JP4468674B2 - 内燃機関の燃焼室構造 - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の燃焼室構造に係り、詳しくは燃焼室内において混合気の流動を促す技術に関する。
一般に、内燃機関の燃焼室内では、点火の際に混合気が撹拌されて乱流となっていると燃焼速度が早まり、燃焼効率が向上することが知られている。
そこで、シリンダヘッド下面とピストン上面の周縁に突出部を設け、圧縮行程末期にピストンの上昇に伴ってこれら上下の突出部が相互に近接するようにし、これにより狭い隙間、所謂スキッシュエリアを形成し、当該スキッシュエリアから混合気をスキッシュとして押し出すことで燃焼室内の混合気を撹拌する技術がある（特許文献１等参照）。
特開２００１−５９４２２号公報
そこで、シリンダヘッド下面とピストン上面の周縁に突出部を設け、圧縮行程末期にピストンの上昇に伴ってこれら上下の突出部が相互に近接するようにし、これにより狭い隙間、所謂スキッシュエリアを形成し、当該スキッシュエリアから混合気をスキッシュとして押し出すことで燃焼室内の混合気を撹拌する技術がある（特許文献１等参照）。
ところで、スキッシュエリアは混合気を撹拌するという目的においては燃焼室の全周に均等に形成されることが理想的である。
しかしながら、安定的な性能を得るべく全周にスキッシュエリア設けるためには、シリンダヘッドとピストンの寸度公差の管理を厳しくしなければならないという問題がある。
また、スキッシュエリアを全周に設けようとするとシリンダヘッド側において吸気バルブ、排気バルブの周囲にシュラウドが付くことになり、吸入空気量を十分に確保することができないという問題もある。
しかしながら、安定的な性能を得るべく全周にスキッシュエリア設けるためには、シリンダヘッドとピストンの寸度公差の管理を厳しくしなければならないという問題がある。
また、スキッシュエリアを全周に設けようとするとシリンダヘッド側において吸気バルブ、排気バルブの周囲にシュラウドが付くことになり、吸入空気量を十分に確保することができないという問題もある。
さらに、特許文献１に示すように、一般的にピストン上面には吸気バルブ、排気バルブとの接触を防ぐためにバルブリセスという凹部を設けることが多く、このようにバルブリセスを設ける場合には、スキッシュエリアを削らなくてはならず、全周にスキッシュエリアを設けることはさらに困難である。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡単な構成で吸入空気量を十分確保しながら混合気を良好に撹拌し燃焼効率を向上させることの可能な内燃機関の燃焼室構造を提供することにある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡単な構成で吸入空気量を十分確保しながら混合気を良好に撹拌し燃焼効率を向上させることの可能な内燃機関の燃焼室構造を提供することにある。
上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の燃焼室構造は、シリンダヘッド下面とピストン上面とシリンダとで囲まれて燃焼室が形成される内燃機関の燃焼室構造において、前記ピストン上面は、周縁全周に亘って円錐状のテーパ部が形成されるとともに中央に凹部が形成され、上死点に位置するとき前記シリンダヘッド下面とスキッシュ流を生じさせない所定の隙間を有するものであり、前記シリンダヘッド下面は、平面視円形をなし、該平面視円形の所定の弦を頂点として該弦を挟んで一側の半円面と他側の半円面とがそれぞれ互いに対峙するよう断面逆Ｖ字状に形成され、且つ前記一側に少なくとも一つの吸気バルブが設けられるとともに前記他側に少なくとも一つの排気バルブが設けられ、前記ピストン上面の前記テーパ部と該テーパ部に対向する前記シリンダヘッド下面の周縁部との隙間が、前記一側及び他側における前記弦の垂直二等分線の線上で最小となり、該最小位置から前記弦に向けて前記シリンダの内周に沿い徐々に大きくなるよう成形されていることを特徴としている。
