダボアとシリンダボア内に挿入
されたピストンとシリンダボアの一端を閉じるシ
リンダヘツドとによつて囲まれた空間から成つて
おり、シリンダヘツドには主燃焼室を構成するシ
リンダヘツド窪みが形成されており、主燃焼室に
は、主吸気をヘリカルポートとし主吸気ポートと
副吸気ポートとをシリンダヘツド内で分岐させた
サイアミーズポートの前記主吸気ポートが開口さ
れている。

また、主燃焼室を構成するシリンダヘツド窪み
は点火プラグ側から点火プラグに対向して設けら
れたスキツシユエリア側に向つて深くなるように
傾斜する窪み底面を有しており、逆ウエツジ型燃
焼室となつている。そして、点火プラグはシリン
ダヘツド窪みの深さの浅い側の側壁に設けられて
おり、該点火プラグ装着部近傍の側壁はシリンダ
ヘツド窪み底面より緩やかな角度で曲げられてシ
リンダヘツド下端面へと向かつている。これによ
つて主吸気ポートから流入された旋回流は、プラ
グ側壁が低いために点火プラグ側の燃焼室壁に当
たることなく燃焼室内に流入し、かつ側壁の折り
曲がり角度が緩やかなために流れがほとんど折り
曲げられないので、これらの総合効果によつて横
渦流いわゆるスワールの減衰は少ない。

また、ピストンはピストン窪みを有しており、
シリンダヘツド窪みはこのピストン窪みと協働し
て大きな面積を有するスキツシユエリアの主燃焼
室への出口近傍に高さの高い燃焼室空間を形成
し、これによつて、スキツシユ面によつて押し出
された双渦流の半径は大となり、双渦流の減衰は
少なくなる。

また、シリンダヘツド窪みは大きな面積を有す
るスキツシユエリアの燃焼室への出口近傍で最も
深さが深く、主吸気ポート入口はスキツシユエリ
ア上方でかつシリンダヘツドの下面から高い位置
に延設されており、これによつて主吸気ポートと
スキツシユエリア間には十分なウオータジヤケツ
ト空間が形成でき、燃焼室壁、とくにスキツシユ
面を効果的に冷却し、ノツキングが抑制できるこ
とになる。

以下に、本発明における内燃機関の燃焼室の望
ましい実施例を、図面を参照しながら説明する。

第３図および第４図は本発明の実施例に係る燃
焼室とその近傍の構造を示している。

図中、１１はシリンダブロツク、１２はシリン
ダブロツクに形成された円筒状のシリンダボア、
１３はシリンダボア１２に摺動自在に挿入された
ピストン、１４はシリンダボア１２の一端を閉じ
るシリンダヘツドで、これらの部材１２，１３，
１４で囲まれた空間として燃焼室１５が構成され
る。シリンダヘツド１４には二つの吸気ポート１
６，１７と一つの排気ポート１８（排気ポートは
二つあつてもよい）とが設けられており、それぞ
れ燃焼室１５に開口している。１９，２０は吸気
ポート１６，１７にそれぞれ装着された吸気弁、
２１は排気ポート１８に装着された排気弁であ
る。

二つの吸気ポート１６，１７のうち通路断面積
の大きい主吸気ポート１６はヘリカルポートに形
成されており、他方のポートの副吸気ポート１７
は直線状に延びるストレートポートに形成されて
いる。二つの吸気ポート１６，１７の分岐点２２
はシリンダヘツド１４内にあり、両ポート１６，
１７は双子状ポートいわゆるサイアミーズポート
２３に構成されている。

