(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂部から両側に傾斜して延在する吸気側傾斜面及び排気側傾斜面を備えたペントルーフ形の燃焼室天井部を備え、上記頂部に沿って吸気側傾斜面に吸気バルブにより開閉する２つの吸気ポート開口端及び排気側傾斜面に上記各吸気ポート開口端と対向して排気バルブにより開閉する２つの排気ポート開口端を有し、開状態の吸気バルブと吸気ポート開口端との隙間からの吸気導入によって燃料室内にタンブル流を生成するエンジンの燃焼室構造において、
上記燃焼室天井部の頂部に、互いに対向する吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の燃焼室中心側を結ぶ仮想線と当該吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の外側を結ぶ仮想線との間に上記各々の吸気ポート開口端側と排気ポート開口端側を連通して吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に気流を誘導する溝状の気流誘導凹部を形成したことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
【請求項２】
上記各気流誘導凹部の間において上記燃焼室天井部の頂部中央に該頂部に沿って燃焼室側に突出する平坦部を備え、該平坦部に点火プラグ取付穴を形成したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃焼室構造。
【請求項３】
頂部から両側に傾斜して延在する吸気側傾斜面及び排気側傾斜面を備えたペントルーフ形の燃焼室天井部を備え、上記頂部に沿って吸気側傾斜面に吸気バルブにより開閉する２つの吸気ポート開口端及び排気側傾斜面に上記各吸気ポート開口端と対向して排気バルブにより開閉する２つの排気ポート開口端を有するシリンダヘッド構造において、
上記燃焼室天井部の頂部に、互いに対向する吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の燃焼室中心側を結ぶ仮想線と当該吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の外側を結ぶ仮想線との間に各々の吸気ポート開口端側と排気ポート開口端側を連通して吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に気流を誘導する溝状の気流誘導凹部を形成したことを特徴とするシリンダヘッド構造。
【請求項４】
上記各気流誘導凹部の間において上記燃焼室天井部の頂部中央に該頂部に沿って燃焼室側に突出する平坦部を備え、該平坦部に点火プラグ取付穴を形成したことを特徴とする請求項３に記載のシリンダヘッド構造。
【請求項５】
上記各気流誘導凹部は、吸気ポート開口端側から排気ポート開口端側に連続して延在する底面と、
該底面の各側縁に連続して該底面から離反するに従って互いに離間する平面乃至湾曲面状で吸気ポート開口端側から排気ポート開口端側に連続する内側面及び外側面を有する溝状であることを特徴とする請求項３または４に記載のシリンダヘッド構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃焼室構造及びシリンダヘッド構造に関し、特にペントルーフ形の燃焼室天井部を有する燃焼室構造及びシリンダヘッド構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車などの高回転高出力が要求されるエンジンは、燃焼室天井部を２つの吸気バルブが設けられる吸気側傾斜面及び２つの排気バルブが設けられる排気側傾斜面を備えたペントルーフ形とし、燃焼室天井部の吸気側傾斜面に開口する吸気ポートの開口端から燃焼室内へ導入した吸気によって燃焼室内にタンブル流を生成して安定した燃焼を行わせる方法がある。
【０００３】
このタンブル流は、吸気行程においてピストンが上死点位置から下降する際に、開状態の吸気バルブと吸気ポート開口端との隙間から燃焼室に対して吸気を斜めに導入することで生成される。詳細にはピストンの下降によって燃焼室へ吸い込まれる吸気は、燃焼室に対して斜めに各吸気ポート開口端と吸気バルブのバルブヘッドとの隙間から燃焼室に流れ込み、ピストンの更なる下降に伴い導入された吸気は排気側のシリンダボア内周面に沿うように下方へ向かい、その後ピストンの頂面に沿って吸気側へ曲げられ、更に上方に向かって流れて燃焼室全体に亘って縦方向に旋回するタンブル流となる。
