JP2002522704A - 能動的ガイドヘッドを有するピストン及びそれと組合される燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ピストンヘッド８によって画成された燃焼室５に関するものである。ピストンヘッド８は、輪郭平面リング部２０の内側に、燃焼室５に向けて開口しピストン３の軸線Ｘ−Ｘから噴射装置１２の側に偏心配置されたボウル形状の凹所２１を備え、軸線Ｘ−Ｘ上には馬蹄形を呈し部分的に凹所２１を囲むボス部２２を備えている。噴射装置１２は、燃焼室５内に直接噴射を行うために、軸線Ｘ−Ｘに対して傾斜してシリンダヘッド７に設けられている。ボス２２は、凹所２１とボス部２２との接続部の上方にオーバーハングエッジ２３を有し、上面２４は燃焼室５に向けて凸状に形成されている。オーバーハングエッジ２３の幅は、馬蹄形ボス部２２のベース部で最大であり、ボス部２２が有する２つのウィング部の先端で消失するまで、徐々に減少している。こうして、燃焼室５内中央の点火プラグ１０に対面する位置に、空気／燃料の良好な混合物が供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、特に制御式点火と直接燃料噴射とにより運転される内燃機関に用い
られかつ能動的ガイド作用を可能にするような形状を有するヘッド部を備えたピ
ストンに関するものである。

【０００２】 本発明はまた、制御式点火装置を有し燃料が燃焼室内へ直接噴射される内燃機
関に用いられかつ本発明により提供されるピストンと協働する燃焼室に関するも
のである。

【０００３】

【従来の技術】

より詳しく述べると、本発明が提供するピストンは、仏国特許文献第2 757 21
1号に記載のように、該ピストンと協働する燃焼室を、内部で該ピストンが軸線
方向に摺動可能とされたシリンダと、シリンダヘッドに設けられ該ピストンのヘ
ッド部に対面しエンジンの各シリンダに接続されたキャビティと共に形成する。
ピストンヘッドは、燃焼室に面する端面を有し、さらにピストンの軸線に垂直な
輪郭平面リング部の内側に、第１に、ボウル形に凹み燃焼室側に開口しかつピス
トン軸線から一側に偏心して配置された凹所を、第２に、輪郭リング部から燃焼
室に突出しピストン軸線から他側に偏心して配置されたボス部を有し、前記凹所
及びボス部は、ピストンヘッドの直径に対して対称に形成されている。

【０００４】 空気／燃料混合物の供給段階を改善し、同時にエンジンの燃費を改善し、燃焼
ガスによってエンジンが起こす大気汚染を軽減するために、内燃機関におけるピ
ストンヘッドの端面形状、及びそれに組合される燃焼室の形状として種々のもの
が既に提案されているということは一般的に知られている。

【０００５】 そのような目的で、エンジンの運転、特に低負荷時の運転を、空気／燃料希薄
混合形態（空気の割合が理論混合比の場合より多い形態）で制御することが既に
提案されている。空気／燃料混合物は、その比率が、一様混合の場合の可燃限界
を越えている場合には、一様形態、または層状形態とされる。一方、エンジンが
中間負荷、または高負荷で運転される場合には、空気／燃料混合物を理論混合比
で供給すべきである。特定の一時的な条件下、例えば冷間始動時のような特定の
エンジン運転条件の場合に限り、リッチ状態の混合物を供給する。

【０００６】 エンジンに供給される燃料混合物のリッチさにかかわりなく、燃焼室内におけ
るこの混合物の燃焼特性は多くの要因に依存する。例えば、燃焼室の形状及び対
応するピストンヘッドの端面形状（すなわち上述したように、ピストンのヘッド
部に設けられる凹所及びボス部の形状）といった形状的要因、空気力学的要因、
また、液体燃料ジェット、シリンダに吸入される空気、燃焼室内のガス流の速度
と乱れ、さらには、噴射装置の寸法的・形状的要因、すなわち噴射装置の数、噴
射オリフィスの形状と寸法、内部構造、噴射装置に対する燃料供給圧、などに依
存する。

【０００７】 特に空気が侵入する際の燃焼室内部における空気力学的最適化、燃料噴射、及
び可燃混合物の点火が、制御点火される直噴式エンジンの重要な設計要素である
ことは明らかである。これらの要因は特に、良好な燃焼（良好な可燃性、混合物
の燃焼における火炎前面の制御された進展）を助成する燃焼室領域にできる限り
効率的な混合物を供給するという観点で、すなわち、混合物を理論混合比で、ま
たは希薄状態で供給するという観点で重要である。

