JP4165516B2 - 内燃機関の燃焼室構造 - Google Patents
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Description
また、このエンジン200では、ピストン201が上死点近傍に位置している場合に、ピストン頂面202と燃焼室下縁部205A近傍におけるシリンダヘッド下面204との間に微細な空間(スキッシュエリア)206,207が形成されるようになっている。
他方、図10に示すように、ピストン201の頂面202には、図示しない吸気バルブや排気バルブとピストン頂面202との干渉(衝突)を避けるべく、バルブリセス207が形成されている。このようなバルブリセス207が形成されている理由の1つとして、可変動弁機構(いわゆる、VVT機構;図示略)がエンジン200にそなえられていることがあげられる。つまり、このVVT機構(図示略)が、ピストン201が上死点近傍にある際に吸気バルブや排気バルブを大きく開弁させる場合があり、このような場合に、開弁状態の吸気バルブや排気バルブとピストン頂面とが衝突することを避けるべく、バルブリセス207が形成されているのである。
しかしながら、このような手法によれば、スキッシュ高さh206,h207が必然的に高くなってしまう。このため、十分なスキッシュ流SFを生成できないこととなり、燃費が悪化する事態を招いてしまう。
また、請求項3記載の本発明の内燃機関の燃焼室構造は、請求項1記載の内容において、該スキッシュエリア形成部以外の該ピストン頂面において窪み部が形成されることを特徴としている。
また、請求項5記載の本発明の内燃機関の燃焼室構造は、請求項3記載の内容において、該窪み部の外周部は該ピストン外縁部よりも高くなるように形成され、該窪み部の外周部と該ピストン外縁部との間には傾斜部が形成されていることを特徴としている。
また、ピストン頂面に形成されたスキッシュエリア形成部に、吸気バルブとの干渉を避けるバルブリセスが形成されている場合であっても、吸気バルブリセスとリング溝との間で必要な肉厚を確保できるので、ピストンに必要な強度を得ることができるとともに、吸気効率を向上させて内燃機関の出力を向上させることができる。(請求項1)
また、ピストン頂面に高さが均一な平坦部を形成することで、ピストンの加工を容易にし、ピストンの生産性を向上させることができる。(請求項2)
また、スキッシュエリア形成部を除いたピストン頂面において窪み部を形成することで、燃焼室内での混合気の撹拌を促進することができ、燃焼の安定性を高めることができる。(請求項3)
また、ピストン頂面に形成された平坦部の外周部をピストン外縁部よりも高くなるように形成することで、内燃機関に応じた適切な圧縮率を得ながら、排ガス性能を向上させることができる。(請求項4)
また、ピストン頂面に形成された窪み部の外周部がピストン外縁部よりも高くなるように形成することで、内燃機関に応じた適切な圧縮率を得ながら、排ガス性能を向上させることができる。(請求項5)
この図1に示すエンジン10に備えられたピストン11は、シリンダブロック(図示略)に形成されたシリンダ(図示略)内を摺動するものであって、その頂面(ピストン頂面)12とシリンダヘッド13の下面14との間で燃焼室15を形成するようになっている。なお、このシリンダヘッド13には、燃焼室15と連通した吸気ポートおよび排気ポート(いずれも図示略)と、吸気ポートを開閉する吸気バルブおよび排気ポートを開閉する排気バルブ(いずれも図示略)とが備えられている。また、このエンジン10には図示しない可変動弁機構(VVT機構)が備えられており、吸気バルブおよび排気バルブのストローク量および開閉弁時期を変更できるようになっている。
これらのうち、トップリング溝16は、後述するバルブリセス31との間の肉厚(図示略)を確保できる範囲で、ピストン頂面12に近接して形成されている。また、このトップリング溝16よりも図中下方側(ピストンピン19側)にセカンドリング溝17が形成され、さらに、このセカンドリング溝17の下方側にサードリング溝18が形成されている。
これらのうち、吸気側スキッシュエリア形成部22は、シリンダヘッド13側に***した部分であって、ピストン11が上死点近傍にある場合にシリンダヘッド下面14との間で吸気側のスキッシュエリア21を形成できるようになっている。
