JPH07122407B2 - 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） 本発明はピストン頂部に凹部を有するボールインピスト
ンを備えたエンジンの燃焼室構造の改良に係り、詳しく
はピストンの頂部に上記凹部を挾んで対向する一対のペ
ントルーフ状隆起部を形成されたエンジンの燃焼室構造
に関する。これは、例えば自動車などに搭載される電子
制御燃料噴射装置付きのガソリンエンジンなどの分野で
利用される。

（従来の技術） 従来より、エンジンの燃焼室構造として、エンジンの燃
焼性を向上させるために、ピストン頂部にペントルーフ
状（屋根型）隆起部を設けて燃焼室をコンパクトに形成
したボールインピストン型の燃焼室構造は知られている
（例えば、実開昭59−96323号公報参照）。

この燃焼室構造は、燃焼室天井壁の、シリンダ列方向と
直交する方向の断面を、ほぼ三角形状のペントルーフ形
状に形成する一方、この燃焼室の下方に位置して燃焼室
の下部を形成するピストンの頂部に、上述のペントルー
フ状隆起部の形状に沿い、かつシリンダ列方向に延びる
スキッシュゾーンをピストン頂部の両側に形成すると共
に、このスキッシュゾーン間に凹部を形成している。こ
れは、ピストンが上昇する圧縮行程で、上記スキッシュ
ゾーンにおいて、混合気にスキッシュ流を発生させて効
果的に攪乱させ、霧気化を促進させる一方、点火・燃焼
行程では、コンパクトに形成された燃焼室により、燃焼
火炎の伝播性を向上させ、燃焼安定性の向上を図ること
ができるようにしたものである。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上述の従来構造においては、ピストン頂部の隆
起部のシリンダ列方向両端部とシリンダヘッド下面との
間に未燃焼ガスが溜り、ハイドロカーボンの排出量が大
となる傾向があった。

そこで、このような問題点を解消するものとして、上記
の凹部をシリンダ列方向に長くしてピストン端部まで延
長した楕円形状に形成すると共に、上記凹部の底部を球
面状に形成し、上記凹部の略中央に点火プラグを配設し
たエンジンの燃焼室構造が本出願人によってすでに提案
されている。

この燃焼室構造にあっては、従来の凹部のシリンダ列方
向両端の隆起部に相当する部分をなくしているので、上
述したような未燃焼ガスの溜り現象がなくなり、ハイド
ロカーボンの排出量が低減される。

ところで、ピストンの圧縮行程で、上記スキッシュ流に
加えて、ピストンの頂部平面に沿って旋回するスワール
流を付与すれば、混合気の攪乱がより効果的に行われ、
霧気化が一層促進され、希薄燃料を使用して燃費の向上
を図り得ると共に、有害なNO_xの発生を抑制でき、燃焼
安定性をより一層向上させることができるということが
確認されている。

ところが、上記のような形状のピストンにあっては、吸
気慣性によるスワール流の流れ方向において上流側の上
記凹部から急にその下流にペントルーフ状隆起部が立ち
上がっているため、これが障壁となってスワール流が減
衰されるという難点がある。

本発明は、このような難点を解消するためになされたも
ので、エンジンの燃焼室をコンパクトに形成すると共
に、スキッシュ流に加えて、ピストンの頂部平面に沿う
スワール流を付与できるようなピストン頂部の形状を有
するエンジンの燃焼室構造を提供することを目的とす
る。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、燃焼
室の天井壁がペントルーフ形状に形成されたエンジンの
燃焼室構造であって、上記燃焼室の内周に沿って回流す
る吸気のスワールを生成するためのスワール吸気ポート
を設け、該スワール吸気ポートを上記ペントルーフ形状
の燃焼室天井壁の一方の斜面に開口させる。そして、ピ
ストンの上面形状を上記燃焼室天井壁に沿うペントルー
フ形状とし、該ピストンの頂部に、上記スワール吸気ポ
ートによる吸気流入方向に対して略直交する方向に長い
凹部を形成し、該凹部の形成によって上記ピストン上面
に、上記凹部の長手方向に沿って延びる一対の稜線を頂
部としかつ上記凹部を挾んで対向する一対のペントルー
フ状の隆起部が形成されるものとする。さらに、各ペン
トルーフ状隆起部の上記長手方向端部側で、かつ上記ス
ワール吸気ポートによるスワール流の流れ方向において
上記凹部側を上流とする一方の端部側に、上記稜線より
低くかつ上記凹部と滑らかにつながる傾斜部を形成した
ものとする。

