WO2024201622A1 - 筒内噴射式内燃機関 - Google Patents

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WO2024201622A1
WO2024201622A1 PCT/JP2023/012054 JP2023012054W WO2024201622A1 WO 2024201622 A1 WO2024201622 A1 WO 2024201622A1 JP 2023012054 W JP2023012054 W JP 2023012054W WO 2024201622 A1 WO2024201622 A1 WO 2024201622A1
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cylinder
intake
inclined surface
side guide
piston
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English (en)
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欣也 井上
和郎 倉田
貴之 城田
遼太 朝倉
涼太 中田
敏之 山田
翔太 川手
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Mitsubishi Motors Corp
Original Assignee
Mitsubishi Motors Corp
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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
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/12—Engines characterised by precombustion chambers with positive ignition
    • 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
    • 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 a direct injection type internal combustion engine equipped with a fuel injection nozzle that injects fuel into a combustion chamber.
  • a direct injection type internal combustion engine includes a combustion chamber formed by a cylinder, a cylinder head, and a piston, an ignition plug located in the center of the cylinder head, and a fuel injection nozzle provided in the combustion chamber to supply fuel.
  • a direct injection type internal combustion engine an air-fuel mixture is formed in the combustion chamber using intake air supplied into the combustion chamber through an intake port during the intake stroke and fuel supplied by the fuel injection nozzle, and the mixture compressed during the compression stroke is ignited by the spark plug.
  • the mixture is efficiently formed by the tumble flow created by the intake air supplied to the combustion chamber.
  • a direct injection internal combustion engine is proposed, as described in Patent Document 1, in which the piston top surface is provided with a central raised portion having a cylindrical surface that curves upward toward the intake direction, and outer raised portions that also have cylindrical surfaces and are located on both sides of the central raised portion in the cylinder row direction.
  • the present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a direct injection internal combustion engine that further stabilizes the tumble flow that is formed during the compression stroke.
  • a cylinder formed by a cylinder block; a cylinder head covering one end of the cylinder; a piston having a top surface facing the cylinder head and reciprocating within the cylinder; a spark plug disposed in a center portion of the cylinder head in a combustion chamber defined between the cylinder, the cylinder head, and the piston; a fuel injection nozzle disposed within the combustion chamber; an intake port and an exhaust port provided in the cylinder head on either side of the spark plug;
  • a cylinder injection type internal combustion engine comprising: the fuel injection nozzle is disposed on one side in an intake/exhaust direction connecting the intake port and the exhaust port, and injects fuel toward the ignition plug; a pair of side guide portions are formed on the top surface of the piston, the pair of side guide portions being disposed so as to sandwich the inclined surface in a crank axial direction perpendicular to the intake/exhaust direction and a cylinder axial direction which is a reciprocating direction of the cylinder, and the
  • the inclined surface is formed so that the inclination angle toward the cylinder head side increases stepwise toward the one side.
  • the side guide portion has a side guide surface that inclines toward the cylinder head as it approaches the one side,
  • the top surface is formed with a downward surface that slopes toward the cylinder head from the top of the inclined surface toward the one side, and a lateral extension surface that extends from the top of the side guide surface to the one side
  • the inclined surface is formed so that an angle formed between an extension line of the inclined surface and the downward surface is larger than an angle formed between an extension line of the side guide surface and the side extension surface.
  • the width of the side guide portion in the crank axial direction is widest at a portion corresponding to a center of the piston in the intake/exhaust direction, and is formed to be approximately constant on the one side from the widest portion.
  • the direct injection internal combustion engine according to [1].
  • a sub-chamber for accommodating the ignition plug is provided in the combustion chamber,
  • the auxiliary chamber is provided with an injection port that communicates the combustion chamber with the auxiliary chamber and injects flame from the auxiliary chamber to the combustion chamber, a passage portion extending in the crankshaft direction and communicating between an inner surface and an outer surface of the side guide portion is formed in the side guide portion,
  • the passage portion is formed on an extension line of the injection port.
  • the width of the inclined surface is narrowed toward the fuel injection direction, which makes it possible to further stabilize the tumble flow that is formed during the compression stroke.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a main portion showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the internal combustion engine in the cylinder axis direction.
  • FIG. 3 is a perspective view of a piston showing the shape of the piston top surface.
  • FIG. 4 is a central cross-sectional view showing the piston.
  • FIG. 5(A) is a cross-sectional view of a main part of an internal combustion engine showing a state in which the piston has risen to the midpoint during the compression stroke
  • FIG. 5(B) is a cross-sectional view of a main part of an internal combustion engine showing a state in which the piston has risen to top dead center during the compression stroke.
  • FIG. 5(A) is a cross-sectional view of a main part of an internal combustion engine showing a state in which the piston has risen to top dead center during the compression stroke.
  • FIG. 5(A) is a cross
  • FIG. 6 is a perspective view of a main part of a piston, showing the airflow guided by the piston top surface.
  • FIG. 7 is a plan view of the piston top surface in the cylinder axial direction, showing the flame injected from the sub-chamber.
  • FIG. 8 is a perspective view of the piston top surface showing the grooves provided in the side guide portions.
  • 9(A) and 9(B) are perspective views of the piston top surface showing first and second alternative embodiments of the protrusions.
  • a pre-chamber internal combustion engine (hereinafter simply referred to as an "internal combustion engine") that employs a direct-injection internal combustion engine according to one embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 8. Note that the present invention is not limited to the embodiment described below, and various modifications are possible as long as they have substantially the same configuration as this embodiment and provide similar effects.
  • the cylinder axis direction Z of the internal combustion engine 1 refers to the direction in which the piston slides along the cylinder.
  • the intake and exhaust direction X refers to the direction connecting the intake port and the exhaust port.
  • the "intake side” refers to the intake port side of the intake and exhaust direction X
  • the “exhaust side” refers to the exhaust port side of the intake and exhaust direction X.
  • the intake and exhaust direction X is also the fuel injection direction by the fuel injection nozzle.
  • crankshaft direction Y refers to the extension direction of the crankshaft, and refers to the direction perpendicular to the cylinder axis direction Z and the intake and exhaust direction X.
  • the crankshaft direction Y is also the direction of the cylinder rows arranged along the crankshaft. This configuration can be seen in FIG. 2.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a main portion showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present disclosure
  • Fig. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the internal combustion engine in a cylinder axial direction Z.
  • the internal combustion engine 1 includes a main combustion chamber 10 and an auxiliary combustion chamber 20 which form combustion chambers, an ignition plug 4, and a fuel injection nozzle 5.
  • the internal combustion engine 1 of this embodiment is an in-line internal combustion engine in which a plurality of cylinders, each including a main combustion chamber 10 and an auxiliary combustion chamber 20, are arranged in series along a crankshaft 2.
  • the arrangement of the cylinders may be a V-type or a horizontal type.
  • the main chamber 10 is a space defined by a cylinder block 11 that forms a cylindrical cylinder 11a extending in the vertical direction, a cylinder head 12 that covers the upper end side of the cylinder 11a, and a piston 13 that reciprocates within the cylinder 11a.
  • the auxiliary chamber 20 is a space defined by an auxiliary chamber wall 21 provided in the cylinder head 12.
  • the auxiliary chamber 20 has the auxiliary chamber wall 21 and a communication passage 22 (injection port) that connects the main chamber 10 and the auxiliary chamber 20.
  • the spark plug 4 is supported in the center of the cylinder head 12 and its tip side is disposed in the sub-chamber 20 separated by the sub-chamber wall 21 .
  • a pair of intake ports 15 that are opened and closed by intake valves 14 are connected to one side of the cylinder head 12 in the intake and exhaust direction X, and a pair of exhaust ports 17 that are opened and closed via exhaust valves 16 are connected to the other side.
  • a fuel supply nozzle 18 is disposed in the intake port 15. The fuel supply nozzle 18 can supply fuel into the main chamber 10 when the intake valve 14 opens. This configuration can be seen in Figures 1 and 2.
  • the intake port 15 is connected to an intake passage (not shown), and the exhaust port 17 is connected to an exhaust passage (not shown).
  • the piston 13 has a piston top surface 30 that faces the cylinder head 12 and thereby constitutes the lower part of the main chamber 10, and a pin hole 13a that is connected to the upper end side of the connecting rod 3 via a piston pin 19, and is connected to the crankshaft 2 via the connecting rod 3. This causes the piston 13 to reciprocate between the bottom dead center and the top dead center in the cylinder 11a in the vertical direction. See Figure 1 for this configuration.
  • the auxiliary chamber wall 21 has a circular cross section centered on the cylinder axis (the axis that passes through the center of the piston 13 and extends in the cylinder axis direction Z) when viewed from above in the cylinder axis direction Z. This configuration can be seen in Figure 2.
  • the auxiliary chamber wall 21 has a lower part that is hemispherical when viewed in the intake/exhaust direction X and the crank axis direction Y. This configuration can be seen in Figure 1.
