JP2013204472A - エンジンのピストン - Google Patents

Abstract

【課題】混合気を良好に撹拌して燃焼効率を向上させることができるエンジンのピストンを提供する。
【解決手段】ピストン１０のヘッド部２４の頂面に、溝部２８を設けると共に、溝部２８の周部にその端面から連続する第１及び第２のスキッシュ部２９，３０を設け、且つ溝部２８の開口形状を、２つの半円部２８ａとこれらの半円部２８ａを接続する２つの直線部２８ｂとからなるレーストラック形状とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンを構成するピストンに関するものであり、特に、ピストンのヘッド部の頂面の形状に関する。

従来、ピストンの頂面の形状によって燃焼室内に乱気流を発生させて、燃焼速度を高めて燃焼効率を向上させる技術が知られている。このように燃焼室内で乱気流を発生させて混合気を攪拌することで、エンジンの圧縮比を高くした場合でもノッキングの発生を抑制することができる。

具体的には、例えば、ピストンの頂面（冠面）の外縁部に部分的に凸状のスキッシュ部（凸部）を設けるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

このような構成では、圧縮行程でピストンを上昇させた際、ピストン頂面のスキッシュ部とシリンダヘッドの下面との間に狭い隙間（スキッシュエリア）が形成され、この隙間から混合気をスキッシュ流として押し出すことで燃焼室内の混合気が攪拌される。結果として燃焼効率が高まり、ノッキングの発生を抑制することができる。

特開２０１０−２０３３３４号公報

上述のようにピストンのヘッド部の頂面に凸部（スキッシュ部）を設けることで、燃焼効率を高めることができる。しかしながら凸部だけでは、燃焼効率を十分に向上することはできず、さらなる燃焼効率の向上が望まれている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、混合気を良好に撹拌して燃焼効率を向上させることができるエンジンの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本発明の第１の態様は、シリンダ内を摺動するエンジンのピストンであって、ヘッド部の頂面には燃焼室の一部を構成する溝部が設けられていると共に、該溝部の吸気側及び排気側の周縁部には前記溝部の端面から連続する凸部がそれぞれ設けられ、且つ前記溝部の開口形状が、２つの半円部とこれらの半円部を接続する２つの直線部とからなるレーストラック形状であることを特徴とするエンジンのピストンにある。

本発明の第２の態様は、第１の態様のエンジンのピストンにおいて、前記溝部の底面と端面とで形成される角部が、曲面で構成されていることを特徴とするエンジンのピストンにある。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様のエンジンのピストンにおいて、前記溝部の幅が、前記ヘッド部の直径の５０％〜７０％であることを特徴とするエンジンのピストンにある。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか一つの態様のエンジンのピストンにおいて、前記凸部が、シリンダヘッドの下面との間にスキッシュエリアを形成するスキッシュ部であることを特徴とするエンジンのピストンにある。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか一つの態様のエンジンのピストンにおいて、反スラスト側のスカート部の幅が、スラスト側のスカート部の幅よりも狭いことを特徴とするエンジンのピストンにある。

かかる本発明では、圧縮行程において、燃焼室内に発生する乱気流によって混合気を効果的に攪拌することができる。したがって、燃焼効率が向上し、エンジンの圧縮比を高くした場合でもノッキングの発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る燃焼室を示すエンジンの断面図である。 本発明の一実施形態に係るピストンの正面図である。 本発明の一実施形態に係るピストンの上面図である。 本発明の一実施形態に係るピストンの側面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るエンジンのピストンについて図面を参照して説明する。

図１に示すように、ピストン１０を備えるエンジン（内燃機関）１１は、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１３とを有する。ピストン１０は、シリンダブロック１２の各シリンダ１４内に往復移動自在に収容されている。なおピストン１０には、ピストンピン１５によってコンロッド１６が固定されており、ピストン１０は、このコンロッド１６を介してクランクシャフト（図示なし）に接続されている。