サイアミーズポート２３を取出して示すと第５
図、第６図のようになる。これらの図に示すよう
に、主吸気ポート１６は、ほゞ直線状に延びる導
入部１６ａと、その下流に連なつてヘリカル状に
延びる渦流部１６ｂと、渦巻部１６ｂの最終端で
下方に向つて延びる円筒部１６ｃとを有してお
り、該円筒部１６ｃの下端が燃焼室１５に臨んで
いる。主吸気ポート１６のヘリカル形状の内周側
壁面２４は上部程または下流程対向壁面である外
周側壁面２５に向つて膨出しており、通路断面の
上部程通路幅が狭まつている。また、主吸気ポー
ト１６の上壁面２６は下流程徐々に下降してい
る。また、副吸気ポート１７は、主吸気ポート１
６の導入部１６ａより分離しており、ほゞ直線状
に延びる直線部１７ａとその終端で下方に折れ曲
がつて比較的長く延びる円筒部１７ｂとを有して
おり、円筒部１７ｂ下端が燃焼室１５に臨んでい
る。主吸気ポート１６と副吸気ポート１７とは隔
壁２７によつて隔てられるが、該隔壁２７は通路
断面上部程サイアミーズポート入口部２８側に延
びており、通路断面下部程下流側に後退してい
る。このため、副吸気ポート１７は主吸気ポート
１６に通路断面の比較的低部位において連通する
こととなる。

再び、燃焼室１５近傍の構造についてである
が、シリンダヘツド１１には主燃焼室２９を内部
に有するシリンダヘツド窪み３０が形成されてい
る。窪み３０はほゞ半円形状であり、シリンダヘ
ツド１４の下面はこの窪み３０を除いて平坦であ
り、いわゆるスキツシユ面３１を構成している。
このスキツシユ面３１は、点火プラグ３２の対向
側が大きな面積を有しており、ピストン頂面と協
働して主要なスキツシユエリア３３を形成してい
る。そして、前記主吸気ポート１６と排気ポート
１８とは主燃焼室２９に開口しており、副吸気ポ
ート１７は主要スキツシユエリア３３に開口して
いる。主吸気ポート１６のポート出口中心線は垂
直下方より若干スキツシユエリア３３側に傾けら
れており、副吸気ポート１７のポート出口中心線
はほゞ真直下方を向いている。

主燃焼室２９は逆ウエツジ型燃焼室となつてい
る。すなわち、主燃焼室２９の底面３４は緩やか
に傾斜した緩斜面からなり、該底面３４は点火プ
ラグ３２側から主要スキツシユエリア３３側に向
かつて深さが深くなるように傾斜している。した
がつて、底面３４周囲の窪みの側壁は、点火プラ
グ３２側の側壁３５が高さが低く、主要スキツシ
ユエリア３３側の側壁３６が高さが高い。また、
点火プラグ側の側壁３５は、底面３４に対して緩
やかに曲がつており、すなわち角度の大きな鈍角
θ₁で接続しており、主要スキツシユエリア側の側
壁３５は底面３４に対して急激に曲がつており、
すなわち鋭角または直角に近い鈍角θ₂で接続して
いる。そして、前記点火プラグ３２はこの深さの
浅い側壁３５にその着火部が露出するように取付
けられている。

一方、ピストン１３にも、頂面にピストン窪み
３７が形成されている。ピストン窪み３７はシリ
ンダヘツド窪み３０に上下方向に対向する部位に
設けられており、その深さは比較的深い。ピスト
ン窪み３７の底面３８はピストン１３の頂面に平
行かほゞ平行に広がつている。ピストン１３の頂
面のうち、ピストン窪み３７を除いた部分は平坦
面で、スキツシユ面３９を構成している。スキツ
シユ面３９のうち主要スキツシユエリア３３の下
面を構成する部分は面積が広い。この構造では、
シリンダヘツド窪み３０が逆ウエツジ型となつて
いるので主要スキツシユエリア３３の主燃焼室２
９への出口部４０近傍において、燃焼室１５は最
も高さの高い空間を有することとなり、該空間
は、前記出口部４０の上方および下方の両方に十
分な高さの空間が存在するように互いに出口部４
０の上下に振りわけられている。

