(57)【要約】【課題】単純な形状からなり、設計、製造が容易なスワール流生成手段によって、圧縮行程時のシリンダ内にスワール流が生成される内燃機関を提供すること。【解決手段】  シリンダ２０の内部に収容されたピストン１０と、ピストン頂面１０ａとの間で燃焼室２２を画定するシリンダヘッド３０とを備えた内燃機関１において、ピストン頂面１０ａの所定位置に形成された第１の開口部１２と、第１の開口部１２に対してピストン頂面１０ａの中心Ｏを起点として所定周り方向に所定角度αずれた位置に形成され、且つ第１の開口部１２と同一径方向上には位置しない第２の開口部１４と、第１の開口部１２と第２の開口部１４とを連通するピストン内部に形成された連通孔部１６とを有するとともに、第１の開口部１２の開口面積が第２の開口部１４の開口面積よりも大きく形成されているスワール流生成手段を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に収容されたピストンと、該ピストンの頂面との間で燃焼室を画定するシリンダヘッドとを備えた内燃機関において、
前記ピストン頂面の所定位置に形成された第１の開口部と、該第１の開口部に対してピストン頂面の中心を起点として所定周り方向に所定角度ずれた位置に形成され、且つ前記第１の開口部と同一径方向上には位置しない第２の開口部と、前記第１の開口部と前記第２の開口部とを連通するピストン内部に形成された連通孔部とを有するとともに、前記第１の開口部の開口面積が前記第２の開口部の開口面積よりも大きく形成されているスワール流生成手段を備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記燃焼室が、天井がペントルーフ形状に形成されたペントルーフ型燃焼室であって、
前記第２の開口部は、前記ペントルーフ型燃焼室における天井の峰状部の下側に位置するとともに、前記第１の開口部に対して、ピストン頂面の中心を起点として、所定周り方向に略直角分ずれた位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記第１の開口部が、前記ピストン頂面の外周縁部に凸設されているスキッシュ部のスキッシュ面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記連通孔部が、平面視で直線状に形成されており、且つ縦断面視で２つの直線部分からなる屈曲状に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関に関するものであり、詳しくは、圧縮行程時のシリンダ内にスワール流（横渦）を生成するピストン頂面の形状に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関において、燃費性能の向上を図るために、圧縮比を高めることで燃焼効率を向上させる方策が追求されている。しかしながら、圧縮比を高めるとノッキングが発生し易くなるため、如何にノッキングを抑制するかが圧縮比を高める上での最大の課題となっている。
【０００３】
特許文献１には、ピストン頂面の形状に工夫を施すことでノッキングの発生を抑制する発明が開示されている。図７は、特許文献１のピストン頂面を示した斜視図である。図７に示したように、特許文献１のピストン１１０のピストン頂面１１８には、周方向に沿って４個の鋸歯状面１１９が形成されている。鋸歯状面１１９は、周方向に緩やかに傾斜する緩傾斜面部１１９ａと、周方向に急に傾斜する急傾斜面部１１９ｂとからなり、これら緩傾斜面部１１９ａおよび急傾斜面部１１９ｂは、頂面部１１８ａの中心に向かって径方向にも緩やかに傾斜している。そして、これら緩傾斜面部１１９ａおよび急傾斜面部１１９ｂの径方向側面には、内周側側面部１１９ｃおよび外周側側面部１１９ｄが形成されている。
【０００４】
このように構成されるピストン１１０は、ピストン頂面１１８の周方向に沿って緩傾斜面部１１９ａと急傾斜面部１１９ｂからなる鋸歯状面１１９が形成されているため、圧縮行程時に燃焼室１２０の混合気が鋸歯状面１１９の頂部から谷部に向かって流れ、シリンダ１２２の内部にスワール流（横渦）が発生する。そして、圧縮行程終期の上死点近傍において、鋸歯状面１１９の頂部から谷部に到達したスワール流が、鋸歯状面１１９の急傾斜面部１１９ｂに沿ってシリンダ上方へと向かい、ピストン頂面１１８の上方に設けられた点火装置にスワール流が接近することで、点火装置による混合気の着火が促進され、ノッキングの発生が抑制されるようになっている。
【０００５】
また、鋸歯状面１１９の緩傾斜面部１１９ａは、頂面部１１８ａに向かって径方向にも緩やかに傾斜しているため、緩傾斜面部１１９ａに沿って頂面部１１８ａに向かって流れる時計周り方向の捻れ流が発生し、燃焼室の混合気が立体的に攪拌され、ノッキングの発生が一段と抑止されるようになっている。
【０００６】