【０００４】
続いて、圧縮行程に移行してピストンが下死点位置から上昇すると、ピストンの上昇に伴う燃焼室の容積減少によりタンブル流がコンパクトになる。この圧縮行程中期以降においても、ペントルーフ形の燃焼室天井部とピストン頂面との間の空間によりタンブル流が圧縮行程中期以降まで崩壊することなく保持される。そして、インジェクタから燃料が噴射されると、タンブル流の燃焼室天井部に沿う流れによって点火プラグ近傍に運ばれて電極周りに適切な濃度状態の可燃混合気層を形成する。
【０００５】
また、ペントルーフ形の燃焼室天井部を有するエンジンの燃焼室において、点火プラグの電極周辺に可燃混合気を滞留させて着火性を向上させる燃焼室が特許文献１によって提案されている。この特許文献１のエンジンについて図５乃至図８を参照して説明する。
【０００６】
図５はエンジンの燃焼室構造を模式的に示す断面図、図６はシリンダブロック側から見たシリンダヘッドを模式的に示す平面図、図７は図６のＶＩＩ部拡大図、図８は図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面を模式的に示す図である。
【０００７】
図５に示すように、シリンダブロック１０１にピストン１０５が往復動自在に収容されるシリンダボア１０２を形成し、シリンダヘッド１１０に頂部１１６から下方両側に傾斜して延在する吸気側傾斜面１１７及び排気側傾斜面１１８を備えたペントルーフ形の燃焼室天井部１１５が形成される。これら吸気側傾斜面１１７及び排気側傾斜面１１８の下縁からシリンダヘッド１１０の下端面１１１に亘って側壁部１１９が形成される。このシリンダボア１０２及び燃焼室天井部１１５を形成する吸気側傾斜面１１７、排気側傾斜面１１８、側壁部１１９、ピストン１０５の頂面１０６で囲まれた空間が燃焼室１２０となる。
【０００８】
図６に示すように、燃焼室天井部１１５の吸気側傾斜面１１７には頂部１１６に沿って２つの吸気ポート１２１の各開口端１２２が形成され、排気側傾斜面１１８には２つの排気ポート１２３の各開口端１２４が形成される。また、各吸気ポート開口端１２２は吸気バルブ１３１によって開閉され、各排気ポート開口端１２４は排気バルブ１３２によって開閉される。各吸気バルブ１３１は、棒状のステム１３１Ａと、ステム１３１Ａの燃焼室１２０側の端部に設けられたバルブヘッド１３１Ｂとによって形成される。各排気バルブ１３２は、ステム１３２Ａと、ステム１３２Ａの燃焼室１２０側の端部に設けられたバルブヘッド１３２Ｂとによって形成される。
【０００９】
燃焼室天井部１１５の頂部１１６には、頂部１１６の延在方向に沿って上方へ窪んだ気流ガイド溝部１２５が形成される。この気流ガイド溝部１２５は頂部１１６の長手方向略中央において図５及び図６に示すように電極１３３ａが気流ガイド溝１２５から燃焼室１２０へ向けて突出するように点火プラグ１３３がシリンダヘッド１１０に対して取り付けられる。
【００１０】
気流ガイド溝部１２５は、その両端部１２５ａから点火プラグ１３３に向けて徐々に深くなるように形成される。また、この気流ガイド溝１２５は、図７に示すように溝頂部１２６によって連続する吸気側溝面１２７及び排気側溝面１２８によって形成され、点火プラグ１３３が配設される箇所において吸気側溝面１２７が吸気側傾斜面１１７に対して所定の角度を有して傾斜して吸気側傾斜面１１７に連続して形成され、排気側溝面１２８が排気側傾斜面１１８に対して所定の角度を有して傾斜して排気側傾斜面１１８に連続して形成される。一方、吸気バルブ１３１及び排気バルブ１３２が配設される箇所では、図８で示すように、吸気側傾斜面１１７が吸気側溝面１２７に連続する１平面として形成され、排気側溝面１２８は排気側傾斜面１１８に対して所定の角度を有して傾斜する面に形成される。また、図６に示すように吸気側傾斜面１１７の基端部１１７ａには、図示しない燃料を噴射させるインジェクタが挿入されるインジェクタ穴１２９が形成される。
【００１１】
