(57)【要約】【課題】スキッシュ流の方向を自由に操作して燃焼効率を向上するとともにピストンとシリンダヘッドとの間に空場所を広くしてスキッシュエリアを形成できる内燃機関のスキッシュ流発生方法とその構造を提供すること。【解決手段】シリンダブロック１にはピストン５を往復動可能に配置し、シリンダヘッド１０には、二重管構造の吸気バルブ１５と排気バルブ１８とを配置する。ピストン５の頂部に凸状突起部８を形成し、排気バルブの接続通路１４ｂを凹状部２４として形成する。圧縮行程の後期において、凸状突起部８を凹状部２４に突入する際に、ピストン５上面のスキッシュ面９とシリンダヘッド１０との間に第１のスキッシュリアＳ１を形成し、凸状突起部８と凹状部２４との間に第２のスキッシュエリアＳ２を形成する。両スキッシュエリアＳ１、Ｓ２で発生したスキッシュ流を衝突させて攪拌する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダとシリンダ内で往復動するピストンとを備えた内燃機関のスキッシュ流発生方法であって、
前記シリンダのシリンダヘッドの下面に凹部を形成し、前記ピストンの頂部に前記凹部に嵌合する凸部を形成し、前記凹部と前記凸部との間にスキッシュエリアを形成することによって、圧縮行程における前記ピストンの上昇時に、前記凸部と凹部との間に流入した燃焼室の混合圧縮気体を乱流させてスキッシュ流を発生させることを特徴とする内燃機関のスキッシュ流発生方法。
【請求項２】
シリンダとシリンダ内で往復動するピストンとを備えた内燃機関のスキッシュ流発生方法であって、
前記シリンダの上面にスキッシュ面を形成するとともに、前記スキッシュ面と前記シリンダのシリンダヘッドの下面との間に第１のスキッシュエリアを形成し、
前記シリンダヘッドの下面に凹部を形成し、前記ピストンの頂部に前記凹部に嵌合する凸部を形成するとともに、前記凹部と前記凸部との間に第２のスキッシュエリアを形成し、
これによって、圧縮行程における前記ピストンの上昇時に、前記第２のスキッシュエリアで発生したスキッシュ流を、前記第１のスキッシュエリアで発生したスキッシュ流と衝突させて燃焼室の混合圧縮気体を撹拌させることを特徴とする内燃機関のスキッシュ流発生方法。
【請求項３】
往復動するピストンを有するシリンダ室と、吸気路及び排気路を有するシリンダヘッドと、を備え、前記吸気路には吸気用バルブが配設されるとともに前記排気路には排気用バルブが配設され、前記吸気用バルブ及び前記排気用バルブとは、それぞれ一部に開口部を有して回動可能な外バルブと内バルブとを備えて二重管構造に形成される内燃機関のスキッシュ流発生構造であって、
前記シリンダヘッドには、前記排気用バルブと前記ピストン頂部との間に前記排気用バルブに通じる凹部が形成され、前記ピストンの頂部には前記凹部と嵌合する凸部が形成され、前記凹部と前記凸部との間に形成される隙間が、スキッシュ流を発生するスキッシュエリアとして形成されていることを特徴とする内燃機関のスキッシュ流発生構造。
【請求項４】
往復動するピストンを有するシリンダ室と、吸気路及び排気路を有するシリンダヘッドと、を備え、前記吸気路には吸気用バルブが配設されるとともに前記排気路には排気用バルブが配設され、前記吸気用バルブ及び前記排気用バルブとは、それぞれ一部に開口部を有して回動可能な外バルブと内バルブとを備えて二重管構造に形成される内燃機関のスキッシュ流発生構造であって、
前記シリンダの上面にスキッシュ面が形成されるとともに、前記スキッシュ面と前記シリンダのシリンダヘッドの下面との間に第１のスキッシュエリアが形成され、
前記シリンダヘッドには、前記排気用バルブと前記ピストン頂部との間に前記排気用バルブに通じる凹部が形成され、前記ピストンの頂部には前記凹部と嵌合する凸部が形成され、前記凹部と前記凸部との間に形成される隙間が、スキッシュ流を発生する第２のスキッシュエリアとして形成され、
圧縮行程における前記ピストンの上昇時に、前記第２のスキッシュエリアで発生したスキッシュ流を、前記第１のスキッシュエリアで発生したスキッシュ流と衝突可能に構成することを特徴とする内燃機関のスキッシュ流発生構造。
【請求項５】
