JP4294188B2 - エンジン用ピストン - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンブル流を強化してエンジン初爆時のリーン限界を向上させることのできるエンジン用ピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、４サイクルエンジンでは、シリンダボア内に吸入した混合気流にタンブル（縦渦）流を発生させることで、燃焼性を改善できることが知られている。
【０００３】
シリンダボア内にタンブル流を生起させる手段としては、吸気ポートに流動制御弁を設け、或いは吸気ポートの形状をタンブル流を発生させ易い特殊な形状にする等の手段が採用されているが、流動制御弁を設けたり、吸気ポートを特殊な形状とすることは、構造の複雑化を招き、コスト高になる問題がある。
【０００４】
そのため、ピストン形状を工夫してタンブル流を生起させる技術が種々提案されている。例えば特開平７−１４５７３０号公報には、図６、図７に示すように、ピストン１のピストン頂面１ａに、上死点近くでスキッシュエリア２ａを形成する凸部２と、排気弁側頂面に凸部２に連続する凹部３を形成して、ピストン１が上死点近くに達したとき形成されるスキッシュエリア２ａから押し出された混合気がタンブル流を強化して燃焼速度を向上させることで、燃焼室４内で充分な強度の混合気流動を確保し、燃焼速度の低下を防止して、希薄燃焼などの適用を容易化する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記先行技術では、タンブル流をスキッシュエリア２ａで発生する噴流により強化するようにしているが、タンブル流が大きな渦に形成されてしまうため、点火時期直前では、燃焼容積の減少からタンブル流が壊れやすく、充分なタンブル流を得ることができない問題がある。
【０００６】
又、ピストン頂面１ａに形成した凹部３から上昇する混合気が分散されてしまうため、点火プラグ付近での流速が向上されておらず、従って、特に、エンジン回転数が２００〜３００rpmと低く、タンブル流を生起させることの困難なエンジンの初爆時には、従来通り増量した燃料を噴射する必要があるため、エンジン初爆時の燃焼が改善されず、排気ガス浄化と燃費向上との双方を満足することができない。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、エンジン初爆時であっても充分なタンブル流を得ることができ、燃焼の改善により、排気ガス浄化と燃費向上との双方を満足することのできるエンジン用ピストンを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明によるエンジン用ピストンは、気筒毎に２つの吸気ポートと、燃焼室の中央部に設けられた点火プラグと、該点火プラグを挟んで上記吸気ポートの反対側に設けられた排気ポートとを備えたエンジンに用いるものであって、ピストン頂面にタンブル流を上方へ導くピストン凹部が形成されているエンジン用ピストンにおいて、上記ピストン凹部が、深さ方向に円弧状に形成された溝であり、該ピストン凹部が平面視で、上記排気ポート側から上記各吸気ポートに向けてピストン外周に沿って所定溝幅で湾曲形成されていると共に、湾曲形成された上記ピストン凹部の両端部が上記各吸気ポートの下方に臨まされており、上記各吸気ポートから流入した混合気をピストン中心方向へ内巻きに合流させて上記点火プラグに導くことを特徴とする。
【０００９】
このような構成では、２つの吸気ポートからそれぞれシリンダ内に流入された混合気がピストン頂面の外周方向からピストン中心方向へ、ピストン頂面に形成されたピストン凹部に沿って導かれて合流されて、内巻きのタンブル流が生成される。このタンブル流は、ピストン中心付近で合流されて流速が速められて上昇する
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施の形態を説明する。図５に４サイクルエンジンの要部断面図を示す。
同図の符号１１はシリンダ内壁、１２はシリンダヘッド、１３はピストンで、このピストン１３が上死点付近とのときピストン１３の頂面（ピストン頂面）１３ａとシリンダ内壁１１とシリンダヘッド１２の底面とで燃焼室１４が形成される。
【００１１】
シリンダヘッド１２の底面には燃焼室１４の頂面をなす内面凹部１２ａが形成されている。この内面凹部１２ａはペントルーフ形で、その頂部１２ｂがシリンダボアの中心を横切る線上、或いはそれに近接する位置に形成されており、この頂部１２ｂのほぼ中央に点火プラグ１５の発火部１５ａが臨まされている。
【００１２】
又、内面凹部１２ａの吸気側ペントルーフ面１２ｃと排気側ペントルーフ面１２ｄとに、図１に示すように、吸気ポート１６、排気ポート１７がそれぞれ２つずつ開口されており、この各ポート１６，１７が吸気バルブ１８、排気バルブ１９にて開閉される。更に、シリンダヘッド１２の内面凹部１２ａの裾部分にスキッシュエリア２０が形成されている。
【００１３】
吸気ポート１６はストレートポート形状に形成されており、吸気行程においては、吸気ポート１６のストレート形状による吸気流によって、燃焼室１４に流入する混合気に対してタンブル流（縦渦流）が発生するように設定されている。
