JPH10317970A - 筒内噴射式内燃機関のピストン - Google Patents

筒内噴射式内燃機関のピストン

Info

Publication number
JPH10317970A
JPH10317970A JP9129053A JP12905397A JPH10317970A JP H10317970 A JPH10317970 A JP H10317970A JP 9129053 A JP9129053 A JP 9129053A JP 12905397 A JP12905397 A JP 12905397A JP H10317970 A JPH10317970 A JP H10317970A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piston
valve side
inclined surface
combustion chamber
intake valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP9129053A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3284922B2 (ja
Inventor
Yutaka Matayoshi
豊 又吉
Yoshihisa Jingu
宣久 神宮
Tadashi Nomura
正 野村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP12905397A priority Critical patent/JP3284922B2/ja
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to EP98109111A priority patent/EP0879942B1/en
Priority to EP06018887A priority patent/EP1739294A1/en
Priority to US09/081,071 priority patent/US6092501A/en
Priority to EP00121497A priority patent/EP1063398A3/en
Priority to DE69809631T priority patent/DE69809631T2/de
Priority to KR1019980017954A priority patent/KR100304232B1/ko
Publication of JPH10317970A publication Critical patent/JPH10317970A/ja
Priority to US09/576,258 priority patent/US6209514B1/en
Priority to US09/576,257 priority patent/US6253728B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3284922B2 publication Critical patent/JP3284922B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • F02B23/104Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on a side position of the cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/12Other methods of operation
