WO2011135720A1 - エンジンのピストン - Google Patents

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WO2011135720A1
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combustion chamber
piston
dead center
top dead
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French (fr)
Inventor
能川真一郎
奥村大地
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/26—Pistons  having combustion chamber in piston head
    • 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
    • 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
    • F02B2023/106—Tumble flow, i.e. the axis of rotation of the main charge flow motion is horizontal
    • 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
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/48—Tumble motion in gas movement in cylinder
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an engine piston, and more particularly to an engine piston for a multi-cylinder engine in which a swirling airflow is generated in a combustion chamber.
  • Patent Document 1 discloses a technique that is considered to be related to the present invention in that it is a technique related to an engine that generates a tumble flow.
  • Patent Document 2 or 3 discloses a technique that discloses a structure that is considered to be related to the present invention for a piston.
  • JP 2007-46457 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-2000946 Japanese Utility Model Publication No. 05-38342
  • the temperature of the wall portion formed between the cylinders is particularly likely to rise due to the structure.
  • the temperature of the wall portion formed between the cylinders shown in (a) is compared with the temperature of the cylinder wall portion formed on the engine intake side shown in (b). High in all engine operating conditions. Further, when the engine operating state changes from the low rotation and low load operation region to the high rotation and high load operation region, the temperature shown in (a) is larger than the temperature shown in (b). It is getting higher.
  • the temperature rise of the wall portion formed between the cylinders may cause abnormal consumption of engine oil, and there is a concern that this may occur during high-speed high-load operation particularly in an engine that performs high-speed combustion.
  • Such a temperature rise has a problem in that it may hinder the improvement of fuel consumption, particularly in an engine that performs high-speed combustion to improve fuel consumption.
  • an object of the present invention is to provide an engine piston capable of suitably suppressing a temperature rise of a wall portion formed between cylinders of a multi-cylinder engine.
  • the present invention for solving the above-described problems is used in a multi-cylinder engine in which a swirling airflow is generated in a combustion chamber, and a top ring groove and an upper surface outer peripheral portion at a position facing an adjacent cylinder in the multi-cylinder engine.
  • a swirling airflow is generated in a combustion chamber, and a top ring groove and an upper surface outer peripheral portion at a position facing an adjacent cylinder in the multi-cylinder engine.
  • the combustion chamber at the position facing the top ring groove at the top dead center until at least the position where the amount of heat transfer in the combustion chamber exceeds the maximum after the compression stroke top dead center. And a portion formed into a raised shape so as not to expose the bore wall surface.
  • the swirling airflow is a tumble flow
  • the compression stroke is performed at least after the compression stroke top dead center until the heat transfer amount in the combustion chamber exceeds the highest position.
  • the crank angle is between the compression stroke top dead center and a predetermined angle included in the range of 30 ° to 50 °.
  • the temperature rise of the wall portion formed between the cylinders of the multi-cylinder engine can be suitably suppressed.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the engine piston taken along line AA in FIG. 3. It is explanatory drawing about the piston of an engine. It is a figure which shows the movement amount of the heat
  • An engine 50 shown in FIGS. 1 and 2 is an in-line four-cylinder multi-cylinder engine.
  • a piston hereinafter simply referred to as a piston
  • the cylinder block 51 is formed with a plurality of (here, four) cylinders 51a and a water jacket 51b.
  • a wall portion 51c is formed between adjacent cylinders among the plurality of cylinders 51a.
  • the piston 1 is accommodated in the cylinder 51a.
  • a cylinder head 52 is fixed to the upper surface of the cylinder block 51.
  • the combustion chamber 53 is formed as a space surrounded by the piston 1, the cylinder block 51 and the cylinder head 52.
  • the cylinder head 52 has an intake port 52a and an exhaust port 52b.
  • the intake port 52 a guides the intake air S to the combustion chamber 53, and the exhaust port 52 b exhausts the gas in the combustion chamber 53.
  • the intake port 52 a serves as an intake introduction means for introducing intake air so as to generate a swirling air flow in the combustion chamber 53, and the intake air S introduced into the combustion chamber 53 forms a tumble flow T.
  • a tumble flow having a high tumble ratio with a tumble ratio (the number of times the tumble flow T rotates while the piston 1 reciprocates once) is approximately 2.0 is generated as the tumble flow T.
  • the cylinder head 52 is provided with intake and exhaust valves 55 and 56 for opening and closing these intake and exhaust ports 52a and 52b.
