JP2008202576A

JP2008202576A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2008202576A
Application number: JP2007042399A
Authority: JP
Inventors: Hisao Suzuki; 久雄鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2008-09-04

Abstract

【課題】剥離渦を積極的に発生させることにより、効率よく燃焼室内に乱れを発生させることができる内燃機関を提供する。
【解決手段】本実施例に係る内燃機関のピストン７０の冠面７１には、排気弁４０側に位置し排気弁４０側からピストン７０の冠面７１の中心へと向かう方向に下り傾斜した下り案内面７１ｂと、点火プラグ９０を通過するピストン７０の往復動軸線よりも排気弁４０側に位置し下り案内面７１ｂと連続すると共に、排気弁４０側から吸気弁３０側へと向かう方向から反り返って排気弁４０側を向く反り返し面７１ａとが形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関に関する。

従来から内燃機関においては、種々の課題を解決すべくピストン冠面の改良が行われてきた。例えば、特許文献１乃至５には、混合気の燃焼性の向上や、成層燃焼性の向上などを図るべく、ピストン冠面が凹部状に形成された構造が開示されている。

実開平０５−０２１１３２号公報特開１０−１７６５９６号公報特開２００２−１０６３５４号公報特開２００２−３２７６２２号公報特開２００４−１３７９８９号公報

ところで、ピストン冠面にこのような形状を採用した場合、凹部の形状によっては、圧縮行程におけるピストンの上昇に伴って吸気の一部が剥離し、燃焼室内で局所的な剥離渦が発生する場合がある。
しかしながら、上記特許文献で開示されている構造は、このように剥離渦が発生する観点からの検討がなされていない。

したがって本発明の目的は、剥離渦を積極的に発生させることにより、効率よく燃焼室内に乱れを発生させることができる内燃機関を提供することである。

上記目的は、燃焼室を画定するシリンダ及びピストンと、シリンダヘッドに設けた吸気弁及び排気弁の間に配設された点火プラグと、前記吸気弁側から前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた内燃機関であって、前記ピストン冠面には、前記排気弁側に位置し前記排気弁側から該ピストン冠面の中心へと向かう方向に下り傾斜した案内面と、前記点火プラグを通過する該ピストンの往復動軸線よりも前記排気弁側に位置し前記案内面と連続すると共に、前記排気弁側から前記吸気弁側へと向かう方向から反り返って前記排気弁側を向く反り返し面とが形成されている、ことを特徴とする内燃機関によって達成できる。
この構成により、圧縮行程におけるピストンの上昇に伴い、燃焼室内での吸気が案内面に沿って、ピストン冠面の排気弁側から中心部へと導かれる。圧縮行程終期では、ピストン冠面によって上方に押上げられた吸気が、反り返し面によって、剥離して剥離渦が発生する。反り返し面は、点火プラグを通過するピストンの往復動軸線よりも排気弁側に位置しているので、その剥離渦が、点火プラグ近傍に導かれる。これにより、点火プラグ近傍に混合気を集めることが可能となり、燃焼室内に効率的に乱れを生成することが可能となる。

本発明によれば、剥離渦を積極的に発生させることにより、効率よく燃焼室内に乱れを発生させることができる内燃機関を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る内燃機関について説明する。
図１は、内燃機関の要部を示す断面図であり、圧縮行程の初期の状態を示している。
本発明に係る内燃機関は、吸気ポート１０、排気ポート２０、吸気弁３０、排気弁４０、シリンダヘッド５０、シリンダブロック６０、ピストン７０、燃料噴射弁８０、点火プラグ９０などから構成される。

シリンダブロック６０には、略円筒状のボア内壁面６１を形成し、ボア内壁面６１の内周面には図示しない略円筒状のシリンダライナを配設している。
ボア内壁面６１内には、このシリンダライナを介してピストン７０を収容している。冠面７１についての詳細は、後述する。

ピストン７０は図示しないコネクティングロッドと連結されており、さらにコネクティングロッドは図示しないクランクシャフトと連結されている。これによって、ピストン７０がシリンダブロック６０内で往復運動すると、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに動力が伝達され、さらにクランクシャフトによって往復運動が回転運動に変換される。

シリンダブロック６０の上面にはシリンダヘッド５０が互いの合わせ面を当接させた状態で固定されている。
燃焼室ＢＣは、シリンダヘッド５０、シリンダブロック６０及びピストン７０によって囲われた空間として形成されている。詳細には、シリンダヘッド５０の下面５１、シリンダブロック６０のボア内壁面６１、ピストン７０の冠面７１によって燃焼室ＢＣが画定される。

シリンダヘッド５０には、吸気行程で吸気を燃焼室ＢＣ内に導入するための吸気ポート１０が形成されている。吸気ポート１０は流路を開閉するための吸気弁３０が配設されている。

また、シリンダヘッド５０には、燃焼したガスを燃焼室ＢＣから排気するための排気ポート２０が形成されている。排気ポート２０には流路を開閉するための排気弁排気弁４０が配設されている。

