(57)【要約】【課題】気筒の内筒面における円筒度をゼロに近づけて、ブローバイガスを低減すると共にピストンのフリクションを低減することができる内燃機関を提供する。【解決手段】気筒１１、ピストン１２、及び冷却装置２０を備えた内燃機関において、内燃機関１０の駆動が停止した状態で、気筒１１は、ｚ方向に見て、冷却装置２０と筒径方向に隣接してその冷却装置２０により冷却される冷却部位２１とそれ以外の非冷却部位２２とを有して構成され、非冷却部位２２が冷却部位２１よりも筒径方向内側に突出して成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒と、この気筒の内部に設置されて筒軸方向に往復するピストンと、この気筒の前記気筒の周囲に配置された冷却装置とを備えた内燃機関において、
当該内燃機関の駆動が停止した状態で、前記気筒は、筒軸方向に見て、前記冷却装置と筒径方向に隣接してその冷却装置により冷却される冷却部位とそれ以外の非冷却部位とを有して構成され、前記非冷却部位が前記冷却部位よりも筒径方向内側に突出して成ることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
当該内燃機関の駆動が停止した状態で、前記気筒は、縦断面視で、先端から前記ピストンの上死点までの燃焼部位と、前記ピストンの下死点から末端までの非燃焼部位と、前記燃焼部位及び前記非燃焼部位の間の燃焼拡大部位とを有して構成され、前記燃焼部位が前記非燃焼部位及び前記燃焼拡大部位よりも筒径方向内側に突出すると共に、前記燃焼拡大部位が前記非燃焼部位から前記燃焼部位に向って縮径して成る請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記気筒の内筒面の形状は、当該内燃機関の駆動が停止した状態よりも当該内燃機関が予め設定された運転領域で駆動した状態で円筒度がゼロに近づく形状を成す請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記運転領域が、当該内燃機関の回転数が低回転側で、且つその軸トルクが低トルク及び高トルクの間の中央寄りである請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記気筒の内筒面の形状は、前記運転領域における前記気筒の温度分布に基づいて、その温度分布の最低温度部位との温度差が生じる部位をその温度差に応じた変位量で筒径方向内側に向って突出させた形状を成す請求項３又は４に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関し、より詳細には、ブローバイガスを低減すると共にピストンのフリクションを低減する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱変形が生じた場合の内燃機関の気筒の内筒面が略円筒状を成すように、気筒の形状が、気筒の内周径を上死点側が小径となるようにピストンの往復運動方向に円錐面を成すものが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。同様に、気筒の形状が、ピストンの往復運動方向に対する気筒の内筒面の傾斜角を上死点側より下死点側が大となるものも提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００３】
特許文献１及び特許文献２に記載の内燃機関は、熱変形が生じた場合の気筒の内筒面が略円筒状を成すように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公昭５３−３７１２４号公報
【特許文献２】実開昭６１−１７１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関においては、運転中に冷却装置により気筒を冷却しており、この冷却装置による気筒の冷却により気筒には温度分布が生じる。しかし、特許文献１及び特許文献２に記載の内燃機関では、冷却装置による気筒の温度分布を考慮していない。それ故、特許文献１及び特許文献２に記載の内燃機関の気筒の内筒面の形状は、円筒度が大きくなる。この気筒の内筒面の円筒度の増大は、ブローバイガス及びピストンフリクションの増加の要因になる。
【０００６】