これにより、ピストン１０５が上昇すると、燃焼室１２０内に吸気側傾斜面１１７及び排気側傾斜面１１８に沿って流れる気流と、気流ガイド溝部１２５に沿って点火プラグ１３３側に流れる気流が生成され、燃焼室１２０内で燃料と空気との混合を促進しながら、点火プラグ１３３の電極１３３ａの周りに可燃混合気を集中させかつ滞留させることが可能になり、着火性の向上が期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−１８５４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記ペントルーフ形の燃焼室天井部を有する燃焼室にあっては、吸気行程におけるピストンの下降によって吸気側傾斜面に開口する吸気ポート開口端と開状態の吸気バルブのバルブヘッドとの隙間からの吸気によって燃焼室内にタンブル流が生成されるものの、燃焼室天井部の頂部に近接して吸気ポート開口端が開口することから、ピストンの下降によって吸気ポート開口端と吸気バルブとの隙間から燃焼室内へ吸い込まれて吸気ポート開口端から吸気側傾斜面及び排気側傾斜面に沿って流れる吸気の流れが、その流れ方向と交差して延在する頂部及び頂部に連続する排気側傾斜面によって弱められて燃焼室内のタンブル流生成が弱められる。また、吸気ポート開口端から吸入される吸入空気の円滑な吸入に影響を及ぼし、吸気ポート等における吸気流路の圧力損失が増加して充填効率の低下を招く要因となる。
【００１４】
また、吸気ポート開口端に座グリ等の仕上げ加工を施す際に、その機械加工に伴い吸気ポート開口端の周囲に不連続部分が形成され、その不連続部分によっても吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に流れる吸気の流れが弱められて燃焼室内のタンブル流生成が弱められる。
【００１５】
一方、特許文献１によると、ペントルーフ形の燃焼室天井部１１５の頂部１１６に沿って点火プラグ１３３側が深くなる気流ガイド溝部１２５を形成することで、燃焼室１２０内の可燃混合気を点火プラグ１３３の電極１３３ａに対して集中させ、かつ滞留して着火性の向上が期待できる。
【００１６】
しかし、吸気ポート開口端１２４と開口状態の吸気バルブ１３１のバルブヘッド１３１Ｂとの隙間から燃焼室１２０内へ導入されて吸気側傾斜面１１６に沿って排気側傾斜面１１７側に流れる吸気が気流ガイド溝部１２５によって点火プラグ１３３側に誘導されると共に該部に滞留して、吸気ポート開口端１２２から吸気側傾斜面側１１６及び排気側傾斜面１１７に沿って流れる吸気流が弱められてタンブル流生成が弱められる。また、吸気ポート開口端１２２から吸入される吸気の流れが気流ガイド溝部１２５によって弱められ、かつ滞留することで吸気ポート開口端１２２からの円滑な吸入に影響を及ぼし、吸気ポート１２１等における吸気流路の圧力損失が増加して充填効率の低下を招く要因となる。
【００１７】
従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、ペントルーフ形の燃焼室天井部を有する燃焼室におけるタンブル流生成の向上及び充填効率を図りエンジンの燃焼安定性及びエンジン出力の向上が得られるエンジンの燃焼室構造及びシリンダヘッド構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成する請求項１に記載の発明によるエンジンの燃焼室構造は、頂部から両側に傾斜して延在する吸気側傾斜面及び排気側傾斜面を備えたペントルーフ形の燃焼室天井部を備え、上記頂部に沿って吸気側傾斜面に吸気バルブにより開閉する２つの吸気ポート開口端及び排気側傾斜面に上記各吸気ポート開口端と対向して排気バルブにより開閉する２つの排気ポート開口端を有し、開状態の吸気バルブと吸気ポート開口端との隙間からの吸気導入によって燃料室内にタンブル流を生成するエンジンの燃焼室構造において、上記燃焼室天井部の頂部に、互いに対向する吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の燃焼室中心側を結ぶ仮想線と当該吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の外側を結ぶ仮想線との間に上記各々の吸気ポート開口端側と排気ポート開口端側を連通して吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に気流を誘導する溝状の気流誘導凹部を形成したことを特徴とする。
【００１９】
これによると、開状態の各吸気バルブと吸気ポート開口端との隙間から燃焼室に対して斜めに導入された吸気が、燃焼室天井部の頂部に、吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の燃焼室中心側を結ぶ仮想線と当該吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の外側を結ぶ仮想線との間に凹設された気流誘導凹部に誘導されて燃焼室内に吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に燃焼室天井部に沿って流れる強いタンブル流が生成され、燃焼室内における気流流動の促進が得られ、希薄域でも燃焼安定性及び燃費の向上が得られる。