すなわち、上述した特許文献１の発明では、ピストン頂面１１８に形成された複数の鋸歯状面１１９によって、圧縮行程時のシリンダ内にスワール流を生成させるスワール流生成手段を構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２７８０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１のスワール流生成手段では、ピストン１１０の形状が複雑であり、その設計、製造に手間がかかるものであった。
【０００９】
本発明は上述した課題を解決するためになされた発明であって、単純な形状からなり、設計、製造が容易なスワール流生成手段によって、圧縮行程時のシリンダ内にスワール流が生成される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】
【００１０】
本発明は、上述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、
本発明の内燃機関は、
シリンダ内に収容されたピストンと、該ピストンの頂面との間で燃焼室を画定するシリンダヘッドとを備えた内燃機関において、
前記ピストン頂面の所定位置に形成された第１の開口部と、該第１の開口部に対してピストン頂面の中心を起点として所定周り方向に所定角度ずれた位置に形成され、且つ前記第１の開口部と同一径方向上には位置しない第２の開口部と、前記第１の開口部と前記第２の開口部とを連通するピストン内部に形成された連通孔部とを有するとともに、前記第１の開口部の開口面積が前記第２の開口部の開口面積よりも大きく形成されているスワール流生成手段を備えたことを特徴とする。
また、好ましくは、連通孔部が、平面視で直線状に形成されており、且つ縦断面視で２つの直線部分からなる屈曲状に形成されているとよい。
【００１１】
本発明の内燃機関によれば、第１の開口部の開口面積の方が、第２の開口部の開口面積よりも大きいため、圧縮行程時において、シリンダ内の混合気が第１の開口部から流入して第２の開口部から流出するように流動し、これによりシリンダ内に上向きのスワール流が生成される。このように、第１の開口部、第２の開口部、およびこれらを連通する連通孔部からなるスワール流生成手段をピストンに形成することで、従来のピストンよりも単純な形状で、圧縮行程時にスワール流を生成することができる。
また、連通孔部が平面視で直線状に形成されており、且つ縦断面視で２つの直線部分からなる屈曲状に形成されていれば、ピストンの鋳造、鍛造後に、ピストンを穿孔することでスワール流生成手段を付加することができるため、ピストンの設計、製造をより簡単に行うことができる。
【００１２】
上記発明において、
前記燃焼室が、天井がペントルーフ形状に形成されたペントルーフ型燃焼室であって、
前記第２の開口部は、前記ペントルーフ型燃焼室における天井の峰状部の下側に位置するとともに、前記第１の開口部に対して、ピストン頂面の中心を起点として、所定周り方向に略直角分ずれた位置に形成されていることが望ましい。
【００１３】
ペントルーフ型燃焼室では、その天井の峰状になっている部分（峰状部）が、最も天井が高くなっており、峰状部から離れるにつれて天井が低くなっていく。よって、圧縮行程時において、同じ燃焼室内においても、天井が高い峰状部の直下にある混合気の圧力は低くなり、峰状部から離れるにつれて混合気の圧力が高くなっていく。したがって、本発明をこのように構成すれば、混合気の圧力が最も低くなる峰状部の下側に第２の開口部が形成され、この第２の開口部に対して略直角分ずれた位置、すなわち峰状部から最も離れ、混合気の圧力が最も高くなる位置に第１の開口部が形成される。よって、第１の開口部から混合気が流入し易く、且つ第２の開口部から混合気が流出し易くなり、圧縮行程時のシリンダ内により強力なスワール流が生成されるようになる。
【００１４】
またこの際、上記発明において、
前記第１の開口部が、前記ピストン頂面の外周縁部に凸設されているスキッシュ部のスキッシュ面に形成されていることが望ましい。
本発明をこのように構成すれば、ピストン頂面の外周縁部にスキッシュ部が凸設されているスキッシュタイプのピストンに対して、本発明のスワール流生成手段を好適に形成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、単純な形状からなり、設計、製造が容易なスワール流生成手段によって、圧縮行程時のシリンダ内にスワール流が生成される内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の内燃機関を示した概略側面図である。
【図２】本発明のピストン頂面を示した概略平面図である。
【図３】本発明の別の実施形態の内燃機関を示した概略側面図である。
【図４】本発明の別の実施形態のピストン頂面を示した概略平面図である。
【図５】本発明の別の実施形態のスキッシュ部を拡大して示した概略側面図である。
【図６】本発明の変形例にかかるピストン頂面を示した概略平面図である。
【図７】従来（特許文献１）のピストン頂面を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１８】
