JPH10159647A - ピストン及び筒内噴射式エンジン - Google Patents

ピストン及び筒内噴射式エンジン

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JPH10159647A
JPH10159647A JP8330479A JP33047996A JPH10159647A JP H10159647 A JPH10159647 A JP H10159647A JP 8330479 A JP8330479 A JP 8330479A JP 33047996 A JP33047996 A JP 33047996A JP H10159647 A JPH10159647 A JP H10159647A
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JP
Japan
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piston
convex portion
cylinder
injector
top surface
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Pending
Application number
JP8330479A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiro Morita
義郎 守田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzuki Motor Corp
Original Assignee
Suzuki Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Suzuki Motor Corp filed Critical Suzuki Motor Corp
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Publication of JPH10159647A publication Critical patent/JPH10159647A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/12Other methods of operation
    • F02B2075/125Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストンの重量を減少させて、慣性力を少な
くし、ピストンスラストを小さくすると共に、ピストン
のバランスを良くする。 【解決手段】 シリンダブロック15内に摺動自在に嵌
挿したピストン4のピストンヘッド5の頂面7に欠け部
分8を有する馬蹄形凸部9を一体に形成する。そして、
欠け部分8をシリンダヘッド5に配設したインジェクタ
12に指向させ、さらに、馬蹄形凸部9の両側部をイン
ジェクタ12の軸線に対して左右対称に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンヘッドの
頂面を改良したエンジンのピストン及び筒内噴射式エン
ジンに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ピストンヘッドの頂面を改良し、
インジェクタによって燃焼室内に噴霧された燃料を層状
にして燃焼させるピストンを備えた筒内噴射式エンジン
が、例えば、特開平5−240047号公報及び特開平
6−81651号公報に記載されている。この公報に開
示されたものは、ピストンヘッドの頂面の一側から中央
部にかけて凹所を形成し、この凹所から他側にかけてな
だらかに隆起する隆起部を形成したものである。
【0003】隆起部はピストン上死点において、シリン
ダヘッドの下面に近接するように形成されており、ピス
トンが前記上死点に近接した際、前記凹所に燃料が噴射
されるように、シリンダヘッドの凹所はインジェクタの
噴射口に向いて取り付けられている。
【0004】さらに、内燃機関として、特開平5−65
850号公報に開示されているものがある。この公報に
開示されているものは、シリンダに嵌挿させたピストン
の頂面に凹溝を形成し、この凹溝内でインジェクタより
噴射された混合気を燃焼させるものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来技術
