JP2012021429A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダ２の頂部の燃焼室５に，吸気ポート６及び排気ポート７を開口し，前記吸気ポートからの吸気に，ピストン３の頂面３ａでピストンに向かう方向への流れからピストンより離れる方向への流れに反転するタンブル流Ｔを付与する構成にする一方，前記ピストンの頂面に，バルブリセス１０，１１を凹み形成して成る内燃機関において，前記タンブル流の強化を図る。
【解決手段】前記ピストン３の頂面３ａのうち前記バルブリセス１０，１１がピストンの外周面３ｂに近接する部分に，ピストンの外周面３ｂに連通する凹所１４，１５を凹み形成し，前記バルブリセスの底面１０ａ，１１ａを，前記ピストンの頂面からの深さがピストンの中心に向かって深くなるように傾斜する。
【選択図】図１

Description

本発明は，シリンダ内への吸気にシリンダの軸線の方向に旋回するタンブル流を付与するように構成した内燃機関に関するものである。

従来，この種の内燃機関は，図１に示すように，シリンダＡの頂部における燃焼室Ｂに，吸気ポートＣ及び排気ポートＤを，シリンダＡの内部に向けて開口することにより，この吸気ポートＣからシリンダＡ内への吸気に，当該吸気が矢印Ｔで示すように，シリンダＡの軸線Ａ１に沿ってピストンＥに向かう方向に流れたのち，ピストンＥの頂面Ｅ１において，ピストンＥに向かう方向への流れからピストンＥより離れる方向への流れに反転するというように，シリンダＡにおける軸線Ａ１の方向に旋回するタンブル流を付与する構成にしている。

なお，図１は，吸気ポートＣ及び排気ポートＤを二つに構成した場合を示している。

この場合，先行技術としての特許文献１及び２は，前記ピストンＥの頂面Ｅ１に，吸気弁に対するバルブリセス及び排気弁に対するバルブリセスを，これら両バルブリセスが互いに連通する形態にして凹み形成して，吸気ポートＣからのタンブル流Ｔを，これら吸気弁用バルブリセス及び排気弁用バルブリセスの内部において，ピストンＥに向かう方向の流れからピストンＥより離れる方向への流れに反転することを提案している。

特開平０９−１０５３３０号公報 特開平０９−３１７５５５号公報

この先行技術の構成によると，ピストンＥにおける頂面でのタンブル流Ｔの反転が，前記ピストンの頂面に互いに連通するように凹み形成した吸気弁用バルブリセス及び排気弁用バルブリセスの内部にて行なわれることにより，前記タンブル流Ｔがピストンの頂面において反転する際に，シリンダの軸線に対して横方向に広がるのを抑制することができる利点がある。

しかし，その反面，互いに連通する両バルブリセスは，その全体がピストンの頂面から凹んだ形態であり，換言すると，前記両バルブリセスにおける全体は，前記シリンダＡの軸線Ａ１の方向から見て，前記ピストンの頂面にて囲われていることにより，前記タンブル流Ｔのうち前記シリンダの内壁面に沿ってピストンに向かう方向の流れは，ピストンの頂面に一旦衝突したのち一方のバルブリセス内に入ることになる。

つまり，前記タンブル流Ｔは，前記両バルブリセスのうち一方のバルブリセス内に入るときに，ピストン頂面への衝突によって減速作用を受けるから，この分，タンブル流が弱くなるのであった。

また，前記タンブル流Ｔが，両バルブリセスのうち他方のバルブリセス内から前記シリンダの内壁面に沿うように出て行く流れには，前記ピストンの頂面の部分に細かい渦流が発生することにより，前記タンブル流は，他方のバルブリセスから出て行くときに，ピストンの頂面に発生する渦流によっても減速作用を受けるのであった。

