(57)【要約】【課題】点火プラグでの多重放電現象の発生を抑えることのできる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関１１は、燃焼室１６の天井面１６Ｂが傘形状に形成され、燃焼室１６の頂部に点火プラグ１７が設置される。燃焼室１６の天井面１６Ｂにおける点火プラグ１７よりも吸気導入口１８Ａ側の位置に凹部３０が形成される。ピストン１５頂面の外縁における同ピストン１５頂面と燃焼室１６の天井面１６Ｂとの間隙１６Ａのうち、点火プラグ１７よりも吸気導入口１８Ａ側の位置の上記間隙１６Ａ（厚さＴＩ）が、点火プラグ１７よりも排気排出口１９Ａ側の位置の上記間隙１６Ａ（厚さＴＥ）と比較して狭い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の天井が傘形状に形成されて、前記燃焼室の頂部に点火プラグが設置された内燃機関であって、
前記天井の前記点火プラグよりも吸気導入口側の位置に凹部が形成され、
ピストン頂面の外縁における同ピストン頂面と前記天井との間隙のうち、前記点火プラグよりも前記吸気導入口側の位置の前記間隙が前記点火プラグよりも排気排出口側の位置の前記間隙と比較して狭い
ことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内にタンブル流が発生する内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸気ポートから燃焼室に流入した吸入空気によって同燃焼室内にタンブル流が発生すると、吸入空気の流れに乱れが生じる。これにより、混合気の燃焼速度が高められ、同混合気が安定して燃焼されるようになる。
【０００３】
特許文献１には、そうしたタンブル流が発生する内燃機関の燃焼室の頂部付近に混合気を集めるために、同燃焼室の天井に凹部を形成することが提案されている。詳しくは、この内燃機関の燃焼室は天井が傘形状に形成されており、同天井において２つの吸気ポートが開口している。そして、上記凹部は、燃焼室の頂部付近において２つの吸気ポートの開口の間を繋ぐ形状で延設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１００５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、タンブル流が発生する内燃機関の燃焼室内におけるガス流れについて詳しく説明する。
図９（ａ）に示すように、内燃機関１００の吸気行程においてピストン１０１が下降すると、これに伴って燃焼室１０２内に少なくとも吸入空気を含むガスが流入する。そして、このガス流入により「燃焼室１０２における吸気ポート１０３の開口（吸気導入口１０３Ａ）」→「燃焼室１０２における排気ポート１０４の開口（排気排出口１０４Ａ）側の部分」→「ピストン１０１の頂面」→「吸気導入口１０３Ａ付近」といった順に流れるタンブル流が発生する。
【０００６】
図９（ｂ）に示すように、その後の圧縮行程においてピストン１０１が上昇すると、吸気ポート１０３から流入してピストン１０１の頂面に向かうガス流れ（図中に矢印Ｆ１で示す流れ）が、その流れ方向前方から近づくピストン１０１頂面との衝突によって弱まる。その一方で、ピストン１０１の頂面で跳ね返った後に吸気ポート１０３付近に向かうガス流れ（図中に矢印Ｆ２で示す流れ）は、その流れ方向後方からピストン１０１頂面によって押圧されることによって強まる。そして、図９（ｃ）または図９（ｄ）に示すように、ピストン１０１が圧縮上死点に近づくと、上記ガス流れＦ１は微弱になる一方、上記ガス流れＦ２は弱まるもののある程度の強さを維持したままで残る。
【０００７】
このように、タンブル流が発生する内燃機関１００では、圧縮上死点の近傍において、ガス流れＦ２、詳しくは燃焼室１０２内で排気排出口１０４Ａ側から吸気導入口１０３Ａ側に向かうガス流が残ることがある。
