JP2000027650A - 筒内噴射式内燃機関のピストン - Google Patents
筒内噴射式内燃機関のピストンInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 排気弁側のシリンダ３壁面に液状の燃料が付
着し、未燃ガスとして排出されてしまう。 【解決手段】 ピストン４の冠面に、シリンダヘッド側
のペントルーフ型燃焼室を構成する２つの傾斜面にそれ
ぞれ略平行な吸気弁側傾斜面２２及び排気弁側傾斜面２
３を有する凸部２１と、吸気弁側に偏心した位置に凹設
された皿状のボウル１２と、排気弁側に偏心した位置に
凹設されたガイド部４０と、を有する。ガイド部４０
は、ピストン外周側へ向けて広がる扇状をなし、ピスト
ン外周縁まで滑らかに延長形成されている。
着し、未燃ガスとして排出されてしまう。 【解決手段】 ピストン４の冠面に、シリンダヘッド側
のペントルーフ型燃焼室を構成する２つの傾斜面にそれ
ぞれ略平行な吸気弁側傾斜面２２及び排気弁側傾斜面２
３を有する凸部２１と、吸気弁側に偏心した位置に凹設
された皿状のボウル１２と、排気弁側に偏心した位置に
凹設されたガイド部４０と、を有する。ガイド部４０
は、ピストン外周側へ向けて広がる扇状をなし、ピスト
ン外周縁まで滑らかに延長形成されている。
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。
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。
【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。
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８−３５４２
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。
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。
【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。
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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような筒内噴射式
の内燃機関において、燃料噴射弁が吸気弁側に設けら
れ、その燃料噴霧が排気弁側を指向している場合、特に
吸気行程において燃料噴射が行われる均質燃焼時に、排
気弁側のシリンダ壁面に燃料が付着し易い。このように
付着した液状の燃料は、ピストンの上昇に伴って、ピス
トン冠面やピストン外周に取り付けられたピストンリン
グによって掻き上げられ、シリンダ内周とピストン外周
とピストンリングとの間に隔成されるピストンクレビ
ス、特に排気弁側のクレビス内に滞留することとなる。
の内燃機関において、燃料噴射弁が吸気弁側に設けら
れ、その燃料噴霧が排気弁側を指向している場合、特に
吸気行程において燃料噴射が行われる均質燃焼時に、排
気弁側のシリンダ壁面に燃料が付着し易い。このように
付着した液状の燃料は、ピストンの上昇に伴って、ピス
トン冠面やピストン外周に取り付けられたピストンリン
グによって掻き上げられ、シリンダ内周とピストン外周
とピストンリングとの間に隔成されるピストンクレビ
ス、特に排気弁側のクレビス内に滞留することとなる。
【０００６】ここで、特に成層燃焼時には、吸気弁側に
設けられたボウル内で主に燃焼が進行する関係で、排気
弁側のピストン冠面やピストンクレビスへ火炎が伝播さ
れ難い。従って、上記のように排気弁側のピストンクレ
ビスに滞留した液状燃料は燃焼，気化され難く、排気行
程時に排出される未燃ガスの増加を招聘してしまう。
設けられたボウル内で主に燃焼が進行する関係で、排気
弁側のピストン冠面やピストンクレビスへ火炎が伝播さ
れ難い。従って、上記のように排気弁側のピストンクレ
ビスに滞留した液状燃料は燃焼，気化され難く、排気行
程時に排出される未燃ガスの増加を招聘してしまう。
【０００７】この発明は、排気弁側へ向けて燃料が噴射
される筒内噴射式内燃機関において、排気弁側のシリン
ダ壁面に付着した液状燃料を良好に燃焼，気化させて、
未燃ガスの排出を効果的に低減し得るピストンを提供す
ることを主な目的としている。
される筒内噴射式内燃機関において、排気弁側のシリン
ダ壁面に付着した液状燃料を良好に燃焼，気化させて、
未燃ガスの排出を効果的に低減し得るピストンを提供す
ることを主な目的としている。
【０００８】
【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排気弁側を
指向する姿勢で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。
内燃機関は、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排気弁側を