また、この吸気側スキッシュエリア形成部22は、シリンダヘッド下面14の吸気側スキッシュ平坦部32(後述する)に対してその表面が略平行となるように平坦な形状として形成されている。同様に、排気側スキッシュエリア形成部24は、シリンダヘッド下面14の排気側スキッシュ平坦部33(後述する)に対してその表面が略平行となるように平坦な形状として形成されている。
また、平坦部26は、ピストン頂面12において、吸気側および排気側スキッシュエリア形成部22,24が形成された部分を除いた部分であって、その高さは均一であり且つピストン外縁部25と同じ高さとなるように形成されている。
これらのうち、吸気側および排気側スキッシュランド部27A,27Bは、吸気側および排気側スキッシュエリア形成部22,24とトップリング溝16との間におけるトップランド27の一部分として形成されている。また、外縁ランド部27Cは、ピストン外縁部25とトップリング溝16との間におけるトップランド27の一部分として形成されている。
また、図2に示すように、吸気側および排気側スキッシュエリア形成部22,24には、ピストン11が上死点近傍にある場合に開弁状態の吸気バルブ(図示略)とピストン頂面12とが衝突することを防ぐための吸気側バルブリセス(バルブリセス)31,31が形成されている。
これらのうち、吸気側スキッシュ平坦部32は、吸気側(図中右側)においてピストン頂面12の吸気側スキッシュエリア形成部22に対して平行となるように平坦に形成されており、一方、排気側スキッシュ平坦部33は、排気側(図中左)において排気側スキッシュエリア形成部24に対して平行となるように平坦に形成されている。
本発明の第1実施形態に係る内燃機関の燃焼室構造は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。
また、ピストン11が上死点付近まで上昇した際には、ピストン頂面12に形成された吸気側スキッシュエリア形成部22と吸気側スキッシュ平坦部32とを近接させることで吸気側スキッシュエリア21を形成することができ、同様に、排気側スキッシュエリア形成部24と排気側スキッシュ平坦部33とを近接させることで排気側スキッシュエリア23を形成することができる。
このように、本発明の第1実施形態に係る内燃機関の燃焼室構造によれば、このように、クエンチングエリアの容積を小さくしながら、且つ、スキッシュ流を確実に生成させることで、エンジン10から排出される排ガスに含まれるHC(炭化水素;未燃燃料)を抑制することによる排ガス性能の向上と、燃焼効率の向上による燃費の向上とを両立させることができる。
また、吸気側バルブリセス31,31が形成されているため、ピストン11が上死点近傍にある場合であっても吸気バルブを大きく開弁することができ、これにより、吸気効率を向上させてエンジン10の出力を向上させることができる。
また、ピストン頂面12には、ピストン外縁部15と同じ高さに形成された平坦部26が形成されるようになっているので、ピストン11の加工を容易にし、ピストン11の生産性を向上させることもできる。
また、ピストン41には、その側面の全周に亘って、トップリング溝(リング溝)46,セカンドリング溝47,サードリング溝48が形成され、これらのリング溝46,47,48には、それぞれ、ピストンリング(図示略)が嵌入できるようになっている。
これらの吸気側スキッシュエリア形成部49,排気側スキッシュエリア形成部51およびピストン外縁部45は、それぞれ、上述の第1実施形態において説明した、吸気側スキッシュエリア形成部22,排気側スキッシュエリア形成部24およびピストン外縁部25に対応するものであるので、ここではその説明を省略する。
また、傾斜部52は、平坦部50の外周部50Aとピストン外縁部45との間に形成された斜面であって、平坦部50の外周部50Aからピストン外周部45に近接するに連れて徐々にその高さが低くなるように形成されている。
なお、このピストン41には、図4に示すように、トップランド(ランド部)53、セカンドランド54、サードランド55が形成されているが、これらのランド53,54,55は、それぞれ、第1実施形態におけるトップランド27、セカンドランド28、サードランド29に対応している。また、吸気側のスキッシュランド部53A、排気側のスキッシュランド部53Bおよび外縁ランド部53Cも、それぞれ、上述の第1実施形態における吸気側スキッシュランド部27A、排気側スキッシュランド部27Bおよび外縁ランド部27Cに対応するため、ここではその説明を省略する。
