JPH10325327A - 筒内噴射式内燃機関のピストン - Google Patents
筒内噴射式内燃機関のピストンInfo
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- JPH10325327A JPH10325327A JP9137368A JP13736897A JPH10325327A JP H10325327 A JPH10325327 A JP H10325327A JP 9137368 A JP9137368 A JP 9137368A JP 13736897 A JP13736897 A JP 13736897A JP H10325327 A JPH10325327 A JP H10325327A
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- F02B2275/48—Tumble motion in gas movement in cylinder
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ピストン４頂部を流れるタンブル流やスワー
ル流を弱めずに保存できるようにし、燃焼改善によるト
ルク向上を図る。 【解決手段】 ピストン４頂面の凸部２１は、シリンダ
ヘッド２側のペントルーフ型燃焼室１１の傾斜面に平行
な吸気弁側傾斜面２２および排気弁側傾斜面２３と、ピ
ストン４の外形円と同心の緩く傾斜した円錐面からなる
一対の円錐形側面２４，２５と、によって構成されてお
り、吸気弁側傾斜面２２の大部分を覆うように偏心した
キャビティ燃焼室１２が凹設されている。吸気弁側傾斜
面２２および排気弁側傾斜面２３の外側には、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
を有する。タンブル流およびスワール流は、円錐形側面
２４，２５によって円滑に案内され、良好に保存され
る。
ル流を弱めずに保存できるようにし、燃焼改善によるト
ルク向上を図る。 【解決手段】 ピストン４頂面の凸部２１は、シリンダ
ヘッド２側のペントルーフ型燃焼室１１の傾斜面に平行
な吸気弁側傾斜面２２および排気弁側傾斜面２３と、ピ
ストン４の外形円と同心の緩く傾斜した円錐面からなる
一対の円錐形側面２４，２５と、によって構成されてお
り、吸気弁側傾斜面２２の大部分を覆うように偏心した
キャビティ燃焼室１２が凹設されている。吸気弁側傾斜
面２２および排気弁側傾斜面２３の外側には、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
を有する。タンブル流およびスワール流は、円錐形側面
２４，２５によって円滑に案内され、良好に保存され
る。
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。
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。
【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。この種の内燃
機関においては、そのピストンは、特公平８−３５４２
９号公報や特公平８−３１２３５４号公報等に見られる
ように、頂部に、ピストン外形円に対し偏心した略円形
のキャビティ燃焼室を備えており、成層燃焼時には、こ
のキャビティ燃焼室内に燃料を噴射供給し、シリンダ内
のガス流動を利用して成層化を実現するようにしてい
る。また、このようにキャビティ燃焼室を形成すること
から、必要な圧縮比を確保するために、ピストン頂部に
は、シリンダヘッド側のペントルーフ型燃焼室に対応し
た凸部が形成されている。つまり、図１７に概略を示す
ように、ピストン頂部は、ペントルーフ型燃焼室の壁面
の傾斜に沿った吸気弁側傾斜面５１と排気弁側傾斜面５
２とから凸形状に形成され、かつその吸気弁側に偏心し
た位置に、キャビティ燃焼室５３が凹設されているのが
一般的である。
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。この種の内燃
機関においては、そのピストンは、特公平８−３５４２
９号公報や特公平８−３１２３５４号公報等に見られる
ように、頂部に、ピストン外形円に対し偏心した略円形
のキャビティ燃焼室を備えており、成層燃焼時には、こ
のキャビティ燃焼室内に燃料を噴射供給し、シリンダ内
のガス流動を利用して成層化を実現するようにしてい
る。また、このようにキャビティ燃焼室を形成すること
から、必要な圧縮比を確保するために、ピストン頂部に
は、シリンダヘッド側のペントルーフ型燃焼室に対応し
た凸部が形成されている。つまり、図１７に概略を示す
ように、ピストン頂部は、ペントルーフ型燃焼室の壁面
の傾斜に沿った吸気弁側傾斜面５１と排気弁側傾斜面５
２とから凸形状に形成され、かつその吸気弁側に偏心し
た位置に、キャビティ燃焼室５３が凹設されているのが
一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】吸気弁を通してシリン
ダ内に流入する新気によってシリンダ内にタンブル（縦
渦）を形成しようとする場合に、上記のようなピストン
形状では、図１７に矢印Ｔで示すように、ピストン頂面
に沿って流れようとするタンブル流が、排気弁側傾斜面
