JP3826491B2 - 筒内噴射式内燃機関のピストン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガソリン機関に代表される筒内噴射式内燃機関のピストン、特に、シリンダ内に生成されるタンブル成分およびスワール成分を利用して、均質燃焼と成層燃焼の双方が可能な筒内噴射式内燃機関のピストンの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
全開出力時等にシリンダ内に略均質な空燃比の混合気を形成していわゆる均質燃焼を行うとともに、低負荷域では、シリンダ内の一部つまり点火プラグ近傍のみに比較的濃い混合気を形成して平均的な空燃比を非常に大きく得るようした成層燃焼を行う筒内噴射式内燃機関が従来から種々提案されている。
【０００３】
成層希薄燃焼を可能とした筒内噴射式内燃機関のピストンとしては、例えば、特公平８−３５４２９号公報に記載のものが知られている。この公報に記載の内燃機関は、ピストンの頂部に、ピストン外形円に対し偏心した非円形のキャビティが形成されているとともに、ピストン上死点付近において該キャビティへ向けて燃料を噴射供給できるように燃料噴射弁が配置されている。上記キャビティは、内部に燃料およびスワールを封じ込めるように、リエントラント型の構成となっている。また、このキャビティに強いスワールを生成するために、一対の吸気ポートの一方をヘリカルポートとして構成するとともに、他方の吸気ポートを開閉する空気制御弁を備えている。
【０００４】
つまり、この公報の内燃機関では、希薄燃焼時には、上記空気制御弁を閉じて一方のヘリカルポートのみから新気を導入し、シリンダ内に強いスワールを生成する。このスワールは、ピストンの上昇に伴ってキャビティ内に導入されるので、圧縮上死点付近でキャビティ内に燃料を噴射することにより、キャビティ内で可燃混合気が形成され、かつ点火プラグ近傍に運ばれる。従って、適宜な時期に点火を行うことにより、着火燃焼に至ることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成では、成層希薄燃焼の際に、ピストン頂部のキャビティ内に十分な強度のスワールを保存するため、上述のようにヘリカルポートを利用して、シリンダ内に非常に強いスワールを生成するようにしているが、このようなヘリカルポートを使用すると、全開出力時に、吸気抵抗が大きく、最大出力が抑制されてしまう上に、均質燃焼の際に、シリンダ内に燃料を拡散するのに必要な強いタンブル成分を確保することが困難である。
【０００６】
これに対し、吸気ポートをヘリカルポートとせずに、ピストン平面上で略直線状をなすいわゆるストレートポートとすると、空気制御弁によって一方の吸気ポートのみから新気を導入してスワールを生成するようにしたとしても、ヘリカルポートの場合に比較して、シリンダ内でのタンブル（縦渦）成分が強くなり、成層希薄燃焼を実現すべく上死点近傍でキャビティ内に燃料を噴射したとしても、シリンダ内に残存するタンブル成分によってキャビティから燃料が持ち出されたり、あるいはキャビティ内のスワールが阻害され、安定した成層希薄燃焼を確保することが難しい。つまり、上記従来のピストン形状では、一般にヘリカルポートに依存せざるを得ない。
【０００７】
また上記従来のようにキャビティをリエントラント型とすることにより、成層希薄燃焼時には該キャビティ内にスワールおよび混合気を確実に保持できる反面、高負荷時等において吸気行程中に燃料を噴射して均質燃焼を行おうとしても、キャビティ内に燃料が滞留し易く、シリンダ内に燃料を拡散することが困難であり、十分な性能を確保することができない。
【０００８】
つまり、成層希薄燃焼と高負荷時の均質燃焼とを十分に両立させることが難しい。
【０００９】
この発明は、ヘリカルポートを用いずに成層希薄燃焼を実現でき、かつこの成層希薄燃焼と均質燃焼とを十分に両立させることを可能とする筒内噴射式内燃機関のピストンを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る筒内噴射式内燃機関のピストンは、シリンダヘッドに凹設されたペントルーフ型燃焼室に２つの吸気弁および２つの排気弁を有するとともに、シリンダ略中央に点火プラグを有し、かつ、シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁が吸気弁側に配置され、シリンダ内にタンブル流成分を付与した状態で吸気行程付近で燃料噴射を行うことにより均質燃焼を実現するとともに、ヘリカルポートに依存せずにシリンダ内にスワール成分を付与した状態で圧縮行程付近で燃料噴射を行うことにより成層燃焼を実現するようにした筒内噴射式内燃機関のピストンにおいて、
ピストン中心線と直交する平面からなり、かつピストン頂部の排気弁側を占める略三日月形をなす排気弁側水平面と、この排気弁側水平面よりも上方に突出するとともに、上記ペントルーフ型燃焼室を構成する２つの傾斜面にそれぞれ略平行となるように傾斜した吸気弁側傾斜面および排気弁側傾斜面を有し、かつピストン頂部の吸気弁側を占める凸部と、上記排気弁側傾斜面の下縁と上記排気弁側水平面とを接続した急峻な傾斜面からなる段差部と、上記段差部と交差することなく上記凸部に凹設され、かつピストン外形円に対し吸気弁側に偏心した回転体形のキャビティと、を備えていることを特徴としている。
【００１１】
上記の構成では、ピストン頂部の吸気弁側に凸部が設けられ、かつ排気弁側は、排気弁側水平面としてピストン中心線と直交する平面となっている。キャビティは、この凸部によって周囲が囲まれた形に構成されている。換言すれば、必要な大きさのキャビティの周囲を囲み得るように、凸部の形成範囲が設定されている。そして、この凸部と排気弁側水平面との境界には、上記の段差部が存在している。従って、ピストン上死点において、凸部の吸気弁側傾斜面および排気弁側傾斜面は、シリンダヘッド側のペントルーフ型燃焼室の壁面に近接し、キャビティ周囲を良好にシールするようになる。また、排気弁側水平面とシリンダヘッド側燃焼室の壁面との間には、ある程度の空間が残される。この空間は、機関の圧縮比を適宜に確保するために寄与する。つまり、排気弁側に空間を残すことで、圧縮比を過度に高めずに、キャビティ周囲の凸部がシリンダヘッド側壁面に可及的に接近したものとなる。
【００１２】
