(57)【要約】【課題】  排気弁に面した混合気部分の燃焼がノッキングを発生させ難い４サイクルエンジンの燃焼室を提供する。【解決手段】  スキッシュエリア空間８と第１排気弁９と第１点火プラグ４と第１吸気弁１１と第２吸気弁１２と第２点火プラグ５と第２排気弁１０が、記載された順に、シリンダー内周に沿って周方向に設置される。２個の排気弁の２個の底面と仮想断面１５が交差する。燃焼行程中のビストンの下降による温度低下作用によって、スキッシュエリア空間８に移動された混合気の一部分の温度上昇が制限される。【選択図】  図３
2018021540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火花点火式４サイクルエンジンの圧縮上死点時の一つの燃焼室において、
スキッシュエリア空間と第１排気弁と第１点火プラグと第１吸気弁と第２点火プラグと第２排気弁がシリンダーの内周の上端に沿って周方向に記載された順番に前記燃焼室のシリンダーヘッド側壁面に設置され、
前記第１点火プラグと前記スキッシュエリア空間の間に前記第１排気弁の底面である第１底面の中心が位置し、前記第２点火プラグと前記スキッシュエリア空間の間に前記第２排気弁の底面である第２底面の中心が位置し、
前記シリンダーの中心軸は仮想断面上に位置し、前記仮想断面は前記燃焼室を仮想的に二等分し、
前記第１底面と前記第２底面の二つと前記仮想断面が仮想的に交差する事を特徴とする多弁式燃焼室。
【請求項２】
火花点火式４サイクルエンジンの圧縮上死点時の一つの燃焼室において、
スキッシュエリア空間と第１排気弁と第１点火プラグと第１吸気弁と第２吸気弁と第２点火プラグと第２排気弁がシリンダーの内周の上端に沿って周方向に記載された順番に前記燃焼室のシリンダーヘッド側壁面に設置され、
前記第１点火プラグと前記スキッシュエリア空間の間に前記第１排気弁の底面である第１底面の中心が位置し、前記第２点火プラグと前記スキッシュエリア空間の間に前記第２排気弁の底面である第２底面の中心が位置し、
前記シリンダーの中心軸は仮想断面上に位置し、前記仮想断面は前記燃焼室を仮想的に二等分し、
前記第１底面と前記第２底面の二つと前記仮想断面が仮想的に交差する事を特徴とする多弁式燃焼室。
【請求項３】
火花点火式４サイクルエンジンの圧縮上死点時の一つの燃焼室において、
スキッシュエリア空間と第１排気弁と第１点火プラグと第１吸気弁と第２吸気弁と第３吸気弁と第２点火プラグと第２排気弁がシリンダーの内周の上端に沿って周方向に記載された順番に前記燃焼室のシリンダーヘッド側壁面に設置され、
前記第１点火プラグと前記スキッシュエリア空間の間に前記第１排気弁の底面である第１底面の中心が位置し、前記第２点火プラグと前記スキッシュエリア空間の間に前記第２排気弁の底面である第２底面の中心が位置し、
前記シリンダーの中心軸は仮想断面上に位置し、前記仮想断面は前記燃焼室を仮想的に二等分し、
前記第１底面と前記第２底面の二つと前記仮想断面が仮想的に交差する事を特徴とする多弁式燃焼室。
【請求項４】
第４吸気弁が前記スキッシュエリア空間に面して設置され、
前記第１排気弁と前記第４吸気弁と前記第２排気弁が連なって位置する事を特徴とする前記請求項１から請求項３までのいずれか一つの請求項に記載された多弁式燃焼室。
【請求項５】
前記第２吸気弁の開弁時期が排気上死点時前に設定され、
前記第１排気弁の閉弁時期が排気上死点時後に設定され、
前記第２吸気弁の開弁期間と前記第１排気弁の開弁期間が排気上死点時付近でオーバーラップする事を特徴とする前記請求項２と請求項３のいずれか一つの請求項に記載された多弁式燃焼室。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火式４サイクルエンジンの耐ノッキング性の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
