JP2000008863A - Piston for cylinder injection internal combustion engine - Google Patents

Piston for cylinder injection internal combustion engine

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JP2000008863A
JP2000008863A JP10180071A JP18007198A JP2000008863A JP 2000008863 A JP2000008863 A JP 2000008863A JP 10180071 A JP10180071 A JP 10180071A JP 18007198 A JP18007198 A JP 18007198A JP 2000008863 A JP2000008863 A JP 2000008863A
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valve
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剛 谷山
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To introduce a swirl, on the outer peripheral side turning around the outer peripheral part of a cylinder, effectively into a bowl. SOLUTION: An intake valve side slope 22 and an exhaust valve side slope 23 in parallel to a slope of a pent roof type combustion chamber are formed in a protruded part 21 in a top part of a piston 4. A plate-shaped bowl 12 is hollowly provided in a position eccentric to an intake valve side in the protruded part, also a swirl guide part 40 is hollowly provided in a cylinder swirl downstream position of the bowl 12. A guide side wall surface 40b of the swirl guide part 40 is smoothly connected to a peripheral wall surface 12b of the bowl 12, also extended to an outer peripheral part of the protruded part. At stratified charge combustion time, a swirl component in an outer peripheral side turning around the outer peripheral part of a cylinder is well introduced in the bowl 12 along the guide side wall surface 40b.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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に関し、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、均質燃焼及び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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston of a direct injection internal combustion engine represented by a gasoline engine, and more particularly, to homogeneous combustion and stratified combustion utilizing a tumble component and a swirl component generated in a cylinder. The present invention relates to an improvement in a piston of a direct injection internal combustion engine capable of performing both.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art At the time of full-open output or the like, a so-called homogeneous combustion is performed by forming a mixture having a substantially homogeneous air-fuel ratio in a cylinder, and in a low load range, a relatively small portion of the cylinder, that is, only in the vicinity of a spark plug, is relatively formed. 2. Description of the Related Art Various direct injection internal combustion engines that perform stratified combustion so as to obtain a very large average air-fuel ratio by forming a rich air-fuel mixture have been conventionally proposed.

【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8−3542
9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ボウル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このボウルへ向けて燃料を
噴射供給できるように燃料噴射弁が配置されている。上
記ボウルは、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
のボウル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。
As a piston of a direct injection type internal combustion engine capable of stratified lean combustion, for example, Japanese Patent Publication No. 8-3542
No. 9 is known. In the internal combustion engine described in this publication, a non-circular bowl eccentric to the piston outer circle is formed at the top of the piston,
A fuel injection valve is arranged near the top dead center of the piston so that fuel can be injected and supplied toward the bowl. The bowl is of a reentrant type so as to contain fuel and swirl therein. Further, in order to generate a strong swirl in this bowl, one of the pair of intake ports is configured as a helical port, and an air control valve for opening and closing the other intake port is provided.

【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、シリンダ外周部に強いスワー
ルを生成する。このスワールは、ピストンの上昇に伴っ
てボウル内に導入されるので、圧縮上死点付近でボウル
内に燃料を噴射することにより、ボウル内で可燃混合気
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。
That is, in the internal combustion engine disclosed in this publication, at the time of lean combustion, the air control valve is closed and fresh air is introduced only from one of the helical ports to generate a strong swirl around the cylinder. Since this swirl is introduced into the bowl as the piston rises, by injecting fuel into the bowl near the compression top dead center, a combustible mixture is formed in the bowl, and the swirl is transported to the vicinity of the spark plug. It is. Therefore,
By igniting at an appropriate time, ignition and combustion will result.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】シリンダ内に生成する
スワールは、外周側の流動成分が内周側の流動成分に比
して強い傾向にある。しかしながら、上記従来のピスト
ン構造では、内周側のスワール成分はボウル内へ比較的
導入され易いものの、外周側のスワール成分は、圧縮上
死点付近でシリンダヘッド側のペントルーフ傾斜面と、
ピストン冠面の傾斜面との間に挟まれて減衰され易く、
ボウル内へ良好に導入されない。この結果、ボウル内に
十分なスワール成分を確保できず、燃焼効率の低下を招
く虞がある。
In the swirl generated in the cylinder, the flow component on the outer peripheral side tends to be stronger than the flow component on the inner peripheral side. However, in the conventional piston structure, although the swirl component on the inner peripheral side is relatively easily introduced into the bowl, the swirl component on the outer peripheral side has a pent roof inclined surface on the cylinder head side near the compression top dead center,
It is easily damped by being sandwiched between the inclined surface of the piston crown and
Not well introduced into the bowl. As a result, a sufficient swirl component cannot be ensured in the bowl, and there is a possibility that the combustion efficiency is reduced.