成層燃焼時には、例えば一方の吸気ポートを閉じる等の手段によって、シリンダ内にスワールが生成される。このスワールは、ピストンの上昇に伴ってキャビティ内に封じ込められるが、キャビティが回転体形であるため、ヘリカルポートに依存しなくとも、十分なスワールをキャビティ内に確保できる。また、吸気ポートから流入する新気によって、シリンダ内には、スワールとともに、上下方向に旋回するある程度の強さのタンブル成分が発生するが、このタンブル流は、ピストン頂部を排気弁側から吸気弁側へと流れようとするので、排気弁側水平面と凸部との間の段差部に衝突し、ここで弱められる。従ってキャビティ内に作用するタンブル成分は非常に弱くなる。そのため、上死点近傍で燃料がキャビティへ向けて噴射されることにより、良好な成層燃焼を実現できる。しかも、上述したように、キャビティを凸部が囲むことから、ピストンが上死点近傍にあるときに、該キャビティ内とその外部との間でのガス流動が抑制されて、キャビティ内にスワールおよび混合気を確実に封じ込めておくことができ、成層燃焼が良好なものとなる。
【００１３】
また均質燃焼時には、一対の吸気弁を介してシリンダ内に流入した新気によってタンブル流が強く生成され、かつ吸気行程付近で燃料が噴射される。ここで、吸気行程から圧縮行程前半にかけて、シリンダヘッド側のペントルーフ型燃焼室とピストン頂面との距離が大きい時期では、上記段差部はタンブル成分の抑制にほとんど寄与しない。従って、このタンブル流によってキャビティ内の燃料の滞留が防止され、均質な混合気による均質燃焼を実現できる。特に、キャビティが単純な回転体形であるため、燃料が滞留しにくいものとなる。
【００１４】
上記段差部は、請求項２の発明のように、ピストンの平面上で、ピストンピンと平行な直線状となるように形成してもよい。あるいは、吸気ポートの一方のみから新気を導入したときに生成されるタンブル流が、スワール成分と合成されて斜めに傾いたものとなることを考慮して、この斜めのタンブル流と直交するように、ピストン平面上でピストンピン軸方向に対し適宜な角度を有するものであってもよい。
【００１５】
請求項３の発明は、上記のように段差部を傾けた場合の変形であって、上記段差部が、ピストンの平面上で、中央部が排気弁側へ張り出した山形に屈曲している。つまり、ピストンピンの軸方向の全長に亙って段差部が一方に傾いていると、ピストンピン軸方向に重量アンバランスが生じる。この請求項３では、この重量アンバランスが回避される。
【００１６】
特に、請求項４のように、上記凸部および上記キャビティを、ピストンピンと直交する方向の直径線を中心として対称にすれば、ピストンピン軸方向に重量バランスがとれたものとなる。
【００１７】
上記キャビティを囲む凸部のピストンピン軸方向の幅は、キャビティ内での成層希薄燃焼を良好なものとするために、可及的に大きいことが望ましい。請求項５の発明では、上記凸部のピストンピン軸方向の幅が、ピストンの直径にほぼ等しいものとなっている。
【００１８】
また請求項６の発明では、上記キャビティは、その内周側壁面が上方へ向かってテーパ状に拡がった皿形をなしている。これにより、均質燃焼時に、キャビティ内の燃料がタンブル流によって一層容易に洗い流されるようになり、混合気が均質化する。
【００１９】
さらに請求項７の発明では、上記吸気弁側傾斜面に、上記吸気弁の弁頭部に対応してバルブリセスが凹設されており、かつ、このバルブリセスは、上記段差部に交差していない。このようにバルブリセスを設けることにより、例えば、吸気弁側に可変動弁機構を用いて、上死点近傍でのバルブリフト量を大きく与えることが可能となる。そして、このバルブリセスが上記段差部によって切り欠かれたものとならないので、バルブリセスにより成層燃焼が損なわれることはない。
【００２０】
【発明の効果】
この発明に係る筒内噴射式内燃機関のピストンによれば、ヘリカルポートのような手段を利用しなくとも成層希薄燃焼時にシリンダ内に発生するタンブル流成分による影響を抑制でき、安定した成層燃焼を実現できる。また、キャビティを複雑形状としないことで、タンブル流を利用した均質燃焼の際に、キャビティ内での燃料の滞留を回避でき、良好な均質燃焼が可能となる。つまり、低負荷時の成層希薄燃焼と高負荷時の均質燃焼とを非常に高いレベルで両立させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
始めに、この発明のピストン４が用いられる筒内噴射式内燃機関の構成を図１および図２に基づいて説明する。図示するように、シリンダブロック１には、複数のシリンダ３が直列に配置されており、その上面を覆うように、シリンダヘッド２が固定されている。上記シリンダ３内には、ピストン４が摺動可能に嵌合している。また、上記シリンダヘッド２に凹設された燃焼室１１は、いわゆるペントルーフ型に構成されており、その一方の傾斜面１１ａに一対の吸気弁５が、他方の傾斜面１１ｂに一対の排気弁６がそれぞれ配置されている。そして、これらの一対の吸気弁５および一対の排気弁６によって囲まれたシリンダ３の略中心位置に、点火プラグ７が配置されている。
【００２３】
上記シリンダヘッド２には、一対の吸気弁５にそれぞれ対応する一対の吸気ポート８が、互いに独立して形成されている。つまり、この一対の吸気ポート８は、シリンダヘッド２内で合流せず、それぞれシリンダヘッド２側面において独立して開口している。また上記排気弁６に対応して排気ポート９が形成されている。
【００２４】
略円筒状をなす電磁式燃料噴射弁１０は、吸気弁５側のシリンダ３側壁寄りのシリンダヘッド２下面部に配置されており、その中心軸が斜め下方へ向かった姿勢で取り付けられている。特に、上記燃料噴射弁１０は、２つの吸気弁５の間に配置されている。
【００２５】
上記シリンダ３内に配置されたピストン４の頂部には、後述するように、吸気弁５側に偏心した位置に、回転体形（ここでは真円形）のキャビティ１２が形成されており、ピストン４が上死点近傍にあるときに、上記燃料噴射弁１０の噴霧軸線がこのキャビティ１２を指向するようになっている（図６参照）。
【００２６】
上記の一対の吸気ポート８は、それぞれ吸気マニホルド１３側に独立して形成された一対の吸気通路１４ａ，１４ｂに接続されている。そして、一方の吸気通路１４ｂ内には、該吸気通路１４ｂを開閉するバタフライバルブ型の空気制御弁１５が介装されている。この空気制御弁１５は、シャフト１６を介して図示せぬ駆動機構により機関運転条件に応じて開閉制御される。なお、上記空気制御弁１５が閉じた状態では、他方の吸気通路１４ａに連なる吸気ポート８のみを通して新気が流入するのであるが、この吸気ポート８は、ヘリカルポートではなく、緩く湾曲した略直線状のポート形状をなしている。
【００２７】
