JPS6267221A - エンジンの燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンの燃焼室に関するものである。

（従来技術） エンジンにおいては、その高出力化を図るためのひとつ
の手段として燃焼室の容積を小さくして混合気の圧縮比
を高めることが知られており、このような技術思想に立
脚する従来技術としては、例えば特開昭５４−１４５８
０８号公報に開示される如くピストン上面に凹陥状の燃
焼室を形成し、これによって該燃焼室容積の縮少を図る
ようにしたいわゆるボウルインピストンタイプのエンジ
ンが知られている。

一方、近年、吸気弁あるいは排気弁を一気筒当たり複数
個設けて吸・排気効率を向上させもってエンジンの出力
アップを図るようにした多弁式エンジンも開発されてい
る。

また、このような多弁式エンジンに上記の如きボウルイ
ンピストンを適用する場合には、冬服・排気弁が燃焼室
にうまく臨むようにする必要があり、このことから、ピ
ストン上面を傾斜する２つの傾斜面を有するペントルー
フ状に形成し、この２つの傾斜面部分にそれぞれ所定個
数づつ吸・排気ポートを形成するようにしたいわゆるペ
ントルーフタイプピストンをもつエンノンも開発されて
いる。

ところで、このようにペントルーフ状の上面形状をもつ
ピストンにおいては、該上面形状が平坦面とされる一般
のピストンの場合に比して上方膨山分だけピストントッ
プの重量が大きく、このため、ピストンピン回りにおけ
るピストンの偏心重量が増大し、その結果、エンジンの
運転中、ピストンが該ピストンを中心として揺動してシ
リンダ内面との間で打撃音が発生し、エンジン騒音が増
大するという問題があることが知見された。

また一方、ピストンの上面形状をペントルーフ状に形成
すると、該ピストン上面の山の部分即ち、一対の傾斜面
の両端部に位置する上方膨出部分が、他の部分に比して
肉厚であるためこの部分かヒートポイントとなり易く、
混合気の過早着火によるノックが発生し易くなるという
問題が生じる。

さらに、ピストン上面かペントルーフ状に形成されてい
る場合には、該ピストントップが平坦面とされている場
合に比してピストントップの熱容鍛が大きく、従って、
燃焼熱量の少ないエンジンの低負荷運転時においては、
燃焼室の壁温か低トし、未燃炭化水素（以下、単にＨＣ
と略称する）が発生し易くなるという問題がある。

（発明の目的） 本発明は上記従来技術の項で指摘した問題点を解決ある
いは改善しようとするもので、ペントルーフ状を呈する
ピストンの上面に燃焼室を形成したエンジンにおいて、
エンジン騒音の低減と燃焼特性の向上を図り得るように
したエンジンの燃焼室を提供することを目的とするもの
である。

（目的を達成するための手段） 本発明は上記の目的を達成するための手段として、傾斜
する２面で構成されるペントルーフ形状を有するピスト
ン上面に凹陥部が設けられ、ピストン上死点において該
凹陥部で主燃焼室が形成され、吸気側及び排気側の両サ
イドでピストンとシリンダヘッド下面との間に僅かのク
リアランスを有するスキッシュゾーンが形成されるエン
ジンにおいて、上記ピストンの内部に上記燃焼室の周囲
を囲繞するようにして断熱用の中空部を形成したもので
ある。

（作　用） 本発明では上記の手段により、 （１）　　ピストントップ部に中空部が形成されている
ところから該中空部のボリュームに相当する重量だけピ
ストントップ部の重量が軽減され、ピストンピン回りに
おけるピストンの揺動が抑制される、 （２）燃焼室の周囲を囲むようにして中空部が形成され
ているところから、 （２−ａ）　　ピストントップ部の肉厚が小さくなりそ
のヒートポイント化が抑制され、混合気の過早着火が可
及的に防止される、 （２−ｂ）　　中空部が断熱層として機能し、低負荷運
転時における燃焼室壁温の低下を抑制して燃焼室内にお
けるＨＣの発生を可及的に防止する、等の作用が得られ
る。

