JP4216944B2

JP4216944B2 - 内燃機関の燃焼室構造

Info

Publication number: JP4216944B2
Application number: JP09307299A
Authority: JP
Inventors: 英俊高松; 卓也金澤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP2000282869A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関本体に、ピストンが昇降自在に嵌装されるシリンダボアと、このシリンダボアに連なり、ピストンの上死点でそのヘッド面が臨む燃焼室とを形成し、前記ピストンの外周に形成されたリング溝に、前記シリンダボアの内周面に摺動可能に密接するピストンリングを装着した内燃機関に関し、特に、燃焼室でのガスの燃焼時、前記ピストンのヘッド面外周縁から前記リング溝の上縁までのトップランド部周りに未燃焼ガスが残留しないようにした内燃機関の燃焼室構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関において、燃焼室でのガスの燃焼を改善するために種々の提案がなされている（例えば、特開昭５７−４１４２１号公報、特開平５−１１８２２１号参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の内燃機関では、ピストンのトップランド部の外周面とシリンダボアの内周面との間に狭い環状間隙が存在することから、燃焼室での混合気の燃焼時、火炎が上記環状間隙内に侵入した混合気まで伝播し難く、未燃焼ガスとして残留したり、また火炎が伝播しても上記環状間隙内では火炎の伝播速度がかなり遅くなったりする。そして、未燃焼ガスとして残留すると、これが排気行程で排出されて排ガス中のＨＣ濃度を高める一因となり、また火炎の伝播速度は遅くなるとノッキングを起こし易くなる等の不都合を招くことになるが、これを解決するものは、これまで提案されていない。
【０００４】
本発明は、かゝる事情に鑑みてなされたもので、ピストンのトップランド部周りでも混合気の燃焼を迅速、確実に生じさせて、排ガス中のＨＣ濃度の低下とノッキングの防止を図ることができる、前記内燃機関の燃焼室構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、機関本体を、ピストンが昇降自在に嵌装されるシリンダボアを有するシリンダブロックと、このシリンダブロックの上端に接合されるシリンダヘッドとで構成し、そのシリンダヘッドの下面には、ピストンの上死点でそのヘッド面が臨む燃焼室を形成するための凹面を設け、前記ピストンの外周に形成されたリング溝に、前記シリンダボアの内周面に摺動可能に密接するピストンリングを装着した内燃機関において、前記凹面の開口部を前記シリンダボアより大径に形成して、前記シリンダブロックの平坦な上端面のうち、該上端面のシリンダヘッドとの接合面にシリンダボア径方向内側で面一に連続する内周側平坦面部を、該内周側平坦面部が前記燃焼室の環状底面となるよう燃焼室空間を介して該凹面に対面させ、前記ピストンの上死点で、該ピストンのヘッド面とそのヘッド面の外周縁から前記リング溝の上縁までのトップランド部とを前記シリンダブロックの前記接合面よりも上位として、該トップランド部の外周面を前記環状底面から前記燃焼室に突入させたことを第１の特徴とする。
【０００６】
この第１の特徴によれば、ピストンの上死点位置では、そのトップランド部の外周面が環状底面から燃焼室に露出するので、トップランド部の周りには、半径方向幅が充分な環状の燃焼室空間が存在することになり、燃焼室での混合気の燃焼時、火炎がトップランド部周りの燃焼室空間まで迅速、確実に伝播して、混合気全体が効率よく燃焼し、未燃焼ガスの発生を防ぐと共に、ノッキング限界を高めることができる。
【０００７】
またシリンダヘッド下面の、燃焼室を形成するための凹面をシリンダボアより大径に形成して、シリンダブロックの平坦な上端面のうち、該上端面のシリンダヘッドとの接合面にシリンダボア径方向内側で面一に連続する内周側平坦面部を、該内周側平坦面部が前記燃焼室の環状底面となるよう燃焼室空間を介して該凹面に対面させ、ピストンの上死点で、該ピストンのヘッド面とそのヘッド面の外周縁からリング溝の上縁までのトップランド部とをシリンダブロックの前記接合面よりも上位として、該トップランド部の外周面を前記環状底面から燃焼室に突入させたので、シリンダボアより大径の燃焼室（前記凹面）をシリンダヘッドのみに形成すればよく、環状底面を有する燃焼室を機関本体に容易に形成できる。
