(57)【要約】【課題】燃焼室にタンブル流が残り過ぎることによる弊害を防止して、燃焼性を向上させる。【解決手段】燃焼室１２に強力なタンブル流１３を形成するため、ピストン５の頂面に凹所１４を形成している。また、ピストン５には、タンブル流１３を破壊して乱流を生成させるための攪乱部材１５を設けている。攪乱部材１５には横長のテコ部材５０が連結されており、テコ部材５０はロータ４８で回動する。ロータ４８は、第１〜第３リンク４０，４２，４６を介して連接棒７で駆動される。ピストン５が上死点近くに位置したある程度の範囲だけ、テコ部材５０が回動して攪乱部材１５が突出する。これにより、成長したタンブル流が破壊されて、燃焼室１２には無数の渦流からなる乱流が生成される。これにより、燃焼性が格段に向上する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボアを有するシリンダブロックと、前記シリンダボアに摺動自在に嵌め入れられたピストンと、前記シリンダボアを覆うシリンダヘッドとを有し、吸気行程で燃焼室に混合気のタンブル流が形成される構成であって、
前記ピストン又はシリンダヘッド若しくは両方に、前記タンブル流を崩壊させる攪乱部材を、圧縮行程の遅くとも終期には燃焼室に突出して、爆発行程及び吸気行程では燃焼室から後退しているように設けている、
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、ピストンがシリンダボアを往復動するレシプロ方式の内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レシプロ式の内燃機関において、燃料と空気との混合性を高めて燃焼性を向上させるため、吸気行程において燃焼室にタンブル流を積極的に生成させることが行われている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２０６４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃焼室にタンブル流を発生させることは混合気を均一化する上で有益であるが、タンブル流が爆発行程まで残っていると、混合気がタンブル流の流れに沿って燃焼する傾向を呈して、燃焼室内での均一かつ速やかな燃焼が阻害されるおそれがある。
【０００５】
本願発明はこのような現状を改善すべく成されたもので、タンブル流の利点は保持しつつ、燃焼性を向上させた内燃機関を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明は、シリンダボアを有するシリンダブロックと、前記シリンダボアに摺動自在に嵌め入れられたピストンと、前記シリンダボアを覆うシリンダヘッドとを有し、吸気行程で燃焼室に混合気のタンブル流が形成される内燃機関において、前記ピストン又はシリンダヘッド若しくは両方に、前記タンブル流を崩壊させる攪乱部材を、圧縮行程の遅くとも終期には燃焼室に突出して、爆発行程及び吸気行程では燃焼室から後退しているように設けている。
【０００７】
なお、攪乱部材は、吸気行程ではタンブル流の形成を阻害しない範囲で後退しておれば足り、従って、吸気行程の終期で燃焼室に部分的又は全体的に突出させることも可能である。請求項の発明はこのような構成も含んでいる。
【発明の効果】
【０００８】
本願発明によると、吸気行程で燃焼室にタンブル流を形成しつつ、タンブル流は圧縮行程の少なくとも終期（換言すると、少なくとも着火直前）において攪乱部材で崩壊される。そして、タンブル流が崩壊することにより、タンブル流の流れエネルギーによって燃焼室に無数の渦流等からなる乱流が生成し、この乱流により、火炎をまんべんなく高速で伝播させることができる。従って、高い燃焼効率を確保することができるのであり、延いては、燃費向上や排気ガスの有害物質抑制に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態の縦断正面で、吸気行程の途中の状態を示している。
【図２】第１実施形態の縦断正面で、実線は圧縮行程の途中の状態を示している。
【図３】第２実施形態の概略縦断正面である。
【図４】第３実施形態の概略縦断正面である。
