JP2017061901A - piston - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piston which can favorably maintain a tumble flow up to a compression stroke latter stage while improving a compression ratio.SOLUTION: A piston of an engine having tumble formation means comprises: a recess 150 which is formed by recessing a region in the vicinity of both ends of a crown face 100A in a crankshaft direction to a crankshaft side; a salient part 160 which is formed between a center part of the crown face and the recess, is salient to a cylinder head side, and extends substancially along a plane perpendicular to the axis of a crankshaft; and drift means 170 which makes a component flowing along a protrusive end of the salient part in a tumble flow drift to the recess side when viewed from a cylinder axial line direction.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、レシプロエンジンのピストンに関し、特に圧縮比を向上しつつ圧縮行程後期までタンブル流を良好に維持可能なものに関する。   The present invention relates to a piston of a reciprocating engine, and more particularly to a piston capable of maintaining a tumble flow well until the latter stage of a compression stroke while improving a compression ratio.

ガソリンエンジン等の火花点火式エンジンにおいては、燃焼速度を向上することによって理想的な等容燃焼からの乖離を示す等容度を改善し、熱効率を高めて出力や燃費を向上させることが要望されている。
燃焼速度を向上するための手法として、点火時期近傍における燃焼室内のガス流動(乱れ)を強化することが知られている。
例えば、吸気ポートの形状等によって、シリンダ内にクランク軸と実質的に平行な軸回りに旋回するタンブル流(縦渦)を発生させるとともに、圧縮上死点近傍でタンブル流を崩壊させることによって、点火栓の周囲に強い乱れを形成することが知られている。
また、ピストンの冠面の中央部に凹型のキャビティを形成することによって、圧縮行程後期までタンブル流を維持し、点火直前における筒内混合気の乱れを強くすることが提案されている。
Spark-ignition engines such as gasoline engines are required to improve the isovolume, which shows the deviation from ideal isobaric combustion, by increasing the combustion speed, and to increase the thermal efficiency and improve the output and fuel consumption. ing.
As a technique for improving the combustion speed, it is known to enhance the gas flow (turbulence) in the combustion chamber near the ignition timing.
For example, by generating a tumble flow (longitudinal vortex) swirling around an axis substantially parallel to the crankshaft in the cylinder depending on the shape of the intake port, etc., and by collapsing the tumble flow near the compression top dead center, It is known to form a strong turbulence around the spark plug.
It has also been proposed to form a concave cavity at the center of the crown surface of the piston so as to maintain the tumble flow until the latter stage of the compression stroke and to increase the turbulence of the in-cylinder mixture immediately before ignition.

ピストンの冠面形状等によって、シリンダ内あるいは燃焼室内で所望のガス流動を得る従来技術として、例えば特許文献1には、ピストン冠面の中央部に、吸気バルブと排気バルブとを結ぶスラップ方向に延在する矩形状の底面を有する凹部を形成するとともに、凹部をクランク軸線方向に挟んだ両側に、一対の整流リブを形成することが記載されている。
また、特許文献2には、ピストンの冠面中央部に、シリンダ軸線方向から見たときに三角形状(くさび形状)となるセンタリブを形成し、上死点近傍において点火プラグの近傍からタンブル流を排除することが記載されている。
As a conventional technique for obtaining a desired gas flow in a cylinder or a combustion chamber depending on the shape of the crown surface of the piston, for example, in Patent Document 1, in the slap direction connecting the intake valve and the exhaust valve at the center of the piston crown surface. It is described that a recess having a rectangular bottom surface extending is formed, and a pair of rectifying ribs are formed on both sides sandwiching the recess in the crank axis direction.
In Patent Document 2, a center rib having a triangular shape (wedge shape) when viewed from the cylinder axial direction is formed at the center of the crown surface of the piston, and a tumble flow is generated from the vicinity of the spark plug near the top dead center. It is described to eliminate.

特開平11−343851号公報JP-A-11-343851 特開平 8− 14048号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-14048

オットーサイクル等のエンジンの理論熱効率は圧縮比に依存するため、良好な熱効率を得るためには圧縮比をある程度高く設定する必要がある。
しかし、上述したように、タンブル流を保存、維持するため、ピストンの冠面を凹ませてキャビティを形成した場合、ピストンが上死点にあるときの燃焼室容積が増加して圧縮比を向上し難い傾向となる。
このため、キャビティを形成しない場合に対して圧縮比を維持し、あるいは向上するためには、冠面におけるキャビティ以外の部分をシリンダヘッド側へ突出させる(嵩上げする)必要が生じる。
従来、このような目的で、冠面のクランク軸線方向における両端部において、冠面の平均高さに対してシリンダヘッド側へ張り出すよう形成された突出部を設けることが提案されている。
Since the theoretical thermal efficiency of an engine such as an Otto cycle depends on the compression ratio, it is necessary to set the compression ratio high to some extent in order to obtain good thermal efficiency.
However, as described above, in order to preserve and maintain the tumble flow, when the cavity is formed by recessing the crown of the piston, the combustion chamber volume when the piston is at top dead center is increased and the compression ratio is improved. It tends to be difficult.
For this reason, in order to maintain or improve the compression ratio with respect to the case where no cavity is formed, it is necessary to project (increase) a portion other than the cavity on the crown surface to the cylinder head side.
Conventionally, for such purposes, it has been proposed to provide protrusions formed so as to protrude toward the cylinder head with respect to the average height of the crown surface at both ends of the crown surface in the crank axis direction.

しかし、このような冠面形状とした場合、圧縮行程後期に突出部とシリンダヘッドとの隙間が狭小となった際に、ここから噴出する気流(スキッシュ流)がボア中央側へ流入し、タンブル流と干渉してこれを弱めてしまう場合がある。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、圧縮比を向上しつつ圧縮行程後期までタンブル流を良好に維持可能なピストンを提供することである。
However, with such a crown shape, when the gap between the protrusion and the cylinder head becomes narrower in the latter half of the compression stroke, the air flow (squish flow) ejected from here flows into the center of the bore and becomes tumble. It may interfere with the flow and weaken it.
In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a piston that can satisfactorily maintain a tumble flow until the latter stage of the compression stroke while improving the compression ratio.

