(57)【要約】【課題】燃焼室の外周部の混合気を燃焼室の中央部に向けて効果的に掃気してノッキングの発生を抑制する。【解決手段】燃焼室に対向するピストン１３の上面に、その外周部に沿って円弧状に延びる平坦面１３ａを含む２個の第１スキッシュエリアＡ１と、各一対の吸排気バルブ１９，２１のバルブリセス１３ｄ，１３ｅ間にそれぞれ形成されて上向きに突出する突出部を含む２個の第２スキッシュエリアＡ２とを設ける。第２スキッシュエリアＡ２の突出部は、ピストン１３の外周部からピストン軸線Ｌ１に向けて斜め上向きに延びる第１稜線１３ｂと、第１稜線１３ｂのピストン軸線Ｌ１寄りの端部に接続されてピストン軸線Ｌ１を中心とする周方向に延びる第２稜線１３ｃと、第１スキッシュエリアＡ１の端部から第１稜線１３ｂに向けて斜め上向きに延びる２個の第１傾斜面１３ｆと、第２稜線１３ｃからピストン軸線Ｌ１に向けて斜め下向きに延びる第２傾斜面１３ｈとを有する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボア（１２ａ）に対向するシリンダヘッド（１４）の内壁下面（１４ａ）とシリンダボア（１２ａ）に摺動自在に嵌合するピストン（１３）の上面とによって区画され、ピストン（１３）が上死点に達した際に、シリンダヘッド（１４）の内壁下面（１４ａ）とピストン（１３）の上面との間に所定の隙間（α，β）が形成される内燃機関の燃焼室構造において、
ピストン（１３）の上面にピストンピン軸線（Ｌ２）方向に隣接して形成された一対のバルブリセス（１３ｄ，１３ｅ）間にスキッシュエリア（Ａ２）を設け、このスキッシュエリア（Ａ２）における前記隙間（α，β）の高さを、ピストン（１３）の周方向両側よりも周方向中央が高くなるように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】
前記スキッシュエリア（Ａ２）を、少なくとも吸気バルブ（１９）のバルブリセス（１３ｄ）間に設けたことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の燃焼室構造。
【請求項３】
シリンダボア（１２ａ）に対向するシリンダヘッド（１４）の内壁下面（１４ａ）とシリンダボア（１２ａ）に摺動自在に嵌合するピストン（１３）の上面とによって区画されたペントルーフ型の燃焼室（１５）に、一対の吸気バルブ（１９）と、一対の排気バルブ（２１）と、該燃焼室（１５）の略中央部に位置する点火プラグ（２２）とを臨ませた内燃機関の燃焼室構造において、
吸気バルブ（１９）のバルブリセス（１３ｄ）および排気バルブ（２１）のバルブリセス（１３ｅ）間を接続するように形成されてピストン（１３）の上面の外周部に沿って円弧状に延びる平坦面（１３ａ）を含む２個の第１スキッシュエリア（Ａ１）と、
一対の吸気バルブ（１９）のバルブリセス（１３ｄ）間および一対の排気バルブ（２１）のバルブリセス（１３ｅ）間にそれぞれ形成されてピストン（１３）の上面からシリンダヘッド（１４）の内壁下面（１４ａ）に向けて上向きに突出する突出部を含む２個の第２スキッシュエリア（Ａ２）とを備え、
各々の第２スキッシュエリア（Ａ２）の前記突出部は、ピストン（１３）の外周部からピストン軸線（Ｌ１）に向けて斜め上向きに延びる第１稜線（１３ｂ）と、第１稜線（１３ｂ）のピストン軸線（Ｌ１）寄りの端部に接続されてピストン軸線（Ｌ１）を中心とする周方向に延びる第２稜線（１３ｃ）と、前記２個の第１スキッシュエリア（Ａ１）の端部から第１稜線（１３ｂ）に向けて斜め上向きに延びる第１傾斜面（１３ｆ）と、第２稜線（１３ｃ）からピストン軸線（Ｌ１）に向けて斜め下向きに延びる第２傾斜面（１３ｈ）とを有することを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