前記凸部の前記排気用バルブとの対向面が、前記排気用バルブの外周面の形状に沿って形成されていることを特徴とする請求項３又は４記載の内燃機関のスキッシュ流発生構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストン往復動型内燃機関の圧縮行程における、燃焼室内のガスを攪拌して完全燃焼させる内燃機関のスキッシュ流発生方法とその構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンの燃焼室内における混合ガスを攪拌する方法としては、一般的にスワール渦流・タンブル渦流の吸気流を利用した方法、あるいはスキッシュ流を発生させて混合効率を向上させることが行われてきた。スキッシュ流は、ピストン頂部外周とシリンダヘッドに挟まれたスキッシュエリアによって発生されていた。
【０００３】
スキッシュ流を発生させる具体的なものとしては、従来においては、例えば、特許文献１、特許文献２等が知られている。また、改良された内燃機関の吸・排気構造として特許文献３が知られている。
【０００４】
特許文献１は、ディーゼルエンジンの燃焼室構造であって、ピストンヘッドに燃焼室を設けている。燃焼室は、燃焼室の入口部の略半分に突起部を設け、残る半分は燃焼室の側壁と同一径を保つように形成されている。これによって、リバーススキッシュにより発生する乱流場を広範囲に広げてスモークを低減するように構成されていた。
【０００５】
特許文献２は、空燃混合をさらに促進して、燃焼の促進を図る目的で発明されたものであり、ピストンヘッドに深皿型燃焼室を凹設して周囲に筒肉壁部分を形成し、筒肉壁部分の頂面に複数のスワール生成領域とスキッシュ生成領域とを周方向に交互に配置している。そして、スキッシュ生成領域を偏平に形成し、スワール生成領域のうちの深皿型燃焼室寄り部にスワール生成案内溝を形成している。この構成によって、ピストンの圧縮行程の後期において、スキッシュ生成領域では空燃混合気が圧縮されてスキッシュ流が生成され、スワール生成案内溝では空燃混合気が圧縮されてスワール渦流が生成される。発生されたスキッシュ流は深皿型燃焼室の上半中央部で互いに衝突して乱流を発生し、スワール渦流は深皿型燃焼室の下半中央部で互いに衝突して乱流を発生することとなっていた。これによって、空燃混合気は、攪拌されて燃焼の促進を図ることとなっていた。
【０００６】
特許文献３は、本出願人が出願したものであり、動弁機構の吸排気効率および点火効率を向上させるために、シリンダブロックにピストンを往復動可能に配置するとともに、シリンダヘッドには、外バルブと内バルブとを有して二重管構造を構成する吸気バルブと排気バルブとを備えている。吸気バルブと排気バルブとをそれぞれ別々に回転駆動し、吸気バルブの全開口タイミングを吸気行程におけるピストンのストローク半ばで行い、排気バルブの全開口タイミングを排気行程におけるピストンのストローク半ばで行うことによって、吸気効率、排気効率を高めることができるようになっていた。
【特許文献１】特開平１０−８８６９号公報
【特許文献２】特開２００１−９０５４２公報
【特許文献３】特開２００７−９７７７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、スキッシュ流を利用する従来の方法（特許文献１及び特許文献２）では、いずれもピストン頂部外周とシリンダヘッドに挟まれたスキッシュエリアによって発生させていることから、スキッシュ流が進む方向は燃焼室のシリンダ中心に向かうようになっていた。このため圧縮ガスが着火して火炎が燃焼室で燃え広がる際、一番遠く狭い場所であるスキッシュエリアは、それ自体が発生させたスキッシュ乱流によってさらに最も遅く火炎が到達して燃焼が始まることになる。燃焼室の一番遠く狭い場所はシリンダ壁と接する部分であるから完全燃焼となりにくい状況にあり燃焼効率を向上させることができない虞があった。
【０００８】
また、現在の内燃機関では、シリンダヘッド側において吸・排気効率を向上させるため、あるいはバルブ質量を軽減してエンジンの許容回転数の上昇によって出力を向上させるために、吸気弁２個、排気弁２個のいわゆる４バルブ構造が主流となっている。そのため、シリンダヘッドには２個の吸気弁、２個の排気弁、点火プラグ、筒内燃料噴射ノズルが配置されていることから空場所がほとんどない状況となっている。特許文献１または特許文献２では、ピストン頂部外周とシリンダヘッドとの挟められたスキッシュエリアでスキッシュ流を形成していたことから、スキッシュ流の乱流を自由に操作することが制限されることとなっていた。つまり、スキッシュ流を操作するために、例えば突起物を設けることができなかった。
