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JPH1162696A - ３つのバルブとその中央に配置されたスパークプラグとを有する燃焼チャンバを備えたスパークイグニッション式内燃機関 - Google Patents

３つのバルブとその中央に配置されたスパークプラグとを有する燃焼チャンバを備えたスパークイグニッション式内燃機関

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Publication number
JPH1162696A
JPH1162696A JP10043294A JP4329498A JPH1162696A JP H1162696 A JPH1162696 A JP H1162696A JP 10043294 A JP10043294 A JP 10043294A JP 4329498 A JP4329498 A JP 4329498A JP H1162696 A JPH1162696 A JP H1162696A
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JP
Japan
Prior art keywords
cylinder
combustion chamber
spark plug
internal combustion
combustion engine
Prior art date
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Application number
JP10043294A
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Inventor
Dante Rodolfo Malatto
ダンテ・ロドルフォ・マラット
Vladimiro Patrone
ヴィラディミロ・パトローネ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centro Ricerche Fiat SCpA
Original Assignee
Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centro Ricerche Fiat SCpA filed Critical Centro Ricerche Fiat SCpA
Publication of JPH1162696A publication Critical patent/JPH1162696A/ja
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Publication of JP4074367B2 publication Critical patent/JP4074367B2/ja
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  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化および効率的作動の両方の観点におい
て有利な、特定の燃焼チャンバ構成を提供する。 【解決手段】 スパークイグニッション式の内燃機関に
おいて、３つのバルブ９、13、14とその中央に配置した
スパークプラグ18とを燃焼チャンバに設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スパークイグニッ
ション式の内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明の開示】本発明の内燃機関は、
少なくとも１つのシリンダを規定するエンジンブロック
と、エンジンブロック上に配置されその下面にキャビテ
ィが形成されたシリンダヘッドと、キャビティ上に開口
し給気バルブおよび排気バルブの座(シート)を形成する
少なくとも１つの給気ポートおよび少なくとも１つの排
気ポートと、各燃焼チャンバに関連するスパークプラグ
と、を備える。シリンダヘッドの下面に形成されたキャ
ビティは、各シリンダに関連する燃焼チャンバを規定す
る。
【０００３】本発明の目的は、小型化および効率的作動
の両方の観点において有利な特定の燃焼チャンバ構成を
提供することである。
【０００４】本発明の主題を構成する思想によれば、エ
ンジンは、以下の特徴部を組み合わせてなる。
【０００５】-各燃焼チャンバに対して関連する３つの
バルブがあり、これらのバルブの軸は、シリンダの軸の
周囲に配置されている。
【０００６】-各燃焼チャンバのスパークプラグは上記