本発明の第2実施形態に係る内燃機関の燃焼室構造は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。
ピストン41に形成された外縁ランド部53Cの厚みh53Cを、図10に示す従来のピストン201のトップランド209の厚みh209Bに比べて大幅に小さく形成することができる。これにより、外縁ランド部53Cと図示しないシリンダライナとの間で形成されるクエンチングエリア(図示略)の容積を小さくすることが可能となる。
また、ピストン頂面42に形成された吸気側スキッシュエリア形成部49には、吸気バルブとの干渉を避ける吸気側バルブリセス56,56が形成されているが、このような場合であっても、これらのバルブリセス56,56とトップリング溝46との間で必要な肉厚を確保でき、ピストン41に必要な強度を得ることができる。
また、VVT機構により、排気行程後期(つまり、ピストン41が上死点近傍にある際)において吸気バルブを開弁させることで排ガスを内部EGRガスとして吸気ポートに流入させることができるので、排ガスに含まれるNOx(窒素酸化物)の量を低減させることもできる。
次に、本発明の第3実施形態に係る内燃機関の燃焼室構造について説明すると、図6は本実施形態における燃焼室とピストンとを示す模式的な側面図、図7はピストン頂面を示す模式的な平面図である。なお、上述の第1および第2実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、原則としてその説明を省略し、ここでは第2実施形態との相違点に重点を置いて説明する。また、上述の第1および第2実施形態を説明するのに用いた図も併せて用いる。
また、このピストン71には、その側面の全周に亘って、トップリング溝(リング溝)74,セカンドリング溝75,サードリング溝76が形成され、これらのリング溝74,75,76には、それぞれ、ピストンリング(図示略)が嵌入できるようになっている。
これらのうち、吸気側スキッシュエリア形成部77およびピストン外縁部78は、上述の第1実施形態において説明した吸気側スキッシュエリア形成部22およびピストン外縁
部25にそれぞれ対応するものであるので、ここではその説明を省略する。同様に、平坦部79と傾斜部81とは、上述の第2実施形態において説明した、平坦部50および傾斜部52にそれぞれ対応するものであるので、ここではその説明を省略する。
また、図6に示すように、このピストン71にはトップランド(ランド部)83、セカンドランド84、サードランド85が形成されているが、これらのランド83,84,85は、それぞれ、第1実施形態におけるトップランド27、セカンドランド28、サードランド29に対応している。また、トップランド83における吸気側のスキッシュランド部83Aおよび外縁ランド部83Cも、それぞれ、上述の第1実施形態における吸気側スキッシュランド部27A、外縁ランド部27Cに対応しているため、ここではその説明を省略する。
本発明の第3実施形態に係る内燃機関の燃焼室構造は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。
ピストン71に形成された外縁ランド部83Cの厚みh83Cを、図10に示す従来のピストン201のトップランド209の厚みh209Bに比べて大幅に小さく形成することができる。これにより、外縁ランド部83Cと図示しないシリンダライナとの間で形成されるクエンチングエリア(図示略)の容積を小さくすることが可能となる。
したがって、図6中矢印SFで示すように、吸気側スキッシュエリア21から燃焼室43の中心側へ向けてスキッシュ流を確実に生成することができる。
また、ピストン頂面72に形成された吸気側スキッシュエリア形成部77には、吸気バルブとの干渉を避ける吸気側バルブリセス82,82が形成されているが、このような場合であっても、これらのバルブリセス82,82とトップリング溝74との間で必要な肉厚を確保でき、ピストン71に必要な強度を得ることができる。