上記の内燃機関の基本的な作用について簡単に説明すると、先ず、機関の全負荷時あるいは希薄燃焼域の中でも比較的空燃比が小さな領域では、シリンダ３内に均質な混合気を形成して点火する均質燃焼が行われる。この均質燃焼時には、上記空気制御弁１５は、開状態に制御され、一対の吸気ポート８の双方からシリンダ３内へ新気が導入される。これにより、シリンダ３内には、強いタンブル流（縦渦）が生成される。また、燃料は、吸気行程中にシリンダ３内に噴射供給される。この燃料は、タンブル流によってシリンダ３内で積極的に拡散され、キャビティ１２内に滞留することなく均質化が促進される。
【００２８】
一方、低負荷域で、かつ空燃比を非常に大きくする希薄燃焼域では、混合気の成層化により確実な着火を可能とする成層希薄燃焼を行う。この成層希薄燃焼時には、上記空気制御弁１５が閉じられ、一方の吸気ポート８のみから図２に矢印Ｓで示すようにシリンダ３内に新気が流入する。これにより、シリンダ３内では、水平方向に沿ったスワール流が強く生成される。そして、この成層希薄燃焼の際には、燃料は、圧縮行程の後半において燃料噴射弁１０からキャビティ１２へ向けて噴射される。この噴射された燃料は、ピストン４頂部のキャビティ１２内に封じ込められたスワール流に乗って点火プラグ７側へ移動し、点火プラグ７周辺に着火可能な混合気を形成するので、適宜なタイミングで点火することにより、着火燃焼が可能となる。
【００２９】
次に、図３〜図５に基づいて、ピストン４の構成、特にその頂部の構成を詳細に説明する。
【００３０】
このピストン４においては、頂部の排気弁側部分を略三日月形に排気弁側水平面２０が占めており、残部つまり吸気弁側部分を、シリンダヘッド２側の燃焼室１１に入り込む凸部２１が占めている。上記排気弁側水平面２０は、ピストン４中心線と直交する平面からなり、かつ、この面が、ピストン４頂部の基準面となっている。この実施例では、ピストン４頂部のおよそ１／３程度の領域を排気弁側水平面２０が占めている。
【００３１】
上記の凸部２１は、基本的に５つの面から構成されている。すなわち、シリンダヘッド２側のペントルーフ型燃焼室１１を構成する２つの傾斜面１１ａ，１１ｂに対し略平行な平面からなる吸気弁側傾斜面２２および排気弁側傾斜面２３と、上記排気弁側傾斜面２３の下縁と上記排気弁側水平面２０との間に帯状に設けられ、かつ垂直に近い急峻な傾斜の平面からなる段差部２７と、ピストン４の外形円と同心の円錐面からなる一対の円錐形側面２４，２５と、によって、上記排気弁側水平面２０から上方に突出した凸部２１が構成されている。
【００３２】
なお、この実施例では、上記吸気弁側傾斜面２２の下縁とピストン４外周縁との間に、略三日月形をなす吸気弁側水平面２６が僅かに残存している。この吸気弁側水平面２６は、排気弁側水平面２０と同一の高さ位置にあり、凸部２１外周に僅かに残る環状の水平面とともに、ピストン４の中心線と直交する一つの平面から構成されている。この吸気弁側水平面２６および排気弁側水平面２０の一部は、シリンダヘッド２側の燃焼室１１の両側に平坦面として残されたスキッシュエリアとともに、スキッシュの形成に寄与している。
【００３３】
上記凸部２１における円錐形側面２４，２５の円錐の頂角は非常に小さく、円錐形側面２４，２５は、垂直に近い切り立ったものとなっている。そして、これに伴い、凸部２１は、ピストンピン軸方向に拡がったものとなっており、そのピストンピン軸方向の幅は、ピストン４の直径にほぼ等しくなっている。また上記吸気弁側傾斜面２２と、排気弁側傾斜面２３との間の頂部稜線３０は、図４に示すように、ピストン４頂部を２分するように、略中央に位置している。
【００３４】
上記段差部２７は、この実施例では、ピストン４平面上において、上記頂部稜線３０と平行な直線状をなしている。つまり、段差部２７の上縁（排気弁側傾斜面２３の下縁）および段差部２７の下縁の双方が、ピストン４の外形円に対し弦となる直線となっている。
【００３５】
また、上記のキャビティ１２が、上記排気弁側傾斜面２３と吸気弁側傾斜面２２と吸気弁側水平面２６との三者に亙って凹設されている。上記キャビティ１２は、ピストン４の平面上で見て真円形をなし、かつピストン４の半径よりも大きい直径を有している。そして、底面がピストン４中心線と直交する面に沿っているとともに、内周側壁面が上方へ向かって緩くテーパ状に拡がった皿形をなしている。また、このキャビティ１２の外周縁は、段差部２７とは交差しておらず、凸部２１によって囲まれている。また図６に示すように、ピストン４が上死点にあるときに、点火プラグ７がキャビティ１２内に入り、かつその外周部に位置するように配置されている。
【００３６】
また上記のように構成されたピストン４頂部の構造は、ピストンピンと直交する方向の直径線（図４の中心線Ｌ）を中心として、対称に構成されている。なお、燃料噴射弁１０は、この対称軸となる中心線Ｌに沿って燃料を噴射するように配置されている。
【００３７】
上記の構成においては、キャビティ１２が単純な真円形であるため、成層燃焼時にシリンダ３内に生成されたスワールが、該キャビティ１２内にスムースに案内され、十分な強さを保ったまま保存される。これに対し、吸気ポート８から流入した新気により同時に生成されるタンブル成分は、図１に矢印Ｔで示すように、ピストン４頂部を排気弁６側から吸気弁５側へ向って流れようとするので、ピストン４頂部の段差部２７に衝突し、ここで弱められる。そのため、圧縮行程においてシリンダ３内に残存するタンブルは、非常に弱いものとなっている。そして、圧縮行程後半において、キャビティ１２へ向けて図６に矢印Ｆで示すように燃料が噴射された後、ピストン４が上死点に近づくと、キャビティ１２を囲む吸気弁側傾斜面２２および排気弁側傾斜面２３が、図６に示すように、シリンダヘッド２側の対応する壁面にそれぞれ近接するため、キャビティ１２が全周に亙って良好にシールされた状態となる。従って、キャビティ１２内のスワールや混合気が外部へ漏出せずに該キャビティ１２内で燃焼が進行する。そのため、吸気ポート８をヘリカルポートとせずとも安定した成層希薄燃焼が可能となり、ヘリカルポートを用いることによる最大出力の低下を回避できる。特に、排気弁側水平面２０とシリンダヘッド２側との間にある程度の容積が確保されることから、圧縮比を過度に高くすることなく、凸部２１の高さを高く設定でき、成層希薄燃焼を確実なものとすることができる。
【００３８】
