JP5322407B2 - Engine combustion chamber structure - Google Patents
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Description
本発明は、燃焼室全体にわたるタンブルの生成に加えて吸気バルブ直下にタンブル流と逆タンブル流との同時生成も可能なエンジンの燃焼室構造に関するものである。 The present invention relates to a combustion chamber structure of an engine capable of simultaneously generating a tumble flow and a reverse tumble flow directly under an intake valve in addition to generating a tumble over the entire combustion chamber.
従来の燃焼室構造として、例えば図8に示すような、充填効率の低下を阻止しつつタンブル流を発生させる、とされた構造のものがある(特許文献1)。
この構造のものにおいては、吸気弁100の周縁部と弁座101間に形成される開口に対面配置されてこの開口からの吸入空気又は燃料を含んだ吸入空気の流入を抑制する流入抑制壁102がシリンダヘッド内壁103a上に形成され、この流入抑制壁102は、図8(A)に示すように各吸気弁100の周縁部に沿って両吸気弁100の軸線を含む平面K−Kに対して排気弁104と反対側から平面K−Kより最も離れた吸気弁100の周縁部まで角度aに亘って延びて、両吸気弁100の間で端部壁105により互いに連結され、この端部壁105は、平面K−Kに対して排気弁104と反対側に位置している。
そして、吸気弁100が開弁すると当該吸気弁100と流入抑制壁102間からは吸入空気又は燃料を含んだ吸入空気はあまり流入せず、大部分は流入抑制壁102が設けられていない吸気弁100の開口部分から燃焼室106内に流入する。このとき平面K−Kに対して流入抑制壁102と反対側の吸気弁100の開口部分から流入した吸入空気又は燃料を含んだ吸入空気は、図8(B)において矢印S1で示すように排気弁104の下方に向かい、次いで矢印S2で示すように向きを変えてピストン107の頂面に沿って流れる。このため燃焼室106内には水平軸線周りの旋回流、即ちタンブル流が発生する。
As a conventional combustion chamber structure, for example, there is a structure that generates a tumble flow while preventing a decrease in charging efficiency as shown in FIG. 8 (Patent Document 1).
In this structure, the
When the
しかしながら、この燃焼室構造のように、流入抑制壁102が上述のように吸気弁100の周縁部まで角度aに亘って延びて、両吸気弁100の間で端部壁105により互いに連結されるように形成されたものでは、タンブル流を強化させる場合には効果的かもしれないが、単一方向の流速の増加によるタンブル流の強化は、乱流生成の不均一性が高いためか、サイクル間での燃焼が安定せず燃焼変動の改善に繋がらない場合もある。したがって、燃焼室全体にわたるタンブル流の強化は、言い換えれば単一方向の吸入空気の流速の増加に繋がり、燃焼室内の吸入空気又は燃料を含んだ吸入空気の流速を上げずにその乱れを助長して燃焼速度を速め、良好な燃焼を得るには適していない構造となっている。
解決しようとする課題は、燃焼室内の吸入空気又は燃料を含んだ吸入空気の流速を大きく上げることなくその乱れを助長して燃焼速度を速め、良好な燃焼を得るようにする点である。 The problem to be solved is that the intake air in the combustion chamber or the intake air containing fuel does not greatly increase the flow velocity of the combustion chamber to promote the turbulence, thereby increasing the combustion speed and obtaining good combustion.