  • the communication passages 22 are formed along the circumferential direction of the auxiliary chamber wall 21 when viewed in a plan view in the cylinder axial direction Z, and connect the main chamber 10 and the auxiliary chamber 20.
  • the fuel injection nozzle 5 is disposed outside the sub chamber 20, on the periphery of the cylinder head 12.
  • the fuel injection nozzle 5 is disposed on the intake valve 14 side in the intake/exhaust direction X, more specifically, between the pair of intake valves 14, 14.
  • This configuration can be seen in FIG. 2.
  • the fuel injection nozzle 5 injects fuel directly toward the spark plug 4 in the auxiliary combustion chamber 20.
  • a first communication passage 22A which is one of the communication passages 22, is arranged on the line of fire of the fuel injection from the fuel injection nozzle 5, i.e., on an extension line of the fuel injection port of the fuel injection nozzle 5. Therefore, the fuel injected from the fuel injection nozzle 5 can be directly supplied into the auxiliary combustion chamber 20 via the first communication passage 22A.
  • the extension line of the first communication passage 22A also passes below the fuel injection nozzle 5. This configuration can be seen in Figures 1 and 5(A).
  • the amount of fuel injected by the fuel injection nozzle 5 and the timing of fuel injection are controlled by a control
  • the above-described internal combustion engine 1 can output power from the crankshaft 2 by repeating an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke to cause the piston 13 to reciprocate within the cylinder 11 a.
  • fuel is supplied into the main combustion chamber 10 from a fuel supply nozzle 18 in the intake port 15 during the intake stroke.
  • the intake air introduced into the main chamber 10 from the intake port 15 during the intake stroke is guided to the piston top surface 30, forming a tumble flow, which is a vortex air flow in the vertical direction (rotating around the crankshaft direction Y), within the main chamber 10.
  • the shape of the piston top surface 30 makes it possible to stably form a tumble flow that does not impede the fuel injection from the fuel injection nozzle 5 to the spark plug 4 when the piston 13 moves upward during the compression stroke.
  • the specific shape of the piston top surface 30 will be described later.
  • the fuel and air-fuel mixture supplied to the auxiliary combustion chamber 20 is ignited by the spark plug 4 and combusted in the auxiliary combustion chamber 20.
  • a flame F generated in the auxiliary combustion chamber 20 is injected from the communication passage 22 toward the main combustion chamber 10. This configuration can be seen in FIG. 7.
  • the mixture formed in the main chamber 10 is combusted by the flame F injected from the auxiliary chamber 20 toward the main chamber 10 .
  • Figure 3 is a perspective view of a piston showing the shape of the piston top surface
  • Figure 4 is a central cross-sectional view of a piston
  • Figure 5(A) is a cross-sectional view of a main part of an internal combustion engine showing the state in which the piston has risen to an intermediate point during the compression stroke, which will be described later
  • Figure 5(B) is a cross-sectional view of a main part of an internal combustion engine showing the state in which the piston has risen to top dead center during the compression stroke
  • Figure 6 is a perspective view of a main part of a piston showing the flow of the airflow guided by the piston top surface
  • Figure 7 is a plan view of the piston top surface in the cylinder axial direction Z, showing the flame ejected from the auxiliary chamber.
  • the circular piston top surface 30 When viewed from above in the cylinder axial direction Z, the circular piston top surface 30 has an inclined surface 31 and a flat surface 32 that are provided at the center of the crankshaft direction Y and extend along the intake/exhaust direction X, a pair of lateral guide portions 33, 33 provided on both sides of the inclined surface 31 and the flat surface 32 in the crankshaft direction Y, and a protrusion portion 34 and a valve recess 39 provided on the intake side of the inclined surface 31.
  • the inclined surface 31 is formed on the intake port 15 side (intake side) in the intake/exhaust direction X, i.e., on the side where the fuel injection nozzle 5 is located.
  • the inclined surface 31 extends in the intake/exhaust direction X and inclines toward the cylinder head 12 as it approaches the fuel injection nozzle 5.
  • the inclined surface 31 is inclined upward toward the intake side.
  • the inclined surface 31 has a first inclined surface 31a and a second inclined surface 31b that are continuously formed in that order from the exhaust side (the side opposite to the fuel injection nozzle 5) along the intake/exhaust direction X.
  • the second inclined surface 31b which is disposed on the intake side, has a shorter length in the intake/exhaust direction X and a steeper angle of upward inclination toward the cylinder head 12. This configuration can be seen in FIG. 4.
  • the inclined surface 31 is formed by the first inclined surface 31a and the second inclined surface 31b having different angles, but the inclined surface 31 may be formed by three or more inclined surfaces having different angles as long as the angle of the upward inclination becomes steeper in multiple stages toward the intake side (the fuel injection nozzle 5 side).
  • the angle of the top of the inclined surface 31, in this embodiment, the angle of the second inclined surface 31b, is set so that when the vertical position of the piston 13 is within a predetermined range, the position where an extension line of the second inclined surface 31b parallel to the intake/exhaust direction X (hereinafter simply referred to as the extension line of the inclined surface 31) intersects with the wall surface of the cylinder 11a is lower (to the piston side) in the cylinder axial direction Z than the fuel injection nozzle 5.
  • the intersection point of the extension line of the inclined surface 31 and the wall surface of the cylinder 11a is defined as a first contact point H1. This configuration can be seen in FIG. 4.
  • the inclined surface 31 is formed so that, when the piston 13 is at least at the midpoint between the top dead center and the bottom dead center and closer to the bottom dead center, an extension of the inclined surface 31 intersects with the wall surface of the cylinder 11a at a first contact point H1.
  • FIG. 5(A) the inclined surface 31 is formed so that, when the piston 13 is at the top dead center, an extension line of the inclined surface 31 passes between the fuel injection nozzle 5 and the spark plug 4 and intersects with the lower surface of the cylinder head 12. This configuration can be seen in FIG. 5(B).
  • the inclined surface 31 be formed so that, at the timing when fuel is injected from the fuel injection nozzle 5, an extension line of the inclined surface 31 intersects with the wall surface of the cylinder 11a at the first contact point H1, as shown in Figure 5 (A).
  • the higher the engine speed the closer the vertical position of the piston 13 is to the bottom dead center at the timing when fuel is injected from the fuel injection nozzle 5.
  • the inclined surface 31 is formed so that when the piston 13 reaches top dead center, its top is located below the center line extending from the injection port 22a of the first communication passage 22A of the auxiliary chamber 20 when viewed in the crankshaft direction Y.
  • This configuration can be seen in FIG. 5(B). This configuration prevents the inclined surface 31 from being directly hit by the flame F injected from the auxiliary chamber 20 toward the main chamber 10, and thus preventing the inclined surface 31 from being deteriorated.
  • a downward slope 36 is formed, which slopes downward as it approaches the intake side.
  • the downward slope 36 is connected to the top of the inclined surface 31.
  • the flat surface 32 extends in the intake/exhaust direction X from the exhaust side end of the piston top surface 30 toward the intake side, and is continuous with the inclined surface 31.
  • the flat surface 32 is formed as a plane extending parallel to the intake/exhaust direction X and the crankshaft direction Y so as to be perpendicular to the cylinder axial direction Z. This configuration may be seen in FIG.
  • the flat surface 32 may be any surface capable of guiding the airflow toward the inclined surface by a smooth plane, and is not limited to a plane perpendicular to the cylinder axial direction Z.
  • the flat surface 32 may be a gently inclined surface having an angle with the inclined surface 31.
  • the intake side from the center of the piston 13 is defined as the inclined surface 31.
  • the lateral guide portion 33 has a lateral guide surface 33a that slopes from the exhaust side end toward the cylinder head 12, a lateral extension surface 33b that extends approximately parallel to the piston top surface 30 from the intake side end of the lateral guide surface 33a, and a lateral downward surface 33c that slopes downward from the intake side end of the lateral extension surface 33b toward the piston top surface 30. That is, the side guide portion 33 protrudes toward the cylinder head 12 in the cylinder axial direction Z when viewed in the crankshaft direction Y, extends along the intake/exhaust direction X, and is formed in a generally mountain shape with the intake side end of the side guide surface 33a as the apex. This configuration can be seen in Fig. 4. Note that the side guide portion 33 may have the side extension surface 33b inclined in the same manner as the side downward surface 33c. In this case, the side extension surface 33b and the side downward surface 33c are in the same place.
  • the angle of the side guide surface 33a is set so that, when the vertical position of the piston 13 is within a predetermined range, the position where an extension line of the side guide surface 33a parallel to the intake/exhaust direction X (hereinafter simply referred to as the extension line of the side guide surface 33a) intersects with the wall surface of the cylinder 11a is lower (to the piston side) in the cylinder axial direction Z than the first contact point H1. At this time, the intersection point of the extension line of the side guide surface 33a and the wall surface of the cylinder 11a is defined as the second contact point H2.