【００２０】
また、吸気ポート開口端から吸入される吸気の流れが気流誘導凹部によって吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に誘導されて燃焼室天井部の頂部近傍に滞留することなく、吸気ポート開口端から円滑に燃焼室に新気が導入されて吸気ポート等の吸気流路の圧力損失が減少して充填効率の向上が得られ、充填効率の向上に伴ってエンジンの出力向上が得られる。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、請求項１のエンジンの燃焼室構造において、上記各気流誘導凹部の間において上記燃焼室天井部の頂部中央に該頂部に沿って燃焼室側に突出する平坦部を備え、該平坦部に点火プラグ取付穴を形成したことを特徴とする。
【００２４】
これによると、各気流誘導凹部の間に頂部に沿って燃焼室側に突出する平坦部を備え、この平坦部に点火プラグ取付穴を形成することで、各吸気ポート開口端及び排気ポート開口端との間の段差がなくなり円滑な燃焼室天井部が形成されると共に、各気流誘導凹部によって誘導される気流に影響を及ぼすことなくタンブル流生成を維持しながら点火プラグを取り付けることができる。
【００２５】
請求項３に記載のシリンダヘッド構造の発明は、頂部から両側に傾斜して延在する吸気側傾斜面及び排気側傾斜面を備えたペントルーフ形の燃焼室天井部を備え、上記頂部に沿って吸気側傾斜面に吸気バルブにより開閉する２つの吸気ポート開口端及び排気側傾斜面に上記各吸気ポート開口端と対向して排気バルブにより開閉する２つの排気ポート開口端を有するシリンダヘッド構造において、上記燃焼室天井部の頂部に、互いに対向する吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の燃焼室中心側を結ぶ仮想線と当該吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の外側を結ぶ仮想線との間に各々の吸気ポート開口端側と排気ポート開口端側を連通して吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に気流を誘導する溝状の気流誘導凹部を形成したことを特徴とする
【００２６】
これによると、開状態の各吸気バルブと吸気ポート開口端との隙間から燃焼室に対して斜めに導入された吸気が、燃焼室天井部の頂部に、互いに対向する吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の燃焼室中心側を結ぶ仮想線と当該吸気ポート開口端の外縁及び排気ポート開口端の外縁の外側を結ぶ仮想線との間に凹設された気流誘導凹部によって誘導されて吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に燃焼室天井部に沿って導入されて燃焼室内に吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に燃焼室天井部に沿って流れる強いタンブル流を生成することができる。
【００２７】
また、吸気ポート開口端から吸入される吸気の流れが気流誘導凹部によって吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に誘導されて燃焼室天井部の頂部近傍に滞留することなく、吸気ポート開口端から円滑に燃焼室に新気が導入されて吸気ポート等の吸気流路の圧力損失が減少して充填効率の向上が得られる。
【００３０】
請求項４に記載の発明は、請求項３のシリンダヘッド構造において、上記各気流誘導凹部の間において上記燃焼室天井部の頂部中央に該頂部に沿って燃焼室側に突出する平坦部を備え、該平坦部に点火プラグ取付穴を形成したことを特徴とする。
【００３１】
これによると、各気流誘導凹部の間に頂部に沿って燃焼室側に突出する平坦部を備え、この平坦部に点火プラグ取付穴を形成することで、各吸気ポート開口端及び排気ポート開口端との間の段差がなくなり円滑な燃焼室天井部が形成されると共に、各気流誘導凹部によって誘導される気流に影響を及ぼすことなくタンブル流生成を維持しながら点火プラグを取り付けることができる。