【０００９】
スキッシュ流の方向操作を自由に行うことが火炎伝播を速く万遍に行き渡らせることになるから、例えば、バルブの傘部に突起物を設けるかあるいはピストン頂部に凸部を設けてスキッシュ流の方向を操作することが考えられる。しかし、その際、ピストンの質量が増加することがないか、スキッシュ流を発生するためにピストンとバルブとを極力狭く設定できるかどうか、エンジン回転数を上げる際にピストンとバルブとの接触を防止することができるかどうかということが新たな課題として発生することになっていた。
【００１０】
特に、ピストンとバルブとの接触を防止することに関しては、バルブが往復動する構成を見直す必要があった。特許文献３では、回転する二重管構造となっていることから、この構成を利用してスキッシュ流の方向操作することが新たな課題として挙げられてきた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、ピストン往復動型内燃機関の圧縮行程における燃焼室内のガスを充分に攪拌して完全燃焼させることによって、省燃費や排気ガス浄化を図り、これによって地球環境を守るために自動車の排気ガス対策を図ることができる内燃機関におけるスキッシュ流発生方法とその構造を提供することを目的とする。すなわち、
請求項１記載の発明では、シリンダとシリンダ内で往復動するピストンとを備えた内燃機関のスキッシュ流発生方法であって、前記シリンダのシリンダヘッドの下面に凹部を形成し、前記ピストンの頂部に前記凹部に嵌合する凸部を形成し、前記凹部と前記凸部との間にスキッシュエリアを形成することによって、圧縮行程における前記ピストンの上昇時に、前記凸部と凹部との間に流入した燃焼室の混合圧縮気体を乱流させてスキッシュ流を発生させることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２記載の発明では、シリンダとシリンダ内で往復動するピストンとを備えた内燃機関のスキッシュ流発生方法であって、前記シリンダの上面にスキッシュ面を形成するとともに、前記スキッシュ面と前記シリンダのシリンダヘッドの下面との間に第１のスキッシュエリアを形成し、前記シリンダヘッドの下面に凹部を形成し、前記ピストンの頂部に前記凹部に嵌合する凸部を形成するとともに、前記凹部と前記凸部との間に第２のスキッシュエリアを形成し、これによって、圧縮行程における前記ピストンの上昇時に、前記第２のスキッシュエリアで発生したスキッシュ流を、前記第１のスキッシュエリアで発生したスキッシュ流と衝突させて燃焼室の混合圧縮気体を撹拌させることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３記載の発明では、往復動するピストンを有するシリンダ室と、吸気路及び排気路を有するシリンダヘッドと、を備え、前記吸気路には吸気用バルブが配設されるとともに前記排気路には排気用バルブが配設され、前記吸気用バルブ及び前記排気用バルブとは、それぞれ一部に開口部を有して回動可能な外バルブと内バルブとを備えて二重管構造に形成される内燃機関のスキッシュ流発生構造であって、前記シリンダヘッドには、前記排気用バルブと前記ピストン頂部との間に前記排気用バルブに通じる凹部が形成され、前記ピストンの頂部には前記凹部と嵌合する凸部が形成され、前記凹部と前記凸部との間に形成される隙間が、スキッシュ流を発生するスキッシュエリアとして形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４記載の発明では、往復動するピストンを有するシリンダ室と、吸気路及び排気路を有するシリンダヘッドと、を備え、前記吸気路には吸気用バルブが配設されるとともに前記排気路には排気用バルブが配設され、前記吸気用バルブ及び前記排気用バルブとは、それぞれ一部に開口部を有して回動可能な外バルブと内バルブとを備えて二重管構造に形成される内燃機関のスキッシュ流発生構造であって、前記シリンダの上面にスキッシュ面が形成されるとともに、前記スキッシュ面と前記シリンダのシリンダヘッドの下面との間に第１のスキッシュエリアが形成され、前記シリンダヘッドには、前記排