  • the side guide surface 33a is formed to have a gentler inclination than the inclined surface 31.
  • the top of the side guide surface 33a is located closer to the wall surface of the cylinder 11a in the intake/exhaust direction X than the top of the inclined surface 31.
  • the second contact point H2 is located lower in the cylinder axial direction Z than the first contact point H1, and the intake/exhaust direction X is on the exhaust side.
  • the side guide surface 33a is formed so that, when an extension line of the side guide surface 33a is extended along the inner wall of the cylinder 11a to the intake side in the intake/exhaust direction X while maintaining the vertical angle from the second contact point H2, the extension line reaches a third contact point H3 below the first contact point H1 below the fuel injection nozzle 5 (a position overlapping with the fuel injection nozzle 5 as viewed in the cylinder axial direction Z).
  • a third contact point H3 below the first contact point H1 below the fuel injection nozzle 5 (a position overlapping with the fuel injection nozzle 5 as viewed in the cylinder axial direction Z).
  • the lateral downward surface 33c is inclined downward from the lateral extension surface 33b toward the intake side, and smoothly connects to the downward surface 36 arranged on the intake side of the inclined surface 31. In other words, the lateral downward surface 33c and the downward surface 36 are flush with each other. With this configuration, it is possible to prevent the airflow that flows in the intake/exhaust direction X along the inclined surface 31 and the flat surface 32, and the airflow that does not separate from the inclined surface 31 and the airflow that does not separate from the lateral guide surface 33a, from being disturbed on the intake side of the piston top surface 30.
  • Figures 2 and 6 refer to Figures 2 and 6.
  • the first separation angle ⁇ between the extension line of the inclined surface 31 and the downward surface 36 is set to be larger than the second separation angle ⁇ between the extension line of the lateral guide surface 33a and the lateral extension surface 33b.
  • the airflow guided by the inclined surface 31, where the flow is strongest is more likely to separate from the top of the inclined surface 31, making the tumble flow guided by the piston top surface 30 more stable.
  • the first separation angle ⁇ is larger than the second separation angle ⁇ .
  • the guide width which is the width of the inclined surface 31 and the flat surface 32 in the crankshaft direction Y, is formed so as to gradually narrow toward the intake side in the intake and exhaust direction X.
  • the inner surfaces (surfaces facing the cylinder axis) of the side guide parts 33 are inclined in the crankshaft direction Y so as to approach each other toward the intake side.
  • the outer surfaces (surfaces facing the wall surface of the cylinder 11a) of the side guide parts 33 are formed in an arc shape along the wall surface of the cylinder 11a in the intake and exhaust direction X.
  • the side guide parts 33 extend from the exhaust side to the intake side of the cylinder axis in the intake and exhaust direction X.
  • each side guide part 33, 33 is largest at the point located at the center of the piston 13 in the intake and exhaust direction X.
  • the inclination angle of the inner surface of the side guide parts 33 is determined so that the width in the crankshaft direction Y on the intake side of the point located at the center of the piston 13 in the intake and exhaust direction X of each side guide part 33, 33 is approximately constant.
  • the protrusion 34 is a protrusion formed on the downward surface 36 toward the upper side.
  • the protrusion 34 is formed so that the width in the crankshaft direction Y decreases toward the exhaust side in the intake and exhaust direction X.
  • the width in the crankshaft direction Y of the intake side end of the protrusion 34 is formed larger than the width in the crankshaft direction Y of the tip of the fuel injection nozzle 5. This configuration can be seen in FIG. 2.
  • the protrusion 34 is located between a pair of intake valves 14, 14.
  • the protrusion 34 is formed by utilizing a trapezoidal portion of the valve recess 39, which is a recess formed according to the shape of the pair of intake valves 14, 14, between a pair of recesses corresponding to each intake valve 14, 14, as viewed from the cylinder axial direction Z. That is, the valve recess 39 is formed flush with the downward surface 36 and the lateral downward surface 33c, and the protrusion 34 protrudes upward from the downward surface 36.
  • the protrusion 34 may be configured so that the surface in the crankshaft direction Y when viewed in the intake/exhaust direction X is inclined upward as it approaches the center of the protrusion 34. This configuration may be seen in FIG. 9(A).
  • the shape of the protrusion 34 may be a trapezoid when viewed in the cylinder axial direction Z as shown in FIG. 2, or a diamond shape or the like. In other words, it is sufficient that the width of the exhaust side end of the protrusion 34 in the crankshaft direction Y becomes smaller as it approaches the exhaust side. This configuration may be seen in FIG. 9(B).
  • the flow speed of the air flowing on the fuel injection nozzle 5 side of the inclined surface 31 becomes faster, and the tumble flow becomes more stable.
  • the inclination angle of the inclined surface 31 gradually larger toward the fuel injection nozzle 5 side, the airflow guided by the inclined surface 31 can be easily separated smoothly at the end of the inclined surface 31. Therefore, the tumble flow formed by the inclined surface 31 becomes more stable.
  • the flat surface 32 described above makes the downstream side of the airflow flowing along the piston top surface 30 flat, which prevents the airflow flowing toward the inclined surface 31 from separating from the piston top surface 30, making the tumble flow more stable.
  • the above-described lateral guide portion 33 can guide the airflow flowing along the outer edge of the piston top surface 30 toward the fuel injection nozzle 5 to a second contact point H2 below the first contact point H1. This makes it possible to suppress the airflow guided by the lateral guide portions 33 from disturbing the airflow guided by the inclined surfaces 31. As a result, the above-mentioned tumble flow formed in the main chamber 10 by the piston top surfaces 30 becomes more stable.
  • the lateral guide portion 33 is formed so that when the extension line of the lateral guide surface 33a is extended along the inner wall of the cylinder 11a toward the fuel injection nozzle 5 while maintaining the vertical angle from the second contact point H2, it reaches the third contact point H3 below the first contact point H1.
  • the airflow guided by the lateral guide portion 33 can push up the airflow guided by the inclined surface 31, making the tumble flow more stable.
  • the lateral guide portion 33 is formed so that the lateral downward surface 33c and the downward surface 36 are flush with each other, it is possible to suppress turbulence of the air flow flowing along the lateral downward surface 33c and the downward surface 36 without peeling off from the lateral guide surface 33a and the inclined surface 31, making the tumble flow more stable.
  • the width of the lateral guide portion 33 approximately constant from its widest point in the crankshaft direction Y toward the fuel injection nozzle 5, it is possible to prevent the airflow flowing along the lateral guide portion 33 from being turbulent in the crankshaft direction Y, making the tumble flow more stable.
  • the above-mentioned protrusion 34 allows the flame F1, which is part of the flame F injected from the auxiliary chamber 20 toward the main chamber 10 in a plan view in the cylinder axial direction Z and is injected from the first communication passage 22A toward the fuel injection nozzle 5, to be divided in the crankshaft direction Y and deflected away from the fuel injection nozzle 5. This reduces the effect of the flame F1 injected from the first communication passage 22A on the fuel injection nozzle 5.
  • Fig. 8 is a perspective view of the piston top surface showing the groove provided in the side guide portion 33.
  • the side guide portion 33 may be configured to extend in a direction intersecting the extending direction of the side guide portion 33 and to have a groove portion 35 provided as a passage portion that communicates between the inside and outside of the side guide portion 33.
  • the groove portion 35 is recessed in the cylinder axial direction Z, extends in a direction intersecting the extension direction of the side guide portion 33, i.e., in the crankshaft direction Y, and opens on the inner and outer surfaces of the side guide portion 33.
  • the depth of the groove 35 in the vertical direction (cylinder axial direction Z) is gradually increased from the outer side (the center side of the piston 13) toward the inner side in the extending direction of the groove 35.
  • the width of the groove 35 in the extending direction of the side guide portion 33 (the intake/exhaust direction X) is formed so as to gradually increase from the inside toward the outside in the extending direction of the groove 35 .
  • the groove 35 having this configuration by providing a pair of side guide portions 33 on the edge portion of the piston top surface 30, the flame F injected from the auxiliary chamber 20 can be efficiently transmitted to the gap formed between the outside of the side guide portions 33 in the width direction (crankshaft direction Y) and the wall surface of the cylinder 11a. Therefore, the side guide portions 33 provided on the piston top surface 30 can suppress the inhibition of the spread of the combustion of the mixture outside the side guide portions 33. In addition, the vertical depth of the groove portion 35 becomes deeper toward the inside in the extension direction of the groove portion 35, so that the flame F sprayed from the auxiliary chamber 20 is more easily guided to the groove portion 35.
  • the width of the groove 35 becomes wider from the inside toward the outside in the extension direction of the groove 35, so that the flame F is more likely to propagate over a wider area on the outside in the width direction of the side guide portion 33. Therefore, the mixture is more likely to burn on the outside of the side guide portion 33.
