JPH11182336A - 直噴火花点火式内燃機関のピストン - Google Patents
直噴火花点火式内燃機関のピストンInfo
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- JPH11182336A JPH11182336A JP9348763A JP34876397A JPH11182336A JP H11182336 A JPH11182336 A JP H11182336A JP 9348763 A JP9348763 A JP 9348763A JP 34876397 A JP34876397 A JP 34876397A JP H11182336 A JPH11182336 A JP H11182336A
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- cavity
- internal combustion
- combustion engine
- type internal
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
- F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
- F02B23/104—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on a side position of the cylinder
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/12—Other methods of operation
- F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
-
- Y—GENERAL 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
- 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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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 キャビティによる成層燃焼性能を確保しつ
つ、均質燃焼性能を向上させる。 【解決手段】 ピストン１の冠面に凹状でかつ周縁部が
隆起して稜線５をなすキャビティ４を有し、かつ該キャ
ビティ４の中心がピストン１の中心に対しオフセットし
ている。ここで、ピストン冠面の最外周部の平坦な基準
平面２からの、キャビティ４の底面平坦部４ａの深さＡ
を、３〜９ｍｍの範囲とする。また、前記基準平面２か
らの、稜線５の最上部の高さをＨとしたとき、Ｂ＝Ａ＋
Ｈを、１０〜２０ｍｍの範囲とする。また、Ｈ／Ａは、
１．０〜２．０の範囲とする。また、ピストンストロー
クをＳとしたとき、Ｂ／Ｓを０．２５以下とする。ま
た、キャビティ４内の隅部のアールＲを、５〜２０ｍｍ
の範囲とする。
つ、均質燃焼性能を向上させる。 【解決手段】 ピストン１の冠面に凹状でかつ周縁部が
隆起して稜線５をなすキャビティ４を有し、かつ該キャ
ビティ４の中心がピストン１の中心に対しオフセットし
ている。ここで、ピストン冠面の最外周部の平坦な基準
平面２からの、キャビティ４の底面平坦部４ａの深さＡ
を、３〜９ｍｍの範囲とする。また、前記基準平面２か
らの、稜線５の最上部の高さをＨとしたとき、Ｂ＝Ａ＋
Ｈを、１０〜２０ｍｍの範囲とする。また、Ｈ／Ａは、
１．０〜２．０の範囲とする。また、ピストンストロー
クをＳとしたとき、Ｂ／Ｓを０．２５以下とする。ま
た、キャビティ４内の隅部のアールＲを、５〜２０ｍｍ
の範囲とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直噴火花点火式内
燃機関のピストンに関し、特にその冠面形状に関する。
燃機関のピストンに関し、特にその冠面形状に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の直噴火花点火式内燃機関のピスト
ンにおいては、例えば特開平８−３１２３５４号公報に
示されるように、その冠面に凹状でかつ周縁部が隆起し
て稜線をなすキャビティ（凹状燃焼室）を形成し、かつ
該キャビティの中心をピストンの中心に対し吸気バルブ
側にオフセットしている、そして、圧縮行程にてこのキ
ャビティ内に向けて燃料を噴射することにより、点火栓
回りに集中的に層状の混合気を形成して成層燃焼を行う
ようにしている。
ンにおいては、例えば特開平８−３１２３５４号公報に
示されるように、その冠面に凹状でかつ周縁部が隆起し
て稜線をなすキャビティ（凹状燃焼室）を形成し、かつ
該キャビティの中心をピストンの中心に対し吸気バルブ
側にオフセットしている、そして、圧縮行程にてこのキ
ャビティ内に向けて燃料を噴射することにより、点火栓
回りに集中的に層状の混合気を形成して成層燃焼を行う
ようにしている。
【０００３】また、機関運転条件により、吸気行程にて
燃料を噴射することにより、燃焼室全体に燃料を拡散さ
せ均質の混合気を形成して均質燃焼を行うようにしてい
る。
