(57)【要約】【課題】ピストンの重量を増大させることなく、且つ簡単な構造によってノッキングの発生を効果的に抑制する。【解決手段】シリンダボア２が形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３のシリンダ軸線方向の一端面に結合されるシリンダヘッド４と、シリンダボア２に往復動可能に設けられ、シリンダヘッド４との間に燃焼室６を画成するピストン２０とを備えるエンジン１において、シリンダブロック３及びシリンダヘッド４の少なくとも一方に、燃焼室６を径方向外側に拡張する燃焼室拡張部５０を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボアが形成されたシリンダブロックと、
前記シリンダブロックのシリンダ軸線方向の一端面に結合されるシリンダヘッドと、
前記シリンダボアに往復動可能に設けられ、前記シリンダヘッドとの間に燃焼室を画成するピストンとを備え、
前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドの少なくとも一方に、前記ピストンが上死点にある時に前記燃焼室を径方向外側に拡張する燃焼室拡張部が形成されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記燃焼室拡張部が、少なくとも前記シリンダブロックの前記一端面に開口するように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。
【請求項３】
前記燃焼室拡張部が、前記ピストンが上死点にある時に、前記シリンダブロックの前記一端面から前記ピストンのトップリングに至らない深さをもって前記シリンダブロックに形成されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記燃焼室は、前記ピストンが上死点に達する時にスキッシュを生じさせる隙間であるスキッシュ部を有し、当該スキッシュ部は、互いに平行に延在する前記シリンダヘッドの下面と前記ピストンの頂面とにより形成され、
前記燃焼室拡張部が前記スキッシュ部の径方向外側に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項５】
前記燃焼室拡張部が、前記燃焼室の少なくとも吸気側に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項６】
前記燃焼室拡張部が、前記燃焼室の吸気側のみに、或いは前記燃焼室の吸気側及び排気側の２箇所のみに形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項７】
前記燃焼室拡張部が、前記シリンダボアの周方向に延在し、前記ピストンのピストンピン軸方向側ほど断面積が小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項８】
前記燃焼室拡張部が、前記シリンダボアの径方向に沿う断面において、前記シリンダブロックの前記一端面から他端に向けて径方向の幅が小さくなる形状を有していることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項９】
シリンダ軸線方向視において、前記燃焼室拡張部の径方向外側の輪郭が波形を有していることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダブロックに形成されたシリンダ内にピストンが往復動し、シリンダブロックの上面に配設されたシリンダヘッドとピストンとの間に燃焼室が画成された火花点火式内燃機関では、燃焼室内で圧縮された混合気が点火プラグの火花放電により点火されると火炎核が生じ、その火炎核から火炎が燃焼室内を伝わっていく。
【０００３】
一方、圧縮行程における圧縮や燃焼ガスの膨脹による圧縮によって混合気の温度は上昇するため、点火プラグから遠い場所にある未燃焼の混合気（エンドガス）の火炎到達前の自己着火（ノッキング）が発生する場合がある。ノッキングの発生を抑制するためには、エンドガスが自己着火する前に、できるだけ早期に火炎伝播を完了させる必要がある。現状では、自己着火を抑制するために、熱効率低下を伴う、点火時期の遅角制御等の対策が採られている。
