JP2012017654A

JP2012017654A - Internal combustion engine

Info

Publication number: JP2012017654A
Application number: JP2010153517A
Authority: JP
Inventors: Hiroichi Tochigi; 博一都知木
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-07-06
Filing date: 2010-07-06
Publication date: 2012-01-26

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine in which a peripheral part on a top surface of a piston close to a top dead point can be cooled with a simple configuration.SOLUTION: In an engine, a combustion chamber 36 defined between a piston 14 and a cylinder head 13 has: a squish part 42 corresponding to a top surface peripheral part 33 of the top surface 20 of the piston; and a combustion chamber main part 41 corresponding to a central part 32 of the top surface. The piston has a cooling passage 50 where a first end part 51 is opened in a part facing the combustion chamber main part of the top surface, and a second end part 53 is opened in a part facing the squish part of the top surface.

Description

本発明は、内燃機関に係り、詳しくはピストン頂面の周縁部を冷却する技術に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to a technique for cooling a peripheral portion of a piston top surface.

内燃機関では、高圧縮比化やエンジンの軽量化を達成するために、ノッキングの抑制が重要となる。ノッキングを抑制する１つの手法として、燃焼室周囲のシリンダやピストン、シリンダヘッドを冷却することが知られている。具体的には、ピストン頭頂部（ピストンクラウン）内に、冷却通路と、冷却通路からピストン背面に連通する入口孔および出口孔とを形成し、シリンダまたはクランクケースに固定されたオイルジェット用ノズルからピストンの背面に向けて噴射したオイルを入口孔から冷却通路、出口孔へと流通させるようにしたもの（例えば、特許文献１）や、ピストン冠内に冷却通路を形成し、冷却通路に連通する供給路および戻り路を通して水や油等の冷却流体を強制的に流通させるもの（例えば、特許文献２）がある。 In an internal combustion engine, it is important to suppress knocking in order to achieve a higher compression ratio and a lighter engine. As one method for suppressing knocking, it is known to cool a cylinder, a piston, and a cylinder head around the combustion chamber. Specifically, a cooling passage and an inlet hole and an outlet hole communicating with the back surface of the piston from the cooling passage are formed in the piston top (piston crown), and the oil jet nozzle fixed to the cylinder or the crankcase is used. The oil injected toward the back of the piston is made to circulate from the inlet hole to the cooling passage and the outlet hole (for example, Patent Document 1), or the cooling passage is formed in the piston crown and communicates with the cooling passage. There is one that forcibly circulates a cooling fluid such as water or oil through a supply path and a return path (for example, Patent Document 2).

特開平９−７２２１５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-72215 特許２５５４１６８号Japanese Patent No. 2554168

しかしながら、特許文献１の発明では、上死点付近では、ピストン背面に形成された入口孔とオイルジェット用ノズルとの距離が大きくなり、冷却通路内を流通するオイル量が低下する虞がある。ノッキングは、ピストンが上死点付近に位置するときに発生するため、上死点付近で冷却効率が低下することは好ましくない。特許文献２の発明では、ピストンの位置に関わらず、一定の冷却能力を実現できるものの冷却流体を強制的に冷却通路に流通させるためにポンプ等の付加的な構成を必要とし、さらにポンプを駆動させるためのエネルギーを必要とすることから構造およびエネルギーの観点から問題がある。また、特許文献１および２の発明は、ピストンの頂面近傍から背面へと到る冷却通路を設けなければならず、ピストン構造の複雑化や剛性低下が問題となる。 However, in the invention of Patent Document 1, in the vicinity of the top dead center, the distance between the inlet hole formed in the back surface of the piston and the nozzle for the oil jet is increased, and the amount of oil flowing through the cooling passage may be reduced. Since knocking occurs when the piston is positioned near the top dead center, it is not preferable that the cooling efficiency decreases near the top dead center. In the invention of Patent Document 2, although a constant cooling capacity can be realized regardless of the position of the piston, an additional configuration such as a pump is required to forcibly flow the cooling fluid through the cooling passage, and the pump is driven. The problem is from the viewpoint of structure and energy because it requires energy to be generated. Further, the inventions of Patent Documents 1 and 2 have to provide a cooling passage from the vicinity of the top surface of the piston to the back surface, which makes the piston structure complicated and lowers its rigidity.

本発明は、以上の背景を鑑みてなされたものであって、簡素な構成で、上死点付近において、ピストン頂面の周縁部を冷却することができる内燃機関を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above background, and an object thereof is to provide an internal combustion engine that can cool the peripheral portion of the piston top surface in the vicinity of the top dead center with a simple configuration. .

上記課題を解決するために、本発明は、ピストン（１４）とシリンダヘッド（１３）との間に画成される燃焼室（３６）が、前記ピストンの頂面（２０）の周縁部（３３）に対応するスキッシュ部（４２）と、前記頂面の中央部（３２）に対応する燃焼室主部（４１）とを有する内燃機関（１０）であって、前記ピストンは、第１端部（５１）が前記頂面の前記燃焼室主部に対向する部分に開口するとともに、第２端部（５３）が前記頂面の前記スキッシュ部に対向する部分に開口する冷却通路（５０）を有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a combustion chamber (36) defined between a piston (14) and a cylinder head (13), wherein a peripheral portion (33) of a top surface (20) of the piston is provided. ) And a combustion chamber main portion (41) corresponding to the central portion (32) of the top surface, wherein the piston has a first end portion. (51) opens in a portion of the top surface facing the main portion of the combustion chamber, and a second end portion (53) opens a cooling passage (50) that opens in a portion of the top surface facing the squish portion. It is characterized by having.