本発明の請求項1に係るエンジンの燃焼室構造は、燃焼室を形成するシリンダヘッドにカムシャフトにより往復動される2つの吸気バルブと1つ又は2つの排気バルブとが配されるエンジンの燃焼室構造において、前記カムシャフトの軸線に垂直な軸線の方向には前記吸気バルブに近接する前記シリンダヘッドの内壁の所定範囲に延在し、且つ、前記カムシャフトの軸線の方向には前記シリンダヘッドの内壁から前記吸気バルブの傘部の外周縁近傍まで突設する突条壁を形成し、該突条壁は前記カムシャフトの軸線に対して垂直に交わる前記燃焼室の中心軸に対して互いに対称をなすようにしたもので、このような構造をなす突条壁は、排気ポート開口部側に流れを誘起するように作用し、吸気バルブ外周のうち、突条壁を避けて、燃焼室略中央側と、外周縁との間の所定隙間からそれぞれ流入した吸入空気の流れが、吸気バルブの傘部の中央に向かって巻き戻り、強く小径のタンブル、逆ダンブル状の循環流を生成することができ、その強く小径のタンブル、逆ダンブル状の循環流は渦径が小さく比較的強いために圧縮行程中も維持残存する結果、燃焼室内の吸入空気又は燃料を含んだ吸入空気の流速を大きく上げることなく、燃焼室内に安定的に適度な乱れを生成させることによりサイクル間の安定性を高め、複数サイクル間にわたる平均した燃焼速度の高い、すなわち一般的に言われる燃焼速度の高い、より良好な燃焼を得ることができる。
The combustion chamber structure of an engine according to
本発明のエンジンの燃焼室構造は、シリンダヘッドの内壁の適宜位置に突条壁を設けることにより、燃焼室内にタンブル流に加えて吸気バルブ直下に小径のタンブル流と逆タンブル流とを生成させ、燃焼室内に安定的に適度な乱れを生成させることによりサイクル間の安定性を高め、複数サイクル間にわたる平均した燃焼速度の高い、より良好な燃焼を得ることができる利点がある。 In the combustion chamber structure of the engine of the present invention, a rib wall is provided at an appropriate position on the inner wall of the cylinder head to generate a tumble flow and a reverse tumble flow directly below the intake valve in addition to the tumble flow in the combustion chamber. There is an advantage that it is possible to improve the stability between cycles by stably generating appropriate turbulence in the combustion chamber, and to obtain better combustion with a high average combustion speed over a plurality of cycles.
本発明の第1の実施の形態に係るエンジンの燃焼室構造を図1,2を参照して説明する。
本燃焼室構造は、図1,2に示すように、燃焼室1を構成するシリンダヘッド2に2つの吸気バルブ3と2つの排気バルブ(図示せず)とが配され、これらバルブで囲まれる上記シリンダヘッド2の上壁中央に点火プラグ(図示せず)が配される構造をなし、シリンダヘッド2に成形された吸気ポート4a,4bの一方端部で、燃焼室1に臨むシリンダヘッド2の開口口にバルブシート5a,5bがそれぞれ取着され、また、排気ポート6a,6bの一方端部で、燃焼室1に臨むシリンダヘッド2の開口口にバルブシート7a,7bがそれぞれ取着され、例えば図2に示すように、吸気ポート4aに配される吸気バルブ3は同図中の矢印方向に上下動し、吸気バルブ3の閉成時には当該吸気バルブ3の傘部3aがバルブシート5aに当接する一方、吸気バルブ3の開成時(同図は最大開成時を示す)には、吸気バルブ3の傘部3aとバルブシート5aとの間に隙間(この隙間をカーテンエリアとも言う。)が生じて、かかる隙間を通過する吸入空気又は燃料を含んだ吸入空気が燃焼室1内に流入するようになっている。
そして、本燃焼室構造においては、各吸気バルブ3のそれぞれに近接するシリンダヘッド2の内壁に、図1に示すように、各吸気バルブ3の傘部3aの外周縁(尚、図1において、この外周縁は、バルブシート5a,5bの外周縁とほぼ一致するとみなしてよい。)との間に所定隙間が形成されるように、本実施の形態ではこれら吸気バルブ3の対称軸をも兼ねる燃焼室1の垂直方向の中心軸Nに対し対称をなし、且つ、互いに独立をなして突条壁8a,8bがそれぞれ突設されている。ところで、燃焼室1の中心軸Nは、当該燃焼室1の水平方向の中心軸(=吸気バルブを往復動させるカムシャフト軸に平行な方向軸)Mに垂直をなすものである。
