(57)【要約】【課題】吸気バルブのリフト量で吸入空気量を制御する内燃機関において、リフト量が極小さいときでも回転指向性を有した逆タンブル流を生成して、安定した燃焼性を確保する。【解決手段】  ピストン８の冠面に、２個の吸気バルブ間と２個の排気バルブ間を繋ぐ線を稜線ｒとして該稜線ｒの両側に１対の傾斜面８ａ、８ｂを設け、該傾斜面８ａ、８ｂに連なり前記稜線から離れたピストン外周側で深さが最大となるように１対の凹陥部８Ａ，８Ｂを形成した。【選択図】図３
2008175133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒毎に、２個の吸気バルブを備えた内燃機関の燃焼室構造において、
ピストン冠面に、ピストン中心部を通って２個の吸気バルブ間と排気側とを繋ぐ線を稜線として該稜線の両側に１対の傾斜面を設け、該傾斜面に連なり前記稜線から離れたピストン外周側で深さが最大となるように１対の凹陥部を形成したことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
【請求項２】
前記１対の傾斜面は、略一定の傾斜度で直線状に傾斜す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１対の傾斜面は、前記稜線に近い側で傾斜度が大きく、稜線から離れるにしたがって傾斜度が徐々に減少するように曲線状に傾斜す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４】
前記１対の凹陥部は、前記稜線と平行な方向において、それぞれ、中間部で最も深く、その両側に離れるにしたがって浅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３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼室構造。
【請求項５】
前記稜線の両側に連なる傾斜面を、それぞれ、最深部を挟んで対称となるように、２つの平面を接続して形成したことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の燃焼室構造。
【請求項６】
前記各傾斜面の最深部は、両側の面に対し段差を有して凹ませた形状であることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の燃焼室構造。
【請求項７】
前記１対の凹陥部は、前記稜線と平行な方向において、略一定の深さに形成さ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１つ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】
本発明は、内燃機関の燃焼室構造に関し、特に、燃焼室内の吸気流動を保存（減衰を抑制）して燃焼安定性を良好に維持する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、水平軸線回りの一対の旋回流を形成するようにした内燃機関のピストンの頂面構造であって、各吸気バルブおよび各排気バルブを逃がすためのバルブリセスを備え、排気バルブ用の各バルブリセスから、それぞれが対面する吸気弁用の各バルブリセスまで連続的にかつ互いに独立して延びる一対の凹部を形成して上記一対の旋回流がこれら凹部内をそれぞれ進行するようにしたピストンの頂面構造が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、ピストン冠面に、吸気側と排気側との間を通る中心線を稜線として両側に傾斜面を有した凹陥部を設けた構造が示されている。
【特許文献１】特開平９−３１７５５５号
【特許文献２】特開２００２−３６４３６８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１では、タンブル流生成用の凹部は、底面が曲面になっており、低回転高負荷時など吸気バルブの中間リフト近辺では、タンブル流回転方向の指向性に乏しく不安定であるため、十分な燃焼安定性の確保は難しかった。
【０００５】
