JP2006207443A

JP2006207443A - 頂面回転式ピストン

Info

Publication number: JP2006207443A
Application number: JP2005019347A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nomura; 啓野村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】簡素な構造で燃焼室内に気流を発生させる頂面回転式ピストンを提供する。
【解決手段】ピストン本体２と頂面回転体１とに２分割し、頂面回転体１を、軸受３を介してピストン本体２と接続した頂面回転式ピストン１００であって、頂面回転式ピストン１００を収容するシリンダ４内へ吸気する吸気ポートが、吸気の際に気流を生じさせる吸気ポート５ａ及び吸気ポート５ｂであり、頂面回転体１の頂面に、羽根１ｂを形成する。これにより、吸気行程で頂面回転体１に回転力が発生し、頂面回転体１は回転する。そして、吸気行程終了後も、慣性力によって頂面回転体１は回転し続ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室内に気流を発生させる頂面回転式ピストンに関する。

従来、内燃機関においては、燃焼速度向上を目的として、燃焼室に空気を吸入する吸気ポートを螺旋状に形成したヘリカルポートや、コントロールバルブを備えた可変吸気ポートが提案されている。これらの吸気ポートにより吸気すると、燃焼室内にはスワール（横渦）やタンブル（縦渦）といった気流が発生する。このような気流は、燃焼室内の空気と燃料との混合及び燃焼を促進する。

このような吸気ポートを採用した場合には、燃焼室内に充分な気流を発生させることができる。その一方、内燃機関の吸気行程で気流を発生させているため、圧縮行程では、発生させた気流が相当減衰してしまう。そのため、特許文献１では、以下のような技術が提案されている。特許文献１によると、油圧を動力源として、ピストン上部に備えられた有底円筒体の側面にオイルを噴射して、この円筒体を回転させる。この円筒体の円筒内周面には、フィンが設けられており、回転により燃焼室内に旋回空気流を発生させる。また、非特許文献１によれば、ピストン内に備えられた羽根車にオイルを噴射することにより、ピストン頂面に設けられて、羽根車と連結した回転体を回転させる。この回転体上面にフィンを備えることにより、回転時に燃焼室内に旋回空気流を発生させることが可能である。
特開平６−２６１４号公報公技番号２００３−５０３３７７号公報

しかしながら、特許文献１及び非特許文献１の技術では、ピストン上部に備えられた回転体を、油圧機構を用いて回転させている。そのため、構造が複雑で高コスト化を招く。

そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、簡素な構造で内燃機関の燃焼室内に気流を発生させる頂面回転式ピストンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ピストン本体と頂面回転体とに２分割し、該頂面回転体を、軸受を介して前記ピストン本体と接続した頂面回転式ピストンであって、前記頂面回転式ピストンを収容するシリンダ内へ、吸気の際に気流を生じさせる吸気ポートを連通し、前記頂面回転体の頂面に、羽根状の構造を備えることを特徴とする。

本発明では、吸気行程で発生した気流が、頂面回転体の頂面に備えられた羽根状の構造に当たる。これにより、頂面回転体に回転力が発生する。そして、吸気行程終了後も、慣性力によって頂面回転体は回転し続ける。この結果、内燃機関の圧縮行程においても、燃焼室内に気流を発生させることができる。

本発明によれば、内燃機関のとりわけ圧縮行程において、簡素な構造で燃焼室内に気流を発生させる頂面回転式ピストンを提供可能である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、本発明に係る頂面回転式ピストンの構成を示す図である。本ピストンは、例えば自動車等の内燃機関で使用される。図１（ａ）は、頂面回転式ピストン１００の断面図であり、図１（ｂ）は、頂面回転式ピストン１００の上面図である。図１（ａ）に示すように、頂面回転式ピストン１００は、頂面回転体１、ピストン本体２、軸受３により構成される。頂面回転体１は、段部を有する略円盤状の部材であり、略円盤状の軸受圧入部１ａが、頂面回転体１の円盤中心と略同心になるよう形成されている。ピストン本体２は、有底円筒状の部材であり、円筒内部には図示しないピストンピンを支持するためのピストンボス２ｂが設けられている。また、ピストン本体２の上面には、有底円筒状の軸受保持部２ａが、ピストン本体２の円筒中心と略同心に形成されている。軸受３は、頂面回転体１の軸受圧入部１ａに圧入により固定されている。さらに、軸受３の外周部をピストン本体２の軸受保持部２ａの内周部と嵌合し、軸受３をピストン本体２に圧入する。これにより、頂面回転体１は、ピストン本体２に対し、軸受３を介して回転自在に保持される。また、頂面回転体１の頂面には、図１（ｂ）に示すように、放射線状に複数の羽根１ｂを形成する。