  • the cylinder head 52 is provided with a spark plug 57 with an electrode protruding substantially at the center of the upper portion of the combustion chamber 53.
  • the piston 1 includes a cavity 2 for guiding the tumble flow T on the upper surface.
  • the cavity 2 is provided in the combustion chamber 53 so as to guide the tumble flow T along the direction connecting the intake side and the exhaust side.
  • a plurality (three in this case) of ring grooves are formed on the outer periphery of the piston 1.
  • the ring groove provided at the position closest to the upper surface is the top ring groove 3.
  • Each of the piston rings (not shown) provided in the ring groove including the top ring groove 3 has a function of scraping off oil on the wall surface of the cylinder 51a which is a bore wall surface and a function of keeping the combustion chamber 53 airtight.
  • a pin boss hole 4 is formed in the piston 1.
  • the portions 10 positioned at both ends in the extending direction of the pin boss hole 4 are not formed in a uniform plane but are formed in a raised shape.
  • the portion 10 is formed in a raised shape so as to gradually rise from both sides of the intake side and the exhaust side.
  • At least one of the portions 10 is a portion disposed at a position facing an adjacent cylinder in the engine 50. That is, at least one of the portions 10 is a portion disposed at a position facing the wall portion 51c.
  • the portion 10 is further formed in the combustion chamber 53 as shown below.
  • the piston 1 when the crank angle is 40 ° ATDC is indicated by a solid line
  • the piston 1 when located at the top dead center is indicated by a broken line.
  • a position P indicates the position of the wall surface of the cylinder 51a facing the top ring groove 3 at the top dead center.
  • the portion 10 reaches the position P until the heat flux indicating the heat transfer amount in the combustion chamber 53 reaches the highest position after the compression stroke top dead center, and reaches the position P until the wall of the cylinder 51 a is reached. It is formed in a raised shape so as not to be exposed.
  • the portion 51ca below the position P of the wall portion 51c facing the portion 10 is a portion that needs to suppress the temperature rise particularly in order to suppress the occurrence of abnormal oil consumption due to oil rising. It has become.
  • the heat flux specifically changes as shown in FIG. As shown in FIG. 6, the heat flux rapidly increases after the top dead center of the compression stroke, and then decreases with a peak. In this respect, specifically, the heat flux becomes the highest when the crank angle becomes approximately 25 ° ATDC, and thereafter becomes zero when the crank angle becomes approximately 50 ° ATDC.
  • the portion 51ca is not exposed in a state where such heat flux is generated, the temperature rise of the portion 51ca due to the flame or combustion gas coming into contact with the portion 51ca can be suppressed.
  • the crank angle is between the top dead center of the compression stroke and the predetermined angle included in the range from 30 ° to 50 ° (in the range from 30 ° ATDC to 50 ° ATDC). Is preferred.
  • the predetermined angle by setting the predetermined angle to 30 °, the partial heat zone (between 20 ° ATDC and 30 ° ATDC) in which the heat flux is particularly high before and after the peak value in the heat flux shown in FIG. Portion) can be included in the range R of the crank angle that suppresses heat transfer to the portion 51ca.
  • the predetermined angle by setting the predetermined angle to 50 °, the heat flux shown in FIG.
  • the portion 10 when the portion 10 is formed in a larger and raised shape, the weight of the piston 1 is increased correspondingly, and the strength of the portion 10 may be affected.
  • the heat flux increases mainly up to 40 ° ATDC as shown in FIG.
  • the predetermined angle by setting the predetermined angle to 40 °, heat transfer to the portion 51ca can be further suppressed as compared with the case where the predetermined angle is 30 °, and at the same time, the portion 10 is made smaller than when the predetermined angle is 50 °. can do.
  • the heat flux further changes as shown in FIG. 7 according to the tumble ratio.
  • the crank angle at which the heat flux peak is formed gradually moves away from the top dead center of the compression stroke as the tumble ratio (TR) decreases.
  • the peak value of the heat flux gradually decreases as the tumble ratio decreases.
  • the tumble ratio is not only the case where the tumble ratio is a high tumble ratio (specifically, approximately 2.0 here) (in the case of T1), but the tumble ratio is the medium tumble ratio. (Specifically about 1.2 here) (T2), or when the tumble ratio is low tumble ratio (specifically about 0.5 here) (T3).
  • the heat flux peak can be included in the range R.