燃料を噴射することにより、燃焼室全体に燃料を拡散さ
せ均質の混合気を形成して均質燃焼を行うようにしてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、直噴火
花点火式内燃機関のピストンに関しては、キャビティの
深さ、稜線の高さ、隅部のアール等について、キャビテ
ィによる成層燃焼性能を悪化させることなく、均質燃焼
性能を改善するという観点から、最適な範囲について、
未だ十分に解明されていないのが現状である。
花点火式内燃機関のピストンに関しては、キャビティの
深さ、稜線の高さ、隅部のアール等について、キャビテ
ィによる成層燃焼性能を悪化させることなく、均質燃焼
性能を改善するという観点から、最適な範囲について、
未だ十分に解明されていないのが現状である。
【０００５】本発明は、このような現状に鑑み、冠面に
凹状でかつ周縁部が隆起して稜線をなすキャビティを有
する直噴火花点火式内燃機関のピストンに関し、キャビ
ティの深さ、稜線の高さ、隅部のアール等について最適
化することにより、キャビティによる成層燃焼性能を悪
化させることなく、均質燃焼性能を改善することを目的
とする。
凹状でかつ周縁部が隆起して稜線をなすキャビティを有
する直噴火花点火式内燃機関のピストンに関し、キャビ
ティの深さ、稜線の高さ、隅部のアール等について最適
化することにより、キャビティによる成層燃焼性能を悪
化させることなく、均質燃焼性能を改善することを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明では、ピストン冠面の最外周部の平坦な基準平
面、又はピストン冠面とピストン側面との交点からの、
前記キャビティの底面平坦部の深さＡを、３〜９ｍｍの
範囲としたことを特徴とする。すなわち、深さＡを大き
くすれば、成層燃焼時にキャビティ内の燃料保持性を向
上させて成層混合気を形成し易くなり、成層燃焼性能が
向上するが、均質燃焼時にキャビティ内外の空間不連続
により、燃焼室全体に均質混合気を形成し難くなるの
で、これらを両立させる範囲とするのである。
る発明では、ピストン冠面の最外周部の平坦な基準平
面、又はピストン冠面とピストン側面との交点からの、
前記キャビティの底面平坦部の深さＡを、３〜９ｍｍの
範囲としたことを特徴とする。すなわち、深さＡを大き
くすれば、成層燃焼時にキャビティ内の燃料保持性を向
上させて成層混合気を形成し易くなり、成層燃焼性能が
向上するが、均質燃焼時にキャビティ内外の空間不連続
により、燃焼室全体に均質混合気を形成し難くなるの
で、これらを両立させる範囲とするのである。
【０００７】また、請求項２に係る発明では、ピストン
冠面の最外周部の平坦な基準平面、又はピストン冠面と
ピストン側面との交点からの、前記キャビティの底面平
坦部の深さをＡ、前記基準平面又は前記交点からの、前
記稜線の最上部の高さをＨとしたとき、これらの合計値
（合計深さ）Ｂ＝Ａ＋Ｈを、１０〜２０ｍｍの範囲とし
たことを特徴とする。
冠面の最外周部の平坦な基準平面、又はピストン冠面と
ピストン側面との交点からの、前記キャビティの底面平
坦部の深さをＡ、前記基準平面又は前記交点からの、前
記稜線の最上部の高さをＨとしたとき、これらの合計値
（合計深さ）Ｂ＝Ａ＋Ｈを、１０〜２０ｍｍの範囲とし
たことを特徴とする。
【０００８】すなわち、合計深さＢについても、深さＡ
と同様に、これを大きくすれば、成層燃焼時に成層混合
気を形成し易くなり、成層燃焼性能が向上するが、均質
燃焼時にキャビティ内外の空間不連続により、均質混合
気を形成し難くなるので、これらを両立させる範囲とす
るのである。また、請求項３に係る発明では、Ｈ／Ａ
を、１．０〜２．０の範囲としたことを特徴とする。
と同様に、これを大きくすれば、成層燃焼時に成層混合
気を形成し易くなり、成層燃焼性能が向上するが、均質
燃焼時にキャビティ内外の空間不連続により、均質混合
気を形成し難くなるので、これらを両立させる範囲とす
るのである。また、請求項３に係る発明では、Ｈ／Ａ
を、１．０〜２．０の範囲としたことを特徴とする。
【０００９】また、請求項４に係る発明では、ピストン
ストロークをＳとしたとき、Ｂ／Ｓを０．２５以下とし
たことを特徴とする。また、請求項５に係る発明では、
前記キャビティ内の隅部のアールＲを、５〜２０ｍｍの
範囲としたことを特徴とする。また、請求項６に係る発
明では、シリンダ軸方向のピストン中心線とキャビティ
中心線とを含む断面において、前記キャビティ内の点火
栓近傍側の隅部のアールの上側の終端に連ねてストレー
ト部が設けられ、このストレート部の長さＬを、０〜１
０ｍｍの範囲としたことを特徴とする。
ストロークをＳとしたとき、Ｂ／Ｓを０．２５以下とし
たことを特徴とする。また、請求項５に係る発明では、
前記キャビティ内の隅部のアールＲを、５〜２０ｍｍの
範囲としたことを特徴とする。また、請求項６に係る発
明では、シリンダ軸方向のピストン中心線とキャビティ
中心線とを含む断面において、前記キャビティ内の点火
栓近傍側の隅部のアールの上側の終端に連ねてストレー
ト部が設けられ、このストレート部の長さＬを、０〜１
０ｍｍの範囲としたことを特徴とする。
【００１０】また、請求項７に係る発明では、前記スト
レート部の上方へのシリンダ軸線に対する開き角θを、
