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JPH06100089B2 - 内燃機関の燃焼室 - Google Patents
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JPH06100089B2 - 内燃機関の燃焼室 - Google Patents

内燃機関の燃焼室

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JPH06100089B2
JPH06100089B2 JP61021025A JP2102586A JPH06100089B2 JP H06100089 B2 JPH06100089 B2 JP H06100089B2 JP 61021025 A JP61021025 A JP 61021025A JP 2102586 A JP2102586 A JP 2102586A JP H06100089 B2 JPH06100089 B2 JP H06100089B2
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combustion chamber
swirl
intake
combustion
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    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F1/42Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4214Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F2001/244Arrangement of valve stems in cylinder heads
    • F02F2001/245Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated at an angle with the cylinder axis
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、内燃機関の燃焼室、特にピストン頂部と該頂
部に対向するシリンダヘッドの下面との間にスキッシュ
ゾーンが形成され、且つスワール生成用の吸気通路を有
する内燃機関の燃焼室に関する。
(従来技術) 例えば、特開昭57−193717号公報によれば、所謂片ペン
トルーフ型の燃焼室構造が示されている。この燃焼室に
おいては、第5図に示すように、ピストン1の頂部に対
向するシリンダヘッド2の下面2a(燃焼室の天井面)が
2つの傾斜面により屋根状に形成されていると共に、ピ
ストン頂部の一側部に、該ピストン1が上死点位置にあ
る時に上記シリンダヘッド下面2aの一方の傾斜面との間
にスキッシュゾーン3が形成されるように隆起部1aが設
けられ、且つ該ピストン頂部の他側部上面1bと上記シリ
ンダヘッド下面2aの他方の傾斜面との間が燃焼空間4と
されている。そして、上記ピストン1の圧縮行程時に
は、上記スキッシュゾーン3から燃焼空間4へ流入する
スキッシュにより空気と燃料の混合及び着火後における
火炎の伝播が促進され、燃焼性が向上されるようになっ
ている。
一方、内燃機関の燃焼性を向上させるものとしては、上
記の如きスキッシュゾーンを設ける以外に、スワール生
成用の吸気通路を設けて燃焼室内へ流入する吸気を旋回
させ、これにより混合気の生成ないし火炎の伝播を促進
させる所謂スワールを利用する方法がある。
ところで、上記のようにスキッシュゾーンを形成するた
めに隆起部を設けた片ペントルーフ型の燃焼室におい
て、更にスワールを利用しようとした場合には、第6,7
図に示すようにピストン頂部における隆起部11aと反対
側の側部に設けられた燃焼空間12内にスワールを発生さ
せることになる。その場合に、吸気通路側に上記燃焼空
間を、排気通路側に隆起部を設けると、吸気通路として
設けられたスワール生成用通路から流入する吸気が上記
隆起部の燃焼空間側の側面に衝突して良好なスワールが
得られないため、第6,7図に鎖線で示すように隆起部11a
を吸気通路13側に、燃焼空間12を排気通路14側に設ける
のが通例である。しかし、この場合には、スワールを発
生させるための燃焼室に対して略接線方向を向くスワー
ル生成通路13aからA方向に流入する吸気が、上記隆起
部11aにおけるスキッシュゾーン形成用の傾斜状の上面
と燃焼空間12側の側面との間の稜部11bに妨げられて乱
れが生じ、そのため強力なスワールが得られないという
問題が生じる。
(発明の目的) 本発明は内燃機関の燃焼室における上記のような実情に
鑑みてなされたもので、ピストン頂部の一側部に隆起部
を形成することにより燃焼室の吸気通路側にスキッシュ
ゾーンが設けられ、且つ燃焼室の排気通路側に燃焼空間
が設けられる構造において、上記隆起部の存在にも拘ら
ず強力なスワールが生成される燃焼室を実現し、これに
よりスキッシュとスワールとを有効に利用して良好な燃
焼性を得られるようにすることを目的とする。
(発明の構成) 本発明に係る内燃機関の燃焼室は上記目的達成のため次
のように構成したことを特徴とする。
即ち、ピストン頂部の吸気通路側の側部に当該ピストン
が上死点位置にある時にシリンダヘッド下面との間にス