気用バルブと前記ピストン頂部との間に前記排気用バルブに通じる凹部が形成され、前記ピストンの頂部には前記凹部と嵌合する凸部が形成され、前記凹部と前記凸部との間に形成される隙間が、スキッシュ流を発生する第２のスキッシュエリアとして形成され、圧縮行程における前記ピストンの上昇時に、前記第２のスキッシュエリアで発生したスキッシュ流を、前記第１のスキッシュエリアで発生したスキッシュ流と衝突可能に構成することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５記載の発明では、前記凸部の前記排気用バルブとの対向面が、前記排気用バルブの外周面の形状に沿って形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の内燃機関におけるスキッシュ流の発生方法によれば、圧縮行程の後期においては、ピストンはシリンダ内で上昇動作を行っている。ピストンの頂部に形成された凸部はシリンダヘッドの下面に形成された凹部内に突入する。ピストンとシリンダヘッドの間は燃焼室が形成されていることから、燃料噴射ノズルから発射された燃料が空気と混合して空燃混合気として充満されている。燃焼室内の空燃混合気は、ピストンの上昇によって圧縮されるとともに、凸部が凹部に突入することによって、ピストンの頂部に形成された凸部とシリンダヘッドの下面に形成された凹部内との間にスキッシュエリアが形成されることになる。このスキッシュエリアに流入している空燃混合気は、凸部の周りから下方に押し出されることとなってスキッシュ流を発生する。このスキッシュ流によって、空燃混合気は燃焼室内に万遍なく行き渡ることとなり燃焼効率を向上させることができる。そのため省燃費と排気ガス浄化に役立つこととなる。
【００１７】
また、本発明の内燃機関におけるスキッシュ流発生方法によれば、圧縮行程の後期において、ピストンが上昇してピストンの凸部がシリンダヘッドの凹部内に突入すると、前記凸部と前記凹部との間に形成された第２のスキッシュエリアでスキッシュ流が発生し、このスキッシュ流が第２のスキッシュエリアから押し出されると、ピストンのスキッシュ面とシリンダヘッド下面の間に形成された第１のスキッシュエリアで発生する第１のスキッシュ流に衝突して燃焼室内で攪拌される。このスキッシュ流によって、空燃混合気は燃焼室内に万遍なく行き渡ることとなり燃焼効率を向上させることができる。そのため省燃費と排気ガス浄化に役立つこととなる。
【００１８】
また、本発明の内燃機関におけるスキッシュ流発生構造によれば、圧縮行程の後期においては、ピストンはシリンダ内で上昇動作を行っている。ピストンの頂部に形成された凸部はシリンダヘッドの下面に排気バルブに通じるように形成された凹部内に突入可能に形成されている。一方、吸気バルブと排気バルブとは、それぞれ外バルブと内バルブとが塞がれて閉じた状態にある。燃焼室には燃料噴射ノズルから発射された燃料が空気と混合して空燃混合気として充満されている。燃焼室内の空燃混合気は、ピストンの上昇によって圧縮されるとともに、ピストンの凸部がシリンダヘッドの凹部に突入することによって、凸部と凹部との間にスキッシュエリアが形成されスキッシュ流を発生する。このスキッシュ流によって、空燃混合気は攪拌されて燃焼室内に万遍なく行き渡ることとなり燃焼効率を向上させることができる。そのため省燃費と排気ガス浄化に役立つこととなる。
【００１９】
また、吸気バルブ及び排気バルブは二重管構造であり、シリンダヘッドに形成された凹部は排気バルブに通じる排気路として形成されているものであるから、ピストンの頂部とシリンダヘッド下面との間には空場所を形成することができる。これによって、ピストン頂部に突起部を形成してスキッシュ流の方向操作を自由に設定することができる。しかも、ピストンが往復動しても、バルブが往復動でなく回転駆動されているから、エンジンの回転を速くしても、ピストンとバルブとが接触する虞がない。
【００２０】
さらに、本発明の内燃機関におけるスキッシュ流発生構造によれば、圧縮行程の後期では、ピストンの凸部がシリンダヘッドの凹部に突入することによって、ピストン上面にスキッシュ面が形成されシリンダヘッドの下面との間に第１のスキッシュエリアが形成され、凸部と凹部との間に第２のスキッシュエリアが形成される。第２のスキッシュエリアで発生したスキッシュ流と第１のスキッシュエリアで発生したスキッシュ流とを衝突させることによって、空燃混合気は攪拌されて燃焼室内に万遍なく行き渡ることになる。そのため燃焼効率を向上させることができる。そのため省燃費と排気ガス浄化に役立つこととなる。
