(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の上面を画成するべく、シリンダヘッドの下面に設けられた燃焼室壁面を有し、前記燃焼室壁面に、その中央部に開口する点火プラグ挿入孔と、前記点火プラグ挿入孔の周囲に配置された２つの吸気ポート及び２つの排気ポートとが設けられた内燃機関の燃焼室構造であって、
前記燃焼室壁面において前記点火プラグ挿入孔の外周に設けられた点火プラグ領域及び前記各ポートの外周に設けられた各ポート領域が、互いに稜部により区画された、それぞれ互いに独立した凹面をなし、
前記点火プラグ領域を環状に囲む前記稜部と、前記点火プラグ挿入孔の開口端との間に前記点火プラグ領域を形成する球面状の凹面が存在し、
前記吸気ポートのそれぞれの外周に設けられた吸気ポート領域と前記排気ポートのそれぞれの外周に設けられた排気ポート領域との間の前記稜部は、その先端の曲率半径が３ｍｍ以下の急峻に形成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
【請求項２】
前記各ポート領域は、少なくとも前記各ポートの近傍が、１２０°以下の円錐角を有する円錐面からなる凹面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼室構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の内燃機関において、シリンダヘッドの下面に燃焼室の上部となる燃焼室壁面を凹設し、２つの吸気ポートと、２つの排気ポートと、点火プラグを挿入するための点火プラグ挿入孔とを燃焼室壁面に開口させたものがある。このような燃焼室では、燃焼室壁面の中央部に点火プラグ挿入孔を配置し、点火プラグ挿入孔の回りに２つの吸気ポートが互いに隣り合い、２つの排気ポートが互いに隣り合う態様で配置されている。このような燃焼室において、吸気ポートから流入する可燃性ガスを点火プラグ付近に導くべく、タンブル流の発生を促進するために、吸気ポートの燃焼室への開口端の周縁部を、円錐面に形成したものがある（例えば、特許文献１）。吸気ポートの開口端周縁部を円錐面にすることによって、吸気ポートと吸気バルブとの隙間から燃焼室に流入する可燃性ガスは円錐面に沿ってピストン側へと円滑に流れるため、タンブル流が促進される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２１５９２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上死点付近においては、可燃性ガスは圧縮され、タンブル流が崩壊する。可燃性ガスの着火性及び燃焼効率を高めるためには、上死点付近において、点火プラグ周りで可燃性ガスの乱れ（乱流強度）を高めるとよい。すなわち、点火プラグ近傍に可燃性ガスの乱れを集中させるようにするとよい。
【０００５】
本発明は、以上の背景を鑑みてなされたものであって、内燃機関の燃焼室構造において、上死点付近で点火プラグ近傍に可燃性ガスの乱れ（渦流）を集中させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、燃焼室（８）の上面を画成するべく、シリンダヘッド（３）の下面（４）に設けられた燃焼室壁面（７）を有し、前記燃焼室壁面に、その中央部に開口する点火プラグ挿入孔（１１）と、前記点火プラグ挿入孔の周囲に配置された２つの吸気ポート（１２、１３）及び２つの排気ポート（１４、１５）とが設けられた内燃機関（１）の燃焼室構造であって、前記燃焼室壁面において前記点火プラグ挿入孔の外周に設けられた点火プラグ領域（３５）及び前記各ポートの外周に設けられた各ポート領域（３６、３７、３８、３９）が、互いに稜部（４１〜４８）により区画された、それぞれ互いに独立した凹面をなし、前記点火プラグ領域を環状に囲む前記稜部と、前記点火プラグ挿入孔の開口端との間に前記点火プラグ領域を形成する球面状の凹面が存在し、前記吸気ポートのそれぞれの外周に設けられた吸気ポート領域（３６、３７）と前記排気ポートのそれぞれの外周に設けられた排気ポート領域（３８、３９）との間の前記稜部は、その先端の曲率半径が３ｍｍ以下の急峻に形成されていることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、点火プラグ領域が燃焼室壁面の中央部に配置され、凹面を形成しているため、上死点付近において、可燃性ガスが点火プラグ領域に集中し、圧縮されて渦流（乱れ）が発生する。そのため、着火性及び燃焼効率が向上する。また、吸気ポート領域と排気ポート領域との間の稜部が急峻となり、ガスの流れを阻害し易くなる。そのため、吸気ポートから排気ポートへの可燃性ガスの吹き抜けが抑制される。
