JP2012021467A - Piston of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気筒内にタンブル流を起こさせる内燃機関のピストンに関するものである。 The present invention relates to a piston of an internal combustion engine that causes a tumble flow in a cylinder.
従来、内燃機関において、吸入空気と燃料との混合や混合気の燃焼時に生じる火炎の伝播を促進するために、気筒内においてピストンの往復動方向に渦巻く気流であるタンブル流を発生させている。特には、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式の内燃機関において、均質燃焼を行う際に、タンブル流が発生するようにしている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an internal combustion engine, a tumble flow that is an airflow swirling in a reciprocating direction of a piston is generated in a cylinder in order to promote the propagation of a flame generated during mixing of intake air and fuel or combustion of the air-fuel mixture. In particular, in a cylinder injection internal combustion engine that directly injects fuel into a cylinder, a tumble flow is generated when homogeneous combustion is performed.
このようなタンブル流を発生させるために、ピストンの頂面に凹部を形成したものが知られている。例えば特許文献1では、頂面に凹部を有し、この凹部がクランク軸線とほぼ平行な中心線を持つ円筒内面と、円筒内面の幅方向の中央部分に位置する平坦部とを含むピストンを開示している。この特許文献1では、吸気行程及び圧縮行程前半において、円筒内面によりタンブル流を形成し、圧縮行程後期の上死点手前において、一旦形成したタンブル流を平坦部により崩壊させる。これによって、小規模のタンブル流の集合である混合気の乱れがその強さを増し、燃焼の伝播を促進させるものである。 In order to generate such a tumble flow, it is known that a recess is formed on the top surface of a piston. For example, Patent Document 1 discloses a piston including a concave portion on the top surface, and a cylindrical inner surface having a central line substantially parallel to the crank axis, and a flat portion located at a central portion in the width direction of the cylindrical inner surface. is doing. In Patent Document 1, a tumble flow is formed by the cylindrical inner surface in the intake stroke and the first half of the compression stroke, and the tumble flow once formed is collapsed by the flat portion before top dead center in the latter half of the compression stroke. As a result, the turbulence of the air-fuel mixture, which is a collection of small tumble flows, increases its strength and promotes the propagation of combustion.
しかしながら、この特許文献1のものにあっては、混合気の乱れは、ピストンの上昇と共に減少する。つまり、平坦部により混合気の乱れは生じるものの、その生じた際の乱れの状態を維持して点火しても、短時間のうちに乱れが減少するために燃焼性能に影響を及ぼす期間が短く、燃焼の促進には至らないものである。 However, in the thing of this patent document 1, disturbance of air-fuel | gaseous mixture reduces with a raise of a piston. In other words, the air-fuel mixture is disturbed by the flat part, but even if the turbulent state is maintained and ignited, the period of influence on the combustion performance is shortened because the disturbance is reduced within a short time. It does not lead to promotion of combustion.
そこで本発明は以上の点に着目し、タンブル流の崩壊と維持とを均衡させることで、燃焼状態の質の向上を図ることを目的としている。 Therefore, the present invention focuses on the above points and aims to improve the quality of the combustion state by balancing the collapse and maintenance of the tumble flow.
すなわち、本発明の内燃機関のピストンは、傾斜する内側面を備える凹部を頂面に設け、凹部のほぼ中央に長円形状の平坦面を設けてなることを特徴とする。 That is, the piston of the internal combustion engine of the present invention is characterized in that a concave portion having an inclined inner surface is provided on the top surface, and an elliptical flat surface is provided in the approximate center of the concave portion.
傾斜する内側面とは、平面及び凹部の外側に向かって凹んだ凹曲面を含む概念である。具体的には例えば、逆円錐や逆楕円錐の内面、放物面などの形状である面を含む概念である。 The inclined inner side surface is a concept including a concave curved surface that is recessed toward the outside of the flat surface and the concave portion. Specifically, it is a concept including a surface having a shape such as an inner surface of a reverse cone or a reverse elliptical cone, a paraboloid, or the like.
長円形状とは、楕円及び離れて位置する二個の半円あるいは半楕円の相対する端部を直線又は二次曲線で結んで得られる形状を含む概念である。 The oval shape is a concept including a shape obtained by connecting an ellipse and two semicircles located at a distance or opposite ends of the semi-ellipse with a straight line or a quadratic curve.