５２の傾斜に沿って進むため、頂部の稜線５４において
吸気弁側傾斜面５１から離れてしまう。つまり、タンブ
ル流が、上記稜線５４において跳ぶような形となり、シ
リンダ内にタンブル成分が保存されにくい。従って、特
に、タンブル成分に依存して均質燃焼の安定化を図ろう
とした場合に、混合気の均質化が十分に達成できず、燃
焼効率が低くなってしまう。その結果、十分にトルクを
確保できない。また、スワール成分は、矢印Ｓのように
ピストン外周部を旋回しようとするが、このスワール流
も、同様に稜線５４においてピストン表面から剥離する
ため、やはり、その保存が不十分なものとなる。
ダ内に流入する新気によってシリンダ内にタンブル（縦
渦）を形成しようとする場合に、上記のようなピストン
形状では、図１７に矢印Ｔで示すように、ピストン頂面
に沿って流れようとするタンブル流が、排気弁側傾斜面
５２の傾斜に沿って進むため、頂部の稜線５４において
吸気弁側傾斜面５１から離れてしまう。つまり、タンブ
ル流が、上記稜線５４において跳ぶような形となり、シ
リンダ内にタンブル成分が保存されにくい。従って、特
に、タンブル成分に依存して均質燃焼の安定化を図ろう
とした場合に、混合気の均質化が十分に達成できず、燃
焼効率が低くなってしまう。その結果、十分にトルクを
確保できない。また、スワール成分は、矢印Ｓのように
ピストン外周部を旋回しようとするが、このスワール流
も、同様に稜線５４においてピストン表面から剥離する
ため、やはり、その保存が不十分なものとなる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】請求項１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、上記吸気弁側傾斜面
の大部分を覆うように、ピストン外形円に対し偏心した
位置に凹設された円形のキャビティ燃焼室と、上記両傾
斜面によって形成される凸部の側部を構成し、かつピス
トン外形円と同心の円錐面からなる一対の円錐形側面
と、を備えていることを特徴としている。
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、上記吸気弁側傾斜面
の大部分を覆うように、ピストン外形円に対し偏心した
位置に凹設された円形のキャビティ燃焼室と、上記両傾
斜面によって形成される凸部の側部を構成し、かつピス
トン外形円と同心の円錐面からなる一対の円錐形側面
と、を備えていることを特徴としている。
【０００５】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、上記吸気弁側傾斜面と上記排気弁側
傾斜面との間に、ピストン中心線と直交する平面からな
る頂部水平面を有している。
求項２の発明では、上記吸気弁側傾斜面と上記排気弁側
傾斜面との間に、ピストン中心線と直交する平面からな
る頂部水平面を有している。
【０００６】上記の構成では、吸気弁側傾斜面と排気弁
側傾斜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。つまり、この凸部の両側部
は、ピストン外形円と同心の緩く傾斜した円錐面から構
成されている。従って、一対の吸気弁を介してシリンダ
内に流入した新気によるタンブル流は、上記の円錐形側
面に沿ってピストン外周部を円滑に流れる。つまり、屈
曲した稜線を横切ることによりタンブル成分が弱められ
ることがなく、シリンダ内に確実に保存される。また、
スワール流も、同様に、上記の円錐形側面に沿ってピス
トン外周部を円滑に流れ、確実に保存される。
側傾斜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。つまり、この凸部の両側部
は、ピストン外形円と同心の緩く傾斜した円錐面から構
成されている。従って、一対の吸気弁を介してシリンダ
内に流入した新気によるタンブル流は、上記の円錐形側
面に沿ってピストン外周部を円滑に流れる。つまり、屈
曲した稜線を横切ることによりタンブル成分が弱められ
ることがなく、シリンダ内に確実に保存される。また、
スワール流も、同様に、上記の円錐形側面に沿ってピス
トン外周部を円滑に流れ、確実に保存される。
【０００７】請求項３の発明では、上記円錐形側面と吸
気弁側傾斜面との間の一対の吸気弁側側部稜線に、上記
キャビティ燃焼室の外周縁が僅かに交差しており、かつ
上記頂部水平面の大部分が上記キャビティ燃焼室に覆わ
れて実質的に消失している。
気弁側傾斜面との間の一対の吸気弁側側部稜線に、上記
キャビティ燃焼室の外周縁が僅かに交差しており、かつ
上記頂部水平面の大部分が上記キャビティ燃焼室に覆わ
れて実質的に消失している。
【０００８】また、請求項４の発明では、上記円錐形側
面と吸気弁側傾斜面との間の一対の吸気弁側側部稜線の
内側にキャビティ燃焼室の外周縁が位置している。
面と吸気弁側傾斜面との間の一対の吸気弁側側部稜線の
内側にキャビティ燃焼室の外周縁が位置している。
【０００９】この請求項４の構成では、上記頂部水平面
に位置するキャビティ燃焼室外周縁において、該キャビ
ティ燃焼室の実質的な深さを大きく確保できるととも
に、吸気弁側側部稜線とキャビティ燃焼室外周縁が交差
せず、キャビティ燃焼室外周縁が切り欠かれたものとな
らないので、圧縮行程付近で燃料噴射を行った場合に、