【０００４】
また、簡単な構造によってノッキングの発生を抑制できる内燃機関として、燃焼室が、シリンダヘッドに形成された２つの傾斜面と、傾斜面のそれぞれの下縁からピストンの頂面と平行に形成される２つのスキッシュ部とを有し、ピストン頂面の周縁部の１又は２箇所に、ピストンの周方向に円弧状に延在する細長の凹部を設けた内燃機関を本出願人は提案している。この内燃機関では、ピストンが上死点に達する時に燃焼室の周縁部から中央側に向けた流れであるスキッシュが生じることで、燃焼室内の混合気を撹拌して乱れを発生させ、火炎伝播速度を高めるように作用することでノッキングの発生が抑制される。また、火炎に暴露されるピストン表面の面積が凹部の深さ分だけ増大することで冷却性が向上することによってもノッキングの発生が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−８９６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の内燃機関は、ピストンの頂面からトップリングよりも上側のトップランドに凹部を設けた構造というよりも、むしろピストンの頂部に凹部の深さに相当する肉部を上乗せした構造に近い。そのため、ピストンの重量が増大するうえ、ピストンの重心が高くなることによってピストンの首振り運動が激しくなる。首振りが激しくなると、フリクションの増大による燃費の悪化や振動の発生が問題になる。また、ピストンの表面積が増大する一方、面積を増大させた部分が吸収した熱は、シリンダブロックに形成されるウォータージャケットから冷却水に放出されることになり、伝熱経路が長い。そのため、冷却性の向上は限定的であり、ノッキングの抑制には更なる改善の余地がある。
【０００７】
更に、ノッキングの発生を抑制するために設けられるスキッシュが、凹部が設けられた部分ではスキッシュを発生させる機能を果たさなくなる。加えて、特許文献１に記載の内燃機関には、炭化水素等の有害排気ガス成分の低減にも改善の余地がある。即ち、通常、トップランドとシリンダとの間のリングクレビスには、圧縮行程において燃料や潤滑油が入り込む。ピストンが上死点付近にある時に点火される火炎はリングクレビスに入り込めず、リングクレビスには燃焼完了後に未燃燃料等が残る。リングクレビスに残った未燃燃料に含まれる炭化水素等の有害物質は、燃焼完了後にピストンが下降を続けることで蒸発し、既燃ガスに混ざって排ガスとして外部に排出される。特許文献１に記載の内燃機関では、トップリングがピストン頂面から凹部の深さ分だけ下方に設けられ、トップランドの位置が下方にずれるため、未燃燃料の排出を改善することはできない。
【０００８】
本発明は、このような背景に鑑み、ピストンの重量を増大させることなく、且つ簡単な構造によってノッキングの発生を効果的に抑制できる内燃機関を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するために、本発明のある実施形態に係る内燃機関（１）は、シリンダボア（２）が形成されたシリンダブロック（３）と、前記シリンダブロックのシリンダ軸線（Ａ）方向の一端面に結合されるシリンダヘッド（４）と、前記シリンダボアに往復動可能に設けられ、前記シリンダヘッドとの間に燃焼室（６）を画成するピストン（２０）とを備え、前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドの少なくとも一方に、前記ピストンが上死点にある時に前記燃焼室を径方向外側に拡張する燃焼室拡張部（５０）が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、シリンダブロック及びシリンダヘッドの少なくとも一方に燃焼室拡張部を形成する構成であるため、ピストン重量を増大させる必要がない。また、凹部、即ち火炎に暴露される燃焼室表面の面積増大部分が、ピストンではなく、シリンダブロック及びシリンダヘッドの少なくとも一方に形成されるため、当該部分からの伝熱経路が短い。そのため、冷却性が向上し、燃焼室周縁部での自己着火が抑制される。これらのことから、ノッキングの発生が効果的に抑制される。
