(57)【要約】【課題】燃焼室の乱流エネルギーを向上させる燃焼室構造を備える内燃機関を提供する。【解決手段】ピストン２とシリンダライナー３とシリンダヘッド４とで構成される燃焼室１０を備え、シリンダヘッド４から燃焼室１０に伸びる点火プラグ５を備える内燃機関１である。この内燃機関１は、ピストン２の頂面２０における点火プラグ５に対向する領域をプラグ対向領域とすると、ピストン２の頂面２０からシリンダヘッド４側に突出し、プラグ対向領域をその径方向外方から取り囲むように配置される頂面突起２１を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンとシリンダライナーとシリンダヘッドとで構成される燃焼室を備え、前記シリンダヘッドから前記燃焼室に伸びる点火プラグを備える内燃機関であって、
前記ピストンの頂面における前記点火プラグに対向する領域をプラグ対向領域とすると、
前記ピストンの頂面から前記シリンダヘッド側に突出し、前記プラグ対向領域をその径方向外方から取り囲むように配置される頂面突起を備える内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンとシリンダライナーとシリンダヘッドとで構成される燃焼室を備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、ピストンとシリンダライナーとシリンダヘッドとで構成される燃焼室を備える。燃焼室の天井となるシリンダヘッドのルーフ面には、吸気バルブによって開閉される吸気孔、および排気バルブによって開閉される排気孔が設けられている。吸気孔から燃焼室に導入された空気と燃料の混合気は旋回流を形成する。旋回流には、ピストンの軸芯周りに旋回するスワール渦と、軸芯に直交する軸周りに旋回するタンブル渦とがある。
【０００３】
内燃機関の燃費を向上させるには、燃焼室内の乱流エネルギー（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ  ｅｎｅｒｇｙ）を向上させることが効果的である。乱流エネルギーを向上させるには、勢いのあるタンブル渦の生成と、燃焼室を周回したタンブル渦が燃焼室内で潰れることが重要である。これらの点に鑑み、タンブル渦が燃焼室を周回する前にタンブル渦が減衰する、即ちタンブル渦の勢いが削がれることを抑制する技術が検討されている。
【０００４】
例えば特許文献１には、ピストンの頂面に凹みを設けると共に、その凹みの形状を所定の形状とすることで、吸気孔からピストンの頂面に流れるタンブル渦が円滑にシリンダヘッドのルーフ面に向ってガイドされるようにした内燃機関が開示されている。タンブル渦をガイドする凹みによって、タンブル渦が周回の途中で大きく減衰することなく燃焼室を周回できるので、燃焼室の乱流エネルギーを向上させることができる。また、ピストンの頂面の凹みにガイドされ、勢いを保ったタンブル渦はシリンダヘッドのルーフ面に衝突して潰れ、燃焼室内の乱流エネルギーがさらに向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−７４８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、環境問題に対する世界的な関心が増す中、内燃機関の更なる燃費の向上が求められている。燃費の更なる向上のために、従来の構造とは異なる視点で燃焼室における乱流エネルギーを向上させることができる燃焼室構造の検討が望まれている。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、燃焼室の乱流エネルギーを向上させる燃焼室構造を備える内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る内燃機関は、ピストンとシリンダライナーとシリンダヘッドとで構成される燃焼室を備え、前記シリンダヘッドから前記燃焼室に伸びる点火プラグを備える内燃機関である。この内燃機関は、前記ピストンの頂面における前記点火プラグに対向する領域をプラグ対向領域とすると、前記ピストンの頂面から前記シリンダヘッド側に突出し、前記プラグ対向領域をその径方向外方から取り囲むように配置される頂面突起を備える。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成によれば、ピストンがシリンダヘッドのルーフ面に近づいたときに、点火プラグの近傍で頂面突起がタンブル渦を複雑に乱すので、燃焼室の乱流エネルギーを向上させることができる。この乱流エネルギーの向上に伴い、内燃機関の燃費を向上させることができる。ここで、燃焼室への吸気時にピストンがシリンダヘッドのルーフ面から離れたときに、頂面突起はピストンの頂面近傍でタンブル渦を多少は乱す。しかし、頂面突起は、頂面のプラグ対向領域を取り囲む程度の小さいものであるので、タンブル渦の乱れによる乱流エネルギーの低下の割合は、ピストンがルーフ面に近づいたときに頂面突起がタンブル渦を複雑に乱すことによる乱流エネルギーの向上の割合に比べれば小さい。つまり、頂面突起を設けたことによって得られる利益が不利益を上回る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１に係る内燃機関の燃焼室周りの概略構成図である。
【図２】実施形態１に係る内燃機関に備わるピストンの頂面の概略構成図である。
【図３】実施形態１に係る内燃機関における頂面突起の効果を説明する説明図である。
