JP2002206425A - 内燃機関のピストン - Google Patents
内燃機関のピストンInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 並列的な2つのタンブル流をピストン冠面上
に形成した凹部にてガイドする構成において、圧縮行程
から燃焼行程に至るまで2つのタンブル流を安定的に保
持して燃焼安定性を改善する。 【解決手段】 ピストン1の冠面に2列のタンブル流に
沿って凹部2を形成したピストンにおいて、前記凹部2
の、タンブル流が交差する縦断面における断面形状を、
各タンブル流の中間域が低くなるようにV字形に形成
し、この凹部底面形状により各タンブル流を内側方向に
対向的に傾斜させることによりタンブル流の方向安定性
を高め、燃焼に至るまでのシリンダ内空気流動のサイク
ル変動を防止する。
に形成した凹部にてガイドする構成において、圧縮行程
から燃焼行程に至るまで2つのタンブル流を安定的に保
持して燃焼安定性を改善する。 【解決手段】 ピストン1の冠面に2列のタンブル流に
沿って凹部2を形成したピストンにおいて、前記凹部2
の、タンブル流が交差する縦断面における断面形状を、
各タンブル流の中間域が低くなるようにV字形に形成
し、この凹部底面形状により各タンブル流を内側方向に
対向的に傾斜させることによりタンブル流の方向安定性
を高め、燃焼に至るまでのシリンダ内空気流動のサイク
ル変動を防止する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は主に成層燃焼を行わ
せることを目的としてシリンダ内にタンブル流を生起す
るようにした内燃機関のピストンの改良に関する。
せることを目的としてシリンダ内にタンブル流を生起す
るようにした内燃機関のピストンの改良に関する。
【0002】
【従来の技術と解決すべき課題】筒内直接噴射式ガソリ
ンエンジン等において、成層燃焼運転時にエンジンの燃
焼安定性を確保するためには、燃料噴霧を安定して点火
プラグ付近に移送させることが重要である。このための
従来技術として、ピストン冠面にタンブル流に沿って凹
部を設け、この凹部に保持させたタンブル流により燃料
噴霧を点火プラグ付近に移送させるようにしたものがあ
る(特開平11-343851号公報参照)。
ンエンジン等において、成層燃焼運転時にエンジンの燃
焼安定性を確保するためには、燃料噴霧を安定して点火
プラグ付近に移送させることが重要である。このための
従来技術として、ピストン冠面にタンブル流に沿って凹
部を設け、この凹部に保持させたタンブル流により燃料
噴霧を点火プラグ付近に移送させるようにしたものがあ
る(特開平11-343851号公報参照)。
【0003】しかしながら、従来のものは凹部底部の形
状が平坦であるため、特に2吸気弁形式として並列的に
2列のタンブルを生起するようにしたものでは、例えば
高回転時のタンブル流流速が速い場合、2つのタンブル
流がうまく整流されないため、流速や流れの乱れのサイ
クル変動が大きくなり、また点火プラグヘの噴霧の移送
状態が変動することから、エンジンの燃焼安定性が悪化
してしまうという問題があった。
状が平坦であるため、特に2吸気弁形式として並列的に
2列のタンブルを生起するようにしたものでは、例えば
高回転時のタンブル流流速が速い場合、2つのタンブル
流がうまく整流されないため、流速や流れの乱れのサイ
クル変動が大きくなり、また点火プラグヘの噴霧の移送
状態が変動することから、エンジンの燃焼安定性が悪化
してしまうという問題があった。
【0004】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、圧縮行程から燃焼行程に至るまで2系統の
タンブル流を安定的に保持して燃焼安定性を改善するこ
とを目的としている。
れたもので、圧縮行程から燃焼行程に至るまで2系統の
タンブル流を安定的に保持して燃焼安定性を改善するこ
とを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、シリンダ
内に並列的に生起される2列のタンブル流に沿って冠面
に凹部を形成した内燃機関のピストンにおいて、前記凹
部の、タンブル流が交差する縦断面における断面形状
を、各タンブル流間の領域が低くなるように傾斜した形
状とした。
内に並列的に生起される2列のタンブル流に沿って冠面