【００１１】
更に、燃焼初期に燃焼室内には圧力勾配が生じ、燃焼室の中央側部分から周縁部の燃焼室拡張部に向けて混合気の急速な移動が発生する。この混合気は、上死点付近にあるピストンの周縁部とシリンダヘッドの燃焼室周縁部との隙間を通過して燃焼室拡張部に流入することで燃焼室拡張部に強い乱流を発生させる。この乱流によって燃焼室拡張部周辺が冷却されることで燃焼室の周縁部での自己着火が抑制されることによってもノッキングの発生が抑制される。
【００１２】
本発明の他の実施形態は、上記構成において、前記燃焼室拡張部が、少なくとも前記シリンダブロックの前記一端面に開口するように形成されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、シリンダブロックに燃焼室拡張部を形成するための加工が容易である。
【００１４】
本発明の他の実施形態は、上記構成において、前記燃焼室拡張部（５０）が、前記ピストン（２０）が上死点にある時に、前記シリンダブロックの前記一端面から前記ピストンのトップリング（３５）に至らない深さ（Ｄ）をもって前記シリンダブロック（３）に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、ピストンのトップランドとシリンダブロックとの間のリングクレビスに入り込んだ燃料が、燃焼室拡張部に発生した乱流によって混合気に混ざり、燃焼室の中央側部分から伝播する火炎によって燃焼する。そのため、排ガスに含まれる炭化水素等の有害物質が低減する。
【００１６】
本発明の他の実施形態は、上記構成において、前記燃焼室（６）は、前記ピストンが上死点に達する時にスキッシュを生じさせる隙間であるスキッシュ部（４５）を有し、当該スキッシュ部は、互いに平行に延在する前記シリンダヘッド（４）の下面と前記ピストン（２０）の頂面（２７）とにより形成され、前記燃焼室拡張部（５０）が前記スキッシュ部の径方向外側に設けられていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、スキッシュ部の全体がスキッシュを発生させて混合気を撹拌する機能を果たし、火炎伝播速度が高くなる。また、燃焼初期に燃焼室の中央側部分から周縁部に向けて急速に移動する混合気は、スキッシュ部を通過して燃焼室拡張部に流入することで燃焼室拡張部により強い乱流を発生させる。これにより、燃焼室拡張部の周辺部が効果的に冷却され、燃焼室周縁部での自己着火が一層抑制される。これらのことにより、ノッキングの発生が一層抑制される。
【００１８】
本発明の他の実施形態は、上記構成において、前記燃焼室拡張部（５０）が、前記燃焼室（６）の少なくとも吸気側に形成されていることを特徴とする。ここで、吸気側とは、吸気ポートが形成された側を意味する。
【００１９】
燃焼室の排気側（排気ポートが形成された側）は、高温になった既燃ガスの通過経路になるために吸気側に比べて高温になる。シリンダブロックやシリンダヘッドの肉部はこの熱を吸収するため、排気側に燃焼室拡張部が形成されると、内燃機関の仕様に応じて異なる熱条件によってはノッキングが発生し易くなることがある。この構成によれば、熱条件によるノッキング発生問題がない吸気側に少なくとも燃焼室拡張部が設けられるため、確実にノッキングが抑制される。
【００２０】
本発明の他の実施形態は、上記構成において、前記燃焼室拡張部（５０）が、前記燃焼室（６）の吸気側のみに、或いは前記燃焼室の吸気側及び排気側の２箇所のみに形成されていることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、ノッキングが発生し難い燃焼室のピストンピン軸方向側に燃焼室拡張部を形成する必要がなく、燃焼室拡張部を形成するための加工量及び加工時間を削減することができる。また、燃焼室拡張部形成のために内燃機関のピストンピン軸方向（クランク軸方向）の寸法が増大することを抑制できる。
