JP2018123688A

JP2018123688A - エンジン燃焼室構造

Info

Publication number: JP2018123688A
Application number: JP2017014102A
Authority: JP
Inventors: 圭祐田中; Keisuke Tanaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2018-08-09

Abstract

【課題】ピストン頂面の温度上昇を抑制しつつピストン頂面の遮熱膜を厚膜化する【解決手段】本発明のエンジン燃焼室構造は、ピストン頂面に形成された遮熱膜と、シリンダヘッドの、エンジン燃焼室の頂面を構成する面に配置されたガイド部とを備える。ガイド部は、シリンダヘッドに配置される吸気バルブの傘部に対向する面であるガイド面を有する。ガイド面は、傘部に対向する部分からピストン頂面に向けて傾斜している。【選択図】図１

Description

この発明は、エンジン燃焼室構造に関する。

例えば、特許文献１には、エンジン燃焼室の内壁面に遮熱膜を設けた構成が開示されている。より具体的に、特許文献１は、遮熱膜として、膜厚が２０μｍより大きく５００μｍ以下であり空孔率が２０％以上である陽極酸化皮膜を、エンジン燃焼室の内壁面に形成することを開示する。

特開２０１０−２４９００８号公報

ピストン頂面に遮熱膜を有するピストンが用いられるエンジンにおいて、燃費領域での冷却損失低減を十分に確保するためには、ピストン頂面の遮熱膜の更なる厚膜化が望まれる。しかしながら、ピストン頂面の遮熱膜を厚膜化すれば、熱容量が増加し、ピストン表面温度が上昇する。その結果、吸気が加熱され、ノックの発生および体積効率の低下を招く恐れがある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、ピストン頂面の温度上昇を抑制しつつピストン頂面の遮熱膜を厚膜化することができるエンジン燃焼室構造を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明のエンジン燃焼室構造は、以下のように構成される。即ち、本発明のエンジン燃焼室構造は、ピストン頂面に形成された遮熱膜と、シリンダヘッドの、エンジン燃焼室の頂面を構成する面に配置されたガイド部とを備える。ガイド部は、シリンダヘッドに配置される吸気バルブの傘部に対向する面であるガイド面を有する。ガイド面は、吸気バルブの傘部に対向する部分からピストン頂面に向けて傾斜している。

エンジン燃焼室に導入される吸気は、ガイド部の、ピストン頂面に向けて傾斜するガイド面によって、シリンダ壁面に衝突することなくピストン頂面に誘導される。これにより、ピストン頂面が吸気により効果的に冷却される。したがって、このエンジン構造によれば、ピストン頂面の温度上昇を抑制することができ、ピストン頂面に形成される遮熱膜を厚膜化することができる。

実施の形態のエンジン燃焼室の構造を模式的に示す図である。実施の形態のエンジン燃焼室の他の構造例を模式的に示す図である。

図１は、実施の形態に係るエンジン１０の燃焼室の構造を模式的に示す図である。図１には、エンジン１０を構成する要素がクランク軸に垂直な１つの平面上に投影して描かれている。

エンジン１０は、複数のシリンダ１２を有する火花点火式の多気筒エンジン（以下、単にエンジンという）である。シリンダ１２の数と配置に限定はない。エンジン１０は、シリンダ１２が形成されたシリンダブロック１４と、シリンダブロック１４上にガスケットを介して配置されるシリンダヘッド１６とを有している。シリンダブロック１４は、シリンダ１２を形成するシリンダライナ１７と、シリンダライナ１７の外周部に形成され冷却水が流通するためのウォータジャケット１８とを有している。

シリンダ１２の内部にはシリンダ１２の軸方向に往復動するピストン２０が配置されている。ピストン２０の頂面にはスイング遮熱膜（以下、単に「遮熱膜」とも称する）２２が形成されている。