【００１２】
本発明の他の側面は、前記各ポート領域は、少なくとも前記各ポートの近傍が、１２０°以下の円錐角を有する円錐面からなる凹面に形成されていることを特徴とする。ここで、円錐角とは、円錐をその中心軸を通る平面で切断した際に、断面に現れる円錐の２つの母線がなす角度をいう。
【００１３】
この構成によれば、各ポートの開口端周縁部の広がりが小さくなるため、各ポートに対応するガスの流れは、広がりが抑えられ、互いに干渉し難くなる。また、吸気ポートにおいては、燃焼室に流入するガスの方向を一の方向に絞ることができ、タンブル流の発生を促進することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上の構成によれば、内燃機関の燃焼室構造において、上死点付近で点火プラグ近傍に可燃性ガスの乱れを集中させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】シリンダヘッドの燃焼室を拡大して示す断面図
【図２】燃焼室を下方から見た斜視図
【図３】燃焼室を下方から見た平面図
【図４】図３のIV−IV断面図
【図５】図３のV-V断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明を自動車のエンジンに適用した実施形態について詳細に説明する。本実施形態に係るエンジン１は、４バルブＤＯＨＣ型のエンジンである。図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック２とシリンダブロック２に締結されたシリンダヘッド３とを有している。以下の説明では図１に示すように、シリンダブロック２に対してシリンダヘッド３が設けられた側を上方とする。
【００１７】
シリンダヘッド３は、その下部に、シリンダブロック２の上端面に接合する平面状の下端面４を有している。シリンダブロック２には、図示しないピストンを上下動可能に収容するシリンダ５が形成されている。シリンダ５は、上下方向に延在し、シリンダブロック２の上端面に開口している。シリンダヘッド３のシリンダ５に対応する部分には、上方へと略半球状に凹んだ燃焼室壁面７が形成されている。燃焼室壁面７は、シリンダ５及びピストンと協働して燃焼室８を画成する。すなわち、燃焼室壁面７は、燃焼室８の上面を構成する。
【００１８】
図２及び図３に示すように、燃焼室壁面７の中央部、すなわち燃焼室壁面７が形成する凹部の最深部（最底部）には、点火プラグ（図示しない）を挿入するための点火プラグ挿入孔１１が形成されている。点火プラグ挿入孔１１の周囲には、第１吸気ポート１２、第２吸気ポート１３、第１排気ポート１４及び第２排気ポート１５が、点火プラグ挿入孔１１を中心として概ね９０°間隔で、点火プラグ挿入孔１１を囲むように形成されている。第１吸気ポート１２と第２吸気ポート１３とが互いに隣り合い、第１排気ポート１４と第２排気ポート１５とが互いに隣り合っている。点火プラグ挿入孔１１を基準として、第１及び第２吸気ポート１２、１３が配置された側を吸気側、第１及び第２排気ポート１４、１５が配置された側を排気側とする。
【００１９】
図１に示すように、燃焼室壁面７の各ポート１２〜１５の開口端には、環状のバルブシート１６〜１９が埋め込まれている。バルブシート１６〜１９の内周面は、燃焼室８側が広がった円錐面状のテーパ面２１〜２４となっており、このテーパ面２１〜２４にポペットバルブである吸気バルブ又は排気バルブ（図示しない）が着座し、各ポート１２〜１５が開閉される。
【００２０】