キャビティ燃焼室内にスワールおよび燃料を一層確実に
封じ込めることができる。
に位置するキャビティ燃焼室外周縁において、該キャビ
ティ燃焼室の実質的な深さを大きく確保できるととも
に、吸気弁側側部稜線とキャビティ燃焼室外周縁が交差
せず、キャビティ燃焼室外周縁が切り欠かれたものとな
らないので、圧縮行程付近で燃料噴射を行った場合に、
キャビティ燃焼室内にスワールおよび燃料を一層確実に
封じ込めることができる。
【００１０】また請求項５の発明においては、上記円錐
形側面の下縁は、ピストン外周縁近傍に位置している。
つまり、機関の圧縮比を低下させずに、上述したガス流
動の保存を図っている。
形側面の下縁は、ピストン外周縁近傍に位置している。
つまり、機関の圧縮比を低下させずに、上述したガス流
動の保存を図っている。
【００１１】請求項６に係る発明は、ピストン凸部の形
状をさらに簡素化したものであって、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
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、上記吸気
弁側傾斜面の大部分を覆うように、ピストン外形円に対
し偏心した位置に凹設された円形のキャビティ燃焼室
と、上記両傾斜面によって形成される凸部の側部を構成
し、かつ平坦な傾斜面からなる一対の凸部側面と、この
凸部側面の直線状をなす下縁とピストン外周縁との間に
それぞれ略三日月形に形成された一対の側部水平面と、
を備えていることを特徴としている。
状をさらに簡素化したものであって、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
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、上記吸気
弁側傾斜面の大部分を覆うように、ピストン外形円に対
し偏心した位置に凹設された円形のキャビティ燃焼室
と、上記両傾斜面によって形成される凸部の側部を構成
し、かつ平坦な傾斜面からなる一対の凸部側面と、この
凸部側面の直線状をなす下縁とピストン外周縁との間に
それぞれ略三日月形に形成された一対の側部水平面と、
を備えていることを特徴としている。
【００１２】この構成においては、側部水平面の上をタ
ンブル流およびスワール流が流れることになり、やは
り、これらのガス流動が良好に保存される。
ンブル流およびスワール流が流れることになり、やは
り、これらのガス流動が良好に保存される。
【００１３】
【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、シリンダ内に発生したタンブル流やス
ワール流を、ピストン外周部において円滑に流れるよう
に案内することができ、これらのガス流動を一層良好に
保存できる。従って、均質燃焼時における混合気性状が
良好なものとなり、トルクが向上するとともに、成層燃
焼時にキャビティ燃焼室内に強いスワール成分を確保で
き、成層希薄燃焼の安定化が図れる。特に、ピストン頂
部の凸部としては十分に大きな容積を確保できるので、
上記のようなガス流動の保存と圧縮比の確保とを両立さ
せることが可能となる。
ストンによれば、シリンダ内に発生したタンブル流やス
ワール流を、ピストン外周部において円滑に流れるよう
に案内することができ、これらのガス流動を一層良好に
保存できる。従って、均質燃焼時における混合気性状が
良好なものとなり、トルクが向上するとともに、成層燃
焼時にキャビティ燃焼室内に強いスワール成分を確保で
き、成層希薄燃焼の安定化が図れる。特に、ピストン頂
部の凸部としては十分に大きな容積を確保できるので、
上記のようなガス流動の保存と圧縮比の確保とを両立さ
せることが可能となる。
【００１４】
【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。
形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】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。
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。
【００１６】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。
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。
【００１７】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。
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。
【００１８】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。
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。
【００１９】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。
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。