本発明の内燃機関１は、例えば、吸入、圧縮、爆発、排気の４つの行程によって１サイクルを終了する４サイクル内燃機関であって、自動車のエンジンなどに用いられる。図１は、本発明の内燃機関を示した概略側面図であって、内燃機関が圧縮行程にある状態を示した図である。図２は、本発明のピストン頂面を示した概略平面図である。
【００１９】
図１に示したように、本発明の内燃機関１は、円筒状のシリンダ２０と、シリンダ２０の内部に往復動自在に配置されたピストン１０と、シリンダ２０の上部に配置されたシリンダヘッド３０とを備えている。
【００２０】
ピストン１０は、不図示のクランクシャフトと連結されたコインロッド４０と回転可能に連結されており、コインロッド４０の上下動に伴って、シリンダ２０の内部を軸方向に往復移動する。本実施形態のピストン１０は、その頂面が略平坦状に形成されたいわゆるフラットタイプのピストンである。
【００２１】
シリンダヘッド３０は、シリンダ２０の上部に接続固定されており、上死点にあるピストン１０のピストン頂面１０ａとの間で燃焼室２２を画定する。本発明において燃焼室２２の形状は特に限定されるものではないが、天井がペントルーフ形状に形成されたペントルーフ型燃焼室を好適に採用することができる。本実施形態の燃焼室２２は、このペントルーフ型燃焼室となっており、ペントルーフ形状の天井の内、最も天井が高くなっている部分（図１の峰状部３２）が、図２に示したように、平面視で直線状に形成されている。
【００２２】
また、シリンダヘッド３０には、図１に示したように、吸気バルブ３４および排気バルブ３６が設置されている。これら吸気バルブ３４および排気バルブ３６は、図２に示したように、各２個設置されている。
【００２３】
また、図１および図２に示したように、ピストン頂面１０ａの所定位置には第１の開口部１２が形成されている。また、第１の開口部１２に対して、ピストン頂面１０ａの中心Ｏを起点として、例えば時計周り方向に、所定角度αずれた位置に、第２の開口部１４が形成されている。そして、第１の開口部１２と第２の開口部１４とは、ピストン１０の内部に形成された連通孔部１６によって連通されている。そして本発明のスワール流生成手段は、これら第１の開口部１２、第２の開口部１４、および連通孔部１６とから構成されている。
【００２４】
図２に示したように、第１の開口部１２の開口面積は、第２の開口部１４の開口面積よりも大きく形成されている。また、連通孔部１６の孔断面も、第１の開口部１２から第２の開口部１４に向かって次第に小さくなるように形成されている。また、第１の開口部１２および第２の開口部１４は、ピストン頂面１０ａの外周側、すなわち、中心Ｏから外周方向に少なくとも半径の１／２以上離れた位置に形成されている。このように第１の開口部１２および第２の開口部１４がピストン頂面１０ａの外周側に形成されていれば、シリンダ内に内周面２０ａに沿うような大きなスワール流sが生成され、混合気の撹拌がより促進される。
【００２５】
また、本発明における前記所定角度αは１８０度以外であればよく、特に限定されない。前記所定角度αが１８０度だと、第１の開口部１２と第２の開口部１４とが、同一径方向上に位置することとなり、スワール流sを生成する上で不利となる。また、ペントルーフ型燃焼室においてより強力なスワール流sを生成するためには、図２に示したように、第２の開口部１４が峰状部３２の下側に位置するとともに、前記所定角度αは略直角であることが好ましい。ペントルーフ型燃焼室では、その天井の峰状になっている部分（峰状部３２）が最も天井が高くなっており、峰状部３２から離れるにつれて天井が低くなっていく。よって、圧縮行程時において、同じ燃焼室２２の内部においても、天井が高い峰状部３２の直下にある混合気の圧力は低くなり、峰状部３２から離れるにつれて、混合気の圧力が高くなっていく。したがって、図２に示した位置に第１の開口部１２および第２の開口部１４を形成すれば、混合気の圧力が高い第１の開口部１２からは混合気が流入し易く、且つ混合気の圧力が低い第２の開口部１４から混合気が流出し易くなり、圧縮行程時のシリンダ２０の内部により強力なスワール流sが生成されるようになる。
【００２６】
なお、ここで言う略直角とは概ね直角に近い角度との意味であり、第１の開口部１２がシリンダ内の高圧側に、第２の開口部１４がシリンダ内の低圧側に、それぞれ配置されるように適宜設定すれば良いものであるが、少なくとも７５度〜１０５度の範囲は、本発明で言うところの略直角に含まれるものとする。本実施形態では、前記所定角度αは約８２度となっている。
【００２７】
また、図１に示したように、連通孔部１６の縦断面形状は、２つの直線部分１６ａ、１６ｂからなり、屈曲部１６ｃにて屈曲する屈曲状に形成されている。また、図２に示したように、連通孔部１６の平面形状は直線状に形成されている。連通孔部１６がこのような形状に形成されていれば、ピストン頂面１０ａからピストン１０の内部を穿孔することで、第１の開口部１２、第２の開口部１４、および連通孔部１６を形成することができる。したがって、ピストン１０の鋳造、鍛造後に、ピストン１０にスワール流生成手段を付加することができるため、ピストンの設計、製造をより簡単に行うことができる。また、既存のピストンにスワール流生成手段を付加することも可能である。
【００２８】
