JPH11117749A - 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
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- JPH11117749A JPH11117749A JP9288129A JP28812997A JPH11117749A JP H11117749 A JPH11117749 A JP H11117749A JP 9288129 A JP9288129 A JP 9288129A JP 28812997 A JP28812997 A JP 28812997A JP H11117749 A JPH11117749 A JP H11117749A
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- F02F1/24—Cylinder heads
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- 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)
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頂面に、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からなる凸部２１が設け
られ、中心部にボウル１２が凹設されている。ボウル１
２の外周に、一対のスワール案内溝２６，２７が凹設さ
れており、始端部２６ａ，２７ａからスワール旋回方向
に沿って円弧状に延び、徐々に深くなって、終端部２６
ｂ，２７ｂがボウル１２に連通している。燃料噴射弁１
０の噴霧角はスワール案内溝２６，２７を含むように広
く設定されており、均質燃焼時には、燃料が広く拡散す
る。成層燃焼時には、ピストン４上下動に伴いスワール
案内溝２６，２７をガスが流動し、スワールを助長する
とともに、ボウル１２内に燃料を集める。
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頂面に、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からなる凸部２１が設け
られ、中心部にボウル１２が凹設されている。ボウル１
２の外周に、一対のスワール案内溝２６，２７が凹設さ
れており、始端部２６ａ，２７ａからスワール旋回方向
に沿って円弧状に延び、徐々に深くなって、終端部２６
ｂ，２７ｂがボウル１２に連通している。燃料噴射弁１
０の噴霧角はスワール案内溝２６，２７を含むように広
く設定されており、均質燃焼時には、燃料が広く拡散す
る。成層燃焼時には、ピストン４上下動に伴いスワール
案内溝２６，２７をガスが流動し、スワールを助長する
とともに、ボウル１２内に燃料を集める。
Description
【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。
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。
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ボウル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ボウルへ向けて燃料を噴
射供給できるように燃料噴射弁が配置されている。上記
ボウルは、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
ボウル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。
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ボウル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ボウルへ向けて燃料を噴
射供給できるように燃料噴射弁が配置されている。上記
ボウルは、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
ボウル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ボ
ウル内に導入されるので、圧縮上死点付近でボウル内に
燃料を噴射することにより、ボウル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。
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ボ
ウル内に導入されるので、圧縮上死点付近でボウル内に
燃料を噴射することにより、ボウル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、ピストン頂部のボウルに十分な強度のス
ワールを保存するために、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す
るようにしているので、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。
来の構成では、ピストン頂部のボウルに十分な強度のス
ワールを保存するために、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す
るようにしているので、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。
【０００６】また仮にヘリカルポートとせずに直線状の
ポートとした場合には、ボウル内に十分な強度のスワー
ルを生成することは困難である。
ポートとした場合には、ボウル内に十分な強度のスワー
ルを生成することは困難である。
【０００７】さらに、上記のような構成では、上死点付
近で噴射された燃料が全てボウル内に入るように燃料噴
射弁の噴霧角を狭く設定する必要があり、吸気行程中に
噴射される均質燃焼時に、それだけ燃料の霧化が悪くな
り、全開出力等の点で不利となる。
近で噴射された燃料が全てボウル内に入るように燃料噴
射弁の噴霧角を狭く設定する必要があり、吸気行程中に
噴射される均質燃焼時に、それだけ燃料の霧化が悪くな
り、全開出力等の点で不利となる。
【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。
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。
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
が吸気弁側のシリンダヘッド底部に配置され、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
弁側傾斜面を有する頂部の凸部と、この凸部中央に凹設
された真円形のボウルと、このボウルの外周縁に沿って
円弧状に凹設され、かつスワール旋回方向について下流
側となる一端部が上記ボウルに連通しているとともに、
