JPS632009B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関の燃焼室の構造に関し、と
くに端ガスが発生しやすい部位のバルブシートリ
ングの冷却性を向上させてノツキングの発生の抑
制をはかつた燃焼室のポート部位の構造に関する
ものである。

自動車等の車輌用の内燃機関には、低燃費であ
ることが要求される。低燃費を達成するために
は、混合気をリーンにし、高圧縮比状態にして燃
焼させることが効果的である。リーンリミツトを
向上させるには燃焼の安定化をはからなければな
らないが、このために燃焼室内に混合気の渦流や
乱れを発生させるため、吸気ポートを二つ設けて
一方をヘリカルポートにしたり、ピストンやシリ
ンダヘツドに窪みいわゆるリセスを設けてその周
囲に該リセスに対して混合気を押し出すスキツシ
ユエリアを配設することが有効である。また、高
圧縮比化をはかるためにはノツキングの発生を防
止しなければならないが、このために火炎伝幡距
離を縮小するために径の小さなスモールボアエン
ジンとすることが有効である。これらの諸条件を
満足するためには、すなわち、スモールボアエン
ジンにし、燃焼室にスキツシユエリアを設け、吸
気ポートまたは排気ポート等の少なくとも一方を
２個以上設けるためには、同種のポートの一方は
スキツシユエリアに配設せざるを得なくなる。

ところで、スパークプラグまたは予熱栓等の火
炎発生源（本明細書では単に点火プラグという）
が燃焼室リセスに配設される関係上、気筒中心線
を含む仮想平面に対し点火プラグと反対側のスキ
ツシユエリアは、点火プラグから遠い位置にあり
かつピストンが上死点位置にあるときにピストン
頂面とシリンダブロツク下面との隙間が小さいこ
とにより、火炎が伝幡し難く、かつピストン上昇
に伴ない最も混合気が圧縮されて温度が上昇する
部分でもあるので、該スキツシユエリア部は、点
火プラグからの火炎伝幡到達前に異常燃焼、いわ
ゆるノツキングを生じやすい部位でもある。

一方、ポートには、吸気弁または排気弁がポー
トを開閉可能に設けられるが、該弁の離着するシ
ートは、通常シリンダヘツドとは別体のリングか
ら形成されて、ポートに嵌着される構造をとる。
したがつて、バルブシートリングとシリンダヘツ
ドとの接触熱伝達は悪くバルブシートリングから
シリンダヘツドを介してシリンダヘツド内ウオー
タジヤケツトへの熱の逃げが必ずしも円滑でな
く、バルブシートリングは機関運転中かなり高温
になつてしまう。この場合、点火プラグ対向側の
スキツシユエリアに設けられたポートのバルブシ
ートリングが高温になると、ノツキングの発生し
やすい部位における異常燃焼をさらに助長させて
しまうこととなり、前述のような種々の条件を満
足した低燃費の達成、促進を阻害してしまうこと
となる。

本発明は、このような問題を解消するために、
吸気ポートまたは排気ポートの少なくとも一方が
２個設けられた、３バルブまたは４バルブエンジ
ンの燃焼室構造において、ノツキングの最も発生
しやすい部位のバルブシートリングの冷却性能を
向上させることを目的とし、これによつてノツキ
ングの発生の抑制、低燃費の達成に貢献すること
を目的とするものである。

この目的を達成するために、本発明の内燃機関
の燃焼室においては、点火プラグから遠くかつ点
火プラグに近い位置のスキツシユエリアの面積よ
り大きい面積のスキツシユエリアの部位に配設さ
れかくして端ガスが発生しやすい部位に配設され
たポートのバルブシートリングの圧入長さが、こ
れと同種のポートで点火プラグにより近い位置に
配設されたポートのバルブシートリングの圧入長
さより大に構成されている。このように同種のポ
ート間でバルブシートリングの圧入長さを変えた
ものは従来なく、この新規な構造をとることによ
つて、ノツキングの発生しやすい部位のバルブシ
ートリングからシリンダヘツド、ひいてはシリン
ダヘツド内ウオータジヤケツトを流れる冷却水へ
の熱伝達が良好なものとなり、バルブシートリン
グ、その近傍のポート部、弁自体、等の表面温度
を低減させることができ、ノツキングの発生が抑
制されることになる。

