(57)【要約】  内燃機関の燃焼室構造は、ピストン頂部に、シリンダ中心軸（Ｃ１）に対して偏心して形成された凹部（１２）と、ピストン頂部の上端面（２２）と凹部（１２）の側面（１８）とを繋げるテーパ部（２０）とを備える。テーパ部（２０）は、ピストン頂部の第１部分におけるテーパ部体積（テーパ部（２０）と燃焼室上壁面との間に形成される空間の体積）が、第１部分よりシリンダ中心軸Ｃ１からの凹部（１２）の偏心方向に近い第２部分におけるテーパ部体積よりも大きくなるように形成されている。
2013088575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ中心軸に対して偏心して、ピストン頂部に形成された凹部と、
前記ピストン頂部の上端面と前記凹部の側面とを繋げるテーパ部と、
を備え、
前記ピストン頂部の第１部分における、前記テーパ部と燃焼室上壁面との間に形成される空間の体積であるテーパ部体積は、
前記第１部分より前記シリンダ中心軸からの前記凹部の偏心方向に近い第２部分におけるテーパ部体積よりも、大きいことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
【請求項２】
前記第１部分における、前記テーパ部の前記上端面と同じ高さの面からの距離であるテーパ部深さは、前記第２部分におけるテーパ部深さよりも、大きいことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼室構造。
【請求項３】
前記第１部分における、前記テーパ部と前記上端面との境界部分であるテーパ部外縁部から、前記テーパ部と前記凹部の側面との境界部分であるテーパ部内縁部までの、前記シリンダ中心軸に対して垂直な面方向の距離であるテーパ部幅は、前記第２部分におけるテーパ部幅よりも、大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃焼室構造。
【請求項４】
前記ピストン頂部の第３部分におけるテーパ部体積は、前記第３部分よりも燃焼室に流入するスワール流の流速の遅い第４部分におけるテーパ部体積よりも、大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の内燃機関の燃焼室構造。
【請求項５】
互いに異なる径を有する２つの吸気弁が配置される燃焼室構造において、
前記２つの吸気弁のそれぞれに対応して、前記ピストン頂部に形成された２つのバルブリセスを備え、
前記２つのバルブリセスのうち、径の大きな吸気弁に対応する大きなバルブリセスが形成された領域は、径の小さな吸気弁に対応する小さなバルブリセスが形成された領域よりも、スワール流の流速が速くなる領域であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の燃焼室構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関の燃焼室構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ピストン頂面に浅皿型の凹部が形成され、この凹部底面に円錐状突起が形成された内燃機関の燃焼室構造が知られている。また、例えば、特許文献１には、シリンダの中心軸から偏心するように配置された燃焼室構造が開示されている。特許文献１において、燃焼室は、上方に向けてその径が小さくなるように、つまり燃焼室の側面が中心に向けて傾斜するように形成されている。また、この燃焼室の側面に続く上端のリップ部はＲ加工されている。リップ部はピストン上端面より低い位置に形成されており、リップ部からピストン上端面まではテーパ面が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開平０３−２１００２１号公報
【特許文献２】日本実開昭５９−１５７５３５号公報
【特許文献３】日本特開昭６３−０９４０２０号公報
【特許文献４】日本特開２０００−２２０５２０号公報
【特許文献５】特開平０９−２８００５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構成では、燃焼室を構成する凹部はシリンダ中心から偏心して配置され、リップ部から形成されるテーパ部も凹部外周部に対称に形成されている。従って、この燃焼室構造においては、スキッシュエリアの大きさに差が生じる。スキッシュエリアの大きさに差がある場合、スキッシュエリアの小さい領域では燃料過多となり、スキッシュエリアが大きい領域では空気過多となりやすい。その結果、空気利用率が低下するといった事態を生じ得る。また、スキッシュエリアの偏りによりシリンダ内での流動に偏りが生じ、特に大スキッシュエリア側でガス流速が早くなるため、冷却損失が大きくなりやすい。【０００５】