【図５】第４実施形態の概略縦断正面である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
(1).第１実施形態
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１，２に示す第１実施形態から説明する。内燃機関は、シリンダボア２を有するシリンダブロック１と、ガスケット３を介してシリンダヘッド１の上面に固定されたシリンダヘッド４とを有しており、シリンダボア２にはピストン５が摺動自在に嵌まっている。ピストン５には、ピストンピン６を介して連接棒７が連結されている。
【００１１】
シリンダヘッド４には、シリンダボア２に向いて開口した２つずつ又は１つずつの吸気ポート８と排気ポート９とを設けており、吸気ポート８及び排気ポート９は、それぞれ吸気バルブ１０及び排気バルブ１１で開閉される。シリンダヘッド４とシリンダボア２とピストン５とにより、燃焼室１２が構成される。シリンダヘッド４のうち燃焼室１２を構成する部分（シリンダボア２に対向した部分）は、おおむね台錘形に近い形態（屋根形）になっている。
【００１２】
本実施形態の内燃機関は４サイクルの火花着火式方式であり、ピストン５の頂面には、吸気行程において燃焼室１２に混合気のタンブル流１３を生成させるための凹所１４を形成している。凹所１４は、吸気バルブ１０と排気バルブ１１とを結ぶ線の方向（すなわち、平面視でクランク軸の軸線と直交した方向）に沿って深さを変えており、この凹所１４により、シングルの強いタンブル流１３が形成される。
【００１３】
ピストン５には、タンブル流１３の流れを阻害するための攪乱部材１５を設けている。攪乱部材１５は、凹所１４の延び方向と直交した方向（すなわち、タンブル流１３を横切る方向）に長い板状の攪乱部１６を有しており、攪乱部１６は、ピストン５の頂面から突出したり、ピストン５の頂面から突出しない状態に後退したりするように、ピストン５に形成した長溝１７にスライド自在に装着している。
【００１４】
ピストン５にはクランク軸の方向に開口した空洞部１８が形成されており、攪乱部材１５における攪乱部１６の基端は空洞部１８に露出している。そして、攪乱部１６の基端に、空洞部１８の内部に位置した作動部１９を一体に設けている。従って、攪乱部材１５は攪乱部１６と作動部１９とで構成されている。作動部１９は板状の形態を成しており、攪乱部１６を挟んだ左右両側に広がっている。なお、作動部１９の平面視形状は円板状や矩形など、任意の形態を採用できる。また、作動部１９板状である必要はなく、例えば棒状とすることも可能である。
【００１５】
作動部１９は鋼板のような磁性体から成っており、攪乱部１６を挟んで一方の側の先端に、下向きに突出した磁着部２０を設けている一方、ピストン５における空洞部１８の内面のうち磁着部２０と対向した部位に、補助ブラケット２１を固定している。そして、補助ブラケット２１に、攪乱部材１５の磁着部２０が当たることで後退位置（下降位置）を規制する第１ストッパー２２と、攪乱部材１５が後退し切った状態で磁着部２０が磁着する第１マグネット２３と、攪乱部材１５が突出し切った状態で磁着部２０が磁着する第２マグネット２４とを設けており、これらマグネット２３，２４とにより、攪乱部材１５は後退状態と突出状態とに選択的に保持される。
【００１６】
攪乱部材１５は吸気行程では後退し切っており、このためタンブル流１３の形成機能は阻害されないが、圧縮行程では突出する。このための手段として、ピストン５の空洞部１８に下方から入り込む第２ストッパー２５を設け、第２ストッパー２５の上端を、攪乱部材１５における作動部１９のうち磁着部２０に近い部位に下方から対向させている。第２ストッパー２５の上端に第１スプリング２６を設けており、ピストン５が下降し切ったときに、第１スプリング２６のばね力が第１マグネット２３の磁着力に打ち勝って、攪乱部材１５が突動（上昇動）するように設定している。第２ストッパー２５は、ピストン５や連接棒７の動きを阻害しない状態でシリンダブロック１に固定されている。
【００１７】