【００２０】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。
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。
【００２１】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。
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。
【００２２】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。
の構成、特にその頂部の構成を詳細に説明する。
【００２３】このピストン４においては、上述したよう
に、キャビティ燃焼室１２が凹設されているので、必要
な圧縮比を確保するために、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、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、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側面２４，２５
とによって、凸部２１が構成されている。なお、さらに
詳しく言えば、凸部２１の頂部となる部分に、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を有し
ている。そして、この凸部２１より外側の部分は、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。
に、キャビティ燃焼室１２が凹設されているので、必要
な圧縮比を確保するために、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、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、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側面２４，２５
とによって、凸部２１が構成されている。なお、さらに
詳しく言えば、凸部２１の頂部となる部分に、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を有し
ている。そして、この凸部２１より外側の部分は、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。
【００２４】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に
対応している（図６参照）。また、上記円弧形水平面２
８，２９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。
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に
対応している（図６参照）。また、上記円弧形水平面２
８，２９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。
【００２５】また、上記のキャビティ燃焼室１２が、上
記吸気弁側傾斜面２２および頂部水平面３０の大部分を
覆うように凹設されており、上記吸気弁側傾斜面２２
は、実質的には、下縁両側に僅かに残存しているに過ぎ
ず、頂部水平面３０は実質的には殆ど消失している。上
記キャビティ燃焼室１２は、ピストン４の平面上で見て
真円形をなしており、かつ底面がピストン４中心線と直
交する面に沿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との間の一対の吸気弁側側部稜線
３１，３２から外側に僅かにはみ出ており、同様に、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から僅かにはみ出ている。換言すれば、各稜
線３１，３２，３３と僅かに交差している。なお、図６
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。
記吸気弁側傾斜面２２および頂部水平面３０の大部分を
覆うように凹設されており、上記吸気弁側傾斜面２２
は、実質的には、下縁両側に僅かに残存しているに過ぎ
ず、頂部水平面３０は実質的には殆ど消失している。上
記キャビティ燃焼室１２は、ピストン４の平面上で見て
真円形をなしており、かつ底面がピストン４中心線と直
交する面に沿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との間の一対の吸気弁側側部稜線
３１，３２から外側に僅かにはみ出ており、同様に、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から僅かにはみ出ている。換言すれば、各稜
線３１，３２，３３と僅かに交差している。なお、図６
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。
【００２６】上記の構成においては、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がピ
ストン４の中心部分のみに存在し、ピストン４外周部
は、円錐形側面２４，２５によるピストン４と同心の円
