JP3903567B2

JP3903567B2 - Piston for in-cylinder internal combustion engine

Info

Publication number: JP3903567B2
Application number: JP01517598A
Authority: JP
Inventors: 徹野田; 剛司桝田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-01-28
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2018-01-28
Also published as: JPH11210471A

Description

【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スワール成分を利用して成層燃焼並びに均質燃焼を実現する筒内噴射式内燃機関のピストンの改良に関する。
【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。
【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８−３５４２９号公報や特開平７−８３０５８号公報に記載のものが知られている。例えば特公平８−３５４２９号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ボウル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ボウル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。また、上記ボウル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。
【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。この筒内スワールは、ピストンの上昇に伴ってボウル内に導入されるので、圧縮上死点付近でボウル内に燃料を噴射することにより、ボウル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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のような筒内噴射式内燃機関のピストンは、もともとボウル内に生じるスワールによってボウル内に噴射された燃料を閉じ込める形状であるため、例えば吸気行程に燃料を噴射してシリンダ内に均質な混合気を形成する均質燃焼時にも、燃料がボウル内に偏在，滞留し易く、つまり燃料がシリンダ内全体に均一に拡散されず、燃費の悪化やＮＯｘ排出量の増加等を生じることがある。特に、均質燃焼の中でも比較的空燃比の大きい均質リーン燃焼を行う場合に、燃焼の安定を確保するための吸気流動としてシリンダ内を旋回するスワール成分を利用する機関では、一旦ボウル内に入り込んだ燃料がシリンダ内全体に拡散され難い。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１の発明は、シリンダヘッドに凹設された燃焼室に吸気弁および排気弁を有するとともに、シリンダ内にスワール成分を付与する手段を有し、該スワール成分を利用して、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とともに、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筒内噴射式内燃機関のピストンにおいて、ピストン頂部には、上記燃焼室に対応する凸部が形成されるとともに、この凸部の外側にスキッシュエリアに対応した吸気側水平面及び排気側水平面が形成され、かつ、上記ピストン頂部に円形のボウルが凹設され、このボウルは、その一部が上記吸気側水平面及び排気側水平面の一方に差し掛かるようにピストン中心に対して偏心しており、このボウルの周壁部は、上記シリンダ内を旋回する筒内スワールの上記ボウル近傍の流れ方向に対し、ピストン平面上で上記ピストン中心とボウル中心とを結ぶ基準線よりもスワール上流側の部分が、スワール下流側の部分よりも相対的に低く形成されていることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項１の発明をより具体化した請求項２の発明では、上記ピストン頂部に、上記シリンダヘッドに凹設された燃焼室に対応する凸部が形成されるとともに、該凸部の中で、上記ボウル周壁部のスワール上流側の部分に対応する位置に、切欠部が凹設されている。
【０００８】
更に、上記発明をより具体的した請求項３の発明では、上記凸部に、上記シリンダヘッドに凹設されたペントルーフ型燃焼室を構成する２つの傾斜面にそれぞれ略平行となるように傾斜した吸気弁側傾斜面および排気弁側傾斜面が形成されるとともに、上記両傾斜面によって形成される凸部の側部に、ピストン外形円と同心の円錐面からなる一対の円錐形側面が形成されている。
【０００９】
上記の構成では、シリンダ内を旋回する筒内スワールが、ボウル周壁部の中で相対的に低く設定されたスワール上流側の部分の上方を通過して円滑にボウル内へ流入されるようになる。この結果、吸気行程付近で噴射供給された燃料の一部がボウル内に入り込んだとしても、ボウル内の燃料は容易にボウル外へ掃き出され、混合気の均質化が促進される。
【００１０】
また、成層燃焼時においては、燃焼が噴射される圧縮上死点付近で、ピストン頂面とシリンダヘッド側の燃焼室壁面との間が小さくなるから、筒内スワールがボウル内に流入しても、ボウル内で成層化した燃料が過度にボウル外へ流出することはなく、成層燃焼時における性能悪化を招くことはない。
【００１１】
請求項４の発明では、上記切欠部の底面が、上記ボウルに向かって低くなる傾斜面となっている。
【００１２】
これにより、切欠部の底面の上方を通過するスワール流がより効果的にボウル内へ案内される。
【００１３】
請求項５の発明では、上記切欠部の底面が、ピストン中心線と直交する平坦面となっている。
【００１４】
これにより、切欠部の底面の上方を通過するスワール流がより効果的にボウル内へ案内される。
【００１５】
請求項６の発明では、上記凸部の大部分がピストン外形円と同心の円錐形状に形成されている。
【００１６】
これにより、円錐形状の凸部の上方をスワール成分が円滑に旋回するようになり、筒内スワール成分が強化されるから、ボウル内へ流入するスワール成分も強化され、より確実にボウル内に滞留する燃料を洗い流すことができる。
【００１７】
また、凸部が全体的に円錐形状となっているから、シリンダ内に隔成される燃焼室のＳ／Ｖ比が全体的に小さくなる。このため、冷却損失が低減し、特に低負荷時の燃料消費を効果的に抑制することができる。
【００１８】
請求項７の発明では、上記凸部は、ピストン平面上で上記ボウルの外周に沿う略Ｃ字状に形成され、この凸部及び上記ボウルの外周部に、ピストン中心線と直交する平面からなる基準水平面が形成されている。
【００１９】
これにより、シリンダ外周部を旋回するスワール成分が強化され、ボウル内に流入するスワール成分も強化されるので、ボウル内に滞留する燃料の拡散，混合効果が更に向上する。
【００２０】
【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、シリンダ内を旋回する筒内スワール流をボウル内に円滑に案内することができるため、均質燃焼時に、ボウル内に入り込んだ燃料が効果的にボウル外へ拡散され、シリンダ内に均質な混合気を形成して良好な均質燃焼を行うことができる。また、成層燃焼時では、燃焼が噴射される圧縮上死点付近で、ピストン頂面とシリンダヘッド側の燃焼室壁面との間が可及的に小さくなるため、筒内スワールがボウル内に流入しても、ボウル内で成層化した燃料が過度にボウル外へ流出することはない。つまり、成層燃焼と均質燃焼とを高いレベルで両立させることができる。
【００２１】