【０００８】 燃焼室の形状は、混合物生成工程の、ある側面、特に空気力学的全体構造を促
進するように設計される。例えば、燃焼室軸線回りの巨視的回転構造でありスワ
ールフローと称される空気力学的構造、及び、１つまたは複数の燃料ジェットを
主フローを通るように偏向可能とする軸線方向の動きであるタンブルフローと称
される空気力学的構造が用いられ、こうして、燃焼室内における燃料及びその蒸
気の分配が改善される。圧縮段階の最終部分では、形状効果によって、燃料供給
における乱流の程度が促進されなければならない。このようにして、火炎前面付
近の質量交換を支配するパラメータを局部的に制御することができ、こうして燃
焼速度を決定することができる。

【０００９】 燃焼室内における燃料の分配及び燃料の蒸気化を改善するために、そして燃焼
の改善を目的として空気・燃料混合物の分配を改善するために、近年、特に燃焼
室に関する形状変更が提案されている。この提案では、ピストンヘッドの端面に
、凹んだボウル形状をなし燃焼室側に開口した１または複数の凹所を備え、さら
に、これら凹所の１つに向けて燃料ジェットを噴射する噴射装置を備え、燃料ジ
ェットが、前記凹所によって点火プラグに面する燃焼室の中心に向けて方向転換
されると同時に微粒子化及び／または蒸気化され、１または複数の凹所の存在に
よって改善された流れまたは乱流により、燃焼室に侵入する空気と混合されるよ
うに構成されている。

【００１０】 一例として、独国特許文献第197 13 030号は、制御式点火装置と直噴装置とを
備えた４ストローク内燃機関について記載している。この内燃機関では、燃焼室
を構成するピストンヘッドの端面が、燃焼室側に突出し２つの長手方向リブを備
えた略Ｈ形のガイドリブを有している。２つの長手方向リブは、平行かつ離間配
置され、シリンダの軸線に交差するエンジンの長手方向平面に垂直とされ、エン
ジンの長手方向平面に平行かつ長手方向リブに略垂直な横断リブによって互いに
連結されている。圧縮段階の最終部分における局部的な乱流を最適に形成し、シ
リンダに侵入するガスの空気力学的転動運動を増幅して、特に燃料及び燃焼空気
の速度及び分布に作用して燃焼を改善するために、これらリブは、リブ間に及び
ピストンヘッドの輪郭平面リング部と共に、燃焼室側に開口する４つのボウル形
凹所を形成している。（Ｈ形リブ間に設けられた）２つの中央凹所のうちの１つ
は、シリンダヘッドの側面に取付けられた噴射装置から燃料のジェットを受ける
。燃焼室を形成するキャビティは、２つの傾斜面を有するルーフ形キャビティと
されている。噴射装置は、２つの傾斜面のうち１つの傾斜面のベース部に開口し
、かつ、この傾斜面に形成された２つの吸気ポートと協働する２つの吸気弁の間
に配置されている。噴射装置の軸線は、ピストン及び燃焼室の軸線に対して傾斜
配置され、この軸線と交差する半径方向面内に配置されている。シリンダヘッド
内に設けられるプラグは燃焼室の頂部に配置されている。

【００１１】 独国特許文献第197 13 029号では、ピストンヘッドが燃焼室に面するその端面
に、燃焼室側に突出するＴ形リブ構造部を有している。Ｔ形リブは、ピストンヘ
ッドの輪郭平面リング部と共に、燃焼室に向けて開口する３つのボウル形凹所を
ヘッド部端面に形成している。３つの凹所のうちの１つは、噴射装置からの燃料
ジェットを受ける。噴射装置は、ピストン及びプラグの軸線と傾斜しかつこの軸
線に向かう軸線を有しているが、燃焼室の頂上部かつ、燃焼室に対応する部分を
ピストンヘッドに形成するルーフ形キャビティの２つの傾斜面の接続部の一端に
配置されている。

【００１２】 米国特許第5,727,520号によれば、燃焼室に向けて突出し大きく開口したＵ形
ガイドリブを備えている。Ｕ形ガイドリブは、燃焼室に向けて開口する２つの凹
所を形成している。そのうちの１つはＵ形の内側に配置され、噴射装置からの燃
料ジェットを受ける。噴射装置は、２つの傾斜面を有するルーフ形燃焼室の頂上
部中央に配置され、その軸線は、ピストン及び燃焼室の軸線に対してわずかに傾
斜している。一方、プラグは、前記軸線に対してさらに傾けられており、シリン
ダヘッドに設けられたルーフ形キャビティの２つの傾斜面のうち吸気側に配置さ
れている。ピストンヘッドにおいて、リブによって形成されたＵ形部分は排気側
に向けて開口している。

【００１３】 以上述べた種々の形態においてピストンヘッド上に凹所を形成しているリブは
、転動流を増幅し、一方で局部的乱流を生成して流れを改善し、空気／燃料混合
物の特性、燃焼性、燃焼速度を改善して、燃費を改善し大気汚染を軽減するため
に設けられている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】