  • the predetermined angle is set to 40 °, especially in the case of T2, the heat transfer to the portion 51ca can be suitably suppressed in combination with the decrease in the peak value of the heat flux. For this reason, when the predetermined angle is set to 40 °, the compatibility with a wide tumble ratio including a high tumble ratio can be preferably improved.
  • the crank angle at which the peak of heat flux is formed gradually approaches the top dead center of the compression stroke as the tumble ratio increases.
  • the peak value of the heat flux gradually increases as the tumble ratio increases.
  • the predetermined angle is set to an angle smaller than 40 ° according to the tumble ratio, so that the heat transfer is performed to the same extent as when the predetermined angle is set to 40 °. While suppressing, it is possible to further reduce the size of the portion 10 as compared with the case where the predetermined angle is set to 40 °.
  • the tumble ratio is lower than 2.0, the peak value of the heat flux is reduced as compared with the case where the tumble ratio is 2.0, but the predetermined angle is larger than 40 ° according to the tumble ratio.
  • the angle By setting the angle, heat transfer can be further suppressed as compared with the case where the predetermined angle is 40 °.
  • the tumble flow T is generated as a swirling air flow in the combustion chamber 53, and the generated swirling air flow is maintained until the latter half of the compression stroke and collapsed, thereby disturbing the atmosphere in the combustion chamber 53.
  • High-speed combustion is performed by improving the combustion speed.
  • the temperature of the combustion gas increases due to the improvement of the combustion speed, and the temperature boundary layer becomes thin due to the swirling airflow.
  • the heat transfer coefficient increases, so the combustion chamber 53 The wall temperature becomes higher.
  • the amount of heat generated per unit time increases and the strength of the swirl airflow increases to further increase the heat transfer coefficient.
  • the temperature rise of the wall portion 51c is particularly problematic in such circumstances.
  • the piston 1 that can suppress the temperature rise of the portion 51ca as described above is suitable for the engine 50 that generates a swirling airflow in the combustion chamber 53 and performs high-speed combustion.