火花点火式４サイクルエンジンの燃焼室の多くは、二つの排気弁と二つの吸気弁を持つ。これ以後、二つの排気弁と二つの吸気弁を持つ燃焼室を４弁式燃焼室と言う。特許文献１のエンジンも、前記の４弁式燃焼室です。
前記の４弁式燃焼室は、シリンダーの内周に隣接して排気弁が２個設置される。排気弁は、負荷の増加に応じて高熱化する。排気弁に接して高熱化した混合気は、燃焼速度が増加する。この為、過負荷時に、高熱化した排気弁に接した多量の混合気部分が急速に燃焼する事により、ノッキングを誘発させる危険性を持っていた。この為、前記４弁式燃焼室の圧縮比と耐ノッキング性は、制限されていた。
本筆者は、前記の４弁式燃焼室のシリンダーの直径が８６ｍｍの場合の排気弁の底面の直径と吸気弁の底面の直径を調べた。
多くの排気弁の底面の直径は、２７ｍｍから３０ｍｍまでに設定されていた。多くの吸気弁の底面の直径は、３２ｍｍから３４ｍｍまでに設定されていた。多くの吸気弁の底面の直径は、排気弁の底面の直径の約１１５％に設定されていた。
従って、シリンダー中心軸は、排気弁よりも僅かに吸気弁側に偏った地点に位置する。
図９に示す特許文献１では、１個の点火プラグが燃焼室の中心付近に設置され、吸気弁が排気弁よりもシリンダー中心軸の近くに位置し、２個の排気弁がシリンダーの内周に隣接して設置される。
図１２に示す特許文献４では、１個の点火プラグが燃焼室の中心付近に設置され、２個の排気弁がシリンダーの内周に隣接して設置される。
【０００３】
図１０に示す特許文献２と図１１に示す特許文献３では、２個の点火プラグがシリンダーの内周に隣接して設置され、排気弁と点火プラグと吸気弁が連なって設置され、シリンダー中心軸が２個の排気弁から離れて位置している。
図１３に示す特許文献５では、１個の点火プラグが燃焼室の中心付近に設置され、３個の排気弁がシリンダーの内周から離れて設置される。
【特許文献１】特開平６−０８１６５１  筒内噴射型内燃機関
【特許文献２】特開２００９−４１３９７（Ｐ２００９−４１３９７Ａ）                  複数点火エンジンの燃焼室構造
【特許文献３】特開２０００−８９４３（Ｐ２０００−８９４３Ａ）                  筒内噴射式エンジン
【特許文献４】特開２００８−１３８６０５（Ｐ２００８−１３８６０５Ａ）                  ４サイクルエンジン
【特許文献５】特願２０１５−２５５５０９（Ｐ２０１５−２５５５０９Ａ）    特許第５９０９３０７号  （ＪＰ，Ｐ５９０９３０７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、排気弁に面した混合気部分の燃焼がノッキングを発生させ難い４サイクルエンジンの提供です。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本出願の多弁式燃焼室は、火花点火ピストン式４サイクルエンジンの燃焼室です。
本出願は、３個の態様を持つ。
本出願の第１態様の圧縮上死点時の一つの燃焼室は、以下の特徴を持つ。
スキッシュエリア空間と第１排気弁と第１点火プラグと第１吸気弁と第２点火プラグと第２排気弁が、シリンダーの内周の上端に沿って周方向に、記載された順番に、前記燃焼室のシリンダーヘッド側壁面に設置される。
前記第１点火プラグと前記スキッシュエリア空間の間に、前記第１排気弁の底面である第１底面の中心が位置する。前記第２点火プラグと前記スキッシュエリア空間の間に、前記第２排気弁の底面である第２底面の中心が位置する。
前記シリンダーの中心軸は仮想断面上に位置する。前記仮想断面は前記燃焼室を仮想的に二等分する。
前記第１底面と前記第２底面の二つと前記仮想断面が、仮想的に交差する。
【０００６】
