JPH08200075A - 内燃機関の燃焼室 - Google Patents

内燃機関の燃焼室

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JPH08200075A
JPH08200075A JP7012666A JP1266695A JPH08200075A JP H08200075 A JPH08200075 A JP H08200075A JP 7012666 A JP7012666 A JP 7012666A JP 1266695 A JP1266695 A JP 1266695A JP H08200075 A JPH08200075 A JP H08200075A
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intake valve
wall
intake
valve
inflow
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JP7012666A
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Mutsumi Kanda
睦美 神田
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B31/00—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い充填効率を確保しつつ強力なタンブル流
を発生させる。 【構成】 シリンダヘッド内壁面３ａの一側に一対の排
気弁６を配置し、シリンダヘッド内壁面３ａの他側に一
対の吸気弁５を配置する。吸気弁５の開口からの吸入空
気の流入を抑制する流入抑制壁１２を排気弁６と反対側
に位置しかつ各吸気弁５の間に位置する各吸気弁８の周
縁部に沿って形成し、排気弁６と反対側に位置しかつ他
方の吸気弁５と反対側に位置する各吸気弁５の周縁部の
周りのシリンダヘッド内壁面部分１４をシリンダボア１
ａよりも外方に膨出させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の燃焼室に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】シリンダヘッド内壁面の一側に一対の排
気弁を配置し、シリンダヘッド内壁面の他側に３個の吸
気弁を配置し、排気弁と反対側に形成される吸気弁の開
口をマスク壁により覆うことによって混合気を排気弁側
に形成される吸気弁開口のみから燃焼室内に流入させ、
それによって燃焼室内に水平軸線回りの旋回流、即ちタ
ンブル流を発生させるようにした内燃機関が公知である
（特開平４−１５９４１９号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述の内燃機関におけ
るように燃焼室内にタンブル流を発生させると燃焼速度
が速められ、斯くして良好な燃焼を得ることができる。
しかしながらこの内燃機関では吸気弁の開口を広範囲に
亘ってマスク壁により覆っているために機関高負荷運転
時に充填効率が低下し、斯くして機関高出力が得られな
いという問題がある。即ち、このようなタンブル流を発
生させるに当って最も重要なことは充填効率の低下を阻
止しつついかにして強力なタンブル流を発生させるかと
いうことにある。
【０００４】ところでこのような内燃機関において充填
効率を向上させる方法としてまず最初に考えられる方法
は吸気弁の弁径を大きくしてマスク壁により覆われてい
ない吸気弁の開口部分を大きくすることである。しかし
ながら吸気弁の弁径を大きくすると云っても限度があ
り、吸気弁の弁径を大きくするだけでは十分に充填効率
を高めることができない。ところが本発明者が実験研究
した結果、タンブル流の強さは燃焼室の中心部に発生す
るタンブル流によって支配され、従って燃焼室の中心部
にタンブル流を発生させることに焦点を絞ってマスク壁
を形成すれば十分に強力なタンブル流を発生しうること
