(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッド（４）の内面とピストン（５）の頂面とで燃焼室（６）を画成し，シリンダヘッド（４）に装着される点火栓（１２）の電極（１２ａ）を燃焼室（６）の周縁部に近接して臨ませた内燃機関において，
前記燃焼室（６）の天井面周縁部と前記ピストン（５）の頂面周縁部との間に燃焼室（６）の中心に向かって上り勾配の環状のスキッシュ領域（１７）を設け，このスキッシュ領域（１７）の，前記点火栓（１２）の電極（１２ａ）に最も遠い区域（１７ｆ）から噴出する混合気のスキッシュ流（Ｆ）が該電極（１２ａ）を指向し，該電極（１２ａ）に最も近い区域（１７ｎ）から噴出する混合気のスキッシュ流（Ｎ）が該電極（１２ａ）の下方を指向するようにしたことを特徴とする，内燃機関の燃焼室構造。
【請求項２】
請求項１記載のものにおいて，
前記燃焼室（６）の天井面周縁部には燃焼室（６）の中心に向かって上り勾配の上部斜面（１５）を設けると共に，前記ピストン（５）の頂面周縁部には前記上部斜面（１５）と同角度で傾斜する下部斜面（１６）を設け，これら上部斜面（１５）と下部斜面（１６）との間に環状の前記スキッシュ領域（１７）が形成されるようにしたことを特徴とする，内燃機関の燃焼室構造。
【請求項３】
請求項１又は２記載のものにおいて，
前記燃焼室（６）の天井面に各１個の吸気弁（１０）及び排気弁（１１）の傘部（１０ａ，１１ａ）を互いに近接して配置し，これら吸気弁（１０）及び排気弁（１１）の両軸線（Ｏ１，Ｏ２）を含む平面（Ａ）の一側方において前記点火栓（１２）の電極（１２ａ）を前記燃焼室（６）の周縁部に近接配置したことを特徴とする，内燃機関の燃焼室構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，シリンダヘッドの内面とピストンの頂面とで燃焼室を画成し，シリンダヘッドに装着される点火栓の電極を燃焼室の周縁部に近接して臨ませた内燃機関の燃焼室構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かゝる内燃機関の燃焼室構造は，例えば特公昭５８−４３５６５号公報に開示されているように，既に知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関において，ノッキングの発生を防止するためには，点火栓の電極を燃焼室の中心部に配置して，火炎の伝播距離を極力短くすることが一般に有効とされている。しかしながら，内燃機関の構造や形式によっては，吸，排気弁の配置等の関係から，点火栓のそのような配置を採用することが困難な場合があり，即ち点火栓の電極を燃焼室の周縁部に近接して配置することを余儀なくされることがある。このような場合には，火炎の伝播距離が必然的に長くなるため，エンドガスの自然発火によるノッキングが発生し易くなる。
【０００４】
本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，点火栓の電極を燃焼室の周縁部に近接して配置しても，エンドガスが自然発火に至る前に，正常な火炎伝播が完了するようにして，耐ノッキング性を向上させ得る，内燃機関の燃焼室構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために，本発明は，シリンダヘッドの内面とピストンの頂面とで燃焼室を画成し，シリンダヘッドに装着される点火栓の電極を燃焼室の周縁部に近接して臨ませた内燃機関において，前記燃焼室の天井面周縁部と前記ピストンの頂面周縁部との間に燃焼室の中心に向かって上り勾配の環状のスキッシュ領域を設け，このスキッシュ領域の，前記点火栓の電極に最も遠い区域から噴出する混合気のスキッシュ流が該電極を指向し，該電極に最も近い区域から噴出する混合気のスキッシュ流が該電極の下方を指向するようにしたことを第１の特徴とする。