また、均質燃焼時には、一対の吸気ポート８から流入した新気によってシリンダ３内にタンブル流が形成され、かつ吸気行程中に燃料噴射が行われるが、上記キャビティ１２は、上方が緩いテーパ状に拡がった皿形をなしており、かつ、タンブル流が集中する一対の吸気ポート８の中心線（図４の中心線Ｌ）の上に真円形のキャビティ１２が位置しているので、該キャビティ１２内に入った燃料がタンブル流によって容易に洗い流され、滞留してしまうことがない。従って、高負荷時にも均質な混合気を形成でき、良好な均質燃焼が可能である。なお、燃料が噴射される吸気行程から圧縮行程前半にかけては、シリンダヘッド側のペントルーフ型燃焼室１１とピストン４頂面との距離が大きい時期であるので、このとき、段差部２７はタンブル成分の抑制にほとんど寄与せず、また、一対の吸気ポート８から流入する新気によってタンブル成分自体が非常に強いものとなっているので、タンブル成分が不足するようなことはない。
【００３９】
次に、図７および図８は、この発明に係るピストン４の第２実施例を示している。この実施例においては、排気弁側傾斜面２３と排気弁側水平面２０との間の段差部２７が、ピストン４の平面上で見て、中央部が排気弁６側へ張り出した山形に屈曲している。つまり、ピストンピンと直交するピストン４中心線Ｌに対し、適宜に傾斜した２つの平面でもって段差部２７が構成されている。なお、この段差部２７の平面と交差する排気弁側傾斜面２３の傾斜に伴って、上記段差部２７の高さは、中央部が最も低く、かつ両側へ向うに従って徐々に高くなっている。また上記のように構成されたピストン４頂部の構造は、上述した第１実施例と同様に、ピストンピンと直交する方向の直径線（図７の中心線Ｌ）を中心として、対称に構成されている。
【００４０】
この第２実施例の構成においては、前述したように、吸気ポート８の一方から新気が流入する成層希薄燃焼の際に、シリンダ３内に生成されるタンブル流は、スワール成分と合成されて、斜めに傾いたものとなるが、その斜めのタンブル流と直交するように、段差部２７の一方の辺がタンブル流に対向する。そのため、斜め方向からキャビティ１２へ侵入しようとするタンブル成分を一層効果的に減衰させることができる。
【００４１】
なお、段差部２７の他方の辺は、上記の斜め方向のタンブル流には直交しないものとなるが、この第２実施例のように対称形状とすれば、ピストンピン軸方向に沿った重量アンバランスを回避できるとともに、気筒毎にスワール旋回方向を異ならせた場合にも、全気筒に対し同一のピストン４でもって対応できる、という利点がある。
【００４２】
次に、図９および図１０は、この発明に係るピストン４の第３実施例を示している。この実施例のピストン４は、第２実施例と同じ基本形状を有するものであって、やはり、排気弁側傾斜面２３と排気弁側水平面２０との間の段差部２７が、ピストン４の平面上で見て、中央部が排気弁６側へ張り出した山形に屈曲している。そして、この第３実施例では、凸部２１の吸気弁側傾斜面２２に、吸気弁５の弁頭部との干渉を回避するための一対のバルブリセス３１，３２が凹設されている。このバルブリセス３１，３２は、バルブ傾斜角に沿って比較的浅い円形に形成されているものであるが、上記キャビティ１２と重なり合っているので、それぞれ三日月形に現れている。本実施例では、このバルブリセス３１，３２の形成によって吸気弁側傾斜面２２は実質的に消失しており、仮想の平面となっている。また、上記バルブリセス３１，３２は、段差部２７とは交差していない。つまり、主に排気弁側傾斜面２３からなる凸部２１によって、バルブリセス３１，３２は、排気弁側水平面２０から隔絶されている。
【００４３】
このようにバルブリセス３１，３２を設けることにより、例えば可変動弁機構の利用により上死点でのバルブリフト量を大きく確保することが可能となる。そして、このようにバルブリセス３１，３２を設けても、排気弁側水平面２０の上方に生じる燃焼空間と該バルブリセス３１，３２とが十分に隔絶されたものとなるので、成層希薄燃焼が損なわれることがない。
【００４４】
なお、第１実施例と同様の基本形状のものにバルブリセスを付加することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る筒内噴射式内燃機関の構成を示す縦断面図。
【図２】ピストンと吸気ポート等との関係を示すシリンダヘッド要部の平面説明図。
【図３】この発明に係るピストンの第１実施例を示す正面図。
【図４】この第１実施例の平面図。
【図５】同じく第１実施例の要部の斜視図。
【図６】ピストンが上死点にあるときの図１と同様の断面図。
【図７】この発明に係るピストンの第２実施例を示す平面図。
【図８】この第２実施例の要部の斜視図。
【図９】この発明に係るピストンの第３実施例を示す平面図。
【図１０】この第３実施例の要部の斜視図。
【符号の説明】
４…ピストン
１２…キャビティ
２０…排気弁側水平面
２１…凸部
２２…吸気弁側傾斜面
２３…排気弁側傾斜面
２４，２５…円錐形側面
２６…吸気弁側水平面
２７…段差部
３１，３２…バルブリセス
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガソリン機関に代表される筒内噴射式内燃機関のピストン、特に、シリンダ内に生成されるタンブル成分およびスワール成分を利用して、均質燃焼と成層燃焼の双方が可能な筒内噴射式内燃機関のピストンの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
全開出力時等にシリンダ内に略均質な空燃比の混合気を形成していわゆる均質燃焼を行うとともに、低負荷域では、シリンダ内の一部つまり点火プラグ近傍のみに比較的濃い混合気を形成して平均的な空燃比を非常に大きく得るようした成層燃焼を行う筒内噴射式内燃機関が従来から種々提案されている。
【０００３】
成層希薄燃焼を可能とした筒内噴射式内燃機関のピストンとしては、例えば、特公平８−３５４２９号公報に記載のものが知られている。この公報に記載の内燃機関は、ピストンの頂部に、ピストン外形円に対し偏心した非円形のキャビティが形成されているとともに、ピストン上死点付近において該キャビティへ向けて燃料を噴射供給できるように燃料噴射弁が配置されている。上記キャビティは、内部に燃料およびスワールを封じ込めるように、リエントラント型の構成となっている。また、このキャビティに強いスワールを生成するために、一対の吸気ポートの一方をヘリカルポートとして構成するとともに、他方の吸気ポートを開閉する空気制御弁を備えている。
【０００４】