この下流側となる一端部の溝深さが他端部よりも深いス
ワール案内溝と、を備えていることを特徴としている。
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
が吸気弁側のシリンダヘッド底部に配置され、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
弁側傾斜面を有する頂部の凸部と、この凸部中央に凹設
された真円形のボウルと、このボウルの外周縁に沿って
円弧状に凹設され、かつスワール旋回方向について下流
側となる一端部が上記ボウルに連通しているとともに、
この下流側となる一端部の溝深さが他端部よりも深いス
ワール案内溝と、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、一対のスワール案内溝が、ボウルの
全周を囲むように形成されている。
求項２の発明では、一対のスワール案内溝が、ボウルの
全周を囲むように形成されている。
【００１２】上記の構成では、吸気弁側傾斜面と排気弁
側傾斜面とを有するピストン頂部の凸部が、ピストン上
死点において、シリンダヘッド側の燃焼室内に入り込む
ようになっており、両者間の空間は非常に小さなものと
なる。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ボウル内
に封じ込められるが、ピストンが上昇すると、スワール
案内溝内のガスは、溝深さが深い方へ進もうとするの
で、スワールが助長もしくは強化され、ヘリカルポート
に依存しなくとも、十分なスワールをボウル内に確保で
きる。そして、上死点近傍で燃料がボウルへ向けて噴射
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ボ
ウル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。
側傾斜面とを有するピストン頂部の凸部が、ピストン上
死点において、シリンダヘッド側の燃焼室内に入り込む
ようになっており、両者間の空間は非常に小さなものと
なる。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ボウル内
に封じ込められるが、ピストンが上昇すると、スワール
案内溝内のガスは、溝深さが深い方へ進もうとするの
で、スワールが助長もしくは強化され、ヘリカルポート
に依存しなくとも、十分なスワールをボウル内に確保で
きる。そして、上死点近傍で燃料がボウルへ向けて噴射
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ボ
ウル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。
【００１３】特に、請求項３の発明では、ピストンが上
死点にあるときにシリンダヘッド側の燃焼室壁面とスワ
ール案内溝との間に生じる流路が、上記下流側の端部へ
向かって徐々に上下に拡大するように、スワール案内溝
の深さが設定されている。従って、ピストンの上昇に伴
ってピストン頂部がシリンダヘッド側の燃焼室壁面に接
近すると、流路面積が拡大するスワール下流側へ向かっ
て確実にガス流動が生じ、スワールの強化が達成され
る。
死点にあるときにシリンダヘッド側の燃焼室壁面とスワ
ール案内溝との間に生じる流路が、上記下流側の端部へ
向かって徐々に上下に拡大するように、スワール案内溝
の深さが設定されている。従って、ピストンの上昇に伴
ってピストン頂部がシリンダヘッド側の燃焼室壁面に接
近すると、流路面積が拡大するスワール下流側へ向かっ
て確実にガス流動が生じ、スワールの強化が達成され
る。
【００１４】また請求項４の発明では、上記燃料噴射弁
の噴霧角が、圧縮行程付近で噴射したときにスワール案
内溝を含むように広角度に設定されている。すなわち、
本発明では、スワール案内溝内をボウルへ向かってスワ
ールが流れるので、請求項４のように噴霧角を大きく設
定しても、案内溝に付着した燃料がボウル内へ向かい、
成層化を実現できる。しかも、このように広く噴射する
ことで、ピストンに付着した燃料の液膜厚さが薄くな
り、蒸発も促進されるため、すすの抑制の上でも有利と
なる。そして、このように噴霧角を拡大すれば、均質燃
焼時には、燃料の霧化が良好なものとなる。
の噴霧角が、圧縮行程付近で噴射したときにスワール案
内溝を含むように広角度に設定されている。すなわち、
本発明では、スワール案内溝内をボウルへ向かってスワ
ールが流れるので、請求項４のように噴霧角を大きく設
定しても、案内溝に付着した燃料がボウル内へ向かい、
成層化を実現できる。しかも、このように広く噴射する
ことで、ピストンに付着した燃料の液膜厚さが薄くな
り、蒸発も促進されるため、すすの抑制の上でも有利と
なる。そして、このように噴霧角を拡大すれば、均質燃
焼時には、燃料の霧化が良好なものとなる。
【００１５】また請求項５の発明においては、上記スワ
ール案内溝とボウルとの間に残存する突条部が、シリン
ダ平面上で上記燃料噴射弁の噴霧軸線と交差している。
ール案内溝とボウルとの間に残存する突条部が、シリン
ダ平面上で上記燃料噴射弁の噴霧軸線と交差している。
【００１６】この構成では、手前側つまり燃料噴射弁寄
りの突条部に衝突した燃料が、スワール案内溝を流れる
スワールによって速やかにボウルへ送り込まれ、かつ微
粒化、蒸発する。
りの突条部に衝突した燃料が、スワール案内溝を流れる
スワールによって速やかにボウルへ送り込まれ、かつ微
粒化、蒸発する。
【００１７】特に、請求項６の発明では、燃料噴射弁に
近い一方のスワール案内溝が、他方のスワール案内溝に
比して、狭くかつ深い。これにより、燃料噴射弁に近い
スワール案内溝のガス流動（スワール）が相対的に強く
なり、ここに衝突した燃料がさらに速やかにボウルへ送
り込まれる。
近い一方のスワール案内溝が、他方のスワール案内溝に
比して、狭くかつ深い。これにより、燃料噴射弁に近い
スワール案内溝のガス流動（スワール）が相対的に強く
なり、ここに衝突した燃料がさらに速やかにボウルへ送
り込まれる。
【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、ピストンの上下動を利用してスワール
の助長、強化を行うことができるので、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
スワールとともにボウル内に十分に強いスワールを生成
でき、安定した成層燃焼を実現できる。また、燃料噴射
弁の噴霧角を拡大することが可能となり、タンブル流を
利用した均質燃焼の際に、燃料の霧化が良好なものとな
るので、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。
ストンによれば、ピストンの上下動を利用してスワール
の助長、強化を行うことができるので、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
スワールとともにボウル内に十分に強いスワールを生成
でき、安定した成層燃焼を実現できる。また、燃料噴射
