JPH10317973A - Piston of direct injection type internal combustion engine - Google Patents

Piston of direct injection type internal combustion engine

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JPH10317973A
JPH10317973A JP9132673A JP13267397A JPH10317973A JP H10317973 A JPH10317973 A JP H10317973A JP 9132673 A JP9132673 A JP 9132673A JP 13267397 A JP13267397 A JP 13267397A JP H10317973 A JPH10317973 A JP H10317973A
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piston
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intake valve
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豊 又吉
Yoshihisa Jingu
宣久 神宮
Tadashi Nomura
正 野村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize stratified lean combustion without using a helical port by forming slopes on the exhaust valve side and on the intake valve side on the top face of a piston, and recessedly providing a circular cavity combustion chamber on the slope on the intake valve side and a pair of valve recesses positioned on both sides of it. SOLUTION: On the top face of a piston, an exhaust valve side slope 23 nearly in parallel with the slope on the exhaust valve side of a pent roof type combustion chamber is formed, and similarly an intake valve side slope nearly in parallel with the slope on the intake valve side of the pent roof type combustion chamber is formed. The respective upper edges of the intake valve side slope and the exhaust valve side slope 23 are formed into a top horizontal face 30, and an intake valve side horizontal face 26 and an exhaust valve side horizontal face 27 of nearly crescent shape are formed outside the respective slopes for defining a squish area. On the position eccentric to the intake valve side against the outer circle of piston, a circular cavitay combustion chamber 12 is recessedly provided, and a pair of valve recesses 31, 32 are recessedly provided on the intake valve side slope corresponding to the valve head parts of the intake valves.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【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 relatively 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。
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.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のピストンの構成では、ピストン頂部のキャビティ燃
焼室を非円形の略三角形ないしまゆ形の形状としている
ため、ここに十分な強度のスワールを保存するために
は、上述のようにヘリカルポートを利用して、シリンダ
内に非常に強いスワールを生成しなければならない。
However, in the above-described conventional piston configuration, the cavity combustion chamber at the top of the piston is formed in a non-circular, substantially triangular, squid-shaped shape, so that a swirl of sufficient strength is stored here. To do so, a very strong swirl must be created in the cylinder using the helical port as described above.

【0007】従って、このようなヘリカルポートを使用
することから、全開出力時に、吸気抵抗が大きく、最大
出力が抑制されてしまう、という欠点がある。
Therefore, the use of such a helical port has a drawback that the intake resistance is large and the maximum output is suppressed at the time of full-open output.

【0008】また上記のようにキャビティ燃焼室をリエ
ントラント型とすることにより、成層希薄燃焼時には該
キャビティ燃焼室内にスワールおよび混合気を確実に保
持できる反面、高負荷時等において吸気行程中に燃料を
噴射して均質燃焼を行おうとしても、キャビティ燃焼室
内に燃料が滞留し易く、十分な性能を確保することがで
きない。
In addition, by making the cavity combustion chamber a reentrant type as described above, swirl and air-fuel mixture can be reliably held in the cavity combustion chamber at the time of stratified lean combustion, but fuel is supplied during the intake stroke at a high load or the like. Even if an attempt is made to perform homogeneous combustion by injection, fuel tends to stay in the cavity combustion chamber, and sufficient performance cannot be ensured.

【0009】つまり、成層希薄燃焼と高負荷時の均質燃
焼とを十分に両立させることができない。
That is, stratified lean combustion and homogeneous combustion under a high load cannot be sufficiently compatible.