【００２１】
また、本発明では、ピストンの凸部の上面を排気用バルブの外周面の形状に沿って形成することによって、第２のスキッシュエリアは隙間方向の長さを幅方向全体に略同一寸法とすることができ、その隙間を極力小さく設定できるとともに、ピストンの凸部と、排気用バルブとの干渉を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明による内燃機関におけるスキッシュ流発生構造の一形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、４サイクルエンジンの吸気・排気構造を示すものであって、シリンダブロック１内に形成されたシリンダ室３にはクランクシャフトに軸支されたピストン５が上下動可能に配置され、シリンダブロック１の上方にはシリンダヘッド１０が配置されている。シリンダ室３の上部は主燃焼室４として形成されている。
【００２４】
また、図２〜４に示すように、ピストン５の上面には円弧状の凹状溝７がほぼ半周にわたって形成され、凹状溝７と平面上で対向する位置に凸状突起部８が形成されている。ピストン５の上面の外周縁部は平面上のリング面が形成され、リング面がスキッシュ面９として形成されている。凸状突起部８はスキッシュ面９より上方に突出した上端面５ａより突出して形成され、凹状溝７は上端面５ａからスキッシュ面９より深い位置に達するように形成されている。また、凹状溝７は、図２中、反時計方向に徐々に浅くなるように形成されている。さらに、凸状突起部８の一端側には、凹状溝７の端部から延設する方向に沿って切欠面８ａが形成され、凹状溝７内で発生するタンブル渦流が上昇する際に、タンブル渦流が阻害されないように寸法設定している。
【００２５】
シリンダヘッド１０には、図１に示すように、吸気マニホールド１１から連接された吸気ポート１２ａを有する吸気路１２と排気マニホールド１３に連接された排気ポート１４ａを有する排気路１４とが形成されている。吸気路１２は、吸気マニホールド１１側端面からシリンダ室３に向かって斜め方向に直線状に傾斜して形成されるとともにシリンダ室３の直前で僅かにくの字状に屈曲して形成されている。排気路１４は、排気マニホールド１３側端面からくの字状に屈曲した後、シリンダ室３側に向かって直線状に延設して形成されている。
【００２６】
吸気路１２の直線状の中間位置には円筒形の吸気バルブ１５が配置され、排気路１３の直線状の中間位置には円筒形の排気バルブ１８が配置されている。吸気バルブ１５及び排気バルブ１８は、それぞれ外バルブ１６、１９、内バルブ１７、２０を有してそれぞれ一部に開口部を有する二重管構造を形成している。
【００２７】
また、吸気路１２における吸気バルブ１５から主燃焼室４への接続通路１２ｂに向かって、筒内燃料噴射ノズル２１と点火プラグ２２とが配置されている。接続通路１２ｂにおける点火プラグ２２に対向する部位は副燃焼室２３として形成されている。一方、排気路１４における排気バルブ１８と主燃焼室４との間には接続通路１４ｂが形成されている。接続通路１４ｂはピストン５の凸状突起部８が挿入される凹状部２４として形成されている。凹状部２４の内周面と凸状突起部８の外周面との間には隙間が形成されている。
【００２８】
また、図５〜６に示すように、ピストン５の上死点位置において、シリンダヘッド１０の下面は、ピストン５上面に対して隙間を形成するように形成されている。つまり、ピストン５のスキッシュ面９に対向するシリンダヘッド１０の下面との隙間には、第１のスキッシュエリアＳ１が形成され、ピストン５の凸状突起部８とシリンダヘッド１０の凹状部２４との隙間には、第２のスキッシュエリアＳ２が形成される。ピストン５の上端面５ａとシリンダヘッド１０の下面との間には、主燃焼室４が形成されている。なお、ピストン５の凸状突起部８の上端面８ｂは、排気バルブ１８における外バルブ１９の外周形状に合わせて円弧状に形成されている。この凸状突起部８の上端面８ｂが外バルブ１９の外周面に合わせた円弧状に形成されていることによって、第２のスキッシュエリアＳ２は隙間方向の長さを幅方向全体に略同一寸法とすることができ、その隙間を小さく設定することができる。そして隙間を小さく設定しても凸状突起部８と排気バルブ１８との干渉を防止することができる。