（作用） これにより、本発明では、吸気流入方向に対して略直交
する方向に長く形成された凹部を挾んで対向し該凹部の
長手方向に沿って延びる稜線を頂部とする一対のペント
ルーフ状隆起部の、スワール流の流れ方向において上記
凹部側を上流とする一方の端部側に、上記稜線より低く
かつ上記凹部と滑らかにつながる傾斜部が形成されてい
るので、スワール流はピストン頂部の上記凹部から傾斜
部に沿って滑らかに隆起部に流れて、吸気慣性で流過す
る混合気の流れが減衰されることがなく滑らかとなり、
スワール流の発生が促進される。

（発明の効果） 本発明のエンジンの燃焼室構造によれば、ピストン頂部
に設けられる凹部を、吸気流入方向に対して略直交する
方向に長く形成する一方、上記凹部を挾んで対向する一
対のペントルーフ状隆起部の、スワール流の流れ方向に
おいて上記凹部側を上流とする一方の端部側に、上記凹
部と滑らかにつながる傾斜部を形成したので、圧縮行程
にて、ピストン頂部において、スキッシュ流に加えて、
スワール流の発生が促進される。したがって、混合気が
効果的に攪乱され、霧気化が促進されることから、燃焼
安定性が向上し、燃費が向上すると共に、ハイドロカー
ボンの発生が抑制される。

（実施例） 以下に、本発明をその実施例に基づき詳細に説明する。

本実施例のエンジンの燃焼室構造は、第１図（ａ）及び
第１図（ｂ）に示すように、ピストン１の頂部に設けら
れる凹部２を吸気流入方向３に対して略直交する方向に
長く形成する一方、上記凹部２を挾んで対向し該凹部２
の長手方向に沿って延びる稜線を頂部とする一対のペン
トルーフ状隆起部4,4の、スワール流５の流れ方向にお
いて上記凹部２側を上流とする一方の端部側に、上記稜
線より低くかつ上記凹部２と滑らかにつながる傾斜部６
が形成されている。

このようなピストン１は、電子制御燃料噴射装置を装備
したエンジンの燃焼室構造に採用される。シリンダ列方
向と直交するＹ−Ｙ断面を示す第２図において、シリン
ダブロック７上にシリンダヘッド８が取付けられ、この
シリンダヘッド８には、燃焼室９と連通する、第３図に
示す２つの吸気ポート10A,10B及び２つの排気ポート11
A,11Bが形成されている。そして、常時開口して燃焼室
９内に吸気のスワール流５を発生させるためのスワール
吸気ポート12が、吸気ポート10Aに近接して設けられ、
ピストン１の頂部にほぼ接してその外周に沿う方向に吸
気を導入させるようになっている。また、上述のシリン
ダヘッド８には、吸気ポート10A,10B及び排気ポート11
A,11Bを適宜開閉制御する吸気弁13及び排気弁14が、バ
ルブガイド15を介して配設されている。上記の吸気ポー
ト10A,10Bには高負荷通路17A,17Bが、スワール吸気ポー
ト12には低負荷通路18がそれぞれ導通される。

前述の燃焼室９の天井壁は、シリンダ列方向と直交する
断面の形状がほぼ三角形状の屋根型をしたペントルーフ
状に形成されていて、その一方の斜面に上記スワール吸
気ポート12が開口している。そして、この燃焼室９の下
方に位置して燃焼室９の一部を形成するピストン１の頂
部には、前述したように、燃焼室９の天井壁に沿うよう
に形成された一対のペントルーフ状隆起部4,4上に、平
面的に見てほぼ三日月形状のスキッシュゾーン16,16が
形成されている（第１図参照）。このスキッシュゾーン
16,16間には、前述したように、凹部２が吸気流入方向
３に対して略直交する方向に長くかつ中央部にやや広が
った長楕円形状をなし、ピストン１の頂部両端縁まで延
び、かつ第１図（ｂ）に示すように、上記楕円の中央部
が深くなる球面状となるように形成されている。そし
て、この凹部２の底部から上記ペントルーフ状隆起部4,
4の一方の端部側にわたり形成される前記傾斜部６に沿
って、スワール流５が減衰することなく隆起部4,4を乗
り越えられるようになっている。なお、凹部２の上部ほ
ぼ中央には、図示しないが、シリンダヘッド８に取付け
られた点火プラグの先端が臨んでいる。

