(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動弁機構を備えると共に、燃焼室に直接燃料が噴射され、ピストン頂壁が中央部から吸気側と排気側とに下降傾斜する傾斜面を有し、かつ、該吸気側の傾斜面にキャビティを有した内燃機関の燃焼室であって、シリンダ頂壁の排気側周辺部を、
前記動弁機構の排気弁が着座するバルブシート面と交差する部分は、該バルブシート面と同一面方向に延長して形成し、
前記バルブシート面と交差しない部分は、前記ピストンの傾斜面に対向する部分で、シリンダ頂壁周端部に近づくに従って前記バルブシート面と同一面方向よりピストン頂壁方向に接近させて、ピストン頂壁との間に形成される空間容積が減少するように曲率半径Ｒを持たせて形成し、
かつ、シリンダ頂壁の吸気側周辺部を、前記排気側周辺部の空間容積が減少し始める部分よりシリンダ中心から離れた部分から、シリンダ頂壁周端部に近づくに従って前記動弁機構の吸気弁のバルブシート面と同一面方向よりピストン頂壁に接近させて、ピストン頂壁との間に形成される空間容積が減少するように形成したことを特徴とする内燃機関の燃焼室。
【請求項２】
動弁機構を備えると共に、燃焼室に直接燃料が噴射され、ピストン頂壁が中央部から吸気側と排気側とに下降傾斜する傾斜面を有し、かつ、該吸気側の傾斜面にキャビティを有し、さらに、少なくとも排気側の周端部は、シリンダ頂壁とピストン頂壁とが平坦面同士で対向するスキッシュエリアを有した内燃機関の燃焼室であって、シリンダ頂壁の排気側周辺部を、
前記動弁機構の排気弁が着座するバルブシート面と交差する部分は、該バルブシート面と同一面方向に延長して形成し、
前記バルブシート面と交差しない部分は、バルブシート面と同一面から２つの排気弁の並び方向と平行な稜線を介して連なる前記平坦面に近づくに従って前記バルブシート面と同一面方向よりピストン頂壁方向に接近させて、ピストン頂壁との間に形成される空間容積が減少するように形成し、
かつ、シリンダ頂壁の吸気側周辺部を、前記排気側周辺部の空間容積が減少し始める部分よりシリンダ中心から離れた部分から、シリンダ頂壁周端部に近づくに従って前記動弁機構の吸気弁のバルブシート面と同一面方向よりピストン頂壁に接近させて、ピストン頂壁との間に形成される空間容積が減少するように形成したことを特徴とする内燃機関の燃焼室。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動弁機構を備えた内燃機関の燃焼室に関し、特に、成層燃焼を行なう機関などで、機関性能を維持しつつ異常燃焼を回避する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年ガソリン機関等の火花点火式機関において、燃料を燃焼室内に直接噴射し、低・中負荷領域などで、燃料を圧縮行程で噴射することにより点火プラグ付近のみに可燃混合気を層状に生成して成層燃焼を行い、これにより、空燃比を大幅にリーンとした燃焼を可能として燃費，排気浄化性能を大きく改善した技術が開発されている。
【０００３】
上記成層燃焼を行なう機関の燃焼室として、点火プラグ周りに濃度の濃い層状混合気層を効率的に生成するため、ピストン頂壁の吸気ポートに近い側にキャビティを形成し、該キャビティ内に吸気流による渦流すなわちタンブル流を形成し、該タンブル流によってキャビティ内に層状混合気層を生成して成層燃焼させるようにしている。また、キャビティ内に燃料噴霧を閉じこめるためキャビティの排気側の壁を高く形成すると、圧縮比を確保するため排気側を凸とすることが要求される。そこで、これらの要求を満たすため、ピストン頂壁を、中央部を高くし、該中央部から吸気側と排気側とに下降傾斜する傾斜面を有した所謂ペントルーフ型とし、該吸気側の傾斜面にキャビティを形成した燃焼室構造としている。
【０００４】
なお、シリンダ頂壁も該ピストン頂壁形状に応じたペントルーフ型に形成されている（特開２０００−９７０３１号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記凸型ピストンと組み合わせて形成される燃焼室構造においては、燃焼室周辺部の容積が大きいため、火炎伝播に遅れを生じ、末端未燃混合気の自己着火によるノッキングや、燃焼室内の高温部での熱面点火によるプレイグニッションなどの異常燃焼を発生しやすいという問題があった。特に、前記成層燃焼を行なう燃焼室構造では、点火プラグからの燃焼火炎が排気側の凸部を乗り越えることもあり、伝播距離が長くなって火炎伝播遅れが大きくなり、上記傾向が助長される。