つまり、この公報の内燃機関では、希薄燃焼時には、上記空気制御弁を閉じて一方のヘリカルポートのみから新気を導入し、シリンダ内に強いスワールを生成する。このスワールは、ピストンの上昇に伴ってキャビティ内に導入されるので、圧縮上死点付近でキャビティ内に燃料を噴射することにより、キャビティ内で可燃混合気が形成され、かつ点火プラグ近傍に運ばれる。従って、適宜な時期に点火を行うことにより、着火燃焼に至ることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成では、成層希薄燃焼の際に、ピストン頂部のキャビティ内に十分な強度のスワールを保存するため、上述のようにヘリカルポートを利用して、シリンダ内に非常に強いスワールを生成するようにしているが、このようなヘリカルポートを使用すると、全開出力時に、吸気抵抗が大きく、最大出力が抑制されてしまう上に、均質燃焼の際に、シリンダ内に燃料を拡散するのに必要な強いタンブル成分を確保することが困難である。
【０００６】
これに対し、吸気ポートをヘリカルポートとせずに、ピストン平面上で略直線状をなすいわゆるストレートポートとすると、空気制御弁によって一方の吸気ポートのみから新気を導入してスワールを生成するようにしたとしても、ヘリカルポートの場合に比較して、シリンダ内でのタンブル（縦渦）成分が強くなり、成層希薄燃焼を実現すべく上死点近傍でキャビティ内に燃料を噴射したとしても、シリンダ内に残存するタンブル成分によってキャビティから燃料が持ち出されたり、あるいはキャビティ内のスワールが阻害され、安定した成層希薄燃焼を確保することが難しい。つまり、上記従来のピストン形状では、一般にヘリカルポートに依存せざるを得ない。
【０００７】
また上記従来のようにキャビティをリエントラント型とすることにより、成層希薄燃焼時には該キャビティ内にスワールおよび混合気を確実に保持できる反面、高負荷時等において吸気行程中に燃料を噴射して均質燃焼を行おうとしても、キャビティ内に燃料が滞留し易く、シリンダ内に燃料を拡散することが困難であり、十分な性能を確保することができない。
【０００８】
つまり、成層希薄燃焼と高負荷時の均質燃焼とを十分に両立させることが難しい。
【０００９】
この発明は、ヘリカルポートを用いずに成層希薄燃焼を実現でき、かつこの成層希薄燃焼と均質燃焼とを十分に両立させることを可能とする筒内噴射式内燃機関のピストンを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る筒内噴射式内燃機関のピストンは、シリンダヘッドに凹設されたペントルーフ型燃焼室に２つの吸気弁および２つの排気弁を有するとともに、シリンダ略中央に点火プラグを有し、かつ、シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁が吸気弁側に配置され、シリンダ内にタンブル流成分を付与した状態で吸気行程付近で燃料噴射を行うことにより均質燃焼を実現するとともに、ヘリカルポートに依存せずにシリンダ内にスワール成分を付与した状態で圧縮行程付近で燃料噴射を行うことにより成層燃焼を実現するようにした筒内噴射式内燃機関のピストンにおいて、
ピストン中心線と直交する平面からなり、かつピストン頂部の排気弁側を占める略三日月形をなす排気弁側水平面と、この排気弁側水平面よりも上方に突出するとともに、上記ペントルーフ型燃焼室を構成する２つの傾斜面にそれぞれ略平行となるように傾斜した吸気弁側傾斜面および排気弁側傾斜面を有し、かつピストン頂部の吸気弁側を占める凸部と、上記排気弁側傾斜面の下縁と上記排気弁側水平面とを接続した急峻な傾斜面からなる段差部と、上記段差部と交差することなく上記凸部に凹設され、かつピストン外形円に対し吸気弁側に偏心した回転体形のキャビティと、を備えていることを特徴としている。
【００１１】
上記の構成では、ピストン頂部の吸気弁側に凸部が設けられ、かつ排気弁側は、排気弁側水平面としてピストン中心線と直交する平面となっている。キャビティは、この凸部によって周囲が囲まれた形に構成されている。換言すれば、必要な大きさのキャビティの周囲を囲み得るように、凸部の形成範囲が設定されている。そして、この凸部と排気弁側水平面との境界には、上記の段差部が存在している。従って、ピストン上死点において、凸部の吸気弁側傾斜面および排気弁側傾斜面は、シリンダヘッド側のペントルーフ型燃焼室の壁面に近接し、キャビティ周囲を良好にシールするようになる。また、排気弁側水平面とシリンダヘッド側燃焼室の壁面との間には、ある程度の空間が残される。この空間は、機関の圧縮比を適宜に確保するために寄与する。つまり、排気弁側に空間を残すことで、圧縮比を過度に高めずに、キャビティ周囲の凸部がシリンダヘッド側壁面に可及的に接近したものとなる。
【００１２】
成層燃焼時には、例えば一方の吸気ポートを閉じる等の手段によって、シリンダ内にスワールが生成される。このスワールは、ピストンの上昇に伴ってキャビティ内に封じ込められるが、キャビティが回転体形であるため、ヘリカルポートに依存しなくとも、十分なスワールをキャビティ内に確保できる。また、吸気ポートから流入する新気によって、シリンダ内には、スワールとともに、上下方向に旋回するある程度の強さのタンブル成分が発生するが、このタンブル流は、ピストン頂部を排気弁側から吸気弁側へと流れようとするので、排気弁側水平面と凸部との間の段差部に衝突し、ここで弱められる。従ってキャビティ内に作用するタンブル成分は非常に弱くなる。そのため、上死点近傍で燃料がキャビティへ向けて噴射されることにより、良好な成層燃焼を実現できる。しかも、上述したように、キャビティを凸部が囲むことから、ピストンが上死点近傍にあるときに、該キャビティ内とその外部との間でのガス流動が抑制されて、キャビティ内にスワールおよび混合気を確実に封じ込めておくことができ、成層燃焼が良好なものとなる。
【００１３】
また均質燃焼時には、一対の吸気弁を介してシリンダ内に流入した新気によってタンブル流が強く生成され、かつ吸気行程付近で燃料が噴射される。ここで、吸気行程から圧縮行程前半にかけて、シリンダヘッド側のペントルーフ型燃焼室とピストン頂面との距離が大きい時期では、上記段差部はタンブル成分の抑制にほとんど寄与しない。従って、このタンブル流によってキャビティ内の燃料の滞留が防止され、均質な混合気による均質燃焼を実現できる。特に、キャビティが単純な回転体形であるため、燃料が滞留しにくいものとなる。
【００１４】
上記段差部は、請求項２の発明のように、ピストンの平面上で、ピストンピンと平行な直線状となるように形成してもよい。あるいは、吸気ポートの一方のみから新気を導入したときに生成されるタンブル流が、スワール成分と合成されて斜めに傾いたものとなることを考慮して、この斜めのタンブル流と直交するように、ピストン平面上でピストンピン軸方向に対し適宜な角度を有するものであってもよい。
