(57)【要約】    【課題】Ｓ／Ｖ比の増加による熱効率の低下を抑制しつつ、スキッシュ流、特に、ピストン上死点後に生成されるリバーススキッシュ流を効率よく利用できる燃焼室構造を提供する。    【解決手段】シリンダヘッド２下面とピストン３上面との間に燃焼室４とこの燃焼室４に隣接するスキッシュエリア５とが形成されるエンジン１の燃焼室構造において、スキッシュエリア５内のシリンダヘッド２下面（もしくはピストン３上面に）凸部１２を設けるとともに、この凸部１２に対向する凹部１３をスキッシュエリア５内のピストン３上面（もしくはシリンダヘッド２下面）に設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッド下面とピストン上面との間に燃焼室とこの燃焼室に隣接するスキッシュエリアとが形成される火花点火式内燃機関の燃焼室構造において、
前記スキッシュエリア内のシリンダヘッド下面もしくはピストン上面に凸部を設けるとともに、この凸部に対向する凹部を前記スキッシュエリア内のピストン上面もしくはシリンダヘッド下面に設けたことを特徴とする火花点火式内燃機関の燃焼室構造。
【請求項２】
前記凸部及び前記凹部は、前記スキッシュエリアによって生成されるスキッシュ流の流れ方向に交差するように延設されることを特徴とする請求項１記載の火花点火式内燃機関の燃焼室構造。
【請求項３】
シリンダヘッド下面とピストン上面との間に燃焼室とこの燃焼室に隣接するスキッシュエリアが形成される火花点火式内燃機関の燃焼室構造において、
前記シリンダヘッド下面もしくは前記ピストン上面に、前記燃焼室と前記スキッシュエリアとの境界から前記スキッシュエリア内の前記燃焼室に臨んで配置された点火栓より最も離れたスキッシュ最深部に向かって延びる凸部を設けるとともに、この凸部に対向する凹部を前記ピストン上面もしくは前記シリンダヘッド下面に設けたことを特徴とする火花点火式内燃機関の燃焼室構造。
【請求項４】
前記凸部及び前記凹部は、前記点火栓と前記スキッシュ最深部とを結ぶ直線上に設けられることを特徴とする請求項３記載の火花点火式内燃機関の燃焼室構造。
【請求項５】
前記凸部の高さは、ピストン上死点において前記凹凸部のないシリンダヘッド下面とピストン上面との間のクリアランス以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の火花点火式内燃機関の燃焼室構造。
【請求項６】
前記凸部と前記凹部との間のクリアランスは、前記凹凸部のないシリンダヘッド下面とピストン上面との間のクリアランスと略等しいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の火花点火式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、火花点火式内燃機関の燃焼室構造に関し、特に、燃焼室に隣接してスキッシュエリアが形成される火花点火式内燃機関の燃焼室構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から燃焼室の周囲にスキッシュエリアを設け、ピストン上死点付近においてスキッシュ流を生成して燃焼時の火炎伝播速度を高めることで燃焼性の向上を図った火花点火式内燃機関の燃焼室構造が知られている。例えば、特許文献１に記載のものでは、スキッシュエリアと燃焼室との境界付近のシリンダヘッド下面もしくはピストン上面に境界に沿って帯状に延びる凸部を有し、かつこの凸部にピストン上死点近傍で遊嵌する凹部をピストン上面もしくはシリンダヘッド下面に有する構成とし、これにより、燃焼行程の長期間にわたってスキッシュ効果を得るようにしている。
【特許文献１】実開昭６０−１０８２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、図９、図１０（図９のＢ−Ｂ断面図であり、シリンダヘッド２１下面を下方から見た図である）に示すように、一般に、スキッシュ流には、ピストン３１上死点前にスキッシュエリア５１から押し出されて生成されるスキッシュ流（図１０（ａ））と、ピストン３１上死点後にスキッシュエリアに引き込まれて生成されるスキッシュ流（以下「リバーススキッシュ流」という。図１０（ｂ））とがあり、これらは、燃焼室４１とスキッシュエリア５１との境界１１１付近の領域（図１０においてハッチングで示す領域）にて流速が高くなる。
【０００４】
しかしながら、上記従来の燃焼室構造では、凹凸部が燃焼室とスキッシュエリアとの境界付近に設けられており、特にリバーススキッシュ流の生成（引き込み）を阻害してしまうことから、該リバーススキッシュ流の活用に関してはさらなる改良の余地があった。