主吸気ポート１６と副吸気ポート１７とは主要
スキツシユエリア３３の上方を通つて吸気マニホ
ルド側に延び、排気ポート１８は主要スキツシユ
エリア３３とは反対側に延びて排気マニホルドへ
と接続される。このため排気マニホルドが主要ス
キツシユエリア３３上方を通つて端ガス発生部位
である主要スキツシユエリア３３を加熱すること
が避けられている。主吸気ポート１６と主要スキ
ツシユエリア３３との間には十分な高さ方向の隔
たりがあり、この空間に大きな容量のウオータジ
ヤケツト４１が形成されている。このウオータジ
ヤケツト４１は、もつともノツキングを起しやす
い主要スキツシユエリア３３の上面からシリンダ
ヘツド窪み３０のうち高さの高い側壁３６の側面
に沿つて沿設されている。

上記構成を有する内燃機関の燃焼室において
は、混合気は主吸気ポート１６と副吸気ポート１
７の両方を通つて燃焼室１５内に吸入される。そ
して、主吸気ポート１６を通る流れはヘリカル形
状によつて燃焼室１５内に強いスワール４２を発
生させ、燃焼を安定化させるが、高速域において
はヘリカル形状によつて流れ抵抗が増大し副吸気
ポート１７の流量割合が増えて充填効率を確保
し、高出力を保証する。そして、前記サイアミー
ズポート２３は、独立二ポートに比べて通路壁面
積は小であり、このため壁面への燃料の付着と気
化の遅れによる、未燃炭化水素の放出が低減さ
れ、かつ運転性も向上される。

なお上記流れにおいて、主吸気ポート１６を通
る流れは、内周側壁面２４の膨出により通路断面
の上部の流れ程外周側壁面２５側に寄せられかつ
上壁面２６の下降により徐々に下降しながら、増
速され外周側壁面２５に沿う流れにされる。そし
て渦巻部１６ｂに入つて強力な旋回流を生じ、円
筒部３ｃを通つて吸気弁１９と弁座間の隙間を通
つて主燃焼室２９にそして燃焼室１５にと流入す
る。この流れは吸気弁１９の傘部の形状に沿つて
流出し、斜め下方に主流が流出しようとするが、
点火プラグ３２の装着された側壁３５の高さが低
いためほとんど側壁３５に当たることなく燃焼室
１５内に流入するので旋回流、スワール４２は弱
められない。また、側壁３５に沿つて流れる少量
の旋回流も、側壁３５と底面３４との交角が緩や
かなためほとんど折り曲げられず旋回流は弱めら
れない。すなわち、第１図のような急角度θ₃をも
つ壁面に沿う流れにおいては屈曲度合は大きいが
第３図のような本発明の場合では流れの折り曲が
りは小さく、したがつて吸入スワール４２の減衰
が小となる。

また、ピストン１３の上昇動に伴ない、ピスト
ン１３のスキツシユ面３９とシリンダヘツド１４
のスキツシユ面３１との間にある混合気は他の部
分よりも圧縮されて主燃焼室２９に押し出され縦
方向の双渦流４３を生成する。また、点火プラグ
３２対向側の主要スキツシユエリア３３は面積が
大きいので他のスキツシユ面よりも強く混合気を
押し出し、点火プラグ３２近傍で対向流と衝突と
してマイクロタービユレンス４４を多量生成す
る。上記において、スキツシユの双渦流４３は、
主要スキツシユエリア３３の出口部４０において
上下方向に広い空間があるため、双渦流の半径が
大きくなり減衰が少ない。

これらの渦流の減衰抑制およびマイクロタービ
ユレンスの生成によつて燃焼室内混合気の燃焼性
は著しく高められ、デユアル吸気ポートを絞り弁
をもたないサイアミーズポート構成としても、十
分にリーンリミツトを向上でき、したがつて燃費
低減をはかることができ、サイアミーズ吸気ポー
トの逆ウエツジ型燃焼室への適用が可能となる。