【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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、円形のボウル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の噴霧軸線がこのボウル１２を指向するようになっている。
【００２６】
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。
【００２７】
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、機関の全負荷時のように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、ボウル１２内に滞留することなく均質化が促進される。
【００２８】
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からボウル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頂部のボウル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。
【００２９】
また、機関の中負荷域で、均質燃焼の中でも比較的空燃比が大きな領域では、均質リーン燃焼が行われる。この均質リーン燃焼時には、上記空気制御弁１５が閉じられてスワール流が強く生成されており、吸気行程中にシリンダ３内に噴射供給された燃料は、上記スワール流によって積極的に拡散，均質化されることとなる。
【００３０】
次に、図３〜図５に基づいて、本発明の第１実施例に係わるピストン４の構成、特にその頂部の構成を詳細に説明する。
【００３１】
このピストン４においては、上述したように、上死点において、ボウル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４つの面から構成されている。すなわち、凸部２１は、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（図１，２）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、ピストン４の外形円と同心の急峻な円錐面からなる一対の円錐形側面２４，２５とによって構成されている。
【００３２】
そして、凸部２１及びボウル１２の外周部は、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。具体的には、上記吸気弁側傾斜面２２および排気弁側傾斜面２３の外側に、それぞれ略三日月形をなす吸気弁側水平面２６および排気弁側水平面２７を有しており、さらに、円錐形側面２４，２５の円弧形をなす下縁２４ａ，２５ａとピストン４外周縁との間に、一定の幅で円弧形をなす円弧形水平面２８，２９を有している。これらの水平面２６，２７，２８，２９は、一つの平面として連続している。
【００３３】
上記の吸気弁側水平面２６および排気弁側水平面２７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）に対応している。また、上記円弧形水平面２８，２９の幅は、ピストンリング装着部のランド部の幅程度のものであり、圧縮比確保のために可及的に小さくなっている。
【００３４】
また、上記のボウル１２は、ピストン４の平面上で見て真円形をなし、吸気弁側傾斜面２２から排気弁側傾斜面２３にわたって凹設されている。このボウル１２は、その底部（底面）３０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、周壁部（周壁面）３１が上方へ向かって緩くテーパ状に拡がった薄い皿形をなしている。また、このボウル１２の外周縁（上縁）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側部稜線３２，３３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の方がボウル１２よりも大きなものとなっている。これに対し、ボウル１２の外周縁の排気弁寄りの部分は、吸気弁側傾斜面２２と排気弁側傾斜面２３との間のペントルーフ稜線３４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、上記ペントルーフ稜線３４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１，２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がボウル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。
【００３５】
このようなボウル１２の形成により、凸部２１の吸気弁側傾斜面２２には、円弧形の堰状をなす一対の凸部外縁部３５が残存し、各凸部外縁部３５の内面がボウル周壁部３１の一部を形成している。
【００３６】
そして、本実施例においては、図３に示すようにシリンダ３の外周部を旋回する筒内スワールＳのボウル１２近傍（図３の左側，つまり吸気弁側）を通過するスワール流れ方向に対し、ピストン４の中心Ｘ１とボウル１２の中心Ｘ２とを結ぶ基準線Ｌ（つまりピストンピンの方向）よりもスワール上流側、つまり図３で上側に位置する一方の凸部外縁部３５に、適宜な切欠部３６が凹設されている。つまり、ピストン４頂部の構造は、図３のＡ−Ａ線に沿う基準線Ｌを中心として非対称に構成されている。
【００３７】
詳述すると、上記切欠部３６は、円錐形側面２４とボウル１２の上縁とを接続する底面３６ａと、この底面３６ａと吸気弁側傾斜面２２とを接続する側壁面３６ｂと、の２つの面から構成されている。底面３６ａは、その外周縁が吸気弁側傾斜面２２と円錐形側面２４との側部稜線３２と同一位置に設定されているのに対し、その内周縁が上記水平面２６，２７，２８，２９と同一高さに設定されている。従って、この底面３６ａは、図５にも示すようにボウル１２側へ向かって低くなる傾斜面となっており、かつ吸気弁側へ向かって低くなるように緩やかに傾斜している。また、切欠部３６の側壁面３６ｂは、吸気弁側傾斜面２２よりも急峻な略三角形状の傾斜面となっている。
【００３８】
この結果、ボウル１２の周壁部３１は、スワール流Ｓに対して基準線Ｌよりもスワール上流側の部分３１ａがスワール下流側（図４で下側）の部分３１ｂよりも低く設定されている。例えば、図３のＢ−Ｂ線に沿う図５の断面位置では、スワール上流側部分３１ａがスワール下流側部分３１ｂよりもＤ１だけ低くなっている。
【００３９】
このような構造により、一方の吸気ポート８のみから流入した新気によってシリンダ３内に形成された筒内スワールＳは、シリンダ３の外周部を旋回し、相対的に低くなった切欠部３６の上方を通過してボウル１２内へ円滑に流入し、かつ、相対的に高くなったボウル周壁部３１のスワール下流側部分３１ｂへ衝突し、ボウル１２の内部へと案内される。このため、特に均質燃焼の中でも比較的空燃比を大きくする均質リーン燃焼を行う場合に、吸気行程付近で噴射供給された燃料の一部がボウル１２内へ入り込んだとしても、ボウル１２内の燃料がスワール流によって容易にボウル１２外へ掃き出され、シリンダ３内に均質な混合気を形成して良好な均質燃焼を行うことができる。
【００４０】
特に、この実施例では、切欠部３６の底面３６ａがボウル１２へ向かって低くなるように傾斜しているため、上記筒内スワールＳを一層効果的にボウル１２へ案内することができる。
【００４１】
また、成層燃焼時においては、ボウル１２が単純な真円形であるため、シリンダ３内に生成されたスワールＳが、ボウル１２内にスムースに案内されるとともに、十分な強さを保ったまま保存される。ここで、一方の凸部外縁部３５に切欠部３６が凹設されているが、この実施例では、切欠部３６の底面３６ａの外周縁が吸気弁側傾斜面２２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、ボウル１２が全周にわたってシリンダヘッド２側の対応する面によって良好にシールされた状態となり、ボウル１２内のスワールや混合気が外部へ漏出せずに該ボウル１２内で燃焼が進行する。つまり、切欠部３６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。
