JP6277889B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダヘッド部とシリンダブロック部とが一体に鋳造されたシリンダブロックを有する内燃機関に関する。

自動車用として実用化されている内燃機関の多くは、シリンダブロックとシリンダヘッドとが個々に鋳造され、これらを複数のシリンダヘッドボルトによって互いに締結した構成となっている。

これに対し、特許文献１や特許文献２には、シリンダヘッドとシリンダブロックとが一体に鋳造された内燃機関が開示されている。

このようなシリンダヘッド一体型のシリンダブロックにおいても、シリンダヘッドと別体のシリンダブロックと同様に、鋳造後、シリンダの内周面には、ボーリング加工が実施されることになる。

シリンダヘッド一体型のシリンダブロックの場合、ボーリング加工の際に工具がシリンダブロックを貫通できない。そこで、ボーリング加工に用いる工具の寿命延長を図るため、ボーリング加工停止時に、当該工具の先端部分を保護するための逃げとなる溝部が当該シリンダの上端縁全周に設けられる。

実開平４−１１７１６２号公報 特開平４−１４５２号公報

しかしながら、このような溝部がシリンダ上端縁に設けられていると、当該溝部内の未燃ガスによってノッキングが発生しやすくなるという問題がある。

本発明は、シリンダが形成されるシリンダブロック部と、シリンダヘッド部と、が一体に鋳造されたシリンダブロックを有し、上記シリンダの上端縁全周に溝部が形成された内燃機関において、ピストンの冠面には、上記燃焼室内の点火プラグ位置からみて、当該燃焼室に開口する吸気ポート開口部よりも奥に、当該ピストンの外周縁に沿って連続して上記溝部を覆う突出壁が形成されていることを特徴としている。

上記溝部は、シリンダの内周面をボーリング加工する工具の先端部分に対する逃げ部となるものである。

本発明によれば、シリンダにボーリング加工を行う上で必要となる溝部がシリンダ上端縁に形成されていても、燃焼時に、溝部への未燃ガスの進入が抑制され、ノッキングの発生を抑制することができる。

本発明に係る内燃機関の要部縦断面を模式的に示した説明図。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面を模式的に示した説明図。

以下、本発明を多気筒内燃機関に適用した一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明に係る内燃機関１を示す説明図であって、図１は要部の縦断面を模式的に示した説明図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面を模式的に示した説明図である。なお、図１は、便宜上、後述する溝部１６、突出壁１７及び天井面凹部２３を他部材に比べて実際よりも拡大して示している。

内燃機関１のシリンダブロック２は、アルミニウム合金等の金属材料を用いて各部を一体に鋳造したものであって、複数のシリンダ３を有するシリンダブロック部４と、各シリンダ内を往復動するピストン５との間に各気筒の燃焼室６が形成されるシリンダヘッド部７と、を有している。

ピストン５の冠面（ピストン冠面）８と対向する燃焼室６の天井面９には、吸気ポート１０及び排気ポート１１がそれぞれ１つずつ接続されている。天井面９に開口する吸気ポート開口部１２及び排気ポート開口部１３は、図示せぬ吸気弁及び排気弁によってそれぞれ開閉される。吸気ポート開口部１２及び排気ポート開口部１３は、本実施例では、内燃機関１の気筒列方向（図２における上下方向）に沿って直列に配置されている。

本実施例では、各気筒の吸気弁及び排気弁が、シリンダブロック２の上部略中央に気筒列方向に沿って配置された１本のカムシャフト（図示せず）によって駆動される。そのため、点火プラグ１４は、上記カムシャフトを避けて配置される。具体的には、点火プラグ１４は、図２に示すように、吸気ポート開口部１２及び排気ポート開口部１３に対して、シリンダブロック２の一方の側面側（図２における右側）に偏った位置の燃焼室６の天井面９に先端が位置するように設けられる。なお、図１中の１５は、点火プラグ１４が挿入保持される点火プラグ取付穴である。

シリンダブロック部４には、シリンダ軸線方向（図１におけす上下方向）に所定幅を有するとともに、シリンダ３の上端縁全周に連続する溝部１６が形成されている。

溝部１６は、シリンダ３のボーリング加工停止時に、ボーリング加工に用いる工具の先端部分を保護するための逃げであり、ボーリング加工に用いる工具の寿命延長を図るために設定されるものである。

そして、この溝部１６のうち点火プラグ１４から離れて位置し、かつ温度が相対的に低くなる部分を覆うように、ピストン冠面８の外周縁には、突出壁１７が設けられている。なお、本実施例におけるピストン５は、上死点時において、ピストン冠面８が溝部１６よりもシリンダ軸線方向の下方に位置している。

突出壁１７は、図２に示すように、燃焼室６内の点火プラグ１４位置（点火プラグ１４の先端位置）からみて吸気ポート開口部１２よりも奥に、ピストン５の周方向に沿って連続するよう形成され、全体が略円弧状を呈している。

突出壁１７は、ピストン上死点時において、その上端が溝部１６の上端位置１６ａよりも燃焼室６の天井面９側に位置するよう形成されている。この突出壁１７は、燃焼室６の天井面９と対向する上部壁面１８と、ピストン上死点時に溝部１６と対向する外周壁面１９と、ピストン半径方向内周側の内周壁面２０と、を有している。

上部壁面１８は、ピストン半径方向に沿って所定の曲率を有する曲面となっている。上部壁面１８は、ヒートスポットの発生を抑制する観点から、その曲率が小さくなるよう設定される。

外周壁面１９は、ピストン５の外周縁に沿って湾曲した曲面であり、ピストン半径方向内側に傾斜している傾斜部２１と、傾斜部２１よりもピストン半径方向外周側に位置する基部２２とを有している。

