JP2012246904A - Piston, and spark-ignition internal combustion engine with the same - Google Patents

Piston, and spark-ignition internal combustion engine with the same Download PDF

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Yasushi Yoshimura
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piston that can suppress damage (surface roughening) from being generated on a top land surface.SOLUTION: A spark-ignition internal combustion engine provided with this piston 20, has a combustion chamber equipped with two intake valves 42, two exhaust valves 52, and an ignition plug 60, wherein the combustion chamber is defined by a cylinder head under surface as an in-cylinder ceiling 16, a cylinder block, and a crown face of the piston, and the ignition plug 60 is arranged at the almost center of the combustion chamber. The piston 20 has: valve recesses formed on the crown face of the piston; and protrusions 75 each formed between the two intake valve recesses 70F, 70R and generating squish flow in cooperation with the in-cylinder ceiling. The two intake valve recesses 70F, 70R are formed so that each amount overlapped with an outer circumferential side surface 22 of the piston, is different in a plan view.

Description

本発明は、火花点火式内燃機関用のピストン、及びそれを備えた火花点火式内燃機関に関する。   The present invention relates to a piston for a spark ignition type internal combustion engine and a spark ignition type internal combustion engine provided with the same.

一般に、火花点火式内燃機関においては、燃焼室の中央部で点火された混合気の火炎面が燃焼室外縁部へと伝播していくが、例えば燃焼室外縁部において空気と燃料の混合が十分でないと、その燃焼速度が不十分となりノッキングが発生し易くなることが知られている。そこで、このようなノッキングの発生を抑制するために、燃焼室内での混合気または燃焼流体の流れを制御すべく、ピストン形状を含む燃焼室の形状の改良が図られている。   In general, in a spark ignition type internal combustion engine, the flame surface of an air-fuel mixture ignited at the center of the combustion chamber propagates to the outer edge of the combustion chamber. For example, sufficient mixing of air and fuel is performed at the outer edge of the combustion chamber. Otherwise, it is known that the burning rate is insufficient and knocking is likely to occur. Therefore, in order to suppress the occurrence of such knocking, the shape of the combustion chamber including the piston shape is improved in order to control the flow of the air-fuel mixture or combustion fluid in the combustion chamber.

このような内燃機関としては、例えば、図5及び図6に示すような燃焼室形状を備えたものが知られている。すなわち、これは、2つの吸気バルブIN、INと2つの排気バルブEX,EXとを備え、シリンダヘッド下面の筒内天井部SC、シリンダブロック(ここでは不図示)、及びピストンPの冠面により画成される燃焼室のほぼ中央に点火栓IGNが配置された内燃機関の燃焼室であって、ピストンの冠面に上述の吸気及び排気バルブとの干渉を回避するための吸気バルブリセスINR,INR、及び排気バルブリセスEXR、EXRが形成されているピストンPを備えている。ここで、これらの吸気バルブリセスINR,INR、及び排気バルブリセスEXR、EXRは、ピストンPの中心線Oを包含し径方向に延在する平面(以下、中心境界平面CFと称す)に対し対称に配置されている。そして、これらの2つの吸気バルブリセスINR,INRの間、すなわち、中心境界平面CFを含む領域には、筒内天井部SCと協働してスキッシュ流を形成する吸気バルブ側の突部INPが形成されていると共に、2つの排気バルブリセスEXR、EXRの間(同じく、中心境界平面CFを含む領域)には、筒内天井部SCと協働してスキッシュ流を形成する排気バルブ側の突部EXPが形成されている内燃機関が知られている。例えば、特許文献1参照。   As such an internal combustion engine, for example, an engine having a combustion chamber shape as shown in FIGS. 5 and 6 is known. That is, this includes two intake valves IN, IN and two exhaust valves EX, EX, and is provided by a cylinder ceiling SC on the bottom surface of the cylinder head, a cylinder block (not shown here), and a crown surface of the piston P. A combustion chamber of an internal combustion engine in which an ignition plug IGN is disposed at substantially the center of the defined combustion chamber, and intake valve recesses INR, INR for avoiding interference with the intake and exhaust valves described above on the crown surface of the piston And a piston P in which exhaust valve recesses EXR and EXR are formed. Here, the intake valve recesses INR and INR and the exhaust valve recesses EXR and EXR are arranged symmetrically with respect to a plane including the center line O of the piston P and extending in the radial direction (hereinafter referred to as a center boundary plane CF). Has been. An intake valve-side protrusion INP that forms a squish flow in cooperation with the in-cylinder ceiling SC is formed between these two intake valve recesses INR and INR, that is, in a region including the center boundary plane CF. In addition, between the two exhaust valve recesses EXR and EXR (similarly, the region including the center boundary plane CF), a projection EXP on the exhaust valve side that forms a squish flow in cooperation with the in-cylinder ceiling SC. An internal combustion engine in which is formed is known. For example, see Patent Document 1.