【００４２】
一方、全開出力時等の均質燃焼時には、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、上記ボウル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）の上に真円形のボウル１２が位置しているので、該ボウル１２内に入った燃料がタンブル流によって更に容易に洗い流され、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。
【００４３】
次に、図６〜図８は、この発明に係わるピストン４の第２実施例を示している。なお、後述する実施例において、前記した実施例と同一構成部分には同じ参照符号を付し、重複する構成及び作用効果の説明を適宜省略する。
【００４４】
この第２実施例においては、第１実施例の切欠部３６に対応する切欠部４０が、更に筒内スワールＳの上流側へ大きく後退しており、かつ、水平面２６，２７，２８，２９と同じ高さまで更に深く凹設されている。言い換えると、この実施例では切欠部４０の凹設によりスワール上流側に現存する凸部外縁部３５が僅かなものとなっている。
【００４５】
詳述すると、この切欠部４０は、水平面２６，２７，２８，２９と連続する平坦面となった底面４０ａと、この底面４０ａと排気弁側傾斜面２３とを接続する外周側壁面４０ｂと、底面４０ａ及び外周側壁面４０ｂと吸，排気弁側傾斜面２２，２３とを接続する内周側壁面４０ｃと、の３つの面により構成されている。
【００４６】
底面４０ａは、スワール流Ｓに沿うようにボウル１２のスワール上流側に延在しており、そのスワール上流側がピストン平面上で見てペントルーフ稜線３４よりも排気弁側へはみ出しており、かつ、そのスワール下流側がボウル１２の上縁へ接続している。外周側壁面４０ｂは、筒内スワール流Ｓが底面４０ａひいてはボウル１２側へ良好に流れ込むように、スワール流Ｓに沿って周方向に低くなる傾斜面となっている。内周側壁面４０ｃは、筒内スワール流Ｓがボウル１２側へ良好に流れ込むように、スワール流Ｓに沿って湾曲する急峻な円錐形状となっている。
【００４７】
このような第２実施例においては、特に、ボウル１２のスワール上流側に位置する切欠部４０の底面４０ａが平坦面となっているため、シリンダ３内に生成される筒内スワールＳを、より良好にボウル１２内へ導入することができ、ボウル１２内に滞留する燃料をより効果的に拡散させることができる。
【００４８】
また、この実施例では、前述した第１実施例に比べて切欠部４０が比較的大きく与えられることから、ピストン上死点付近に切欠部４０を介してボウル１２内にスワールが流入し易くなるが、上死点時におけるピストン４頂面とシリンダヘッド２側の各面との距離は可及的に小さくなるから、ボウル１２内に成層化した燃料が過度に外部へ流出するようなことはなく、成層燃焼時における性能悪化を伴うことはない。
【００４９】
次に、図９〜図１３は、この発明の第３実施例を示している。この実施例においては、第２実施例のピストン４構造に対し、凸部４１の大部分をピストン外形円と同心の円錐形状に形成している。具体的には、第２実施例よりも円錐形側面２４，２５の傾斜を緩く形成している。また、切欠部４２は、基本的には第２実施例の切欠部４０と同様の構造となっているが、その底面４２ａが更にボウル１２のスワール下流側まで延在しており、かつ、外周側壁面４２ｂ及び内周側壁面４２ｃの傾斜も緩くなっている。この切欠部４２の拡大形成により、基準線Ｌよりスワール上流側（図９の上側）では、円錐形側面２４及び吸気弁側傾斜面２２が実質的に消失した構造となっている。また、基準線Ｌよりスワール下流側（図９の下側）では、円錐形側面２５の拡大形成により吸気弁側傾斜面２２は吸気弁側に僅かに残存するのみとなっている。
【００５０】
このよう第３実施例の構成によれば、凸部４１が全体として円錐形状となり、シリンダ３外周部を旋回する筒内スワールＳの障害となる尾根状のペントルーフ稜線３４（図３，図６）が実質的に消失するから、十分な強さの筒内スワールＳを保存することができる。この結果、ボウル１２内に流入するスワール成分も強化され、ボウル１２内に滞留する燃料の攪拌効果が更に強化される。
【００５１】
加えて、凸部４１が全体として円錐形状であることから、シリンダ３内に隔成される燃焼室のＳ／Ｖ比が全体として小さくなる。この結果、冷却損失が低減し、特に低負荷時の燃料消費が効果的に抑制される。
【００５２】
次に、図１４〜１６は本発明の第４実施例に係わるピストン４を示している。この実施例では、上記実施例の凸部２１，４１に対応する凸部４４が、図１４に示すように平面上で見て略Ｃ字状に形成され、この凸部４４及びボウル１２の外周部に、ピストン４中心線と直交する平坦面となった基準水平面４６がピストン４の外周縁まで延在している。
【００５３】
詳述すると、凸部４４の吸気弁側傾斜面２２及び排気弁側傾斜面２３は、ボウル１２の外周に沿って略一定幅で残存しており、かつ、凸部４４の側部を構成する円錐形側面４８は、ボウル１２の外心円と同心の１つの急峻な円錐面から構成され、上記吸，排気弁側傾斜面２２，２３と基準水平面４６とを接続している。そして、この実施例の切欠部５０は、凸部４４の吸気弁側傾斜面２２に凹設されており、その底面５０ａが基準水平面４６と連続する平坦面で、かつボウル１２の上縁へ接続しており、その内周側壁面５０ｃが吸気弁側傾斜面２２より急峻な傾斜面となっており、その外周側壁面５０ｂが三角形状の傾斜面となっている。
【００５４】
このような第４実施例の構成では、ピストン４頂部において、ボウル１２の外周部のみに凸部４４が存在し、残りの大部分が基準水平面４６により構成されているため、シリンダ３内を旋回する筒内スワールＳが基準水平面４６の上方を良好に旋回することができ、十分な強さで保存されるとともに、基準水平面４６と同一平面をなす切欠部５０の底面５０ａの上方を通過してボウル１２内へスムースに導入される。この結果、ボウル１２内に滞留する燃料の攪拌，混合効果が更に向上する。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図５】図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【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。
【図７】図６のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図８】図６のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図９】この発明に係るピストンの第３実施例を示す平面図。
【図１０】図９のＥ−Ｅ線に沿う断面図。
【図１１】図９のＦ−Ｆ線に沿う断面図。
【図１２】図９のＧ−Ｇ線に沿う断面図。
【図１３】図９のＨ−Ｈ線に沿う断面図。
【図１４】この発明に係るピストンの第４実施例を示す平面図。
【図１５】図１４のＩ−Ｉ線に沿う断面図。
【図１６】図１４のＪ−Ｊ線に沿う断面図。
【符号の説明】
４…ピストン
１２…ボウル
２１，４１，４４…凸部
２２…吸気弁側傾斜面
２３…排気弁側傾斜面
２４，２５…円錐形側面
３１…周壁部
３１ａ…スワール上流側部分
３１ｂ…スワール下流側部分
３６，４０，４２，５０…切欠部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piston of a direct injection internal combustion engine represented by a gasoline engine, in particular, a piston of a direct injection internal combustion engine that realizes stratified combustion and homogeneous combustion using a swirl component generated in the cylinder. Regarding improvement.