このように構成されるエンジンの燃焼室構造は、第３図
を参照して、低負荷時に以下のように作動する。

低負荷時には、図示しないシャッタ弁が閉じ、高負荷通
路17A,17Bから混合気は流入することなく、吸気行程に
ては、混合気は、低負荷通路18からのみ供給され、スワ
ール吸気ポート12を経て吸気ポート10Aを介して燃焼室
９内に導入される。後述するような霧気化のためのミキ
シングがなされる以前の上記混合気は、ピストン１の頂
部に対して接線方向、かつピストン１の頂部外周に沿う
方向である吸気流入方向３に導入される。そして、吸気
慣性により、ペントルーフ状隆起部4,4の各一端部に形
成された傾斜部6,6に沿って減衰することなく流過し、
ピストン１頂部外周上を燃焼室９の内周に沿って回流す
るスワール流５となる。したがって、混合気は、スワー
ルの回流方向において上流の凹部２と下流の隆起部4,4
とその中間の傾斜部６とにより、上下方向に浮動しつつ
回流するので、効果的にミキシングがなされ、霧気化が
促進される。このスワール流５は、吸気行程から圧縮行
程を経て点火・燃焼行程に移行する直前まで維持され
る。

圧縮行程に移行すると、上記スワール流５に加えて、ピ
ストン１の上昇により、スキッシュゾーン16,16とこれ
に対向する燃焼室９の天井壁との間で混合気が挾圧され
てスキッシュ流が発生し、混合気は、さらに効果的にミ
キシングされ、霧気化が一層促進される。

次いで行われる点火・燃焼行程では、充分に霧気化され
た混合気が点火プラグにより点火され、コンパクトに形
成された燃焼室９内で爆発燃焼するため、火炎の伝播性
がよく、高出力を得ることができる。

このように、本実施例のエンジンの燃焼室構造は、燃焼
安定性が極めて良好であり、燃料を高い空燃比で高圧縮
下に燃焼させ、良好な燃費が得られると共に、NO_xの発
生を低く抑えることができる。

尚、高負荷時の混合気のミキシングの状況は上記と異な
り、高負荷通路17A,17Bから２つの吸気ポート10A,10Bを
介して、大量の混合気が対向流として燃焼室９内に導入
される。

以上は２つの吸気ポート10A,10Bと２つの排気ポート11
A,11Bを有し電子制御燃料噴射装置を備えたエンジンを
例として述べたが、ポートの数や燃料の供給形態の如何
を問わず、本発明を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明のエンジンの燃焼室構造の実施例
に示すピストン頂部の平面図、第１図（ｂ）はその正面
図、第２図はシリンダ列方向に直交する方向における燃
焼室構造の断面図、第３図は作動を説明するためのピス
トン頂部近傍の平面図である。 １…ピストン、２…凹部、４…ペントルーフ状隆起部、
５…スワール流、６…傾斜部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室の天井壁がペントルーフ形状に形成
   されたエンジンの燃焼室構造であって、 上記燃焼室の内周に沿って回流する吸気のスワールを生
   成するためのスワール吸気ポートを設け、該スワール吸
   気ポートを上記ペントルーフ形状の燃焼室天井壁の一方
   の斜面に開口させ、 ピストンの上面形状を上記燃焼室天井壁に沿うペントル
   ーフ形状とし、該ピストンの頂部に、上記スワール吸気
   ポートによる吸気流入方向に対して略直交する方向に長
   い凹部を形成し、該凹部の形成によって上記ピストン上
   面に、上記凹部の長手方向に沿って延びる一対の稜線を
   頂部としかつ上記凹部を挾んで対向する一対のペントル
   ーフ状の隆起部が形成され、 該各ペントルーフ状隆起部の上記長手方向端部側で、か
   つ上記スワール吸気ポートによるスワール流の流れ方向
   において上記凹部側を上流とする一方の端部側に、上記
   稜線より低くかつ上記凹部と滑らかにつながる傾斜部を
   形成したことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。