JP3246441B2 - Piston for in-cylinder injection internal combustion engine - Google Patents
Piston for in-cylinder injection internal combustion engineInfo
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、ガソリン機関に
代表される筒内噴射式内燃機関のピストン、特に、シリ
ンダ内に生成されるタンブル成分およびスワール成分を
利用して、均質燃焼と成層燃焼の双方が可能な筒内噴射
式内燃機関のピストンの改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cylinder of a cylinder injection type internal combustion engine represented by a gasoline engine, and more particularly to a homogeneous combustion and a stratified combustion utilizing a tumble component and a swirl component generated in a cylinder. The present invention relates to an improvement in a piston of a direct injection type internal combustion engine that can perform both.
【０００２】[0002]
【従来の技術】全開出力時等にシリンダ内に略均質な空
燃比の混合気を形成していわゆる均質燃焼を行うととも
に、低負荷域では、シリンダ内の一部つまり点火プラグ
近傍のみに比較的濃い混合気を形成して平均的な空燃比
を非常に大きく得るようした成層燃焼を行う筒内噴射式
内燃機関が従来から種々提案されている。2. Description of the Related Art At the time of full-open output or the like, a so-called homogeneous combustion is performed by forming a mixture having a substantially homogeneous air-fuel ratio in a cylinder, and in a low load range, a relatively small portion of the cylinder, that is, only in the vicinity of a spark plug, is comparatively formed. 2. Description of the Related Art Various direct injection internal combustion engines that perform stratified combustion so as to obtain a very large average air-fuel ratio by forming a rich air-fuel mixture have been conventionally proposed.
【０００３】成層希薄燃焼を可能とした筒内噴射式内燃
機関のピストンとしては、例えば、特公平８−３５４２
９号公報に記載のものが知られている。この公報に記載
の内燃機関は、ピストンの頂部に、ピストン外形円に対
し偏心した非円形のキャビティ燃焼室が形成されている
とともに、ピストン上死点付近において該キャビティ燃
焼室へ向けて燃料を噴射供給できるように燃料噴射弁が
配置されている。上記キャビティ燃焼室は、内部に燃料
およびスワールを封じ込めるように、リエントラント型
の構成となっている。また、このキャビティ燃焼室に強
いスワールを生成するために、一対の吸気ポートの一方
をヘリカルポートとして構成するとともに、他方の吸気
ポートを開閉する空気制御弁を備えている。As a piston of a direct injection type internal combustion engine capable of stratified lean combustion, for example, Japanese Patent Publication No. 8-3542
No. 9 is known. In the internal combustion engine described in this publication, a non-circular cavity combustion chamber eccentric to the piston outer circle is formed at the top of the piston, and fuel is injected toward the cavity combustion chamber near the piston top dead center. A fuel injection valve is arranged to be able to supply. The cavity combustion chamber is of a reentrant type so as to contain fuel and swirl therein. In addition, in order to generate a strong swirl in the cavity combustion chamber, one of the pair of intake ports is configured as a helical port, and an air control valve for opening and closing the other intake port is provided.
【０００４】つまり、この公報の内燃機関では、希薄燃
焼時には、上記空気制御弁を閉じて一方のヘリカルポー
トのみから新気を導入し、シリンダ内に強いスワールを
生成する。このスワールは、ピストンの上昇に伴ってキ
ャビティ燃焼室内に導入されるので、圧縮上死点付近で
キャビティ燃焼室内に燃料を噴射することにより、キャ
ビティ燃焼室内で可燃混合気が形成され、かつ点火プラ
グ近傍に運ばれる。従って、適宜な時期に点火を行うこ
とにより、着火燃焼に至ることになる。That is, in the internal combustion engine of this publication, at the time of lean burn, the air control valve is closed and fresh air is introduced only from one of the helical ports to generate a strong swirl in the cylinder. Since this swirl is introduced into the cavity combustion chamber as the piston rises, by injecting fuel into the cavity combustion chamber near the compression top dead center, a combustible mixture is formed in the cavity combustion chamber, and the spark plug is formed. It is carried nearby. Therefore, by performing ignition at an appropriate timing, ignition combustion is reached.
【０００５】なお、内燃機関の吸気弁や排気弁の開閉時
期や作動角等のバルブリフト特性を機関運転条件に応じ
て可変制御する可変動弁機構が従来から種々提案されて
おり、一部で既に実用に供されている。例えば、実開昭
５７−１９８３０６号公報や特開平６−１８５３２１号
公報には、カムシャフトの不等速回転によりバルブ作動
角を変化させることができる可変動弁機構が開示されて
いる。このほか、２種類のカムを使い分ける形式のもの
や、カムシャフトのクランクシャフトに対する位相を遅
進させる形式のもの、などが知られている。このような
可変動弁機構を用いる場合には、上死点における吸排気
弁とピストンとの干渉を回避するために、ピストン頂面
にバルブリセスを凹設する必要が生じることが多い。There have been proposed various variable valve mechanisms for variably controlling valve lift characteristics such as opening and closing timings and operating angles of intake and exhaust valves of an internal combustion engine in accordance with engine operating conditions. It is already in practical use. For example, Japanese Unexamined Utility Model Publication No. 57-198306 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-185321 disclose a variable valve mechanism capable of changing a valve operating angle by unequal-speed rotation of a camshaft. In addition, a type in which two types of cams are selectively used, a type in which the phase of a camshaft with respect to a crankshaft is advanced, and the like are known. When such a variable valve operating mechanism is used, it is often necessary to form a valve recess in the top surface of the piston in order to avoid interference between the intake / exhaust valve and the piston at the top dead center.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の筒内噴射式内燃機関用ピストンに、吸気弁と該ピス
トンとの干渉を避けるために、バルブリセスを付加した
とすると、キャビティ燃焼室とバルブリセスとが部分的
に重なったものとなり、キャビティ燃焼室の外周縁がバ
ルブリセスによって部分的に切り欠かれた形となる。そ
のため、圧縮上死点付近でキャビティ燃焼室へ燃料が噴
射供給された後に、シリンダ内のスワール成分がバルブ
リセスを介してキャビティ燃焼室内に流入し、燃料がキ
ャビティ燃焼室の外部へ持ち出されやすい。その結果、
成層希薄燃焼が不安定となり、かつ燃費の悪化やＨＣの
増加を招来する。However, assuming that a valve recess is added to the above-mentioned conventional cylinder injection type internal combustion engine piston in order to avoid interference between the intake valve and the piston, the cavity combustion chamber and the valve recess are not provided. Are partially overlapped, and the outer peripheral edge of the cavity combustion chamber is partially cut away by the valve recess. Therefore, after the fuel is injected and supplied to the cavity combustion chamber near the compression top dead center, the swirl component in the cylinder flows into the cavity combustion chamber via the valve recess, and the fuel is easily taken out of the cavity combustion chamber. as a result,
The stratified lean combustion becomes unstable, leading to deterioration of fuel efficiency and increase of HC.
