JP2022083619A - エンジンの燃焼室構造 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るエンジンの燃焼室構造を詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る燃焼室構造が適用されたエンジンの概略断面図である。ここに示されるエンジンは、自動車等の車両の走行駆動用の動力源として前記車両に搭載される多気筒のガソリンエンジンである。エンジンは、エンジン本体1と、これに組付けられた図外の吸排気マニホールド及び各種ポンプ等の補機とを含む。
続いて、図4~図7を参照して、ピストン5の構造、とりわけ冠面50の構造について詳細に説明する。本実施形態では、冠面50に、上述したタンブル流Ftを圧縮上死点付近まで維持させることを可能とする形状的工夫が施されている。図4は、図1及び図2に示されたピストン5の斜視図、図5は、ピストン5の冠面50の平面図、図6は、冠面50の側面図、図7は、図5のVII-VII線断面図である。
図8は、ピストン5の冠面50に関連する各種パラメータを示す図である。図中には、山高さh、平面55の横幅Lie及び前後幅Lfr、排気側傾斜面角度Exd、平面55の表面積S1、排気側傾斜面53の表面積S2及び吸気側傾斜面54の表面積S3が示されている。
(1)平面55の表面積S1は、排気側傾斜面53の表面積S2よりも大きい。
(2)好ましくは、平面55の表面積S1は、吸気側傾斜面54の表面積S3よりも大きい。
(3)より好ましくは、平面55の表面積S1は、排気側傾斜面53の表面積S2と吸気側傾斜面54の表面積S3との総和よりも大きい。
図9及び図10を参照して、上記特徴(1)~(3)の意義を説明する。図9(A)は、特徴(1)~(3)を満たすピストン5の冠面50で、燃焼室6の底面が形成されている場合のタンブル流Ftの流動を示す模式図である。ペントルーフ型の燃焼室天井面6Uに配置された吸気ポート9(タンブルポート)から燃焼室6に導入される吸気は、タンブル流Ftを形成する。冠面50には、「連続的な平面」である平面55が形成されているので、タンブル流Ftをキャビティ等の窪みで阻害することなく、当該平面55に沿って流すことができる。また、表面積S1~S3相互の関係が、上記特徴(1)~(3)の通りに設定されているので、タンブル流Ftの流動は排気側傾斜面53及び吸気側傾斜面54の存在によって弱体化することはない。
続いて、上記の表面積S1~S3以外の、燃焼室構造の特徴について説明する。先ず、平面55のY方向幅である横幅Lieと、山高さhとの比であるLie/hについては、圧縮比=13.5~15.5の範囲において、
2.5<Lie/h<9.0・・・(A)
の関係を満たすことが望ましい。
5.0<Lie/h<9.0・・・(A1)
の関係を満たすことが望ましい。
12.0<Lfr/h<16.0・・・(B)
の関係を満たすことが望ましい。
13.5<Lfr/h<14.5・・・(B1)
の関係を満たすことが望ましい。
5000<(Exd×S1)/h<18000・・・(C)
の関係を満たすことが望ましい。
7000<(Exd×S1)/h<12000・・・(C1)
の関係を満たすことが望ましい。
0.045<h/Ls<0.065・・・(D)
の関係を満たすことが望ましい。
0.055<h/Lb<0.075・・・(E)
の関係を満たすことが望ましい。
図11~図14は、本発明の実施例1~7及び比較例に係るピストン5の冠面50の構造及びパラメータを示す表形式の図である。ここでは、排気量の異なるエンジンに適用されるピストン5を例示している。実施例1~5及び比較例のピストン5は排気量=1.5リットル、実施例6は排気量=2.0リットル、実施例7は排気量=2.5リットルである。
以上説明した本実施形態に係るエンジンの燃焼室構造によれば、次のような作用効果を奏する。先ず、冠面50には連続的な平面55が形成されているので、タンブル流Ftをキャビティ等の窪みで阻害することなく、平面55に沿って流すことができる。また、平面55の表面積S1が、排気側傾斜面53の表面積S2よりも大きく設定されているので、タンブル流Ftが排気側傾斜面53に衝突して弱体化することを抑制できる。従って、タンブル流Ftを圧縮行程後半まで維持させた上で崩壊させ、高い乱流エネルギーを発生させることで、燃焼速度を速めることが可能となる。これにより、ノッキングの要因となる自己着火の発生前に、燃焼室6での混合気の燃焼を完了させることができる。そして、ノッキングを抑制できることから、燃焼重心を遅角する等のエンジン出力を抑制するような制御を回避できる。また、その結果として高圧縮比が達成可能となる。
11 吸気弁
12 排気弁
15 インジェクタ(燃料噴射部)
16 点火プラグ(点火部)
2 シリンダ
5 ピストン
50 冠面
51 排気側底部
52 吸気側底部
53 排気側傾斜面
54 吸気側傾斜面
55 平面
56 リセス間平面
6 燃焼室
6U 燃焼室天井面(ペントルーフ型の天井面)
9 吸気ポート
10 排気ポート
AX シリンダ軸
Fs スワール流
Ft タンブル流
S1 平面の表面積
S2 排気側傾斜面の表面積
S3 吸気側傾斜面の表面積
Claims (6)
- ピストンの冠面と、前記ピストンが摺動可能に収容されるシリンダの内壁面と、シリンダヘッドに形成されたペントルーフ型の天井面とによって区画される燃焼室を備えたエンジンの燃焼室構造であって、
前記天井面には、前記燃焼室に吸気を供給する吸気ポートの開口と、前記燃焼室から排気を排出する排気ポートの開口とが形成され、前記吸気ポートが配設される側を吸気側、前記排気ポートが配設される側を排気側とするとき、
前記冠面は、
当該冠面の前記排気側の端縁付近に配置された排気側底部、及び前記吸気側の端縁付近に配置された吸気側底部と、
前記排気側底部から前記冠面の中央部に向けて上昇する排気側傾斜面と、
前記吸気側底部から前記冠面の中央部に向けて上昇する吸気側傾斜面と、
前記排気側傾斜面の上端と前記吸気側傾斜面の上端との間に連続的に設けられ、前記冠面の中央部において前記シリンダの軸方向と直交する方向に延びる平面と、を含み、
前記平面の表面積は、前記排気側傾斜面の表面積よりも大きいことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。 - 請求項1に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記平面の表面積は、前記吸気側傾斜面の表面積よりも大きい、エンジンの燃焼室構造。 - 請求項1に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記平面の表面積は、前記排気側傾斜面の表面積と前記吸気側傾斜面の表面積との総和よりも大きい、エンジンの燃焼室構造。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記平面に対向する前記天井面には、前記燃焼室内において火炎伝播燃焼を実現させる点火部が配置されている、エンジンの燃焼室構造。 - 請求項1~4のいずれか1項に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射部が、前記燃焼室の前記吸気側に配設されている、エンジンの燃焼室構造。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記シリンダの幾何学的圧縮比が13.5以上15.5以下の範囲内に設定されている、エンジンの燃焼室構造。
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