本発明の目的は、気筒の内筒面における円筒度をゼロに近づけて、ブローバイガスを低減すると共にピストンリングの張力を低減して、フリクションを低減することができる内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成する本発明の内燃機関は、気筒と、この気筒の内部に設置されて筒軸方向に往復するピストンと、この気筒の周囲に配置された冷却装置とを備えた内燃機関において、前記気筒は、筒軸方向に見て、前記冷却装置に冷却された冷却部位とそれ以外の非冷却部位とを有して構成され、前記非冷却部位が前記冷却部位よりも筒径方向内側に突出して成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、気筒の周囲に配置された冷却装置により冷却され難い非冷却部位を、冷却される冷却部位よりも筒径方向内側に突出させることで、冷却装置による気筒の温度分布が生じても、気筒の内筒面における円筒度をゼロに近づけることができる。これにより、気筒とピストンとのクリアランスを小さくするには有利になり、ブローバイガスを低減すると共にピストンリングの張力を低減して、フリクションを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の内燃機関の実施形態を例示する斜視図である。
【図２】図１のピストンの上死点の近傍の気筒の横断面を例示する横断面図である。
【図３】図１のピストンの下死点の近傍の気筒の横断面を例示する横断面図である。
【図４】図２、図３の矢印ＩＶで示す縦断面図である。
【図５】図２、図３の矢印Ｖで示す縦断面図である。
【図６】図１の内燃機関の運転領域を例示する性能マップである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の内燃機関の実施形態について説明する。図中では、ｘ方向を気筒１１の径方向である水平方向のうちのスラスト方向に直交する方向とし、ｙ方向をスラスト方向とし、ｚ方向を気筒１１の筒軸方向とする。
【００１１】
図１に例示するように、本発明の第一実施形態の内燃機関１０は、複数の気筒１１を備えるものであるが、本明細書では、内燃機関１０の複数の気筒１１のうちの一つについてのみ説明する。内燃機関１０の気筒１１の数やその配列について、特に限定されるものではない。
【００１２】
内燃機関１０は、気筒１１、ピストン１２、コネクティングロッド１３、燃料噴射弁１９、及び冷却装置２０を備えている。
【００１３】
気筒１１は、図示しないシリンダブロックをｚ方向の筒軸を有する貫通孔で構成されて、略円筒状を成して、その内部にピストン１２が配置される。気筒１１の下端は、図示しないクランクシャフトが設置されているクランクケース（オイルパン）に連通する。
【００１４】
ピストン１２は、ｚ方向に柱軸方向が向いた円柱形状を成しており、その頂面に燃焼室１５が形成されて、その外筒面にリング溝１６が形成されて、そのリング溝１６にピストンリング１７が装着される。
【００１５】
リング溝１６は、ピストン１２の外筒面の周方向に渡って径方向外側から内側に向って窪んでいる。ピストンリング１７は、略Ｃ環状のリングであり、合口１８が形成される。合口１８は、ピストンリング１７の切れ目であり、換言するとピストンリング１７の周方向の両端どうしの間の隙間である。
【００１６】
コネクティングロッド１３は、上端がピストン１２に傾動自在に連結されて、下端が図示しないクランクシャフトを回転可能にそのクランクシャフトに固定される。コネクティングロッド１３は、ピストン１２の往復運動を軸回転運動に変換する機構の一部であり、ピストン１２の上死点Ｐ１又はその近傍、及び、下死点Ｐ２又はその近傍を除いてｚ方向に対して傾く。このコネクティングロッド１３の傾きにより、ピストン１２にはｙ方向の側圧（サイドスラスト）の反力が生じる。特に、この反力は、ピストン１２の上死点Ｐ１の直後にｙ方向（スラスト方向）に大きくなり、ピストン１２及びピストンリング１７をｙ方向に押し付ける。
【００１７】
燃料噴射弁１９は、気筒１１の上端付近に設置されていて、先端部が気筒１１の内部に突出しており、ｚ方向から見てピストン１２の中央に配置されている。
【００１８】
冷却装置２０は、気筒１１の径方向外側に配置されていて、冷却水が流れる流路であるウォータジャケットで構成されている。冷却装置２０は、図示しないシリンダブロックをｚ方向に刳った有底筒状の孔で構成されていて、平面視で、筒周方向に長手方向が向いて
いる長穴形状を成している。冷却装置２０は、一つの気筒１１に対して複数設置されていて、互いに連通した状態で一つの気筒１１の筒周方向に間隔を空けて配置されている。この実施形態で、冷却装置２０は、同形状のものが気筒１１の筒周方向に等間隔に配置されているが、それぞれの形状が異なっていてもよく、また、不等間隔に配置されてもよい。