が判明したのである。
【０００５】ところでこのような事実が判明すると燃焼
室の中心部にタンブル流を発生させることだけを考えれ
ばよいことになるので燃焼室内全体にタンブル流を発生
させる場合に比べてマスク壁の寸法を小さくすることが
でき、斯くして充填効率を向上できることになる。この
場合、マスク壁の寸法を小さくすればするほど充填効率
は向上するのでいかなる位置にマスク壁を形成すれば最
小寸法のマスク壁でもって最強のタンブル流を発生させ
ることができるかが焦点となる。
【０００６】一方、このようにマスク壁の寸法を小さく
することができたとしてもマスク壁が設けられている以
上、マスク壁によって覆われている分だけ充填効率が低
下してしまう。従ってこのようにマスク壁の寸法を小さ
くしえたとしても充填効率を更に向上させることを考え
なければならない。本発明はこのような観点に基きなさ
れたものであり、十分に高い充填効率と十分に強力なタ
ンブル流を同時に確保することのできる内燃機関を提供
することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】１番目の発明によれば十
分に高い充填効率と十分に強力なタンブル流を同時に確
保するために、シリンダヘッド内壁面の一側に排気弁を
配置すると共にシリンダヘッド内壁面の他側に一対の吸
気弁を配置し、吸気弁周縁部と弁座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の流入を抑制
する流入抑制壁を吸気弁周縁部の一部に沿って設けた内
燃機関において、排気弁と反対側に位置しかつ各吸気弁
の間に位置する各吸気弁の周縁部に沿って流入抑制壁を
形成し、排気弁と反対側に位置しかつ他方の吸気弁と反
対側に位置する各吸気弁の周縁部の周りのシリンダヘッ
ド内壁面をシリンダボアよりも外方に膨出させている。
【０００８】２番目の発明では１番目の発明において、
抑制壁は各吸気弁の周縁部に沿って両吸気弁の軸線を含
む平面に対して排気弁と反対側からこの平面より最も離
れた吸気弁周縁部まで延びている。３番目の発明では１
番目の発明において、吸気弁のリフト位置にかかわらず
に吸気弁周縁部と流入抑制壁との間隔が一定とされる。
【０００９】４番目の発明では１番目の発明において、
吸気弁のリフト量が増大するにつれて吸気弁周縁部と流
入抑制壁との間隔が増大する。５番目の発明では１番目
の発明において、吸気弁周縁部と流入抑制壁との間を通
ってピストン頂面に向かう吸入空気の流れ方向を排気弁
から離れる方向に偏向せしめる空気流偏向壁をピストン
頂面上に形成している。
【００１０】
【作用】１番目の発明では、吸気弁開口からの吸入空気
の流入を抑制する流入抑制壁を排気弁と反対側に位置し
かつ各吸気弁の間に位置する各吸気弁の周縁部に沿って
形成することにより燃焼室内に十分に強力なタンブル流
が発生する。また、吸気弁の弁径が大きくされ、このと
き吸気弁の開口がシリンダヘッド内壁面の周縁部によっ
て閉塞されないように排気弁と反対側に位置しかつ他方
の吸気弁と反対側に位置する各吸気弁の周縁部の周りの
シリンダヘッド内壁面がシリンダボアよりも外方に膨出
される。
【００１１】２番目の発明では、最小寸法の流入抑制壁
によって最強のタンブル流を発生させるように流入抑制
壁が各吸気弁の周縁部に沿って両吸気弁の軸線を含む平
面に対し排気弁と反対側からこの平面より最も離れた吸
気弁周縁部まで延びている。３番目の発明では、吸気弁
のリフト位置にかかわらずに吸気弁周縁部と流入抑制壁
との間隔が一定であり、従って吸気弁のリフト位置にか
かわらずに流入抑制壁により同程度の吸入空気流入抑制
作用が行われる。
【００１２】４番目の発明では、吸気弁のリフト量が増
大するにつれて吸気弁周縁部と流入抑制壁との間隔が増
大し、従って吸気弁のリフト量が増大するにつれて流入
抑制壁による吸入空気流入抑制作用が弱められる。５番
目の発明では、吸気弁周縁部と流入抑制壁との間を通っ
てピストン頂面に向かう吸入空気の流れ方向が空気流偏
向壁によってタンブル流の流れ方向と同じ方向に偏向さ