【0006】この発明は、シリンダ外周部を旋回する筒
内スワールを効果的にボウル内に導入し得る新規な筒内
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。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a novel piston of a direct injection type internal combustion engine capable of effectively introducing in-cylinder swirl rotating around the outer periphery of a cylinder into a bowl.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本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、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なっている。
SUMMARY OF THE INVENTION A piston of a direct injection internal combustion engine according to the present invention has two intake valves and two exhaust valves in a pent roof type combustion chamber recessed in a cylinder head, and has a cylinder substantially identical to that of the first embodiment. A fuel injection valve that has a spark plug in the center and directly injects fuel into the cylinder is arranged on the intake valve side, and performs fuel injection near the intake stroke with the tumble flow component provided in the cylinder. In addition to realizing homogeneous combustion, stratified combustion is realized by performing fuel injection near the compression stroke with a swirl component provided in the cylinder.

【0008】そして、請求項1の発明は、ピストン頂部
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
及び排気弁側傾斜面を有する凸部を形成し、この凸部
に、皿状のボウルをピストン外形円に対し吸気弁側に偏
心した位置に凹設するとともに、このボウルの筒内スワ
ール下流側位置にスワールガイド部を凹設し、このスワ
ールガイド部の側壁面を、上記ボウルの周壁面に滑らか
に接続するとともに、上記凸部の外周部まで延長したこ
とを特徴としている。
According to the first aspect of the present invention, an intake valve-side inclined surface and an exhaust valve-side inclined surface which are inclined so as to be substantially parallel to the two inclined surfaces constituting the pent roof type combustion chamber are provided on the piston top. A protruding portion having a swirl guide is formed at a position eccentric to the intake valve side with respect to the outer diameter of the piston. The swirl guide is characterized in that the side wall surface of the swirl guide portion is smoothly connected to the peripheral wall surface of the bowl and extends to the outer peripheral portion of the convex portion.

【0009】すなわち、ピストン頂部に形成される凸部
の頂面に、吸気弁側傾斜面と排気弁側傾斜面とが形成さ
れ、ピストン上死点においてシリンダヘッド側の燃焼室
との間の空間が可及的に小さくなるように構成されてい
る。
That is, an intake valve side inclined surface and an exhaust valve side inclined surface are formed on the top surface of the convex portion formed on the piston top portion, and the space between the piston top dead center and the combustion chamber on the cylinder head side is formed. Is configured to be as small as possible.

【0010】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、シリンダ内に筒内スワール
が生成される。ここで、シリンダ外周部を旋回する外周
側のスワールは、ピストンの上昇に伴ってスワールガイ
ド部の側壁面に突き当たる形となり、この側壁面をガイ
ドとしてボウル内にスムースに導入される。従って、外
周側のスワールが十分にボウル内に導入され、ピストン
上死点付近でボウル内に良好に封じ込められる。この結
果、上死点近傍で燃料がボウル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。
During stratified combustion, in-cylinder swirl is generated in the cylinder by, for example, closing one intake port. Here, the swirl on the outer peripheral side that rotates around the outer peripheral portion of the cylinder comes into a shape that abuts against the side wall surface of the swirl guide portion with the rise of the piston, and is smoothly introduced into the bowl using the side wall surface as a guide. Accordingly, the swirl on the outer peripheral side is sufficiently introduced into the bowl, and is well sealed in the bowl near the piston top dead center. As a result, good stratified combustion can be realized by injecting the fuel toward the bowl near the top dead center.

【0011】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生成
され、かつ吸気行程付近で燃料が噴射される。このタン
ブル流によってボウル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。
In homogeneous combustion, fresh air flowing into the cylinder via a pair of intake valves generates a tumble flow, and fuel is injected near the intake stroke. This tumble flow prevents the fuel from remaining in the bowl and achieves homogeneous combustion with a homogeneous mixture.

【0012】より好ましくは、請求項2の発明のよう
に、上記スワールガイド部の平坦な底面が、円形の平坦
面をなす上記ボウルの底面よりもピストン軸方向で浅い
位置に形成されている。
More preferably, the flat bottom surface of the swirl guide is formed at a position shallower in the axial direction of the piston than the bottom surface of the bowl, which is a circular flat surface.

【0013】すなわち、ボウルとスワールガイド部との
間に段差が与えられており、ボウル内に導入された混合
気やスワール成分が、スワールガイド部に漏出すること
なく、確実にボウル内に封じ込められる。
That is, a step is provided between the bowl and the swirl guide, so that the air-fuel mixture or the swirl component introduced into the bowl is securely contained in the bowl without leaking to the swirl guide. .

【0014】請求項3の発明は、上記吸気弁側傾斜面に
上記吸気弁の弁頭部に対応して一対のバルブリセスが凹
設されており、上記スワールガイド部が、上記ボウルの
筒内スワール下流側に位置する一方のバルブリセスを兼
用していることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, a pair of valve recesses are formed in the inclined surface on the intake valve side so as to correspond to a valve head of the intake valve, and the swirl guide portion is provided in the cylinder swirl of the bowl. One of the valve recesses located on the downstream side is also used.

【0015】このようにバルブリセスが凹設されている
と、吸気上死点付近でも吸気弁にリフトを与えることが
可能となり、均質燃焼時の出力向上を図る場合に有利で
ある。
When the valve recess is recessed in this way, it is possible to give a lift to the intake valve even near the intake top dead center, which is advantageous in improving the output during homogeneous combustion.