シリンダヘッド１６の下面には、シリンダ１２の上部空間である燃焼室２４が形成されている。つまり、シリンダヘッド１６の下面は、燃焼室２４を構成する面となっている。シリンダヘッド１６には、燃焼室２４に連通する吸気ポート２６及び排気ポート２８が形成されている。吸気ポート２６の燃焼室２４に連通する開口部には、吸気バルブ３０が設けられ、排気ポート２８の燃焼室２４に連通する開口部には、排気バルブ３２が設けられている。

燃焼室２４の頂部付近、即ち、シリンダヘッド１６の燃焼室２４を構成する面の、吸気ポート２６と排気ポート２８との間の部分には、ガイド部４０が設置されている。ガイド部４０は、ガイド面４２を有している。ガイド面４２は、吸気バルブ３０の傘部３４のバルブステム３６側の面に対向する面であり、かつ、燃焼室２４に流入する吸気のタンブル流が衝突する面である。ガイド面４２は、吸気バルブ３０の傘部３４に対向する部分から、ピストン２０の頂面（即ち、図１では下方）に向けて傾斜している。ガイド面４２は、流入吸気の抵抗とならないように、曲面形状に形成されている。

図１の実線の矢印線Ａは本実施の形態におけるタンブル流の流れを示し、比較のため、破線の矢印線Ｂにより従来の燃焼室構造におけるタンブル流の流れを示している。図１の矢印線Ｂに示されるように、ガイド部４０を有しない従来の燃焼室構造では、吸気のタンブル流は、シリンダライナ１７の排気ポート２８側の側面に誘導される構造となっている。したがって吸気のタンブル流は、シリンダライナ１７の排気ポート２８側の側面で一度温められるため、ピストン２０の頂面では吸気による十分な冷却効果が得られない。

しかし、本実施の形態のエンジン１０においては、シリンダ１２に流入した吸気のタンブル流は、ガイド部４０のガイド面４２によって、直接ピストン２０の頂面に導かれる。したがって、冷却される前の吸気がピストン２０の遮熱膜２２に到達する。遮熱膜２２は吸気により十分に冷却され、吸気加熱へのロバスト性が向上する。

またエンジン１０の燃焼室構造によれば、吸気により遮熱膜２２の冷却が可能となるため、遮熱膜２２を厚膜化することができる。遮熱膜２２の厚膜化により冷却損失の低減効果を更に高めることができる。

図２は、本実施の形態のエンジン燃焼室構造の他の構成例を模式的に示す図である。図２のエンジン焼室構造は、ガイド部５０の形状が、図１のガイド部４０と異なる点を除き、図１のエンジン燃焼室構造と同一である。

具体的に、図２におけるガイド部５０のガイド面５２は、断面がブーメラン形状に形成されており、図１のガイド部４０のガイド面４２と比べると、より深く凹んでいる。即ち、ガイド面５２の変曲部付近の曲率は、実施の形態１のガイド面４２の変曲部付近の曲率に比べて大きなものとなっている。

これにより、ガイド面５２のピストン２０の頂面側に向かう部分が、吸気ポート２６開口部からより離れるように配置されている。したがって、吸気バルブ３０とガイド部５０とによる吸気の流入抵抗は、より小さく抑えられる。特に、吸気の流速が大きいときにも小さく抵抗をおさえることができる。

なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかにそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１０エンジン
１２シリンダ
１４シリンダブロック
１６シリンダヘッド
１７シリンダライナ
１８ウォータジャケット
２０ピストン
２２遮熱膜
２４燃焼室
２６吸気ポート
２８排気ポート
３０吸気バルブ
３２排気バルブ
３４傘部
３６バルブステム
４０ガイド部
４２ガイド面
５０ガイド部
５２ガイド面

Claims

ピストン頂面に形成された遮熱膜と、
シリンダヘッドの、エンジン燃焼室の頂面を構成する面に配置されたガイド部と、
を備え、
前記ガイド部は、前記シリンダヘッドに配置される吸気バルブの傘部に対向する面であるガイド面を有し、
前記ガイド面は、前記傘部に対向する部分から前記ピストン頂面に向けて傾斜していることを特徴とするエンジン燃焼室構造。