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項1に係る発明は、圧縮行程におけるシリンダ内部でクランク軸方向と実質的に平行な軸回りに旋回するタンブル流を形成するタンブル形成手段を有するエンジンのピストンであって、冠面の前記クランク軸方向における両端部近傍の領域を前記クランク軸側へ凹ませて形成した凹部と、前記冠面の中央部と前記凹部との間に設けられ前記冠面の中央部及び前記凹部に対してシリンダヘッド側へ突出するとともに前記クランク軸と直交する平面に実質的に沿って延在する突出部と、前記タンブル流における前記突出部の突端部に沿って流れる成分をシリンダ軸線方向から見たときに前記凹部側へ偏向させる偏流手段とを備えることを特徴とするピストンである。
これによれば、シリンダヘッドに凹部状に形成される燃焼室凹部と突出部とが近接した際に形成される隙間にタンブル流の一部が挟み込まれて形成されるスキッシュ流を、偏流手段によって凹部内へ導入することによって、スキッシュ流がシリンダ中心側(ボア内径側)へ噴出してタンブル流の主流と干渉することが防止され、ピストンが圧縮上死点近傍に到達するまでタンブル流を良好に維持することができる。
これによって、突出部を形成して圧縮比を向上したピストンにおいても、点火時における燃焼室内のガス流動(乱れ)を強化し、燃焼速度を高めて熱効率を向上し、出力、燃費を改善することができる。
The present invention solves the above-described problems by the following means.
The invention according to claim 1 is a piston of an engine having tumble forming means for forming a tumble flow that turns around an axis substantially parallel to the crankshaft direction inside a cylinder in a compression stroke, wherein the crank on the crown surface A concave portion formed by denting regions near both end portions in the axial direction toward the crankshaft side, and a cylinder with respect to the central portion of the crown surface and the concave portion provided between the central portion of the crown surface and the concave portion A protrusion projecting toward the head and extending substantially along a plane perpendicular to the crankshaft, and a component flowing along the projecting end of the projection in the tumble flow, when viewed from the cylinder axial direction It is a piston characterized by having a drift means deflected to the said recessed part side.
According to this, the squish flow formed by sandwiching a part of the tumble flow in the gap formed when the combustion chamber recess and the protrusion formed in the recess shape in the cylinder head are brought close to each other by the drifting means. By introducing into the recess, the squish flow is prevented from injecting into the cylinder center side (bore inner diameter side) and interfering with the main flow of the tumble flow, and the tumble flow is good until the piston reaches the vicinity of the compression top dead center. Can be maintained.
As a result, even in pistons with a protruding part that improves the compression ratio, the gas flow (turbulence) in the combustion chamber during ignition is strengthened, the combustion speed is increased, the thermal efficiency is improved, and the output and fuel consumption are improved. Can do.

請求項2に係る発明は、前記タンブル流は、前記冠面の近傍において排気側から吸気側へ流れるものであり、前記シリンダ軸線方向から見たときに、前記凹部の前記吸気側の端部と前記冠面の中心とを結ぶ直線と、前記冠面の中心を通りかつ前記クランク軸と平行な直線とがなす角度をθとした場合、前記凹部の前記吸気側の端部と前記冠面の中心とを結ぶ直線に対する前記冠面の中心回りにおける角度位置が1/2θ以内である領域に前記偏流手段を配置したことを特徴とする請求項1に記載のピストンである。
これによれば、タンブル流の影響によって突出部に沿って排気側から吸気側へ流れるよう形成されるスキッシュ流の大部分を、効率よく凹部側へ偏向させることができる。
また、凹部側へ偏向させたスキッシュ流が再び燃焼室の中央側へ流入することを防止できる。
The invention according to claim 2 is such that the tumble flow flows from the exhaust side to the intake side in the vicinity of the crown surface, and when viewed from the cylinder axial direction, When an angle formed by a straight line connecting the center of the crown surface and a straight line that passes through the center of the crown surface and is parallel to the crankshaft is θ, the end portion on the intake side of the recess and the crown surface 2. The piston according to claim 1, wherein the drifting means is arranged in a region where an angular position around the center of the crown surface with respect to a straight line connecting the center is within ½θ.
According to this, most of the squish flow formed so as to flow from the exhaust side to the intake side along the protruding portion by the influence of the tumble flow can be efficiently deflected to the concave portion side.
Further, it is possible to prevent the squish flow deflected toward the concave portion from flowing into the center side of the combustion chamber again.

請求項3に係る発明は、前記偏流手段は、前記突出部から前記シリンダヘッド側へ突出しかつ前記クランク軸方向に対して傾斜して配置されたリブ状に形成されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のピストンである。
これによれば、簡単な構成によって確実に上述した効果を得ることができる。
The invention according to claim 3 is characterized in that the drifting means is formed in a rib shape protruding from the protruding portion toward the cylinder head and inclined with respect to the crankshaft direction. The piston according to claim 1 or claim 2.
According to this, the above-described effects can be reliably obtained with a simple configuration.

請求項4に係る発明は、前記突出部が前記冠面の平均高さに対してシリンダヘッド側に張り出した領域における容積と、前記凹部が前記冠面の平均高さに対してクランク軸側に張り出した領域における容積とを、実質的に一致させたことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のピストンである。
これによれば、突出部に起因して形成されるスキッシュ流の大部分を凹部内で吸収することが可能であるとともに、シリンダ中央部で形成されるタンブル流の主流が凹部内へ引き込まれることがなく、上述した効果をより促進することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a volume in a region where the protruding portion protrudes toward the cylinder head with respect to the average height of the crown surface, and the recess is located on the crankshaft side with respect to the average height of the crown surface. The piston according to any one of claims 1 to 3, wherein the volume in the projecting region is substantially matched.
According to this, most of the squish flow formed due to the protrusion can be absorbed in the recess, and the main flow of the tumble flow formed in the center of the cylinder is drawn into the recess. The effects described above can be further promoted.

請求項5に係る発明は、圧縮行程におけるシリンダ内部でクランク軸方向と実質的に平行な軸回りに旋回するタンブル流を形成するタンブル流形成手段を有するエンジンのピストンであって、冠面の前記クランク軸方向における両端部近傍の領域を前記クランク軸側へ凹ませて形成した凹部と、前記冠面の中央部と前記凹部との間に設けられ前記冠面の中央部及び前記凹部に対してシリンダヘッド側へ突出するとともに前記クランク軸と直交する平面に実質的に沿って延在する突出部とを備え、前記突出部が前記冠面の平均高さに対してシリンダヘッド側に張り出した領域における容積と、前記凹部が前記冠面の平均高さに対してクランク軸側に張り出した領域における容積とを、実質的に一致させたことを特徴とするピストンである。
これによれば、シリンダヘッドに形成される燃焼室凹部と突出部との隙間にタンブル流の一部が挟み込まれて噴出するスキッシュ流を凹部内へ導入することによって、スキッシュ流がシリンダ中心側へ噴出してタンブル流と干渉することが防止され、タンブル流を圧縮上死点近傍まで良好に維持することができる。
また、突出部に起因して形成されるスキッシュ流の大部分を凹部内で吸収することが可能であるとともに、中央部で形成されるタンブル流の主流が凹部内へ引き込まれることがなく、上述した効果をより促進することができる。
これによって、突出部を形成して圧縮比を向上したピストンにおいても、点火時における燃焼室内のガス流動(乱れ)を強化し、燃焼速度を向上して熱効率、出力、燃費を改善することができる。
The invention according to claim 5 is a piston of an engine having tumble flow forming means for forming a tumble flow turning around an axis substantially parallel to the crankshaft direction inside the cylinder in the compression stroke, A recess formed by recessing the region in the vicinity of both ends in the crankshaft direction toward the crankshaft, and a center portion of the crown surface and the recess provided between the center portion of the crown surface and the recess. A region projecting toward the cylinder head and extending substantially along a plane perpendicular to the crankshaft, the region projecting toward the cylinder head with respect to the average height of the crown surface And the volume in the region in which the concave portion protrudes toward the crankshaft with respect to the average height of the crown surface is substantially matched.
According to this, by introducing the squish flow that is ejected with a part of the tumble flow sandwiched in the gap between the combustion chamber recess and the protrusion formed in the cylinder head into the recess, the squish flow is moved toward the center of the cylinder. It is possible to prevent the tumbling flow from interfering with the tumble flow and to maintain the tumble flow well to the vicinity of the compression top dead center.
In addition, most of the squish flow formed due to the protrusion can be absorbed in the recess, and the main flow of the tumble flow formed in the central portion is not drawn into the recess. The effect obtained can be further promoted.
As a result, even in a piston that has a protruding portion to improve the compression ratio, the gas flow (turbulence) in the combustion chamber at the time of ignition can be strengthened, the combustion speed can be improved, and the thermal efficiency, output, and fuel consumption can be improved. .