このような構成によれば、吸入された混合気は凹部によりタンブル流を生成し、その後、凹部のほぼ中央に位置する平坦面によりタンブル流が崩壊されることで混合気の乱れを生成するが、平坦面が凹部のほぼ中央のみであるので、混合気の乱れの生成後も維持されるタンブル流により、混合気の乱れを持続させることができる。 According to such a configuration, the sucked air-fuel mixture generates a tumble flow by the concave portion, and then the tumble flow is disrupted by the flat surface located substantially at the center of the concave portion, thereby generating turbulence of the air-fuel mixture. Since the flat surface is only at the center of the recess, the turbulence of the air-fuel mixture can be maintained by the tumble flow that is maintained even after the turbulence of the air-fuel mixture is generated.
本発明は、以上説明したような構成であり、混合気の乱れの生成後も維持されるタンブル流により、混合気の乱れを持続させることができるので、高効率な燃焼状態を長期間維持することができる。 The present invention is configured as described above, and the turbulence of the mixture can be maintained by the tumble flow that is maintained even after the generation of the turbulence of the mixture. Therefore, a highly efficient combustion state is maintained for a long time. be able to.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
この実施形態のエンジン100は、図1に示すように、燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内噴射式のものである。エンジン100は、シリンダボア1内、特には燃焼室2に向かって燃料を噴射する燃料噴射弁3、二本の吸気弁4、二本の排気弁5及び点火プラグ6をシリンダヘッド7に備え、シリンダヘッド7にガスケット8を介して固定されるシリンダブロックのシリンダボア1内に、往復作動可能に配置されるピストン9を備えている。ピストン9を除く、エンジン100のこれらの構成自体は、この分野でよく知られているものを広く適用することができる。
As shown in FIG. 1, the
ピストン9は、その頂面の形状に特徴を有するものである。ピストン9は、図2に示すように、ピストンピンが挿入される貫通孔10が向く方向を正面とすると、頂面のほぼ中央のほぼ全面にわたって凹部11が形成してあるとともに、頂面の正面左手には、吸気弁4が開いている場合にピストン9との接触を回避するための吸気バルブリセス12が、また同じく正面右手には、排気バルブリセス13が設けてある。吸気バルブリセス12及び排気バルブリセス13の間にはそれぞれ、平面部14、15が形成してある。
The piston 9 has a feature in the shape of its top surface. As shown in FIG. 2, the piston 9 has a
凹部11は、図3に示すように、ピストン9の頂面を上側から見た場合に、吸気バルブリセス12と排気バルブリセス13との間に形成されて、ほぼ楕円形をしている。したがって、凹部11は、その長径の方向をピストンピンの貫通孔10と同方向にするとともに、短径の方向を吸気弁4と排気弁5とを結ぶ線分の方向に一致させるものである。凹部11の周辺には、ピストン9がほぼ上死点にある場合に燃焼室2の周囲との間に形成されるスキッシュエリアのための斜めスキッシュ形成面16が設けてある。
As shown in FIG. 3, the
凹部11は、傾斜する内側面17と、長円形状の平坦面18とを備えている。内側面17は、図4に示すように、例えば放物面の一部からなる凹曲面で、凹部11の中央側つまり凹部11の内側から外側に向かって傾斜しながら凹んでいる。この内側面17は凹部11の全周にわたって形成される。そしてこのような内側面17に連続して平坦部18が形成してある。内側面17と平坦部18との境界部分は、角などが形成されないように、滑らかに連続させる。
The
平坦部18は、内側面17により包囲されるように、環状に形成された内側面17の内側に形成してある。この実施形態では、平坦部18は楕円形状をしており、その楕円の長径の方向は凹部11の長径の方向に一致させてある。平坦部18の大きさを概略的に示すと、長径は例えばシリンダボア径の40%〜60%であり、短径は例えば点火プラグ径の1.2倍〜1.5倍である。この実施形態のように、吸気弁4を二本備えるエンジン100にあっては、吸気ポート19の中心を通る線分の延長線間の距離にほぼ等しい寸法で、平坦部18の長径を設定すればよい。平坦部18は、ピストン9の往復動方向に対して垂直な平面で構成される。
The
このようなピストン9において、エンジン100を運転すると、吸気ポート19を介して、シリンダボア1内に空気が吸気される。吸入された空気は燃料と混合されながらタンブル流に生成される。すなわち、シリンダボア1に吸入された空気はピストン9の凹部11に向かって流れ、その間に燃料と混合され、吸入空気と燃料との混合気は、ピストン9の凹部11に案内されてシリンダボア1内においてタンブル流になる。
When the
生成されたタンブル流は、圧縮行程において、ピストン9が圧縮上死点に向かって上昇する際にその強さを増し、圧縮上死点前80°クランク角度(以下、CAと記す)の近傍に至るまで維持される。この時のタンブル流は、シリンダボア径とほぼ同等の径のものである。 In the compression stroke, the generated tumble flow increases its strength when the piston 9 rises toward the compression top dead center, and near the 80 ° crank angle (hereinafter referred to as CA) before the compression top dead center. Is maintained. The tumble flow at this time has a diameter substantially equal to the cylinder bore diameter.
