JPH07116944B2 - エンジンの燃焼室構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は燃焼室形状がペントルーフ型となったエンジン
の燃焼室構造に関するものである。

（従来技術） エンジンの高出力化を図る技術の１つとして、吸気ポー
ト等の開口面積を拡大し、あるいは多弁化によって充填
効率を向上する手法がある。このような手法によるとき
は、バルブ面積の自由度の高いペントルーフ型燃焼室を
用いることが有利である。さらに、このペントルーフ型
燃焼室の利点を生かしつつ燃焼性の改善を図る手法とし
ては、ピストンの頂部を燃焼室の形状に沿って膨出さ
せ、この膨出部に凹陥部を設けて、この凹陥部で主燃焼
室を形成し、燃焼室をコンパクトなものとするととも
に、ペントルーフ型燃焼室のルーフ面とピストンとの間
にスキッシュエリアを形成することが知られている（実
開昭59−96323号公報参照）。

ところが、このような燃焼室構造によるときは、ペント
ルーフ型燃焼室稜線方向（２つのルーフ面があわさる稜
線の延びる方向）両端部は、ピストン摺動方向に沿って
延びる直立壁で形成されているため、この直立壁とシリ
ンダ壁面との間においては、スキッシュエリアを形成し
難く、充分なスキッシュ流が得られず、かえってその部
分に未燃焼ガスが残留し、排気ガス中の炭化水素成分が
増大してしまうという問題があった。

この問題を解決するための１つの方法としては、燃焼室
を形成する凹陥部を、膨出部の稜線方向端まで拡大し、
主燃焼室をペントルーフ型燃焼室の直立壁まで拡大する
ことが考えられるが、このような構造で、スワールを生
成させようとすると、凹陥部の異形形状によってスワー
ルが減衰されてしまうという新たな問題が生じる。

そこで、ペントルーフ型燃焼室の稜線方向両端部におけ
る炭化水素成分の増大を防止しつつ、スワールの減衰を
防止するため、本出願人は、特願昭61−128206号明細書
において、ピストンの頂部の膨出部の略中央部に略半球
状の第１凹陥部を設けて主燃焼室を形成するとともに、
その両端に、第１の凹陥部に連続しかつ膨出部の稜線方
向端まで延びる半円筒状の第２の凹陥部を設けて副燃焼
室を形成し、点火プラグを第１の凹陥部の略中央に臨む
ように配設した燃焼室構造を開示している。このような
燃焼室構造によれば、主燃焼室内に所望のスワールを生
成しつつ、スキッシュ流により混合気の混合を促進して
主燃焼室および副燃焼室内における燃焼性を改善し、排
気ガス中の炭化水素成分を低減させることが可能とな
る。

ただしこの構造による場合、副燃焼室には充分にスワー
ルが及ばないので、主燃焼室から副燃焼室に燃料が多く
分散されると、副燃焼室では主燃焼室に比べれば燃料の
気化霧化作用が低くなり、また、主燃焼室の点火プラグ
まわりの成層化が充分に達成されなくなる。従って、よ
り一層の燃焼性向上、炭化水素成分低減のためには、さ
らに改善の余地がある。

（発明の目的） 本発明は上記の事情に鑑み、ペントルーフ型燃焼室にお
いてピストン頂部の膨出部に第１の凹陥部とその両側の
稜線方向に延びる第２の凹陥部とを設けて稜線方向両端
部における炭化水素成分の増大を防止するようにした上
で、第１の凹陥部から第２の凹陥部への燃料の分散を抑
制することにより、燃焼性をより一層改善することがで
きるエンジンの燃焼室構造を提供するものである。