各吸気ポート１２、１３は、燃焼室壁面７への開口端から上方へと延びた後、屈曲して吸気側へと延びてシリンダヘッド３の側面に開口している。各吸気ポート１２，１３には、吸気バルブのステム部が通過する吸気バルブガイド２６が嵌め込まれた吸気バルブ孔２７が形成されている。本実施形態のエンジン１では、燃焼噴射装置（図示しない）は、吸気ポート１２、１３に設けられ、吸気ポート１２、１３内において燃料が噴射され、空気と混合される。各排気ポート１４、１５は、燃焼室壁面７への開口端から上方へと延びた後、屈曲して排気側へと延びてシリンダヘッド３の側面に開口している。各排気ポート１４，１５には、排気バルブのステム部が通過する排気バルブガイド２８が嵌め込まれた排気バルブ孔２９が形成されている。シリンダヘッド３の各ポート１２〜１５の周囲の適所には、冷却水通路３１が形成されている。
【００２１】
図２及び図３に示すように、燃焼室壁面７は、点火プラグ挿入孔１１の開口端の周囲に形成された点火プラグ領域３５と、第１吸気ポート１２の開口端（バルブシート１６）の周囲に形成された第１吸気ポート領域３６と、第２吸気ポート１３の開口端（バルブシート１７）の周囲に形成された第２吸気ポート領域３７と、第１排気ポート１４の開口端（バルブシート１８）の周囲に形成された第１排気ポート領域３８と、第２排気ポート１５の開口端（バルブシート１９）の周囲に形成された第２排気ポート領域３９との５つの領域に区画されている。各領域３５〜３９は、それぞれ互いに独立した凹面に形成されている。各領域３５〜３９が互いに独立した凹面となっているため、各領域３５〜３９の各境界に沿ってそれぞれ稜部４１〜４８が形成されている。
【００２２】
点火プラグ領域３５は、第１吸気ポート領域３６との境界に第１稜部４１を有し、第２吸気ポート領域３７との境界に第２稜部４２を有し、第２排気ポート領域３９との境界に第３稜部４３を有し、第１排気ポート領域３８との境界に第４稜部４４を有している。第１〜第４稜部４１〜４４は、連続して環状をなし、点火プラグ領域３５を囲んでいる。
【００２３】
第１吸気ポート領域３６と第２吸気ポート領域３７との境界には第５稜部４５が形成されている。第５稜部４５は、一端が第１稜部４１と第２稜部４２との交点に連続し、吸気側へと延びて他端が燃焼室壁面７の周縁に連続している。
【００２４】
第２吸気ポート領域３７と第２排気ポート領域３９との境界には第６稜部４６が形成されている。第６稜部４６は、一端が第２稜部４２と第３稜部４３との交点に連続し、吸気−排気方向と直交する方向へと延びて他端が燃焼室壁面７の周縁に連続している。
【００２５】
第２排気ポート領域３９と第１排気ポート領域３８との境界には第７稜部４７が形成されている。第７稜部４７は、一端が第３稜部４３と第４稜部４４との交点に連続し、排気側へと延びて他端が燃焼室壁面７の周縁に連続している。
【００２６】
第１排気ポート領域３８と第１吸気ポート領域３６との境界には第８稜部４８が形成されている。第８稜部４８は、一端が第４稜部４４と第１稜部４１との交点に連続し、吸気−排気方向と直交する方向へと延びて他端が燃焼室壁面７の周縁に連続している。
【００２７】
点火プラグ領域３５は、１つの連続した球面に形成されている。点火プラグ挿入孔１１には、点火プラグ（図示しない）がその先端に設けられた接地電極が点火プラグ挿入孔の開口端が突出する形で挿入され、固定される。すなわち、接地電極は燃焼室８内に位置している。
【００２８】
図１に示すように、第１吸気ポート領域３６は、第１吸気ポート１２の燃焼室壁面７への開口端（バルブシート１６）近傍が円錐面（円錐台面）に形成されている。円錐面は、その中心軸線が、第１吸気ポート１２の燃焼室壁面７への開口端（バルブシート１６）の軸線Ａと一致するように配置されており、その円錐角θ１が１２０°以下となるように設定されている。換言すると、軸線Ａを含む平面で切断した際の断面において、円錐面の母線と軸線Ａとのなす角（θ１／２）が６０°以下となるように設定されている。第１吸気ポート領域３６を構成する面は、バルブシート１６から離れるに従って、軸線Ａを含む平面で切断した際の断面で見て、軸線Ａとのなす角度が漸減するように湾曲した曲面となっている。
【００２９】
図４に示すように、第２吸気ポート領域３７は、第１吸気ポート領域３６と同様に、第２吸気ポート１３の燃焼室壁面７への開口端（バルブシート１７）近傍が円錐面に形成され、その円錐角θ２が１２０°以下となっている。第２吸気ポート領域３７を構成する面は、バルブシート１７から離れるに従って、バルブシート１７の軸線Ｂを含む平面で切断した際の断面で見て、軸線Ｂとのなす角度が漸減するように湾曲した曲面となっている。