一方、主要スキツシユエリア３３上方に十分な
容量のウオータジヤケツト４１が設けられている
ので、スキツシユ面３１の冷却は十分であり、し
たがつて主要スキツシユエリア３３にある端ガス
も冷却され、ノツキング発生が著しく抑制され
る。これによつて高圧縮比化が可能となり、高圧
縮比化を通じても燃費の改善をはかることができ
ることになる。

以上の通りであるから、本発明によるときは、
シリンダヘツド内分岐のサイアミーズ吸気ポート
を逆ウエツジ型燃焼室に適用することが可能とな
り、吸入スワールの減衰を少なくするとともにス
キツシユによる双渦流の減衰も少なくすることが
でき、高乱流、高速燃焼を通してリーンリミツト
の向上、ひいては燃費の改善をはかることができ
る。また、逆ウエツジ型燃焼室により主要スキツ
シユ面上方に冷却水の流通空間を十分にとれ、冷
却効果向上によりノツキングを抑制でき、この点
からも燃費の改善をはかることができるという
種々の効果が得られる。

また、ピストン頂部とヘツドに窪みを形成して
主燃焼室を構成したので、ピストン頂部に窪みを
形成しない場合と比較してヘツド側の窪みを相対
的に浅くでき、窪み壁面の面積が小さくなる。従
つて、スワール流がヘツド窪み壁面に添つて流れ
るとき、減衰しにくい。また、ピストン頂部に窪
みが形成されているため、窪みを形成しない場合
と比較してスキツシユ流はピストン頂面に添つて
流れるとき減衰しにくい。さらに、サイアミーズ
ポートとしたので、独立ポートにくらべポート内
での燃料の濡れ面積が減少し、エンジンの過渡応
答性を向上できるばかりでなく、燃料の壁面付着
分による未燃HCの抑制をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は既に提案されている内燃機関の燃焼室
の縦断面図、第２図は第１図の燃焼室の平面図、
第３図は本発明の一実施例に係る内燃機関の燃焼
室の縦断面図、第４図は第３図の燃焼室の平面
図、第５図は第３図および第４図におけるサイア
ミーズポートの平面図、第６図は第５図のサイア
ミーズポートの斜視図、である。 １１…シリンダブロツク、１２…シリンダボ
ア、１３…ピストン、１４…シリンダヘツド、１
５…燃焼室、１６…主吸気ポート、１７…副吸気
ポート、１８…排気ポート、１９，２０…吸気
弁、２１…排気弁、２２…分岐点、２３…サイア
ミーズポート、２４…内周側壁面、２５…外周側
壁面、２６…上壁面、２７…隔壁、２８…サイア
ミーズポート入口部、２９…主燃焼室、３０…シ
リンダヘツド窪み、３１…スキツシユ面、３２…
点火プラグ、３３…主要スキツシユエリア、３４
…底面、３５…点火プラグ側側壁、３６…主要ス
キツシユエリア側側壁、３７…ピストン窪み、３
８…底面、３９…スキツシユ面、４０…出口部、
４１…ウオータジヤケツト、４２…スワール、４
３…スキツシユ流、４４…マイクロタービユレン
ス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリンダヘツド側窪みと該ヘツド側窪みに整
   合されたピストン窪みによつて郭定され点火プラ
   グ側が浅くプラグ対向側が深く構成された主燃焼
   室を有し、ヘツド側窪みのプラグ装着部近傍の側
   壁はヘツド側窪みの底面に鈍角のゆるやかな角度
   をもつて接続しており； 燃焼室内スキツシユエリアは点火プラグ側が小
   でプラグ対向側が大であり； 燃焼室に開口する吸気ポートがシリンダヘツド
   内で分岐された主副２つのサイアミーズポートか
   ら成り、かつ主吸気ポートはヘリカルポートから
   成り； 副吸気ポートは前記プラグ対向側の大スキツシ
   ユエリアに開口し、主吸気ポートは主燃焼室に開
   口している； ことを特徴とする内燃機関の燃焼室。