【0016】請求項4の発明は、上記ボウルの周壁面と
上記スワールガイド部の側壁面とが滑らかに連続する湾
曲面に形成されているとともに、上記ボウルの底面と上
記スワールガイド部の底面とが滑らかに連続する平坦面
に形成されていることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, the peripheral wall surface of the bowl and the side wall surface of the swirl guide portion are formed in a smoothly continuous curved surface, and the bottom surface of the bowl and the bottom surface of the swirl guide portion are formed. Are formed on a smooth continuous flat surface.

【0017】つまり、ボウルとスワールガイド部とが滑
らかに連続する1つの凹部として形成されているため、
その加工が容易であるとともに、ピストン冠面の凹凸が
少なくなるので、熱効率的に有利である。
That is, since the bowl and the swirl guide are formed as one smoothly continuous recess,
The processing is easy and the unevenness of the piston crown surface is reduced, which is advantageous in terms of thermal efficiency.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上のように、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、シリンダ外周部を旋回
する外周側のスワール成分が、スワールガイド部の側壁
面をガイドとしてスムースにボウル内へ導入されるよう
になり、十分な強さのスワールをボウル内に確保できる
ため、その燃焼特性が向上する。
As described above, according to the piston of the in-cylinder injection type internal combustion engine according to the present invention, the swirl component on the outer peripheral side revolving around the outer peripheral portion of the cylinder is smoothly performed using the side wall surface of the swirl guide section as a guide. Since it is introduced into the bowl, a swirl of sufficient strength can be ensured in the bowl, so that its combustion characteristics are improved.

【0019】[0019]

【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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0020】始めに、この発明に係るピストン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。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、シリンダヘッド2に凹設された燃焼室1
1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。
First, the configuration of a direct injection internal combustion engine using the piston 4 according to the present invention will be described with reference to FIGS. As shown, the cylinder block 1
, A plurality of cylinders 3 are arranged in series, and the cylinder head 2 is fixed so as to cover the upper surface thereof. A piston 4 is slidably fitted in the cylinder 3. The combustion chamber 1 recessed in the cylinder head 2
Reference numeral 1 is a so-called pent roof type, in which a pair of intake valves 5 is arranged on one inclined surface 11a, and a pair of exhaust valves 6 are arranged on the other inclined surface 11b. An ignition plug 7 is arranged at a substantially central position of the cylinder 3 surrounded by the pair of intake valves 5 and the pair of exhaust valves 6.

【0021】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、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。また排気弁6に対
応して排気ポート9が形成されている。
In the cylinder head 2, a pair of intake ports 8 respectively corresponding to the pair of intake valves 5 are formed independently of each other. That is, the pair of intake ports 8 do not merge in the cylinder head 2,
It is open independently on the side. An exhaust port 9 is formed corresponding to the exhaust valve 6.

【0022】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。また、燃料噴射弁10
は、図2に示すように、2つの吸気弁5の間に配置され
ている。
The substantially cylindrical electromagnetic fuel injection valve 10 includes:
It is arranged on the lower surface of the cylinder head 2 near the side wall of the cylinder 3 on the side of the intake valve 5, and is mounted with its central axis directed obliquely downward. Further, the fuel injection valve 10
Is arranged between the two intake valves 5 as shown in FIG.

【0023】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、略皿形のボウル12が凹設されており、ピストン4
が上死点近傍にあるときに、燃料噴射弁10の噴霧軸線
がこのボウル12を指向するようになっている。なお、
点火プラグ7は、ピストン4が上死点にあるときにボウ
ル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。
At the top of the piston 4 disposed in the cylinder 3, a substantially dish-shaped bowl 12 is recessed at a position eccentric to the intake valve 5 side, as described later.
Is near the top dead center, the spray axis of the fuel injection valve 10 is directed toward the bowl 12. In addition,
The ignition plug 7 is arranged so as to enter the bowl 12 when the piston 4 is at the top dead center and to be located on the outer periphery thereof.

【0024】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14
a,14bに接続されている。そして、一方の吸気通路
14b内には、この吸気通路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、
空気制御弁15が閉じた状態では、他方の吸気通路14
a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。
A pair of intake ports 8 are respectively formed on a pair of intake passages 14 formed independently on the intake manifold 13 side.
a, 14b. In addition, a butterfly valve type air control valve 15 that opens and closes the intake passage 14b is interposed in one intake passage 14b. The opening and closing of the air control valve 15 is controlled by a drive mechanism (not shown) via a shaft 16 in accordance with engine operating conditions. In addition,
When the air control valve 15 is closed, the other intake passage 14
Fresh air flows in only through the intake port 8 connected to a, but this intake port 8 is not a helical port, but has a loosely curved substantially straight port shape.