  • the intake air introduction means is the intake port 52a
  • the present invention is not necessarily limited to this, and the intake air introduction means is realized, for example, by an airflow control valve that is provided in the intake port and can control the flow of intake air, or a combination of the airflow control valve and the intake port. May be.
  • the swirling airflow is the tumble flow T
  • the present invention is not necessarily limited to this, and the swirling airflow may be, for example, a swirl flow or an oblique tumble flow.

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Abstract

　ピストン１は、燃焼室５３内にタンブル流Ｔが生成されるエンジン５０に用いられる。ピストン１はトップリング溝３と、上面外周部のうち、エンジン５０において隣り合う気筒に対向する位置に配置されるとともに、燃焼室５３内において、圧縮行程上死点後、少なくとも燃焼室５３における熱の移動量を示す熱流束が最も大きくなる位置を超えるまでの間、上死点においてトップリング溝３に対向する位置Ｐにまで至りシリンダ５１ａの壁面を露出させないように、盛り上がった形状に形成された部分１０を有している。　

Description

エンジンのピストン
　本発明はエンジンのピストンに関し、特に燃焼室内に旋回気流が生成される多気筒エンジンについてのエンジンのピストンに関する。
　従来、燃焼室内にタンブル流やスワール流などの旋回気流を生成するエンジンが知られている。かかるエンジンでは、強度の高い旋回気流を生成することで混合気の乱れを増大させることができ、これにより燃焼速度を向上させ、高速燃焼を行うことで燃焼および燃費を改善できる。この点、タンブル流を生成するエンジンに関する技術である点で、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１で開示されている。このほかピストンにつき、本発明と関連性があると考えられる構造を開示した技術が例えば特許文献２または３で開示されている。
特開２００７－４６４５７号公報 特開平１１－２００９４６号公報 実開平０５－３８３４２号公報
　ところで多気筒エンジンでは構造上、シリンダ間に形成される壁部の温度が特に上昇し易くなっている。具体的には図８に示すように、（ａ）に示すシリンダ間に形成される壁部の温度は、（ｂ）に示すエンジン吸気側に形成されるシリンダ壁部の温度と比較して、エンジンの運転状態すべてにおいて高くなっている。また、エンジンの運転状態が低回転低負荷の運転領域から高回転高負荷の運転領域に向かって変化する場合、（ａ）に示す温度は（ｂ）に示す温度と比較してより大きな度合いで高まるようになっている。この点、シリンダ間に形成される壁部の温度上昇はエンジンオイルの異常消費を招くことが考えられるところ、特に高速燃焼を行うエンジンで高回転高負荷運転時に発生することが懸念される。そして、かかる温度上昇は特に燃費を改善すべく高速燃焼を行うエンジンにおいて、燃費向上の妨げとなる虞がある点で問題があった。
　そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、多気筒エンジンの気筒間に形成される壁部の温度上昇を好適に抑制可能なエンジンのピストンを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するための本発明は燃焼室内に旋回気流が生成される多気筒エンジンに用いられ、トップリング溝と、上面外周部のうち、前記多気筒エンジンにおいて隣り合う気筒に対向する位置に配置されるとともに、前記燃焼室内において、圧縮行程上死点後、少なくとも前記燃焼室における熱の移動量が最も大きくなる位置を超えるまでの間、上死点において前記トップリング溝に対向する位置にまで至りボア壁面を露出させないように盛り上がった形状に形成された部分と、を有するエンジンのピストンである。
　また本発明は前記旋回気流がタンブル流であり、前記部分を形成するにあたり、圧縮行程上死点後、少なくとも前記燃焼室における熱の移動量が最も高くなる位置を超えるまでの間を、圧縮行程上死点後、クランク角度が圧縮行程上死点を始点として３０°から５０°までの範囲内に含まれる所定角度を超えるまでの間とした構成であることが好ましい。
　本発明によれば、多気筒エンジンの気筒間に形成される壁部の温度上昇を好適に抑制できる。
エンジンの概略構成図である。 エンジンの要部の水平断面図である。 エンジンのピストンを斜視図で具体的に示す図である。 エンジンのピストンの図３に示すＡ－Ａ断面図である。 エンジンのピストンについての説明図である。 燃焼室における熱の移動量を示す図である。 燃焼室における熱の移動量をタンブル比に応じて示す図である。 エンジンの運転状態に応じたシリンダ周辺部の温度の一例を示す図である。