本発明の底流にある目的は、圧縮工程の最終段階を含めて局所的乱流を改良す
ることによって、また、空力ガイドと固体壁面ガイドとを組合せて燃焼室内にお
ける燃料の分配及び蒸気化を改良することによって、前述の特許技術にも増して
燃費と大気汚染とを改善することである。本発明はまた、プラグの位置に依存す
る効率的な燃焼を保証するために、及び、プラグに面する燃焼室内の中央空間に
おいて理論混合比の空気／燃料混合物を生成するために、直接噴射された微粒子
希薄混合物の状態の改良に寄与する燃焼室形状を提供する。

【００１５】 本発明の他の目的は、仏国特許文献第2 757 211号に開示されたタイプのピス
トンヘッドを改良することによって、上記改善を達成することである。燃焼室の
境界を構成するこのピストンヘッドの端面は、ピストン軸線に垂直な輪郭平面リ
ング部の内側に、第１に、ボウル形に凹み燃焼室側に開口しかつピストン軸線か
ら一側に偏心して配置された凹所を、第２に、輪郭リング部から燃焼室に突出し
ピストン軸線から他側に偏心して配置されたボス部を有し、前記凹所及びボス部
は、ピストンヘッドの直径に対して対称に形成されている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するために、本発明が提供するピストンは、仏国特許文献第2
757 211号に開示された上記タイプの能動ガイドヘッド部付きピストンに対して
、ボス部が、ピストン軸線に平行な方向から見た平面視で、前記凹所を部分的に
取囲む略馬蹄形をなし、前記凹所はまた前記輪郭平面リング部の円弧によって囲
まれ、ボス部はさらに、前記凹所と該ボス部との接続部の上方かつ、少なくとも
略馬蹄形ボス部のベース部及び略馬蹄形ボス部の前記ベース部に隣接するウィン
グ部の高さに、オーバーハング型リム部を有していることを特徴とする。

【００１７】 こうして、燃焼室、より詳しく言えばピストン上の凹所及びボス部は、良好な
空気／燃料混合物の生成に寄与する乱流を形成し、噴射装置からの燃料ジェット
を燃焼室の中央に方向転換し、そのことによって燃料の微粒子化及び蒸気化を改
善する形状となっている。

【００１８】 加えて、オーバーハング型リム部は、シャープエッジを有さず、丸みのある断
面を有するリムであることが好ましい。さらに、前記リムのオーバーハングの程
度は、ピストン軸線に垂直な面で見て、馬蹄形ボス部のベース部の中央から該ボ
ス部の２つのウィング部の終端に向けて徐々に縮小し、すなわち目立たなくなる
ように形成され、ウィング部の終端でオーバーハングは実質的にゼロとなってい
る。

【００１９】 このような技術的特徴によって、燃焼室内でガスのスワール運動を形成するた
めに従来必要であった上流側空気供給サーキット内の複雑で高価な装置の必要性
が低減されるか、または同装置が完全に不要となる。

【００２０】 さらに、ピストン軸線に平行な方向から見た凹所の深さは、前記馬蹄形ボス部
の前記ベース部から離れた該凹所の部分ほど深くなるように変化していることが
望ましい。この最大深さと共に、概して凹所底部の形状は、特に、ピストンの直
径と、ピストン及び燃焼室の軸線に対する噴射装置の角度配置とに依存して決定
されることが望ましい。

【００２１】 さらに、馬蹄形ボス部は、燃焼室に面しかつピストン軸線に対して半径方向の
幅を有する凸状面を備えていることが好ましい。この凸状面は、ピストンヘッド
上の凹所及びボス部の対称軸に一致する直径方向において最大の幅を有し、この
方向を挟んで両側に馬蹄形ボス部の両ウィング部に向けて徐々に幅が減少するよ
うに形成される。この好適な特徴によって、混合状態が悪く燃焼性が低いガス混
合物に占有される燃焼室内容積が減少する。

【００２２】 同時に、輪郭平面リング部の半径方向幅も変化するように形成される。その幅
は、前記凹所から見て前記ボス部に続く位置、かつ凹所及びボス部の対称軸に一
致する前記直径方向において最小とされる。輪郭リング部の半径方向幅は、最小
幅部分から両側に、馬蹄形ボス部の両ウィング部に向けて徐々に増大するように
形成される。輪郭平面リング部の拡大及びボス部の形状によって、未燃焼ガスの
横方向移動、特に中央燃焼領域に向けた移動が容易になる。

【００２３】 本発明はまた、制御式点火装置と直接噴射装置とを備えた内燃機関の燃焼室に
関するものでもある。該燃焼室は、内燃機関のシリンダ内で軸線方向に摺動可能
とされたピストンヘッドと、前記シリンダと、前記シリンダにつながるようにシ
リンダヘッド内に設けられかつ前記ピストンヘッドに対面配置されたキャビティ
とによって画成され、点火プラグがピストンと略同軸状態でシリンダヘッド内に
設けられ、少なくとも１つの燃料ジェットをピストン軸線に対して傾斜した軸線
に沿って燃焼室内へ噴射するために燃料噴射装置がシリンダヘッド内に設けられ
ている。本発明が提供する燃焼室は、ピストンが本発明により上記のように規定
されるものとされ、燃料ジェットの傾斜軸線は、ピストン軸線と交差する半径方
向面内で前記凹所及びピストンヘッドのボス部の対称軸に一致する前記直径方向
に配置され、前記燃料ジェットは、卓越した能動的ガイド作用を実現するために
、前記凹所内に向けて、かつ前記馬蹄形ボス部のベース部の前記オーバーハング
型リムに向けて噴射されることを特徴とする。