れる。
【００１３】
【実施例】図１および図２を参照すると、１はシリンダ
ブロック、２はシリンダブロック１内で往復動するピス
トン、３はシリンダヘッド、４は燃焼室、５はシリンダ
ヘッド３の内壁面３ａの一側に配置された一対の吸気
弁、６はシリンダヘッド内壁面３ａの他側に配置された
一対の排気弁、７はシリンダヘッド内壁面３ａの中央部
に配置された点火栓、８は吸気ポート、９は排気ポート
を夫々示す。なお、図１において破線はシリンダボア１
ａの位置を示している。また、図１において実線１０は
シリンダヘッド３の平坦な最下端面１０ａと、この平坦
な最下端面１０ａ上に形成された凹部１０ｂとの境を示
しており、この凹部１０ｂ内のシリンダヘッド内壁面３
ａ上に吸気弁５、排気弁６および点火栓７が配置されて
いる。
【００１４】図２に示されるように吸気弁５の周縁部と
弁座１１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、即ち混合気
の流入を抑制する流入抑制壁１２がシリンダヘッド内壁
面３ａ上に形成されている。この流入抑制壁１２は図１
に示されるように排気弁６と反対側に位置しかつ各吸気
弁５の間に位置する各吸気弁５の周辺部に沿って延びて
いる。即ち、図１に示される実施例では流入抑制壁１２
は各吸気弁５の周縁部に沿って両吸気弁５の軸線を含む
平面Ｋ−Ｋに対して排気弁６と反対側から平面Ｋ−Ｋよ
り最も離れた吸気弁５の周縁部まで角度θに亘って延び
ている。図１に示される実施例ではこの角度θはほぼ７
５度である。
【００１５】各吸気弁５に対して形成された流入抑制壁
１２は両吸気弁５の間で端部壁１３により互いに連結さ
れており、この端部壁１３は平面Ｋ−Ｋに対して排気弁
６と反対側に位置している。図２に示されるように流入
抑制壁１２は吸気弁５の周縁部からわずかな間隔を隔て
て配置されており、この流入抑制壁１２は吸気弁５の軸
線回りの円筒状をなす。従って図１および図２に示され
る実施例では吸気弁５のリフト位置にかかわらずに吸気
弁５の周縁部と流入抑制壁１２との間隔はほぼ一定とな
る。
【００１６】一方、排気弁６と反対側に位置しかつ他方
の吸気弁５と反対側に位置する各吸気弁５の周辺部の周
りのシリンダヘッド内壁面部分１４はシリンダボア１ａ
よりも外方に膨出している。即ち、図１および図２に示
される実施例では各吸気弁５の周縁部がシリンダボア１
ａを含む円筒面に極めて接近する程度まで各吸気弁５の
弁座が大きくされており、各吸気弁５の周縁部がシリン
ダボアを含む円筒面に近接する領域のシリンダヘッド内
壁面部分１４がシリンダボア１ａよりも外方まで切削削
除されている。
【００１７】吸気弁５が開弁すると吸気弁５と流入抑制
壁１２間からは混合気があまり流入せず、大部分の混合
気は流入抑制壁１２が設けられていない吸気弁５の開口
部分から燃焼室４内に流入する。このとき平面Ｋ−Ｋに
対して流入抑制壁１２と反対側の吸気弁５の開口部分か
ら流入した混合気は図２において矢印Ｓ1 で示すように
排気弁６の下方に向かい、次いで混合気は図２の矢印Ｓ
2 で示すように向きを変えてピストン２の頂面に沿って
流れる。斯くして燃焼室４内には水平軸線周りの旋回
流、即ちタンブル流Ｓ2 が発生する。
【００１８】平面Ｋ−Ｋに対して流入抑制壁１２と反対
側の吸気弁５開口部分以外の吸気弁５開口部分から流入
した混合気はタンブル流の発生に対してほとんど寄与し
ない。即ち、図１において角度βの範囲の各吸気弁５の
開口部分から流入する混合気は互いに反対方向に流れる
のでこれらの混合気はタンブル流の発生にはほとんど寄
与せず、また角度γの範囲の各吸気弁５の開口部分から
流入する混合気は互いに正面衝突するのでタンブル流の
発生には寄与しない。
【００１９】これに対して角度αの範囲の各吸気弁５の
開口部分から流入する混合気は直接排気弁６の下方に向
かうか、或いは互いに衝突した後に排気弁６の下方に向
かうのでこれらの混合気によってタンブル流Ｓ2 が発生
せしめられることになる。これらの混合気によって発生