【０００７】この発明は、成層希薄燃焼と均質燃焼とを
両立させることができ、かつバルブリセスにより上死点
での吸気弁リフト量を大きく与えることが可能な筒内噴
射式内燃機関のピストンを提供することを目的とする。The present invention provides a piston of an in-cylinder injection type internal combustion engine capable of achieving both stratified lean combustion and homogeneous combustion, and providing a large intake valve lift at top dead center by a valve recess. The purpose is to do.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】この発明に係る筒内噴射
式内燃機関のピストンは、シリンダヘッドに凹設された
ペントルーフ型燃焼室に２つの吸気弁および２つの排気
弁を有するとともに、シリンダ略中央に点火プラグを有
し、かつ、シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁
が吸気弁側に配置され、シリンダ内にタンブル流成分を
付与した状態で吸気行程付近で燃料噴射を行うことによ
り均質燃焼を実現するとともに、シリンダ内にスワール
成分を付与した状態で圧縮行程付近で燃料噴射を行うこ
とにより成層燃焼を実現するようにした筒内噴射式内燃
機関のピストンにおいて、上記ペントルーフ型燃焼室の
排気弁側の傾斜面に略平行となるように傾斜した平面か
らなる排気弁側傾斜面と、同じくペントルーフ型燃焼室
の吸気弁側の傾斜面に略平行となるように傾斜した平面
もしくは仮想平面からなる吸気弁側傾斜面と、この吸気
弁側傾斜面の上縁と上記排気弁側傾斜面の上縁とを接続
し、かつ、ピストン中心線と直交する平面からなる頂部
水平面と、上記両傾斜面および上記頂部水平面によって
形成される凸部の側部と、上記の凸部を囲むように、ピ
ストンの外周部に形成されたピストン中心線と直交する
平面からなるピストン基準水平面と、ピストン外形円に
対し吸気弁側に偏心した位置に凹設された真円形のキャ
ビティ燃焼室と、上記吸気弁の弁頭部に対応して上記吸
気弁側傾斜面に凹設され、かつその深さが、上記ピスト
ン基準水平面よりもピストン軸方向に深くならないよう
に設定された一対のバルブリセスと、を備えていること
を特徴としている。本発明のピストンは、請求項７のよ
うに、吸気弁のバルブリフト特性を可変制御する可変動
弁機構を備えた内燃機関に好適である。SUMMARY OF THE INVENTION A piston of a direct injection internal combustion engine according to the present invention has two intake valves and two exhaust valves in a pent roof type combustion chamber recessed in a cylinder head, and has a cylinder substantially similar to that of the first embodiment. A fuel injection valve that has a spark plug in the center and directly injects fuel into the cylinder is arranged on the intake valve side, and performs fuel injection near the intake stroke with the tumble flow component provided in the cylinder. In the piston of a direct injection type internal combustion engine, which realizes stratified combustion by realizing homogeneous combustion and performing fuel injection near the compression stroke with a swirl component provided in the cylinder, the pent roof type combustion chamber The exhaust valve side inclined surface consisting of a plane inclined so as to be substantially parallel to the exhaust valve side inclined surface, and the intake valve side inclination of the pent roof type combustion chamber An intake valve-side inclined surface formed of a plane or a virtual plane inclined so as to be substantially parallel to an upper surface of the intake valve-side inclined surface and an upper edge of the exhaust valve-side inclined surface, and A top horizontal plane consisting of a plane perpendicular to the line, the sides of the projection formed by the two inclined surfaces and the top horizontal plane, and a piston center line formed on the outer periphery of the piston so as to surround the projection. A piston reference horizontal plane consisting of a plane perpendicular to the piston, a true circular cavity combustion chamber recessed at a position eccentric to the intake valve side with respect to the piston outer circle, and the intake valve corresponding to the valve head of the intake valve. A pair of valve recesses which are recessed in the side inclined surface and whose depth is set so as not to be deeper in the piston axial direction than the piston reference horizontal plane. The piston of the present invention is suitable for an internal combustion engine having a variable valve mechanism for variably controlling a valve lift characteristic of an intake valve.
【０００９】また請求項１の発明をさらに具体化した請
求項２の発明では、上記ピストン基準水平面が、上記バ
ルブリセスの外側を通ってピストン全周に連続してい
る。According to a second aspect of the present invention, the piston reference horizontal plane passes outside the valve recess and is continuous with the entire circumference of the piston.
【００１０】上記の構成では、吸気弁側傾斜面と排気弁
側傾斜面と頂部水平面と周囲の円錐形側面とによって、
ピストン頂部の凸部が構成されている。この凸部は、ピ
ストン上死点において、シリンダヘッド側の燃焼室との
間の空間が可及的に小さくなるように構成されており、
かつこの凸部の外側には、ピストン基準水平面が存在し
ている。成層燃焼時には、例えば一方の吸気ポートを閉
じる等の手段によって、シリンダ内にスワールが生成さ
れる。このスワールは、ピストンの上昇に伴ってキャビ
ティ燃焼室内に封じ込められるが、キャビティ燃焼室が
真円形であるため、十分なスワールをキャビティ燃焼室
内に確保できる。そして、上死点近傍で燃料がキャビテ
ィ燃焼室へ向けて噴射されることにより、良好な成層燃
焼を実現できる。ここで、上記吸気弁側傾斜面には、バ
ルブリセスが凹設されており、このバルブリセスによっ
てキャビティ燃焼室の外周縁の一部が切り欠かれたもの
となるが、このバルブリセスの深さはピストン基準水平
面よりもピストン軸方向に深くないので、シリンダ外周
部を旋回するスワール成分は、ピストン外周部のピスト
ン基準水平面の上を流れ、バルブリセスを介してキャビ
ティ燃焼室内に侵入することがない。つまり燃料の流出
により成層燃焼が損なわれることはない。In the above configuration, the intake valve side inclined surface, the exhaust valve side inclined surface, the top horizontal surface, and the surrounding conical side surface,
A projection at the top of the piston is formed. This projection is configured so that the space between the piston and the combustion chamber on the cylinder head side at the top dead center is as small as possible.
Further, a piston reference horizontal plane exists outside the convex portion. During stratified combustion, swirl is generated in the cylinder by, for example, closing one intake port. This swirl is confined in the cavity combustion chamber with the rise of the piston, but since the cavity combustion chamber is a perfect circle, sufficient swirl can be secured in the cavity combustion chamber. Then, the fuel is injected toward the cavity combustion chamber near the top dead center, so that good stratified combustion can be realized. Here, a valve recess is formed in the inclined surface on the intake valve side, and a part of the outer peripheral edge of the cavity combustion chamber is cut off by the valve recess. Since it is not deeper than the horizontal plane in the axial direction of the piston, the swirl component swirling on the outer peripheral portion of the cylinder flows on the piston reference horizontal surface on the outer peripheral portion of the piston and does not enter the cavity combustion chamber via the valve recess. That is, stratified combustion is not impaired by the outflow of fuel.
【００１１】また均質燃焼時には、一対の吸気弁を介し
てシリンダ内に流入した新気によってタンブル流が生成
され、かつ吸気行程付近で燃料が噴射される。このタン
ブル流によってキャビティ燃焼室内の燃料の滞留が防止
され、均質な混合気による均質燃焼を実現できる。特
に、キャビティ燃焼室が単純な真円形であるため、燃料
が滞留しにくいものとなる。In homogeneous combustion, fresh air flowing into the cylinder via a pair of intake valves generates a tumble flow, and fuel is injected near the intake stroke. This tumble flow prevents the fuel from remaining in the cavity combustion chamber, and realizes homogeneous combustion with a homogeneous mixture. In particular, since the cavity combustion chamber is a simple perfect circle, fuel does not easily stay.