【００２４】 加えて、燃焼室は、公知の高性能タイプであることが好ましい。この場合、シ
リンダヘッドの対応するキャビティは、２つの傾斜面を有し実質的にルーフ形の
キャビティであり、傾斜面の一方には、前記噴射装置と、少なくとも１つの吸気
弁によって選択的に開閉されかつ実質的にピストンヘッドの前記凹所に面する少
なくとも１つの空気導入管とが設けられ、前記傾斜面の他方には、少なくとも１
つの排気弁によって選択的に開閉されかつ実質的にピストンヘッドの前記ボス部
に面する少なくとも１つの排気管が設けられている。

【００２５】 前記燃料ジェットがピストン軸線に対して約８０°〜約４５°の角度をなすよ
うに、ピストン軸線に対して傾斜配置された噴射装置を備えたこのタイプの燃焼
室によれば、卓越した性能が得られる。

【００２６】

【発明の実施の形態】 本発明に関する他の特徴及び利点は、非限定的な例示である実施形態について
添付図面を参照しながら行う以下の説明によって明らかになる。

【００２７】 図１は、制御式点火装置と直接噴射装置とを備えた４ストローク内燃機関１の
概略断面図である。

【００２８】 公知であるように、エンジン１のブロックに設けられた各シリンダ２内には、
ピストン３が配設されている。ピストン３は、軸線方向に往復摺動可能とされ、
リンクロッド４によってクランクシャフト（図示せず）と連結されている。

【００２９】 ピストン３の上端部では、エンジン１のブロックに接続されたシリンダヘッド
７に設けられかつピストン３に対面するように配置されたキャビティ６と、この
ピストン３のヘッド８の端面９とによって、燃焼室５が画成されている。

【００３０】 シリンダヘッド７のキャビティ６は、“ルーフ”タイプのシリンダであり、互
いに集合し燃焼室５の頂上部において接続している２つの傾斜面によって実質的
に形成されている。

【００３１】 シリンダヘッド７には、ピストン３及び燃焼室５の軸線Ｘ−Ｘと同軸状に点火
プラグ１０が取付けられており、その電極１１は燃焼室５の頂上部に配置されて
いる。

【００３２】 シリンダヘッド７には、燃料ジェット１３を燃焼室５内へ直接噴射するように
、燃料噴射装置１２も取付けられている。燃料ジェット１３は、便宜上、噴射装
置の軸線として示している軸線Ｙ−Ｙに中心合せされている。この軸線Ｙ−Ｙは
、軸線Ｘ−Ｘに対して、この例では７３°の角度で傾斜配置されており、軸線Ｘ
−Ｘに交差する半径方向面内に含まれ、かつキャビティ６を形成する２つの傾斜
面６ａ，６ｂのうちの一方６ａの（図１の面に対して垂直方向で見て）中心に配
置されている。燃料噴射装置１２は、この面６ａのベース部、すなわち、シリン
ダ２の上端部付近かつ２つの吸気口１４の間に設けられている。吸気口１４は、
符号１５で示すような空気導入管の下流側に配置され、符号１６で示すような吸
気弁によって選択的に開閉される。一方、キャビティ６の他方の傾斜面６ｂには
排気口１７が設けられ、排気管１９の上流側端部において排気弁１８によって選
択的に開閉される。吸気管１５及び排気管１９は、シリンダヘッド７内に設けら
れている。

【００３３】 噴射装置１２と同じ側に配置された吸気口１４を通じて空気が燃焼室５内に吸
入され、一方、燃焼室５内における空気／燃料混合物の燃焼の結果生じる燃焼ガ
スは、燃焼室５の他方の側にある排気口１７及びそれに対応する管１９を通じて
排出される。

【００３４】 変更形態として、エンジンは、１または２以上の吸気弁１６、及び／または、
１または複数の排気弁１８を備えていてもよい。

【００３５】 図１には、軸線Ｘ−Ｘと軸線Ｙ−Ｙとで定義される半径方向面で切った状態で
、上死点と下死点との中間位置にあるピストンヘッド８の端面９の断面を示して
いる。一方、図２は、この端面９を、軸線Ｘ−Ｘ方向から見た平面図で示してい
る。