【００１５】
請求項３の発明は、上記のように段差部を傾けた場合の変形であって、上記段差部が、ピストンの平面上で、中央部が排気弁側へ張り出した山形に屈曲している。つまり、ピストンピンの軸方向の全長に亙って段差部が一方に傾いていると、ピストンピン軸方向に重量アンバランスが生じる。この請求項３では、この重量アンバランスが回避される。
【００１６】
特に、請求項４のように、上記凸部および上記キャビティを、ピストンピンと直交する方向の直径線を中心として対称にすれば、ピストンピン軸方向に重量バランスがとれたものとなる。
【００１７】
上記キャビティを囲む凸部のピストンピン軸方向の幅は、キャビティ内での成層希薄燃焼を良好なものとするために、可及的に大きいことが望ましい。請求項５の発明では、上記凸部のピストンピン軸方向の幅が、ピストンの直径にほぼ等しいものとなっている。
【００１８】
また請求項６の発明では、上記キャビティは、その内周側壁面が上方へ向かってテーパ状に拡がった皿形をなしている。これにより、均質燃焼時に、キャビティ内の燃料がタンブル流によって一層容易に洗い流されるようになり、混合気が均質化する。
【００１９】
さらに請求項７の発明では、上記吸気弁側傾斜面に、上記吸気弁の弁頭部に対応してバルブリセスが凹設されており、かつ、このバルブリセスは、上記段差部に交差していない。このようにバルブリセスを設けることにより、例えば、吸気弁側に可変動弁機構を用いて、上死点近傍でのバルブリフト量を大きく与えることが可能となる。そして、このバルブリセスが上記段差部によって切り欠かれたものとならないので、バルブリセスにより成層燃焼が損なわれることはない。
【００２０】
【発明の効果】
この発明に係る筒内噴射式内燃機関のピストンによれば、ヘリカルポートのような手段を利用しなくとも成層希薄燃焼時にシリンダ内に発生するタンブル流成分による影響を抑制でき、安定した成層燃焼を実現できる。また、キャビティを複雑形状としないことで、タンブル流を利用した均質燃焼の際に、キャビティ内での燃料の滞留を回避でき、良好な均質燃焼が可能となる。つまり、低負荷時の成層希薄燃焼と高負荷時の均質燃焼とを非常に高いレベルで両立させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
始めに、この発明のピストン４が用いられる筒内噴射式内燃機関の構成を図１および図２に基づいて説明する。図示するように、シリンダブロック１には、複数のシリンダ３が直列に配置されており、その上面を覆うように、シリンダヘッド２が固定されている。上記シリンダ３内には、ピストン４が摺動可能に嵌合している。また、上記シリンダヘッド２に凹設された燃焼室１１は、いわゆるペントルーフ型に構成されており、その一方の傾斜面１１ａに一対の吸気弁５が、他方の傾斜面１１ｂに一対の排気弁６がそれぞれ配置されている。そして、これらの一対の吸気弁５および一対の排気弁６によって囲まれたシリンダ３の略中心位置に、点火プラグ７が配置されている。
【００２３】
上記シリンダヘッド２には、一対の吸気弁５にそれぞれ対応する一対の吸気ポート８が、互いに独立して形成されている。つまり、この一対の吸気ポート８は、シリンダヘッド２内で合流せず、それぞれシリンダヘッド２側面において独立して開口している。また上記排気弁６に対応して排気ポート９が形成されている。
【００２４】
略円筒状をなす電磁式燃料噴射弁１０は、吸気弁５側のシリンダ３側壁寄りのシリンダヘッド２下面部に配置されており、その中心軸が斜め下方へ向かった姿勢で取り付けられている。特に、上記燃料噴射弁１０は、２つの吸気弁５の間に配置されている。
【００２５】
上記シリンダ３内に配置されたピストン４の頂部には、後述するように、吸気弁５側に偏心した位置に、回転体形（ここでは真円形）のキャビティ１２が形成されており、ピストン４が上死点近傍にあるときに、上記燃料噴射弁１０の噴霧軸線がこのキャビティ１２を指向するようになっている（図６参照）。
【００２６】
上記の一対の吸気ポート８は、それぞれ吸気マニホルド１３側に独立して形成された一対の吸気通路１４ａ，１４ｂに接続されている。そして、一方の吸気通路１４ｂ内には、該吸気通路１４ｂを開閉するバタフライバルブ型の空気制御弁１５が介装されている。この空気制御弁１５は、シャフト１６を介して図示せぬ駆動機構により機関運転条件に応じて開閉制御される。なお、上記空気制御弁１５が閉じた状態では、他方の吸気通路１４ａに連なる吸気ポート８のみを通して新気が流入するのであるが、この吸気ポート８は、ヘリカルポートではなく、緩く湾曲した略直線状のポート形状をなしている。
【００２７】
上記の内燃機関の基本的な作用について簡単に説明すると、先ず、機関の全負荷時あるいは希薄燃焼域の中でも比較的空燃比が小さな領域では、シリンダ３内に均質な混合気を形成して点火する均質燃焼が行われる。この均質燃焼時には、上記空気制御弁１５は、開状態に制御され、一対の吸気ポート８の双方からシリンダ３内へ新気が導入される。これにより、シリンダ３内には、強いタンブル流（縦渦）が生成される。また、燃料は、吸気行程中にシリンダ３内に噴射供給される。この燃料は、タンブル流によってシリンダ３内で積極的に拡散され、キャビティ１２内に滞留することなく均質化が促進される。
【００２８】
一方、低負荷域で、かつ空燃比を非常に大きくする希薄燃焼域では、混合気の成層化により確実な着火を可能とする成層希薄燃焼を行う。この成層希薄燃焼時には、上記空気制御弁１５が閉じられ、一方の吸気ポート８のみから図２に矢印Ｓで示すようにシリンダ３内に新気が流入する。これにより、シリンダ３内では、水平方向に沿ったスワール流が強く生成される。そして、この成層希薄燃焼の際には、燃料は、圧縮行程の後半において燃料噴射弁１０からキャビティ１２へ向けて噴射される。この噴射された燃料は、ピストン４頂部のキャビティ１２内に封じ込められたスワール流に乗って点火プラグ７側へ移動し、点火プラグ７周辺に着火可能な混合気を形成するので、適宜なタイミングで点火することにより、着火燃焼が可能となる。
【００２９】
次に、図３〜図５に基づいて、ピストン４の構成、特にその頂部の構成を詳細に説明する。
【００３０】