[0002]
[Prior art]
A so-called homogeneous combustion is formed by forming a substantially homogeneous air-fuel ratio mixture in the cylinder at the time of fully open output, etc., and a relatively rich mixture is formed only in a part of the cylinder, that is, in the vicinity of the spark plug in the low load range. Various in-cylinder injection internal combustion engines that perform stratified combustion so as to obtain an extremely large average air-fuel ratio have been proposed.
[0003]
As pistons of a direct injection internal combustion engine capable of stratified lean combustion, for example, those described in Japanese Patent Publication No. 8-35429 and Japanese Patent Laid-Open No. 7-83058 are known. For example, in the internal combustion engine described in Japanese Patent Publication No. 8-35429, a non-circular bowl eccentric to the piston outer circle is formed at the top of the piston, and fuel is directed toward the bowl near the top dead center of the piston. A fuel injection valve is disposed so that the fuel can be injected and supplied. In addition, in order to generate a strong swirl in the bowl, 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]
That is, in the internal combustion engine disclosed in this publication, at the time of lean combustion, the air control valve is closed and fresh air is introduced only from one helical port to generate a strong swirl in the cylinder. This in-cylinder swirl is introduced into the bowl as the piston rises, so by injecting fuel into the bowl near the compression top dead center, a combustible air-fuel mixture is formed in the bowl, and in the vicinity of the spark plug Carried to. Therefore, ignition is performed by igniting at an appropriate timing.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the piston of the above-described conventional cylinder injection internal combustion engine is shaped so as to confine the fuel injected into the bowl by the swirl originally generated in the bowl, for example, the fuel is injected into the cylinder during the intake stroke. Even during homogeneous combustion that forms a homogeneous air-fuel mixture, the fuel tends to be unevenly distributed and stay in the bowl, that is, the fuel is not evenly diffused throughout the cylinder, resulting in a deterioration in fuel consumption and an increase in NOx emissions. is there. In particular, when performing homogeneous lean combustion with a relatively large air-fuel ratio even in homogeneous combustion, an engine that uses a swirl component that swirls in a cylinder as an intake air flow to ensure combustion stability once entered the bowl The fuel is difficult to diffuse throughout the cylinder.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Accordingly, the invention of claim 1 has an intake valve and an exhaust valve in a combustion chamber recessed in the cylinder head, and also has means for imparting a swirl component in the cylinder, and compresses using the swirl component. In a piston of a direct injection internal combustion engine that realizes stratified combustion by performing fuel injection in the vicinity of the stroke, and realizes homogeneous combustion by injecting fuel in the vicinity of the intake stroke, the piston top portion is connected to the combustion chamber. along with the corresponding protrusions are formed, the intake-side horizontal surface and the exhaust-side horizontal surface corresponding to the squish area to the outside of the convex portion is formed, and a circular bowl is recessed in the piston crown, the bowl, part are eccentric with respect to the piston central as comes to one of the intake-side horizontal surface and the exhaust-side horizontal surface, the peripheral wall of the bowl, the Siri The part on the swirl upstream side of the reference line connecting the piston center and the bowl center on the piston plane is relative to the flow direction near the bowl of the in-cylinder swirl swirling in the cylinder. It is characterized by being formed low.
[0007]
Further, in the invention of claim 2, which further embodies the invention of claim 1, a protrusion corresponding to the combustion chamber recessed in the cylinder head is formed at the top of the piston, and the inside of the protrusion is Thus, a notch is recessed at a position corresponding to the swirl upstream portion of the bowl peripheral wall.
[0008]
Furthermore, in the invention of claim 3, which is a more specific example of the invention, the convex portion is inclined so as to be substantially parallel to two inclined surfaces constituting a pent roof type combustion chamber recessed in the cylinder head. An intake valve side inclined surface and an exhaust valve side inclined surface are formed, and a pair of conical side surfaces composed of conical surfaces concentric with the piston outer circle are formed on the side of the convex portion formed by the both inclined surfaces. ing.
[0009]
In the above configuration, the in-cylinder swirl swirling in the cylinder passes through the upper part of the swirl upstream side set relatively low in the peripheral wall portion of the bowl and smoothly flows into the bowl. . As a result, even if part of the fuel injected and supplied near the intake stroke enters the bowl, the fuel in the bowl is easily swept out of the bowl, and the homogenization of the air-fuel mixture is promoted.
