JP2013024171A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】排気行程におけるシリンダ内の排気ガスの掃気を促進し、シリンダ内に残留する排気ガスを低減することでノッキングの発生を抑制すること。
【解決手段】シリンダ２２の内部に配置されたピストン１０と、シリンダヘッド２４とを備え、シリンダヘッド２４には、ピストン頂面１８の外周側の位置に、吸気バルブ２８と排気バルブ２９とが配置されている４サイクル内燃機関１において、前記ピストン頂面１８の中心側および外周側の位置にそれぞれ開口端部を有し、平面視においてこの中心側の開口端部１２ａから外周側の開口端部１２ｂとを結ぶ直線Ｌに対して所定側の方向に迂回するように湾曲もしくは屈曲して形成された孔、溝、もしくは孔と溝からなる流路１２を、前記ピストンの頂面１８に少なくとも１つ形成したことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関に関するものであり、詳しくは、排気行程時のシリンダ内にスワール流（横渦）を生成するピストン頂面形状に関するものである。

近年、内燃機関において、燃費性能の向上を図るために圧縮比を高めることで、燃焼効率を向上させる方策が追求されている。しかしながら、圧縮比を高めるとノッキングが発生し易くなるため、如何にノッキングを抑制するかが圧縮比を高める上での最大の課題となっている。

特許文献１（特開２００７−２７８０９５号公報）には、ピストン頂面の形状に工夫を施すことでノッキングの発生を抑制する内燃機関にかかる発明が開示されている。
以下、図１１および図１２をもとに、特許文献１に開示されている内燃機関について説明する。図１１は、特許文献１の内燃機関を示した概略断面図、図１２は、そのピストン頂面を示した斜視図である。

図１１に示したように、特許文献１の内燃機関１００は、円筒状のシリンダ１２２と、シリンダ１２２の内部に往復動自在に配置されたピストン１１０と、ピストン１１０のピストン頂面１１８側に配置され、ピストン頂面１１８との間で燃焼室１２０を画定するシリンダヘッド１２４とを備えている。また、シリンダヘッド１２４には、燃焼室１２０の中央部上方に点火装置１２６が設置されているとともに、点火装置１２６の周囲には、吸気バルブ１２８および排気バルブ１２９がそれぞれ設置されている。

ピストン頂面１１８には、図１２に示したように、周方向に沿って４個の鋸歯状面１１９が形成されている。鋸歯状面１１９は、周方向に緩やかに傾斜する緩傾斜面部１１９ａと、周方向に急に傾斜する急傾斜面部１１９ｂとからなり、これら緩傾斜面部１１９ａおよび急傾斜面部１１９ｂは、頂面部１１８ａの中心に向かって径方向にも緩やかに傾斜している。そして、これら緩傾斜面部１１９ａおよび急傾斜面部１１９ｂの径方向側面には、内周側側面部１１９ｃおよび外周側側面部１１９ｄが形成されている。

このように構成される特許文献１の内燃機関１００は、ピストン頂面１１８の周方向に沿って緩傾斜面部１１９ａと急傾斜面部１１９ｂからなる鋸歯状面１１９が形成されているため、圧縮行程時に燃焼室１２０の混合気が鋸歯状面１１９の頂部から谷部に向かって流れ、シリンダ１２２の内部にスワール流（横渦）が発生する。そして、特許文献１によれば、圧縮行程終期の上死点近傍において、鋸歯状面１１９の頂部から谷部に到達したスワール流が、鋸歯状面１１９の急傾斜面部１１９ｂに沿ってシリンダ上方へと向かい、ピストン頂面１１８の上方に設けられた点火装置１２６にスワール流が接近することで、点火装置１２６による混合気の着火が促進され、ノッキングの発生が抑制される、とされている。

また、特許文献１によれば、鋸歯状面１１９の緩傾斜面部１１９ａは、頂面部１１８ａに向かって径方向にも緩やかに傾斜しているため、緩傾斜面部１１９ａに沿って頂面部１１８ａに向かって流れる時計周り方向の捻れ流が発生し、燃焼室１２０の混合気が立体的に攪拌され、ノッキングの発生が一段と抑止される、とされている。