また、ピストン上死点において、スキッシュクリアランス（凹凸部のないシリンダヘッド下面とピストン上面との間のクリアランス）よりも大きな高さ寸法を有する凸部と、スキッシュクリアランスよりも大きな深さ寸法を有する凹部とが完全に重なり合うようになっているため、いわゆるＳ／Ｖ比（燃焼室表面積比：表面積／容積）の増加によって熱効率の低下を招くおそれもある。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、Ｓ／Ｖ比の増加による熱効率の低下を可能な限り抑制しつつ、スキッシュ流、特に、ピストン上死点後に生成されるリバーススキッシュ流を効率よく利用することのできる火花点火式内燃機関の燃焼室構造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】
このため、本発明は、シリンダヘッド下面とピストン上面との間に燃焼室とこの燃焼室に隣接するスキッシュエリアとが形成される火花点火式内燃機関の燃焼室構造において、前記スキッシュエリア内のシリンダヘッド下面もしくはピストン上面に凸部を設けるとともに、この凸部に対向する凹部を前記スキッシュエリア内のピストン上面もしくはシリンダヘッド下面に設けたことを特徴としている。ここで、前記凸部及び前記凹部は、前記スキッシュエリアによって生成されるスキッシュ流の流れ方向に交差するように延設されるのが望ましい。
【０００７】
また、本発明は、シリンダヘッド下面とピストン上面との間に燃焼室とこの燃焼室に隣接するスキッシュエリアが形成される火花点火式内燃機関の燃焼室構造において、前記シリンダヘッド下面もしくは前記ピストン上面に、前記燃焼室と前記スキッシュエリアとの境界から前記スキッシュエリア内の前記燃焼室に臨んで配置された点火栓より最も離れたスキッシュ最深部に向かった延びる凸部を設けるとともに、この凸部に対向する凹部を前記ピストン上面もしくは前記シリンダヘッド下面に設けたことを特徴としている。ここで、前記凸部及び凹部は、前記点火栓と前記スキッシュ最深部とを結ぶ直線上に設けられるのが望ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、スキッシュエリア内に凹凸を形成したので、この凹凸がピストン上死点後のリバーススキッシュ流の引き込みを阻害することなく、該リバーススキッシュを効率的にスキッシュエリア内に引き込むことができる。また、スキッシュエリア内の凹凸によってピストン上死点前のスキッシュ流のみならず、リバーススキッシュ流の乱れを強化することができるので、スキッシュ流及びリバーススキッシュ流を効果的に活用して燃焼時の火炎伝播速度を高め、熱効率向上による出力の向上を図りつつ、ノッキングの発生を防止することができる。
【０００９】
また、乱れを強化したリバーススキッシュ流をスキッシュエリア内の点火栓から最も離れた部分（スキッシュ最深部）に向けて流入させることができるので、（通常はリバーススキッシュ流が流入し難い）スキッシュ最深部においても火炎伝播速度を高めることができる。すなわち、リバーススキッシュ流をより効果的に活用して熱効率向上による出力の向上を図ることができる。また、Ｓ／Ｖ比の増加も最小限に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１〜図３は、第１実施形態に係る火花点火式内燃機関（以下、「エンジン」という）を示している。図１はエンジンの燃焼室構造を示す断面図、図２はシリンダヘッド下面を下方から見た図、図３はピストン上面を上方から見た図である。これらの図に示すように、エンジン１には、シリンダヘッド２下面とピストン３上面との間に燃焼室４とこの燃焼室４に隣接するスキッシュエリア５とが形成されている。
【００１１】
燃焼室４には、その上部略中央に点火栓６が配設されている。また、一対の吸気ポート７，７が吸気バルブ８，８を介して開口しているとともに、一対の排気ポート９，９が排気バルブ１０，１０を介して開口している。
スキッシュエリア５は、ピストン３上死点近傍においてスキッシュ流を生成する。具体的には、ピストン３上死点前（圧縮行程）においては、スキッシュエリア５から燃焼室４に向かって流れるスキッシュ流を生成し、燃焼室４内の混合気に強い乱れを与えることによって燃焼時の火炎伝播速度を高め、燃焼性を向上させる。また、ピストン３上死点後（膨張行程）においては、燃焼室４からスキッシュエリア５に向かって流れるスキッシュ流、すなわち、リバーススキッシュ流を生成し、燃焼室４の略中央に配設された点火栓６から広がる火炎を急速に燃焼室４外周部へと導くことによって燃焼時の火炎伝播速度を高め、燃焼性を向上させる。
【００１２】