３つのバルブの中央に配置されている。
【０００７】-スパークプラグは、ネジの切られた部分
を有しており、シリンダヘッド内に形成された対応する
ネジの切られた座にネジ係合している。スパークプラグ
のネジの切られた部分は、長さが19mm以上で直径が12mm
以下である。シリンダヘッドは、スパークプラグの座を
少なくとも部分的に囲う冷却ジャケットを備えている。
【０００８】以下の説明から明らかになるように、本発
明の思想は有利である。それは、小型化されているから
であり、また、エンジンの作動中において、スパークプ
ラグの点火領域近傍に燃料/空気混合体が集中し易いか
らである。この結果、ホットスポットの発生を確実に防
ぎ、燃焼効率を高めて、異常燃焼の起こりにくい特性を
与える。同時に、高圧縮比を実現し、エンジンの熱力学
的効率を改善し、燃料消費が低減される。
【０００９】上述の非標準的な寸法のスパークプラグを
使用することにより、多くの利益が得られる。従来の標
準的な長さよりも長い範囲にわたってネジの切られた部
分を有するスパークプラグを採用することにより、該ス
パークプラグの座のための冷却ジャケットを設けるのに
必要なスペースを残すことができる。したがって、高圧
縮比においても異常爆発およびプレイグニッションを確
実に防止するとともに、燃焼チャンバの良好な冷却を達
成することができる。
【００１０】従来より、３つのバルブを備えた燃焼チャ
ンバ(給気バルブが２つと排気バルブが１つであるもの
が一般的である)は既に提案されているということ留意
すべきである。通常この解決策は、各バルブの軸をシリ
ンダ軸と実質的に平行に保ちつつ、シリンダヘッド内に
配置された単一のカムシャフトでバルブを駆動するため
に採用されてきた。しかしながら、これらの公知の解決
策においては、各燃焼チャンバに対して、１つまたは２
つのスパークプラグがシリンダ軸の周囲に配置されてお
り、排気バルブと各給気バルブとの間のスペースを利用
したものである。各燃焼チャンバに対して２つの排気バ
ルブと１つの給気バルブとを備えたエンジンも製造され
ている。しかしながら、出願人の知る限り、バルブが３
つだけでその中央にスパークプラグを１つ備えた燃焼チ
ャンバは、過去に誰も提案していない。それは、単に、
バルブ直径を適切にし、かつ燃焼チャンバの十分に冷却
しなければならないとうことについて、このような形態
に関連する問題を誰も解決することができなかったから
にすぎない。これらの問題は、本発明の上述の特徴によ
って解決された。
【００１１】直径方向に対向して設けられたバルブを２
つだけ備えた燃焼チャンバ、または互いに90°の間隔を
おいて配置された４つのバルブとその中央に配置された
スパークプラグとを備えた燃焼チャンバは、過去におい
て既に提案されていることに留意すべきである。しかし
ながら、これらの解決策は、製造コストという点におい
て満足できるものではなく、燃焼チャンバの表面形状が
比較的不規則となってしまうという問題を含んでいる。
【００１２】本発明の好ましい実施形態においては、各
燃焼チャンバに関連する３つのバルブは、２つの給気バ
ルブと１つの排気バルブで構成される。燃焼チャンバを
規定するシリンダヘッド内のキャビティの表面の形状
は、平坦状であるか、または傾斜した２つの面部分から
なるルーフ状である。ルーフ状の場合、傾斜した２つの
面部分の一方には２つの給気ポートが配置され、他方の
面部分には排気ポートが配置される。シリンダ軸に垂直
な横断面においては、３つのバルブポートの各輪郭がシ
リンダの円形輪郭に内接しており、スパークプラグが３
つの輪郭の中央に配置され、これらに接している。この
横断面において、燃焼チャンバの輪郭は、略三角形であ
って、給気ポートおよび排気ポートの輪郭と局所的に接
触する丸められた頂点を有している。
【００１３】したがって、燃焼チャンバの形状が非常に
シンプルかつ均一となり、火炎前面(flame front)が到
達する表面部が非常にコンパクトかつ均一となる。スパ
ークプラグを中央に配置しているので、火炎前面は、燃
焼チャンバの中央から始まり、燃焼周辺域へと対称に拡
がる。この間、火炎前面は、非常に均一な表面にしか出
会わない。
【００１４】上記のようなチャンバの特定の形状によ
り、圧縮段階の最後に、燃焼チャンバの中央領域に向か
うガスのスキッシュ(squish)がより広い領域において生
じる。燃焼チャンバの面形状をシリンダの円形の面形状
と適合させることによって、それぞれが円弧部分と弦部
分とで構成される３つの領域が規定される。この３つの
領域においては、ピストンがシリンダ内の混合気体を圧
縮し、圧力の低い領域(すなわち、チャンバの中央)に向
