(57)【要約】【課題】ピストンリングの耐久性に影響を与えることなく、未燃損失低減が可能な火花点火式内燃機関を提供する。【解決手段】本発明の火花点火式内燃機関１は、ピストン頂面外周部１３とシリンダヘッド内壁面４ａとの間に狭小空間１５が形成される火花点火式内燃機関１において、シリンダヘッド内壁面４ａのうちピストン頂面外周部１３に対向する部分に、シリンダヘッド内壁面４ａから後退するヘッド側凹部２６が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン頂面外周部とシリンダヘッド内壁面との間に狭小空間が形成される火花点火式内燃機関において、
前記シリンダヘッド内壁面のうち前記ピストン頂面外周部に対向する部分に、前記シリンダヘッド内壁面から後退するヘッド側凹部が形成されていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストン頂面外周部とシリンダヘッド内壁面との間に狭小空間が形成された火花点火式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
狭小空間がピストン頂面外周部とシリンダヘッド内壁面との間に形成された火花点火式内燃機関において、未燃損失低減のため、シリンダボア周縁部に凹型の燃焼空間を有するものが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１００５４９号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５６７５７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の内燃機関において、シリンダボア周縁部にある凹型の燃焼空間はピストン頂面外周部を凹ませて形成されているため実質的にピストントップランドとシリンダボア壁との隙間空間が拡大することになる。そのため、火炎がその拡大した隙間空間に侵入し、ピストンリングの耐久性に影響を与える可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、ピストンリングの耐久性に影響を与えることなく、未燃損失低減が可能な火花点火式内燃機関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】
本発明の火花点火式内燃機関は、ピストン頂面外周部とシリンダヘッド内壁面との間に狭小空間が形成される火花点火式内燃機関において、前記シリンダヘッド内壁面のうち前記ピストン頂面外周部に対向する部分に、前記シリンダヘッド内壁面から後退するヘッド側凹部が形成されているものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の火花点火式内燃機関によれば、ピストン頂面外周部に対向するシリンダヘッド内壁面にヘッド側凹部が形成されているため、ピストントップランドとシリンダボア壁との隙間空間が拡大することがない。したがって、火炎が隙間空間に侵入し、ピストンリングの耐久性に影響を与えることがない。また、ヘッド側凹部が形成されて狭小空間の体積が拡大することによって、火炎が狭小空間外周まで到達でき、そこに存在する未燃混合気を燃焼させることができる。したがって、未燃損失低減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一形態に係る火花点火式内燃機関の要部の縦断面図。
【図２】本発明の一形態に係る火花点火式内燃機関のシリンダヘッドの下面図。
【図３】図１の高さＸ寸法と未燃混合気排出割合との関係を示した図。
【図４】図１の幅Ｙ寸法と未燃混合気排出割合との関係を示した図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に示した火花点火式内燃機関（以下、内燃機関という。）１は不図示の車両に走行用動力源として搭載される。内燃機関１は、気筒（シリンダ）２が形成されたシリンダブロック３と、気筒２の開口部を塞ぐシリンダヘッド４とを備える。シリンダブロック３とシリンダヘッド４との間には気筒２内の気密を維持するための不図示のシリンダヘッドガスケットが設けられている。
【００１０】
気筒２にはピストン１０が挿入され、ピストン１０は気筒２内を上下方向に往復動できる。ピストン１０は不図示のコネクティングロッドを介して不図示のクランクシャフトに連結されている。気筒２内に面するピストン頂面１０ａには、中央部にキャビティ１２が形成されており、キャビティ１２の周囲にピストン頂面外周部１３が設けられている。
【００１１】
キャビティ１２とシリンダヘッド内壁面４ａとの間には、燃焼室１４が形成される。また、ピストン頂面外周部１３とシリンダヘッド内壁面４ａとの間には、狭小空間１５が形成される。不図示の点火プラグは、その先端部がキャビティ１２の中央に臨む状態でシリンダヘッド４に設けられている。ピストン１０が上死点付近に位置するときに点プラグの電極から火花が飛ばされ、混合気が着火する。
【００１２】
ピストン１０の上部外周（ピストントップランド）には、上から下へ順にトップリング溝１０１、セカンドリング溝１０２及びオイルリング溝１０３がそれぞれ形成されている。トップ溝１０１には、トップリング１０４が装着されている。セカンドリング溝１０２には、セカンドリング１０５が装着されている。そして、オイルリング溝１０３には、オイルリング１０６が装着されている。また、トップリング１０４及びセカンドリング１０５には、コンプレッションリングが使用される。
