JP2008202577A

JP2008202577A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2008202577A
Application number: JP2007042400A
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】圧縮行程終期での旋回流の減衰を抑制できる内燃機関を提供する。
【解決手段】ピストン７０の冠面７１と、ピストン７０の冠面７１に対向するシリンダヘッド５０の下面５１とによって燃焼室ＢＣが画定される内燃機関であって、ピストン７０の冠面７１の縁部には、シリンダヘッド５０に向けて上り傾斜したピストン側曲面７１ａが形成され、シリンダヘッド５０の下面５１の縁部には、ピストン７０に向けて下り傾斜したヘッド側曲面５１ａが形成され、ピストン側曲面７１ａ及びヘッド側曲面５１ａは、ピストン７０が上死点に位置するときに、一体となって滑らかに連続するように形成されている。
【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７には、燃焼室内でのタンブル流の減衰を抑制すべく、またはスキッシュ流を強化すべく、ピストン冠面の形状が凹面状に形成されたものや、ダンブル流を効率的に点火プラグ方向に搬送すべく、ピストン冠面の断面がω上に形成されたものが開示されている。

特開２００２−２２７６５１号公報特開２００５−１４７０６７号公報特許３５９８８８０号公報特開２００２−２９５２６０号公報特開２０００−３２０３３５号公報実公昭６２−２１７１２号公報特願２００５−２２１４３４号

ところで、タンブル流などの旋回流は、圧縮行程終期でピストンの移動方向に潰されて減衰しやすいが、上記特許文献で開示されている構造は、このような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、圧縮行程終期での旋回流の減衰を抑制できる内燃機関を提供することである。

上記目的は、ピストンの冠面と、前記ピストンの冠面に対向するシリンダヘッドの下面とによって燃焼室が画定される内燃機関であって、前記ピストンの冠面の縁部には、前記シリンダヘッドに向けて上り傾斜したピストン側曲面が形成され、前記シリンダヘッドの下面の縁部には、前記ピストンに向けて下り傾斜したヘッド側曲面が形成され、前記ピストン側曲面及びヘッド側曲面は、前記ピストンが上死点に位置するときに、一体となって滑らかに連続するように形成されている、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、ピストン側曲面及びヘッド側曲面は、ピストンが上死点に位置するときに、一体となって滑らかに連続するように形成されているので、燃焼室内での旋回流の減衰を抑制できる。

上記構成において、前記ピストン側曲面及びヘッド側曲面は、対向し合う先端部での接線が一致する、構成を採用できる。
この構成により、燃焼室内での旋回流の減衰を効果的に抑制できる。

本発明によれば、圧縮行程終期での旋回流の減衰を抑制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。図１に示すように、ピストン７０の冠面７１は、吸気をタンブル流Ｔに生成するための凹面状に形成されている。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側に配置されている。尚、吸気ポート１０内に燃料噴射弁８０を配設してもよい。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。

また、シリンダヘッド５０には、燃焼室ＢＣ内に導入された吸気がタンブル流Ｔとなって旋回するための機構（不図示）が設けられている。このような機構として、例えば、特開排気ポート２００６−３１６７３７号公報に開示されている吸気制御弁である。これにより、燃焼室ＢＣ内に吸入された吸気は、タンブル流タンブル流Ｔとなって旋回する。

図１におけるピストン７０は、下死点に位置している。
冠面７１は、凹面状に形成されており、その周縁部にはピストン側曲面７１ａが形成されている。ピストン側曲面７１ａは、シリンダヘッド５０に向けて上り傾斜するように湾曲して形成されている。また、冠面７１の中央部は、ピストン７０の上下動方向に直交するように平坦に形成されている。従って、冠面７１は、皿状に形成されている。

下面５１は、ペントルーフ型に形成されており、その周縁部にはヘッド側曲面５１ａが形成されている。ヘッド側曲面５１ａは、ピストン側曲面７１ａと対向する位置に形成されている。ヘッド側曲面５１ａは、ピストン７０に向けて下り傾斜するように湾曲して形成されている。即ち、ピストン側曲面７１ａ及びヘッド側曲面５１ａは、互いに向き合うように湾曲して形成されている。
ピストン側曲面７１ａ及びヘッド側曲面５１ａは、燃焼室ＢＣ内でのタンブル流Ｔの旋回を助長するように流線形に形成されている。