【００１２】請求項３の発明では、上記頂部水平面のピ
ストンピン軸方向の両端縁が、各バルブリセスのピスト
ンピン軸方向の端縁位置よりも外側に位置している。According to the third aspect of the present invention, both ends of the top horizontal surface in the axial direction of the piston pin are located outside the end positions of the valve recesses in the axial direction of the piston pin.
【００１３】この請求項３の構成では、ピストンの中央
部にピストンピン方向に長く延びた頂部水平面が存在す
るので、ピストンが上死点近傍にあるときに、シリンダ
外周部を旋回するスワール成分がせき止められ、上記キ
ャビティ燃焼室へ向うガス流動が弱められる。つまり、
成層燃焼時に、キャビティ燃焼室内にスワールおよび混
合気を確実に封じ込めておくことができ、成層燃焼が良
好なものとなる。According to the third aspect of the present invention, since a top horizontal surface extending in the direction of the piston pin is present at the center of the piston, a swirl component that turns around the outer peripheral portion of the cylinder when the piston is near the top dead center is generated. The dam is damped and the gas flow towards the cavity combustion chamber is weakened. That is,
During stratified combustion, swirl and air-fuel mixture can be reliably contained in the cavity combustion chamber, and stratified combustion is improved.
【００１４】また請求項４の発明は、上記バルブリセス
の外縁に沿ってピストンの吸気弁側へ堰状に延びた凸部
外縁部が残存することを特徴としている。つまり、上記
キャビティ燃焼室に重なって形成されたバルブリセスの
側方部分が、上記の堰状をなす凸部外縁部によって囲ま
れているが、この凸部外縁部は、ピストン凸部の傾斜に
従い、徐々に低くなり、バルブリセスの底面と交差する
点で消失する。このような凸部外縁部によって、シリン
ダ外周部からバルブリセスを介してキャビティ燃焼室へ
流入しようとするガス流動が効果的にせき止められる。The invention according to a fourth aspect is characterized in that an outer edge portion of the convex portion extending like a weir toward the intake valve side of the piston remains along the outer edge of the valve recess. In other words, the side portion of the valve recess formed so as to overlap with the cavity combustion chamber is surrounded by the weir-shaped convex outer edge, but the convex outer edge follows the inclination of the piston convex, It gradually lowers and disappears at the point where it crosses the bottom of the valve recess. By such an outer peripheral portion of the convex portion, a gas flow which is going to flow into the cavity combustion chamber from the outer peripheral portion of the cylinder via the valve recess is effectively blocked.
【００１５】請求項５の発明では、上記バルブリセスの
外縁が上記ピストン基準水平面に達する消失点と上記キ
ャビティ燃焼室の中心とを結ぶ線が、ピストンピンと直
交する方向のピストン直径線に対し、４５°以下の角度
をなすことを特徴としている。この請求項５の発明で
は、バルブリセスが存在しない角度範囲、つまりバルブ
リセス下方の凸部が存在しない角度範囲が、キャビティ
燃焼室の円周の中で９０°以下となり、十分に狭いもの
となる。そのため、シリンダ外周部からキャビティ燃焼
室へ流入しようとするガス流動が、バルブリセス下方に
位置する凸部の側部によってせき止められる。According to the fifth aspect of the present invention, the line connecting the vanishing point where the outer edge of the valve recess reaches the piston reference horizontal plane and the center of the cavity combustion chamber is 45 ° with respect to the piston diameter line in the direction orthogonal to the piston pin. It is characterized by the following angles. According to the fifth aspect of the present invention, the angle range in which the valve recess does not exist, that is, the angle range in which the protrusion below the valve recess does not exist is 90 ° or less in the circumference of the cavity combustion chamber, and is sufficiently narrow. Therefore, the gas flow which is going to flow into the cavity combustion chamber from the outer peripheral portion of the cylinder is blocked by the side of the convex portion located below the valve recess.
【００１６】また請求項６の発明では、上記キャビティ
燃焼室は、その内周側壁面が上方へ向かってテーパ状に
拡がった皿形をなしている。これにより、均質燃焼時
に、キャビティ燃焼室内の燃料がタンブル流によって洗
い流されるようになり、混合気が均質化する。According to the sixth aspect of the present invention, the cavity combustion chamber has a dish shape in which an inner peripheral side wall surface is tapered upward. Thereby, at the time of homogeneous combustion, the fuel in the cavity combustion chamber is washed away by the tumble flow, and the air-fuel mixture is homogenized.
【００１７】[0017]
【発明の効果】この発明に係る筒内噴射式内燃機関のピ
ストンによれば、バルブリセスの形成によって上死点時
に大きなバルブリフト量を与えることが可能になるとと
もに、ピストンが上死点近傍にあるときに、シリンダ外
周部を旋回するスワール成分が、バルブリセスを介して
キャビティ燃焼室内に流入することがなく、バルブリセ
スを形成したことに伴う成層燃焼時の性能低下を抑制で
きる。また、キャビティ燃焼室を特に複雑形状とするこ
とがないので、タンブル流を利用した均質燃焼の際に、
キャビティ燃焼室内での燃料の滞留を回避でき、良好な
均質燃焼が可能となる。つまり、低負荷時の成層希薄燃
焼と高負荷時の均質燃焼とを非常に高いレベルで両立さ
せることができる。According to the piston of the direct injection internal combustion engine according to the present invention, it is possible to provide a large valve lift at the top dead center by forming the valve recess, and the piston is located near the top dead center. Occasionally, the swirl component swirling around the outer periphery of the cylinder does not flow into the cavity combustion chamber via the valve recess, so that a decrease in performance during stratified combustion due to the formation of the valve recess can be suppressed. In addition, since the cavity combustion chamber is not particularly complicated, when performing homogeneous combustion using a tumble flow,
Fuel stagnation in the cavity combustion chamber can be avoided, and good homogeneous combustion can be achieved. In other words, stratified lean combustion at low load and homogeneous combustion at high load can be made compatible at a very high level.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１９】始めに、この発明のピストン４が用いられ
る筒内噴射式内燃機関の構成を図１および図２に基づい
て説明する。図示するように、シリンダブロック１に
は、複数のシリンダ３が直列に配置されており、その上
面を覆うように、シリンダヘッド２が固定されている。
上記シリンダ３内には、ピストン４が摺動可能に嵌合し
ている。また、上記シリンダヘッド２に凹設された燃焼
室１１は、いわゆるペントルーフ型に構成されており、
その一方の傾斜面１１ａに一対の吸気弁５が、他方の傾
斜面１１ｂに一対の排気弁６がそれぞれ配置されてい
る。そして、これらの一対の吸気弁５および一対の排気
弁６によって囲まれたシリンダ３の略中心位置に、点火
プラグ７が配置されている。上記吸気弁５に対しては、
詳細には図示していないが、公知の可変動弁機構が設け
られており、機関運転条件に応じてバルブリフト特性を
可変制御できる構成となっている。First, the configuration of a direct injection internal combustion engine using the piston 4 of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in the drawing, a plurality of cylinders 3 are arranged in series in a cylinder block 1, and a cylinder head 2 is fixed so as to cover the upper surface thereof.
A piston 4 is slidably fitted in the cylinder 3. The combustion chamber 11 recessed in the cylinder head 2 is configured as a so-called pent roof type.
