JPH08506404A - 複数のバルブを有する内燃機関の燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、燃焼時間を減少させることによって、エンジン出力を向上できる燃焼室の形状に向けられている。複数のバルブを有する内燃機関の燃焼室は、シリンダーブロックと、シリンダーブロック内で往復運動するピストンと、シリンダーブロック及びピストンとともに燃焼室を形成するシリンダーヘッドと、シリンダーヘッドの底面を形成されたルーフと、燃焼室の中心部を通過する縦座標軸線及び横座標軸線によってルーフに規定される第１、第２、第３及び第４象限と、第１象限に形成されたスパークプラグ装着ホールと、第２象限に形成された排気ポートと、第３象限に形成された第１吸気ポートと、第４象限に形成された第２吸気ポートと、第３及び第４象限にわたって形成された第１スキッシュ・エリアと、第１及び第２象限にわたって形成された第２スキッシュ・エリアとを含む。

Description

【発明の詳細な説明】 複数のバルブを有する内燃機関の燃焼室 発明の背景 発明の分野 本発明は内燃機関の燃焼室に関し、特に、燃焼時間を短縮することによってエ ンジン出力を強化できる燃焼室の形状に関する。 関連技術の説明 一般に、エンジンの出力を増加させるために多くの燃焼室の形状が提案されて きた。 エンジンの出力はエンジンの燃焼状態に従って左右されるので、燃焼室は急速 燃焼（fast burn）を達成するために火炎伝播距離を短縮し、これによって、圧 縮比を増加させて点火進角を可能とする形状としなければならない。 火炎伝播距離を短縮させるためには、燃焼室をコンパクト化することが好まし い。それゆえ、燃焼室をコンパクト化するために、シリンダーブロック及びピス トンヘッドとともに燃焼室を形成するシリンダーヘッドの底面形状を変更するこ とが好ましい。 即ち、シリンダーヘッドの底面をスキッシュ（squish）流れを生じさせるよう に設計することが好ましい。また、点火プラグの位置を燃焼室の設計に応じて適 正に変更す ることが好ましい。 しかしながら、燃焼室の形状はエンジンの出力、熱効率、排気ガス等に影響を 及ぼすが、全ての面において良好な特性を得ることは不可能である。従って、燃 焼室の形状はエンジンのタイプまたは設計目的に応じて設計されるべきである。 エンジンにおいてガスの流れを妨害する要因があれば、強力な乱流を与えるこ とができず、燃焼比は低下する。 発明の概要 本発明の目的は、火炎伝播距離を短縮し、強力な乱流を生じさせることによっ て、燃焼時間を減少させることができる、複数のバルブを有する内燃機関の燃焼 室を提供することにある。 上記目的を達成するために、本発明は、シリンダーブロックと、前記シリンダ ーブロック内で往復運動するピストンと、前記シリンダーブロック及び前記ピス トンとともに燃焼室を形成するシリンダーヘッドと、前記シリンダーヘッドの底 面に形成されたルーフと、前記ルーフの中心部を通過する縦座標軸線及び横座標 軸線によって前記ルーフに規定される第１、第２、第３及び第４象限と、前記第 １象限に形成されたスパークプラグ装着ホールと、前記第２象限に形成された排 気ポートと、前記第３象限に形成された第１吸気ポートと、前記第４象限に形成 された第２吸気ポートと、前記第３及び第４象限にわたって形成された第１スキ ッシュ・エリアと、前記第 １及び第２象限にわたって形成された第２スキッシュ・エリアとを含む複数のバ ルブを有する内燃機関の燃焼室を提供する。 図面の簡単な説明 明細書と一体化し、明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の実施例を図 示しており、説明とともに本発明の原理を説明するに役立つ。 図１は、本発明による燃焼室に適用される内燃機関のシリンダーヘッドを示す 断面図であり、 図２は、本発明の第１実施例による燃焼室のルーフを示す図１のシリンダーヘ ッドの底面図であり、 図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、 図４は、本発明の第１実施例による燃焼室のルーフを示す３次元図面であり、 図５は、本発明の第２実施例による燃焼室のルーフを示す図面であり、 図６は、本発明の第３実施例による燃焼室のルーフを示す図面であり、 図７は、本発明の第４実施例による燃焼室のルーフを示す図面である。 