そして、ピストン9が圧縮上死点の手前、30°CAあたりに達した時点より、生成されたタンブル流は徐々に凹部11の平坦部18により崩壊する。これによって、混合気の乱れが、ピストン9と燃焼室2の天井との間の空間に多数生成される。
The generated tumble flow gradually collapses by the
この時、この実施形態のピストン9にあっては、凹部11の長径方向の両端部には、図4に示すように傾斜する内側面17が存在するため、凹部11の長径方向の両端部の内側面17によりタンブル流の生成が維持される。つまり、凹部11の平坦部18によりタンブル流が混合気の乱れに変換されるものの、平坦部18の長径方向の両端部側の空間部分ではタンブル流の生成が維持されるために、混合気の乱れがそのタンブル流により攪拌され、混合気が減衰することを抑制することができる。
At this time, in the piston 9 of this embodiment, since the
したがって、ピストン9がほぼ圧縮上死点の位置に到達した時点にあっても、燃焼室2内、特には、点火プラグ6を取り囲む空間には混合気の乱れが存在するので、着火が促進されるとともに、燃焼が効率よく伝播される。その結果、混合気が無駄なく燃焼する良好な燃焼状態を長期間維持することができる。
Accordingly, even when the piston 9 has almost reached the position of the compression top dead center, the mixture is disturbed in the
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment.
例えば、凹部11を構成する平坦部18の形状は、長円であってもよい。このような長円としては、長径方向の両端が半円あるいは半楕円で、その向かい合った半円あるいは半楕円の対応する端部を直線で結んで得られる形状のものであってよい。また、この場合、直線の代わりに、外側に膨らむ二次曲線の弧等の弧を用いるものであってもよい。このような形状の長円で平坦部を形成する場合にあっても、内側面との境界部分は滑らかに連続するものとする。
For example, the shape of the
また、平坦部18の外縁に沿って設ける内側壁17は、上述の実施形態のように、放物面の一部からなる凹曲面以外に、逆円錐内面や逆楕円錐内面の形状のものであってもよい。この場合にあっても、内側壁と平坦部との境界部分にあっては、上述の実施形態同様に、滑らかに連続させるものである。
Further, the
上記実施形態にあっては、筒内噴射式の火花点火式のエンジンを説明したが、他の実施形態として、吸気ポートに向かって燃料を噴射するポート噴射式の火花点火式のエンジン(ガソリンエンジン)に適用するものであってよい。 In the above embodiment, the in-cylinder spark ignition engine has been described. However, as another embodiment, a port injection spark ignition engine (a gasoline engine) that injects fuel toward the intake port. ) May be applied.
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 In addition, the specific configuration of each part is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
本発明の活用例として、燃料を筒内に直接噴射する筒内噴射式のエンジンを挙げることができる。 As an application example of the present invention, an in-cylinder engine that directly injects fuel into the cylinder can be cited.
9…ピストン
11…凹部
17…内側面
18…平坦部
9 ...
Claims (1)
凹部のほぼ中央に長円形状の平坦面を設けてなる内燃機関のピストン A concave portion having an inclined inner surface is provided on the top surface,
Piston for an internal combustion engine having an oval flat surface at substantially the center of the recess
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