従って、この発明は上記課題を解決することを目的とし、燃焼室の凹部がシリンダ中心軸から偏心して配置される場合にも、シリンダ内のガス流動を均質にして冷却損失の低減を図りつつ、空気利用率を改善できるよう改良した内燃機関の燃焼室構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の燃焼室構造であって、ピストン頂部に、シリンダ中心軸に対して偏心して形成された凹部と、ピストン頂部の上端面と凹部の側面とを繋げるテーパ部とを備える。テーパ部は、ピストン頂部の第１部分におけるテーパ部体積が、第１部分よりシリンダ中心軸からの凹部の偏心方向に近い第２部分におけるテーパ部体積よりも大きくなるように形成されている。なおここで、テーパ部体積は、テーパ部と燃焼室上壁面との間に形成される空間の体積である。【０００７】
また、本発明において、テーパ部は、第１部分におけるテーパ部深さが、第２部分におけるテーパ部深さよりも大きくなるように形成されたものとしてもよい。なおここで、テーパ部深さは、テーパ部の前記上端面と同じ高さの面からの距離である。【０００８】
また、本発明において、テーパ部は、第１部分におけるテーパ部幅が、第２部分におけるテーパ部幅よりも大きくなるように形成されたものとしてもよい。なおここで、テーパ部幅は、テーパ部と上端面との境界部分であるテーパ部外縁部から、テーパ部と凹部の側面との境界部分であるテーパ部内縁部までの、シリンダ中心軸に対して垂直な面方向の距離である。【０００９】
また、本発明において、テーパ部は、ピストン頂部の第３部分におけるテーパ部体積が、第３部分よりも燃焼室に流入するスワール流の流速の遅い第４部分におけるテーパ部体積よりも、大きくなるように形成されたものとしてもよい。【００１０】
また、本発明は、互いに異なる径を有する２つの吸気弁が配置される燃焼室構造に適用することができる。この場合、２つの吸気弁のそれぞれに対応して、前記ピストン頂部に形成された２つのバルブリセスを備えるものとし、２つのバルブリセスのうち、径の大きな吸気弁に対応する大きなバルブリセスが形成された領域が、径の小さな吸気弁に対応する小さなバルブリセスが形成された領域よりも、スワール流の流速が速くなる領域としたものであってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
ピストン頂部に形成され燃焼室を構成する凹部であるキャビティが、シリンダ中心軸に対して偏心して配置される場合、スキッシュエリアの表面積は、キャビティの偏心方向に近い領域に比べ、偏心方向とは逆方向にある領域の方が大きくなる。しかしこの点、本発明によれば、キャビティの偏心方向に近い部分（第２部分）に比べ偏心方向から遠い部分（第１部分）、即ち、スキッシュエリアが大きくなる部分において、テーパ部体積がより大きく確保されている。これにより、大スキッシュエリアにおいても混合気の導出を促進して残存空気を低減することができ、空気利用率を向上させることができる。また、全体にガスの流動を均質化することができ、冷却損失の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１のピストン頂部の構成について説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１のピストン頂部の構成について説明するための図である。
【図３】本実施の形態１における、ピストンのスキッシュエリア幅に対する、テーパ部深さ及びスキッシュエリアの体積について説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１の燃焼室構造に関するＮＯｘ排出量と冷却損失との関係について説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１の燃焼室構造に関するＮＯｘ排出量とスモーク排出量との比率について説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１のピストンの他の形状例について説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１のピストンの他の形状例について説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態２のピストン頂部の構成について説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態３のピストン頂部の構成について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１４】