【００３６】 この端面９は、軸線Ｘ−Ｘに垂直な平面である輪郭リング部２０を有している
。輪郭リング部２０の内側において端面９は、凹状の、実質的にボウル形の凹所
２１を有している。その凹面は、燃焼室５に面し、軸線Ｘ−Ｘの一側に、より詳
しくは噴射装置１２側に偏心して配置されている。凹所２１は、この軸線Ｘ−Ｘ
の反対側、すなわち排気側にも部分的に延在している。

【００３７】 上端面９は、輪郭平面リング部２０の内側に、ボス部２２も有している。ボス
部２２は、輪郭リング部２０に対して燃焼室５側に突出し、軸線Ｘ−Ｘから排気
側に偏心して配置されている。しかし、図２から分かるように、平面図で見たボ
ス部２２の形状は馬蹄形または三日月形であり、半径方向に最も幅広のベース部
２２ａは、軸線Ｘ−Ｘから排気側にオフセットして（１または複数の弁１８に面
して）配置されている。このベース部２２ａは２つの側方ウィング部２２ｂにつ
ながっており、ウィング部２２ｂの半径方向幅は、凹所２１とリング部２０との
間で徐々に減少するように形成されている。

【００３８】 こうして凹所２１は、その輪郭の大部分を馬蹄形ボス部２２によって囲まれ、
輪郭の残りの部分を輪郭リング部２０の円弧２０ａによって囲まれている。円弧
２０ａは、図２に示す直径方向Ｚ−Ｚに関して両側対称に角度に応じて変化する
ような幅を有していてもよい。

【００３９】 凹所２１及びボス部２２は共に、軸線Ｘ−Ｘに垂直かつ噴射装置１２の軸線Ｙ
−Ｙ含む半径方向面内の直径方向Ｚ−Ｚに関して対称形状とされている。

【００４０】 ボス部２２は、凹所２１とボス部２２との接続部の上方にオーバーハング型リ
ム２３を有している。このオーバーハング型リム２３の程度は、軸線Ｘ−Ｘに垂
直な方向から見て、直径方向Ｚ−Ｚで最大であり、ボス部２２のベース部２２ａ
において、及びベース部２２ａに隣接するウィング部２２ｂにおいて、直径方向
Ｚ−Ｚの両側で徐々に減少して目立たなくなり、ボス部２２のウィング部２２ｂ
の終端において完全に消失するように形成されている。この様子は、図２におい
て、リム２３を実線で、オーバーハング部の底部を破線で示すことにより図示し
ている。

【００４１】 加えて、オーバーハング型リム２３はシャープエッジによって画成されておら
ず、凹所２１の凹状延在面と、燃焼室５に向けて凸状に形成されたボス部２２の
上面２４とは、丸みを有する断面形状で接続されている。

【００４２】 他の変更形態として、図１に破線で示すように、ボス部２２はそのベース部２
２ａに、凸形状が緩和され、しかし、（軸線Ｘ−Ｘに垂直の）半径方向に、より
大きく張出した上面２４を有していてもよい。この場合、ボス部２２のベース部
２２ａの背後、すなわち部分２０ｂにおいて輪郭リング部２０の直径方向Ｚ−Ｚ
の幅は最小であり（図２参照）、その幅は、この最小部分２０ｂの両側で徐々に
増大し、ボス部２２のウィング部２２ｂの側方部における部分２０ｃで最大とな
る。

【００４３】 さらに、軸線Ｘ−Ｘに平行な方向から見た凹所２１の深さは、ボス部２２のベ
ース部２２ａに隣接する凹所２１の部分から、輪郭リング部２０の直近、すなわ
ち１または複数の吸気弁１６に面しかつ噴射装置１２の下方に位置する凹所２１
の部分に向けて増大している。

【００４４】 ピストン３が上死点に向けて移動し遅延噴射の際に噴射装置１２によって噴射
される燃料ジェット１３は、凹所２１内、すなわち、ボス部２２のベース部２２
ａの高さにあるオーバーハング型リム２３及びこのオーバーハング型リム２３の
下方部分に向けられる。ピストンヘッド８の端面９の特別な形状と、傾斜した噴
射装置１２及び軸線方向プラグ１０に対する端面９の特別な配置とによって、ガ
イド作用が組合せ形成される。ガイド作用は、第１に軽量部分（蒸気及び小径液
滴）に対しては空気力学的に、第２に重量部分（大径液滴）に対しては固体壁面
として作用する。このようなガイド作用によって、プラグ１０の方へ方向転換さ
れる燃料ジェットと共に卓越した空気／燃料混合物と燃料蒸気が生成され、同時
に、凹所２１の中央領域において燃料／酸化剤混合物に顕著な局所乱流が与えら
れ、希薄混合物を用いた運転においても、良好に微粒子化された混合物がプラグ
１０に触れ、この混合物の良好な燃焼が保証される。

【００４５】 同様に、吸入段階において空気と燃料とが理論混合比で、かつ一様混合状態で
噴射装置によって供給される際にも、本発明が提供する形状によれば、燃焼室５
の中央部、プラグ１０の電極１１の直近において、理論混合比状態の領域の形成
が可能である。