【0010】さらに、上記のような筒内噴射式の内燃機
関の例えば吸気弁側に可変動弁機構を適用しようとする
と、吸気弁とピストンとの干渉を避けるために、ピスト
ン頂部にバルブリセスを凹設する必要が生じるが、上記
従来のピストンに単にバルブリセスを付加したとする
と、キャビティ燃焼室の内外がバルブリセスによって連
通する結果、成層燃焼時の性能が到底確保できない。
Furthermore, when an attempt is made to apply a variable valve mechanism to, for example, the intake valve side of the above-described in-cylinder injection type internal combustion engine, a valve recess is formed at the top of the piston to avoid interference between the intake valve and the piston. However, if a valve recess is simply added to the above-described conventional piston, the inside and outside of the cavity combustion chamber communicate with each other through the valve recess, so that performance during stratified combustion cannot be secured at all.

【0011】この発明は、ヘリカルポートを用いずに成
層希薄燃焼を実現でき、かつこの成層希薄燃焼と均質燃
焼とを十分に両立させることを可能とする筒内噴射式内
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 for a direct injection type internal combustion engine which can realize stratified lean combustion without using a helical port and can sufficiently achieve both stratified lean combustion and homogeneous combustion. The purpose is to:

【0012】[0012]

【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、スキッシュエリアを構成するように上記吸気
弁側傾斜面および排気弁側傾斜面の外側に略三日月形に
形成された吸気弁側水平面および排気弁側水平面と、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
部の側部を構成する一対の側面と、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, and an intake valve-side horizontal plane and an exhaust valve-side horizontal plane formed in a substantially crescent shape outside the intake valve-side inclined surface and the exhaust valve-side inclined surface so as to form a squish area. A pair of side surfaces forming side portions of the convex portion formed by the two inclined surfaces and the top horizontal surface, and a true circular cavity combustion chamber recessed at a position eccentric to the intake valve side with respect to the piston outer circle. And a pair of valve recesses formed in the intake valve side inclined surface corresponding to the valve head of the intake valve. 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.

【0013】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、上記凸部および上記キャビティ燃焼
室が、ピストンピンと直交する方向の直径線を中心とし
て対称に形成されている。
[0013] In the second aspect of the present invention, the convex portion and the cavity combustion chamber are formed symmetrically with respect to a diameter line in a direction orthogonal to the piston pin.

【0014】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一対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、ヘリカルポートに依存しなくとも、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
スと排気弁側傾斜面との間に帯状に頂部水平面が存在
し、これによって排気弁側との間のガス流動が抑制され
るため、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 pair of conical side surfaces provide:
A projection at the top of the piston is formed. The projection is configured such 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.
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 as the piston rises, but since the cavity combustion chamber is a perfect circle, a sufficient swirl can be secured in the cavity combustion chamber without depending on the helical port. 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 intake valve side inclined surface, and a part of the outer peripheral edge of the cavity combustion chamber is cut out by the valve recess. Since a top horizontal surface exists in a belt shape between the two, the gas flow to and from the exhaust valve side is suppressed, so that stratified combustion is not impaired.

【0015】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。
During 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.

【0016】請求項3の発明では、上記頂部水平面と上
記排気弁側傾斜面との間の排気弁側頂部稜線に、上記キ
ャビティ燃焼室の外周縁が交差しておらず、該外周縁の
排気弁寄りの部分と上記稜線との間に、上記頂部水平面
が残存している。
According to the third aspect of the present invention, the outer peripheral edge of the cavity combustion chamber does not intersect the exhaust valve side top ridgeline between the top horizontal surface and the exhaust valve side inclined surface. The top horizontal surface remains between the valve-side portion and the ridgeline.

【0017】特に、請求項4においては、上記頂部水平
面のピストンピン軸方向の幅が、一対のバルブリセスの
略全体に亙るように設定されている。つまり、一対のバ
ルブリセスのピストンピン軸方向の両端部間の長さと、
上記頂部水平面のピストンピン軸方向の幅とが、比較的
近似したものとなっている。
In particular, in the fourth aspect, the width of the top horizontal surface in the axial direction of the piston pin is set so as to cover substantially the entirety of the pair of valve recesses. That is, the length between both ends of the pair of valve recesses in the piston pin axial direction,
The width of the top horizontal surface in the axial direction of the piston pin is relatively similar.