実施の形態１．
図１及び図２は、本発明の実施の形態１のピストンについて説明するための図であり、図１はピストンのシリンダ中心軸Ｃ１を含み、かつシリンダ中心軸Ｃ１に平行な方向の断面、図２はピストン頂部を上から（即ち、図１の紙面上方向から）見た上面を表している。本実施の形態１のピストン１０は、ディーゼルエンジンの各シリンダ内に搭載され用いられ、各シリンダ内でシリンダヘッドを上壁面とする燃焼室を構成する。
【００１５】
図１に示されるようにピストン１０は、ピストン１０の頂部に凹状に形成された、燃焼室を構成する空間であるキャビティ１２を有している。キャビティ１２の底面１４には、キャビティ１２の中央部分に向けて円錐状に突出する突出部１６が設けられている。キャビティ１２の底面１４は曲面１４ａを介して緩やかに側面１８に連続する。キャビティ１２の側面１８は、シリンダ中心軸Ｃ１方向に概ね平行に上方向に伸びる壁面である。
【００１６】
本実施の形態１において、シリンダの中心軸Ｃ１と、キャビティ１２の中心Ｃ２とは、ずれた状態で配置されており、図１及び図２においては、図面右方向に偏心して形成されている。以下、シリンダ中心軸Ｃ１からキャビティ中心Ｃ２に向かう方向（図面右方向）を、キャビティ１２の偏心方向とも称することとする。
【００１７】
キャビティ１２の側面１８は、ピストン１０の頂部に形成されたテーパ部２０に、テーパ部２０のＲ形状の曲面２０ａを介して続いている。更に、テーパ部２０はピストン１０頂部の上端面２２に続いている。つまり、曲面２０ａを含むテーパ部２０は、ピストン１０の上端面である上端面２２とキャビティ１２の側面１８とを繋ぐ面であって、シリンダ水平面（即ち、シリンダ中心軸Ｃ１に垂直な面）に対して斜めに形成された面である。
【００１８】
図２に示すようにピストン１０の上方から見た場合、テーパ部２０と上端面２２との境界線、つまりテーパ部２０の外縁部２０ｂは、その中心が、シリンダの中心軸Ｃ１と同一の位置になるように形成されている。
【００１９】
以下の実施の形態において、スキッシュエリア３０は、ピストン１０が上死点に達したときに、キャビティ１２よりも外周側にできるピストン１０の頂部とシリンダヘッド（図示せず）との隙間である。つまり本実施の形態１では、上端面２２及びテーパ部２０とシリンダヘッドとの間の空間がスキッシュエリア３０となる。
【００２０】
また、以下の実施の形態において、「深さ」といった場合、シリンダ中心軸Ｃ１方向の距離を表し、「幅」といった場合、シリンダ中心軸Ｃ１に垂直な面である水平面方向の距離を表すものとする。テーパ部深さＨは、テーパ部２０の曲面２０ａと側面１８との境界線であるテーパ部２０の内縁部２０ｃ上の各点から、上端面２２までの垂直方向の距離を表す。また、スキッシュエリア幅Ｗとは、テーパ部２０の内縁部２０ｃと上端面２２の外周円２２ａとの水平方向の最短距離を意味するものとする。
【００２１】
以下、本実施の形態１のピストン１０のスキッシュエリア３０の構成について説明する。図３は、本実施の形態１における、ピストン１０のスキッシュエリア幅Ｗに対する、テーパ部深さＨ及びスキッシュエリア３０の体積について説明するための図である。図３において、横軸は角度θ、縦軸はテーパ部深さＨ、又はスキッシュエリア３０の体積を表し、曲線（ａ）はテーパ部深さＨ、曲線（ｂ）はスキッシュエリア３０の体積を表している。図３において、角度θは、頂角をキャビティ中心Ｃ２とし、シリンダ中心軸Ｃ１とキャビティ中心Ｃ２とを結ぶ線分を、偏心方向に延長した線をθ＝０度とした場合の角度である。
【００２２】
キャビティ１２はθ＝０度方向に偏心しているため、ピストン１０の頂部のキャビティ１２より外側の部分の幅であるスキッシュエリア幅Ｗは、図３に示されるように、θ＝１８０度で最大となり、θ＝０度（又は３６０度）側に向けて徐々に小さくなり、θ＝０度（又は３６０度）において最小となる。
【００２３】
また、テーパ部２０の外縁部２０ｂは、シリンダ中心軸Ｃ１と同心となるように形成され、シリンダ中心軸Ｃ１に対し、キャビティ１２はθ＝０度方向に偏心している。従って、ピストン上端面２２の幅は全体に均一である。一方、テーパ部２０の幅は、外縁部２０ｂと内縁部２０ｃとの水平距離も、その偏心方向であるθ＝０度（又は３６０度）において最小幅となり、偏心方向とは反対方向のθ＝１８０度側に向けて徐々に大きくなり、θ＝１８０度で最大幅となる。
【００２４】
更に、本実施の形態１では、図３の曲線（ａ）に示されるように、スキッシュエリア幅Ｗが大きくなるにつれて、テーパ部深さＨが徐々に深くなるように形成されている。つまり、テーパ部深さＨは、θ＝０度（又は３６０度）で最小となり、θ＝１８０度方向に向けて徐々に大きくなり、θ＝１８０度で最大の深さとなる。
【００２５】