    • F02B2075/125Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/14Direct injection into combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/48Tumble motion in gas movement in cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F1/42Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4214Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F2001/241Cylinder heads specially adapted to pent roof shape of the combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F2001/244Arrangement of valve stems in cylinder heads
    • F02F2001/245Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated at an angle with the cylinder axis
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スワール流を利用した成層希薄燃焼とタンブ
ル流を利用した均質燃焼とを、高いレベルで両立させ
る。 【解決手段】 ピストン4頂面の凸部21は、シリンダ
ヘッド側のペントルーフ型燃焼室の傾斜面に平行な吸気
弁側傾斜面22および排気弁側傾斜面23と、両者間の
ピストン4中心線と直交する平面からなる頂部水平面3
0と、ピストン4の外形円と同心の緩く傾斜した円錐面
からなる一対の円錐形側面24,25と、によって構成
されており、吸気弁側傾斜面22および排気弁側傾斜面
23の外側には、略三日月形をなす吸気弁側水平面26
および排気弁側水平面27を有する。キャビティ燃焼室
12は、真円形をなし、頂部水平面30および吸気弁側
傾斜面22からはみ出ないように形成されているので、
スワール流が良好に保存されるとともに、均質燃焼時に
は燃料が滞留しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ガソリン機関に
代表される筒内噴射式内燃機関のピストン、特に、シリ
ンダ内に生成されるタンブル成分およびスワール成分を
利用して、均質燃焼と成層燃焼の双方が可能な筒内噴射
式内燃機関のピストンの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】全開出力時等にシリンダ内に略均質な空
燃比の混合気を形成していわゆる均質燃焼を行うととも
に、低負荷域では、シリンダ内の一部つまり点火プラグ
近傍のみに比較的濃い混合気を形成して平均的な空燃比
を非常に大きく得るようした成層燃焼を行う筒内噴射式
内燃機関が従来から種々提案されている。
【0003】成層希薄燃焼を可能とした筒内噴射式内燃
機関のピストンとしては、例えば、特公平8−3542
9号公報に記載のものが知られている。この公報に記載
の内燃機関は、ピストンの頂部に、ピストン外形円に対
し偏心した非円形のキャビティ燃焼室が形成されている
とともに、ピストン上死点付近において該キャビティ燃
焼室へ向けて燃料を噴射供給できるように燃料噴射弁が
配置されている。上記キャビティ燃焼室は、内部に燃料
およびスワールを封じ込めるように、リエントラント型
の構成となっている。また、このキャビティ燃焼室に強
いスワールを生成するために、一対の吸気ポートの一方
をヘリカルポートとして構成するとともに、他方の吸気
ポートを開閉する空気制御弁を備えている。
【0004】つまり、この公報の内燃機関では、希薄燃
焼時には、上記空気制御弁を閉じて一方のヘリカルポー
トのみから新気を導入し、シリンダ内に強いスワールを
生成する。このスワールは、ピストンの上昇に伴ってキ
ャビティ燃焼室内に導入されるので、圧縮上死点付近で
キャビティ燃焼室内に燃料を噴射することにより、キャ
ビティ燃焼室内で可燃混合気が形成され、かつ点火プラ
グ近傍に運ばれる。従って、適宜な時期に点火を行うこ
とにより、着火燃焼に至ることになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、ピストン頂部のキャビティ燃焼室を非円
形の略三角形ないしまゆ形の形状としているため、ここ
に十分な強度のスワールを保存するためには、上述のよ
うにヘリカルポートを利用して、シリンダ内に非常に強
いスワールを生成しなければならない。