以上説明したように、本発明によれば、圧縮比を向上しつつ圧縮行程後期までタンブル流を良好に維持可能なピストンを提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a piston that can satisfactorily maintain the tumble flow until the latter stage of the compression stroke while improving the compression ratio.

本発明の比較例であるピストンの冠面形状及びこのピストンを有するエンジンの燃焼室形状を示す図である。It is a figure which shows the crown surface shape of the piston which is a comparative example of this invention, and the combustion chamber shape of the engine which has this piston. 比較例における圧縮行程でのシリンダ内ガス流動の時系列変化を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the time series change of the gas flow in a cylinder in the compression stroke in a comparative example. 本発明を適用したピストンの実施例1の冠面形状及びこのピストンを有するエンジンの燃焼室形状を示す図である。It is a figure which shows the crown surface shape of Example 1 of the piston to which this invention is applied, and the combustion chamber shape of an engine which has this piston. 実施例1のピストンを有するエンジンの燃焼室形状の拡大図である。It is an enlarged view of the combustion chamber shape of the engine which has a piston of Example 1. FIG. 実施例1のピストンを有するエンジンにおける圧縮行程でのシリンダ内ガス流動の時系列変化を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the time series change of the gas flow in a cylinder in the compression stroke in the engine which has a piston of Example 1. FIG. 実施例1のピストンにおける凹部の底面高さを変化させた状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state which changed the bottom face height of the recessed part in the piston of Example 1. FIG. 本発明を適用したピストンの実施例2の冠面形状及びこのピストンを有するエンジンの燃焼室形状を示す図である。It is a figure which shows the crown surface shape of Example 2 of the piston to which this invention is applied, and the combustion chamber shape of an engine which has this piston. 実施例2のピストンを有するエンジンにおける圧縮行程でのシリンダ内ガス流動の時系列変化を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the time series change of the gas flow in a cylinder in the compression stroke in the engine which has a piston of Example 2. FIG.

本発明は、圧縮比を向上しつつ圧縮行程後期までタンブル流を良好に維持可能なピストンを提供する課題を、ピストン冠面におけるクランク軸方向両端部に凹部及び突出部を形成するとともに、突出部の突端部に沿って流れるスキッシュ流を、凹部側へ偏向させる偏流手段を設けることによって解決した。
また、ピストン冠面におけるクランク軸方向両端部に凹部及び突出部を形成するとともに、凹部と突出部が平均冠面高さから下方、上方へそれぞれ張り出した領域の容積を実質的に一致させることによって解決した。
The present invention aims to provide a piston capable of satisfactorily maintaining the tumble flow until the latter stage of the compression stroke while improving the compression ratio, and forms a recess and a protrusion at both ends of the piston crown surface in the crankshaft direction. This problem has been solved by providing a drifting means for deflecting the squish flow that flows along the protruding end portion toward the concave portion.
Further, by forming recesses and protrusions at both ends in the crankshaft direction on the piston crown surface, and substantially matching the volumes of the regions where the recesses and the protrusions protrude downward and upward from the average crown surface height, respectively. Settled.

以下、本発明を適用したピストンの実施例1について説明する。
先ず、実施例1のピストンの説明に先立ち、本発明の比較例であるピストンについて説明する。
比較例のピストンは、例えば、乗用車等の自動車の走行用動力源として用いられるガソリン筒内燃料噴射(直噴)エンジンに用いられるものである。
エンジンは、気筒あたり吸気2バルブ、排気2バルブを所定のバルブ挟角で配列して構成されたペントルーフ型の燃焼室を有する。
燃焼室は、シリンダヘッドのシリンダブロック側の面部を凹ませて形成した燃焼室凹部200、ピストンの冠面100、及び、シリンダ内周面の一部によって囲まれた空間部である。
燃焼室凹部200は、その中央部(シリンダ軸心付近)に電極部分が配置された図示しない点火栓(スパークプラグ)を有する。
また、燃焼室凹部200は、一対の吸気ポートの間隔から、ノズル部が燃焼室凹部200内に挿入されたマルチホールの図示しない直噴インジェクタを有する。
直噴インジェクタは、圧縮行程後期において、ピストンの冠面100Aに向けてビーム状の燃料噴霧を放射状に複数噴出する。
Hereinafter, a first embodiment of a piston to which the present invention is applied will be described.
First, prior to the description of the piston of Example 1, a piston that is a comparative example of the present invention will be described.
The piston of the comparative example is used for, for example, a gasoline in-cylinder fuel injection (direct injection) engine used as a driving power source for automobiles such as passenger cars.
The engine has a pent roof type combustion chamber configured by arranging two intake valves and two exhaust valves per cylinder with a predetermined valve sandwich angle.
The combustion chamber is a space portion surrounded by a combustion chamber concave portion 200 formed by denting a cylinder block side surface portion of the cylinder head, a crown surface 100 of the piston, and a part of the inner peripheral surface of the cylinder.
Combustion chamber recess 200 has an ignition plug (spark plug) (not shown) in which an electrode portion is arranged at the center (near the cylinder axis).
Combustion chamber recess 200 has a multi-hole direct injection injector (not shown) in which a nozzle portion is inserted into combustion chamber recess 200 from the interval between the pair of intake ports.
In the latter half of the compression stroke, the direct injection injector ejects a plurality of beam-like fuel sprays radially toward the crown surface 100A of the piston.