指向する姿勢で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。
【０００９】そして、請求項１の発明に係るピストン
は、ピストン冠面に、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と、
ピストン外形円に対し吸気弁側に偏心した位置に凹設さ
れた皿状のボウルと、ピストン外形円に対し排気弁側に
偏心した位置に凹設されたガイド部と、を有し、このガ
イド部は、ピストン外周側へ向けて広がる形状をなし、
かつ、上記ピストン冠面の外周縁まで延長形成されてい
ることを特徴としている。
は、ピストン冠面に、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と、
ピストン外形円に対し吸気弁側に偏心した位置に凹設さ
れた皿状のボウルと、ピストン外形円に対し排気弁側に
偏心した位置に凹設されたガイド部と、を有し、このガ
イド部は、ピストン外周側へ向けて広がる形状をなし、
かつ、上記ピストン冠面の外周縁まで延長形成されてい
ることを特徴としている。
【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、ピストン上死点付近でボウル内
に封じ込められる。ここで、ピストン上死点付近では、
吸気弁側傾斜面及び排気弁側傾斜面を有するピストン冠
面と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。従って、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。
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、ピストン上死点付近でボウル内
に封じ込められる。ここで、ピストン上死点付近では、
吸気弁側傾斜面及び排気弁側傾斜面を有するピストン冠
面と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。従って、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。
【００１１】一方、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。
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。
【００１２】このような筒内噴射式内燃機関において
は、上述したように、排気弁側へ向けて燃料噴射が行わ
れる関係で、特に吸気行程において燃料噴射が行われる
均質燃焼時に（噴射時期によっては成層燃焼時にも）、
排気弁側のシリンダ壁面に燃料が付着し易い。このよう
に付着した液状燃料は、ピストン上昇に伴ってピストン
冠面やピストン外周に取り付けられたピストンリングに
よって掻き上げられる。
は、上述したように、排気弁側へ向けて燃料噴射が行わ
れる関係で、特に吸気行程において燃料噴射が行われる
均質燃焼時に（噴射時期によっては成層燃焼時にも）、
排気弁側のシリンダ壁面に燃料が付着し易い。このよう
に付着した液状燃料は、ピストン上昇に伴ってピストン
冠面やピストン外周に取り付けられたピストンリングに
よって掻き上げられる。
【００１３】ここで本発明では、ピストン外形円に対し
排気弁側に偏心した位置にガイド部を凹設し、このガイ
ド部は、ピストン外周側へ向けて広がる形状をなし、か
つ、上記ピストン冠面の外周縁まで延長形成された構造
となっている。
排気弁側に偏心した位置にガイド部を凹設し、このガイ
ド部は、ピストン外周側へ向けて広がる形状をなし、か
つ、上記ピストン冠面の外周縁まで延長形成された構造
となっている。
【００１４】従って、上記のように掻き上げられた液状
燃料は、ガイド部に良好に流れ込む形となる。この結
果、ピストン外周とシリンダ壁面との間に隔成されるピ
ストンクレビス内に滞留する液状燃料が相対的に低減さ
れる。
燃料は、ガイド部に良好に流れ込む形となる。この結
果、ピストン外周とシリンダ壁面との間に隔成されるピ
ストンクレビス内に滞留する液状燃料が相対的に低減さ
れる。
【００１５】また、排気弁側傾斜面に凹設されたガイド
部によって、燃焼時の火炎が排気弁側のピストン冠面，
特に排気弁側のピストン外周へ向けて速やかに伝播され
る。従って、ガイド部が火炎によって十分に加熱され、
このガイド部内に流れ込んだ液状燃料が良好に気化され
るとともに、従来気化され難かった排気弁側のピストン
クレビスに滞留する液状燃料の燃焼，気化も促進され
る。
部によって、燃焼時の火炎が排気弁側のピストン冠面，
特に排気弁側のピストン外周へ向けて速やかに伝播され
る。従って、ガイド部が火炎によって十分に加熱され、
このガイド部内に流れ込んだ液状燃料が良好に気化され
るとともに、従来気化され難かった排気弁側のピストン
クレビスに滞留する液状燃料の燃焼，気化も促進され
る。
【００１６】より好ましくは請求項２の発明のように、
上記ガイド部の外周両端に設けられ、この部分のピスト
ン冠面よりも上方へ突出する一対の仕切板を有してい
る。
上記ガイド部の外周両端に設けられ、この部分のピスト