かって移動する混合気体のスキッシュを生じさせる。こ
の結果、燃焼の開始および進展に都合のよい微細な乱流
が発生する。
【００１５】本発明による幾何学的形状は、インジェク
タを配置を適切に選択することによって、燃料が給気バ
ルブの上流側に噴射されるエンジンにも、ガソリンが燃
焼チャンバ内に直接噴射されるエンジンにも、適用可能
である。後者の場合には、本発明にしたがってスパーク
プラグを中央に配置することにより、２つの給気バルブ
の間にインジェクタのためのスペースを確保することが
できる。このような構成は、３つのバルブと２つの側方
スパークプラグとを有する公知の形態においては不可能
である。また、有効な空間のすべてを占領してしまう４
つのバルブを有する場合にも不可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付の図面
を参照して以下に説明する。各実施形態は、本発明を限
定するものではない。図において、参照数字１は、スパ
ークイグニッション式内燃機関のブロックを概略的に示
している。この内燃機関は、シリンダを少なくとも１つ
備えてなるものであって、シリンダ内にはピストン(図
示せず)が摺動可能に配置されている。ブロック１の上
方には、シリンダヘッド３が配置されている。シリンダ
ヘッド３の底面にはキャビティ４が形成されており、こ
のキャビティ４がシリンダ２に係る燃焼チャンバを規定
している。
【００１７】図１〜５に示した実施形態においては、キ
ャビティ４の表面は、ルーフ状であって、頂端縁７にお
いて連結される実質的に平坦な２つの面部分５、６(図
３参照)を有している。
【００１８】面５の中央部には排気ポート８が１つ開口
しており、この排気ポート８は、排気バルブ９のための
座(シート)を形成する。排気ポート８は、シリンダヘッ
ド３内に形成された排気管10の終端縁を規定する。
【００１９】添付の図面は、内燃機関を模式的に示した
ものであって、シリンダヘッド内の中空空間を中実のよ
うに図示している。さらに、図面には、シリンダに関連
するバルブを駆動するタイミングシステムの構造は詳し
く示していない。何故なら、それらの構造上の特徴は公
知であって、本発明を構成するものではないからであ
る。さらに、これらの詳細の図示を省略することによっ
て、図面が簡単になり、理解が容易になる。
【００２０】面部分６上には２つの給気ポート11、12が
開口しており、各ポートが給気バルブ13、14のための座
を形成している。給気ポート11、12は、シリンダヘッド
３内に形成された給気管15、16の終端縁を規定する。
【００２１】図３から分かるように、シリンダ軸に垂直
な面においては、排気ポート８および給気ポート11、12
の輪郭はシリンダ２の輪郭に内接しており、キャビティ
４によって規定される燃焼チャンバの輪郭はその頂点が
丸められ局所的に上記３つのポートに沿う略三角形であ
る。本発明によれば、スパークプラグ18が各チャンバ４
に対して設けられており、３つのポート８、11、12の中
央に配置される。スパークプラグ18は、図３に示した例
では、平面図におけるその輪郭が実質的に上記３つのポ
ートの輪郭に接している。添付の図面に示した構成にお
いては、スパークプラグ18の軸は、シリンダの軸と平行
にされている。さらに、図３を参照すると、２つの給気
ポート11、12は、前述の面部分６上において４-４線断
面の両側に対称にに配置されている。これに対してポー
ト８は、面部分５上において、４-４線断面上に中央に
配置されている。スパークプラグ18の軸は、４-４線断
面内において、燃焼チャンバの頂端縁に非常に近接した
位置に配置されている(図３参照)。
【００２２】上記特徴により、本発明のエンジンは、小
型化および高性能化を達成できる。
【００２３】スパークプラグが中央に配置されているの
で、火炎前面は、燃焼チャンバの中央から始まり、チャ
ンバ周辺域へと対称に拡がる。この間、火炎前面は、非
常に均一な表面にしか出会わない。
【００２４】上記のようなチャンバの特定の形状によ
り、圧縮段階の最後に、燃焼チャンバの中央領域に向か
うガスのスキッシュがより広い領域において生じる。そ
の理由は、「燃焼チャンバの略三角形の平面形状」と
「シリンダの円形の平面形状」とがオーバーラップし、
これにより、それぞれが円弧部分と弦部分とで構成され
る３つの領域を規定していることである。この３つの領
域においては、ピストンがシリンダ内の混合気体を圧縮
し、該混合気体を圧力の低い領域(すなわち、チャンバ
の中央)に向かって移動させる。この結果、燃焼の開始
および進展に都合のよい微細な乱流が発生する。
【００２５】スパークプラグ18は、ネジの切られた部分
