JPH07224665A - 内燃機関用ピストン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】バルブリセス部での亀裂発生の防止、製造コス
ト上昇の抑制及び燃焼性悪化の防止を図る。 【構成】シリンダブロック１のシリンダ４内にピストン
６を往復動可能に収容する。シリンダヘッド３に、その
排気通路１１を開閉するための排気バルブ１３を取付け
る。排気バルブ１３の軸線Ｌ２はピストン６の軸線Ｌ１
に対し交差している。ピストン６に、その頂面６ａに開
口する燃焼室７を設ける。排気バルブ１３の傘部１４と
ピストン６との干渉を防止するためのバルブリセス部１
６を、ピストン６の頂部に設ける。燃焼室７とバルブリ
セス部１６とを互いに重ならないように配置する。排気
バルブ１３とピストン６とが最も接近したとき、傘部１
４の下端面１４ａの一部がバルブリセス部１６から露出
するように、その内底面１６ａをピストン６の頂面６ａ
に対し傾斜させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジン等の
内燃機関に用いられるピストンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば実開平２−９４３２９号公
報には、直接噴射式ディーゼルエンジンのピストン及び
その周辺部分の構成に関する技術が開示されている。図
５に示すように、このエンジンのシリンダブロック２１
にはピストン２２が収容されている。ピストン２２の頂
部中央部分には、その頂面２２ａにおいて開口する燃焼
室２３が穿設されている。シリンダブロック２１上のシ
リンダヘッド２４には吸気通路（図示しない）及び排気
通路２５が設けられている。シリンダヘッド２４には、
これらの吸気通路及び排気通路２５を開閉するための吸
気バルブ（図示しない）及び排気バルブ２６がそれぞれ
取付けられている。各バルブ２６の軸線Ｌ２はピストン
２２の軸線Ｌ１に対し平行となっている。

【０００３】図５及び図６に示すように、ピストン２２
の頂部において燃焼室２３の開口部分２３ａの周囲に
は、吸・排気バルブ２６と同数（この場合４個）のバル
ブリセス部２７が、燃焼室２３と繋がった状態で形成さ
れている。バルブリセス部２７は吸・排気バルブ２６の
傘部２６ａとピストン２２とが接近したときに、両者が
当接して干渉し合うのを防止するためのものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来技
術においては、燃焼室２３とバルブリセス部２７との境
界に、図６において一点鎖線で示すような尖った部分
（尖鋭部分）Ａが生ずる。このため、その尖鋭部分Ａに
燃焼にともなう熱応力が集中しやすく、同部分Ａに亀裂
が発生する問題がある。これに対しては、尖鋭部分Ａに
切削加工を施して、その表面を湾曲面にすることが考え
られる。しかし、このようにすれば亀裂の発生を抑制で
きるものの、切削加工の分だけ工数が増え、製造コスト
が上昇する。さらには、尖鋭部分Ａが取り除かれること
により、燃焼に関与する空間の容積が適正な容積よりも
大きくなり、かえって燃焼性が悪化してしまう。

【０００５】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、バルブリセス部での亀裂発生の
防止、製造コスト上昇の抑制及び燃焼性悪化の防止を図
ることができる内燃機関用ピストンを提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の第１の発明においては、燃焼室とバ
ルブリセス部とを互いに重ならないよう配置させてい
る。

【０００７】請求項２に記載の第２の発明においては、
第１の発明の構成に加え、自身の軸線がピストンの軸線
に交差するように前記バルブが設けられており、バルブ
とピストンとが最も接近したとき、バルブの傘部端面の
少なくとも一部がバルブリセス部から露出するように、
同バルブリセス部の内底面がピストンの頂面に対し傾斜
して形成されている。

【０００８】

【作用】第１の発明においては、燃焼室とバルブリセス
部とが互いに重ならないよう配置されているので、ピス
トン頂部においてバルブリセス部と燃焼室の開口部分と
の間には、尖鋭部分が存在しない。このため、バルブリ
セス部と燃焼室の開口部分とが繋がって尖鋭部分が存在
する場合に比べ、ピストン頂部のバルブリセス部の周辺
部分の剛性が高くなる。従って、熱応力による亀裂発生
を防止するために、バルブリセス部の周辺部分を後加工
しなくてもよく、また、その後加工にともない燃焼に関
与する空間の容積が適正な容積よりも大きくなることが
ない。