【0025】上記の内燃機関の基本的な作用について説
明すると、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、空気制御弁15が開状態に制御され、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、ボウル1
2内に滞留することなく均質化が促進される。
The basic operation of the internal combustion engine will be described. When the engine is fully loaded or in a lean combustion region where the air-fuel ratio is relatively small, a homogeneous mixture is formed in the cylinder 3 for ignition. Homogeneous combustion takes place. At the time of this homogeneous combustion, the air control valve 15 is controlled to be open, and fresh air is introduced into the cylinder 3 from both the pair of intake ports 8. As a result, a strong tumble flow (longitudinal vortex) is generated in the cylinder 3. The fuel is injected and supplied into the cylinder 3 during the intake stroke. This fuel is actively diffused in the cylinder 3 by the tumble flow,
Homogenization is promoted without stagnation in 2.

【0026】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、空気制御弁15が閉じられ、一方の吸気ポー
ト8のみからシリンダ3内に新気が流入する。これによ
り、シリンダ3内では、タンブル成分が相対的に弱めら
れ、かつ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からボウル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
部のボウル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。
On the other hand, in the lean load region where the air-fuel ratio is extremely large in the low load region, stratified lean combustion is performed that enables reliable ignition by stratification of the air-fuel mixture. At the time of stratified lean combustion, the air control valve 15 is closed, and fresh air flows into the cylinder 3 from only one of the intake ports 8. Thereby, in the cylinder 3, the tumble component is relatively weakened, and the swirl flow along the horizontal direction is strongly generated. During the stratified lean combustion, fuel is injected from the fuel injection valve 10 toward the bowl 12 in the latter half of the compression stroke. The injected fuel moves toward the spark plug 7 on the swirl flow trapped in the bowl 12 at the top of the piston 4 and forms an ignitable mixture around the spark plug 7. Ignition enables ignition combustion.

【0027】次に、図3〜5を参照して、本発明の第1
実施例に係るピストン4の構成、特にその頂部の構成を
詳細に説明する。
Next, referring to FIGS. 3 to 5, the first embodiment of the present invention will be described.
The configuration of the piston 4 according to the embodiment, particularly the configuration of the top portion thereof, will be described in detail.

【0028】このピストン4においては、上死点におい
てボウル12がシリンダ3内の空間の大部分を占めるよ
うに、その頂面に凸部21が設けられている。この凸部
21は、基本的に4つの面から構成されている。すなわ
ち凸部21は、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(図
1,2)に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、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
て構成されている。
In the piston 4, a convex portion 21 is provided on the top surface so that the bowl 12 occupies most of the space in the cylinder 3 at the top dead center. The projection 21 is basically composed of four surfaces. In other words, the convex portion 21 has the intake valve-side inclined surface 22 and the exhaust valve-side inclined surface which are substantially parallel to the two inclined surfaces 11a and 11b (FIGS. 1 and 2) constituting the pent roof type combustion chamber 11 on the cylinder head 2 side. It is constituted by a surface 23 and a pair of conical side surfaces 24 and 25 formed of conical surfaces concentric with the outer circle of the piston 4.

【0029】そして、ピストン4が上死点にあるとき
に、凸部21の各面22〜25とシリンダヘッド2の燃
焼室11との間に生じるクリアランスが非常に小さなも
のとなり、シリンダ3内に残る容積の大部分を、凸部2
1に凹設されたボウル12及び後述するスワールガイド
部40が占有する形となる。
When the piston 4 is at the top dead center, the clearance generated between the surfaces 22 to 25 of the projection 21 and the combustion chamber 11 of the cylinder head 2 becomes very small. Most of the remaining volume is
1 is occupied by the bowl 12 and the swirl guide 40 described later.

【0030】なお、ピストン4頂面のスラスト,反スラ
スト側の部分には、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2a,2
b(図1)に対応して、一対の水平面26が形成されて
いる。
The squish areas 2a, 2 left as flat surfaces on both sides of the combustion chamber 11 on the cylinder head 2 side are provided on the thrust and anti-thrust side portions of the top surface of the piston 4.
b (FIG. 1), a pair of horizontal surfaces 26 are formed.

【0031】上記のボウル12は、その底面12aが円
形の平坦面に形成されているとともに、その周壁面12
b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、ボウル12の開口縁部(上縁部)12c
は、図4,5に示すようにピストン4の軸方向視で円形
をなし、かつ、僅かに排気弁側傾斜面23側へはみ出て
いる。
The bowl 12 has a bottom surface 12a formed in a circular flat surface and a peripheral wall surface 12a.
b has a dish shape which is gently tapered upward. The opening edge (upper edge) 12c of the bowl 12
4 and 5, the piston 4 has a circular shape when viewed in the axial direction of the piston 4, and slightly protrudes toward the exhaust valve side inclined surface 23 side.

【0032】そして本実施例では、シリンダ3内を旋回
する筒内スワールSの流れ方向で、ボウル12のスワー
ル下流側位置に、スワールガイド部40が凹設されてい
る。このスワールガイド部40は、2つの面から形成さ
れていて、すなわち、ボウル12の底面12aよりもピ
ストン軸方向視で浅い位置に形成された平坦なガイド底
面40aと、このガイド底面40aと凸部21頂面とを
接続するように、上方へ向かって緩く傾斜するガイド側
壁面40bと、から形成されている。
In the present embodiment, a swirl guide portion 40 is provided at a position downstream of the bowl 12 in the swirl direction in the direction of flow of the in-cylinder swirl S rotating in the cylinder 3. The swirl guide portion 40 is formed from two surfaces, that is, a flat guide bottom surface 40a formed at a position shallower in the piston axial direction than the bottom surface 12a of the bowl 12, a guide bottom surface 40a and a convex portion. 21 and a guide side wall surface 40b that is gently inclined upward so as to connect to the top surface.

