JPH04112919A - エンジンの燃焼室構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、１気筒あたり３個の吸気弁を有するエンジン
の燃焼室構造に関するものである。

（従来の技術） 従来より、例えば特開昭６２−７８４５３号公報に見ら
れるように、エンジンの各気筒に３個の吸気弁を円周に
沿って配設して吸気効率を高めるようにした技術が公知
である。

また、燃焼性を改善することからピストン上死点におけ
るピストン頂部と燃焼室のシリンダヘッド下面との間隙
を狭く形成して、ピストン上昇時にスキッシ二流を発生
させる技術もよく知られている。

（発明が解決しようとする課題） しかして、前記のように各気筒に３個の吸気弁を設置し
たエンジンで、スキッシュによって低回転、部分負荷領
域の燃焼性を向上する際に、ピストンと吸排気弁との干
渉を防止することから吸気ポートもしくは排気ポートの
開口していない部分のシリンダヘッド底面を利用してス
キッシュゾーンを形成するようにした場合には、各部の
スキッシュゾーンは狭く分散していることから、全体と
してのスキッシュによる燃焼改善効果か安定せず低いも
のとなる。

特に、３個の吸気弁が設置されたエンジンでは燃焼室に
対する吸気ポートの開口面積が大きく、吸気量の少ない
低速低負荷域等では吸気流速が小さくなって燃焼性か不
安定となる問題を有する。

また、３個の吸気弁のうち中央の吸気弁によって開閉さ
れる吸気ポートから供給される燃料は、燃焼室の中心部
分に向かう吸気の流れによって点火プラグの方向に流入
し、この点火プラグに気化前の燃料が付着して着火性が
低下する問題を有する。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、３個の吸気弁を配設
したエンジンに効果的にスキッシュゾーンを形成して燃
焼性を改善するとともに点火プラグの着火性を確保する
ようにしたエンジンの燃焼室構造を提供することを目的
とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明のエンジンの燃焼室構造
は、１気筒あたり３個の吸気弁が円周に沿って設置され
、各吸気弁によって吸気ポートの燃焼室側開口の開閉を
行うについて、中央に配置された吸気ポートの燃焼室側
開口を含み両側の吸気ポートの燃焼室側開口に向けて延
びる位置に、ピストン上昇時にピストントップ面と燃焼
室上面とが近接するスキッシュゾーンを形成して構成し
たものである。

また、前記３個の吸気ポートにそれぞれ燃料を噴射する
燃料噴射ノズルを備え、中央配置の吸気弁の開時期を両
側の吸気弁の開時期より遅い時期に設定するのが好まし
い。

（作用） 上記のような燃焼室構造では、中央配置の吸気ポートの
燃焼室側開口を含み両側の吸気ポートの燃焼室側開口に
向けて延びる位置にスキッシュゾーンを形成し、圧縮行
程におけるピストンの上昇時に、ある程度の広さのスキ
ッンユゾーンからエアを反対の排気弁側に押出して強い
スキッシュを発生させ、低吸気量域での燃焼性を改善す
るようにしている。

また、両側の吸気ポートからの吸気の流入は、クリアラ
ンスの狭いスキッシュゾーンとは反対側に流れるように
方向付けられ、ピストンの下降移動に伴って上下方向に
吸気が旋回するタンブル流が形成されやすく吸気のミキ
シングを向上して高負荷時の燃焼効率が高まる。さらに
、吸気側にスキッシュゾーンを形成し、燃焼室形状が比
較的燃焼しやすい排気弁側に多くの容積を持つことから
、燃焼速度が速くなって燃焼効率が向上し、燃費性能を
改善している 一方、各吸気ポートに対してそれぞれ燃料噴射ノズルか
ら燃料を供給し、中央配置の吸気弁の開時期を遅らせる
と、中央の吸気ポートに供給された燃料は、吸気行程の
初期に吸気弁が開作動するのに伴って吸気と共に燃焼室
に流入するか、この流入燃料はピストンの下降に伴い近
接していたスキッシュゾーンが拡大することによって生
じる下向きの吸気流れに沿って流動し、点火プラグに液
状で付着するのが防止されて着火性を確保し、燃焼の安
定が得られる。また、中央の吸気弁の開時期を遅らせる
ことで上死点近傍でのピストンと吸気弁との干渉を回避
して、上死点でのスキッシュゾーンの間隙を小さくして
スキッシュの強化が得られる。