  • the groove portion 35 is a groove for guiding the flame F injected from the injection port 22a of the auxiliary chamber 20 from the inside to the outside of the side guide portion 33, the position is not limited to the position shown in Fig. 8. Specifically, the groove portion 35 only needs to be provided at a position where an extension line from each injection port 22a of the auxiliary chamber 20 intersects with the side guide portion 33 in a plan view in the cylinder axial direction Z, so as to extend along the extension line from the injection port 22a, and a configuration in which a plurality of groove portions are provided is also possible. However, the grooves 35 are not provided at positions adjacent to the tops of the inclined surfaces 31 of the lateral guide portions 33. This makes it possible to prevent the grooves 35 from disrupting the flow of the airflow guided along the inclined surfaces 31.
  • the side guide portion 33 may be configured so that the width in the crankshaft direction Y on the exhaust side of the groove portion 35 is greater than the width in the crankshaft direction Y on the intake side of the groove portion 35. This makes it possible to suppress turbulence in the airflow caused by the airflow passing along the side guide portion 33 through the groove portion 35.
  • the groove portion 35 is not limited to a groove recessed into the upper surface of the side guide portion 33, but may be a through hole drilled in a direction intersecting the extension direction of the side guide portion 33.
  • the present embodiment shows an example of the present invention, and the present invention is not limited to the present embodiment.
  • various modifications and improvements can be made to the present embodiment, and such modifications and improvements can also be included in the present invention.
  • the features of the present invention are not limited to the internal combustion engine 1 using the auxiliary chamber 20 that houses the spark plug 4 within the main chamber 10, and similar effects can be expected as long as the internal combustion engine is provided with a fuel injection nozzle 5 that injects fuel toward the spark plug 4.
  • the internal combustion engine of the present disclosure uses gasoline, the fuel is not limited to this and may be other fuels such as alcohol.
  • the present specification discloses the following: (1) a cylinder formed by a cylinder block; a cylinder head covering one end of the cylinder; a piston having a top surface facing the cylinder head and reciprocating within the cylinder; a spark plug disposed in a center portion of the cylinder head in a combustion chamber defined between the cylinder, the cylinder head, and the piston; a fuel injection nozzle disposed within the combustion chamber; an intake port and an exhaust port provided in the cylinder head on either side of the spark plug;
  • a cylinder injection type internal combustion engine comprising: the fuel injection nozzle is disposed on one side in an intake/exhaust direction connecting the intake port and the exhaust port, and injects fuel toward the ignition plug; a pair of side guide portions are formed on the top surface of the piston, the pair of side guide portions being disposed so as to sandwich the inclined surface in a crank axial direction perpendicular to the intake/exhaust direction and a cylinder axial direction which is a reciprocating direction of the cylinder, and the pair of side guide
  • the inclined surface is formed so that the inclination angle toward the cylinder head side increases stepwise toward the one side.
  • a direct injection type internal combustion engine according to claim 1. According to this configuration, the airflow guided by the inclined surface 31 is more likely to separate from the top of the inclined surface 31. Also, compared to a case where the angle of the inclined surface 31 is made steep from the beginning, it is possible to suppress the inclined surface 31 from acting as resistance to the airflow.
  • the side guide portion has a side guide surface that inclines toward the cylinder head as it approaches the one side,
  • the top surface is formed with a downward surface that slopes toward the cylinder head from the top of the inclined surface toward the one side, and a lateral extension surface that extends from the top of the side guide surface to the one side,
