JP4480686B2 - 内燃機関の燃焼室構造 - Google Patents

Description

本発明は、内部に円筒状のシリンダ空間が形成されたシリンダブロックと、シリンダ空間を上方から覆ってシリンダブロックに結合されたシリンダヘッドと、シリンダ空間内に軸方向に摺動自在に挿入配設されたピストンとから構成される内燃機関の燃焼室構造に関する。

内燃機関は、吸気口を介して燃料を含んだ混合気を燃焼室内に吸気し、燃焼室内で圧縮された混合気を燃焼させ、排気口を介して燃焼室内のガスを排気する。燃焼室内で未燃ガス量が多くなると、排気行程においてそのまま排出され、排ガス中のＨＣ濃度を高める要因となる。また、燃焼時の火炎伝播速度が遅くなると、未燃ガスの発生とともにノッキングを生じさせるおそれがある。

従来から、未燃ガスをなるべく残留させないための燃焼室構造が種々提案されている。例えば、ピストンのトップランド周りは未燃ガスが残留しやすく、燃焼が行われても火炎が伝播するまでに要する時間が長くなることに鑑みて、燃焼室の底面外縁にシリンダ空間の内周（ピストン外周）よりも大径のリング状に形成された環状底面を有した燃焼室が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような環状底面は、ピストンが上死点に位置したときにピストン上面よりも下方に位置するように形成されている。したがって、この環状底面により、ピストンが上死点近傍に位置すると燃焼室の底面外縁にはリング状の空間が形成される。

特開２０００−２８２８６９号公報

特許文献１の燃焼室構造によると、環状底面が平面視においてピストンと同心上に形成されており、ピストンの径方向外側の全般に渡ってリング状の空間が形成されている。しかしながら、このようにして新たに空間が形成されると、混合気の未燃の抑制が効果的に行われる一方、燃焼室の容量が増加し、圧縮比が低下する。さらには、このようにして新たに空間が形成されると、例えば多気筒型の内燃機関においてはピストン同士の間隔を広げる必要が生じるなど、機関全体の大型化を招くおそれがあった。

このような課題に鑑み、本発明は、混合気の未燃の抑制とともに、圧縮比の低下の抑制が図られた内燃機関の燃焼室構造を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明に係る内燃機関の燃焼室構造は、内部に円筒状のシリンダ空間が形成されたシリンダブロックと、シリンダ空間を上方から覆ってシリンダブロックに結合されたシリンダヘッドと、シリンダ空間内に軸方向に摺動自在に挿入配設されたピストンとから構成され、シリンダ空間内においてピストンの上面により囲まれた燃焼室と、シリンダヘッドに形成されて燃焼室内に混合気を流入させるための吸気口とを有する内燃機関の燃焼室構造であって、シリンダ空間の上部における少なくとも一部に、シリンダ空間の径方向外側に延びて略円形状の外縁輪郭を有する環状底面が燃焼室に臨んで形成される。そして、この環状底面を、ピストンが上死点に位置しているときにピストンの上面よりも下方に位置させ、平面視において外縁輪郭がシリンダ空間の内周面に対して吸気口が配置されている側に偏心されるように形成している。

また、第２の本発明に係る内燃機関の燃焼室構造は、内部に円筒状のシリンダ空間が形成されたシリンダブロックと、シリンダ空間を上方から覆ってシリンダブロックに結合されたシリンダヘッドと、シリンダ空間内に軸方向に摺動自在に挿入配設されたピストンとから構成され、シリンダ空間内においてピストンの上面により囲まれた燃焼室と、シリンダヘッドに形成されて燃焼室内に混合気を流入させるための吸気口とを有する内燃機関の燃焼室構造であって、シリンダ空間の上部における少なくとも一部に、シリンダ空間の径方向外側に延びて長円形状の外縁輪郭を有する環状底面が燃焼室に臨んで形成される。そして、環状底面をピストンが上死点に位置しているときにピストンの上面よりも下方に位置させ、平面視において外縁輪郭をシリンダ空間の内周面に外接させ、長径部分を吸気口が配置されている側に形成している。