【0006】従って、このようなヘリカルポートを使用
することから、全開出力時に、吸気抵抗が大きく、最大
出力が抑制されてしまう、という欠点がある。
【0007】また上記のようにキャビティ燃焼室をリエ
ントラント型とすることにより、成層希薄燃焼時には該
キャビティ燃焼室内にスワールおよび混合気を確実に保
持できる反面、高負荷時等において吸気行程中に燃料を
噴射して均質燃焼を行おうとしても、キャビティ燃焼室
内に燃料が滞留し易く、十分な性能を確保することがで
きない。
【0008】つまり、成層希薄燃焼と高負荷時の均質燃
焼とを十分に両立させることができない。
【0009】この発明は、ヘリカルポートを用いずに成
層希薄燃焼を実現でき、かつこの成層希薄燃焼と均質燃
焼とを十分に両立させることを可能とする筒内噴射式内
燃機関のピストンを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明に係る筒内噴射
式内燃機関のピストンは、シリンダヘッドに凹設された
ペントルーフ型燃焼室に2つの吸気弁および2つの排気
弁を有するとともに、シリンダ略中央に点火プラグを有
し、かつ、シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁
が吸気弁側に配置され、シリンダ内にタンブル流成分を
付与した状態で吸気行程付近で燃料噴射を行うことによ
り均質燃焼を実現するとともに、シリンダ内にスワール
成分を付与した状態で圧縮行程付近で燃料噴射を行うこ
とにより成層燃焼を実現するようにした筒内噴射式内燃
機関のピストンにおいて、上記ペントルーフ型燃焼室を
構成する2つの傾斜面にそれぞれ略平行となるように傾
斜した吸気弁側傾斜面および排気弁側傾斜面と、この吸
気弁側傾斜面の上縁と排気弁側傾斜面の上縁とを接続
し、かつ、ピストン中心線と直交する平面からなる頂部
水平面と、スキッシュエリアを構成するように上記吸気
弁側傾斜面および排気弁側傾斜面の外側に略三日月形に
形成された吸気弁側水平面および排気弁側水平面と、上
記両傾斜面および上記頂部水平面によって形成される凸
部の側部を構成し、かつピストン外形円と同心の円錐面
からなる一対の円錐形側面と、ピストン外形円に対し吸
気弁側に偏心した位置に凹設された真円形のキャビティ
燃焼室と、を備えていることを特徴としている。
【0011】また請求項1の発明をさらに具体化した請
求項2の発明では、上記凸部および上記キャビティ燃焼
室が、ピストンピンと直交する方向の直径線を中心とし
て対称に形成されている。
【0012】上記の構成では、吸気弁側傾斜面と排気弁
側傾斜面と頂部水平面と一対の円錐形側面とによって、
ピストン頂部の凸部が構成されている。この凸部は、ピ
ストン上死点において、シリンダヘッド側の燃焼室との
間の空間が可及的に小さくなるように構成されている。
成層燃焼時には、例えば一方の吸気ポートを閉じる等の
手段によって、シリンダ内にスワールが生成される。こ
のスワールは、ピストンの上昇に伴ってキャビティ燃焼
室内に封じ込められるが、キャビティ燃焼室が真円形で
あるため、ヘリカルポートに依存しなくとも、十分なス
ワールをキャビティ燃焼室内に確保できる。そして、上
死点近傍で燃料がキャビティ燃焼室へ向けて噴射される
ことにより、良好な成層燃焼を実現できる。また均質燃
焼時には、一対の吸気弁を介してシリンダ内に流入した
新気によってタンブル流が生成され、かつ吸気行程付近
で燃料が噴射される。このタンブル流によってキャビテ
ィ燃焼室内の燃料の滞留が防止され、均質な混合気によ
る均質燃焼を実現できる。特に、キャビティ燃焼室が単
純な真円形であるため、燃料が滞留しにくいものとな
る。
【0013】請求項3の発明では、上記頂部水平面と上
記排気弁側傾斜面との間の排気弁側頂部稜線に、上記キ
ャビティ燃焼室の外周縁が交差しておらず、該外周縁の
排気弁寄りの部分と上記稜線との間に、上記頂部水平面
が残存している。
【0014】また請求項4の発明では、上記円錐形側面
と吸気弁側傾斜面との間の一対の吸気弁側側部稜線の内
側にキャビティ燃焼室の外周縁が位置しており、該外周
縁と上記吸気弁側側部稜線との間に、上記吸気弁側傾斜
面が残存している。
【0015】この請求項3や請求項4の構成では、上記
キャビティ燃焼室外周縁が稜線と交差して切り欠かれた
