JP5841985B2 - 内燃機関の燃焼室構造 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関における燃焼室の構造に関する。

燃焼室から吸気ポートと排気ポートが１つずつ互いに離れる方向に延出する２バルブ内燃機関において、吸入行程で吸気ポートが燃焼室に案内する吸気のうちで、吸気弁口のシリンダ軸線（シリンダボアの中心軸線）に近い内側縁側から吸入される吸気が、排気側に向けて流入しながらシリンダボアの排気側を下降した後にピストンの頂面に沿って流れを曲げて吸気側を上昇する縦渦である所謂タンブル流を形成することで、燃焼室上部の点火プラグの周りに燃料を送り成層化して燃焼の安定化を図るようにした先行技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１４４７６７号公報

特許文献１に開示された内燃機関の燃焼室構造では、ピストンの頂面が平坦面上に断面三角形状の突条部を中央に突出した形状をしており、吸気弁口から吸入された吸気がピストンの頂面の平坦面で反転して突条部に沿って上昇することで、タンブル流がより発生しやすいとともに、流速の早い混合気層が突条部の中央に沿って急角度で上昇することで、左右方向に放射状に分散し、燃焼が全体的に行われるとされる。

しかし、特許文献１に係る燃焼室構造では、タンブル流がピストン中央部で向きを変えられるため、縦渦が小さくなってしまう。
また、ピストンの頂面の外周縁に沿った斜め平行スキッシュは、ピストン下降時の逆スキッシュが発生するときに、スムーズにスキッシュエリアの隙間に流れ込む形状であるために、乱れが発生し難く、燃焼後半の燃焼速度が上がらずノッキンングが起きやすい。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、２バルブ内燃機関においてノッキングの発生を防止した内燃機関の燃焼室構造を供する点にある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、
シリンダブロック(16)のシリンダボア(16b)内を摺動自在に嵌合されるピストン(60)の頂面(60t)と同頂面(60t)が対向するシリンダヘッド(17)の天井面(50)との間に燃焼室(40)が構成され、
前記シリンダヘッド(17)には前記天井面(50)にシリンダボア(16b)の中心軸であるシリンダ軸(C)に関して互いに反対位置に１つずつ吸気弁口(42)と排気弁口(43)が前記燃焼室(40)に臨んで開口されるとともに、吸気弁(46)と排気弁(47)がそれぞれ開閉する前記吸気弁口(42)と前記排気弁口(43)から各々吸気ポート(44)と排気ポート(45)が、シリンダ軸線方向視で前記吸気弁口(42)の中心と前記排気弁口(43)の中心とを結ぶ線分方向に沿って互いに離れる方向に、かつ側面視で湾曲しながら延出して形成された内燃機関の燃焼室構造において、
前記ピストン(60)の頂面(60t)は、同頂面(60t)の外周縁に沿って形成されたピストン側スキッシュ面(62)の内側が凹出してピストン側凹部(61)が形成され、前記ピストン側凹部(61)の凹部底面(61a)は平坦に形成され、前記シリンダヘッド(17)の前記天井面(50)は、前記ピストン(60)の前記ピストン側スキッシュ面(62)に対向してヘッド側スキッシュ面(52)が形成され、前記ピストン側スキッシュ面(62)と前記ヘッド側スキッシュ面(52)は、互いに平行で、外周縁から内側に向けて前記シリンダヘッド(17)側に傾斜したテーパ面を形成し、前記ピストン側凹部(61)は、長径方向に対して略対称な楕円状に形成され、シリンダ軸線方向視で前記吸気弁(46)の傘部(46p)と排気弁(47)の傘部(47p)を長径方向両側に略囲むことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の内燃機関の燃焼室構造において、
前記ヘッド側スキッシュ面(52)の内縁が前記ピストン(60)のスキッシュ内縁に沿って形成されることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の内燃機関の燃焼室構造において、
前記ヘッド側スキッシュ面(52)と前記ヘッド側凹面(51)との楕円状の境界稜線(51s)が、前記吸気弁口(42)の開口縁に沿って形成されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項２または請求項３記載の内燃機関の燃焼室構造において、
前記ピストン側スキッシュ面(62)と前記ピストン側凹部(61)との楕円状の境界稜線(61s)には、前記吸気弁(46)の傘部(46p)との干渉を避けるべく凹出した吸気弁逃げ凹部(65)が形成され、前記ピストン側スキッシュ面(62)には、前記ピストン(60)の前記頂面(60t)の前記外周縁と前記吸気弁逃げ凹部(65)との間の部分が凹出して吸気側凹部(67)が形成されることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の内燃機関の燃焼室構造において、
前記ピストン側スキッシュ面(62)と前記ピストン側凹部(61)との楕円状の境界稜線(61s)には、前記排気弁(47)の傘部(47p)との干渉を避けるべく凹出した排気弁逃げ凹部(66)が形成されることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の内燃機関の燃焼室構造において、
前記ピストン側凹部(61)は、前記凹部底面(61a)と凹部内周面(61b)から構成され、
前記凹部底面(61a)に対して前記凹部内周面(61b)が略垂直に形成されることを特徴とする。