【0033】このガイド側壁面40bは、シリンダ3の
外周部を旋回する外周スワールS1を良好にボウル12
内に導くように、この外周スワールS1に対向するよう
に形成されており、より具体的には、内周側でボウル1
2の周壁面12bと滑らかに接続されているとともに、
凸部21の外周部すなわち円錐形側面25まで外周側に
延長されている。
The guide side wall surface 40b is capable of satisfactorily supporting the outer swirl S1 rotating around the outer periphery of the cylinder 3 in the bowl
And is formed so as to face the outer swirl S1 so as to guide the inside of the bowl 1 more specifically.
2 and smoothly connected to the peripheral wall 12b
The projection 21 extends to the outer peripheral side up to the outer peripheral portion, that is, the conical side surface 25.

【0034】そして、略直線状に延びるガイド側壁面4
0bの上縁40cが、ボウル12の開口縁12cと滑ら
かに接続し、つまりボウル開口縁12cの接線方向に延
びている。
The guide side wall surface 4 extending substantially linearly
The upper edge 40c of the bowl 0b is smoothly connected to the opening edge 12c of the bowl 12, that is, extends in the tangential direction of the bowl opening edge 12c.

【0035】次に、本実施例の作用を図4,5を参照し
て説明する。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS.

【0036】成層希薄燃焼時には、上述したように一方
の吸気弁5を閉じることによって、シリンダ3内に強い
スワールSが生成される。
At the time of stratified lean combustion, a strong swirl S is generated in the cylinder 3 by closing one intake valve 5 as described above.

【0037】図4の(a)はピストン4が吸気下死点に
位置する状態を示しており、この状態(a)からピスト
ン4が(b)に示す位置まで上昇してくると、先ず、比
較的流動成分の弱い内周側のスワールS2がピストン軸
方向で高い位置にあるボウル12の周壁面12bをガイ
ドとしてボウル12内に導入される。
FIG. 4A shows a state in which the piston 4 is located at the bottom dead center of the intake air. When the piston 4 rises from this state (a) to the position shown in FIG. The swirl S2 on the inner peripheral side, which has a relatively weak flow component, is introduced into the bowl 12 with the peripheral wall surface 12b of the bowl 12 located at a higher position in the piston axial direction as a guide.

【0038】この状態(b)から(c)に示す状態(点
火時付近の状態)までピストン4が上昇してくると、シ
リンダ3の傾斜面11a,11bとピストン4の傾斜面
22,23との間の空間が非常に狭くなってくる。この
とき、シリンダ3の外周部を旋回する比較的流動成分の
強い外周側のスワールS1が、スワールガイド部40の
ガイド側壁面40bに衝突し、このガイド側壁面40b
に沿ってボウル12内にスムースに導入される。
When the piston 4 rises from this state (b) to the state shown in (c) (a state near ignition), the inclined surfaces 11a and 11b of the cylinder 3 and the inclined surfaces 22 and 23 of the piston 4 The space between is becoming very narrow. At this time, the swirl S1 on the outer peripheral side, which has a relatively strong flow component and revolves around the outer peripheral portion of the cylinder 3, collides with the guide side wall surface 40b of the swirl guide portion 40, and
Along the inside of the bowl 12.

【0039】そして、圧縮行程後半においてボウル12
へ向けて燃料が噴射された後、(d)に示すようにピス
トン4が上死点に近づくと、ボウル12を有する凸部2
1の各面がシリンダヘッド2側の対応する面にそれぞれ
近接し、ボウル12が全周に亙って良好にシールされた
状態となって、十分な強さのスワールS1,S2がボウ
ル12内に封じ込められる。従って、ボウル12内のス
ワールや混合気が外部へ漏出せずに、このボウル12内
で良好に燃焼が進行する。
In the latter half of the compression stroke, the bowl 12
When the piston 4 approaches the top dead center as shown in FIG.
1 are close to the corresponding surfaces on the side of the cylinder head 2, respectively, and the bowl 12 is in a state of being sealed well over the entire circumference, and the swirls S1 and S2 of sufficient strength are placed inside the bowl 12. Is contained in Therefore, the swirl and the mixture in the bowl 12 do not leak to the outside, and the combustion proceeds well in the bowl 12.

【0040】一方、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、
ボウル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の中心線上に略円形のボウル12が位置しているの
で、このボウル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。
On the other hand, at the time of homogeneous combustion, fresh air flowing from the pair of intake ports 8 forms a tumble flow in the cylinder 3 and fuel is injected during the intake stroke.
The bowl 12 is shaped like a dish with a tapered shape with a gentle upper part, and the bowl 12 is located on the center line of a pair of intake ports 8 where the tumble flows are concentrated. The fuel that has entered inside is easily washed away by the tumble flow and does not stay. Therefore, a homogeneous air-fuel mixture can be formed even under a high load, and good homogeneous combustion can be achieved.