【０００６】
この第１の特徴によれば，圧縮行程時，ピストンが上死点に近づくと，燃焼室周縁部の，電極に遠い区域からは，電極に向かう混合気のスキッシュ流が噴出するので，これが点火栓の点火により発生した火炎の外面に対して垂直に衝突することにより，火炎によるエンドガスの加圧に遅れを生じさせる。そしてエンドガスが自然発火する前に火炎は燃焼室の最遠の周縁まで正常に伝播し，ノッキングの無い正常な燃焼を生起させることになる。
【０００７】
また，燃焼室の，電極に最も近い部分から噴出するスキッシュ流は電極へは向かわず，その下方へ逸れるため，電極の点火直後に出来た火種を吹き消すことを回避しながら，混合気に乱流を生じせしめて，火炎の伝播を促進し，ノッキングの発生をより防ぐことができる。
【０００８】
さらに，点火栓の電極は，燃焼室の周縁部に近接して配置されることから，燃焼室の比較的低い位置を占めることになり，該電極に最も遠い区域から噴出する混合気のスキッシュ流が該電極を指向し，該電極に最も近い区域から噴出する混合気のスキッシュ流が該電極の下方を指向するように，燃焼室の天井面周縁部とピストンの頂面周縁部との間にスキッシュ領域を設けると，ピストンの頂面周縁部に形成される斜面は必然的に緩勾配のものとなるから，その斜面形成に伴うピストン頂面の受熱面積の増加が極めて少ないこと，及び全部のスキッシュ流がピストン頂面に近接して流れてピストンを効果的に冷却することにより，ピストンの耐久性を確保しつゝ，耐ノッキング性の向上に寄与する。
【０００９】
また本発明は，上記第１の特徴に加えて，前記燃焼室の天井面周縁部には燃焼室の中心に向かって上り勾配の上部斜面を設けると共に，前記ピストンの頂面周縁部には前記上部斜面と同角度で傾斜する下部斜面を設け，これら上部斜面と下部斜面との間に環状の前記スキッシュ領域が形成されるようにしたことを第２の特徴とする。
【００１０】
さらに本発明は，上記第１又は第２の特徴に加えて，前記燃焼室の天井面に各１個の吸気弁及び排気弁の傘部を互いに近接して配置し，これら吸気弁及び排気弁の両軸線を含む平面の一側方において前記点火栓の電極を燃焼室の周縁部に近接配置したことを第３の特徴とする。
【００１１】
この第３の特徴によれば，点火栓に干渉されることなく，吸気ポート及び排気ポートの大径化を可能にし，充填効率を高めると共に排気抵抗を下げ，耐ノッキング性の向上と相まって，機関出力の向上を図ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の実施例に基づいて以下に説明する。
【００１３】
図１は本発明の燃焼室構造を備えた内燃機関の縦断側面図，図２は図１の２−２線断面図，図３は図１の３−３線断面図，図４は図１の４−４線断面図，図５は燃焼室における混合気の燃焼状態を示す作用説明図，図６は比較例の燃焼室構造を示す，図１に対応した断面図，図７は本発明と比較例との耐ノッキング性能比較テスト線図である。
【００１４】
先ず，図１及び図２において，内燃機関１は，シリンダブロック２と，このシリンダブロック２の上端面にガスケット３を挟んで接合されるシリンダヘッド４と，シリンダブロック２の中心部に形成されたシリンダボア２ａに昇降自在に嵌装されたピストン５とを備えており，シリンダヘッド４の内面とピストン５の頂面との間に燃焼室６が画成される。
【００１５】