請求項１記載の内燃機関の燃焼室構造によれば、ピストン(60)の頂面(60t)における外周縁に沿って形成されたピストン側スキッシュ面(62)の内側が凹出して形成されたピストン側凹部(61)が、シリンダ軸線方向視で吸気弁(46)の傘部(46p)と排気弁(47)の傘部(47p)を長径方向両側に略囲む楕円状に形成されるので、吸入行程で吸気ポート(44)が燃焼室(40)に案内する吸気のうちで、吸気弁口(42)のシリンダ軸線(C)に近い内側縁側から吸入される混合気は、排気側に向けて流入してシリンダボア(16b)の排気側を流下すると、楕円状のピストン側凹部(61)の排気側に拡がった排気弁(47)の傘部(47p)が臨む長径排気側空間に流れ込み、また、吸気弁口(42)のシリンダ軸線(C)から遠い外側縁側から吸入される吸気もピストン側凹部(61)の吸気側に拡がった吸気弁(46)の傘部(46p)が臨む長径吸気側空間に流れ込むことから、吸入混合気がピストン側凹部(61)の周囲すなわちピストン側スキッシュ面(62)に拡がるのを抑制し、タンブル流をより保持することができ、ノッキングが防止される。
また、ピストン側スキッシュ面(62)とヘッド側スキッシュ面(52)は、互いに平行で、外周縁から内側に向けてシリンダヘッド(17)側に傾斜したテーパ面を形成するので、ピストン側凹部(61)の凹部内周面(61b)とピストン側スキッシュ面(62)は両者の境界稜線(61s)を上方に突出しており、ヘッド側スキッシュ面(52)にピストン側スキッシュ面(62)が近づくにつれスキッシュエリアからヘッド側凹面(51)の中央に向けて押し出される気流により吸入混合気をヘッド側凹面(51)の中央付近に集めるのを助長することができ、成層燃焼を適正に実行して燃費出力の向上を図ることができる。

請求項２記載の内燃機関の燃焼室構造によれば、シリンダヘッド(17)の天井面(50)は、ピストン(60)のピストン側スキッシュ面(62)に対向して対向してヘッド側スキッシュ面(52)が形成されるとともに、同ヘッド側スキッシュ面(52)の内縁が前記ピストン(60)のスキッシュ内縁に沿って形成されるので、吸気弁口(42)から燃焼室(40)に吸入される混合気は、ヘッド側凹面(51)に沿って流入されることから、ヘッド側凹面(51)に案内された混合気は、ヘッド側凹面(51)と対向するピストン側凹部(61)に流れ込み易く、またピストン側凹部(61)で反転したタンブル流はヘッド側凹面(51)に沿って案内され上昇し易くなるため、タンブル流が保持され、ピストン側凹部(61)の内周面に沿って生じる上昇流が渦流となってスキッシュエリアに乱れが発生し、燃焼速度を維持して、ノッキンングの発生を防止することができる。

請求項３記載の内燃機関の燃焼室構造によれば、ヘッド側スキッシュ面(52)とヘッド側凹面(51)との楕円状の境界稜線(51s)が、吸気弁口(42)の開口縁に沿って形成されるので、吸気弁口(42)のシリンダ軸線(C)から遠い外側縁側から吸入される吸気は、直接ピストン側凹部(61)の吸気側に拡がった長径吸気側空間に入り込み、吸入混合気が効率良くピストン側凹部(61)内に流入されて集められ、ピストン側凹部(61)の周囲すなわちスキッシュエリアへの混合気の拡がりを抑制して、ノッキングの発生を防止し、適正な燃焼により燃費出力の向上を図ることができる。

請求項４記載の内燃機関の燃焼室構造によれば、ピストン側スキッシュ面(62)とピストン側凹部(61)との楕円状の境界稜線(61s)には、吸気弁(46)の傘部(46p)との干渉を避けるべく凹出した吸気弁逃げ凹部(65)が形成されるので、吸気弁(46)に対してピストン側凹部(61)をコンパクトに構成することができるとともに、ピストン側スキッシュ面(62)の代わりに吸気側凹部(67)が形成されているので、シリンダボア(16b)の吸気側を流下した吸入混合気を吸気弁逃げ凹部(65)が案内してピストン側凹部(61)の中央に導くことができ、長径吸気側のピストン側スキッシュ面(62)に浸入する混合気を抑制してノッキングの発生をさらに抑えることができ、かつ、吸入混合気をコンパクトなピストン側凹部(61)に集めて、成層燃焼を適正に実行して燃費出力の向上を図ることができる。