ン冠面よりも上方へ突出する一対の仕切板を有してい
る。
【００１７】この場合、一対の仕切板によって、一対の
仕切板の間で掻き上げられた液状の燃料が、ピストン外
周に沿って仕切板の外側へ流れ出ることが防止される。
この結果、ガイド部内へ更に確実に液状燃料が流れ込む
ようになり、液状燃料をより効果的に燃焼，気化させる
ことができる。
仕切板の間で掻き上げられた液状の燃料が、ピストン外
周に沿って仕切板の外側へ流れ出ることが防止される。
この結果、ガイド部内へ更に確実に液状燃料が流れ込む
ようになり、液状燃料をより効果的に燃焼，気化させる
ことができる。
【００１８】また、請求項３の発明は、上記ピストン冠
面の中で、上記ガイド部の外周部を、このガイド部以外
のピストン外周部よりもピストン軸方向で低く設定した
ことを特徴としている。この場合、ピストン冠面によっ
て掻き上げられた液状燃料が更に良好にガイド部へ流れ
込むようになり、液状燃料の燃焼，気化が更に促進され
る。
面の中で、上記ガイド部の外周部を、このガイド部以外
のピストン外周部よりもピストン軸方向で低く設定した
ことを特徴としている。この場合、ピストン冠面によっ
て掻き上げられた液状燃料が更に良好にガイド部へ流れ
込むようになり、液状燃料の燃焼，気化が更に促進され
る。
【００１９】
【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、排気弁側傾斜面に適宜
なガイド部を凹設したため、排気弁側のシリンダ壁面に
付着し、ピストンの上昇に伴って掻き上げられた液状燃
料が、上記のガイド部へ良好に流れ込むとともに、この
ガイド部を通って燃焼時の火炎が排気弁側のピストン外
周へ速やかに伝播されるようになり、上記の液状燃料を
効果的に燃焼，気化させることができる。この結果、未
燃ガスの排出量が低減され、良好な燃焼を実現できる。
式内燃機関のピストンによれば、排気弁側傾斜面に適宜
なガイド部を凹設したため、排気弁側のシリンダ壁面に
付着し、ピストンの上昇に伴って掻き上げられた液状燃
料が、上記のガイド部へ良好に流れ込むとともに、この
ガイド部を通って燃焼時の火炎が排気弁側のピストン外
周へ速やかに伝播されるようになり、上記の液状燃料を
効果的に燃焼，気化させることができる。この結果、未
燃ガスの排出量が低減され、良好な燃焼を実現できる。
【００２０】
【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。
形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】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。
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。
【００２２】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。
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。
【００２３】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、その中心軸が排気弁側の斜め下
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。
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、その中心軸が排気弁側の斜め下
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。
【００２４】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。
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。
【００２５】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。
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。
【００２６】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。
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。
【００２７】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。
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。
【００２８】次に、図３〜７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。
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。