  • the inclined surface is formed so that an angle formed between an extension line of the inclined surface and the downward surface is larger than an angle formed between an extension line of the side guide surface and the side extension surface.
  • a direct injection type internal combustion engine according to (1) or (2) According to this configuration, the airflow separates more easily from the main inclined surface than from the side guide surface 33a, so that the tumble flow formed on the piston top surface 30 becomes more stable.
  • the width of the side guide portion in the crank axial direction is widest at a portion corresponding to a center of the piston in the intake/exhaust direction, and is formed to be approximately constant on the one side from the widest portion.
  • a sub-chamber for accommodating the ignition plug is provided in the combustion chamber,
  • the auxiliary chamber is provided with an injection port that communicates the combustion chamber with the auxiliary chamber and injects flame from the auxiliary chamber to the combustion chamber, a passage portion extending in the crankshaft direction and communicating between an inner surface and an outer surface of the side guide portion is formed in the side guide portion, The passage portion is formed on an extension line of the injection port.
  • a direct injection type internal combustion engine according to any one of (1) to (4). According to this configuration, the flame injected from the auxiliary chamber can be efficiently guided into the gap between the side guide portion 33 and the wall surface of the cylinder 11a, thereby achieving both the formation of a stable tumble flow and combustion efficiency.

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Abstract

燃焼室内に、点火プラグと、燃料噴射ノズルと、を備える筒内噴射式内燃機関であって、燃料噴射ノズルは、点火プラグに向けて燃料を噴射し、頂面には、シリンダ軸方向視で燃料噴射方向に沿って延在し、燃料噴射ノズルに向かってシリンダヘッド側に傾斜する傾斜面と、燃料噴射方向に直交する方向で傾斜面を挟むように配置される一対の側方ガイド部と、が形成され、傾斜面の燃料噴射方向に直交するクランク軸方向の幅は、シリンダ軸方向視で、燃料噴射ノズルに向かって幅狭となるように形成した。

Description

筒内噴射式内燃機関
　本発明は、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射ノズルを備えた筒内噴射式内燃機関に関する。
　従来から、シリンダと、シリンダヘッドと、ピストンと、によって形成される燃焼室と、シリンダヘッドの中央部に配置された点火プラグと、燃焼室内に設けられ、燃料を供給する燃料噴射ノズルと、を備える筒内噴射式内燃機関が提案されている。このような筒内噴射式内燃機関は、吸気工程で吸気ポートを介して燃焼室内に供給された吸気と、燃料噴射ノズルにより供給された燃料とで、燃焼室内で混合気を形成し、圧縮工程で圧縮された混合気を点火プラグで点火する。
　筒内噴射式内燃機関の吸気工程及び圧縮工程では、燃焼室に供給された吸気によって形成されるタンブル流によって、混合気が効率的に形成される。
　このようなタンブル流が効率的に形成されるように、ピストン頂面に、吸気方向に向かって上方に湾曲する円筒面を有する中央隆起部と、同じく円筒面を有して中央隆起部の気筒列方向両側に位置する外側隆起部と、を設ける、特許文献１に記載の筒内噴射式内燃機関が提案されている。
日本国特開２０００－１５４７２４号公報
　上記特許文献１に記載の筒内噴射式内燃機関によれば、中央隆起部及び外側隆起部によって独立したタンブル流が複数形成されるため、エンジン回転数が高くなると、燃焼サイクルによっては主流となる中央隆起部により形成される気流が弱くなり、外側隆起部によるタンブル流とのバランスが崩れて燃焼室内の気流の流れが大きく乱れることもあり得るという課題あった。
　本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、圧縮工程時に形成されるタンブル流をより安定させる筒内噴射式内燃機関を提供することを目的とする。
　本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
［１］　シリンダブロックにより形成されるシリンダと、
　前記シリンダの一端を覆うシリンダヘッドと、
　前記シリンダヘッドに対向する頂面を備え、前記シリンダ内を往復動するピストンと、
　前記シリンダと、前記シリンダヘッドと、前記ピストンと、の間に形成される燃焼室内において、前記シリンダヘッドの中央部に配置された点火プラグと、
　前記燃焼室内に配置された燃料噴射ノズルと、
　前記点火プラグを挟んで前記シリンダヘッドに設けられた吸気口及び排気口と、
を備える筒内噴射式内燃機関であって、
　前記燃料噴射ノズルは、前記吸気口と前記排気口とを結ぶ吸排気方向の一方側に配置され、前記点火プラグに向けて燃料を噴射し、
　前記ピストンの前記頂面には、前記吸排気方向に沿って延在し、前記一方側に向かうにつれて前記シリンダヘッド側に傾斜する傾斜面と、前記吸排気方向及び前記シリンダの往復方向であるシリンダ軸方向に直交するクランク軸方向で前記傾斜面を挟むように配置される一対の側方ガイド部と、が形成され、
　前記傾斜面の前記クランク軸方向の幅は、前記一方側に向かうにつれて幅狭となるように形成した、
　筒内噴射式内燃機関。
［２］　前記傾斜面は、前記一方側に向かうにつれて前記シリンダヘッド側に向けた傾斜角度が段階的に大きくなるように形成された、
　［１］に記載の筒内噴射式内燃機関。
［３］　前記側方ガイド部は、前記一方側に向かうにつれて前記シリンダヘッド側に傾斜する側方ガイド面を有し、
　前記頂面には、前記傾斜面の頂部から前記一方側に向かうにつれて前記シリンダヘッド側に傾斜する下り面と、前記側方ガイド面の頂部から前記一方側に延在された側方延設面と、が形成され、
　前記傾斜面は、前記傾斜面の延長線と前記下り面との間に形成される角度が、前記側方ガイド面の延長線と前記側方延設面との間に形成される角度よりも大きくなる、ように形成される、
　［１］に記載の筒内噴射式内燃機関。
［４］　前記側方ガイド部の前記クランク軸方向の幅は、前記吸排気方向において前記ピストンの中心部にあたる部分で最も広くなり、最も幅が広くなった部分から前記一方側では略一定となるように形成された、
　［１］に記載の筒内噴射式内燃機関。
［５］　前記燃焼室内で前記点火プラグを収容する副室を設け、
　前記副室には、前記燃焼室と前記副室とを連通し、前記副室から前記燃焼室へと火炎を噴射する噴射口が形成され、
　前記側方ガイド部には、前記クランク軸方向に延び前記側方ガイド部の内面と外面とを連通する通路部が形成され、
　前記通路部は、前記噴射口の延長線上に形成された、
　［１］～［４］の何れか１つに記載の筒内噴射式内燃機関。
　本発明の筒内噴射式内燃機関によれば、傾斜面の幅方向を燃料噴射方向に向けて幅狭にすることにより、圧縮工程時に形成されるタンブル流をより安定させることができる。
図１は、本開示の一実施形態による内燃機関の概略構成を示す要部断面図である。 図２は、内燃機関の概略構成を示すシリンダ軸方向の平面図である。 図３は、ピストン頂面の形状を示したピストンの斜視図である。 図４は、ピストンを示した中央横断面図である。 図５（Ａ）は、圧縮工程時に中間点までピストンが上昇した状態を示した内燃機関の要部断面図であり、図５（Ｂ）は、圧縮工程時に上死点までピストンが上昇した状態を示した内燃機関の要部断面図である。 図６は、ピストン頂面によってガイドされる気流の流れを示したピストンの要部斜視図である。 図７は、副室から噴射される火炎を示したピストン頂面のシリンダ軸方向の平面図である。 図８は、側方ガイド部に設けた溝部を示したピストン頂面の斜視図である。 図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、突設部の別実施例１、２を示したピストン頂面の斜視図である。