請求項２の内燃機関の燃焼室構造では、シリンダヘッド下面とピストン上面とシリンダとで囲まれて燃焼室が形成される内燃機関の燃焼室構造において、前記ピストン上面は、周縁全周に亘って円錐状のテーパ部が形成されるとともに中央に凹部が形成され、上死点に位置するとき前記シリンダヘッド下面とスキッシュ流を生じさせない所定の隙間を有するものであり、前記シリンダヘッド下面は、平面視円形をなし、該平面視円形の所定の弦を頂点として該弦を挟んで一側の半円面と他側の半円面とがそれぞれ互いに対峙するよう断面逆Ｖ字状に形成され、且つ前記一側に一対の吸気バルブが設けられるとともに前記他側に一対の排気バルブが設けられ、前記ピストン上面の前記テーパ部と該テーパ部に対向する前記シリンダヘッド下面の周縁部との隙間が、前記一対の吸気バルブ間及び前記一対の排気バルブ間における前記弦の垂直二等分線の線上で最小となり、該最小位置から前記弦に向けて前記シリンダの内周に沿い徐々に大きくなるよう成形されていることを特徴としている。
上記手段を用いる本発明の請求項１の内燃機関の燃焼室構造によれば、ピストン上面において、周縁全周に亘って円錐状のテーパ部が形成されるとともに中央に凹部が形成され、シリンダヘッド下面において、平面視円形をなし、所定の弦を頂点として該弦を挟んで一側の半円面と他側の半円面とがそれぞれ互いに対峙するよう断面逆Ｖ字状に形成され、且つ前記一側に少なくとも一つの吸気バルブが設けられるとともに前記他側に少なくとも一つの排気バルブが設けられている。そして、当該ピストン上面は上死点に位置するとき前記シリンダヘッド下面とスキッシュ流を生じさせない所定の隙間を有するものである。
また、当該ピストン上面のテーパ部とシリンダヘッド下面の周縁部との隙間は、吸気バルブ側における所定の弦の垂直二等分線上位置（吸気バルブ周辺、排気バルブ周辺）を最小とし弦の近傍位置（吸気バルブと排気バルブの間）に向けシリンダ内周に沿い徐々に大きくなるよう成形されていることで、吸気行程においては吸気の流れが円滑になり吸入空気量を十分確保することができる。また、圧縮行程においては燃焼室の周縁部の混合気がシリンダヘッド下面の弦の垂直二等分線上位置からシリンダの内周、即ち燃焼室の外周に沿って二方向に弦に向けてスムーズに加速して流動し、当該外周に沿う二方向の混合気同士がピストン上面とシリンダヘッド下面との隙間の大きい弦の近傍位置で燃焼室中央の凹部に勢いよく押し出され、凹部において混合気が十分良好に撹拌される。
また、当該ピストン上面のテーパ部とシリンダヘッド下面の周縁部との隙間は、吸気バルブ側における所定の弦の垂直二等分線上位置（吸気バルブ周辺、排気バルブ周辺）を最小とし弦の近傍位置（吸気バルブと排気バルブの間）に向けシリンダ内周に沿い徐々に大きくなるよう成形されていることで、吸気行程においては吸気の流れが円滑になり吸入空気量を十分確保することができる。また、圧縮行程においては燃焼室の周縁部の混合気がシリンダヘッド下面の弦の垂直二等分線上位置からシリンダの内周、即ち燃焼室の外周に沿って二方向に弦に向けてスムーズに加速して流動し、当該外周に沿う二方向の混合気同士がピストン上面とシリンダヘッド下面との隙間の大きい弦の近傍位置で燃焼室中央の凹部に勢いよく押し出され、凹部において混合気が十分良好に撹拌される。
これにより、寸度公差の管理を厳しくする必要のない簡単な構成にして吸入空気量を減らすこともなく、コストをかけずに、燃焼室内の混合気に強い乱れを生じさせることができ、燃焼を促進させて燃焼効率を向上させることができる。
請求項２の内燃機関の燃焼室構造によれば、一対の吸気バルブと一対の排気バルブとを有した４弁式の内燃機関であって、ピストン上面において、周縁全周に亘って円錐状のテーパ部が形成されるとともに中央に凹部が形成され、シリンダヘッド下面において、平面視円形をなし、所定の弦を頂点として該弦を挟んで一側の半円面と他側の半円面とがそれぞれ互いに対峙するよう断面逆Ｖ字状に形成され、且つ前記一側に一対の吸気バルブが設けられるとともに前記他側に一対の排気バルブが設けられている。そして、当該ピストン上面は上死点に位置するとき前記シリンダヘッド下面とスキッシュ流を生じさせない所定の隙間を有するものである。
また、当該ピストン上面のテーパ部とシリンダヘッド下面の周縁部との隙間は、一対の吸気バルブ間における所定の弦の垂直二等分線上位置を最小とし吸気バルブと排気バルブの間における弦の近傍位置（吸排バルブ間）に向けシリンダ内周に沿い徐々に大きくなるよう成形されていることで、吸気行程においては吸気の流れが円滑になり、吸入空気量を十分確保することができる。また、圧縮行程においては燃焼室の周縁部の混合気が一対の吸気バルブ間及び一対の排気バルブ間の弦の垂直二等分線上位置から燃焼室の外周に沿って二方向に弦に向けてスムーズに加速して流動し、当該外周に沿う二方向の混合気同士がピストン上面とシリンダヘッド下面との隙間の大きい弦の近傍位置で燃焼室中央の凹部に勢いよく押し出され、凹部において混合気が良好に撹拌される。