【０００６】
上記問題に鑑み、周辺部でシリンダ頂壁とピストン頂壁との間隔を狭めたスキッシュエリアを設けて、未燃混合気を燃焼室中央部に押しこむことにより、火炎伝播遅れを抑制して異常燃焼の発生を回避するようにしたものもある。
しかし、燃焼室の全周にわたって大きくスキッシュエリアを設けようとすると、動弁機構の弁体（吸・排気弁）が着座するバルブシート面とスキッシュエリア面との間に段差を生じるため、弁体の低リフト時に前記段差部分によるマスキングで吸・排気の流路抵抗が増大し、機関の出力低下、燃費悪化を招く。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、前記マスキングと異常燃焼の発生とを同時に防止して、出力性能、燃費を確保しつつ安定した燃焼性が得られるようにした内燃機関の燃焼室を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
動弁機構を備えると共に、燃焼室に直接燃料が噴射され、ピストン頂壁が中央部から吸気側と排気側とに下降傾斜する傾斜面を有し、かつ、該吸気側の傾斜面にキャビティを有した内燃機関の燃焼室であって、シリンダ頂壁の排気側周辺部を、
前記動弁機構の排気弁が着座するバルブシート面と交差する部分は、該バルブシート面と同一面方向に延長して形成し、
前記バルブシート面と交差しない部分は、前記ピストンの傾斜面に対向する部分で、シリンダ頂壁周端部に近づくに従って前記バルブシート面と同一面方向よりピストン頂壁方向に接近させて、ピストン頂壁との間に形成される空間容積が減少するように曲率半径Ｒを持たせて形成し、
かつ、シリンダ頂壁の吸気側周辺部を、前記排気側周辺部の空間容積が減少し始める部分よりシリンダ中心から離れた部分から、シリンダ頂壁周端部に近づくに従って前記動弁機構の吸気弁のバルブシート面と同一面方向よりピストン頂壁に接近させて、ピストン頂壁との間に形成される空間容積が減少するように形成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項1に係る発明によると、
シリンダ頂壁周辺部のバルブシート面と交差しない部分を、ピストン頂壁との間に形成される空間容積がシリンダ頂壁周端部に近づくに従って減少するように形成したことにより、火炎伝播距離の長い周辺部分に存在する未燃混合気を減少でき、さらに、ピストン圧縮行程終了時付近で該燃焼室周辺部の容積を小さくされた空間から燃焼室中央部側に向かう気流によって未燃混合気が中央部へ押しこまれる。これにより、未燃混合気の拡散領域が狭められて火炎伝播遅れが抑制され、ノッキングやプリイグニッションなどの異常燃焼が抑制される。
【００１０】
また、シリンダ頂壁周辺部の前記動弁機構の弁体が着座するバルブシート面と交差する部分を、該バルブシート面と同一面で滑らかに繋るように形成したことにより、前記弁体が低リフト時にバルブシート面周辺のシリンダ頂壁でマスキングされることがなく、流路抵抗の増大を防止できるので、機関の出力性能、燃費を良好に維持できる。
【００１２】
さらに、排気側周辺部の空間容積が十分小さく形成されることにより、排気側周辺部の未燃混合気の量が減少するとともに、圧縮行程終了時付近で排気側周辺部から生じる気流によって未燃混合気が吸気側に押し戻される。
【００１３】
これにより、火炎伝播の広がりを十分に抑制して異常燃焼を防止しつつキャビティ内での燃焼を促進して安定した燃焼(特に成層燃焼）を確保できる。また、排気弁の低リフト時のマスキングを防止して機関の出力性能、燃費を良好に維持できる。
また、請求項２に係る発明は、
動弁機構を備えると共に、燃焼室に直接燃料が噴射され、ピストン頂壁が中央部から吸気側と排気側とに下降傾斜する傾斜面を有し、かつ、該吸気側の傾斜面にキャビティを有し、さらに、少なくとも排気側の周端部は、シリンダ頂壁とピストン頂壁とが平坦面同士で対向するスキッシュエリアを有した内燃機関の燃焼室であって、シリンダ頂壁の排気側周辺部を、
前記動弁機構の排気弁が着座するバルブシート面と交差する部分は、該バルブシート面と同一面方向に延長して形成し、