また、第３の本発明に係る内燃機関の燃焼室構造は、内部に円筒状のシリンダ空間が形成されたシリンダブロックと、シリンダ空間を上方から覆ってシリンダブロックに結合されたシリンダヘッドと、シリンダ空間内に軸方向に摺動自在に挿入配設されたピストンとから構成され、シリンダ空間内においてピストンの上面により囲まれた燃焼室と、シリンダヘッドに形成されて燃焼室内に混合気を流入させるための吸気口とを有する内燃機関の燃焼室構造であって、シリンダ空間の上部における少なくとも一部に、短径方向に沿って二分された半長円形状の外縁輪郭を有する環状底面がシリンダ空間の径方向外側に延びて燃焼室に臨んで形成される。そして、環状底面をピストンが上死点に位置しているときにピストンの上面よりも下方に位置させ、平面視において外縁輪郭をシリンダ空間の内周面に外接させ、長径部分を吸気口が配設される側に形成している。

また、第１〜第３の本発明に係る内燃機関の燃焼室構造において、環状底面を吸気口が配置されている側に近付くほど下方に位置するように形成することが好ましい。

ところで、燃焼室内に燃料を含んだ混合気を流入させるための吸気口の近傍は、燃焼室内の他の箇所に比べて混合気濃度が高くなる傾向にある。上記のように構成される第１の本発明に係る内燃機関の燃焼室構造によると、ピストンが上死点に位置したときに燃焼室の底面外縁には環状底面とピストンの上部外周面とにより囲まれた空間が形成されるが、環状底面が平面視において吸気口が配置されている側にオフセットされており、吸気口から離隔したところは、環状底面の幅が狭くなる。したがって、混合気濃度が高い吸気口近傍においては従来どおり未燃を効率的に抑制できる。同時に、混合気濃度が低い箇所では環状底面により形成される空間が小さくなって圧縮比の低下が抑制され、燃費や出力への悪影響が低減される。

また、第２の本発明に係る内燃機関の燃焼室構造によると、環状底面の外縁輪郭が長円形状になっており、平面視においてこの外縁輪郭をシリンダ空間の内周面に外接させるとともに、環状底面の長径部分を吸気口が配置されている側に形成している。これにより、第１の本発明と同様に、未燃の抑制と、圧縮比の低下の抑制とが図られる。また、外縁輪郭とシリンダ空間の内周面とが平面視において接する部分には径方向外側に延びる環状底面が形成されない。したがって、この部分を利用して燃焼室の幅を小型化でき、内燃機関全体の小型化が図られる。

また、第３の本発明に係る内燃機関の燃焼室構造によると、環状底面の外縁輪郭が短径方向に沿って二分された半長円形状になっており、平面視においてこの外縁輪郭をシリンダ空間の内周面に外接させるとともに、環状底面の長径部分を吸気口が配置されている側に形成している。これにより、第２の本発明と同様に、未燃の効率的な解消と、圧縮比の低下の抑制とが図られるとともに、燃焼室の幅の小型化が図られる。また、本発明によると、外縁輪郭がシリンダ空間の内周面と接する部分から吸気口が配置されている側のみに環状底面が形成され、この接する部分から吸気口に対して離隔する側には環状底面が形成されない。このため、第２の本発明に比べ、さらに圧縮比の低下を抑制できる。

また、環状底面を、吸気口が配置されている側ほど下方に位置するように形成することにより、ピストンが上死点に位置したときに環状底面とピストンの外周面とで囲まれて形成される空間の深さを吸気口が配置されている側ほど深くなるようにすることができる。これにより、環状底面の径方向外側への延出量（環状底面の面積）の相違に加え、深さの相違により、吸気口が配置されている側の空間の容量を大きく確保するとともに離隔するほどさらに小さくできる。このような空間の容量差をより明確につけることができるため、径方向外側への延出量を小型化しても吸気口が配置されている側の未燃を効果的に抑制でき、圧縮比の低下の抑制と未燃の解消との両立をより効果的に行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。なお、図中の矢印Ｕの向きを上方、矢印Ｆの向きを前方、矢印Ｒの向きを右方とする。図１に本発明に係る内燃機関の燃焼室構造が設けられるエンジンＥを示している。まず、図１〜図３を参照してエンジンＥの構成および作動の概要を説明する。エンジンＥは、４ストロークタイプであり、クランクケース１と、シリンダブロック２と、シリンダヘッド３とを下方から順にボルトで締結して構成される。シリンダヘッド３には上方を覆ってヘッドカバー４が取り付けられる。