せしめられるタンブル流Ｓ2 は燃焼室４の中央部に発生
するタンブル流であり、このタンブル流Ｓ2 を発生させ
しかもこのタンブル流Ｓ2 を阻害しないようにすれば燃
焼室４内に強力なタンブル流Ｓ2 を形成できることにな
る。
【００２０】流入抑制壁１２を設けないと角度θの範囲
の吸気弁５の開口部分から流入した混合気はタンブル流
Ｓ2 と逆方向に燃焼室４内を旋回し、斯くしてタンブル
流Ｓ 2 が弱められてしまう。しかしながら図１および図
２に示すように流入抑制壁１２を設けると角度αの範囲
の吸気弁５の開口部分から流入する混合気量が増大する
ためにタンブル流Ｓ2 が増勢され、しかもこのタンブル
流Ｓ2 を弱める混合気流も発生しないので強力なタンブ
ル流Ｓ2 が発生することになる。
【００２１】一方、角度βの範囲および角度γの範囲の
吸気弁５の開口部分から流入する混合気は充填効率の向
上に寄与する。即ち、シリンダボア１ａの外方に膨出し
たシリンダヘッド内壁面部分１４を設けることによって
燃焼室４内に流入する吸入空気量が増大し、斯くして充
填効率を高めることができる。また、平面Ｋ−Ｋに対し
て排気弁６と反対側に流入抑制壁１２を形成することに
よって角度γの範囲の吸気弁５の開口部分からも吸入空
気が流入し、この吸入空気によっても充填効率が高めら
れる。斯くして高い充填効率を確保しつつ強力なタンブ
ル流Ｓ2 を燃焼室４内に発生できることになる。
【００２２】図３に別の実施例を示す。吸気弁５のリフ
ト量が小さいときには流入抑制壁１２によって混合気の
流入を抑制してやらないと多量の混合気が角度θの範囲
の吸気弁５の開口部分から流入してしまう。しかしなが
ら吸気弁５のリフト量が大きくなって吸気ポート８内を
流れる混合気の流速が速くなると吸気ポート８の出口部
において混合気流が吸気ポート８の下壁面から剥離し、
混合気流は排気弁６側の方に向かう。従って流入抑制壁
１２を設けておかなくても角度θの範囲の吸気弁５の開
口部分から流入する混合気量よりも角度αの範囲の吸気
弁５の開口部分から流入する混合気量の方がはるかに多
くなる。従って吸気弁５のリフト量が大きくなったとき
には流入抑制壁１２によってそれほど混合気の流入を抑
制してやらなくてもよく、また混合気の流入を抑制しな
いようにすると充填効率が向上する。
【００２３】そこで図３に示す実施例では流入抑制壁１
２を下方に向けて拡開する円錐面から形成し、吸気弁５
のリフト量が大きくなるにつれて吸気弁５の周縁部と流
入抑制壁１２との間隔が増大するようにしている。ま
た、図４に示す実施例では流入抑制壁１２を二段の円筒
面から形成し、上段の流入抑制壁１２ａに比べて下段の
流入抑制壁１２ｂを吸気弁５の周縁部から離れて配置す
るようにしている。
【００２４】図５および図６に別の実施例を示す。この
実施例では充填効率を向上するために図１および図２に
示される実施例と比べて流入抑制壁１２と吸気弁５の周
縁部との間隔が若干大きくされている。このように流入
抑制壁１２と吸気弁５の周縁部との間隔を大きくすると
図３においてＳ3 で示されるように流入抑制壁１２と吸
気弁５の周縁部との間から混合気が流入し、この混合気
がタンブル流Ｓ2 に正面衝突してタンブル流Ｓ2 を弱め
てしまう危険性がある。
【００２５】そこでこの実施例では吸気弁５下方のピス
トン２の頂面上に混合気流Ｓ3 の流れ方向をタンブル流
Ｓ2 の流れ方向に偏向させるための空気流偏向壁１５を
形成している。この実施例では空気流偏向壁１５は両吸
気弁５の下方をまっすぐに延びている。このようにこの
実施例では空気流偏向壁１５によって混合気流Ｓ3 の流
れ方向を偏向させることによって充填効率を高めつつ強
力なタンブル流Ｓ2 が得られるようにしている。更にこ
の実施例ではピストン２の頂面２ａを凹状にすることに
よってタンブル流Ｓ2 が滑らかに旋回するようにしてい
る。
【００２６】図７および図８に図５および図６の変形例
を示す。この実施例では各吸気弁５から流入する混合気
によって形成されるタンブル流を夫々案内するためにピ
ストン２の頂面上に一対の凹部１６を設け、各吸気弁５