　以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
　図１、図２に示すエンジン５０は直列４気筒の多気筒エンジンであり、本実施例にかかるエンジンのピストン（以下、単にピストンと称す）１のほか、シリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、吸気弁５５と、排気弁５６と、点火プラグ５７とを備えている。シリンダブロック５１には複数（ここでは４つ）のシリンダ５１ａとウォータジャケット５１ｂとが形成されている。複数のシリンダ５１ａのうち、隣り合うシリンダ間には壁部５１ｃが形成されている。シリンダ５１ａ内にはピストン１が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５３はピストン１、シリンダブロック５１およびシリンダヘッド５２に囲まれた空間として形成されている。
　シリンダヘッド５２には吸気ポート５２ａと排気ポート５２ｂとが形成されている。吸気ポート５２ａは燃焼室５３に吸気Ｓを導き、排気ポート５２ｂは燃焼室５３のガスを排気する。吸気ポート５２ａは燃焼室５３内に旋回気流を生成するように吸気を導入する吸気導入手段となっており、燃焼室５３内に導入された吸気Ｓはタンブル流Ｔを形成する。この点、エンジン５０では、タンブル流Ｔとして、ＡＶＬシミュレーションでタンブル比（ピストン１が一往復する間にタンブル流Ｔが回転する回数）がおよそ２．０となる高タンブル比のタンブル流が生成される。シリンダヘッド５２にはこれら吸排気ポート５２ａ及び５２ｂを開閉するための吸排気弁５５、５６が設けられている。またシリンダヘッド５２には、燃焼室５３の上部略中央に電極を突出させた状態で点火プラグ５７が設けられている。
　次にピストン１について具体的に説明する。ピストン１は図３、図４に示すように上面にタンブル流Ｔを案内するキャビティ２を備えている。キャビティ２は、燃焼室５３内で吸気側と排気側とを結ぶ方向に沿ってタンブル流Ｔを案内できるように設けられている。ピストン１の外周部には複数（ここでは３本）のリング溝が形成されている。そしてこれらのうち、上面から最も近い位置に設けられたリング溝がトップリング溝３となっている。トップリング溝３を含むリング溝に設けられるピストンリングそれぞれ（図示省略）は、ボア壁面であるシリンダ５１ａの壁面のオイルを掻き落す機能や燃焼室５３の気密を保つ機能を有している。
　このほかピストン１にはピンボス穴４が形成されている。そしてピストン１の上面外周部のうち、ピンボス穴４の延伸方向において両端に位置する部分１０それぞれは一様な平面ではなく、盛り上がった形状に形成されている。具体的には部分１０は、吸気側および排気側の両側から次第に隆起するようにして盛り上がった形状に形成されている。部分１０それぞれのうち、少なくとも一方はエンジン５０において隣り合う気筒に対向する位置に配置される部分となっている。すなわち、部分１０それぞれのうち、少なくとも一方は壁部５１ｃに対向する位置に配置される部分となっている。
　図５に示すように、部分１０は燃焼室５３内においてさらに以下に示すように形成されている。ここで、図５ではクランク角度が４０°ＡＴＤＣである場合のピストン１を実線で示すとともに、上死点に位置する場合のピストン１を破線で示している。また位置Ｐは上死点においてトップリング溝３に対向するシリンダ５１ａの壁面の位置を示している。部分１０は燃焼室５３内において、圧縮行程上死点後、少なくとも燃焼室５３における熱の移動量を示す熱流束が最も高くなる位置を超えるまでの間、位置Ｐまでに至りシリンダ５１ａの壁面を露出させないように盛り上がった形状に形成されている。この点、部分１０が対向する壁部５１ｃのうち、位置Ｐよりも下方の部分５１ｃａは、オイル上がりによるオイルの異常消費が発生することを抑制する上で、特に温度上昇の抑制が必要な部分となっている。
　一方、エンジン５０では熱流束が具体的には図６に示すように変化する。図６に示すように、熱流束は圧縮行程上死点後に急激に高まり、その後ピークを迎えて低下している。この点、熱流束は具体的にはクランク角度がおよそ２５°ＡＴＤＣになったときに最も高くなり、その後、クランク角度がおよそ５０°ＡＴＤＣになったときにゼロになっている。これに対して、かかる熱流束が発生する状態において部分５１ｃａを露出させないようにすれば、部分５１ｃａに火炎や燃焼ガスが接触することによる部分５１ｃａの温度上昇を抑制できることになる。
　このため部分５１ｃａの温度上昇を抑制すべく、部分１０を形成するにあたっては、ピストン１が圧縮行程上死点後、少なくとも熱流束が最も高くなる位置（ここでは２５°ＡＴＤＣ）を超えるまでの間、位置Ｐまでに至りシリンダ５１ａの壁面を露出させないことが適当である。
　また部分１０を形成するにあたっては、図６に示す熱流束の変化態様に鑑み、具体的には圧縮行程上死点後、少なくとも熱流束が最も高くなる位置を超えるまでの間を、圧縮行程上死点後、クランク角度が圧縮行程上死点を始点として３０°から５０°までの範囲内（３０°ＡＴＤＣから５０°ＡＴＤＣまでの範囲内）に含まれる所定角度を超えるまでの間とすることが好ましい。
　この点、所定角度を３０°とすることで、図６に示す熱流束のうち、ピーク値の前後に亘り熱流束が特に高くなっている部分一帯（２０°ＡＴＤＣから３０°ＡＴＤＣまでの間の部分）を部分５１ｃａへの熱移動を抑制するクランク角度の範囲Ｒ内に含めることができる。また所定角度を５０°とすることで、図６に示す熱流束を範囲Ｒ内に全体的に含めることができる。