特開2007−303339号公報JP 2007-303339 A

ところで、上述の構成のピストンPを備える内燃機関、特に、ピストンPの冠面にバルブリセスが形成されると共に、これらの2つの吸気バルブリセスINR、INR及び2つの排気バルブリセスEXR、EXRの間に、それぞれ、シリンダヘッド下面の筒内天井部SCと協働してスキッシュ流を形成する突部INP,EXPが形成されたピストンPを備える内燃機関では、スキッシュ流を形成して混合気の撹拌を促進することにより、ノッキングの発生を抑制するようにしているが、その抑制作用は十分ではなく、そのピストン表面、特に、中心境界平面CFを含む領域で吸気バルブ側の突部INPが形成された部位近傍におけるトップランド部表面に損傷(表面荒れ)が生ずるという問題が散見された。このような表面荒れは、内燃機関の使用が継続するにつれ、ピストンの破損につながることから、好ましいものではない。   By the way, an internal combustion engine including the piston P having the above-described configuration, in particular, a valve recess is formed on the crown surface of the piston P, and between these two intake valve recesses INR and INR and two exhaust valve recesses EXR and EXR, respectively. In an internal combustion engine having a piston P formed with protrusions INP and EXP that form a squish flow in cooperation with the cylinder ceiling SC on the lower surface of the cylinder head, a squish flow is formed to promote agitation of the air-fuel mixture. In this way, the occurrence of knocking is suppressed, but the suppression action is not sufficient, and the vicinity of the piston surface, in particular, the portion where the protrusion INP on the intake valve side is formed in the region including the center boundary plane CF There was a problem that damage (surface roughness) occurred on the surface of the top land in Japan. Such surface roughness is undesirable because it leads to damage of the piston as the use of the internal combustion engine continues.

そこで、本発明は、かかる従来の問題を解消し、表面の損傷、特に、吸気バルブ側の突部が形成された部位近傍のトップランド部表面に損傷(表面荒れ)が生じるのを抑制することができるピストン、及びそれを用いた火花点火式内燃機関を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention eliminates such conventional problems and suppresses surface damage, particularly damage (surface roughness) from occurring on the surface of the top land near the portion where the protrusion on the intake valve side is formed. It is an object of the present invention to provide a piston capable of achieving the above and a spark ignition type internal combustion engine using the same.

本発明者は、実機試験及びCFD解析を用いた鋭意研究の結果、上記従来の内燃機関に用いられるピストンの表面荒れの原因及びメカニズムは、以下のようであるとの知見を得た。このことを、内燃機関の燃焼室をシリンダヘッド下面に透視して示す図7に基づいて説明する。まず、図7(A)は、上記の内燃機関において、点火栓IGNによって混合気に点火が行われて、火炎が伝播される状態を示している。この状態では、点火栓IGNを中心としてその周りは火炎面が燃焼して伝播した後の混合気の既燃領域ACであるのに対し、点描で示す未燃領域NCが2つの吸気バルブIN、INの外側の燃焼室外縁部に残っている。そして、図7(B)は混合気の自発火によるノッキングが発生した状態を示している。このノッキングの発生は、未燃混合気が受けた圧力/温度履歴によるが、大半が上述の中心境界平面CFの近傍で吸気バルブIN側未燃領域NC内の点火栓IGN寄りの位置(説明の便宜上、Xと称す)で生ずる。そして、図7(C)はその後に圧力波が衝突する様子を示している。すなわち、位置Xでノッキングが発生すると、それによる圧力波が燃焼室内の方々に伝播する。それらのうちの代表的な3つの経路を通る圧力波を、それぞれ、吸気バルブIN側の突部INPを乗り越えて燃焼室外縁部に至る第1の圧力波PW1、吸気バルブリセスINRの一方側から回り込んで燃焼室外縁部に至る第2の圧力波PW2、及び吸気バルブリセスINRの他方側から回り込んで燃焼室外縁部に至る第3の圧力波PW3とする。これらの第1ないし第3の圧力波PW1ないしPW3のうち、第2及び第3の圧力波PW2及びPW3は、2つの吸気バルブリセスINRの一方及び他方が、同じ大きさで中心境界平面CFに対し対称に配置されているので、吸気バルブIN側の燃焼室外縁部の中央付近に同時に到達することになる。しかし、第1の圧力波PW1とこれらの第2及び第3の圧力波PW2及びPW3とは、それぞれが通る経路(距離)が異なることから、伝播速度が同じであれば同時に一点に到達し衝突することはないが、これらの経路における温度差(既燃領域ACか未燃領域NCかによる)とか経路抵抗ないしは障害物の有無などが原因となって、圧力波の伝播速度が異なることになる結果として、これらの第1ないし第3の圧力波PW1ないしPW3が、図6(B)に示すように、吸気バルブIN側の燃焼室外縁部の中央の一点Yに同時に到達して衝突することが判明した。このように、ピストン表面の損傷(荒れ)は、かかる圧力波が吸気バルブIN側の燃焼室外縁部で一点に集中して過大な圧力が発生することに起因するエロージョンであることが判明したのである。   As a result of diligent research using actual machine tests and CFD analysis, the present inventor has obtained the knowledge that the cause and mechanism of the surface roughness of the piston used in the conventional internal combustion engine are as follows. This will be described with reference to FIG. 7 showing the combustion chamber of the internal combustion engine as seen through the bottom surface of the cylinder head. First, FIG. 7A shows a state in which, in the internal combustion engine, the air-fuel mixture is ignited by the spark plug IGN and the flame is propagated. In this state, the ignition plug IGN is centered around the burned area AC of the air-fuel mixture after the flame surface is burned and propagated, whereas the unburned area NC indicated by the stippling is the two intake valves IN, It remains on the outer edge of the combustion chamber outside IN. FIG. 7B shows a state in which knocking due to the spontaneous combustion of the air-fuel mixture has occurred. The occurrence of this knocking depends on the pressure / temperature history received by the unburned air-fuel mixture, but most of the position is near the spark plug IGN in the unburned region NC on the intake valve IN side in the vicinity of the above-described center boundary plane CF. For convenience). FIG. 7C shows how the pressure waves collide thereafter. That is, when knocking occurs at the position X, a pressure wave due to the propagation propagates to people in the combustion chamber. A pressure wave passing through three typical paths among them, the first pressure wave PW1 that goes over the protrusion INP on the intake valve IN side and reaches the outer edge of the combustion chamber, and rotates from one side of the intake valve recess INR, respectively. A second pressure wave PW2 that reaches the outer edge of the combustion chamber and a third pressure wave PW3 that goes around from the other side of the intake valve recess INR and reaches the outer edge of the combustion chamber. Of these first to third pressure waves PW1 to PW3, the second and third pressure waves PW2 and PW3 are such that one and the other of the two intake valve recesses INR have the same size and are relative to the central boundary plane CF. Since they are arranged symmetrically, they simultaneously reach the vicinity of the center of the outer edge of the combustion chamber on the intake valve IN side. However, since the first pressure wave PW1 and the second and third pressure waves PW2 and PW3 have different paths (distances) through which the first pressure wave PW1 and the third pressure wave PW2 and PW3 pass, they reach one point at the same time and have a collision. However, the propagation speed of pressure waves will be different due to temperature differences in these paths (depending on whether they are burned area AC or unburned area NC), path resistance or the presence of obstacles, etc. As a result, these first to third pressure waves PW1 to PW3 simultaneously reach and collide with a point Y at the center of the outer edge of the combustion chamber on the intake valve IN side, as shown in FIG. 6B. There was found. Thus, it has been found that the damage (roughness) of the piston surface is erosion caused by excessive pressure generated by such pressure waves being concentrated at one point on the outer edge of the combustion chamber on the intake valve IN side. is there.