この構成によれば、スキッシュ部は燃焼室主部に比べてガスの流速が速くなるため、第２端部と第１端部とでは、ガスの流速に差が生じ、圧力差が生じる。この圧力差によって、冷却通路中をガスが流通し、ピストンの頂面の周縁部が冷却される。 According to this configuration, since the squish portion has a higher gas flow rate than the combustion chamber main portion, a difference occurs in the gas flow velocity between the second end portion and the first end portion, resulting in a pressure difference. Due to this pressure difference, gas flows in the cooling passage, and the peripheral portion of the top surface of the piston is cooled.

本発明の他の側面は、前記冷却通路の前記第２端部は、前記ピストンの前記頂面と周面との境界部分に配置されていることを特徴とする。 Another aspect of the present invention is characterized in that the second end portion of the cooling passage is disposed at a boundary portion between the top surface and a peripheral surface of the piston.

この構成によれば、ノッキングの発生に大きな影響を与えるピストンの頂面の周縁近傍を冷却することができる。また、冷却通路の経路長を長くして、冷却量を増大させることができる。 According to this configuration, it is possible to cool the vicinity of the periphery of the top surface of the piston that greatly affects the occurrence of knocking. Further, the cooling passage can be increased by increasing the length of the cooling passage.

本発明の他の側面は、前記ピストンの前記頂面の前記周縁部は、前記ピストンの径方向内側が隆起したテーパ面に形成され、前記冷却通路は、前記第１端部が、前記ピストンの軸線方向において、前記第２端部よりも前記シリンダヘッド側に配置され、前記第１端部から前記ピストンの軸線方向と平行に延在する第１部分（５２）と、前記第２端部から前記ピストンの軸線方向と垂直に延在する第２部分（５４）とを有することを特徴とする。 In another aspect of the present invention, the peripheral edge portion of the top surface of the piston is formed as a tapered surface with the radially inner side of the piston raised, and the cooling passage has the first end portion of the piston. In the axial direction, the first portion (52) is disposed closer to the cylinder head than the second end, and extends in parallel to the axial direction of the piston from the first end, and from the second end It has the 2nd part (54) extended perpendicularly to the axial direction of the said piston, It is characterized by the above-mentioned.

この構成によれば、冷却通路の加工が容易である。また、冷却通路が形成される部分のピストンの肉厚を確保することができ、熱応力に抗することができる。 According to this configuration, the cooling passage can be easily processed. Moreover, the thickness of the piston of the part in which a cooling channel is formed can be ensured, and it can resist a thermal stress.

本発明の他の側面は、前記シリンダヘッドは、前記燃焼室主部に対応する部分に、吸気通路（４８）および排気通路（４９）を有し、前記冷却通路は、前記ピストンの頂部の前記吸気通路に対応する側に設けられていることを特徴とする。 In another aspect of the present invention, the cylinder head has an intake passage (48) and an exhaust passage (49) in a portion corresponding to the main portion of the combustion chamber, and the cooling passage is formed at the top of the piston. It is provided on the side corresponding to the intake passage.

この構成によれば、燃焼室の中で、ノッキングが発生しやすい吸気通路側の部分にのみ冷却通路を配置するようにして、ピストンの剛性低下を抑制することができる。 According to this configuration, it is possible to suppress a decrease in piston rigidity by disposing the cooling passage only in the portion of the combustion chamber on the intake passage side where knocking is likely to occur.

以上の構成によれば、簡素な構成で、上死点付近において、ピストン頂面の周縁部を冷却することができる。 According to the above configuration, the peripheral portion of the piston top surface can be cooled in the vicinity of the top dead center with a simple configuration.

第１実施形態に係る内燃機関の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the internal combustion engine which concerns on 1st Embodiment. 図１の要部拡大断面図1 is an enlarged cross-sectional view of the main part of FIG. 第１実施形態に係るピストンの頂面を示す平面図The top view which shows the top surface of the piston which concerns on 1st Embodiment 第２実施形態に係る内燃機関の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the internal combustion engine which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係る内燃機関の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the internal combustion engine which concerns on 3rd Embodiment 第４実施形態に係る内燃機関の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the internal combustion engine which concerns on 4th Embodiment

以下、図面を参照して、本発明を自動車の筒内噴射型ガソリンエンジンに適用した一実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an in-cylinder gasoline engine of an automobile will be described in detail with reference to the drawings.

＜第１実施形態＞
図１に示すように、筒内噴射型ガソリンエンジン（以下、エンジンという）１０は、シリンダ１１が形成されたシリンダブロック１２と、シリンダブロック１２の上面に締結されたシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダ１１は、一端がシリンダブロック１２の上面に開口するとともに、他端がシリンダブロック１２に形成されたクランク室（図示しない）に開口しており、ピストン１４を摺動可能に収容している。ピストン１４は、ピストンピン１５およびコネクティングロッド１６を介してクランク室内に支持されたクランクシャフト（図示しない）に連結されている。図１は、ピストン１４がシリンダ１１内において上死点に位置する状態を示している。 <First Embodiment>
As shown in FIG. 1, a cylinder injection gasoline engine (hereinafter referred to as an engine) 10 includes a cylinder block 12 in which a cylinder 11 is formed, and a cylinder head 13 fastened to the upper surface of the cylinder block 12. . The cylinder 11 has one end opened on the upper surface of the cylinder block 12 and the other end opened in a crank chamber (not shown) formed in the cylinder block 12, and accommodates the piston 14 in a slidable manner. The piston 14 is connected via a piston pin 15 and a connecting rod 16 to a crankshaft (not shown) supported in the crank chamber. FIG. 1 shows a state in which the piston 14 is located at the top dead center in the cylinder 11.