シリンダヘッド５０には、燃焼室ＢＣ頂部に先端が突出するように点火プラグ９０が配設されている。点火プラグ９０は、吸気弁３０及び排気弁４０の間に配設されている。

また、燃料噴射弁８０は、燃焼室ＢＣ内に臨むようにシリンダヘッド５０の吸気弁３０側に配置されている。燃料噴射弁８０は、吸気行程で燃焼室ＢＣ内に直接燃料を噴霧する。

次に、冠面７１の形状について詳しく説明する。
図２は、ピストン７０の冠面７１の正面図である。
図１に示すように、冠面７１は、略中央部が、その周縁部よりも隆起している。また、冠面７１は、図１及び図２に示すように、反り返し面７１ａ、下り案内面７１ｂ、上り面７１ｃから構成される。反り返し面７１ａは、図１に示すように、排気弁４０から吸気弁３０への方向から反り返って排気弁４０側を向くように湾曲して形成されている。

また、反り返し面７１ａは、点火プラグ９０を通過する、ピストン７０の往復動軸線よりも、排気弁４０側の位置に形成されている。即ち、反り返し面７１ａは、冠面７１の中心よりも排気弁４０側にずれた位置に形成されている。

また、下り案内面７１ｂは、排気弁４０から吸気弁３０への方向に緩やかに下り傾斜して、反り返し面７１ａと連続している。反り返し面７１ａ及び下り案内面７１ｂは、燃焼室ＢＣ内でのタンブル流の旋回を助長するように形成されている。

上り面７１ｃは、吸気弁３０から排気弁４０への方向に緩やかに上り傾斜して形成されている。また、ボア内壁面６１近傍の上り面７１ｃの縁部は、ピストン７０の往復動軸線方向に垂直な平面状に形成され、その平面部分から、冠面７１の中心に向かって、緩やかに上り傾斜するように形成されている。

上り面７１ｃの上り傾斜している部分は、ペントルーフ状に形成されている、吸気弁３０側の下面５１の傾斜よりも、僅かに緩やかに形成されている。上り面７１ｃは、吸気弁３０側の冠面７１の縁部から、冠面７１の中心を越えて、反り返し面７１ａの頂部へと連続する。

次に、圧縮行程終期での燃焼室ＢＣ内での吸気の状態について説明する。
図３は、圧縮行程終期の内燃機関の状態を示している。図３におけるピストン７０は、上死点に位置している。

ピストン７０は、図１に示した圧縮行程初期においては、下死点に位置し、この下死点の位置から上昇して、圧縮行程終期においては、図３に示した上死点に位置付けられる。従って、冠面７１によって燃焼室ＢＣ内の吸気は、上方に圧縮される。
この際に燃焼室ＢＣ内での吸気は、ピストン７０の上昇に伴って、下り案内面７１ｂに沿って流れる。下り案内面７１ｂは、排気弁４０から吸気弁３０への方向に下り傾斜しているため、排気弁４０側の吸気が、図２及び図３に示した矢印のように、冠面７１の中心に向かうようにして流れる。
しかし、下り案内面７１ｂに沿って流れた吸気は、急角度に反り返った反り返し面７１ａにより、反り返し面７１ａの頂部から剥離し、細かい剥離渦ＳＶが発生する。

この剥離渦ＳＶは、下り案内面７１ｂに沿って、排気弁４０側から冠面７１の中心に向かって流れた吸気が反り返し面７１ａで剥離したものであるため、排気弁４０から吸気弁３０への方向に流れる。
反り返し面７１ａは、点火プラグ９０を通過するピストン７０の往復動軸線よりも排気弁４０側に位置しているため、剥離渦ＳＶは、反り返し面７１ａの頂点部から、図３における左上に、即ち点火プラグ９０に向かって流れる。

これにより、点火プラグ９０近傍に混合気を集めることができ、燃焼室ＢＣ内に効率的に乱れを生成することができる。これにより、点火プラグ９０付近に混合気を集めることができ、成層燃焼時においても燃焼速度が向上する。
尚、上り面７１ｃ側の吸気は、ピストン７０の上昇に伴って、冠面７１の中心へと導かれるので、点火プラグ９０付近に効率的に混合気を集めることができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、上り面７１ｃの、ボア内壁面６１に沿った縁部にスキッシュエリアを形成してもよい。

内燃機関の要部を示す断面図であり、圧縮行程の初期の状態を示している。ピストン冠面の正面図である。圧縮行程終期の内燃機関の状態を示している。

符号の説明

１０吸気ポート
２０排気ポート
３０吸気弁
４０排気弁
５０シリンダヘッド
６０シリンダブロック
６１ボア内壁面
７０ピストン
７１冠面
７１ａ反り返し面
７１ｂ下り案内面
７１ｃ上り面
８０燃料噴射弁
９０点火プラグ
ＳＶ剥離渦
ＢＣ燃焼室

Claims

燃焼室を画定するシリンダ及びピストンと、シリンダヘッドに設けた吸気弁及び排気弁の間に配設された点火プラグと、前記吸気弁側から前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた内燃機関であって、
前記ピストン冠面には、前記排気弁側に位置し前記排気弁側から該ピストン冠面の中心へと向かう方向に下り傾斜した案内面と、前記点火プラグを通過する該ピストンの往復動軸線よりも前記排気弁側に位置し前記案内面と連続すると共に、前記排気弁側から前記吸気弁側へと向かう方向から反り返って前記排気弁側を向く反り返し面とが形成されている、ことを特徴とする内燃機関。