クランクケース１には、図示しないクランクシャフトが回転自在に支持されている。シリンダブロック２には、上下に延びてクランクケースの内部に連通する円筒状の空間が形成されている。この空間に円筒状のシリンダスリーブ５が嵌め込まれて取り付けられており、シリンダスリーブ５の内周面５ａに囲まれて上下に開放されたシリンダ空間６が形成される。シリンダ空間６には、ピストン７がシリンダスリーブ５の内周面５ａを軸方向に往復摺動自在に挿入配設される。ピストン７はコンロッド８を介してクランクシャフトと連結される。

図３に上死点に位置するピストンを拡大して示すように、ピストン７の外周面には、周方向に延びて上方から３つの溝が並んで設けられており、これらの溝にはそれぞれシリンダスリーブ５の内周面５ａに密接する第１〜第３ピストンリング９ａ，９ｂ，９ｃが嵌め込まれて取り付けられる。なお、ピストン７の外周面において、最も上方に位置する第１ピストンリング９ａが取り付けられた溝の上縁から上面７ｄ（ピストン７の上縁）までの部分をトップランド部７Ａと称する。

シリンダヘッド３はシリンダ空間６を覆ってシリンダブロック２の上方に結合される。この結合の際、シリンダブロック２とシリンダヘッド３の間にはガスケット１２が介設される。また、シリンダヘッド３の下面と、ピストン７の上面７ｄとにより囲まれて燃焼室１０が形成される。燃焼室１０の天井面１０ｃがシリンダヘッド３の下面により形成され、燃焼室１０の底面の一部がピストン７の上面７ｄにより形成される。図２に底面図を示すように、シリンダヘッド３には、燃焼室１０の天井面１０ｃの中心部に電極を臨ませる点火プラグ１１が取り付けられる。

また、シリンダヘッド３には、燃焼室１０の天井面１０ｃに開口する２つの吸気口２１，２１および２つの排気口３１，３１が形成されている。２つの吸気口２１，２１は、燃焼室１０の後側において左右に並んで配置され、２つの排気口３１，３１は燃焼室１０の前側において左右に並んで配置されている。シリンダヘッド３の内部には、一端側が２つの吸気口２１，２１に連通されて他端側が外部に連通される二股の吸気通路２２と、一端側が２つの排気口３１，３１に連通されて他端側が外部に連通される二股の排気通路３２とが形成されている。なお、吸気通路２２と外部とを連通する外部接続口２３には、図示しない吸気管が取り付けられ、燃焼室１０は吸気通路２２および吸気管を介して外部に連通される。吸気管あるいは吸気通路２２の他端側には、燃料を噴射して混合気を形成するための図示しない気化器が取り付けられる。排気通路３２と外部とを連通する外部接続口３３には、図示しない排気管が取り付けられ、燃焼室１０は排気通路３２および排気管を介して外部に連通される。

さらに、シリンダヘッド３には、２つの吸気口２１，２１および２つの排気口３１，３１のそれぞれに弁座２４，３４が設けられ、吸気口２１，２１に設けられた弁座２４に着座可能に取り付けられる茸状の２つの吸気バルブ２５と、排気口３１，３１に設けられた弁座３４に着座可能に取り付けられる茸状の２つの排気バルブ３５とが設けられる。吸気バルブ２５および排気バルブ３５は、常にはバルブスプリング２６，３６により上方に付勢されて弁座２４，３４に着座し、吸気口２１あるいは排気口３１を閉塞する。

シリンダヘッド３とヘッドカバー４の間にはそれぞれ、吸気カムシャフト２７および排気カムシャフト３７が回転自在に設けられる。吸気カムシャフト２７および排気カムシャフト３７にはそれぞれ、シャフトと一体回転するカム２８，３８が外周面に設けられている。両カムシャフト２７，３７は、クランクシャフトの回転が所定の動力伝達機構を介して伝達されることにより駆動され、クランクシャフトに対して半分の速度で回転する。

吸気カムシャフト２７に設けられたカム２８は吸気バルブ２５の上端に当接し、排気カムシャフト３７に設けられたカム３８は排気バルブ３５の上端に当接する。両カムシャフト２７，３７が回転すると、吸気バルブ２５および排気バルブ３５は、カム２８，３８により上端が押圧されてバルブスプリング２６，３６の付勢力に抗して押し下げられて弁座２４，３４から離間する。これにより、吸気バルブ２５が吸気口２１を開放し、排気バルブ３５が排気口３１を開放する。