本出願の第２態様と第３態様の燃焼室は、吸気弁の数が第１態様と異なり、他の要素は第１態様と同様です。以下に、第１態様との相違点を説明する。
第２態様の燃焼室では、前記スキッシュエリア空間と前記第１排気弁と前記第１点火プラグと前記第１吸気弁と第２吸気弁と前記第２点火プラグと前記第２排気弁が、前記シリンダーの内周の上端に沿って周方向に、記載された順番に、前記燃焼室のシリンダーヘッド側壁面に設置される。
第３態様の燃焼室では、前記スキッシュエリア空間と前記第１排気弁と前記第１点火プラグと前記第１吸気弁と前記第２吸気弁と第３吸気弁と前記第２点火プラグと前記第２排気弁が、前記シリンダーの内周の上端に沿って周方向に、記載された順番に、前記燃焼室のシリンダーヘッド側壁面に設置される。
【０００７】
以下の第１と第２の作用によって、耐ノッキング性が向上する。
第１の作用が説明される。
第１点火ブラグとスキッシュエリア空間の間に、第１排気弁の底面の中心が位置する。すなわち、第１点火プラグから第１排気弁の底面の中心を結ぶ直線の延長部にスキッシュエリア空間が位置する。
そして、第２点火ブラグとスキッシュエリア空間の間に、第２排気弁の底面の中心が位置する。すなわち、第２点火プラグから第２排気弁の底面の中心を結ぶ直線の延長部にスキッシュエリア空間が位置する。
この為、第１点火ブラグから第１排気弁の底面に向かって火炎が伝播する時と第２点火ブラグから第２排気弁の底面に向かって火炎が伝播する時に、既燃焼ガスの膨張によって、２個の排気弁の底面に面した未燃焼の混合気の一部分は、スキッシュエリア空間に移動され、スキッシュエリア空間で圧縮される。
そして、スキッシュエリア空間に移動された混合気部分は、排気弁よりも低温度の壁面に触れて冷却される。
また、燃焼行程中のピストンの下降量は、スキッシュエリア空間のシリンダー中心軸方向の上死点時の間隔に近い値です。この為、燃焼行程中のピストンの下降によって、スキッシュエリア空間は、容積が急激に増加する。
その結果、スキッシュエリア空間の容積の増加による大きな温度低下作用によって、スキッシュエリア空間に移動された混合気部分の圧縮による温度上昇が制限される。
従って、スキッシュエリア空間内の混合気の燃焼によって、燃焼行程中に圧力の急激な上昇が発生し難い。
【０００８】
第２の作用が説明される。
圧縮行程の終期にスキッシュエリア空間から流失するスキッシュ流の一部が、２つの排気弁の底面に面した領域に移動する。
スキッシュエリア空間の混合気の温度は、排気弁の底面に面した混合気部分の温度よりも低い。
すると、排気弁の底面に面した混合気の燃焼開始時の温度が低下する。すると、燃焼圧力値の急激な上昇が制限され、耐ノッキング性が向上する。
【０００９】
特許文献１と特許文献４の点火ブラグは、シリンダー中心軸よりも僅かに排気弁側に位置する。特許文献１と特許文献４では、排気弁の底面の外周が、本願に示す仮想断面から離れて位置する。この場合の仮想断面には、クランクシャフトの中心軸が位置する。
そして、２個の排気弁の底面の外周はシリンダーの内周に隣接する。
従って、点火プラグから排気弁の底面の中心を経てシリンダー内周に到達する直線の到達点と排気弁の底面の外周との間に、広いスペースは存在しない。この為、本願と同様の大きなスキッシュエリアエリアが形成できない。
従って、これらのエンジンでは、火炎が点火ブラグから排気弁の底面に向かって伝播する時、既燃焼ガスの膨張によって、排気弁の底面に面した混合気の大部分は、排気弁の底面に面した領域から移動されず、排気弁の底面に面した領域で圧縮される。
排気弁の底面に面した領域で圧縮される混合気部分は、排気弁に触れて加熱される。
従って、特許文献１と特許文献４のエンジンは、本願の第１と第２の作用を行えない。