【００１９】
冷却装置２０の内部は冷却水で満たされており、冷却に使用されて加熱された冷却水はラジエータ等で放熱により冷却される。冷却装置２０の内部の冷却水はポンプ等で循環される。
【００２０】
図２、図３に例示するように、内燃機関１０は、気筒１１が、ｚ方向に見て、冷却部位２１と非冷却部位２２とを有して構成されていて、筒周方向に冷却部位２１及び非冷却部位２２が互い違いに配置されて構成される。
【００２１】
前述したとおり、この実施形態で、冷却装置２０は、同形状のものが筒周方向に等間隔に配置されていることから、冷却部位２１も、同形状のものが筒周方向に等間隔に配置されている。これに伴って、非冷却部位２２も、同形状のものが筒周方向に等間隔に配置されている。なお、冷却部位２１の筒周方向の長さは、冷却装置２０の筒周方向の長さに応じており、冷却装置２０の筒周方向の長さがこの実施形態よりも短い場合に、冷却部位２１の筒周方向の長さが非冷却部位２２の筒周方向の長さよりも短くなることもある。
【００２２】
冷却部位２１は、気筒１１における冷却装置２０の径方向内側に隣接した領域の部位であり、冷却装置２０の内部に冷却水が流れたときに冷却される部位である。
【００２３】
非冷却部位２２は、冷却装置２０が径方向外側に隣接しておらずに、冷却部位２１に筒周方向に隣接した領域である。非冷却部位２２は、内燃機関１０の駆動が停止された状態で、冷却部位２１よりも筒径方向内側に突出している。非冷却部位２２は、ｚ方向に見て、冷却部位２１からの離間距離が長い程、筒径方向内側に突出しており、非冷却部位２２の筒周方向の中央部が最も筒径方向内側に突出している。
【００２４】
図４、図５に例示するように、内燃機関１０は、気筒１１が、縦断面視で、燃焼部位２３、燃焼拡大部位２４、及び非燃焼部位２５を有して構成されている。燃焼部位２３、燃焼拡大部位２４、及び非燃焼部位２５は、気筒１１のｚ方向上方から下方に向って順に配置されている。
【００２５】
燃焼部位２３は、気筒１１のｚ方向上端（先端）からピストン１２の上死点Ｐ１までの部位であり、膨張行程における燃料の燃焼による温度上昇が最も高い部位である。燃焼部位２３は、筒軸方向がｚ方向に向いた円筒形状を成している。
【００２６】
燃焼拡大部位２４は、燃焼部位２３及び非燃焼部位２５の間の部位であり、ピストン１２の上死点Ｐ１から下死点Ｐ２までの間の部位である。燃焼拡大部位２４は、膨張行程におけるピストン１２の下降に伴って燃料の燃焼が下方に拡大する部位であり、上死点Ｐ１の近傍の温度が高く、下死点Ｐ２の近傍の温度が低い。燃焼拡大部位２４は、上死点Ｐ１から下死点Ｐ２に向って筒径が拡径する円錐台筒形状を成している。
【００２７】
非燃焼部位２５は、ピストン１２の下死点Ｐ２から気筒１１のｚ方向下端（末端）までの部位であり、燃料の燃焼による温度上昇が略無い部位である。非燃焼部位２５は、円筒形状を成しており、その内径は、燃焼部位２３の円筒形状の内径よりも大きくなっている。
【００２８】
つまり、燃焼部位２３は、内燃機関１０の駆動が停止された状態で、燃焼拡大部位２４
及び非燃焼部位２５よりも筒径方向内側に突出している。また、燃焼拡大部位２４は、内燃機関１０の駆動が停止された状態で、上死点Ｐ１から下死点Ｐ２に向って筒径が拡径している。
【００２９】
このように、内燃機関１０は、内燃機関１０の駆動が停止された状態で、気筒１１の内筒面の形状が、円筒度が大きい形状を成している。
【００３０】
一方、図６に例示するように、内燃機関１０は、気筒１１の内筒面の形状は、内燃機関１０の駆動が停止した状態よりも内燃機関１０が予め設定された運転領域Ａ１で駆動した状態で円筒度がゼロに近づく形状を成している。
【００３１】
運転領域Ａ１は、内燃機関１０の回転数及び軸トルクからなる性能マップにおいて、回転数が低回転側で、且つ軸トルクが低トルク及び高トルクの間の中央寄りの領域である。内燃機関１０の回転数は、図示しないクランクシャフトの回転数であり、エンジン回転数ともいう。内燃機関１０の軸トルクは、クランクシャフトから出力されるトルクである。
【００３２】
低回転側は、内燃機関１０の回転数において、中心となる回転数よりも低い回転数の領域である。低トルク側は、内燃機関１０のクランクシャフトから出力されるトルクにおいて、中心となるトルクよりも低いトルクの領域であり、高トルク側は、中心となるトルクよりも高いトルクの領域である。つまり、内燃機関１０の軸トルクの中央寄りの領域は、中心となるトルクを含む領域である。