【請求項４】
第２スキッシュエリア（Ａ２）におけるシリンダヘッド（１４）の内壁下面（１４ａ）とピストン（１３）の上面との間の隙間（α，β）を、前記第１稜線（１３ｂ）に臨む部分で大きく、その周方向両側の第１スキッシュエリア（Ａ１）に臨む部分で小さく設定したことを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の燃焼室構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダボアに対向するシリンダヘッドの内壁下面とシリンダボアに摺動自在に嵌合するピストンの上面とによって区画され、ピストンが上死点に達した際に、シリンダヘッドの内壁下面とピストンの上面との間に所定の隙間が形成される内燃機関の燃焼室構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼室内の混合気を充分に攪拌してノッキングの発生を防止する手法として、燃焼室内にスワールを発生させるものと、燃焼室内にスキッシュを発生させるものとがある。スワールはピストン軸線を中心とする混合気の旋回流であり、吸気ポートの形状や位置、あるいはシュラウドを備えた吸気バルブによって生成する。スキッシュはピストン軸線を中心とする混合気の半径方向の流れであり、ピストンの移動に伴うピストンおよびシリンダヘッド間の隙間の増減に基づいて発生する。
【０００３】
特開２００２−８９２６６号公報には、スキッシュを発生させてノッキングを防止するための内燃機関の燃焼室構造が記載されている。このものは、ピストン上面のピストンピン軸線に直交する直径方向両端に設けた平面状傾斜面により燃焼室の中央部に向かうスキッシュを発生させるとともに、前記平面状傾斜面の周方向両側に連設した円錐状傾斜面で周方向のスキッシュを発生させ、この周方向のスキッシュをピストンピン軸線に沿う直径方向両端で相互に逆方向から衝突させて燃焼室の中央部に向けて偏向させることで、燃焼室の周方向の４カ所から燃焼室の中央部に向けてスキッシュを噴出させるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のものは、燃焼室の周方向の４カ所から燃焼室の中央部に向けてスキッシュを噴出させるので各々のスキッシュが弱いものとなり、燃焼室の外周部の混合気を燃焼室の中央部に確実に掃気するのが困難であった。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、燃焼室の外周部の混合気を燃焼室の中央部に向けて効果的に掃気してノッキングの発生を抑制することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、シリンダボアに対向するシリンダヘッドの内壁下面とシリンダボアに摺動自在に嵌合するピストンの上面とによって区画され、ピストンが上死点に達した際に、シリンダヘッドの内壁下面とピストンの上面との間に所定の隙間が形成される内燃機関の燃焼室構造において、ピストンの上面にピストンピン軸線方向に隣接して形成された一対のバルブリセス間にスキッシュエリアを設け、このスキッシュエリアにおける前記隙間の高さを、ピストンの周方向両側よりも周方向中央が高くなるように形成したことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造が提案される。
【０００７】
上記構成によれば、ピストンの上面に隣接して形成した一対のバルブリセス間に設けたスキッシュエリアにおけるピストンおよびシリンダヘッド間の燃焼室の隙間の高さを、ピストンの周方向両側よりも周方向中央が高くなるように形成したので、ピストンが上死点に接近するに伴って混合気をスキッシュエリアの周方向両側から周方向中央に集め、そこから燃焼室の中央部に向けて一層強力に噴出させることができ、ノッキングの発生を一層効果的に抑制することができる。