このように構成されるエンジンＥにおいて、ピストン７が上死点から下動してクランクシャフトが回転すると、吸気カムシャフト２７のカム２８の作用により吸気バルブ２５が開弁して吸気通路２２からの混合気が吸気口２１を介して燃焼室１０に吸入される（吸気行程）。ピストン７が下死点まで下動すると吸気バルブ２５が閉弁する。この間、吸気口２１からは燃料を含んだ混合気が吸入し続ける。

ピストン７が下死点に達すると、クランクシャフトの慣性力がコンロッド８を介して作用してピストン７が上動し、密閉された燃焼室１０内で混合気が圧縮される（圧縮行程）。この圧縮行程の間に、混合気は燃焼室１０内でほぼ万遍無く拡散される。ただし、混合気は吸入口２１から流入するため、吸気バルブ２５が閉弁する直前に流入した混合気が満足に拡散されないこともある。このようなことから、燃焼室１０内において、吸入口２１が配置されている後側において混合気の濃度が比較的高くなることがあり、例えば２つの吸入口２１，２１から離隔した箇所にあたる排気口３１，３１の近傍と比べた場合にそのような傾向が示される。

再びピストン７が上死点の近傍に達すると、点火プラグ１１の火花点火により圧縮された混合気が燃焼される。点火プラグ１１は、電極部が臨む中心部に分布する混合気を着火させるにとどまる。燃焼室１０内における混合気の燃焼は、着火された部分の火炎が燃焼室１０内で伝播することにより行われる。この燃焼エネルギを受けてピストン７は再び下動する（燃焼・膨張行程）。

ピストン７が下死点に達してさらに上動すると、排気カムシャフト３７のカム３８の作用により排気バルブ３５が開弁し、排気口３１を介して燃焼室１０内のガスが排気される（排気行程）。ピストン７が上死点まで上動すると排気バルブ３５が閉弁し、再び吸気バルブ２５が開弁する。この一連の吸気〜排気行程が、ピストン７が２往復動（クランクシャフトが２回転）するごとに繰り返して行われる。

このように構成されて作動するエンジンＥに設けられた第１構成例の燃焼室構造について、図１〜図５を参照して説明する。なお、このエンジンＥを単気筒エンジンとする。図３に示すように、本構成例では、シリンダスリーブ５の上部における主に後側において径方向外側に延びるフランジ５ｂが形成されており、このフランジ５ｂの内周側に断面Ｌ字状の切り欠きが形成されている。なお、シリンダブロック２の上部には、このフランジ５ｂを収容するための溝が形成されており、シリンダスリーブ５が嵌め込まれてフランジ５ｂが収容されることにより、シリンダスリーブ５の上端面とシリンダブロック２の上端面とによりほぼ均一な面が形成される。このようにフランジ５ｂが切り欠かれることにより、シリンダ空間６の上部には、径方向外側に延びる環状底面５ｃが形成される。ピストン７が上死点に位置するときにおいて、環状底面５ｃはピストン７の上面７ｄよりも下方、詳細には第１ピストンリング９ａが嵌め込まれる溝の上縁よりも下方に位置する。これにより、ピストン７が上死点に位置するときにおいて、トップランド部７Ａと、環状底面５ｃと、環状底面５ｃの外縁５ｄから上方に延びる外周面とにより囲まれて、上方に開放する外縁空間１０ａが形成される。燃焼室１０の底面は、ピストン７の上面７ｄと環状底面５ｃとからなる。

図４に燃焼室１０を平面視で模式的に示すように、後側に２つの吸気口２１，２１が左右に並んで設けられており、前側に２つの排気口３１，３１が左右に並んで設けられている。環状底面５ｃの外縁５ｄの輪郭線は、略真円形状になっており、シリンダスリーブ５の内周面５ａ（ピストン７の外周）に対して大径に形成されている。さらに、２本の左右方向中心線Ｏ１，Ｏ２に示すように、環状底面５ｃの外縁５ｄの輪郭線は、シリンダスリーブ５の内周面５ａに対して吸気口２１が配置されている側に偏心しており、平面視において排気口３１が配置されている前側端部でシリンダスリーブ５の内周面５ａに外接している。結果として、吸気口２１が配置されている後側では環状底面５ｃの面積が大きく確保されて外縁空間１０ａの容量が大きくなっており、その逆側では、環状底面５ｃの面積が小さく外縁空間１０ａの容量が小さくなっている。