０〜１５°の範囲としたことを特徴とする。また、請求
項８に係る発明では、シリンダ軸方向のピストン中心線
とキャビティ中心線とを含む断面において、前記キャビ
ティ内の点火栓近傍側の隅部のアールが前記稜線に達す
る点での前記アールの上方へのシリンダ軸線に対する開
き角θ’を、０〜１５°の範囲としたことを特徴とす
る。
レート部の上方へのシリンダ軸線に対する開き角θを、
０〜１５°の範囲としたことを特徴とする。また、請求
項８に係る発明では、シリンダ軸方向のピストン中心線
とキャビティ中心線とを含む断面において、前記キャビ
ティ内の点火栓近傍側の隅部のアールが前記稜線に達す
る点での前記アールの上方へのシリンダ軸線に対する開
き角θ’を、０〜１５°の範囲としたことを特徴とす
る。
【００１１】また、請求項９に係る発明では、前記稜線
の外周側に、ピストンの外周側に向かって連続的に低く
なる傾斜面を形成したことを特徴とする。
の外周側に、ピストンの外周側に向かって連続的に低く
なる傾斜面を形成したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、キャビテ
ィの底面平坦部の深さＡを、３〜９ｍｍの範囲とするこ
とで、成層燃焼性能を確保しつつ、均質燃焼性能を良好
にすることができる。すなわち、キャビティにより成層
燃焼性能を確保する一方、ピストンの凹凸を必要最小限
として、均質燃焼時に、キャビティ内の燃料の留まり
防止、筒内ガス流動の減衰防止、キャビティ内外の
空間不連続によるキャビティ外燃焼悪化防止の効果を
得、また、ピストン表面積低減による冷却損失低減の効
果を得ることができる。
ィの底面平坦部の深さＡを、３〜９ｍｍの範囲とするこ
とで、成層燃焼性能を確保しつつ、均質燃焼性能を良好
にすることができる。すなわち、キャビティにより成層
燃焼性能を確保する一方、ピストンの凹凸を必要最小限
として、均質燃焼時に、キャビティ内の燃料の留まり
防止、筒内ガス流動の減衰防止、キャビティ内外の
空間不連続によるキャビティ外燃焼悪化防止の効果を
得、また、ピストン表面積低減による冷却損失低減の効
果を得ることができる。
【００１３】また、請求項２に係る発明によれば、キャ
ビティの底面平坦部の深さＡと稜線の最上部の高さＨと
の合計値Ｂ＝Ａ＋Ｈを、１０〜２０ｍｍの範囲とするこ
とで、成層燃焼性能を確保しつつ、均質燃焼性能を良好
にすることができる。すなわち、キャビティにより成層
燃焼性能を確保する一方、ピストンの凹凸を必要最小限
として、均質燃焼時に、上記の効果を得ることができ、
更に、ピストンコンプレッションハイト（ピストンピン
中心からピストン最上部までの高さ）を短縮でき、ピス
トン軽量化と、首振り防止による音振性能向上という効
果を得ることができる。
ビティの底面平坦部の深さＡと稜線の最上部の高さＨと
の合計値Ｂ＝Ａ＋Ｈを、１０〜２０ｍｍの範囲とするこ
とで、成層燃焼性能を確保しつつ、均質燃焼性能を良好
にすることができる。すなわち、キャビティにより成層
燃焼性能を確保する一方、ピストンの凹凸を必要最小限
として、均質燃焼時に、上記の効果を得ることができ、
更に、ピストンコンプレッションハイト（ピストンピン
中心からピストン最上部までの高さ）を短縮でき、ピス
トン軽量化と、首振り防止による音振性能向上という効
果を得ることができる。
【００１４】また、請求項３に係る発明によれば、Ｈ／
Ａを、１．０〜２．０の範囲とすることで、上記の効果
をより確実なものとすることができる。また、請求項４
に係る発明によれば、ピストンストロークＳに対し、Ｂ
／Ｓを０．２５以下とすることで、ピストンストローク
Ｓにかかわらず最適化して、上記の効果をより確実なも
のとすることができる。
Ａを、１．０〜２．０の範囲とすることで、上記の効果
をより確実なものとすることができる。また、請求項４
に係る発明によれば、ピストンストロークＳに対し、Ｂ
／Ｓを０．２５以下とすることで、ピストンストローク
Ｓにかかわらず最適化して、上記の効果をより確実なも
のとすることができる。
【００１５】また、請求項５に係る発明によれば、キャ
ビティ内の隅部のアールＲを、５〜２０ｍｍの範囲とす
ることで、成層燃焼時にキャビティ内の燃料を点火栓側
へ指向させて確実に輸送する効果を最適化できる。ま
た、請求項６に係る発明によれば、キャビティ内の点火
栓近傍側の隅部のアールの上側の終端に連なるストレー
ト部の長さＬを、０〜１０ｍｍの範囲とすることで、成
層燃焼時にキャビティ内の燃料を点火栓側へ指向させて
確実に輸送する効果を更に最適化できる。
ビティ内の隅部のアールＲを、５〜２０ｍｍの範囲とす
ることで、成層燃焼時にキャビティ内の燃料を点火栓側
へ指向させて確実に輸送する効果を最適化できる。ま
た、請求項６に係る発明によれば、キャビティ内の点火
栓近傍側の隅部のアールの上側の終端に連なるストレー
ト部の長さＬを、０〜１０ｍｍの範囲とすることで、成
層燃焼時にキャビティ内の燃料を点火栓側へ指向させて
確実に輸送する効果を更に最適化できる。
【００１６】また、請求項７に係る発明によれば、スト
レート部の上方への開き角θを、０〜１５°の範囲とす
ることで、成層燃焼時にキャビティ内の燃料を点火栓側
へ指向させて確実に輸送する効果を更に最適化できる。
また、このθをマイナス値としないので、生産時形状形
