JP3202350B2 - エンジンの燃焼室構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンの燃焼室構造に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの燃焼室形状として、吸・排気
弁の多弁化等の観点等から、ペントル−フ型燃焼室を採
用したエンジンが増加している。このペントル−フ型燃
焼室は、燃焼室上面を構成するシリンダヘッド内面が、
シリンダ直径方向とほぼ平行に伸びる稜線を境としそれ
ぞれ傾斜する一対の傾斜面を有しており、一方の傾斜面
に吸気ポ−トが開口され、他方の傾斜面に排気ポ−トが
開口される。

【０００３】ところで、最近のエンジンでは、排気ガス
浄化の観点から、ＨＣ、ＣＯ およびＮＯｘの低減が強
く求められている。このような観点から、本出願人は、
周辺点火方式の新しい燃焼方式のエンジンを開発した。
これは、燃焼室の外周縁部に、燃焼室周方向に間隔をあ
けて複数の点火ギャップ（周辺点火ギャップ）を配設し
て、各周辺点火ギャップで着火された火炎が先ず燃焼室
周方向で衝突し、その後燃焼室中心部において衝突する
ことを意図したものである。これにより、燃焼室周辺で
発生し易いＨＣ、ＣＯを低減しつつ、急激な燃焼を抑制
して、ＮＯｘも低減されることになる（特開平３−２８
６１８５号公報参照）。

【０００４】上述の周辺点火方式の効果をより十分得る
ため、ピストン頂面に円柱状の突起部を形成するのが、
火炎が燃焼室中心部へ向かうのを抑制する上でより好ま
しいものとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】燃焼室をペントル−フ
型として、ピストン上面に円柱状の突起部を形成した周
辺点火方式のエンジンを構成する場合、火炎の燃焼室周
方向への伝幡が部分的に良好に行なわれなくなることが
ある、ということが判明した。

【０００６】この点を詳述すると、周辺点火ギャップで
着火された火炎は、ピストン上面に形成された円柱状の
突起部の側面（シリンダ軸線方向に伸びかつ燃焼室周方
向に３６０度伸びる面）と、シリンダヘッド内面と、ピ
ストン上面（突起部の下端高さ位置にある面で、シリン
ダ軸線と直交する方向に伸びる面）との３つの面で囲ま
れた空間部分を燃焼室周方向への火炎伝幡通路として伝
幡されることになる。

【０００７】しかしながら、上記空間部分は、ペントル
−フ型燃焼室の形状の関係上、シリンダヘッド内面の傾
斜面の裾付近において狭くなる。すなわち、上記空間部
分の有効断面積が、ペントル−フ型燃焼室における稜線
の長手方向端部付近は大きく、この稜線と直交する方向
の端部付近では小さいものとなる。このような空間部分
の有効断面積の小さい部分は火炎伝幡が遅くなってしま
い、周辺点火の効果を低減させてしまうことになる。

【０００８】また一方、隣り合う火炎が燃焼室周方向で
衝突（合致）しようとするとき、この衝突直前におい
て、隣り合う火炎の間の圧力が極めて高くなり、火炎の
衝突を妨げようとする作用を行なうことになる。そし
て、火炎の衝突は、ある部分では早く行なわれても（例
えば空燃比が部分的にリッチであったり、残留排気ガス
が少ない部分）、他の部分ではいまだ火炎が衝突しない
という事態を生じ、このような火炎の燃焼室周方向での
衝突の遅れが、周辺点火の効果を低減させてしまうこと
になる。

【０００９】したがって、本発明の目的は、燃焼室をペ
ントル−フ型としたものにおいて、火炎の燃焼室周方向
への伝幡をより早めて、周辺点火方式による効果をより
向上させ得るようにしたエンジンの燃焼室構造を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明はその構成として次のようにしてある。すな
わち、燃焼室形状が、燃焼室上面を構成するシリンダヘ
ッド内面がシリンダ直径方向とほぼ平行に伸びる稜線を
境としそれぞれ傾斜する一対の傾斜面を有するペントル
−フ型とされたエンジンにおいて、燃焼室外周縁部に、
燃焼室周方向に間隔をあけて複数の周辺点火ギャップが
配設され、ピストン頂面に、前記稜線の伸長方向を長軸
とする長円柱状の突起部が形成されている、ような構成
としてある。

【００１１】前記各周辺点火ギャップで着火された火炎
同士が燃焼室周方向において衝突しようとする位置にお
いて、前記突起部に、前記シリンダヘッド内面との間隔
を大きくするための切欠部を形成することができる。

【００１２】なお、上記切欠部は、火炎の燃焼室周方向
での衝突が遅れ易い位置に対してのみ設けるようにする
こともできる。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば、燃焼室周方向での火炎
伝幡通路となる空間の有効断面積を、燃焼室周方向全長
に渡って十分大きなものとして、周辺点火方式による排
気ガス中の有害成分低減の効果を向上させることができ
る。