特許文献２と特許文献３は、シリンダーの内周に隣接して設置される２個の点火プラグを持つ。他の点火ブラグはシリンダー中心軸よりも排気弁側に位置する。この為に、排気弁の底面の外周が、本願に示す仮想断面から離れて位置する。この場合の仮想断面には、クランクシャフトの中心軸が位置する。
従って、特許文献２と特許文献３は、中心付近に位置する点火プラグから排気弁の底面の中心を経てシリンダー内周に到達する直線の到達点付近に、本願と同様の大きなスキッシュエリアエリアが形成できない。加えて、中心付近に位置する点火ブラグ付近の既燃焼ガスの膨張によって、排気弁の底面に面した混合気の大部分は、排気弁の底面に面した領域から移動されない。従って、特許文献２と特許文献３では、本願の第１と第２の作用による効果が小さく限定される。
特許文献５は、３個の排気弁と３個のスキッシュエリア空間を持ち、燃焼室の中心付近に１個の点火プラグを持ち、排気弁とスキッシュエリア空間の数が異なる。
また、特許文献５の排気ポートの配置は、本出願よりも複雑です。これらの為に、特許文献４のシリンダーヘッドのコストは、本出願よりも増加する。
【００１０】
本発明による効果が説明される。
耐ノッキング性が向上する事によって、本発明は、高圧縮比化が可能になる。
高圧縮比化によって、熱効率が向上する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
１図と２図を使って、第１実施例を説明する。
第１実施例のエンジンは、火花点火式４サイクルエンジンです。
このエンジンの一つの燃焼室には、２個の点火プラグと１個の吸気弁と２個の排気弁が設置される。
圧縮上死点時の一つの燃焼室には、スキッシュエリア空間８と第１排気弁９と第１点火プラグ４と第１吸気弁１１と第２点火プラグ５と第２排気弁１０が、シリンダー１の内周の上端に沿って周方向に、記載された順番に、燃焼室３のシリンダーヘッド側の壁面に設置される。
【００１２】
第１実施例は以下の第１の特徴を持つ。
１図で、スキッシュエリア空間８は、点の集まりで示される。
そして、第１点火プラグ４とスキッシュエリア空間８の間に、第１排気弁９の底面である第１底面の中心が位置し、第２点火プラグ５とスキッシュエリア空間８の間に、第２排気弁１０の底面である第２底面の中心が位置する。
すなわち、第１点火プラグ４から第１排気弁９の底面の中心を結ぶ直線の延長部にスキッシュエリア空間８が位置し、第２点火プラグ５から第２排気弁１０の底面の中心を結ぶ直線の延長部にスキッシュエリア空間８が位置する。
この第１の特徴によって、前記の第１の作用が行われる。第１の特徴は、全ての実施例で共有される。
【００１３】
第１実施例は、従来の４弁式燃焼室よりも大きなスキッシュエリア空間８を形成する為の構成を持つ。この構成が、第２の特徴です。
シリンダー１の中心軸は、仮想断面１５上に位置する。仮想断面１５は、燃焼室を仮想的に二等分する。
１図では、第１排気弁９の底面と第２排気弁１０の底面と仮想断面１５が、重なって位置している。すなわち、第１排気弁９の底面である第１底面と第２排気弁１０の底面である第２底面の二つの底面と仮想断面１５が、仮想的に交差する。
すると、第１排気弁９の底面と第２排気弁１０の底面が、従来の４弁式燃焼室よりも、シリンダー１の中心軸に近く位置する。すると、第１壁面が広がり、従来の４弁式燃焼室よりも、大きなスキッシュエリア空間８が形成できる。
この第２の特徴によって、前記の第１の作用が増強される。
また、第１排気弁９の底面と第２排気弁１０の底面の二つの底面とピストン２の上面部分との間のシリンダー中心軸方向の距離が狭い程、二つの排気弁の底面に接した混合気が多くスキッシュエリア空間８に流入し、前記の第１の作用が増強される。
仮想断面１５は、シリンダー１の中心軸が位置する平面に限定されるが、クランクシャフトの中心軸が位置する平面に限定されない。