ものとならず、キャビティ燃焼室外周が頂部水平面およ
び吸気弁側傾斜面によって囲まれているため、ピストン
が上死点近傍にあるときに、該キャビティ燃焼室内とそ
の外部との間でのガス流動が抑制される。つまり、成層
燃焼時に、キャビティ燃焼室内にスワールおよび混合気
を確実に封じ込めておくことができ、成層燃焼が良好な
ものとなる。
【0016】また請求項5の発明においては、上記排気
弁側傾斜面の下縁と上記排気弁側水平面との間に段差部
を有している。この段差部は、圧縮比の調整のために用
いられる。
【0017】また請求項6の発明では、上記キャビティ
燃焼室は、その内周側壁面が上方へ向かってテーパ状に
拡がった皿形をなしている。これにより、均質燃焼時
に、キャビティ燃焼室内の燃料がタンブル流によって一
層容易に洗い流されるようになり、混合気が均質化す
る。
【0018】
【発明の効果】この発明に係る筒内噴射式内燃機関のピ
ストンによれば、ヘリカルポートのような手段を利用し
なくともシリンダ内に発生したスワール流がキャビティ
燃焼室内に十分に保存されるので、安定した成層燃焼を
実現できる。また、キャビティ燃焼室を複雑形状としな
いことで、タンブル流を利用した均質燃焼の際に、キャ
ビティ燃焼室内での燃料の滞留を回避でき、良好な均質
燃焼が可能となる。つまり、低負荷時の成層希薄燃焼と
高負荷時の均質燃焼とを非常に高いレベルで両立させる
ことができる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0020】始めに、この発明のピストン4が用いられ
る筒内噴射式内燃機関の構成を図1および図2に基づい
て説明する。図示するように、シリンダブロック1に
は、複数のシリンダ3が直列に配置されており、その上
面を覆うように、シリンダヘッド2が固定されている。
上記シリンダ3内には、ピストン4が摺動可能に嵌合し
ている。また、上記シリンダヘッド2に凹設された燃焼
室11は、いわゆるペントルーフ型に構成されており、
その一方の傾斜面11aに一対の吸気弁5が、他方の傾
斜面11bに一対の排気弁6がそれぞれ配置されてい
る。そして、これらの一対の吸気弁5および一対の排気
弁6によって囲まれたシリンダ3の略中心位置に、点火
プラグ7が配置されている。
【0021】上記シリンダヘッド2には、一対の吸気弁
5にそれぞれ対応する一対の吸気ポート8が、互いに独
立して形成されている。つまり、この一対の吸気ポート
8は、シリンダヘッド2内で合流せず、それぞれシリン
ダヘッド2側面において独立して開口している。また上
記排気弁6に対応して排気ポート9が形成されている。
【0022】略円筒状をなす電磁式燃料噴射弁10は、
吸気弁5側のシリンダ3側壁寄りのシリンダヘッド2下
面部に配置されており、その中心軸が斜め下方へ向かっ
た姿勢で取り付けられている。特に、図2に示すよう
に、上記燃料噴射弁10は、2つの吸気弁5の間に配置
されている。
【0023】上記シリンダ3内に配置されたピストン4
の頂部には、後述するように、吸気弁5側に偏心した位
置に、円形のキャビティ燃焼室12が形成されており、
ピストン4が上死点近傍にあるときに、上記燃料噴射弁
10の噴霧軸線がこのキャビティ燃焼室12を指向する
ようになっている。
【0024】上記の一対の吸気ポート8は、それぞれ吸
気マニホルド13側に独立して形成された一対の吸気通
路14a,14bに接続されている。そして、一方の吸
気通路14b内には、該吸気通路14bを開閉するバタ
フライバルブ型の空気制御弁15が介装されている。こ
の空気制御弁15は、シャフト16を介して図示せぬ駆
動機構により機関運転条件に応じて開閉制御される。な
お、上記空気制御弁15が閉じた状態では、他方の吸気
通路14aに連なる吸気ポート8のみを通して新気が流
入するのであるが、この吸気ポート8は、ヘリカルポー
トではなく、緩く湾曲した略直線状のポート形状をなし
ている。
【0025】上記の内燃機関の基本的な作用について簡
単に説明すると、先ず、機関の全負荷時あるいは希薄燃
焼域の中でも比較的空燃比が小さな領域では、シリンダ
3内に均質な混合気を形成して点火する均質燃焼が行わ
れる。この均質燃焼時には、上記空気制御弁15は、開
状態に制御され、一対の吸気ポート8の双方からシリン