請求項５記載の内燃機関の燃焼室構造によれば、ピストン側スキッシュ面(62)とピストン側凹部(61)との楕円状の境界稜線(61s)には、排気弁(47)の傘部(47p)との干渉を避けるべく凹出した排気弁逃げ凹部(66)が形成されるので、排気弁(47)に対してピストン側凹部(61)をコンパクトに構成することができるとともに、シリンダボア(16b)の排気側を流下した吸入混合気を排気弁逃げ凹部(66)が案内してピストン側凹部(61)の中央に導くことができ、長径排気側のピストン側スキッシュ面(62)に浸入する混合気を抑制してノッキングの発生をさらに抑えることができ、かつ、吸入混合気をコンパクトなピストン側凹部(61)に集めて、成層燃焼を適正に実行して燃費出力の向上を図ることができる。

請求項６記載の内燃機関の燃焼室構造によれば、ピストン側凹部(61)は、凹部底面(61a)と凹部内周面(61b)から構成され、凹部底面(61a)に対して凹部内周面(61b)が略垂直に形成されるので、吸気弁口(42)のシリンダ軸線(C)に近い内側縁側から吸入し排気側に向けて流入してシリンダボア(16b)の排気側を下降する吸入混合気が、凹部内周面(61b)に沿ってピストン側凹部(61)に滑らかに流入することができ、ピストン側凹部(61)の周囲のピストン側スキッシュ面(62)には拡がり難く、また、ピストン側凹部(61)に集められた混合気が、凹部底面(61a)に対して略垂直な凹部内周面(61b)を超えて周囲のピストン側スキッシュ面(62)に漏れ出すのも極力防止することができるため、異常燃焼が抑制されて、より一層ノッキングの発生を防止することができる。

本発明の一実施の形態に係る内燃機関を搭載した自動二輪車の右側面図である。 同内燃機関の右側断面図である。 シリンダヘッドの下面図である。 ピストンの斜視図である。 同ピストンの側面図である。 同ピストンの上面図である。 同ピストンの断面図（図６のVII−VII線断面図）である 同ピストンの断面図（図６のVIII−VIII線断面図）である 膨張行程における燃焼室周辺の断面図である。 吸入行程における燃焼室周辺の断面図である。

以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図１０に基づいて説明する。
図１は、本実施の形態に係る内燃機関10を搭載した自動二輪車１の全体側面図である。
なお、本明細書において、前後左右の向きは、本実施の形態に係る自動二輪車１の直進方向を前方とする通常の基準に従うものとする。

本自動二輪車１の車体フレーム２は、ヘッドパイプ２ａから後方へ左右一対のメインフレーム２ｂ，２ｂが延出した後に下方に屈曲して急傾斜部２ba，２baを形成し、その下部をくの字に前方に屈曲させて下端部に至っている。
またヘッドパイプ２ａから斜め急角度に下方へ左右一対のダウンフレーム２ｃ，２ｃが、側面視でメインフレーム２ｂの急傾斜部２baに略平行に延出している。

メインフレーム２ｂ，２ｂの急傾斜部２ba，２baの上部からはシートレール２ｄ，２ｄが後方に延出し、同シートレール２ｄ，２ｄの中央部と急傾斜部２ba，２baの下部とを連結したバックステー２ｅ，２ｅがシートレール２ｄ，２ｄを支持している。

以上のような車体フレーム２において、ヘッドパイプ２ａにはフロントフォーク３が枢支され、その下端に前輪４が軸支され、メインフレーム２ｂ，２ｂの下部に設けられたピボットプレート２ｆに前端を軸支されたリヤフォーク５が後方へ延出し、その後端に後輪６が軸支され、リヤフォーク５の後部とシートレール２ｄ，２ｄの中央部との間にリヤクッション７が介装されている。
メインフレーム２ｂ，２ｂには燃料タンク８が架設され、燃料タンク８の後方にシート９がシートレール２ｄ，２ｄに支持されて設けられている。

車体フレーム２に搭載される内燃機関10は、ＳＯＨＣ型２バルブの単気筒４ストローク内燃機関であり、車体に対してクランク軸20を車体幅方向に指向させ、気筒を若干前傾させて起立した姿勢で懸架される。

内燃機関10のクランク軸12を回転自在に軸支するクランクケース11は、クランク軸12の後方に配設されるメイン軸13とカウンタ軸14の間に変速歯車機構15が構成されており、カウンタ軸14は出力軸であり、後輪６の回転軸との間にチェーン（図示せず）が架渡され動力が後輪６に伝達される。