図２は、吸気ポートが吸気の際に気流を生じさせることによる、頂面回転体１の回転動作を示す図である。また、図２は、頂面回転式ピストン１００を上面から見た図でもある。シリンダ４が形成されている図示しないシリンダブロック上には、図示しないシリンダヘッドが組み付けられている。シリンダヘッド、シリンダ４内面及び頂面回転式ピストン１００の頂面によって、図示しない燃焼室が形成される。シリンダヘッドには、この燃焼室に通じる第１排気ポート６ａ及び第２排気ポート６ｂが形成されており、排気行程ではこれらの排気ポートからシリンダ内の気体を排気する。また、シリンダヘッドには、同様に燃焼室に通じる第１吸気ポート５ａ及び第２排気ポート５ｂが形成されている。第１吸気ポート５aには、第１吸気ポート５ａの流路を遮断可能なＳＣＶ（スワールコントロールバルブ）７が備えられている。このような吸気ポートは、可変吸気ポートと呼ばれる。

この構成で、吸気行程において、ＳＣＶ７を制御し第１吸気ポート５ａの流路を遮断すると、燃焼室への吸気は、第２吸気ポート５ｂからの吸気のみになる。これによって、燃焼室内には、スワール（横渦）８と呼ばれる気流が発生する。このスワール８は、燃焼室内を周方向に旋回する気流である。そして、このスワール８は、頂面回転体１に形成された羽根１ｂに当たる。これにより、頂面回転体１に回転力が発生し、頂面回転体１は、回転方向９の方向へ回転する。そして、吸気行程終了後も、慣性力によって頂面回転体１は回転し続ける。これによって、内燃機関の圧縮行程においても、燃焼室内に気流を発生させることができる。以上により、内燃機関のとりわけ圧縮行程において、簡素な構造で燃焼室内に気流を発生させる頂面回転式ピストンを実現可能である。

なお、吸気ポートは可変吸気ポートでなくてもよく、燃焼室内に気流、とりわけスワールを発生させることが可能な吸気ポートであればよい。例えば、可変吸気ポートの代わりに、吸気ポートを螺旋状に形成したヘルカルポートを適用してもよい。また、羽根１ｂに限らず、頂面回転体１の頂面には、頂面回転体１の回転により気流を発生させることができる構造を適用可能である。また、羽根１ｂを形成する手段は、鍛造加工や機械加工等、形成するにあたっての適宜の手段で構わない。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

本発明に係る頂面回転式ピストン１００の構成を示す図本発明に係る頂面回転体１の回転動作を示す図

符号の説明

１頂面回転体
１ａ軸受圧入部
１ｂ羽根
２ピストン本体
２ａ軸受保持部
２ｂピストンボス
３軸受
４シリンダ
５ａ第１吸気ポート
５ｂ第２吸気ポート
６ａ第１排気ポート
６ｂ第２排気ポート
７ＳＣＶ（スワールコントロールバルブ）
８スワール
９回転方向

Claims

ピストン本体と頂面回転体とに２分割し、該頂面回転体を、軸受を介して前記ピストン本体と接続した頂面回転式ピストンであって、
前記頂面回転式ピストンを収容するシリンダ内へ、吸気の際に気流を生じさせる吸気ポートを連通し、
前記頂面回転体の頂面に、羽根状の構造を備えることを特徴とする頂面回転式ピストン。