ピストン１４は、円形平坦状のピストン頭頂部１８と、ピストン頭頂部１８の周縁部からクランク室側へと垂設されたピストンスカート部１９と備え、下方（クランク室側）に向けて開口した有底の筒形を呈する。ピストン１４のシリンダヘッド１３側を向く外面をピストンの頂面２０といい、シリンダ１１の内壁に対向する外面を周面２１という。ピストンスカート部１９の互いに対向する部分には、ピストンピン１５が挿入されるピン孔２２が形成されている。ピストン１４の周面２１には、周方向に延在する環状溝である第１溝２３、第２溝２４、オイルリング溝２５がシリンダヘッド１３側より順に凹設されている。第１溝２３には第１コンプレッションリング２６が、第２溝２４には第２コンプレッションリング２７が、オイルリング溝２５にはオイルリング２８がそれぞれ嵌着されている。オイルリング溝２５の底部には、ピストンスカート部１９の内面に連通するオイル孔２９が形成されている。 The piston 14 includes a circular flat piston head portion 18 and a piston skirt portion 19 suspended from the peripheral portion of the piston head portion 18 to the crank chamber side, and opens to the lower side (crank chamber side). Presents a bottom cylindrical shape. The outer surface facing the cylinder head 13 side of the piston 14 is called a piston top surface 20, and the outer surface facing the inner wall of the cylinder 11 is called a peripheral surface 21. Pin holes 22 into which the piston pins 15 are inserted are formed in portions of the piston skirt portion 19 that face each other. A first groove 23, a second groove 24, and an oil ring groove 25, which are annular grooves extending in the circumferential direction, are formed in the circumferential surface 21 of the piston 14 in order from the cylinder head 13 side. A first compression ring 26 is fitted in the first groove 23, a second compression ring 27 is fitted in the second groove 24, and an oil ring 28 is fitted in the oil ring groove 25. An oil hole 29 communicating with the inner surface of the piston skirt portion 19 is formed at the bottom of the oil ring groove 25.

図１および図２に示すように、ピストン１４の頂面２０は、頂面中央部３２と、頂面中央部３２を囲む環状の頂面周縁部３３とに区画されている。頂面中央部３２は、ピストン１４の軸線Ａを中心とした円形状の直交面に形成されている。頂面周縁部３３は、軸線Ａを中心とした径方向外方に進むほどクランク室側へと進むように傾斜したテーパ面となっている。換言すると、ピストン１４の頂面２０は、頂面中央部３２がシリンダヘッド１３側に突出した円錐台形状となっている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the top surface 20 of the piston 14 is partitioned into a top surface center portion 32 and an annular top surface peripheral portion 33 surrounding the top surface center portion 32. The top surface central portion 32 is formed in a circular orthogonal surface centered on the axis A of the piston 14. The top surface peripheral edge portion 33 is a tapered surface that is inclined so as to advance toward the crank chamber side as it progresses radially outward about the axis A. In other words, the top surface 20 of the piston 14 has a truncated cone shape in which the top surface central portion 32 protrudes toward the cylinder head 13.

シリンダヘッド１３のシリンダ１１に対応する部分には、シリンダ１１に連続するようにカップ状の凹部３５が凹設されている。凹部３５は、上死点近傍に位置するピストン１４の頂面２０との間に燃焼室３６を画成する。凹部３５は、頂面中央部３２に対向する凹部中央部３７と、頂面周縁部３３に対向する凹部周縁部３８とに区画されている。凹部周縁部３８は、頂面周縁部３３のテーパ面と対向可能なように（断面において平行となるように（図１参照））、ピストン１４の軸線Ａと概ね一致するシリンダ１１の軸線Ｂに対して傾斜した面から構成されている。凹部中央部３７は、凹部周縁部３８から稜線を介してさらに深くなるように、凹部周縁部３８よりも急勾配となる壁部を含んでいる。 A cup-shaped recess 35 is formed in a portion corresponding to the cylinder 11 of the cylinder head 13 so as to be continuous with the cylinder 11. The recess 35 defines a combustion chamber 36 with the top surface 20 of the piston 14 located near the top dead center. The concave portion 35 is partitioned into a concave portion central portion 37 that faces the top surface central portion 32 and a concave portion peripheral portion 38 that faces the top surface peripheral portion 33. The recess peripheral portion 38 is aligned with the axis B of the cylinder 11 that substantially coincides with the axis A of the piston 14 so as to be opposed to the tapered surface of the top peripheral portion 33 (so as to be parallel in the cross section (see FIG. 1)). It is comprised from the surface inclined with respect to it. The recess central portion 37 includes a wall portion that is steeper than the recess peripheral portion 38 so as to be deeper from the recess peripheral portion 38 via the ridge line.