[0010]
Also, during stratified combustion, since the space between the piston top surface and the combustion chamber wall surface on the cylinder head side becomes small near the compression top dead center where combustion is injected, even if the in-cylinder swirl flows into the bowl The fuel stratified in the bowl does not flow out of the bowl excessively, and the performance during stratified combustion is not deteriorated.
[0011]
In the invention of claim 4, the bottom surface of the notch is an inclined surface that becomes lower toward the bowl.
[0012]
Thereby, the swirl flow passing above the bottom surface of the notch is more effectively guided into the bowl.
[0013]
In the invention of claim 5, the bottom surface of the notch is a flat surface orthogonal to the piston center line.
[0014]
Thereby, the swirl flow passing above the bottom surface of the notch is more effectively guided into the bowl.
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, most of the convex portion is formed in a conical shape concentric with the piston outer circle.
[0016]
As a result, the swirl component swirls smoothly above the conical convex portion, and the swirl component in the cylinder is strengthened, so the swirl component flowing into the bowl is also strengthened and more reliably stays in the bowl. You can wash away the fuel that you want.
[0017]
Further, since the convex portion has a conical shape as a whole, the S / V ratio of the combustion chamber separated in the cylinder is generally reduced. For this reason, the cooling loss is reduced, and the fuel consumption at a low load can be effectively suppressed.
[0018]
In the invention of claim 7, the convex portion is formed in a substantially C-shape along the outer periphery of the bowl on the piston plane, and the convex portion and the outer peripheral portion of the bowl are formed of a plane orthogonal to the piston center line. A reference horizontal plane is formed.
[0019]
As a result, the swirl component swirling around the cylinder outer periphery is strengthened, and the swirl component flowing into the bowl is also strengthened, so that the diffusion and mixing effect of the fuel staying in the bowl is further improved.
[0020]
【The invention's effect】
According to the piston of the in-cylinder internal combustion engine according to the present invention, the in-cylinder swirl flow swirling in the cylinder can be smoothly guided into the bowl, so that the fuel that has entered the bowl during the homogeneous combustion is effective. Thus, it is diffused out of the bowl, and a homogeneous air-fuel mixture can be formed in the cylinder to achieve good homogeneous combustion. Also, during stratified combustion, the in-cylinder swirl flows into the bowl because the space between the top surface of the piston and the combustion chamber wall on the cylinder head side becomes as small as possible near the compression top dead center where combustion is injected. Even so, the fuel stratified in the bowl does not flow out of the bowl excessively. That is, stratified combustion and homogeneous combustion can be achieved at a high level.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0022]
First, the configuration of a direct injection internal combustion engine in which the piston 4 of the present invention is used will be described with reference to FIGS. As illustrated, a plurality of cylinders 3 are arranged in series on the 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 has a so-called pent roof type, and a pair of intake valves 5 is provided on one inclined surface 11a and a pair of exhaust valves 6 is provided on the other inclined surface 11b. Are arranged respectively. A spark plug 7 is disposed at a substantially central position of the cylinder 3 surrounded by the pair of intake valves 5 and the pair of exhaust valves 6.
[0023]
The cylinder head 2 is formed with a pair of intake ports 8 corresponding to the pair of intake valves 5 independently of each other. That is, the pair of intake ports 8 do not merge in the cylinder head 2 and open independently on the side surfaces of the cylinder head 2. An exhaust port 9 is formed corresponding to the exhaust valve 6.
[0024]
The electromagnetic fuel injection valve 10 having a substantially cylindrical shape is disposed on the lower surface portion of the cylinder head 2 near the side wall of the cylinder 3 on the intake valve 5 side, and is attached in such a posture that its central axis is directed obliquely downward. In particular, as shown in FIG. 2, the fuel injection valve 10 is disposed between two intake valves 5.
[0025]
As will be described later, a circular bowl 12 is formed on the top of the piston 4 disposed in the cylinder 3 at a position eccentric to the intake valve 5 side, and the piston 4 is in the vicinity of the top dead center. In addition, the spray axis of the fuel injection valve 10 is directed to the bowl 12.
[0026]
The pair of intake ports 8 are connected to a pair of intake passages 14a and 14b that are independently formed on the intake manifold 13 side. A butterfly valve type air control valve 15 for opening and closing the intake passage 14b is interposed in the one intake passage 14b. The air control valve 15 is controlled to open and close according to engine operating conditions by a drive mechanism (not shown) via a shaft 16. In the state where the air control valve 15 is closed, fresh air flows only through the intake port 8 connected to the other intake passage 14a. However, the intake port 8 is not a helical port, but is a loosely curved substantially straight line. Port shape.
[0027]
The basic operation of the internal combustion engine will be briefly described. First, in a region where the air-fuel ratio is small as in the case of the full load of the engine, homogeneous combustion is performed in which a homogeneous air-fuel mixture is formed in the cylinder 3 and ignited. Is called. During the homogeneous combustion, the air control valve 15 is controlled to be in an open state, and fresh air is introduced into the cylinder 3 from both the pair of intake ports 8. Thereby, 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 homogenization is promoted without staying in the bowl 12.
[0028]
On the other hand, in a lean combustion region where the air-fuel ratio is very large in a low load region, stratified lean combustion is performed that enables reliable ignition by stratification of the air-fuel mixture. During this stratified lean combustion, the air control valve 15 is closed, and fresh air flows into the cylinder 3 from only one intake port 8. Thereby, in the cylinder 3, the tumble component is relatively weakened and a swirl flow along the horizontal direction is generated strongly. During this stratified lean combustion, fuel is injected from the fuel injection valve 10 toward the bowl 12 in the latter half of the compression stroke. This injected fuel rides on the swirl flow confined in the bowl 12 at the top of the piston 4 and moves toward the spark plug 7 to form an ignitable air-fuel mixture around the spark plug 7. Ignition combustion is possible by igniting.
[0029]
Further, homogeneous lean combustion is performed in a medium load region of the engine and in a region having a relatively large air-fuel ratio even in homogeneous combustion. During this homogeneous lean combustion, the air control valve 15 is closed and a strong swirl flow is generated, and the fuel injected and supplied into the cylinder 3 during the intake stroke is actively diffused and homogenized by the swirl flow. Will be.