図２を参照して、クランクケース11の上には、１本の鋳鉄製のシリンダライナ16Ｌが鋳込まれたシリンダブロック16と、シリンダブロック16の上にガスケットを介してシリンダヘッド17が重ねられ、スタッドボルトにより一体に締結され、シリンダヘッド17の上方をシリンダヘッドカバー18が覆っている。
クランクケース11の上に重ねられるシリンダブロック16，シリンダヘッド17，シリンダヘッドカバー18は、クランクケース11から若干前傾した姿勢で上方に延出している（図１，図２参照）。

このように車体フレームに搭載された内燃機関10の若干前傾して立設されたシリンダヘッド16から後方に連結管19を介してインレットパイプ20が延出し、インレットパイプ20にはバタフライ型のスロットル弁22を内蔵するスロットルボディ21が設けられるとともに、インジェクタ23が装着されている。

このインレットパイプ20の後端に連結されるエアクリーナ24が側面視でメインフレーム２ａとシートレール２ｄとバックステー２ｅに囲まれた空間に配設される（図１参照）。
また、シリンダヘッド13から前方に延出した排気管27は、下方に屈曲し、さらに後方に屈曲してクランクケース12の下面に沿って後方にかつ右側に寄って後輪６の右側に配置されたマフラー28に連結している。

図２を参照して、クランクケース11は左右割りで、左右クランクケースの合せ面に形成された開口にシリンダライナ16Ｌの下端部が嵌入してシリンダブロック16が若干前傾して上方に突出しており、同シリンダライナ16Ｌの内部のシリンダボア16ｂにピストン60が往復摺動自在に嵌合され、ピストン60のピストンピン59とクランク軸12のクランクピン12ｐとの間をコンロッド26が連接してクランク機構を構成している。

シリンダブロック16のシリンダボア16ｂ内を摺動するピストン60の頂面60ｔと同頂面60ｔが対向するシリンダヘッド17の天井面50との間に燃焼室40が構成される。
シリンダヘッド17には、天井面50にシリンダボア16ｂの中心軸であるシリンダ軸Ｃに関して互いに反対位置に１つずつ吸気弁口42と排気弁口43が燃焼室40に臨んで開口されるとともに、吸気弁口42と排気弁口43から各々吸気ポート44と排気ポート45が互いに離れる方向に湾曲しながら延出して形成されている。

吸気ポート44は、吸気弁口42から後方に延出し、連結管19を介してインレットパイプ20に連通し、排気ポート45は排気管27に連結される。
シリンダヘッド16に一体に嵌着された弁ガイド34ｉ，34ｅにそれぞれ摺動可能に支持される吸気弁46および排気弁47は、シリンダヘッド13の上に設けられる動弁機構30により駆動されて、吸気ポート44の吸気弁口42および排気ポート45の排気弁口43をクランク軸12の回転に同期して開閉する。

図２を参照して、動弁機構30は、シリンダヘッド17の上に１本のカム軸31が左右方向に指向して軸支されたSOHC型内燃機関の動弁機構であり、カム軸31の斜め前後上方にロッカアームシャフト32ｅ，32ｉが支持され、後方のロッカアームシャフト32ｉに吸気ロッカアーム33ｉが揺動自在に中央を軸支され、前方のロッカアームシャフト32ｅに排気ロッカアーム33ｅが揺動自在に中央を軸支されている。

吸気ロッカアーム33ｉの一端は、カム軸31の吸気カムロブに接し、他端がスプリングで付勢された吸気弁46のバルブステム46ｓの上端に調整ねじを介して接し、排気ロッカアーム33ｅの一端は、カム軸31の排気カムロブに接し、他端がスプリングで付勢された排気弁47のバルブステム47ｓの上端に調整ねじを介して接し、カム軸31の回転により吸気ロッカアーム33ｉと排気ロッカアーム33ｅが揺動して吸気弁46と排気弁47を開閉駆動する。

図３は、シリンダブロック16に重ね合わされるシリンダヘッド17の下面図であり、シリンダブロック16の合せ面に対向する合せ面17ａ（図３で散点部分）に、シリンダボア16ｂに対応して燃焼室40の天井面50が凹んで形成されるとともに、動弁機構30に動力を伝達するチェーンを挿通するチェーン室17ｃの矩形孔がシリンダブロック16のチェーン室に連続して穿設されている。

シリンダヘッド17の合せ面17ａにおける燃焼室40の天井面50の円形開口縁50ｓがシリンダボア16ｂの円形開口縁に一致する。
天井面50の後側に大径のシートリング42ｓの吸気弁口42が開口し、天井面50の前側に吸気弁口42より幾らか小径のシートリング43ｓの排気弁口43が開口している。
また、天井面50には点火プラグ55が先端を突出させるプラグ孔48が穿設されている。