に対して夫々空気流偏向壁１５を形成するようにしてい
る。
【００２７】
【発明の効果】高い充填効率を確保しつつ強力なタンブ
ル流を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリンダヘッドの底面図である。
【図２】図１のII−II線に沿ってみた内燃機関の側面断
面図である。
【図３】別の実施例を示す内燃機関の側面断面図であ
る。
【図４】更に別の実施例を示す内燃機関の側面断面図で
ある。
【図５】更に別の実施例を示す内燃機関の側面断面図で
ある。
【図６】図５のピストンの平面図である。
【図７】図５および図６の変形例を示すピストンの平面
図である。
【図８】図７のVIII−VIII線に沿ってみた断面図であ
る。
【符号の説明】
３ａ…シリンダヘッド内壁面 ５…吸気弁 ６…排気弁 ７…点火栓 １２…流入抑制壁

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダヘッド内壁面の一側に排気弁を
    配置すると共にシリンダヘッド内壁面の他側に一対の吸
    気弁を配置し、吸気弁周縁部と弁座間に形成される開口
    に対面配置されて該開口からの吸入空気の流入を抑制す
    る流入抑制壁を吸気弁周縁部の一部に沿って設けた内燃
    機関において、排気弁と反対側に位置しかつ各吸気弁の
    間に位置する各吸気弁の周縁部に沿って上記流入抑制壁
    を形成し、排気弁と反対側に位置しかつ他方の吸気弁と
    反対側に位置する各吸気弁の周縁部の周りのシリンダヘ
    ッド内壁面をシリンダボアよりも外方に膨出させた内燃
    機関の燃焼室。
  2. 【請求項２】 上記流入抑制壁は各吸気弁の周縁部に沿
    って両吸気弁の軸線を含む平面に対して排気弁と反対側
    から該平面より最も離れた吸気弁周縁部まで延びている
    請求項１に記載の内燃機関の燃焼室。
  3. 【請求項３】 吸気弁のリフト位置にかかわらずに吸気
    弁周縁部と流入抑制壁との間隔が一定である請求項１に
    記載の内燃機関の燃焼室。
  4. 【請求項４】 吸気弁のリフト量が増大するにつれて吸
    気弁周縁部と流入抑制壁との間隔が増大する請求項１に
    記載の内燃機関の燃焼室。
  5. 【請求項５】 吸気弁周縁部と流入抑制壁との間を通っ
    てピストン頂面に向かう吸入空気の流れ方向を排気弁か
    ら離れる方向に偏向せしめる空気流偏向壁をピストン頂
    面上に形成した請求項１に記載の内燃機関の燃焼室。
JP7012666A 1995-01-30 1995-01-30 内燃機関の燃焼室 Pending JPH08200075A (ja)

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JP7012666A JPH08200075A (ja) 1995-01-30 1995-01-30 内燃機関の燃焼室
US08/591,097 US5649513A (en) 1995-01-30 1996-01-25 Combustion chamber of internal combustion engine
DE69600194T DE69600194T2 (de) 1995-01-30 1996-01-29 Brennkammer für Brennkraftmaschine
EP96101214A EP0724072B1 (en) 1995-01-30 1996-01-29 Combustion chamber of internal combustion engine

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EP (1) EP0724072B1 (ja)
JP (1) JPH08200075A (ja)
DE (1) DE69600194T2 (ja)

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