成が容易である。また、請求項８に係る発明によれば、
キャビティ内の点火栓近傍側の隅部のアールが稜線に達
する点でのアールの上方への開き角θ’を、０〜１５°
の範囲とすることで、成層燃焼時にキャビティ内の燃料
を点火栓側へ指向させて確実に輸送する効果を更に最適
化できる。また、このθ’をマイナス値としないので、
生産時形状形成が容易である。
レート部の上方への開き角θを、０〜１５°の範囲とす
ることで、成層燃焼時にキャビティ内の燃料を点火栓側
へ指向させて確実に輸送する効果を更に最適化できる。
また、このθをマイナス値としないので、生産時形状形
成が容易である。また、請求項８に係る発明によれば、
キャビティ内の点火栓近傍側の隅部のアールが稜線に達
する点でのアールの上方への開き角θ’を、０〜１５°
の範囲とすることで、成層燃焼時にキャビティ内の燃料
を点火栓側へ指向させて確実に輸送する効果を更に最適
化できる。また、このθ’をマイナス値としないので、
生産時形状形成が容易である。
【００１７】また、請求項９に係る発明によれば、ピス
トン冠面のキャビティを囲む稜線の外周側に、平坦部を
設けることなく、ピストンの外周部に向かって連続的に
低くなる傾斜面を形成したので、均質燃焼時に、キャビ
ティ内と外との間でのガス流動を確保できて、混合気の
均質化を促進できると共に、ピストン表面積を低減し
て、冷却損失を低減できる。
トン冠面のキャビティを囲む稜線の外周側に、平坦部を
設けることなく、ピストンの外周部に向かって連続的に
低くなる傾斜面を形成したので、均質燃焼時に、キャビ
ティ内と外との間でのガス流動を確保できて、混合気の
均質化を促進できると共に、ピストン表面積を低減し
て、冷却損失を低減できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の一形態を示
すピストン冠面の斜視図である。図２にはピストンの平
面図とそのＡ−Ａ及びＢ−Ｂ断面図とを示している。ま
た、図３は図２のＡ−Ａ断面に相当する図で、燃料噴射
弁及び点火栓の位置関係を示している。
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の一形態を示
すピストン冠面の斜視図である。図２にはピストンの平
面図とそのＡ−Ａ及びＢ−Ｂ断面図とを示している。ま
た、図３は図２のＡ−Ａ断面に相当する図で、燃料噴射
弁及び点火栓の位置関係を示している。
【００１９】ピストン１の冠面は、最外周側に環状の基
準平面２を残して、傾斜面３により、円錐状に隆起さ
せ、その隆起させた部分に、ピストンの中心ＰＣに対し
吸気バルブ側にオフセットした位置ＣＣを中心にして、
凹状（皿状）のキャビティ４を形成してある。４ａはキ
ャビティ４の底面平坦部である。言い換えれば、キャビ
ティ４を囲む稜線５の外周側に、平坦部を設けることな
く、ピストン１の外周部に向かって連続的に低くなる傾
斜面３を形成してあり、この傾斜面３は１つの円錐面で
形成してある。
準平面２を残して、傾斜面３により、円錐状に隆起さ
せ、その隆起させた部分に、ピストンの中心ＰＣに対し
吸気バルブ側にオフセットした位置ＣＣを中心にして、
凹状（皿状）のキャビティ４を形成してある。４ａはキ
ャビティ４の底面平坦部である。言い換えれば、キャビ
ティ４を囲む稜線５の外周側に、平坦部を設けることな
く、ピストン１の外周部に向かって連続的に低くなる傾
斜面３を形成してあり、この傾斜面３は１つの円錐面で
形成してある。
【００２０】最外周側の環状の基準平面２は最小限の幅
（１．５〜２．０ｍｍ程度）を持たせ、生産加工時に基
準面として用いる。また、キャビティ４のピストン中心
側の周縁部の稜線５の外周側には、前記傾斜面３より緩
傾斜の緩傾斜面６を設けて、ピストン１の最高部の高さ
を抑えてある。
（１．５〜２．０ｍｍ程度）を持たせ、生産加工時に基
準面として用いる。また、キャビティ４のピストン中心
側の周縁部の稜線５の外周側には、前記傾斜面３より緩
傾斜の緩傾斜面６を設けて、ピストン１の最高部の高さ
を抑えてある。
【００２１】ここで、キャビティ４と燃料噴射弁及び点
火栓との位置関係は、図３に示すようであり、シリンダ
ヘッド１０に吸気バルブ１１側（吸気バルブ１１より燃
焼室外周側）からキャビティ４内を指向するように燃料
噴射弁１２を配置すると共に、キャビティ４内のピスト
ン中心側の周縁部の上方に点火栓１３を配置してある。
１４は排気バルブである。
火栓との位置関係は、図３に示すようであり、シリンダ
ヘッド１０に吸気バルブ１１側（吸気バルブ１１より燃
焼室外周側）からキャビティ４内を指向するように燃料
噴射弁１２を配置すると共に、キャビティ４内のピスト
ン中心側の周縁部の上方に点火栓１３を配置してある。
１４は排気バルブである。
【００２２】尚、この例では省略したが、稜線５の一部
を切り欠いて、吸気バルブ１１（又は排気バルブ１４）
を逃げるバルブリセスを形成するようにし、バルブタイ
ミングあるいは圧縮比の要求に応えるようにしてもよ
い。また、キャビティ４内の隅部には、アールＲが設け
られが、図４又は図５に、図２中のＡ−Ａ断面の拡大図
を示している。
を切り欠いて、吸気バルブ１１（又は排気バルブ１４）
を逃げるバルブリセスを形成するようにし、バルブタイ
ミングあるいは圧縮比の要求に応えるようにしてもよ