【００２９】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、その冠面に凸部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。
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、その冠面に凸部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。
【００３０】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並びに後述するガイド部４０
が占有する形となる。
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並びに後述するガイド部４０
が占有する形となる。
【００３１】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、一対の基準水平面２６が形成さ
れている。
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、一対の基準水平面２６が形成さ
れている。
【００３２】上記のボウル１２は、その底面が円形の平
坦面に形成されているとともに、その周壁面が上方へ向
かって緩くテーパ状に拡がった皿形をなしている。ま
た、ボウル１２の開口縁部（上縁部）は、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２
３側へはみ出ている。
坦面に形成されているとともに、その周壁面が上方へ向
かって緩くテーパ状に拡がった皿形をなしている。ま
た、ボウル１２の開口縁部（上縁部）は、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２
３側へはみ出ている。
【００３３】そして本実施例では、排気弁側傾斜面２３
に、滑らかな１つの湾曲面をなすガイド部４０を凹設し
ている。このガイド部４０は、上記ボウル１２と同様、
ピストン軸方向視で燃料噴射弁１０の噴霧軸線に沿って
形成されており、かつ、ピストン４外周部へ向けて広が
る扇状に形成されている。そして、ガイド部４０は、本
実施例ではピストン外周の基準水平面２６へ滑らかに接
続しており、言い換えると、上記基準水平面２６を含む
形でピストン４冠面の外周縁へ滑らかに接続している。
に、滑らかな１つの湾曲面をなすガイド部４０を凹設し
ている。このガイド部４０は、上記ボウル１２と同様、
ピストン軸方向視で燃料噴射弁１０の噴霧軸線に沿って
形成されており、かつ、ピストン４外周部へ向けて広が
る扇状に形成されている。そして、ガイド部４０は、本
実施例ではピストン外周の基準水平面２６へ滑らかに接
続しており、言い換えると、上記基準水平面２６を含む
形でピストン４冠面の外周縁へ滑らかに接続している。
【００３４】なお、ピストン４の外周には、シリンダ３
壁面との間をシールするピストンリング２７が嵌合する
リング溝２８が形成されている。そして、図４にも示す
ように、ピストンリング２７より上方のトップランド部
２９の外周と、シリンダ３内周と、ピストンリング２７
との間には、環状のピストンクレビス３０が隔成されて
いる。
壁面との間をシールするピストンリング２７が嵌合する
リング溝２８が形成されている。そして、図４にも示す
ように、ピストンリング２７より上方のトップランド部
２９の外周と、シリンダ３内周と、ピストンリング２７
との間には、環状のピストンクレビス３０が隔成されて
いる。
【００３５】図４〜７は、成層燃焼時における作動を示
しており、上段は上面対応図，下段は断面対応図であ
る。なお、図中の符号Ｆは、排気弁側のシリンダ３壁面
に付着した液状の燃料である。すなわち、本実施例のよ
うな筒内噴射式の内燃機関においては、図１，２に示す
ように燃料噴射弁１０の噴霧軸線が排気弁側を指向して
いる関係で、特に吸気行程において燃料噴射が行われる
均質燃焼時において、排気弁側のシリンダ３壁面に液状
燃料Ｆが付着し易い傾向にある。
しており、上段は上面対応図，下段は断面対応図であ
る。なお、図中の符号Ｆは、排気弁側のシリンダ３壁面
に付着した液状の燃料である。すなわち、本実施例のよ
うな筒内噴射式の内燃機関においては、図１，２に示す
ように燃料噴射弁１０の噴霧軸線が排気弁側を指向して
いる関係で、特に吸気行程において燃料噴射が行われる
均質燃焼時において、排気弁側のシリンダ３壁面に液状
燃料Ｆが付着し易い傾向にある。
【００３６】図４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、この状態からピストン４が上昇し
てくると、図５に示すように、上記の液状燃料Ｆが主に
ピストン４冠面の外周部によって掻き上げられる。
る状態を示しており、この状態からピストン４が上昇し
てくると、図５に示すように、上記の液状燃料Ｆが主に
ピストン４冠面の外周部によって掻き上げられる。
【００３７】ここで本実施例では、排気弁側傾斜面２３
に上記のガイド部４０が凹設されているため、図５に示
すように、液状燃料Ｆがガイド部４０内にスムースに流
れ込む。この結果、ピストンクレビス３０に滞留する液