また、図５にシリンダスリーブ５の側断面図を示すように、環状底面５ｄは、吸気口２１が配置されている側から排気口３１が配置されている側にかけて傾斜して設けられている。すなわち、外縁空間１０ａは、吸気口２１が配置されている側において下方に深く、吸気口２１から離隔するにつれて徐々に深さが浅くなるように形成されている。結果として、外縁空間１０ａは、吸気口２１が配置されている側では外縁空間１０ａの容量が大きくなっており、その逆側では、外縁空間１０ａの容量が小さくなっている。

このように形成された燃焼室１０を有するエンジンＥにおいて、吸気行程で混合気が吸入されて圧縮行程が開始されると、吸入された混合気が燃焼室１０の全体に拡散するが、吸気口２１の近傍では混合気が比較的高濃度で分布する。この混合気は、吸気口２１側においては径方向外側に大きく且つ深く形成された外縁空間１０ａに溜まる。

点火プラグ１１による火花点火により燃焼室１０の中心部に分布する混合気が着火されると、火花点火により発生した火炎は放射状に伝播する。吸入口２１の近傍は、点火プラグ１１による火花点火が行われる中心部から離隔しているが、外縁空間１０ａの形成により容量が大型化しており、火炎が速やかに伝播する。なお、排気口３１の近傍は、このような外縁空間１０ａが形成されておらず、火炎の伝播自体は吸入口２１が配置されている側に比べて遅くなる可能性があるが、吸入口２１に比べて混合気の濃度は小さく、たとえ速度の低下が見られても未燃ガスの残留量は少なくなる。

このようにして、燃焼室１０内の混合気が燃焼されて膨張行程が終了し、排気行程が開始される。上記のような燃焼が行われるため、燃焼室１０内に未燃ガスはほとんど残留しておらず、排気口３１からはＨＣ濃度が低いガスが排出される。

このように第１構成例の燃焼室構造においては、混合気が比較的高濃度に分布する吸気口２１が配置されている側においては、燃焼室１０の容量が大きくなるが火炎伝播が速やかに行われて混合気がよく燃焼される。また、排気口３１が配置されている側では燃焼室１０の容量大型化が回避されている。なお、排気口３１が配置されている側では混合気が比較的低濃度であるため、外縁空間１０ａの容量が小さく火炎伝播が遅くなっても、燃焼室全体に対する未燃ガスの残留量として大きな問題にならない。したがって、未燃ガスの残留量が少なく排ガス中のＨＣ濃度を低くできるとともに、圧縮比の低下が極力抑制されて燃費や出力の向上が図られた燃焼室を有するエンジンを提供できる。さらに、火炎伝播が速やかに行われるため、ノッキングが生じるおそれも低減される。

また、環状底面５ｃが吸気口２１に近付くほど深くなっている。このため、吸気口２１が配置されている側とその逆側との間での外縁空間１０ａの容量差を効果的に生じさせることができる。すなわち、径方向外側への延出量を小さくして吸気口２１が配置されている側の外縁空間１０ａの容量を確保できるとともに、吸気口２１から離隔した箇所での無用な容量を削減することができ、圧縮比の低下をより効果的に抑制できる。

次に、図６，図７を参照して第２構成例の燃焼室構造について説明する。なお、第１構成例と同一の態様部分については同一符号を付して重複説明を省略する。

本構成例の燃焼室構造が設けられるエンジンＥ２は、それぞれ図示しないが複数のシリンダ空間６を有し、これらのシリンダ空間のそれぞれにピストン７が挿入配設された直列多気筒エンジンになっている。複数のシリンダ空間６は、左右に並んで設けられる。なお、これらのシリンダ空間６を形成するため、シリンダブロック２には円筒状の空間が左右に並んで設けられ、シリンダスリーブ５がそれぞれの空間に嵌め込まれる。このシリンダブロック２にシリンダヘッド３が各シリンダ空間を覆って結合されて左右に並ぶ複数の燃焼室が形成される。この結合の際には、シリンダ空間同士の間隙にもガスケット１２が介設される。以下、代表して１つの燃焼室１０について説明するが、複数の燃焼室のそれぞれが同様の構造になっている。