また、当該ピストン上面のテーパ部とシリンダヘッド下面の周縁部との隙間は、一対の吸気バルブ間における所定の弦の垂直二等分線上位置を最小とし吸気バルブと排気バルブの間における弦の近傍位置（吸排バルブ間）に向けシリンダ内周に沿い徐々に大きくなるよう成形されていることで、吸気行程においては吸気の流れが円滑になり、吸入空気量を十分確保することができる。また、圧縮行程においては燃焼室の周縁部の混合気が一対の吸気バルブ間及び一対の排気バルブ間の弦の垂直二等分線上位置から燃焼室の外周に沿って二方向に弦に向けてスムーズに加速して流動し、当該外周に沿う二方向の混合気同士がピストン上面とシリンダヘッド下面との隙間の大きい弦の近傍位置で燃焼室中央の凹部に勢いよく押し出され、凹部において混合気が良好に撹拌される。
これにより、４弁式の内燃機関において、寸度公差の管理を厳しくする必要のない簡単な構成にして吸入空気量を減らすこともなく、コストをかけずに、燃焼室内の混合気に強い乱れを生じさせることができ、燃焼を促進させて燃焼効率を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると本発明に係る内燃機関の燃焼室構造をシリンダヘッド側から見た平面図が示されており、図２を参照すると図１のＡ−Ａ線に沿う断面図が、図３を参照すると図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図が示されており、図４を参照すると、本発明に係る内燃機関の燃焼室構造の斜視図が示されており、図５を参照すると図１の矢視Ｃ方向から燃焼室空間を見た概略図が示されている。以下図１〜５に基づき説明する。
図１を参照すると本発明に係る内燃機関の燃焼室構造をシリンダヘッド側から見た平面図が示されており、図２を参照すると図１のＡ−Ａ線に沿う断面図が、図３を参照すると図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図が示されており、図４を参照すると、本発明に係る内燃機関の燃焼室構造の斜視図が示されており、図５を参照すると図１の矢視Ｃ方向から燃焼室空間を見た概略図が示されている。以下図１〜５に基づき説明する。
図１に示すように、本実施例は４バルブガソリンエンジンの燃焼室であり、詳しくは図２、図３に示すように、シリンダヘッド１がシリンダブロック２に載置され、シリンダブロック２内の円筒状のシリンダ３にピストン４が上下摺動自在に嵌挿されている。これにより上記シリンダヘッド１の下面１０を上壁、上記ピストン４の上面を底面、上記シリンダ３を側壁とした燃焼室３０が形成されている。
また、詳しくは図４に示すように、シリンダヘッド下面１０は、シリンダ３の中心を通る弦Ｇを頂点とし、吸気側の面（一側）と排気側の面（他側）とがそれぞれ平面をなし互いに対峙するよう断面逆Ｖ字状に成形されている。
シリンダヘッド下面１０には吸気ポート１１と燃焼室３０との連通と遮断を行う一対の吸気バルブ１３ａ、１３ｂと、排気ポート１２と燃焼室３０との連通と遮断を行う一対の排気バルブ１４ａ、１４ｂが設けられている。またシリンダヘッド下面１０の中心部には点火プラグ１５が配設されている。
シリンダヘッド下面１０には吸気ポート１１と燃焼室３０との連通と遮断を行う一対の吸気バルブ１３ａ、１３ｂと、排気ポート１２と燃焼室３０との連通と遮断を行う一対の排気バルブ１４ａ、１４ｂが設けられている。またシリンダヘッド下面１０の中心部には点火プラグ１５が配設されている。
一方、ピストン４の上面の周縁は円錐状に突出してテーパ部２１をなしており、当該テーパ部２１に囲まれる中央部は窪んで凹部２２をなしている。またテーパ部２１のうち、吸気バルブ１３ａ、１３ｂ、排気バルブ１４ａ、１４ｂに対応する部分は削られ、当該部分には吸気バルブリセス２３ａ、２３ｂ、排気バルブリセス２４ａ、２４ｂが形成されている。