【００３２】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４のシリンダヘッド構造において、上記各気流誘導凹部は、吸気ポート開口端側から排気ポート開口端側に連続して延在する底面と、該底面の各側縁に連続して該底面から離反するに従って互いに離間する平面乃至湾曲面状で吸気ポート開口端側から排気ポート開口端側に連続する内側面及び外側面を有する溝状であることを特徴とする。
【００３３】
これによると、気流誘導凹部が吸気ポート開口端側から排気ポート開口端側に連続して延在する底面及び底面の各側縁に連続して該底面から離反するに従って互いに離間する平面乃至湾曲面状で吸気ポート開口端側から排気ポート開口端側に連続する内側面及び外側面を有する溝状に形成することで、吸気ポート開口端からの吸気が効率的に排気側傾斜面側に誘導され、より強いタンブル流が生成できる。また、吸気ポート開口端から円滑に燃焼室に新気が導入され、充填効率の向上が得られ、エンジンの出力向上が得られる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によると、開状態の各吸気バルブと吸気ポート開口端との隙間から燃焼室に対して斜めに導入された吸気が燃焼室天井部の頂部に凹設された気流誘導凹部に誘導されて燃焼室内に吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に燃焼室天井部に沿って流れる強いタンブル流が生成される。
【００３５】
また、吸気ポート開口端から吸入される吸気の流れが気流誘導凹部によって吸気側傾斜面側から排気側傾斜面側に誘導されて燃焼室天井部の頂部近傍に滞留することなく、吸気ポート開口端から円滑に燃焼室に新気が導入されて吸気流路の圧力損失が減少して充填効率の向上が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施の形態に係るエンジンのシリンダブロック側から見たシリンダヘッドを模式的に示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面を模式的に示す断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面を模式的に示す断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線断面を模式的に示す断面図である。
【図５】従来のエンジンの燃焼室構造を模試的に示す断面図である。
【図６】シリンダブロック側から見たシリンダヘッドを模式的に示す平面図である。
【図７】図６のＶＩＩ部を模試的に示す拡大図である。
【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面を模試的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明に係るエンジンの燃焼室及びシリンダヘッド構造の一実施の形態について、図１〜図４を参照して説明する。図１はエンジンのシリンダブロック側から見たシリンダヘッドを模式的に示す平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面を模式的に示す断面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面を模式的に示す断面図、図４は図１のＩＶ−ＩＶ線断面を模式的に示す断面図である。
【００３８】
図１及び図２に示すように、エンジンはシリンダブロック１０とシリンダヘッド２０を備える。シリンダブロック１０に図示しないピストンが往復動自在に収容されるシリンダボア１１を形成し、シリンダヘッド２０に頂部２３から下方両側に向けて傾斜して延在する吸気側傾斜面２４及び排気側傾斜面２５を備えたペントルーフ形の燃焼室天井部２２が形成される。また、これら吸気側傾斜面２４及び排気側傾斜面２５の下縁からシリンダブロック１０にガスケット等を介在して当接するシリンダヘッド２０の下端面２１に亘って燃焼室４０の内周部となる側壁部２６が形成される。このシリンダボア１１及び燃焼室天井部２２を形成する吸気側傾斜面２４、排気側傾斜面２５、側壁部２６及びピストンの頂面で囲まれた空間が燃焼室４０となる。
【００３９】
シリンダヘッド２０には、図１及び図２、図３に示すように燃焼室４０に吸入新気を導入する一対の吸気ポート４１Ａ、４１Ｂ及び燃焼排気ガスを排出する１対の排気ポート４５Ａ、４５Ｂが形成される。燃焼室天井部２２の吸気側傾斜面２４に頂部２３に沿って各吸気ポート４１Ａ、４１Ｂの各開口端４２Ａ、４２Ｂが形成され、吸気側傾斜面２４の基端部２４ａに図示しない燃料を噴射させるインジェクタの先端部が挿入されるインジェクタ穴３９が形成される。
【００４０】