において、層状化燃焼を図るためには、一般的にインジ
ェクタからの噴霧をピストンに形成した凹所(キャビテ
ィ)に吹き込んで燃焼させる構造のものが多いが、ピス
トンに凹所を設けたものは、ピストンヘッドの部分を肉
盛りし、大きくしてから肉盛部に凹所を設ける構造とし
ているため、ピストンヘッドの重量が大幅に増大し、慣
性力が増加して、ピストンスラストが大きくなる問題が
あった。
【0006】さらに、ピストンの肉盛部に凹所を設けた
ものは、凹所によって肉盛部が偏心するので、ピストン
の重心も偏り、爆発時、ピストンピンを中心にバランス
が崩れる問題があった。
【0007】なお、特開平5−65850号公報に開示
されている内燃機関は、ピストンの頂面に凹溝を形成し
たものであるが、この凹溝は、ピストンの頂面を肉盛り
してから形成しているので、ピストンが厚肉となってい
る。したがって、図11及び図12に示すように、ピス
トン1の周囲の裏2側を同じ肉厚で抜いても、図13に
示すように、ピンボス3の周囲の肉は同じ肉厚で抜くこ
とができず、全体として重量が若干増大し、慣性力が増
加する問題がある。
【0008】本発明は、上記従来の問題を解決するため
になされたもので、ピストンヘッドを肉盛りすることな
く燃料の集合部を形成し、ピストンの重量を若干減少さ
せて、慣性力を少なくし、ピストンスラストを小さくす
ると共に、ピストンのバランスを良くしたエンジンのピ
ストン及び筒内噴射式エンジンを提供することを目的と
する。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
シリンダ内に摺動自在に嵌挿するピストンヘッドの頂面
に欠け部分を有する囲み状凸部を一体に設けたことを特
徴とするものである。
【0010】このようにピストンヘッドの頂面に欠け部
分を有する囲み状凸部を設けて、従来に比べてピストン
の重量を減少させる。また、混合気を層状にして燃焼さ
せるため、噴霧した燃料を囲み状凸部の内側に集合さ
せ、点火栓付近が濃混合気となるようにする。
【0011】請求項2記載の発明は、シリンダブロック
に形成したシリンダ内に摺動自在にピストンを嵌挿し、
該ピストンのピストンヘッドの頂面に欠け部分を有する
囲み状凸部を一体に形成し、前記欠け部分をシリンダヘ
ッドに配設したインジェクタに指向させると共に、前記
囲み状凸部の両側部を前記インジェクタの軸線に対して
左右対称にしたことを特徴とするものである。
【0012】このようにピストンのピストンヘッドの頂
面に突設した囲み状凸部の欠け部分をインジェクタに指
向させて、インジェクタにより噴霧された燃料を前記欠
け部分から囲み状凸部内に集合させて点火栓付近の混合
気を濃厚にし、混合気を層状にして燃焼させる。また、
前記囲み状凸部の両端部を前記インジェクタの軸線に対
し左右対称にさせて、ピストンのバランスを保持させ
る。
【0013】請求項3記載の発明は、請求項2に記載さ
れたものにおいて、前記囲み状凸部の重心は、ピストン
ボアの中心に重なる位置または中心に近接する位置にあ
ることを特徴とするものである。
【0014】このように、前記囲み状凸部の重心をピス
トンボアの中心に重なる位置、または中心に近接する位
置にして、バランスをよくして、ピストンの頂面の重心
を安定させ、高回転側でのフリクショントルクを抑制さ
せる。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態の一例
を図1及び図2に基づいて説明する。図1に示すもの
は、本発明のピストン4であり、図2はその断面図であ
る。ピストン4はピストンヘッド5とスカート部6とか
ら形成されており、このピストンヘッド5の頂面7には
欠け部分8を有する馬蹄形の囲み状凸部、すなわち、馬
蹄形凸部9が一体に設けられている。
【0016】この馬蹄形凸部9の欠け部分8は、図3に
示す、シリンダヘッド10の燃焼室壁11に設けたイン
ジェクタ12に対向するように取り付けられている。ま
た、馬蹄形凸部9の両側部9aはインジェクタ12の軸
線13(図1参照)に対して左右対称に配置されてい
る。
【0017】この馬蹄形凸部9は、図1に示すように、
断面略台形であり、そのうち内周側9bは、図2に示す
ように、少なくとも滑らかな曲面(球面状)を有してお
り、特に、ピストンヘッド5の頂面7のフラット面に滑
らかに連続している。そして、この馬蹄形凸部9は、慣