【００３３】
この運転領域Ａ１は、例えば、内燃機関１０を搭載した車両が市街地を走行するときに使用頻度が高くなる領域である。
【００３４】
円筒度がゼロに近づく形状は、内燃機関１０が運転領域Ａ１で駆動した状態で円筒度がゼロになる形状が好ましい。なお、円筒度がゼロの気筒１１の内筒面の形状は、図２〜図５における点線で示す。
【００３５】
気筒１１の内筒面の形状は、運転領域Ａ１における気筒１１の温度分布に基づいて、その温度分布の最低温度部位（２５）との温度差が生じる部位をその温度差に応じた変位量で筒径方向内側に向って突出させた形状を成している。この実施形態で、最低温度部位は、非燃焼部位２５である。
【００３６】
つまり、気筒１１の内筒面の形状は、運転領域Ａ１における非燃焼部位２５の形状を基準として、内燃機関１０が運転領域Ａ１で駆動した状態で円筒度が略ゼロになる形状となる。ｚ方向から見て非冷却部位２２、且つ、縦断面視で燃焼部位２３の部位は、非燃焼部位２５との温度差が最も大きくなる部位であり、最も筒径方向内側に突出した部位である。ｚ方向から見て冷却部位２１、且つ、縦断面視で燃焼拡大部位２４のｚ方向下端部の部位は、非燃焼部位２５との温度差が最も小さくなる部位であり、非燃焼部位２５に近い形状を成す部位である。
【００３７】
内燃機関１０の製造方法は、気筒１１を形成するときに、内燃機関１０が運転領域Ａ１で駆動した温度分布を再現した状態で形成する方法である。つまり、気筒１１となる部分を、擬似的に内燃機関１０が運転領域Ａ１で駆動した温度分布にして形成するのである。
【００３８】
上記の内燃機関１０によれば、内燃機関１０の駆動が停止した状態で、気筒１１の周囲に配置された冷却装置２０により冷却され難い非冷却部位２２を、冷却される冷却部位２１よりも筒径方向内側に突出させている。それ故、内燃機関１０が駆動して、冷却装置２０によって気筒１１に温度分布差が生じても、気筒１１の内筒面における円筒度をゼロに近づけることができる。これにより、気筒１１とピストン１２とのクリアランスを小さくするには有利になり、ブローバイガスを低減すると共にピストン１２のフリクションを低減することができる。
【００３９】
また、内燃機関１０によれば、内燃機関１０の駆動が停止した状態で、燃焼部位２３を燃焼拡大部位２４及び非燃焼部位２５よりも筒径方向内側に突出させると共に、燃焼拡大部位２４をｚ方向上方から下方に向って拡径させている。それ故、内燃機関１０が駆動して、膨張行程でピストン１２の下降に伴って気筒１１に温度分布差が生じても、気筒１１の内筒面における円筒度をゼロに近づけることができる。これにより、気筒１１とピストン１２とのクリアランスを小さくするには有利になり、ブローバイガスを低減すると共にピストン１２のフリクションを低減することができる。
【００４０】
総じて、内燃機関１０によれば、内燃機関１０が駆動した状態における気筒１１の周囲に配置された冷却装置２０とピストン１２の下降に伴う燃焼の拡大との両方の影響による気筒１１の内筒面の熱膨張を考慮することで、円筒度をゼロに近づけることができる。
【００４１】
特に、内燃機関１０の回転数が低回転側で、且つ出力が低出力側及び高出力側の間の中央寄りである運転領域Ａ１で、気筒１１の内筒面の円筒度をゼロに近づけることで、使用頻度の高い運転領域Ａ１におけるブローバイガスを低減すると共にピストン１２のフリクションを低減することができる。このように、使用頻度の高い領域において気筒１１の内筒面の円筒度をゼロに近づけることで、使用頻度の高い領域における環境への影響を低減すると共に、燃費を向上するには有利になる。
【００４２】
気筒１１の内筒面の形状を、温度分布の最低温度部位との温度差が生じる部位をその温度差に応じた変位量で筒径方向内側に向って突出させた形状にすることで、運転領域Ａ１における円筒度をゼロに近づけるには有利になる。
【００４３】
主に高速道路を走行するトラックなどの大型車両の場合に、気筒１１の内筒面の円筒度がゼロになる運転領域を、内燃機関１０を搭載した車両が高速道路を走行したときに頻度が高くなる領域に設定してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０  内燃機関
１１  気筒
１２  ピストン
２０  冷却装置
２１  冷却部位
２２  非冷却部位
【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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