錐面となっている。従って、図７に示すように、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
形成されたタンブル流Ｔは、ピストン４外周側の円錐形
側面２４，２５に沿って円滑に流れ、上記稜線３３によ
って弱められることがない。同様に、スワール流Ｓも、
ピストン４外周部に沿って円滑に流れる。そのため、圧
縮行程においても、これらのガス流動が良好に保存され
るようになり、前述した均質燃焼時における燃料の拡散
混合ならびに前述した成層希薄燃焼時におけるキャビテ
ィ燃焼室１２内のスワールの強化を達成できる。なお、
図５に示すように、ピストン４が上死点にあっても、ピ
ストン４の円錐形側面２４，２５とシリンダヘッド２側
の燃焼室１１の外周部との間には、僅かな空間が残って
おり、ここでスワールやタンブルによるガス流動が可能
であるので、ピストン４が上死点に達するまで、ガス流
動が確実に保存される。図８は、このピストン４の構成
の差異によるトルク向上効果を示したものであり、破線
で示す従来のピストン（図１７）を用いた内燃機関の特
性に比較して、本実施例のピストン４を用いた内燃機関
では、実線のように、全回転域においてトルクが向上す
る、という結果が得られた。
排気弁側傾斜面２３との間の排気弁側頂部稜線３３がピ
ストン４の中心部分のみに存在し、ピストン４外周部
は、円錐形側面２４，２５によるピストン４と同心の円
錐面となっている。従って、図７に示すように、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
形成されたタンブル流Ｔは、ピストン４外周側の円錐形
側面２４，２５に沿って円滑に流れ、上記稜線３３によ
って弱められることがない。同様に、スワール流Ｓも、
ピストン４外周部に沿って円滑に流れる。そのため、圧
縮行程においても、これらのガス流動が良好に保存され
るようになり、前述した均質燃焼時における燃料の拡散
混合ならびに前述した成層希薄燃焼時におけるキャビテ
ィ燃焼室１２内のスワールの強化を達成できる。なお、
図５に示すように、ピストン４が上死点にあっても、ピ
ストン４の円錐形側面２４，２５とシリンダヘッド２側
の燃焼室１１の外周部との間には、僅かな空間が残って
おり、ここでスワールやタンブルによるガス流動が可能
であるので、ピストン４が上死点に達するまで、ガス流
動が確実に保存される。図８は、このピストン４の構成
の差異によるトルク向上効果を示したものであり、破線
で示す従来のピストン（図１７）を用いた内燃機関の特
性に比較して、本実施例のピストン４を用いた内燃機関
では、実線のように、全回転域においてトルクが向上す
る、という結果が得られた。
【００２７】次に、図９〜図１２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、円錐形側面２４，２５の傾斜角θ（図１１参照）
が、前述した実施例に比べて大きく設定されている。こ
れに伴って、円錐形側面２４，２５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
ので、頂部水平面３０の領域が大きくなっている。そし
て、各円錐形側面２４，２５の下縁２４ａ，２５ａは、
前述の実施例よりもさらにピストン４外周縁に接近して
いる。また、この実施例では、キャビティ燃焼室１２の
外周縁が、円錐形側面２４，２５と上記吸気弁側傾斜面
２２との間の一対の吸気弁側側部稜線３１，３２の内側
に位置している。なお、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に対しては、キャ
ビティ燃焼室１２の外周縁は、僅かにはみ出ている。
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、円錐形側面２４，２５の傾斜角θ（図１１参照）
が、前述した実施例に比べて大きく設定されている。こ
れに伴って、円錐形側面２４，２５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
ので、頂部水平面３０の領域が大きくなっている。そし
て、各円錐形側面２４，２５の下縁２４ａ，２５ａは、
前述の実施例よりもさらにピストン４外周縁に接近して
いる。また、この実施例では、キャビティ燃焼室１２の
外周縁が、円錐形側面２４，２５と上記吸気弁側傾斜面
２２との間の一対の吸気弁側側部稜線３１，３２の内側
に位置している。なお、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に対しては、キャ
ビティ燃焼室１２の外周縁は、僅かにはみ出ている。
【００２８】この実施例においては、上述したタンブル
流やスワール流の確実な保存を達成できることは勿論の
こと、特に、キャビティ燃焼室１２のピストン４中心側
の外周縁が、頂部水平面３０に位置しているので、この
範囲でキャビティ燃焼室１２の深さを一定に確保でき
る。つまり、キャビティ燃焼室１２の最大深さとなる範
囲が広くなり、成層燃焼時におけるキャビティ燃焼室１
２内での燃焼が確実なものとなる。しかも、キャビティ
燃焼室１２側部が円錐形側面２４，２５に切り欠かれた
ものとならないので、スワールや混合気の流出を防止で
きる。
流やスワール流の確実な保存を達成できることは勿論の