【0041】以上のように本実施例では、シリンダ3外
周部を旋回する外周側のスワールS1を、スワールガイ
ド部40の側壁面40bをガイドとしてスムースにボウ
ル12内に導入できるため、十分な強さのスワールをボ
ウル12内に確保でき、その燃焼特性が向上する。
As described above, in the present embodiment, the swirl S1 on the outer peripheral side that rotates around the outer peripheral portion of the cylinder 3 can be smoothly introduced into the bowl 12 by using the side wall surface 40b of the swirl guide section 40 as a guide. The swirl can be secured in the bowl 12, and its combustion characteristics are improved.

【0042】また、この第1実施例では、スワールガイ
ド部40のガイド底面40aがボウル12の底面12a
よりもピストン軸方向で浅い位置に形成されており、ボ
ウル12とスワールガイド部40との間に段差が与えら
れているため、ボウル12内に導入されたスワールや混
合気を、スワールガイド部40へ漏出させることなく確
実にボウル12内へ封じ込めておくことができる。
Further, in the first embodiment, the guide bottom surface 40a of the swirl guide portion 40 is
Is formed at a shallower position in the axial direction of the piston, and a step is provided between the bowl 12 and the swirl guide section 40. Therefore, the swirl or the air-fuel mixture introduced into the bowl 12 is removed by the swirl guide section 40. Can be securely contained in the bowl 12 without leaking out.

【0043】次に、図6〜8を参照して、本発明の第2
実施例に係るピストンについて説明する。なお、後述す
る実施例において、既に上述した部分には同一符号を付
して重複する説明を適宜省略する。
Next, referring to FIGS. 6 to 8, the second embodiment of the present invention will be described.
A piston according to the embodiment will be described. Note that, in the embodiments described later, the same reference numerals are given to the portions already described, and the overlapping description will be appropriately omitted.

【0044】この第2実施例では、図1,2に示す吸気
弁5に対して公知の可変動弁機構が設けられており、機
関運転条件に応じてバルブリフト特性を可変制御できる
構成となっている。そして、凸部21の吸気弁側傾斜面
22に、吸気弁5の弁頭部に対応して一対のバルブリセ
ス31,32が凹設されている。
In the second embodiment, a known variable valve mechanism is provided for the intake valve 5 shown in FIGS. 1 and 2, so that the valve lift characteristic can be variably controlled in accordance with the engine operating conditions. ing. A pair of valve recesses 31 and 32 are formed in the intake valve-side inclined surface 22 of the convex portion 21 so as to correspond to the valve head of the intake valve 5.

【0045】また、上記第1実施例と同様、ボウル12
のスワール下流側位置にはスワールガイド部40が形成
されているが、このスワールガイド部40は、ボウル1
2のスワール下流側に位置する一方の下流側バルブリセ
ス32を兼用する形となっている。
As in the first embodiment, the bowl 12
A swirl guide section 40 is formed at a position on the swirl downstream side of the swirl.
The two downstream swirl valve recesses 32 also serve as one downstream valve recess 32.

【0046】詳述すると、筒内スワールSの流れ方向で
ボウル12の上流側に位置する上流側バルブリセス31
は、バルブ傾斜角に沿って比較的浅い円形に凹設されて
おり、ボウル12と部分的に重なっている関係で、略三
日月形に現れている。この上流側バルブリセス31は、
2つの面から形成されていて、その平坦な底面12aが
ピストン軸方向でボウル底面12aよりも浅い位置に形
成されているとともに、その側壁面31bが吸気弁5の
弁頭部に対応した円弧状の湾曲面となっている。
More specifically, the upstream valve recess 31 located upstream of the bowl 12 in the flow direction of the in-cylinder swirl S
Is formed in a relatively shallow circular recess along the valve inclination angle, and appears in a substantially crescent shape because it partially overlaps the bowl 12. This upstream valve recess 31
The flat bottom surface 12a is formed at a position shallower than the bowl bottom surface 12a in the piston axial direction, and the side wall surface 31b is formed in an arc shape corresponding to the valve head of the intake valve 5. It has a curved surface.

【0047】一方、スワールSの流れ方向でボウル12
の下流側に位置する下流側バルブリセス32は、その底
面32aが上流側バルブリセス31の底面31aと略同
じ深さ位置に形成されているものの、その側壁面32b
(40b)が、上記第1実施例のスワールガイド部40
のガイド側壁面40bと同様、ボウル12の周壁面12
bに滑らかに接続しているとともに、凸部21の外周部
まで外周側に延長されている。つまり、この側壁面32
bは、上流側バルブリセス31の側壁面31bに比して
排気弁側(スワールS下流側)へ後退した形となってい
る。
On the other hand, in the flow direction of the swirl S,
Although the bottom surface 32a of the downstream valve recess 32 located on the downstream side is formed at substantially the same depth as the bottom surface 31a of the upstream valve recess 31, the side wall surface 32b
(40b) is the swirl guide section 40 of the first embodiment.
The peripheral wall surface 12 of the bowl 12 is similar to the guide side wall surface 40b of FIG.
b and is extended outwardly to the outer peripheral portion of the convex portion 21. That is, the side wall surface 32
b has a shape retreated to the exhaust valve side (downstream of the swirl S) as compared with the side wall surface 31b of the upstream valve recess 31.