　一方、部分１０をより大きく盛り上がった形状に形成する場合には、その分ピストン１の重量が増大するほか、部分１０の強度に影響が及ぶ可能性も考えられる。この点、熱流束は、図６に示すように主に４０°ＡＴＤＣまでの間で大きくなっている。このため部分１０を形成するにあたっては、図６に示す熱流束の変化態様に鑑み、さらに具体的には所定角度を４０°とすることが好ましい。
　この点、所定角度を４０°とすることで、所定角度が３０°の場合と比較してさらに部分５１ｃａへの熱移動を抑制でき、同時に所定角度が５０°の場合よりも部分１０を小型化することができる。
　一方、熱流束はさらにタンブル比に応じて図７に示すように変化する。図７に示すように、熱流束のピークが形成されるクランク角度は、タンブル比（ＴＲ）が低下するに従って次第に圧縮行程上死点から離れていく。また熱流束のピーク値は、タンブル比が低下するに従って次第に小さくなる。この点、所定角度を４０°とした場合には、タンブル比が高タンブル比（ここでは具体的にはおよそ２．０）である場合（Ｔ１の場合）だけでなく、タンブル比が中タンブル比（ここでは具体的にはおよそ１．２）である場合（Ｔ２の場合）や、タンブル比が低タンブル比（ここでは具体的にはおよそ０．５）である場合（Ｔ３の場合）であっても、範囲Ｒ内に熱流束のピークを含めることができる。そして所定角度を４０°とした場合には、特にＴ２の場合にも、熱流束のピーク値が小さくなることと相俟って、部分５１ｃａへの熱移動を好適に抑制できる。このため所定角度を４０°とした場合には、さらに高タンブル比を含む幅広いタンブル比に対する適合性を好適に高めることができる。
　一方、熱流束のピークが形成されるクランク角度は、逆に言えばタンブル比が高まるに従って次第に圧縮行程上死点に近づいていくことになる。また熱流束のピーク値は、タンブル比が高まるに従って次第に大きくなることになる。この点、タンブル比が２．０よりも高い場合には、タンブル比に応じて所定角度を４０°よりも小さい角度とすることで、所定角度を４０°とした場合と同程度に熱移動を抑制しつつ、所定角度を４０°とした場合と比較してさらに部分１０の小型化を図ることもできる。またタンブル比が２．０よりも低い場合には、タンブル比が２．０の場合よりも熱流束のピーク値が減少することになるものの、タンブル比に応じて所定角度を４０°よりも大きい角度とすることで、所定角度を４０°とした場合よりも熱移動をさらに抑制することもできる。
　またエンジン５０では、タンブル流Ｔを旋回気流として燃焼室５３内に生成し、生成した旋回気流を圧縮行程後半まで維持するとともに崩壊させることで燃焼室５３内の雰囲気に乱れを生じさせ、これにより燃焼速度の向上を図ることで高速燃焼が行われる。この点、高速燃焼を行うエンジン５０では、燃焼速度の向上で燃焼ガスの温度が高まることや、旋回気流により温度境界層が薄くなり、この結果、熱伝達係数が大きくなることから、燃焼室５３壁面の温度がより高温になる。また高速燃焼を行うエンジン５０では、回転数が大きく負荷が高い場合ほど、単位時間あたりの発熱量が増大するとともに、旋回気流の強さが増すことで熱伝達係数がさらに大きくなる。すなわち燃焼室５３内に旋回気流を生成し、高速燃焼を行うエンジン５０では、かかる事情で壁部５１ｃの温度上昇が特に問題となる。
　この点、上述のようにして部分５１ｃａの温度上昇を抑制できるピストン１は、燃焼室５３内に旋回気流を生成し、高速燃焼を行うエンジン５０に好適である。
　上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
　例えば上述した実施例では吸気導入手段が吸気ポート５２ａである場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、吸気導入手段は、例えば吸気ポート内に設けられ、吸気の流れを制御可能な気流制御弁や、気流制御弁と吸気ポートとの組み合わせなどによって実現されてもよい。
　また例えば上述した実施例では旋回気流がタンブル流Ｔである場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、旋回気流は例えばスワール流や斜めタンブル流などであってもよい。
　　１　　　ピストン
　　３　　　トップリング溝
　　５０　　エンジン
　　５１　　シリンダブロック
　　５１ａ　シリンダ
　　５２　　シリンダヘッド
　　５２ａ　吸気ポート
　　５３　　燃焼室

　

Claims (2)

  1. 燃焼室内に旋回気流が生成される多気筒エンジンに用いられ、
    　トップリング溝と、
    　上面外周部のうち、前記多気筒エンジンにおいて隣り合う気筒に対向する位置に配置されるとともに、前記燃焼室内において、圧縮行程上死点後、少なくとも前記燃焼室における熱の移動量が最も大きくなる位置を超えるまでの間、上死点において前記トップリング溝に対向する位置にまで至りボア壁面を露出させないように盛り上がった形状に形成された部分と、を有するエンジンのピストン。
  2. 請求項１記載のエンジンのピストンであって、
    　前記旋回気流がタンブル流であり、
    　前記部分を形成するにあたり、圧縮行程上死点後、少なくとも前記燃焼室における熱の移動量が最も高くなる位置を超えるまでの間を、圧縮行程上死点後、クランク角度が圧縮行程上死点を始点として３０°から５０°までの範囲内に含まれる所定角度を超えるまでの間としたエンジンのピストン。

    　
    　
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