（実施例） 以下、図面に沿って本発明の詳細な説明する。

第１図には一実施例のエンジンにおける燃焼室の吸排気
弁およびスキッシュゾーンの配置例を示している。

エンジンＥの燃焼室１０上面すなわち後述のシリンダヘ
ッド２の底面において、略円形の燃焼室１０の吸気側に
３個の吸気弁３，４．５か排気側に２個の排気弁６，７
がそれぞれ配設され、中心部には点火プラグ９（プラグ
ホール３８）か配設される。吸気側の中央における中央
吸気弁３により中央吸気ポート１３の燃焼室側開口１３
ａが開閉され、その両側の対称位置における側部吸気弁
４．５により側部吸気ポート１４．１５の燃焼室側開口
１４ａ、１５ｇがそれぞれ開閉され、排気側の両側にお
ける排気弁６，７により排気ポート１６．１７の燃焼室
側聞口１６ａ、１７ａが開閉される。そして、上記吸気
弁３〜５（吸気ポート１３〜１５）と排気弁６，７（排
気ポート１６゜１７）とは、燃焼室１０の円周上に略等
間隔で配置され、排気弁６，７は吸気弁３〜５より小径
に形成されている。

上記のような吸気弁３〜５および排気弁６．７の配置に
対して、後述のピストントップ面１１ａと燃焼室１０の
上面とが近接してスキッシュを生成するスキッシュゾー
ンＳは第１図に斜線で示すように、中央吸気弁３によっ
て開閉される前記中央吸気ポート１３の燃焼室側聞口１
３ａを含み、その両側の側部吸気ポー）１４，１５の燃
焼室側開口１４ａ、１５ａに向けて延び、側部吸気弁４
゜５とは干渉しない範囲に形成されている。すなわち、
上記スキッシュゾーンＳは、中央吸気弁３の頭部全体を
覆う中央部と、該中央吸気弁３と側部吸気弁４，５との
間の延長部で形成される。

この実施例でのスキッシュゾーンＳは、ベントルーフ形
状の燃焼室１０における閉状態の中央吸気弁３およびそ
の両側のポート間シリンダヘッド底面２ａに対して近接
するように、ピストン１１のトップ面１１ａを上方に突
出して形成したものである。その詳細構造を第２図ない
し第５図に示し、バルブタイミングを第６図に示す。こ
のエンジンＥは、例えば直列４気筒エンジンで、１つの
シリンダのみを代表して示している。

これらの図において、１はシリンダブロック、２はシリ
ンダブロック１上に配設されたシリンダヘッド、１２は
このシリンダヘッド２の上に配設されたカムハウジング
である。

上記シリンダブロック１にはシリンダ１ａが形成され、
このシリンダ１ａにはピストン１１が摺動自在に嵌挿さ
れている。また、シリンダヘッド２には２つの傾斜壁を
有するベントルーフ形の燃焼室１０が形成され、３個の
吸気弁３〜５は平行に配設されている。

上記シリンダヘッド２のシリンダボア左側部には燃焼室
１１に新気を導く前記３個の中央および側部吸気ポート
１３〜１５か、その下流端の燃焼室側開口１３８〜１５
ａが上記燃焼室１０の左側の傾斜壁に独立して開口し、
上流端が集合してシリンダヘッド２の左側壁に開口する
ように設けられている。また、シリンダヘッド２のシリ
ンダボア右側部にはシリンダ１ａの排気を導く２つの排
気ポート１６．１７が設けられ、その一端の燃焼室側開
口１６ａ、１７ａが燃焼室１０の右側の傾斜壁に独立し
て開口し、他端が集合してシリンダヘッド２の右側壁に
開口するように設けられている。