吸気側傾斜面２４に形成される２つの吸気ポート開口端４２Ａ、４２Ｂにそれぞれ環状のバルブシート４３Ａ、４３Ｂが設けられる。また、排気側傾斜面２５に頂部２３に沿って各吸気ポート開口端４２Ａ、４２Ｂに対向して吸入ポート開口端４２Ａ、４２Ｂより小径の排気ポート４５Ａ、４５Ｂの開口端４６Ａ、４６Ｂが形成され、排気側傾斜面２５に形成される２つの排気ポート開口端４６Ａ、４６Ｂにそれぞれバルブシート４７Ａ、４７Ｂが設けられる。
【００４１】
図２に示すように、バルブシート４３Ａが設けられた吸気ポート開口端４２Ａは、吸気ポート４１Ａに装着されたバルブガイド４４Ａに支持された吸気バルブ５１Ａによって開閉される。吸気バルブ５１Ａはバルブガイド４４Ａによってリフト方向に昇降自在に挿着された棒状のステム５２Ａ及びステム５２Ａの燃焼室４０側の端部に設けられたバルブヘッド５３Ａによって形成され、閉状態にあってはバルブヘッド５３Ａのバルブフェースがバルブシート４３Ａに着座して吸気ポート開口端４２Ａが閉鎖され、開状態にあってはバルブヘッド５３Ａがバルブシート４３Ａから離反してバルブシート４３Ａとバルブヘッド５３Ａとの間に隙間が形成される。
【００４２】
排気ポート開口端４６Ａは、排気ポート４５Ａに装着されたバルブガイド４８Ａに支持された排気バルブ５５Ａによって開閉される。排気バルブ５５Ａはバルブガイド４８Ａによってリフト方向に昇降自在に挿着された棒状のステム５６Ａ及びステム５６Ａの燃焼室４０側の端部に設けられたバルブヘッド５７Ａよって形成され、閉状態にあってはバルブヘッド５７Ａのバルブフェースがバルブシート４７Ａに着座して排気ポート開口端４６Ａを閉鎖し、開状態にあってはバルブヘッド５７Ａがバルブシート４７Ａから離反してバルブシート４７Ａとバルブヘッド５７Ａとの間に隙間が形成される。
【００４３】
また、図３に示すように、バルブシート４３Ｂが設けられた吸気ポート開口端４２Ｂは、吸気ポート４１Ｂに装着されたバルブガイド４４Ｂに支持されたステム５１Ａ及びバルブヘッド５１Ｂを備えた吸気バルブ５１Ｂによって開閉され、閉状態にあってはバルブヘッド５３Ｂのバルブフェースがバルブシート４３Ｂに着座して吸気ポート開口端４２Ａ、４２Ｂを閉鎖し、開状態にあってはバルブヘッド５３Ｂがバルブシート４３Ｂから離反してバルブシート４３Ｂとバルブヘッド５３Ｂとの間に隙間が形成される。
【００４４】
排気ポート開口端４６Ｂは、排気ポート４５Ａに装着されたバルブガイド４８Ｂに支持されたステム５６Ｂ及びバルブヘッド５７Ｂを備えた排気バルブ５５Ｂによって開閉され、閉状態にあってはバルブヘッド５７Ｂのバルブフェースがバルブシート４７Ｂに着座して排気ポート開口端４６Ｂを閉鎖し、開状態にあってはバルブヘッド５７Ｂがバルブシート４７Ｂから離反してバルブシート４７Ｂとバルブヘッド５７Ｂとの間に隙間が形成される。これら吸気バルブ５１Ａ、５１Ｂ及び排気バルブ５５Ａ、５５Ｂは図示しない吸気カム及び排気カム、或いはバルブリフト機構等の動弁機構によって開閉動作する。これら動弁機構は既に公知の技術であり説明を省略する。
【００４５】
図１及び図３に図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図を示すように、燃焼室４０のほぼ中央部となる燃焼室天井部２２の頂部２３の中央部に、電極５８ａがシリンダヘッド２０の略中央において燃焼室４０へ向けて突出するように点火プラグ５８をシリンダヘッド２０に対して取り付ける点火プラグ取付穴部３２が頂部２３から燃焼室４０側へ突出して形成され、点火プラグ取付部３２から頂部２３の延在方向沿って互いに離反する方向に延在部分３３Ａ、３３Ｂが延在する翼状の平坦部３１が形成される。この頂部２３から燃焼室４０側に突出する翼状の平坦部３１によって、各吸気ポート開口端４２Ａ、４２Ｂ及び排気ポート開口端４６Ａ、４６Ｂとの間の段差がなくなり吸気側傾斜面２３から排気側傾斜面２４に滑らかに連続する円滑な燃焼室天井部２２が形成される。
【００４６】
この平坦部３１の延在部部分３３Ａに連続して吸気ポート開口端４２Ａと排気ポート開口部４６Ａとの間に吸気ポート開口端４２Ａ側と排気ポート開口端４６Ａ側とを連通する上方に窪んだ略同一断面形状で滑らかに連続する溝状の気流誘導凹部３５Ａが形成され、延在部３３Ｂに連続して吸気ポート開口端４２Ｂと排気ポート開口部４６Ｂとの間に吸気ポート開口端４２Ｂ側と排気ポート開口端４６Ｂ側とを連通する上方に窪んだ溝状の気流誘導凹部３５Ｂが形成される。
【００４７】