A pair of intake valves 5 are arranged on one inclined surface 11a, and a pair of exhaust valves 6 are arranged on the other inclined surface 11b. An ignition plug 7 is arranged at a substantially central position of the cylinder 3 surrounded by the pair of intake valves 5 and the pair of exhaust valves 6. For the intake valve 5,
Although not shown in detail, a known variable valve operating mechanism is provided, and the valve lift characteristic can be variably controlled according to the engine operating conditions.
【００２０】上記シリンダヘッド２には、一対の吸気弁
５にそれぞれ対応する一対の吸気ポート８が、互いに独
立して形成されている。つまり、この一対の吸気ポート
８は、シリンダヘッド２内で合流せず、それぞれシリン
ダヘッド２側面において独立して開口している。また上
記排気弁６に対応して排気ポート９が形成されている。In the cylinder head 2, a pair of intake ports 8 respectively corresponding to the pair of intake valves 5 are formed independently of each other. That is, the pair of intake ports 8 do not merge in the cylinder head 2, and are independently opened on the side surface of the cylinder head 2. An exhaust port 9 is formed corresponding to the exhaust valve 6.
【００２１】略円筒状をなす電磁式燃料噴射弁１０は、
吸気弁５側のシリンダ３側壁寄りのシリンダヘッド２下
面部に配置されており、その中心軸が斜め下方へ向かっ
た姿勢で取り付けられている。特に、図２に示すよう
に、上記燃料噴射弁１０は、２つの吸気弁５の間に配置
されている。The substantially cylindrical electromagnetic fuel injection valve 10 has:
It is arranged on the lower surface of the cylinder head 2 near the side wall of the cylinder 3 on the side of the intake valve 5, and is mounted with its central axis directed obliquely downward. In particular, as shown in FIG. 2, the fuel injection valve 10 is disposed between two intake valves 5.
【００２２】上記シリンダ３内に配置されたピストン４
の頂部には、後述するように、吸気弁５側に偏心した位
置に、円形のキャビティ燃焼室１２が形成されており、
ピストン４が上死点近傍にあるときに、上記燃料噴射弁
１０の噴霧軸線がこのキャビティ燃焼室１２を指向する
ようになっている。The piston 4 disposed in the cylinder 3
As described later, a circular cavity combustion chamber 12 is formed at a position eccentric to the intake valve 5 side.
When the piston 4 is near the top dead center, the spray axis of the fuel injection valve 10 is directed toward the cavity combustion chamber 12.
【００２３】上記の一対の吸気ポート８は、それぞれ吸
気マニホルド１３側に独立して形成された一対の吸気通
路１４ａ，１４ｂに接続されている。そして、一方の吸
気通路１４ｂ内には、該吸気通路１４ｂを開閉するバタ
フライバルブ型の空気制御弁１５が介装されている。こ
の空気制御弁１５は、シャフト１６を介して図示せぬ駆
動機構により機関運転条件に応じて開閉制御される。な
お、上記空気制御弁１５が閉じた状態では、他方の吸気
通路１４ａに連なる吸気ポート８のみを通して新気が流
入するのであるが、この吸気ポート８は、ヘリカルポー
トではなく、緩く湾曲した略直線状のポート形状をなし
ている。The pair of intake ports 8 are connected to a pair of intake passages 14a and 14b formed independently on the intake manifold 13 side. A butterfly valve type air control valve 15 for opening and closing the intake passage 14b is provided in one intake passage 14b. The opening and closing of the air control valve 15 is controlled by a drive mechanism (not shown) via a shaft 16 in accordance with engine operating conditions. When the air control valve 15 is closed, fresh air flows only through the intake port 8 connected to the other intake passage 14a. However, this intake port 8 is not a helical port, but a gently curved substantially straight line. It is shaped like a port.
【００２４】上記の内燃機関の基本的な作用について簡
単に説明すると、先ず、機関の全負荷時あるいは希薄燃
焼域の中でも比較的空燃比が小さな領域では、シリンダ
３内に均質な混合気を形成して点火する均質燃焼が行わ
れる。この均質燃焼時には、上記空気制御弁１５は、開
状態に制御され、一対の吸気ポート８の双方からシリン
ダ３内へ新気が導入される。これにより、シリンダ３内
には、強いタンブル流（縦渦）が生成される。また、燃
料は、吸気行程中にシリンダ３内に噴射供給される。こ
の燃料は、タンブル流によってシリンダ３内で積極的に
拡散され、キャビティ燃焼室１２内に滞留することなく
均質化が促進される。The basic operation of the internal combustion engine will be briefly described. First, when the engine is at full load or in a region where the air-fuel ratio is relatively small in the lean combustion region, a homogeneous mixture is formed in the cylinder 3. Homogeneous ignition is performed. During this homogeneous combustion, the air control valve 15 is controlled to be open, and fresh air is introduced into the cylinder 3 from both the pair of intake ports 8. As a result, a strong tumble flow (longitudinal vortex) is generated in the cylinder 3. The fuel is injected and supplied into the cylinder 3 during the intake stroke. This fuel is actively diffused in the cylinder 3 by the tumble flow, and the homogenization is promoted without staying in the cavity combustion chamber 12.
【００２５】一方、低負荷域で、かつ空燃比を非常に大
きくする希薄燃焼域では、混合気の成層化により確実な
着火を可能とする成層希薄燃焼を行う。この成層希薄燃
焼時には、上記空気制御弁１５が閉じられ、一方の吸気
ポート８のみからシリンダ３内に新気が流入する。これ
により、シリンダ３内では、タンブル成分が相対的に弱
められ、かつ水平方向に沿ったスワール流が強く生成さ
れる。そして、この成層希薄燃焼の際には、燃料は、圧
縮行程の後半において燃料噴射弁１０からキャビティ燃
焼室１２へ向けて噴射される。この噴射された燃料は、
ピストン４頂部のキャビティ燃焼室１２内に封じ込めら
れたスワール流に乗って点火プラグ７側へ移動し、点火
プラグ７周辺に着火可能な混合気を形成するので、適宜
なタイミングで点火することにより、着火燃焼が可能と
なる。On the other hand, in the lean load region where the air-fuel ratio is extremely large in the low load region, stratified lean combustion is performed that enables reliable ignition by stratification of the air-fuel mixture. During the stratified lean combustion, the air control valve 15 is closed, and fresh air flows into the cylinder 3 from only one of the intake ports 8. Thereby, in the cylinder 3, the tumble component is relatively weakened, and the swirl flow along the horizontal direction is strongly generated. During the stratified lean combustion, fuel is injected from the fuel injection valve 10 to the cavity combustion chamber 12 in the latter half of the compression stroke. This injected fuel is
The piston 4 moves toward the spark plug 7 on the swirl flow sealed in the cavity combustion chamber 12 at the top of the piston 4 and forms an ignitable air-fuel mixture around the spark plug 7. Ignition combustion becomes possible.
【００２６】次に、図３および図４に基づいて、この発
明の第１実施例に係るピストン４の構成、特にその頂部
の構成を詳細に説明する。Next, the structure of the piston 4 according to the first embodiment of the present invention, in particular, the structure of its top will be described in detail with reference to FIGS.