【0018】この請求項3および請求項4の構成では、
上記キャビティ燃焼室外周縁が排気弁側傾斜面にはみ出
たものとならず、その外周縁が排気弁側へ向かって切り
欠かれた形とならない。そのため、キャビティ燃焼室が
バルブリセスとともに排気弁側傾斜面から隔てられ、ピ
ストンが上死点近傍にあるときに、該キャビティ燃焼室
内と排気弁側の空間との間でのガス流動が抑制される。
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 and fourth aspects of the present invention,
The outer peripheral edge of the cavity combustion chamber does not protrude to the exhaust valve side inclined surface, and the outer peripheral edge does not have a shape cut off toward the exhaust valve side. Therefore, the cavity combustion chamber is separated from the exhaust valve side inclined surface together with the valve recess, and when the piston is near the top dead center, gas flow between the cavity combustion chamber and the space on the exhaust valve side is suppressed.
That is, at the time of stratified charge combustion, the swirl and the air-fuel mixture can be reliably contained in the cavity combustion chamber, and stratified charge combustion is improved.

【0019】また請求項5の発明においては、上記排気
弁側傾斜面の下縁と上記排気弁側水平面との間に段差部
を有している。この段差部は、圧縮比の調整のために用
いられる。
According to the fifth aspect of the present invention, a step is provided between a lower edge of the exhaust valve side inclined surface and the exhaust valve side horizontal surface. This step is used for adjusting the compression ratio.

【0020】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一
層容易に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 the inner peripheral side wall surface is tapered upward. Thereby, at the time of homogeneous combustion, the fuel in the cavity combustion chamber is more easily washed away by the tumble flow, and the mixture is homogenized.

【0021】[0021]

【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、ヘリカルポートのような手段を利用し
なくともシリンダ内に発生したスワール流がキャビティ
燃焼室内に十分に保存されるので、安定した成層燃焼を
実現できる。特に、吸気弁側と排気弁側との間に頂部平
面を設けることによって、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
ビティ燃焼室を複雑形状としないことで、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, the swirl flow generated in the cylinder can be sufficiently stored in the cavity combustion chamber without using means such as a helical port. And stable stratified combustion can be realized. In particular, by providing the top flat surface between the intake valve side and the exhaust valve side, it is possible to suppress a decrease in performance during stratified combustion due to the formation of the valve recess. In addition, since the cavity combustion chamber does not have a complicated shape, fuel can be prevented from staying in the cavity combustion chamber during homogeneous combustion using a tumble flow, and favorable 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.

【0022】[0022]

【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.

【0023】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。図9および図10
は、この可変動弁機構によって得られるバルブリフト特
性の一例を示したものであり、図9では、作動角が一定
のまま開閉時期が遅進し、図10では、バルブ中心角が
一定のまま作動角が増減す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. 9 and 10
FIG. 9 shows an example of a valve lift characteristic obtained by this variable valve mechanism. In FIG. 9, the opening / closing timing is delayed while the operating angle is constant, and in FIG. The operating angle is configured to increase and decrease.

【0024】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.

【0025】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.

【0026】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.

【0027】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 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 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.

【0028】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 fully loaded or in a region where the air-fuel ratio is relatively small in the lean combustion region, a homogeneous air-fuel 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.

【0029】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.

【0030】次に、図3〜図6に基づいて、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 piston 4 will be described with reference to FIGS.
, In particular, the configuration of the top portion will be described in detail.

【0031】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の外形円と同心の緩く傾
斜した円錐面からなる一対の円錐形の側面24,25と
によって、凸部21が構成されている。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、最終的には平面として残存しておらず、従って、図
4に想像線で示すように、仮想の平面となっている。
In the piston 4, a projection 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 each having a slightly inclined conical surface. In this embodiment, the intake valve side inclined surface 22 is not finally left as a flat surface due to the formation of the valve recesses 31 and 32 and the cavity combustion chamber 12, which will be described later. As shown by, it is a virtual plane.