この燃焼室６の半球状に形成された天井面に，シリンダヘッド４に形成された吸気ポート７及び排気ポート８が開口し，これらを開閉するポペット型の吸気弁１０及び排気弁１１がシリンダヘッド４に装着される。その際，各ポート７，８を極力大径とすべく各弁１０，１１の傘部１０ａ，１１ａは互いに近接して配置される。
【００１６】
またシリンダヘッド４に螺着される点火栓１２の電極１２ａは，吸気及び排気弁１０，１１の両傘部１０ａ，１１ａを避けて燃焼室６に臨むように，燃焼室６周縁部に近接して配置される。即ち電極１２ａは，吸気及び排気弁１０，１１の軸線Ｏ１，Ｏ２を含む平面Ａの一側方において燃焼室６周縁部に近接配置される。
【００１７】
吸気及び排気弁１０，１１は，図示しないクランク軸より駆動される公知の動弁装置１３によって開閉される。
【００１８】
図１ないし図４に示すように，燃焼室６の天井面周縁部には，燃焼室６の中心に向かって上り勾配となる截頭円錐状の上部斜面１５が，またピストン５の頂面周縁部には，上記上部斜面１５と同角度で傾斜する截頭円錐状の下部斜面１６がそれぞれ形成される。これら上部及び下部斜面１５，１６は，ピストン５が上死点に到達するとき，両斜面１５，１６から混合気のスキッシュ流を噴出する環状のスキッシュ領域１７を形成するものであって，両斜面１５，１６の勾配は，スキッシュ領域１７の，電極１２ａに最も遠い区域１７ｆから噴出するスキッシュ流Ｆが電極１２ａに向かう方向を指向し，電極１２ａに最も近い区域１７ｎから噴出するスキッシュ流Ｎが該電極１２ａを下方へ逸れる方向を指向するように設定される。
【００１９】
次に，この実施例の作用について説明する。
【００２０】
ピストン５の吸気行程で，吸気弁１０の開弁により吸気ポート７から燃焼室６に混合気が吸入され，この混合気はピストン５の次の圧縮行程で圧縮されるが，ピストン５が上死点に近づくと，燃焼室６の天井面周縁部の截頭円錐状の上部斜面１５と，ピストン５の頂面周縁部の截頭円錐状の下部斜面１６とが近接して環状のスキッシュ領域１７を形成するので，このスキッシュ領域１７から混合気の噴出が始まり，この噴出は，ピストン５が上死点を僅かに過ぎるまで続く。
【００２１】
そのとき，スキッシュ領域１７の，点火栓１２の電極１２ａに最も遠い区域１７ｆから噴出するスキッシュ流Ｆは電極１２ａに向かって直進するが，電極１２ａに最も近い区域１７ｎから噴出するスキッシュ流Ｎは電極１２ａを逸れるように，その下方に向かう。
【００２２】
一方，点火栓１２は，ピストン５が上死点手前の所定位置に来たとき電極１２ａに点火され，混合気の着火により発生した火炎１８は，図５に示すように電極１２ａを中心にして球状に広がって進行する。
【００２３】
この場合，一般的には，上記火炎１８は，燃焼室６の周縁の，電極１２ａに近い区域には短時間で到達するので，該区域ではエンドガスの自然発火は生じ難いが，電極１２ａから遠く離れた区域への火炎１８の到達には相応の時間を要するため，その間にエンドガスは火炎面により加圧され，前炎反応が進行して自然発火に至り，これによる異常燃焼がノッキングの原因とされている。
【００２４】
しかしながら，本発明の場合，燃焼室６の周縁部に形成された環状のスキッシュ領域１７において，電極１２ａに遠い区域１７ｆからは，前述のように電極１２ａに向かって直進する混合気のスキッシュ流Ｆが噴出するので，これが火炎１８の外面に対して垂直に衝突することにより，火炎１８によるエンドガスの加圧に遅れを生じさせる。そしてエンドガスが自然発火する前に火炎１８は燃焼室６の最遠の周縁まで正常に伝播し，ノッキングの無い正常な燃焼を生起させることになる。
【００２５】