い。また、キャビティ４内の隅部には、アールＲが設け
られが、図４又は図５に、図２中のＡ−Ａ断面の拡大図
を示している。
【００２３】図４の例では、シリンダ軸方向のピストン
中心線とキャビティ中心線とを含む断面（図２中のＡ−
Ａ断面）において、このアールＲの上側の終端に連ねて
長さＬのストレート部４ｂが設けられ、このストレート
部４ｂは所定の開き角θを有している。図５の例では、
シリンダ軸方向のピストン中心線とキャビティ中心線と
を含む断面（図２中のＡ−Ａ断面）において、アールＲ
が終端に達する前に、稜線５に達し、従って、ストレー
ト部はなく（前記Ｌがマイナス値）、アールＲ自体が所
定の開き角θ’を有している。
中心線とキャビティ中心線とを含む断面（図２中のＡ−
Ａ断面）において、このアールＲの上側の終端に連ねて
長さＬのストレート部４ｂが設けられ、このストレート
部４ｂは所定の開き角θを有している。図５の例では、
シリンダ軸方向のピストン中心線とキャビティ中心線と
を含む断面（図２中のＡ−Ａ断面）において、アールＲ
が終端に達する前に、稜線５に達し、従って、ストレー
ト部はなく（前記Ｌがマイナス値）、アールＲ自体が所
定の開き角θ’を有している。
【００２４】このようなピストン１において、ピストン
冠面の最外周部の平坦な基準平面２からの、キャビティ
４の底面平坦部４ａの深さＡは、３〜９ｍｍの範囲とす
る。図６は、横軸を深さＡとして、縦軸に均質燃焼時の
軸トルク（実線示）及び成層燃焼時の燃費（点線示）を
とったグラフであり、Ａ＝３〜９ｍｍの範囲で、均質燃
焼時の軸トルクと成層燃焼時の燃費とを両立できること
を示している。
冠面の最外周部の平坦な基準平面２からの、キャビティ
４の底面平坦部４ａの深さＡは、３〜９ｍｍの範囲とす
る。図６は、横軸を深さＡとして、縦軸に均質燃焼時の
軸トルク（実線示）及び成層燃焼時の燃費（点線示）を
とったグラフであり、Ａ＝３〜９ｍｍの範囲で、均質燃
焼時の軸トルクと成層燃焼時の燃費とを両立できること
を示している。
【００２５】すなわち、深さＡを大きくすれば、成層燃
焼時にキャビティ４内の燃料保持性を向上させて成層混
合気を形成し易くなり、成層燃焼性能が向上するが、均
質燃焼時にキャビティ４内外の空間不連続により、燃焼
室全体に均質混合気を形成し難くなるので、これらを両
立させる範囲とするのである。また、ピストン冠面の最
外周部の平坦な基準平面２からの、キャビティ４の底面
平坦部４ａの深さをＡ、前記基準平面２からの、稜線５
の最上部の高さをＨとしたとき、これらの合計値（合計
深さ）Ｂ＝Ａ＋Ｈは、１０〜２０ｍｍの範囲とする。
焼時にキャビティ４内の燃料保持性を向上させて成層混
合気を形成し易くなり、成層燃焼性能が向上するが、均
質燃焼時にキャビティ４内外の空間不連続により、燃焼
室全体に均質混合気を形成し難くなるので、これらを両
立させる範囲とするのである。また、ピストン冠面の最
外周部の平坦な基準平面２からの、キャビティ４の底面
平坦部４ａの深さをＡ、前記基準平面２からの、稜線５
の最上部の高さをＨとしたとき、これらの合計値（合計
深さ）Ｂ＝Ａ＋Ｈは、１０〜２０ｍｍの範囲とする。
【００２６】図７は、横軸を合計深さＢ＝Ａ＋Ｈとし
て、縦軸に均質燃焼時の軸トルク及び成層燃焼時の燃費
をとったグラフであり、Ｂ＝１０〜２０ｍｍの範囲で、
均質燃焼時の軸トルクと成層燃焼時の燃費とを両立でき
ることを示している。すなわち、深さＡと同様に、合計
深さＢを大きくすれば、成層燃焼時にキャビティ４内に
成層混合気を形成し易くなり、成層燃焼性能が向上する
が、均質燃焼時にキャビティ４内外の空間不連続によ
り、均質混合気を形成し難くなるので、これらを両立さ
せる範囲とするのである。
て、縦軸に均質燃焼時の軸トルク及び成層燃焼時の燃費
をとったグラフであり、Ｂ＝１０〜２０ｍｍの範囲で、
均質燃焼時の軸トルクと成層燃焼時の燃費とを両立でき
ることを示している。すなわち、深さＡと同様に、合計
深さＢを大きくすれば、成層燃焼時にキャビティ４内に
成層混合気を形成し易くなり、成層燃焼性能が向上する
が、均質燃焼時にキャビティ４内外の空間不連続によ
り、均質混合気を形成し難くなるので、これらを両立さ
せる範囲とするのである。
【００２７】また、Ｈ／Ａ（合計深さＢにおけるＨとＡ
との比）は、１．０〜２．０の範囲とする。これは、図
６及び図７より、均質燃焼時の軸トルクと成層燃焼時の
燃費とを両立させることができる範囲である。また、ピ
ストンストロークＳに対する合計深さＢの比Ｂ／Ｓは、
０．２５以下とする。
との比）は、１．０〜２．０の範囲とする。これは、図
６及び図７より、均質燃焼時の軸トルクと成層燃焼時の
燃費とを両立させることができる範囲である。また、ピ
ストンストロークＳに対する合計深さＢの比Ｂ／Ｓは、
０．２５以下とする。
【００２８】図８は、横軸をＢ／Ｓとして、縦軸に均質
燃焼時の軸トルク及び成層燃焼時の燃費をとったグラフ
であり、Ｂ／Ｓ≦０．２５の範囲で、均質燃焼時の軸ト
ルクと成層燃焼時の燃費とを両立できることを示してい
る。ピストンストロークＳが小さい場合に、合計深さが
Ｂが大きいと、特に均質空燃比での燃焼性能が悪化し、
スモーク性能に悪影響を及ぼすので、ピストンストロー
クＳに対応させて、合計深さＢを小さくして、燃焼性能
を確保する必要があるからである。
燃焼時の軸トルク及び成層燃焼時の燃費をとったグラフ