尚、図2において、9はシリンダヘッド2とともに燃焼室1を構成するシリンダブロックであり、10は、シリンダブロック9内を摺動するピストンである。
An engine combustion chamber structure according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In this combustion chamber structure, as shown in FIGS. 1 and 2, two
In this combustion chamber structure, as shown in FIG. 1, on the inner wall of the
In FIG. 2, 9 is a cylinder block that constitutes the
このような突条壁8a,8bは、吸気バルブ外周から燃焼室1に流入する吸入空気が、排気ポート開口部側に流れを誘起させるべく設けられたこれら突条壁8a,8bを避けて燃焼室1の略中央側に向かう流れと燃焼室1の外周側に向かう流れに別れて流入し、それぞれ吸気バルブの傘部の中央に向かって巻き戻って、強く小径のタンブル、逆タンブル状の循環流を生成するために、以下の条件を満たす範囲に突設させることが必要になる。尚、突条壁8a,8bは、上述のように中心軸Nについて対称となる形状をなしており、ここでは突条壁8aについて説明する。
今、吸気バルブ3が配される吸気ポート4aの中心軸をY軸とし、このY軸に垂直でシリンダヘッド3の内壁に向かう方向軸をX軸とし、吸気バルブ3のバルブリフトの方向軸をZ軸(図2参照)とし、更に、上述のように吸気バルブを往復動させるカムシャフト軸に平行な方向軸、即ち、燃焼室1の水平方向の中心軸をM軸とすると、
まず、突条壁8aが、シリンダヘッド2の内壁に沿って、吸気バルブ3の傘部3aとシリンダヘッド2の内壁との隙間が最短となる当該内壁の位置(図1ではAで示す)と、Z軸上の点を始点としX軸に対し反時計回り方向に60゜をなす半直線が交わる当該内壁の位置(図1ではBで示す)とのうちでY軸により近い方の当該内壁の位置から、Z軸上の点を始点としM軸に対し時計回り方向に45゜をなす半直線が交わる当該内壁の位置(図1ではCで示す)と、Z軸上の点を始点としX軸に対し時計回り方向に45゜をなす半直線が交わる当該内壁の位置(図1ではDで示す)とのうちでX軸により遠い方の当該内壁の位置までの範囲内にあること、そして、Z軸上の点と当該突条壁8aの両端部とをそれぞれ結んで形成される挟角Kが10゜以上をなし、少なくとも一方の上記端部の高さ長がZ軸方向に平行な長さLに換算して吸気バルブ3のバルブ径Dの0.1倍以上となるようにすることである(図2参照)。
尚、突条壁8bについては説明を割愛するが、突条壁8bについても突条壁8aに準ずることはもちろんである。
Now, the central axis of the
First, the
Note that the description of the
この条件を満たす突条壁として、典型例を示したものが本実施の形態に係る図1,2に示した突条壁8a,8bである。
このうち突条壁8aは、図1に示すように、吸気バルブ3の傘部3aの外周縁に対向する側面8a1が円弧状に形成され、この側面8a1と上記外周縁との間に所定隙間が形成される構造をなし、この円弧の両端部(突条壁の両端部)を結ぶ当該円弧の弦線の二等分線が当該突条壁8aの挟角Kの二等分線とほぼ一致するような構造とした場合のもので、当然のことながら、当該円弧状をなす突条壁8aは上記範囲内に形成されていることは言うまでもない。そして、本実施の形態では、この突条壁8aの上面8a2(図1参照)は、図2に示すように、シリンダヘッド2のシリンダブロック9との重ね合わせ面(以下、デッキ面という。)近傍にまで達しており、この突条壁8aの上述した高さ長の、Z軸方向に換算された長さLは、上記条件下で、本実施の形態ではデッキ面から吸気バルブ3の最大開成時の下降量に略等しい長さとなっている。
A typical example of the projecting wall satisfying this condition is the projecting
Among
このような突条壁8a,8bが突設された燃焼室1内では、例えば吸気バルブ3の開成時に吸気ポート4aから燃焼室1内に流入した吸入空気又は燃料を含んだ吸入空気の流れは、図1中の矢印で示すような流れとなって、吸気バルブ側及び排気バルブ側の両方に分かれて流入される。この流れの様子を燃焼室1の側断面方向から視ると、図2中の矢印で示すような流れを生じ、このうち符号イの流れは吸気バルブ側に生成される小径の逆タンブル流を、また、符号ロの流れは排気バルブ側に生成される小径のタンブル流を示し(以下、符号イと符号ロとを合わせて双子渦と称する。)、符号ハ及び符号ホの流れは燃焼室1内全体にわたり生成されるタンブル流を、符号ニの流れは燃焼室1内全体にわたり生成される逆タンブル流を示している。このような流れの生成により、燃焼室1内の吸入空気又は燃料を含んだ吸入空気の流速を大きく上げずにその乱れを助長して燃焼速度を速め、良好な燃焼を得ることができる。