以下に、本発明の内燃機関の燃焼室の望ましい
実施例を、各気筒に吸気ポートが２個設けられた
エンジンを例にとつて、図面を参照しながら説明
する。第１図ないし第３図は、本発明の実施例に
係る燃焼室およびその近傍の構造を示している。
図中１はシリンダブロツクで、該シリンダブロツ
ク１は比較的小径のシリンダボア２を有してい
る。シリンダボア２にはピストン３が摺動自在に
挿入されている。シリンダボア２はその上部をシ
リンダヘツド４にて覆われており、シリンダブロ
ツク１とシリンダヘツド４間にはガスケツト５が
配設されて、両者間をシールしている。

ピストン３は、その頂部に、シリンダボア２の
中心軸線Ａを含む仮想平面（第２図において紙面
に直角な仮想平面）に対し一方の側に、すなわち
図にて右側に偏つた位置に、窪みいわゆる燃焼室
リセス６を有している。ピストン３の頂面７は、
ピストン燃焼室リセス６の部位を除いて全周にわ
たつて平坦に形成されており、全周スキツシユエ
リア８の一方の壁面を構成する。また、シリンダ
ヘツド４は、その下部に、前記ピストン燃焼室リ
セス６に対応する位置に、窪みいわゆるシリンダ
ヘツド燃焼室リセス９を有している。シリンダヘ
ツド燃焼室リセス９は、ポート開口部近傍におい
て底面が若干傾斜しており、いわゆるウエツジ型
となつている。シリンダヘツド４の下面１０は、
燃焼室リセス９の部分を除いて平坦に形成されて
おり、前記ピストン３の平坦な頂面７と協働して
スキツシユエリア８を形成し、スキツシユエリア
８の上面側の壁面を構成している。この構成によ
つてスキツシユエリア８は、燃焼室リセス６，９
がシリンダボア中心軸を含む仮想平面に対し一方
にすなわち第２図の右側に偏つているため、それ
と反対側の部分に面積の大きなスキツシユエリア
８ａを有し、その他の部分はピストンの頂面の全
周に沿つて幅狭の状態で延びる面積の小さなスキ
ツシユエリア８ｂとなつている。

シリンダヘツド４には、ヘリカルポートの主吸
気ポート１１とストレートポートでかつ主吸気ポ
ートより断面積の小の副吸気ポート１２との双子
状ポート、いわゆるサイアミーズポートからなる
吸気ポート、および排気ポート１３、並びに点火
プラグ１４が設けられる。サイアミーズポートに
は絞り弁は設けられていない。以上のポートのう
ち主吸気ポート１１と排気ポート１３とはシリン
ダヘツド燃焼室リセス９に開口しており、副吸気
ポート１２は面積の大きなスキツシユエリア８ａ
に開口している。また、点火プラグ１４は、大き
な面積のスキツシユエリア８ａとピストンボア中
心軸線を含む仮想平面に対して反対側の位置に設
けられている。そして点火プラグ１４の発火部１
４ａは、高さ方向には、シリンダブロツク１とシ
リンダヘツド４との境界かそれより若干上方の燃
焼室リセス９内の位置で、かつ平面的には、面積
の小さなスキツシユエリア８ｂの内周側でスキツ
シユエリア８ｂに近い位置に配設されている。