【0032】そして、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が形成さ
れている。この吸気弁側水平面26および排気弁側水平
面27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、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)にそれぞれ対応している。な
お、円錐形側面24,25の円弧形をなす下縁とピスト
ン4外周縁との間には、非常に狭い幅の水平面28,2
9が残されている(図5参照)。これらの水平面26,
27,28,29は、一つの平面として同一の高さ位置
にある。さらに、この実施例においては、圧縮比の関係
から、排気弁側傾斜面23の下縁23aと上記排気弁側
水平面27との間に、段差部34が存在しており、この
段差部34は、排気弁側傾斜面23よりも大きく傾斜し
た平面にて構成されている。
Outside the intake valve-side inclined surface 22 and the exhaust valve-side inclined surface 23, a substantially crescent-shaped intake valve-side horizontal surface 26 and an exhaust valve-side horizontal surface 27 are formed, respectively. The intake valve side horizontal surface 26 and the exhaust valve side horizontal surface 27 are formed of one plane orthogonal to the center line of the piston 4 and are left as flat surfaces on both sides of the combustion chamber 11 on the cylinder head 2 side. Squish areas 2a and 2b (see FIG. 1). A very narrow horizontal surface 28, 2 is provided between the lower edge of the conical side surfaces 24, 25, which forms an arc, and the outer peripheral edge of the piston 4.
9 are left (see FIG. 5). These horizontal planes 26,
27, 28 and 29 are located at the same height as one plane. Further, in this embodiment, due to the compression ratio, a step 34 exists between the lower edge 23a of the exhaust valve side inclined surface 23 and the exhaust valve side horizontal surface 27, and the step 34 is , And a flat surface that is larger than the exhaust valve side inclined surface 23.

【0033】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と吸気弁側水平
面26との三者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。同様に、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よりも僅かに吸気弁寄りに位置しており、上記
稜線33とキャビティ燃焼室12外周縁との間に、狭い
幅ではあるものの頂部水平面30が残存している。換言
すれば、キャビティ燃焼室12の外周縁は、排気弁側頂
部稜線33と交差しておらず、切り欠かれてはいない。
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, the intake valve side inclined surface 22, and the intake valve side horizontal surface 26. The cavity combustion chamber 12 has a true circular shape when viewed on the plane of the piston 4 and has a diameter larger than the radius of the piston 4. 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 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. Similarly, the portion of the outer peripheral edge of the cavity combustion chamber 12 closer to the exhaust valve is located slightly closer to the intake valve than the exhaust valve side top ridgeline 33 between the top horizontal surface 30 and the exhaust valve side inclined surface 23. The top horizontal plane 30 remains between the ridge 33 and the outer peripheral edge of the cavity combustion chamber 12 though the width is narrow. In other words, the outer peripheral edge of the cavity combustion chamber 12 does not intersect the exhaust valve side top ridge line 33 and is not notched.
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.

【0034】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。本実施例で
は、このバルブリセス31,32は、頂部水平面30と
円錐形側面24,25と吸気弁側側部水平面26と、に
も外周の一部が僅かに差し掛かっている。
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. In the present embodiment, a part of the outer periphery of each of the valve recesses 31 and 32 slightly approaches the top horizontal plane 30, the conical side surfaces 24 and 25, and the intake valve side horizontal plane 26.

【0035】なお、上記凸部21における円錐形側面2
4,25の円錐の頂角θ(図5参照)は、円錐形側面2
4,25と頂部水平面30との間の稜線35,36の位
置がピストン4外周側となるように、可及的に小さく設
定されている。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。また、上記稜線
35,36が、ピストン4外周寄りに位置することか
ら、上記頂部水平面30のピストンピン軸方向の幅は、
一対のバルブリセス31,32のピストンピン軸方向の
形成範囲の略全体に亙っている。
The conical side surface 2 of the projection 21
The apex angle θ of the 4 and 25 cones (see FIG. 5) is
The positions of the ridgelines 35, 36 between the fourth horizontal plane 25 and the top horizontal plane 30 are set as small as possible so as to be on the outer peripheral side of the piston 4. 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. Further, since the ridge lines 35 and 36 are located near the outer periphery of the piston 4, the width of the top horizontal surface 30 in the piston pin axial direction is
The pair of valve recesses 31 and 32 cover substantially the entire formation range in the axial direction of the piston pin.