この気流誘導凹部３５Ａは図１、図２及び図４に示すように、内方端３５Ａａ及び外方端３５Ａｂが吸気ポート開口端４２Ａの外縁及び排気ポート開口端４６Ａの外縁の燃焼室中心側、吸気ポート開口端４２Ａの外縁及び排気ポート開口端４６Ａの外縁の点火プラグ５８側を結ぶ仮想線Ｌａ１と外側を結ぶ仮想線Ｌａ２との間に形成され、吸気ポート開口端４２Ａから排気ポート開口端４６Ａ側に連続するシリンダヘッド下端面２１と略平行な底面３６Ａと、底面３６Ａの中心側縁３６Ａａに外方端が連続して内方端３５Ａａが平坦部３１の延在部分３３Ａの外方端に連続する平面乃至湾曲面状で吸気ポート開口端４２Ａ側から排気ポート開口端４６Ａ側に連続する内側面３７Ａと、底面３６Ａの外側縁３６Ａｂに内方端が連続して外方端３５Ａｂが頂部２３或いは側壁部２６に連続する平面乃至湾曲面状で排気ポート開口端４６Ａ側に連続する外側面３８Ａとによって形成される。
【００４８】
即ち、この気流誘導凹部３５Ａは、点火プラグ５８が取り付けられる平坦部３１の延在部分３３Ａに連続して仮想線Ｌａ１とＬａ２との間において頂部２３の吸気ポート開口端４２Ａ側から排気ポート開口端４６Ａ側に連続して延在する平坦な底面３６Ａと、この底面３６Ａの内側縁３６Ａｂに連続して底面３６Ａから燃焼室４０側に移行するに従って互いに離間する内側面３７Ａ及び外側面３８Ａによって燃焼室４０側が幅の広い溝状に形成される。また、この気流誘導凹部３５Ａは例えば数ミリの比較的浅い面取り状に形成できる。
【００４９】
同様に、気流誘導凹部３５Ｂは図１、図２及び図４に示すように、内方端３５Ｂａ及び外方端３５Ｂｂが吸気ポート開口端４２Ｂの外縁及び排気ポート開口端４６Ｂの外縁の燃焼室中心側、即ち点火プラグ５８側を結ぶ仮想線Ｌｂ１と外側を結ぶ仮想線Ｌｂ２との間に形成され、吸気ポート開口端４２Ｂから排気ポート開口端４６Ｂ側に連続するシリンダヘッド下端面２１と略平行な底面３６Ｂと、底面３６Ｂの中心側縁３６Ｂａに外方端が連続して内方端３５Ｂａが平坦部３１の延在部分３３Ｂの外方端に連続する平面乃至湾曲面状で吸気ポート開口端４２Ｂ側から排気ポート開口端４６Ｂ側に連続する内側面３７Ｂと、底面３６Ｂの外側縁３６Ｂｂに内方端が連続して外方端３６Ｂｂが頂部２３或いは側壁部２６に連続する平面乃至湾曲面状で吸気ポート開口端４２Ｂ側から排気ポート開口端４６Ｂ側に連続する外側面３８Ｂとによって形成される。即ち、この気流流動凹部３５Ｂは、平坦部３１の延在部分３３Ｂに連続して仮想線Ｌｂ１とＬｂ２との間において頂部２３の吸気ポート開口端４２Ｂ側から排気ポート開口端４６Ｂ側に連続して延在する平坦な底面３６Ｂと、この底面３６Ｂの内側縁３６Ｂｂに連続して底面３６Ｂから燃焼室４０側に移行するに従って互いに離間する内側面３７Ｂ及び外側面３８Ｂによって燃焼室４０側が幅の広い溝状に形成される。また、この気流誘導凹部３５Ｂは例えば数ミリの比較的浅い面取り状に形成できる。
【００５０】
次に、このように構成された燃焼室及びシリンダヘッドの作用について説明する。
【００５１】
このように構成されたエンジンにおいて、吸気行程において図示しないピストンが上死点位置から下降するに伴って、図２及び図３に示す開状態の吸気バルブ５１Ａのバルブヘッド５３Ａと吸気ポート開口端４２Ａのバルブシート４３Ａとの隙間から燃焼室４０に対して斜めに導入された吸気は、図１及び図２に矢印Ｆ１で示すように燃焼室天井部２２の頂部２３に凹設された底面３６Ａ、内側面３７Ａ、外側面３８Ａによって吸気ポート開口端４２Ａ側と排気ポート開口端４６Ａ側を連通する溝状に形成された気流誘導凹部３５Ａに誘導されて吸気側傾斜面２４側から排気側傾斜面２５側に燃焼室天井部２２に沿って導入される。同様に開状態の吸気バルブ５１Ｂのバルブヘッド５３Ｂと吸気ポート開口端４２Ｂのバルブシート４３Ｂとの隙間から燃焼室４０に対して斜めに導入された吸気は、図１及び図３に矢印Ｆ２で示すように燃焼室天井部２２の頂部２３に凹設された底面３６Ｂ、内側面３７Ｂ、外側面３８Ｂによって吸気ポート開口端４２Ｂ側と排気ポート開口端４６Ｂ側を連通する溝状に形成された気流誘導凹部３５Ｂに誘導されて吸気側傾斜面２４側から排気側傾斜面２５側に燃焼室天井部２２に沿って導入される。
【００５２】
これにより開口する吸気バルブ５１Ａと吸気ポート開口端４２Ａのバルブシート４３Ａとの隙間から、及び吸気バルブ５１Ｂと吸気ポート開口端４３Ｂのバルブシート４３Ｂとの隙間から吸入された吸気は、その流れ方向と交差する方向に延在する頂部２３や頂部２３に連続する排気側傾斜面２５によって弱められることなく、吸気側傾斜面２４側から排気側傾斜面２５側に燃焼室天井部２２に沿って誘導される。
【００５３】