ダ3内へ新気が導入される。これにより、シリンダ3内
には、強いタンブル流(縦渦)が生成される。また、燃
料は、吸気行程中にシリンダ3内に噴射供給される。こ
の燃料は、タンブル流によってシリンダ3内で積極的に
拡散され、キャビティ燃焼室12内に滞留することなく
均質化が促進される。
【0026】一方、低負荷域で、かつ空燃比を非常に大
きくする希薄燃焼域では、混合気の成層化により確実な
着火を可能とする成層希薄燃焼を行う。この成層希薄燃
焼時には、上記空気制御弁15が閉じられ、一方の吸気
ポート8のみからシリンダ3内に新気が流入する。これ
により、シリンダ3内では、タンブル成分が相対的に弱
められ、かつ水平方向に沿ったスワール流が強く生成さ
れる。そして、この成層希薄燃焼の際には、燃料は、圧
縮行程の後半において燃料噴射弁10からキャビティ燃
焼室12へ向けて噴射される。この噴射された燃料は、
ピストン4頂部のキャビティ燃焼室12内に封じ込めら
れたスワール流に乗って点火プラグ7側へ移動し、点火
プラグ7周辺に着火可能な混合気を形成するので、適宜
なタイミングで点火することにより、着火燃焼が可能と
なる。
【0027】次に、図3〜図6に基づいて、ピストン4
の構成、特にその頂部の構成を詳細に説明する。
【0028】このピストン4においては、上死点におい
て、キャビティ燃焼室12がシリンダ3内の空間の大部
分を占めるように、頂面に凸部21が設けられている。
この凸部21は、基本的に5つの面から構成されてい
る。すなわち、シリンダヘッド2側のペントルーフ型燃
焼室11を構成する2つの傾斜面11a,11bに対し
略平行な平面からなる吸気弁側傾斜面22および排気弁
側傾斜面23と、上記吸気弁側傾斜面22の上縁と上記
排気弁側傾斜面23の上縁とを接続するように帯状に設
けられ、かつピストン4中心線と直交する平面からなる
頂部水平面30と、ピストン4の外形円と同心の緩く傾
斜した円錐面からなる一対の円錐形側面24,25とに
よって、凸部21が構成されている。
【0029】そして、上記吸気弁側傾斜面22および排
気弁側傾斜面23の外側に、それぞれ略三日月形をなす
吸気弁側水平面26および排気弁側水平面27が形成さ
れている。この吸気弁側水平面26および排気弁側水平
面27は、ピストン4の中心線と直交する一つの平面か
ら構成されているものであり、シリンダヘッド2側の燃
焼室11の両側に平坦面として残されたスキッシュエリ
ア2a,2b(図1参照)にそれぞれ対応している。な
お、円錐形側面24,25の円弧形をなす下縁とピスト
ン4外周縁との間には、非常に狭い幅の水平面28,2
9が残されている(図5参照)。これらの水平面26,
27,28,29は、一つの平面として同一の高さ位置
にある。さらに、この実施例においては、圧縮比の関係
から、排気弁側傾斜面23の下縁23aと上記排気弁側
水平面27との間に、段差部34が存在しており、この
段差部34は、排気弁側傾斜面23よりも大きく傾斜し
た平面にて構成されている。
【0030】また、上記のキャビティ燃焼室12が、上
記頂部水平面30と吸気弁側傾斜面22と吸気弁側水平
面26との三者に亙って凹設されている。上記キャビテ
ィ燃焼室12は、ピストン4の平面上で見て真円形をな
し、かつピストン4の半径よりも大きい直径を有してい
る。そして、底面がピストン4中心線と直交する面に沿
っているとともに、内周側壁面が上方へ向かって緩くテ
ーパ状に拡がった皿形をなしている。また、このキャビ
ティ燃焼室12の外周縁は、円錐形側面24,25と上
記吸気弁側傾斜面22との間の一対の吸気弁側側部稜線
31,32の内側に位置しており、このキャビティ燃焼
室12の両側に、吸気弁側傾斜面22が帯状に残存して
いる。同様に、キャビティ燃焼室12の外周縁の排気弁
寄りの部分は、頂部水平面30と排気弁側傾斜面23と
の間の排気弁側頂部稜線33よりも僅かに吸気弁寄りに
位置しており、上記稜線33とキャビティ燃焼室12外
周縁との間に、狭い幅ではあるものの頂部水平面30が
残存している。換言すれば、キャビティ燃焼室12の外
周縁は、各稜線31,32,33と交差しておらず、こ
れらによって切り欠かれてはいない。また図2に示すよ
うに、ピストン4が上死点にあるときに、点火プラグ7
がキャビティ燃焼室12内に入り、かつその外周部に位