【００３０】
図１に示すように、第１排気ポート領域３８は、第１吸気ポート領域３６と同様に、第１排気ポート１４の燃焼室壁面７への開口端（バルブシート１８）近傍が円錐面に形成され、その円錐角θ３が１２０°以下となっている。第１排気ポート領域３８を構成する面は、バルブシート１８から離れるに従って、バルブシート１８の軸線Ｃを含む平面で切断した際の断面で見て、軸線Ｃとのなす角度が漸減するように湾曲した曲面となっている。第２排気ポート領域３９は、図示しないが、第１排気ポート領域３８と対称形をなしている。
【００３１】
第５〜第８稜部４５〜４８は、その突出端の曲率半径が３ｍｍ以下となるように、設定されている。
【００３２】
以上のように構成したエンジン１では、図５に示すように、点火プラグ領域３５を他の領域３６〜３９とは区画された球状の凹面に形成したことによって、圧縮行程において、可燃性ガスが点火プラグ領域３５に集中し易くなり、上死点付近において、圧縮によって発生する可燃性ガスの乱流（渦流）が点火プラグ領域３５に集中する。そのため、着火性が向上し、燃焼効率が向上する。
【００３３】
また、各吸気ポート領域３６、３７を、円錐面を含む凹面に形成したため、可燃性ガスを各吸気ポート領域３６、３７の壁面に沿って下方、すなわちピストン側に導くことができるため、タンブル流を促進することができる。
【００３４】
また、各排気ポート領域３８、３９を凹面に形成し、各吸気ポート領域３６、３７と各排気ポート領域３８、３９の境界に下方に向けて突出する第６稜部４６及び第８稜部４８を形成したため、各吸気ポート１２、１３から各排気ポート１４、１５へと直接に流れる吹き抜けを抑制することができる。特に、第６稜部４６及び第８稜部４８の曲率半径が３ｍｍ以下となるように、各稜部４６、４８の先端を急峻としたため、吹き抜けを確実に抑制することができる。各稜部４６、４８の先端は、急峻である程、吹き抜けを抑制する効果が大きくなることが期待される。しかしながら、各稜部４６、４８を急峻にした場合には、金属摩耗により形状の劣化（鈍化）が発生し易くなり形状を安定させることが困難になる。シリンダヘッド３をアルミニウム合金の鋳造によって成形した場合には、鋳型との金属摩耗等によって稜部４６，４８の形状がばらつく虞がある。そのため、本実施形態では、曲率半径を３ｍｍ以下として、吹き抜けを確実に抑制しつつ、品質の均質化を図っている。
【００３５】
両吸気ポート領域３６、３７と点火プラグ領域３５との間に第１及び第２稜部４１、４２を配置し、かつ点火プラグ領域３５を凹面としたため、図５に示すように、点火プラグが燃焼室壁面７の上方へと奥まった部分に配置される。そのため、両吸気ポート領域３６、３７の壁面に付着した燃料液体が、壁面を伝って点火プラグへと到達することが困難になる。これにより、点火プラグの着火性能が安定する。
【００３６】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、各ポート領域３６〜３９を、それぞれ球面に形成してもよい。また、点火プラグ領域３５を円錐面にしてもよい。その他、実施形態では４バルブの燃焼室８としたが、５バルブにしてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１…エンジン、３…シリンダヘッド、４…下端面、７…燃焼室壁面、８…燃焼室、１１…点火プラグ挿入孔、１２…第１吸気ポート、１３…第２吸気ポート、１４…第１排気ポート、１５…第２排気ポート、１６〜１９…バルブシート、３５…点火プラグ領域、３６…第１吸気ポート領域、３７…第２吸気ポート領域、３８…第１排気ポート領域、３９…第２排気ポート領域、４１…第１稜部、４２…第２稜部、４３…第３稜部、４４…第４稜部、４５…第５稜部、４６…第６稜部、４７…第７稜部、４８…第８稜部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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