状燃料Ｆが相対的に低減される。すなわち、クレビス３
０に沿って液状燃料Ｆが周方向に拡散することが効果的
に抑制される。
に上記のガイド部４０が凹設されているため、図５に示
すように、液状燃料Ｆがガイド部４０内にスムースに流
れ込む。この結果、ピストンクレビス３０に滞留する液
状燃料Ｆが相対的に低減される。すなわち、クレビス３
０に沿って液状燃料Ｆが周方向に拡散することが効果的
に抑制される。
【００３８】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ることにより、図６に示す圧縮
上死点付近では、ボウル１２内にスワール並びに混合気
が良好に封じ込められ、適宜なタイミングで点火が行わ
れることによって、火炎Ｋが点火プラグ７（図１）の位
置するシリンダ中央から主にボウル１２内へ燃え広が
り、このボウル１２で良好に燃焼が進行する。
へ向けて燃料が噴射されることにより、図６に示す圧縮
上死点付近では、ボウル１２内にスワール並びに混合気
が良好に封じ込められ、適宜なタイミングで点火が行わ
れることによって、火炎Ｋが点火プラグ７（図１）の位
置するシリンダ中央から主にボウル１２内へ燃え広が
り、このボウル１２で良好に燃焼が進行する。
【００３９】ここで、本実施例では排気弁側傾斜面２３
にガイド部４０が凹設されているため、図７に示すよう
に、圧縮上死点からのピストン４の下降に伴って、上記
の火炎Ｋがガイド部４０を通って速やかに排気弁側へと
伝播される。従って、ガイド部４０に流れ込んだ液状燃
料Ｆや、排気弁側のクレビス３０に滞留する液状燃料Ｆ
が良好に燃焼，気化される。また、上記火炎Ｋによりガ
イド部４０の壁面が十分に加熱されるため、図６，７の
符号Ｆ１で示すように、ガイド部４０に流れ込む液状燃
料Ｆの気化が促進される。
にガイド部４０が凹設されているため、図７に示すよう
に、圧縮上死点からのピストン４の下降に伴って、上記
の火炎Ｋがガイド部４０を通って速やかに排気弁側へと
伝播される。従って、ガイド部４０に流れ込んだ液状燃
料Ｆや、排気弁側のクレビス３０に滞留する液状燃料Ｆ
が良好に燃焼，気化される。また、上記火炎Ｋによりガ
イド部４０の壁面が十分に加熱されるため、図６，７の
符号Ｆ１で示すように、ガイド部４０に流れ込む液状燃
料Ｆの気化が促進される。
【００４０】このように本実施例では、排気弁側のシリ
ンダ壁面に付着した液状燃料Ｆが良好に燃焼，気化され
るようになり、排気行程時に排出される未燃ガスが効果
的に低減される。
ンダ壁面に付着した液状燃料Ｆが良好に燃焼，気化され
るようになり、排気行程時に排出される未燃ガスが効果
的に低減される。
【００４１】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。
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。
【００４２】次に、本発明の第２実施例に係るピストン
を図８〜１１を参照して説明する。なお、後述する実施
例において、上記の実施例と同一構成部分には同じ符号
を付して重複する説明を適宜省略する。
を図８〜１１を参照して説明する。なお、後述する実施
例において、上記の実施例と同一構成部分には同じ符号
を付して重複する説明を適宜省略する。
【００４３】この第２実施例では、図１０に示すよう
に、ピストン（トップ）リング２７の上面に、一対の仕
切板４２が予め設けられている。一方、図８に示すよう
に、ピストン４冠面の外周部には、上記ガイド部４０の
両端部に対応するトップランド部２９の外周に、仕切板
４２が嵌合する嵌合溝４４がそれぞれ形成されている。
そして、上記の仕切板４２は、ピストンリング２７をピ
ストン４に取り付けた状態では、この部分のピストン４
冠面よりも上方へ突出する形となっている。
に、ピストン（トップ）リング２７の上面に、一対の仕
切板４２が予め設けられている。一方、図８に示すよう
に、ピストン４冠面の外周部には、上記ガイド部４０の
両端部に対応するトップランド部２９の外周に、仕切板
４２が嵌合する嵌合溝４４がそれぞれ形成されている。
そして、上記の仕切板４２は、ピストンリング２７をピ
ストン４に取り付けた状態では、この部分のピストン４
冠面よりも上方へ突出する形となっている。
【００４４】このような第２実施例によれば、図１１に
示すように、一対の仕切板４２の間で、ピストン４の上
昇に伴って掻き上げられた付着燃料Ｆは、これら仕切板
４２よりも周方向外側のクレビス３０へ流れ出ることな
く、確実にガイド部４０内へ流れ込む形となる。この結
果、液状燃料Ｆを更に確実に燃焼，気化させることがで
き、未燃ガスの排出を更に低減することができる。
示すように、一対の仕切板４２の間で、ピストン４の上
昇に伴って掻き上げられた付着燃料Ｆは、これら仕切板
４２よりも周方向外側のクレビス３０へ流れ出ることな
く、確実にガイド部４０内へ流れ込む形となる。この結
果、液状燃料Ｆを更に確実に燃焼，気化させることがで
き、未燃ガスの排出を更に低減することができる。
【００４５】なお、上記の嵌合溝４４は、ピストンリン
グ２７の適度な移動を許容するとともに、ピストンリン