【0048】すなわち、この実施例では、ボウル12の
スワール下流側部分が、スワールガイド部40と下流側
バルブリセス32とを含む形で、上流側バルブリセス3
1よりも広範囲にわたって凹設されている。
That is, in this embodiment, the swirl downstream portion of the bowl 12 includes the swirl guide portion 40 and the downstream valve recess 32 so that the upstream valve recess 3 is formed.
It is recessed over a wider area than one.

【0049】このような第2実施例では、吸気弁側傾斜
面22に一対のバルブリセス31,32が凹設されてい
るため、吸気上死点付近でも吸気弁5にリフトを与える
ことが可能となり、均質燃焼時の出力向上を図る場合に
有利である。
In the second embodiment, since the pair of valve recesses 31 and 32 are formed in the inclined surface 22 on the intake valve side, a lift can be given to the intake valve 5 even near the intake top dead center. This is advantageous in improving the output during homogeneous combustion.

【0050】そして、下流側バルブリセス32を兼用す
る形でスワールガイド部40が凹設されているため、外
周側のスワール成分S1を効率的にボウル12内へ導入
することができ、上記第1実施例と同様の効果を得るこ
とができる。
Further, since the swirl guide portion 40 is recessed so as to serve also as the downstream valve recess 32, the swirl component S1 on the outer peripheral side can be efficiently introduced into the bowl 12, and the first embodiment The same effect as the example can be obtained.

【0051】図9〜11は、本発明の第3実施例に係る
ピストンを示している。
FIGS. 9 to 11 show a piston according to a third embodiment of the present invention.

【0052】この第3実施例では、第1実施例のスワー
ルガイド部40に相当する部分42を、ボウル12と滑
らかに一体化させた形状となっている。つまり、この実
施例では、ボウル12の周壁面12bとスワールガイド
部42の側壁面42bとが滑らかに連続する非円形の1
つの湾曲面に形成されているとともに、ボウル12の底
面12aとスワールガイド部42の底面42aとが滑ら
かに連続する非円形の1つの平坦面に形成されている。
In the third embodiment, a portion 42 corresponding to the swirl guide portion 40 of the first embodiment has a shape that is smoothly integrated with the bowl 12. In other words, in this embodiment, the non-circular 1 in which the peripheral wall surface 12b of the bowl 12 and the side wall surface 42b of the swirl guide portion 42 smoothly continue.
The bottom surface 12a of the bowl 12 and the bottom surface 42a of the swirl guide portion 42 are formed as one smoothly non-circular flat surface.

【0053】言い換えると、スワールガイド部42を兼
用するように、ボウル12自体がスワール下流側へ張り
出す形に凹設されている。
In other words, the bowl 12 itself is recessed so as to protrude downstream of the swirl so as to serve also as the swirl guide 42.

【0054】このような第3実施例によれば、上記第1
実施例と同様、スワールガイド部42の側壁面42bを
ガイドとして十分な強さのスワールをボウル12内に導
入でき、その燃焼特性が向上する。
According to the third embodiment, the first
As in the embodiment, a swirl of sufficient strength can be introduced into the bowl 12 using the side wall surface 42b of the swirl guide portion 42 as a guide, and the combustion characteristics are improved.

【0055】そして、この第3実施例では、ボウル12
とスワールガイド部42とを滑らかに連続する1つの凹
部として形成しているため、ピストン鋳造時の加工工数
が低減され、その製造が容易になるとともに、ピストン
冠面の凹凸が少なくなるので、熱効率的に有利である。
In the third embodiment, the bowl 12
And the swirl guide portion 42 are formed as one smoothly continuous recess, so that the number of processing steps during casting of the piston is reduced, the manufacture thereof is facilitated, and the unevenness of the piston crown surface is reduced, so that the thermal efficiency is reduced. It is economically advantageous.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a direct injection internal combustion engine according to the present invention.

【図2】シリンダヘッドを下面側から見た状態を示す底
面図。
FIG. 2 is a bottom view showing a state where the cylinder head is viewed from a lower surface side.

【図3】この発明に係るピストンの第1実施例を示す斜
視図。
FIG. 3 is a perspective view showing a first embodiment of the piston according to the present invention.

【図4】第1実施例の作用説明図で、上段が平面図,下
段が断面対応図。
FIG. 4 is an operation explanatory view of the first embodiment, wherein the upper part is a plan view and the lower part is a sectional view.

【図5】図4と同様、第1実施例の作用説明図。FIG. 5 is an operation explanatory view of the first embodiment, similarly to FIG. 4;

【図6】この発明に係るピストンの第2実施例を示す斜
視図。
FIG. 6 is a perspective view showing a second embodiment of the piston according to the present invention.