【００２２】
本発明の他の実施形態は、上記構成において、前記燃焼室拡張部（５０）が、前記シリンダボア（２）の周方向に延在し、前記ピストン（２０）のピストンピン軸方向側ほど断面積が小さくなるように形成されていることを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、ノッキングが発生し難い燃焼室のピストンピン軸方向に近い部分における燃焼室拡張部形成のための加工量を削減することができる。燃焼室拡張部形成のために内燃機関のピストンピン軸方向（クランク軸方向）の寸法が増大することを抑制できる。
【００２４】
本発明の他の実施形態は、上記構成において、前記燃焼室拡張部（５０）が、前記シリンダボア（２）の径方向に沿う断面において、前記シリンダブロック（３）の前記一端面から他端に向けて径方向の幅が小さくなる形状を有していることを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、燃焼室拡張部が矩形断面形状を有する場合に比べ、強い乱流が燃焼室拡張部に発生するため、ノッキングの発生がより効果的に抑制される。
【００２６】
本発明の他の実施形態は、上記構成において、シリンダ軸線（Ａ）方向視において、前記燃焼室拡張部（５０）の径方向外側の輪郭が波形を有していることを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、燃焼室拡張部の混合気にはピストンの径方向に沿う流れとピストンの周方向に沿う流れが生じるだけでなく、各波形状部における旋回流も生じる。これにより、燃焼室拡張部における未燃燃料の混合や燃焼室拡張部周辺の冷却が促進され、ノッキングの発生が抑制される。
【発明の効果】
【００２８】
このように本発明によれば、ピストン重量を増大させることなく、且つ簡単な構造によってノッキングの発生を効果的に抑制できる内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態に係るエンジンの要部を示す側断面図
【図２】図１に示されるピストンの側断面図
【図３】図１のIII−III線に沿って内燃機関の要部を透視して示す概略平面図
【図４】図１に示されるエンジンの動作説明図
【図５】燃焼室拡張部の変形例を示すエンジンの要部概略平面図
【図６】燃焼室拡張部の変形例を示すエンジンの要部側断面図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して、本発明を４バルブのガソリン直噴エンジンに適用した実施形態について詳細に説明する。
【００３１】
図１は、実施形態に係るエンジン１の要部を示す側断面図である。図１に示されるように、エンジン１は、シリンダボア２（気筒）が形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３のシリンダ軸方向の一端面である上面に結合されたシリンダヘッド４とを有している。本実施形態では、複数のシリンダボア２がシリンダブロック３に列設されている。シリンダボア２を基準として、シリンダ軸線Ａ方向を上下方向、シリンダ列方向を左右方向として定める。シリンダブロック３には、冷却のためのウォータージャケット５がシリンダボア２を取り囲むように形成されている。
【００３２】
シリンダヘッド４の下端面には、シリンダボア２と連続するペントルーフ型の燃焼室６の上部を画成する２つの傾斜面４ａ、４ｂが形成されている。２つの傾斜面４ａ、４ｂはシリンダ列方向に延在しており、一方の傾斜面４ａには２つの吸気ポート７が開口し、他方の傾斜面４ｂには２つの排気ポート８が開口している。吸気ポート７及び排気ポート８は、ポペットバルブからなる吸気バルブ及び排気バルブによりそれぞれ開閉される。燃焼室６において、上下方向及び左右方向に直交する２つの吸気ポート７が配置された側を吸気側、２つの排気ポート８が配置された側を排気側とする。２つの傾斜面４ａ、４ｂの外側には、それぞれの下縁からシリンダブロック３の上面と平行に吸気側及び排気側に延びる２つの平行面４ｃ、４ｄが形成されている。