主吸気ポート１１、副吸気ポート１２、排気ポ
ート１３の各ポートにはそれぞれ主吸気弁１５、
副吸気弁１６、排気弁１７が、それぞれ対応する
ポートを開閉可能に装着されている。また、前記
の主吸気ポート１１、副吸気ポート１２、排気ポ
ート１３の各ポートには、シリンダヘツド４と別
体に形成されたバルブシートリング１８，１９，
２０が、それぞれ対応するポートに圧入により嵌
着され、固定されている。バルブシートリング１
８，１９，２０のうち、同種のポートすなわち主
吸気ポート１１と副吸気ポート１２に嵌着された
バルブシートリング１８，１９は、そのうち、点
火プラグ１４から遠い位置の大きい面積のスキツ
シユエリア８ａ部に配設された副吸気ポート１２
のバルブシートリング１９の圧入長さl₁が、点火
プラグ１４に近い側に配設されたポート１１のバ
ルブシートリング１８の圧入長さl₂より大にされ
ている。たとえば主吸気ポート１１のバルブシー
トリング１８の圧入長さが6.5mmの場合、副吸気
ポート１２のバルブシートリング１９の圧入長さ
は約５割増しの9.5mmの長さとされている。なお、
吸気ポート１１，１２のバルブシートリング１
８，１９は普通の鉄系鋳物から構成され、排気ポ
ート１３のバルブシートリング２０は排気ガスの
高温にさらされるので焼結系の合金から形成され
ている。

そして、前述のピストン燃焼室リセス６、ピス
トン頂面７、シリンダヘツド燃焼室リセス９、シ
リンダヘツド下面１０、主吸気弁１５下面、副吸
気弁１６下面、排気弁１７下面、バルブシートリ
ング１８，１９，２０の下端面、シリンダボア２
内面によつて燃焼室２１が構成されている。

上記のように構成された内燃機関の燃焼室にあ
つては、混合気は低速域にあつては主に主吸気ポ
ート１１から導入されるので燃焼室２１内に強力
な円周方向の渦流が発生し、高出力では副吸気ポ
ート１２による混合気の導入の割合が増えて高出
力が保証される。また、圧縮行程の終期にピスト
ン頂面７とシリンダヘツド下面１０との間のスキ
ツシユエリア８にある混合気はピストン燃焼室リ
セス６とシリンダヘツド燃焼室リセス９の空間に
押し出されて上下方向の渦流を生じさせるととも
に互いに流れが衝突して多くの微少な乱れを発生
させる。これらの渦流と乱れにより燃焼は安定化
され、混合気のリーンリミツトを向上できるの
で、混合気をよりリーンとすることによつて燃費
の向上がはかられる。すなわち、スキツシユエリ
アを有するウエツジ型燃焼室とサイアミーズポー
トによるデユアルインテーク方式とをスモールボ
アエンジンに同時に成立させることにより、リー
ンリミツトの向上を介して燃費の改善がはかられ
る。しかし、一方これは、スキツシユエリア８、
とくに点火プラグ１４の対向側の大きな面積のス
キツシユエリア８ａへのの火炎の伝幡が悪く当該
部位８ａに端ガスが発生し易く、かつ圧縮割合の
大きいことによる端ガスの温度上昇によつてノツ
キングが発生し易くなるという別の問題を生じる
ことは前記の通りであり、この問題は本実施例で
はつぎのように抑制される。