【図４】（Ａ）はＣ字状の頂面突起の概略図、（Ｂ）は周方向に並ぶ複数の分割突起からなる頂面突起の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る内燃機関を図面に基づいて説明する。
【００１２】
＜実施形態１＞
≪全体構成≫
初めに、図１に基づいて内燃機関１の概略構成を説明する。内燃機関１は、ピストン２と、内部でピストン２を往復させるシリンダライナー３と、シリンダライナー３の上部に配置されるシリンダヘッド４と、を備える。これらピストン２とシリンダライナー３とシリンダヘッド４とで燃焼室１０が構成される。ピストン２の頂面２０には、太線矢印で示すタンブル渦をガイドする凹部が形成されている。凹部の形状は、例えば特許文献１に記載の形状とすることができる。
【００１３】
燃焼室１０の天井部分、即ちシリンダヘッド４のうち、燃焼室１０に対向するルーフ面４０は、その中央部が高くなった傘状の傾斜面となっている。このルーフ面４０の中央部には、一部が燃焼室１０に露出する点火プラグ５が設けられている。また、このルーフ面４０には、燃焼室１０に混合気を導入する吸気ポート６と、燃焼室１０の燃焼ガスを排気する排気ポート７が繋がっている。吸気ポート６の燃焼室１０側の開口端である吸気孔４６は吸気バルブ６ｂによって開閉され、排気ポート７の燃焼室１０側の開口端である排気孔４７は排気バルブ７ｂによって開閉される。
【００１４】
上記構成を備える本例の内燃機関１は更に、燃焼室１０の乱流エネルギーを向上させるための構成として、ピストン２の頂面２０に頂面突起２１を備える。以下、頂面突起２１の構成とその効果を説明する。
【００１５】
≪頂面突起≫
図２は、ピストン２の頂面２０を上方から見た図である。図２の二点鎖線でしめす領域は、ピストン２の頂面２０における点火プラグ５（図１参照）に対向するプラグ対向領域２２である。より具体的には、プラグ対向領域２２は、図１に二点鎖線で示すように、点火プラグ５における燃焼室１０に露出する部分を頂面２０に投影した領域である。図２に示すように、頂面２０に設けられる頂面突起２１は、プラグ対向領域２２の全周を切れ目なく取り囲む円環状に形成されている。このような頂面突起２１を形成することで、図３に示すようにピストン２がシリンダヘッド４のルーフ面に近づくと、点火プラグ５の端面とプラグ対向領域２２との間の気体が点火プラグ５の径方向外方に拡がるときに、その気体の拡がりを頂面突起２１が阻害する。その結果、点火プラグ５近傍でタンブル渦が複雑に乱れ、燃焼室の乱流エネルギーが向上する。この乱流エネルギーの向上に伴い、内燃機関１（図１）の燃費を向上させることができる。
【００１６】
ここで、図１に示すように、燃焼室１０への吸気時にピストン２がシリンダヘッド４のルーフ面４０から離れたときに、頂面突起２１はピストン２の頂面２０近傍でタンブル渦を多少は乱す。しかし、頂面突起２１は、頂面２０のプラグ対向領域２２（図２）を取り囲む程度の小さいものであるので、タンブル渦の乱れによる乱流エネルギーの低下の割合は、図３に示すようにピストン２がルーフ面に近づいたときに頂面突起２１がタンブル渦を複雑に乱すことによる乱流エネルギーの向上の割合に比べれば小さい。
【００１７】
頂面突起２１の内径φ１および外径φ２は特に限定されない。例えば、頂面突起２１の内径φ１は、プラグ対向領域２２よりも１〜３ｍｍ程度大きくすることが挙げられる。また、頂面突起２１の外径φ２は、内径よりも１〜３ｍｍ程度大きくすることが挙げられる。
【００１８】
頂面突起２１の高さｈは、大き過ぎると吸気時にタンブル渦が減衰し易くなる傾向にあり、小さ過ぎると混合気の圧縮時にタンブル渦を乱す効果が小さくなる傾向にある。そのため、頂面突起２１の高さｈは、燃焼室１０の大きさなどを考慮して、適宜選択することが好ましい。例えば、高さｈを、ボア径（シリンダライナー３の内径）の４％以上７％以下とする、あるいは３ｍｍ以上４ｍｍ以下とすることが挙げられる。
【００１９】
上記頂面突起２１は、ピストン２を製造する際に用いる金型の形状をピストン２の頂面２０に転写することで形成することができる。例えば、金型の環状の湯口の形状が転写されて頂面突起２１が形成されるようにすれば、頂面突起２１を形成するための加工を省略することができる。
【００２０】
＜実施形態２＞
頂面突起２１の形状は、プラグ対向領域２２を取り囲むことができる形状であれば良く、図２に示す円環状に限定されるわけではない。例えば、図４（Ａ）に示すように、概略Ｃ字状の頂面突起２１とすることができる。また、図４（Ｂ）に示すように、複数の分割突起２１ｐを環状に配置したものを頂面突起２１として利用することもできる。このように、頂面突起２１の径方向に敢えて気流の逃げ道を作ることで、気流の流れをより複雑に変化させることができる可能性がある。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の内燃機関は、車両の燃費の向上に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００２２】
１  内燃機関  １０  燃焼室
２  ピストン  ２０  頂面  ２１  頂面突起  ２１ｐ  分割突起  ２２  プラグ対向領域
３  シリンダライナー
４  シリンダヘッド  ４０  ルーフ面  ４６  吸気孔  ４７  排気孔
５  点火プラグ
６  吸気ポート  ６ｂ  吸気バルブ
７  排気ポート  ７ｂ  排気バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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