[0030]
Next, based on FIGS. 3-5, the structure of the piston 4 concerning the 1st Example of this invention, especially the structure of the top part are demonstrated in detail.
[0031]
In the piston 4, as described above, the convex portion 21 is provided on the top surface so that the bowl 12 occupies most of the space in the cylinder 3 at the top dead center. The convex portion 21 is basically composed of four surfaces. That is, the convex portion 21 includes an intake valve side inclined surface 22 and an exhaust valve which are substantially parallel to the two inclined surfaces 11a and 11b (FIGS. 1 and 2) constituting the pent roof type combustion chamber 11 on the cylinder head 2 side. The side inclined surface 23 and a pair of conical side surfaces 24 and 25 formed of a sharp conical surface concentric with the outer circle of the piston 4 are formed.
[0032]
And the outer peripheral part of the convex part 21 and the bowl 12 is comprised from one plane orthogonal to the centerline of piston 4. As shown in FIG. Specifically, the intake valve side inclined surface 22 and the exhaust valve side inclined surface 23 are respectively provided with an intake valve side horizontal surface 26 and an exhaust valve side horizontal surface 27 each having a substantially crescent shape, and further a conical shape. Between the lower edges 24a, 25a forming the arc shape of the side surfaces 24, 25 and the outer peripheral edge of the piston 4, arc-shaped horizontal surfaces 28, 29 forming an arc shape with a constant width are provided. These horizontal planes 26, 27, 28, and 29 are continuous as one plane.
[0033]
The intake valve side horizontal plane 26 and the exhaust valve side horizontal plane 27 correspond to the squish areas 2a and 2b (FIG. 1) left as flat surfaces on both sides of the combustion chamber 11 on the cylinder head 2 side. The width of the arc-shaped horizontal surfaces 28 and 29 is about the width of the land portion of the piston ring mounting portion, and is as small as possible to ensure the compression ratio.
[0034]
The bowl 12 has a true circle shape when viewed on the plane of the piston 4 and is recessed from the intake valve side inclined surface 22 to the exhaust valve side inclined surface 23. The bowl 12 has a thin dish shape in which a bottom portion (bottom surface) 30 is along a plane orthogonal to the center line of the piston 4 and a peripheral wall portion (peripheral wall surface) 31 is loosened upwardly in a tapered shape. Yes. Further, the outer peripheral edge (upper edge) of the bowl 12 is positioned inside a pair of side ridge lines 32 and 33 formed 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 bowl 12 in the piston pin axial direction. On the other hand, the portion near the exhaust valve on the outer peripheral edge of the bowl 12 protrudes slightly closer to the exhaust valve than the pent roof ridge line 34 between the intake valve side inclined surface 22 and the exhaust valve side inclined surface 23. This is because the present embodiment is a piston 4 having a relatively small diameter. When the piston 4 has a large diameter, it is desirable that the piston 4 does not protrude from the pent roof ridge line 34. As shown in FIGS. 1 and 2, when the piston 4 is at the top dead center, the spark plug 7 is disposed in the bowl 12 and positioned on the outer periphery thereof.
[0035]
By forming the bowl 12 as described above, a pair of convex outer edge portions 35 having an arcuate weir shape remain on the intake valve-side inclined surface 22 of the convex portion 21, and the inner surfaces of the respective convex outer edge portions 35 are formed. A part of the bowl peripheral wall portion 31 is formed.
[0036]
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the swirl flow direction passing through the vicinity of the bowl 12 of the in-cylinder swirl S that turns around the outer periphery of the cylinder 3 (the left side in FIG. 3, that is, the intake valve side) Appropriate notches are formed on one outer edge 35 of the convex portion located upstream of the reference line L (that is, in the direction of the piston pin) connecting the center X1 of the piston 4 and the center X2 of the bowl 12, ie, on the upper side in FIG. The part 36 is recessed. That is, the structure of the top of the piston 4 is asymmetrical with respect to the reference line L along the line AA in FIG.
[0037]
More specifically, the notch 36 has two bottom surfaces 36a: a bottom surface 36a that connects the conical side surface 24 and the upper edge of the bowl 12, and a side wall surface 36b that connects the bottom surface 36a and the intake valve side inclined surface 22. It is composed of surfaces. The bottom surface 36a is set at the same position as the side ridgeline 32 between the intake valve side inclined surface 22 and the conical side surface 24, while the inner periphery thereof is the horizontal planes 26, 27, 28, 29. Is set to the same height. Therefore, the bottom surface 36a is an inclined surface that is lowered toward the bowl 12 as shown in FIG. 5 and is gently inclined so as to be lowered toward the intake valve. Further, the side wall surface 36 b of the notch 36 is a substantially triangular inclined surface steeper than the intake valve-side inclined surface 22.
[0038]
As a result, in the peripheral wall portion 31 of the bowl 12, the swirl upstream portion 31 a with respect to the swirl flow S is set lower than the swirl downstream portion (lower in FIG. 4) portion 31 b. For example, in the cross-sectional position in FIG. 5 along the line BB in FIG. 3, the swirl upstream portion 31a is lower by D1 than the swirl downstream portion 31b.
[0039]
With such a structure, the in-cylinder swirl S formed in the cylinder 3 by the fresh air flowing in from only one intake port 8 swivels around the outer peripheral portion of the cylinder 3, and the relatively low cutout 36 is formed. It passes through the upper part, smoothly flows into the bowl 12, collides with the swirl downstream portion 31 b of the bowl peripheral wall 31 that is relatively high, and is guided into the bowl 12. For this reason, even in the case of performing homogeneous lean combustion with a relatively large air-fuel ratio even in homogeneous combustion, even if part of the fuel injected and supplied near the intake stroke enters the bowl 12, the fuel in the bowl 12 Is easily swept out of the bowl 12 by the swirl flow, and a homogeneous air-fuel mixture is formed in the cylinder 3 so that good homogeneous combustion can be performed.