【０００８】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記スキッシュエリアを、少なくとも吸気バルブのバルブリセス間に設けたことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造が提案される。
【０００９】
上記構成によれば、スキッシュエリアを吸気バルブのバルブリセス間に設けたので、吸気バルブから燃焼室内に燃料に液滴が落下して混合気がリッチ状態になった場合でも、そのリッチな混合気をスキッシュエリアによりピストンの外周から燃焼室の中央部に向けて強力に掃気し、ノッキングの発生を一層効果的に抑制することができる。
【００１０】
また請求項３に記載された発明によれば、シリンダボアに対向するシリンダヘッドの内壁下面とシリンダボアに摺動自在に嵌合するピストンの上面とによって区画されたペントルーフ型の燃焼室に、一対の吸気バルブと、一対の排気バルブと、該燃焼室の略中央部に位置する点火プラグとを臨ませた内燃機関の燃焼室構造において、吸気バルブのバルブリセスおよび排気バルブのバルブリセス間を接続するように形成されてピストンの上面の外周部に沿って円弧状に延びる平坦面を含む２個の第１スキッシュエリアと、一対の吸気バルブのバルブリセス間および一対の排気バルブのバルブリセス間にそれぞれ形成されてピストンの上面からシリンダヘッドの内壁下面に向けて上向きに突出する突出部を含む２個の第２スキッシュエリアとを備え、各々の第２スキッシュエリアの前記突出部は、ピストンの外周部からピストン軸線に向けて斜め上向きに延びる第１稜線と、第１稜線のピストン軸線寄りの端部に接続されてピストン軸線を中心とする周方向に延びる第２稜線と、前記２個の第１スキッシュエリアの端部から第１稜線に向けて斜め上向きに延びる第１傾斜面と、第２稜線からピストン軸線に向けて斜め下向きに延びる第２傾斜面とを有することを特徴とする内燃機関の燃焼室構造が提案される。
【００１１】
上記構成によれば、第２スキッシュエリアにその周方向両側に配置された第１スキッシュエリアから混合気が供給されると、その混合気は第２スキッシュエリアの一対の第１傾斜面に沿って上昇した後に第１稜線の上方で衝突して半径方向内向きに方向を変え、第２稜線を超えて第２傾斜面に沿って下降することで燃焼室の中央の点火プラグに向けて案内される。これにより、燃焼室の外周部の混合気を燃焼室の中央の点火プラグに向けて効果的に掃気してノッキングの発生を抑制することができる。
【００１２】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、第２スキッシュエリアにおけるシリンダヘッドの内壁下面とピストンの上面との間の隙間を、前記第１稜線に臨む部分で大きく、その周方向両側の第１スキッシュエリアに臨む部分で小さく設定したことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造が提案される。
【００１３】
上記構成によれば、第２スキッシュエリアにおけるシリンダヘッドおよびピストン間の燃焼室の隙間の高さを、中央の第１稜線に臨む部分で大きく、その周方向両側の部分で小さくしたので、第１スキッシュエリアから第２スキッシュエリアに供給された混合気を周方向両側から中央部に集め、燃焼室の中央の点火プラグに向けて効果的に噴出させることができる。
【００１４】
尚、請求項１および請求項２の発明におけるスキッシュエリアは、実施例の第２スキッシュエリアＡ２に対応する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１６】