そこで、上記目的を達成する本発明の火花点火式内燃機関用のピストンの一形態は、2つの吸気バルブと排気バルブとを備え、シリンダヘッド下面の筒内天井部、シリンダブロック、及びピストンの冠面により画成される燃焼室のほぼ中央に点火栓が配置された火花点火式内燃機関用のピストンであって、ピストンの冠面に形成され前記2つの吸気バルブと排気バルブとの干渉を回避するためのバルブリセスと、前記2つの吸気バルブリセスの間に形成され前記筒内天井部と協働してスキッシュ流を形成する突部とを備え、前記2つの吸気バルブリセスは、それぞれ、ピストンの外周側面との平面視における重なり量が異なるように形成されていることを特徴とする。   Therefore, one form of a piston for a spark ignition internal combustion engine of the present invention that achieves the above object comprises two intake valves and an exhaust valve, a cylinder ceiling under the cylinder head, a cylinder block, and a crown of the piston. Piston for a spark ignition internal combustion engine in which a spark plug is disposed in the approximate center of a combustion chamber defined by the surface, and is formed on the crown of the piston to avoid interference between the two intake valves and the exhaust valve And a protrusion formed between the two intake valve recesses to form a squish flow in cooperation with the in-cylinder ceiling, each of the two intake valve recesses having an outer peripheral side surface of the piston. And the amount of overlap in a plan view is different.

上記の火花点火式内燃機関用のピストンの一形態によれば、ピストンの冠面に形成される2つの吸気バルブリセスは、ピストンの外周側面との平面視における重なり量が、それぞれ、異なるように形成されている。ここで、仮に燃焼室内の上述の位置Xでノッキングが発生したとすると、それによる代表的な圧力波は、2つの吸気バルブリセスの間に形成されたスキッシュ流形成用の突部を通る第1経路、ピストンの外周側面との平面視における重なり量が異なるように形成されている2つの吸気バルブリセスの一方を通る第2経路、及びその他方を通る第3経路を経由してピストンの外周側面に伝播することになる。しかし、上記第2経路と第3経路は途中の経路抵抗の大きさが異なることから、そこを通る第2、第3の圧力波の伝播速度も異なり、ピストンの外周側面の中央付近で合流せず、これらと第1経路を通る第1の圧力波との一点における同時の重なりも回避される。かくて、吸気バルブ側の突部が形成された部位近傍のトップランド部表面に過大な圧力が発生することがなく、損傷(表面荒れ)が生じることを抑制することができる。   According to one aspect of the above-described piston for a spark ignition type internal combustion engine, the two intake valve recesses formed on the crown surface of the piston are formed such that the overlapping amounts in plan view with the outer peripheral side surface of the piston are different from each other. Has been. Here, assuming that knocking occurs at the above-described position X in the combustion chamber, a typical pressure wave caused by the knocking is generated through a squish flow forming protrusion formed between two intake valve recesses. Propagating to the outer peripheral side surface of the piston via the second path passing through one of the two intake valve recesses and the third path passing the other side formed so that the overlapping amount in plan view with the outer peripheral side surface of the piston is different Will do. However, since the second path and the third path have different path resistances on the way, the propagation speeds of the second and third pressure waves passing through the second path and the third path are also different. Rather, simultaneous overlap at one point with these and the first pressure wave passing through the first path is also avoided. Thus, excessive pressure is not generated on the surface of the top land near the portion where the protrusion on the intake valve side is formed, and damage (surface roughness) can be suppressed.