に凹部を形成した内燃機関のピストンにおいて、前記凹
部の、タンブル流が交差する縦断面における断面形状
を、各タンブル流間の領域が低くなるように傾斜した形
状とした。
【0006】第2の発明は、前記凹部の縦断面形状を、
凹部の各タンブル流に対する両側方域から前記中間域に
向かって直線的に傾斜する略V字形状とした。
凹部の各タンブル流に対する両側方域から前記中間域に
向かって直線的に傾斜する略V字形状とした。
【0007】第3の発明は、前記凹部底面の各タンブル
流に対する両側方に、凹部内のタンブル流の側面に対向
するように側壁部を形成した。
流に対する両側方に、凹部内のタンブル流の側面に対向
するように側壁部を形成した。
【0008】第4の発明は、前記側壁部をピストン内側
方向に傾斜させた。
方向に傾斜させた。
【0009】第5の発明は、シリンダ内に並列的に生起
される2列のタンブル流に沿って冠面に凹部を形成した
内燃機関のピストンにおいて、前記凹部底面の各タンブ
ル流に対する両側方に、凹部内のタンブル流の側面に沿
って、ピストン内側方向に傾斜した側壁部を形成した。
される2列のタンブル流に沿って冠面に凹部を形成した
内燃機関のピストンにおいて、前記凹部底面の各タンブ
ル流に対する両側方に、凹部内のタンブル流の側面に沿
って、ピストン内側方向に傾斜した側壁部を形成した。
【0010】
【作用・効果】前記第1の発明以下の各発明によれば、
燃焼室ないしシリンダ内に導入された2列のタンブル流
は、前記凹部の底面領域に向かって傾斜した断面形状に
基づき、それぞれが凹部底面の向かい合う傾斜面に沿っ
て互いの方向に傾き、この傾いた状態が維持されるた
め、タンブル流の回転面が変動することに原因する流速
や乱れのサイクル変動が防止され、これにより圧縮行程
から燃焼行程に至るまで安定したガス流動が確保され
る。したがって、直噴式内燃機関においてはインジェク
タから噴射された燃料噴霧を安定的に点火プラグ付近へ
移送して安定した着火および燃焼が得られる。また、凹
部底面の中間域を低くしたことにより、点火プラグとピ
ストン頂部(凹部底面)とのあいだの空間が広がること
から、火炎の成長が妨げられず、このため燃焼期間を短
縮することができる。
燃焼室ないしシリンダ内に導入された2列のタンブル流
は、前記凹部の底面領域に向かって傾斜した断面形状に
基づき、それぞれが凹部底面の向かい合う傾斜面に沿っ
て互いの方向に傾き、この傾いた状態が維持されるた
め、タンブル流の回転面が変動することに原因する流速
や乱れのサイクル変動が防止され、これにより圧縮行程
から燃焼行程に至るまで安定したガス流動が確保され
る。したがって、直噴式内燃機関においてはインジェク
タから噴射された燃料噴霧を安定的に点火プラグ付近へ
移送して安定した着火および燃焼が得られる。また、凹
部底面の中間域を低くしたことにより、点火プラグとピ
ストン頂部(凹部底面)とのあいだの空間が広がること
から、火炎の成長が妨げられず、このため燃焼期間を短
縮することができる。
【0011】また、第2の発明として示したように前記
凹部の縦断面形状を略V字形状とすること、または第3
の発明として示したように凹部に側壁部を形成するこ
と、さらには第4の発明として示したように前記側壁部
をピストン内側方向に傾斜させた構成とすることによ
り、前述した凹部底面形状によるタンブル流の傾斜状態
をより安定させることができる。
凹部の縦断面形状を略V字形状とすること、または第3
の発明として示したように凹部に側壁部を形成するこ
と、さらには第4の発明として示したように前記側壁部
をピストン内側方向に傾斜させた構成とすることによ
り、前述した凹部底面形状によるタンブル流の傾斜状態
をより安定させることができる。
【0012】また、第5の発明として示したように、凹
部の両側面にピストン内側方向に傾斜した側壁部を形成
した構成のみによっても、前記各発明と同様に2列のタ
ンブル流の傾きを安定させる効果が得られる。
部の両側面にピストン内側方向に傾斜した側壁部を形成
した構成のみによっても、前記各発明と同様に2列のタ
ンブル流の傾きを安定させる効果が得られる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明を直噴式内燃機関の
ピストンに適用した実施形態を図面に基づいて説明す
る。図1〜図4において、1はピストン、2はピストン
1の冠面に形成された凹部、3は吸気ポート、4は吸気