【０００８】
ところで、圧縮比の高い内燃機関では、圧縮上死点における燃焼室の天井とピストン頂面との距離が短い。そのため、燃焼室の天井とピストン頂面との間を通過する前記ガス流れＦ２（図９参照）の流勢が強くなり易い。そして、このガス流れＦ２により、一旦発生した点火プラグの火花が吹き消されてしまうことがある。この場合、混合気の点火に際して点火プラグの電極間での放電が何度も切れる現象（多重放電現象）が発生する。これは点火プラグの電極の摩耗を早期に進行させて耐久性能を低下させるため好ましくない。
【０００９】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、点火プラグでの多重放電現象の発生を抑えることのできる内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するための内燃機関は、燃焼室の天井が傘形状に形成されて、前記燃焼室の頂部に点火プラグが設置されている。また内燃機関には、燃焼室の天井の前記点火プラグよりも吸気導入口側の位置に凹部が形成されている。そして、内燃機関のピストン頂面の外縁における同ピストン頂面と前記天井との間隙のうち、前記点火プラグよりも前記吸気導入口側の位置の前記間隙が前記点火プラグよりも排気排出口側の位置の前記間隙と比較して狭くなっている。
【００１１】
上記内燃機関によれば、圧縮行程でのピストン頂面と燃焼室の天井との接近に際して、ピストン頂面で跳ね返った後に吸気導入口付近に向かうガス流れの一部を、燃焼室の天井に形成された凹部に流入させて案内することによって、同燃焼室の中央に向かう流れに偏向することができる。これにより、圧縮行程終期においても、燃焼室の内部における吸気導入口側から排気排出口側に向かうガスの流れ（第１ガス流）を保持することができる。そして上記内燃機関では、この第１ガス流と前述した排気排出口側から吸気導入口側に向かうガス流れ（第２ガス流）とが対向するため、圧縮行程終期において、それらガス流が衝突して第２ガス流の流勢が弱められるようになる。これにより、点火プラグに吹き付けられる第２ガス流の流勢を弱めることができるため、点火プラグでの多重放電の発生を抑えることができる。
【００１２】
また、上記内燃機関では、圧縮行程終期において、ピストン頂面の外縁における同ピストン頂面と燃焼室の天井との間隙が狭まることにより、同間隙内のガスが押し出されて、燃焼室の中央に向かうガス流れが生じる。そして上記内燃機関では、排気排出口側の位置の上記間隙よりも吸気導入口側の位置の上記間隙のほうが狭くなっている。そのため、上記間隙によって生じるガス流れの流勢のうち、吸気導入口側から燃焼室中央に向かう流れ（第１ガス流と同一方向に向かうガス流れ）の流勢が、排気排出口側から燃焼室中央に向かう流れ（第２ガス流と同一方向に向かうガス流れ）の流勢よりも強くなる。したがって上記内燃機関によれば、前記凹部によって案内される第１ガス流の流勢を上記第２ガス流の流勢に対して相対的に強めることができ、点火プラグに吹き付けられる第２ガス流の流勢を弱めて、点火プラグでの多重放電現象の発生を好適に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態の内燃機関の基本構造を模式的に示す断面図。
【図２】内燃機関の燃焼室周辺の断面構造を示す断面図。
【図３】シリンダヘッドを図２における矢印３方向から見た底面構造を示す底面図。
【図４】燃焼室内におけるガス流れの一例を示す作用図。
【図５】燃焼室内におけるガス流れの一例を示す作用図。
【図６】燃焼室内におけるガス流れの一例を示す作用図。
【図７】変形例の内燃機関の燃焼室周辺の断面構造を示す断面図。
【図８】変形例の内燃機関の燃焼室周辺の断面構造を示す断面図。
【図９】（ａ）〜（ｄ）従来の内燃機関の燃焼室内におけるガス流れの一例を示す略図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、内燃機関の一実施形態について説明する。