また、特許文献２のものも、低回転高負荷時など吸気バルブの中間リフト近辺でタンブル流回転の指向性を強化する機能はなく、十分な燃焼安定性の確保は難しかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、本発明は、
気筒毎に、２個の吸気バルブを備えた内燃機関の燃焼室構造において、
ピストン冠面に、ピストン中心部を通って２個の吸気バルブ間と排気側とを繋ぐ線を稜線として該稜線の両側に１対の傾斜面を設け、該傾斜面に連なり前記稜線から離れたピストン外周側で深さが最大となるように１対の凹陥部を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
吸気バルブを、低回転高負荷時など吸気バルブの中間リフト近辺で運転した場合、吸気ポートから吸気バルブを介して燃焼室内に流入した１対の対称的な双子状の吸気流は、初期の吸気行程ではシリンダボア壁に沿って略水平に旋回するが、圧縮行程に入ると、ピストン冠面の凹陥部の傾斜面によって、吸気バルブ側に向かう流れは上側へ、また、排気バルブ側に向かう流れは下側へと斜め方向の旋回に変換され、圧縮行程後期では、縦方向の旋回流（逆タンブル流）に変換する。
【０００８】
そして、点火時期近傍で、上記のように十分に回転指向性を強化された逆タンブル流を崩壊させ、乱れに変換することで、燃焼安定性が向上し、ひいては燃費を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１及び図２は、本発明の一実施形態を示す直噴火花点火式内燃機関（以下エンジンという）の要部縦断面図及び横断面図である。
【００１１】
エンジンのシリンダ壁１１とピストン８との間に形成される燃焼室１には、その上面（シリンダヘッド）側の略中央部に点火プラグ２が配置されている。そして、点火プラグ２を囲むように、２本ずつ吸気ポート３Ａ，３Ｂ及び排気ポート４Ａ，４Ｂが開口し、それぞれに吸気バルブ５Ａ，５Ｂ及び排気バルブ６Ａ，６Ｂが装着されている。
【００１２】
燃料噴射弁７は、吸気ポート３Ａ，３Ｂ間に設置され、燃焼室１の吸気バルブ５Ａ，５Ｂ側の側部に斜め下向きに配置され、複数形成された各噴孔から、それぞれ所定の方向を指向して燃焼室１中心部側に燃料を噴射するようになっている。
【００１３】
前記吸気バルブ５Ａ，５Ｂ（または吸気バルブ５Ａ，５Ｂ及び排気バルブ６Ａ，６Ｂ）には、可変動弁装置として、吸気バルブ５Ａ，５Ｂのバルブ作動角（開期間）及びリフト量を連続的に変化させることができるバルブ作動角及びリフト量可変装置（ＶＥＬ）２１が設けられ、ＥＣＵ（電子制御ユニット）２０により、電子制御されるように構成されている。
【００１４】
前記ピストン８の冠面に、２個の吸気バルブ５Ａ，５Ｂ間と２個の排気バルブ６Ａ，６Ｂ間を繋ぐ線を稜線ｒとして、該稜線ｒの両側に１対の傾斜面８ａ，８ｂを設け、該傾斜面８ａ，８ｂに連なり前記稜線から離れたピストン外周側で深さが最大となるように１対の凹陥部８Ａ，８Ｂを形成する。なお、前記稜線は、ピストン中心部を通って２個の吸気バルブ間と排気側とを繋ぐ線として定義され、気筒毎の排気バルブの数が２個のもの以外にも適用できる。
【００１５】
ここで、前記１対の傾斜面８Ａ，８Ｂは、図３，４に示すように、略一定の傾斜度で直線状に傾斜しているが、図１に示すように、１対の凹陥部８Ａ，８Ｂの前記稜線ｒと平行な方向の断面においては、それぞれ、中間部（ピストン中心部を通って稜線と直交する部分）で最も深く、その両側に離れるにしたがって浅くなるように形成されている。
【００１６】
次に、吸気バルブ５Ａ，５Ｂの可変動弁装置について、図５及び図６により説明する。
【００１７】
吸気バルブ５Ａ，５Ｂの端部のバルブリフタ４０の上方には、図外のクランク軸に連動して軸周りに回転駆動されるカム軸４１が気筒列方向に延在している。このカム軸４１の外周には、吸気バルブ５Ａ，５Ｂに対応して揺動カム４２が揺動可能に外嵌されており、この揺動カム４２がバルブリフタ４０に当接してこれを押圧することにより、吸気バルブ５Ａ，５Ｂが図外のバルブスプリングのバネ力に抗して開閉駆動される。
【００１８】