【００１３】
図２に示すように、シリンダヘッド４には、燃焼室１４及び狭小空間１５に向かって開口する吸気ポート２１及び排気ポート２２がそれぞれ２つずつ形成されている。吸気ポート２１には不図示の吸気弁が設けられ、排気ポート２２には不図示の排気弁が設けられている。内燃機関１は、吸気ポート２１から燃焼室１４に吸入しピストン１０で圧縮して高温となった混合気に点火プラグの電極から火花が飛ばされることによって混合気を着火させて燃焼させる。そして、燃焼後のガスは燃焼室１４から排気ポート２２へ排出される。
【００１４】
シリンダヘッド内壁面４ａのうちピストン頂面外周部１３に対向する部分には、吸気ポート２１及び排気ポート２２を避けるように、図２の斜線部分にシリンダヘッド内壁面４ａから後退するヘッド側凹部２６が４つ形成されている。図１に示すように、これらのヘッド側凹部２６の深さ及び幅は一定であり、ヘッド側凹部２６を気筒２の中心線に沿った平面で切断した断面は平行四辺形となっている。
【００１５】
一般に、圧縮比を高めるには、図１に示すように上死点におけるピストン頂面１０ａとシリンダヘッド内壁面４ａとの隙間Ｚを小さくして、燃焼室容積を縮小する必要がある。点火プラグからある程度の距離を保ち初期火炎成長を促すために必要な燃焼室１４以外の狭小空間１５は、隙間Ｚが小さいためほぼ全域が狭小空間となる。その狭小空間によって、火炎面（未燃混合気と既燃ガスの境界）が燃焼室１４から狭小空間１５外周まで拡がり難い。
【００１６】
一般的に、燃焼質量割合が５０％となる場合、燃焼体積割合は８０％程度となる。この時、中央点火ならば、未燃混合気はシリンダボア径のおおよそ８０％となる位置より径方向外側の領域（以下、狭小空間外周という。）に存在することになる。一方、本願発明者が実験を行った結果、未燃損失は、燃焼質量割合がおよそ５０％となったクランク角における「ピストン頂面とシリンダヘッド内壁面との隙間」と相関が強いことが判明した。より限定すれば、その時期に未燃混合気が存在する狭小空間外周のピストン頂面とシリンダヘッド内壁面との隙間と相関が強く、これがある一定値より小さければ未燃損失が急激に増加する。これは、未燃混合気が存在する領域で火炎伝播可能なクリアランスが確保できなくなるためである。高圧縮比化した場合には、必然的にこのシリンダボア外側のクリアランスが縮小し、結果として未燃損失が増加する。
【００１７】
そして、未燃損失低減のため、従来では、シリンダボア周縁部に凹型の燃焼空間が形成されている。しかし、シリンダボア周縁部にある凹型の燃焼空間はピストン頂面外周部を凹ませて形成されているため実質的にピストントップランドとシリンダボア壁との隙間空間が拡大することになる。そのため、火炎がその拡大した隙間空間に侵入し、ピストンリングの耐久性に影響を与える可能性がある。
【００１８】
本形態の場合、シリンダヘッド内壁面４ａのうちピストン頂面外周部１３に対向する部分にヘッド側凹部２６を形成することにより、ピストントップランドとシリンダボア壁との隙間空間が拡大することがない。したがって、火炎が隙間空間に侵入し、ピストンリングの耐久性に影響を与えることがない。また、ヘッド側凹部２６が形成されて狭小空間１５の体積が拡大することによって、火炎が狭小空間１５外周まで到達でき、そこに存在する未燃混合気を燃焼させることができる。したがって、未燃損失低減が可能である。
【００１９】
なお、狭小空間１５における未燃損失の低減効果を大きくするためにヘッド側凹部２６の体積を大きくすると、圧縮比の低下を招く。本願発明者が実機検証した結果、本形態のようにピストン頂面１０ａにキャビティ１２が形成されており、上死点におけるピストン頂面１０ａとシリンダヘッド内壁面４ａとの隙間Ｚが一定の場合は、図３及び図４に示すように、上死点におけるヘッド側凹部２６を含む部分の狭小空間１５の高さＸ及び幅Ｙが拡大するほど未燃混合気排出割合が低減するが、それぞれ約３ｍｍ及びシリンダボア径の約３％になったところから未燃損失の低減効果が飽和状態となることが判明した。したがって、高さＸ及び幅Ｙをそれぞれ３ｍｍ以上及びシリンダボア径の３％以上に設定すると、未燃損失の低減効果が高くなる。
【００２０】
そこで、図１に示すように、上死点におけるピストン頂面１０ａとシリンダヘッド内壁面４ａとの隙間Ｚが一定の場合にヘッド側凹部２６の深さ及び幅を変更することによって、ヘッド側凹部２６を含む部分の狭小空間１５の形状が上記の寸法を満たすようにしつつ、圧縮比を理想的な値に調整する。
【００２１】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、ヘッド側凹部２６の断面形状は平行四辺形となっているが、シリンダヘッド内壁面４ａ側に形成される限りにおいて矩形や不規則な形状にしてもよい。そして、ヘッド側凹部２６の深さ及び幅が一定である必要もない。また、ヘッド側凹部２６を含む部分の狭小空間１５の高さＸ及び幅Ｙを必ずしもそれぞれ３ｍｍ以上及びシリンダボア径の３％以上に設定する必要がなく、未燃損失低減の効果があればよい。
【符号の説明】
【００２２】
１  内燃機関
４ａ  シリンダヘッド内壁面
１３  ピストン頂面外周部
１５  狭小空間
２６  ヘッド側凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2015222055.tif 000006