こと、特に、キャビティ燃焼室１２のピストン４中心側
の外周縁が、頂部水平面３０に位置しているので、この
範囲でキャビティ燃焼室１２の深さを一定に確保でき
る。つまり、キャビティ燃焼室１２の最大深さとなる範
囲が広くなり、成層燃焼時におけるキャビティ燃焼室１
２内での燃焼が確実なものとなる。しかも、キャビティ
燃焼室１２側部が円錐形側面２４，２５に切り欠かれた
ものとならないので、スワールや混合気の流出を防止で
きる。
【００２９】また、この実施例では、前述した実施例に
比べて頂部水平面３０が比較的大きく与えられることか
ら、均質燃焼時には、排気弁側傾斜面２３を流れてきた
タンブル流がキャビティ燃焼室１２との境界で剥離を起
こさずにキャビティ燃焼室１２へ比較的円滑に流入す
る。従って、キャビティ燃焼室１２内に滞留していた燃
料が洗い出され、混合気性状が一層均質化する。
比べて頂部水平面３０が比較的大きく与えられることか
ら、均質燃焼時には、排気弁側傾斜面２３を流れてきた
タンブル流がキャビティ燃焼室１２との境界で剥離を起
こさずにキャビティ燃焼室１２へ比較的円滑に流入す
る。従って、キャビティ燃焼室１２内に滞留していた燃
料が洗い出され、混合気性状が一層均質化する。
【００３０】次に、図１３〜図１６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、凸部２１
を吸気弁側傾斜面２２および排気弁側傾斜面２３ととも
に構成する一対の凸部側面４１，４２が、傾斜した平面
となっている。そして、これに伴い、凸部側面４１，４
２の下縁４１ａ，４２ａは直線となっており、その外側
には、略三日月形に一対の側部水平面４３，４４が形成
されている。これらの側部水平面４３，４４は、スキッ
シュエリアとなる吸気弁側水平面２６および排気弁側水
平面２７と同一の平面をなしている。なお、この実施例
においても、頂部水平面３０は、キャビティ燃焼室１２
によって実質的に消失している。
実施例を示している。この実施例においては、凸部２１
を吸気弁側傾斜面２２および排気弁側傾斜面２３ととも
に構成する一対の凸部側面４１，４２が、傾斜した平面
となっている。そして、これに伴い、凸部側面４１，４
２の下縁４１ａ，４２ａは直線となっており、その外側
には、略三日月形に一対の側部水平面４３，４４が形成
されている。これらの側部水平面４３，４４は、スキッ
シュエリアとなる吸気弁側水平面２６および排気弁側水
平面２７と同一の平面をなしている。なお、この実施例
においても、頂部水平面３０は、キャビティ燃焼室１２
によって実質的に消失している。
【００３１】この実施例においても、シリンダ３内に生
成されたタンブルは、凸部側面４１，４２や側部水平面
４３，４４によって円滑に案内され、かつスワールも凸
部２１の外周を旋回し得るので、前述した各実施例と同
様に、これらのガス流動を確実に保存することができ
る。
成されたタンブルは、凸部側面４１，４２や側部水平面
４３，４４によって円滑に案内され、かつスワールも凸
部２１の外周を旋回し得るので、前述した各実施例と同
様に、これらのガス流動を確実に保存することができ
る。
【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。
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。
面図。
【図３】この発明に係るピストンの第１実施例を示す斜
視図。
視図。
【図４】同じく平面図。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図６】図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図７】ピストン頂部に沿ったガス流動を示す説明図。
【図８】このピストンによる内燃機関のトルク向上効果
を示す特性図。
を示す特性図。
【図９】この発明に係るピストンの第２実施例を示す斜
視図。
視図。
【図１０】同じく平面図。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ線に沿った断面図。
【図１２】図１０のＤ−Ｄ線に沿った断面図。
【図１３】この発明に係るピストンの第３実施例を示す
斜視図。
斜視図。
【図１４】同じく平面図。
【図１５】図１４のＥ−Ｅ線に沿った断面図。
【図１６】図１４のＦ−Ｆ線に沿った断面図。
【図１７】従来のピストンの頂部におけるガス流動を示
す説明図。
す説明図。
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 ４１，４２…凸部側面 ４３，４４…側部水平面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｆ 3/26 Ｆ０２Ｆ 3/26 Ａ 3/28 3/28 Ｂ
Claims (6)
- 【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、上記吸気弁側傾斜面の大部分を覆うように、ピ
ストン外形円に対し偏心した位置に凹設された円形のキ
ャビティ燃焼室と、上記両傾斜面によって形成される凸
部の側部を構成し、かつ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。 - 【請求項２】 上記吸気弁側傾斜面と上記排気弁側傾斜