18ａを有している。この部分の寸法は、従来の標準的な
寸法とは異なる。部分18ａは、ヘッド内に形成された協
働するネジの切られた座内に係合している。ネジの切ら
れた部分18ａの長さＬ(図５参照)は、例えば19mmであっ
て、いかなる場合にもそれより小さくはない。また、こ
の部分18ａの直径Ｄは12mmであって、いかなる場合にも
それより大きくはない。これによって、冷却ジャケット
18ｂ(図４参照)のための空間を確保する。
【００２６】インジェクタを適切に配置することによっ
て、本発明による幾何学的形状は、燃料が給気バルブの
上流側に噴射されるエンジンにも、ガソリンが燃焼チャ
ンバ内に直接噴射されるエンジンにも、適用可能であ
る。図４は、後者のタイプのエンジンに適用されたイン
ジェクタ40を示している。
【００２７】図６は、燃焼チャンバを平坦とした変形例
を示している。図４および６の両方の例において、好ま
しいケースは、３つのバルブのうちの２つが給気バルブ
であって、残りの１つが排気バルブである場合である。
勿論、逆の場合もあり得る。２つのツインバルブは、そ
の軸がクランクシャフトの軸に平行な面上に位置するこ
とが好ましい。これにより、単一のカムシャフトで両バ
ルブを駆動することが可能となる。
【００２８】当然に、本発明の原理はそのままとして、
ここまで図示して説明したものに対して、本発明の範囲
から逸脱することなく細かな構成および実施形態を大幅
に変更することができる。
【００２９】例えば、燃焼チャンバは、完全にピストン
の上壁内に形成することもできる。このケースは、図６
の例において、キャビティ４の高さをゼロとした場合に
対応する。
【００３０】図７および８は、給気管および排気管の両
方がシリンダヘッドの同じ側に向けて配置された変形例
を示している。給気管および排気管は、当該同じ側にお
いて開口し、給気および排気マニフォルドと接続され
る。両給気管は、スパークプラグの近傍においては、他
の位置においてよりも互いに大きな間隔をあけられてお
り、該スパークプラグを配置するのに十分な空間を確保
している。両給気管は、バルブの座の近傍においては、
互いの間隔が狭くなっている(図８参照)。スパークプラ
グは、各給気バルブおよび排気バルブの座の中央に配置
されている。２つの給気バルブの座の中心を結ぶ線は、
クランクシャフトの軸線と平行であり、２つの給気バル
ブのステムは、クランクシャフトに平行な面内に位置し
ている。燃焼チャンバは、ハート形状かまたは単純なル
ーフ形状である。さらに、給気バルブの座は、クランク
シャフトに平行な面上に位置している。図７および８に
示したものと異なり、図６に示した例においては、これ
らの座を含む上述の面はシリンダの軸線に対して直角で
ある。
【００３１】図９は、図７の変形例を示しており、給気
バルブ13、14および排気バルブ９が単一のカムシャフト
20で制御される。排気バルブ９は、ロッカーアーム21お
よび油圧タペット22によって駆動される。給気バルブ1
3、14は、ロッカーアーム23および電子制御式油圧装置2
4によって駆動される。この油圧装置24は、同じ出願人
によるヨーロッパ特許出願第97830123.2号の主題をなす
ものであって、ロッカーアーム23によって駆動されるピ
ストン26に油圧接続されたピストン25を備える。圧力チ
ャンバによって、ピストン25はソレノイドバルブ27で排
液される。図10は、ソレノイドバルブを省略して簡単化
した変形例を示している。２つのピストン25、26間は常
に油圧接続されている。この解決策によって、２つの給
気バルブのうちの一方を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の内燃機関のシリンダヘッド内に存在
する中空空間を概略的に示す斜視図であって、燃焼チャ
ンバ、給気管、排気管、スパークプラグ、およびバルブ
ステムを示している。
【図２】 図１の内燃機関の側面図である。
【図３】 シリンダ軸に直交する面で見た平面図であ
る。
【図４】 図３の４-４線断面図である。
【図５】 図２の５-５線断面図である。
【図６】 図４に示した例に対する変形例である。
【図７】 さらなる変形例の側面図である。
【図８】 図７の例の平面図である。
【図９】 さらに別の例の部分断面概略図である。
【図１０】 図９に示した例に対する変形例である。
【符号の説明】