【００２７】このピストン４においては、上死点におい
て、キャビティ燃焼室１２がシリンダ３内の空間の大部
分を占めるように、頂面に凸部２１が設けられている。
この凸部２１は、基本的に５つの面から構成されてい
る。すなわち、シリンダヘッド２側のペントルーフ型燃
焼室１１を構成する２つの傾斜面１１ａ，１１ｂに対し
略平行な平面からなる吸気弁側傾斜面２２および排気弁
側傾斜面２３と、上記吸気弁側傾斜面２２の上縁と上記
排気弁側傾斜面２３の上縁とを接続するように帯状に設
けられ、かつピストン４中心線と直交する平面からなる
頂部水平面３０と、ピストン４の外形円と同心の円錐面
からなる一対の円錐形側面２４，２５とによって、凸部
２１が構成されている。一対の円錐形側面２４，２５
は、凸部２１の側部を構成している。In the piston 4, a convex portion 21 is provided on the top surface so that the cavity combustion chamber 12 occupies most of the space in the cylinder 3 at the top dead center.
The projection 21 is basically composed of five surfaces. That is, the intake valve side inclined surface 22 and the exhaust valve side inclined surface 23, which are planes substantially parallel to the two inclined surfaces 11a and 11b constituting the pent roof type combustion chamber 11 on the cylinder head 2 side, and the intake valve side inclined surface A top horizontal plane 30 formed of a plane that is formed in a band shape so as to connect the upper edge of the surface 22 and the upper edge of the exhaust valve-side inclined surface 23 and that is orthogonal to the center line of the piston 4, and concentric with the outer circle of the piston 4 The convex portion 21 is constituted by a pair of conical side surfaces 24 and 25 having the conical surfaces of the above. A pair of conical sides 24, 25
Constitute a side portion of the convex portion 21.
【００２８】なお、この実施例では、上記吸気弁側傾斜
面２２は、後述するバルブリセス３１，３２やキャビテ
ィ燃焼室１２の形成によって、実際には頂部付近に僅か
に残存しているに過ぎず、大部分は、図４に想像線で示
すように、仮想の平面となっている。また、上記円錐形
側面２４，２５は、この実施例では、排気弁側傾斜面２
３の下縁を通って互いに一体に連続している。In this embodiment, the intake valve side inclined surface 22 actually only slightly remains near the top due to the formation of the valve recesses 31 and 32 and the cavity combustion chamber 12 described later. Most are virtual planes, as indicated by imaginary lines in FIG. In this embodiment, the conical side surfaces 24 and 25 are formed on the exhaust valve side inclined surface 2.
3 are continuous with each other through the lower edge.
【００２９】上記凸部２１における円錐形側面２４，２
５の円錐の頂角は、非常に小さく、図４に示すように、
円錐形側面２４，２５は、切り立ったものとなってい
る。そして、これに伴い、円錐形側面２４，２５と頂部
水平面３０との間の稜線３５，３６の位置がピストン４
外周側に近寄っている。これによって、ピストン４が上
死点にあるときに、上記円錐形側面２４，２５とシリン
ダヘッド２側燃焼室１１との間に生じるクリアランスが
非常に小さなものとなっており、シリンダ３内に残る容
積の大部分をキャビティ燃焼室１２が占有する。The conical side surfaces 24, 2 of the convex portion 21
5 has a very small apex angle, as shown in FIG.
The conical side surfaces 24 and 25 are steep. Accordingly, the positions of the ridge lines 35 and 36 between the conical side surfaces 24 and 25 and the top horizontal surface 30 are changed by the piston 4
It is approaching the outer circumference. Thereby, when the piston 4 is at the top dead center, the clearance generated between the conical side surfaces 24 and 25 and the combustion chamber 11 on the cylinder head 2 side is very small, and remains in the cylinder 3. Most of the volume is occupied by the cavity combustion chamber 12.
【００３０】そして、上記凸部２１の外周には、ピスト
ン基準水平面２６が形成されている。このピストン基準
水平面２６は、ピストン４の中心線と直交する一つの平
面から構成されているものであり、ピストン４の全周に
亙って連続している。なお、このピストン基準水平面２
６のスラスト，反スラスト側の部分は、シリンダヘッド
２側の燃焼室１１の両側に平坦面として残されたスキッ
シュエリア２ａ，２ｂ（図１参照）にそれぞれ対応し、
スキッシュの生成に寄与している。A piston reference horizontal surface 26 is formed on the outer periphery of the projection 21. The piston reference horizontal plane 26 is constituted by one plane orthogonal to the center line of the piston 4 and is continuous over the entire circumference of the piston 4. Note that this piston reference horizontal surface 2
6 correspond to the squish areas 2a and 2b (see FIG. 1) left as flat surfaces on both sides of the combustion chamber 11 on the cylinder head 2 side, respectively.
It contributes to the generation of squish.
【００３１】また、上記のキャビティ燃焼室１２が、上
記頂部水平面３０と吸気弁側傾斜面２２とに亙って凹設
されている。上記キャビティ燃焼室１２は、ピストン４
の平面上で見て真円形をなし、かつピストン４の半径よ
りも大きい直径を有している。そして、底面がピストン
４中心線と直交する面に沿っているとともに、内周側壁
面が上方へ向かって緩くテーパ状に拡がった皿形をなし
ている。また、このキャビティ燃焼室１２の外周縁は、
円錐形側面２４，２５と上記吸気弁側傾斜面２２との間
に生じる一対の仮想の側部稜線の内側に位置している。
つまり、ピストンピン軸方向においては、吸気弁側傾斜
面２２の方がキャビティ燃焼室１２よりも大きなものと
なっている。これに対し、キャビティ燃焼室１２の外周
縁の排気弁寄りの部分は、頂部水平面３０と排気弁側傾
斜面２３との間の排気弁側頂部稜線３３よりも僅かに排
気弁寄りにはみ出ている。なお、これは、本実施例が比
較的小径のピストン４であるためであり、ピストン４が
大径である場合には、上記排気弁側頂部稜線３３からは
み出さないように構成することが望ましい。また図２に
示すように、ピストン４が上死点にあるときに、点火プ
ラグ７がキャビティ燃焼室１２内に入り、かつその外周
部に位置するように配置されている。The cavity combustion chamber 12 is recessed over the top horizontal surface 30 and the intake valve side inclined surface 22. The cavity combustion chamber 12 includes a piston 4
And has a diameter greater than the radius of the piston 4 when viewed on the plane of The bottom surface is along a plane perpendicular to the center line of the piston 4, and the inner peripheral side wall surface is formed in a dish shape which is gently tapered upward. The outer peripheral edge of the cavity combustion chamber 12 is
It is located inside a pair of virtual side ridges generated between the conical side surfaces 24 and 25 and the intake valve side inclined surface 22.
That is, the intake valve side inclined surface 22 is larger than the cavity combustion chamber 12 in the axial direction of the piston pin. On the other hand, the portion of the outer peripheral edge of the cavity combustion chamber 12 near the exhaust valve slightly protrudes closer to the exhaust valve than the exhaust valve side top ridge line 33 between the top horizontal surface 30 and the exhaust valve side inclined surface 23. . This is because the present embodiment uses the piston 4 having a relatively small diameter. When the piston 4 has a large diameter, it is preferable that the piston 4 does not protrude from the top ridge line 33 on the exhaust valve side. . Further, as shown in FIG. 2, when the piston 4 is at the top dead center, the ignition plug 7 is disposed so as to enter the cavity combustion chamber 12 and to be located on the outer peripheral portion thereof.