要するに、この特許文献１にかかる内燃機関１００は、圧縮行程において、鋸歯状面１１９で囲まれている頂面部１１８ａに向かって混合気が集まり易いピストン頂面１１８の形状とすることで、圧縮行程終期の上死点近傍において、ピストン頂面１１８の中央部上方に設けられた点火装置１２６に向かって混合気を導流し、混合気の着火を促進することで、ノッキングの発生を抑制するものである。

特開２００７−２７８０９５号公報

ところで、圧縮行程と同じくピストンの上昇行程である排気行程においても、上述した圧縮行程における混合気の流れと基本的に同じことが言える。すなわち、上述した特許文献１のピストン１１０では、排気行程においても頂面部１１８ａに向かって排気ガスが集まり易くなっているため、排気行程時にシリンダ１２２の内周壁側よりも中央側の方が相対的に高い圧力状態となる。

排気行程における掃気を円滑にするためには、排気バルブ１２９の近傍にある排気ガスの圧力を高める必要があるが、特許文献１の内燃機関１００では、排気バルブ１２９が設置されているシリンダ１２２の内周壁側の圧力が低くなることから、排気行程において掃気が十分に行なわれず、排気ガスが残留し易い。排気行程において排気ガスの掃気が十分に行われないと、残留した排気ガスが原因となって、次行程の吸入行程時に混合気の温度が上昇し、ノッキングを助長する大きな要因となる。
また近年の研究によれば、排気行程時の残留排気ガスを減少させることが、ノッキングを抑制する上で特に重要であることが分かってきた。

本発明はこのような従来の課題に鑑みなされた発明であって、内燃機関において、排気行程時のシリンダ内の排気ガスの掃気を促進し、残留排気ガスを減少させることでノッキングの発生を抑制する手段を実現することを目的とする。

本発明は、上述したような従来技術の課題を解決するために発明されたものであって、
本発明の内燃機関は、シリンダ内に配置されたピストンと、該ピストンの頂面との間で燃焼室を画定するシリンダヘッドとを備え、該シリンダヘッドには、平面視において前記ピストン頂面の外周側の位置に、吸気バルブと排気バルブとが配置されている内燃機関において、前記ピストン頂面の中心側および外周側の位置にそれぞれ開口端部を有し、平面視において前記中心側の開口端部と前記外周側の開口端部とを結ぶ直線に対して所定側の方向に迂回するように湾曲もしくは屈曲して形成された流路を前記ピストンの頂面に少なくとも１つ形成したことを特徴とする。
また、好ましくは、流路はピストン頂面に、孔形状、溝形状、もしくは孔と溝形状によって形成されるとよい。

本発明の内燃機関をこのように構成すれば、ピストン頂面の中心側および外周側の位置に開口端部を有し、平面視において前記中心側の開口端部と前記外周側の開口端部とを結ぶ直線に対して所定側の方向に迂回するように湾曲もしくは屈曲して形成された流路を、ピストン頂面に少なくとも１つ形成するため、排気行程時に、シリンダの中央側にある排気ガスが、流路を通ってシリンダの内周壁側へと流動し、シリンダ内に所定側周り方向の上向きのスワール流が発生する。

このため、平面視においてピストン頂面の外周側にある排気バルブ近傍の圧力を高くすることができ、排気行程時の排気ガスの掃気が促進される。よって、シリンダ内に残留した排気ガスが原因となって、次行程の吸入行程時に混合気の温度が上昇するのを防ぐことができ、ノッキングの発生を抑制することが可能となる。

また上記発明において、前記流路の外周側の開口端部を、前記流路の中心側の開口端部に対して、ピストン頂面の中心を基点として、所定側周り方向に所定角度ずらした位置に形成することが望ましい。
このように構成すれば、外周側の開口端部から流出する排気ガスの平面視の流線方向を、スワール流の流れ方向に対して平行に近づけることができるため、排気行程時に上向きの強いスワール流を発生させることが可能となる。

また上記発明において、前記流路を中心側の開口端部から外周側の開口端部に向かって延びる孔によって構成するとともに、前記流路の流路断面を、その中心側の開口端部から外周側の開口端部に向かって次第に小さくなるように構成することが望ましい。
このように構成すれば、気体流路の中心側の開口端部から流入した排気ガスが、気体流路の途中で漏れ出ることなく、外周側の開口端部から流出するため、排気行程時に上向きのより強いスワール流を発生させることができる。