図１に示すように、内燃機関１１のシリンダブロック１２にはシリンダヘッド１３が組み付けられている。シリンダブロック１２のシリンダ１４内部には、シリンダヘッド１３に近づく方向と離れる方向とに往復移動するピストン１５が設けられている。そして、シリンダ１４内におけるシリンダヘッド１３とピストン１５との間に、燃焼室１６が区画形成されている。
【００１５】
図２または図３に示すように、上記内燃機関１１では、燃焼室１６の天井面１６Ｂになる部分（シリンダヘッド１３に形成される凹部）が傘形状に形成された、いわゆるペントハウス型の燃焼室が採用されている。また上記内燃機関１１では、ピストン１５の頂面（図２における上面）にタンブル流Ｔ（図１参照）を形成するための窪み部１５Ａが形成されている。そして、内燃機関１１は、圧縮上死点において、ピストン１５頂面における窪み部１５Ａよりも外周側の部分と燃焼室１６の天井面１６Ｂとの間に所定の間隙１６Ａ（いわゆるスキッシュエリア）が形成される構造になっている。
【００１６】
上記内燃機関１１では、シリンダヘッド１３における上記燃焼室１６の天井の頂部にあたる部分に、点火プラグ１７が取り付けられている。また、シリンダヘッド１３における上記燃焼室１６の天井にあたる部分において、上記点火プラグ１７の一方側（図１における左側）には複数（本実施形態では２つ）の吸気ポート１８が接続されており、同点火プラグ１７の他方側（図１における右側）には吸気ポート１８と同数（本実施形態では２つ）の排気ポート１９が接続されている。すなわち燃焼室１６の天井面１６Ｂには、複数の吸気ポート１８の開口（吸気導入口１８Ａ）と複数の排気ポート１９の開口（排気排出口１９Ａ）とが形成されている。さらに内燃機関１１には、吸気ポート１８内に燃料を噴射する燃料噴射弁２１が設けられている。
【００１７】
そして図１に示すように、内燃機関１１の吸気行程において、吸気バルブ２２が開弁動作して吸気ポート１８と燃焼室１６とが連通されると、上記燃料噴射弁２１からの噴射燃料と吸入空気とを含むガスが各吸気ポート１８から燃焼室１６内に吸入される。本実施形態の吸気ポート１８は、同吸気ポート１８を通じて燃焼室１６内に吸入されるガスの大部分がシリンダ１４内周面における吸気ポート１８から最も離れた排気側領域に向けて流動するようになる形状で延設されている。その結果、内燃機関１１の吸気行程では、吸気ポート１８を通じて燃焼室１６にガスが流入することにより、タンブル流Ｔが形成されるようになる。
【００１８】
上記内燃機関１１では、点火プラグ１７の電極１７Ａにおける火花放電によって噴射燃料と吸入空気とからなる混合気が着火されて燃焼し、この燃焼によって生じた力によってピストン１５が往復移動するようになる。
【００１９】
そして、内燃機関１１の排気行程において排気バルブ２３が開弁動作して燃焼室１６と排気ポート１９とが連通されると、各排気ポート１９を通じて燃焼室１６から燃焼ガス（排気）が排出される。
【００２０】
ここで、前述したようにタンブル流Ｔが発生する内燃機関１１では、圧縮上死点の近傍において、燃焼室１６内で排気排出口１９Ａ側から吸気導入口１８Ａ側に向かうガス流（第２ガス流）が残ることがあり、この第２ガス流により、一旦発生した点火プラグ１７の火花が吹き消されてしまうことがある。この場合、混合気の点火に際して点火プラグ１７の電極１７Ａ間での放電が何度も切れる現象（多重放電現象）が発生するため、点火プラグ１７の電極１７Ａの摩耗を早期に進行させて耐久性能を低下させるおそれがある。
【００２１】
ちなみに、こうした多重放電現象の発生を抑えるための対策としては、内燃機関１１の圧縮比を低くしたり、点火プラグ１７の電極１７Ａに印可する電圧を高くしたり、電極１７Ａの向きが第２ガス流の影響を受けにくい向きになるように点火プラグ１７を取り付けるようにしたりすることが考えられる。ただし、これらの対策は、内燃機関１１の燃費性能の低下や、点火系部品のコストアップ、点火プラグ１７の組み付け作業の繁雑化などを招く一因になるため好ましくない。