図１〜図７は本発明の一実施例を示すもので、図１は内燃機関のピストンの斜視図、図２は図１の２−２線に対応する内燃機関のシリンダヘッド部の断面図、図３は図１の３−３線に対応する内燃機関のシリンダヘッド部の断面図、図４は図１の４−４線に対応する内燃機関のシリンダヘッド部の断面図、図５は図２の５−５線断面図、図６はピストンおよび燃焼室の形状を示すための説明図、図７は図６の７方向矢視図（図１の７−７線矢視図）である。
【００１７】
図２〜図４に示すように、内燃機関Ｅのシリンダブロック１１にシリンダスリーブ１２が収納されており、このシリンダスリーブ１２のシリンダボア１２ａにピストン１３が摺動自在に嵌合する。シリンダブロック１１の上面に結合されたシリンダヘッド１４はシリンダボア１２ａに臨む凹部を有しており、この凹部の内壁下面１４ａとピストン１３の上面との間に燃焼室１５が形成される。シリンダヘッド１５には吸気ポート１６および排気ポート１７が形成されており、吸気ポート１６の燃焼室１５に連なる２個の吸気バルブ孔１８，１８が２個の吸気バルブ１９，１９で開閉され、排気ポート１７の燃焼室１５に連なる２個の排気バルブ孔２０，２０が２個の吸気バルブ２１，２１で開閉される。また燃焼室１５の略中央部には点火プラグ２２が配置される。燃焼室１５のルーフ形状（つまりシリンダヘッド１４の内壁下面１４ａの形状）はいわゆるペントルーフ型であり、図２に最も良く示されるように、燃焼室１５の吸気側の端部および排気側の端部から、点火プラグ２２が配置された燃焼室１５の中央部に向けて三角形を成している。
【００１８】
図１から明らかなように、ピストン１３の上面に２個の第１スキッシュエリアＡ１，Ａ１と、２個の第２スキッシュエリアＡ２，Ａ２が形成される。各々の第１スキッシュエリアＡ１はピストンピン軸線Ｌ２方向の端部に形成されるもので、ピストン１３の上面の外周部に沿って一定幅で円弧状に延び、かつピストン軸線Ｌ１に直交する平坦面１３ａを含んでいる。図５を併せて参照すると明らかなように、第１スキッシュエリアＡ１において、ピストン１３の平坦面１３ａに対向する燃焼室１５の内壁下面１４ａは平坦面１４ｂとされており、ピストン１３が図示した上死点にあるとき、ピストン１３の平坦面１３ａと燃焼室１５の平坦面１４ｂとの間の隙間は殆ど消滅する。
【００１９】
第２スキッシュエリアＡ２はピストンピン軸線Ｌ２方向と直交する方向の両端に形成されるもので、ピストン１３の外周部からピストン軸線Ｌ１に向けて前上がりに延びる第１稜線１３ｂと、第１稜線１３ｂのピストン軸線Ｌ１寄りの端部から該ピストン軸線Ｌ１を中心とする周方向に延びる第２稜線１３ｃとを含む。吸気側の第２スキッシュエリアＡ２と２個の第１スキッシュエリアＡ１，Ａ１の端部との間には、吸気バルブ１９，１９との干渉を回避するための２個のバルブリセス１３ｄ，１３ｄが形成され、また排気側の第２スキッシュエリアＡ２と２個の第１スキッシュエリアＡ１，Ａ１の端部との間には、排気バルブ２１，２１との干渉を回避するための２個のバルブリセス１３ｅ，１３ｅが形成される。
【００２０】
吸気側のバルブリセス１３ｄ，１３ｄ（および排気側のバルブリセス１３ｅ，１３ｅ）から前記第１稜線１３ｂに向けて２個の第１傾斜面１３ｆ，１３ｆが前上がりに形成されて、かつ前記第２稜線１３ｃからピストン１３の中央底壁１３ｇに向けて第２傾斜面１３ｈが前下りに形成される。第１傾斜面１３ｆ，１３ｆは三次元曲面で構成され、第２傾斜面１３ｈは平面で構成される。従って、ピストン１３の上面の形状は、その中央部に形成された中央底壁１３ｇが最も低く、ピストンピン軸線Ｌ２方向両端に形成された第１スキッシュエリアＡ１，Ａ１の平坦面１３ａ，１３ａが前記中央底壁１３ｇよりも一段高くなっており、ピストンピン軸線Ｌ２方向に直交する方向の両端に形成された第２スキッシュエリアＡ２の第１傾斜面１３ｆ，１３ｆが前記平坦面１３ａ，１３ａから次第にせり上がり、第１傾斜面１３ｆ，１３ｆの半径方向内側に連なる第２傾斜面１３ｈが前記中央底壁１３ｇまで下っている。そしてバルブリセス１３ｄ，１３ｄ；１３ｅ，１３ｅは、２個の第１スキッシュエリアＡ１，Ａ１と、２個の第２スキッシュエリアＡ２，Ａ２との境界部に位置している。