【０００９】第２の発明の内燃機関の運転に際し、ピス
トンが上昇する過程においては、同ピストンが上死点に
近づくと、その頂面とシリンダヘッド下面との間の空気
が圧縮されて燃焼室内に押し込まれ、その際に空気の流
れ（スキッシュ）が生ずる。このスキッシュは、燃焼速
度を高め、燃費を良くし、ノッキングを防ぎ、安定した
運転を行わせるうえで有効である。スキッシュの大きさ
は、スキッシュエリア（ピストン頂部のシリンダ断面へ
の投影面積をシリンダ断面積で除した値）が大きいほど
大きい。

【００１０】ここで、バルブの軸線とピストンの軸線と
が平行である内燃機関において、バルブリセス部と燃焼
室とを互いに重ならないように配置させようとすると、
そのバルブリセス部にはピストンの傘部の端面が入り込
むだけの大きさが必要となる。すると、ピストン頂部に
占めるバルブリセス部の割合が大きくなり、スキッシュ
エリアが小さくなる。これに対し、第２の発明ではバル
ブとピストンとが最も接近したとき、バルブの傘部端面
の少なくとも一部がバルブリセス部から露出するよう
に、同バルブリセス部の内底面がピストンの頂面に傾斜
して形成されている。このため、バルブの傘部の端部形
状が同一であると仮定すると、ピストン頂部に占めるバ
ルブリセス部の割合が小さくなり、スキッシュエリアが
拡大される。

【００１１】

【実施例】

（第１実施例）以下、第１の発明を具体化した第１実施
例を図１及び図２に従って説明する。

【００１２】図１は内燃機関としての直接噴射式ディー
ゼルエンジンのピストン及びその周辺部分の要部断面を
示している。このエンジンのシリンダブロック１上に
は、ヘッドガスケット２を介してシリンダヘッド３が配
設されている。シリンダブロック１は上下方向へ延びる
シリンダ４を備え、ここに本実施例のピストン６が往復
動可能に収容されている。ピストン６の頂部中央部分に
は、その頂面６ａにおいて開口する燃焼室７が穿設され
ている。また、ピストン６の外周には複数本の環状溝８
が形成されており、各環状溝８にピストンリング９が装
着されている。

【００１３】シリンダヘッド３の下端面３ａは略平面状
に形成されている。シリンダヘッド３には、２本の吸気
通路（図示しない）と２本の排気通路（１本のみ図示）
１１とが設けられている。これらの吸・排気通路１１は
いずれもシリンダヘッド３の下端面３ａに開口してい
る。

【００１４】シリンダヘッド３において、吸気通路及び
排気通路１１の各下端開口部分にはそれぞれ円環状のバ
ルブシート１２が嵌着されている。シリンダヘッド３に
は、吸気バルブ（図示しない）及び排気バルブ１３が往
復動可能に装着されている。吸・排気バルブ１３の各軸
線Ｌ２はピストン６の軸線Ｌ１に対し平行となってい
る。そして、吸・排気バルブ１３が下動してその下端の
傘部１４がバルブシート１２から下方へ離間すると、吸
・排気通路１１と燃焼室７とが連通し、吸・排気バルブ
１３が上動して傘部１４がバルブシート１２に当接する
と、前記連通が遮断される。

【００１５】図２に示すように、ピストン６の頂部にお
いて燃焼室７の開口部分７ａの周囲には、その開口部分
７ａから離間した状態で、吸気バルブ用のバルブリセス
部１５が２つ設けられている。開口部分７ａを挟んで、
バルブリセス部１５の反対側には、その開口部分７ａか
ら離間した状態で、排気バルブ１３用のバルブリセス部
１６が２つ設けられている。すなわち、燃焼室７と各バ
ルブリセス部１５，１６とは互いに重ならないよう配置
されている。これらのバルブリセス部１５，１６は、吸
・排気バルブ１３の傘部１４とピストン６とが接近した
ときに、両者が当接して干渉し合うのを防止するための
ものである。各バルブリセス部１５，１６は平面円形状
をなし、その内底面１５ａ，１６ａは各傘部１４の下端
面１４ａに対応して平面状に形成されている。従って、
バルブリセス部１５，１６の頂面６ａからの深さはどの
部位においてもほぼ同一となっている。

【００１６】前記構成のピストン６が組み込まれたディ
ーゼルエンジンでは、同ピストン６及び吸・排気バルブ
１３の各往復動により両者が最も接近したとき、同バル
ブ１３の傘部１４の下端面１４ａ全体がバルブリセス部
１５，１６内に入り込む。このため、ピストン６の頂部
に吸・排気バルブ１３が衝突して干渉することがない。

