JPH11182337A - 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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- JPH11182337A JPH11182337A JP9348764A JP34876497A JPH11182337A JP H11182337 A JPH11182337 A JP H11182337A JP 9348764 A JP9348764 A JP 9348764A JP 34876497 A JP34876497 A JP 34876497A JP H11182337 A JPH11182337 A JP H11182337A
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- combustion engine
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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
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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
- 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
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- 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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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (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を有している。ここ
で、前記稜線５の外周側に、平坦部を設けることなく、
ピストンの外周側に向かって連続的に低くなる傾斜面３
を形成する。そして、この傾斜面３の水平面に対する角
度θを、１０〜６０°の範囲とする。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。
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を有している。ここ
で、前記稜線５の外周側に、平坦部を設けることなく、
ピストンの外周側に向かって連続的に低くなる傾斜面３
を形成する。そして、この傾斜面３の水平面に対する角
度θを、１０〜６０°の範囲とする。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。
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、圧縮
行程にてこのキャビティ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、圧縮
行程にてこのキャビティ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、従来の
直噴火花点火式内燃機関のピストンにおいては、キャビ
ティを囲む稜線の外周側、特にピストンの中心より吸気
バルブ側にオフセットして設けられているキャビティの
左右（クロスフロー方向と直角な方向にある部分）の稜
線の外周側に、平坦部を設け、この平坦部の外側に傾斜
面を設けていたため（前記公報の図７、図１１等参
照）、この平坦部の部分が燃焼室全体から見ると、キャ
ビティ内と外との間に位置する凸壁となり、吸気行程噴
射による均質燃焼を行う場合に、燃焼性能を悪化させる
という問題点があった。
直噴火花点火式内燃機関のピストンにおいては、キャビ
ティを囲む稜線の外周側、特にピストンの中心より吸気
バルブ側にオフセットして設けられているキャビティの
左右（クロスフロー方向と直角な方向にある部分）の稜
線の外周側に、平坦部を設け、この平坦部の外側に傾斜
面を設けていたため（前記公報の図７、図１１等参
照）、この平坦部の部分が燃焼室全体から見ると、キャ
ビティ内と外との間に位置する凸壁となり、吸気行程噴
射による均質燃焼を行う場合に、燃焼性能を悪化させる
という問題点があった。
【０００５】すなわち、均質燃焼を行う場合に、凸壁に
より、キャビティ内に燃料噴霧が留まってしまうた
め、混合気が偏在し、均質混合気を形成できない。筒
内ガス流動が阻害されるため、燃料噴霧が気化せず、混
合気の均質化が不十分となる。燃焼中、キャビティ内
と外との空間不連続により、キャビティ外側が良好に燃
焼しない。これらにより、均質燃焼性能が悪化する。
より、キャビティ内に燃料噴霧が留まってしまうた
め、混合気が偏在し、均質混合気を形成できない。筒
内ガス流動が阻害されるため、燃料噴霧が気化せず、混
合気の均質化が不十分となる。燃焼中、キャビティ内
と外との空間不連続により、キャビティ外側が良好に燃
焼しない。これらにより、均質燃焼性能が悪化する。
【０００６】また、傾斜面の角度等についても、キャビ
ティによる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
だ解明されていないのが現状である。本発明は、このよ
うな現状に鑑み、ピストンの冠面形状を最適化すること
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。
ティによる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
だ解明されていないのが現状である。本発明は、このよ
うな現状に鑑み、ピストンの冠面形状を最適化すること
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。
【０００７】
【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、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、前記稜線の外周側又は該稜線の少なくと
も一部分を除く外周側に、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、且つ、この傾斜面の
水平面に対する角度θを、１０〜６０°の範囲としたこ
とを特徴とする。
る発明では、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、前記稜線の外周側又は該稜線の少なくと
も一部分を除く外周側に、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、且つ、この傾斜面の
水平面に対する角度θを、１０〜６０°の範囲としたこ
とを特徴とする。
【０００８】請求項２に係る発明では、前記傾斜面を１
つの円錐面で形成したことを特徴とする。請求項３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。
つの円錐面で形成したことを特徴とする。請求項３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。
【０００９】請求項４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。
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。
【００１０】請求項５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。請求項６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。請求項７
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。
０〜２．０の範囲としたことを特徴とする。請求項６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。請求項７
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。
【００１１】請求項８に係る発明では、前記キャビティ
は、その中心をピストンの中心に対し吸気バルブ側にオ
フセットして形成され、吸気バルブ側からキャビティ内
を指向するように燃料噴射弁が配置されると共に、キャ
ビティ内のピストン中心側の周縁部の上方に点火栓が配
置されることを特徴とする。請求項９に係る発明では、
前記キャビティのピストン中心側の周縁部の稜線の外周
側に、前記傾斜面より緩傾斜の緩傾斜面を設けたことを
特徴とする。
は、その中心をピストンの中心に対し吸気バルブ側にオ
フセットして形成され、吸気バルブ側からキャビティ内
を指向するように燃料噴射弁が配置されると共に、キャ
ビティ内のピストン中心側の周縁部の上方に点火栓が配
置されることを特徴とする。請求項９に係る発明では、
前記キャビティのピストン中心側の周縁部の稜線の外周
側に、前記傾斜面より緩傾斜の緩傾斜面を設けたことを
特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、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、且つ、この傾斜面の角度を１０〜
６０°の範囲に最適化したので、キャビティにより成層
燃焼性能を確保する一方、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
損失を低減できるという効果が得られる。
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、且つ、この傾斜面の角度を１０〜
６０°の範囲に最適化したので、キャビティにより成層
燃焼性能を確保する一方、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
損失を低減できるという効果が得られる。
【００１３】請求項２に係る発明によれば、前記傾斜面
を１つの円錐面で形成するので、生産加工が容易とな
る。請求項３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。
を１つの円錐面で形成するので、生産加工が容易とな
る。請求項３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。
【００１４】また、請求項４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。
【００１５】また、請求項５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６
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６
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。
【００１６】また、請求項７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し得る。ま
た、請求項８に係る発明によれば、キャビティの位置を
オフセットして、燃料噴射弁及び点火栓との位置関係を
最適化することができる。
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し得る。ま
た、請求項８に係る発明によれば、キャビティの位置を
オフセットして、燃料噴射弁及び点火栓との位置関係を
最適化することができる。
【００１７】また、請求項９に係る発明によれば、キャ
ビティのピストン中心側の周縁部の稜線の外周側に、前
記傾斜面より緩傾斜の緩傾斜面を設けたので、連続的な
傾斜を確保しつつ、ピストンコンプレッションハイトを
短縮することができる。
ビティのピストン中心側の周縁部の稜線の外周側に、前
記傾斜面より緩傾斜の緩傾斜面を設けたので、連続的な
傾斜を確保しつつ、ピストンコンプレッションハイトを
短縮することができる。