図1は、比較例のピストンの冠面形状及びこのピストンを有するエンジンの燃焼室形状を示す図である。
図1(a)は、比較例のピストンの冠面をシリンダ軸線(シリンダ中心軸)方向から見た図である。
図1(b)は、比較例のピストンが上死点近傍にあるときの燃焼室形状の断面図であって、図1(a)のb−b部断面に相当するものである。(後述する図3,7において同じ)
FIG. 1 is a diagram showing a crown shape of a piston of a comparative example and a combustion chamber shape of an engine having this piston.
Fig.1 (a) is the figure which looked at the crown of the piston of the comparative example from the cylinder axis (cylinder center axis) direction.
FIG. 1B is a cross-sectional view of the combustion chamber shape when the piston of the comparative example is in the vicinity of the top dead center, and corresponds to a cross section taken along the line bb in FIG. (Same in FIGS. 3 and 7 to be described later)

比較例のピストンは、例えばアルミニウム系合金を鋳造又は鍛造することによって概ねの形状を形成した後、所定の機械加工やスカート面のコーティング処理を施すことによって形成されている。
冠面100は、ピストンにおけるシリンダヘッドと対向する側の端面であって、実質的にシリンダ軸線と直交する平面にほぼ沿って形成された円盤状に形成されている。
冠面100は、シリンダヘッドに形成された燃焼室凹部200等と協働して、混合気が点火され燃焼する燃焼室の壁面の一部を構成する。
冠面100は、ピストン本体と一体に形成されたキャビティ110、吸気バルブリセス120、排気バルブリセス130、突出部140等を有して構成されている。
The piston of the comparative example is formed by, for example, forming a general shape by casting or forging an aluminum-based alloy, and then performing a predetermined machining process or a coating process on the skirt surface.
The crown surface 100 is an end surface of the piston on the side facing the cylinder head, and is formed in a disc shape that is formed substantially along a plane that is substantially orthogonal to the cylinder axis.
The crown surface 100 constitutes a part of the wall surface of the combustion chamber in which the air-fuel mixture is ignited and burned in cooperation with the combustion chamber recess 200 formed in the cylinder head.
The crown surface 100 includes a cavity 110 formed integrally with the piston body, an intake valve recess 120, an exhaust valve recess 130, a protrusion 140, and the like.

キャビティ110は、冠面100の中央部を凹ませて形成された凹部である。
キャビティ110は、吸気ポート210からシリンダ内に燃焼用空気(新気)が流入する際に、シリンダ内に形成されるタンブル流(縦渦)T(図2参照)を維持、強化する機能を有する。
キャビティ110は、シリンダ軸線方向から見たときに、クランク軸方向にほぼ沿った長軸を有する長円状に形成されている。
The cavity 110 is a recess formed by denting the central portion of the crown surface 100.
The cavity 110 has a function of maintaining and strengthening a tumble flow (longitudinal vortex) T (see FIG. 2) formed in the cylinder when combustion air (fresh air) flows into the cylinder from the intake port 210. .
The cavity 110 is formed in an oval shape having a long axis substantially along the crankshaft direction when viewed from the cylinder axial direction.

吸気バルブリセス120、排気バルブリセス130は、吸気ポート210及び図示しない排気ポートを、所定のバルブタイミングで開閉する吸気バルブ、排気バルブの弁体部分との干渉を防止する目的で形成された凹部である。
吸気バルブリセス120、排気バルブリセス130は、冠面100における吸気側、排気側の領域に、例えば一対ずつ配置されている。
The intake valve recess 120 and the exhaust valve recess 130 are concave portions formed for the purpose of preventing interference between the intake port 210 and an exhaust port (not shown) with an intake valve that opens and closes at a predetermined valve timing and a valve body portion of the exhaust valve.
The intake valve recess 120 and the exhaust valve recess 130 are disposed, for example, in pairs in the intake side and exhaust side regions of the crown surface 100.

突出部140は、燃焼室容量を縮小してエンジンの圧縮比を向上する目的で、冠面100のクランク軸方向における両端部の領域を、シリンダヘッド側へ突出させて形成した部分である。
突出部140の表面は、ピストンが圧縮上死点にあるときに、燃焼室凹部200の表面と、狭小な隙間を介して対向して配置されている。
The projecting portions 140 are portions formed by projecting both end regions in the crankshaft direction of the crown surface 100 toward the cylinder head for the purpose of reducing the combustion chamber capacity and improving the compression ratio of the engine.
The surface of the protrusion 140 is disposed to face the surface of the combustion chamber recess 200 with a narrow gap when the piston is at the compression top dead center.

図2は、比較例における圧縮行程でのシリンダ内ガス流動の時系列変化を模式的に示す図である。
図2(A),(B),(C),(D)は、シリンダの模式的透視斜視図であって、圧縮工程初期の状態から圧縮行程終了時(圧縮上死点)の状態までを時系列で示すものである。
図2(a),(b),(c),(d)は、シリンダ軸心方向から見た模式図であって、圧縮工程初期の状態から圧縮上死点の状態までを時系列で示しており、上述した図2(A),(B),(C),(D)にそれぞれ対応するタイミングでの状態を示すものである。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a time-series change of the gas flow in the cylinder in the compression stroke in the comparative example.
2 (A), (B), (C), and (D) are schematic perspective views of the cylinder, from the initial state of the compression process to the state at the end of the compression stroke (compression top dead center). It is shown in time series.
2 (a), (b), (c), and (d) are schematic views viewed from the axial direction of the cylinder, and show in time series from the initial state of the compression process to the state of the compression top dead center. The states at the timings corresponding to FIGS. 2A, 2B, 2C, and 2D, respectively, are shown.

燃焼室凹部200には、燃焼用空気(新気)を導入する流路である吸気ポート210が接続されている。
吸気ポート210は、クランク軸方向に沿って例えば一対が設けられている。
吸気ポート210の燃焼室凹部200側の端部は、図示しない吸気バルブによって、所定のバルブタイミングで開閉される。
The combustion chamber recess 200 is connected to an intake port 210 that is a flow path for introducing combustion air (fresh air).
For example, a pair of intake ports 210 are provided along the crankshaft direction.
The end of the intake port 210 on the combustion chamber recess 200 side is opened and closed at a predetermined valve timing by an intake valve (not shown).

吸気ポート210は、流路断面や湾曲等の形状、燃焼室に対する接続角度、流路内部の仕切壁、流路内部の一部を閉塞するタンブル制御弁等の設定によって、シリンダ内に吸入される新気(燃焼用空気)に、クランク軸と実質的に平行な軸回りに旋回する気流であるタンブル流Tを形成する。
吸気ポート210は、本発明にいうタンブル形成手段として機能する。
タンブル流Tは、シリンダ軸線方向から見たときに、シリンダヘッド側においては、吸気ポートが設けられた側(以下「吸気側」と称する)から排気ポートが設けられた側(以下「排気側」と称する)へ流れ、ピストン側においては、排気側から吸気側に流れる方向となっている。
The intake port 210 is sucked into the cylinder by setting the shape of the cross section of the flow path and the curve, the connection angle to the combustion chamber, the partition wall inside the flow path, and the tumble control valve that closes a part of the flow path. In the fresh air (combustion air), a tumble flow T that is an airflow swirling around an axis substantially parallel to the crankshaft is formed.
The intake port 210 functions as a tumble forming means in the present invention.
When viewed from the cylinder axial direction, the tumble flow T is, on the cylinder head side, from the side provided with the intake port (hereinafter referred to as “intake side”) to the side provided with the exhaust port (hereinafter referred to as “exhaust side”). In the piston side, the flow direction is from the exhaust side to the intake side.