であり、Ｂ／Ｓ≦０．２５の範囲で、均質燃焼時の軸ト
ルクと成層燃焼時の燃費とを両立できることを示してい
る。ピストンストロークＳが小さい場合に、合計深さが
Ｂが大きいと、特に均質空燃比での燃焼性能が悪化し、
スモーク性能に悪影響を及ぼすので、ピストンストロー
クＳに対応させて、合計深さＢを小さくして、燃焼性能
を確保する必要があるからである。
【００２９】尚、前記深さＡ及び前記高さＨに関し、例
えば図１２に示すように、ピストン冠面の最外周部に平
坦な基準平面を有しないピストンについては、ピストン
冠面とピストン側面との交点Ｑを基準として、これらを
計測する。また、キャビティ４内の隅部のアールＲは、
５〜２０ｍｍの範囲とする。図９は、横軸をＲとして、
縦軸に均質燃焼時の軸トルク及び成層燃焼時の燃費をと
ったグラフであり、Ｒ＝５〜２０ｍｍの範囲で、均質燃
焼時の軸トルクと成層燃焼時の燃費とを両立できること
を示している。
えば図１２に示すように、ピストン冠面の最外周部に平
坦な基準平面を有しないピストンについては、ピストン
冠面とピストン側面との交点Ｑを基準として、これらを
計測する。また、キャビティ４内の隅部のアールＲは、
５〜２０ｍｍの範囲とする。図９は、横軸をＲとして、
縦軸に均質燃焼時の軸トルク及び成層燃焼時の燃費をと
ったグラフであり、Ｒ＝５〜２０ｍｍの範囲で、均質燃
焼時の軸トルクと成層燃焼時の燃費とを両立できること
を示している。
【００３０】アールＲにより、成層燃焼時に成層混合気
をスムーズに点火栓１３近傍に輸送する一方、均質燃焼
時にキャビティ４内外をスムーズに混合気が流れるよう
にするのであり、アールＲが小さ過ぎると、その役目を
果たせず、アールＲが大き過ぎても、成層混合気がキャ
ビティ外へ誘導され、点火栓１３への輸送が良好になさ
れないからである。
をスムーズに点火栓１３近傍に輸送する一方、均質燃焼
時にキャビティ４内外をスムーズに混合気が流れるよう
にするのであり、アールＲが小さ過ぎると、その役目を
果たせず、アールＲが大き過ぎても、成層混合気がキャ
ビティ外へ誘導され、点火栓１３への輸送が良好になさ
れないからである。
【００３１】また、図４に示すように、ピストン中心線
とキャビティ中心線とを含む断面において、キャビティ
４内の点火栓近傍側（ピストン中心線側）の隅部のアー
ルＲの上側の終端に連ねてストレート部４ｂが設けられ
る場合、このストレート部４ｂの長さＬは、０〜１０ｍ
ｍの範囲とする。図１０は、横軸をＬとして、縦軸に均
質燃焼時の軸トルク及び成層燃焼時の燃費をとったグラ
フであり、Ｌ＝０〜１０ｍｍ（マイナス値を含めれば、
−２〜１０ｍｍ）の範囲で、均質燃焼時の軸トルクと成
層燃焼時の燃費とを両立できることを示している。
とキャビティ中心線とを含む断面において、キャビティ
４内の点火栓近傍側（ピストン中心線側）の隅部のアー
ルＲの上側の終端に連ねてストレート部４ｂが設けられ
る場合、このストレート部４ｂの長さＬは、０〜１０ｍ
ｍの範囲とする。図１０は、横軸をＬとして、縦軸に均
質燃焼時の軸トルク及び成層燃焼時の燃費をとったグラ
フであり、Ｌ＝０〜１０ｍｍ（マイナス値を含めれば、
−２〜１０ｍｍ）の範囲で、均質燃焼時の軸トルクと成
層燃焼時の燃費とを両立できることを示している。
【００３２】また、このストレート部４ｂの開き角θ
は、０〜１５°の範囲とする。図１１は、横軸をθとし
て、縦軸に均質燃焼時の軸トルク及び成層燃焼時の燃費
をとったグラフであり、θ＝０〜１５°の範囲で、均質
燃焼時の軸トルクと成層燃焼時の燃費とを両立できるこ
とを示している。また、このθをマイナス値としないの
で、生産時形状形成が容易である。
は、０〜１５°の範囲とする。図１１は、横軸をθとし
て、縦軸に均質燃焼時の軸トルク及び成層燃焼時の燃費
をとったグラフであり、θ＝０〜１５°の範囲で、均質
燃焼時の軸トルクと成層燃焼時の燃費とを両立できるこ
とを示している。また、このθをマイナス値としないの
で、生産時形状形成が容易である。
【００３３】また、前記ストレート部４ｂがない場合
（Ｌがマイナス値の場合）は、図５に示すように、ピス
トン中心線とキャビティ中心線とを含む断面において、
キャビティ４内の点火栓近傍側（ピストン中心線側）の
隅部のアールＲが稜線５に達する点での前記アールの開
き角θ’を、０〜１５°の範囲とする。このθ’による
均質燃焼時の軸トルク及び成層燃焼時の燃費は、図１１
のθの場合と同様であり、θ’＝０〜１５°の範囲で、
均質燃焼時の軸トルクと成層燃焼時の燃費とを両立させ
ることができ、また、このθ’をマイナス値としないの
で、生産時形状形成が容易である。
（Ｌがマイナス値の場合）は、図５に示すように、ピス
トン中心線とキャビティ中心線とを含む断面において、
キャビティ４内の点火栓近傍側（ピストン中心線側）の
隅部のアールＲが稜線５に達する点での前記アールの開
き角θ’を、０〜１５°の範囲とする。このθ’による
均質燃焼時の軸トルク及び成層燃焼時の燃費は、図１１
のθの場合と同様であり、θ’＝０〜１５°の範囲で、
均質燃焼時の軸トルクと成層燃焼時の燃費とを両立させ
ることができ、また、このθ’をマイナス値としないの
で、生産時形状形成が容易である。
【００３４】また、この実施形態では、ピストン１冠面
のキャビティ４を囲む稜線５の外周側に、平坦部を設け