図６に示すように、シリンダスリーブ５の上部における主に前側および後側において径方向外側に延びるフランジ５ｂが形成されており、このフランジ５ｂの内周側は断面円弧状に切り欠かれている。このようにフランジ５ｂが切り欠かれることにより、シリンダ空間６の上部には、径方向外側に向かうにしたがって上方に向かう断面円弧状の環状底面４５ｃが形成される。ピストン７が上死点に位置するときにおいて、この環状底面４５ｃはピストンの上面７ｄよりも下方、詳細には第１ピストンリング９ａが嵌め込まれる溝の上縁よりも下方に位置する。これにより、ピストン７が上死点に位置するときにおいて、トップランド部７Ａと環状底面４５ｃとにより囲まれて上方に開放する外縁空間４０ａが形成される。

また、図７に燃焼室１０を平面視で模式的に示すように、環状底面４５ｃの外縁４５ｄの輪郭線は、長円（略楕円）形状になっており、短径方向頂点部４５ｅ，４５ｅがシリンダスリーブ５の内周面５ａと左右方向中心線Ｏ１との交点（すなわち、シリンダスリーブ５の内周面５ａの前後中央部における左右端）に外接している。これにより、外縁４５ｄが長円形状である環状底面４５ｃの長径部分４５ｆが、吸気口２１が配置されている側と排気口３１が配置されている側のそれぞれにおいて径方向外側に延びて形成される。結果として、吸気口２１が配置されている側および排気口３１が配置されている側では環状底面４５ｃの面積が大きく確保されて外縁空間４０ａの容量が大きくなっており、その中間部分では環状底面５ｃの面積が小さく外縁空間４０ａの容量が小さくなっている。

このように構成された燃焼室１０を有するエンジンＥ２においても、各燃焼室１０において吸気口２１が配置されている側の混合気まで火炎が速やかに伝播し、未燃ガスの残留量を少なくできる。また、吸気口２１が配置されている側と排気口３１が配置されている側の中間部分は外縁空間１０ａが小さくなっており、圧縮比の低下が極力抑えられ、出力や燃費の低下を招くおそれが低減されている。

また、本構成例においては、シリンダスリーブ５の内周面５ａの前後中央部における左右端に、径方向外側に延びる環状底面が形成されていない。したがって、左右方向にシリンダ空間６を並べて直列多気筒エンジンを構成するにあたり、シリンダ空間同士の間隔が大型化せず、また、ガスケット１２の取り付けしろも十分に確保される。これにより、全体のサイズを大型化することなく直列多気筒エンジンを構成できる。

さらに、本構成例では、環状底面４５ｄが断面円弧状に形成されている。したがって、第１構成例のように断面Ｌ字状に形成するときに比べ、外縁空間４０ａの表面積を小さくできる。このため、ピストン７のトップランド部７Ａの冷却が抑制され、併せて混合気の冷却も抑制される。これにより、火炎の伝播が阻害されず、未燃ガスの残留量の低減が図られる。

次に、図８，図９を参照して第３構成例の燃焼室構造について説明する。なお、第１あるいは第２構成例と同一態様部分については同一符号を付して重複説明を省略する。

本構成例の燃焼室構造が設けられるエンジンＥ３は、第２構成例と同様の直列多気筒エンジンである。以下では代表して１つのシリンダ空間６および燃焼室１０について説明するが、複数の燃焼室のそれぞれが同様の構造になっている。

本構成例においても、図８に示すように、第２構成例と同様に、シリンダスリーブ５の上部における主に後側において径方向外側に延びるフランジ５ｂが形成されており、このフランジ５ｂの内周側が円錐状に切り欠かれている。このようにフランジ５ｂが切り欠かれることにより、シリンダ空間６の上部には、径方向外側に向かうにしたがって上方に向かって直線的に傾斜する環状底面４５ｃが形成される。ピストン７が上死点に位置するときにおいて、この環状底面５５ｃはピストン７の上面７ｄよりも下方、詳細には第１ピストンリング９ａが嵌め込まれる溝の上縁よりも下方に位置する。これにより、ピストン７が上死点に位置するときにおいて、トップランド部７Ａと環状底面５５ｃとにより囲まれて、上方に開放する外縁空間５０ａが形成される。

また、図９に燃焼室１０を平面視で模式的に示すように、環状底面５５ｃの外縁５５ｄの輪郭線は、第２構成例の外縁４５ｄの輪郭線を短径方向に沿って二分した半長円（略半楕円）形状になっている。この外縁５５ｄの輪郭線は、短径方向頂点部５５ｅ，５５ｅがシリンダスリーブ５の内周面５ａとその左右方向中心線Ｏ１との交点（すなわち、シリンダスリーブ５の内周面５ａの前後中央部における左右端）に接している。また、環状底面５５ｃの長径部分５５ｆが、吸気口２１が配置されている側から径方向外側に延びて設けられている。これにより、吸気口２１が配置されている側では環状底面５５ｃの面積が大きく確保されて外縁空間５０ａの容量が大きくなっており、吸気口２１と排気口３１の中間部分に近付くにつれて環状底面５５ｃの面積が小さくなって外縁空間５０ａの容量が小さくなっている。また、この中間部分から排気口３１にかけてはこのような環状底面が形成されず、外縁空間が形成されていない。