【００１４】
又、ピストン１３の頂面（ピストン頂面）１３ａに、ピストン凹部２１が形成されている。図４に示すように、ピストン凹部２１は、所定溝幅でピストン外周に沿って両端部２１ａが湾曲形成されていると共に、図２、図３に示すように、深さ方向が所定曲率の円弧状に形成されている。
【００１５】
図１に示すように、このピストン凹部２１は、吸気ポート１６側に両端部２１ａ側が臨まされており、図４に示すように、吸気行程時に吸気ポート１６から供給される混合気は、排気ポート１７側のシリンダ内壁方向へ吸い込まれ、ピストン頂面１３ａに形成されたピストン凹部２１にガイドされて、ピストン中心方向へ収束される内巻きのタンブル流が生成される。
【００１６】
このような構成では、吸気ポート１６から燃焼室１４内に流入した混合気は、図２、図３に示すように、排気側ペントルーフ面１２ｄの下方を経て、ピストン１３の頂面１３ａに形成したピストン凹部２１に対して外周方向から臨まされ、次いで、このピストン凹部２１の形状に沿って、ピストン１３の中央部付近に合流される。
【００１７】
そして、ピストン１３の中央部付近に合流された混合気は、ピストン凹部２１にガイドされて上昇し、内巻きのタンブル流が生成される。
【００１８】
このときの混合気は、ピストン中央部付近に合流されることにより、混合気の上昇方向に臨まされている点火プラグ１５の発火部１５ａ周辺に対し、拡散されることなく、しかも流速が速められた状態となる。
【００１９】
その結果、エンジン初爆時の低回転数（２００〜３００rpm）域であっても、充分なタンブル流を確保することができるため、燃料噴射量を増量することなく、良好な着火性を得ることができる。
【００２０】
始動時の燃料を増量する必要がないため、気化潜熱による燃焼温度の低下が改善され、触媒を早期に活性化させることが可能となり、排気エミッション（ＨＣ，ＮＯｘ）を改善させることができる。
【００２１】
又、タンブル流が発火部１５ａ周辺に速い流速で臨まされるため、燃焼速度が向上し、点火時期を遅角化させることが可能となり、排気温度を上昇させ、触媒を早期に活性化させることができると共に、排気エミッション（ＨＣ，ＮＯｘ）のより一層の改善を図ることができる。
【００２２】
この場合、ピストン凹部２１の溝幅を狭めることで、タンブル流は、ピストン中央付近で合流されたまま、燃焼室１４の上部へ拡散されることなく導かれ、しかも、このときの渦が小さく形成されるため、タンブル流が強化され、点火直前に崩れることなく、点火の際には強度の充分に保持されたタンブル流を得ることができる。
【００２３】
尚、タンブル流の中心位置は、ピストン凹部２１の深さを調整することで変更することができるため、タンブル流の中心位置を燃焼室１４上方に形成し、点火直前に崩れることのないタンブル流を得ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、ピストン頂面に形成したタンブル流を上方へ導くピストン凹部が所定溝幅でビストン外周に沿って両端部を湾曲形成されていると共に、このピストン凹部の両端部を吸気ポートに向けて形成されているので、吸気ポートから吸い込まれた混合気はピストン頂面の外周方向からピストン中心方向へ、ピストン頂面に形成されたピストン凹部に沿って導かれて、内巻きのタンブル流が生成される。このタンブル流は、ピストン中心付近で合流されて流速が速められて上昇し、タンブル流を小さく形成するため、タンブル流が強化され、エンジン回転数の低い、エンジン初爆時であっても、崩れることのない充分な強度のタンブル流を生成することができ、良好な着火性を得ることができる。
【００２５】
又、混合気が速い流速で発火部周辺へ導かれるため、燃焼速度を速めることができ、相対的にエンジン初爆時の点火時期を遅らせることができる。その結果、エンジン初爆時のリーン限界を向上させることができ、燃費、及び排気エミッションを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ピストンの平面図
【図２】図１のII-II断面図
【図３】図１のIII-III断面図
【図４】ピストンの斜視図
【図５】４サイクルエンジンの要部断面図
【図６】従来のピストンの側面図
【図７】図６のVII−VII断面図
【符号の説明】
１ ピストン
１ａ ピストン頂面
１６ 吸気ポート
２１ ピストン凹部
Claims (1)
- 気筒毎に２つの吸気ポートと、燃焼室の中央部に設けられた点火プラグと、該点火プラグを挟んで上記吸気ポートの反対側に設けられた排気ポートとを備えたエンジンに用いるものであって、ピストン頂面にタンブル流を上方へ導くピストン凹部が形成されているエンジン用ピストンにおいて、
上記ピストン凹部が、深さ方向に円弧状に形成された溝であり、該ピストン凹部が平面視で、上記排気ポート側から上記各吸気ポートに向けてピストン外周に沿って所定溝幅で湾曲形成されていると共に、湾曲形成された上記ピストン凹部の両端部が上記各吸気ポートの下方に臨まされており、上記各吸気ポートから流入した混合気をピストン中心方向へ内巻きに合流させて上記点火プラグに導く
ことを特徴とするエンジン用ピストン。
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