JP2008184930A - 内燃機関用ピストン及びそのピストンが適用された内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ピストン頂面23の中央部に、センタタンブル流の径を大きく確保する機能部分としてのセンタタンブル流案内領域28Aを形成する。ピストン頂面23の両側部分に、シリンダボア内壁の影響を受けることなく上記センタタンブル流の流線方向に略平行な流線を有するサイドタンブル流を生成する機能部分としてのサイドタンブル流案内領域28B,28Bを形成する。
【選択図】図4
Description
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、ピストン頂面に形成されるタンブル流維持用の凹部として、ピストン頂面中央部においてタンブル流(センタタンブル流)の径を大きく確保する機能部分と、ピストン頂面両側部分においてシリンダボア内壁の影響を受けることなく、このピストン頂面両側部分に上記センタタンブル流の流線方向に略平行なタンブル流(サイドタンブル流)を生成することができる機能部分とを備えさせるようにしている。
具体的に、本発明は、頂面にタンブル流維持のための凹部が形成された内燃機関用ピストンを前提とする。この内燃機関用ピストンに対し、上記凹部に、タンブル流軸線に沿う方向の中央部分に形成された「センタタンブル流案内領域」と、上記タンブル流軸線に沿う方向において上記「センタタンブル流案内領域」の両外側に連続形成された「サイドタンブル流案内領域」とを備えさせる。そして、上記「センタタンブル流案内領域」の外縁形状として、上記タンブル流軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を、タンブル流軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって次第に小さくしていく「タンブル径絞り部分」を有する形状とする。一方、上記「サイドタンブル流案内領域」の外縁形状として、上記タンブル流軸線に対して略平行に延びる「タンブル径維持部分」を有する形状としている。
図1は、本実施形態に係るエンジン(内燃機関)1の燃焼室10及びその周囲の構成を示す断面図である。この図1に示すように、本実施形態に係るエンジン1は、1気筒に2つの吸気バルブ12と2つの排気バルブ22とをそれぞれ備えた4バルブ式の多気筒ガソリンエンジンである。尚、図1では、1つの気筒のみを示しており、また、吸気バルブ12及び排気バルブ22についても、それぞれ1つのバルブのみを示している。
−ECU−
上述したエンジン1の運転状態は、ECU(電子制御ユニット)7によって制御される。このECU7は、図示しないCPU、ROM、RAM及びバックアップRAMなどを備えている。ROMは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPUは、ROMに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、RAMは、CPUでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップRAMは、例えばエンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
次に、上記タンブルコントロールバルブ15の制御によって気筒内でのタンブル流を調整するよう構成された吸気系について説明する。
次に、本実施形態において特徴とする部材であるピストン2の構成につい説明する。本実施形態に係るピストン2は、アルミニウム合金の鋳造加工により成形されており、図1に示すように、コネクティングロッド8の小端部がピストンピン2dにより連結されている。また、ピストン2は、その外周面に形成された複数(本実施形態では3つ)のリング溝のそれぞれにピストンリング2a,2b,2cが装着されている。
次に、上述した本実施形態の効果を確認するために行った実験及びその結果について説明する。この実験では、従来形状の凹部を頂面に備えたピストン(図12に示すもの)と、上記実施形態に係るピストン2とをそれぞれエンジン(4気筒直列ガソリンエンジン)に組み込み、点火プラグ3の点火時期を徐々に遅角させていった場合の遅角限界(エンジンストールに至る限界遅角量)を比較した(実験1)。また、空燃比を徐々に希薄(リーン)に移行させていった場合のリーン限界(エンジンストールに至る限界空燃比)を比較した(実験2)。
次に、上記タンブル流維持凹部28の変形例について説明する。図11(a)及び図11(b)はタンブル流維持凹部28の変形例を示すピストン頂面23の平面図である(バルブリセスを省略している)。
以上説明した実施形態及び変形例は、自動車用の多気筒ガソリンエンジンに使用されたピストンとして本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、自動車用ディーゼルエンジンへの適用も可能である。また、自動車用に限らず、その他のエンジンにも適用可能である。また、気筒数、タンブルコントロールバルブ15の有無など、その他エンジンの仕様は特に限定されるものではない。
2 ピストン
2e ピストンピン孔
23 頂面
28 タンブル流維持凹部
28A センタタンブル流案内領域
28B サイドタンブル流案内領域
L1 ピストンピン孔の軸線,タンブル流軸線
A1 タンブル径絞り部分
A2 タンブル径維持部分
R 稜線
R1 変曲部
Claims (9)
- 頂面にタンブル流維持のための凹部が形成された内燃機関用ピストンにおいて、
上記凹部は、タンブル流軸線に沿う方向の中央部分に形成された「センタタンブル流案内領域」と、上記タンブル流軸線に沿う方向において上記「センタタンブル流案内領域」の両外側に連続形成された「サイドタンブル流案内領域」とを備えており、
上記「センタタンブル流案内領域」の外縁形状は、上記タンブル流軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を、タンブル流軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって次第に小さくしていく「タンブル径絞り部分」を有する形状となっている一方、