ピストンの更なる下降に伴い、導入された吸気が排気側のシリンダボア１１の内周面に沿うように下方に向かい、その後ピストンの頂面に沿って吸気側へ曲げられ、更に吸気側のシリンダボア１１の内周面に沿って上方の吸気側傾斜面２４に向かって流れ、燃焼室４０全体に亘って縦方向に旋回するタンブル流が生成される。
【００５４】
ここで、特に各気流誘導凹部３５Ａを仮想線Ｌａ１とＬａ２との間において底面３６Ａの内側縁３６Ａｂに連続して底面３６Ａから燃焼室４０側に移行するに従って互いに離間する内側面３７Ａ及び外側面３８Ａによって燃焼室４０側が幅の広い溝状に形成することで、吸気ポート開口端４２Ａからの吸気を燃焼室天井部２２に沿って効率的に排気側傾斜面２５側に誘導されると共に、気流誘導凹部３５Ｂを仮想線Ｌｂ１とＬｂ２との間において底面３６Ｂの内側縁３６Ｂｂに連続して底面３６Ｂから燃焼室４０側に移行するに従って互いに離間する内側面３７Ｂ及び外側面３８Ｂによって燃焼室４０側が幅の広い溝状に形成することで吸気ポート開口端４２Ｂからの吸気が燃焼室天井部２２に沿って効率的に排気側傾斜面２５側に誘導され、これらの気流により強いタンブル流が生成できる。
【００５５】
続いて、圧縮行程に移行してピストンが下死点位置から上昇すると、ピストンの上昇に伴う燃焼室４０の容積減少によりタンブル流がコンパクトになる。この圧縮行程中期以降においても、ペントルーフ形の燃焼室天井部２２とピストン頂面との間の空間及び吸気側傾斜面２４側から排気側傾斜面２５側に吸気を誘導する気流誘導凹部３５Ａ、３５Ｂによってタンブル流が圧縮行程中期以降まで崩壊することなく、保持される。そして、インジェクタから燃料が噴射されると、タンブル流の燃焼室天井部２２に沿う流れによって点火プラグ５８の近傍に運ばれて電極５８ａ周りに適切な濃度状態の可燃混合気層を形成する。
【００５６】
このように、燃焼室４０内で吸気ポート開口端４２Ａ、４２Ｂから排気ポート開口端４６Ａ、４６Ｂの方向に向けて吸気側傾斜面２４側から排気側傾斜面２５側に燃焼室天井部２２に沿って流れる強いタンブル流が生成され、燃焼室４０内における気流流動の促進が得られ、希薄域でも燃焼安定性及び燃費の向上が得られる。
【００５７】
また、吸気ポート開口端４２Ａ、４２Ｂから吸入される吸気の流れが気流誘導凹部３５Ａ、３５Ｂによって吸気側傾斜面２４側から排気側傾斜面２５側に誘導されて燃焼室天井部の頂部近傍に滞留することなく、吸気ポート開口端４２Ａ、４２Ｂから円滑に燃焼室に新気が導入され、吸気ポート４１Ａ、４１Ｂ等の吸気流路の圧力損出が減少して充填効率の向上が得られ、エンジンの出力向上が得られる。
【００５８】
更に、気流誘導凹部３５Ａと気流誘導凹部３５Ｂの間において頂部２３に沿って燃焼室４０側に突出形成された平端部３１に点火プラグ取付穴部３２を備えることで、各吸気ポート開口端４２Ａ、４２Ｂ及び排気ポート開口端４６Ａ、４６Ｂとの間の段差がなくなり、円滑な燃焼室天井部２２が形成されると共に、各気流誘導凹部３５Ａ、３５Ｂによって誘導される気流流れに影響することなく、強いタンブル流生成を維持しながら点火プラグ５８を装着することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０    シリンダブロック
１１    シリンダボア
２０    シリンダヘッド
２１    下端面
２２    燃焼室天井部
２３    頂部
２４    吸気側傾斜面
２５    排気側傾斜面
３１    平坦部
３２    点火プラグ取付穴部
３３Ａ、３３Ｂ        延在部分
３５Ａ、３５Ｂ        気流誘導凹部
３５Ａａ、３５Ｂａ    内方端
３５Ａｂ、３５Ｂｂ    外方端
３６Ａ、３６Ｂ        底面
３７Ａ、３７Ｂ        内側面
３８Ａ、３８Ｂ        外側面
４０                  燃焼室
４１Ａ、４１Ｂ        吸気ポート
４２Ａ、４２Ｂ        吸気ポート開口端
４３Ａ、４３Ｂ        バルブシート
４５Ａ、４５Ｂ        排気ポート
４６Ａ、４６Ｂ        排気ポート開口端
４７Ａ、４７Ｂ        バルブシート
５１Ａ、５１Ｂ        吸気バルブ
５３Ａ、５３Ｂ        バルブヘッド
５５Ａ、５５Ｂ        排気バルブ
５７Ａ、５７Ｂ        バルブヘッド
５８    点火プラグ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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