ることなく、ピストン１の外周部に向かって連続的に低
くなる傾斜面３を形成したので、均質燃焼時に、キャビ
ティ４内と外との間のガス流動を確保でき、混合気の均
質化を促進できる。また、平坦部を設けないので、ピス
トン１の表面積を低減でき、冷却損失を低減できる。
のキャビティ４を囲む稜線５の外周側に、平坦部を設け
ることなく、ピストン１の外周部に向かって連続的に低
くなる傾斜面３を形成したので、均質燃焼時に、キャビ
ティ４内と外との間のガス流動を確保でき、混合気の均
質化を促進できる。また、平坦部を設けないので、ピス
トン１の表面積を低減でき、冷却損失を低減できる。
【００３５】更に、キャビティ位置については燃料噴射
弁寄りに偏在する例を基に本発明の効果を述べたが、キ
ャビティ中心が平面視においてほぼシリンダの中心付近
にある場合でも同様の効果が得られるものである。
弁寄りに偏在する例を基に本発明の効果を述べたが、キ
ャビティ中心が平面視においてほぼシリンダの中心付近
にある場合でも同様の効果が得られるものである。
【図１】 本発明の実施の一形態を示すピストン冠面の
斜視図
斜視図
【図２】 同上のピストンの平面図とそのＡ−Ａ及びＢ
−Ｂ断面図
−Ｂ断面図
【図３】 燃料噴射弁及び点火栓の位置関係を示す図
【図４】 図２中のＡ−Ａ断面の拡大例１を示す図
【図５】 図２中のＡ−Ａ断面の拡大例２を示す図
【図６】 深さＡの適正範囲を示す図
【図７】 合計深さＢの適正範囲を示す図
【図８】 Ｂ／Ｓの適正範囲を示す図
【図９】 Ｒの適正範囲を示す図
【図10】 Ｌの適正範囲を示す図
【図11】 θの適正範囲を示す図
【図12】 基準平面を有しないピストン形状例を示す図
１ ピストン ２ 基準平面 ３ 傾斜面（円錐面） ４ キャビティ ４ａ 底面平坦部 ４ｂ ストレート部 ５ 稜線 ６ 緩傾斜面 10 シリンダヘッド 11 吸気バルブ 12 燃料噴射弁 13 点火栓 14 排気バルブ
Claims (9)
- 【請求項１】冠面に凹状でかつ周縁部が隆起して稜線を
なすキャビティを有する直噴火花点火式内燃機関のピス
トンにおいて、 ピストン冠面の最外周部の平坦な基準平面、又はピスト
ン冠面とピストン側面との交点からの、前記キャビティ
の底面平坦部の深さＡを、３〜９ｍｍの範囲としたこと
を特徴とする直噴火花点火式内燃機関のピストン。 - 【請求項２】冠面に凹状でかつ周縁部が隆起して稜線を
なすキャビティを有する直噴火花点火式内燃機関のピス
トンにおいて、 ピストン冠面の最外周部の平坦な基準平面、又はピスト
ン冠面とピストン側面との交点からの、前記キャビティ
の底面平坦部の深さをＡ、前記基準平面又は前記交点か
らの、前記稜線の最上部の高さをＨとしたとき、これら
の合計値Ｂ＝Ａ＋Ｈを、１０〜２０ｍｍの範囲としたこ
とを特徴とする直噴火花点火式内燃機関のピストン。 - 【請求項３】Ｈ／Ａを、１．０〜２．０の範囲としたこ
とを特徴とする請求項２記載の直噴火花点火式内燃機関
のピストン。 - 【請求項４】ピストン冠面の最外周部の平坦な基準平
面、又はピストン冠面とピストン側面との交点からの、
前記キャビティの底面平坦部の深さをＡ、前記基準平面
又は前記交点からの、前記稜線の最上部の高さをＨとし
て、これらの合計値Ｂ＝Ａ＋Ｈとし、また、ピストンス
トロークをＳとしたとき、Ｂ／Ｓを０．２５以下とした
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに
記載の直噴火花点火式内燃機関のピストン。 - 【請求項５】前記キャビティ内の隅部のアールＲを、５
〜２０ｍｍの範囲としたことを特徴とする請求項１〜請
求項５のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関
のピストン。 - 【請求項６】シリンダ軸方向のピストン中心線とキャビ
ティ中心線とを含む断面において、前記キャビティ内の
点火栓近傍側の隅部のアールの上側の終端に連ねてスト
レート部が設けられ、このストレート部の長さＬを、０
〜１０ｍｍの範囲としたことを特徴とする請求項５記載
の直噴火花点火式内燃機関のピストン。 - 【請求項７】前記ストレート部の上方へのシリンダ軸線
に対する開き角θを、０〜１５°の範囲としたことを特
徴とする請求項６記載の直噴火花点火式内燃機関のピス
トン。 - 【請求項８】シリンダ軸方向のピストン中心線とキャビ
ティ中心線とを含む断面において、前記キャビティ内の
点火栓近傍側の隅部のアールが前記稜線に達する点での
前記アールの上方へのシリンダ軸線に対する開き角θ’
を、０〜１５°の範囲としたことを特徴とする請求項５
記載の直噴火花点火式内燃機関のピストン。 - 【請求項９】前記稜線の外周側に、ピストンの外周側に
向かって連続的に低くなる傾斜面を形成したことを特徴
とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の直噴
火花点火式内燃機関のピストン。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9348763A JPH11182336A (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 直噴火花点火式内燃機関のピストン |