【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。上記のように、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、キャビティ４により成層燃焼性能を確保で
きる一方、均質燃焼時に、キャビティ４内と外との間で
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。よって、均質燃焼性能
を向上できるのである。
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。上記のように、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、キャビティ４により成層燃焼性能を確保で
きる一方、均質燃焼時に、キャビティ４内と外との間で
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。よって、均質燃焼性能
を向上できるのである。
【００２３】ここにおいて、前記傾斜面３の水平面（基
準平面２と平行）に対する角度θは、１０〜６０°の範
囲（望ましくは、１５〜４５°の範囲）とする。図４
は、横軸を傾斜面角度θ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、θ＝１０〜６０°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。
準平面２と平行）に対する角度θは、１０〜６０°の範
囲（望ましくは、１５〜４５°の範囲）とする。図４
は、横軸を傾斜面角度θ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、θ＝１０〜６０°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。
【００２４】但し、傾斜面角度θが大きくなると、ピス
トンコンプレッションハイトが高くなるので、同じ燃焼
性能であれば、前記範囲内でできるだけ小さく設定する
のが好ましく、また、後述するキャビティ４の深さ等の
最適化をも考慮して、前記範囲内で設定する。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Ａは、３〜９ｍｍの範
囲とする。
トンコンプレッションハイトが高くなるので、同じ燃焼
性能であれば、前記範囲内でできるだけ小さく設定する
のが好ましく、また、後述するキャビティ４の深さ等の
最適化をも考慮して、前記範囲内で設定する。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Ａは、３〜９ｍｍの範
囲とする。
【００２５】図５は、横軸を深さＡ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、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。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。
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、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。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。
【００２６】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。図６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。
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。図６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。
【００２７】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。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。
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。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。
【００２８】これは、図５及び図６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。図７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。
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。図７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。
【００２９】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、燃焼性能が悪化するので、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。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８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。
計深さがＢが大きいと、燃焼性能が悪化するので、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。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８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、成層混合気の点火
栓１３への輸送が良好になされないからである。尚、前
記深さＡ及び前記高さＨに関し、例えば図９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。
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、成層混合気の点火
栓１３への輸送が良好になされないからである。尚、前
記深さＡ及び前記高さＨに関し、例えば図９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。
【００３１】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】 傾斜面角度θの適正範囲を示す図
【図５】 深さＡの適正範囲を示す図
【図６】 合計深さＢの適正範囲を示す図
【図７】 Ｂ／Ｓの適正範囲を示す図
【図８】 Ｒの適正範囲を示す図
【図９】 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 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、 前記稜線の外周側又は該稜線の少なくとも一部分を除く
外周側に、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、且つ、この傾斜面の水平面に対する
角度θを、１０〜６０°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】前記傾斜面を１つの円錐面で形成したこと
を特徴とする請求項１記載の直噴火花点火式内燃機関の
ピストン。 - 【請求項３】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請求項１又は請求項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
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】Ｈ／Ａを、１．０〜２．０の範囲としたこ
とを特徴とする請求項４記載の直噴火花点火式内燃機関
のピストン。 - 【請求項６】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７】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６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８】前記キャビティは、そ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形成され、吸
気バルブ側からキャビティ内を指向するように燃料噴射
弁が配置されると共に、キャビティ内のピストン中心側
の周縁部の上方に点火栓が配置されることを特徴とする
請求項１〜請求項７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９】前記キャビティのピストン中心側の周縁部
の稜線の外周側に、前記傾斜面より緩傾斜の緩傾斜面を
設けたことを特徴とする請求項８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 |
|---|---|---|---|
| JP9348764A JPH11182337A (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 直噴火花点火式内燃機関のピストン |
| DE69817731T DE69817731T2 (de) | 1997-06-03 | 1998-05-25 | Kolben für eine brennkraftmaschine mit direkteinspritzung und fremdzündung |
| 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 |
| 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 |
| PCT/JP1998/002271 WO1998055743A1 (en) | 1997-06-03 | 1998-05-25 | 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 |
| TW087108307A TW403810B (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 |
|---|---|---|---|
| JP9348764A JPH11182337A (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 直噴火花点火式内燃機関のピストン |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006032356A Division JP4222374B2 (ja) | 2006-02-09 | 2006-02-09 | 直噴火花点火式内燃機関のピストン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11182337A true JPH11182337A (ja) | 1999-07-06 |
Family
ID=18399212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9348764A Pending JPH11182337A (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) | JPH11182337A (ja) |
-
1997
- 1997-12-18 JP JP9348764A patent/JPH11182337A/ja active Pending
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|
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|
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| A521 | Written amendment |
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