前記バルブシート面と交差しない部分は、バルブシート面と同一面から２つの排気弁の並び方向と平行な稜線を介して連なる前記平坦面に近づくに従って前記バルブシート面と同一面方向よりピストン頂壁方向に接近させて、ピストン頂壁との間に形成される空間容積が減少するように形成し、
かつ、シリンダ頂壁の吸気側周辺部を、前記排気側周辺部の空間容積が減少し始める部分よりシリンダ中心から離れた部分から、シリンダ頂壁周端部に近づくに従って前記動弁機構の吸気弁のバルブシート面と同一面方向よりピストン頂壁に接近させて、ピストン頂壁との間に形成される空間容積が減少するように形成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係る発明によると、請求項１係る発明と同様の効果が得られる。
また、請求項1、請求項２に係る発明に共通して、以下の効果が得られる。
キャビティは吸気側に形成されているためキャビティ内の混合気の主燃焼によって発生する火炎の吸気側周辺部への伝播距離は、排気側周辺部への伝播距離に比較して短いので、排気側周辺部よりシリンダ中心から離れた部分から空間容積を減少させることで、吸気側周辺部への火炎伝播距離を適正な大きさとすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１〜図４は、本発明の実施の形態を示す。
図において、直噴火花点火式の内燃機関１は、シリンダブロック２０とシリンダヘッド２１とを有し、シリンダブロック２０に形成された各シリンダ２２に対応して、シリンダヘッド２１には２個の吸気ポート２Ａ，２Ｂと、２個の排気ポート３Ａ，３Ｂが形成される。そして、各シリンダ２２の略中央部には２個の吸気ポート２Ａ，２Ｂと、２個の排気ポート３Ａ，３Ｂに囲まれるようにして点火栓６が配置され、火花点火を行う。
【００１６】
２個の吸気ポート２Ａ，２Ｂの間で燃焼室４の周壁寄りの位置には燃料噴射弁５が配置され、燃料噴射弁５から燃焼室４内に斜め下方に燃料が噴射される。シリンダヘッド２１に穿設された燃焼室４内に開口する孔２３に燃料噴射弁５が収容され、ここからピストン７に形成された後述するキャビティ８に向けて燃料が噴射されるが、この燃料の進行を妨げないように、孔２３の開口部付近に噴霧の逃げ溝２４が設けられている。
【００１７】
また、シリンダヘッド２１には、円筒状のシリンダ２２に対して三日月状に張り出す平坦面２５，２６が残されており、燃焼室４の排気側、吸気側それぞれに、ピストン７と協働してスキッシュエリアを形成する。
ピストン７の頂壁（冠面）は、シリンダ２２の中央部から若干排気側にオフセットした位置を稜線として、吸気側と排気側とに下降傾斜する傾斜面７ａ，７ｂを有し、吸気側の傾斜面７ａにはタンブル流を助長すると共に、成層燃焼時に燃料噴霧塊を保持するキャビティ８が設けられている。
【００１８】
ピストン７頂壁の周辺部には、両傾斜面７ａ，７ｂを取り囲む環状の基準水平面２７が形成される。基準水平面２７の排気側と吸気側には、その同一平面上にそれぞれ三日月状に形成されてシリンダヘッド２１側の平坦面２５，２６との間でスキッシュエリアを形成する吸気側水平面２８と排気側水平面２９が形成される。
【００１９】
シリンダ２２に臨んでシリンダヘッド２１の下面に形成されたシリンダ頂壁９は、ピストン７の頂壁（冠面）の凸形状にほぼ対応して中央が凹み、吸気側と排気側とに下降傾斜する所謂ペントルーフ型に形成されるが、その周辺部が以下のように本発明に係る構成を有して形成されている。
即ち、シリンダ頂壁９の排気側周辺部は、排気弁が着座するバルブシート面１０と交差する部分９ａが、該バルブシート面１０と同一面方向に延長して形成してあり、周端部では垂直に近い傾斜角を有して形成される（図２、図３参照）。
【００２０】
具体的には、バルブシート面１０からシリンダ２２の周縁部に向けて、排気側傾斜面１２と同一傾斜方向に頂壁が延在しており、スキッシュエリアを構成する平坦面２５の近傍で、垂直に近い傾斜角を有する抜け勾配３０が構成されている。このように、バルブシート面１０から離れた位置で抜け勾配３０が構成されるので、排気弁の低リフト時、燃焼室４から排気ポートへ排出する排気の流路がマスキングされない。
【００２１】