ここで、前記2つの吸気バルブリセスは、それぞれ、大きさを異ならせて形成されていてもよい。   Here, the two intake valve recesses may be formed with different sizes.

また、前記2つの吸気バルブリセスは、それぞれ、大きさはおなじであるが、位置を異ならせて形成されていてもよい。   The two intake valve recesses have the same size, but may be formed at different positions.

なお、前記2つの吸気バルブリセスに対応する吸気バルブ自体も、吸気バルブリセスとの干渉が回避される限り、それに合わせてその大きさ又は位置を異ならせてもよい。   Note that the intake valves themselves corresponding to the two intake valve recesses may have different sizes or positions in accordance with the intake valve recesses as long as interference with the intake valve recesses is avoided.

本発明の実施形態に係る内燃機関の部分断面図である。1 is a partial cross-sectional view of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る内燃機関における燃焼室を画成する(A)シリンダヘッド下面部、及び(B)ピストン冠面部をそれぞれ示す斜視図である。It is a perspective view which shows (A) cylinder head lower surface part which defines the combustion chamber in the internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention, and (B) piston crown surface part, respectively. 図2の(A)シリンダヘッド下面部、及び(B)ピストン冠面をそれぞれ示す平面図である。It is a top view which shows (A) cylinder head lower surface part of FIG. 2, and (B) piston crown surface, respectively. 本発明の実施形態に係るピストンにおいて3者の圧力波が伝播する様子を示す平面図である。It is a top view which shows a mode that the pressure wave of 3 persons propagates in the piston which concerns on embodiment of this invention. 従来の内燃機関における燃焼室を画成する(A)シリンダヘッド下面部、及び(B)ピストン冠面部をそれぞれ示す斜視図である。It is a perspective view which respectively shows (A) cylinder head lower surface part and (B) piston crown surface part which define the combustion chamber in the conventional internal combustion engine. 図4の(A)シリンダヘッド下面部、及び(B)ピストン冠面をそれぞれ示す平面図である。It is a top view which shows (A) cylinder head lower surface part of FIG. 4, and (B) piston crown surface, respectively. 従来の内燃機関において、損傷(表面荒れ)が生ずる原因及びメカニズムを説明するための図であり、(A)は点火時、(B)はノッキング発生時、及び(C)はその後の圧力波が伝播し衝突する様子を示している。It is a figure for demonstrating the cause and mechanism which damage (surface roughness) produces in the conventional internal combustion engine, (A) is at the time of ignition, (B) is at the time of knocking occurrence, and (C) is a subsequent pressure wave. It shows how it propagates and collides.

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.

まず、本発明の実施形態に係る内燃機関10の概要を、図1を参照して説明する。内燃機関10は、シリンダブロック12、これに締結されるシリンダヘッド14、及びシリンダブロック12に形成されたボア内を往復動するピストン20を備え、シリンダヘッド14の下面のペントルーフ型の筒内天井部16、シリンダブロック12、及びピストン20の冠面によって燃焼室30が画成されている。シリンダヘッド14には、燃焼室30に連通する2つの吸気ポート40、40と2つの排気ポート50、50とが形成され、それぞれの燃焼室30側の開口端部に2つの吸気バルブ42、42と2つの排気バルブ52,52とを備えている(なお、図1には、吸気ポート40及び排気ポート50はそれぞれ1つのみが示されている)。また、燃焼室30のほぼ中央、換言すると、ペントルーフ型の筒内天井部16のほぼ中央に点火栓60が配置されている。   First, an outline of an internal combustion engine 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The internal combustion engine 10 includes a cylinder block 12, a cylinder head 14 fastened to the cylinder block 12, and a piston 20 that reciprocates in a bore formed in the cylinder block 12, and a pent roof type in-cylinder ceiling portion on the lower surface of the cylinder head 14. 16, the cylinder block 12, and the crown surface of the piston 20 define a combustion chamber 30. The cylinder head 14 is formed with two intake ports 40, 40 and two exhaust ports 50, 50 communicating with the combustion chamber 30, and two intake valves 42, 42 at the open end of each combustion chamber 30 side. And two exhaust valves 52, 52 (note that only one intake port 40 and one exhaust port 50 are shown in FIG. 1). An ignition plug 60 is disposed at substantially the center of the combustion chamber 30, in other words, approximately at the center of the pent roof type in-cylinder ceiling portion 16.