【００２２】
そこで本実施形態では、図２または図３に示すように、燃焼室１６の天井面１６Ｂにおける上記点火プラグ１７よりも吸気導入口１８Ａ側の位置に凹部３０を形成するようにしている。この凹部３０は、詳しくは、ピストン１５頂面の窪み部１５Ａの開口端部に対向する部分を始点とし、点火プラグ１７の配設位置を終点として、２つの吸気導入口１８Ａの間に挟まれた部分において直線状に延びる形状に形成されている。
【００２３】
また、ピストン１５頂面の外縁における同ピストン１５頂面と燃焼室１６の天井面１６Ｂとの間隙１６Ａ（いわゆるスキッシュエリア）が、点火プラグ１７よりも吸気導入口１８Ａ側の位置と点火プラグ１７よりも排気排出口１９Ａ側の位置とで異なる厚さになっている。詳しくは、点火プラグ１７よりも吸気導入口１８Ａ側の位置における上記間隙１６Ａ（具体的には、図２中にＴＩで示す厚さ）が、点火プラグ１７よりも排気排出口１９Ａ側の位置における上記間隙１６Ａ（具体的には、図２中にＴＥで示す厚さ）と比較して狭くなっている（ＴＩ＜ＴＥ）。
【００２４】
以下、上記凹部３０を形成したり上記間隙１６Ａの形状を設定したりすることによる作用について説明する。
図４中に黒塗りの矢印で示すように、内燃機関１１の圧縮行程では、タンブル流Ｔにおけるピストン１５の頂面に向かうガス流れが、同ピストン１５頂面の窪み部１５Ａによって案内されることによって偏向されて、吸気導入口１８Ａ付近に向かうようになる。そして、そうした吸気導入口１８Ａ付近に向かうガス流れの一部は、圧縮行程終期におけるピストン１５頂面と燃焼室１６の天井面１６Ｂとの接近に際して、図４中に白抜きの矢印で示すように、燃焼室１６の天井面１６Ｂに形成された凹部３０内に流入するようになる。さらに、凹部３０内に流入したガス流は、同凹部３０内を流れることによって偏向されて、同燃焼室１６の天井面１６Ｂの頂部に配置された点火プラグ１７に向かうようになる。このように上記内燃機関１１では、上記凹部３０が形成されているため、圧縮行程終期においても燃焼室１６の内部における吸気導入口１８Ａ側から排気排出口１９Ａ側に向かうガスの流れ（第１ガス流れ）が保持されるようになる。
【００２５】
また図５に示すように、内燃機関１１では、圧縮行程終期において、ピストン１５の上昇に伴いスキッシュエリア（前記間隙１６Ａ）が狭まることにより、同間隙１６Ａ内のガスが押し出されて、燃焼室１６の中央に向かうガス流れ（図中の矢印ＳＩ，ＳＥ）が生じる。そして内燃機関１１では、上記間隙１６Ａの厚さが各部において同一ではなく、排気排出口１９Ａ側の位置の間隙１６Ａ（厚さＴＥ［図２参照］）よりも吸気導入口１８Ａ側の位置の間隙１６Ａ（厚さＴＩ［図２参照］）のほうが狭くなっている。
【００２６】
そのため、上記間隙１６Ａの縮小に伴って生じるガス流れの流勢のうち、吸気導入口１８Ａ側から燃焼室１６中央に向かう流れＳＩ（第１ガス流と同一方向に向かうガス流れ）の流勢が、排気排出口１９Ａ側から燃焼室１６中央に向かう流れＳＥ（第２ガス流と同一方向に向かうガス流れ）の流勢よりも強くなる。したがって内燃機関１１によれば、間隙１６Ａの縮小に伴い生じるガス流によって、圧縮行程終期に燃焼室１６の天井面１６Ｂの凹部３０によって案内される第１ガス流の流勢が、前述した排気排出口１９Ａ側から吸気導入口１８Ａ側に向かう第２ガス流の流勢に対して相対的に強められるようになる。
【００２７】