さらに前記流路の流路断面を、その中心側の開口端部から外周側の開口端部に向かって次第に小さくなるように構成するため、気体流路の中心側の開口端部から排気ガスが流入し易くなるとともに、外周側の開口端部から流出する排気ガスの流速を早めることができるため、排気行程時に上向きのより強いスワール流を発生させることができる。

また上記発明において、前記吸気バルブの開口部の外周縁の内、所定側回り方向のスワール流に対して上流側に位置する外周縁に沿って、前記燃焼室に向けて突出する防流部を形成することが望ましい。
このような防流部が形成されていれば、排気行程終期のオーバーラップ時に、排気ガスが吸気バルブから流入するのを防ぐことができる。

本発明によれば、ピストン頂面の中心側および外周側の位置に開口端部を有し、平面視において前記中心側の開口端部と前記外周側の開口端部とを結ぶ直線に対して所定側の方向に迂回するように湾曲もしくは屈曲して形成された流路を前記ピストンの頂面に少なくとも１つ形成されているため、排気行程時に、シリンダ内に上向きのスワール流を発生させることができる。

このため、平面視においてピストン頂面の外周側にある排気バルブ近傍の圧力を高くすることができ、排気行程時の排気ガスの掃気が促進される。よって、シリンダ内に残留した排気ガスが原因となって、次行程の吸入行程時に混合気の温度が上昇するのを防ぐことができるため、ノッキングの発生を抑制できる。

本発明の内燃機関を示した概略断面図である。 本発明の内燃機関のピストン頂面を示した平面図である。 本発明の内燃機関にかかるスワール流生成流路の平面形状を示した平面図である。 本発明の内燃機関にかかるスワール流生成流路の他の平面形状を示した平面図である。 本発明の内燃機関にかかるスワール流生成流路の縦断形状を示した断面図である。 本発明の内燃機関において、排気行程中のシリンダ内に発生するスワール流を説明するための説明図である。 本発明の内燃機関において、排気行程中のシリンダ径方向の圧力分布を説明するための説明図である。 本発明の内燃機関において、吸気バルブの外周縁に防流部（シュラウド）を形成したシリンダヘッドをピストン頂面側から視認した平面図である。 本発明の第２の実施形態の内燃機関のピストン頂面を示した平面図である。 本発明の第２の実施形態の内燃機関にかかるスワール流生成流路の縦断形状を示した断面図である。 特許文献１の内燃機関を示した概略断面図である。 特許文献１の内燃機関のピストン頂面を示した斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面などを基に詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではなく、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明に過ぎない。

＜第１の実施形態＞
本発明の内燃機関１は、吸入、圧縮、爆発、排気の４つの行程によって１サイクルを終了する４サイクル内燃機関である。図１は、本発明の４サイクル内燃機関を示した概略断面図であって、内燃機関が排気行程にある状態を示した概略断面図である。図２は、本発明の４サイクル内燃機関のピストン頂面を示した平面図である。

図１に示したように、本発明の内燃機関１は、円筒状のシリンダ２２と、シリンダ２２の内部に往復動自在に配置されたピストン１０と、シリンダ２２の上部（ピストン１０のピストン頂面１８側）に配置されたシリンダヘッド２４とを備えている。

ピストン１０は、不図示のクランクシャフトと連結されたコンロッド４０と回転可能に連結されており、コンロッド４０の上下動に伴って、シリンダ２２の内部を軸方向に往復移動する。また、ピストン１０のピストン頂面１８は、その中央部が緩やかに凹んだすり鉢状に形成されるとともに、その外周にはシリンダ２２の内周壁２２ａ側に向かって傾斜するスキッシュ面１９が形成されている。また、ピストン頂面１８の凹状部１７からスキッシュ面１９にかけて、後述するスワール流生成流路１２が複数形成されている。