【００２１】
図６において、ピストン１３の外周面よりも僅かに半径方向内側を通る円筒面でピストン１３およびシリンダヘッド１４を切断したとき、燃焼室１５の切断線がラインＣｈ，Ｃｐで表される。ラインＣｈはシリンダヘッド１４と前記円筒面との交線であり、ラインＣｐはピストン１３と前記円筒面との交線である。
【００２２】
図７から明らかなように、ピストン１３の上面（ラインＣｐ）とシリンダヘッド１４の内壁下面１４ａ（ラインＣｈ）とに挟まれた第２スキッシュエリアＡ２の隙間の高さは、その中央部において大きく（高さα）、周方向両端部において小さく（高さβ）なっている。
【００２３】
次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用を説明する。
【００２４】
内燃機関Ｅの圧縮工程においてシリンダボア１２ａに摺動自在に嵌合するピストン１３が上死点に接近すると、ピストンピン軸線Ｌ２方向の両端に設けられた２個の第１スキッシュエリアＡ１，Ａ１において、シリンダヘッド１４の内壁下面１４ａの平坦面１４ｂ，１４ｂとピストン１３の上面の平坦面１３ａ，１３ａとがほぼ密着し、そこに存在していた混合気がスキッシュとなって押し出される。前記スキッシュの一部は燃焼室１５の周方向に流れ、吸気バルブ１９，１９のバルブリセス１３ｄ，１３ｄおよび排気バルブ２１，２１のバルブリセス１３ｅ，１３ｅを通過して、ピストンピン軸線Ｌ２に直交する方向の両端に設けられた２個の第２スキッシュエリアＡ２，Ａ２の周方向両端部に供給される。
【００２５】
２個の第２スキッシュエリアＡ２，Ａ２の各々に供給された混合気は、第１稜線１３ｂの両側に形成された一対の第１傾斜面１３ｆ，１３ｆに沿って相対向する方向に流れ、第１稜線１３ｂ上において衝突して半径方向内側に方向を変え、第２稜線１３ｃを乗り越えて第２傾斜面１３ｈに沿って燃焼室１５の中央の点火プラグ２２に向かって噴出する（図１の矢印参照）。このとき、図６および図７から明らかなように、第２スキッシュエリアＡ２のピストン１３の第１傾斜面１３ｆ，１３ｆとシリンダヘッド１４の内壁下面１４ａとの隙間は、周方向両側が小さく、中央部（つまり第１稜線１３ｂの部分）で大きいため、両第１傾斜面１３ｆ，１３ｆ上の混合気は中央の第１稜線１３ｂに向けて圧縮される。これにより、混合気は第１稜線１３ｂ上で激しく衝突し、第２傾斜面１３ｈに沿って強く噴出することになる。
【００２６】
このように、スキッシュをピストン軸線Ｌ１を挟む直径方向両側から燃焼室１５の中心に向けて噴出させるので、ピストン軸線Ｌ１に向けて４方向からスキッシュを噴出させる場合に比べて、個々のスキッシュを強力なものにして混合気の攪拌効果を高め、ノッキングの発生を効果的に抑制することができる。
【００２７】
特に、燃料噴射弁から燃料が噴射される吸気ポート１６に連なる吸気バルブ孔１８，１８には燃料の液滴が溜まり易く、その燃料の液滴が吸気バルブ孔１８，１８から燃焼室１５内に落下すると、その部分の混合気が部分的にリッチになってノッキングが発生し易くなる。しかしながら、一対の吸気バルブ１９，１９のバルブリセス１３ｄ，１３ｄ間に一方の第２スキッシュエリアＡ２を設けたことで、燃料の液滴に起因するリッチな混合気を効果的に掃気し、ノッキングの発生を確実に防止することができる。
【００２８】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００２９】