図２は、圧縮行程終期の内燃機関の状態を示している。図２におけるピストン７０は、上死点に位置している。図３は、図２において破線Ａで囲った部分の拡大図である。尚、図３は、一部構成を簡略化している。

圧縮行程終期においては、ピストン７０とシリンダヘッド５０とは接近して実質的に燃焼室ＢＣが縮小されることから、タンブル流Ｔもこの燃焼室ＢＣ内で縦方向に潰され減衰しやすい状況になる。例えば、ピストンの縁部を、シリンダヘッドの内壁面と同様に傾斜させてスキッシュ領域を確保した場合、圧縮行程終期においては、スキッシュ領域に突入したタンブル流をスムーズに方向転換させることができ恐れがある。これにより、燃焼室ＢＣ内の隅部でタンブル流Ｔが減衰し、ノッキングの発生原因ともなり得る。

そこで、本実施例に係る内燃機関においては、ピストン側曲面７１ａ及びヘッド側曲面５１ａは、図２及び図３に示すように、ピストン７０が上死点において、一体となって滑らかに連続した流線形となるように形成されている。これにより、ピストンが上死点に位置する際に、燃焼室ＢＣでのタンブル流Ｔの減衰を抑制できる。従って、ノッキングの発生を抑制できると共に、燃料と吸気の混合の均質性も向上する。

次に、ピストン側曲面７１ａ及びヘッド側曲面５１ａについて詳細に説明する。
図３に示すように、ピストン側曲面７１ａ及びヘッド側曲面５１ａは、断面視で、円弧状に形成されており、ピストン側曲面７１ａの曲率半径をｒ７、その中心点をＣ７とし、ヘッド側曲面５１ａの曲率半径をｒ５、その中心点をＣ５とすると、中心点Ｃ７及びＣ５は、ピストン７０の移動方向に平行な直線状に位置し、曲率半径ｒ７及びｒ５は、同一の値である。

また、ピストン側曲面７１ａの、ヘッド側曲面５１ａに最も近い部分での接線と、ヘッド側曲面５１ａの、ピストン側曲面７１ａに最も近い部分での接線とは、一致する。すなわち、ピストン側曲面７１ａとヘッド側曲面５１ａとが対向し合う先端部での接線方向が一致する。このようにピストン７０が上死点においては、ピストン側曲面７１ａ及びヘッド側曲面５１ａは、半円状に一体となる。これにより、よりスムーズにタンブル流Ｔを旋回させることができ、タンブル流Ｔの減衰を抑制できる。

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、上記実施例において、曲率半径ｒ７及びｒ５が同一の値となるように構成したが、このような構成に限定されず、例えば、曲率半径ｒ５よりもｒ７の方が大きくなるように形成してもよい。

また、ピストン側曲面７１ａ及びヘッド側曲面５１ａは、それぞれ断面視で円弧状に形成されているが、楕円弧状に形成してもよい。
また、上記実施例では、旋回流としてタンブル流が生成される場合で説明したが、スワール流であってもよい。

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。圧縮行程終期の内燃機関の状態を示している。図２において破線Ａで囲った部分の拡大図である。

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
５１下面
５１ａヘッド側曲面
６０シリンダブロック
６１ボア内壁面
７０ピストン
７１冠面
７１ａピストン側曲面
８０燃料噴射弁
９０点火プラグ
Ｔタンブル流
ＢＣ燃焼室

Claims

ピストンの冠面と、前記ピストンの冠面に対向するシリンダヘッドの下面とによって燃焼室が画定される内燃機関であって、
前記ピストンの冠面の縁部には、前記シリンダヘッドに向けて上り傾斜したピストン側曲面が形成され、
前記シリンダヘッドの下面の縁部には、前記ピストンに向けて下り傾斜したヘッド側曲面が形成され、
前記ピストン側曲面及びヘッド側曲面は、前記ピストンが上死点に位置するときに、一体となって滑らかに連続するように形成されている、ことを特徴とする内燃機関。
前記ピストン側曲面及びヘッド側曲面は、対向し合う先端部での接線方向が一致する、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。