　本発明の一実施形態に係る筒内噴射式内燃機関を適用した副室式内燃機関（以下、単に「内燃機関とも称する）について、図１～図８を用いて説明する。なお、本発明は、以下で説明する実施形態に何ら限定されるものではなく、本実施形態と実質的に同一の構成を有し、且つ、同様な作用効果を奏しさえすれば、多様な変更が可能である。
　なお、内燃機関１に関して、本明細書では、シリンダ軸方向Ｚとは、シリンダに沿ってピストンが摺動する方向を示す。上下方向と記す場合は、シリンダ軸方向Ｚを示し、シリンダヘッド側を「上」、クランク軸側を「下」とする。この構成は、図１を参照するとよい。また、吸排気方向Ｘとは、吸気ポート及び排気ポートを結ぶ方向を示す。「吸気側」を吸排気方向Ｘの吸気ポート側、「排気側」を吸排気方向Ｘの排気ポート側とする。吸排気方向Ｘは、燃料噴射ノズルによる燃料噴射方向でもある。また、クランク軸方向Ｙとは、クランク軸の延在方向であって、シリンダ軸方向Ｚ及び吸排気方向Ｘに直交する方向を示す。クランク軸方向Ｙは、クランク軸に沿って並べて配置される気筒列方向でもある。この構成は、図２を参照するとよい。
（全体構成）
　図１は、本開示の一実施形態による内燃機関の概略構成を示す要部断面図であり、図２は、内燃機関の概略構成を示すシリンダ軸方向Ｚの平面図である。内燃機関１は、燃焼室を形成する主室１０及び副室２０と、点火プラグ４と、燃料噴射ノズル５と、を備える。
　本実施形態の内燃機関１は、主室１０及び副室２０を含む気筒がクランク軸２に沿って直列に複数配列された直列型内燃機関である。気筒の配列はＶ型であっても水平型であってもよい。
　主室１０は、上下方向に延在する筒状のシリンダ１１ａを形成するシリンダブロック１１と、シリンダ１１ａの上端側を覆うシリンダヘッド１２と、シリンダ１１ａ内を往復動するピストン１３と、で画定された空間である。
　副室２０は、シリンダヘッド１２に設けられた副室壁２１で画定された空間である。副室２０は、副室壁２１と、主室１０と副室２０との間を連通する連通路２２（噴射口）と、を有する。
　点火プラグ４は、シリンダヘッド１２の中央部に支持されて、その先端側が副室壁２１で隔てた副室２０内に配置される。
　シリンダヘッド１２は、吸排気方向Ｘの一方側には吸気バルブ１４によって開閉される一対の吸気ポート１５が接続され、他方側には排気バルブ１６を介して開閉される一対の排気ポート１７が接続されている。吸気ポート１５内には、燃料供給ノズル１８が配置されている。燃料供給ノズル１８は、吸気バルブ１４が開弁した際に主室１０内に燃料を供給できる。この構成は、図１及び図２を参照するとよい。
　なお、吸気ポート１５は、図示しない吸気通路に接続される。排気ポート１７は、図示しない排気通路に接続される。
　ピストン１３は、シリンダヘッド１２に対向することにより主室１０の下部を構成するピストン頂面３０と、ピストンピン１９を介してコンロッド３の上端側に連結されるピン孔１３ａと、を有し、コンロッド３を介してクランク軸２に接続されている。これにより、ピストン１３は、上下方向のシリンダ１１ａ内の下死点と上死点との間を往復動する。この構成は、図１を参照するとよい。
　副室壁２１は、シリンダ軸方向Ｚの平面視で、シリンダ軸（ピストン１３の中心を通りシリンダ軸方向Ｚに延びる軸）を中心とした円形の断面を有している。この構成は、図２を参照するとよい。副室壁２１は、吸排気方向Ｘ及びクランク軸方向Ｙ視で下部が半球状に形成されている。この構成は、図１を参照するとよい。
　連通路２２は、シリンダ軸方向Ｚの平面視で、副室壁２１の周方向に沿って複数形成され、主室１０と副室２０とを連通する。
　燃料噴射ノズル５は、副室２０の外側であって、シリンダヘッド１２の周縁部に配置されている。燃料噴射ノズル５は、吸排気方向Ｘで吸気バルブ１４側、より具体的には、一対の吸気バルブ１４、１４の間に配置されている。この構成は、図２を参照するとよい。
　燃料噴射ノズル５は、副室２０内の点火プラグ４に向けて直接燃料を噴射する。燃料噴射ノズル５からの燃料噴射の射線上、すなわち燃料噴射ノズル５の燃料噴射口の延長線上には、複数設けた連通路２２のうちの１つである第１連通路２２Ａが配置される。このため、第１連通路２２Ａを介して、燃料噴射ノズル５から噴射される燃料を副室２０内に直接供給できる。また、第１連通路２２Ａの延長線は、燃料噴射ノズル５より下方を通る。この構成は、図１及び図５（Ａ）を参照するとよい。
　なお、燃料噴射ノズル５による燃料の噴射量と燃料を噴射するタイミングとは、図示しない制御部によって制御される。
　上述の内燃機関１は、吸気工程、圧縮工程、膨張工程及び排気工程を繰り返すことによってピストン１３をシリンダ１１ａ内に沿って往復動させ、クランク軸２から動力を出力できる。
　なお、上述の内燃機関１は、吸気工程で吸気ポート１５内の燃料供給ノズル１８から主室１０内に燃料が供給される。
　このとき、吸気工程で吸気ポート１５から主室１０内に導入された吸気が、ピストン頂面３０にガイドされることによって、主室１０内に縦方向（クランク軸方向Ｙを中心に回転する）の渦状の気流であるタンブル流が形成される。
　本実施例では、ピストン頂面３０の形状によって、圧縮工程でピストン１３が上昇作動する際に、燃料噴射ノズル５による点火プラグ４への燃料噴射を阻害しないタンブル流を安定して形成することができる。ピストン頂面３０の具体的な形状については後述する。
また、圧縮行程では、ピストン１３が上昇している最中に、所定のタイミングで燃料噴射ノズル５から副室２０内の点火プラグ４に向けて燃料が噴射され、副室２０内を燃料で満たす。この構成は、図５（Ａ）を参照するとよい。
　圧縮工程において副室２０内に供給された燃料と混合気は、点火プラグ４によって点火されて副室２０内で燃焼される。これにより、副室２０内で発生した火炎Ｆが連通路２２から主室１０に向けて噴射される。この構成は、図７を参照するとよい。
　副室２０から主室１０に向けて噴射された火炎Ｆによって、主室１０内に形成された混合気が燃焼する。
　次に、図２～図７に基づき、ピストン頂面の具体的な形状について説明する。図３は、ピストン頂面の形状を示したピストンの斜視図であり、図４は、ピストンを示した中央横断面図であり、図５（Ａ）は、圧縮工程時に後述する中間点までピストンが上昇した状態を示した内燃機関の要部断面図であり、図５（Ｂ）は、圧縮工程時に上死点までピストンが上昇した状態を示した内燃機関の要部断面図であり、図６は、ピストン頂面によってガイドされる気流の流れを示したピストンの要部斜視図であり、図７は、副室から噴射される火炎を示したピストン頂面のシリンダ軸方向Ｚの平面図である。
　シリンダ軸方向Ｚの平面視において、円形のピストン頂面３０には、クランク軸方向Ｙの中央側に設けられ、吸排気方向Ｘに沿って延在する傾斜面３１及びフラット面３２と、傾斜面３１及びフラット面３２に対して、クランク軸方向Ｙの両側に設けられた一対の側方ガイド部３３，３３と、傾斜面３１より吸気側に設けられた突設部３４及びバルブリセス３９と、を有する。
　傾斜面３１は、吸排気方向Ｘにおいて、吸気ポート１５側（吸気側）、すなわち燃料噴射ノズル５が配置された側に形成される。
　傾斜面３１は、吸排気方向Ｘに延在し、燃料噴射ノズル５に向かうにつれてシリンダヘッド１２側に傾斜する面である。言い換えると、傾斜面３１は、吸気側に向かって上方傾斜する面である。
　具体的に説明すると、傾斜面３１は、第１傾斜面３１ａと、第２傾斜面３１ｂと、が吸排気方向Ｘに沿って排気側（燃料噴射ノズル５とは反対側）から順番に連続的に形成されている。第１傾斜面３１ａと、第２傾斜面３１ｂと、は吸気側に配置される第２傾斜面３１ｂの方が、吸排気方向Ｘの長さが短くなるとともに、シリンダヘッド１２側への上方傾斜の角度も急になる。この構成は、図４を参照するとよい。
　なお、図４に示す例では、傾斜面３１を、角度の異なる第１傾斜面３１ａ及び第２傾斜面３１ｂで形成したが、傾斜面３１は、吸気側（燃料噴射ノズル５側）に向かうにつれて上方傾斜の角度が多段階で急になる傾斜角度となっていればよく、傾斜面３１を角度の異なる３つ以上の傾斜面から形成してもよい。
　傾斜面３１の頂部での角度、本実施形態では、第２傾斜面３１ｂの角度は、ピストン１３の上下位置が所定の範囲内にある場合には、第２傾斜面３１ｂの吸排気方向Ｘと平行な延長線（以下単に、傾斜面３１の延長線）と、シリンダ１１ａの壁面と、が交差する位置が、燃料噴射ノズル５よりもシリンダ軸方向Ｚで下方側（ピストン側）となるように設定される。このとき、傾斜面３１の延長線と、シリンダ１１ａの壁面と、の交点を第１接触点Ｈ１とする。この構成は、図４を参照するとよい。
　具体的に説明すると、傾斜面３１は、ピストン１３が少なくとも上死点と下死点の中間である中間点よりも下死点側にある場合には、傾斜面３１の延長線がシリンダ１１ａの壁面と第１接触点Ｈ１で交差するように形成される。この構成は、図５（Ａ）を参照するとよい。
　その一方で、傾斜面３１は、ピストン１３が上死点にある場合には、傾斜面３１の延長線が燃料噴射ノズル５と点火プラグ４の間を通りシリンダヘッド１２の下面と交差するように形成される。この構成は、図５（Ｂ）を参照するとよい。
　なお、傾斜面３１は、図５（Ａ）に示されるように、燃料噴射ノズル５から燃料を噴射するタイミングにおいて、傾斜面３１の延長線が第１接触点Ｈ１でシリンダ１１ａの壁面と交差する、ように形成することが好ましい。
　この場合、燃料噴射ノズル５から燃料が噴射されるタイミングにおけるピストン１３の上下位置は、エンジンの回転数が高くなるほど下死点側に近づく。このため、エンジン回転数が５千回転程度の高回転の場合の燃料噴射タイミングで傾斜面３１の延長線がシリンダ１１ａの壁面に交差するように設定するとよい。
　さらに、傾斜面３１は、ピストン１３が上死点に到達した場合に、クランク軸方向Ｙ視で、その頂部が副室２０の第１連通路２２Ａの噴射口２２ａから延長した中心線よりも下方に位置するように形成される。この構成は、図５（Ｂ）を参照するとよい。該構成によれば、傾斜面３１に副室２０から主室１０に向けて噴射する火炎Ｆが直接当たって、傾斜面３１が劣化することを防止できる。
　また、傾斜面３１より吸気側には、吸気側に向かうにつれて下方に傾斜する下り面３６が形成されている。下り面３６は、傾斜面３１の頂部に連結されている。
　フラット面３２は、ピストン頂面３０の排気側端部から吸気側に向かい吸排気方向Ｘに延設され、傾斜面３１と連続する。本実施形態では、フラット面３２は、シリンダ軸方向Ｚと直交するように吸排気方向Ｘ及びクランク軸方向Ｙに平行に延びる平面で形成されている。この構成は、図４を参照するとよい。