例えば、実施例では吸気バルブ１９，１９側および排気バルブ２１，２１側にそれぞれ第２スキッシュエリアＡ２，Ａ２を設けているが、請求項１の発明では、吸気バルブ１９，１９側だけ、あるいは排気バルブ２１，２１側だけに第２スキッシュエリアＡ２を設けても良い。但し、請求項２の発明の如く、第２スキッシュエリアＡ２を少なくとも吸気バルブ１９，１９側に設けることにより、燃料の液滴の落下に起因するノッキングを効果的に抑制することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、ピストンの上面に隣接して形成した一対のバルブリセス間に設けたスキッシュエリアにおけるピストンおよびシリンダヘッド間の燃焼室の隙間の高さを、ピストンの周方向両側よりも周方向中央が高くなるように形成したので、ピストンが上死点に接近するに伴って混合気をスキッシュエリアの周方向両側から周方向中央に集め、そこから燃焼室の中央部に向けて一層強力に噴出させることができ、ノッキングの発生を一層効果的に抑制することができる。
【００３１】
また請求項２に記載された発明によれば、スキッシュエリアを吸気バルブのバルブリセス間に設けたので、吸気バルブから燃焼室内に燃料に液滴が落下して混合気がリッチ状態になった場合でも、そのリッチな混合気をスキッシュエリアによりピストンの外周から燃焼室の中央部に向けて強力に掃気し、ノッキングの発生を一層効果的に抑制することができる。
【００３２】
また請求項３に記載された発明によれば、第２スキッシュエリアにその周方向両側に配置された第１スキッシュエリアから混合気が供給されると、その混合気は第２スキッシュエリアの一対の第１傾斜面に沿って上昇した後に第１稜線の上方で衝突して半径方向内向きに方向を変え、第２稜線を超えて第２傾斜面に沿って下降することで燃焼室の中央の点火プラグに向けて案内される。これにより、燃焼室の外周部の混合気を燃焼室の中央の点火プラグに向けて効果的に掃気してノッキングの発生を抑制することができる。
【００３３】
また請求項４に記載された発明によれば、第２スキッシュエリアにおけるシリンダヘッドおよびピストン間の燃焼室の隙間の高さを、中央の第１稜線に臨む部分で大きく、その周方向両側の部分で小さくしたので、第１スキッシュエリアから第２スキッシュエリアに供給された混合気を周方向両側から中央部に集め、燃焼室の中央の点火プラグに向けて効果的に噴出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関のピストンの斜視図
【図２】図１の２−２線に対応する内燃機関のシリンダヘッド部の断面図
【図３】図１の３−３線に対応する内燃機関のシリンダヘッド部の断面図
【図４】図１の４−４線に対応する内燃機関のシリンダヘッド部の断面図
【図５】図２の５−５線断面図
【図６】ピストンおよび燃焼室の形状を示すための説明図
【図７】図６の７方向矢視図（図１の７−７線矢視図）
【符号の説明】
１２ａ　　　シリンダボア
１３　　　　ピストン
１３ａ　　　平坦面
１３ｂ　　　第１稜線
１３ｃ　　　第２稜線
１３ｄ　　　バルブリセス
１３ｅ　　　バルブリセス
１３ｆ　　　第１傾斜面
１３ｈ　　　第２傾斜面
１４　　　　シリンダヘッド
１４ａ　　　内壁下面
１５　　　　燃焼室
１９　　　　吸気バルブ
２１　　　　排気バルブ
２２　　　　点火プラグ
Ａ１　　　　第１スキッシュエリア
Ａ２　　　　第２スキッシュエリア（スキッシュエリア）
Ｌ１　　　　ピストン軸線
Ｌ２　　　　ピストンピン軸線
α　　　　　隙間
β　　　　　隙間
【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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