【００１７】また、ディーゼルエンジンの運転時に燃焼
により発生する熱は、燃焼室７からピストン６の各部へ
伝達される。この際、ピストン６の頂部において各バル
ブリセス部１５，１６と燃焼室７の開口部分７ａとの間
には、尖鋭部分Ａが存在しない。このため、バルブリセ
ス部２７と燃焼室２３の開口部分２３ａとが繋がって尖
鋭部分Ａが存在する従来技術に比べ、本実施例ではバル
ブリセス部１５，１６やその周辺部分の剛性が高く、こ
れらの箇所に、前記熱により亀裂の入ることがない。従
って、熱応力による亀裂発生を防止するために、バルブ
リセス部１５，１６に対し切削加工等の後加工を施さな
くてもよい。また、その後加工にともない燃焼に関与す
る空間の容積が適正な容積よりも大きくなることがな
い。そのため、後加工にともなう燃焼性の悪化もない。 （第２実施例）次に、第１及び第２の発明を具体化した
第２実施例を図３及び図４に従って説明する。第２実施
例は、吸・排気バルブ１３の取付け状態及びバルブリセ
ス部１５，１６の形状が第１実施例と大きく異なってい
る。

【００１８】図３に示すように吸・排気バルブ１３は、
その軸線Ｌ２がピストン６の軸線Ｌ１に対し所定の傾斜
角度θで交差するようにシリンダヘッド３に取付けられ
ている。換言すると、各バルブ１３の傘部１４の下端面
１４ａはシリンダヘッド３の下端面３ａに対し傾斜して
いる。

【００１９】各バルブリセス部１５，１６の形状は傘部
１４に対応した形状となっている。より詳しくは、吸・
排気バルブ１３とピストン６とが最も接近したとき、傘
部１４の下端面１４ａの燃焼室７側部分がピストン６の
頂面６ａから露出し、かつ残りの部分がバルブリセス部
１５，１６に入り込むように、同バルブリセス部１５，
１６は平面略半円形状に形成されている。そして、各バ
ルブリセス部１５，１６の内底面１５ａ，１６ａは対応
するバルブ１３の軸線Ｌ２に対し直交（ピストン６の頂
面６ａに対し傾斜）している。従って、排気バルブ１３
用のバルブリセス部１６は、吸気バルブ用のバルブリセ
ス部１５側ほど浅くなっている。同様に、吸気バルブ用
のバルブリセス部１５は、排気バルブ１３用のバルブリ
セス部１６側ほど浅くなっている。各バルブリセス部１
５，１６において、対向するバルブリセス部１６，１５
に最も近い箇所の深さは零となっている。

【００２０】上記のように構成された第２実施例では、
第１実施例と同様にバルブリセス部１５，１６での亀裂
発生の防止、製造コスト上昇の抑制及び燃焼性悪化の防
止を図ることができる。その外にも、次に示す作用及び
効果も奏する。

【００２１】ディーゼルエンジンの運転に際し、ピスト
ン６が上昇して上死点に近づくと、ピストン６の頂面６
ａとシリンダヘッド３の下端面３ａとの間の空気が圧縮
されて燃焼室７内に押し込まれ、その際に空気の流れ
（スキッシュ）が生ずる。このスキッシュは燃焼速度を
高め、燃費を良くし、ノッキングを防ぎ、ディーゼルエ
ンジンの安定した運転を実現するうえで有効である。ス
キッシュの大きさは、ピストン６が上死点に至ったとき
のピストン６の頂部とシリンダヘッド３との間の隙間が
小さいほど大きく、また、スキッシュエリア（ピストン
６の頂面６ａのシリンダ４断面への投影面積をシリンダ
４の断面積で除した値）が大きいほどスキッシュが大き
い。

【００２２】ここで、上記した第１実施例のように、吸
・排気バルブ１３の軸線Ｌ２とピストン６の軸線Ｌ１と
が平行であるディーゼルエンジンにおいて、バルブリセ
ス部１５，１６を燃焼室７の開口部分７ａから離間させ
ようとすると、そのバルブリセス部１５，１６が平面円
形状とならざるを得ない。すると、ピストン６の頂面６
ａに占めるバルブリセス部１５，１６の割合が大きくな
り、スキッシュエリアが小さくなる。これに対し、第２
実施例における吸・排気バルブ１３の傘部１４の下端部
の形状が第１実施例のものと同一であると仮定すると、
バルブリセス部１５，１６を平面略半円形状としたこと
により、ピストン６の頂部に占めるバルブリセス部１
５，１６の割合が小さく（約半分）なり、スキッシュエ
リアが拡大される。