【００４６】 圧縮段階及び燃焼段階において、燃焼室５の周辺領域、すなわち、１または複
数の排気弁１８の下方に存在する未燃焼ガスの移動は、このようなガスを吹払う
装置によって改善される。この作用は、半径方向に最大幅を有するベース部２２
ａにおいても半径方向に最小幅を有するウィング部２２ｂにおいても、ボス部２
２の上面２４が凸形状であること、及び、輪郭リング部２０の幅が、直径方向Ｚ
−Ｚ方向で見てボス部２２のベース部２２ａの背後に位置する最小部分２０ｂか
ら、軸線Ｘ−Ｘに対してボス部２２のウィング部２２ｂの背後に位置する最も幅
広の側方部分２０ｃまで徐々に増大することによって実現される。

【００４７】 このように、オーバーハング型リム２３と輪郭リング部２０との間に位置する
ボス部２２の凸形状は、燃焼性の悪い混合物によって占有される燃焼室５の容積
を減少させる。

【００４８】 さらに、シャープエッジではなく丸みのある断面を有するオーバーハング型リ
ム２３は、燃焼室５内のガスにスワール運動を生じさせることが可能である。こ
のような形状を用いない場合、スワール運動は、空気供給サーキットの上流側に
配置された特定の手段によって少なくとも部分的に生成されなければならない。

【００４９】 凹所２１の変化する深さは、ピストン３の直径と、ピストン３及びチャンバ５
の軸線Ｘ−Ｘに対して噴射装置１２の軸線Ｙ−Ｙが有する傾きとに応じて最適化
することができる。軸線Ｙ−Ｙの傾きは、約８０°〜４５°であることが好まし
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が提供するピストンと燃焼室とを備えた内燃機関の概略部
分断面図である。

【図２】 図１に示すピストンヘッドと、対応するシリンダの断面とを示す
平面図である。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ３ ピストン ５ 燃焼室 ６ キャビティ ６ａ，６ｂ キャビティの傾斜面 ７ シリンダヘッド ８ ピストンヘッド ９ 端面 １０ 点火プラグ １２ 燃料噴射装置 １３ 燃料ジェット １５ 空気導入管 １６ 吸気弁 １８ 排気弁 １９ 排気管 ２０ 輪郭平面リング部 ２０ａ 円弧 ２１ 凹所 ２２ 馬蹄形ボス部 ２２ａ 馬蹄形ボス部のベース部 ２２ｂ 馬蹄形ボス部のウィング部 ２３ オーバーハング型リム ２４ 凸状面 Ｘ−Ｘ ピストンの軸線 Ｚ−Ｚ 直径方向 Ｙ−Ｙ 噴射装置の傾斜軸線

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年７月２５日（２０００．７．２５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【請求項３】 前記ピストン（３）の軸線（Ｘ−Ｘ）に平行な方向から見た
前記凹所（２１）の深さは、前記馬蹄形ボス部（２２）の前記ベース部（２２ａ
）から離れた該凹所（２１）の部分ほど深くなるように変化していることを特徴
とする請求項１または２に記載のピストン。

【請求項４】 前記馬蹄形ボス部（２２）は、前記燃焼室（５）に面する凸
状面（２４）を有し、前記ピストン（３）の軸線（Ｘ−Ｘ）に対する前記凸状面
の幅は、ピストンヘッド（８）上の凹所（２１）及びボス部（２２）の対称軸に
一致する直径方向（Ｚ−Ｚ）において最大であり、この方向（Ｚ−Ｚ）から両側
に前記馬蹄形ボス部（２２）の両ウィング部（２２ｂ）に向けて徐々に減少する
ように形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の
ピストン。

【請求項５】 前記輪郭平面リング部（２０）は、前記凹所（２１）から見
て前記ボス部（２２）に続く位置かつ前記直径方向（Ｚ−Ｚ）において最小とな
っている変化する半径方向幅を有し、前記輪郭リング部（２０）の幅は、最小幅
部分（２０ｂ）から両側に、前記馬蹄形ボス部（２２）の両ウィング部（２２ｂ
）に向けて徐々に増大するように形成されていることを特徴とする請求項１から ４ のいずれか１項に記載のピストン。

【請求項６】 前記輪郭リング部（２０）の円弧（２０ａ）は、前記直径方
向（Ｚ−Ｚ）に関して両側対称に角度に応じて変化する幅を有していることを特
徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のピストン。