さらに、ピストン20の冠面には、上述の吸気バルブ42及び排気バルブ52との干渉を回避するための後述する吸気バルブリセス70、及び排気バルブリセス80が形成されている(なお、吸気バルブリセス70及び排気バルブリセス80についても、図1には、それぞれ1つのみが示されている)。そして、2つの吸気バルブリセス70の間には、筒内天井部16と協働してスキッシュ流を形成する吸気バルブ側の突部75が形成されていると共に、2つの排気バルブリセス80の間には、筒内天井部16と協働してスキッシュ流を形成する排気バルブ側の突部85が形成されている。なお、90は吸気ポート40内に燃料を噴射するインジェクターである。   Further, an intake valve recess 70 and an exhaust valve recess 80 described later for avoiding interference with the intake valve 42 and the exhaust valve 52 described above are formed on the crown surface of the piston 20 (note that the intake valve recess 70 and the exhaust valve 80 are exhausted). Only one valve recess 80 is shown in FIG. 1). Between the two intake valve recesses 70, a protrusion 75 on the intake valve side that forms a squish flow in cooperation with the in-cylinder ceiling 16 is formed, and between the two exhaust valve recesses 80. An exhaust valve-side protrusion 85 is formed in cooperation with the in-cylinder ceiling portion 16 to form a squish flow. Reference numeral 90 denotes an injector that injects fuel into the intake port 40.

ここで、上述の内燃機関10における燃焼室30を画成するシリンダヘッド下面部、及びピストン20の冠面部をそれぞれ示す斜視図である図2の(A)及び(B)と、平面図である図3の(A)及び(B)とを参照して、さらに詳しく説明する。   Here, FIG. 2A and FIG. 2B, which are perspective views showing a cylinder head lower surface portion defining the combustion chamber 30 in the above-described internal combustion engine 10 and a crown surface portion of the piston 20, are plan views. This will be described in more detail with reference to (A) and (B) of FIG.

図2(A)及び図3(A)に示すように、内燃機関10における燃焼室30を画成するシリンダヘッド下面部には、2つの吸気バルブ42、42と2つの排気バルブ52,52とを備え、シリンダヘッド下面の筒内天井部16、シリンダブロック(ここでは不図示)、及びピストン20の冠面により画成される燃焼室30のほぼ中央に点火栓60が配置されている。   As shown in FIGS. 2 (A) and 3 (A), two intake valves 42 and 42 and two exhaust valves 52 and 52 are provided on the lower surface of the cylinder head that defines the combustion chamber 30 in the internal combustion engine 10. And a spark plug 60 is disposed substantially in the center of the combustion chamber 30 defined by the cylinder ceiling 16 on the lower surface of the cylinder head, a cylinder block (not shown here), and the crown surface of the piston 20.

そして、概ね円筒状のピストン20は、図2(B)に示すように、外周側面22と冠面24とを有している(以下、それぞれ、ピストン外周側面22及びピストン冠面24と称す)。ピストン外周側面22には、不図示のピストンリングを収容するための複数(通常、3つ)のリング溝が形成されている。図2(B)には、不図示のトップリングが収容される最上のリング溝、すなわち、トップリング溝26のみが示され、他のセカンドリング及びオイルリングのためのセカンドリング溝及びオイルリング溝は図示が省略されている。   As shown in FIG. 2B, the generally cylindrical piston 20 has an outer peripheral side surface 22 and a crown surface 24 (hereinafter referred to as a piston outer peripheral side surface 22 and a piston crown surface 24, respectively). . Plural (usually three) ring grooves are formed on the piston outer peripheral side surface 22 to accommodate a piston ring (not shown). FIG. 2B shows only the uppermost ring groove in which a top ring (not shown) is accommodated, that is, only the top ring groove 26, and the second ring oil groove and the oil ring groove for other second rings and oil rings. Is not shown.

なお、ピストン20において、トップリング溝26の上方はトップランド28として形成されている。ここでトップランド28とは、トップリング溝26の上方に位置するピストン20の肉の部分全体をいう。このトップランド28に属するピストン外周側面22の部分が、トップランド外周側面29を形成することになる。   In the piston 20, a top land 28 is formed above the top ring groove 26. Here, the top land 28 refers to the entire meat portion of the piston 20 located above the top ring groove 26. The portion of the piston outer peripheral side surface 22 belonging to the top land 28 forms the top land outer peripheral side surface 29.

また、ピストン冠面24には、上述の吸気バルブ42及び排気バルブ52との干渉を回避するために後述する吸気バルブリセス70、及び排気バルブリセス80が形成されている(なお、吸気バルブリセス70及び排気バルブリセス80についても、図1には、それぞれ1つのみが示されている)。そして、2つの吸気バルブリセス70の間には、筒内天井部16と協働してスキッシュ流を形成する吸気バルブ側の突部75が形成されていると共に、2つの排気バルブリセス80の間には、筒内天井部16と協働してスキッシュ流を形成する排気バルブ側の突部85が形成されている。   The piston crown surface 24 is formed with an intake valve recess 70 and an exhaust valve recess 80, which will be described later, in order to avoid interference with the intake valve 42 and the exhaust valve 52 described above (the intake valve recess 70 and the exhaust valve recess 80). As for 80, only one is shown in FIG. 1). Between the two intake valve recesses 70, a protrusion 75 on the intake valve side that forms a squish flow in cooperation with the in-cylinder ceiling 16 is formed, and between the two exhaust valve recesses 80. An exhaust valve-side protrusion 85 is formed in cooperation with the in-cylinder ceiling portion 16 to form a squish flow.