クランクシャフトの中心軸が仮想断面１５上に位置する時は、第１排気弁９の排気ポートの方向と第１吸気弁１１の吸気ポートの方向は、逆向きになる。第２排気弁１０の排気ポートの方向と第１吸気弁１１の吸気ポートの方向は、逆向きになる。
第１吸気弁１１の底面の直径が、第１排気弁９と第２排気弁１０の２個の底面の直径よりも大きく設定される。
【００１４】
スキッシュエリア空間８について、説明する。
スキッシュエリア空間８は、第１排気弁９の底面と第２排気弁１０の底面に隣接して位置する。
スキッシュエリア空間のシリンダー中心軸方向の上死点時の間隔は、燃焼室３の壁面にカーボンが堆積した時にピストン２の上面と排気弁の底面が衝突しない最小限に近い間隔です。
上記の間隔の一例を示す。ピストンのストロークが９０ｍｍ未満に設定される時は、１ｍｍ前後の狭い間隔です。しかし、ピストンのストロークが９０ｍｍ以上に設定される時は、１．５ｍｍ前後の間隔に設定できる。前記の間隔は、上記の一例に限定されない。
２図の斜線で示す断面に垂直な方向における奥側に、第２点火プラグ５が点線で示されている。
また、２図の断面に垂直な方向における手前側に、第１排気弁９とスキッシュエリア空間８と第１点火プラグ４が存在する。しかし、第１排気弁９と第１点火プラグ４は、２図に示されない。
【００１５】
３図と４図を使って、第２実施例を説明する。
第２実施例は、第１実施例との相違点だけを説明する。
第２実施例の燃焼室には、２個の点火プラグと２個の吸気弁と２個の排気弁が設置される。
スキッシュエリア空間８と第１排気弁９と第１点火プラグ４と第１吸気弁１１と第２吸気弁１２と第２点火プラグ５と第２排気弁１０が、シリンダー１の内周の上端に沿って周方向に、記載された順番に、燃焼室３のシリンダーヘッド側壁面に設置される。
第１吸気弁１１の底面の直径と第２吸気弁１２の底面の直径が、第１排気弁９の底面の直径と同じ値または第１排気弁９の底面の直径よりも小さい値に設定される。同様に、第１吸気弁１１の底面の直径と第２吸気弁１２の底面の直径が、第２排気弁１０の底面の直径と同じ値または第２排気弁１０の底面の直径よりも小さい値に設定される。
すなわち、第２実施例の吸気弁の底面の直径は、従来の４弁式燃焼室の吸気弁の底面の直径よりも小さく設定される。
【００１６】
５図を使って、第３実施例を説明する。
第３実施例は、第２実施例との相違点だけを説明する。
第３実施例の燃焼室には、２個の点火プラグと３個の吸気弁と２個の排気弁が設置される。
スキッシュエリア空間８と第１排気弁９と第１点火プラグ４と第１吸気弁１１と第２吸気弁１２と第３吸気弁１３と第２点火プラグ５と第２排気弁１０が、シリンダー１の内周の上端に沿って周方向に、記載された順番に、燃焼室３のシリンダーヘッド側壁面に設置される。
第１吸気弁１１と第３吸気弁１３の間に、第２吸気弁１２が設置される。
第１吸気弁１１と第２吸気弁１２と第３吸気弁１３の３個の底面の３個の直径が、第１排気弁９と第２排気弁１０の２個の底面の２個の直径よりも小さな値に設定される。
【００１７】
６図と７図と８図を使って、第４実施例を説明する。
第１から第３までの実施例では、従来の４弁式燃焼室よりも吸気弁の底面の外周の長さの和が小さくなり、最大トルクが低下する。
この問題を改善する為に、第４実施例は、第１から第３までの実施例に以下の構成を加える。
第１排気弁９と第２排気弁１０の間に、第４吸気弁１６が増設される。第１排気弁９と第２排気弁１０の隣りに、第４吸気弁１６が増設される。第４吸気弁１６はシリンダー１の内周に隣接して設置される。第４吸気弁１６は、スキッシュエリア空間８に面して設置される。すなわち、第１排気弁９と第４吸気弁１６と第２排気弁１０が、連なって位置する。
これにより、第１から第３までの実施例よりも、吸気弁の周長の和が増加し、トルクが向上する。