　なお、フラット面３２は、滑らかな平面によって気流を傾斜面に向けてガイドできる面であればよく、シリンダ軸方向Ｚに対して直交する平面には限られない。例えば、フラット面３２は、傾斜面３１と角度を有するように緩やかに傾斜した面としてもよい。フラット面３２を傾斜面３１と同方向に傾斜させる場合は、ピストン１３の中心より吸気側を傾斜面３１と定義する。傾斜面３１より排気側をフラット面３２とすることで、ピストン頂面３０に沿って流れる気流が、傾斜面３１より排気側でピストン頂面３０から剥離することを抑制できる。
　側方ガイド部３３は、排気側端部からシリンダヘッド１２側に向けて傾斜する側方ガイド面３３ａと、側方ガイド面３３ａの吸気側端部からピストン頂面３０に対して略平行に延設された側方延設面３３ｂと、側方延設面３３ｂの吸気側端部からピストン頂面３０に向けて下方傾斜する側方下り面３３ｃと、を有する。
　すなわち、側方ガイド部３３は、クランク軸方向Ｙ視で、シリンダ軸方向Ｚでシリンダヘッド１２側に突出するとともに、吸排気方向Ｘに沿って延在し、側方ガイド面３３ａの吸気側端部を頂部とする略山型に形成されている。この構成は、図４を参照するとよい。なお、側方ガイド部３３は、側方延設面３３ｂを側方下り面３３ｃと同様に傾斜させてもよい。この場合、側方延設面３３ｂと側方下り面３３ｃ同一箇所となる。
　側方ガイド面３３ａの角度は、ピストン１３の上下位置が所定の範囲内にある場合には、側方ガイド面３３ａの吸排気方向Ｘと平行な延長線（以下単に、側方ガイド面３３ａの延長線）と、シリンダ１１ａの壁面と、が交差する位置が、第１接触点Ｈ１よりもシリンダ軸方向Ｚで下方側（ピストン側）となるように設定される。このとき、側方ガイド面３３ａの延長線と、シリンダ１１ａの壁面と、の交点を第２接触点Ｈ２とする。
　また、側方ガイド面３３ａは、傾斜面３１よりも傾斜が緩く形成される。これは、側方ガイド面３３ａの頂部は、傾斜面３１の頂部と比較して、吸排気方向Ｘにおいてシリンダ１１ａの壁面と近い位置に配置されるからである。側方ガイド面３３ａを、傾斜面３１よりも傾斜が緩く形成することにより、第２接触点Ｈ２は、第１接触点Ｈ１と比較してシリンダ軸方向Ｚが下側になり、吸排気方向Ｘが排気側となる。
　さらに、側方ガイド面３３ａは、図６に示すように、側方ガイド面３３ａの延長線が、第２接触点Ｈ２から上下方向の角度を維持したまま、シリンダ１１ａの内壁に沿わせて吸排気方向Ｘの吸気側に延長した場合に、燃料噴射ノズル５の下側（シリンダ軸方向Ｚ視で燃料噴射ノズル５と重なる位置）で第１接触点Ｈ１より下側の第３接触点Ｈ３に到達するように形成される。この構成は、図４及び図６を参照するとよい。
　側方下り面３３ｃは、側方延設面３３ｂから吸気側に向かって下方傾斜しており、傾斜面３１の吸気側に配置された下り面３６と滑らかに連接している。すなわち、側方下り面３３ｃと下り面３６とは面一になっている。該構成によれば、傾斜面３１及びフラット面３２に沿って吸排気方向Ｘに流れる気流のうち、傾斜面３１から剥離しなかった気流や、側方ガイド面３３ａから剥離しなかった気流が、ピストン頂面３０の吸気側で乱れることを抑制できる。この構成は、図２及び図６を参照するとよい。
　上記のように、傾斜面３１の延長線と、下り面３６との間にできる第１剥離角度αを、側方ガイド面３３ａの延長線と、側方延設面３３ｂとの間にできる第２剥離角度βよりも大きくした。該構成によれば、最も流れが強くなる傾斜面３１によってガイドされる気流が、傾斜面３１の頂部から剥離し易くなるため、ピストン頂面３０によってガイドされるタンブル流がより安定する。この構成は、図４を参照するとよい。なお、側方延設面３３ｂを傾斜させた場合でも、第１剥離角度αが第２剥離角度βよりも大きくなるようにすることが好ましい。
　傾斜面３１及びフラット面３２のクランク軸方向Ｙの幅であるガイド幅は、吸排気方向Ｘで吸気側に向かうにつれて徐々に狭くなるように形成されている。具体的には、側方ガイド部３３の内面（シリンダ軸を向く面）が吸気側に向かうにつれて互いに近づくようにクランク軸方向Ｙで傾斜している。また、側方ガイド部３３の外面（シリンダ１１ａの壁面を向く面）は、吸排気方向Ｘでシリンダ１１ａの壁面に沿って円弧状に形成されている。側方ガイド部３３は、吸排気方向Ｘでシリンダ軸より排気側から吸気側まで延びている。したがって、各側方ガイド部３３、３３のクランク軸方向Ｙの幅は、吸排気方向Ｘでピストン１３の中心に位置する箇所が最も大きくなる。そして、各側方ガイド部３３、３３の吸排気方向Ｘでピストン１３の中心に位置する箇所より吸気側のクランク軸方向Ｙの幅は、略一定になるように側方ガイド部３３の内面の傾斜角度が決定されている。
　突設部３４は、下り面３６に上側に向けて形成された突起である。突設部３４は、吸排気方向Ｘにおいて排気側に向かうにつれてクランク軸方向Ｙの幅が小さくなるように形成されている。そして、突設部３４の吸気側端部のクランク軸方向Ｙの幅は、燃料噴射ノズル５の先端のクランク軸方向Ｙの幅よりも大きく形成されている。この構成は、図２を参照するとよい。本実施形態では、突設部３４は、一対の吸気バルブ１４、１４の間に位置している。具体的には、突設部３４は、一対の吸気バルブ１４、１４の形状にあわせて形成された凹部であるバルブリセス３９の、各吸気バルブ１４、１４に対応する一対の凹部の間の、シリンダ軸方向Ｚから視て台形形状となっている部分を利用して形成されている。すなわち、バルブリセス３９は下り面３６及び側方下り面３３ｃと面一に形成されており、突設部３４は下り面３６から上方に突設されている。なお、突設部３４は、吸排気方向Ｘ視でクランク軸方向Ｙの面が突設部３４の中央部に向かうにつれて上方に傾斜するようにしてもよい。この構成は、図９（Ａ）を参照するとよい。このようにすることで、下り面３６及び側方下り面３３ｃに沿って流れる気流を上方へ案内することができる。また、突設部３４の形状は、図２のようなシリンダ軸方向Ｚ視で台形形状の他に、菱形形状等であってもよい。すなわち、突設部３４の排気側端部のクランク軸方向Ｙの幅が、排気側に向かうにつれて小さくなっていればよい。この構成は、図９（Ｂ）を参照するとよい。
（作用効果）
　次に、上述のピストン頂面３０の形状による作用効果について説明する。
　上述の傾斜面３１によれば、図５（Ａ）に示されるように、内燃機関１の圧縮工程時において、ピストン１３がシリンダ１１ａの中間点より下死点側にある場合には、ピストン頂面３０を燃料噴射ノズル５側へと流れる気流を、燃料噴射ノズル５の下方側である第１接触点Ｈ１にて、シリンダ１１ａの吸気側壁面に接触するようにガイドできる。
　これにより、主室１０内に発生するタンブル流によって、燃料噴射ノズル５から点火プラグ４に向けて噴射する燃料がシリンダヘッド１２側に流され、噴射位置の狙いが上方にズレることを抑制できる。
　また、傾斜面３１のガイド幅を燃料噴射ノズル５側に向かって徐々に幅狭としたことにより、傾斜面３１の燃料噴射ノズル５側を流れる気流の流速が速くなり、タンブル流がより安定する。
　また、傾斜面３１を、燃料噴射ノズル５側に向かって傾斜角度が徐々に大きくなるようにしたことにより、傾斜面３１によって案内される気流が傾斜面３１の端部でスムーズに剥離し易くなる。このため、傾斜面３１によって形成されるタンブル流がより安定する。
　上述のフラット面３２によれば、ピストン頂面３０に沿って流れる気流の下流側を平面としたので、傾斜面３１に向かい流れる気流がピストン頂面３０から剥離することを抑制することができるので、タンブル流がより安定する。
　上述の側方ガイド部３３によれば、図６に示されるように、ピストン頂面３０の外縁に沿って、燃料噴射ノズル５側に流れる気流を、第１接触点Ｈ１より下側の、第２接触点Ｈ２までガイドできる。
　これにより、側方ガイド部３３によってガイドされる気流により、傾斜面３１によってガイドされる気流が乱されることを抑制することができる。このため、ピストン頂面３０によって主室１０内に形成される上記のタンブル流がより安定する。
　また、側方ガイド部３３を、側方ガイド面３３ａの延長線が、第２接触点Ｈ２から上下方向の角度を維持したまま、シリンダ１１ａの内壁に沿わせて燃料噴射ノズル５側に延長した場合に、第１接触点Ｈ１より下側の第３接触点Ｈ３に到達するように形成したので、側方ガイド部３３によってガイドされる気流により、傾斜面３１によってガイドされる気流を押し上げることができ、タンブル流がより安定する。
　また、側方ガイド部３３を、側方下り面３３ｃと下り面３６とが面一になるように形成したので、側方ガイド面３３ａ及び傾斜面３１から剥離せずに、側方下り面３３ｃ及び下り面３６に沿って流れる気流が乱れることを抑制することができ、タンブル流がより安定する。
　さらに、側方ガイド部３３を、クランク軸方向Ｙの幅が最も広い箇所から燃料噴射ノズル５側の幅を略一定とすることにより、側方ガイド部３３に沿って流れる気流がクランク軸方向Ｙで乱れることを抑制することができ、タンブル流がより安定する。
　上述の突設部３４によれば、図７に示されるように、シリンダ軸方向Ｚの平面視で、副室２０から主室１０に向けて噴射された火炎Ｆのうち、第１連通路２２Ａから燃料噴射ノズル５に向けて噴射された火炎Ｆ１を、クランク軸方向Ｙに分割し、燃料噴射ノズル５から逸らすことができる。これにより、第１連通路２２Ａから噴射される火炎Ｆ１が燃料噴射ノズル５に及ぼす影響を軽減できる。
（別実施形態）
　次に、図８に基づき、側方ガイド部３３に設けた溝部の構成について説明する。図８は、側方ガイド部３３に設けた溝部を示したピストン頂面の斜視図である。このように、側方ガイド部３３は、側方ガイド部３３の延在方向に交差する方向に延び、側方ガイド部３３より内側と外側とを連通する通路部として溝部３５を設けた構成としてもよい。
　溝部３５は、シリンダ軸方向Ｚに凹設され、側方ガイド部３３の延設方向と交差する方向、すなわちクランク軸方向Ｙに延在し、側方ガイド部３３の内面及び外面で開口している。
　また、溝部３５の上下方向（シリンダ軸方向Ｚ）の深さは、溝部３５延在方向の外側（ピストン１３の中心側）から内側に向けて、徐々に深くなるように形成される。
　また、側方ガイド部３３の延在方向（吸排気方向Ｘ）である溝部３５の幅は、溝部３５延在方向内側から外側に向けて、徐々に幅広となるように形成される。
