JP2000282865A - 内燃機関の燃焼室段差による渦流発生機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、往復ピストン内燃機関で、ピストン
上端をリング状に切り欠いた段差と、燃焼室の上端をリ
ング状に張り出す段差との組み合わせ構造から、ピスト
ンの上下動で発生する噴流を、段差間に刻まれた溝によ
りコントロールして、燃焼室に渦流を発生させ、燃焼を
促進させる機構に関するものである。 【構成】ピストン１の上端外周をリング状に切り欠き段
差をつける。一方燃焼室側は、シリンダヘッド２のＡ部
又はシリンダ３のＢ部に示すように、リング状に燃焼室
内へ張り出した段差をつける。ピストン１の段差と、燃
焼室の段差とが重なる面には、噴流を発生させその方向
をコントロールする、溝４を刻んだ、隙間を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等に使用する往
復ピストン内燃機関で、燃焼室内に渦流を発生させ、燃
焼を改善する機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃焼室内に渦流を発生させるため
には、吸気通路の一方を閉鎖する等、吸気系統で渦流を
発生させる方法がとられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】吸気系統で渦流を発生
させる方法では、圧縮行程で渦流が減衰する、吸気系統
の抵抗により体積効率が低下する、吸気可変機構等のコ
ストが高い、渦流のコントロールが難しい等の課題があ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の構成を、図１
に、二分割した燃焼室とピストンとを組合せた状態図に
示し、説明すると。図１のピストン１に示すよう、ピス
トンの上端外周をリング状に切り欠き段差をつけ、その
段差の外周に噴流の方向をコントロールする溝４を刻
む。図１のシリンダヘッド２のＡ部、又はシリンダ３の
Ｂ部に示すよう、燃焼室の上端をリング状に内側へ張り
出す段差をつけ、その段差の内周に噴流の方向をコント
ロールする溝４を刻む。なお、この段差の張り出しは、
Ａのようにシリンダヘッド２側でもよいし、Ｂのように
シリンダ３側でもよい。ピストン上部段差の外径より、
燃焼室上部段差内の内径を少し大きくすることにより段
差間に隙間をつくり、その隙間から、ピストンの上下動
により、噴流を発生させる構造とする。噴流の方向をコ
ントロールする溝４をつける位置については、ピストン
側又は、燃焼室側又は、その双方のいずれでも良い。

【０００５】

【作用】段差による噴流発生作用を、図２に示し説明す
ると。左図のようにピストン１が上死点近くまで上昇
し、ピストン段差上部と、燃焼室の段差下部が重なる
と、これら段差の間に空間Ｃが出来る、その空間Ｃはピ
ストンの上昇に伴い狭くなることから、空間内の空気が
ピストン段差と燃焼室段差との間の狭い隙間Ｄから勢い
よく燃焼室内へ吐出され、ここで噴流が発生する。逆
に、右図のようにピストン１が上死点から下降すると、
段差間の空間Ｃが広がり、燃焼室内の空気を段差間の空
間Ｃへ吸い込む流れが発生する。４サイクル機関で各行
程における本発明の作用を、図３から図６に示し説明す
ると。図３吸気行程に示すように、左図の吸気の初期に
は、吸気弁から空気を吸い込むと共に、段差空間の吸込
みによる流れが燃焼室内に発生する。さらに、吸気行程
が進み右図の状態になると、吸気が段差空間の吸込みに
よる流れにより、燃焼室内で外周に広げられると共に、
段差の溝により発生する渦流により攪拌される。図４圧
縮行程に示すように、左図圧縮行程の後半で、段差空間
からの空気の噴出により、渦流が発生し、燃焼室内は撹
拌される。右図圧縮行程の最後には、渦流が最も強くな
り、燃焼が促進させる。さらに、この時の噴流（スキッ
シュ流）によるエンドガス冷却効果で、ノッキングの発
生も低減される。図５点火膨張行程に示すように、左図
点火行程では、ピストンの段差により、燃焼室の径は小
さく、コンパクトで、火炎伝播距離が短く、燃焼が短時
間で完了することから、ノッキングが発生しにくくな
る。このコンパクト燃焼室は、右図のように膨張行程の
初期まで続く。また、右図膨張行程では、ピストン下降
による、燃焼室外周での段差空間の空気を吸い込み力に
より、点火直後のエンドガス圧力上昇が抑制され、エン
ドガスの自己発火によるノッキングの発生が低減され
る。さらに、点火直後で燃焼室の圧力が最も高くなる時
には、ピストンと燃焼室との段差によりできる空間が、
燃焼室とクランク室との間で、狭い隙間と、広い隙間の
組み合わせによるラビリンスパッキンとして機能するこ
と。さらに、段差空間のピストン下降による内圧低下と
の相乗効果により、ピストンとシリンダ間のシール性が
向上するため、燃焼室からクランク室に通り吹き抜ける
ブローバイガスを減少させる。図６排気行程に示すよう
に、左図排気の後半には、段差空間から噴流が発生し、
右図の状態になると、噴流により燃焼室の排ガスを隅々
まで排出させる。段差隙間の溝により噴流の方向を制御
する作用を図７から図９に示し説明すると。図７に示す
ように、溝を段差に等間隔で斜めに付けると、溝からの
噴流で、横方向の渦（スワール流）が発生する。図８に
示すように、溝を段差の一部に集中させ垂直に付ける
と、溝からの噴流で、縦方向の渦（タンブル流）が発生
する。図９に示すように、溝を段差の一部に集中させ斜
めに付けると、溝からの噴流で、斜め方向の渦が発生す
る。以上の方法のように、溝の刻み方、位置を変えるこ
とにより、発生させる渦流の方向を自在にコントロール
できる。