【００３３】
シリンダヘッド４の燃焼室６を画成する部分の中央部には、シリンダヘッド４の上面へと貫通する点火プラグ孔１１が形成され、点火プラグ孔１１には、点火プラグ１２が挿入されている。点火プラグ１２は、その先端に設けられた接地電極１３が点火プラグ孔１１から燃焼室６に突出するように配置されている。燃焼室６の吸気側部分であって、２つの吸気ポート７の間の部分には、シリンダヘッド４の側面へと貫通する噴射ノズル孔１４が形成されている。噴射ノズル孔１４には、燃料噴射ノズル１５が挿入されている。シリンダヘッド４にも、冷却のためのウォータージャケット１６が燃焼室６を覆い、排気ポート８等を取り囲むように形成されている。
【００３４】
シリンダボア２内には、ピストン２０が上下に往復動可能に配置されている。ピストン２０は、シリンダヘッド４（傾斜面４ａ、４ｂや平行面４ｃ、４ｄ等）との間に燃焼室６を画成する。ピストン２０は、左右対称形をなし、円板状のピストン頭頂部２１（クラウン部）と、ピストン頭頂部２１の周縁部の吸気側部分及び排気側部分から下方へと突設された一対のスカート部２２と、各スカート部２２の対応する側縁同士を互いに連結する一対のサイドウォール２３とを有している。ピストン頭頂部２１及び一対のスカート部２２の外径は、シリンダボア２の内径よりも若干小さくされている。
【００３５】
図２は、図１に示されるピストン２０の側断面図である。図１及び図２に示されるように、ピストン頭頂部２１は、円板状の天板２５と、天板２５の周縁部から下方へと突出すると共に、周縁部に沿って延設された円筒壁２６とを有している。天板２５の上方を向く面を頂面２７とし、ピストン頭頂部２１の下方又は内方を向く面を裏面２８とする。天板２５及び円筒壁２６の外周面には、周方向に延在する第１環状溝３１、第２環状溝３２及び第３環状溝３３が上から順に形成されている。第３環状溝３３の吸気側部分及び排気側部分のそれぞれには、第３環状溝３３の底面と円筒壁２６の裏面２８とを連通する複数のオイル孔３４が形成されている。
【００３６】
第１環状溝３１及び第２環状溝３２にはコンプレッションリングからなるトップリング３５及びセカンドリング３６（図１参照）が、第３環状溝３３にはオイルリング３７（図１）が、それぞれピストン頭頂部２１の外周面から突出するように嵌め付けられる。ピストン頭頂部２１の外周面におけるトップリング３５の上側部分がトップランド３８（図２）となり、トップランド３８とシリンダブロック３（シリンダボア２を形成する内周面）との間には、隙間であるリングクレビス３９（図１）が形成される。
【００３７】
各スカート部２２は、円筒壁２６の吸気側部分及び排気側部分から下方へと突設されている。各スカート部２２は、円筒壁２６の下端に沿って周方向に延在し、その外面は円筒壁２６の外周面に連続した円弧面となっている。
【００３８】
各サイドウォール２３は、円筒壁２６の裏面２８から下方に向けて突設されている。各サイドウォール２３には、互いに同軸となるピストンピンボス４０が形成されている。各ピストンピンボス４０には、ピストン２０をピストンロッド（図示しない）に回動可能に連結するピストンピン（図示しない）が挿入される。
【００３９】
ピストン２０の頂面２７の周縁部には、シリンダ軸線Ａと直交する平面からなる環状平面部４１が形成されている。環状平面部４１の内側には、中央部（シリンダ軸線Ａ側）から排気側に亘る部分において環状平面部４１に対して上方へ突出する突出部４２と、吸気側部分において環状平面部４１に対して凹陥した凹陥部４３とが形成されている。凹陥部４３の左側及び右側には、吸気バルブとの干渉を避けるための吸気バルブリセス（図示しない）がそれぞれ凹設される。突出部４２の左側及び右側には、排気バルブとの干渉を避けるための排気バルブリセス（図示しない）がそれぞれ凹設される。突出部４２における２つの排気バルブリセス間の外周側部分には、シリンダヘッド４の排気側の傾斜面４ｂと平行に対向するように突出する排気側凸部４４が形成されている。