（発明の構成） 本発明の燃焼室構造は、ペントルーフ型の燃焼室に開口
して、この燃焼室内にスワールを生成させる吸気ポート
と、ピストンの頂部に設けられて、上記燃焼室のルーフ
形状に沿って膨出する膨出部と、この膨出部の略中央部
に設けられた略半球状の第１の凹陥部と、上記膨出部の
上記第１の凹陥部の両端に設けられて、第１の凹陥部に
連続しかつ膨出部のっ稜線方向端まで延びる第２の凹陥
部と、上記第１の凹陥部の略中央に臨ませて配設された
点火プラグとを備えるとともに、上記第２の凹陥部を、
ピストン中央に近づくほど深さが浅くなるように形成し
たものである。

この構成によると、上記第２の凹陥部で構成される副燃
焼室によって稜線方向両端部での炭化水素成分の増大が
抑制される一方、この第２の凹陥部の、第１の凹陥部に
連なる側が浅くなっていることにより、第１の凹陥部か
ら第２の凹陥部への燃料の分散が抑制されることとな
る。

（実施例） 第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示し、これらの
図において、１はエンジン本体であって、シリンダブロ
ック２、シリンダヘッド３等で構成されている。このエ
ンジン本体１の各気筒４内にはピストン５が嵌挿され、
このピストンの上方に、後に詳述するペントルーフ型の
燃焼室６が形成されている。この燃焼室６には第１およ
び第２の２つの吸気ポート7,8と、第１および第２の２
つの排気ポート9,10とが開口している。上記両吸気ポー
ト7,8にはそれぞれ吸気弁11（第１吸気ポート７側の吸
気弁は図示せず）が装備され、両排気ポート9,10にはそ
れぞれ排気弁12（第１排気ポート９側の排気弁は図示せ
ず）が設けられている。これらの弁は図外の動弁機構に
よって作動され、それぞれ所定のタイミングで開閉され
るようになっている。

上記各吸気ポート7,8には、吸気通路13に仕切り壁を介
して形成された第１吸気通路13aおよび第２吸気通路13b
がそれぞれ接続され、これらの通路間には、第１および
第２吸気ポート7,8の双方に燃料を噴射する燃料噴射弁1
4が設けられている。そして、この燃料噴射弁14から噴
射された燃料が燃焼室６内の後記第１の凹陥部22で構成
される主燃料室に主に送り込まれるように、燃料噴射弁
14が噴射方向が設定されている。

上記第１吸気通路13aの燃料噴射弁14より上流には、低
負荷時に閉じて高負荷時に開く制御バルブ15が設けられ
ている。そして、低負荷時には、上記制御バルブ15が閉
じられることにより、吸気が第２吸気ポート８から燃焼
室６内に供給されて、スワールＳが生成されるようにな
っている。なお、吸気通路の構造は上記実施例に限定さ
れず、例えば両吸気ポートに通じる吸気通路に制御弁を
設けるとともに、この制御バルブをバイパスする低負荷
用吸気通路を吸気通路の下側に形成し、低負荷時に吸気
がこの低負荷用吸気通路から一方の吸気ポートを通して
燃焼室の周方向に送り込まれるようにしておいてもよ
い。

前記燃焼室６は、この部分のシリンダヘッド３下面が屋
根型に切り込まれて２つのルーフ面20が形成されること
により、ペントルーフ型とされている。また、ピストン
４の頂部には、上記シリンダヘッド３の下面形状に合致
するように膨出する膨出部21が設けられている。

上記膨出部21の略中央部には、略半球状の第１の凹陥部
22が設けられ、この第１の凹陥部22によってコンパクト
な主燃焼室が構成されている。膨出部21の第１の凹陥部
22の両側には、それぞれ、半円筒状の第２の凹陥部23
が、膨出部21の稜線方向（２つのルーフ面が合わさった
稜線の延びる方向）に沿って、その稜線端部にまで至る
ように設けられており、この第２の凹陥部23により、副
燃焼室が構成されている。

とくに上記第２の凹陥部23は、ピストン周辺側では比較
的大きな深さを有し、ピストン中央に近づく程深さが浅
くなるように底部23aが傾斜した形状に形成され、深さ
が最も浅い部分で第１の凹陥部22に連なっている。