図３は、本発明の別の実施形態の内燃機関を示した概略側面図であって、内燃機関が圧縮行程にある状態を示した図、図４は、本発明の別の実施形態のピストン頂面を示した概略平面図である。また図５は、図３に示したａ部を拡大した概略側面図である。なお、この別の実施形態の内燃機関１は、上述した実施形態と基本的には同様の構成であり、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
この別の実施形態の内燃機関１は、図３および図４に示したように、ピストン頂面１０ａの外周縁部にスキッシュ部１８、１８が凸設されている点が、上述した実施形態とは異なっている。図３および図５に示したように、スキッシュ部１８は、その外周側に緩やかに傾斜したスキッシュ面１８ａが形成されており、ピストン１０が上死点に位置した場合に、このスキッシュ面１８ａが燃焼室２２の天井の裾部３３との間でスキッシュエリアを形成するように構成されている。またこのスキッシュ部１８は、特に限定されるものではないが、図４に示したように、ペントルーフの峰状部３２に対して平行な位置に左右１箇所ずつ形成されているものとする。
【００３０】
そして本実施形態の内燃機関１では、上述した第１の開口部１２が、このスキッシュ面１８ａに位置するように形成されている。このように構成すれば、ピストン頂面１０ａの外周縁部にスキッシュ部１８が凸設されているいわゆるスキッシュタイプのピストン１０に対して、第１の開口部１２、第２の開口部１４、および連通孔部１６からなる本発明のスワール流生成手段を好適に形成することができる。
【００３１】
このような本発明の内燃機関１によれば、第１の開口部１２の開口面積の方が、第２の開口部１４の開口面積よりも大きいため、圧縮行程時において、シリンダ２０の内部の混合気が第１の開口部１２から流入して第２の開口部１４から流出するように流動し、これによりシリンダ２０の内部に上向きのスワール流ｓが生成される。このように、第１の開口部１２、第２の開口部１４、およびこれらを連通する連通孔部１６からなるスワール流生成手段をピストン１０に形成することで、従来のピストンよりも単純な形状で、圧縮行程時にスワール流ｓを生成することができる。
また、連通孔部１６が平面視で直線状に形成されており、且つ縦断面視で２つの直線部分からなる屈曲状に形成されているため、ピストン１０の鋳造、鍛造後に、ピストン１０を穿孔することでスワール流生成手段を付加することができるため、ピストン１０の設計、製造をより簡単に行うことができる。
【００３２】
また上述したように、ペントルーフ型燃焼室の場合において、第２の開口部１４をペントルーフ型燃焼室における天井の峰状部３２の下側に位置するとともに、第１の開口部１２に対して、ピストン頂面の中心Ｏを起点として、所定周り方向に略直角分ずれた位置に形成すれば、圧縮行程時のシリンダ２０の内部により強力なスワール流ｓが生成される。
【００３３】
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
【００３４】
例えば上述した実施形態では、第１の開口部１２は一つの開口から構成されていた。また同様に、連通孔部１６は一つの連通孔から形成されていた。しかしながら本発明の内燃機関１はこれに限定されず、図６に示したように、複数の開口１２ａ、１２ｂ、１２ｃからなる第１の開口部１２と、複数の連通孔１６ｄ、１６ｅ、１６ｆとからなる連通孔部１６とから構成されていてもよいものである。なお、この場合であっても、第１の開口部１２を構成する複数の開口１２ａ、１２ｂ、１２ｃの開口面積の合計は、第２の開口部１４の開口面積よりも大きくなっているため、圧縮行程時において、シリンダ２０の内部の混合気が第１の開口部１２から流入して第２の開口部１４から流出するように流動し、これによりシリンダ２０の内部に上向きのスワール流ｓが生成される。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明によれば、圧縮行程時のシリンダ内にスワール流を生成することで混合気の撹拌を促進し、燃費性能の向上を図ることが可能であり、例えば自動車用の内燃機関などにおいて好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１          内燃機関
１０        ピストン
１０ａ      ピストン頂面
１２        第１の開口部
１４        第２の開口部
１６        連通孔部
１８        スキッシュ部
１８ａ      スキッシュ面
２０        シリンダ
２０ａ      内周面
２２        燃焼室
３０        シリンダヘッド
３２        峰状部
３３        裾部
３４        吸気バルブ
３６        排気バルブ
４０        コインロッド
ｓ          スワール流
【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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