【００３２】また上記吸気弁側傾斜面２２には、吸気弁
５の弁頭部に対応して一対のバルブリセス３１，３２が
凹設されている。このバルブリセス３１，３２は、バル
ブ傾斜角に沿って比較的浅い円形に形成されているもの
であるが、上記キャビティ燃焼室１２と重なり合ってい
るので、それぞれ三日月形に現れている。図４の符号Ｌ
は、吸気弁５の中心線を示している。本実施例では、こ
のバルブリセス３１，３２は、円錐形側面２４，２５と
吸気弁側傾斜面２２との間に生じる一対の仮想の側部稜
線付近に外周の一部が差し掛かっている。そして、この
バルブリセス３１，３２は、その深さが、ピストン基準
水平面２６よりもピストン４軸方向に深くならないよう
に設定されている。つまり、図４に明らかなように、ピ
ストン基準水平面２６より下方へ窪んだ形とはなってい
ない。A pair of valve recesses 31 and 32 are formed in the intake valve side inclined surface 22 so as to correspond to the valve head of the intake valve 5. Although the valve recesses 31 and 32 are formed in a relatively shallow circular shape along the valve inclination angle, since they overlap with the cavity combustion chamber 12, they each appear in a crescent shape. Symbol L in FIG.
Indicates the center line of the intake valve 5. In the present embodiment, a part of the outer periphery of each of the valve recesses 31 and 32 approaches a pair of virtual side ridges generated between the conical side surfaces 24 and 25 and the intake valve side inclined surface 22. The valve recesses 31 and 32 are set so that the depth does not become deeper than the piston reference horizontal plane 26 in the direction of the piston 4 axis. That is, as is apparent from FIG. 4, the shape is not concave below the piston reference horizontal plane 26.
【００３３】また上記のように構成されたピストン４頂
部の構造は、ピストンピンと直交する方向の直径線（つ
まり図３のＡ−Ａ線）を中心として、対称に構成されて
いる。なお、燃料噴射弁１０は、この対称軸となるＡ−
Ａ線に沿って燃料を噴射するように配置されている。The structure of the top of the piston 4 configured as described above is symmetrical about a diameter line (that is, line AA in FIG. 3) perpendicular to the piston pin. In addition, the fuel injection valve 10 has a symmetrical axis A-
It is arranged to inject fuel along line A.
【００３４】さらに、上記のように凸部２１の吸気弁側
傾斜面２２にバルブリセス３１，３２を凹設することに
より、該バルブリセス３１，３２の外縁に沿って凸部外
縁部２１ａが円弧形の堰状に残存している。この凸部外
縁部２１ａは、吸気弁側傾斜面２２の傾斜に従い、ピス
トン４の吸気弁側つまり図３の右側へ向うに従って、徐
々に低くなる。そして、最終的には、バルブリセス３
１，３２の底面と同一高さとなって消失する。ここで、
バルブリセス３１，３２の外縁がピストン基準水平面２
６に達する消失点３７とキャビティ燃焼室１２の中心と
を結ぶ線が、上記Ａ−Ａ線に対してなす角θ（図３参
照）は、４５°以下となっている。Further, by recessing the valve recesses 31 and 32 on the intake valve-side inclined surface 22 of the convex portion 21 as described above, the convex outer edge portion 21a is formed in an arc shape along the outer edge of the valve recess 31 and 32. Remains in the shape of a weir. The outer peripheral portion 21a of the convex portion gradually decreases as the piston 4 moves toward the intake valve side, that is, toward the right side in FIG. And finally, valve recess 3
It disappears at the same height as the bottom surfaces of 1, 32. here,
The outer edges of the valve recesses 31 and 32 are the piston reference horizontal surface 2
The angle θ (see FIG. 3) formed by the line connecting the vanishing point 37 reaching 6 and the center of the cavity combustion chamber 12 to the line AA is 45 ° or less.
【００３５】上記の構成においては、キャビティ燃焼室
１２が単純な真円形であるため、成層燃焼時にシリンダ
３内に生成されたスワールが、該キャビティ燃焼室１２
内にスムースに案内され、十分な強さを保ったまま保存
される。そして、圧縮行程後半においてキャビティ燃焼
室１２へ向けて燃料が噴射された後、ピストン４が上死
点に近づくと、キャビティ燃焼室１２を有する凸部２１
の各面が、図１に想像線で示すように、シリンダヘッド
２側の対応する面にそれぞれ近接するため、キャビティ
燃焼室１２が全周に亙って良好にシールされた状態とな
る。従って、キャビティ燃焼室１２内のスワールや混合
気が外部へ漏出せずに該キャビティ燃焼室１２内で燃焼
が進行する。In the above configuration, the swirl generated in the cylinder 3 during stratified combustion is generated by the cavity combustion chamber 12 because the cavity combustion chamber 12 has a simple true circular shape.
It is smoothly guided inside and stored with sufficient strength. Then, after the fuel is injected toward the cavity combustion chamber 12 in the latter half of the compression stroke, when the piston 4 approaches the top dead center, the projection 21 having the cavity combustion chamber 12 is formed.
As shown by imaginary lines in FIG. 1, the respective surfaces of the cavity combustion chamber 12 come into close contact with the corresponding surfaces on the cylinder head 2 side. Therefore, the swirl and the mixture in the cavity combustion chamber 12 do not leak to the outside, and the combustion proceeds in the cavity combustion chamber 12.
【００３６】特に、キャビティ燃焼室１２に重なってバ
ルブリセス３１，３２が凹設されているが、このバルブ
リセス３１，３２は、ピストン基準水平面２６よりも窪
んでいないので、ピストン４が上死点近傍にあるとき
に、シリンダ３外周部を旋回するスワール成分は、バル
ブリセス３１，３２に入らずに、外周部のピストン基準
水平面２６の上を流れるようになり、キャビティ燃焼室
１２内への侵入が抑制される。そして、バルブリセス３
１，３２の側方部分が凸部外縁部２１ａによって囲まれ
ているため、上記のようにピストン基準水平面２６の上
を流れるガス流動がバルブリセス３１，３２を介してキ
ャビティ燃焼室１２へ流れ込むことが抑制される。ま
た、バルブリセス３１，３２が存在しない角度範囲、つ
まりバルブリセス３１，３２下方の凸部２１が存在しな
い角度範囲が、キャビティ燃焼室１２の円周の中で９０
°以下となり、十分に狭いものとなる。そのため、シリ
ンダ外周部からキャビティ燃焼室１２へ流入しようとす
るガス流動が、バルブリセス３１，３２下方に位置する
凸部２１の円錐形側面２４，２５によってせき止められ
る。さらに、このキャビティ燃焼室１２やバルブリセス
３１，３２と排気弁側傾斜面２３との間に、ピストンピ
ン軸方向に長く延びた頂部水平面３０が存在しているた
め、シリンダ３の排気弁側からキャビティ燃焼室１２へ
向うガス流動は、ここでせき止められ、かつ弱められ
る。従って、キャビティ燃焼室１２内のスワール流や燃
料が、キャビティ燃焼室１２外部から流入するガス流動
によって乱されることがなく、バルブリセス３１，３２
の形成による悪影響が非常に少なくなって、十分に良好
な成層燃焼を確保できる。In particular, the valve recesses 31 and 32 are recessed so as to overlap with the cavity combustion chamber 12. However, since the valve recesses 31 and 32 are not recessed from the piston reference horizontal plane 26, the piston 4 is positioned near the top dead center. At one time, the swirl component swirling around the outer peripheral portion of the cylinder 3 does not enter the valve recesses 31 and 32 but flows on the piston reference horizontal surface 26 at the outer peripheral portion, and the intrusion into the cavity combustion chamber 12 is suppressed. You. And valve recess 3
Since the side portions 1 and 32 are surrounded by the outer periphery 21a of the convex portion, the gas flow flowing on the piston reference horizontal surface 26 flows into the cavity combustion chamber 12 through the valve recesses 31 and 32 as described above. Be suppressed. Further, the angle range where the valve recesses 31 and 32 do not exist, that is, the angle range where the convex portion 21 below the valve recesses 31 and 32 does not exist is 90 degrees in the circumference of the cavity combustion chamber 12.