上記シリンダヘッド２には、前記中央および側部吸気ポ
ート１３〜１５の燃焼室側開口１３８〜１５ａをそれぞ
れ開閉する前記３個の中央および側部吸気弁３〜５が設
けられ、各吸気弁３〜５はバルブスプリング２１によっ
て閉弁方向に付勢されている。３個の吸気弁３〜５は、
外側（左側）に傾斜し、弁軸が互いに平行になるように
配設されている。また、前記両排気ポート１６．１７の
燃焼室側開口１６ａ、１７ａをそれぞれ開閉する２つの
排気弁６，７が設けられ、バルブスプリング２２によっ
て閉弁方向に付勢されている。

一方、前記ピストン１１は、第２図に断面を第３図に頂
面形状を示すように、前記スキッシュゾーンＳの形状に
相当する範囲のピストントップ面１１ａが上方に突出し
た突出部２３を有し、この突出部２３のトップ面２３ａ
はピストン円周部からピストン中心側が高くなるように
前記ベントルーフ燃焼室１０の左側の傾斜壁に沿って傾
斜した斜面に形成されている。

そして、この突出部２３のトップ斜面２３ａは、第２図
に示すピストン上死点において、閉状態の中央吸気弁３
の頭部および両側のシリンダヘッド底面２ａに微小間隙
をもって近接する寸法に形成されている。

また、上記突出部２３以外のピストントップ面１１ａの
中心部には、周縁が下方に傾斜したテーパ面２４ａによ
って平坦状に形成されたリセス部２４が設けられている
。前記突出部２３からリセス部２４の中心平坦面にかけ
ては角度が急な落込み面２３ｂに形成されている。

次に、前記吸気弁３〜５および排気弁６，７の動弁機構
について説明する。カムハウジング１２の左側および右
側には、エンジンＥの前後方向に延びる吸気専用および
排気専用のカムシャフト２８．２９かそれぞれ配設され
ている。両カムシャフト２８．２９は、エンジン出力軸
（図示省略）により、吸気カムシャフト２８は第２図で
時計方向に、排気カムシャフト２９は反時計方向に回転
駆動される。上記吸気カムシャフト２８には各吸気弁３
〜５に対応して３個の吸気カム２８ａか一体形成され、
排気カムシャフト２９には各排気弁６．７に対応して２
つの排気カム２９ａが一体形成されている。

そして、上記各吸気弁３〜５は、吸気カムシャフト２８
によりスイングアーム３１を介して駆動される。すなわ
ち、シリンダヘッド２には公知の油圧式ラッシュアジャ
スタ３２が設けられ、前記スイングアーム３］の一端が
油圧式ラッシュアジャスタ３２の支持部に乗り、他端か
吸気弁３〜５の弁軸端部上に乗るようにそれぞれ設けら
れている。また、スイングアーム３１の中途部のローラ
３１ａが前記吸気カム２８ａに下方からそれぞれ接触し
ている。前記吸気カムシャフト２８が回転すると、吸気
カム２８Ｈのリフト量に応じてスイングアーム３１がラ
ッシュアジャスタ３２側の端部を支点として上下に揺動
し、吸気弁３〜５が開閉動する。

なお、中央に配置された中央吸気弁３では、第２図に示
すようにラッシュアジャスタ３２がこの吸気弁３よりシ
リンダ中心側に配設され、両側の側部吸気弁４，５では
、第４図に示すようにラッシュアジャスタ３２か吸気弁
４，５に対してシリンダ外側に配置されている。

また、排気弁６，７も排気カムシャフト２９によりスイ
ングアーム３３を介して駆動される。その機構は上記吸
気弁３〜５の場合と同様にスイングアーム３３を支持す
る油圧式ラッシュアジャスタ３４を排気弁６，７よりシ
リンダ外側に備え、排気カムシャフト２９が回転すると
、排気カム２９ａのリフト量に応じてスイングアーム３
３のローラ３３ａが上下動を行い、これによってスイン
グアーム３３がラッシュアジャスタ３４側の端部を支点
として上下に揺動し、排気弁６，７か開閉する。