シリンダヘッド２４は、シリンダ２２の上部に接続固定されており、上死点にあるピストン１０のピストン頂面１８との間で燃焼室２０を画定する。本発明において燃焼室２０の形状は特に限定されるものではなく、図１に示した半球形型の燃焼室のほかに、多球形型やクサビ型、ペントルーフ型などの各種の形状を採用することができる。

また、シリンダヘッド２４には、図２に示した平面視において、ピストン頂面１８の略中心部に位置し、燃焼室２０の中央部に向けて突設される点火装置２６が設置されるとともに、ピストン頂面１８の外周側の位置には、２つの吸気バルブ２８，２８および２つの排気バルブ２９，２９が設置されている。そして、図１に示した排気行程時において、排気バルブ２９が開弁し、シリンダ２２の内部にある排気ガスが排気ポート２９ａから排出されるようになっている。

また、特に図示しないが、ピストン１０が上死点付近にある排気行程終期においては、排気バルブ２９が開弁した状態で吸気バルブ２８の開弁が開始され、一時的に排気バルブ２９と吸気バルブ２８とが同時に開弁される、いわゆるオーバーラップ状態となる。

スワール流生成流路１２は、図２に示したように、ピストン頂面１８の中心側から外周側に向かって時計回り方向に湾曲して延びている。
すなわち、図２のように、ピストン頂面１８の中心側に開口端部１２ａ、および外周側に開口端部１２ｂをそれぞれ有し、平面視において中心側の開口端部１２ａと外周側の開口端部１２ｂとを結ぶ直線に対して、図２において、例えば、直線Ｌに対して左側方向に迂回するように湾曲して形成されている。
また、本実施形態では、８本のスワール流生成流路１２が、各々、ピストン頂面１８の中心に対して所定の角度ずらされた位置に形成されている。

排気行程において、シリンダ２２の内周壁２２ａ近傍にある排気ガスは、内周壁２２ａの粘性抵抗により、シリンダ２２の中央側にある排気ガスよりも相対的に流動し難い状態にある。よって、ピストン１０が上昇を開始する排気行程初期におけるシリンダ２２の内部圧力は、シリンダ２２の内周壁２２ａ近傍に比べて中央側の方が相対的に高くなる。また、ピストン頂面１８の中央部が凹んでいると、排気ガスが集まり易いため、この部分の圧力が他の部分よりも高くなる。

したがってピストン頂面１８に、ピストン頂面１８の中心側から外周側に向かって延びる流路（スワール流生成流路１２）を形成することで、シリンダ２２の中央側にある排気ガスが、スワール流生成流路１２を通って、シリンダ２２の内周壁２２ａ側へと流動する。

また、スワール流生成流路１２が、ピストン頂面１８の中心側から外周側に向かって時計回り方向に湾曲して延びているため、図３に拡大して示したように、スワール流生成流路１２の外周側の開口端部１２ｂから流出した排気ガスの流出方向線（流線１２ｈ）は、シリンダ２２の内周壁２２ａに対して鋭角に衝突して、シリンダ２２の内部に時計回り方向のスワール流ｓを発生させる。

このように、ピストン頂面１８に、その中心側から外周側に向かって時計回り方向に湾曲して延びる流路（スワール流生成流路１２）を形成すれば、排気行程時にスワール流生成流路１２の中心側の開口端部１２ａから外周側の開口端部１２ｂへと排気ガスが流れ、シリンダ２２の内部に時計回り方向の上向きのスワール流ｓを発生させることができる。

また、図３に拡大して示したように、スワール流生成流路１２の外周側の開口端部１２ｂは、中心側の開口端部１２ａに対して、ピストン頂面１８の中心Ｏを基点として、時計周り方向に所定角度αだけずらされた位置に形成されている。したがって、例えば中心側の開口端部１２ａと外周側の開口端部１２ｂとが同一の半径上に形成されている場合と比べて、スワール流生成流路１２を緩やかに湾曲させることができる。また、外周側の開口端部１２ｂから流出される排気ガスの平面視の流線方向１２ｈを、スワール流ｓの流れ方向に対して平行に近づけることができ、排気行程時に上向きの強いスワール流を発生させることが可能となる。