　該構成の溝部３５によれば、ピストン頂面３０の縁部に一対の側方ガイド部３３を設けたことにより、側方ガイド部３３の幅方向（クランク軸方向Ｙ）外側とシリンダ１１ａの壁面との間に形成される隙間に、副室２０から噴射された火炎Ｆを効率良く伝番させることができる。このため、ピストン頂面３０に設けた側方ガイド部３３によって、側方ガイド部３３の外側で混合気の燃焼の広がりが阻害されることを抑制できる。
　また、溝部３５の上下方向の深さが、溝部３５延設方向内側に向けて深くなることで副室２０から噴射される火炎Ｆが、溝部３５に導かれ易くなる。
　さらに、溝部３５の幅が、溝部３５延設方向内側から外側に向けて幅広になることで、側方ガイド部３３の幅方向外側で火炎Ｆがより広域に伝搬され易くなる。このため、側方ガイド部３３の外側で混合気がより燃焼し易くなる。
　なお、溝部３５は、副室２０の噴射口２２ａから噴射される火炎Ｆを、側方ガイド部３３の内側から外側に向けて案内するための溝であるため、図８に示した位置には限られない。具体的には、溝部３５は、シリンダ軸方向Ｚの平面視で、副室２０の各噴射口２２ａからの延長線と、側方ガイド部３３とが交差する位置に、噴射口２２ａからの延長線に沿って延びるように設けていればよく、その数も複数設けた構成としてもよい。
　ただし、溝部３５は、側方ガイド部３３の傾斜面３１の頂部と隣接する位置には設けないものとする。これにより、傾斜面３１に沿ってガイドされる気流の流れが溝部３５によって乱されることを抑制できる。
　側方ガイド部３３は、溝部３５より排気側のクランク軸方向Ｙの幅を、溝部３５より吸気側のクランク軸方向Ｙの幅よりも大きくした構成としてもよい。これにより、側方ガイド部３３に沿う気流が溝部３５を通過することによって発生する気流の乱れを抑制できる。
　なお、上記の溝部３５は、側方ガイド部３３の上面を凹設した溝に限られず、側方ガイド部３３の延在方向と交差する方向に穿設した貫通孔としてもよい。
　なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。また、本実施形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。
　例えば、本発明の特徴は、主室１０内に点火プラグ４を収容する副室２０を用いた内燃機関１に限られず、点火プラグ４に向けて燃料を噴射する燃料噴射ノズル５を設けた内燃機関であれば同様の作用効果が期待できる。また、本開示の内燃機関では、ガソリンが使われるが、これに限定されず、アルコールなどの他の燃料であってもよい。
　以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）　シリンダブロックにより形成されるシリンダと、
　前記シリンダの一端を覆うシリンダヘッドと、
　前記シリンダヘッドに対向する頂面を備え、前記シリンダ内を往復動するピストンと、
　前記シリンダと、前記シリンダヘッドと、前記ピストンと、の間に形成される燃焼室内において、前記シリンダヘッドの中央部に配置された点火プラグと、
　前記燃焼室内に配置された燃料噴射ノズルと、
　前記点火プラグを挟んで前記シリンダヘッドに設けられた吸気口及び排気口と、
を備える筒内噴射式内燃機関であって、
　前記燃料噴射ノズルは、前記吸気口と前記排気口とを結ぶ吸排気方向の一方側に配置され、前記点火プラグに向けて燃料を噴射し、
　前記ピストンの前記頂面には、前記吸排気方向に沿って延在し、前記一方側に向かうにつれて前記シリンダヘッド側に傾斜する傾斜面と、前記吸排気方向及び前記シリンダの往復方向であるシリンダ軸方向に直交するクランク軸方向で前記傾斜面を挟むように配置される一対の側方ガイド部と、が形成され、
　前記傾斜面の前記クランク軸方向の幅は、前記一方側に向かうにつれて幅狭となるように形成した、
　筒内噴射式内燃機関。
　本構成によれば、傾斜面３１によってガイドされる気流が、傾斜面３１の頂部に向かって徐々に集約されるため、傾斜面３１によって形成されるタンブル流がより安定する。
（２）　前記傾斜面は、前記一方側に向かうにつれて前記シリンダヘッド側に向けた傾斜角度が段階的に大きくなるように形成された、
　（１）に記載の筒内噴射式内燃機関。
　本構成によれば、傾斜面３１によってガイドされる気流が傾斜面３１の頂部から剥離し易くなる。また、傾斜面３１の角度をはじめから急にする場合に比べ、傾斜面３１が気流の抵抗になることを抑制することができる。
（３）　前記側方ガイド部は、前記一方側に向かうにつれて前記シリンダヘッド側に傾斜する側方ガイド面を有し、
　前記頂面には、前記傾斜面の頂部から前記一方側に向かうにつれて前記シリンダヘッド側に傾斜する下り面と、前記側方ガイド面の頂部から前記一方側に延在された側方延設面と、が形成され、
　前記傾斜面は、前記傾斜面の延長線と前記下り面との間に形成される角度が、前記側方ガイド面の延長線と前記側方延設面との間に形成される角度よりも大きくなる、ように形成される、
　（１）又は（２）に記載の筒内噴射式内燃機関。
　本構成によれば、側方ガイド面３３ａから剥離する気流よりも、メインとなる傾斜面から剥離する気流が剥離し易くなるため、ピストン頂面３０に形成されるタンブル流がより安定する。
（４）　前記側方ガイド部の前記クランク軸方向の幅は、前記吸排気方向において前記ピストンの中心部にあたる部分で最も広くなり、最も幅が広くなった部分から前記一方側では略一定となるように形成された、
　（１）～（３）の何れか１つに記載の筒内噴射式内燃機関。
　本構成によれば、側方ガイド部３３上を流れる気流が乱れにくくなる。
（５）　前記燃焼室内で前記点火プラグを収容する副室を設け、
　前記副室には、前記燃焼室と前記副室とを連通し、前記副室から前記燃焼室へと火炎を噴射する噴射口が形成され、
　前記側方ガイド部には、前記クランク軸方向に延び前記側方ガイド部の内面と外面とを連通する通路部が形成され、
　前記通路部は、前記噴射口の延長線上に形成された、
　（１）～（４）の何れか１つに記載の筒内噴射式内燃機関。
　本構成によれば、側方ガイド部３３とシリンダ１１ａの壁面との間の隙間に、副室内から噴射された火炎を効率的に案内できるため、安定したタンブル流の形成と、燃焼効率と、を両立できる。
１　内燃機関
２　クランク軸
３　コンロッド
４　点火プラグ
５　燃料噴射ノズル
１０　主室
１１ａ　シリンダ
１１　シリンダブロック
１２　シリンダヘッド
１３ａ　ピン孔
１３　ピストン
１４　吸気バルブ
１５　吸気ポート
１６　排気バルブ
１７　排気ポート
１８　燃料供給ノズル
１９　ピストンピン
２０　副室
２１　副室壁
２２Ａ　第１連通路（噴射口）
２２　連通路（噴射口）
３０　ピストン頂面
３１ａ　第１傾斜面
３１ｂ　第２傾斜面
３１　傾斜面
３２　フラット面
３３ａ　側方ガイド面
３３ｂ　側方延設面
３３ｃ　側方下り面
３３　側方ガイド部
３４，４１　突設部
３５　溝部
３６　下り面
３９　バルブリセス
Ｈ１　第１接触点
Ｈ２　第２接触点Ｈ
Ｈ３　第３接触点Ｈ

Claims (5)

  1. 　シリンダブロックにより形成されるシリンダと、
    　前記シリンダの一端を覆うシリンダヘッドと、
    　前記シリンダヘッドに対向する頂面を備え、前記シリンダ内を往復動するピストンと、
    　前記シリンダと、前記シリンダヘッドと、前記ピストンと、の間に形成される燃焼室内において、前記シリンダヘッドの中央部に配置された点火プラグと、
    　前記燃焼室内に配置された燃料噴射ノズルと、
    　前記点火プラグを挟んで前記シリンダヘッドに設けられた吸気口及び排気口と、
    を備える筒内噴射式内燃機関であって、
    　前記燃料噴射ノズルは、前記吸気口と前記排気口とを結ぶ吸排気方向の一方側に配置され、前記点火プラグに向けて燃料を噴射し、
    　前記ピストンの前記頂面には、前記吸排気方向に沿って延在し、前記一方側に向かうにつれて前記シリンダヘッド側に傾斜する傾斜面と、前記吸排気方向及び前記シリンダの往復方向であるシリンダ軸方向に直交するクランク軸方向で前記傾斜面を挟むように配置される一対の側方ガイド部と、が形成され、
    　前記傾斜面の前記クランク軸方向の幅は、前記一方側に向かうにつれて幅狭となるように形成した、
    　筒内噴射式内燃機関。
  2. 　前記傾斜面は、前記一方側に向かうにつれて前記シリンダヘッド側に向けた傾斜角度が段階的に大きくなるように形成された、
    　請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関。
  3. 　前記側方ガイド部は、前記一方側に向かうにつれて前記シリンダヘッド側に傾斜する側方ガイド面を有し、
    　前記頂面には、前記傾斜面の頂部から前記一方側に向かうにつれて前記シリンダヘッド側に傾斜する下り面と、前記側方ガイド面の頂部から前記一方側に延在された側方延設面と、が形成され、
    　前記傾斜面は、前記傾斜面の延長線と前記下り面との間に形成される角度が、前記側方ガイド面の延長線と前記側方延設面との間に形成される角度よりも大きくなる、ように形成される、
    　請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関。
  4. 　前記側方ガイド部の前記クランク軸方向の幅は、前記吸排気方向において前記ピストンの中心部にあたる部分で最も広くなり、最も幅が広くなった部分から前記一方側では略一定となるように形成された、
    　請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関。
  5. 　前記燃焼室内で前記点火プラグを収容する副室を設け、
    　前記副室には、前記燃焼室と前記副室とを連通し、前記副室から前記燃焼室へと火炎を噴射する噴射口が形成され、
    　前記側方ガイド部には、前記クランク軸方向に延び前記側方ガイド部の内面と外面とを連通する通路部が形成され、
    　前記通路部は、前記噴射口の延長線上に形成された、
    　請求項１～４の何れか１項に記載の筒内噴射式内燃機関。
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