ピストン１４が上死点に位置するときには、頂面中央部３２と対向する凹部中央部３７との間には、燃焼室主部４１が画成される。このとき、頂面周縁部３３は凹部周縁部３８と所定の微小な間隔をおいて対向し、それらの間に円環状のスキッシュ部４２が画成される。燃焼室主部４１およびスキッシュ部４２を合わせて燃焼室３６という。スキッシュ部４２は、燃焼室主部４１を囲むように配置され、その体積は燃焼室主部４１の体積に比べて十分に小さく形成されている。 When the piston 14 is located at the top dead center, a combustion chamber main portion 41 is defined between the top surface central portion 32 and the concave portion central portion 37 facing the top surface central portion 32. At this time, the top surface peripheral portion 33 faces the concave portion peripheral portion 38 at a predetermined minute interval, and an annular squish portion 42 is defined between them. The combustion chamber main part 41 and the squish part 42 are collectively referred to as a combustion chamber 36. The squish part 42 is disposed so as to surround the combustion chamber main part 41, and the volume thereof is sufficiently smaller than the volume of the combustion chamber main part 41.

凹部中央部３７の中央部には、インジェクタ４４が挿入されるインジェクタ孔４５と、スパークプラグ４６が挿入されるプラグ孔４７とが形成されている。また、図３に特にしめすように、凹部中央部３７の左半部には２つの吸気通路４８が開口し、右半部には２つの排気通路４９が開口している。なお、図示しないが、吸気通路４８および排気通路４９には、吸気バルブおよび排気バルブがそれぞれ開閉可能に設けられている。 An injector hole 45 into which the injector 44 is inserted and a plug hole 47 into which the spark plug 46 is inserted are formed at the center of the recess central part 37. Further, as particularly shown in FIG. 3, two intake passages 48 are opened in the left half portion of the central portion 37 of the recess, and two exhaust passages 49 are opened in the right half portion. Although not shown, the intake passage 48 and the exhaust passage 49 are respectively provided with an intake valve and an exhaust valve that can be opened and closed.

図１および図３に示すように、ピストン１４の頂面２０の吸気通路４８に対応する左半部には、５つの冷却通路５０が形成されている。各冷却通路５０は、同様の形態を有し、図３に示すように、ピストン１４の径方向に延在し、軸線Ａを中心とした回転対称位置にそれぞれ所定の間隔をおいて配置されている。 As shown in FIGS. 1 and 3, five cooling passages 50 are formed in the left half corresponding to the intake passage 48 of the top surface 20 of the piston 14. Each cooling passage 50 has a similar configuration, and extends in the radial direction of the piston 14 as shown in FIG. 3, and is arranged at a rotationally symmetric position about the axis A at a predetermined interval. Yes.

図１および図２に示すように、冷却通路５０は、頂面中央部３２の周縁部（頂面周縁部３３との境界近傍部分）に開口する第１端部５１から軸線Ａと平行に延びる第１通路（第１部分）５２と、頂面周縁部３３と周面２１との境界部に開口する第２端部５３から軸線Ａと直交する方向（ピストン１４の径方向）に延び、第１通路５２に連通する第２通路（第２部分）５４と備えている。 As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the cooling passage 50 extends in parallel with the axis A from the first end portion 51 that opens to the peripheral portion of the top surface central portion 32 (portion near the boundary with the top surface peripheral portion 33). The first passage (first portion) 52 and a second end 53 that opens at the boundary between the top surface peripheral portion 33 and the peripheral surface 21 extend in a direction perpendicular to the axis A (the radial direction of the piston 14), and A second passage (second portion) 54 communicating with the first passage 52 is provided.

以上のように構成したエンジン１０の作用効果について説明する。燃焼室主部４１に開口する第１端部５１近傍の位置Ｃ（図２参照）でのガス速度をＶ_１（ｍ／ｓ）、ガス圧力をＰ_１（Ｐａ）、ガス密度をρ_１（ｋｇ／ｍ^３）、高さをｚ_１（ｍ）とし、スキッシュ部４２に開口する第２端部５３近傍の位置Ｄ（図２参照）でのガス速度をＶ_２（ｍ／ｓ）、ガス圧力をＰ_２（Ｐａ）、ガス密度をρ_２（ｋｇ／ｍ^３）、高さをｚ_２（ｍ）とすると、ベルヌーイの定理より、以下の数１に示す関係が成り立つ。ｇは、重力加速度（９．８ｍ／ｓ^２）である。

ここで、位置Ｃおよび位置Ｄにおけるガス密度は等しく（ρ_１＝ρ_２）、高さは同一と近似できる（Ｚ_１≒Ｚ_２）ため、数１は次の数２のように変形できる。

The effects of the engine 10 configured as described above will be described. The gas velocity at a position C (see FIG. 2) in the vicinity of the first end 51 that opens to the combustion chamber main portion 41 is V ₁ (m / s), the gas pressure is P ₁ (Pa), and the gas density is ρ ₁ ( kg / m ³ ), the height is z ₁ (m), the gas velocity at the position D (see FIG. 2) in the vicinity of the second end 53 opening to the squish portion 42 is V ₂ (m / s), and the gas Assuming that the pressure is P ₂ (Pa), the gas density is ρ ₂ (kg / m ³ ), and the height is z ₂ (m), the relationship shown in the following formula 1 is established from Bernoulli's theorem. g is the gravitational acceleration (9.8 m / s ² ).