このように構成された燃焼室１０を有するエンジンＥ３においても、第２構成例と同様に、吸気口２１が配置されている側に分布する混合気まで火炎が速やかに伝播し、未燃ガスの残留量を少なくできる。また、吸気口２１と排気口３１の中間部分は、短径方向頂点部５５ｅ，５５ｅが接して径方向外側に延びる環状底面が形成されないため、ガスケット１２の取り付けしろを十分に確保できるとともに、全体サイズの大型化が回避された直列多気筒エンジンを構成できる。

さらに、第２構成例の環状底面４５ｃの外縁５ｄが長円形状であるのに対し、本構成例では、半長円形状にして排気口３１が配置されている側の外縁空間１０ａが省略されている。このため、さらに圧縮比の低下が抑制されて燃費や出力の向上が図られる。

また、第１構成例の環状底面が断面Ｌ字状であるのに対し、本構成例では、環状底面５５ｃが、径方向外側に向かうにしたがって上方に向かって直線的に傾斜するように形成されていることから、トップランド部７Ａの冷却が抑制されて火炎の伝播が阻害されず、未燃ガスの残留量の低減が図られる。

これまで、本発明に係る燃焼室構造について説明したが、必ずしも上記構成に限られない。第１構成例の燃焼室構造を多気筒エンジンに設けてもよいし、第２および第３構成例の燃焼室構造を単気筒エンジンに設けてもよい。いずれの形態であっても、シリンダスリーブの内周面に対して略真円形状の外縁を有する環状底面をシリンダスリーブの内周面と同心上にレイアウトした形態に比べ、機関全体の小型化が図られる。

また、第１構成例において、図５に示すように吸気口２１が配置されている側とその逆側とで環状底面の深さを相違させているが、この構造は図５に示すものに限られない。例えば、図１０に示すように、側断面視において吸気口２１から所定間隔だけ離隔したところまでは吸気口２１が配置されている側と同じ深さを保ち、所定間隔からさらに離隔する箇所において徐々に深さを浅くするように構成してもよい。なお、第２および第３構成例においても、図５，図１０に示されるように、環状底面の深さを吸気口２１が配置されている側ほど深くすることにより、第１構成例と同様にして効果的に外縁空間の容量差を生じさせることができ、未燃の抑制と圧縮比の低下の抑制との両立をより効果的に行うことができる。

また、上記各構成例では、シリンダブロック２の円筒空間にシリンダスリーブ５を嵌め込み、シリンダスリーブ５の上部に径方向外側に延びるフランジ５ａを形成するとともにこのフランジ５ａの内周側を切り欠いて環状底面５ｃ，４５ｃ，５５ｃを形成するとしたが、ピストン７が配設されるシリンダ空間６の上部に径方向外側に伸びる環状底面が形成されていればよく、必ずしもこのような構成に限られない。例えばシリンダスリーブ５を省略してエンジンを構成する場合には、上記各構成例に示されるような環状底面をシリンダブロックの上端部に直接形成してもよい。

なお、本発明に係る燃焼室構造が設けられる内燃機関は、二輪車の原動機として用いることができ、また、他の原動機としても用いることができる。二輪車等に内燃機関が搭載されるときにシリンダ空間の軸方向が前傾されることもあるが、このように搭載上内燃機関の方向が変更されても、これに応じて上記構成例の説明や本発明を特定するために用いた方向は適宜変更されうる。さらに、吸気口の個数は適宜変更可能である。また、吸気口を燃焼室の前後左右のどこに配置するかについても適宜変更可能であり、吸気口が配置されている側における環状底面の径方向外側への延出量が大きく確保されるとともに、その逆側における延出量が狭くなっていれば、上記各構成例と同様の効果が得られる。