好適実施例の詳細な説明 図１を参照すると、シリンダーヘッド２は、吸気バルブ４によって開閉される 吸気ポート６と、排気バルブ８によって開閉される排気ポート１０とを含む。こ れらのバルブ４，８は一対のロッカーアーム１２，１４とカム 軸１６とを含むバルブ作動手段によって作動する。 シリンダーヘッド２は、シリンダーブロック（図示しない）と、該シリンダー ブロックに形成されたシリンダーボア内で往復運動するピストン（図示しない） とともに燃焼室１８を形成する。 従って、シリンダーヘッド２の底面は燃焼室のルーフになる。ルーフは、その 中央部がシリンダーヘッド２のベース面から最も遠くに位置し、その外縁部がシ リンダーヘッド２のベース面に最も近くに位置するように構成されている。 しかしながら、燃焼室１８のルーフは混合気の流れに大きい影響を及ぼすので 、本実施例においては、混合気の流れに対して抵抗することなく強力な乱流を形 成するように多数のスキッシュ・エリアが形成される。 本発明の第１実施例による燃焼室１８を図示する図２において、本発明の第１ 実施例による燃焼室のルーフは、２つの吸気ポート６，７と、１つの排気ポート １０とを含む３バルブ型エンジンの燃焼室ルーフである。燃焼室１８をシリンダ ーヘッド２のベース面の中央を通過する横座標及び縦座標軸線Ｌ１，Ｌ２を基準 にシリンダーの直径によって規定される円の４つの象限１８０，１８１，１８２ ，１８３に分けると、第１象限１８０にはスパークプラグが装着されるホール２ ０が形成され、第２象限１８１には排気ポート１０が形成され、第３象限１８２ には吸気ポート７が形成され、第４象限１８３には他の 吸気ポート６が形成される。シリンダーヘッドのベース面の中心はシリンダーの 中央軸線と一致する。 燃焼室の外周部にはスキッシュ・エリアが形成される。即ち、第１スキッシュ ・エリア２４は、吸気ポート６の接線Ｃ２と、吸気ポート７の接線Ｃ３と、前記 接線Ｃ２及びＣ３を相互に連結する側端直線２２とともに第３及び第４象限１８ ２，１８３の円周によって規定される。さらに、第２スキッシュ・エリア２６は 、スパークプラグ装着ホール２０と排気ポート１０との間の第１及び第２象限の 円周に形成される。 側端直線２２は、吸気ポート６，７の外側共通接線Ｃよりさらに外側に提供さ れる。 上述したように第１及び第２スキッシュ・エリア２４，２６は燃焼室１８をコ ンパクト化して、火炎伝播を短縮することができる。さらに、燃焼室１８の表面 積を該燃焼室１８の体積に比べて減少することができ、これによって熱損失が減 少する。 スパークプラグ装着ホール２０は横座標軸線Ｌ１に対して角αを有する。該角 αは横座標軸線Ｌ１に対して１度から３度の範囲である。 このような角度を選定する理由は、吸気ポート６の中心部よりスパークプラグ 装着ホールの中心部がより外側に配置されてもスパークプラグの周囲に混合気を 濃く形成するためである。これは希薄燃焼（lean combustion）を可能にして燃 焼時間を減少させる。 さらに、スパークプラグ装着ホール２０の中心部は縦座標軸線Ｌ２から離れて いる。該ホール２０の中心部から縦座標軸線Ｌ２までの距離は排気ポート１０の 中心部から縦座標軸線Ｌ２までの距離より短い。 図３を参照すると、燃焼室には第１及び第２スキッシュ・エリア２４，２６が 形成されて、燃焼室１８の体積に比べて燃焼室１８の表面積を減少することがで きる。 さらに、シリンダーヘッド２に装着されるスパークプラグ２８は、シリンダー ヘッドのベース面に対する傾斜角βが４０度から５０度の範囲となるように傾斜 して、シリンダーの軸線とスパークプラグ２８の長さ方向軸線とがベース面で交 差する、即ち、スパークプラグ２８の長さ方向軸線の延長線はシリンダーの直径 により規定されるベース面円周の中央を通過する。 第１実施例による燃焼室を３次元で示す図４を参照すると、第１仮想軸線Ｓ１ は吸気ポート６を開閉する吸気バルブ４の長さ方向軸線を示し、第２仮想軸線Ｓ ２は吸気ポート７を開閉する他の吸気バルブの長さ方向軸線を示す。 さらに、第３仮想軸線Ｓ３は排気ポート１０を開閉する排気バルブ８の長さ方 向軸線を示す。