天井面50には、吸気弁口42と排気弁口43を長径方向両側に囲む楕円状の横断面形状を有してドーム状をなすヘッド側凹面51が形成されており、天井面50のうちヘッド側凹面51の外側に左右にそれぞれ三日月状をなすヘッド側スキッシュ面52が形成されている。
ヘッド側スキッシュ面52，52とヘッド側凹面51との境界稜線51ｓは、吸気弁口42と排気弁口43を長径方向両側に略囲むように吸気弁口42の開口縁および排気弁口43の開口縁に沿って楕円状に形成される。
なお、点火プラグ55が嵌挿されるプラグ孔48は、天井面50のうちヘッド側凹面51に形成されている。

このシリンダヘッド17の天井面50との間に燃焼室40を構成するピストン60の形状について、図４ないし図８に基づいて説明する。
ピストン60の円板状をしたピストン頂部60ａの外周部から下方に扁平円筒状をなすピストン周壁60ｂが若干延出し、同ピストン周壁部60ｂの互いに対向する前後円弧状部分から前後対をなすピストンスカート部60ｃ，60ｃがさらに下方に延出して形成され、ピストンスカート部60ｃ，60ｃの左右端部どうしを互いに平行なリブ60ｄ，60ｄが連結している。

そして、ピストン頂部60ａの裏面から下方に突出される左右１対のピンボス部60ｅ，60ｅが、左右のリブ60ｄ，60ｄの対向する中央から左右側方に同軸に延出して形成されている。
左右１対のピンボス部60ｅ，60ｅ間に架設されるピストンピン59が、コンロッド26の小端を貫通して軸支する。
ピストン60のピストン周壁部60ｂの外周面には、ピストンリングが嵌合するピストンリング溝60bvが形成されている。

ピストン頂部60ａの上側表面であるピストン頂面60ｔは、同ピストン頂面60ｔの外周縁に沿って内側に環状にピストン側スキッシュ面62が形成され、環状の同ピストン側スキッシュ面62の内側が凹出してピストン側凹部61が形成されている。
ピストン側凹部61は、略垂直（シリンダ軸線方向）に凹出して凹部底面61ａと凹部内周面61ｂにより構成される。
すなわち、凹部底面61ａに対して凹部内周面61ｂが略垂直に形成される（図８参照）。

ピストン60のピストン頂面60ｔは、シリンダヘッド17の燃焼室40の天井面50に対向する。
そして、ピストン頂面60ｔの外周縁に沿った環状のピストン側スキッシュ面62が、シリンダヘッド17の天井面50のヘッド側スキッシュ面52に対向するとともに、互いに略同形状すなわち左右にそれぞれ三日月状をなす。

したがって、ピストン頂面60ｔのピストン側凹部61は、シリンダヘッド17の天井面50のヘッド側凹面51に対向するとともに、互いに外周縁が略同形状である。
すなわち、ピストン60のピストン頂面60ｔにおけるピストン側凹部61とピストン側スキッシュ面62との境界稜線61ｓ（ピストン側凹部61の外周縁）は、シリンダヘッド17の天井面50におけるヘッド側スキッシュ面52，52とヘッド側凹面51との境界稜線51ｓと略同じ楕円状をなす（図６参照）。

図６は、シリンダ軸線Ｃの方向に視たピストン60の上面図であり、同図６にシリンダヘッド17の天井面50の吸気弁口42と排気弁口43をそれぞれ開閉する吸気弁46の傘部46ｐと排気弁47の傘部47ｐの閉弁状態における位置を２点鎖線で示している。
図６に示すように、ピストン頂面60ｔのピストン側凹部61は、シリンダ軸線方向視で吸気弁46の傘部46ｐと排気弁47の傘部47ｐを長径方向両側に略囲む楕円状に形成されている。
なお、吸気弁46の傘部46ｐはピストン側凹部61より若干外側にはみ出しているが、略ピストン側凹部61に囲まれて大部分がピストン側凹部61内に位置する。

吸気弁46と排気弁47は、シリンダ軸線Ｃに対して互いに反対方向にバルブ傾き角を有して往復動し、図６に示す閉弁時に最もシリンダ軸線Ｃから離れる位置にあり、開弁時には図６に示された位置より楕円状のピストン側凹部61の内方に移動することになるので、吸気弁46と排気弁47がどのような状態にあっても、ピストン側凹部61は、シリンダ軸線方向視で吸気弁46の傘部46ｐと排気弁47の傘部47ｐを長径方向両側に略囲むことになる。