置するように配置されている。
【0031】なお、上記凸部21における円錐形側面2
4,25の円錐の頂角θ(図5参照)は、円錐形側面2
4,25と頂部水平面30との間の稜線35,36の位
置がピストン4外周側となるように、可及的に小さく設
定されている。これによって、ピストン4が上死点にあ
るときに、上記円錐形側面24,25とシリンダヘッド
2側燃焼室11との間に生じるクリアランスが非常に小
さなものとなっており、シリンダ3内に残る容積の大部
分をキャビティ燃焼室12が占有する。
【0032】また上記のように構成されたピストン4頂
部の構造は、ピストンピンと直交する方向の直径線(つ
まり図3のA−A線)を中心として、対称に構成されて
いる。なお、燃料噴射弁10は、この対称軸となるA−
A線に沿って燃料を噴射するように配置されている。
【0033】上記の構成においては、キャビティ燃焼室
12が単純な真円形であるため、成層燃焼時にシリンダ
3内に生成されたスワールが、該キャビティ燃焼室12
内にスムースに案内され、十分な強さを保ったまま保存
される。そして、圧縮行程後半においてキャビティ燃焼
室12へ向けて燃料が噴射された後、ピストン4が上死
点に近づくと、キャビティ燃焼室12を囲む頂部水平面
30と吸気弁側傾斜面22と吸気弁側水平面26との3
つの平面が、図1に想像線で示すように、シリンダヘッ
ド2側の対応する平面にそれぞれ近接するため、キャビ
ティ燃焼室12が全周に亙って良好にシールされた状態
となる。従って、キャビティ燃焼室12内のスワールや
混合気が外部へ漏出せずに該キャビティ燃焼室12内で
燃焼が進行する。そのため、吸気ポート8をヘリカルポ
ートとせずとも安定した成層希薄燃焼が可能となり、ヘ
リカルポートを用いることによる最大出力の低下を回避
できる。
【0034】また、均質燃焼時には、一対の吸気ポート
8から流入した新気によってシリンダ3内にタンブル流
が形成され、かつ吸気行程中に燃料噴射が行われるが、
上記キャビティ燃焼室12は、上方が緩いテーパ状に拡
がった皿形をなしており、かつ、タンブル流が集中する
一対の吸気ポート8の中心線(図3のA−A線)の上に
真円形のキャビティ燃焼室12が位置しているので、該
キャビティ燃焼室12内に入った燃料がタンブル流によ
って容易に洗い流され、滞留してしまうことがない。従
って、高負荷時にも均質な混合気を形成でき、良好な均
質燃焼が可能である。
【0035】次に、図6および図7は、この発明に係る
ピストン4の第2実施例を示している。この実施例にお
いては、上述した排気弁側傾斜面23と排気弁側水平面
27との間の段差部34が取り除かれており、排気弁側
傾斜面23の下縁23aが排気弁側水平面27に達して
いる。
【0036】この第2実施例の構成においては、図8に
示すように、両吸気ポート8から新気が導入される均質
燃焼時に、矢印で示すタンブル流が、排気弁側水平面2
7から排気弁側傾斜面23へと一層滑らかに流れるよう
になる。換言すれば、前述した実施例の段差部34のよ
うな凹凸によるタンブル流の減衰が少なくなり、圧縮行
程中まで長くタンブル成分を保存できる。そのため、特
に全開時における排気中のHCを改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る筒内噴射式内燃機関の構成を示
す縦断面図。
【図2】シリンダヘッドを下面側から見た状態を示す底
面図。
【図3】この発明に係るピストンの第1実施例を示す平
面図。
【図4】図3のA−A線に沿った断面図。
【図5】図3のB−B線に沿った断面図。
【図6】この発明に係るピストンの第2実施例を示す平
面図。
【図7】図6のC−C線に沿った断面図。
【図8】このピストンによるシリンダ内のタンブル流の
流れを示す説明図。
【符号の説明】
4…ピストン 12…キャビティ燃焼室 21…凸部 22…吸気弁側傾斜面 23…排気弁側傾斜面 24,25…円錐形側面 26…吸気弁側水平面 27…排気弁側水平面 30…頂部水平面 34…段差部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02F 3/26 F02F 3/26 A 3/28 3/28 B F02M 61/14 310 F02M 61/14 310A 310S