ピストン５が下降し切ると、攪乱部材１５は第１スプリング２６の反発力で勢い良く上昇し、磁着部２０が第２マグネット２４に磁着することで突出状態が保持される。この場合、ピストン５における空洞部１８の上底面には第２スプリング２７を設けており、攪乱部１６が突出した状態では、作動部１９は第２スプリング２７を圧縮させた状態になっており、その状態で磁着部２０が第２マグネット２４に磁着している。
【００１８】
ピストン５の空洞部１８のうちピストン５を挟んで第２ストッパー２５と反対側には、攪乱部材１５における作動部１９の外側に位置した第３ストッパー２８を設けている。第３ストッパー２８は、ピストン５の往復動ストロークと略同じ寸法Ｈだけ自在に昇降する状態でシリンダブロック１に装着されている（第２ストッパー２８は、図１では下降行程（吸気行程）途中の状態を示し、図２では上昇行程（圧縮行程）途中での状態を示している。）。
【００１９】
図２から理解できるように、第３ストッパー２８は上向きスライドして上昇し切った作動部１９の上付近まで延びており、このため、ピストン５の空洞部１８には、第３ストッパー２８の進入を許容する補助凹所１８ａを形成している。そして、第３ストッパー２８の先端に、ピストン５の上昇行程の終期において攪乱部材１５の作動部１９に上から当接する鉤部２８ａを設けている。
【００２０】
図１，２の実線ではピストン５は下死点よりもやや高い位置に位置しており、図１では吸気行程を示している。図１の状態から下死点に移行すると、攪乱部材１５は図２の実線のように突出する。そして、図２の一点鎖線鎖線に示すように、第３ストッパー２８は、ピストン５の上昇の終期近くにおいて攪拌部材１５の作動部１９で引き上げられ、更に、ピストン５が上死点まで移行する少し前に上昇し切り、すると、攪拌部材１５は第３ストッパー２８によって上昇動が強制的に停止させられ、すると、第２マグネット２４による磁着が解除されて、第２スプリング２７によって押し下げられる。そして、作動部１９が第１ストッパー２２に当たることで下降（後退）し切った状態に保持される。
【００２１】
以上のとおり、攪乱部材１５は吸気行程では後退しているため、タンブル流１３の生成機能は阻害されない一方、圧縮行程において攪乱部材１５の攪乱部１６が燃焼室１２に突出することにより、タンブル流１３が崩壊して多数の渦流等で構成された乱流が発生し、これにより、混合気をまんべんなく速やかに燃焼させることができる。また、攪乱部材１５はピストン５が上死点に到るよりも少し前に後退し切るため、燃料の爆発（燃焼）が攪乱部１６によって悪影響を受けることはない。
【００２２】
なお、本実施形態では攪乱部材１５は排気行程でも突出動して、排気行程の終期において後退動する。従って、吸気は攪乱部材１５が後退し切った状態で行われる。
【００２３】
(2).他の実施形態・その他
図３に示す第２実施形態では、攪乱部材１５をシリンダヘッド４に設けている。すなわちこの実施形態の攪乱部材１５は、板状の攪乱部１６と、攪乱部１６の基端（上端）に設けたスライド軸３１とを有しており、スライド軸３１をスプリング３２で上向き（後退方向）に付勢すると共に、スライド軸３１の頂面にカム３２を当接させている。カム３２は、吸排気バルブ１０，１１を駆動する動弁機構によって駆動される。
【００２４】
この実施形態では、カム３２のプロフィールを工夫することで、攪乱部材１５の突出・後退のタイミングを最適な状態に実現することができる。また、この実施形態は、点火プラグを備えていない圧縮着火方式の内燃機関に好適である。
【００２５】
図４に示す第３実施形態では、第１実施形態と同様に攪乱部材１５をピストン５に設けており、また、攪乱部材１５は第１実施形態と同様に板状の攪乱部１６と同じく板状の作動部１９とを有している。
【００２６】
そして、この実施形態では、攪乱部材１５を後退させるための手段として電磁ソレノイド３４を使用しており、電磁ソレノイド３４は空洞部１８の上底面に配置している。電磁ソレノイド３４と作動部１９との間にばね３５を配置しており、電磁ソレノイド３４に通電してない状態では、攪乱部材１５はばね３５で付勢されて後退している。攪乱部材１５の後退位置はストッパー３９で規制されている。
【００２７】
ピストン５の空洞部１８には、受電コイル３６を設け、シリンダブロック１には、受電コイル３６に高周波電波を送る給電コイル３７を設けている。電磁ソレノイド３４には、このワイヤレス給電によって電力が供給されている。この実施形態でも、攪乱部材１５は任意のタイミングで突出・後退させることができる。なお、給電コイル３７はウォータジャケット３８の外側に設けている。