また，スキッシュ領域１７において，電極１２ａに最も近い区域１７ｎから噴出するスキッシュ流Ｎは電極１２ａへは向かわず，その下方へ逸れるため，電極１２ａの点火直後に出来た火種を吹き消すことを回避しながら，混合気に乱流を生じせしめて，火炎１８の伝播を速め，これもノッキングの発生防止に寄与する。
【００２６】
さらに，点火栓１２の電極１２ａは，燃焼室６の周縁部に近接して配置されることから，燃焼室６の比較的低い位置を占めることになり，該電極１２ａに最も遠い区域１７ｆから噴出する混合気のスキッシュ流Ｆが該電極１２ａを指向し，該電極１２ａに最も近い区域１７ｎから噴出する混合気のスキッシュ流Ｎが該電極１２ａの下方を指向するように，燃焼室６の天井面周縁部とピストン５の頂面周縁部との間にスキッシュ領域１７を設けると，ピストン５の頂面周縁部に形成される斜面は傾斜角度θ（図５参照）が必然的に小さいものとなるから，その斜面形成に伴うピストン５頂面の受熱面積の増加が極めて少ないこと，及び全部のスキッシュ流Ｆ，Ｎがピストン５頂面に近接して流れてピストン５頂面を効果的に冷却することにより，ピストン５の耐久性の確保と耐ノッキング性の向上とに貢献する。
【００２７】
図６に示す比較例の燃焼室構造では，スキッシュ領域１７′は，燃焼室６の天井面周縁部の環状水平面１５′と，ピストン５の頂面周縁部の環状水平面１６′との間に形成される。その他の構成は，上記本発明の実施例と同様であり，図中，本発明の実施例と対応する部分には，それと同一の符号を付す。
【００２８】
この比較例では，スキッシュ領域１７′から噴出する混合気のスキッシュ流は，燃焼室６の，電極１２ａより下方の部分で混合気に攪拌を与える。
【００２９】
本発明の燃焼室構造と上記比較例の燃焼室構造とのそれぞれのノッキング状況をテストして比較してみると，図７の結果を得た。
【００３０】
テスト条件として，両燃焼室構造のスキッシュ間隙ｇを０．８ｍｍ，圧縮比を９．２，潤滑油温度を１２５〜１４５°Ｃ，点火栓温度を２０４〜２８２°Ｃ，スロットル開度を全開とした。
【００３１】
テストの方法は，キスラーの指圧センサにより，シリンダボア２ａの内圧を検出し，オシロスコープでモニタしながら点火時期を進角していくもので，ノッキングに起因する高周波が出始めた点をノッキング開始点火時期とした。
【００３２】
図７から明らかなように，本発明の場合のノッキング開始点火時期は，比較例の場合のノッキング開始点火時期に対してクランク角度で５〜１０°も遅れることが判明し，本発明燃焼室構造の耐ノッキング性の向上を確認することができた。
【００３３】
また本発明の燃焼室構造では，燃焼室６の天井面に各１個の吸気弁１０及び排気弁１１の傘部１０ａ，１１ａが互いに近接して配置され，これら吸気弁１０及び排気弁１１の両軸線を含む平面Ａの一側方に点火栓１２の電極１２ａが配置されたので，点火栓１２に何等干渉されることなく，吸気ポート７及び排気ポートの大径化を可能にし，充填効率を高めると共に排気抵抗を下げ，耐ノッキング性の向上と相まって，機関出力の向上をもたらすことができる。
【００３４】
本発明は，上記実施例に限定されるものではなく，その要旨の範囲を逸脱することなく種々の設計変更が可能である。例えば，スキッシュ領域１７は，吸気及び排気弁１０，１１の傘部１０ａ，１１ａを更に大径にして，それら傘部１０ａ，１１ａとの干渉を避けるべく，スキッシュ領域１７の一部を削除することもできる。