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリンダヘッドに凹設されたペントルー
    フ型燃焼室に2つの吸気弁および2つの排気弁を有する
    とともに、シリンダ略中央に点火プラグを有し、かつ、
    シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁が吸気弁側
    に配置され、シリンダ内にタンブル流成分を付与した状
    態で吸気行程付近で燃料噴射を行うことにより均質燃焼
    を実現するとともに、シリンダ内にスワール成分を付与
    した状態で圧縮行程付近で燃料噴射を行うことにより成
    層燃焼を実現するようにした筒内噴射式内燃機関のピス
    トンにおいて、 上記ペントルーフ型燃焼室を構成する2つの傾斜面にそ
    れぞれ略平行となるように傾斜した吸気弁側傾斜面およ
    び排気弁側傾斜面と、この吸気弁側傾斜面の上縁と排気
    弁側傾斜面の上縁とを接続し、かつ、ピストン中心線と
    直交する平面からなる頂部水平面と、スキッシュエリア
    を構成するように上記吸気弁側傾斜面および排気弁側傾
    斜面の外側に略三日月形に形成された吸気弁側水平面お
    よび排気弁側水平面と、上記両傾斜面および上記頂部水
    平面によって形成される凸部の側部を構成し、かつピス
    トン外形円と同心の円錐面からなる一対の円錐形側面
    と、ピストン外形円に対し吸気弁側に偏心した位置に凹
    設された真円形のキャビティ燃焼室と、を備えているこ
    とを特徴とする筒内噴射式内燃機関のピストン。
  2. 【請求項2】 上記凸部および上記キャビティ燃焼室
    は、ピストンピンと直交する方向の直径線を中心として
    対称に形成されていることを特徴とする請求項1記載の
    筒内噴射式内燃機関のピストン。
  3. 【請求項3】 上記頂部水平面と上記排気弁側傾斜面と
    の間の排気弁側頂部稜線に、上記キャビティ燃焼室の外
    周縁が交差しておらず、該外周縁の排気弁寄りの部分と
    上記稜線との間に、上記頂部水平面が残存していること
    を特徴とする請求項1または2に記載の筒内噴射式内燃
    機関のピストン。
  4. 【請求項4】 上記円錐形側面と吸気弁側傾斜面との間
    の一対の吸気弁側側部稜線の内側にキャビティ燃焼室の
    外周縁が位置しており、該外周縁と上記吸気弁側側部稜
    線との間に、上記吸気弁側傾斜面が残存していることを
    特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の筒内噴射式
    内燃機関のピストン。
  5. 【請求項5】 上記排気弁側傾斜面の下縁と上記排気弁
    側水平面との間に段差部を有していることを特徴とする
    請求項1〜4のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の
    ピストン。
  6. 【請求項6】 上記キャビティ燃焼室は、その内周側壁
    面が上方へ向かってテーパ状に拡がった皿形をなすこと
    を特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の筒内噴射
    式内燃機関のピストン。
JP12905397A 1997-05-20 1997-05-20 筒内噴射式内燃機関のピストン Expired - Lifetime JP3284922B2 (ja)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12905397A JP3284922B2 (ja) 1997-05-20 1997-05-20 筒内噴射式内燃機関のピストン
EP06018887A EP1739294A1 (en) 1997-05-20 1998-05-19 Piston for a direct injection gasoline engine
US09/081,071 US6092501A (en) 1997-05-20 1998-05-19 Direct injection gasoline engine with stratified charge combustion and homogeneous charge combustion
EP00121497A EP1063398A3 (en) 1997-05-20 1998-05-19 Piston for a direct injection gasoline engine
EP98109111A EP0879942B1 (en) 1997-05-20 1998-05-19 Direct injection gasoline engine with stratified charge combustion and homogeneous charge combustion
DE69809631T DE69809631T2 (de) 1997-05-20 1998-05-19 Ottobrennkraftmaschine mit Direkteinspritzung mit Schichtladungsverbrennung und Homogenladungsverbrennung
KR1019980017954A KR100304232B1 (ko) 1997-05-20 1998-05-19 성층급기연소및균질급기연소가가능한관내분사식가솔린엔진
US09/576,258 US6209514B1 (en) 1997-05-20 2000-05-24 Direct injection gasoline engine
US09/576,257 US6253728B1 (en) 1997-05-20 2000-05-24 Direct injection gasoline engine with stratified charge combustion and homogeneous charge combustion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12905397A JP3284922B2 (ja) 1997-05-20 1997-05-20 筒内噴射式内燃機関のピストン