圧縮行程が開始されて吸気バルブが閉じ、ピストンが図2(A)、図2(a)に示す下死点近傍の状態から、上死点側へ変位を開始すると、タンブル流Tは、図2(B)、図2(b)に示すように、旋回を維持しつつ、シリンダ軸線方向に圧縮されて押し潰される。   When the compression stroke is started and the intake valve is closed and the piston starts to be displaced from the state near the bottom dead center shown in FIGS. 2A and 2A to the top dead center side, the tumble flow T is As shown in FIG. 2B and FIG. 2B, the cylinder is compressed and crushed in the cylinder axis direction while maintaining the turning.

その後、ピストンがさらに変位して突出部140の表面が燃焼室凹部200の表面と近接すると、図2(c)に示すように、これらの間の領域に挟み込まれたタンブル流Tの一部がシリンダ内径側へ噴出し、スキッシュ流Sqが形成される。
スキッシュ流Sqがタンブル流Tの主流に干渉すると、タンブル流Tが弱まるとともにシリンダ軸線に対して倒れ、最終的には図2(D)、図2(d)に示すように、シリンダ軸線と実質的に並行な軸回りに旋回する横渦であるスワール流Swとなる。
このように、点火直前のシリンダ内ガス流動において、スワール流Swが主となると、点火時期における乱れが弱くなり、強いタンブル流Tを維持できた場合に対して燃焼速度の点では不利となる。
燃焼速度が低くなると、等容度が低下して熱効率が低くなり、出力、燃費とも悪化してしまう。
Thereafter, when the piston is further displaced and the surface of the protrusion 140 is close to the surface of the combustion chamber recess 200, as shown in FIG. 2C, a part of the tumble flow T sandwiched between the regions therebetween is formed. The squish flow Sq is formed by jetting to the cylinder inner diameter side.
When the squish flow Sq interferes with the main flow of the tumble flow T, the tumble flow T weakens and falls with respect to the cylinder axis, and finally, as shown in FIGS. 2 (D) and 2 (d), The swirl flow Sw is a horizontal vortex swirling around parallel axes.
As described above, in the gas flow in the cylinder immediately before the ignition, when the swirl flow Sw is dominant, the turbulence at the ignition timing is weakened, which is disadvantageous in terms of the combustion speed as compared with the case where the strong tumble flow T can be maintained.
When the combustion speed is lowered, the isovolume is lowered, the thermal efficiency is lowered, and both the output and the fuel consumption are deteriorated.

次に、本発明を適用したピストンの実施例1について説明する。
以下説明する実施例1,2において、従前の比較例、実施例と実質的に共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図3は、本発明を適用したピストンの実施例1の冠面形状及びこのピストンを有するエンジンの燃焼室形状を示す図である。
Next, a first embodiment of the piston to which the present invention is applied will be described.
In Examples 1 and 2 to be described below, portions that are substantially the same as those in the previous comparative example and example are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and differences are mainly described.
FIG. 3 is a view showing the crown shape of the first embodiment of the piston to which the present invention is applied and the combustion chamber shape of an engine having the piston.

実施例1のピストンは、比較例のピストンの突出部140に代えて、以下説明する凹部150、突出部160、リブ170を形成した冠面100Aを有するものである。
凹部150は、冠面100Aにおけるクランク軸方向の両端部の領域を、冠面100Aの平均高さに対してクランク軸側に段状に凹ませて形成されている。
凹部150の底面部は、シリンダ軸線と直交する平面にほぼ沿った平面状に形成されている。
The piston of Example 1 has a crown surface 100A in which a concave portion 150, a protruding portion 160, and a rib 170 described below are formed instead of the protruding portion 140 of the piston of the comparative example.
The recess 150 is formed by denting the regions of both ends of the crown surface 100A in the crankshaft direction to the crankshaft side with respect to the average height of the crown surface 100A.
The bottom surface of the recess 150 is formed in a planar shape substantially along a plane orthogonal to the cylinder axis.

突出部160は、冠面100Aにおける凹部150と、キャビティ110を含む中央部の領域とを区画するようこれらの間に配置され、冠面100Aの平均高さに対してシリンダヘッド側へ突出して形成された部分である。
図3(a)に示すように、突出部160は、シリンダ軸線方向から見たときに、クランク軸と直交する平面にほぼ沿って延在するリブ状に形成されている。
突出部160のシリンダヘッド側の端面は、実質的にシリンダ軸線と直交する平面に沿って平坦に形成されている。
冠面100Aをシリンダ軸線方向から見たときに、凹部150及び突出部160が占める領域の位置、形状、及び、面積は、比較例において突出部140が占める領域と実質的に同等に設定されている。
The protrusion 160 is arranged between the recess 150 in the crown surface 100A and a central region including the cavity 110, and protrudes toward the cylinder head with respect to the average height of the crown 100A. It is the part which was done.
As shown in FIG. 3A, the protrusion 160 is formed in a rib shape extending substantially along a plane orthogonal to the crankshaft when viewed from the cylinder axial direction.
The end surface of the protrusion 160 on the cylinder head side is formed flat along a plane substantially perpendicular to the cylinder axis.
When the crown surface 100A is viewed from the cylinder axis direction, the position, shape, and area of the region occupied by the recess 150 and the protrusion 160 are set substantially equal to the region occupied by the protrusion 140 in the comparative example. Yes.

リブ170は、突出部160の突端部端面(シリンダヘッドと対向する面)に沿って排気側から吸気側へ流れる気流を、クランク軸方向における外側(凹部150側)へ偏向させる偏流手段である。
リブ170は、突出部160の突端部端面(シリンダヘッド側の端面)から突出して形成された平板状の部材である。
リブ170は、図3(a)に示すように、シリンダ軸線方向から見たときに、冠面100の中央側の端部に対して、凹部150側の端部が、吸気側(図3(a)における上方)となるように、クランク軸線に対して傾斜して配置されている。
The rib 170 is a drifting unit that deflects the airflow flowing from the exhaust side to the intake side along the projecting end face (surface facing the cylinder head) of the projecting portion 160 outward (in the recess 150 side) in the crankshaft direction.
The rib 170 is a flat plate-like member formed so as to protrude from the protruding end surface (end surface on the cylinder head side) of the protruding portion 160.
As shown in FIG. 3 (a), the rib 170 has an end on the recess 150 side with respect to the end on the center side of the crown surface 100 when viewed from the cylinder axial direction. It is arranged so as to be inclined with respect to the crank axis so as to be the upper part in a).

また、図3(a)に示すように、シリンダ軸線方向から見て、冠面100Aの中心Oと凹部150の吸気側の端部151を結ぶ直線L1と、中心Oを通りクランク軸線と平行な直線L2とがなす角度をθとした場合、リブ170は、その全部が、直線L1に対して、中心O回りにおける角度位置が1/2θ以内となる領域の内部に配置されている。   Further, as shown in FIG. 3A, when viewed from the cylinder axial direction, a straight line L1 connecting the center O of the crown surface 100A and the end 151 on the intake side of the recess 150, and passing through the center O and parallel to the crank axis. Assuming that the angle formed by the straight line L2 is θ, all of the ribs 170 are disposed within a region where the angular position around the center O is within 1 / 2θ with respect to the straight line L1.