【００４０】
図１は、ピストン２０が上死点にある状態のエンジン１を示している。この状態では、ピストン２０の環状平面部４１は、シリンダブロック３の上面と略一致し、シリンダヘッド４の２つの平行面４ｃ、４ｄの僅かに下方に位置している。シリンダヘッド４の平行面４ｃ、４ｄとピストン２０の頂面２７との間には、このように隙間が小さいことにより、ピストン２０が上死点に達する時に、シリンダ軸線Ａに直交する方向の混合気の流れであるスキッシュを生じさせるスキッシュ部４５が形成される。
【００４１】
図３は、図１のIII−III線に沿ってエンジン１の要部を透視して示す概略平面図である。図１〜図３に示されるように、排気側凸部４４は、シリンダヘッド４の傾斜面４ｂと平行に延在することにより、シリンダヘッド４の排気側の平行面４ｄとピストン２０の頂面２７との間に形成されるスキッシュ部４５を燃焼室６の中央部側に拡大させている。
【００４２】
図１に示されるように、シリンダブロック３のシリンダボア２を画成する内周面には、シリンダボア２の上端においてシリンダボア２の周方向に延在するように凹設され、燃焼室６を径方向外側に拡張する燃焼室拡張部５０が形成されている。燃焼室拡張部５０は、シリンダブロック３の内周面と上面とに開口する扇形の断面形状とされている。即ち、燃焼室拡張部５０は、シリンダブロック３の上端から下端に向けて、シリンダボア２の径方向における幅が小さくなる円弧状の断面形状を有する凹部によって形成されている。
【００４３】
図３に示されるように、本実施形態では、燃焼室拡張部５０は、シリンダボア２の吸気側と排気側との２箇所に円弧状に形成されている。燃焼室拡張部５０のそれぞれは、左右方向の両端部に向けて断面積が徐々に小さくなるように、言い換えればピストン２０のピストンピン軸方向側ほど断面積が小さくなるように形成されている。燃焼室拡張部５０の断面は、シリンダ軸線Ａを通ってシリンダ列方向に直交する図１の断面において最も大きくなっている。この断面において、燃焼室拡張部５０は、シリンダブロック３の上面からの深さＤが、図１に示されるピストン２０が上死点にある時にピストン２０のトップリング３５に至らないように形成されている。
【００４４】
図３に示されるように、燃焼室拡張部５０は、吸気側及び排気側の両方において、隣接するスキッシュ部４５の周方向長さよりも長く形成されており、スキッシュ部４５の径方向外側にスキッシュ部４５の全体を囲むような所定の角度範囲に亘って設けられている。
【００４５】
次に、このように構成されたエンジン１の作用及び効果について説明する。
【００４６】
図４（Ａ）は、図１と同様にピストン２０が上死点にある時のエンジン１の要部側断面図であり、図４（Ｂ）は、下降行程において混合気の燃焼が完了した時のエンジン１の要部側断面図である。圧縮行程においてピストン２０が上昇する際には、シリンダブロック３の内周面に付着した潤滑油や燃料噴射ノズル１５から噴射された燃料等がトップリング３５によって掻き揚げられてリングクレビス３９（図４（Ｂ）参照）に入り込む。図４（Ａ）に示されるように、圧縮行程を経てピストン２０が上死点に達する時には、スキッシュ部４５がスキッシュを発生させる。この時、燃焼室拡張部５０は燃焼室６のスキッシュ部４５よりも中央側の部分に比べて容積が極めて小さいため、スキッシュは燃焼室６の周縁部から中央側に向けた流れが主となり、混合気を撹拌して乱れを発生させる。
【００４７】
そのような状態で点火プラグ１２により混合気が点火されると、火炎が比較的高い伝播速度で燃焼室６の中央側から周縁部に向けて広がる。火炎伝播による混合気の燃焼は、ピストン２０が図４（Ｂ）に示される位置まで下降するまでに完了する。この際、燃焼初期に燃焼室６内には圧力勾配が生じ、燃焼室６の中央側部分から周縁部の燃焼室拡張部５０に向けて混合気の急速な移動が発生する。この混合気は、図４（Ａ）に示される上死点の付近にあるピストン２０の周縁部に形成されたスキッシュ部４５の隙間や、スキッシュ部４５がない部分ではピストン２０の周縁部とシリンダヘッド４との隙間を通過して燃焼室拡張部５０に流入することで、燃焼室拡張部５０に強い乱流を発生させる。これによって燃焼室拡張部５０の周辺が冷却され、燃焼室６の周縁部における自己着火が抑制される。