また、第１排気弁９の排気マニホールドと第２排気弁１０の排気マニホールドは、１本に集合されず、２本の排気マニホールドが独立して設置される。
【００１８】
第５実施例を説明する。
第５実施例は、第２実施例と７図の実施例に以下の構成を加える。
第２吸気弁１２の開弁時期が排気上死点時前に設定され、第１排気弁９の閉弁時期が排気上死点時後に設定される。そして、第２吸気弁１２の開弁期間と第１排気弁９の開弁期間が排気上死点時付近でオーバーラップする。
そして、排気上死点時までに、第２排気弁１０が閉弁される。
そして、第１吸気弁１１の開弁時期が第１排気弁９の閉弁時期の付近に設定される。
すると、第２吸気弁１２から第１排気弁９までの掃気通路の長さが長く設定でき、オーバーラップ期間を長く設定でき、掃気効果が向上する。耐ノッキング性の向上と掃気効果の向上が両立する。
【００１９】
第６実施例を説明する。
第６実施例は、第３実施例と８図の実施例に以下の構成を加える。
第２吸気弁１２の開弁時期と第３吸気弁１３の開弁時期が排気上死点時前に設定され、第１排気弁９の閉弁時期が排気上死点時後に設定される。そして、第２吸気弁１２の開弁期間と第３吸気弁１３の開弁期間と第１排気弁９の開弁期間が排気上死点時付近でオーバーラップする。
そして、第２排気弁１０の閉弁時期と第１吸気弁１１の開弁時期が、第５実施例と同様に設定される。
すると、第２吸気弁１２から第１排気弁９までの掃気通路の長さと第３吸気弁１３から第１排気弁９までの掃気通路の長さが長く設定でき、掃気効果が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ピストン上面からシリンダーヘッド下面を見た第１実施形態の燃焼室の平面図。
【図２】第１吸気弁の底面の中心とシリンダー中心軸を結ぶ直線を含む垂直断面で切断した第１実施形態の燃焼室の垂直断面図。
【図３】ピストン上面からシリンダーヘッド下面を見た第２実施形態の燃焼室の平面図。
【図４】第２排気弁の底面の中心と第２吸気弁の底面の中心を結ぶ直線を含む垂直断面で切断した第２実施形態の燃焼室の垂直断面図。
【図５】ピストン上面からシリンダーヘッド下面を見た第３実施形態の燃焼室の平面図。
【図６】第１実施形態の構成に第４吸気弁を増設した第４実施形態の燃焼室の平面図。
【図７】第２実施形態の構成に第４吸気弁を増設した第４実施形態の燃焼室の平面図。
【図８】第３実施形態の構成に第４吸気弁を増設した第４実施形態の燃焼室の平面図。
【図９】特許文献１の図８に相当する図。
【図１０】特許文献２の図１（Ａ）に相当する図。
【図１１】特許文献３の図４に相当する図。
【図１２】特許文献４の図１に相当する図。
【図１３】特許文献５の図１。
【符号の説明】
【００２１】
１・・・シリンダー
２・・・ピストン
３・・・燃焼室
４・・・第１点火プラグ
５・・・第２点火プラグ
６・・・燃焼室を二等分する仮想断面
７・・・第４吸気弁
８・・・スキッシュエリア空間
９・・・第１排気弁
１０・・・第２排気弁
１１・・・第１吸気弁
１２・・・第２吸気弁
１３・・・第３吸気弁
【図１】
2018021540.tif 000003
【図２】
2018021540.tif 000004
【図３】
2018021540.tif 000005
【図４】
2018021540.tif 000006
【図５】
2018021540.tif 000007
【図６】
2018021540.tif 000008
【図７】
2018021540.tif 000009
【図８】
2018021540.tif 000010
【図９】
2018021540.tif 000011
【図１０】
2018021540.tif 000012
【図１１】
2018021540.tif 000013
【図１２】
2018021540.tif 000014
【図１３】
2018021540.tif 000015