シリンダーヘッドのベース面に対するスパークプラグの傾斜角は 、シリンダーのベース面に対する各仮想軸線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の傾斜角より小さ い。また、スパークプラグ２８の電極Ｅは燃焼室の中心部に向けて配置されてい る。 従って、燃焼室をコンパクト化することができ、燃焼の間火炎伝播距離を短縮 することができ、また、燃焼室の内壁をラウンド形状にすることができるので、 燃焼室の表面積がその体積に比べて減少し、これによって、熱損失及びＨＣを減 少することができる。さらに、混合気の流れを妨害することなく強力な乱流を生 じさせ、燃焼を早く達成することができる。 特に、スパークプラグ２８は円滑な曲率で囲まれるように装着されるので、熱 損失を減少でき、自由点火度が増加する。 図５は本発明の第２実施例による燃焼室を示す。第３スキッシュ・エリア３０ が第１及び第４象限１８０，１８３にわたってさらに形成される。 第２実施例による燃焼室はスパークプラグ２８をさらに囲む構造となっている ので、第１実施例で説明した燃焼室よりも熱損失をさらに減少することができる 。 図６は本発明の第３実施例による燃焼室を示す。第１スキッシュ・エリア２４ の直線２２は吸気ポート６，７の共通接線Ｃよりもさらに内側に配置され、第３ スキッシュ・エリア３０の対向面には第４スキッシュ・エリア３２がさらに形成 される。 さらに、第３スキッシュ・エリア３０が第２実施例の曲率に比べて大きい曲率 で第２スキッシュ・エリア２６と相互に連結される。この構造によれば、熱損失 がさらに減少し、また、燃焼室をよりラウンド化した形状にコ ンパクト化することができるという利点を有する。 図７は本発明の第４実施例による燃焼室を示す。第１、２及び３実施例の第１ スキッシュ・エリアが直線で形成されているのに対して、第１スキッシュ・エリ ア２４が燃焼室１８の内側へ延在する突出部３４を有する。 この形状は燃焼室をよりラウンド化して乱流生成に好適である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． シリンダーブロックと、 前記シリンダーブロック内で往復運動するピストンと、 前記シリンダーブロック及び前記ピストンとともに燃焼室を形成するシリンダ ーヘッドと、 前記シリンダーヘッドの底面に形成されたルーフと、 前記燃焼室の中心部を通過する縦座標軸線及び横座標軸線によって前記ルーフ に規定される第１、第２、第３及び第４象限と、 前記第１象限に形成されたスパークプラグ装着ホールと、 前記第２象限に形成された排気ポートと、 前記第３象限に形成された第１吸気ポートと、 前記第４象限に形成された第２吸気ポートと、 前記第３及び第４象限にわたって形成された第１スキッシュ・エリアと、 前記第１及び第２象限にわたって形成された第２スキッシュ・エリアと、 を含む複数のバルブを有する内燃機関の燃焼室。 ２． 前記第１スキッシュ・エリアは前記第１及び第２吸気ポートの外側共通接 線よりもさらに外側に形成される請求項１に記載の燃焼室。 ３． 前記スパークプラグ装着ホールは横座標軸線に対して１度から３度の範囲 で傾斜する請求項１に記載の燃 焼室。 ４． 前記スパークプラグ装着ホールは、スパークプラグの長さ方向軸線と前記 燃焼室の中央軸線とがシリンダーブロックの底面において相互に交差するように 傾斜する請求項１に記載の燃焼室。 ５． 前記燃焼室には、前記第１及び第４象限にわたって第１及び第２スキッシ ュ・エリアの間に前記スパークプラグを囲むことができる第３スキッシュ・エリ アがさらに形成される請求項１に記載の燃焼室。 ６． 前記燃焼室には、第２及び第３象限にわたって前記第１及び第２スキッシ ュ・エリアの間に第４スキッシュ・エリアがさらに形成される請求項１に記載の 燃焼室。 ７． 前記第１スキッシュ・エリアは各吸気ポートの外側の共通接線よりもさら に外側に形成される請求項１に記載の燃焼室。 ８． 前記燃焼室に面した前記第１スキッシュ・エリアの一部は直線である請求 項１に記載の燃焼室。 ９． 前記燃焼室に面した前記第１スキッシュ・エリアの一部は曲線である請求 項１に記載の燃焼室。 １０． 前記第４スキッシュ・エリアは前記吸気ポートの外側共通接線よりもさ らに内側に形成される請求項６に記載の燃焼室。 １１． 前記スパークプラグ装着ホールの中心は出口ポートの中心より燃焼室の 中心にさらに近い請求項１に記載の燃焼室。