即ち、本実施の形態１では、スキッシュエリアの幅Ｗが大きくなるに連れて、テーパ部深さＨと、テーパ部２０の幅とが共に大きくなるように形成されている。従って、曲線（ｂ）に示されるように、スキッシュエリア３０の体積も、スキッシュエリア幅Ｗが大きくなるに連れて大きくなっている。言い換えると、ピストン頂部のある部分（第１部分）における、テーパ部２０の幅、深さは、ある部分よりも偏心方向（θ＝０度）に近い他の部分（第２部分）のテーパ部２０の幅、深さよりも大きくなっている。従って、ある部分（第１部分）のテーパ部体積は、他の部分（第２部分）のテーパ部体積より大きく、ある部分（第１部分）のスキッシュエリア体積は、他の部分（第２部分）のスキッシュエリア体積より大きくなっている。
【００２６】
上記のように構成された本実施の形態１の燃焼室構造により、より大きなスキッシュエリア３０には、より大きなテーパ部２０が設けられる。これにより、大スキッシュエリア３０ａにおいて混合気の流速を低下させることができる。従って、熱伝達率を低下させることができ、ピストン１０の温度上昇等による冷却損失を低減させることができる。
【００２７】
また残存空気が多くなりやすい大スキッシュエリア３０ａ側で、テーパ部２０がより深くなるように構成されている。これにより、大スキッシュエリア３０ａへの混合気導出を促進することができ、空気利用率を向上させることができる。
【００２８】
図４は、本発明の実施の形態１の燃焼室構造、ＮＯｘ排出量に対する冷却損失について説明するための図である。図４において横軸はＮＯｘ排出量（ｇ/ｋＷｈ）を示し、縦軸は冷却損失（％）を表す。また、△でプロットした線は、本実施の形態１の燃焼室構造の場合を示し、比較のため、従来の燃焼室構造の場合の燃焼例を○でプロットした線で表している。図４から、本実施の形態１の燃焼室構造を用いた場合、従来の場合に比べて冷却損失が大きく低減されていることが確認される。
【００２９】
図５は、本発明の実施の形態１の燃焼室構造による、ＮＯｘ排出量に対する、スモーク排出量について説明するための図である。図５において、横軸はＮＯｘ排出量（ｇ/ｋｗｈ）、縦軸はスモーク排出量ＦＳＮを表している。また、△でプロットした線は、本実施の形態１の燃焼室構造の場合を表し、比較のため、従来形状の燃焼室構造の場合の燃焼例を○でプロットした線で表している。図５から、本実施の形態１の燃焼室構造の場合、従来の場合に比べて、ＮＯｘ排出量及びスモーク排出量が共に低減されていることが確認される。
【００３０】
なお、本実施の形態１の図１、図２では、テーパ部２０と側面１８との間がＲ形状の曲面２０ａにより連結されている場合について説明した。このように曲面２０ａを設けることにより、エッジ部の温度上昇をより効果的に抑制し、冷却損失の改善及びピストンの変形や溶損防止を図ることができる。しかし、本実施の形態１では、これに限るものではなく、テーパ部２０と側面１８とが平面で角張った状態で連結し、Ｒ形状に加工された曲面２０ａを有しないものであってもよい。
【００３１】
また、本実施の形態１では、スキッシュエリア３０が大きくなるに連れて、テーパ部２０の幅及び深さＨが共に大きくなる構成とし、これによりスキッシュエリア幅Ｗが大きくなるに連れて、スキッシュエリア体積も大きくなる場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、スキッシュエリア３０の幅Ｗが大きくなるに連れて、テーパ部深さＨのみが深くなるようにし、テーパ部２０の幅は一律、あるいはスキッシュエリア幅Ｗとは無関係に変化させたものであってもよい。また、スキッシュエリア幅Ｗが大きくなるに連れて、テーパ部２０の幅のみが広くなる構成とし、テーパ部深さＨは、一律、あるいはスキッシュエリア幅Ｗとは無関係に深さが変化するものであってもよい。このような構成であっても、スキッシュエリア幅Ｗが大きくなるに連れて、スキッシュエリア３０の体積を大きくすることができ、空気利用率を向上させ、スモーク排出量を低減化することができる。これは以下の実施の形態についても同様である。
【００３２】
また、本実施の形態１では、テーパ部２０の外縁部２０ｂの中心が、シリンダ中心軸Ｃ１と一致するように構成されている場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、シリンダ中心軸Ｃ１と、テーパ部２０の外縁部２０ｂの中心は、ずれているものであってもよい。また、テーパ部２０の外縁部２０ｂは、ピストン１０の頂部を上から見た場合に円形に形成されているものに限らず、例えば、楕円形状に形成されたものであってもよい。これらの場合にも、スキッシュエリア幅Ｗが大きい領域において、テーパ部２０の幅及び/又はテーパ部深さが大きくなるようにテーパ部２０を形成することで、スキッシュエリア３０の体積を大きく確保することができる。これにより空気利用率を向上させることができ、スモーク排出量の低減を図ることができる。これは、以下の実施の形態においても同様である。