端ガスの発生し易い大きな面積のスキツシユエ
リア８ａの壁面を構成している面、すなわち下面
のピストン３の平坦な頂面７および上面のシリン
ダヘツド下面１０、スキツシユ面を構成する副吸
気弁１６下面、副吸気ポートのバルブシートリン
グ１９下端面のうち、とくに高温となり易い面
は、バルブシートリング１９下端面および副吸気
弁１６下面である。バルブシートリング１９の熱
はシリンダヘツド４を介してウオータジヤケツト
内冷却水に、また副吸気弁１６の熱は一部は傘部
からバルブシートリング１９を介して残りはステ
ムからシリンダヘツド４を介してウオータジヤケ
ツト内冷却水に伝熱されるが、伝熱経路の途中に
バルブシートリング１９の外面とシリンダヘツド
４との圧入接触部の熱伝達抵抗部があるので、温
度が上昇することになる。バルブシートリング１
９の外径をDo、内径をDiとすると受熱部の面積
は１／４π（Do²−Di²）で表わされ、圧入部の熱伝 達面積はπDol₁で表わされるので、バルブシート
リング１９および副吸気弁１６の温度上昇は、受
熱部の面積が大きい程上昇し、圧入部熱伝達面積
が大きい程低下するので、１／４π（Do²−Di²）／ πDol₁、ここでDoとDiの比率はほゞ一定で、直径
に関するパラメータをＤとするとＤ／l₁に応じて
上昇することとなる。本実施例装置では、端ガス
の発生しやすいスキツシユエリア８ａに設けられ
ている副吸気ポートは主吸気ポートに比べて小径
であるので、Ｄは小であり、かつバルブシートリ
ング１９の圧入長さl₁が主吸気ポートのバルブシ
ートリング１８の圧入長さl₂に比べて大としてあ
るので、Ｄ／l₁は主吸気ポート側に比べて大幅に
低減されており、したがつて壁面の温度上昇は小
に抑えられることとなる。このため、副吸気弁１
６下面やバルブシートリング１９下端面の温度が
異常に上昇して点火源となつてノツキングを発生
することは抑制される。ノツキングの抑制は高圧
縮比化、点火進角の増加を可能とし、高圧縮比化
を通じて低燃費化を促進させることが可能とな
る。すなわち、本実施例装置では、安定燃焼によ
る混合気のリーン化、ノツキング抑制による高圧
縮比化の両方を通じて効果的にかつ総合的に低燃
費化がはかられる。

上記の説明においては、バルブシートリングの
圧入長さの増大を吸気ポートの場合を例にとつて
述べたが、４バルブエンジンのように排気ポート
が二つある場合の、点火プラグから遠くかつ点火
プラグに近い位置のスキツシユエリアの面積より
大きい面積のスキツシユエリアの部位にある排気
ポートに嵌着されるバルブシートリングの圧入長
さを点火プラグにより近い位置の排気ポートに嵌
着されるバルブシートリングの圧入長さより大と
しても、前記と同様の作用効果が得られ、本発明
に含まれるものである。

以上の通りであるから、本発明の内燃機関の燃
焼室によるときは、燃焼室の端ガスの発生しやす
い部位のポート近傍の壁面の異常温度上昇を抑え
ることができ、したがつてノツキングの発生を抑
えることができるので、自動車等の車輌用内燃機
関の低燃費化、ひいては低エミツシヨン化をはか
ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内燃機関の燃焼室の平面図、
第２図は第１図の―線に沿う断面図、第３図
は第１図の―線に沿う断面図、である。 １……シリンダブロツク、２……シリンダボ
ア、３……ピストン、４……シリンダヘツド、６
……ピストン燃焼室リセス、７……ピストン頂
面、８……スキツシユエリア、８ａ……大きな面
積のスキツシユエリア、９……シリンダヘツド燃
焼室リセス、１０……シリンダヘツド下面、１１
……主吸気ポート、１２……副吸気ポート、１３
……排気ポート、１４……点火プラグ、１５……
主吸気弁、１６……副吸気弁、１７……排気弁、
１８……主吸気ポートのバルブシートリング、１
９……副吸気ポートのバルブシートリング、２０
……排気ポートのバルブシートリング、２１……
燃焼室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 点火プラグがシリンダボア中心軸線からシリ
   ンダボア半径方向にずらして設けられており、燃
   焼室のうちピストン頂面の平坦部分とシリンダヘ
   ツド下面の平坦部分とで上下方向に画成されるス
   キツシユエリアが点火プラグから遠い位置に点火
   プラグに近い位置のスキツシユエリアの面積より
   も大きい面積のスキツシユエリアを有し、吸気ポ
   ート、排気ポートの何れか少なくとも一方が２個
   設けられ、そのうちの１個が点火プラグから遠い
   前記大きい面積のスキツシユエリアの部位に配設
   されている内燃機関の燃焼室において、点火プラ
   グから遠い前記大きい面積のスキツシユエリアの
   部位に配設されたポートのバルブシートリングの
   シリンダヘツドへの圧入長さを、これと同種のポ
   ートで点火プラグにより近い位置に配設されたポ
   ートのバルブシートリングのシリンダヘツドへの
   圧入長さより大としたことを特徴とする内燃機関
   の燃焼室。