【０００８】
さらにまた本発明は、第１の特徴に加えて、前記ピストンのトップランド部の外周面に、ヘッド面に向かって小径となるテーパを付したことを第２の特徴とする。
【０００９】
この第２の特徴によれば、燃焼室の環状底面を狭くしつゝピストンのトップランド部周りの燃焼室空間の半径方向幅を充分に確保することができる。しかも上記環状底面を狭くした分、上記燃焼室空間内の混合気に対する機関本体の冷却面積が減少して、火炎の伝播をより迅速に行わせることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、添付図面に示す参考例および本発明の一実施例に基づいて以下に説明する。
【００１１】
図１〜図３は第１参考例を示すもので、図１はピストンが上死点に来た状態での内燃機関の縦断側面図、図２は同内燃機関のシリンダヘッド底面図、図３は図１の要部拡大断面図である。また図４は第２参考例を示す、図３に対応する断面図、図５は第３参考例を示す、図３に対応する断面図、図６は第４参考例を示す、図３に対応する断面図、図７は本発明の実施例を示す、図３に対応する断面図である。
【００１２】
先ず、第１参考例の説明より始める。図１及び図２において、内燃機関Ｅの機関本体Ｅａは、クランクケース１０の上面にシリンダブロック１１を接合し、このシリンダブロック１１の上端面にシリンダヘッド１２を接合して構成され、クランクケース１０に支持されるクランク軸（図示せず）と、シリンダブロック１１のシリンダボア１１ａに嵌装されるピストン１３とがコンロッド１４を介して連結される。
【００１３】
図３に示すように、ピストン１３の外周面には、そのヘッド面１３ｈ側から下方に向かって順に第１リング溝１５₁、第２リング溝１５₂及び第３リング溝１５₃が設けられ、これらにシリンダボア１１ａの内周面に摺動自在に密接する第１ピストンリング１６₁、第２ピストンリング１６₂及び第３ピストンリング１６₃がそれぞれ装着される。このピストン１３の外周面において、そのヘッド面１３ｈから第１リング溝１５₁の上縁までの部分１３ｔをトップランド部と呼ぶ。
【００１４】
シリンダボア１１ａに連なる燃焼室１７は、シリンダヘッド１２からシリンダブロック１１にかけて、シリンダボア１１ａより大径に形成され、このような形成に伴いシリンダブロック１１には燃焼室１７の環状底面１８が設けられる。
【００１５】
一方、ピストン１３は、これが上死点に来たとき、そのトップランド部１３ｔが前記環状底面１８から燃焼室１７に露出するように構成される。
【００１６】
再び図１及び図２において、燃焼室１７の天井面には、各一対の吸気弁２０及び排気弁２１がそれぞれ着座し得る吸気弁座２２及び排気弁座２３が埋設され、これら吸気弁座２２及び排気弁座２３にそれぞれ連なる二股状の吸気ポート２４及び排気ポート２５がシリンダヘッド１２に設けられる。そして吸気ポート２４の上流端が開口するシリンダヘッド１２の一側面に気化器（図示せず）が取付けられ、排気ポート２５の上流端が開口するシリンダヘッド１２の他側面に排気管（図示せず）が接続される。
【００１７】
シリンダヘッド１２には、また、燃焼室１７の中心部に電極を臨ませる点火プラグ２６が螺着される。
【００１８】
吸気弁２０及び排気弁２１には、これらを閉弁方向に付勢する弁ばね２７、２８が装着されると共に、吸気弁２０及び排気弁２１をそれぞれカムフォロワ３２、３３を介して開弁駆動する吸気カム軸２９及び排気カム軸３０がシリンダヘッド１２に取付けられる。これらカム軸２９、３０は、図示しないクランク軸から２分の１の減速比をもって駆動されるようになっている。
【００１９】
次に、この第１参考例の作用について説明する。
【００２０】
機関Ｅの運転中、吸気行程では、ピストン１３の下降に伴い、図示しない気化器で生成された混合気が吸気ポート２４を通して燃焼室１７及びシリンダボア１１ａ内に吸入され、この混合気は、次の圧縮行程で燃焼室１７側へ圧縮される。この圧縮行程でピストン１３が上死点に到達すると、そのトップランド部１３ｔが燃焼室１７の環状底面１８から燃焼室１７内に突出するので、そのトップランド部１３ｔ外周面と燃焼室１７内周面との間には、半径方向幅が広い環状の燃焼室空間１７ａが形成され、この燃焼室空間１７ａにも混合気が充填される。
【００２１】
そこで、点火プラグ２６による火花点火により燃焼室１７内の混合気の中心部に着火され、これによって発生した火炎は放射状に広がり、燃焼室１７の周縁部、特に、トップランド部１３ｔ周りの半径方向幅が広い燃焼室空間１７ａまで迅速に伝播するので、環状底面１８を有する燃焼室１７全体で混合気の燃焼が迅速、確実に行われ、未燃焼ガスの発生を防ぐと共に、ノッキング限界を高めることができる。