上述のように、ピストン冠面24には、上述の吸気バルブ42及び排気バルブ52との干渉を回避するために、吸気バルブリセス70、及び排気バルブリセス80が形成されている。ここで、これらの吸気バルブリセス70、及び排気バルブリセス80について、ピストン20の中心線を包含し、2つの吸気バルブリセス70と2つの排気バルブリセス80とのそれぞれ同士間を通る平面(前述の中心境界平面CFに相当する)を境にして、図2(B)の手前側には添字「F」を、奥側には添字「R」を付して表わすと、排気バルブリセス80F、80Rは平面視(図3(B))において同一径の略部分円状であり、中心境界平面CFに対して対称に配置されている。   As described above, the piston crown surface 24 is formed with the intake valve recess 70 and the exhaust valve recess 80 in order to avoid interference with the intake valve 42 and the exhaust valve 52 described above. Here, with respect to the intake valve recess 70 and the exhaust valve recess 80, a plane that includes the center line of the piston 20 and passes between the two intake valve recesses 70 and the two exhaust valve recesses 80 (the above-described central boundary plane CF). 2), the subscript “F” is attached to the front side of FIG. 2B and the subscript “R” is attached to the back side. 3 (B)) are substantially partial circles having the same diameter and are arranged symmetrically with respect to the central boundary plane CF.

これに対し、吸気バルブリセス70F、70Rは、手前側の吸気バルブリセス70Fの方が平面視(図3(B))において径が異なり奥側の吸気バルブリセス70Rよりも大きい。そして、吸気バルブリセス70F、70Rは中心境界平面CFに対して非対称に配置されている。   In contrast, the intake valve recesses 70F and 70R have different diameters in the plan view (FIG. 3B) and the intake valve recesses 70F on the front side are larger than the intake valve recesses 70R on the back side. The intake valve recesses 70F and 70R are disposed asymmetrically with respect to the central boundary plane CF.

これらの吸気バルブリセス70F,70R及び排気バルブリセス80F,80Rの底面は、よく知られているように、ピストン20の中心線から離れるほど高さ位置が下がるように傾斜されている。そして、手前側吸気バルブリセス70F及び奥側吸気バルブリセス70Rは、それぞれ、ピストンの外周側面22、より具体的には、トップランド外周側面29との平面視における重なり量が異なるように形成されている。これにより、トップランド28ないしはトップランド外周側面29の上端縁部には、手前側吸気バルブリセス70F及び奥側吸気バルブリセス70Rとの連続位置において、下方に切り欠かれたような形状、すなわち、手前側及び奥側の切欠き形状部72F、72Rが形成されている。これら手前側及び奥側の切欠き形状部72F、72Rは中心境界平面CFに対し非対称に配置されていて、かつ、その大きさも異なる。換言すると、手前側の切欠き形状部72Fの周方向長さLFは、奥側の切欠き形状部72Rの周方向長さLRよりも長くなるように形成されている。かくて、後述するように、これらの切欠き形状部72F、72Rを通る経路抵抗が異なるようにされている。一方、手前側排気バルブリセス80F及び奥側排気バルブリセス80Rは、トップランド外周側面29との平面視における重なり量が同一に形成されている。これにより、トップランド28ないしはトップランド外周側面29の上端縁部には、手前側排気バルブリセス80F及び奥側排気バルブリセス80Rとの連続位置において、手前側及び奥側の切欠き形状部82F、82Rが形成されているが、これら手前側及び奥側の切欠き形状部82F、82Rは中心境界平面CFに対し対称に配置され、かつ、その大きさも同じである。   As is well known, the bottom surfaces of the intake valve recesses 70F and 70R and the exhaust valve recesses 80F and 80R are inclined so that the height position decreases as the distance from the center line of the piston 20 increases. The front-side intake valve recess 70F and the back-side intake valve recess 70R are formed so as to have different amounts of overlap in plan view with the outer peripheral side surface 22 of the piston, more specifically, with the top land outer peripheral side surface 29. As a result, the top land 28 or the top land outer peripheral side surface 29 has a shape that is notched downward at the upper end edge of the top land 28 or the front side intake valve recess 70R, that is, the front side. In addition, notch-shaped portions 72F and 72R on the back side are formed. These front-side and back-side cutout portions 72F and 72R are arranged asymmetrically with respect to the central boundary plane CF, and the sizes thereof are also different. In other words, the circumferential length LF of the notch shape portion 72F on the near side is formed to be longer than the circumferential length LR of the notch shape portion 72R on the back side. Thus, as will be described later, the path resistances passing through these notch-shaped portions 72F and 72R are made different. On the other hand, the front side exhaust valve recess 80 </ b> F and the back side exhaust valve recess 80 </ b> R are formed to have the same overlap amount in plan view with the top land outer peripheral side surface 29. Accordingly, the front and rear cutout portions 82F and 82R are formed at the upper end edge of the top land 28 or the outer peripheral side surface 29 of the top land at the continuous position with the front exhaust valve recess 80F and the rear exhaust valve recess 80R. Although formed, the front-side and back-side cutout portions 82F and 82R are arranged symmetrically with respect to the central boundary plane CF and have the same size.