[0040]
In particular, in this embodiment, the in-cylinder swirl S can be guided to the bowl 12 more effectively because the bottom surface 36a of the notch 36 is inclined so as to become lower toward the bowl 12.
[0041]
In addition, during stratified combustion, the bowl 12 has a simple round shape, so that the swirl S generated in the cylinder 3 is smoothly guided into the bowl 12 and stored with sufficient strength. Is done. Here, the notch 36 is recessed in one convex outer edge 35, but in this embodiment, the outer peripheral edge of the bottom surface 36a of the notch 36 is not recessed from the intake valve side inclined surface 22, When the piston 4 is in the vicinity of the top dead center, the bowl 12 is well sealed by the corresponding surface on the cylinder head 2 side over the entire circumference, so that the swirl and air-fuel mixture in the bowl 12 do not leak to the outside. Combustion proceeds in the bowl 12. That is, the adverse effect due to the formation of the notch 36 is extremely reduced, and sufficiently good stratified combustion can be ensured.
[0042]
On the other hand, at the time of homogeneous combustion such as when fully open, a tumble flow is formed in the cylinder 3 by the fresh air flowing in from the pair of intake ports 8 and fuel injection is performed during the intake stroke. Is formed in a dish shape that is loosely tapered, and a true circular bowl 12 is located on the center line (line AA in FIG. 3) of the pair of intake ports 8 where the tumble flow is concentrated. Therefore, the fuel that has entered the bowl 12 is more easily washed away by the tumble flow and does not stay. Therefore, a homogeneous air-fuel mixture can be formed even at high loads, and good homogeneous combustion is possible.
[0043]
6 to 8 show a second embodiment of the piston 4 according to the present invention. In the embodiments described later, the same reference numerals are given to the same components as those in the above-described embodiments, and the description of the overlapping configurations and operational effects will be omitted as appropriate.
[0044]
In the second embodiment, the notch 40 corresponding to the notch 36 in the first embodiment is further retreated further to the upstream side of the in-cylinder swirl S, and the horizontal surfaces 26, 27, 28, 29 It is recessed deeper to the same height. In other words, in this embodiment, the convex outer edge portion 35 existing on the upstream side of the swirl is slight due to the concave portion of the notch 40.
[0045]
Specifically, the notch 40 includes a bottom surface 40a that is a flat surface continuous with the horizontal surfaces 26, 27, 28, and 29, and an outer peripheral side wall surface 40b that connects the bottom surface 40a and the exhaust valve side inclined surface 23; The bottom surface 40a and the outer peripheral side wall surface 40b and the inner peripheral side wall surface 40c that connects the suction and exhaust valve side inclined surfaces 22 and 23 are constituted by three surfaces.
[0046]
The bottom surface 40a extends to the swirl upstream side of the bowl 12 so as to follow the swirl flow S, and the swirl upstream side protrudes from the pent roof ridge line 34 to the exhaust valve side when viewed on the piston plane, and The swirl downstream side is connected to the upper edge of the bowl 12. The outer peripheral side wall surface 40b is an inclined surface that is lowered in the circumferential direction along the swirl flow S so that the in-cylinder swirl flow S flows well toward the bottom surface 40a and hence the bowl 12 side. The inner peripheral side wall surface 40c has a steep conical shape that curves along the swirl flow S so that the in-cylinder swirl flow S flows well to the bowl 12 side.
[0047]
In such a 2nd Example, since the bottom face 40a of the notch part 40 located in the swirl upstream side of the bowl 12 is a flat surface especially, the in-cylinder swirl S produced | generated in the cylinder 3 is made more. It can be satisfactorily introduced into the bowl 12, and the fuel staying in the bowl 12 can be diffused more effectively.
[0048]
Further, in this embodiment, the notch 40 is relatively large compared to the first embodiment described above, so that swirl easily flows into the bowl 12 through the notch 40 near the top dead center of the piston. However, since the distance between the top surface of the piston 4 and each surface on the cylinder head 2 side at the top dead center becomes as small as possible, the fuel stratified in the bowl 12 does not flow out to the outside excessively. There is no performance degradation during stratified combustion.
[0049]
Next, FIGS. 9 to 13 show a third embodiment of the present invention. In this embodiment, most of the convex portion 41 is formed in a conical shape concentric with the piston outer circle with respect to the piston 4 structure of the second embodiment. Specifically, the slopes of the conical side surfaces 24 and 25 are formed more gently than in the second embodiment. The notch 42 basically has the same structure as the notch 40 of the second embodiment, but its bottom surface 42a extends further to the swirl downstream side of the bowl 12 and has an outer periphery. The inclination of the side wall surface 42b and the inner peripheral side wall surface 42c is also gentle. Due to the enlarged formation of the notch 42, the conical side surface 24 and the intake valve side inclined surface 22 are substantially eliminated on the swirl upstream side (upper side in FIG. 9) from the reference line L. Further, on the downstream side of the swirl from the reference line L (lower side in FIG. 9), the intake valve side inclined surface 22 is slightly left on the intake valve side due to the enlarged formation of the conical side surface 25.
[0050]
As described above, according to the configuration of the third embodiment, the convex portion 41 has a conical shape as a whole, and the ridge-shaped pent roof ridge line 34 (FIGS. 3 and 6) that obstructs the in-cylinder swirl S that rotates around the outer periphery of the cylinder 3. Substantially disappears, so that the in-cylinder swirl S having sufficient strength can be stored. As a result, the swirl component flowing into the bowl 12 is also strengthened, and the stirring effect of the fuel staying in the bowl 12 is further strengthened.
[0051]
In addition, since the convex portion 41 has a conical shape as a whole, the S / V ratio of the combustion chamber separated in the cylinder 3 is reduced as a whole. As a result, the cooling loss is reduced, and the fuel consumption at a particularly low load is effectively suppressed.
[0052]
Next, FIGS. 14 to 16 show a piston 4 according to a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the protrusions 44 corresponding to the protrusions 21 and 41 of the above embodiment are formed in a substantially C shape when seen on a plane as shown in FIG. A reference horizontal plane 46 that is a flat surface orthogonal to the center line of the piston 4 extends to the outer peripheral edge of the piston 4.