° or less, which is sufficiently narrow. Therefore, the gas flowing from the outer periphery of the cylinder into the cavity combustion chamber 12 is blocked by the conical side surfaces 24 and 25 of the convex portion 21 located below the valve recesses 31 and 32. Further, since a top horizontal surface 30 extending long in the axial direction of the piston pin exists between the cavity combustion chamber 12 and the valve recesses 31 and 32 and the exhaust valve side inclined surface 23, the cavity is formed from the exhaust valve side of the cylinder 3. The gas flow towards the combustion chamber 12 is now dammed and weakened. Therefore, the swirl flow and the fuel in the cavity combustion chamber 12 are not disturbed by the gas flow flowing from outside the cavity combustion chamber 12, and the valve recesses 31 and 32 are not disturbed.
The adverse effect due to the formation of is extremely reduced, and a sufficiently good stratified combustion can be ensured.
【００３７】また、均質燃焼時には、一対の吸気ポート
８から流入した新気によってシリンダ３内にタンブル流
が形成され、かつ吸気行程中に燃料噴射が行われるが、
上記キャビティ燃焼室１２は、上方が緩いテーパ状に拡
がった皿形をなしており、かつ、タンブル流が集中する
一対の吸気ポート８の中心線（図３のＡ−Ａ線）の上に
真円形のキャビティ燃焼室１２が位置しているので、該
キャビティ燃焼室１２内に入った燃料がタンブル流によ
って容易に洗い流され、滞留してしまうことがない。従
って、高負荷時にも均質な混合気を形成でき、良好な均
質燃焼が可能である。At the time of homogeneous combustion, fresh air flowing from the pair of intake ports 8 forms a tumble flow in the cylinder 3 and fuel is injected during the intake stroke.
The cavity combustion chamber 12 has a dish shape in which the upper portion is gently expanded in a tapered shape, and is positioned above a center line (A-A line in FIG. 3) of a pair of intake ports 8 where the tumble flows are concentrated. Since the circular cavity combustion chamber 12 is located, the fuel entering the cavity combustion chamber 12 is easily washed away by the tumble flow and does not stay. Therefore, a homogeneous air-fuel mixture can be formed even under a high load, and good homogeneous combustion can be achieved.
【００３８】図５は、上記のバルブリセス３１，３２の
深さと成層希薄燃焼時の燃焼安定性との関係について実
験した結果を示すものであり、この図５に示すように、
ピストン基準水平面２６よりも下方にまでバルブリセス
３１，３２が深くなると、燃焼安定性は急激に悪化す
る。逆に、ピストン基準水平面２６までであれば、バル
ブリセス３１，３２の形成に伴う燃焼安定性の悪化は小
さい。FIG. 5 shows the result of an experiment on the relationship between the depth of the valve recesses 31 and 32 and the combustion stability during stratified lean combustion. As shown in FIG.
As the valve recesses 31 and 32 become deeper than the piston reference horizontal plane 26, the combustion stability rapidly deteriorates. Conversely, up to the piston reference horizontal surface 26, deterioration of combustion stability due to the formation of the valve recesses 31 and 32 is small.
【００３９】図６は、この発明に係るピストンの第２実
施例を示している。この第２実施例のピストンでは、第
１実施例のピストンに比して、頂部水平面３０のピスト
ンピン軸方向両端の稜線３５，３６が、ピストン４外周
寄りに位置しており、ピストンピン軸方向について見た
場合に、各バルブリセス３１，３２のピストンピン軸方
向の端縁位置よりも、上記の稜線３５，３６の方が外側
に位置している。FIG. 6 shows a second embodiment of the piston according to the present invention. In the piston of the second embodiment, the ridge lines 35 and 36 at both ends of the top horizontal surface 30 in the axial direction of the piston pin are located closer to the outer periphery of the piston 4 than in the piston of the first embodiment, When viewed from the above, the ridge lines 35 and 36 are located outside the end positions of the valve recesses 31 and 32 in the axial direction of the piston pin.
【００４０】図７は、稜線３５，３６のピストンピン軸
方向位置による影響を実験した結果を示すものであり、
特性イは、図６に示すように稜線３５，３６をピストン
ピン軸方向に十分長く確保した第２実施例におけるＨＣ
排出量の特性、特性ロは、図３に示すように稜線３５，
３６をバルブリセス３１，３２のピストンピン軸方向外
縁よりも短くした第１実施例におけるＨＣ排出量の特性
を示している。これらの比較から明らかなように、稜線
３５，３６をピストンピン軸方向に十分に長く延ばすこ
とで、ＨＣ排出量の更なる低減化を達成できる。FIG. 7 shows the result of an experiment on the effect of the ridge lines 35 and 36 on the axial position of the piston pin.
As shown in FIG. 6, the characteristic a is that the ridges 35 and 36 are sufficiently long in the axial direction of the piston pin in the second embodiment.
As shown in FIG.
FIG. 4 shows the HC discharge characteristics in the first embodiment in which 36 is shorter than the outer periphery of the valve recesses 31 and 32 in the axial direction of the piston pins. As is apparent from these comparisons, by further extending the ridge lines 35 and 36 sufficiently long in the axial direction of the piston pin, it is possible to further reduce the amount of HC emission.
【図１】この発明に係る筒内噴射式内燃機関の構成を示
す縦断面図。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a direct injection internal combustion engine according to the present invention.
【図２】シリンダヘッドを下面側から見た状態を示す底
面図。FIG. 2 is a bottom view showing a state where the cylinder head is viewed from a lower surface side.
【図３】この発明に係るピストンの第１実施例を示す平
面図。FIG. 3 is a plan view showing a first embodiment of the piston according to the present invention.
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿った断面図。FIG. 4 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 3;
【図５】バルブリセスの深さと成層希薄燃焼の安定性と
の関係を示す特性図。。FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between the depth of a valve recess and the stability of stratified lean combustion. .
【図６】この発明に係るピストンの第２実施例を示す平
面図。FIG. 6 is a plan view showing a second embodiment of the piston according to the present invention.
【図７】頂部水平面のピストンピン軸方向両端の稜線の
位置とＨＣ排出量との関係を示す特性図。FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the positions of the ridge lines at both ends of the top horizontal surface in the axial direction of the piston pin and the HC discharge amount.