本発明は，この問題を解消することを技術的課題としている。

この技術的課題を達成するため請求項１は，
「シリンダの頂部における燃焼室に，吸気ポート及び排気ポートを開口し，前記吸気ポートからの吸気に，ピストンの頂面でピストンに向かう方向への流れからピストンより離れる方向への流れに反転するタンブル流を付与する構成にする一方，前記ピストンの頂面に，バルブリセスを凹み形成して成る内燃機関において，
前記ピストンの頂面のうち前記バルブリセスがピストンの外周面に近接する部分には，前記バルブリセスをピストンの外周面に連通する凹所が凹み形成されており，前記バルブリセスの底面は，前記ピストンの頂面からの深さがピストンの中心に向かって深くなるように傾斜している。」
ことを特徴としている。

また，請求項２は，
「前記請求項１の記載において，前記バルブリセスは，吸気弁用バルブリセスと排気弁用バルブリセスとを互いに連通する形態であり，前記ピストンの頂面のうち前記吸気弁用バルブリセス及び排気弁用バルブリセスがピストンの外周面に近接する部分には，前記ピストンの外周面に連通する凹所が凹み形成されており，前記吸気弁用バルブリセス及び排気弁用バルブリセスにおける底面は，前記ピストンの頂面からの深さがピストンの中心に向かって深くなるように傾斜している。」
ことを特徴としている。

請求項１によると，タンブル流のうちシリンダの内壁面に沿ってピストンに向かう方向の流れは，ピストンの頂面のうちバルブリセスがピストンの外周面に近接する部分に凹み形成した凹所を通って，前記バルブリセス内にスムーズに導かれることになるから，この部分の流れに，ピストンの頂面への衝突が発生するのを低減できる。

これに加えて，前記タンブル流のバルブリセス内への導入が，前記バルブリセスの底面を傾斜したことによって，当該バルブリセスの底面がシリンダの軸線と直角の平面である場合，及び，逆向きに傾斜している場合に比べて，更にスムーズになるから，前記タンブル流がバルブリセス内に入るときに受ける減速作用を確実に低減できて，強いタンブル流を得ることができる。

また，請求項２によると，タンブル流は，一方のバルブリセス内に入り，他方のバルブリセスから出て行くように反転する。

このタンブル流が一方のバルブリセス内に入るときにおける減速作用は，前記と同様に低減できる。

一方，このタンブル流が他方のバルブリセスから出て行くときには，ピストンの頂面のうち当該他方のバルブリセスがピストンの外周面に近接する部分に凹み形成した凹所を通って，シリンダの内壁面にこれに沿って流れるようにスムーズに導かれることになるから，この部分の流れに，細かい渦流が発生することを低減できるとともに，この他方のバルブリセスから出て行くときの流れを，当該他方のバルブリセスにおける底面の傾斜によってよりスムーズにできる。

これにより，前記タンブル流が，互いに連通する両バルブリセス内において反転することによって，横方向への広がりを抑制できるものでありながら，前記タンブル流が一方のバルブリセス内に入るときにおける減速作用と，前記タンブル流が他方のバルブリセスから出て行くときにおける減速作用との両方を確実に低減できるから，更に，強いタンブル流を得ることができる。

従来の内燃機関を示す模式的斜視図である。 本発明の実施の形態の要部縦断正面図で図３のII−II視断面図である。 図２のIII −III 視平断面図である。 図３のIV−IV視断面図である。 ピストンの頂部を示す斜視図である。

以下，本発明の実施の形態を，図２〜図５の図面について説明する。

これらの図において，符号１は，シリンダ２を有するシリンダブロックを示し，前記シリンダ２内には，往復動するピストン３を内蔵している。

符号４は，前記シリンダブロック１におけるシンンダ２の頂部を塞ぐシリンダヘッドを示し，このシリンダヘッド４には，前記シリンダ２の頂部に開口する燃焼室５が凹み形成されているほか，前記燃焼室５への二つの吸気ポート６が並べて設けられ，更には，前記燃焼室５からの二つの排気ポート７が，前記シリンダ２の軸線２ａの方向から見て，前記二つの吸気ポート６に対向するように設けられている。