[0053]
More specifically, the intake valve side inclined surface 22 and the exhaust valve side inclined surface 23 of the convex portion 44 remain with a substantially constant width along the outer periphery of the bowl 12, and constitute the side portion of the convex portion 44. The conical side surface 48 is composed of one steep conical surface concentric with the outer circle of the bowl 12, and connects the intake and exhaust valve side inclined surfaces 22, 23 and the reference horizontal surface 46. The cutout portion 50 of this embodiment is recessed in the intake valve side inclined surface 22 of the convex portion 44, and its bottom surface 50 a is a flat surface continuous with the reference horizontal surface 46 and connected to the upper edge of the bowl 12. The inner peripheral side wall surface 50c is an inclined surface steeper than the intake valve side inclined surface 22, and the outer peripheral side wall surface 50b is a triangular inclined surface.
[0054]
In such a configuration of the fourth embodiment, since the convex portion 44 exists only at the outer peripheral portion of the bowl 12 at the top of the piston 4 and the remaining most is constituted by the reference horizontal plane 46, the inside of the cylinder 3 is swung. The in-cylinder swirl S can turn well above the reference horizontal plane 46 and is stored with sufficient strength, and passes above the bottom surface 50a of the notch 50 that is flush with the reference horizontal plane 46. It is smoothly introduced into the bowl 12. As a result, the agitation and mixing effect of the fuel staying in the bowl 12 is further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a direct injection internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a bottom view showing a state in which the cylinder head is viewed from the lower surface side.
FIG. 3 is a plan view showing a first embodiment of a piston according to the present invention.
4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
5 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 6 is a plan view showing a second embodiment of the piston according to the present invention.
7 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 6;
8 is a cross-sectional view taken along line DD of FIG.
FIG. 9 is a plan view showing a third embodiment of the piston according to the present invention.
10 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG.
11 is a cross-sectional view taken along line FF in FIG. 9;
12 is a cross-sectional view taken along the line GG of FIG.
13 is a cross-sectional view taken along line HH in FIG.
FIG. 14 is a plan view showing a fourth embodiment of the piston according to the present invention.
15 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG.
16 is a cross-sectional view taken along the line JJ of FIG.
[Explanation of symbols]
4 ... Piston 12 ... Bowl 21, 41, 44 ... Convex part 22 ... Intake valve side inclined surface 23 ... Exhaust valve side inclined surface 24, 25 ... Conical side surface 31 ... Circumferential wall part 31a ... Swirl upstream part 31b ... Swirl downstream side Portions 36, 40, 42, 50 ... notches

Claims

A combustion chamber recessed in the cylinder head has an intake valve and an exhaust valve, and has means for applying a swirl component in the cylinder, and by using the swirl component, fuel is injected near the compression stroke. In a piston of a direct injection internal combustion engine that realizes stratified combustion and realizes homogeneous combustion by performing fuel injection near the intake stroke,
A convex portion corresponding to the combustion chamber is formed on the piston top, and an intake side horizontal plane and an exhaust side horizontal plane corresponding to the squish area are formed outside the convex portion,
In addition , a circular bowl is recessed at the top of the piston, and this bowl is eccentric with respect to the center of the piston so that a part of the bowl reaches one of the intake side horizontal plane and the exhaust side horizontal plane,
The peripheral wall portion of the bowl has a swirl upstream portion with respect to the flow direction in the vicinity of the bowl of the in-cylinder swirl swirling in the cylinder with respect to the reference line connecting the piston center and the bowl center on the piston plane. A piston for a direct injection internal combustion engine, wherein the piston is formed relatively lower than a swirl downstream portion.

A convex portion corresponding to the combustion chamber recessed in the cylinder head is formed at the top of the piston, and a notch is formed in the convex portion at a position corresponding to the swirl upstream portion of the bowl peripheral wall portion. The piston of the direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein the portion is recessed.

An intake valve side inclined surface and an exhaust valve side inclined surface are formed on the convex portion so as to be substantially parallel to two inclined surfaces constituting a pent roof type combustion chamber recessed in the cylinder head. 3. The in-cylinder injection according to claim 2, wherein a pair of conical side surfaces comprising conical surfaces concentric with the piston outer circle are formed on side portions of the convex portion formed by the two inclined surfaces. Piston of internal combustion engine.

4. The piston of the direct injection internal combustion engine according to claim 2, wherein a bottom surface of the notch is an inclined surface that becomes lower toward the bowl. 5.

4. The piston of a cylinder injection internal combustion engine according to claim 2, wherein the bottom surface of the notch is a flat surface perpendicular to the piston center line.

The piston of a cylinder injection internal combustion engine according to claim 2 , wherein a conical side surface concentric with a piston outer circle is formed on the convex portion.

A combustion chamber recessed in the cylinder head has an intake valve and an exhaust valve, and has means for applying a swirl component in the cylinder, and by using the swirl component, fuel is injected near the compression stroke. In a piston of a direct injection internal combustion engine that realizes stratified combustion and realizes homogeneous combustion by performing fuel injection near the intake stroke,
A circular bowl is recessed at a position eccentric to the piston center at the top of the piston,
The peripheral wall portion of the bowl has a swirl upstream portion with respect to the flow direction in the vicinity of the bowl of the in-cylinder swirl swirling in the cylinder with respect to the reference line connecting the piston center and the bowl center on the piston plane. It is formed relatively lower than the swirl downstream part,
A convex portion corresponding to the combustion chamber is formed at the top of the piston, and a notch is recessed in the convex portion at a position corresponding to the swirl upstream portion of the bowl peripheral wall portion,
And the said convex part is formed in the substantially C shape along the outer periphery of the said bowl on a piston plane, and the reference | standard horizontal surface which consists of a plane orthogonal to a piston centerline is formed in this convex part and the outer peripheral part of the said bowl. A piston for an in-cylinder injection internal combustion engine.