ここで、2つの吸気バルブリセス70の間に形成された吸気バルブ側の突部75、及び2つの排気バルブリセス80の間に形成された排気バルブ側の突部85について説明する。吸気バルブ側のスキッシュ形成用の突部75及び排気バルブ側のスキッシュ形成用の突部85は共に、ピストン冠面24の外周側に位置され、平面視(図3(B))において略扇形状であり、また、中心境界平面CF方向における断面形状は略三角形状である点で共通している。したがって、スキッシュ形成用の突部75、85は、それぞれ、緩やかに下降しながらピストン外周側面22に概ね滑らかにつながる外側傾斜面75a、85a、燃焼室の中心側に向く内側傾斜面75b、85b、及びこれらの外側傾斜面75a、85aと内側傾斜面75b、85bの間に延びるエッジ部(頂縁部)75c、85cを有している。ここで、排気バルブ側のスキッシュ形成用の突部85は中心境界平面CFに対し対称に配置されているのに対し、吸気バルブ側のスキッシュ形成用の突部75は、異なる大きさの吸気バルブリセス70F,70Rに挟まれるように形成される関係上、図3(B)から明らかなように、中心境界平面CFに対し非対称でありその扇形状も奥側の吸気バルブリセス70R側に偏倚されて配置されている。   Here, the intake valve side protrusion 75 formed between the two intake valve recesses 70 and the exhaust valve side protrusion 85 formed between the two exhaust valve recesses 80 will be described. Both the squish forming protrusion 75 on the intake valve side and the squish forming protrusion 85 on the exhaust valve side are located on the outer peripheral side of the piston crown surface 24, and are substantially fan-shaped in plan view (FIG. 3B). In addition, the cross-sectional shape in the direction of the center boundary plane CF is common in that it is substantially triangular. Accordingly, the squish-forming projections 75 and 85 are respectively inclined to the outer peripheral surfaces 75a and 85a, which are gently lowered and connected to the piston outer peripheral surface 22 substantially smoothly, and the inner inclined surfaces 75b and 85b facing the center side of the combustion chamber. And edge portions (top edge portions) 75c and 85c extending between the outer inclined surfaces 75a and 85a and the inner inclined surfaces 75b and 85b. Here, the squish forming protrusion 85 on the exhaust valve side is arranged symmetrically with respect to the central boundary plane CF, whereas the squish forming protrusion 75 on the intake valve side has different intake valve recess sizes. Since it is formed so as to be sandwiched between 70F and 70R, as is clear from FIG. 3B, it is asymmetrical with respect to the center boundary plane CF, and its fan shape is also biased toward the back intake valve recess 70R side. Has been.

なお、ピストン冠面24の中心部には、僅かに窪まされた中心凹部95が形成されている。そして中心凹部95の真上に、点火栓60がシリンダヘッド14に取り付けられて設けられている。   A central recess 95 that is slightly recessed is formed at the center of the piston crown surface 24. An ignition plug 60 is attached to the cylinder head 14 directly above the central recess 95.

上述の実施形態に係る内燃機関10によれば、燃焼室30内において、仮に前述の中心境界平面CF上の位置Xでノッキングが発生したとすると、それによる代表的な圧力波である第1ないし第3の圧力波PW1ないしPW3は、図4に示すように、異なる大きさの2つの吸気バルブリセス70F,70Rに挟まれるように形成されたスキッシュ流形成用の突部75を乗り越えて通る第1経路、奥側の吸気バルブリセス70R、奥側の切欠き形状部72Rを通る第2経路、及び手前側吸気バルブリセス70F、手前側の切欠き形状部72Fを通る第3経路を経由して、ピストンの外周側面22、より具体的には、トップランド外周側面29に伝播することになる。しかし、上記第2経路と第3経路の途中においては、奥側の切欠き形状部72Rと手前側の切欠き形状部72Fとが中心境界平面CFに対し非対称に配置され、かつ、その大きさも異なるように形成されていて経路抵抗の大きさが異なることから、そこを通る第2の圧力波PW2と第3の圧力波PW3の伝播速度も異なり、中心境界平面CFに対応するピストンの外周側面22の中央付近(図4にMで示す)では合流しない。したがって、これらと中心境界平面CFに沿って第1経路を通る第1の圧力波PW1とが一点(3重点)において同時に重なって衝突することも回避される。かくて、各圧力波の衝突タイミングがずれて圧力増幅箇所が分散されるので、吸気バルブ42側の突部75が形成された部位近傍のトップランド外周側面29の表面に損傷(表面荒れ)が生じることが抑制されるのである。   According to the internal combustion engine 10 according to the above-described embodiment, if knocking occurs in the combustion chamber 30 at the position X on the above-described center boundary plane CF, the first to first typical pressure waves are generated. As shown in FIG. 4, the third pressure waves PW1 to PW3 pass through the squish flow forming protrusions 75 formed so as to be sandwiched between two intake valve recesses 70F and 70R having different sizes. The path of the piston passes through the second path passing through the rear intake valve recess 70R and the rear notch shape portion 72R, and the third path passing through the front intake valve recess 70F and the front notch shape portion 72F. It propagates to the outer peripheral side surface 22, more specifically, the top land outer peripheral side surface 29. However, in the middle of the second route and the third route, the notch shape portion 72R on the back side and the notch shape portion 72F on the near side are disposed asymmetrically with respect to the center boundary plane CF, and the size thereof is also Since they are formed differently and have different path resistances, the propagation speeds of the second pressure wave PW2 and the third pressure wave PW3 passing therethrough are also different, and the outer peripheral side surface of the piston corresponding to the central boundary plane CF Near the center of 22 (indicated by M in FIG. 4), no merging occurs. Therefore, it is also possible to avoid collision of these and the first pressure wave PW1 passing through the first path along the central boundary plane CF at the same time at one point (three points). Thus, since the timing of collision of the pressure waves is shifted and the pressure amplification points are dispersed, the surface of the topland outer peripheral side surface 29 near the portion where the protrusion 75 on the intake valve 42 side is formed is damaged (surface roughness). It is suppressed from occurring.