本発明に係る内燃機関の燃焼室構造が設けられるエンジンの断面図である。 シリンダヘッドの底面図である。 第１構成例における燃焼室の近傍を拡大して示すエンジンの断面図である。 シリンダスリーブの内周面、環状底面、吸気口および排気口の位置関係を平面視で示す第１構成例における燃焼室の模式図である。 第１構成例におけるシリンダスリーブの側断面図である。 第２構成例における燃焼室の近傍を拡大して示すエンジンの断面図である。 シリンダスリーブの内周面、環状底面、吸気口および排気口の位置関係を平面視で示す第２構成例における燃焼室の模式図である。 第３構成例における燃焼室の近傍を拡大して示すエンジンの断面図である。 シリンダスリーブの内周面、環状底面、吸気口および排気口の位置関係を平面視で示す第３構成例における燃焼室の模式図である。 第１構成例の変更例におけるシリンダスリーブを示す側断面図である。

符号の説明

Ｅ，Ｅ２，Ｅ３ エンジン
１ クランクケース
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
５ シリンダスリーブ
５ａ フランジ
５ｂ 内周面
５ｃ，４５ｃ，５５ｃ 環状底面
５ｄ，４５ｄ，５５ｄ 外縁
６ シリンダ空間
７ ピストン
７ｄ 上面
１０ 燃焼室
１０ａ，４０ａ，５０ａ 外縁空間
２１ 吸気口
３１ 排気口
４５ｅ，５５ｅ 短径方向頂点部
４５ｆ，５５ｆ 長径部分

Claims (4)

1. 内部に円筒状のシリンダ空間が形成されたシリンダブロックと、前記シリンダ空間を上方から覆って前記シリンダブロックに結合されたシリンダヘッドと、前記シリンダ空間内に軸方向に摺動自在に挿入配設されたピストンとから構成され、
   前記シリンダ空間内において前記ピストンの上面により囲まれた燃焼室と、前記シリンダヘッドに形成されて前記燃焼室内に混合気を流入させるための吸気口とを有する内燃機関の燃焼室構造であって、
   前記シリンダ空間の上部における少なくとも一部に、前記シリンダ空間の径方向外側に延びて略円形状の外縁輪郭を有する環状底面が前記燃焼室に臨んで形成され、
   前記環状底面は、前記ピストンが上死点に位置しているときに前記ピストンの上面よりも下方に位置し、平面視において前記外縁輪郭を前記シリンダ空間の内周面に対して前記吸気口が配置されている側に偏心させて形成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
2. 内部に円筒状のシリンダ空間が形成されたシリンダブロックと、前記シリンダ空間を上方から覆って前記シリンダブロックに結合されたシリンダヘッドと、前記シリンダ空間内に軸方向に摺動自在に挿入配設されたピストンとから構成され、
   前記シリンダ空間内において前記ピストンの上面により囲まれた燃焼室と、前記シリンダヘッドに形成されて前記燃焼室内に混合気を流入させるための吸気口とを有する内燃機関の燃焼室構造であって、
   前記シリンダ空間の上部における少なくとも一部に、前記シリンダ空間の径方向外側に延びて長円形状の外縁輪郭を有する環状底面が前記燃焼室に臨んで形成され、
   前記環状底面は、前記ピストンが上死点に位置しているときに前記ピストンの上面よりも下方に位置し、平面視において前記外縁輪郭が前記シリンダ空間の内周面に外接し、長径部分が前記吸気口が配置されている側に形成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
3. 内部に円筒状のシリンダ空間が形成されたシリンダブロックと、前記シリンダ空間を上方から覆って前記シリンダブロックに結合されたシリンダヘッドと、前記シリンダ空間内に軸方向に摺動自在に挿入配設されたピストンとから構成され、
   前記シリンダ空間内において前記ピストンの上面により囲まれた燃焼室と、前記シリンダヘッドに形成されて前記燃焼室内に混合気を流入させるための吸気口とを有する内燃機関の燃焼室構造であって、
   前記シリンダ空間の上部における少なくとも一部に、短径方向に沿って二分された半長円形状の外縁輪郭を有する環状底面が前記シリンダ空間の径方向外側に延びて前記燃焼室に臨んで形成され、
   前記環状底面は、前記ピストンが上死点に位置しているときに前記ピストンの上面よりも下方に位置し、平面視において前記外縁輪郭が前記シリンダ空間の内周面に外接し、長径部分が前記吸気口が配置されている側に形成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
4. 前記環状底面は、前記吸気口が配置されている側に近付くほど下方に位置して形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の燃焼室構造。

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