（実施例） 以下、第１図ないし第３図を参照して本発明の好適な実
施例を説明する。

（構成） 第１図には本発明の実施例に係る自動車用エンジンの燃
焼室部分が示されている。このエンジンは第１図及び第
２図に示す如く２つの吸気ボー　トロＡ、６Ｂとひとつ
の排気ポート７を備えた多弁型エンジンであり、同図に
おいて符号ｌはピストン嵌挿穴１５を有するシリンダブ
ロック、２はシリンダブロック１の上面１ｂ上に衝合固
定されたシリンダヘッド、３はピストンである。

シリンダヘッド２は、その下面２ａの上記ピストン嵌挿
穴１５に重合する位置に、略皿状の凹部１４を形成１７
ている。この凹部１４は、その径方向において対向する
２位置からそれぞれその中央部に向かって−Ｆ昇傾斜す
る２つの傾斜面１４ａ、＋４ｂを有している。この２つ
の傾斜面１４ａ、１４ｂのうち、一方の傾斜面１４ａ（
以下、第１の傾斜而という）１４ａには、エンジンの高
負荷運転時においてのみ開口される第１の吸気ボート６
Ａと、エンジンの全負荷域を通じて開口される第２の吸
気ボート６Ｂが並設開口されている。尚、この第１の吸
気ボート６Ａには、エンジンの運転状態に応じて該第１
の吸気ボート６Ａを開閉する開閉弁１３が設けられてい
る。一方、第２の傾斜面１４ｂには、排気ポート７が開
口されている。

尚、第１図において符号８は吸気弁、９は排気弁、１０
は点火栓である。

ピストン３は、第３図に示す如くその上面３ａの中央部
に、適宜容積をもち、燃焼室４として機能する凹陥部５
を形成している。又、このピストン３の上面３ａは、第
１図及び第２図に示す如く」二足ンリンダヘッド２の凹
部Ｉ４の一対の傾斜面１４ａ、１４ｂに対してそれぞれ
平行に沿うような２つの傾斜面３ｂ、３ｃを有するペン
トルーフ状に形成されている。このピストン３をエンジ
ン側に装着した状態においては、その一方の傾斜面３ｂ
（以下、第１の傾斜面という）が上記シリンダヘッド２
の第１の傾斜面１４ａに、また他方の傾斜面３Ｃ（以下
、第２の傾斜面という）が上記シリンダヘッド２の第２
の傾斜面１４ｂにそれぞれ対向せしめられるようになっ
ている。又、ピストン３の上死点位置においては、第１
図に示す如くピストン３側の２つの傾斜面３　ｂ、　３
　ｃとシリンダヘッド２側の２つの傾斜面１４ａ、１４
ｂがそれぞれ近接対向し、ピストン３の第１の傾斜面３
ｂとシリンダヘッド２の第１の傾斜面１４ａとの間に僅
少のクリアランスをもつ吸気側スキッシュゾーン１１が
、またピストン３の第２の傾斜面３Ｃとシリンダヘッド
２の第２の傾斜面１４ｂとの間に僅少のクリアランスを
もつ排気側スキッシュゾーン１２がそれぞれ形成される
。

一方、ピストン上面３ａのうち、上記一対の傾斜面３ｂ
、３ｃの両端部に位置する部分（即ち、ペントルーフ形
状の頂部に当たる部分）は湾曲面３ｄ。

３ｅとされている。このピストン３の径方向に対向する
一対の湾曲面３　ｄ、　３　ｅは、第２図に示す如くピ
ストン３の上死点位置においては上記シリンダヘツド２
の凹部Ｉ４の左右一対の湾曲面１４ｃ。

＋４ｄとそれぞれ近接対向し、それぞれ僅少クリアラン
スをもつ端部スキッシュゾーン１６．１７を形成する。

さらに、このピストン３は、本発明を適用して、第１図
及び第２図に示す如く凹陥部５（即ち、燃焼室４）の周
囲を囲繞するようにしてその内部に断熱用の中空部２０
を形成している。この中空部２０は、ピストン３の鋳造
成形時に塩中子により一体形成されるものであり、第１
図、第２図及び第５図（上記中空部２０を展開図示した
もの）に示すように、その底面２０ａは平坦面とされて
いる。