ここにおいて、カム軸４１と揺動カム４２との間で、両者４１、４２を機械的に連携するリンクの姿勢を変化させて、吸気バルブ５Ａ，５Ｂのバルブ作動角（開期間）及びリフト量を連続的に可変制御可能なバルブ作動角及びリフト量可変装置（ＶＥＬ装置）が設けられている。
【００１９】
ＶＥＬ装置は、カム軸４１に偏心して設けられてカム軸４１と一体的に回転する駆動カム４３と、この駆動カム４３の外周に相対回転可能に外嵌するリング状リンク４４と、カム軸４１と略平行に気筒列方向へ延在する制御軸４５と、この制御軸４５に偏心して設けられて制御軸４５と一体的に回転する制御カム４６と、この制御カム４６の外周に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク４４の先端と相対回転可能に連結されたロッカアーム４７と、このロッカアーム４７の他端と揺動カム４２の先端とに回転可能に連結され、両者４７、４２を機械的に連携するロッド状リンク４８と、を有している。
【００２０】
上記のカム軸４１及び制御軸４５は、軸受ブラケットを介してエンジンのシリンダヘッド側へ回転可能に支持されている。制御軸４５の一端にはバルブ作動角変更用のアクチュエータ（ＶＥＬソレノイド）４９の出力端が接続されており、このＶＥＬソレノイド４９によって制御軸４５が所定の制御角度範囲内で軸周りに回転駆動されると共に、所定の回転位相に保持される。
【００２１】
このような構成により、クランク軸に連動してカム軸４１が回転すると、駆動カム４３を介してリング状リンク４４が実質的に並進作動すると共に、ロッカアーム４７が制御カム４６周りを揺動し、ロッド状リンク４８を介して揺動カム４２が揺動して、吸気バルブ５Ａ，５Ｂが開閉駆動される。
【００２２】
また、ＶＥＬソレノイド４９により制御軸４５を回動することにより、ロッカアーム４７の揺動中心となる制御カム４６の中心位置が変化して、各リンク４４、４８等の姿勢が変化し、揺動カム４２の揺動角度範囲が変化する。これにより、バルブ作動角の中心位相が略一定のままで、バルブ作動角及びリフト量が連続的に変化する。より具体的には、制御軸４５を一方向へ回動することにより、バルブ作動角及びリフト量が増加し、他方向へ回動することによりバルブ作動角及びリフト量が減少するようになっている。
【００２３】
従って、ＥＣＵ２０からの信号で、ＶＥＬソレノイド４９の通電量をデューティ制御することで、制御軸４５の回転位相を変更して、吸気バルブ５Ａ，５Ｂのバルブ作動角及びリフト量を変更することができ、これによりバルブ作動角及びリフト量可変装置（ＶＥＬ装置）が構成される。
【００２４】
上記のような可変動弁装置によれば、スロットル弁は基本的に全開としたまま（吸気負圧要求時のみ絞り制御する）、吸気バルブ５Ａ，５Ｂのリフト量を制御することによって、燃焼室直前で吸入空気量を制御することができ、上流側のスロットル弁で制御する場合より損失を低減できる。
【００２５】
この方式では、低回転高負荷時などで、吸気バルブ５Ａ，５Ｂは、中間リフト近辺に制御される。
【００２６】
このように、吸気バルブを中間リフト近辺に制御した場合の吸入空気の流動について説明する。
【００２７】
図７に示すように、吸入空気は、吸気バルブ５Ａ，５Ｂのバルブヘッド上面と吸気ポート３Ａ，３Ｂ開口部との環状の隙間から燃焼室１内に流入し、初期の吸気行程では図８に示すように、吸気側から排気側に向かってシリンダボア壁面に沿って流れた後、排気側からシリンダ中央部を通って吸気側に戻る略水平に旋回する双子状の吸気流が形成される。
【００２８】
圧縮行程に入ると図９に示すように、凹陥部８Ａ，８Ｂの傾斜面８ａ，８ｂを有した形状により、排気側から吸気側に向かう流れは、傾斜面８ａ，８ｂの稜線ｒ近くの高い部分に沿って押し上げられ、吸気側から排気側に向かう外周側の流れは、傾斜面８ａ，８ｂ端部側の深い部分に沿って下方に落ち込む作用が働き、斜め方向に旋回する渦流に変換される。
【００２９】
そして、圧縮行程後期では、上記変換作用が促進され、図１０に示すように、略縦方向の旋回流（逆タンブル流）に変換する。
【００３０】
このように、凹陥部８Ａ，８Ｂの傾斜面８ａ，８ｂによって縦方向の旋回流に変換されることにより、低回転高負荷時などで、吸気バルブ５Ａ，５Ｂは、中間リフト近辺に制御したときでも、十分な指向性を有した逆タンブル流が形成され、最終的に点火時期近傍で、この逆タンブル流を崩壊させ、乱れに変換することで、燃焼安定性が向上し、ひいては燃費を向上できる。
