JP2008175081A - 内燃機関の燃焼室構造 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気流動の排気側リセス面への衝突による減衰を抑制する構成として、混合気の均質性能を向上させ、燃焼安定性を向上させた内燃機関の燃焼室構造を提供する。
【解決手段】ピストン３に、排気バルブ弁頭部との干渉を回避するバルブリセス１９を有する内燃機関の燃焼室構造において、バルブリセス１９の底壁面を、シリンダ中心に近づく方向に対して深さが増大する傾斜面２１を有して形成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、ピストン冠面にバルブリセスを形成した内燃機関の燃焼室構造に関し、特に、吸気流動を良好に維持する技術に関する。

内燃機関の燃焼室における高圧縮比化が促進される一方、可変動弁機構を設けて吸・排気バルブのリフト量やバルブタイミングを可変に制御することが行われ、吸・排気バルブとピストンとの干渉を避けるため、ピストンの冠面に深いバルブリセスを形成する必要が生じている。

特許文献１に記載のものでは、ペントルーフ型燃焼室に対応して吸・排気バルブがシリンダ軸に対して傾斜して設けられるため、バルブリセスのリセス面（底壁面）は、吸・排気バルブのバルブヘッド底面と平行にシリンダ軸に対して傾斜して形成されている。
特開２００４−２７０４７６号公報

特許文献１に記載のものでは、排気側バルブリセスのリセス面が、燃焼室の周縁部から中心部へ向けて上方に傾斜しており、バルブリセスの深さ増大に伴って傾斜したリセス面の面積も増大している。

この場合、燃焼室上方からピストンの排気側リセス面へ向けて下降する吸気流は、排気側のリセス面に垂直に近い角度で衝突し、その後中心側に向かう流れは、流れ方向を急激に大きく変換される。

このため、混合性に寄与する吸気流動が大きく減衰してしまい、混合気の均質性能が低下し、燃焼安定性が低下するという問題点があった。

本発明は、以上のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、吸気流動の排気側リセス面への衝突による減衰を抑制する構成として、混合気の均質性能を向上させ、燃焼安定性を向上させた内燃機関の燃焼室構造を提供することを目的とする。

このため本発明は、ピストンに、排気バルブ弁頭部との干渉を回避するバルブリセスを有する内燃機関の燃焼室構造において、前記バルブリセスの底壁面を、シリンダ中心に近づく方向に対して深さが増大する傾斜面を有して形成した。

以上の構成によって、燃焼室の上方からバルブリセスの底壁面へ向けて下降する吸気は、傾斜面への衝突による減衰を抑制しつつ、傾斜面の深さが増大する燃焼室下方へ案内されて流動を保持されるので、混合気の均質性能が向上し、燃焼安定性が向上する。

以下、本発明の第１実施形態について説明する。

図１に示すように、シリンダブロック１には、ピストン３が挿入されており、ピストン３の冠面とシリンダヘッド５の下面との間に形成される空間が、ペントルーフ形状の燃焼室７となる。

シリンダヘッド５には、２つの吸気バルブ（図示せず）により開放または遮断される吸気ポート９，９と、２つの排気バルブ（図示せず）により開放または遮断される排気ポート１１，１１と、が形成されている。

また、シリンダヘッド５には、燃焼室７の上部中央に臨ませて、筒内に燃料を噴射して混合気を形成する燃料噴射弁１３が配設されている。そして、この燃料噴射弁１３に隣接させて、筒内の混合気に点火を行う点火プラグ１５が配設されている。

ピストン３の冠面には、前記吸気バルブのバルブヘッド（弁頭部）との干渉を回避する２つのバルブリセス１７，１７と、前記排気バルブのバルブヘッド（弁頭部）との干渉を回避する２つのバルブリセス１９，１９が形成されている。

ここで、図２（ａ），（ｂ）に示すように、バルブリセス１９，１９のリセス面（底壁面）は、夫々の全体が、シリンダ軸ｍと直交する方向に対して傾斜する傾斜面２１，２１で形成されている。これら傾斜面２１，２１は、シリンダ中心に近づく方向に対して深さが増大し、シリンダ中心に向かう方向において傾斜角が最大となっている。

かかる構成によれば、図１の実線Ｘおよび図３，４に示すように、吸気ポート９，９から前記吸気バルブを介して流入した２つの吸気流は、夫々、まず排気ポート１１，１１側へ向かい、その後、前記排気バルブに対応する２つのバルブリセス１９，１９のリセス面へ向けて下降し、傾斜面２１，２１に沿って流動するように案内され、燃焼室７の中央へ向かう。そして、該２つの吸気流は、燃焼室７の中央部で合流した後、吸気ポート９，９側へ向けて流れ、燃焼室７の上方に向かう旋回性を有した吸気流動となる。