一方、この中空部２０の天井面２０ｂは、ピストン３の
上面３ａの形状に沿って２連山形状に湾曲形成されてお
り、該中空部２０の上方側の肉厚はその全域を通してほ
ぼ均一な厚さとなっている。

従って、中空部５は、第５図に示すようにピストン上面
３ａの一対の傾斜面３ｂ、３ｃに対応する天井高さの低
い低天井部２１と一対の湾曲面３　ｄ、　３　ｅに対応
する天井高さの高い高天井部２２とがビストン周方向に
おいて交互に連続する異形空所とされる。

（作動並びにその作用） 吸気ボート６Ａ、６Ｂを介してエンジンの燃焼室４内に
吸入された混合気は、ピストン３により圧縮され、点火
栓ＩＯによって着火燃焼せしめられる。この場合、燃焼
室４内の混合気は、各スキッシュゾーン１１，１２，１
６．１７により発生するスキッシュによって適度に混合
撹拌され、その着火性が良好ならしめられる。

ところで、このようなピストン」二面をペントルーフ状
に形成したピストン３においては、ピストン上面を平坦
面とする通常形成のピストンに比してそのピストントッ
プ部分の重量が大きいため、該ピストン３のピストンピ
ン１８回りの揺動モーメントが増大し、エンジンの運転
に伴なって該ピストン３がピストンピン１８回りに揺動
してシリンダブロックｌのピストン嵌挿穴ｉ５の内面に
繰り返して当接し、両者間の打撃音によりエンジン騒音
が増大し易くなることは既述の通りである。

ところが、このピストン３においては、本発明を適用し
てピストントップ部に位置する凹陥部５（即１′）、燃
焼室４）の周囲を囲繞オるようにして断熱用の中空部２
０を形成しているために、該中空部２０の容積に相当す
る重量だけピストントップ部の重量が軽減され、それた
けピストンピン１８回りにおけるピストン３の揺動モー
メントが減少せしめられる。即ち、このピストン３によ
ればピストントップ部の重量が嵩み易いペントルーフタ
イプのピストンでありながら、該ピストントップ部の重
量を可及的に軽減させて該ピストン３のピストンピン１
８回りの揺動を抑え、もって該ピストン３の揺動に起因
するエンジン騒音を可及的に低減させることが可能であ
り、エンジン騒音の低減化という而において有効である
。

さらに、中空部２０は断熱層として機能する訳であるが
、特にこの実施例においては該中空部２０をピストン上
面３ａの形状に沿わせてほぼ均一な厚みの肉厚部が形成
されるようにして設けているため、該ピストンーＬ面３
ａの全域においてほぼ均等な断熱作用が得られる。従っ
て、燃焼熱量の少ないエンジンの低負荷運転時において
も燃焼室４の壁温を高温に維持することができ、燃焼室
壁に沿って燃え残った混合気層（消炎層）に起因するＨ
Ｃの発生が可及的に抑制されることとなり、エンジンの
排気エミッンヨン特性が向ｌ−せしめられることになる
。

また、ピストン上面３ａ側の壁厚がその全域に亘ってほ
ぼ均一とされているため、該ピストン１４面３ａの一部
分がヒートポイント化して異常昇温するというようなこ
とがなくなる。このため、ヒートポイント部分の高熱に
よる混合気の過早着火が未然に防止され、エンジンのノ
ック発生が効果的に抑制されることとなる。

一方、エンジンの高負荷運転時にはその燃焼熱によりピ
ストン上面３８部分が過熱気味となり、その耐久性が損
なわれるおそれがあるため、該ピストン上面部分を冷却
してやる必要かある。この場合、第５図に示す如くオイ
ルジェットを上記中空部２０の低天井部２１部分に設け
ると、該オイ　ｌＩ− ルジェットから噴射されるオイルＬは、同図において破
線矢印で示す如く中空部２０の天井面２０ｂをその低天
井部２１側から高天井部２２側に向って流動し、その流
動途中においてピストン上面３ａの傾斜面３ｂ、３ｃに
対応する部分を冷却するとともに、高天井部２２の最高
部位置Ｓ部分に滞溜して最も昇温し易いこの部分を集中
的に冷却する如く作用する。従って、ピストン上面３ａ
の全域に亘ってより高水準の冷却効果か得られることと
なる。