弁、5は排気弁、6はインジェクタ、7は点火プラグ、
8は燃焼室、9は吸気制御弁、10は排気ポートであ
る。
ピストンに適用した実施形態を図面に基づいて説明す
る。図1〜図4において、1はピストン、2はピストン
1の冠面に形成された凹部、3は吸気ポート、4は吸気
弁、5は排気弁、6はインジェクタ、7は点火プラグ、
8は燃焼室、9は吸気制御弁、10は排気ポートであ
る。
【0014】吸気ポート3と排気ポート10はそれぞれ
2系統が対向して4弁クロスフロー形式のペントルーフ
形燃焼室を形成しており、その中央部に点火プラグ7が
配置されている。各吸気ポート3に設けられた吸気制御
弁9は図示しないアクチュエータにより開閉駆動され、
所定の運転領域で吸気ポート3を部分的に閉ざすことに
より燃焼室8へと向かう吸気流を偏らせてタンブル流T
を生起するように構成されている。インジェクタ6は2
系統の吸気ポート3の中間部に位置し、その噴射燃料噴
霧が前記タンブル流Tに乗って点火プラグ7の付近に移
送されるように方向が設定されている。
2系統が対向して4弁クロスフロー形式のペントルーフ
形燃焼室を形成しており、その中央部に点火プラグ7が
配置されている。各吸気ポート3に設けられた吸気制御
弁9は図示しないアクチュエータにより開閉駆動され、
所定の運転領域で吸気ポート3を部分的に閉ざすことに
より燃焼室8へと向かう吸気流を偏らせてタンブル流T
を生起するように構成されている。インジェクタ6は2
系統の吸気ポート3の中間部に位置し、その噴射燃料噴
霧が前記タンブル流Tに乗って点火プラグ7の付近に移
送されるように方向が設定されている。
【0015】ピストン1の凹部2は、シリンダ内に生起
されるタンブル流Tの旋回面に対してほぼ平行な断面の
形状としては、図1に示したように底面2aがタンブル
流Tの流線に沿った円弧状の形状となっており、これに
直交する断面の形状は、図4にも示したように2列のタ
ンブル流Tの間の領域が低くなった略V字形状の底面形
状となっている。また、前記凹部底面2aの各タンブル
流Tに対する両側方に、凹部内のタンブル流Tの側面に
沿って、ピストン内側方向に傾斜した側壁部2bが形成
されている。なお、この実施形態の場合、前記底面2a
の中央部における水平面に対する傾斜角度θ1は約7
度、側壁部2bの鉛直面に対する内側への傾斜角度θ2
は約10度にそれぞれ設定されている。
されるタンブル流Tの旋回面に対してほぼ平行な断面の
形状としては、図1に示したように底面2aがタンブル
流Tの流線に沿った円弧状の形状となっており、これに
直交する断面の形状は、図4にも示したように2列のタ
ンブル流Tの間の領域が低くなった略V字形状の底面形
状となっている。また、前記凹部底面2aの各タンブル
流Tに対する両側方に、凹部内のタンブル流Tの側面に
沿って、ピストン内側方向に傾斜した側壁部2bが形成
されている。なお、この実施形態の場合、前記底面2a
の中央部における水平面に対する傾斜角度θ1は約7
度、側壁部2bの鉛直面に対する内側への傾斜角度θ2
は約10度にそれぞれ設定されている。
【0016】図5〜図7に従来のピストンと比較した前
記実施形態のピストンによる作用および効果を示す。従
来のものでは、図5の左欄内に示したようにシリンダ内
に生起された2列のタンブル流Tは圧縮行程初期におい
ては整列状態にあるものの、ピストン凹部2の底面が平
坦であるため旋回面が不安定であり、ピストンが圧縮上
死点前約40度の点火直前の位置に達するまでのあいだ
に各タンブル流が不特定の方向に傾斜してしまう。タン
ブル流は、圧縮行程後期の上死点近傍で流れが崩壊して
乱れに変換され、このときの乱れ強さがある程度大きい
ほど急速燃焼が可能となる。また、圧縮行程後期に噴射
した燃料をタンブル流に乗せて、点火プラグ近傍へ移送
し成層燃焼を実現出来る。しかしながら、特に機関負荷
または回転速度が高くてタンブル流が強い場合には、従
来のものでは前述のようにしてタンブル流Tの挙動が不
安定になり、流速や乱れのサイクル変動、および燃料の
点火プラグ近傍への移送のサイクル変動が顕著になって
しまう。
記実施形態のピストンによる作用および効果を示す。従
来のものでは、図5の左欄内に示したようにシリンダ内
に生起された2列のタンブル流Tは圧縮行程初期におい
ては整列状態にあるものの、ピストン凹部2の底面が平
坦であるため旋回面が不安定であり、ピストンが圧縮上
死点前約40度の点火直前の位置に達するまでのあいだ