なお、スワール流生成流路１２の平面線形は、外周側の開口端部１２ｂから流出した排気ガスの流線方向１２ｈが、シリンダ２２の内周壁２２ａに対して鋭角に衝突し、シリンダ２２の内部に上向きのスワール流ｓを発生させるような形状であればよく、必ずしも上述した湾曲状には限定されない。例えば、図４の（ａ）に示したように、直線部１２ｓと屈曲部１２ｃとが組み合わされることで時計回り方向に屈曲した平面形状であってもよく、図４の（ｂ）に示したように、直線部１２ｓが多折されることで時計回り方向に屈曲した平面形状であってもよい。ただし、排気ガスの流れを円滑にし、強いスワール流ｓを発生させるためには、できるだけ圧力損失が小さくなるような平面形状が好ましく、図３に示したような緩やかな湾曲形状が最も適している。

また、本実施形態のスワール流生成流路１２は、中心側の開口端部１２ａと外周側の開口端部１２ｂとの間を穿孔することで形成されており、その流路断面は孔形状に形成されている。このように、スワール流生成流路１２の流路断面が孔形状に形成されていれば、中心側の開口端部１２ａから流入した排気ガスが、流路の途中で漏れることなく外周側の開口端部１２ｂから流出するため、シリンダ２２の内部に強いスワール流ｓを発生させることができる。

また、スワール流生成流路１２の縦断形状は、上述した平面形状と同じ理由により、図５に拡大して示したような緩やかな湾曲形状に形成されるのが好ましい。また、スワール流生成流路１２の中心側の開口端部１２ａにおける流入方向線（流線１２ｖ１）は、できるだけ排気ガスを取り込み易いように、ピストンの軸方向線ｖに対して平行に近くなるように形成されるのが好ましい。一方、スワール流生成流路１２の外周側の開口端部１２ｂにおける流出方向線（流線１２ｖ２）は、排気ガスが取り込まれ難く、且つ、強い上向きのスワール流ｓが生成されるように、ピストンの軸方向線ｖの垂線に対して若干上向きに形成されるのが好ましい。したがって、外周側の開口端部１２ｂは、図５に示したように、ピストン頂面１８の外周に形成されたスキッシュ面１９に位置するように形成するのがよい。

上記内容を踏まえると、スワール流生成流路１２において、中心側の開口端部１２ａから外周側の開口端部１２ｂに向けて排気ガスを流れ易くするためには、少なくとも外周側の開口端部１２ｂにおける流線１２ｖ２を、中心側の開口端部１２ａにおける流線１２ｖ１よりもピストンの軸方向線ｖに対して垂直に近くなるように形成することが好ましい。

また、図３および図５に拡大して示したように、スワール流生成流路１２の流路断面を、ピストン頂面１８の中心側から外周側に向かって流路断面が次第に小さくなるように形成することで、スワール流生成流路１２の中心側の開口端部１２ａから外周側の開口端部１２ｂに向けて排気ガスがより流れ易くなり、排気行程においてより強いスワール流ｓを発生させることが可能となる。

本発明においては、上述したようなスワール流生成流路１２がピストン頂面１８に少なくとも１本以上形成されていれば、排気行程中のシリンダ２２の内部に上向きのスワール流ｓが生成される。ただし、より強い上向きのスワール流ｓを発生させるために、上述した実施形態のように、複数本のスワール流生成流路１２がピストン頂面１８に形成されていることが好ましい。

次に、上述したスワール流生成流路１２の作用について説明する。
上述したように、シリンダ２２の内周壁２２ａ近傍にある排気ガスは、内周壁２２ａの粘性抵抗により、シリンダ２２の中央側にある排気ガスよりも相対的に流動し難い状態にある。したがって、ピストン１０が上昇すると、図６の（ｂ）に断面視で示したように、シリンダ２２の中央側にある排気ガスが、スワール流生成流路１２の中心側の開口端部１２ａから流入して、スワール流生成流路１２の内部をシリンダ２２の内周壁２２ａ側へと流動し、外周側の開口端部１２ｂから流出する。

そして上述したように、スワール流生成流路１２は、ピストン頂面１８の中心側から外周側に向かって時計回り方向に湾曲して延びているため、外周側の開口端部１２ｂから流出した排気ガスが、シリンダ２２の内周壁２２ａに対して平面視で鋭角に衝突して、図６の（ａ）および（ｂ）に示したように、シリンダ２２の内部に時計回りの上向きのスワール流ｓを発生させる。