【００１４】

【実施例】以下本発明の実施例を添付した図面に基づい
て説明する。

【００１５】図１は、シリンダヘッド１をその内面側か
ら見た図で、シリンダヘッド１の内面はペントル−フ型
燃焼室２を構成する形状として設定されている。すなわ
ち、図２、図３をも参照することから明らかなように、
シリンダヘッド１の内面は、燃焼室２の略中心を通りか
つシリンダ直径方向と平行に伸びる稜線αを有して、こ
の稜線αを境にして、一対の傾斜面１ａ、１ｂを有す
る。勿論、各傾斜面１ａ、１ｂは、それぞれ、稜線αか
ら離れるにしたがって、徐々に下方に向かうように傾斜
されている（図３参照）。

【００１６】シリンダヘッド１には、一方の傾斜面１ａ
部分において、クランク軸方向（稜線α方向）に間隔を
あけて２つの吸気ポ−ト３、４が開口されている。ま
た、他方の傾斜面１ｂ部分において、クランク軸方向に
間隔をあけて２つの排気ポ−ト５、６が開口されてい
る。各吸・排気ポ−ト３〜６は、図示を略す吸気弁ある
いは排気弁によって、クランク軸の回転と同期して周知
のタイミングで開閉される。

【００１７】シリンダヘッド１には、燃焼室２の外周縁
部において、燃焼室周方向に間隔をあけて合計３つの周
辺点火ギャップ（点火プラグ）７〜９が配設されてい
る。周辺点火ギャップ７は、２つの吸気ポ−ト３と４と
のほぼ中間に位置されている。周辺点火ギャップ８は、
吸気ポ−ト３と排気ポ−ト５との間のうち、排気ポ−ト
５の近くに位置されている。周辺点火ギャップ９は、吸
気ポ−ト４と排気ポ−ト６との間のうち、排気ポ−ト６
の近くに位置されている。

【００１８】さらに、シリンダヘッド１には、燃焼室の
中心位置において、中心点火ギャップ１０が配設されて
いる。上記各点火ギャップ７〜１０のうち、排気ガス中
の有害成分が問題となる低負荷時には周辺点火ギャップ
７〜９のみが点火されて、中心点火ギャップ１０は休止
される。また、高負荷時には、少なくとも中心点火ギャ
ップ１０が点火されるが、周辺点火ギャップ７〜９は点
火あるいは休止のいずれでもよい。

【００１９】図２、図３において、１１はシリンダブロ
ック、１２はピストンであり、このピストン１２の頂面
には、突起部１３が形成されている。この突起部１３
は、図４に示すように、稜線αを長軸とする長円柱状
（楕円柱状）の形状となるように形成されている。すな
わち、シリンダ軸線と直交する平面で見たときに、突起
部１３は本発明では長円形（楕円）となるように形成さ
れる。

【００２０】比較のために、図３、図４おいて突起部１
３を円柱状としたときの形状を一点鎖線βで示してあ
り、また図５においては、突起部１３を円柱状としたと
きの状態を実線で示してあり、この図５により図３一点
鎖線で示すβの形状がより明確になる。

【００２１】突起部１３の前述したような形状設定によ
って、図２、図３から明らかなように、一対の傾斜面１
ａ、１ｂの裾付近での燃焼室周方向への火炎伝幡通路Ｔ
１（図３）は、稜線αの端部付近での火炎伝幡通路Ｔ２
（図２）とほぼ同じ有効断面積となるような大きなもの
に拡大される。ちなみに、図３から明らかなように、突
起部１３を円柱状としたものでは、通路Ｔ１に相当する
部分の有効断面積が小さいものとなる。

【００２２】上述のように、通路Ｔ１に相当する部分の
有効断面積が大きく確保されたことにより、低負荷時に
おいて周辺点火ギャップ７〜９により着火された火炎
は、燃焼室周方向へスム−ズに伝幡されて、隣り合う火
炎同士の燃焼室周方向での衝突を早めることができる。
なお、低負荷時には、例えば一方の吸気ポ−トをシャッ
タ弁等により閉じることにより、燃焼室２に吸気のスワ
−ルを生成させて、燃焼室周方向での火炎伝幡をより助
長させることもできる。

【００２３】図６、図７は参考例を示すものであり、前
記実施例と同一構成要素には同一符号を付してその説明
は省略する。本参考例では、ピストン１２の頂面に形成
した突起部２３を、全体としては円柱状に形成してあ
る。そして、突起部２３の上端縁部には、傾斜面１ａ、
１ｂとの干渉を防止すべく、当該傾斜面１ａ、１ｂとほ
ぼ平行に伸びる一対の傾斜面２３ａ、２３ｂが形成され
ている。