面との間に、ピストン中心線と直交する平面からなる頂
部水平面を有し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。 - 【請求項３】 上記円錐形側面と吸気弁側傾斜面との間
の一対の吸気弁側側部稜線に、上記キャビティ燃焼室の
外周縁が僅かに交差しており、かつ上記頂部水平面の大
部分が上記キャビティ燃焼室に覆われて実質的に消失し
ていることを特徴とする請求項２記載の筒内噴射式内燃
機関のピストン。 - 【請求項４】 上記円錐形側面と吸気弁側傾斜面との間
の一対の吸気弁側側部稜線の内側にキャビティ燃焼室の
外周縁が位置していることを特徴とする請求項２記載の
筒内噴射式内燃機関のピストン。 - 【請求項５】 上記円錐形側面の下縁は、ピストン外周
縁近傍に位置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。 - 【請求項６】 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、上記吸気弁側傾斜面の大部分を覆うように、ピ
ストン外形円に対し偏心した位置に凹設された円形のキ
ャビティ燃焼室と、上記両傾斜面によって形成される凸
部の側部を構成し、かつ平坦な傾斜面からなる一対の凸
部側面と、この凸部側面の直線状をなす下縁とピストン
外周縁との間にそれぞれ略三日月形に形成された一対の
側部水平面と、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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13736897A JP3327168B2 (ja) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | 筒内噴射式内燃機関のピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13736897A JP3327168B2 (ja) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | 筒内噴射式内燃機関のピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10325327A true JPH10325327A (ja) | 1998-12-08 |
| JP3327168B2 JP3327168B2 (ja) | 2002-09-24 |
Family
ID=15197056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13736897A Expired - Lifetime JP3327168B2 (ja) | 1997-05-28 | 1997-05-28 | 筒内噴射式内燃機関のピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3327168B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7604553B2 (en) | 2007-11-02 | 2009-10-20 | Bridgestone Sports Co., Ltd. | Golf ball |
| US7625302B2 (en) | 2007-10-29 | 2009-12-01 | Bridgestone Sports Co., Ltd. | Multi-piece solid golf ball |
| US7637826B2 (en) | 2007-10-29 | 2009-12-29 | Bridgestone Sports Co., Ltd. | Multi-piece solid golf ball |
| US7727084B2 (en) | 2007-10-29 | 2010-06-01 | Bridgestone Sports Co., Ltd. | Multi-piece solid golf ball |
| DE102005061300B4 (de) * | 2004-12-27 | 2010-06-10 | Mitsubishi Jidosha Kogyo K.K. | Brennraumstruktur eines Verbrennungsmotors |
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| US8827838B2 (en) | 2007-10-29 | 2014-09-09 | Bridgestone Sports Co., Ltd. | Multi-piece solid golf ball |
| CN104653326A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-05-27 | 重庆长安汽车股份有限公司 | 一种缸内直喷汽油机活塞的顶部结构 |
-
1997
- 1997-05-28 JP JP13736897A patent/JP3327168B2/ja not_active Expired - Lifetime
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