| CN98800576XA CN1083528C (zh) | 1997-06-03 | 1998-05-25 | 用于气缸直接喷射火花点火内燃发动机的活塞 |
| DE69817731T DE69817731T2 (de) | 1997-06-03 | 1998-05-25 | Kolben für eine brennkraftmaschine mit direkteinspritzung und fremdzündung |
| PCT/JP1998/002271 WO1998055743A1 (en) | 1997-06-03 | 1998-05-25 | Piston for cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine |
| US09/155,314 US6129070A (en) | 1997-06-03 | 1998-05-25 | Piston for cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine |
| EP98921783A EP0916019B1 (en) | 1997-06-03 | 1998-05-25 | Piston for cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine |
| TW087108307A TW403810B (en) | 1997-06-03 | 1998-05-28 | Piston for cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine |
| MYPI98002377A MY125879A (en) | 1997-06-03 | 1998-05-28 | Piston for cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine |
| KR1019997000908A KR100305299B1 (ko) | 1997-06-03 | 1999-02-02 | 실린더 내 직접 분사 스파크 점화식 내연 기관용 피스톤 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9348763A JPH11182336A (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 直噴火花点火式内燃機関のピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11182336A true JPH11182336A (ja) | 1999-07-06 |
Family
ID=18399205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9348763A Pending JPH11182336A (ja) | 1997-06-03 | 1997-12-18 | 直噴火花点火式内燃機関のピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11182336A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000248944A (ja) * | 1999-03-02 | 2000-09-12 | Toyota Motor Corp | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
| JP2016121564A (ja) * | 2014-12-24 | 2016-07-07 | 三菱自動車工業株式会社 | 筒内噴射式エンジン用ピストン |
| US11015515B2 (en) * | 2018-11-16 | 2021-05-25 | Mazda Motor Corporation | Combustion chamber structure for engine |
-
1997
- 1997-12-18 JP JP9348763A patent/JPH11182336A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000248944A (ja) * | 1999-03-02 | 2000-09-12 | Toyota Motor Corp | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
| JP2016121564A (ja) * | 2014-12-24 | 2016-07-07 | 三菱自動車工業株式会社 | 筒内噴射式エンジン用ピストン |
| US11015515B2 (en) * | 2018-11-16 | 2021-05-25 | Mazda Motor Corporation | Combustion chamber structure for engine |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050913 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060620 |