（発明の効果） 本発明は、傾斜する２面で構成されるペントルーフ形状
を有するピストンに而に凹陥部が設けられ、ピストン上
死点において該凹陥部で主燃焼室が形成され、吸気側及
び排気側の両サイドでピストンとシリンダヘッド下面と
の間に僅かのクリアランスを有するスキッシュゾーンが
形成されるエンジンにおいて、上記ピストンの内部に上
記燃焼室の周囲を囲繞するようにして断熱用の中空部を
形成したことを特徴とするものである。

従って、本発明のエンジンの燃焼室によれば、（１）　
　中空部の形成により該中空部のボリュームに相当する
重量だけピストントップ部の重量が軽減されるため、ピ
ストンピン回りにおけるピストンの揺動が抑制され、エ
ンジン騒音が可及的に低減せしめられる （２）燃焼室の周囲を囲むようにして中空部が形成され
ているところから、 （２−ａ）　　ピストントップ部の肉厚が小さくなりそ
のヒートポイント化が抑制され、混合気の過早着火に起
因するノックの発生が可及的に防止される、 （２−ｂ）　　中空部が断熱層として機能し、低負荷運
転時における燃焼室壁温の低下が抑制されて燃焼室内に
おけるＨＣの発生が可及的に防止される、 等、エンジン騒音の低減及び燃焼特性の向−Ｌという点
において多大の効果が得られることとなる。

さらに、上記実施例の如く、燃焼室の周囲を囲繞するよ
うにして形成される中空部を、ピストンの上面の形状に
沿ってほぼ均一な厚みの肉厚部が影成されるようにして
設けると、 （＋）　　ピストントップ部の全域においてほぼ均一的
な断熱作用が得られ、燃焼室内におけるＨＣ低減作用が
より一層促進される、 （２）中空部の天井面がピストンの周方向において山形
状に連なるため、例えば、オイルジェットの入口穴を該
中空部の天井面の低い位置に設けてエンジンの高負荷運
転時の如くピストントップ部の冷却が必要である場合に
該中空部内にオイルジェットを噴射して該ピストントッ
プ部の冷却を行なうようにした場合には、オイルが該中
空部の天井面の低い位置から高い位置に向って順次流動
し、最もヒートポイントとなり易い最高天井高さ部分に
滞溜して該部分を効果的に冷却する如く作用するため、
その冷却効果がより一層向上せしめられる、 等の効果が得られることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る自動車用エン２０・・
・・中空部 ジンの燃焼室部分の縦断面図、第２図は第１図の■−■
縦断面図、第３図は第１図に示したエンノンのボート配
置図、第４図は第１図に示したピストンの斜視図、第５
図は第１図に示したピストンの中空部の展開図である。 １・・・・・シリンダブロック ２・・・・・シリンダヘッド ３・・・・・ピストン ４・・・・・燃焼室 ５・・・・・凹陥部 ６・・・・・吸気ボート ７・・・・・排気ボート ８・・・・・吸気弁 ９・・・・・排気弁 ＩＯ・・・・点火栓 １１・・・・吸気側スキッシュゾーン １２・・・・排気側スキッシュゾーン １３・・・・開閉弁 １４・・・・凹部 １６、１７　・・・端部スキッシュゾーン＝１６−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、傾斜する２面で構成されるペントルーフ形状を有す
   るピストン上面に凹陥部が設けられ、ピストン上死点に
   おいて該凹陥部で主燃焼室が形成され、吸気側及び排気
   側の両サイドでピストンとシリンダヘッド下面との間に
   僅かのクリアランスを有するスキッシュゾーンが形成さ
   れるエンジンにおいて、上記ピストンの内部に上記燃焼
   室の周囲を囲繞するようにして断熱用の中空部が形成さ
   れていることを特徴とするエンジンの燃焼室。 ２、上記中空部が、上記ピストンの上面の形状に沿って
   ほぼ均一な厚みの肉厚部が形成されるように設けられて
   いる特許請求の範囲第１項記載のエンジンの燃焼室。