に各タンブル流が不特定の方向に傾斜してしまう。タン
ブル流は、圧縮行程後期の上死点近傍で流れが崩壊して
乱れに変換され、このときの乱れ強さがある程度大きい
ほど急速燃焼が可能となる。また、圧縮行程後期に噴射
した燃料をタンブル流に乗せて、点火プラグ近傍へ移送
し成層燃焼を実現出来る。しかしながら、特に機関負荷
または回転速度が高くてタンブル流が強い場合には、従
来のものでは前述のようにしてタンブル流Tの挙動が不
安定になり、流速や乱れのサイクル変動、および燃料の
点火プラグ近傍への移送のサイクル変動が顕著になって
しまう。
【0017】これに対して本発明では、凹部2のV字形
の底面形状および内側に傾斜した側壁部2b(それぞれ
図4参照)により、図5の右欄内に示したように2列の
タンブル流Tの傾斜方向が規制されるため、圧縮上死点
に至ってもタンブル流Tの傾斜が維持される。このよう
にして上死点近傍でのタンブル流Tの傾き方向が一定に
制限されることから、シリンダ内の流れおよび乱れが安
定し、その結果として特に中速中負荷以上の運転領域に
おいても、図6および図7に示したように燃料移送状態
および燃焼期間が安定する効果が得られるのである。
の底面形状および内側に傾斜した側壁部2b(それぞれ
図4参照)により、図5の右欄内に示したように2列の
タンブル流Tの傾斜方向が規制されるため、圧縮上死点
に至ってもタンブル流Tの傾斜が維持される。このよう
にして上死点近傍でのタンブル流Tの傾き方向が一定に
制限されることから、シリンダ内の流れおよび乱れが安
定し、その結果として特に中速中負荷以上の運転領域に
おいても、図6および図7に示したように燃料移送状態
および燃焼期間が安定する効果が得られるのである。
【図1】本発明を適用した直接噴射式内燃機関の実施形
態を示す燃焼室付近の縦断面図。
態を示す燃焼室付近の縦断面図。
【図2】図1の燃焼室の底面図。
【図3】実施形態のピストンの平面図。
【図4】図3のA−A端面図。
【図5】実施形態の作用を従来例との比較において表し
た説明図。
た説明図。
【図6】実施形態による効果を、タンブル強さと流速
(乱れ)のサイクル変動との関係から、従来例との比較
において表した第1の性能線図。
(乱れ)のサイクル変動との関係から、従来例との比較
において表した第1の性能線図。
【図7】実施形態による効果を、機関負荷状態と燃焼期
間のサイクル変動との関係から、従来例との比較におい
て表した第2の性能線図。
間のサイクル変動との関係から、従来例との比較におい
て表した第2の性能線図。
1 ピストン 2 凹部 3 吸気ポート 4 吸気弁 5 排気弁 6 インジェクタ 7 点火プラグ 8 燃焼室 9 吸気制御弁 10 排気ポート T タンブル流
Claims (5)
- 【請求項1】シリンダ内に並列的に生起される2列のタ
ンブル流に沿って冠面に凹部を形成した内燃機関のピス
トンにおいて、 前記凹部の、タンブル流が交差する縦断面における断面
形状を、各タンブル流間の領域が低くなるように傾斜し
た形状とした内燃機関のピストン。 - 【請求項2】前記凹部の縦断面形状は、凹部の各タンブ
ル流に対する両側方域から前記中間域に向かって直線的
に傾斜する略V字形状である請求項1に記載の内燃機関
のピストン。 - 【請求項3】凹部底面の各タンブル流に対する両側方
に、凹部内のタンブル流の側面に沿って側壁部を形成し
た請求項1または請求項2に記載の内燃機関のピスト
ン。 - 【請求項4】前記側壁部はピストン内側方向に傾斜して
いる請求項3に記載の内燃機関のピストン。 - 【請求項5】シリンダ内に並列的に生起される2列のタ
ンブル流に沿って冠面に凹部を形成した内燃機関のピス
トンにおいて、 前記凹部底面の各タンブル流に対する両側方に、凹部内
のタンブル流の側面に沿って、ピストン内側方向に傾斜
した側壁部を形成した内燃機関のピストン。
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001004875A JP3835171B2 (ja) | 2001-01-12 | 2001-01-12 | 内燃機関のピストン |
CNB01805109XA CN1221729C (zh) | 2001-01-12 | 2001-11-30 | 内燃机的活塞 |
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