Here, the gas density at the position C and position D is equal (ρ _{1 =} ρ _2), the height can be approximated as equal (Z ₁ ≒ Z _2), the number 1 can be modified as the following equation (2).

燃焼室３６はスキッシュ部４２を有するため、圧縮行程においてピストン１４が上死点近傍で変位することによって、ガスがスキッシュ部４２から燃焼室主部４１へと流れるスキッシュ流が発生し、位置Ｄでのガス速度Ｖ_２は位置Ｃでのガス速度Ｖ_１よりも大きくなる。また、膨張行程においてピストン１４が上死点近傍で変位することによって、ガスが燃焼室主部４１からスキッシュ部４２へと流れる逆スキッシュ流が発生し、位置Ｄでのガス速度Ｖ_２は位置Ｃでのガス速度Ｖ_１よりも大きくなる。スキッシュ流または逆スキッシュ流が発生し、位置Ｄでのガス速度Ｖ_２が位置Ｃでのガス速度Ｖ_１よりも大きい場合には、各位置でのガス速度の向きに関わらず、上記の数２より、位置Ｃでのガス圧力Ｐ_１は位置Ｄでのガス圧力Ｐ_２よりも大きくなる。これにより、冷却通路５０の第１端部５１と第２端部５３との間で圧力差が生じ、冷却通路５０内を第１端部５１から第２端部５３へとガスが流通する。冷却通路５０内をガスが流通することによって、冷却通路５０の内壁とガスとの間で熱交換が行われ、ピストン１４の頂面周縁部３３が冷却される。また、冷却通路５０内はガスで満たされるため、ピストン頭頂部１８内に断熱部（断熱層）を形成したのと同等の効果を得ることができる。また、冷却通路５０の第２端部５３から噴出されるガスが頂面周縁部３３の表面を覆い、断熱層を形成することによって、頂面周縁部３３の温度上昇が抑制される。 Since the combustion chamber 36 has the squish portion 42, the squish flow in which the gas flows from the squish portion 42 to the combustion chamber main portion 41 is generated by the displacement of the piston 14 near the top dead center in the compression stroke. gas velocity V ₂ of greater than the gas velocity V ₁ of the at position C. Further, when the piston 14 is displaced near the top dead center in the expansion stroke, a reverse squish flow in which gas flows from the combustion chamber main portion 41 to the squish portion 42 is generated, and the gas velocity V ₂ at the position D is at the position C. greater than the gas velocity V ₁ of the in. When a squish flow or a reverse squish flow is generated and the gas velocity V ₂ at the position D is larger than the gas velocity V ₁ at the position C, the above equation 2 is applied regardless of the direction of the gas velocity at each position. Accordingly, the gas pressure P ₁ at the position C is larger than the gas pressure P ₂ at the position D. Accordingly, a pressure difference is generated between the first end 51 and the second end 53 of the cooling passage 50, and gas flows from the first end 51 to the second end 53 in the cooling passage 50. As the gas flows through the cooling passage 50, heat exchange is performed between the inner wall of the cooling passage 50 and the gas, and the top surface peripheral portion 33 of the piston 14 is cooled. Further, since the inside of the cooling passage 50 is filled with gas, the same effect as that obtained when the heat insulating portion (heat insulating layer) is formed in the piston top portion 18 can be obtained. Further, the gas ejected from the second end portion 53 of the cooling passage 50 covers the surface of the top surface peripheral portion 33 and forms a heat insulating layer, whereby the temperature rise of the top surface peripheral portion 33 is suppressed.

本実施形態のエンジン１０は、冷却通路５０の第１端部５１を燃焼室主部４１に連通させ、第２端部５３をスキッシュ部４２に連通させたことによって、スキッシュ流または逆スキッシュ流に起因する圧力差を利用して、冷却通路５０内にガスを流通させることができる。また、第２端部５３を頂面２０と周面２１との境界部に配置したことによって、ノッキングが発生しやすい頂面２０の縁部を冷却することができる。また、冷却通路５０の経路長を長くすることができ、冷却量を増大させることができる。 The engine 10 of the present embodiment has a squish flow or a reverse squish flow by communicating the first end portion 51 of the cooling passage 50 with the combustion chamber main portion 41 and the second end portion 53 with the squish portion 42. The gas can be circulated in the cooling passage 50 by using the pressure difference caused. Moreover, the edge part of the top surface 20 which is easy to generate knocking can be cooled by arrange | positioning the 2nd end part 53 in the boundary part of the top surface 20 and the surrounding surface 21. FIG. Further, the path length of the cooling passage 50 can be increased, and the cooling amount can be increased.

頂面周縁部３３をテーパ面とし、頂面中央部３２をシリンダヘッド１３側に突出させたことによって、軸線Ａと平行な直線状の第１通路５２と、軸線Ａと直交する方向に延びる直線状の第２通路５４とによって冷却通路５０を構成することができる。第１通路５２および第２通路５４は、ドリル等による穿孔で容易に形成することができ、加工の容易化が図れる。また、第２通路５４を軸線Ａと直交する方向に延在させても、第２通路５４と頂面２０との間に十分な肉厚を確保することができ、ピストン１４の剛性を確保することができ、熱応力に抗することができる。 The top surface peripheral portion 33 is a tapered surface, and the top surface center portion 32 protrudes toward the cylinder head 13, whereby a straight first passage 52 parallel to the axis A and a straight line extending in a direction orthogonal to the axis A The cooling passage 50 can be constituted by the second passage 54 having a shape. The first passage 52 and the second passage 54 can be easily formed by drilling with a drill or the like, and the processing can be facilitated. Even if the second passage 54 extends in a direction perpendicular to the axis A, a sufficient thickness can be ensured between the second passage 54 and the top surface 20, and the rigidity of the piston 14 is ensured. Can withstand thermal stress.