なお、上述においては、2つの吸気バルブリセスが、ピストンの外周側面との平面視における重なり量が異なる一形態として、それぞれの大きさが異なるように形成されている実施形態につき説明したが、他の実施形態を採用することも可能である。例えば、図示は省略するけれども、2つの吸気バルブリセスのそれぞれの大きさは同じであるが、上記重なり量を異ならせるために位置を異ならせて形成されてもよい。このようにすると、各圧力波のピストンの外周側面への侵入位置が異なることになり、同様に、圧力増幅箇所が分散されることになる。さらに、2つの吸気バルブリセスに対応する吸気バルブ自体も、吸気バルブリセスとの干渉が回避される限り、それに合わせてその大きさ又は位置を異ならせてもよいことは言うまでもない。   In the above description, the two intake valve recesses have been described as an embodiment in which each of the two intake valve recesses is formed to have a different size as a form in which the amount of overlap with the outer peripheral side surface of the piston is different. Embodiments can also be adopted. For example, although not shown, the two intake valve recesses have the same size, but may be formed at different positions in order to make the overlap amount different. If it does in this way, the penetration | invasion position to the outer peripheral side surface of each piston of a pressure wave will differ, and a pressure amplification location will be disperse | distributed similarly. Furthermore, it goes without saying that the intake valves themselves corresponding to the two intake valve recesses may have different sizes or positions in accordance with the intake valve recesses as long as interference with the intake valve recesses is avoided.

20 ピストン
22 ピストン外周側面
24 ピストン冠面
29 トップランド外周側面
70F 手前側の吸気バルブリセス
70R 奥側の吸気バルブリセス
72F 手前側の切欠き形状部
72R 奥側の切欠き形状部
75 スキッシュ形成用の突部
80F 手前側の排気バルブリセス
80R 奥側の排気バルブリセス
85 スキッシュ形成用の突部
CF 中心境界平面
20 Piston 22 Piston outer peripheral surface 24 Piston crown surface 29 Topland outer peripheral surface 70F Front intake valve recess 70R Front intake valve recess 72F Front notch shape portion 72R Back notch shape portion 75 Projection for squish formation 80F Exhaust valve recess on the near side 80R Exhaust valve recess on the back side 85 Projection for squish formation CF Center boundary plane

Claims (4)

2つの吸気バルブと排気バルブとを備え、シリンダヘッド下面の筒内天井部、シリンダブロック、及びピストンの冠面により画成される燃焼室のほぼ中央に点火栓が配置された火花点火式内燃機関用のピストンであって、
ピストンの冠面に形成され前記2つの吸気バルブと排気バルブとの干渉を回避するためのバルブリセスと、
前記2つの吸気バルブリセスの間に形成され前記筒内天井部と協働してスキッシュ流を形成する突部とを備え、
前記2つの吸気バルブリセスは、それぞれ、ピストンの外周側面との平面視における重なり量が異なるように形成されていることを特徴とするピストン。
A spark ignition internal combustion engine having two intake valves and an exhaust valve, and having an ignition plug disposed substantially in the center of a combustion chamber defined by a cylinder ceiling under the cylinder head, a cylinder block, and a crown surface of a piston Piston for
A valve recess formed on the crown of the piston to avoid interference between the two intake valves and the exhaust valve;
A protrusion formed between the two intake valve recesses to form a squish flow in cooperation with the in-cylinder ceiling,
The piston is characterized in that the two intake valve recesses are formed so as to have different amounts of overlap in plan view with the outer peripheral side surface of the piston.
前記2つの吸気バルブリセスは、それぞれ、大きさを異ならせて形成されていることを特徴とする請求項1に記載のピストン。   The piston according to claim 1, wherein the two intake valve recesses are formed with different sizes. 前記2つの吸気バルブリセスは、それぞれ、位置を異ならせて形成されていることを特徴とする請求項1に記載のピストン。   The piston according to claim 1, wherein the two intake valve recesses are formed at different positions. 請求項1ないし3のいずれかに記載のピストンを備えたことを特徴とする火花点火式内燃機関。   A spark ignition type internal combustion engine comprising the piston according to any one of claims 1 to 3.
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