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10317970A true JPH10317970A (ja) 1998-12-02
JP3284922B2 JP3284922B2 (ja) 2002-05-27

Family

ID=14999928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP12905397A Expired - Lifetime JP3284922B2 (ja) 1997-05-20 1997-05-20 筒内噴射式内燃機関のピストン

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3284922B2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11015515B2 (en) * 2018-11-16 2021-05-25 Mazda Motor Corporation Combustion chamber structure for engine
CN115750071A (zh) * 2022-11-09 2023-03-07 重庆长安汽车股份有限公司 一种汽油机燃烧系统、发动机及车辆
CN116490679A (zh) * 2020-11-27 2023-07-25 Ifp新能源公司 适用于气体空气动力学运动的内燃机活塞

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11015515B2 (en) * 2018-11-16 2021-05-25 Mazda Motor Corporation Combustion chamber structure for engine
CN116490679A (zh) * 2020-11-27 2023-07-25 Ifp新能源公司 适用于气体空气动力学运动的内燃机活塞
CN115750071A (zh) * 2022-11-09 2023-03-07 重庆长安汽车股份有限公司 一种汽油机燃烧系统、发动机及车辆
CN115750071B (zh) * 2022-11-09 2024-05-03 重庆长安汽车股份有限公司 一种汽油机燃烧系统、发动机及车辆

Also Published As

Publication number Publication date
JP3284922B2 (ja) 2002-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3644249B2 (ja) 筒内噴射式内燃機関
US5711269A (en) In-cylinder injection internal combustion engine
JPWO1996030632A1 (ja) 筒内噴射型内燃機関
JP3327168B2 (ja) 筒内噴射式内燃機関のピストン
JP3284922B2 (ja) 筒内噴射式内燃機関のピストン
JP2000027650A (ja) 筒内噴射式内燃機関のピストン
JP3246392B2 (ja) 筒内噴射式内燃機関のピストン
JP3775038B2 (ja) 筒内噴射式火花点火内燃機関のピストン
JP3767125B2 (ja) 筒内噴射式内燃機関のピストン
JP3817910B2 (ja) 筒内噴射式内燃機関のピストン
JP3246441B2 (ja) 筒内噴射式内燃機関のピストン
JP3826491B2 (ja) 筒内噴射式内燃機関のピストン
JP3721761B2 (ja) 筒内噴射式内燃機関のピストン
JP3644230B2 (ja) 筒内噴射式内燃機関のピストン
JP3644359B2 (ja) 筒内噴射式内燃機関のピストン
JP3903581B2 (ja) 筒内噴射式内燃機関のピストン
JP4075471B2 (ja) 筒内直接噴射式内燃機関
JP3903567B2 (ja) 筒内噴射式内燃機関のピストン
JP3800764B2 (ja) 筒内噴射式内燃機関のピストン
JPH10220230A (ja) 筒内噴射型内燃機関
JP3692749B2 (ja) 筒内噴射式内燃機関のピストン
JP4291423B2 (ja) 筒内燃料噴射式内燃機関
JP3709675B2 (ja) 筒内噴射式内燃機関のピストン
JPH0533650A (ja) 2サイクル内燃機関
JP3690384B2 (ja) 筒内噴射式火花点火内燃機関のピストン

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090308

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100308

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110308

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110308

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120308

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130308

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130308

Year of fee payment: 11

EXPY Cancellation because of completion of term