JP2007127028A - 内燃機関の燃焼室構造 - Google Patents

Abstract

【課題】スキッシュエリアを設けた内燃機関の燃焼室構造において、ノッキングの発生を極力抑制する。
【解決手段】シリンダ、シリンダヘッド１０及び頂面に凹部２０ｂを有するピストン２０により燃焼室が区画形成され、この燃焼室に一対の吸気弁７と一対の排気弁８とを臨ませる。ピストン２０の頂面において凹部２０ｂを囲繞する部分とシリンダヘッド１０の下面においてこの囲繞部分に対向する部分とをそれぞれスキッシュエリア形成部２０ａ，１０ａとしてそれらの間にスキッシュ流を発生するスキッシュエリアが形成される。ピストン２０の頂面及びシリンダヘッド１０の下面はそれらのスキッシュエリア形成部２０ａ，１０ａにおいて燃焼室の中央側の縁部の位置が一方の排気弁８から他方の排気弁８にわたる部分（縁部Ｘ）において一致する。
【選択図】図３

Description

この発明は内燃機関の燃焼室構造に関する。

内燃機関では、高負荷運転時等において点火プラグから火炎が伝播する前に混合気が自然発火して燃焼する現象、すなわちノッキングが発生することがある。こうしたノッキングの発生を抑制する上では、燃焼室の混合気に乱れを与えて火炎伝播速度を増大させることが有効である。このため、例えば、ピストンが上死点近傍に位置するときに、ピストンの頂面とシリンダヘッドの下面とが僅かな隙間を挟んで対向する領域（スキッシュエリア）を形成するようにし、ピストンの上昇に伴ってスキッシュエリアから燃焼室の中央に向かって混合気を噴き出させて、混合気の乱れを形成するようにしたものがよく知られている。

例えば、特許文献１に記載の内燃機関の燃焼室構造では、図４に示されるように、ピストン１２０がその上死点に位置するとき、ピストン１２０の頂面周縁近傍１２０ａとシリンダヘッド１１０の下面においてこれに対向する対向部分１１０ａとの間にスキッシュエリア１０２が形成される。そして、図４の矢印Ａに示されるように、ピストン１２０の上昇に伴ってこのスキッシュエリア１０２からスキッシュ流が燃焼室１０１の中央側に噴き出される。これにより混合気の乱れが形成されて火炎伝播速度の増大が図られるようになる。
特開平９―２８００５２号公報

近年、吸入空気量を増大させるために、バルブ径を大きくするとともに、シリンダヘッドのバルブ周辺を削るなどしており、スキッシュエリアの面積が減少している。このため、図４の矢印Ｂで示されるように、スキッシュ流は点火プラグ１０３に向かわず、スキッシュエリア１０２を形成する面が狭いピストン１２０側に向かうようになる。

そのため、高負荷運転時等において特に高温になる排気弁の近傍では混合気の乱れが小さくなり、その自然発火が誘発されてノッキングの発生を招くようになる。
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スキッシュエリアを設けた内燃機関の燃焼室構造において、ノッキングの発生を極力抑制することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、シリンダ、シリンダヘッド及び頂面に凹部を有するピストンにより区画形成された燃焼室に一対の吸気弁と一対の排気弁とを臨ませ、前記ピストンの頂面において前記凹部を囲繞する部分と前記シリンダヘッドの下面においてこの囲繞部分に対向する部分とをそれぞれスキッシュエリア形成部としてそれらの間にスキッシュ流を発生するスキッシュエリアが形成される内燃機関の燃焼室構造において、前記ピストンの頂面及び前記シリンダヘッドの下面はそれらのスキッシュエリア形成部において前記燃焼室中央側の縁部の位置が前記一方の排気弁から他方の排気弁にわたる部分において一致することをその要旨としている。

同構成によれば、排気弁近傍のスキッシュエリアからスキッシュ流が噴き出す際に、そのスキッシュ流はピストンの頂面側やシリンダヘッドの下面側に曲がることがなく、燃焼室中央に向かって噴き出すようになる。その結果、スキッシュエリアから燃焼室の中央にかけて好適に混合気の乱れを形成することができ、高温となる排気弁近傍において混合気の自然発火を抑制することができ、ノッキングが発生するのを抑制することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃焼室構造において、前記ピストンの頂面及び前記シリンダヘッドの下面はそれらのスキッシュエリア形成部において前記燃焼室中央側の縁部の位置が前記一方の吸気弁から他方の吸気弁にわたる部分において一致することをその要旨としている。