【００３３】
また、本実施の形態１では、スキッシュエリア３０が大きくなるにつれて、徐々に、テーパ部深さＨ、テーパ部２０の幅を大きくすることで、スキッシュエリア３０の体積が徐々に大きくなるように構成された場合について説明した。しかし、この発明において、スキッシュエリア３０の体積の変化はこれに限るものではなく、テーパ部の幅や深さＨ、及びスキッシュエリア３０の体積が、領域ごとに段階的に変化するものとしてもよい。つまり、スキッシュエリア３０が大きなある領域（第１部分）内におけるテーパ部深さＨ及び/又は幅が、スキッシュエリア３０がある領域より小さな他の領域（第２領域）内のテーパ部深さＨ及び/又は幅に比べて、大きくなるように形成したものであってもよい。これは、以下の実施の形態においても同様である。
【００３４】
また、本実施の形態１では、スキッシュエリア幅Ｗが大きい場合ほど、テーパ部深さＨとテーパ部２０の幅が大きくなるようにテーパ部２０を形成することで、スキッシュエリア体積が大きくなるように構成する場合について説明した。しかし、この発明において、スキッシュエリア３０の構成は、このような構成に限られず、例えば、スキッシュエリア幅Ｗを全体に均一としたものであってもよい。
【００３５】
図６及び図７は、本発明の実施の形態１のピストン１０の他の形状例を説明するための図である。図６に示される例では、図１のようにテーパ部２０が設けられておらず、キャビティ１１２の側面１１８は、直接、ピストン１０の上端面１２２に連結している。この例では、スキッシュエリア幅Ｗ、即ち上端面１２２の幅が、燃焼室全体で同じ大きさになるように、キャビティ１１２の側面１１８の角度を変化させている。即ち、キャビティ１１２の偏心方向（θ＝０度、３６０度）にある部分で、側面１１８と上端面１２２との角度は、最小角度αとなり、偏心方向から離れるに連れてその角度は徐々に大きくなり、偏心方向と反対側（θ＝１８０度）において、側面１１８と上端面１２２との角度は最大角度βとなるように構成されている。
【００３６】
図７に示される例では、キャビティ２１２の底面２１４の円錐状突出部２１６が、キャビティ中心Ｃ２からずらして形成されている。一方、キャビティ２１２を上側から見た場合、キャビティ２１２の側面２１８と上端面２２２との境界線２１２ａの中心は、シリンダ中心軸Ｃ１と一致するように構成されている。即ち、図７の燃焼室構造では、円錐状突出部２１６の中心Ｃ３と側面２１８との幅は、円錐状突出部２１６の偏心方向の延長上にある部分で最小距離Ｌ２となり、偏心方向から離れるに連れて徐々に長くなり、偏心方向と反対側において最大距離Ｌ１となる。これにより、スキッシュエリア幅Ｗは、燃焼室全体で均一とされる。
【００３７】
図６、７の構成のように、スキッシュエリアの大きさを燃焼室全体に均等とすることで、冷却損失の低減やスモーク排出量の低減を図ることができる。
【００３８】
また、図６、７の例では、側面１１８と上端面１２２との連結部又は側面２１８と上端面２２２との連結部が、角張ったエッジ状となっている場合について図示した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、側面１１８又は２１８と、上端面１２２又は２２２との連結部がＲ形状に加工されたものであってもよい。これにより、エッジ部の温度上昇を更に効果的に抑制して冷却損失を改善し、ピストン１０の熱応力により変形や溶損を抑制することができる。
【００３９】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２のピストンについて説明するための図である。図８に示されるピストンは、テーパ部２０の外縁部２０ａの中心Ｃ４の位置が異なる点を除き、図１、図２のピストン１０と同一のものである。
【００４０】
例えば、図１、図２の燃焼室構成のように、キャビティ１２が偏心して形成されている燃焼室において、スキッシュエリア体積が同じエリア、即ち、偏心方向に対して対称なエリアにおいても、スワール流の下流の方が、スワール流速が速くなることが解っている。
【００４１】
従って、本実施の形態２においても、キャビティ１２の中心Ｃ２が、シリンダの中心Ｃ１から偏心して形成されている。この構成により、偏心方向に対して互いに対称となる部分において、スキッシュエリア幅Ｗが同じとなる。更に、本実施の形態２では、テーパ部２０の外縁部２０ｂの中心Ｃ４を、スワール流速が速くなる領域側に偏心させる。これにより、スキッシュエリア幅Ｗが同じ偏心方向に対し対称位置にある領域を比較した場合に、スワール流速が速い領域（第３部分）側のテーパ部２０の幅Ｘが、スワール流速が遅い領域（第４部分）側のテーパ部２０の幅Ｘよりも大きくなる。