In the
ところで、本実施の形態に係る突条壁8a及び突条壁8bのうち、例えば突条壁8aは、吸気バルブ3の傘部3aの外周縁に対向する側面8a1が円弧状に形成されたものであったが、図3に示すように、突条壁8a,8bに代えて突条壁15a,15bとしてもよい。かかる突条壁15a,15bのうち、例えば突条壁15aは、突条壁8aの円弧状側面8a1を直線状側面15a1としたものであり、この側面15a1の両端部(突条壁の両端部)の略中央で吸気バルブ3の傘部3aの外周縁との間に所定隙間が形成されるような構造とした場合のものであり、このような場合のものにあっても、燃焼室1内にタンブル流に加えて吸気バルブ直下に双子渦を生成することができることはもちろんである。尚、図3において、図1,2の構成要素と同一のものには同一番号を付し、その説明は割愛する。
Meanwhile, among the
次に、本発明の第2の実施の形態に係る燃焼室構造を図4を参照して説明する。尚、これら図4において、図1〜3の構成部材と同一のものには同一番号を付し、その説明は割愛する。
本燃焼室構造においては、燃焼室20に当該燃焼室20の垂直方向の中心軸Nに対し対称をなし、且つ、互いに独立をなして突条壁21a,21bを突設させた構造をなすものである。尚、突条壁21a,21bは、上述のように中心軸Nについて対称となる形状をなしており、ここでは突条壁21aについて説明する。
この突条壁21aは、本燃焼室構造のように吸気バルブ3等のバルブと燃焼室20の内壁との間隔が大きい場合に効果的である。
このような突条壁21aは、上記条件を満たす範囲内で、吸気バルブ3が配される近傍の、燃焼室20の内壁の隅R部の一つに突設され、吸気バルブ3の傘部3aの外周縁に対向する側面21a1が円弧状に形成されてこの側面21a1と上記外周縁との間に所定隙間が形成されるが、この突条壁21aの上面21a2の面積が小さくなること等から突条壁21aのマスが小さくなる。このため、圧縮比をあまり上げたくないような場合に好適である。
Next, a combustion chamber structure according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4, the same components as those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
In this combustion chamber structure, the
The
Such a
次に、本発明の第3の実施の形態に係る燃焼室構造を図5を参照して説明する。尚、これら図5において、図1〜4の構成部材と同一のものには同一番号を付し、その説明は割愛する。
本燃焼室構造においては、燃焼室30に当該燃焼室30の垂直方向の中心軸Nに対し対称をなし、且つ、互いに独立をなして突条壁31a,31bを突設させた構造をなすものである。尚、突条壁31a,31bは、上述のように中心軸Nについて対称となる形状をなしており、ここでは突条壁31aについて説明する。
この突条壁31aは、本燃焼室構造のように燃焼室30の中心軸M付近の内壁(図中の矢印で示すところ)が大きくえぐられた形状をなすものの場合に効果的である。
このような突条壁31aは、上記条件を満たす範囲内で、燃焼室30の中心軸M付近の内壁に突設され、吸気バルブ3の傘部3aの外周縁に対向する側面31a1が円弧状に形成されてこの側面31a1と上記外周縁との間に所定隙間が形成されるが、この突条壁31aの上面31a2の面積が大きくなること等から突条壁31aのマスが大きくなる。このため、圧縮比を大きく高めても問題がないような場合に好適である。
Next, a combustion chamber structure according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the same components as those in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
In this combustion chamber structure, the
This
Such a
次に、本発明の第4の実施の形態に係る燃焼室構造を図6を参照して説明する。尚、これら図6において、図1〜5の構成部材と同一のものには同一番号を付し、その説明は割愛する。