シリンダヘッド１３の下面には凹部１７が形成され、この凹部１７とピストン１０の頂面とで、いわゆるペントルーフ型の燃焼室１８が形成されている。すなわち凹部１７は、逆方向に傾斜する二つの第１の傾斜面１７ａ及び第２の傾斜面１７ｂで構成されている。シリンダヘッド１３には、燃焼室１８の中央部に対応する位置に点火プラグ１９が設けられている。またシリンダヘッド１３には、この点火プラグ１９を挟んで両側、一対の吸気ポート２０及び一対の排気ポート２１がそれぞれ形成されている。本実施形態では、各吸気ポート２０が第１の傾斜面１７ａに設けられ、各排気ポート２１が第２の傾斜面１７ｂに設けられている。なお各吸気ポート２０には吸気弁２２が設けられ、この吸気弁２２によって吸気ポート２０が開閉可能に構成されている。同様に、各排気ポート２１には排気弁２３が設けられ、この排気弁２３によって排気ポート２１が開閉可能に構成されている。

以下、燃焼室１８を形成するピストン１０の構造について詳しく説明する。図２〜図４に示すように、ピストン１０は、シリンダ１４内を摺動して燃焼室１８を形成する円筒状のヘッド部２４と、その下側に設けられる一対のスカート部２５とを備えている。なおスカート部２５を繋ぐサイドウォール部２６には、肉厚のピンボス部（図示なし）が形成されており、このピンボス部にピストンピン１５が挿入されるピン穴２７が形成されている。

ヘッド部２４の頂面には、その中央部に燃焼室１８の一部を構成する溝部２８が設けられている。溝部２８は、シリンダヘッド１３の第１の傾斜面１７ａと第２の傾斜面１７ｂとの稜線に沿って形成され（図１参照）、その開口形状は、２つの半円部２８ａとこれらの半円部２８ａを接続する２つの直線部２８ｂとからなるレーストラック形状となっている。すなわち各半円部２８ａは、ヘッド部２４の中心点Ｃ０よりも外側に位置する点Ｃ１，Ｃ２を中心とする円弧であり、ヘッド部２４の中心点Ｃ０を中心とする円弧とは異なる。

このような溝部２８の寸法は、特に限定されないが、溝部２８の幅（短径）Ｗ１は、ヘッド部２４の直径Ｄ１の５０〜７０％程度であることが好ましい。特に、ヘッド部２４の直径Ｄ１が７０〜８０ｍｍ程度である場合には、溝部２８の幅Ｗ１が上記範囲であることが望ましい。

また溝部２８の底面２８ｃは、シリンダ１４の軸方向とは直交する平面となっている。溝部２８の側面（端面）２８ｄは、この底面２８ｃに対して所定角度で傾斜する傾斜面となっており、この側面２８ｄと底面２８ｃとで形成される角部はＲ形状となっている。すなわち、溝部２８の側面２８ｄは緩やかな円弧状に形成されている。

この溝部２８の吸気ポート２０側（吸気側）及び排気ポート２１側（排気側）には、吸気弁２２及び排気弁２３に対向する領域を除いて、ヘッド部２４の頂面からシリンダヘッド１３側に突出する第１及び第２のスキッシュ部（凸部）２９，３０が設けられている。

なお吸気弁２２に対向する部分は、第１のスキッシュ部２９は設けられず吸気バルブリセス３１となっており、排気弁２３に対向する部分は、第２のスキッシュ部３０は設けられず排気バルブリセス３２となっている（図３参照）。これら吸気バルブリセス３１及び排気バルブリセス３２は、ピストン１０がシリンダ１４内を上死点付近まで上昇した際に、第１のスキッシュ部２９に吸気弁２２が干渉しないように、また第２のスキッシュ部３０に排気弁２３が干渉しないように形成された切欠きであって、各吸気弁２２及び排気弁２３に対応して設けられている。

第１のスキッシュ部２９は、吸気バルブリセス３１の間においては溝部２８の側面から連続的に設けられている（図２参照）。すなわち第１のスキッシュ部２９は、その側面２９ａが溝部２８の側面２８ｄから連続して形成されている。上述のように溝部２８の側面２８ｄは、底面２８ｃに対して傾斜して設けられているため、第１のスキッシュ部２９の頂点Ｐ１は、溝部２８の開口縁部よりも若干外側に位置している。また第２のスキッシュ部３０も、排気バルブリセス３２の間において溝部２８の側面２８ｄから連続的に設けられ、第２のスキッシュ部３０の頂点Ｐ２が、溝部２８の開口縁部よりも若干外側に位置している。