つまり、図５に示すように、ピストン４の上面のテーパ部２１と該テーパ部２１と対向するシリンダヘッド下面１０との間の燃焼室空間、即ち網掛線で表示された燃焼室外周面Ｘの部分について着目してみると、燃焼室３０の周縁部では、底面となるピストン４上面については平坦である一方、上壁となるシリンダヘッド下面１０については、吸気側の面（一側）に設けられた吸気バルブ１３ａ、１３ｂ間（以下、吸吸間ともいう）の中心、即ち上記弦Ｇの垂直二等分線の線上で最も底面のピストン４上面との隙間が小さく、そこからシリンダ３の内周に沿い両方向へ徐々に滑らかに隙間が大きくなり、吸気バルブ１３ａ、１３ｂと排気バルブ１４ａ、１４ｂの間（以下、吸排間ともいう）の中央、即ち上記弦Ｇの近傍位置で最も隙間が大きくなるよう構成されている。
なお、図５には示されていないが、排気側も吸気側と同様に、シリンダヘッド下面１０については、排気側の面（他側）に設けられた排気バルブ１４ａ、１４ｂ間（以下、排排間ともいう）の中心で最も上下の隙間が小さく、そこからシリンダ３の内周に沿って両方向へ徐々に滑らかに隙間が大きくなり、吸排間で最も隙間が大きくなるよう構成されている。
以下このように構成された本発明に係る内燃機関の燃焼室構造の作用について説明する。
吸気行程において吸気バルブ１３ａ、１３ｂが開き吸気ポート１１から混合気が燃焼室３０内に吸入される際には吸吸間に比べて吸排間の隙間を大きくしていることから吸気主流を円滑に燃焼室内に導くことができ吸入空気量を十分確保できる。続いて圧縮行程でピストン４が上昇し、混合気が圧縮されると、上述したように、燃焼室３０の周縁部では、シリンダヘッド下面１０とピストン４上面との隙間は吸吸間、排排間で小さく、吸排間に向けて徐々に大きくなっているので、圧縮行程においてピストン４が一点鎖線で示す上死点まで上昇するときには、燃焼室３０の周縁部の混合気は、図４中に白抜き矢印で示されているように、シリンダ３の内周に沿い吸吸間、排排間から吸排間へとスムーズに流動していく。そして、吸吸間からの混合気流と排排間からの混合気流が吸排間の中央（弦Ｇの近傍位置）で互いに衝突すると、混合気流は円錐形状のテーパ部２１を超えて中央の凹部２２に勢いよく効果的に流動していく。これにより燃焼室３０内の混合気が良好に撹拌される。
吸気行程において吸気バルブ１３ａ、１３ｂが開き吸気ポート１１から混合気が燃焼室３０内に吸入される際には吸吸間に比べて吸排間の隙間を大きくしていることから吸気主流を円滑に燃焼室内に導くことができ吸入空気量を十分確保できる。続いて圧縮行程でピストン４が上昇し、混合気が圧縮されると、上述したように、燃焼室３０の周縁部では、シリンダヘッド下面１０とピストン４上面との隙間は吸吸間、排排間で小さく、吸排間に向けて徐々に大きくなっているので、圧縮行程においてピストン４が一点鎖線で示す上死点まで上昇するときには、燃焼室３０の周縁部の混合気は、図４中に白抜き矢印で示されているように、シリンダ３の内周に沿い吸吸間、排排間から吸排間へとスムーズに流動していく。そして、吸吸間からの混合気流と排排間からの混合気流が吸排間の中央（弦Ｇの近傍位置）で互いに衝突すると、混合気流は円錐形状のテーパ部２１を超えて中央の凹部２２に勢いよく効果的に流動していく。これにより燃焼室３０内の混合気が良好に撹拌される。
このように、本発明に係る内燃機関の燃焼室構造では、寸度公差管理が厳しくなるスキッシュエリアを設けるという手法ではなく、簡単な構成によって混合気の流動をコントロールし、燃焼室３０内の混合気を良好に撹拌させ、混合気に十分な乱れを生起することができる。またこの構成によればシリンダヘッドのバルブ周囲にシュラウドを設ける必要がないのでバルブ周囲のシュラウドによる吸入空気量の減少も起こり得ない。
これらにより、余計なコストをかけることなく、燃焼を促進させ、燃焼効率を向上させることができる。
以上で本発明に係る運転支援装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、シリンダヘッド下面１０とピストン４上面との隙間が吸気側の面（一側）の吸吸間、排気側の面（他側）の排排間で小さく且つ吸排間で大きくなるように構成したが、当該隙間を吸気側の面（一側）の吸吸間でのみ小さく且つ吸排間で大きくなるような構成にしてもよい。
以上で本発明に係る運転支援装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、シリンダヘッド下面１０とピストン４上面との隙間が吸気側の面（一側）の吸吸間、排気側の面（他側）の排排間で小さく且つ吸排間で大きくなるように構成したが、当該隙間を吸気側の面（一側）の吸吸間でのみ小さく且つ吸排間で大きくなるような構成にしてもよい。