またピストン５の頂面のスキッシュ領域１７に囲繞される部分は，図示例のような窪ませた形状に代えて，反対に緩やかに膨らませた形状とすることもできる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明の第１及び第２の特徴によれば，シリンダヘッドの内面とピストンの頂面とで燃焼室を画成し，シリンダヘッドに装着される点火栓の電極を燃焼室の周縁部に近接して臨ませた内燃機関において，前記燃焼室の天井面周縁部とピストンの頂面周縁部との間に燃焼室の中心に向かって上り勾配の環状のスキッシュ領域を設け，このスキッシュ領域の，前記点火栓の電極に最も遠い区域から噴出する混合気のスキッシュ流が該電極を指向し，該電極に最も近い区域から噴出する混合気のスキッシュ流が該電極の下方を指向するようにしたので，燃焼室周縁の，電極に遠い区域から噴出するスキッシュ流が電極から発生した火炎の外面を圧迫して，火炎によるエンドガスの加圧に遅れを生じさせること，燃焼室周縁の，電極に近い区域から噴出するスキッシュ流は電極を避けることにより，電極の点火直後に出来た火種を吹き消すことなく混合気に乱流を生じせしめて火炎の伝播を促進すること等によって，耐ノッキング性を大幅に向上させることができる。また点火栓の電極は，燃焼室の周縁部に近接して配置されることから，燃焼室の比較的低い位置を占めることになり，該電極に最も遠い区域から噴出する混合気のスキッシュ流が該電極を指向し，該電極に最も近い区域から噴出する混合気のスキッシュ流が該電極の下方を指向するように，燃焼室の天井面周縁部とピストンの頂面周縁部との間にスキッシュ領域を設けると，ピストンの頂面周縁部に形成される斜面は必然的に緩勾配のものとなるから，その斜面形成に伴うピストン頂面の受熱面積の増加が極めて少ないこと，及び全部のスキッシュ流がピストン頂面に近接して流れてピストンを効果的に冷却することにより，ピストンの耐久性を確保しつゝ，耐ノッキング性の向上に寄与することができる。
【００３６】
また本発明の第３の特徴によれば，燃焼室の天井面に各１個の吸気弁及び排気弁の傘部を互いに近接して配置し，これら吸気弁及び排気弁の両軸線を含む平面の一側方において点火栓の電極を燃焼室の周縁部に近接配置したので，点火栓に干渉されることなく，吸気ポート及び排気ポートの大径化を可能にし，充填効率を高めると共に排気抵抗を下げ，耐ノッキング性の向上と相まって，機関出力の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の燃焼室構造を備えた内燃機関の縦断側面図。
【図２】  図１の２−２線断面図。
【図３】  図１の３−３線断面図。
【図４】  図１の４−４線断面図。
【図５】  燃焼室における混合気の燃焼状態を示す作用説明図。
【図６】  比較例の燃焼室構造を示す，図１に対応した断面図。
【図７】  本発明と比較例との耐ノッキング性能比較テスト線図。
【符号の説明】
１・・・・・内燃機関
４・・・・・シリンダヘッド
５・・・・・ピストン
６・・・・・燃焼室
１０・・・・吸気弁
１０ａ・・・吸気弁の傘部
１１・・・・排気弁
１１ａ・・・排気弁の傘部
１２・・・・点火栓
１２ａ・・・点火栓の電極
１５・・・・上部斜面
１６・・・・下部斜面
１７・・・・スキッシュ領域
１７ｆ・・・スキッシュ領域の電極に遠い区域
１７ｎ・・・スキッシュ領域の電極に近い区域
Ａ・・・・・平面
Ｏ１・・・・吸気弁の軸線
Ｏ２・・・・排気弁の軸線
Ｆ・・・・・電極に遠い区域から噴出したスキッシュ流
Ｎ・・・・・電極に近い区域から噴出したスキッシュ流
【図１】
0003966619.tif 000002
【図２】
0003966619.tif 000003
【図３】
0003966619.tif 000004
【図４】
0003966619.tif 000005
【図５】
0003966619.tif 000006
【図６】
0003966619.tif 000007
【図７】
0003966619.tif 000008