【００４２】
具体的に、図８に示されるように、下方からのスワール流が発生している場合には、テーパ部２０の外縁部中心Ｃ４をシリンダ中心軸Ｃ１から、中心軸Ｃ１とキャビティ中心Ｃ２とを結ぶ線分（θ＝０度の線分）に対して垂直上方向（θ＝９０度方向）に偏心させる。これにより、同じスキッシュエリア幅の部分を比較した場合に、スワール流速が速くなる部分（第３部分）の方がテーパ部２０の幅が大きくなる。これにより、スワール流速が速くなる領域でスキッシュエリア体積を大きく確保することができる。
【００４３】
このように、流速方向のスキッシュエリア体積を大きくとることで、シリンダ内のガスの流動を均質化させることができる。これにより混合気の混合状態を改善し、冷却損失を向上させることができる。
【００４４】
なお、本実施の形態２では、テーパ部２０の外縁部２０ｂの中心Ｃ４を、シリンダ中心軸Ｃ１から、θ＝９０度方向に偏心させる場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、同じスキッシュエリア幅Ｗの部分を比較した場合にスワール流速が早くなる部分側のテーパ部２０の幅Ｘがより広くなるように、テーパ部２０をずらしたものであればよい。
【００４５】
また、本発明においてテーパ部２０の幅Ｘの変化は、本実施の形態１のように、スワール流速の方向に向けて徐々に変化するものに限るものではない。例えば、スワール流速に大きな差が生じやすい２以上の領域を特定し、領域間で同一のスキッシュエリア幅のテーパ部を比較した場合に、スワール流速の速い領域内のテーパ部の幅が広くなるように、段階的にテーパ部の幅に変化をつけたものであってもよい。これは、以下の実施の形態においても同様である。
【００４６】
また、本実施の形態２では、テーパ部２０の幅を変化させることで、スワール流速の速い領域のスキッシュエリア体積を相対的に大きくする場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、同一のスキッシュエリア幅の領域を比較した場合に、スワール流速の速い領域のテーパ部深さＨが、深くなるように、テーパ部深さを、徐々に又は段階的に変化させたものであってもよい。更に、本発明は、これらを組み合わせ、テーパ部２０の幅とテーパ部深さの双方を変化させたものであってもよい。これは、以下の実施の形態においても同様である。
【００４７】
実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３のピストンについて説明するための図である。図９に示されるピストン１０は、２つずつの吸気弁が設置され、かつ、その吸気弁の径が異なるシリンダに用いられる。ピストン１０は、その頂面に、径の異なる吸気弁に応じたバルブリセス４０が形成されている点と、テーパ部２０の外縁部２０ａの中心Ｃ４の位置が、シフトされている点を除き、図１、図２に示したピストン１０と同一である。
【００４８】
ここで、バルブリセスは、吸気弁開弁時の吸気弁とピストン頂部との干渉を避けるために設けられたピストン頂部のくぼみである。本実施の形態３の燃焼室では、紙面下方から上方に向けた矢印方向のスワール流が発生するものとする。上記したようにスワール流下流側の流速は、スワール流上流側の流速に比べて速くなる。この場合、スワール流上流側に、径の小さな吸気弁が設置され、下流側に径の大きな吸気弁が設置される。
【００４９】
図９に示されるように、ピストンの頂部には、スワール流上流側に、径の小さな吸気弁に対応した小リセス４０ａが形成されている。また、スワール流下流側には、径の大きな吸気弁にバルブに対応して、小リセス４０ａより大きな大リセス４０ｂが形成されている。このように、大リセス４０ｂをスワール流下流側に設けることで、大リセス４０ｂ側で、混合気の流動を減衰させることができ、シリンダ内でのガスの流動を均質化させることができる。
【００５０】
更に、本実施の形態３では、実施の形態２と同様に、テーパ部２０の外縁部２０ｂの中心Ｃ４が、スワール流の下流側である大リセス４０ｂ側に偏心されている。具体的には、シリンダ中心軸Ｃ１とキャビティ中心Ｃ２とを結ぶ線分に対し垂直上方向（θ＝９０度方向）に、シリンダ中心軸Ｃ１を偏心した位置に、テーパ部２０の外縁部２０ｂの中心Ｃ４がくるように、テーパ部２０を形成する。これにより、同じスキッシュエリア幅の領域を比較した場合に、大リセス４０ｂが設けられた側において、テーパ部２０の幅が大きくなり、スキッシュエリア体積を大きく確保することができる。これにより、大リセス４０ｂ側における残存空気量を低減することができ、空気利用率を改善することができる。
【００５１】