【請求項７】 制御式点火装置と直接噴射装置とを備えた内燃機関（１）の
燃焼室であり、該燃焼室（５）は、シリンダ（２）内で軸線方向に摺動可能とさ
れたピストン（３）のヘッド（８）と、前記シリンダ（２）と、前記シリンダ（
２）につながるようにシリンダヘッド（７）内に設けられかつ前記ピストンヘッ
ド（８）に対面配置されたキャビティ（６）とによって画成され、点火プラグ（
１０）が前記ピストン（３）と略同軸状態で前記シリンダヘッド（７）内に設け
られ、少なくとも１つの燃料ジェット（１３）を前記ピストン（３）の軸線（Ｘ
−Ｘ）に対して傾斜した軸線（Ｙ−Ｙ）に沿って該燃焼室（５）内へ噴射するた
めに燃料噴射装置（１２）が前記シリンダヘッド（７）内に設けられている燃焼
室において、 前記ピストン（３）は、請求項１から６のいずれか１項に記載のものであり、
前記燃料ジェット（１３）の傾斜軸線（Ｙ−Ｙ）は、前記ピストン（３）の軸線
（Ｘ−Ｘ）と交差する半径方向面内で前記凹所（２１）及び前記ピストンヘッド
（８）のボス部（２２）の対称軸に一致する前記直径方向（Ｚ−Ｚ）に配置され
、前記燃料ジェット（１３）は、前記凹所（２１）内に向けて、かつ前記馬蹄形
ボス部（２２）のベース部（２２ａ）の前記オーバーハング型リム（２３）に向
けて噴射されることを特徴とする燃焼室。

【請求項８】 前記シリンダヘッド（７）の対応するキャビティ（６）は、
２つの傾斜面（６ａ，６ｂ）を有し実質的にルーフ形のキャビティであり、傾斜
面の一方（６ａ）には、前記噴射装置（１２）と、少なくとも１つの吸気弁（１
６）によって選択的に開閉されかつ実質的に前記ピストンヘッド（８）の前記凹
所（２１）に面する少なくとも１つの空気導入管（１５）とが設けられ、前記傾
斜面の他方（６ｂ）には、少なくとも１つの排気弁（１８）によって選択的に開
閉されかつ実質的に前記ピストンヘッド（８）の前記ボス部（２２）に面する少
なくとも１つの排気管（１９）が設けられていることを特徴とする請求項７に記
載の燃焼室。