【００２４】突起部２３の上端周縁部の所定位置に、切
欠部２４を形成してある（図面では、切欠部２４の位置
および形状を極力明確に示すため、切欠部２４に相当す
る部分にハッチングを付してある）。この切欠部２４
は、実施例では一対ありその形成位置は次のようにして
設定されている。

【００２５】先ず、図６では、各周辺点火ギャップ７〜
９により着火された火炎が燃焼室周方向へ伝幡されて、
燃焼室周方向全長に渡っては火炎が成長する直前の状態
を示している。ただし、図６では、切欠部２４が存在し
ないときの火炎の成長状態を示している。

【００２６】吸気のスワ−ルが図中反時計方向に生成さ
れており、周辺点火ギャップ７からスワ−ル方向に伸び
る火炎と、周辺点火ギャップ８から反スワ−ル方向に伸
びる火炎とは既に衝突している。これに対して、周辺点
火ギャップ７と９との間においては未だ火炎が衝突せず
（この部分の末燃部分を符号Ｍ１で示す）、同様に周辺
点火ギャップ８と９との間でも未だ火炎が衝突していな
い（この部分の末燃部分を符号Ｍ２で示す）。

【００２７】切欠部２４は、上述した末燃部分Ｍ１とＭ
２との位置に対応して形成されている。これにより、Ｍ
１とＭ２との各部分において衝突しようとする火炎から
の圧力が切欠部２４を通して上方すなわち燃焼室中心へ
向かう方向へ逃げて、当該Ｍ１とＭ２の部分において
も、すみやかに火炎が衝突される。すなわち、周辺点火
ギャップ７と８との間で火炎が衝突するのとほぼ同じ時
期に、Ｍ１およびＭ２部分でも火炎が衝突されることに
なる。

【００２８】なお、切欠部２４を通して火炎が燃焼室中
心方向へ逃げ易いものとなるが、火炎同士が燃焼室周方
向で衝突する前に、切欠部２４を通して燃焼室中心方向
へ大きな火炎面積でもって逃げることがない。

【００２９】ここで、切欠部２４を設ける位置としての
Ｍ１、Ｍ２の位置は、燃焼室周方向への火炎伝幡のし易
さに影響を与える種々の因子、例えば燃料の偏在、残留
排気ガスの偏在、温度分布の相違等の影響を受けて異な
るものであり、あらかじめ実験によりＭ１、Ｍ２となる
ような部分を特定してから、切欠部２４を形成する位置
が決定される。

【００３０】以上実施例について説明したが、周辺点火
ギャップの数は２以上の数で適宜選択し得るものであ
る。また、図１〜図４に示す構成に対して、図６、図７
に示す構成を組み合わせた構成とすることもできる。勿
論、吸気ポ−トや排気ポ−トの数は任意であり、例えば
吸気ポ−トが３つで排気ポ−トが２である等にすること
ができる。さらに、周辺点火ギャップ７〜９は、シリン
ダヘッド１とシリンダブロック１１との介挿された点火
プラグ保持部材に保持させる等、その取付部材は適宜選
択し得るものである。さらに又、稜線αは、燃焼室中心
からかなり離れた位置とすることもできる（特に吸気ポ
−トの面積を大きくする場合）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、シリンダヘッ
ドをその内面側から見た図。

【図２】図１のＸ２−Ｘ２線相当断面図。

【図３】図１のＸ３−Ｘ３線相当断面図。

【図４】ピストン頂面に形成された突起部を比較例と共
に示すもので、ピストン上方から見た図。

【図５】ピストン頂面に円柱状の突起部を形成した比較
例を示すもので、図４に対応した図。

【図６】参考例を示し、切欠部の形成位置を説明するた
めのもので、ピストンをその上方から見たときの図。

【図７】図６を矢印Ｙ方向から見たときの図。

【符号の説明】

１：シリンダヘッド ２：燃焼室 １ａ、１ｂ：傾斜面 ７〜９：周辺点火ギャップ １２：ピストン １３：突起部 α：稜線 Ｔ１、Ｔ２：火炎伝幡通路

フロントページの続き (72)発明者 太田 統之 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (72)発明者 山本 博之 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−183925（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−151407（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−286185（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−175519（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−31712（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 23/08 F02P 15/02 - 15/08 F02F 3/28

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室形状が、燃焼室上面を構成するシリ
   ンダヘッド内面がシリンダ直径方向とほぼ平行に伸びる
   稜線を境としそれぞれ傾斜する一対の傾斜面を有するペ
   ントル−フ型とされたエンジンにおいて、 燃焼室外周縁部に、燃焼室周方向に間隔をあけて複数の
   周辺点火ギャップが配設され、 ピストン頂面に、前記稜線の伸長方向を長軸とする長円
   柱状の突起部が形成されている、 ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。