上記「サイドタンブル流案内領域」の外縁形状は、上記タンブル流軸線に対して略平行に延びる「タンブル径維持部分」を有する形状となっていることを特徴とする内燃機関用ピストン。 - 頂面にタンブル流維持のための凹部が形成された内燃機関用ピストンにおいて、
上記凹部は、ピストンピン孔の軸線に沿う方向の中央部分に形成された「センタタンブル流案内領域」と、上記ピストンピン孔の軸線に沿う方向において上記「センタタンブル流案内領域」の両外側に連続形成された「サイドタンブル流案内領域」とを備えており、
上記「センタタンブル流案内領域」の外縁形状は、上記ピストンピン孔の軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を、ピストンピン孔の軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって次第に小さくしていく「タンブル径絞り部分」を有する形状となっている一方、
上記「サイドタンブル流案内領域」の外縁形状は、上記ピストンピン孔の軸線に対して略平行に延びる「タンブル径維持部分」を有する形状となっていることを特徴とする内燃機関用ピストン。 - 頂面にタンブル流維持のための凹部が形成された内燃機関用ピストンにおいて、
上記凹部の外縁を成す稜線は、タンブル流軸線に沿う方向の中央部分よりタンブル流軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かうに従って、上記タンブル流軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を小さくしていく「漸次変化稜線」から、「変曲部」を経て、タンブル流軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって上記凹部幅寸法を略一定に維持する「幅寸法一定稜線」に亘って連続して形成されていることを特徴とする内燃機関用ピストン。 - 頂面にタンブル流維持のための凹部が形成された内燃機関用ピストンにおいて、
上記凹部の外縁を成す稜線は、ピストンピン孔の軸線に沿う方向の中央部分よりピストンピン孔の軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かうに従って、上記ピストンピン孔の軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を小さくしていく「漸次変化稜線」から、「変曲部」を経て、ピストンピン孔の軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって上記凹部幅寸法を略一定に維持する「幅寸法一定稜線」に亘って連続して形成されていることを特徴とする内燃機関用ピストン。 - バルブとの干渉を回避するための凹所であるバルブリセスとタンブル流維持のための凹部とが頂面に形成され、且つ上記バルブリセスの形成領域と上記凹部の形成領域とが重なり合う構成とされた内燃機関用ピストンにおいて、
上記バルブリセスの形成領域と凹部の形成領域とが重なり合う部分においてこれら領域により形成される稜線上には、タンブル流軸線に沿う方向の中央部分よりタンブル流軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かうに従って、上記タンブル流軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を小さくしていく「漸次変化稜線」と、タンブル流軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって上記凹部幅寸法を略一定に維持する「幅寸法一定稜線」との繋ぎ部分となる「変曲部」が存在していることを特徴とする内燃機関用ピストン。 - バルブとの干渉を回避するための凹所であるバルブリセスとタンブル流維持のための凹部とが頂面に形成され、且つ上記バルブリセスの形成領域と上記凹部の形成領域とが重なり合う構成とされた内燃機関用ピストンにおいて、
上記バルブリセスの形成領域と凹部の形成領域とが重なり合う部分においてこれら領域により形成される稜線上には、ピストンピン孔の軸線に沿う方向の中央部分よりピストンピン孔の軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かうに従って、上記ピストンピン孔の軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を小さくしていく「漸次変化稜線」と、ピストンピン孔の軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって上記凹部幅寸法を略一定に維持する「幅寸法一定稜線」との繋ぎ部分となる「変曲部」が存在していることを特徴とする内燃機関用ピストン。 - 上記請求項5記載の内燃機関用ピストンにおいて、
バルブリセスは、互いに隣り合う2個の吸気側バルブリセスと、互いに隣り合う2個の排気側バルブリセスとを備えており、上記凹部のうちタンブル流軸線に直交する方向において最も幅寸法の長い部分が吸気側バルブリセス同士の中間位置と排気側バルブリセス同士の中間位置との間の領域に設定されていることを特徴とする内燃機関用ピストン。 - 上記請求項6記載の内燃機関用ピストンにおいて、
バルブリセスは、互いに隣り合う2個の吸気側バルブリセスと、互いに隣り合う2個の排気側バルブリセスとを備えており、上記凹部のうちピストンピン孔の軸線に直交する方向において最も幅寸法の長い部分が吸気側バルブリセス同士の中間位置と排気側バルブリセス同士の中間位置との間の領域に設定されていることを特徴とする内燃機関用ピストン。 - 上記請求項1〜8のうち何れか一つに記載の内燃機関用ピストンがシリンダボア内に配設され、燃焼室内での混合気の燃焼に伴う内燃機関用ピストンの往復移動によって動力を発生する構成とされたことを特徴とする内燃機関。
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