このように、シリンダ２２の内部にスワール流ｓが発生すると、シリンダ２２内部の径方向の圧力分布は、図７に示したように、シリンダ２２の中央側よりも内周壁２２ａ側の方が相対的に高い圧力状態となる。したがって、平面視でピストン頂面１８の外周側に位置する排気バルブ２９近傍の圧力が高くなり、排気行程における排気ガスの掃気が促進される。また、発生するスワール流ｓが上向きであるため、燃焼室２０の上部に設置されている排気バルブ２９への掃気が、より促進される。
よって、残留した排気ガスが原因となって、次行程の吸入行程時に混合気の温度が上昇するのを防ぐことができ、ノッキングの発生が抑制される。

なお、上述した排気行程中に発生する上向きのスワール流ｓは、同じくピストン１０の上昇行程である圧縮行程時にも発生する。よって、圧縮行程時のシリンダ２２内部の径方向の圧力分布も、基本的には上述した図７と同じような分布となり、シリンダ２２の中央側よりも内周壁２２ａ側の方が相対的に高い圧力状態となる。したがって、平面視でピストン頂面１８の中心側に位置する点火装置２６近傍の混合気の圧力が低くなって、上述した特許文献１の内燃機関１００とは反対に、混合気の着火性に劣るとも考えられる。

しかしながら、点火装置２６によって混合気に着火されるのは、圧縮行程の最後、すなわちピストン１０が上死点に達した場合である。この状態では、スワール流ｓも相当程度減衰しているため、燃焼室２０の圧力分布は、混合気の着火性に悪影響を及ぼすような圧力分布とはならない。また特に、図１に示したように、燃焼室２０の頂部に点火装置２６が設置されていれば、ピストン１０が上死点に達した状態において、点火装置２６に向かって混合気が集まり易くなっており、混合気の着火性にも優れている。

また、図８に示したように、吸気バルブ２８の開口部の外周縁の内、排気行程時に生成される時計回りのスワール流ｓの流れ方向に対して上流側に位置する外周縁に沿って、燃焼室２０に向けて突出するシュラウド（防流部３０）を形成することで、排気行程終期において一時的に排気バルブ２９と吸気バルブ２８とが同時に開弁されるオーバーラップ状態において、吸気バルブ２８の開口部に排気ガスが侵入するのを防止することができる。

またこの際、図８に示したように、上述した防流部３０に加えて（または防流部３０とは別に）、排気バルブ２９の開口部の外周縁の内、排気行程時に生成されるスワール流ｓの流れ方向に対して下流側に位置する外周縁に沿って、燃焼室２０に向けて突出するシュラウド（導流部３２）を形成すれば、排気ガスを排気バルブ２９の開口部に円滑に導くことができ、排気行程時の排気ガスの掃気が、より一層促進される。

なお、図８および図９は、ピストン頂面１８側からシリンダヘッド２４を視認した平面図であり、スワール流ｓの流れ方向、吸気バルブ２８および排気バルブ２９の設置位置は、図１、図２および図６に示したものとは反対向きとなっている。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態にかかる４サイクル内燃機関１について、図９〜図１０
を基に説明する。
なお、この第２の本実施形態の４サイクル内燃機関１は、上述した第１の実施形態の４サイクル内燃機関１と、基本的には同様の構成であり、同一の構成部材には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

この第２の実施形態の４サイクル内燃機関１は、上述した実施形態と同様、スワール流生成流路１２が、図９に示したように、ピストン頂面１８の中心側から外周側に向かって時計回り方向に湾曲して延びている。しかしながら、スワール流生成流路１２が、中心側の開口端部１２ａと外周側の開口端部１２ｂとの間を溝切り加工することで形成されており、図１０に示したように、その流路断面が溝形状に形成されている点が、上述した第１の実施形態と異なっている。