キッシュゾーンが形成されるように隆起部が設けられ、
且つ該ピストン頂部の排気通路側の側部の上面と上記シ
リンダヘッドの下面との間が燃焼空間とされた内燃機関
の燃焼室において、上記吸気通路としてスワール生成用
通路を設けると共に、上記ピストン頂部の隆起部におけ
る少なくとも上記スワール生成用通路の開口部指向位置
に切欠部を設ける。
(発明の効果) 上記の構成によれば、圧縮行程終了時に隆起部の上面と
シリンダヘッド下面との間から燃焼空間に流入するスキ
ッシュが発生し、また吸気行程時には燃焼空間にスワー
ルが発生することになるが、ピストン頂部の隆起部にお
けるスワール生成用通路の開口部指向位置には切欠部が
設けられているので、上記スワール生成用通路から流入
する吸気がピストン頂部の隆起部に妨げられることなく
上記切欠部を通過して勢いよく燃焼空間に流入されるこ
とになり、また上記切欠部を吸気が通過することによ
り、その流れに積極的に方向性が付与されることにな
る。これにより、強力なスワールが発生し、このスワー
ルの効果と上記スキッシュによる効果とが相俟って、空
気と燃料との混合及び着火後における火炎の伝播が促進
され、もって燃焼が短時間で行われ、また燃料が完全燃
焼されて燃焼性が向上されることになる。
(実施例) 以下、本発明の実施例について説明する。
第1図に示すように、エンジン20は、シリンダブロック
21と、該ブロック21の上面にガスケット22を介して設置
されたシリンダヘッド23とを有し、シリンダブロック21
に設けられたシリンダボア24と、該ボア24内に嵌合され
たピストン25の上面と、シリンダヘッド23の下面とで燃
焼室26が画成されている。
この燃焼室26の天井面(シリンダヘッド下面)は互いに
反対方向に傾斜する2つの傾斜面23a,23bによって形成
されて屋根状に窪まされている。また、このシリンダヘ
ッド23の屋根状の傾斜面23a,23bには、高負荷用ポート2
7aと低負荷用ポート27bとから構成されて一方の側面か
ら上記燃焼室26に通じる吸気ポート27と、他方の側面か
ら燃焼室26に通じる排気ポート28とが夫々開口されてい
ると共に、これら各ポート27,28の燃焼室26への開口部
を夫々開閉する吸気弁29と排気弁30とが備えられてい
る。ここで、上記低負荷用ポート27bは吸気ポート27の
上流側において高負荷用ポート27aから分岐されている
と共に、特に吸気ポート27の開口部の直上流位置におい
て上記シリンダボア24に対して略接するようにa方向
(第2図参照)に開口され、これにより該低負荷用ポー
ト27bから燃焼室26内に流入する気流によってスワール
が形成されるようになっている。尚、図示しないが、上
記高負荷用ポート27aの上流部にはシャッタバルブが設
けられており、当該エンジン20の低負荷時には該シャッ
タバルブが閉じられて吸気が上記低負荷用ポート27bの
みから燃焼室26へ供給され、また高負荷時には上記シャ
ッタバルブが開かれて吸気が高負荷用ポート27aと低負
荷用ポート27bとの両方から燃焼室26へ供給されるよう
になっている。
一方、ピストン25の頂部25aにおける上記吸気ポート27
側の側部には上記シリンダヘッド下面における一方の傾
斜面23aに沿うように隆起部25bが形成され、該ピストン
25が上死点位置に達した際に該隆起部25bの傾斜状の上
面25b′と上記シリンダヘッド23の傾斜面23aとの間にス
キッシュゾーンXが形成されるようになっている。ま
た、ピストン25の頂部25aにおける上記排気ボート28側
の側部は平坦とされ、該上面25cとシリンダヘッド下面
の他方の傾斜面23bとの間に所要の容積を有する燃焼空
間Yが形成されている。
また、この実施例においては、上記ピストン25の頂部25
aに隆起部25bの燃焼空間Y側の側面25b″から該燃焼空
間Y側の上面25cに跨る凹溝25dが上記側面25b″に沿っ
て設けられている。この凹溝25dは、第3図に示すよう
に、断面形状が上方の点Oを中心として上記隆起部25b
の燃焼空間Y側の側面25b″と燃焼空間Y側の上面25cと
を比較的小さな曲率半径Raの円で円弧状に切欠いた形状
とされている。そして、上記点Oは、排気ポート28側の
斜上方に位置する点Pを中心として比較的大きな曲率半
径Rbで円弧を描いた軌跡O′(第2図参照)上に位置す
るように設定されている。その結果、該凹溝25dは、ピ
ストン25の頂部25aにおける中央部においては最も深
く、また両端部側に移行するに従って徐々に浅く形成さ
れていると共に、上記点Pが排気ポート28側に寄ってい
るので、凹溝25dの中央が隆起部25b側に湾曲した形状と
なっている。
以上の構成に加えて、このピストン25には、本発明の特
徴部分として隆起部25bの上面25b′と側面25b″との間
の稜部25eに切欠部25fが設けられている。そして、該切
欠部25fは上記稜部25eにおける低負荷用ポート27bの指
向(a方向)位置に形成されている。
上記の構成によれば、吸気弁29が開いた状態でピストン
25が下動する吸気行程時には吸気ポート27から燃焼室26
内に吸気(混合気)が吸入されるが、エンジン20の高負
荷時には主として高負荷用ポート27aから大量の吸気が
吸入され、低負荷時には低負荷用ポート27bのみから吸
気が吸入される。この低負荷用ポート27bは断面積が小
さく、且つシリンダボア24に対して略接線方向に開口さ
れているので、低負荷時には吸気量が少ないにも拘らず
燃焼室26内にスワールが生成されることになる。