【００２８】
図５では、攪乱部材１５の昇降を連接棒７の動きに連動させる第４実施形態を示している。この実施形態において、ピストン５の空洞部１８に、上下方向（ピストン５の摺動方向）に沿って延びる第１リンク４０を配置し、第１リンク４０の上下中途部がピストンピン６と同じ方向に延びるピン４１で回動自在に連結されており、第１リンク４０の下端部と連接棒７とが第２リンク４２及びピン４３，４４を介して相対回動自在に連結されている。第１リンク４０のピン穴４５は上下長手の長穴になっており、従って、連接棒７の回動に連動して第１リンク４０もシーソー状に回動する。
【００２９】
第１リンク４０の上端部には、ピストンピン６の上方に位置した第３リンク４６がピン４７で連結されている。第３リンク４６は第２リンク４２と同じ方向（ピストンピン６と直交した方向）に延びており、先端は、ロータ４８の軸心から離れた部位にピン４９で連結されている。ロータ４８はピストンピン６と同じ軸心回りに回転するようになっており、また、ピン４９の回転直径は第３リンク４６の往復動ストロークと同じ寸法になっている。従って、ピストン５の往復動によって連接棒７が回動すると、これに連動してロータ４８も一方方向に回転する。つまり、ロータ４８はクランク軸と同じ回転をする。
【００３０】
ロータ４８の上方には、攪乱部材１５を押し上げるテコ部材５０を配置している。テコ部材５０の一端は攪乱部材１５に設けた連結部１５ａにピン５１で連結されており、テコ部材５０の他端は、ロータ４８に近い部位においてピストン５にピン５１′で連結されている。攪乱部材１５における連結部１５ａのピン穴５４は長穴になっているため、テコ部材５０の回動で攪乱部材１５は支障なく昇降する。テコ部材５０は、攪乱部材１５を後退させる方向にばね５５′で付勢されている。また、テコ部材５０の後退姿勢はストッパー５５で規制されている。
【００３１】
そして、ロータ４８の外周とテコ部材５０とに、ロータ４８が回転すると互いに当接するカム突起５２，５３を設けている。カム突起５２，５３が互いに当接することで攪乱部材１５が突出するが、ピストン５が下死点近くになった若干の範囲においてだけ、カム突起５２，５３が互いに当接して離反するように設定している。
【００３２】
タンブル流１３は吸気行程で生成されて圧縮行程で成長させることができるが、この第４実施形態では、連接棒７の動きに連動させて攪乱部材１５を駆動するコンパクトな構成でありながら、ピストン５の上死点近傍においてのみ攪乱部材１５を突出させることができるため、十分に成長したタンプル流１３を破壊して、タンプル流１３のエネルギーを乱流として有効利用できる。
【００３３】
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば攪乱部材の駆動手段としては、油圧機構を採用することも可能である。また、攪乱部材をピストンに設けた場合、カム等の連動手段を介して連接棒の動きで攪乱部材を駆動することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本願発明は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関に適用できる。従って、産業上、利用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１  シリンダブロック
２  シリンダボア
４  シリンダヘッド
５  ピストン
８  吸気ポート
９  排気ボート
１０  吸気バルブ
１１  排気バルブ
１２  燃焼室
２３  タンブル流
１４  タンブル形成用の凹所
１５  攪乱部材
１６  攪乱部
１８  空洞部
１９  作動部
２２，２５，２８  ストッパー
２３，２４  マグネット
２６，２７  スプリング
３３  カム
３４  電磁ソレノイド
【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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