図4は、実施例1のピストンを有するエンジンの燃焼室形状の拡大図である。
図4は、図3(b)を拡大したものである。なお、図4においては、リブ170は図示を省略している(後述する図6において同じ)。
図3(a)に示すように、シリンダ軸線方向から見たときの突出部160の面積をA1、凹部150の面積をA2とする。
また、図4に示すように、ピストンの冠面100におけるシリンダ軸線方向の平均高さ(以下「冠面平均高さ」と称する)に対する突出部160の突端部の高さ(突出量)をh1、凹部150の底面部の高さ(引込み量)をh2とする。
このとき、以下の示す式1に示す関係を充足することが好ましい。

h2≒A1/A2×h1 ・・・(式1)

式1は、冠面平均高さに対して突出部160がシリンダヘッド側へ張り出した部分の容積と、冠面平均高さに対して凹部150がクランク軸側へ張り出した(凹んだ)部分の容積とが実質的に一致することを意味する。
FIG. 4 is an enlarged view of a combustion chamber shape of the engine having the piston of the first embodiment.
FIG. 4 is an enlarged view of FIG. In FIG. 4, the rib 170 is not shown (the same applies to FIG. 6 described later).
As shown in FIG. 3A, the area of the protrusion 160 when viewed from the cylinder axis direction is A1, and the area of the recess 150 is A2.
Further, as shown in FIG. 4, the height (projection amount) of the projecting portion of the projecting portion 160 with respect to the average height in the cylinder axial direction of the crown surface 100 of the piston (hereinafter referred to as “crown surface average height”) is h1. The height (retraction amount) of the bottom surface of the recess 150 is h2.
At this time, it is preferable to satisfy the relationship shown in Formula 1 below.

h2≈A1 / A2 × h1 (Formula 1)

Equation 1 shows the volume of the portion where the protrusion 160 protrudes toward the cylinder head with respect to the crown surface average height, and the portion where the recess 150 protrudes (concave) toward the crankshaft side with respect to the crown surface average height. It means that the volume substantially matches.

図5は、実施例1のピストンを有するエンジンにおける圧縮行程でのシリンダ内ガス流動の時系列変化を模式的に示す図である。
図5(a),(b),(c),(d)は、シリンダ軸線方向から見た模式図であって、比較例における図2(a),(b),(c),(d)に相当するタイミングの状態を示している。
図5に示すように、実施例1においては、図2(c)において突出部160の突端部と燃焼室凹部200との隙間が小さくなってスキッシュ流Sqが発生したときに、突端部160の端面に沿って排気側から吸気側へ進行するスキッシュ流Sqがリブ170に衝突し、スキッシュ流Sqの主流は凹部150側へ偏向する。
偏向したスキッシュ流Sqは、凹部150内に収容され、凹部150の内部において比較的小規模なタンブル流Trを形成する。
このタンブル流Trを形成する混合気は、点火時期においては突出部160によって燃焼室の中央部からは実質的に隔離されており、エンジンの膨張行程初期においてシリンダ中央側からの火炎伝播により燃焼する。
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a time-series change in the gas flow in the cylinder during the compression stroke in the engine having the piston of the first embodiment.
FIGS. 5A, 5B, 5C, and 5D are schematic views seen from the cylinder axis direction, and FIGS. 2A, 2B, 2C, and 2D in the comparative example. ) Shows a timing state corresponding to.
As shown in FIG. 5, in the first embodiment, when the gap between the protruding end portion of the protruding portion 160 and the combustion chamber recessed portion 200 is reduced in FIG. 2C and the squish flow Sq is generated, The squish flow Sq traveling from the exhaust side to the intake side along the end surface collides with the rib 170, and the main flow of the squish flow Sq is deflected toward the concave portion 150.
The deflected squish flow Sq is accommodated in the recess 150 and forms a relatively small tumble flow Tr inside the recess 150.
The air-fuel mixture that forms the tumble flow Tr is substantially isolated from the center of the combustion chamber by the protrusion 160 at the ignition timing, and burns by the propagation of flame from the center of the cylinder in the early stage of the engine expansion stroke. .

このため、シリンダ中央部で形成されるタンブル流Tは、突出部160に起因するスキッシュ流Sqの影響を実質的に受けることがなく、ピストンが圧縮上死点近傍に到達するまで維持、保存され、点火時期においてはタンブル流Tが潰されることによって、燃焼速度の向上に有効である強力な乱れが形成される。   For this reason, the tumble flow T formed at the center of the cylinder is not substantially affected by the squish flow Sq caused by the protrusion 160, and is maintained and stored until the piston reaches the vicinity of the compression top dead center. In the ignition timing, the tumble flow T is crushed, thereby forming a strong turbulence that is effective for improving the combustion speed.

図6は、実施例1のピストンにおける凹部の底面高さを変化させた状態を模式的に示す図である。
図6(a)は、実施例1のピストンを有するエンジンの圧縮上死点付近における燃焼室形状を示している。
図6(b)、図6(c)は、実施例1のピストンに対して、凹部150の高さh2を、それぞれ小さくしたもの、大きくしたものを示している。
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a state in which the bottom surface height of the recess in the piston of the first embodiment is changed.
FIG. 6A shows the shape of the combustion chamber near the compression top dead center of the engine having the piston of the first embodiment.
6 (b) and 6 (c) show the height h2 of the recessed portion 150 that is made smaller and larger than the piston of the first embodiment.

図6(b)の冠面100Cのように、凹部150の高さh2を小さく(浅く)し、凹部150の容量を小さくした場合、突出部160の突端部から噴出するスキッシュ流Sqを凹部150の内部で十分に収容することができず、スキッシュ流Sqの一部がシリンダ中央側へ噴出してタンブル流Tと干渉し、タンブル流Tを弱くしてしまう。   When the height h2 of the concave portion 150 is reduced (shallow) and the volume of the concave portion 150 is reduced as in the crown surface 100C of FIG. 6B, the squish flow Sq ejected from the protruding end portion of the protruding portion 160 is the concave portion 150. The squish flow Sq is partly ejected toward the center of the cylinder, interferes with the tumble flow T, and weakens the tumble flow T.

一方、図6(c)の冠面100Dのように、凹部150の高さh2を大きく(深く)し、凹部150の容量を大きくした場合、突出部160の突端部から噴出するスキッシュ流Sqを凹部150に収容することは可能であるが、シリンダ中央側のタンブル流Tの一部まで凹部150内に引き込まれ、タンブル流Tが弱くなって点火時期における燃焼室中央部の乱れが弱くなってしまう。   On the other hand, when the height h2 of the recess 150 is increased (deep) and the capacity of the recess 150 is increased as in the crown surface 100D of FIG. 6C, the squish flow Sq ejected from the protruding end of the protrusion 160 is Although it can be accommodated in the recess 150, a part of the tumble flow T at the center of the cylinder is drawn into the recess 150, and the tumble flow T becomes weak, and the disturbance in the center of the combustion chamber at the ignition timing becomes weak. End up.