【００４８】
このように、燃焼室６を径方向外側に拡張する燃焼室拡張部５０がシリンダブロック３に形成されることにより、燃焼室６の周縁部での自己着火が抑制され、ノッキングの発生が抑制される。また、燃焼室拡張部５０がピストン２０ではなくシリンダブロック３に形成されるため、ピストン２０のピストン頭頂部２１に肉部を上乗せする必要がなく、ピストン重量を増大させる必要がない。更に、火炎に暴露される燃焼室６の表面積増大部分となる燃焼室拡張部５０が、ピストン２０ではなくシリンダブロック３に形成される。そのため、図１に示されるように、燃焼室拡張部５０を画成する部分からウォータージャケット５までの伝熱経路が短くなって冷却性が向上することからも、燃焼室６の周縁部での自己着火が抑制される。
【００４９】
また、燃焼室拡張部５０がシリンダブロック３の上面に開口するように形成されているため、燃焼室拡張部５０を形成するための加工が容易である。
【００５０】
更に、燃焼室拡張部５０は、ピストン２０が上死点にある時に、シリンダブロック３の上面からピストン２０のトップリング３５に至らない深さＤをもってシリンダブロック３に形成されている。そのため、ピストン２０のトップランド３８とシリンダブロック３との間のリングクレビス３９に入り込んだ燃料が、燃焼室拡張部５０に発生した乱流によって混合気に混ざり、燃焼室６の中央側部分から伝播する火炎によって燃焼する。そのため、排ガスに含まれる炭化水素等の有害物質が低減する。
【００５１】
本実施形態では、燃焼室６が、ピストン２０が上死点に達する時にスキッシュを生じさせる隙間であるスキッシュ部４５を有し、スキッシュ部４５が、互いに平行に延在するシリンダヘッド４の下面とピストン２０の頂面２７とにより形成され、燃焼室拡張部５０がスキッシュ部４５の径方向外側に設けられている。そのため、図４（Ａ）を参照して説明したように、スキッシュ部４５の全体がスキッシュを発生させて混合気を撹拌する機能を果たし、火炎伝播速度が高くなる。また、燃焼初期に燃焼室６の中央側部分から周縁部に向けて急速に移動する混合気は、スキッシュ部４５を通過して燃焼室拡張部５０に流入することで燃焼室拡張部５０により強い乱流を発生させる。これにより、燃焼室拡張部５０の周辺部が効果的に冷却され、燃焼室６の拡張部周辺での自己着火が一層抑制される。これらのことにより、ノッキングの発生が一層抑制される。
【００５２】
図３に示されるように、本実施形態では、燃焼室拡張部５０が、燃焼室６の吸気側及び排気側の２箇所のみに形成されている。そのため、ノッキングが発生し難い燃焼室６のシリンダ列方向側に燃焼室拡張部５０を形成する必要がなく、燃焼室拡張部５０を形成するための加工量及び加工時間を削減することができる。また、燃焼室拡張部５０の形成のためにエンジン１のシリンダ列方向の寸法が増大することを抑制できる。
【００５３】
なお、本実施形態では、図３に示されるように、燃焼室拡張部５０が燃焼室６の吸気側及び排気側の両方に形成されているが、吸気側のみに形成されてもよい。燃焼室６の排気側は、高温になった既燃ガスの通過経路になるために吸気側に比べて高温になり易いが、吸気側のみに燃焼室拡張部５０が形成されると、シリンダブロック３やシリンダヘッド４の肉部（燃焼室拡張部５０が形成されなかった部分）が熱を吸収する。つまり、排気側に燃焼室拡張部５０が形成されると、エンジン１の仕様に応じて異なる熱条件によってはノッキングが発生し易くなることがあるが、熱条件によるノッキング発生問題がない吸気側のみに燃焼室拡張部５０を設けることで、確実にノッキングを抑制できる。
【００５４】
燃焼室拡張部５０は、シリンダボア２の周方向に延在し、ピストン２０のシリンダ列方向側ほど断面積が小さくなるように形成されている。そのため、ノッキングが発生し難い燃焼室６のピストンピン軸方向に近い部分における燃焼室拡張部５０形成のための加工量を削減することができる。また、燃焼室拡張部５０形成のためにエンジン１のシリンダ列方向の寸法が増大することを抑制できる。