次に、上記ピストン25が下死点から上動し且つ吸気弁29
が閉じられて圧縮行程に移行するのであるが、該行程の
後半部においては、ピストン25の上昇に伴って該ピスト
ン25の一側部における隆起部25bの上面25b′と、これに
対向するシリンダヘッド下面の一方の傾斜面23aとの間
のスキッシュゾーンXから他側部に形成される燃焼空間
Yに吸気が押し出されて、スキッシュが発生されること
になる。そして、これらのスワールとスキッシュによ
り、空気と燃料の混合ないし混合気の着火後における火
炎の伝播が促進されて該燃焼室26内における燃焼が促進
され、また燃料が完全燃焼されることになる。
尚、このようにピストン頂部の一側部にスキッシュゾー
ンが形成される所謂片ペントルーフ型の燃焼室構造にお
いては、燃焼空間が狭くなるために、該空間に生成され
るスワールが減衰し易いという問題があるが、この実施
例においてはピストン頂部25aの一側部における隆起部2
5bの側面25b″に燃焼空間Y側の上面25cに跨る断面円弧
状の凹溝25dが設けられて、燃焼空間Yにおけるスワー
ル生成空間の容積が大きくされており、また、上記凹溝
25dは平面視で隆起部25b側に弯曲するように形成されて
いるから、この凹溝25dと燃焼室26の排気ポート28側の
内周面とが滑かに連続することになり、これらによりス
ワールの減衰が抑制されることになる。
然して、ピストン頂部に上記の如き隆起部を設けた場
合、吸気行程時にスワールを生成すべく燃焼室に対して
接線方向に流入される吸気が、上記隆起部の稜部に衝突
して乱れるため強力なスワールが得られないという問題
がある。しかし、この発明の特徴部分として、上記ピス
トン頂部25aの隆起部25bにおける上記低負荷用ポート27
bの開口部指向位置、つまりピストン頂部25aにおける隆
起部25bの上面25b′と側面25b″との間の稜部25eにおけ
る低負荷用ポート27bの指向(a方向)位置には切欠部2
5fが設けられている。従って、上記ポート27bから燃焼
室26に流入する吸気の流れは隆起部25bによって阻止さ
れることなく上記切欠部25fを通って勢いよく燃焼空間
Yに流入することになる。更に、上記切欠部25fは低負
荷用ポート27bの開口部指向方向に設けられているの
で、該切欠部25fを吸気が通過することによりその流れ
に積極的に方向性が付与されることになる。これによ
り、吸気行程時に強力なスワールが生成され、このスワ
ールによる効果と上記スキッシュによる効果とが相俟っ
て空気と燃料との混合及び着火後における火炎の伝播が
促進され、一層良好な燃焼性が得られることになる。
ここで、上記のようにピストン頂部25aの隆起部25bにお
ける上記稜部25eを一部のみ切り欠かずに全体を切落し
てもよく、これによればピストン頂部25aの形状が簡略
化されて製作コストが低減される利点がある。
尚、この実施例では、ピストン頂部25aにおける上記稜
部25eの両端が切落されて切落部25g,25gとされ、該切落
部25g,25gとシリンダヘッド23の下面との間の間隔が大
きく設けられている。従って、隆起部25bの両端部(切
落部25g,25g)からの鎖線で示すb方向へのスキッシュ
(第2図参照)が発生せず、これにより隆起部25bの中
央部から燃焼空間Yの中央部へ流れるc方向のスキッシ
ュが上記b方向のスキッシュにより減衰されるといった
不具合が防止される。
また、上記ピストン25においては頂部25aの片側のみに
隆起部25bが設けられているので、この隆起部25bの分だ
け一側部の重量が他側部に対して重くなるが、この実施
例においては、第1図に示すようにコネクティングロッ
ド31にピストンピン32を介して連結される該ピストン25
のボス部25hを補強するための補強リブ25i,25iが隆起部
25bの反対側の側部に傾斜させて設けられており、これ
によりピストン25の全体の重量バランスが保持されてい
る。
【図面の簡単な説明】 第1〜4図は本発明の実施例を示すもので、第1図は燃
焼室及びその周辺の縦断面図、第2〜4図は夫々ピスト
ンの平面図、縦断正面図及び要部斜視図である。また、
第5図は従来例を示す縦断正面図、第6図及び第7図は
従来の問題点を示すピストンの平面図及び縦断正面図で
ある。 20……内燃機関(エンジン)、23……シリンダヘッド、
25……ピストン、25a……ピストン頂部、25b……隆起
部、25f……切欠部、26……燃焼室、27……吸気通路
(吸気ポート)、27b……スワール生成用通路(低負荷
用ポート)、28……排気通路、X……スキッシュゾー
ン、Y……燃焼空間。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ピストン頂部の吸気通路側の側部に当該ピ
    ストンが上死点位置にある時にシリンダヘッドの下面と
    の間にスキッシュゾーンが形成されるように隆起部が設
    けられ、且つ該ピストン頂部の排気通路側の側部の上面
    と上記シリンダヘッドの下面との間が燃焼空間とされた
    内燃機関の燃焼室であって、上記吸気通路としてスワー
    ル生成用通路が設けられていると共に、上記ピストン頂
    部の隆起部における少なくとも上記スワール生成用通路
    の開口部指向位置に切欠部が設けられていることを特徴
    とする内燃機関の燃焼室。
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