互いに対向するピストン側スキッシュ面62とヘッド側スキッシュ面52は、互いに平行で、外周縁から内側に向けてシリンダヘッド17側に傾斜したテーパ面を形成する。
したがって、テーパしたピストン側スキッシュ面62とピストン側凹部61の凹部底面61ａに対して略垂直な凹部内周面61ｂとは、境界稜線61ｓで90度に近い鋭角度で屈曲している（図８参照）。

また、ピストン頂面60ｔにおいて、楕円状の境界稜線61ｓの長径方向両側部分が、それぞれ凹出して吸気弁逃げ凹部65と排気弁逃げ凹部66が形成されている。
前後方向を長径とする楕円状の境界稜線61ｓの後側の吸気弁逃げ凹部65は、吸気弁46の傘部46ｐとの干渉を避けるべく凹出したもので、吸気弁46の傘部46ｐの外周円と略同じ径の円弧で、ピストン側スキッシュ面62から凹出してピストン側凹部61の凹部内周面61ｂに抜けて形成されている。

同様に、楕円状の境界稜線61ｓの前側の排気弁逃げ凹部66は、排気弁47の傘部47ｐとの干渉を避けるべく凹出したもので、排気弁47の傘部47ｐの外周円と略同じ径の円弧で、ピストン側スキッシュ面62から凹出してピストン側凹部61の凹部内周面61ｂに抜けて形成されている。
なお、ピストン側スキッシュ面62の吸気弁逃げ凹部65の後方部分が、吸気弁逃げ凹部65の左右幅より若干小さい幅で凹出して吸気側凹部67を形成している。

図９は、膨張行程における燃焼室40周辺の断面図である。
シリンダヘッド17の天井面50のヘッド側凹面51の周囲のヘッド側スキッシュ面52に対してピストン60のピストン側凹部61の周囲のピストン側スキッシュ面62が斜め平行に対向しており、圧縮行程でヘッド側スキッシュ面52にピストン側スキッシュ面62が接近するとき、両者間のスキッシュエリアから燃焼室40の中央付近に向けてスキッシュ流を発生させるが、膨張行程では、ピストン60が下降することで逆方向の逆スキッシュ流が発生する。

図９に示すように、膨張行程に入り、ピストン60が下降すると、ピストン60の頂面のピストン側凹部61内をその内周縁に沿って上昇する流れが生じ、逆スキッシュ流と混じり合って渦流となってスキッシュエリアに乱れが発生する。
そのため、点火プラグ55の点火による炎の伝播する燃焼速度は、燃焼後半でも高速に維持されて、ノッキンングの発生を防止している。

本内燃機関10においては、ヘッド側凹面51が形成するドーム状の凹部（ヘッド側凹部51）の容積は約５ccであり、これに対向するピストン側凹部61の容積は約２ccであるが、ヘッド側凹部51の容積に対してピストン側凹部61の容積を30パーセント以上確保することにより、ピストン側凹部61内からヘッド側凹部51に向かう逆タンブル流を強めることができ、その結果、スキッシュエリア内へ流れ込む渦流の乱れが増加してノッキンングの発生をより防止することができる。

本内燃機関10の吸入行程における燃焼室40への混合気の吸入状態を、図１０に示し説明する。
ピストン60が下降して燃焼室40内に生じる負圧により、吸気弁46が開いた吸気弁口42から混合気を燃焼室40内に吸入している。
排気弁47は排気弁口43を閉じている。

ピストン60におけるピストン頂面60ｔのピストン側凹部61が、シリンダ軸線方向視で吸気弁46の傘部46ｐと排気弁47の傘部47ｐを長径方向両側に略囲む楕円状に形成されるので、吸気ポート44に導かれて吸気弁46が開いた吸気弁口42から燃焼室40内に吸入される混合気のうち、吸気弁口42のシリンダ軸線Ｃに近い内側縁側から吸入される混合気は、図１０において実線矢印で示すように、吸気弁口42と吸気弁46の傘部46ｐとの間の空隙を通って排気側に向けて燃焼室40内に流入し、シリンダボア16ｂの排気側を下方に流下し、ピストン頂面60ｔの楕円状のピストン側凹部61の排気側に拡がった長径排気側空間に流れ込み、ピストン側凹部61の凹部底面61ａに沿って流れを曲げて吸気側を上昇するタンブル流を形成する。

外周円が円形のピストン側スキッシュ面62のうち、楕円状のピストン側凹部61の長径排気側のピストン側スキッシュ面62は、元々狭く、シリンダボア16ｂの排気側を下方に流下した吸入混合気が、ピストン側スキッシュ面62には略浸入せず、殆どがピストン側凹部61の排気側に拡がった長径排気側空間に流れ込む。