図６に示すように、内燃機関１１では、上記第１ガス流（図中に黒塗りの矢印で示す）と第２ガス流（図中に白抜きの矢印で示す）とが対向している。そのため、内燃機関１１の圧縮行程終期において第１ガス流および第２ガス流が衝突するようになり、その結果、第２ガス流の流勢が弱められるようになる。したがって上記内燃機関１１によれば、点火プラグ１７に吹き付けられる第２ガス流の流勢を弱めることができ、点火プラグ１７での多重放電の発生を抑えることができるようになる。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）燃焼室１６の天井面１６Ｂにおける上記点火プラグ１７よりも吸気導入口１８Ａ側の位置に凹部３０を形成するようにした。また、ピストン１５頂面の外縁における同ピストン１５頂面と燃焼室１６の天井面１６Ｂとの間隙１６Ａのうち、点火プラグ１７よりも吸気導入口１８Ａ側の位置の上記間隙１６Ａを、点火プラグ１７よりも排気排出口１９Ａ側の位置の上記間隙１６Ａと比較して狭くした。そのため、点火プラグ１７での多重放電の発生を抑えることができる。
【００２９】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・図７に示すように、凹部４０を、燃焼室１６の天井面１６Ｂの外縁端と点火プラグ１７の配設位置とを直線状に繋ぐ形状で延設してもよい。
【００３０】
・図８に示すように、ピストン５５頂面の外縁端と同ピストン５５頂面の窪み部５５Ａの開口端部との距離であって、吸気導入口１８Ａ側の位置における距離（図中にＬＩで示す距離）を排気排出口１９Ａ側の位置における距離（図中にＬＥで示す距離）よりも長くしてもよい。また、こうした内燃機関５１において、凹部５０を、燃焼室５６の天井面５６Ｂにおける上記ピストン５５頂面の窪み部５５Ａの開口端部に対向する位置を始点に延びる形状に形成してもよい。こうした内燃機関５１によれば、上記実施形態の内燃機関１１と比較して、点火プラグ１７に近い位置に凹部５０および間隙５６Ａを設けて第１ガス流を形成することができるため、点火プラグ１７付近における第１ガス流の流勢を強めることが可能になり、第２ガス流の流勢を好適に弱めることができる。
【００３１】
・凹部の延設形状は、以下の（例１）〜（例３）に記載するように、燃焼室の天井の外縁側の部分から点火プラグ１７の配設位置まで延びる形状であれば、任意の形状に変更することができる。
（例１）燃焼室の天井面において凹部を、直線状に延設するのではなく、若干湾曲した形状で延設する。
（例２）凹部を、ピストン頂面の窪み部の開口端部に対向する部分を始点に延びる形状に形成することに代えて、ピストン頂面の窪み部の開口端部に対向する部分よりも前記点火プラグ１７側の部分を始点に延びる形状に形成する。
（例３）凹部を、吸気導入口１８Ａよりも天井面の外縁側の部分にのみ形成するなど、２つの吸気導入口１８Ａの間に挟まれた部分以外の部分のみに形成する。
【００３２】
・ピストン頂面における窪み部よりも外縁側の部分と燃焼室の天井との間隙であって、吸気導入口１８Ａ側の位置の間隙と排気排出口１９Ａ側の位置の間隙とを同一の厚さにしてもよい。
【００３３】
・上記実施形態の内燃機関は、１つの燃焼室に対して３つの吸気ポートが設けられた内燃機関や、１つの燃焼室に対して１つの排気ポートのみが設けられた内燃機関にも、その構成を適宜変更したうえで適用することができる。
【００３４】
・上記実施形態の内燃機関は、燃焼室内に燃料を直接噴射する直噴タイプの燃料噴射弁が設けられた内燃機関にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１１，５１…内燃機関、１２…シリンダブロック、１３…シリンダヘッド、１４…シリンダ、１５，５５…ピストン、１５Ａ，５５Ａ…窪み部、１６，５６…燃焼室、１６Ａ，５６Ａ…間隙、１６Ｂ，５６Ｂ…天井面、１７…点火プラグ、１７Ａ…電極、１８…吸気ポート、１８Ａ…吸気導入口、１９…排気ポート、１９Ａ…排気排出口、２１…燃料噴射弁、２２…吸気バルブ、２３…排気バルブ、３０，４０，５０…凹部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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