また、図３に示すように、燃焼室３６の中でノッキングが発生しやすい吸気通路４８に対応する左半部のみに冷却通路５０を設けることによって、ピストン１４の剛性低下を最小限に抑えつつ、ノッキング抑制効果を高めることができる。ノッキングは、吸気工程におけるタンブル流（縦渦）に起因して、燃焼室３６の中で吸気通路４８側に対応する部分で発生しやすいことが知られている。タンブル流は、吸気通路４８から、凹部中央部３７に沿ってスパークプラグ４６、排気通路４９側へと流れた後、ピストン１４の頂面２０の排気通路４９側に対応する部分、頂面２０の中央部、頂面２０の吸気通路４８に対応する部分へと順に流れる。スパークプラグ４６によって発生した火炎は、タンブル流に乗って伝播するため、吸気通路４８に対応する左半部に存在するガスはエンドガスとなる。そのため、吸気通路４８に対応する左半部でノッキングが発生しやすくなっている。 Further, as shown in FIG. 3, the cooling passage 50 is provided only in the left half corresponding to the intake passage 48 in which knocking is likely to occur in the combustion chamber 36, thereby minimizing the decrease in rigidity of the piston 14. The knocking suppression effect can be enhanced. It is known that knocking is likely to occur at a portion corresponding to the intake passage 48 side in the combustion chamber 36 due to a tumble flow (longitudinal vortex) in the intake process. The tumble flow flows from the intake passage 48 along the recess central portion 37 to the spark plug 46 and the exhaust passage 49 side, and then the portion of the top surface 20 of the piston 14 corresponding to the exhaust passage 49 side, It flows in order to the central portion and the portion corresponding to the intake passage 48 of the top surface 20. Since the flame generated by the spark plug 46 propagates in a tumble flow, the gas present in the left half corresponding to the intake passage 48 becomes the end gas. Therefore, knocking is likely to occur in the left half corresponding to the intake passage 48.

次に、第１実施形態に係るエンジン１０を一部変更した第２〜第４実施形態に係るエンジン１００，２００，３００について説明する。各エンジン１００，２００，３００では、ピストン１４の頂面２０の形状およびシリンダヘッド１３の凹部３５の形状が異なるが、いずれも燃焼室主部およびスキッシュ部を画成し、冷却通路は燃焼室主部とスキッシュ部とに連通している。そして、スキッシュ流および逆スキッシュ流に起因する圧力差を利用して冷却通路にガスを流通させる。以下の説明では、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、説明を省略する。 Next, engines 100, 200, and 300 according to second to fourth embodiments, in which the engine 10 according to the first embodiment is partially changed, will be described. In each engine 100, 200, 300, the shape of the top surface 20 of the piston 14 and the shape of the recess 35 of the cylinder head 13 are different, but both define a combustion chamber main portion and a squish portion, and the cooling passage is the combustion chamber main portion. And the squish part. And gas is distribute | circulated to a cooling channel | path using the pressure difference resulting from a squish flow and a reverse squish flow. In the following description, components similar to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

＜第２実施形態＞
図４に示すように、第２実施形態に係るエンジン１００では、ピストン１４の頂面２０が軸線Ａに対して直交する平面状に形成されている。シリンダヘッド１３の凹部３５は、頂面２０の中央部１０１（頂面中央部３２に対応）に対向する部分のみに形成されている。図４に示すように、ピストン１４が上死点に位置する状態で、頂面２０の中央部１０１は凹部３５との間に燃焼室主部１０２を画成し、頂面２０の周縁部１０３はシリンダヘッド１３の下面１０４との間にスキッシュ部１０５を画成する。冷却通路１１０は、頂面２０の中央部１０１に開口する第１端部１１１から頂面２０に対して傾斜してピストン１４の径方向外方へと延びる第１通路１１２と、頂面２０の周縁部１０３に開口する第２端部１１３から頂面２０に対して傾斜してピストン１４の径方向内方へと延びるとともに第１通路１１２に連通した第２通路１１４とから構成されている。このように、冷却通路１１０は、平面状の頂面２０にも形成することができる。なお、図示しないが、冷却通路１１０は、第１実施形態と同様に、頂面２０に複数形成されてもよい。また、第２端部１１３は、図示例よりも頂面２０と周面２１との境界部側に寄せて配置してもよい。 <Second Embodiment>
As shown in FIG. 4, in the engine 100 according to the second embodiment, the top surface 20 of the piston 14 is formed in a planar shape orthogonal to the axis A. The concave portion 35 of the cylinder head 13 is formed only in a portion facing the central portion 101 of the top surface 20 (corresponding to the top surface central portion 32). As shown in FIG. 4, in the state where the piston 14 is located at the top dead center, the central portion 101 of the top surface 20 defines a combustion chamber main portion 102 between the concave portion 35 and the peripheral portion 103 of the top surface 20. Defines a squish portion 105 between the lower surface 104 of the cylinder head 13. The cooling passage 110 includes a first passage 112 that is inclined from the first end portion 111 that opens to the central portion 101 of the top surface 20 and extends radially outward of the piston 14, and the top surface 20. The second end 114 is open from the peripheral edge portion 103 and is inclined with respect to the top surface 20 so as to extend inward in the radial direction of the piston 14 and to communicate with the first passage 112. Thus, the cooling passage 110 can also be formed on the flat top surface 20. Although not shown, a plurality of cooling passages 110 may be formed on the top surface 20 as in the first embodiment. Further, the second end portion 113 may be disposed closer to the boundary portion between the top surface 20 and the peripheral surface 21 than the illustrated example.