【００２２】
したがって、膨張行程を経て排気行程に移り、燃焼室１７から、開弁状態の排気弁２１及び排気ポート２５を通して排気管に排出される排ガスのＨＣ濃度を下げることができる。
【００２３】
ところで、燃焼室１７は環状底面１８を有するものであるが、これを分割してシリンダヘッド１２及びシリンダブロック１１に形成して、環状底面１８をシリンダブロック１１に設けたので、その環状底面１８は、従来のシリンダブロック１１のシリンダボア１１ａの上方開口部を拡径加工することにより容易に形成することができ、したがって、該燃焼室１７の形成を容易に行うことができる。
【００２４】
次に、図４により、第２参考例について説明する。
【００２５】
この第２参考例では、燃焼室１７の環状底面１８が半径方向外方に向かって上る円錐面に形成される。その他の構成は前記第１参考例と同様であるので、図中、第１参考例との対応部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００２６】
この第２参考例によれば、ピストン１３が上死点に来たとき、そのトップランド部１３ｔ周りの燃焼室空間１７ａ内の混合気に対する機関本体Ｅａの冷却面積を極力小さくして、機関本体Ｅａによる混合気の冷却を極力防ぎ、火炎の伝播をより迅速に行わせることができる。
【００２７】
次に、図５により、第３参考例について説明する。
【００２８】
この第３参考例では、燃焼室１７の環状底面１８が半径方向外方に向かって上る円弧面に形成される。その円弧面は、図示例のような凹面でも、それと逆の凸面でもよい。その他の構成は前記第１参考例と同様であるので、図中、第１参考例との対応部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００２９】
この第３参考例によれば、上記第２参考例と同様に、ピストン１３が上死点に来たとき、そのトップランド部１３ｔ周りの燃焼室空間１７ａ内の混合気に対する機関本体Ｅａの冷却面積を極力小さくして、機関本体Ｅａによる混合気の冷却を極力防ぎ、火炎の伝播をより迅速に行わせることができる。
【００３０】
次に、図６により、第４参考例について説明する。
【００３１】
この第４参考例では、燃焼室１７の環状底面１８の半径方向幅が前記第１参考例のものより小さく設定されると共に、ピストン１３のトップランド部１３ｔの外周面にヘッド面１３ｈに向かって小径となるテーパ３１が付される。その他の構成は前記第１参考例と同様であるので、図中、第１参考例との対応部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００３２】
この第４参考例によれば、燃焼室１７の環状底面１８を狭くしつゝピストン１３のトップランド部１３ｔ周りの燃焼室空間１７ａの半径方向幅を充分に確保することができる。しかも環状底面１８を狭くした分、トップランド部１３ｔ周りの燃焼室空間１７ａ内の混合気に対する機関本体Ｅａの冷却面積が減少して、その冷却が抑えられるので、火炎の伝播をより迅速に行わせることができる。
【００３３】
最後に、図７により、本発明の実施例について説明する。
【００３４】
この実施例では、燃焼室１７の環状底面１８がシリンダブロック１１の平坦な上端面の内周部で構成されるように、燃焼室１７全体がシリンダヘッド１２に形成される。即ち、シリンダヘッド１２の下面には、燃焼室１７を形成するための凹面が設けられ、該凹面の開口部はシリンダボア１１ａより大径に形成される。そして、シリンダブロック１１の平坦な上端面のうち、該上端面のシリンダヘッド１２との接合面にシリンダボア径方向内側で面一に連続する内周側平坦面部が燃焼室空間１７ａを介して該凹面に対面して、燃焼室１７の環状底面１８とされ、ピストン１３の上死点で、ピストン１３のヘッド面１３ｈとそのヘッド面１３ｈの外周縁からリング溝１５₁の上縁までのトップランド部１３ｔとをシリンダブロック１１の前記接合面よりも上位として、ピストン１３のトップランド部１３ｔの外周面を前記環状底面１８から燃焼室１７に露出させている。
【００３５】
その他の構成は前記第１実施例と同様であるので、図中、第１参考例との対応部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００３６】
この実施例によれば、シリンダボア１１ａより大径の燃焼室１７（即ち前記凹面）をシリンダヘッド１２のみに形成すればよいから、燃焼室１７の形成を容易に行うことができる。