また第１のスキッシュ部２９の外周面は、ピストン１０がシリンダ１４内を上死点付近まで上昇した際に、第１の傾斜面１７ａと対向するように形成されている（図１参照）。すなわち、第１のスキッシュ部２９の外周面は、第１の傾斜面１７ａと略同一の傾斜角度となるように形成されている。第２のスキッシュ部３０の外周面も、第１のスキッシュ部２９と同様に、第２の傾斜面１７ｂと略同一の傾斜角度となるように形成されている。

このような第１及び第２のスキッシュ部２９，３０をヘッド部２４が備える構成では、ピストン１０が上死点付近まで上昇すると、第１及び第２の傾斜面１７ａ，１７ｂと第１及び第２のスキッシュ部２９，３０との隙間が狭まり、いわゆるスキッシュエリアが形成される。これにより、燃焼室１８内に乱流（スキッシュ流）が形成されて、混合気が良好に攪拌される。さらに本発明では、これら第１のスキッシュ部２９と第２のスキッシュ部３０との間に、上述したレーストラック型の溝部２８が形成されているため、混合気を効果的に攪拌できると共に混合気を燃焼室１８の中央部に集中させ易くなる。これにより、燃焼効率を効果的に高めることができる。

またピストン１０がこのような構成のヘッド部２４を備える場合、ヘッド部２４の下側に設けられるスカート部２５は、反スラスト側のスカート部２５ａの幅Ｗ２がスラスト側のスカート部２５ｂの幅Ｗ３よりも狭くなるように設けられていることが好ましい（図４参照）。なおここでいうスラスト側とは、膨張行程においてピストン１０がシリンダ１４の内壁に押し付けられる側のことをいい、その反対側を反スラスト側という。

このように反スラスト側のスカート部２５ａの幅を比較的狭くすることで、ピストン１０の軽量化を図ることができる。一方、スラスト側のスカート部２５ｂの幅は比較的広くすることで、膨張工程におけるスカート部２５ｂのシリンダブロック１２との受圧面積を十分に確保して耐スカッフ性を向上することができる。すなわちスカート部２５を上記のような構成とすることで、ピストン１０の軽量化を図りつつ、スカート部２５の耐スカッフ性も向上することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、吸気管噴射型のエンジンを例示したが、エンジンの形式はこれに限らず、例えば筒内噴射型のエンジンであってもよい。

１０ ピストン
１２ シリンダブロック
１３ シリンダヘッド
１４ シリンダ
１５ ピストンピン
１６ コンロッド
１７ 凹部
１８ 燃焼室
１９ 点火プラグ
２０ 吸気ポート
２１ 排気ポート
２２ 吸気弁
２３ 排気弁
２４ ヘッド部
２５ スカート部
２６ サイドウォール部
２７ ピン穴
２８ 溝部
２９ 第１のスキッシュ部
３０ 第２のスキッシュ部
３１ 吸気バルブリセス
３２ 排気バルブリセス

Claims (5)

1. シリンダ内を摺動するエンジンのピストンであって、
   ヘッド部の頂面には燃焼室の一部を構成する溝部が設けられていると共に、該溝部の吸気側及び排気側の周縁部には前記溝部の端面から連続する凸部がそれぞれ設けられ、
   且つ前記溝部の開口形状が、２つの半円部とこれらの半円部を接続する２つの直線部とからなるレーストラック形状であることを特徴とするエンジンのピストン。
2. 請求項１に記載のエンジンのピストンにおいて、
   前記溝部の底面と端面とで形成される角部が、曲面で構成されていることを特徴とするエンジンのピストン。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンのピストンにおいて、
   前記溝部の幅が、前記ヘッド部の直径の５０％〜７０％であることを特徴とするエンジンのピストン。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンのピストンにおいて、
   前記凸部が、シリンダヘッドの下面との間にスキッシュエリアを形成するスキッシュ部であることを特徴とするエンジンのピストン。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載のエンジンのピストンにおいて、
   反スラスト側のスカート部の幅が、スラスト側のスカート部の幅よりも狭いことを特徴とするエンジンのピストン。

Images