＜第３実施形態＞
図５に示すように、第３実施形態に係るエンジン２００では、ピストン１４の頂面２０は、その中央部２０１が曲面状に凹設され（キャビティが形成され）、その周縁部２０２が平面状に形成されている。シリンダヘッド１３の凹部３５は、頂面２０の中央部２０１に対向する部分のみに形成されている。図５に示すように、ピストン１４が上死点に位置する状態で、頂面２０の中央部２０１は凹部３５との間に燃焼室主部２０４を画成し、頂面２０の周縁部２０２はシリンダヘッド１３の下面２０５との間にスキッシュ部２０６を画成する。冷却通路２１０は、中央部２０１の凹部の凹面２０７に開口する第１端部２１１からピストン１４の径方向に延びる第１通路２１２と、頂面２０の周縁部２０２に開口する第２端部２１３からピストン１４の軸線Ａと平行に延びるとともに第１通路２１２に連通した第２通路２１４とから構成されている。なお、図示しないが、冷却通路２１０は、第１実施形態と同様に、頂面２０に複数形成されてもよい。 <Third Embodiment>
As shown in FIG. 5, in the engine 200 according to the third embodiment, the top surface 20 of the piston 14 has a central portion 201 recessed in a curved shape (a cavity is formed), and a peripheral portion 202 having a planar shape. Is formed. The concave portion 35 of the cylinder head 13 is formed only in a portion facing the central portion 201 of the top surface 20. As shown in FIG. 5, in the state where the piston 14 is located at the top dead center, the central portion 201 of the top surface 20 defines a combustion chamber main portion 204 between the concave portion 35 and the peripheral portion 202 of the top surface 20. Defines a squish portion 206 with the lower surface 205 of the cylinder head 13. The cooling passage 210 includes a first passage 212 that extends in the radial direction of the piston 14 from the first end 211 that opens in the concave surface 207 of the concave portion of the central portion 201, and a second end 213 that opens in the peripheral portion 202 of the top surface 20. The second passage 214 extends in parallel with the axis A of the piston 14 and communicates with the first passage 212. Although not shown, a plurality of cooling passages 210 may be formed on the top surface 20 as in the first embodiment.

＜第４実施形態＞
図６に示すように、第４実施形態に係るエンジン３００では、ピストン１４の頂面２０は、その中央部３０１が曲面状に凹設され（キャビティが形成され）、その周縁部３０２が平面状に形成されている。中央部３０１と周縁部３０２との境界部には、断面が台形状の突条３０４が環状に延設されている。突条３０４は、突出端側が先細となっており、上底（突出端側の面）３０５が、周縁部３０２のなす面と略平行となっている。 <Fourth embodiment>
As shown in FIG. 6, in the engine 300 according to the fourth embodiment, the top surface 20 of the piston 14 has a central portion 301 recessed in a curved shape (a cavity is formed) and a peripheral portion 302 having a planar shape. Is formed. At the boundary portion between the central portion 301 and the peripheral portion 302, a protrusion 304 having a trapezoidal cross section extends in an annular shape. The protrusion 304 is tapered on the protruding end side, and the upper base (surface on the protruding end side) 305 is substantially parallel to the surface formed by the peripheral edge portion 302.

シリンダヘッド１３の凹部３５は、頂面２０の中央部３０１および突条３０４の中央部３０１側の斜面部３０６、突条３０４の上底３０５に対応する凹部中央部３０７と、突条３０４の周縁部３０２側の斜面部３０８に対応する凹部周縁部３０９とを有している。ピストン１４が上死点に位置するときに、頂面２０の中央部３０１および突条３０４の斜面部３０６、上底３０５は、凹部中央部３０７との間に燃焼室主部３１０を画成し、頂面２０の周縁部３０２および突条３０４の斜面部３０８は、シリンダヘッド１３の下面３１１および凹部周縁部３０９との間にスキッシュ部３１２を画成する。 The concave portion 35 of the cylinder head 13 includes a central portion 301 of the top surface 20, a slope portion 306 on the central portion 301 side of the ridge 304, a concave portion central portion 307 corresponding to the upper bottom 305 of the ridge 304, and a peripheral edge of the ridge 304. And a recessed portion peripheral edge 309 corresponding to the inclined surface 308 on the portion 302 side. When the piston 14 is located at the top dead center, the central portion 301 of the top surface 20, the slope portion 306 of the ridge 304, and the upper bottom 305 define the combustion chamber main portion 310 between the concave portion central portion 307. The rim portion 302 of the top surface 20 and the slope portion 308 of the protrusion 304 define a squish portion 312 between the lower surface 311 of the cylinder head 13 and the recess rim portion 309.