同構成によれば、吸気弁近傍のスキッシュエリアからスキッシュ流が噴き出す際に、そのスキッシュ流はピストンの頂面側やシリンダヘッドの下面側に曲がることがなく、燃焼室中央に向かって噴き出すようになる。その結果、スキッシュエリアから燃焼室の中央にかけて好適に混合気の乱れを形成することができる。従って、吸気弁近傍においても混合気の自然発火を抑制することができ、ノッキングの発生を一層効果的に抑制することができるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の燃焼室構造において、前記ピストンの頂面及び前記シリンダヘッドの下面はそれらのスキッシュエリア形成部において前記燃焼室中央側の縁部の位置が前記一方の吸気弁から前記一対の排気弁のうちその吸気弁に対して近接する排気弁にわたる部分において一致することをその要旨としている。

同構成によれば、一方の吸気弁から一対の排気弁のうちその吸気弁に対して近接する排気弁にわたる部分に形成されたスキッシュエリアからスキッシュ流が噴き出す際に、そのスキッシュ流がピストンの頂面側やシリンダヘッドの下面側に曲がることがなく、燃焼室中央に向かって噴き出すようになる。その結果、スキッシュエリアから燃焼室の中央にかけて好適に混合気の乱れを形成することができる。従って、その吸気弁から排気弁にわたる部分近傍においても混合気の自然発火を抑制することができ、ノッキングの発生をより効果的に抑制することができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃焼室構造において、前記各スキッシュエリア形成部はスキッシュ流が点火プラグに指向するように傾斜することをその要旨としている。

同構成によれば、スキッシュエリアからスキッシュ流が点火プラグに向かって噴き出すことにより、点火プラグから発生する混合気の火炎が速やかにスキッシュエリア近傍にまで伝播されるようになるため、ノッキングの発生を更に抑制することができる。

以下、本発明の一実施形態について図１〜３を参照して説明する。
図１に示されるように、内燃機関のシリンダブロック４には、複数のシリンダ５が形成されている。このシリンダブロック４にはその上部にシリンダヘッド１０が組み付けられている。各シリンダ５内には、コンロッド６が接続されたピストン２０が設けられている。シリンダヘッド１０の下面の凹部、ピストン２０の頂面、シリンダ５によって燃焼室１が区画形成されている。シリンダヘッド１０には、吸気ポート１１及び排気ポート１２が形成されており、これらのポートは一対の吸気弁７及び一対の排気弁８により、機関の運転状態に応じて開閉される。また、吸気ポート１１には、燃料を噴射するインジェクタ（図示略）が設けられており、燃焼室１には、混合気に対して点火を行う点火プラグ３が設けられている。

次に，ピストン２０の頂面及びシリンダヘッド１０の下面の形状について図２及び図３を参照して説明する。なお、図３において、実線はピストン２０の頂面の形状を表し、破線はシリンダヘッド１０の下面の形状を表している。

ピストン２０の頂面には、シリンダ５の軸を中心とする略円柱状の凹部２０ｂが形成されている。また、シリンダヘッド１０の下面には、燃焼室１の一部をなすように凹部が形成されている。ピストン２０の頂面において凹部２０ｂを囲繞する部分、並びにシリンダヘッド１０の下面においてこの囲繞部分に対向する部分はそれぞれスキッシュエリア形成部２０ａ，１０ａとされ、それらの間にスキッシュ流を発生するスキッシュエリア２が形成されている。このスキッシュエリア形成部１０ａ，２０ａは、スキッシュエリア２から噴き出すスキッシュ流が点火プラグ３に指向するように、シリンダ５の中央に対して同シリンダ５の壁面側が下側に傾斜している。そして、スキッシュエリア形成部１０ａ，２０ａは、燃焼室１の中央側の縁部の位置が、一方の排気弁８から他方の排気弁８にわたる部分（縁部Ｘ）、一方の吸気弁７から他方の吸気弁７にわたる部分（縁部Ｙ）、更に吸気弁７から排気弁８にわたる部分（縁部Ｚ）においていずれも一致している。

このように構成された燃焼室構造では、吸入行程において、吸気弁７が開弁され、ピストン２０が下動するのに伴い、燃焼室１に吸気ポート１１から混合気が吸入される。その後の圧縮行程において、吸気弁７が閉弁され、ピストン２０が上動するのに伴い、燃焼室１の混合気が圧縮される。このとき、図２に矢印で示されるように、ピストン２０が上死点に近づくのに伴ってスキッシュエリア２からは混合気がスキッシュ流として燃焼室１の中央に向けて噴き出される。そして、このようにスキッシュエリア２から燃焼室１の中央付近に向けてスキッシュ流が噴き出されることにより、燃焼室１の中央からシリンダ５の側方にかけて混合気に乱れが生じるようになる。