これに対し、図6(a)に示す実施例1によれば、突出部160によって燃焼室内のガスが押し退けられる容積と、凹部150がガスを収容可能な容積とを実質的に同等に設定することによって、突出部160の突端部に形成されるスキッシュ流Sqの実質的に全てを凹部150に収容してタンブル流Tの主流への干渉を防止するとともに、シリンダ中央部のタンブル流Tが凹部150側へ引き込まれることを防止して、点火時期における燃焼室中央部での筒内ガスの乱れを最大化することができる。   On the other hand, according to the first embodiment shown in FIG. 6A, the volume in which the gas in the combustion chamber is pushed away by the protrusion 160 and the volume in which the recess 150 can store the gas are set substantially equal. Thus, substantially all of the squish flow Sq formed at the protruding end of the protrusion 160 is accommodated in the recess 150 to prevent interference with the main flow of the tumble flow T, and the tumble flow T at the center of the cylinder is recessed. It is possible to prevent the gas from being drawn to the side 150 and maximize the turbulence of the in-cylinder gas at the center of the combustion chamber at the ignition timing.

以上説明したように、実施例1によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)シリンダヘッドに形成される燃焼室凹部200と突出部160との隙間から噴出するスキッシュ流Sqを、リブ170で偏向させて凹部150内へ導入することによって、スキッシュ流Sqがシリンダ中心側へ噴出してタンブル流Tと干渉することが防止され、タンブル流Tを圧縮上死点近傍まで良好に維持することができる。
これによって、突出部160を形成して圧縮比を向上したピストンにおいても、点火時における燃焼室内のガス流動(乱れ)を強化し、燃焼速度を高めて熱効率を向上し、出力、燃費を改善することができる。
(2)リブ170を凹部150の吸気側の端部に近接して配置したことによって、突出部160の突端部近傍に形成されるスキッシュ流Sqの大部分を、効率よく凹部150側へ偏向させることができる。
また、凹部150側へ流入したスキッシュ流Sqが、再び燃焼室中央側に戻ることを防止できる。
(3)突出部160の突端部端面から突出した平板上のリブ170を用いてスキッシュ流Sqを凹部150側へ偏向させることによって、簡単な構成によって確実に上述した効果を得ることができる。
(4)ピストンの冠面平均高さに対して突出部160が突出している部分の容積と、冠面平均高さに対して凹部150が凹んでいる部分の容積とを実質的に一致させたことによって、突出部160に起因して形成されるスキッシュ流Sqの大部分を凹部150内で吸収することが可能であるとともに、シリンダ中央部で形成されるタンブル流Tが凹部150内へ引き込まれることがなく、上述した効果をより促進することができる。
As described above, according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The squish flow Sq ejected from the gap between the combustion chamber recess 200 formed in the cylinder head and the protrusion 160 is deflected by the rib 170 and introduced into the recess 150, so that the squish flow Sq is centered on the cylinder. , And the tumble flow T is prevented from interfering with the tumble flow T, so that the tumble flow T can be well maintained near the compression top dead center.
As a result, even in the piston with the protruding portion 160 formed to improve the compression ratio, the gas flow (turbulence) in the combustion chamber at the time of ignition is strengthened, the combustion speed is increased, the thermal efficiency is improved, and the output and fuel consumption are improved. be able to.
(2) By disposing the rib 170 close to the end portion on the intake side of the concave portion 150, most of the squish flow Sq formed near the protruding end portion of the protruding portion 160 is efficiently deflected toward the concave portion 150 side. be able to.
Further, it is possible to prevent the squish flow Sq flowing into the concave portion 150 from returning to the combustion chamber center side again.
(3) By deflecting the squish flow Sq toward the concave portion 150 using the flat ribs 170 projecting from the end surface of the projecting end portion of the projecting portion 160, the above-described effects can be reliably obtained with a simple configuration.
(4) The volume of the portion where the protrusion 160 protrudes with respect to the average crown surface height of the piston is substantially matched with the volume of the portion where the recess 150 is recessed with respect to the average height of the crown surface. Thus, most of the squish flow Sq formed due to the protrusion 160 can be absorbed in the recess 150, and the tumble flow T formed in the center of the cylinder is drawn into the recess 150. The effect mentioned above can be promoted more.

次に、本発明を適用したピストンの実施例2について説明する。
図7は、実施例2のピストンの冠面形状及びこのピストンを有するエンジンの燃焼室形状を示す図である。
実施例2のピストンは、冠面100Bにおいて、実施例1のピストンからリブ170を除去した以外は、実質的に同様に構成されている。
Next, a second embodiment of the piston to which the present invention is applied will be described.
FIG. 7 is a diagram illustrating a crown shape of a piston according to a second embodiment and a combustion chamber shape of an engine having the piston.
The piston of the second embodiment is configured substantially in the same manner except that the rib 170 is removed from the piston of the first embodiment on the crown surface 100B.

図8は、実施例2のピストンを有するエンジンにおける圧縮行程でのシリンダ内ガス流動の時系列変化を模式的に示す図である。
実施例2のピストンにおいても、凹部150の容積を、上述した式1を充足するよう適切に設定し、突出部160に起因して発生するスキッシュ流Sqを凹部150側へ導入することによって、実施例1のような偏流手段を設けることができない場合であっても、シリンダ中央部におけるタンブル流Tがスキッシュ流Sqによって崩壊することを防止し、燃焼室内の乱れを強化して熱効率、出力、燃費を改善することができる。
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a time-series change in the gas flow in the cylinder during the compression stroke in the engine having the piston of the second embodiment.
Also in the piston of the second embodiment, the volume of the recess 150 is appropriately set so as to satisfy the above-described formula 1, and the squish flow Sq generated due to the protrusion 160 is introduced to the recess 150 side. Even when the drift means cannot be provided as in Example 1, the tumble flow T in the center of the cylinder is prevented from collapsing by the squish flow Sq, and the turbulence in the combustion chamber is strengthened to improve the thermal efficiency, output, and fuel consumption. Can be improved.