グ２７の取付作業性を考慮して、仕切板４２よりも若干
大きな寸法に設定されている。
グ２７の適度な移動を許容するとともに、ピストンリン
グ２７の取付作業性を考慮して、仕切板４２よりも若干
大きな寸法に設定されている。
【００４６】また、仕切板４２の高さ方向寸法は、好ま
しくは、使用状態で仕切板４２の上端が燃焼室１１側の
傾斜面１１ｂに当たらない範囲で、できるだけ高く設定
されている。これは、液状燃料Ｆを一対の仕切板４２よ
り周方向外側へこぼれ難くするためである。
しくは、使用状態で仕切板４２の上端が燃焼室１１側の
傾斜面１１ｂに当たらない範囲で、できるだけ高く設定
されている。これは、液状燃料Ｆを一対の仕切板４２よ
り周方向外側へこぼれ難くするためである。
【００４７】図１２，１３は、本発明の第３実施例に係
るピストンを示している。この第３実施例では、ピスト
ン４冠面の外周部の中で、上記第１，第２実施例のガイ
ド部４０に相当するガイド部４０Ａの外周部を、このガ
イド部４０Ａが設けられていない他のピストン４外周部
よりもピストン軸方向で低く設定している。すなわち、
ピストン外周部でガイド部４０Ａを排気弁側傾斜面２３
よりも深く凹設して、段差を与えている。
るピストンを示している。この第３実施例では、ピスト
ン４冠面の外周部の中で、上記第１，第２実施例のガイ
ド部４０に相当するガイド部４０Ａの外周部を、このガ
イド部４０Ａが設けられていない他のピストン４外周部
よりもピストン軸方向で低く設定している。すなわち、
ピストン外周部でガイド部４０Ａを排気弁側傾斜面２３
よりも深く凹設して、段差を与えている。
【００４８】この結果、図１３に示すように、ピストン
４の上昇に伴って、シリンダ３の排気弁側の壁面に付着
した液状燃料Ｆが掻き上げられた際、この燃料Ｆが部分
的に低くなったガイド部４０Ａ内に更にスムースに流れ
込むようになる。従って、上記液状燃料Ｆの燃焼，気化
が更に促進され、より確実に未燃ガスを低減することが
できる。
４の上昇に伴って、シリンダ３の排気弁側の壁面に付着
した液状燃料Ｆが掻き上げられた際、この燃料Ｆが部分
的に低くなったガイド部４０Ａ内に更にスムースに流れ
込むようになる。従って、上記液状燃料Ｆの燃焼，気化
が更に促進され、より確実に未燃ガスを低減することが
できる。
【００４９】なお、この実施例のようにガイド部４０Ａ
を他のピストン外周部よりも低く設定した場合、図１３
に示すように、排気弁側でトップランド部２９の高さ寸
法が相対的に短くなり、この部分の強度の低下を避けら
れない。しかしながら、この実施例のように吸気弁側に
ボウル１２が凹設されている筒内噴射式内燃機関のピス
トン４では、ボウル１２に近接する吸気弁側で、トップ
ランド部２９の径方向寸法が短くなり、この吸気弁側の
強度の要求によりトップランド部２９の高さ寸法が設定
されている。言い換えると、排気弁側のトップランド部
２９は、径方向で十分な肉厚を有し、吸気弁側に比して
強度が高いため、上記のようにガイド部４０Ａの凹設に
よって、ある程度高さ寸法が短くなっても、十分な強度
を確保することが可能である。
を他のピストン外周部よりも低く設定した場合、図１３
に示すように、排気弁側でトップランド部２９の高さ寸
法が相対的に短くなり、この部分の強度の低下を避けら
れない。しかしながら、この実施例のように吸気弁側に
ボウル１２が凹設されている筒内噴射式内燃機関のピス
トン４では、ボウル１２に近接する吸気弁側で、トップ
ランド部２９の径方向寸法が短くなり、この吸気弁側の
強度の要求によりトップランド部２９の高さ寸法が設定
されている。言い換えると、排気弁側のトップランド部
２９は、径方向で十分な肉厚を有し、吸気弁側に比して
強度が高いため、上記のようにガイド部４０Ａの凹設に
よって、ある程度高さ寸法が短くなっても、十分な強度
を確保することが可能である。
【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。
す縦断面図。
【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。
面図。
【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。
視図。
【図４】上記ピストンが吸気下死点近傍にある状態を示
す作動図。
す作動図。
【図５】上記ピストンが吸気下死点から上昇している状
態を示す作動図。
態を示す作動図。
【図６】上記ピストンが圧縮上死点付近にある状態を示
す作動図。
す作動図。
【図７】上記ピストンが圧縮上死点から下降している状
態を示す作動図。
態を示す作動図。
【図８】この発明に係るピストンの第２実施例を示す斜
視図。
視図。
【図９】第２実施例のピストンを示す平面図。
【図１０】第２実施例のピストンに取り付けられるピス
トンリングを単体で示す斜視図。
トンリングを単体で示す斜視図。
【図１１】第２実施例のピストンが吸気下死点から上昇
している状態を示す作動図。
している状態を示す作動図。
【図１２】この発明に係るピストンの第３実施例を示す
斜視図。
斜視図。
【図１３】第３実施例にピストンが吸気下死点から上昇