また、VVT機構により、排気行程後期(つまり、ピストン71が上死点近傍にある際)において吸気バルブを開弁させることで排ガスを内部EGRガスとして吸気ポートに流入させることができるので、排ガスに含まれるNOx(窒素酸化物)の量を低減させることもできる。
以上、本発明の第1〜第3実施形態を説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
このうち、図8(A)に示すピストン90のように、段部96を形成することによって、そのピストン外縁部91からトップリング溝92までの高さ(即ち、トップランド(ランド部)93の厚み)h93を小さくするように形成してもよい。つまり、ピストン90の頂面94に形成された平坦部95とピストン90の外縁に形成された外縁部91との間に、所定幅W96をもって形成され且つピストン外縁部91と同じ高さに形成された段部96を設けてもよい。これにより、クエンチングエリアの容積を小さくし、排ガス性能を向上させることができる。
より具体的には、ピストン110の頂面114にピストン外縁部111よりも高さが高くなるように形成された平坦部105と、ピストン外縁部111との間に所定幅W116をもって形成され且つピストン外縁部111と同じ高さとなるように形成された段部116とを形成する。さらに、段部116の内周部116Aと、平坦部105の外周部115Aとの間に傾斜部117を形成する。
12,42,72 ピストン頂面
13 シリンダヘッド
14 シリンダヘッド下面
25,43,73 燃焼室
16,46,74 トップリング溝(リング溝)
22,49,77 吸気側スキッシュエリア形成部(スキッシュエリア形成部)
24,51 排気側スキッシュエリア形成部(スキッシュエリア形成部)
25,45,78 ピストン外縁部
26,50,79 平坦部
27,53,83,93,103,113 トップランド(ランド部)
27A,53A,83A 吸気側スキッシュランド部(スキッシュランド部)
27B,53B 排気側スキッシュランド部(スキッシュランド部)
27C,53C,83C 外縁ランド部
31,56,82 吸気側バルブリセス(バルブリセス)
52,81,106,117 傾斜部
105 窪み部
Claims (5)
- シリンダブロックに形成されたシリンダ内を摺動するピストンと、該シリンダブロックと対向して設けられ該ピストンの頂面との間で燃焼室を形成するシリンダヘッドと、該シリンダヘッドに形成され該燃焼室と連通した吸気ポートおよび排気ポートと、該燃焼室に対して該吸気ポートを開閉する吸気バルブおよび該排気ポートを開閉する排気バルブとを有する、エンジンの燃焼室構造において、
該ピストンの側面外周に形成されピストンリングが嵌入するリング溝と、
該ピストンの頂面に形成され該ピストンが上死点近傍にある場合に該シリンダヘッドとの間でスキッシュエリアを形成するスキッシュエリア形成部と、
該スキッシュエリア形成部以外の該ピストン頂面の外縁全周に形成されたピストン外縁部と、
該ピストン頂面と該リング溝との間におけるピストン側面全周に亘って形成されたランド部とを備えて構成され、
該ランド部は、
該スキッシュエリア形成部と該リング溝との間に形成されたスキッシュランド部と、
該ピストン外縁部と該リング溝との間に形成された外縁ランド部とを有し、
該外縁ランド部の厚みが該スキッシュランド部の厚みよりも小さくなるように形成され、
該スキッシュエリア形成部には、該吸気バルブとの干渉を避ける吸気バルブリセスが形成されている
ことを特徴とする、内燃機関の燃焼室構造。 - 該スキッシュエリア形成部以外の該ピストン頂面において高さが均一になるように形成された平坦部が形成される
ことを特徴とする、請求項1記載の内燃機関の燃焼室構造。 - 該スキッシュエリア形成部以外の該ピストン頂面において窪み部が形成される
ことを特徴とする、請求項1記載の内燃機関の燃焼室構造。 - 該平坦部の外周部は該ピストン外縁部よりも高くなるように形成されている
ことを特徴とする、請求項2記載の内燃機関の燃焼室構造。 - 該窪み部の外周部は該ピストン外縁部よりも高くなるように形成され、
該窪み部の外周部と該ピストン外縁部との間には傾斜部が形成されている
ことを特徴とする、請求項3記載の内燃機関の燃焼室構造。
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