前記二つの吸気ポート６は，前記図１に示す従来の場合と同様に，この各吸気ポート６からのシリンダ２内に導入される吸気に，シリンダ２の軸線２ａに沿ってピストン３に向かう方向に流れたのち，ピストン３の頂面３ａにおいて，ピストン３に向かう方向への流れからピストン３より離れる方向への流れに反転するというように，シリンダ２における軸線２ａの方向に旋回するタンブル流Ｔを付与するという構成であり，この各吸気ポート６の各々には，吸気弁８が設けられている。

また，前記各排気ポート７の各々には，排気弁９が設けられている。

前記ピストン３における頂面３ａは，頭を切った円錐形に形成されており，この頂面３ａのうち，前記各吸気ポート６における吸気弁８に該当する部分の各々には，吸気弁用バルブリセス１０が凹み形成されていることに加えて，前記各排気ポート７における排気弁９に該当する部分の各々には，排気弁用バルブリセス１１が凹み形成されている。

この場合，前記各吸気弁用バルブリセス１０と前記各排気弁用バルブリセス１１との相互間は，互いに連通する構成であり，且つ，前記吸気弁用バルブリセス１０における底面１０ａと，前記排気弁用バルブリセス１１における底面１１ａとは，段差がないように連続する構成になっている。

本実施の形態の場合，前記各吸気弁用バルブリセス１０の間の部分は隔壁部１２が，前記各排気弁用バルブリセス１１の間の部分には隔壁部１３が各々設けられ，これら各隔壁部１２，１３は，各バルブリセス１０，１１における底面１０ａ，１１ａからの高さが次第に低くなりながらピストン３の中心に向かって延びるという構成になっている。

これに加えて，本実施の形態の場合，前記シリンダ２における軸線２ａの方向から見て（図３），前記各吸気弁用バルブリセス１０及び各排気弁用バルブリセス１１の相互間の部位，つまり，前記ピストン３の中心の部分には，これらの底面１０ａ，１１ａより比較的浅い寸法だけ低くした平面視で円形の窪み部１６が設けられている。

そして，前記ピストン３における頂面３ａのうち，前記シリンダ２における軸線２ａの方向から見て（図３，図５），前記各吸気弁用バルブリセス１０がピストン３の外周面３ｂに近接する部分には，凹所１４を凹み形成することにより，前記各吸気弁用バルブリセス１０を，この凹所１４を介して前記ピストン３の外周面３ｂに連通するように構成している。

これに加えて，前記ピストン３における頂面３ａのうち，前記シリンダ２における軸線２ａの方向から見て（図３，図５），前記各排気弁用バルブリセス１１がピストン３の外周面３ｂに近接する部分には，凹所１５を凹み形成することにより，前記各排気弁用バルブリセス１１を，この凹所１５を介して前記ピストン３の外周面３ｂに連通するように構成している。

更に，前記各吸気弁用バルブリセス１０における底面１０ａ，及び，前記各排気弁用バルブリセス１１における底面１１ａは，図４に示すように，前記ピストン３の頂面３ａからの深さがピストン３の中心に向かって次第に深くなるように，前記シリンダ２の軸線２ａと直角の水平面１７から適宜角度θだけ斜め下向きに傾斜するという構成になっている。

この構成において，各吸気ポート６からのタンブル流Ｔのうちシリンダ２の内壁面に沿ってピストン３に向かう方向の流れは，図４に示すように，ピストン３における頂面３ａに凹み形成した吸気弁用バルブリセス１０及び排気弁用バルブリセス１１のうち一方の排気弁用バルブリセス１１内に，前記ピストン３における頂面３ａのうち前記排気弁用バルブリセス１１がピストン３の外周面３ｂに近接する部分に凹み形成した凹所１５を通って導かれ，この排気弁用バルブリセス１１内から吸気弁用バルブリセス１０内に流れる。

この吸気弁用バルブリセス１０内における流れは，前記ピストン３の頂面３ａのうち吸気弁用バルブリセス１０がピストン３の外周面３ｂに近接する部分に凹み形成した凹所１４を通って，シリンダ２の内壁面にこれに沿ってピストン３から離れる方向に流れるように出て行くことになる。