なお、以上の実施の形態３では、大リセス４０ｂ側に、テーパ部２０の外縁部ａを偏心させて、大リセス４０ｂ側で、よりスキッシュエリア３０の体積が大きくなるようにした場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、外縁部２０ｂの中心は、大リセス４０ｂ側に偏心されていないものであってもよい。つまり、スキッシュエリア幅Ｗが同じ領域同士を比べた場合に、バルブリセスによる窪み分の体積差を除き、大リセス４０ｂ側と小リセス４０ａ側とで、同じスキッシュエリア３０の体積が確保されるように構成されたものであってもよい。
【００５２】
また、本実施の形態３では、実施の形態２と同様に、外縁部２０ｂの中心Ｃ４を、偏心方向に垂直方向にずらすことで、テーパ部２０の幅を徐々に変化させた場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、大リセス４０ｂが形成された領域と小リセス４０ａが形成された領域の、同じスキッシュエリア幅の部分を比較した場合に、大リセス４０ｂ側のスキッシュエリア体積が、小リセス４０ｂ側のスキッシュエリア体積よりも大きくなるように、徐々に、又は段階的にスキッシュエリア体積を変化させたものであればよい。
【００５３】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００５４】
１０  ピストン
１２  キャビティ（凹部）
１４  底面
１４ａ  曲面
１６  突出部
１８  側面
２０  テーパ部
２０ａ  テーパ部の曲面
２０ｂ  テーパ部の外縁部
２０ｃ  テーパ部の内縁部
２２  上端面
２２ａ  外周円
３０  スキッシュエリア
１１２、２１２  キャビティ
２１２ａ  境界線
２１４  底面
２１６  突出部
１１８、２１８  側面
１２２、２２２  上端面
２３０  スキッシュエリア
４０ａ  小リセス
４０ｂ  大リセス
Ｃ１  シリンダ中心軸
Ｃ２  キャビティ中心
Ｃ３  突出部中心
Ｃ４  外縁部中心
【図１】
2013088575.tif 000003
【図２】
2013088575.tif 000004
【図３】
2013088575.tif 000005
【図４】
2013088575.tif 000006
【図５】
2013088575.tif 000007
【図６】
2013088575.tif 000008
【図７】
2013088575.tif 000009
【図８】
2013088575.tif 000010
【図９】
2013088575.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成25年1月23日(2013.1.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ中心に対して偏心してピストン頂部に形成された凹部と、
前記ピストン頂部の上端面と、前記凹部の側面とを繋げるテーパ部と、
を備え、
前記テーパ部は、
前記ピストン頂部の上端面の外縁部と前記テーパ部の内縁部との水平距離であるスキッシュエリア幅が同一の２つの領域を比べた場合に、スワール流速が速くなる領域側の前記テーパ部の水平方向の幅よりも、スワール流速の遅くなる領域側の前記テーパ部の水平方向の幅が小さくなるように、前記シリンダ中心に対して前記テーパ部の外縁部の中心が偏心しているものであることを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
互いに異なる径を有する２つの吸気弁が配置される燃焼室構造において、
前記２つの吸気弁のそれぞれに対応して、前記ピストン頂部に形成された、異なる径を有する２つのバルブリセスを備え、
前記２つのバルブリセスのうち、径の大きなバルブリセスは、径の小さなバルブリセスよりも、スワール流速が速い領域に配置されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼室構造。
【請求項６】
前記テーパ部の外縁部の、前記シリンダ中心に対する偏心方向は、前記シリンダ中心軸と前記凹部の中心とを結ぶ線分に対して、垂直方向であることを特徴とする請求項１又は５に記載の内燃機関の燃焼室構造。
【請求項７】
互いに異なる径を有する２つの吸気弁が配置される燃焼室構造であって、
前記２つの吸気弁のそれぞれに対応して、前記ピストン頂部に形成された、異なる径を有する２つのバルブリセスと、
シリンダ中心軸に対して偏心して、ピストン頂部に形成された凹部と、
前記ピストン頂部の上端面と前記凹部の側面とを繋げるテーパ部と、
を備え、
前記ピストン頂部の第１部分における、前記テーパ部と燃焼室上壁面との間に形成される空間の体積であるテーパ部体積は、