上記動弁機構による吸気弁３〜５および排気弁６．７の
開閉タイミングは、第６図に示すように、エンジンＥの
回転に伴うクランク角の変動に対し、排気行程から吸気
行程に移行する上死点ＴＤＣ近傍で両排気弁６，７（両
側で同一特性）は上死点ＴＤＣを過ぎた閉時期ＥＣに閉
じる一方、両測部吸気弁４，５はこの上死点ＴＤＣより
前の開時期１０２で開き始めるが、中央吸気弁３は上死
点ＴＤＣの開時期１０．で開き始めるように遅れた開時
期に設定されている。

これにより、ピストン１１が最も上昇した上死点ＴＤＣ
で中央吸気弁３は閉状態を保持し、スキッシュゾーンＳ
のピストントップ面１１ａ　（突出部２３の斜面２３ａ
）と燃焼室１ｏの上面との間隙（スキッシュクリアラン
ス）を小さく設定してスキッシュを強化している。

なお、第２図に示すように、前記カムハウジング１２か
らシリンダヘッド２を貫通してプラグホール３８が設け
られ、燃焼室１１の中心部に望んで点火プラグ９が取り
付けられている。

また、第５図には吸排気ポート１３〜１７の平面構造を
模式的に示すものであり、各吸気ポート１３〜１５が集
合した上流側部分のシリンダヘッド２には燃料噴射ノズ
ル４１が配設され、この燃料噴射ノズル４１は下流側の
各吸気ポート１３〜１５が隔壁２ｂによって互いに独立
した部分に対してそれぞれ燃料を噴射供給する。この燃
料噴射ノズル４１は、先端の噴孔が各吸気ポート１３〜
１５に向いて３個形成されて、燃料の噴射方向が３方向
に設定されている。なお、各吸気ポート１３〜１５にそ
れぞれ燃料噴射ノズルを配設してもよい。

上記のような実施例の作用を説明すれば、３本の吸気弁
３〜５を傾斜してかつ互いに平行に配設してベントルー
フ形状の燃焼室１０を形成しつつ、ピストン］１のトッ
プ面１１ａの一部に突出部２３を設け、中央吸気ポート
１３の燃焼室側聞口１３ａを含みその両側吸気ポート１
４．１５の燃焼室側開口１４ａ、１５ｇに向けて延びる
スキッシュゾーンＳを設けたことにより、３個の吸気弁
３〜５による吸気効率の向上とベントルーフ形状燃焼室
１１による燃焼性とを確保しつつ、ある程度の広さのス
キッシュゾーンＳを形成して強いスキッシュを発生させ
て、低吸気量域での燃焼性を改善することができる。

また、両側の吸気ポート１４．１５からの吸気の流入は
、クリアランスの狭いスキッシュゾーンＳで阻害されて
排気側に流れるように方向付けられ、ピストン１１の下
降移動に伴って上下方向に吸気が旋回するタンブル流が
形成されやすく、吸気のミキシングを向上して高負荷時
の燃焼効率が高まる。特に、両側の吸気ポート１４．１
５にスキッシュゾーンＳがかからないように形成してい
ることで、側部吸気弁４，５は中央吸気弁３より早く開
くように設定し、この側部吸気弁４，５の開弁初期にお
いては背部側がピストン突出部２３によって覆われ、吸
気の流入が排気側に流れるように規制されてタンブル流
の方向付けが行える。

一方、燃料噴射ノズル４１により各吸気ポート１３〜１
５に対してそれぞれ燃料を供給し、中央配置の吸気弁３
はスキッシュゾーンＳ内に位置し、しかもその開時期を
遅らせていることから、中央の吸気ポート１３に供給さ
れた燃料か吸気と共に燃焼室１０に流入する際に、ピス
トン１１の下降に伴い近接していたスキッシュゾーンＳ
が拡大することによって生じる下向きの吸気流れにより
、ピストン突出部２３の落込み面２３ｂに沿ってリセス
部２４内に流入するように流動し、点火プラグ９に直接
付着するのを回避し着火性を確保している。