このように、スワール流生成流路１２の流路断面が溝形状であっても、その平面線形が中心側から外周側に向かって時計回り方向に湾曲して延びていれば、上述した実施形態と同様、排気行程時にスワール流生成流路１２の中心側の開口端部１２ａから外周側の開口端部１２ｂへと排気ガスが流れ、シリンダ２２の内部に時計回り方向の上向きのスワール流ｓを発生させることができる。また、上述した孔形状の場合と比べて、スワール流生成流路１２の形成が容易である。

また、流路断面を溝形状に形成する場合のスワール流生成流路１２の縦断形状は、図１０に示したように、ピストン頂面１８の中心側から外周側に向かって一様な上り勾配に形成するのがよい。このようにすることで、排気ガスの縦断方向の向きが流路途中で変化しないため、中心側から流入した排気ガスを円滑に外周側へと流動させることができる。
なお、中心側の開口端部１２ａの縦断方向の流線ｖ１については、上述した実施形態と同様に、ピストンの軸方向線ｖに対して平行に近くなるように形成されるのが好ましい。
また、外周側の開口端部１２ｂの縦断方向の流線ｖ２についても、上述した実施形態と同様に、ピストンの軸方向線ｖの垂線に対して若干上向きに形成されるのが好ましい。

また、流路断面を溝形状に形成する場合は、例えばあり溝形状など、溝の開口幅が溝の底部幅または中央部の幅よりも狭くなっている断面形状とすることで、排気ガスが流路途中で漏れるのを抑制することができ、シリンダ２２の内部に強いスワール流ｓを発生させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明の範囲は上記実施形態に限定されない。本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、上述した実施形態では、スワール流生成流路の流路断面を孔形状または溝形状であるものとして説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ピストン頂面１８の中心側は溝形状、外周側は孔形状といったように、１本のスワール流生成流路において、孔形状と溝形状とを併用することも、複数本のうちの何本かは孔形状とし、残りを溝形状とすることも可能である。

本発明によれば、排気行程中のシリンダの内部に上向きのスワール流が発生するため、排気バルブ近傍の圧力を高くすることができ、排気行程時の排気ガスの掃気が促進される。従って、残留した排気ガスが原因となって、次行程の吸入行程時において混合気の温度が上昇するのを防ぐことができ、ノッキングの発生を抑制することができるので、自動車用エンジンなどに適用される４サイクル内燃機関に適している。

１ 内燃機関
１０ ピストン
１２ スワール流生成流路
１２ａ 中心側の開口端部
１２ｂ 外周側の開口端部
１２ｃ 湾曲部
１２ｓ 直線部
１７ 凹状部
１８ ピストン頂面
１９ スキッシュ面
２０ 燃焼室
２２ シリンダ
２２ａ シリンダの内周壁
２４ シリンダヘッド
２６ 点火装置
２８ 吸気バルブ
２９ 排気バルブ
２９ａ 排気ポート
３０ シュラウド（防流部）
３２ シュラウド（導流部）
４０ コンロッド
ｓ スワール流
ｖ ピストン軸方向線

Claims (5)

1. シリンダ内に配置されたピストンと、該ピストンの頂面との間で燃焼室を画定するシリンダヘッドとを備え、該シリンダヘッドには、平面視において前記ピストン頂面の外周側の位置に、吸気バルブと排気バルブとが配置されている内燃機関において、
   前記ピストン頂面の中心側および外周側の位置にそれぞれ開口端部を有し、平面視において前記中心側の開口端部と前記外周側の開口端部とを結ぶ直線に対して所定側の方向に迂回するように湾曲もしくは屈曲して形成された流路を前記ピストンの頂面に少なくとも１つ形成したことを特徴とする内燃機関。
2. 前記流路が前記ピストン頂面に、孔形状、溝形状、もしくは孔と溝形状によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記流路の外周側の開口端部を、前記流路の中心側の開口端部に対して、ピストン頂面の中心を基点として、所定側周り方向に所定角度ずらした位置に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 前記流路を中心側の開口端部から外周側の開口端部に向かって延びる孔によって構成するとともに、前記流路の流路断面を、その中心側の開口端部から外周側の開口端部に向かって次第に小さくなるように構成したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関。
5. 前記吸気バルブの開口部の外周縁の内、所定側回り方向のスワール流に対して上流側に位置する外周縁に沿って、前記燃焼室に向けて突出する防流部を形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関。

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