傾斜部２１は、ピストン半径方向の内周側の端部が上部壁面１８と連続し、ピストン半径方向の外周側の端部が基部２２と連続する。基部２２は、上方側の端部が傾斜部２１と連続し、下方側の端部がピストン５の頭部外周面５ａと連続する。

傾斜部２１は、ピストン中心軸線に対して直交する平面に対して鋭角をなすように形成されている。基部２２は、ピストン５の頭部外周面５ａと同一曲率の曲面であり、ピストン中心軸線と平行に形成されている。つまり、基部２２は、ピストン５の頭部外周面５ａをピストン中心軸線に沿って延長させた仮想円筒面と一致する曲面でる。

内周壁面２０は、ピストン半径方向に沿って所定の曲率を有する曲面となっている。この内周壁面２０は、ピストン半径方向の内周側の端部がピストン冠面８と連続し、ピストン半径方向の外周側の端部が上部壁面１８と連続する。

そして、燃焼室６の天井面９には、突出壁１７と対向する部分に、外形が突出壁１７の外形と相似形の円弧形状となり、突出壁１７に対する逃げ部となる天井面凹部２３が形成されている。

このような本実施例の内燃機関１においては、溝部１６のうち、点火プラグ１４から離れ、かつ温度が低い部分においては、燃焼時の火炎伝播に伴う圧縮により進入した未燃ガスにより、ノッキングが発生しやすい。

しかしながら、溝部１６のうち、ノッキングが発生しやすい部分への未燃ガスの進入を抑制するため、点火プラグ１４位置からみて吸気ポート開口部１２よりも奥のピストン冠面８に、溝部１６の開口を覆う突出壁１７が設けられている。

そのため、シリンダ３にボーリング加工を行う上で必要となる溝部１６がシリンダ上端縁に形成されていても、燃焼時に、溝部１６への未燃ガスの進入が抑制され、ノッキングの発生を抑制することができる。

突出壁１７の上部壁面１８は、ピストン半径方向に沿って所定の曲率を有する曲面となっているので、燃焼室６の天井面９との間で局所的に狭くなる部分が形成されなくなり、ヒートスポットの発生が抑制され、ノッキングの発生を抑制することができる。

突出壁１７の外周壁面１９は、ピストン半径方向内側に傾斜する傾斜部２１を有しているので、ピストン５の上昇時及びピストン５の下降時に、溝部１６内を効率良く掃気するスキッシュ効果を得ることができる。

また、燃焼室６の天井面９に天井面凹部２３を形成すれば、天井面凹部２３においては、周囲の天井面９に比べ、シリンダヘッド部７内のウォータジャケット（図示せず）との距離が相対的に近くなるので、燃焼室６のノッキングが発生しやすい部分（突出壁１７付近）の冷却性能が向上し、ノッキングの発生を抑制する上で有利である。

なお、天井面凹部２３は、シリンダ軸方向に投影したときに、突出壁１７が内側に略収まるよう大きさに形成してもよい。すなわち、天井面凹部２３を突出壁１７に対して大きめに形成するようにしてもよい。その場合には、天井面凹部２３の表面積が大きくなり、突出壁１７付近の冷却性能を一層向上させることができる。

突出壁１７は、溝部１６のうち、燃焼時の火炎伝播により未燃ガスが進入圧縮される可能性のある部分を覆うものであり、点火プラグ１４からみて吸気ポート開口部１２奥側のピストン５の外周縁に少なくとも設定されることになるが、突出壁１７のピストン５の外周縁に沿った設定範囲は、図２に示すような範囲に限定されるものではなく、燃焼室６内に生じる火炎伝播の特性に応じて、ピストン５の外周縁に沿った長さは適宜設定されることになる。

また、上述した実施例の内燃機関１においては、１気筒あたり吸気弁と排気弁が１つずつ設けられているが、１つの気筒に吸気弁と排気弁がそれぞれ複数、あるいはどちらか一方が複数設けられるような内燃機関に対しても本発明は適用可能である。

１…内燃機関
２…シリンダブロック
３…シリンダ
４…シリンダブロック部
５…ピストン
６…燃焼室
７…シリンダヘッド部
８…ピストン冠面
９…天井面
１０…吸気ポート
１１…排気ポート
１２…吸気ポート開口部
１３…排気ポート開口部
１４…点火プラグ
１６…溝部
１７…突出壁
１８…上部壁面
１９…外周壁面
２０…内周壁面
２１…傾斜部
２２…基部
２３…天井面凹部

Claims (6)

1. シリンダが形成されるシリンダブロック部と、上記シリンダ内を往復動するピストンとの間に燃焼室が形成されるシリンダヘッド部と、が一体に鋳造されたシリンダブロックを有し、上記シリンダの上端縁全周に溝部が形成された内燃機関において、
   上記ピストンの冠面には、上記燃焼室内の点火プラグ位置からみて、当該燃焼室に開口する吸気ポート開口部よりも奥に、当該ピストンの外周縁に沿って連続して上記溝部を覆う突出壁が形成されていることを特徴とする内燃機関。
2. 上記突出壁は、ピストン上死点時において、その上端が上記溝部の上端よりも上記燃焼室の天井面側に位置するよう形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 上記突出壁は、上記燃焼室の天井面と対向する上部壁面を有し、
   当該上部壁面は、ピストン半径方向に沿って所定の曲率を有する曲面となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 上記突出壁は、上記溝部に対向する外周壁面を有し、
   当該外周壁面は、ピストン半径方向内側に傾斜する傾斜部を有す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。
5. 上記燃焼室の天井面には、上記突出壁と対向する部分に、天井面凹部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関。
6. 上記天井面凹部は、シリンダ軸方向に投影したときに、上記突出壁が内側に収まるように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。

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