このピストン４においては、頂部の排気弁側部分を略三日月形に排気弁側水平面２０が占めており、残部つまり吸気弁側部分を、シリンダヘッド２側の燃焼室１１に入り込む凸部２１が占めている。上記排気弁側水平面２０は、ピストン４中心線と直交する平面からなり、かつ、この面が、ピストン４頂部の基準面となっている。この実施例では、ピストン４頂部のおよそ１／３程度の領域を排気弁側水平面２０が占めている。
【００３１】
上記の凸部２１は、基本的に５つの面から構成されている。すなわち、シリンダヘッド２側のペントルーフ型燃焼室１１を構成する２つの傾斜面１１ａ，１１ｂに対し略平行な平面からなる吸気弁側傾斜面２２および排気弁側傾斜面２３と、上記排気弁側傾斜面２３の下縁と上記排気弁側水平面２０との間に帯状に設けられ、かつ垂直に近い急峻な傾斜の平面からなる段差部２７と、ピストン４の外形円と同心の円錐面からなる一対の円錐形側面２４，２５と、によって、上記排気弁側水平面２０から上方に突出した凸部２１が構成されている。
【００３２】
なお、この実施例では、上記吸気弁側傾斜面２２の下縁とピストン４外周縁との間に、略三日月形をなす吸気弁側水平面２６が僅かに残存している。この吸気弁側水平面２６は、排気弁側水平面２０と同一の高さ位置にあり、凸部２１外周に僅かに残る環状の水平面とともに、ピストン４の中心線と直交する一つの平面から構成されている。この吸気弁側水平面２６および排気弁側水平面２０の一部は、シリンダヘッド２側の燃焼室１１の両側に平坦面として残されたスキッシュエリアとともに、スキッシュの形成に寄与している。
【００３３】
上記凸部２１における円錐形側面２４，２５の円錐の頂角は非常に小さく、円錐形側面２４，２５は、垂直に近い切り立ったものとなっている。そして、これに伴い、凸部２１は、ピストンピン軸方向に拡がったものとなっており、そのピストンピン軸方向の幅は、ピストン４の直径にほぼ等しくなっている。また上記吸気弁側傾斜面２２と、排気弁側傾斜面２３との間の頂部稜線３０は、図４に示すように、ピストン４頂部を２分するように、略中央に位置している。
【００３４】
上記段差部２７は、この実施例では、ピストン４平面上において、上記頂部稜線３０と平行な直線状をなしている。つまり、段差部２７の上縁（排気弁側傾斜面２３の下縁）および段差部２７の下縁の双方が、ピストン４の外形円に対し弦となる直線となっている。
【００３５】
また、上記のキャビティ１２が、上記排気弁側傾斜面２３と吸気弁側傾斜面２２と吸気弁側水平面２６との三者に亙って凹設されている。上記キャビティ１２は、ピストン４の平面上で見て真円形をなし、かつピストン４の半径よりも大きい直径を有している。そして、底面がピストン４中心線と直交する面に沿っているとともに、内周側壁面が上方へ向かって緩くテーパ状に拡がった皿形をなしている。また、このキャビティ１２の外周縁は、段差部２７とは交差しておらず、凸部２１によって囲まれている。また図６に示すように、ピストン４が上死点にあるときに、点火プラグ７がキャビティ１２内に入り、かつその外周部に位置するように配置されている。
【００３６】
また上記のように構成されたピストン４頂部の構造は、ピストンピンと直交する方向の直径線（図４の中心線Ｌ）を中心として、対称に構成されている。なお、燃料噴射弁１０は、この対称軸となる中心線Ｌに沿って燃料を噴射するように配置されている。
【００３７】
上記の構成においては、キャビティ１２が単純な真円形であるため、成層燃焼時にシリンダ３内に生成されたスワールが、該キャビティ１２内にスムースに案内され、十分な強さを保ったまま保存される。これに対し、吸気ポート８から流入した新気により同時に生成されるタンブル成分は、図１に矢印Ｔで示すように、ピストン４頂部を排気弁６側から吸気弁５側へ向って流れようとするので、ピストン４頂部の段差部２７に衝突し、ここで弱められる。そのため、圧縮行程においてシリンダ３内に残存するタンブルは、非常に弱いものとなっている。そして、圧縮行程後半において、キャビティ１２へ向けて図６に矢印Ｆで示すように燃料が噴射された後、ピストン４が上死点に近づくと、キャビティ１２を囲む吸気弁側傾斜面２２および排気弁側傾斜面２３が、図６に示すように、シリンダヘッド２側の対応する壁面にそれぞれ近接するため、キャビティ１２が全周に亙って良好にシールされた状態となる。従って、キャビティ１２内のスワールや混合気が外部へ漏出せずに該キャビティ１２内で燃焼が進行する。そのため、吸気ポート８をヘリカルポートとせずとも安定した成層希薄燃焼が可能となり、ヘリカルポートを用いることによる最大出力の低下を回避できる。特に、排気弁側水平面２０とシリンダヘッド２側との間にある程度の容積が確保されることから、圧縮比を過度に高くすることなく、凸部２１の高さを高く設定でき、成層希薄燃焼を確実なものとすることができる。
【００３８】
また、均質燃焼時には、一対の吸気ポート８から流入した新気によってシリンダ３内にタンブル流が形成され、かつ吸気行程中に燃料噴射が行われるが、上記キャビティ１２は、上方が緩いテーパ状に拡がった皿形をなしており、かつ、タンブル流が集中する一対の吸気ポート８の中心線（図４の中心線Ｌ）の上に真円形のキャビティ１２が位置しているので、該キャビティ１２内に入った燃料がタンブル流によって容易に洗い流され、滞留してしまうことがない。従って、高負荷時にも均質な混合気を形成でき、良好な均質燃焼が可能である。なお、燃料が噴射される吸気行程から圧縮行程前半にかけては、シリンダヘッド側のペントルーフ型燃焼室１１とピストン４頂面との距離が大きい時期であるので、このとき、段差部２７はタンブル成分の抑制にほとんど寄与せず、また、一対の吸気ポート８から流入する新気によってタンブル成分自体が非常に強いものとなっているので、タンブル成分が不足するようなことはない。
【００３９】
次に、図７および図８は、この発明に係るピストン４の第２実施例を示している。この実施例においては、排気弁側傾斜面２３と排気弁側水平面２０との間の段差部２７が、ピストン４の平面上で見て、中央部が排気弁６側へ張り出した山形に屈曲している。つまり、ピストンピンと直交するピストン４中心線Ｌに対し、適宜に傾斜した２つの平面でもって段差部２７が構成されている。なお、この段差部２７の平面と交差する排気弁側傾斜面２３の傾斜に伴って、上記段差部２７の高さは、中央部が最も低く、かつ両側へ向うに従って徐々に高くなっている。また上記のように構成されたピストン４頂部の構造は、上述した第１実施例と同様に、ピストンピンと直交する方向の直径線（図７の中心線Ｌ）を中心として、対称に構成されている。
【００４０】