本燃焼室構造においては、上記燃焼室1の内壁の、上記突条壁15a,15bが突設されたところとほぼ同一のところに当該燃焼室1の中心軸Nに対し対称をなし、且つ、互いに独立をなして突条壁40a,40bを突設させた構造をなすものであるが、突条壁40a,40bの形状が上記突条壁15a,15bのそれと一部異なっている。尚、突条壁40a,40bは、上述のように中心軸Nについて対称となる形状をなしており、ここでは突条壁40aについて説明する。
かかる突条壁40aは、突条壁15aと比較すると、この突条壁15aの上面15a2がデッキ面近傍にまで達していたが、当該突条壁40aの上面40a2はデッキ面より低くなるように形成され、また、当該突条壁40aの直線状側面40a1の両端部からシリンダヘッド2の内壁にそれぞれ至る稜面40a3は当該内壁に対し60゜ぐらい傾斜する傾斜面で形成されており、そのため、当該突条壁40aに角張った部分が少なくなっている。このため、本燃焼室構造のものは、ノッキングが発生し易いエンジンに好適である。但し、燃焼室1内にタンブル流に加えて吸気バルブ直下に双子渦を生成させる能力は若干劣る。
Next, a combustion chamber structure according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the same components as those in FIGS. 1 to 5 are designated by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
In the present combustion chamber structure, the inner wall of the
ところで、上述した第1〜4の実施の形態に係る燃焼室構造において、例えば第1の実施の形態の突条壁8a,8bは、各吸気バルブ3のそれぞれに近接するシリンダヘッド2の内壁に、燃焼室1の中心軸Nに対し対称をなし、且つ、互いに独立をなしてそれぞれ突設されるものであったが、例えば図7に示すように、両吸気バルブ3に挟まれたところで、且つ、シリンダヘッド2の内壁寄りのところに一つの突条壁50を設け、この突条壁50の、両吸気バルブ3の傘部3aの外周縁にそれぞれ対向する円弧状の側面50a,50bと当該外周縁との間に所定隙間が形成されるようにしたものであってもよく、吸気ポートの主流がシリンダ内側を向いているような場合に有効である。
尚、場合によっては、例えば突条壁8a,8bなどと突条壁50とが組み合わせて設けられた燃焼室構造としてもよいことはもちろんである。
Incidentally, in the combustion chamber structures according to the first to fourth embodiments described above, for example, the
In some cases, for example, a combustion chamber structure in which the
本発明のエンジンの燃焼室構造は、燃焼室を構成するシリンダヘッド内壁の適宜な位置に突条壁を設けるだけで、燃焼室内にタンブル流に加えて双子渦を吸気バルブ直下に生成することができるようになるので、広範囲での利用価値が高いと言える。 The combustion chamber structure of the engine according to the present invention can generate a twin vortex directly below the intake valve in addition to the tumble flow in the combustion chamber only by providing a protrusion wall at an appropriate position on the inner wall of the cylinder head constituting the combustion chamber. It can be said that the utility value in a wide range is high.
1,20,30 燃焼室
2 シリンダヘッド
3 吸気バルブ
3a 傘部
8a,8b 突条壁
15a,15b 突条壁
21a,21b 突条壁
31a,31b 突条壁
40a,40b 突条壁
50 突条壁
K 挟角
Y軸 吸気バルブが配される吸気ポートの中心軸
X軸 Y軸に垂直でシリンダヘッドの内壁に向かう方向軸
Z軸 吸気バルブのバルブリフトの方向軸
M軸 燃焼室の水平方向の中心軸(=吸気バルブを往復動させるカムシャフト軸に平行な方向軸)
N軸 燃焼室の垂直方向の中心軸
1,20,30
N axis Vertical axis of combustion chamber
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