【図7】第2実施例の作用説明図で、上段が平面図,下
段が断面対応図。
FIG. 7 is an operation explanatory view of the second embodiment, in which the upper part is a plan view and the lower part is a sectional view.

【図8】図7と同様、第2実施例の作用説明図。FIG. 8 is an operation explanatory view of the second embodiment, similarly to FIG. 7;

【図9】この発明に係るピストンの第3実施例を示す斜
視図。
FIG. 9 is a perspective view showing a third embodiment of the piston according to the present invention.

【図10】第3実施例の作用説明図で、上段が平面図,
下段が断面対応図。
FIG. 10 is an operation explanatory view of the third embodiment, wherein the upper part is a plan view,
The lower section is a sectional view.

【図11】図10と同様、第3実施例の作用説明図。FIG. 11 is an explanatory view of the operation of the third embodiment, similarly to FIG. 10;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4…ピストン 12…ボウル 12b…周壁面 22…吸気弁側傾斜面 23…排気弁側傾斜面 31,32…バルブリセス 40,42…スワールガイド部 40b,42b…側壁面 S1…外周側のスワール S2…内周側のスワール DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Piston 12 ... Bowl 12b ... Peripheral wall surface 22 ... Intake valve side inclined surface 23 ... Exhaust valve side inclined surface 31, 32 ... Valve recess 40, 42 ... Swirl guide part 40b, 42b ... Side wall surface S1 ... Outer side swirl S2 ... Inner swirl

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02F 3/26 F02F 3/26 A Fターム(参考) 3G023 AA01 AA18 AB03 AC05 AD02 AD07 AD09 AG01 3G024 AA09 DA01 DA06 DA08 DA18 FA14 GA01 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat II (reference) F02F 3/26 F02F 3/26 A F term (reference) 3G023 AA01 AA18 AB03 AC05 AD02 AD07 AD09 AG01 3G024 AA09 DA01 DA06 DA08 DA18 FA14 GA01

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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、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、 ピストン頂部に、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
気弁側傾斜面及び排気弁側傾斜面を有する凸部を形成
し、 この凸部に、皿状のボウルをピストン外形円に対し吸気
弁側に偏心した位置に凹設するとともに、このボウルの
筒内スワール下流側位置にスワールガイド部を凹設し、 このスワールガイド部の側壁面を、上記ボウルの周壁面
に滑らかに接続するとともに、上記凸部の外周部まで延
長したことを特徴とする筒内噴射式内燃機関のピスト
ン。
1. A pent-roof type combustion chamber recessed in a cylinder head has two intake valves and two exhaust valves, has a spark plug substantially at the center of the cylinder, and
A fuel injection valve that injects fuel directly into the cylinder is arranged on the intake valve side, and achieves homogeneous combustion by performing fuel injection near the intake stroke with a tumble flow component added to the cylinder, In a piston of an in-cylinder injection type internal combustion engine in which stratified combustion is realized by injecting fuel near the compression stroke in a state where a swirl component is applied, two inclinations constituting the pent roof type combustion chamber are provided at the top of the piston. A convex portion having an intake valve side inclined surface and an exhaust valve side inclined surface inclined so as to be substantially parallel to the surface is formed, and a dish-shaped bowl is eccentric to the intake valve side with respect to the piston outer circle on this convex portion. The swirl guide portion is recessed at a position downstream of the in-cylinder swirl of the bowl, and the side wall surface of the swirl guide portion is Smoothly with connecting the piston in cylinder injection type internal combustion engine, characterized in that it has extended to the outer periphery of the convex portion.
【請求項2】 上記スワールガイド部の平坦な底面が、
円形の平坦面をなす上記ボウルの底面よりもピストン軸
方向で浅い位置に形成されていることを特徴とする請求
項1に記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。
2. A flat bottom surface of the swirl guide section,
2. The piston of a direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein the piston is formed at a position shallower in the axial direction of the piston than a bottom surface of the bowl having a circular flat surface.
【請求項3】 上記吸気弁側傾斜面に上記吸気弁の弁頭
部に対応して一対のバルブリセスが凹設されており、 上記スワールガイド部が、上記ボウルの筒内スワール下
流側に位置する一方のバルブリセスを兼用していること
を特徴とする請求項1又は2に記載の筒内噴射式内燃機
関のピストン。
3. A pair of valve recesses are formed on the intake valve side inclined surface corresponding to a valve head of the intake valve, and the swirl guide portion is located on a downstream side of the in-cylinder swirl of the bowl. 3. The piston of a direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein one of the valve recesses is also used.
【請求項4】 上記ボウルの周壁面と上記スワールガイ
ド部の側壁面とが滑らかに連続する湾曲面に形成されて
いるとともに、上記ボウルの底面と上記スワールガイド
部の底面とが滑らかに連続する平坦面に形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式内燃機関
のピストン。
4. A peripheral wall surface of the bowl and a side wall surface of the swirl guide portion are formed into a smoothly continuous curved surface, and a bottom surface of the bowl and a bottom surface of the swirl guide portion are smoothly continuous. The piston of a direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein the piston is formed on a flat surface.
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