また、同じくシリンダ頂壁の排気側周辺部のバルブシート面１０と交差しない部分９ｂ、即ち、２個のバルブシートの間の部分は、シリンダ周端部に近づくに従って前記バルブシート面１０と同一面方向よりもピストン７頂壁方向に接近させて、該ピストン７頂壁との間に形成されるエンドボリューム（空間容積）Ｖが減少するように形成してある。具体的には、稜線３１からシリンダ２２周縁部にかけて、一端がバルブシート面１０と同一面に接線を持つように滑らかに接し、他端が周端縁（平坦面２５）に繋がるように曲率半径Ｒを持たせて形成される（図２、図４参照）。
【００２２】
一方、シリンダ頂壁９の吸気側周辺部９ｃは、前記排気側周辺部のエンドボリュームＶが減少し始める部分（稜線３１）よりもシリンダ中心から離れた部分（稜線３２）から、シリンダ周端部に近づくに従って吸気弁のバルブシート面１１よりピストン７頂壁に接近してピストン７頂壁との間に形成される空間容積が減少するように形成される。具体的には、吸気弁のバルブシート面１１より大きな下降傾斜角でシリンダ周端部に繋がるように形成される。
【００２３】
次に、作用を説明する。
燃料噴射弁５から噴射された燃料は、前記キャビティ８に沿って燃料噴射弁５側に戻るタンブル流に乗ってキャビティ８内に成層混合気を形成するが、一部はキャビティ８を乗り越えて排気側にこぼれる。
ここで、燃料室４の周縁部、特に排気側の周縁部は、点火栓６で点火された火炎がピストン７の排気側傾斜面７ｂを超えて到達することになり、火炎伝播距離が吸気側に比べて大きい。このため、ノッキングやプレイグニッションを回避するために、排気側のエンドボリュームＶを小さくする必要がある。そこで、シリンダ頂壁の排気側周縁部において、２つのバルブシート間（バルブシートと交差しない部分）は、吸気側に比べてシリンダの中心に近い位置、つまり、稜線３１で示した位置からスキッシュエリアを構成する平坦面２５にかけて曲率半径Ｒを持たせてエンドボリュームＶの絞込を行っている。加えて、曲率半径Ｒの終端部はスキッシュエリアを構成する平坦面２５に連続しており、圧縮行程末期においてピストン７の排気側水平面２９と協働してシリンダの周縁部から中心に向かう気流（スキッシュ）が生起されるので、シリンダの周縁部に存在する未燃混合気がシリンダの中央方向へ押し戻される。
【００２４】
このようにして、未燃混合気の拡散領域が狭められて火炎伝播遅れが抑制される結果、ノッキングやプレイグニッションなどの異常燃焼が抑制される。
また、シリンダ頂壁９の排気側周辺部のバルブシート面１０と交差する部分９ａは、平坦面２５に近い位置まで絞り込みを行なうことなく、バルブシート面１０と同一面方向に延長して形成してあるので、排気弁ＥＶの低リフト時でもシリンダ頂壁９によってマスキングされることなく、排気の排気ポートへの流路抵抗を小さくすることができるので、出力，燃費を良好に維持できる（図３参照）。
【００２５】
一方、キャビティ８は吸気側に形成されているため、キャビティ内の混合気の主燃焼によって発生する火炎の吸気側周辺部への伝播距離は、排気側周辺部への伝播距離に比較して短いので、吸気側周辺部は排気側周辺部よりシリンダ中心から離れた部分から空間容積を減少させることで、吸気側周辺部への火炎伝播距離を適正な大きさとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る直噴火花点火式内燃機関の燃焼室の縦断面図。
【図２】同上実施の形態のシリンダ頂壁を下方から見た図。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ矢視断面図。
【符号の説明】
１    内燃機関
２Ａ，２Ｂ    吸気ポート
３Ａ，３Ｂ    排気ポート
４    燃焼室
５    燃料噴射弁
６    点火栓
７    ピストン
８    キャビティ
９    シリンダ頂壁
９ａ    シリンダ頂壁排気側周辺部のバルブシート面と交差する部分
９ｂ    シリンダ頂壁排気側周辺部のバルブシート面と交差しない部分
１０    排気弁が着座するバルブシート面
１１    吸気弁が着座するバルブシート面
【図１】
0003852273.tif 000002
【図２】
0003852273.tif 000003
【図３】
0003852273.tif 000004
【図４】
0003852273.tif 000005