【請求項９】 前記噴射装置（１２）は、前記燃料ジェット（１３）の軸線
（Ｙ−Ｙ）が前記ピストン（３）の軸線（Ｘ−Ｘ）に対して約８０°〜約４５°
の角度をなすように、前記ピストン（３）の軸線（Ｘ−Ｘ）に対して傾斜配置さ
れていることを特徴とする請求項７または８に記載の燃焼室。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関、特に制御式点火装置と直接燃料噴射とを有する内
   燃機関に用いられる能動的ガイドヘッドを有するピストンであって、前記ピスト
   ン（３）のヘッド（８）の端面（９）は、前記ピストン（３）を軸線方向に摺動
   可能に収容する前記内燃機関のシリンダ（２）と、前記シリンダ（２）に接続さ
   れるシリンダヘッド（７）内に前記ピストン（３）のヘッド（８）に面するよう
   に配置されたキャビティ（６）と共に燃焼室（５）を画成し、前記端面（９）は
   、前記ピストン（３）の軸線（Ｘ−Ｘ）に垂直である輪郭平面リング部（２０）
   の内側に、第１に、前記燃焼室（５）側に開口する凹状底部を有しかつ前記ピス
   トン（３）の軸線（Ｘ−Ｘ）から一側に偏心して配置されたボウル形の凹所（２
   １）を、第２に、前記輪郭リング部（２０）から燃焼室（５）に向けて突出しか
   つ前記ピストンの軸線（Ｘ−Ｘ）から他側に偏心して配置されたボス部（２２）
   を有し、前記凹所（２１）及び前記ボス部（２２）は、前記ピストンヘッド（８
   ）の直径方向（Ｚ−Ｚ）に対して対称に形成されているピストンにおいて、 前記ボス部（２２）は、前記ピストン（３）の軸線（Ｘ−Ｘ）に平行な方向か
   ら見た平面視で、前記凹所（２１）を部分的に取囲む略馬蹄形をなし、前記凹所
   はまた前記輪郭平面リング部（２０）の円弧（２０ａ）によって囲まれ、前記ボ
   ス部（２２）はさらに、前記凹所（２１）と該ボス部（２２）との接続部にオー
   バーハングしかつ少なくとも略馬蹄形ボス部（２２）のベース部（２２ａ）及び
   略馬蹄形ボス部（２２）の前記ベース部（２２ａ）に隣接する複数のウィング部
   （２２ｂ）の高さに、リム（２３）を有していることを特徴とするピストン。
2. 【請求項２】 前記オーバーハング型リム（２３）は、丸みのある断面を有
   するリムであることを特徴とする請求項１に記載のピストン。
3. 【請求項３】 前記リム（２３）のオーバーハングの程度は、前記ピストン
   （３）の軸線（Ｘ−Ｘ）に垂直な面で見て、前記馬蹄形ボス部（２２）のベース
   部（２２ａ）の中央から該ボス部（２２）の２つのウィング部（２２ｂ）の終端
   に向けて徐々に縮小し、前記ウィング部の終端でオーバーハングは実質的にゼロ
   となっていることを特徴とする請求項１または２に記載のピストン。
4. 【請求項４】 前記ピストン（３）の軸線（Ｘ−Ｘ）に平行な方向から見た
   前記凹所（２１）の深さは、前記馬蹄形ボス部（２２）の前記ベース部（２２ａ
   ）から離れた該凹所（２１）の部分ほど深くなるように変化していることを特徴
   とする請求項１から３のいずれか１項に記載のピストン。
5. 【請求項５】 前記馬蹄形ボス部（２２）は、前記燃焼室（５）に面する凸
   状面（２４）を有し、前記ピストン（３）の軸線（Ｘ−Ｘ）に対する前記凸状面
   の幅は、ピストンヘッド（８）上の凹所（２１）及びボス部（２２）の対称軸に
   一致する直径方向（Ｚ−Ｚ）において最大であり、この方向（Ｚ−Ｚ）から両側
   に前記馬蹄形ボス部（２２）の両ウィング部（２２ｂ）に向けて徐々に減少する
   ように形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の
   ピストン。
6. 【請求項６】 前記輪郭平面リング部（２０）は、前記凹所（２１）から見
   て前記ボス部（２２）に続く位置かつ前記直径方向（Ｚ−Ｚ）において最小とな
   っている変化する半径方向幅を有し、前記輪郭リング部（２０）の幅は、最小幅
   部分（２０ｂ）から両側に、前記馬蹄形ボス部（２２）の両ウィング部（２２ｂ
   ）に向けて徐々に増大するように形成されていることを特徴とする請求項１から
   ５のいずれか１項に記載のピストン。
7. 【請求項７】 前記輪郭リング部（２０）の円弧（２０ａ）は、前記直径方
   向（Ｚ−Ｚ）に関して両側対称に角度に応じて変化する幅を有していることを特
   徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のピストン。
8. 【請求項８】 制御式点火装置と直接噴射装置とを備えた内燃機関（１）の
   燃焼室であり、該燃焼室（５）は、シリンダ（２）内で軸線方向に摺動可能とさ
   れたピストン（３）のヘッド（８）と、前記シリンダ（２）と、前記シリンダ（
   ２）につながるようにシリンダヘッド（７）内に設けられかつ前記ピストンヘッ
   ド（８）に対面配置されたキャビティ（６）とによって画成され、点火プラグ（
   １０）が前記ピストン（３）と略同軸状態で前記シリンダヘッド（７）内に設け
   られ、少なくとも１つの燃料ジェット（１３）を前記ピストン（３）の軸線（Ｘ
   −Ｘ）に対して傾斜した軸線（Ｙ−Ｙ）に沿って該燃焼室（５）内へ噴射するた
   めに燃料噴射装置（１２）が前記シリンダヘッド（７）内に設けられている燃焼
   室において、 前記ピストン（３）は、請求項１から７のいずれか１項に記載のものであり、
   前記燃料ジェット（１３）の傾斜軸線（Ｙ−Ｙ）は、前記ピストン（３）の軸線
   （Ｘ−Ｘ）と交差する半径方向面内で前記凹所（２１）及び前記ピストンヘッド
   （８）のボス部（２２）の対称軸に一致する前記直径方向（Ｚ−Ｚ）に配置され
   、前記燃料ジェット（１３）は、前記凹所（２１）内に向けて、かつ前記馬蹄形
   ボス部（２２）のベース部（２２ａ）の前記オーバーハング型リム（２３）に向
   けて噴射されることを特徴とする燃焼室。
9. 【請求項９】 前記シリンダヘッド（７）の対応するキャビティ（６）は、
   ２つの傾斜面（６ａ，６ｂ）を有し実質的にルーフ形のキャビティであり、傾斜
   面の一方（６ａ）には、前記噴射装置（１２）と、少なくとも１つの吸気弁（１
   ６）によって選択的に開閉されかつ実質的に前記ピストンヘッド（８）の前記凹
   所（２１）に面する少なくとも１つの空気導入管（１５）とが設けられ、前記傾
   斜面の他方（６ｂ）には、少なくとも１つの排気弁（１８）によって選択的に開
   閉されかつ実質的に前記ピストンヘッド（８）の前記ボス部（２２）に面する少
   なくとも１つの排気管（１９）が設けられていることを特徴とする請求項８に記
   載の燃焼室。
10. 【請求項１０】 前記噴射装置（１２）は、前記燃料ジェット（１３）の軸
    線（Ｙ−Ｙ）が前記ピストン（３）の軸線（Ｘ−Ｘ）に対して約８０°〜約４５
    °の角度をなすように、前記ピストン（３）の軸線（Ｘ−Ｘ）に対して傾斜配置
    されていることを特徴とする請求項８または９に記載の燃焼室。