【００３１】
また、本実施形態では、図１に示すように、稜線ｒと平行な方向の断面において、それぞれ、中間部（ピストン中心部を通って稜線と直交する部分）で最も深く、その両側に離れるにしたがって浅くなるように湾曲させて形成したため、該湾曲に沿って円弧状に滑らかに流動するタンブル流を生成することができる。
【００３２】
ただし、簡易的には、図１１に示す第２の実施形態のように、凹陥部８Ａ，８Ｂを、それぞれ、稜線ｒと平行な方向の断面において、深さ一定の直線状となるように形成してもよい。
【００３３】
図１２は、第３の実施形態を示し、稜線ｒの両側に連なる傾斜面８ａ、８ｂを、稜線に近い側で傾斜度が大きく、稜線から離れるにしたがって傾斜度が徐々に減少するように曲線状に傾斜させて形成したものである。
【００３４】
このようにすれば、特に、圧縮行程前半で斜め方向へ旋回する渦流を効率よく生成し、圧縮行程後半での逆タンブル流生成を容易にする。
【００３５】
図１３は、第４の実施形態を示し、稜線ｒの両側に連なる傾斜面８ａ、８ｂを、それぞれ、稜線ｒと平行な方向の断面において、最深部を挟んで対称となるように、２つの平面８ａｉ、８ａｅ（８ａｉ、８ａｅ）を接続して形成したものである。
【００３６】
このようにすれば、ピストン冠面の面積を極力小さくし、熱損失を抑えつつ、逆タンブルを生成することができる。
【００３７】
図１４は、第５の実施形態を示し、稜線ｒの両側に連なる傾斜面８ａ、８ｂを、稜線ｒと平行な方向の断面において、最深部を、その両側の面に対し段差を有して凹ませた形状としたものである。
【００３８】
このようにすれば、最深部のみ凹ませればよいので、燃焼室容積の増大を抑えつつ、逆タンブルを生成することができる。また、バルブリセス用の凹部を利用し該凹部を延長するなどして容易に加工できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１の実施形態に係る直噴火花点火式内燃機関の要部を示す縦断面図（図２のＡ−Ａ断面図）
【図２】同上内燃機関の要部を示す横断面図
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図
【図４】図２のＣ−Ｃ断面図
【図５】可変動弁装置の構成図
【図６】図５の要部断面図
【図７】同上実施形態における中間リフト近辺での燃焼室内への吸気が流入するときの状態を示す要部縦断面図
【図８】同じく吸気行程時の吸気流動の状態を示す横断面図
【図９】同じく圧縮行程前半時の吸気流動の状態を示す横断面図（図８のＡ−Ａ断面図）
【図１０】同じく圧縮行程後半時の吸気流動の状態を示す縦断面図
【図１１】第２の実施形態における図２のＡ−Ａ断面相当の図
【図１２】第３の実施形態における図２のＢ−Ｂ断面相当及びＣ−Ｃ断面相当の図
【図１３】第４の実施形態における図２のＡ−Ａ断面相当の図
【図１４】第５の実施形態における図２のＡ−Ａ断面相当の図
【符号の説明】
【００４０】
１   燃焼室
２   点火栓
５Ａ，５Ｂ   吸気バルブ
６Ａ，６Ｂ   排気バルブ
８   ピストン
８ａ，８ｂ   傾斜面
８ａｉ，８ｂｅ   傾斜面
８Ａ，８Ｂ   凹陥部
２０  ＥＣＵ
２１  バルブ作動角及びリフト量可変装置
ｒ   稜線
【図１】
2008175133.tif 000003
【図２】
2008175133.tif 000004
【図３】
2008175133.tif 000005
【図４】
2008175133.tif 000006
【図５】
2008175133.tif 000007
【図６】
2008175133.tif 000008
【図７】
2008175133.tif 000009
【図８】
2008175133.tif 000010
【図９】
2008175133.tif 000011
【図１０】
2008175133.tif 000012
【図１１】
2008175133.tif 000013
【図１２】
2008175133.tif 000014
【図１３】
2008175133.tif 000015
【図１４】
2008175133.tif 000016