【００５５】
図１に示されるように、燃焼室拡張部５０は、シリンダボア２の径方向に沿う断面において、シリンダブロック３の上端から下端に向けて径方向の幅が小さくなる形状を有している。そのため、燃焼室拡張部５０が矩形断面形状を有する場合（図５（Ａ）参照）に比べ、強い乱流が燃焼室拡張部５０に発生し、ノッキングの発生がより効果的に抑制される。
【００５６】
なお、燃焼室拡張部５０の断面形状は上記のような円弧形状に限定されるものではない。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ燃焼室拡張部５０の変形例を示すエンジン１の要部側断面図である。例えば、図５（Ａ）に示されるように、燃焼室拡張部５０が矩形断面形状とされてもよい。或いは、図５（Ｂ）に示されるように、シリンダブロック３に断面扇形に形成だけでなく、シリンダヘッド４にも断面扇形に連続するように形成されてもよい。更に、図５（Ｃ）に示されるように、燃焼室拡張部５０がシリンダブロック３には断面矩形に形成され、シリンダヘッド４には断面扇形に形成されてもよい。
【００５７】
更に、図示省略するが、燃焼室拡張部５０がシリンダヘッド４のみに形成されてもよい。但し、この場合には、リングクレビス３９に入り込んだ燃料を、燃焼室拡張部５０に発生した乱流によって混合気に混合させることが難しい。そのため、燃焼室拡張部５０は、好ましくはシリンダブロック３に形成される。
【００５８】
図６（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ燃焼室拡張部５０の変形例を示す、図３に相当するエンジン１の要部概略平面図である。燃焼室拡張部５０は、図６（Ａ）に示されるように、燃焼室６の全周に環状に形成されてもよい。この場合、燃焼室拡張部５０の断面形状が一定であってもよく、シリンダ列方向側ほど小さくなるように変化していてもよい。
【００５９】
或いは、図６（Ｂ）に示されるように、燃焼室拡張部５０の径方向外側の輪郭が波形を有していてもよい。図示の例では、燃焼室拡張部５０の径方向外側の輪郭が燃焼室６の吸気側のみにおいて波形となっている。他の例では、燃焼室６の排気側のみ、或いは吸気側及び排気側の両方において波形となっていてもよい。このように燃焼室拡張部５０の径方向外側の輪郭が波形とされることにより、燃焼室拡張部５０の混合気にはピストン２０の径方向に沿う流れとピストン２０の周方向に沿う流れが生じるだけでなく、各波形状部における旋回流も生じる。これにより、燃焼室拡張部５０における未燃燃料の混合や燃焼室拡張部５０周辺の冷却が促進され、ノッキングの発生が抑制される。
【００６０】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、エンジン１にペントルーフ型の燃焼室６が形成されているが、燃焼室６は他の形状であってもよい。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、角度など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。例えば、ピストン２０が上死点にある時にピストン２０の外側に径方向外側に向けて広がるように燃焼室拡張部５０が形成されることにより、燃焼室拡張部５０には乱流が発生するため、スキッシュ部４５は必須ではない。
【符号の説明】
【００６１】
１      エンジン
２      シリンダボア
３      シリンダブロック
４      シリンダヘッド
６      燃焼室
２０    ピストン
２７    頂面
３５    トップリング
４５    スキッシュ部
５０    燃焼室拡張部
Ａ      シリンダ軸線
Ｄ      燃焼室拡張部５０の深さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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