【0036】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 the diameter line (that is, line AA in FIG. 3) in the direction 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.

【0037】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を囲む頂部水平面
30と吸気弁側傾斜面22(実際にはバルブリセス3
1,32の底面となる)と吸気弁側水平面26との3つ
の平面が、図1に想像線で示すように、シリンダヘッド
2側の対応する平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。そのため、吸気ポート8をヘリカルポー
トとせずとも安定した成層希薄燃焼が可能となり、ヘリ
カルポートを用いることによる最大出力の低下を回避で
きる。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2
3との間に、頂部水平面30が存在しているため、バル
ブリセス31,32の形成による悪影響が非常に少な
く、十分に良好な成層燃焼を確保できる。
In the above configuration, the swirl generated in the cylinder 3 at the time of stratified combustion causes the swirl generated in the cylinder combustion chamber 12 because the cavity combustion chamber 12 has a simple perfect 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 top horizontal surface 30 surrounding the cavity combustion chamber 12 and the intake valve side inclined surface 22 (actually, Valve recess 3
1 and 32) and the horizontal surface 26 on the intake valve side, as shown by imaginary lines in FIG. 1, respectively, come close to the corresponding planes on the cylinder head 2 side. A good seal is obtained over the entire circumference. 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. Therefore, stable stratified lean combustion can be performed without using the intake port 8 as a helical port, and a decrease in the maximum output due to the use of the helical port can be avoided. In particular, the valve recesses 31 and 32 are recessed so as to overlap with the cavity combustion chamber 12, and the cavity combustion chamber 12, the valve recesses 31 and 32, and the exhaust valve side inclined surface 2 are formed.
Since the top horizontal surface 30 exists between the valve recess 3 and the valve 3, the adverse effects due to the formation of the valve recesses 31 and 32 are extremely small, and sufficiently favorable stratified combustion can be secured.

【0038】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.

【0039】次に、図6および図7は、この発明に係る
ピストン4の第2実施例を示している。この実施例にお
いては、上述した排気弁側傾斜面23と排気弁側水平面
27との間の段差部34が取り除かれており、排気弁側
傾斜面23の下縁23aが排気弁側水平面27に達して
いる。
FIGS. 6 and 7 show a second embodiment of the piston 4 according to the present invention. In this embodiment, the step 34 between the exhaust-valve-side inclined surface 23 and the exhaust-valve-side horizontal surface 27 is removed, and the lower edge 23a of the exhaust-valve-side inclined surface 23 becomes the exhaust-valve-side horizontal surface 27. Has reached.

【0040】この第2実施例の構成においては、図8に
示すように、両吸気ポート8から新気が導入される均質
燃焼時に、矢印で示すタンブル流が、排気弁側水平面2
7から排気弁側傾斜面23へと一層滑らかに流れるよう
になる。換言すれば、前述した実施例の段差部34のよ
うな凹凸によるタンブル流の減衰が少なくなり、圧縮行
程中まで長くタンブル成分を保存できる。そのため、特
に全開時における排気中のHCを改善できる。
In the configuration of the second embodiment, as shown in FIG. 8, at the time of homogeneous combustion in which fresh air is introduced from both intake ports 8, a tumble flow indicated by an arrow is generated on the exhaust valve side horizontal surface 2 as shown in FIG.
7 to the exhaust valve side inclined surface 23 to flow more smoothly. In other words, the attenuation of the tumble flow due to the unevenness such as the step portion 34 in the above-described embodiment is reduced, and the tumble component can be stored for a long time during the compression stroke. Therefore, it is possible to improve HC in the exhaust gas particularly when the engine is fully opened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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】図3のB−B線に沿った断面図。FIG. 5 is a sectional view taken along the line BB in FIG. 3;

【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】図6のC−C線に沿った断面図。FIG. 7 is a sectional view taken along the line CC of FIG. 6;

【図8】このピストンによるシリンダ内のタンブル流の
流れを示す説明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a flow of a tumble flow in a cylinder by the piston.