【０００６】

【実施例】ガソリンエンジンにおいては、燃焼室内に渦
流を発生させることにより、希薄燃焼でも安定した燃焼
が可能となる。ディーゼルエンジンにおいては、燃焼室
内に渦流を発生させることにより、着火速度を速め、完
全燃焼させ黒煙の発生を抑制させることができる。

【０００７】

【発明の効果】ガソリンエンジンにおいては、点火直前
に燃焼室内の渦流が最も強くなり、希薄燃焼でも安定し
た燃焼が可能となる。また、火炎伝播距離が短いコンパ
クトな燃焼室室による速い燃焼、スキッシュガス流動に
よる冷却効果、段差空間の吸込みによる燃焼室外周の圧
力低下等の作用により、エンドガス自然発火で発生する
ノッキングを低減できる。ディーゼルエンジンにおいて
は、点火直前に燃料を直接燃焼室へ噴射するため、燃料
と空気との混合が十分でなく、不完全燃焼で黒煙が発生
しやすいが、本発明機構で発生する渦流により混合気が
攪拌されるため、燃焼が促進され、黒煙の発生が抑制さ
れる。段差によるラビリンス構造により、ブローバイガ
スが減少することから、ＨＣ発生および潤滑油の劣化が
抑制される。ピストンと燃焼室の形状を変えるだけの簡
単な構造で、低コストで採用できる。吸気系で空気の流
入抵抗が増加しないことから、多くの空気を吸気でき体
積効率が良い。吸排気工程での段差空間の吸排気による
燃焼室外周の空気流動により、排気と新気とのガス交換
が良くなる。段差空間の体積、段差隙間の巾、段差溝の
位置、方向の設定により、渦流の強さ、方向を自在にコ
ントロールできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明、燃焼室とピストンの形状を示す図面で
二分割した燃焼室の中にピストンを組合せた状態を示
す。

【図２】本発明、段差空間の噴流発生作用を説明するた
めの、段差空間を拡大した断面図で、左図にピストン上
昇状態を、右図にピストン下降状態を示す。

【図３】本発明の吸気行程における作用を示す図面であ
る。

【図４】本発明の圧縮行程における作用を示す図面であ
る。

【図５】本発明の点火膨張行程における作用を示す図面
である。

【図６】本発明の排気行程における作用を示す図面であ
る。

【図７】横方向の渦を発生させる、溝の形状を示す図面
である。

【図８】縦方向の渦を発生させる、溝の形状を示す図面
である。

【図９】斜め方向の渦を発生させる、溝の形状を示す図
面である。

【符号の説明】

１ はピストン ２ はシリンダヘッド ３ はシリンダ ４ は溝 ５ はピストンピン ６ はコネクティングロッド Ａ はシリンダヘッド側につけた段差張り出し Ｂ はシリンダ側につけた段差張り出し Ｃ は段差空間 Ｄ は段差隙間

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年６月２６日（１９９９．６．２
６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】往復ピストン内燃機関で、ピストン上端を
   リング状に切り欠くと共に、燃焼室の上端をリング状に
   張り出す段差構造とし、この段差の組み合わせから、ピ
   ストンの上下動で発生する噴流により、燃焼室に渦流を
   発生させ、燃焼を促進させる機構
2. 【請求項２】請求項１の段差構造より、噴流が発生する
   通路に溝を刻み、その溝により噴流の流れ方向を変え、
   渦流をコントロールする機構