前記第１部分よりも前記シリンダの中心からの前記凹部の偏心方向に近い第２部分における体積よりも大きく、
前記２つのバルブリセスのうち、径の大きなバルブリセスは、径の小さなバルブリセスよりも、スワール流速が速い領域に配置されていることを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月26日(2014.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ中心に対して偏心してピストン頂部に形成された凹部と、
前記ピストン頂部の上端面と、前記凹部の側面とを繋げるテーパ部と、
を備え、
前記テーパ部は、
前記ピストン頂部の上端面の外縁部と前記テーパ部の内縁部との水平距離であるスキッシュエリア幅が同一の２つの領域を比べた場合に、スワール流速が速くなる領域側の前記テーパ部の水平方向の幅よりも、スワール流速の遅くなる領域側の前記テーパ部の水平方向の幅が小さくなるように、前記シリンダ中心に対して前記テーパ部の外縁部の中心が偏心しているものであることを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
【請求項２】
互いに異なる径を有する２つの吸気弁が配置される燃焼室構造において、
前記２つの吸気弁のそれぞれに対応して、前記ピストン頂部に形成された、異なる径を有する２つのバルブリセスを備え、
前記２つのバルブリセスのうち、径の大きなバルブリセスは、径の小さなバルブリセスよりも、スワール流速が速い領域に配置されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼室構造。
【請求項３】
前記テーパ部の外縁部の、前記シリンダ中心に対する偏心方向は、前記シリンダ中心と前記凹部の中心とを結ぶ線分に対して、垂直方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃焼室構造。
【請求項４】
互いに異なる径を有する２つの吸気弁が配置される燃焼室構造であって、
前記２つの吸気弁のそれぞれに対応して、ピストン頂部に形成された、異なる径を有する２つのバルブリセスと、
シリンダ中心に対して偏心して、前記ピストン頂部に形成された凹部と、
前記ピストン頂部の上端面と前記凹部の側面とを繋げるテーパ部と、
を備え、
前記ピストン頂部の第１部分における、前記テーパ部と燃焼室上壁面との間に形成される空間の体積であるテーパ部体積は、
前記第１部分よりも前記シリンダの中心からの前記凹部の偏心方向に近い第２部分における体積よりも大きく、
前記２つのバルブリセスのうち、径の大きなバルブリセスは、径の小さなバルブリセスよりも、スワール流速が速い領域に配置されていることを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
なお、以上の実施の形態３では、大リセス４０ｂ側に、テーパ部２０の外縁部２０ａを偏心させて、大リセス４０ｂ側で、よりスキッシュエリア３０の体積が大きくなるようにした場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、外縁部２０ｂの中心は、大リセス４０ｂ側に偏心されていないものであってもよい。つまり、スキッシュエリア幅Ｗが同じ領域同士を比べた場合に、バルブリセスによる窪み分の体積差を除き、大リセス４０ｂ側と小リセス４０ａ側とで、同じスキッシュエリア３０の体積が確保されるように構成されたものであってもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
また、本実施の形態３では、実施の形態２と同様に、外縁部２０ｂの中心Ｃ４を、偏心方向に垂直方向にずらすことで、テーパ部２０の幅を徐々に変化させた場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、大リセス４０ｂが形成された領域と小リセス４０ａが形成された領域の、同じスキッシュエリア幅の部分を比較した場合に、大リセス４０ｂ側のスキッシュエリア体積が、小リセス４０ａ側のスキッシュエリア体積よりも大きくなるように、徐々に、又は段階的にスキッシュエリア体積を変化させたものであればよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2013088575.tif 000012
【国際調査報告】
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2013088575.tif 000014
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