さらに、ピストン側凹部61の長径排気側のピストン側スキッシュ面62は、排気弁逃げ凹部66が形成されているため、益々狭く、かつ排気弁逃げ凹部66は、排気弁47の傘部47ｐの外周円と略同じ径の円弧でピストン側スキッシュ面62から凹出してピストン側凹部61の凹部内周面61ｂに抜けて形成されているので、シリンダボア16ｂの排気側を下方に流下した吸気は排気弁逃げ凹部66に案内されてピストン側凹部61の中央に円滑に導かれるため、長径排気側のピストン側スキッシュ面62に吸入混合気が浸入するのが益々抑制される。

また、ピストン頂面60ｔのピストン側凹部61が、シリンダ軸線方向視で吸気弁46の傘部46pと排気弁47の傘部47ｐを長径方向両側に略囲む楕円状に形成され、ヘッド側スキッシュ面52とヘッド側凹面51との楕円状の境界稜線51ｓが、吸気弁口42の開口縁に沿って形成されるので、吸気弁口42のシリンダ軸線Ｃから遠い外側縁側から吸入される混合気は、図１０において破線矢印で示すように、吸気弁口42と吸気弁46の傘部46ｐとの間の空隙を通って吸気側を燃焼室40内に流入し、シリンダボア16ｂの吸気側を下方に流下し、ピストン頂面60ｔの楕円状のピストン側凹部61の吸気側に拡がった長径吸気側空間に入り込むことになり、ピストン側スキッシュ面62への浸入は抑制される。
ピストン側凹部61の長径吸気側空間に入り込んだ吸気は、ピストン側凹部61の凹部底面61ａに沿って流れを曲げて中央に向かい、前記タンブル流の上昇気流に合流する。

ピストン頂面60ｔの吸気側部分は、吸気弁逃げ凹部65が吸気弁46の傘部46ｐの外周円と略同じ径の円弧でピストン側スキッシュ面62から凹出してピストン側凹部61の凹部内周面61ｂに抜けて形成されるとともに、ピストン側スキッシュ面62の代わりに吸気側凹部67が形成されているので、シリンダボア16ｂの吸気側を下方に流下した吸入混合気が長径吸気側のピストン側スキッシュ面62に浸入するのは、極めて少量で、大部分が吸気弁逃げ凹部65に案内されてピストン側凹部61の中央に導かれる。

なお、吸気弁口42の吸気弁46の左右両側から燃焼室40に吸入される混合気は、吸気弁口42と吸気弁46の傘部46ｐとの間の空隙を通って燃焼室40に流入し、燃焼室40の天井面50のヘッド側凹面51に沿って下方に導かれてシリンダボア16ｂ内にシリンダボア16ｂの内周面から離れてヘッド側凹面51と対向するピストン頂面60ｔのピストン側凹部61に向けて流下するので、ピストン側凹部61に流れ込み易く、またピストン側凹部61で反転したタンブル流はヘッド側凹面51に沿って案内され上昇し易くなるため、タンブル流が保持され、ピストン側凹部61の凹部内周面61ｂに沿って生じる上昇流が渦流となってスキッシュエリアに乱れが発生し、燃焼速度を維持して、ノッキンングの発生を防止することができる。

以上のように、吸気ポート44に導かれて吸気弁46が開いた吸気弁口42から燃焼室40内に吸入される混合気は、吸気弁口42の吸気弁46の前後左右の全方位の空隙を通って燃焼室40に流入される吸入混合気は、大部分がピストン頂面60ｔのピストン側凹部61に入り込んでその中央に流れ、ピストン側凹部61の周囲のピストン側スキッシュ面62に浸入する混合気は抑制されている。
また、燃焼室40に吸入される混合気が、コンパクトなピストン側凹部61に集められ、タンブル流が形成されることで、燃費出力の向上を図ることができる。

ピストン頂面60ｔのピストン側凹部61は、凹部底面61ａに対して凹部内周面61ｂが略垂直に形成されるので、吸気弁口42のシリンダ軸線Ｃに近い内側縁側から吸入し排気側に向けて流入してシリンダボア16ｂの排気側を下降する吸入混合気が、凹部内周面61ｂに沿ってピストン側凹部61に滑らかに流入することができ、ピストン側凹部61の周囲のピストン側スキッシュ面62には拡がり難く、また、ピストン側凹部61に集められた混合気が、凹部底面61ａに対して略垂直な凹部内周面61ｂを超えて周囲のピストン側スキッシュ面62に漏れ出すのも極力防止することができるため、益々異常燃焼が抑制されて、より一層ノッキングの発生を防止することができる。