１ ブロック ２ シリンダ ３ シリンダヘッド ４ キャビティ ５、６ 面部分 ７ 頂端縁 ８ 排気ポート ９ 排気バルブ 10 排気管 11、12 給気ポート 13、14 給気バルブ 15、16 給気管 18 スパークプラグ 18ａ ネジの切られた部分 18ｂ 冷却ジャケット 20 カムシャフト 22 油圧タペット 23 ロッカーアーム 24 油圧装置 25、26 ピストン 27 ソレノイドバルブ 40 インジェクタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｆ 1/36 Ｆ０２Ｆ 1/36 Ａ (72)発明者 ヴィラディミロ・パトローネ イタリア10043オルバッサーノ（トリノ）、 ストラーダ・トリノ50番 チ・エレ・エッ フェ・ソシエタ・コンソルティーレ・ペ ル・アチオニ内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つのシリンダ(２)を含むエ
    ンジンブロック(１)と、 エンジンブロック(１)上に配置されており、上記シリン
    ダ(２)に関連する燃焼チャンバを規定するキャビティ
    (４)がその下面に形成されているシリンダヘッド(３)
    と、 キャビティ(４)上に開口し、給気バルブ(13、14)および
    排気バルブ(９)のための座を形成する、少なくとも１つ
    の給気ポート(11、12)および少なくとも１つの排気ポー
    ト(８)と、 各燃焼チャンバに関連するスパークプラグ(18)と、を備
    えたスパークイグニッション式の内燃機関であって、 各燃焼チャンバ(４)に対して関連する３つのバルブ
    (９、13、14)があり、これらのバルブの軸は、シリンダ
    の軸の周囲に配置されており、 各燃焼チャンバ(４)のスパークプラグ(18)は上記３つの
    バルブ(９、13、14)の中央に配置されており、 スパークプラグ(18)がネジの切られた部分(18ａ)を有し
    ており、該部分(18ａ)は、シリンダヘッド(３)内に形成
    された対応するネジの切られた座にネジ係合しており、
    該部分(18ａ)は、長さが19mm以上で直径が12mm以下であ
    って、 シリンダヘッド(３)は、スパークプラグの座を少なくと
    も部分的に囲う冷却ジャケット(18ｂ)を備えている、こ
    とを特徴とする内燃機関。
  2. 【請求項２】 上記各燃焼チャンバに対して、２つの給
    気バルブ(13、14)および１つの排気バルブ(９)が設けら
    れていることを特徴とする、請求項１記載の内燃機関。
  3. 【請求項３】 燃焼チャンバを規定するシリンダヘッド
    (３)内の上記キャビティ(４)の表面が平坦形状であるこ
    とを特徴とする、請求項２記載の内燃機関。
  4. 【請求項４】 燃焼チャンバを規定するシリンダヘッド
    (３)内の上記キャビティ(４)の表面が２つの傾斜した面
    部分(５、６)を有するルーフ形状であって、 各面部分(５、６)に上記２つの給気ポート(11、12)と１
    つの排気ポート(８)とが配置されていることを特徴とす
    る、請求項２記載の内燃機関。
  5. 【請求項５】 上記シリンダ(２)の軸に直交する横断面
    において、上記３つのポート(８、11、12)の輪郭は、シ
    リンダの円形の輪郭に実質的に内接しており、 上記スパークプラグ(18)の輪郭は、３つのポートの輪郭
    に実質的に内接することを特徴とする、請求項３または
    ４記載の内燃機関。
  6. 【請求項６】 上記シリンダ(２)の軸に直交する面にお
    いて、上記燃焼チャンバ(４)は、頂点の丸められた略三
    角形の輪郭を有しており、該丸められた頂点は、上記３
    つのポート(８、11、12)の輪郭に局所的に沿っているこ
    とを特徴とする、請求項５記載の内燃機関。
  7. 【請求項７】 上記スパークプラグ(18)の軸が実質的に
    シリンダ(２)の軸に平行であって、該シリンダの軸を含
    み２つの給気ポート(11、12)に関して対称な面内に位置
    しており、 スパークプラグ(18)の軸は、燃焼チャンバを規定するキ
    ャビティ(４)表面の上記２つの面部分(５、６)によって
    規定される縁(７)に近接していることを特徴とする、請
    求項４記載の内燃機関。
  8. 【請求項８】 上記２つの給気バルブの軸が、クランク
    シャフトの軸に平行な面上に位置しており、単一のカム
    シャフトによって駆動されることを特徴とする、請求項
    ２記載の内燃機関。
  9. 【請求項９】 上記カムシャフトが電子制御の油圧装置
    によって給気バルブを駆動することを特徴とする、請求
    項８記載の内燃機関。
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