(変形例)
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)ピストン及びピストンが設けられるエンジンの構成は、上述した実施例に限定されず、適宜変更することができる。
(2)ピストンの冠面形状は、適宜変更することが可能である。例えば、実施例1の偏流手段は、突出部の突端部から突き出した平坦なリブ状に形成されているが、気流を変更させる面部を凹曲面状に湾曲させてもよい。
また、リブ状の構成に限らず、突出部の突端部を排気側に対して吸気側が突出した段状に形成し、段差部分に形成される面部を用いて気流を偏向させてもよい。
(3)ピストン冠面に、実施例のようなタンブル流保持用のキャビティ以外の凹部や凸部を形成してもよい。例えば、直噴インジェクタから噴出された燃料噴霧を点火栓側へ巻き上げるための凹部(ステップ)をキャビティに代えて、あるいは、キャビティとともに形成してもよい。
(4)実施例において、エンジンは例えばサイドインジェクタ構成のガソリン直噴エンジンであったが、本発明はセンターインジェクタ構成の直噴エンジンや、ポート噴射を行うエンジン、さらに、ポート噴射と直噴とを併用するエンジンにも適用することができる。
さらに、ガソリンエンジンに限らず、他の燃料を用いる火花点火式エンジンにも適用することができる。
(Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes are possible, and these are also within the technical scope of the present invention.
(1) The structure of the piston and the engine provided with the piston is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate.
(2) The shape of the crown surface of the piston can be changed as appropriate. For example, the drifting means of the first embodiment is formed in a flat rib shape protruding from the protruding end portion of the protruding portion, but the surface portion for changing the airflow may be curved in a concave curved surface shape.
Further, the present invention is not limited to the rib-shaped configuration, and the protruding end portion of the protruding portion may be formed in a stepped shape in which the intake side protrudes with respect to the exhaust side, and the airflow may be deflected using a surface portion formed in the stepped portion.
(3) You may form the recessed part and convex part other than the cavity for tumble flow maintenance like an Example in the piston crown surface. For example, a recess (step) for winding the fuel spray ejected from the direct injection injector toward the spark plug may be formed in place of the cavity or together with the cavity.
(4) In the embodiment, the engine is, for example, a gasoline direct injection engine having a side injector configuration. However, the present invention includes a direct injection engine having a center injector configuration, an engine that performs port injection, and further, port injection and direct injection. It can also be applied to engines used in combination.
Furthermore, the present invention can be applied not only to a gasoline engine but also to a spark ignition engine using other fuel.

100 冠面(比較例) 100A 冠面(実施例1)
100B 冠面(実施例2) 110 キャビティ
120 吸気バルブリセス 130 排気バルブリセス
140 突出部 150 凹部
160 突出部 170 リブ
200 燃焼室
T タンブル流 Tr タンブル流
Sq スキッシュ流 Sw スワール流
100 Crown Surface (Comparative Example) 100A Crown Surface (Example 1)
100B Crown surface (Example 2) 110 Cavity 120 Intake valve recess 130 Exhaust valve recess 140 Projection 150 Depression 160 Projection 170 Rib 200 Combustion chamber T Tumble flow Tr Tumble flow Sq Squish flow Sw Swirl flow

Claims (5)

圧縮行程におけるシリンダ内部でクランク軸方向と実質的に平行な軸回りに旋回するタンブル流を形成するタンブル形成手段を有するエンジンのピストンであって、
冠面の前記クランク軸方向における両端部近傍の領域を前記クランク軸側へ凹ませて形成した凹部と、
前記冠面の中央部と前記凹部との間に設けられ前記冠面の中央部及び前記凹部に対してシリンダヘッド側へ突出するとともに前記クランク軸と直交する平面に実質的に沿って延在する突出部と、
前記タンブル流における前記突出部の突端部に沿って流れる成分をシリンダ軸線方向から見たときに前記凹部側へ偏向させる偏流手段と
を備えることを特徴とするピストン。
An engine piston having tumble forming means for forming a tumble flow that turns around an axis substantially parallel to the crankshaft direction inside a cylinder in a compression stroke,
A recess formed by recessing the region in the vicinity of both ends in the crankshaft direction of the crown surface toward the crankshaft side;
Provided between the central portion of the crown surface and the recess, protrudes toward the cylinder head with respect to the central portion of the crown surface and the recess, and extends substantially along a plane orthogonal to the crankshaft. A protrusion,
And a biasing means for deflecting a component flowing along the protruding end of the protruding portion in the tumble flow toward the concave portion when viewed from the cylinder axial direction.
前記タンブル流は、前記冠面の近傍において排気側から吸気側へ流れるものであり、
前記シリンダ軸線方向から見たときに、前記凹部の前記吸気側の端部と前記冠面の中心とを結ぶ直線と、前記冠面の中心を通りかつ前記クランク軸と平行な直線とがなす角度をθとした場合、前記凹部の前記吸気側の端部と前記冠面の中心とを結ぶ直線に対する前記冠面の中心回りにおける角度位置が1/2θ以内である領域に前記偏流手段を配置したこと
を特徴とする請求項1に記載のピストン。
The tumble flow flows from the exhaust side to the intake side in the vicinity of the crown surface,
An angle formed by a straight line connecting the intake-side end of the recess and the center of the crown surface and a straight line passing through the center of the crown surface and parallel to the crankshaft when viewed from the cylinder axis direction Is set to be θ in the region where the angular position around the center of the crown surface with respect to the straight line connecting the end of the intake side of the concave portion and the center of the crown surface is within 1 / 2θ. The piston according to claim 1.
前記偏流手段は、前記突出部から前記シリンダヘッド側へ突出しかつ前記クランク軸方向に対して傾斜して配置されたリブ状に形成されること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のピストン。
The said drift means is formed in the rib shape which protrudes from the said protrusion part to the said cylinder head side, and is inclined and arrange | positioned with respect to the said crankshaft direction. piston.
前記突出部が前記冠面の平均高さに対してシリンダヘッド側に張り出した領域における容積と、前記凹部が前記冠面の平均高さに対してクランク軸側に張り出した領域における容積とを、実質的に一致させたこと
を特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のピストン。
The volume in the region where the protrusion protrudes toward the cylinder head with respect to the average height of the crown surface, and the volume in the region where the recess protrudes toward the crankshaft side with respect to the average height of the crown surface, The piston according to any one of claims 1 to 3, wherein the pistons are substantially matched.
圧縮行程におけるシリンダ内部でクランク軸方向と実質的に平行な軸回りに旋回するタンブル流を形成するタンブル流形成手段を有するエンジンのピストンであって、
冠面の前記クランク軸方向における両端部近傍の領域を前記クランク軸側へ凹ませて形成した凹部と、
前記冠面の中央部と前記凹部との間に設けられ前記冠面の中央部及び前記凹部に対してシリンダヘッド側へ突出するとともに前記クランク軸と直交する平面に実質的に沿って延在する突出部とを備え、
前記突出部が前記冠面の平均高さに対してシリンダヘッド側に張り出した領域における容積と、前記凹部が前記冠面の平均高さに対してクランク軸側に張り出した領域における容積とを、実質的に一致させたこと
を特徴とするピストン。
An engine piston having a tumble flow forming means for forming a tumble flow turning around an axis substantially parallel to a crankshaft direction inside a cylinder in a compression stroke,
A recess formed by recessing the region in the vicinity of both ends in the crankshaft direction of the crown surface toward the crankshaft side;
Provided between the central portion of the crown surface and the recess, protrudes toward the cylinder head with respect to the central portion of the crown surface and the recess, and extends substantially along a plane orthogonal to the crankshaft. With protrusions,
The volume in the region where the protrusion protrudes toward the cylinder head with respect to the average height of the crown surface, and the volume in the region where the recess protrudes toward the crankshaft side with respect to the average height of the crown surface, Piston characterized by substantially matching.
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