また、上記実施形態では、吸気側の面（一側）と排気側の面（他側）とをそれぞれ平面としたが、シリンダヘッド下面１０とピストン４上面との隙間が吸吸間、排排間で小さく且つ吸排間で大きくなるような構成であれば、必ずしも平面でなくてもよい。
また、上記実施形態では、一対の吸気バルブ１３ａ、１３ｂと一対の排気バルブ１４ａ、１４ｂからなる４バルブガソリンエンジンについて説明したが、本発明を一の吸気バルブと一の排気バルブからなる２バルブガソリンエンジンに適用することも可能である。
また、上記実施形態では、一対の吸気バルブ１３ａ、１３ｂと一対の排気バルブ１４ａ、１４ｂからなる４バルブガソリンエンジンについて説明したが、本発明を一の吸気バルブと一の排気バルブからなる２バルブガソリンエンジンに適用することも可能である。
また、上記実施形態では、シリンダ３の中心を通る弦Ｇとしたが、これに限られるものではなく、中心を外れる弦でもよい。
１ シリンダヘッド
３ シリンダ
４ ピストン
１０ シリンダヘッド下面
１３ａ、１３ｂ 吸気バルブ
１４ａ、１４ｂ 排気バルブ
１５ 点火プラグ
２１ テーパ部
２２ 凹部
２３ａ、２３ｂ 吸気バルブリセス
２４ａ、２４ｂ 排気バルブリセス
３０ 燃焼室
Ｇ 弦
Ｘ 燃焼室外周面
３ シリンダ
４ ピストン
１０ シリンダヘッド下面
１３ａ、１３ｂ 吸気バルブ
１４ａ、１４ｂ 排気バルブ
１５ 点火プラグ
２１ テーパ部
２２ 凹部
２３ａ、２３ｂ 吸気バルブリセス
２４ａ、２４ｂ 排気バルブリセス
３０ 燃焼室
Ｇ 弦
Ｘ 燃焼室外周面
Claims (2)
- シリンダヘッド下面とピストン上面とシリンダとで囲まれて燃焼室が形成される内燃機関の燃焼室構造において、
前記ピストン上面は、周縁全周に亘って円錐状のテーパ部が形成されるとともに中央に凹部が形成され、上死点に位置するとき前記シリンダヘッド下面とスキッシュ流を生じさせない所定の隙間を有するものであり、
前記シリンダヘッド下面は、平面視円形をなし、該平面視円形の所定の弦を頂点として該弦を挟んで一側の半円面と他側の半円面とがそれぞれ互いに対峙するよう断面逆Ｖ字状に形成され、且つ前記一側に少なくとも一つの吸気バルブが設けられるとともに前記他側に少なくとも一つの排気バルブが設けられ、前記ピストン上面の前記テーパ部と該テーパ部に対向する前記シリンダヘッド下面の周縁部との隙間が、前記一側及び他側における前記弦の垂直二等分線の線上で最小となり、該最小位置から前記弦に向けて前記シリンダの内周に沿い徐々に大きくなるよう成形されていることを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。 - シリンダヘッド下面とピストン上面とシリンダとで囲まれて燃焼室が形成される内燃機関の燃焼室構造において、
前記ピストン上面は、周縁全周に亘って円錐状のテーパ部が形成されるとともに中央に凹部が形成され、上死点に位置するとき前記シリンダヘッド下面とスキッシュ流を生じさせない所定の隙間を有するものであり、
前記シリンダヘッド下面は、平面視円形をなし、該平面視円形の所定の弦を頂点として該弦を挟んで一側の半円面と他側の半円面とがそれぞれ互いに対峙するよう断面逆Ｖ字状に形成され、且つ前記一側に一対の吸気バルブが設けられるとともに前記他側に一対の排気バルブが設けられ、前記ピストン上面の前記テーパ部と該テーパ部に対向する前記シリンダヘッド下面の周縁部との隙間が、前記一対の吸気バルブ間及び前記一対の排気バルブ間における前記弦の垂直二等分線の線上で最小となり、該最小位置から前記弦に向けて前記シリンダの内周に沿い徐々に大きくなるよう成形されていることを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
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- 2003-10-24 JP JP2003365036A patent/JP4468674B2/ja not_active Expired - Lifetime
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