性力をより小さくするためにピストン4の縁部14から
隔たった内側位置に配設してある。
【0018】また、馬蹄形凸部9の重心は、ピストン4
の中心に対して大きく変化しない位置、すなわち、ピス
トン内径4a(図1参照)の中心に重なる位置または中
心に近接する位置にしてある。換言すれば、馬蹄形凸部
9は、少なくともその両側部9aの内側にピストン内径
4aの中心を位置させなければならない。
【0019】このようなレイアウトによって、ピストン
4の頂面7の重心は安定するので、高速回転時におい
て、ピストンヘッド5のフリクショントルクが抑制され
ることになる。また、ピストン4の頂面7に、噴射燃料
を集めるのに必要な馬蹄形凸部9だけを設けたことによ
って、従来の肉盛りしてから凹所を設けたものよりピス
トンヘッド5が軽量になっている。
【0020】次に、図3及び図4に基づいて、ピストン
4を嵌挿した気筒及び吸排気バルブを簡単に説明する。
図において、シリンダブロック15の上部にはシリンダ
ヘッド10が固定され、シリンダヘッド10の上部には
シリンダヘッドカバー16が各々固定されている。
【0021】そして、ピストン4はシリンダブロック1
5のシリンダ17内に往復動自在に嵌挿されており、こ
のピストン4の頂面7と、シリンダヘッド10の燃焼室
壁11との間には燃焼室18が形成されている。前述し
たインジェクタ12は、この燃焼室18に噴射口を向け
て取り付けられている。
【0022】また、図4に示すように、燃焼室18上部
のシリンダヘッド10の燃焼室壁11には開口部が設け
られ、開口部には吸気弁19及び排気弁20が配置され
ている。吸気弁19側の開口部は吸気ポート21に連通
し、排気弁20側の開口部は排気ポート22に連通して
いる。
【0023】インテークマニホルド23が、シリンダヘ
ッド10の上部に取り付けられ、かつ、吸気ポート21
に連通する、いわゆるトップエントリタイプのものであ
る。この構造により、燃焼室18内に吸入された新気は
シリンダ17の吸気ポート21側の壁に沿って流下す
る、いわゆるタンブル流を起こす。更に、所定のタイミ
ングにて燃料を噴射し、層状燃焼をより効果的とするも
のである。
【0024】なお、図3及び図4において、符号24は
ディストリビュータレスイグニッションコイル(DL
I)、符号25はデリバリパイプ、符号26は吸気弁1
9及び排気弁20を開閉させるカム軸である。また、図
3において符号27で示すものは点火栓である。
【0025】図5は、馬蹄形凸部9をピストンヘッド5
の頂面7に設けたピストン4の慣性力と、ピストンヘッ
ドの頂部を肉盛してから凹所を設けた従来のピストンの
慣性力とを曲線で表してこれを対比したものである。こ
の表によると本発明のもの(破線)は、従来のもの(実
線)に比べてピストンヘッド5の重量が減少しているこ
とにより、慣性力が減少している。
【0026】図6及び図7の特性曲線は、本発明の馬蹄
形凸部9を設けたピストン4と、従来の凹所を設けたピ
ストンのスラスト力(FR)、ピストンスカートのアッ
パポイントにおける力(FRA)と、ロアポイントにお
ける力(FRB)、燃焼圧を各々示したものである。
【0027】これらの図を比較すると、燃焼圧が本発明
のものと従来のものとが同じであっても、スラスト力
(FR)、ピストンスカートのアッパポイントにおける
力(FRA)及びロアポイントにおける力(FRB)
は、例えば、クランクアングルの680 度の位置におい
て、本発明のものの方が従来のものに比べて小さくなっ
ている。なお、図5に示した慣性力は、この図6及び図
7に特性として表した曲線を抽出し、重ねて比較したも
のである。
【0028】次に、実施の形態の作用を説明する。この
ようにピストンヘッド5の頂面7に馬蹄形凸部9を設け
た場合、ピストンヘッド5には馬蹄形凸部9だけの重
量、すなわち、最低限必要な重量だけがかかることにな
り、従来のように肉盛部分の余分な重量はかからなくな
って、ピストンヘッド5の重量を大幅に減少させること
が可能になる。また、馬蹄形凸部9の重心を考慮して形
成してあるので、ピストン4のバランスをも取ることが
可能になる。
【0029】このような馬蹄形凸部9をピストンヘッド
5に設けることにより、インジェクタ12から噴霧され
た燃料は、馬蹄形凸部9の曲率によってインジェクタ1
2側に集められ、燃焼室18内に、濃混合気と希薄混合
気との層状を形成して層状燃焼を行うことができる。
【0030】なお、本実施の形態ではピストン4の頂面