冷却通路３１５は、突条３０４の上底３０５に開口する第１端部３１６からピストン１４の軸線Ａと平行に延びる第１通路３１７と、突条３０４の斜面部３０８に開口する第２端部３１８からピストン１４の径方向に伸びるとともに第１通路３１７に連通した第２通路３１９とから構成されている。なお、図示しないが、冷却通路３１５は、第１実施形態と同様に、頂面２０に複数形成されてもよい。 The cooling passage 315 includes a first passage 317 that extends in parallel with the axis A of the piston 14 from a first end 316 that opens to the upper bottom 305 of the ridge 304, and a second end that opens to the inclined surface 308 of the ridge 304. The second passage 319 extends from 318 in the radial direction of the piston 14 and communicates with the first passage 317. Although not shown, a plurality of cooling passages 315 may be formed on the top surface 20 as in the first embodiment.

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、冷却通路５０は、頂面２０の吸気通路４８に対応する部分に限らず、頂面２０の全周に形成されてもよい。或いは、冷却通路５０を吸気通路４８に対応する部分により限定して、例えば、図３において、左端から時計回りおよび反時計回りにそれぞれ４５°の範囲（合計９０°）の頂面２０に冷却通路５０を設けてもよい。なお、冷却通路５０の数および密度は適宜変更してよい。上述した各実施形態では、冷却通路は、平面視において、ピストンの径方向に延設されているが、径方向に対して傾斜させてもよい。また、冷却通路は、曲線状に形成してもよい。上記の第１〜第４実施形態では、燃焼室を画成するピストンおよびシリンダヘッドの代表的な形状を例示したが、これらに限られず、本発明は、燃焼室主部およびスキッシュ部を画成する様々な形状のピストンおよびシリンダヘッドを有するエンジンに適用することができる。また、実施形態では、ガソリンエンジンに適用した例を示したが、本発明はディーゼルエンジンにも同様に適用することができる。 Although the description of the specific embodiment is finished as described above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be widely modified. For example, the cooling passage 50 is not limited to the portion corresponding to the intake passage 48 of the top surface 20, and may be formed on the entire circumference of the top surface 20. Alternatively, the cooling passage 50 is limited to a portion corresponding to the intake passage 48. For example, in FIG. 3, the cooling passage is formed on the top surface 20 in the range of 45 ° clockwise (counterclockwise 90 °) from the left end. 50 may be provided. The number and density of the cooling passages 50 may be changed as appropriate. In each embodiment described above, the cooling passage extends in the radial direction of the piston in plan view, but may be inclined with respect to the radial direction. Further, the cooling passage may be formed in a curved shape. In the above first to fourth embodiments, the typical shapes of the piston and cylinder head that define the combustion chamber have been exemplified, but the present invention is not limited thereto, and the present invention defines the combustion chamber main portion and the squish portion. It can be applied to an engine having pistons and cylinder heads of various shapes. Moreover, although the example applied to a gasoline engine was shown in the embodiment, the present invention can be similarly applied to a diesel engine.

１０…筒内噴射型ガソリンエンジン（内燃機関）、１３…シリンダヘッド、１４…ピストン、２０…頂面、２１…周面、３２…頂面中央部、３３…頂面周縁部、３５…凹部、３６…燃焼室、３７…凹部中央部、３８…凹部周縁部、４１…燃焼室主部、４２…スキッシュ部、４８…吸気通路、４９…排気通路、５０…冷却通路、５１…第１端部、５２…第１通路（第１部分）、５３…第２端部、５４…第２通路（第２部分） DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Cylinder injection type gasoline engine (internal combustion engine), 13 ... Cylinder head, 14 ... Piston, 20 ... Top surface, 21 ... Circumferential surface, 32 ... Top surface center part, 33 ... Top surface peripheral part, 35 ... Recessed part, 36 ... Combustion chamber, 37 ... Concave central portion, 38 ... Concave peripheral portion, 41 ... Combustion chamber main portion, 42 ... Squish portion, 48 ... Intake passage, 49 ... Exhaust passage, 50 ... Cooling passage, 51 ... First end portion 52 ... 1st channel | path (1st part), 53 ... 2nd edge part, 54 ... 2nd channel | path (2nd part)

Claims

An internal combustion engine in which a combustion chamber defined between a piston and a cylinder head has a squish portion corresponding to a peripheral portion of a top surface of the piston and a combustion chamber main portion corresponding to a central portion of the top surface. There,
The piston has a cooling passage having a first end opening in a portion of the top surface facing the combustion chamber main portion and a second end opening in a portion of the top surface facing the squish portion. An internal combustion engine characterized by that.

2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the second end portion of the cooling passage is disposed at a boundary portion between the top surface and a peripheral surface of the piston.

The peripheral portion of the top surface of the piston is formed in a tapered surface in which the radially inner side of the piston is raised,
In the cooling passage, the first end portion is disposed closer to the cylinder head than the second end portion in the axial direction of the piston, and extends in parallel with the axial direction of the piston from the first end portion. 3. The internal combustion engine according to claim 1, further comprising: a first portion that extends from the second end portion and a second portion that extends perpendicular to an axial direction of the piston.

The cylinder head has an intake passage and an exhaust passage in a portion corresponding to the main portion of the combustion chamber,
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the cooling passage is provided on a side of the top portion of the piston corresponding to the intake passage.