ピストン側スキッシュ面62とヘッド側スキッシュ面52は、互いに平行で、外周縁から内側に向けてシリンダヘッド17側に傾斜したテーパ面を形成するので、ピストン側凹部61の凹部内周面61ｂとピストン側スキッシュ面62は両者の境界稜線61ｓを上方に突出しており、ヘッド側スキッシュ面52にピストン側スキッシュ面62が近づくにつれスキッシュエリアからヘッド側凹面51の中央に向け押し出される気流により吸入混合気をヘッド側凹面51の中央に集めるのを助長することができ、燃費出力の向上を図ることができる。

10…内燃機関、16…シリンダブロック、16ｂ…シリンダボア、17…シリンダヘッド、
30…動弁機構、40…燃焼室、42…吸気弁口、43…排気弁口、44…吸気ポート、45…排気ポート、46…吸気弁、46ｐ…傘部、47…排気弁、47ｐ…傘部、48…プラグ孔、
50…天井面、51…ヘッド側凹面、51ｓ…境界稜線、52…ヘッド側スキッシュ面、55…点火プラグ、59…ピストンピン、
60…ピストン、60ｔ…ピストン頂面、61…ピストン側凹部、61ａ…凹部底面、61ｂ…凹部内周面、61ｓ…境界稜線、62…ピストン側スキッシュ面、65…吸気弁逃げ凹部、66…排気弁逃げ凹部、67…吸気側凹部。

Claims (6)

1. シリンダブロック(16)のシリンダボア(16b)内を摺動自在に嵌合されるピストン(60)の頂面(60t)と同頂面(60t)が対向するシリンダヘッド(17)の天井面(50)との間に燃焼室(40)が構成され、
   前記シリンダヘッド(17)には前記天井面(50)にシリンダボア(16b)の中心軸であるシリンダ軸(C)に関して互いに反対位置に１つずつ吸気弁口(42)と排気弁口(43)が前記燃焼室(40)に臨んで開口されるとともに、吸気弁(46)と排気弁(47)がそれぞれ開閉する前記吸気弁口(42)と前記排気弁口(43)から各々吸気ポート(44)と排気ポート(45)が、シリンダ軸線方向視で前記吸気弁口(42)の中心と前記排気弁口(43)の中心とを結ぶ線分方向に沿って互いに離れる方向に、かつ側面視で湾曲しながら延出して形成された内燃機関の燃焼室構造において、
   前記ピストン(60)の頂面(60t)は、同頂面(60t)の外周縁に沿って形成されたピストン側スキッシュ面(62)の内側が凹出してピストン側凹部(61)が形成され、
   前記ピストン側凹部(61)の凹部底面(61a)は平坦に形成され、
   前記シリンダヘッド(17)の前記天井面(50)は、前記ピストン(60)の前記ピストン側スキッシュ面(62)に対向してヘッド側スキッシュ面(52)が形成され、
   前記ピストン側スキッシュ面(62)と前記ヘッド側スキッシュ面(52)は、互いに平行で、外周縁から内側に向けて前記シリンダヘッド(17)側に傾斜したテーパ面を形成し、
   前記ピストン側凹部(61)は、長径方向に対して略対称な楕円状に形成され、シリンダ軸線方向視で前記吸気弁(46)の傘部(46p)と排気弁(47)の傘部(47p)を長径方向両側に略囲むことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
2. 前記ヘッド側スキッシュ面(52)の内縁が前記ピストン(60)のスキッシュ内縁に沿って形成されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃焼室構造。
3. 前記ヘッド側スキッシュ面(52)と前記ヘッド側凹面(51)との楕円状の境界稜線(51s)が、前記吸気弁口(42)の開口縁に沿って形成されることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の燃焼室構造。
4. 前記ピストン側スキッシュ面(62)と前記ピストン側凹部(61)との楕円状の境界稜線(61s)には、前記吸気弁(46)の傘部(46p)との干渉を避けるべく凹出した吸気弁逃げ凹部(65)が形成され、
   前記ピストン側スキッシュ面(62)には、前記ピストン(60)の前記頂面(60t)の前記外周縁と前記吸気弁逃げ凹部(65)との間の部分が凹出して吸気側凹部(67)が形成されることを特徴とする請求項２または請求項３記載の内燃機関の燃焼室構造。
5. 前記ピストン側スキッシュ面(62)と前記ピストン側凹部(61)との楕円状の境界稜線(61s)には、前記排気弁(47)の傘部(47p)との干渉を避けるべく凹出した排気弁逃げ凹部(66)が形成されることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の燃焼室構造。
6. 前記ピストン側凹部(61)は、前記凹部底面(61a)と凹部内周面(61b)から構成され、
   前記凹部底面(61a)に対して前記凹部内周面(61b)が略垂直に形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の内燃機関の燃焼室構造。

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