これにより，前記シリンダ２内におけるタンブル流Ｔが，排気弁用バルブリセス１１内に入るときに受ける減速作用と，前記タンブル流が吸気弁用バルブリセス１０から出て行くときに受ける減速作用との両方を確実に低減できるから，強いタンブル流を得ることができる。

更に，前記吸気弁用バルブリセス１０の底面１０ａ及び排気弁用バルブリセス１１の底面１１ａを，前記ピストン３の頂面３ａからの深さがピストン３の中心に向かって次第に深くなるように傾斜したことにより，前記タンブル流Ｔが，排気弁用バルブリセス１１内に導入するときの流れ，及び吸気弁用バルブリセス１０内から出て行くときの流れが，これらの底面１０ａ，１１ａが前記シリンダ２の軸線２ａと直角の平面である場合，及び，逆向きに傾斜している場合に比べて，よりスムーズになって，入るとき及び出て行くとき受ける減速作用をより低減できるから，前記タンブル流の更なる強化を達成できる。

そして，前記図示の実施の形態においては，各吸気ポート６からのタンブル流Ｔを，互いに連通する両バルブリセスのうち一方の排気弁用バルブリセス１１内に導入し，他方の吸気弁用バルブリセス１０内から出て行くように反転する構成にした場合であった。

本発明は，これに限らず，各吸気ポート６からのタンブル流Ｔを，吸気弁用バルブリセス１０内に導入し，排気弁用バルブリセス１１内から出て行くように反転する構成にした場合にも適用できることはいうまでもない。

また，他の実施の形態においては，前記各吸気弁用バルブリセス１０の凹所１４及び前記各排気弁用バルブリセス１１の凹所１５のうち，いずれか一方又は両方におけるピストン頂面３ａからの深さを，その各々におけるバルブリセス１０，１１におけるピストン頂面３ａからの深さと同じに構成することができる。

特に，前記した実施の形態のように，ピストンの頂面のうち少なくとも吸気ポートからのタンブル流を導入する側のバルブリセスがピストンの外周面に近接する部分に凹所を凹み形成するという構成にすることにより，前記タンブル流がバルブリセス内に入るときに受ける減速作用を確実に低減できる。

１ シリンダブロック
２ シリンダ
２ａ シリンダの軸線
３ ピストン
３ａ ピストンの頂面
３ｂ ピストンの外周面
４ シリンダヘッド
５ 燃焼室
６ 吸気ポート
７ 排気ポート
８ 吸気弁
９ 排気弁
１０ 吸気弁用バルブリセス
１０ａ 吸気弁用バルブリセスの底面
１１ 排気弁用バルブリセス
１１ａ 排気弁用バルブリセスの底面
１４，１５ 凹所

Claims (2)

1. シリンダの頂部における燃焼室に，吸気ポート及び排気ポートを開口し，前記吸気ポートからの吸気に，ピストンの頂面でピストンに向かう方向への流れからピストンより離れる方向への流れに反転するタンブル流を付与する構成にする一方，前記ピストンの頂面に，バルブリセスを凹み形成して成る内燃機関において，
   前記ピストンの頂面のうち前記バルブリセスがピストンの外周面に近接する部分には，前記バルブリセスをピストンの外周面に連通する凹所が凹み形成されており，前記バルブリセスの底面は，前記ピストンの頂面からの深さがピストンの中心に向かって深くなるように傾斜していることを特徴とする内燃機関。
2. 前記請求項１の記載において，前記バルブリセスは，吸気弁用バルブリセスと排気弁用バルブリセスとを互いに連通する形態であり，前記ピストンの頂面のうち前記吸気弁用バルブリセス及び排気弁用バルブリセスがピストンの外周面に近接する部分には，前記ピストンの外周面に連通する凹所が凹み形成されており，前記吸気弁用バルブリセス及び排気弁用バルブリセスにおける底面は，前記ピストンの頂面からの深さがピストンの中心に向かって深くなるように傾斜していることを特徴とする内燃機関。

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