さらに、中央の吸気弁３の開時期を遅らせることで上死
点近傍でのピストン１１と吸気弁３との干渉を回避して
、上死点でのスキッシュゾーンＳの間隙を小さくして圧
縮行程でのスキッシュを強化することができ、前記吸気
行程でのタンブル流とによって広い運転領域での燃焼安
定性を得ることができる。

上記実施例の変形例として、第１図に鎖線Ａで示すよう
に、スキッシュゾーンＳの形成領域を両側の吸気弁４，
５に一部かかるように広げてもよい。この場合には、両
側の側部吸気弁４，５の開時期は中央吸気弁３と同様に
上死点以降に開いてスキッシュクリアランスを小さくす
るのが好ましい。

なお、前記実施例では３本の吸気弁３〜５を斜めにかつ
互いに平行に配設してベントルーフ燃焼室１０を形成し
ているが、中央吸気弁を直立配設すると共に各吸気弁を
吸気カムシャフトの吸気カムによってダイレクトに駆動
し、スキッシュゾーンＳのシリンダヘッド底面を平坦に
形成し、これに対応してピストントップ面を平坦に形成
するようにしてもよい。この場合には、スキッシュゾー
ンＳを形成する上下面か平坦であることからその加工精
度が高くなり、スキッシュクリアランスか安定し燃焼改
善効果も安定する。

（発明の効果） 上記のような本発明によれば、１気筒あたり３個の吸気
弁を円周に沿って設置し、中央に配置された吸気ポート
の燃焼室側開口を含み両側の吸気ポートの燃焼室側開口
に向けて延びる位置にスキッシュゾーンを形成したこと
により、強いスキッシュおよびタンブル流を発生させて
燃焼性を改善することができる。また、点火プラグへの
燃料の付着を改善して着火性を確保することができる。

一方、スキッシュゾーン内の吸気弁の開時期を遅らせる
ことでスキッシュクリアランスを小さくして安定して強
いスキッシュを発生させることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるエンジンの燃焼室構
造の吸排気弁およびスキッシュゾーンの配置図、 第２図は具体的構造におけるエンジンの中央吸気弁と排
気弁の部分で切断した断面正面図、第３図はピストンの
平面図、 第４図はエンジンの側部の吸気弁と排気弁の部分で切断
した断面正面図、 第５図はシリンダ周りの平面透視図、 第６図はバルブタイミング図である。 Ｅ・・・・・・エンジン、１・・・・・・シリンダブロ
ック、２・・・・・・シリンダヘッド、３〜５・・・・
・・吸気弁、６，７・・・・・・排気弁、１１・・・・
・・ピストン、ｌｌａ・・・・・・トップ面、Ｓ・・・
・・・スキッシュゾーン、１３〜１５・・・・・・吸気
ポート、１３ａ〜１５ａ・・・・・・燃焼室側開口、２
３・・・・・・突出部、２４・・・・・・リセス部、２
８・・・・・・吸気カムシャフト、４１・・・・・・燃
料噴射ノズル。 第２図 第１図 ｎ 第３

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）１気筒あたり３個の吸気弁が円周に沿って配置さ
   れ、各吸気弁によって燃焼室側開口が開閉される吸気ポ
   ートを有するエンジンにおいて、中央に配置された吸気
   ポートの燃焼室側開口を含み両側の吸気ポートの燃焼室
   側開口に向けて延びる位置に、ピストン上昇時にピスト
   ントップ面と燃焼室上面とが近接するスキッシュゾーン
   を形成したことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
2. （２）前記３個の吸気弁によって燃焼室側開口が開閉さ
   れる各吸気ポートにそれぞれ燃料を噴射する燃料噴射ノ
   ズルを備え、中央配置の吸気弁の開時期を両側の吸気弁
   の開時期より遅い時期に設定したことを特徴とする請求
   項１記載のエンジンの燃焼室構造。