以上、説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）燃焼室１の中央側に位置するスキッシュエリア形成部１０ａ，２０ａの縁部を一致させるようにしたため、スキッシュエリア２からスキッシュ流がピストン２０の頂面側やシリンダヘッド１０の下面側に曲がることがなく、燃焼室１の中央に向かって噴き出すようになる。その結果、スキッシュエリア２から燃焼室１の中央にかけて好適に混合気の乱れを形成することができ、特に高温となる排気弁８の近傍、更に吸気弁７の近傍においても混合気の自然発火を抑制することができ、ノッキングが発生するのを抑制することができるようになる。

（２）また、スキッシュエリア形成部１０ａ，２０ａを傾斜させて点火プラグ３に指向させるようにしているため、スキッシュエリア２からスキッシュ流が点火プラグ３に向かって噴き出され、点火プラグ３から発生する混合気の火炎が速やかにスキッシュエリア２近傍にまで伝播される。その結果、ノッキングの発生を更に抑制することができる。

なお、上記実施形態は以下のようにその構成を変更することができる。
・上記実施形態では、スキッシュエリア形成部１０ａ，２０ａを、燃焼室１の中央側の縁部の位置が、一方の排気弁８から他方の排気弁８にわたる部分（縁部Ｘ）、一方の吸気弁７から他方の吸気弁７にわたる部分（縁部Ｙ）、更に吸気弁７から排気弁８にわたる部分（縁部Ｚ）においていずれも一致させるようにしたが、少なくとも上記縁部Ｘにおいて一致させるようにすれば、排気弁８の近傍における混合気の自然発火を抑制することができ、ノッキングが発生するのを抑制することができる。更に、縁部Ｘ，Ｙのみにおいて一致させる構成を採用することもできる。

・上記実施形態では、ピストン２０の頂面にはシリンダ５の軸を中心とする略円柱状の凹部２０ｂを形成するようにしたが、必ずしも円柱状にする必要はなく、燃焼室１に与えたい混合気の流れを作り出しやすいような形状であればよい。

・上記実施形態では、スキッシュエリア形成部１０ａ，２０ａをシリンダ５の中央からその側方にかけて鉛直方向下向きに傾斜させたが、スキッシュ流を得たい方向に合わせて、スキッシュエリア２を水平に形成するようにしてもよい。

内燃機関の概略構成図。 スキッシュエリア近傍を示す断面図。 ピストンの平面図。 従来のスキッシュエリア近傍を示す断面図。

符号の説明

１…燃焼室、２…スキッシュエリア、３…点火プラグ、４…シリンダブロック、５…シリンダ、６…コンロッド、７…吸気弁、８…排気弁、１０…シリンダヘッド、１０ａ…スキッシュエリア形成部、１１…吸気ポート、１２…排気ポート、２０…ピストン、２０ａ…スキッシュエリア形成部、２０ｂ…凹部、１０１…燃焼室、１０２…スキッシュエリア、１０３…点火プラグ、１１０…シリンダヘッド、１１０ａ…対向部分、１２０…ピストン、１２０ａ…頂面周縁近傍，Ｘ，Ｙ，Ｚ…縁部、Ａ，Ｂ…矢印。

Claims (4)

1. シリンダ、シリンダヘッド及び頂面に凹部を有するピストンにより区画形成された燃焼室に一対の吸気弁と一対の排気弁とを臨ませ、前記ピストンの頂面において前記凹部を囲繞する部分と前記シリンダヘッドの下面においてこの囲繞部分に対向する部分とをそれぞれスキッシュエリア形成部としてそれらの間にスキッシュ流を発生するスキッシュエリアが形成される内燃機関の燃焼室構造において、
   前記ピストンの頂面及び前記シリンダヘッドの下面はそれらのスキッシュエリア形成部において前記燃焼室中央側の縁部の位置が前記一方の排気弁から他方の排気弁にわたる部分において一致する
   ことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
2. 請求項１に記載の内燃機関の燃焼室構造において、
   前記ピストンの頂面及び前記シリンダヘッドの下面はそれらのスキッシュエリア形成部において前記燃焼室中央側の縁部の位置が前記一方の吸気弁から他方の吸気弁にわたる部分において一致する
   ことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関の燃焼室構造において、
   前記ピストンの頂面及び前記シリンダヘッドの下面はそれらのスキッシュエリア形成部において前記燃焼室中央側の縁部の位置が前記一方の吸気弁から前記一対の排気弁のうちその吸気弁に対して近接する排気弁にわたる部分において一致する
   ことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃焼室構造において、
   前記各スキッシュエリア形成部はスキッシュ流が点火プラグに指向するように傾斜する
   ことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。

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