【００３７】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、図７の実施例においても、ピストン１３のトップランド部１３ｔの外周面に図６の第４参考例と同様なテーパを付すこともできる。また本発明は、燃料噴射式機関、単気筒機関、多気筒機関など、各種内燃機関に適用が可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ピストンの上死点位置では、そのトップランド部の外周面が環状底面から燃焼室に露出するので、トップランド部の周りには、半径方向幅が充分な環状の燃焼室空間が存在することになり、燃焼室での混合気の燃焼時、火炎がトップランド部周りの燃焼室空間まで迅速、確実に伝播して、混合気全体を効率よく燃焼させることができ、その結果、未燃焼ガスの発生を防いで排ガスのＨＣ濃度を低下させると共に、ノッキング限界を高めることができる。
【００３９】
またシリンダヘッド下面の、燃焼室を形成するための凹面をシリンダボアより大径に形成して、シリンダブロックの平坦な上端面のうち、該上端面のシリンダヘッドとの接合面にシリンダボア径方向内側で面一に連続する内周側平坦面部を、該内周側平坦面部が燃焼室の環状底面となるよう燃焼室空間を介して該凹面に対面させ、ピストンの上死点で、該ピストンのヘッド面とそのヘッド面の外周縁からリング溝の上縁までのトップランド部とをシリンダブロックの前記接合面よりも上位として、該トップランド部の外周面を前記環状底面から燃焼室に突入させたので、シリンダボアより大径の燃焼室（前記凹面）をシリンダヘッドのみに形成すればよく、環状底面を有する燃焼室を機関本体に容易に形成することができる。
【００４０】
さらにまた請求項２の発明によれば、前記ピストンのトップランド部の外周面に、ヘッド面に向かって小径となるテーパを付したので、燃焼室の環状底面を狭くしつゝピストンのトップランド部周りの燃焼室空間の半径方向幅を充分に確保することができ、しかも上記環状底面を狭くした分、上記燃焼室空間内の混合気に対する機関本体の冷却面積が減少して、火炎の伝播をより迅速に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１参考例に係る内燃機関の縦断側面図。
【図２】同内燃機関のシリンダヘッド底面図。
【図３】図１の要部拡大断面図。
【図４】第２参考例を示す、図３に対応する断面図。
【図５】第３参考例を示す、図３に対応する断面図。
【図６】第４参考例を示す、図３に対応する断面図。
【図７】本発明の実施例を示す、図３に対応する断面図。
【符号の説明】
Ｅ・・・・・・内燃機関
Ｅａ・・・・・機関本体
１１・・・・・シリンダブロック
１１ａ・・・・シリンダボア
１２・・・・・シリンダヘッド
１３・・・・・ピストン
１３ｈ・・・・ヘッド面
１３ｔ・・・・トップランド部
１５₁・・・・リング溝（第１リング溝）
１６₁・・・・ピストンリング（第１ピストンリング）
１７・・・・・燃焼室
１７ａ・・・・環状の燃焼室空間
１８・・・・・環状底面

Claims

機関本体（Ｅａ）を、ピストン（１３）が昇降自在に嵌装されるシリンダボア（１１ａ）を有するシリンダブロック（１１）と、このシリンダブロック（１１）の上端面に接合されるシリンダヘッド（１２）とで構成し、そのシリンダヘッド（１２）の下面には、ピストン（１３）の上死点でそのヘッド面（１３ｈ）が臨む燃焼室（１７）を形成するための凹面を設け、前記ピストン（１３）の外周に形成されたリング溝（１５₁）に、前記シリンダボア（１１ａ）の内周面に摺動可能に密接するピストンリング（１６₁）を装着した内燃機関において、
前記凹面の開口部を前記シリンダボア（１１ａ）より大径に形成して、前記シリンダブロック（１１）の平坦な上端面のうち、該上端面のシリンダヘッド（１２）との接合面にシリンダボア径方向内側で面一に連続する内周側平坦面部を、該内周側平坦面部が前記燃焼室（１７）の環状底面（１８）となるよう燃焼室空間（１７ａ）を介して該凹面に対面させ、
前記ピストン（１３）の上死点で、該ピストン（１３）のヘッド面（１３ｈ）とそのヘッド面（１３ｈ）の外周縁から前記リング溝（１５₁）の上縁までのトップランド部（１３ｔ）とを前記シリンダブロック（１１）の前記接合面よりも上位として、該トップランド部（１３ｔ）の外周面を前記環状底面（１８）から燃焼室（１７）に露出させたことを特徴とする、内燃機関の燃焼室構造。
請求項１記載の内燃機関の燃焼室構造において、
前記ピストン（１３）のトップランド部（１３ｔ）の外周面に、ヘッド面（１３ｈ）に向かって小径となるテーパを付したことを特徴とする、内燃機関の燃焼室構造。