【００２９】
次に、上記のように構成された内燃機関の作用について説明する。
【００３０】
この内燃機関においては、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を順に行って１サイクルが行われ、ピストン５は各行程内で上昇・下降を繰り返す。また、吸気バルブ１５、排気バルブ１８は、各行程のタイミングに合わせてそれぞれの外バルブ１６、１９と内バルブ１７、２０とが回転して所定のタイミングで開口する。例えば、吸気バルブ１５においては、吸気行程においてピストン５がストロークの中位置にあるときに全開され、排気行程においてピストン５がストロークの中位置にあるときに全開するタイミングで外バルブ１６、１９と内バルブ１７、２０が回転される。なお、このバルブ構造においては、吸気バルブ１５の外バルブ１６と内バルブ１７とは同一の方向に回転されるとともに内バルブ１７は外バルブ１６に対して１／２回転で回転されている。また、排気バルブ１８の外バルブ１９と内バルブ２０とは同一の方向に回転されるとともに内バルブ２０は外バルブ１９に対して１／２回転で回転されている。
【００３１】
吸気行程において、空気がシリンダ室３に供給され、副燃焼室２３を通ってピストン５の上面に形成した凹状溝７に沿って主燃焼室４内で渦巻き始める。ピストン５がストロークの中位置に達すると、吸気バルブ１５は全開状態となって空気を大量に受け入れ副燃焼室２３を通ってシリンダ室３内に導入することとなる。一方、排気バルブ１８においては、外バルブ１９と内バルブ２０とが塞がれた状態にあり排気バルブ１８が閉じた状態にあることからシリンダ室３の空気は排気されない。
【００３２】
そして、筒内燃料噴射ノズル２１からシリンダ室３に向かって燃料が噴出されると、シリンダ室３内では燃料と空気とが混合されて空燃混合気となり、空燃混合気は凹状溝７に沿って渦巻状となり主燃焼室４内でスワール渦流とタンブル渦流を発生させる。このタンブル渦流はピストン５の凸状突起部８の切欠面８ａによって凸状突起部８に阻害されることなく凹状溝７の切り上がり延長線７ａに沿って上昇する。
【００３３】
ピストン５の最下降位置において、シリンダ室３は最大容積となり、シリンダ室３内に充満されている空燃混合気は、主燃焼室４内において周方向に渦巻きながらシリンダ室３の上部に向かって流れてタンブル渦流を発生させることとなる。シリンダ室３内ではスワール渦流とタンブル渦流の２つの渦流によって空燃混合気の充分な攪拌が行われることとなる。
【００３４】
次に、ピストン５が上昇して圧縮行程に移行することとなる。圧縮行程においては、吸気バルブ１５及び排気バルブ１８とも通路が塞がれることとなり、吸気路１２を流れてくる空気はシリンダ室３には導入されない。一方、排気バルブ１８においては、シリンダ室３の空燃混合気は排気されない。
【００３５】
次に、ピストン５が上昇して上死点位置に達す位置では、吸気バルブ１５、排気バルブ１８とも閉じた状態にあることから、やはりシリンダ室３の混合気は排気されない。圧縮行程の後期においては、図６に示すように、ピストン５が上昇してピストン５の凸状突起部８がシリンダヘッド１０の凹状部２４内に突入すると、凸状突起部８と排気バルブ１８の外バルブ１９との間及び凸状突起部８の側面の周りに第２のスキッシュエリアＳ２が形成されスキッシュ流が発生する。同時にピストン５のスキッシュ面９とシリンダヘッド１０の下面との間に第１のスキッシュエリアＳ１が形成されスキッシュ流が発生する。
【００３６】
スキッシュ流は第２のスキッシュエリアＳ２から押し出されて乱流となって主燃焼室４側に移動し、第１のスキッシュエリアＳ１から押し出されてピストン５の中央部側に移動したスキッシュ流と衝突する。これによって乱流はさらに強くなり圧縮された空燃混合気（以下、圧縮ガスという）を強く攪拌することとなり、主燃焼室４内で攪拌された圧縮ガスは主燃焼室４内を万遍なく行き渡ることになる。
【００３７】
圧縮行程の最終段階において、シリンダ室３内の圧縮ガスは高い圧力となっていることから、点火プラグ２２を点火することによって、副燃焼室２３において、濃い圧縮ガスが燃焼して火炎を噴射させ、主燃焼室４内で爆発を発生させる。この際、スキッシュ流で強く攪拌された圧縮ガスは燃料の気化が良好となって完全燃焼しやすくなる。また、火炎伝播も速く主燃焼室４内に広がり燃焼効率を向上することができる。