7に設けた、欠け部分8を有する囲み状凸部を馬蹄形の
ものに形成したが、このようにせず、図8に示すような
コ字形凸部28にしても、図9に示すようなC字形凸部
29にしても、また、図10に示すようなU字形凸部3
0にしてもよい。この場合の燃料の集合性については前
述した馬蹄形凸部9とほとんど同じである。
【0031】なお、点火栓27の位置が燃焼室18に突
出しているものおいては、例えば、図10に示すよう
に、U字形凸部30の点火栓27と対向する位置に切欠
部31を形成して火炎の吹き飛びを防ぐようにしてい
る。
【0032】なお、囲み状凸部が近似的に円または楕円
である場合、その中心部は、欠け部分8がないことによ
り、ピストン内径4aの中心から偏位していてもよい。
【0033】
【発明の効果】請求項1記載の発明においては、ピスト
ンヘッドの頂面に欠け部分を有する囲み状凸部を設けた
ので、従来に比べてピストンの重量を減少させることが
できる。これによって、慣性力が減少してピストンスラ
ストを減少させることができる。また、噴霧した燃料を
囲み状凸部の内側に集合させたので、点火栓付近を濃混
合気とすることができ、混合気を層状にして燃焼させる
ことができる。
【0034】請求項2記載の発明においては、ピストン
のピストンヘッドの頂面に突設した囲み状凸部の欠け部
分をインジェクタに指向させたので、インジェクタによ
り噴霧された燃料を欠け部分から囲み状凸部内に集合さ
せ、点火栓付近の混合気を濃厚にすることができ、混合
気を層状にして燃焼させることができる。また、囲み状
凸部の両端部をインジェクタの軸線に対し左右対称にさ
せたので、ピストンをバランスよく保持することができ
る。
【0035】請求項3記載の発明においては、囲み状凸
部の重心を、ピストンボアの中心に重なる位置、または
中心に近接する位置にしたので、バランスよく、ピスト
ンの重心を安定させ、高回転におけるフリクショントル
クを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示す上面図であ
る。
【図2】図1のものを若干拡大した断面図である。
【図3】本発明のピストンを嵌挿したエンジンを気筒中
心に示す断面図である。
【図4】本発明のピストンを嵌挿したエンジンをバルブ
中心に示す断面図である。
【図5】本発明のピストンと従来のピストンとの慣性力
の特性曲線を比較して示す図である。
【図6】本発明の馬蹄形凸部を有するピストンの特性曲
線の図である。
【図7】従来の肉盛りして凹部を設けたピストンの特性
曲線の図である。
【図8】本発明の囲み状凸部の他の例を示す上面図であ
る。
【図9】本発明の囲み状凸部のさらに他の例を示す上面
図である。
【図10】本発明の囲み状凸部のさらに別の例を示す上
面図である。
【図11】従来のピストンの上面図である。
【図12】図11のもののA−A線に沿う断面図であ
る。
【図13】図11のもののB−B線に沿う断面図であ
る。
【符号の説明】
4 ピストン 4a ピストン内径 5 ピストンヘッド 7 頂面 8 欠け部分 9 馬蹄形凸部 9a 両側部 12 インジェクタ 13 軸線 15 シリンダブロック 17 シリンダ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンのシリンダ内に摺動自在に嵌挿
    したピストンヘッドの頂面に欠け部分を有する囲み状凸
    部を一体に形成したことを特徴とするエンジンのピスト
    ン。
  2. 【請求項2】 シリンダブロックに形成したシリンダ内
    に摺動自在にピストンを嵌挿し、該ピストンのピストン
    ヘッドの頂面に欠け部分を有する囲み状凸部を一体に形
    成し、前記欠け部分をシリンダヘッドに配設したインジ
    ェクタに指向させると共に、前記囲み状凸部の両側部を
    前記インジェクタの軸線に対して左右対称にしたことを
    特徴とする筒内噴射式エンジン。
  3. 【請求項3】 前記囲み状凸部の重心は、ピストンボア
    の中心に重なる位置または中心に近接する位置にあるこ
    とを特徴とする請求項2載の筒内噴射式エンジン。
JP8330479A 1996-11-26 1996-11-26 ピストン及び筒内噴射式エンジン Pending JPH10159647A (ja)

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