している状態を示す作動図。
している状態を示す作動図。
３…シリンダ ４…ピストン ５…吸気弁 ６…排気弁 ７…点火プラグ １０…燃料噴射弁 １１…燃焼室 １２…ボウル ２２…吸気弁側傾斜面 ２３…排気弁側傾斜面 ４０…ガイド部
Claims (3)
- 【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排気弁側
を指向する姿勢で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、 ピストン冠面に、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と、ピス
トン外形円に対し吸気弁側に偏心した位置に凹設された
皿状のボウルと、ピストン外形円に対し排気弁側に偏心
した位置に凹設されたガイド部と、を有し、 このガイド部は、ピストン外周側へ向けて広がる形状を
なし、かつ、上記ピストン冠面の外周縁まで延長形成さ
れ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。 - 【請求項２】 上記ガイド部の外周両端に設けられ、こ
の部分のピストン冠面よりも上方へ突出する一対の仕切
板を有す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。 - 【請求項３】 上記ピストン冠面の中で、上記ガイド部
の外周部を、このガイド部以外のピストン外周部よりも
ピストン軸方向で低く設定した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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19699698A JP3719004B2 (ja) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | 筒内噴射式内燃機関のピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19699698A JP3719004B2 (ja) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | 筒内噴射式内燃機関のピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000027650A true JP2000027650A (ja) | 2000-01-25 |
| JP3719004B2 JP3719004B2 (ja) | 2005-11-24 |
Family
ID=16367101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19699698A Expired - Lifetime JP3719004B2 (ja) | 1998-07-13 | 1998-07-13 | 筒内噴射式内燃機関のピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3719004B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030017405A (ko) * | 2001-08-24 | 2003-03-03 | 도요다 지도샤 가부시끼가이샤 | 통내 분사식 불꽃점화 내연기관 |
| KR20040041308A (ko) * | 2002-11-11 | 2004-05-17 | 현대자동차주식회사 | 가솔린 직접 분사식 엔진의 연소실 구조 |
| DE10304167A1 (de) * | 2003-02-03 | 2004-08-05 | Bayerische Motoren Werke Ag | Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Benzin-Direkteinspritzung |
| RU178048U1 (ru) * | 2017-04-27 | 2018-03-21 | Алексей Александрович Максимов | Камера сгорания двухклапанного (на цилиндр) двигателя внутреннего сгорания |
| JP2018162729A (ja) * | 2017-03-27 | 2018-10-18 | マツダ株式会社 | 火花点火式内燃機関 |
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| CN114000940A (zh) * | 2021-07-08 | 2022-02-01 | 柳州职业技术学院 | 一种提高发动机效率的方法 |
-
1998
- 1998-07-13 JP JP19699698A patent/JP3719004B2/ja not_active Expired - Lifetime
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