この第２実施例の構成においては、前述したように、吸気ポート８の一方から新気が流入する成層希薄燃焼の際に、シリンダ３内に生成されるタンブル流は、スワール成分と合成されて、斜めに傾いたものとなるが、その斜めのタンブル流と直交するように、段差部２７の一方の辺がタンブル流に対向する。そのため、斜め方向からキャビティ１２へ侵入しようとするタンブル成分を一層効果的に減衰させることができる。
【００４１】
なお、段差部２７の他方の辺は、上記の斜め方向のタンブル流には直交しないものとなるが、この第２実施例のように対称形状とすれば、ピストンピン軸方向に沿った重量アンバランスを回避できるとともに、気筒毎にスワール旋回方向を異ならせた場合にも、全気筒に対し同一のピストン４でもって対応できる、という利点がある。
【００４２】
次に、図９および図１０は、この発明に係るピストン４の第３実施例を示している。この実施例のピストン４は、第２実施例と同じ基本形状を有するものであって、やはり、排気弁側傾斜面２３と排気弁側水平面２０との間の段差部２７が、ピストン４の平面上で見て、中央部が排気弁６側へ張り出した山形に屈曲している。そして、この第３実施例では、凸部２１の吸気弁側傾斜面２２に、吸気弁５の弁頭部との干渉を回避するための一対のバルブリセス３１，３２が凹設されている。このバルブリセス３１，３２は、バルブ傾斜角に沿って比較的浅い円形に形成されているものであるが、上記キャビティ１２と重なり合っているので、それぞれ三日月形に現れている。本実施例では、このバルブリセス３１，３２の形成によって吸気弁側傾斜面２２は実質的に消失しており、仮想の平面となっている。また、上記バルブリセス３１，３２は、段差部２７とは交差していない。つまり、主に排気弁側傾斜面２３からなる凸部２１によって、バルブリセス３１，３２は、排気弁側水平面２０から隔絶されている。
【００４３】
このようにバルブリセス３１，３２を設けることにより、例えば可変動弁機構の利用により上死点でのバルブリフト量を大きく確保することが可能となる。そして、このようにバルブリセス３１，３２を設けても、排気弁側水平面２０の上方に生じる燃焼空間と該バルブリセス３１，３２とが十分に隔絶されたものとなるので、成層希薄燃焼が損なわれることがない。
【００４４】
なお、第１実施例と同様の基本形状のものにバルブリセスを付加することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る筒内噴射式内燃機関の構成を示す縦断面図。
【図２】ピストンと吸気ポート等との関係を示すシリンダヘッド要部の平面説明図。
【図３】この発明に係るピストンの第１実施例を示す正面図。
【図４】この第１実施例の平面図。
【図５】同じく第１実施例の要部の斜視図。
【図６】ピストンが上死点にあるときの図１と同様の断面図。
【図７】この発明に係るピストンの第２実施例を示す平面図。
【図８】この第２実施例の要部の斜視図。
【図９】この発明に係るピストンの第３実施例を示す平面図。
【図１０】この第３実施例の要部の斜視図。
【符号の説明】
４…ピストン
１２…キャビティ
２０…排気弁側水平面
２１…凸部
２２…吸気弁側傾斜面
２３…排気弁側傾斜面
２４，２５…円錐形側面
２６…吸気弁側水平面
２７…段差部
３１，３２…バルブリセス
Claims (7)
- シリンダヘッドに凹設されたペントルーフ型燃焼室に２つの吸気弁および２つの排気弁を有するとともに、シリンダ略中央に点火プラグを有し、かつ、シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁が吸気弁側に配置され、シリンダ内にタンブル流成分を付与した状態で吸気行程付近で燃料噴射を行うことにより均質燃焼を実現するとともに、ヘリカルポートに依存せずにシリンダ内にスワール成分を付与した状態で圧縮行程付近で燃料噴射を行うことにより成層燃焼を実現するようにした筒内噴射式内燃機関のピストンにおいて、
ピストン中心線と直交する平面からなり、かつピストン頂部の排気弁側を占める略三日月形をなす排気弁側水平面と、この排気弁側水平面よりも上方に突出するとともに、上記ペントルーフ型燃焼室を構成する２つの傾斜面にそれぞれ略平行となるように傾斜した吸気弁側傾斜面および排気弁側傾斜面を有し、かつピストン頂部の吸気弁側を占める凸部と、上記排気弁側傾斜面の下縁と上記排気弁側水平面とを接続した急峻な傾斜面からなる段差部と、上記段差部と交差することなく上記凸部に凹設され、かつピストン外形円に対し吸気弁側に偏心した回転体形のキャビティと、を備えていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関のピストン。 - 上記段差部は、ピストンの平面上で、ピストンピンと平行な直線状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。
- 上記段差部は、ピストンの平面上で、中央部が排気弁側へ張り出した山形に屈曲していることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。
- 上記凸部および上記キャビティは、ピストンピンと直交する方向の直径線を中心として対称に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。
- 上記凸部のピストンピン軸方向の幅が、ピストンの直径にほぼ等しいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。
- 上記キャビティは、その内周側壁面が上方へ向かってテーパ状に拡がった皿形をなすことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。
- 上記吸気弁側傾斜面に、上記吸気弁の弁頭部に対応してバルブリセスが凹設されており、かつ、このバルブリセスは、上記段差部に交差していないことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14875297A JP3826491B2 (ja) | 1997-06-06 | 1997-06-06 | 筒内噴射式内燃機関のピストン |
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1997
- 1997-06-06 JP JP14875297A patent/JP3826491B2/ja not_active Expired - Lifetime
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