上記各凹陥部22,23を除くピストン５の膨出部21とシリ
ンダヘッド３のルーフ面20との間には、スキッシュエリ
ア24（第１図で斜線を付した部分）が形成されている。
また、シリンダヘッド３には、第１の凹陥部22の略中央
に臨む位置に点火プラグ25が取付けられている。

このような構造によると、低負荷時には、制御バルブ15
が閉じられて、吸気が第２吸気ポート８から燃焼室６内
に供給されることによりスワールＳが生成され、このス
ワールＳは圧縮行程において、略半球状の第１の凹陥部
22からなる主燃焼室内に維持される。さらに圧縮行程に
おいてはスキシュエリア24によりスキシュ流が生成さ
れ、第１の凹陥部22内では、上記スワールＳとスキシュ
流とにより、混合気の点火プラグ25まわりの成層化およ
び燃料と空気との混合が促進されて、燃焼性が向上さ
れ、一方、第２の凹陥部23内では、もっぱらスキシュ流
によって混合が図られる。

この場合、膨出部21の稜線方向端部側では上記第２の凹
陥部23が比較的深く形成されているので、第２の凹陥部
を設けない場合や第２の凹陥部全体が浅く形成されてい
る場合と比べると、膨出部21の稜線方向端部に未燃焼ガ
スが残留するという事態が抑制されて、燃焼性が改善さ
れる。また、このように第２の凹陥部23からなる副燃焼
室でも燃焼は行なわれるものの、第１の凹陥部22からな
る主燃焼室と比べるスワールが及ばない分だけ燃料の気
化霧化作用は劣るため、燃料はできるだけ主燃焼室に多
く存在させることが望ましく、成層化のためにもこうす
ることが望ましいが、第２の凹陥部23をピストン中央部
に近づく程浅くすることによってこのような要求も満足
される。つまり、第２の凹陥部23の第１の凹陥部22に連
なる部分が浅くなっていることにより、この部分が堰の
役目を果し、第１の凹陥部22内の燃料が第２の凹陥部23
内に逃げ出すという事態が抑制されることとなる。こう
して、燃焼性がより一層改善されることとなる。

（発明の効果） 以上のように本発明は、ペントルーフ型燃焼室におい
て、ピストン頂部略中央部に設けられた第１の凹陥部の
両側に、稜線方向に延びる第２の凹陥部を設けるととも
に、第２の凹陥部のピストン中央に近い側を浅く形成し
ているため、第１の凹陥部から第２の凹陥部へ燃料が分
散することを抑制し、スワールが生成される第１の凹陥
部に燃料を多く存在させて、気化霧化の促進および成層
化作用を高め、燃料性をより一層向上して排気ガス中の
炭化水素成分を大幅に低減することができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃焼室構造の一実施例についての概略
平面図、第２図は第１図のII−II線に沿った断面図、第
３図は第１図のIII−III線に沿った断面図である。 １……エンジン本体、５……ピストン、６……燃焼室、
7,8……吸気ポート、21……膨出部、22……第１の凹陥
部、23……第２の凹陥部、23a……第２の凹陥部の底
部、24……スキッシュエリア、25……点火プラグ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ペントルーフ型の燃焼室に開口して、この
   燃焼室内にスワールを生成させる吸気ポートと、ピスト
   ンの頂部に設けられて、上記燃焼室のルーフ形状に沿っ
   て膨出する膨出部と、この膨出部の略中央部に設けられ
   た略半球状の第１の凹陥部と、上記膨出部の上記第１の
   凹陥部の両側に設けられて、第１の凹陥部に連続しかつ
   膨出部の稜線方向端まで延びる第２の凹陥部と、上記第
   １の凹陥部の略中央に臨ませて配設された点火プラグと
   を備えるとともに、上記第２の凹陥部を、ピストン中央
   に近づくほど深さが浅くなるように形成したことを特徴
   とするエンジンの燃焼室構造。