ここで、本実施形態の特徴的な構成として、スキッシュエリア５内のシリンダヘッド２下面には、ピストン３上死点近傍において（スキッシュエリア５によって）生成されるスキッシュ流・リバーススキッシュ流と交差するように凸部１２が設けられており、スキッシュエリア５内のピストン３上面には、シリンダヘッド２下面に設けられた凸部１２に対向する凹部１３が設けられている。
【００１３】
より具体的には、凸部１２及び凹部１３は、それぞれ燃焼室４とスキッシュエリア５との境界１１からスキッシュエリア５内に所定量だけ入った位置のシリンダヘッド２下面、ピストン３上面に、境界１１に略平行となるように形成されている（この結果、凸部１２、凹部１３は、スキッシュエリア５内にスキッシュ流・リバーススキッシュ流の流れ方向に交差するように（平行とならないように）設けられることになる）。
【００１４】
図４は図１のＡ部拡大図であり、ピストン３が上死点にあるときのスキッシュエリア５を示している。図４（ａ）に示すように、本実施形態においては、シリンダヘッド２下面に形成された凸部１２の高さ（ｈ）が、凸部１２のないシリンダヘッド２下面と凹部１３のないピストン３上面との間のスキッシュクリアランス（ｃ）以下（図では、ほぼ同じ寸法）となっている。また、図４（ｂ）に示すように、シリンダヘッド２下面に形成された凸部１２とピストン３上面に形成された凹部１３との間のクリアランス（ｃ１、ｃ２）が、スキッシュクリアランス（ｃ）と略等しくなっている。
【００１５】
以上のような構成において、圧縮行程にてピストン３が上昇して上死点近傍となると（ピストン上死点前においては）、スキッシュエリア５によって、該スキッシュエリア５から燃焼室４へと流れる（押し出される）スキッシュ流が生成される。ここで、スキッシュエリア５内のシリンダヘッド２下面には、燃焼室４とスキッシュエリア５との境界１１と略平行に凸部１２が形成され、ピストン３上面には、凸部１２に対向する凹部１３が形成されているため、生成されたスキッシュ流はスキッシュエリア５内の凹凸に従って流れることとなり、この流れ方向の変化によってその乱れが強化される。
【００１６】
一方、膨張行程にてピストン３が下降すると（ピストン上死点後においては）、今度は燃焼室４からスキッシュエリア５へと流れる（引き込まれる）リバーススキッシュ流が生成される。ここで、本実施形態においては、上記したように、スキッシュエリア５内に凹凸部１２，１３が形成されており、境界１１付近のスキッシュエリア５は平坦部で構成されているため、リバーススキッシュ流の引き込み（生成）を阻害することなく、しかも引き込まれたリバーススキッシュ流は、スキッシュエリア５内の凹凸に従って流れを形成する。この流れ方向の変化によりリバーススキッシュ流も乱れが強化される。
【００１７】
この実施形態によると、次のような効果を有する。
すなわち、スキッシュエリア内に凹凸が形成されているので、リバーススキッシュ流の引き込みを阻害することなく、ピストン上死点後においてリバーススキッシュ流を燃焼室からスキッシュエリアへと効率的に引き込む（流入させる）ことができる。そして、この引き込まれたリバーススキッシュ流は、図５（図４に対応する図である）に示すように、スキッシュエリア内の凹凸にて流れ方向が変化してより乱れが強化される。この結果、リバーススキッシュ流を効果的に活用して火炎伝播速度を向上させることができ、熱効率の向上に伴う出力の向上及びノッキングの発生を抑制することができる。なお、ピストン上死点前においてもスキッシュエリア内の凹凸がスキッシュ流の乱れを強化することはもちろんである。
【００１８】
また、凸部の高さを凹凸のない部分のスキッシュクリアランス以下に抑えているので、この凹凸を設けることによるＳ／Ｖ比の増加を抑制することができ、熱効率の低下やＨＣ増加の跳ね返りを防止できる。
さらに、凹凸間のクリアランスをスキッシュクリアランスと略等しくしているので、スキッシュ流速、リバーススキッシュ流速の低下を防止しつつ、乱れを強化することができる。
【００１９】
なお、以上説明した実施形態では、シリンダヘッド下面に凸部を、ピストン上面に凹部を設けるようにしているが、ピストン上面に凸部を設け、シリンダヘッド下面に凹部を設けることでスキッシュエリア内に凹凸を形成するようにしてもよい。また、凸部及び凹部の形状（更には境界１１）は、点火栓の位置や燃焼室形態等に応じて適宜設定されるものであり、本実施形態（長手方向に直線状に延びている）に限るものではない。例えば、曲線状であってもよいし、スキッシュエリア内に部分的に形成されるものであってもよい。さらに、凸部の高さや凹凸間のクリアランスについても好ましい例を示したものであり、これに限るものではない（各エンジンで任意に設定できるものである）。
【００２０】