このように、傾斜面２１，２１が各吸気流を案内することで、バルブリセス１９，１９のリセス面への衝突による流動減衰が抑制され、燃料噴射弁１３の燃料噴射により形成される混合気の均質性能が向上し、燃焼安定性が向上する。これと共に、上記燃焼室７の中央部で各吸気流が合流することで、燃焼室７上部中央に配設された点火プラグ１５の電極（図示せず）近傍の狭い空間に、着火のための混合気塊を安定して形成でき、着火性を向上できる。

なお、図１の破線Ｙは、参考として、バルブリセス１９，１９を備えないフラットなピストンとした形態の吸気流動を示しており、実線Ｘとの対比によって、本実施形態における燃焼室７の中央へ向けての吸気流の整流効果（旋回性保持）が確認された。

次に、図５に示す本発明の第２実施形態では、バルブリセス１９，１９が互いに向かい合う方向（以下、単に「内側方向」と記す）において、傾斜面２１，２１の傾斜角が最大となっている。

本実施形態では、両傾斜面２１，２１によって、両吸気ポート９，９からの２つの吸気流は、燃焼室７の内側方向へ導かれて合流した後、燃焼室７の中央部に向かう流れとなる。したがって、これら両吸気流を迅速に合流させることができる。

また、図６に示す本発明の第３実施形態では、バルブリセス１９，１９のリセス面の一部（夫々、シリンダ中心に近い側の略半分）が、シリンダ中心に向かう方向において傾斜角が最大となる傾斜面２１，２１で形成され、傾斜面２１，２１以外の部分は、傾斜面２１，２１の各上縁と連接してシリンダ軸ｍと直交する略平坦なフラット面２３，２３で形成されている。

前記第１，第２実施形態のようにリセス面全体を傾斜面とした方が、吸気流動減衰を抑制する効果は大きく、加工も容易であるが、本実施形態では、バルブリセス１９，１９の各リセス面にフラット面２３，２３が形成される分だけバルブリセス１９，１９の容積が縮小して、圧縮比を高くすることができる。

さらに、図７に示す本発明の第４実施形態では、バルブリセス１９，１９の各リセス面の一部（夫々、内側方向に寄った略半分）が、内側方向おいて傾斜角が最大となる傾斜面２１，２１で形成され、傾斜面２１，２１以外の部分は、傾斜面２１，２１の各上縁と連接してシリンダ軸ｍと直交する略平坦なフラット面２３，２３で形成されている。

本実施形態では、前記第２実施形態同様の効果を得ながら、圧縮比を高くすることができる。

本発明は、上記実施形態に限られず、以下のような構成としてもよい。

まず、ピストン３の冠面に、バルブリセス１９，１９のほかキャビティを設け、燃料噴射弁１３から噴射された燃料の噴霧を、該キャビティを介して点火プラグ１５の電極周辺へ移送することで、混合気を成層化し、着火性をより向上させてもよい。

また、本発明に係る燃焼室構造は、点火プラグを備えないディーゼルエンジンや、吸気ポートに燃料噴射弁を臨ませたエンジンなどの燃焼室構造にも適用することができる。

さらに、本発明に係る上記傾斜面の傾斜角が最大となる方向は、前記第１，第２実施形態にて各傾斜面の傾斜角が最大となる方向の間の方向であってもよい。

本発明の第１実施形態の斜視図 （ａ）は、図１に係る排気側のバルブリセスの平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図 図１に係る吸気流動の側面図 図１に係る吸気流動の平面図 （ａ）は、本発明の第２実施形態に係る排気側のバルブリセスの平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図 （ａ）は、本発明の第３実施形態に係る排気側のバルブリセスの平面図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線断面図 （ａ）は、本発明の第４実施形態に係る排気側のバルブリセスの平面図、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線断面図

符号の説明

３ ピストン
７ 燃焼室
１５ 点火プラグ
１９ バルブリセス
２１ 傾斜面
２３ フラット面

Claims (7)

1. ピストンに、排気バルブ弁頭部との干渉を回避するバルブリセスを有する内燃機関の燃焼室構造において、
   前記バルブリセスの底壁面を、シリンダ中心に近づく方向に対して深さが増大する傾斜面を有して形成したことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
2. 前記傾斜面は、シリンダ中心に向かう方向において、傾斜角が最大となることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼室構造。
3. １気筒あたり排気バルブを２個備え、
   前記２個の排気バルブに対応して形成される２個のバルブリセスが互いに向かい合う方向に、前記傾斜面の傾斜角が最大となることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃焼室構造。
4. 前記バルブリセスの底壁面の全体を、前記傾斜面で形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼室構造。
5. 前記バルブリセスの底壁面の一部を、前記傾斜面で形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼室構造。
6. 前記バルブリセスの底壁面の前記傾斜面以外の部分は、前記傾斜面の上縁と連接する略平坦な面で形成したことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃焼室構造。
7. 燃焼室上部に点火プラグを臨ませていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼室構造。

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