４…ピストン １２…キャビティ燃焼室 ２１…凸部 ２１ａ…凸部外縁部 ２２…吸気弁側傾斜面 ２３…排気弁側傾斜面 ２４，２５…円錐形側面（側部） ２６…ピストン基準水平面 ３０…頂部水平面 ３１，３２…バルブリセス DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Piston 12 ... Cavity combustion chamber 21 ... Convex part 21a ... Convex part outer edge part 22 ... Intake valve side inclined surface 23 ... Exhaust valve side inclined surface 24, 25 ... Conical side surface (side part) 26 ... Piston reference horizontal surface 30 ... Top horizontal surface 31, 32 ... valve recess
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｆ 3/28 Ｆ０２Ｆ 3/28 Ａ (56)参考文献 特開 平10−131755（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−205413（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−331644（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−317973（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−14102（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−288039（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−35429（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−185321（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−299537（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−240051（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−27120（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−198306（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−124042（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02B 17/00 - 23/10 F02F 3/28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI F02F 3/28 F02F 3/28 A (56) References JP-A-10-131755 (JP, A) JP-A-10-205413 ( JP, A) JP-A-10-331644 (JP, A) JP-A-10-317797 (JP, A) JP-A-8-14102 (JP, A) JP-A-10-288039 (JP, A) JP JP 8-35429 (JP, A) JP-A-6-185321 (JP, A) JP-A-10-299537 (JP, A) JP-A-5-240051 (JP, A) Fully open flat 4-27120 (JP , U) Shokai 57-198306 (JP, U) Shokai 1-124042 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F02B 17/00-23/10 F02F 3/28
Claims (7)
フ型燃焼室に２つの吸気弁および２つの排気弁を有する
とともに、シリンダ略中央に点火プラグを有し、かつ、
シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁が吸気弁側
に配置され、シリンダ内にタンブル流成分を付与した状
態で吸気行程付近で燃料噴射を行うことにより均質燃焼
を実現するとともに、シリンダ内にスワール成分を付与
した状態で圧縮行程付近で燃料噴射を行うことにより成
層燃焼を実現するようにした筒内噴射式内燃機関のピス
トンにおいて、 上記ペントルーフ型燃焼室の排気弁側の傾斜面に略平行
となるように傾斜した平面からなる排気弁側傾斜面と、
同じくペントルーフ型燃焼室の吸気弁側の傾斜面に略平
行となるように傾斜した平面もしくは仮想平面からなる
吸気弁側傾斜面と、この吸気弁側傾斜面の上縁と上記排
気弁側傾斜面の上縁とを接続し、かつ、ピストン中心線
と直交する平面からなる頂部水平面と、上記両傾斜面お
よび上記頂部水平面によって形成される凸部の側部と、
上記の凸部を囲むように、ピストンの外周部に形成され
たピストン中心線と直交する平面からなるピストン基準
水平面と、ピストン外形円に対し吸気弁側に偏心した位
置に凹設された真円形のキャビティ燃焼室と、上記吸気
弁の弁頭部に対応して上記吸気弁側傾斜面に凹設され、
かつその深さが、上記ピストン基準水平面よりもピスト
ン軸方向に深くならないように設定された一対のバルブ
リセスと、を備えていることを特徴とする筒内噴射式内
燃機関のピストン。1. A pent-roof type combustion chamber recessed in a cylinder head has two intake valves and two exhaust valves, has a spark plug substantially at the center of the cylinder, and
A fuel injection valve that injects fuel directly into the cylinder is arranged on the intake valve side, and achieves homogeneous combustion by performing fuel injection near the intake stroke with a tumble flow component added to the cylinder, In a piston of an in-cylinder injection type internal combustion engine in which stratified combustion is realized by performing fuel injection near a compression stroke in a state where a swirl component is added, substantially parallel to an inclined surface on the exhaust valve side of the pent roof type combustion chamber. An exhaust valve side inclined surface consisting of a plane inclined so as to be;
Similarly, an intake valve side inclined surface formed of a plane or a virtual plane inclined so as to be substantially parallel to the intake valve side inclined surface of the pent roof type combustion chamber, an upper edge of the intake valve side inclined surface, and the exhaust valve side inclined surface. A top horizontal plane consisting of a plane orthogonal to the piston center line, and a side portion of the convex portion formed by the two inclined surfaces and the top horizontal plane,
A piston reference horizontal plane formed of a plane orthogonal to the piston center line formed on the outer periphery of the piston so as to surround the above-mentioned convex part, and a true circle concavely formed at a position eccentric to the intake valve side with respect to the piston outer circle. A cavity combustion chamber and a concave portion on the intake valve side inclined surface corresponding to the valve head of the intake valve,
And a pair of valve recesses whose depth is set so as not to be deeper than the piston reference horizontal plane in the piston axial direction.
リセスの外側を通ってピストン全周に連続していること
を特徴とする請求項１記載の筒内噴射式内燃機関のピス
トン。2. The piston of a direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein the piston reference horizontal plane is continuous with the entire circumference of the piston through the outside of the valve recess.
両端縁が、各バルブリセスのピストンピン軸方向の端縁
位置よりも外側に位置していることを特徴とする請求項
１または２に記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。3. The piston pin according to claim 1, wherein both ends of the top horizontal surface in the axial direction of the piston pin are located outside end positions of the valve recesses in the axial direction of the piston pin. Piston for a direct injection internal combustion engine.
ンの吸気弁側へ堰状に延びた凸部外縁部が残存すること
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の筒内噴射
式内燃機関のピストン。4. The in-cylinder injection type according to claim 1, wherein an outer edge portion of the convex portion extending like a weir toward the intake valve side of the piston remains along the outer edge of the valve recess. Internal combustion engine piston.
基準水平面に達する消失点と上記キャビティ燃焼室の中
心とを結ぶ線が、ピストンピンと直交する方向のピスト
ン直径線に対し、４５°以下の角度をなすことを特徴と
する請求項１〜４のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機
関のピストン。5. A line connecting a vanishing point where the outer edge of the valve recess reaches the piston reference horizontal plane and the center of the cavity combustion chamber forms an angle of 45 ° or less with a piston diameter line in a direction orthogonal to the piston pin. The piston of a direct injection internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
面が上方へ向かってテーパ状に拡がった皿形をなすこと
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の筒内噴射
式内燃機関のピストン。6. The in-cylinder injection type according to claim 1, wherein the cavity combustion chamber has a dish shape in which an inner peripheral side wall surface is tapered upward. Internal combustion engine piston.
御する可変動弁機構を備えていることを特徴とする請求
項１〜６のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関のピス
トン。7. The piston of a direct injection internal combustion engine according to claim 1, further comprising a variable valve mechanism for variably controlling a valve lift characteristic of the intake valve.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14529298A JP3246441B2 (en) | 1997-05-28 | 1998-05-27 | Piston for in-cylinder injection internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| JP13736997 | 1997-05-28 | ||
| JP9-137369 | 1997-05-28 | ||
| JP14529298A JP3246441B2 (en) | 1997-05-28 | 1998-05-27 | Piston for in-cylinder injection internal combustion engine |
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| JP2000210835A Division JP3644359B2 (en) | 1997-05-28 | 2000-07-12 | Piston for in-cylinder internal combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1144215A JPH1144215A (en) | 1999-02-16 |
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Family
ID=26470700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14529298A Expired - Lifetime JP3246441B2 (en) | 1997-05-28 | 1998-05-27 | Piston for in-cylinder injection internal combustion engine |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3246441B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017123136A1 (en) * | 2017-10-05 | 2019-04-11 | Man Truck & Bus Ag | Internal combustion engine with valve pockets |
-
1998
- 1998-05-27 JP JP14529298A patent/JP3246441B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH1144215A (en) | 1999-02-16 |
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