ここで、図６に本実施形態の変形例を示しておく。図６は、ピストン３が上死点にあるときのスキッシュエリア５を示しており、図４に対応する図である。この例では、凸部１２とシリンダヘッド２下面の平坦部とを曲面で滑らかに接続するとともに、凹部１３とピストン３上面の平坦部とを曲面で滑らかに接続したものである（もちろん、ピストン上面に凸部を設け、シリンダヘッド下面に凹部を設けた場合も同様である）。この変形例のようにすれば、スキッシュ流・リバーススキッシュ流の流れ方向の変化が滑らかに行われるので、スキッシュ流速、リバーススキッシュ流速の低下をさらに効果的に防止することができる。
【００２１】
次に、第２実施形態を説明する。但し、前記第１実施形態と同じ構成については説明を省略し、相違する部分のみを説明する。
図７は、第２実施形態に係るエンジンのシリンダヘッド下面を下方から見た図（図２に対応する図）であり、図８は、同じくピストン上面を上方から見た図（図３に対応する図）である。この実施形態は、上記第１実施形態がスキッシュエリア５内にスキッシュ流（リバーススキッシュ流）の流れ方向に交差するような凸部１２、凹部１３を設けているのに対して、スキッシュ流（リバーススキッシュ流）の流れ方向に沿った凸部１４、凹部１５を設けている点が相違する。
【００２２】
すなわち、シリンダヘッド２下面には、燃焼室４とスキッシュエリア５との境界１１から、点火栓６より最も離れたスキッシュエリア５内の部分（以下「スキッシュ最深部」という）Ｘに向かって延びる凸部１４が形成されており、ピストン３上面には、この凸部１４に対向する凹部１５が形成されている。より具体的には、凸部１４及び凹部１５は、点火栓６とスキッシュ最深部Ｘとを結ぶ直線上に設けられている。なお、本実施形態においては、点火栓６が燃焼室４上部の略中央に配置されており、燃焼室４とスキッシュエリア５との境界１１が燃焼室４の一方の中心線Ｌ１と略平行になっていることから、凸部１４及び凹部１５は、燃焼室４の他方の中心線Ｌ２上に（境界１１に略直交するように）設けられることになる。この結果、凸部１４、凹部１５は、スキッシュ流・リバーススキッシュ流の流れ方向に沿って設けられることとなり、かかる凹凸によって乱れを強化されたリバーススキッシュ流がスキッシュ最深部Ｘに向けて流入することになる。
【００２３】
この実施形態によると、スキッシュエリアに形成された凹凸によって、スキッシュ最深部に向けてその乱れを強化したリバーススキッシュ流を流入させることができるので、スキッシュ最深部における火炎伝播速度を高め、リバーススキッシュ流による火炎伝播速度向上効果を効果的に発揮させることができる。これにより、リバーススキッシュ流を効果的に活用して熱効率の向上に伴う出力の向上を図りつつ、ノッキングの発生を抑制することができる。また、凹凸の占める範囲が比較的小さくて済むので、Ｓ／Ｖ比の増加（熱効率の低下）を最小限に抑制できる。なお、凸部をピストン上面に形成し、凹部をシリンダヘッド下面に形成してもよいこと、凸部の高さ、凹凸間のクリアランスなどについては前記第１実施形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係るエンジンの燃焼室構造を示す断面図である。
【図２】第１実施形態においてシリンダヘッド下面を下方から見た図である。
【図３】第１実施形態においてピストン上面を上方から見た図である。
【図４】図１のＡ部拡大図である。
【図５】第１実施形態の変形例を示し、図４に対応する図である。
【図６】スキッシュエリア内における凹凸でのスキッシュ流の流れの概念図である。
【図７】第２実施形態においてシリンダヘッド下面を下方から見た図である。
【図８】第２実施形態においてピストン上面を上方から見た図である。
【図９】スキッシュエリア及びスキッシュ流を説明するための図（エンジンの燃焼室構造を示す断面図）である。
【図１０】同じくスキッシュエリア及びスキッシュ流を説明するための図（シリンダヘッド下面、ピスト上面）である。
【符号の説明】
【００２５】
１…エンジン、２，２１…シリンダヘッド、３，３１…ピストン、４，４１…燃焼室、５，５１…スキッシュエリア、６…点火栓、７…吸気ポート、８…吸気バルブ、９…排気ポート、１０…排気バルブ、１１，１１１…燃焼室とスキッシュエリアとの境界、１２，１４…凸部、１３，１５…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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【図１０】
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