【００３８】
次に、ピストン５が下降して膨張行程に移行する。膨張行程においては、ピストン５は下降し、吸気バルブ１５及び排気バルブ１８とも閉じた状態にあり、新たな吸気も排気も行われない。
【００３９】
ピストン５が上昇すると排気行程に移行する。ピストン５が徐々に上昇してストロークの中位置に達すると、吸気バルブ１５においては吸気路１２を塞いだままにあり、排気バルブ１８においては、ピストン５のストロークの中位置において、全開状態となって内部の排気ガスを全て排気することとなる。
【００４０】
上述のように、実施形態の内燃機関におけるスキッシュ流発生構造では、二重管構造で構成する吸気バルブ１５と排気バルブ１８を備えた内燃機関に、スキッシュ流発生構造を適用することによって、シリンダヘッド１０の下面とピストン５の頂部との間に空場所を形成することができる。そのため、ピストン５の頂部に凸状突起部８を形成し、シリンダヘッド１０の下面に凹状部２４を形成して、その間にスキッシュエリアＳ２を形成することができる。また、吸気バルブ１５と排気バルブ１８がそれぞれ外バルブ１６、１９と内バルブ１７、２０を回転させてバルブの開口、閉口を行うことから、バルブを高速で駆動させても、凹状部２４に突入する凸状突起部８と干渉することがない。
【００４１】
さらに、圧縮行程におけるピストンの上昇時において、ピストン５のスキッシュ面９とシリンダヘッド１０の下面との間に第１のスキッシュエリアＳ１を形成し、凸状突起部８と凹状部２４との間に第２のスキッシュエリアＳ２を形成することによって、第２のスキッシュエリアＳ２で発生した圧縮ガスのスキッシュ流が主燃焼室４の中央部に押し出され、第１のスキッシュエリアＳ１で発生し主燃焼室４の中央部に押し出された圧縮ガスのスキッシュ流と衝突することによって、主燃焼室４内では圧縮ガスが攪拌されて、主燃焼室４内に万遍なく行き渡ることができる。その後点火プラグ２２を点火することによって、スキッシュ流で強く攪拌された圧縮ガスは燃料の気化が良好となって完全燃焼しやすくなる。また、火炎伝播も早く主燃焼室４内に広がり燃焼効率を向上することができる。よって、地球環境を守るため、自動車の排気ガス対策を図ることが可能となる。
【００４２】
さらに、凸状突起部８の上面を排気バルブ１８の外バルブ１９の外周面に合わせた円弧状に形成することによって、第２のスキッシュエリアの隙間を極力小さくすることができてスキッシュ流の方向を自由に操作することができる。
【００４３】
なお、本発明の内燃機関では、上述の形態に限定するものではない。例えば吸気バルブ又は排気バルブの構成は、回転する管構造であれば特に二重管構造でなくてもよい。また、ピストン５の凸状突起部８の上面が排気バルブと干渉しないように形成されていれば、特に排気バルブの外周面に合わせた円弧状に形成しなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一形態による内燃機関を示す一部断面図である。
【図２】図１におけるピストンを示す平面図である。
【図３】同断面図である。
【図４】同斜視図である。
【図５】ピストンの上死点位置を示す内燃機関の一部断面図である。
【図６】スキッシュエリア及びスキッシュ流の流れを示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
３、シリンダ室
４、主燃焼室
５、ピストン
７、凹状溝
８、凸状突起部（凸部）
９、スキッシュ面
１０、シリンダヘッド
１２、吸気路
１４、排気路
１５、吸気バルブ
１６、外バルブ
１７、内バルブ
１８、排気バルブ
１９、外バルブ
２０、内バルブ
２４、凹状部（凹部）
Ｓ１、第１のスキッシュエリア
Ｓ２，第２のスキッシュエリア
【図１】
2008297990.tif 000003
【図２】
2008297990.tif 000004
【図３】
2008297990.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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