【図9】吸気弁のバルブリフト特性の一例を示す特性
図。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing an example of a valve lift characteristic of an intake valve.

【図10】吸気弁のバルブリフト特性の他の例を示す特
性図。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing another example of the valve lift characteristics of the intake valve.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4…ピストン 12…キャビティ燃焼室 21…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 26…吸気弁側水平面 27…排気弁側水平面 30…頂部水平面 31,32…バルブリセス 34…段差部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Piston 12 ... Cavity combustion chamber 21 ... Convex part 22 ... Intake valve side inclined surface 23 ... Exhaust valve side inclined surface 24, 25 ... Conical side surface 26 ... Intake valve side horizontal surface 27 ... Exhaust valve side horizontal surface 30 ... Top horizontal surface 31 , 32: valve recess 34: step

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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、スキッシュエリ
アを構成するように上記吸気弁側傾斜面および排気弁側
傾斜面の外側に略三日月形に形成された吸気弁側水平面
および排気弁側水平面と、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を構成する一対の
側面と、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. And a top horizontal plane which is a plane orthogonal to the piston center line, and a substantially crescent shape outside the intake valve side inclined surface and the exhaust valve side inclined surface so as to constitute a squish area. The intake valve side horizontal surface and the exhaust valve side horizontal surface, a pair of side surfaces constituting a side portion of the convex portion formed by the two inclined surfaces and the top horizontal surface, and a position eccentric to the intake valve side with respect to the piston outer circle. And a pair of valve recesses recessed in the intake valve side inclined surface corresponding to the valve head of the intake valve. Internal injection type internal combustion engine Piston.
【請求項2】 上記凸部および上記キャビティ燃焼室
は、ピストンピンと直交する方向の直径線を中心として
対称に形成され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 projection and the cavity combustion chamber are formed symmetrically with respect to a diameter line in a direction orthogonal to the piston pin. .
【請求項3】 上記頂部水平面と上記排気弁側傾斜面と
の間の排気弁側頂部稜線に、上記キャビティ燃焼室の外
周縁が交差しておらず、該外周縁の排気弁寄りの部分と
上記稜線との間に、上記頂部水平面が残存していること
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. An outer peripheral edge of the cavity combustion chamber does not intersect an exhaust valve side top ridgeline between the top horizontal surface and the exhaust valve side inclined surface, and a portion of the outer peripheral edge near the exhaust valve. The piston of a cylinder injection type internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the top horizontal surface remains between the ridge and the ridge.
【請求項4】 上記頂部水平面のピストンピン軸方向の
幅が、一対のバルブリセスの略全体に亙るように設定さ
れていることを特徴とする請求項3記載の筒内噴射式内
燃機関のピストン。
4. The piston of a cylinder injection type internal combustion engine according to claim 3, wherein the width of the top horizontal surface in the axial direction of the piston pin is set so as to cover substantially the entirety of the pair of valve recesses.
【請求項5】 上記排気弁側傾斜面の下縁と上記排気弁
側水平面との間に段差部を有していることを特徴とする
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. The in-cylinder injection according to claim 1, wherein a step portion is provided between a lower edge of the exhaust valve side inclined surface and the exhaust valve side horizontal surface. Pistons for internal combustion engines.
【請求項6】 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.
【請求項7】 上記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.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006322348A (en) * 2005-05-17 2006-11-30 Toyota Motor Corp Internal combustion engine
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