【００２３】また、第２実施例でのバルブリセス部１
５，１６の内底面１５ａ，１６ａが頂面６ａに対し傾斜
しており、そのバルブリセス部１５，１６の深さは部位
により異なっている。平均すると、第２実施例のバルブ
リセス部１５，１６の方が第１実施例のそれよりも浅く
なる。このため、ピストン６が上死点に至ったときのそ
の頂部とシリンダヘッド３との間の隙間は第１実施例よ
りも第２実施例の方が小さくなる。

【００２４】従って、スキッシュエリアが拡大されるこ
と、及びシリンダヘッド３との間隔が小さくなることか
ら、第１実施例に比べ、燃焼に必要なスキッシュ効果を
確保して、燃焼性を向上させることができる。

【００２５】なお、本発明は前記実施例の構成に限定さ
れるものではなく、例えば以下のように発明の趣旨から
逸脱しない範囲で任意に変更してもよい。 （１）第１及び第２の発明は、３本あるいは５本等以上
のバルブを有するエンジンのピストンにも適用できる。

【００２６】（２）第１及び第２の発明は、直接噴射式
以外の噴射形式、例えば副室式のディーゼルエンジンに
も適用できる。また、ディーゼルエンジン以外の内燃機
関、例えばガソリンエンジンにも適用できる。

【００２７】（３）第１実施例において、軸線Ｌ２がピ
ストン６の軸線Ｌ１に対し所定の傾斜角度θで交差する
ように、吸・排気バルブ１３を傾斜させてシリンダヘッ
ド３に取付ける。吸・排気バルブ１３とピストン６とが
最も接近したときに、同バルブ１３の傘部１４下端の全
体がバルブリセス部１５，１６に入り込むように、同傘
部１４の形状に対応してバルブリセス部１５，１６の内
底面１５ａ，１６ａを傾斜させてもよい。

【００２８】（４）第１及び第２実施例では、バルブリ
セス部１５，１６の内底面１５ａ，１６ａを吸・排気バ
ルブ１３の傘部１４に対応させて（傘部１４と内底面１
５ａ，１６ａとの間隔がどの部位においてもほぼ同一と
なるように）平面にしたが、この平面を凸凹面に変更し
てもよい。例えば、第１実施例において、バルブリセス
部１５，１６の周辺部分を中心部分よりも深く形成して
もよい。

【００２９】（５）第１及び第２の発明は、吸・排気バ
ルブのうちの一方のバルブの軸線Ｌ２がピストン６の軸
線Ｌ１に対し平行で、かつ他方のバルブの軸線Ｌ２が軸
線Ｌ１に対し交差するタイプの内燃機関にも適用でき
る。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように第１の発明によれ
ば、燃焼室とバルブリセス部とを互いに重ならないよう
配置させたので、バルブリセス部での亀裂発生の防止、
製造コスト上昇の抑制及び燃焼性悪化の防止を図ること
ができる。

【００３１】第２の発明によれば、バルブとピストンと
が最も接近したとき、バルブの傘部端面の少なくとも一
部がバルブリセス部から露出するように、同バルブリセ
ス部の内底面をピストンの頂面に対し傾斜させている。
このため、第２の発明のピストンを内燃機関に用いれ
ば、前記第１の発明の効果に加え、スキッシュを大きく
して燃焼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明を具体化した第１実施例のピストン
及びその周辺部分の要部断面図である。

【図２】第１実施例のピストンの平面図である。

【図３】第１及び第２の発明を具体化した第２実施例の
ピストン及びその周辺部分の要部断面図である。

【図４】第２実施例のピストンの平面図である。

【図５】従来技術におけるピストン及びその周辺部分の
要部断面図である。

【図６】従来技術のピストンの平面図である。

【符号の説明】

６…ピストン、６ａ…頂面、７…燃焼室、１３…排気バ
ルブ、１４…傘部、１４ａ…下端面、１５，１６…バル
ブリセス部、１５ａ，１６ａ…内底面、Ｌ１，Ｌ２…軸
線。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストン頂部に、燃焼室と内燃機関吸・
   排気バルブリセス部とを設けた内燃機関用ピストンにお
   いて、前記燃焼室と前記バルブリセス部とを互いに重な
   らないよう配置させることを特徴とする内燃機関用ピス
   トン。
2. 【請求項２】 前記バルブは、その軸線がピストンの軸
   線に交差するように設けられており、バルブとピストン
   とが最も接近したとき、バルブの傘部端面の少なくとも
   一部がバルブリセス部から露出するように、同バルブリ
   セス部の内底面がピストンの頂面に対し傾斜して形成さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用
   ピストン。