弁の噴霧角を拡大することが可能となり、タンブル流を
利用した均質燃焼の際に、燃料の霧化が良好なものとな
るので、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。
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。
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。
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。
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
の頂部中央には、後述するように、円形のボウル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の噴霧軸線がこのボウル１２を
指向するようになっている。なお、この燃料噴射弁１０
の噴霧角は、上死点近傍で燃料が噴射されたときに、ボ
ウル１２の外側にまで燃料噴霧が広がるように、比較的
広く設定されている。
の頂部中央には、後述するように、円形のボウル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の噴霧軸線がこのボウル１２を
指向するようになっている。なお、この燃料噴射弁１０
の噴霧角は、上死点近傍で燃料が噴射されたときに、ボ
ウル１２の外側にまで燃料噴霧が広がるように、比較的
広く設定されている。
【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、略直線状のポート形状をなしている。
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、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、ボウル１２内に滞留することなく均質化が促
進される。
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、ボウル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からボウル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
頂部のボウル１２内に封じ込められたスワール流に乗っ
て気化し、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。
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からボウル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
頂部のボウル１２内に封じ込められたスワール流に乗っ
て気化し、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５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。
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、ボウル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２
１は、基本的に２つの面から山形に構成されている。す
なわち、シリンダヘッド２側のペントルーフ型燃焼室１
１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を有し、これらが、ピストン４中央の尾根部２１
ａで交差した形となっている。また、この凸部２１の側
面２４，２５は、ピストン４の外形円と同心の円錐面か
ら構成されている。
て、ボウル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２
１は、基本的に２つの面から山形に構成されている。す
なわち、シリンダヘッド２側のペントルーフ型燃焼室１
１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を有し、これらが、ピストン４中央の尾根部２１
ａで交差した形となっている。また、この凸部２１の側
面２４，２５は、ピストン４の外形円と同心の円錐面か
ら構成されている。
【００２９】この図３〜図５に示す第１の実施例におい
ては、ボウル１２は、点火プラグ７と同心をなすよう
に、ピストン４の中心に設けられている。つまり吸気弁
側傾斜面２２と排気弁側傾斜面２３とに亙って凹設され
ている。上記ボウル１２は、ピストン４の平面上で見て
真円形をなし、かつ比較的小型でかつ深いものとなって
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形をなしている。図１に示すよう
に、ピストン４が上死点にあるときには、点火プラグ７
がボウル１２内に入り、かつその外周部が凸部２１によ
り囲まれた形となる。
ては、ボウル１２は、点火プラグ７と同心をなすよう
に、ピストン４の中心に設けられている。つまり吸気弁
側傾斜面２２と排気弁側傾斜面２３とに亙って凹設され
ている。上記ボウル１２は、ピストン４の平面上で見て
真円形をなし、かつ比較的小型でかつ深いものとなって
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形をなしている。図１に示すよう
に、ピストン４が上死点にあるときには、点火プラグ７
がボウル１２内に入り、かつその外周部が凸部２１によ
り囲まれた形となる。
【００３０】また上記ボウル１２の外周部には、一対の
スワール案内溝２６，２７が凹設されている。２つのス
ワール案内溝２６，２７は、ボウル１２を中心として回
転対称形状をなしており、両者によって、ボウル１２の
全周が囲まれている。各スワール案内溝２６，２７は、
始端部２６ａ，２７ａが尾根部２１ａ付近にあり、ここ
からスワール旋回方向に沿って円弧状に延びているとと
もに、略１８０°旋回して終端部２６ｂ，２７ｂがやは
り尾根部２１ａに位置し、かつこの終端部２６ｂ，２７
ｂがボウル１２にそれぞれ連通している。各スワール案
内溝２６，２７の始端部２６ａ，２７ａは、他方のスワ
ール案内溝２６，２７の終端部２６ｂ，２７ｂの外周側
に重なっている。つまり、スワール案内溝２６，２７
は、始端部２６ａ，２７ａから徐々に内周側へ向かうよ
うに形成されている。そして、終端部２６ｂ，２７ｂを
除く部分では、ボウル１２や他方のスワール案内溝２
６，２７との間を仕切るように、突条部２８，２９が残
存している。また、上記スワール案内溝２６，２７は、
その溝深さが、始端部２６ａ，２７ａから終端部２６
ｂ，２７ｂへ向かって徐々に深くなっている。なお、ボ
ウル１２は、終端部２６ｂ，２７ｂの深さよりもさらに
深く形成されている。
スワール案内溝２６，２７が凹設されている。２つのス
ワール案内溝２６，２７は、ボウル１２を中心として回
転対称形状をなしており、両者によって、ボウル１２の
全周が囲まれている。各スワール案内溝２６，２７は、
始端部２６ａ，２７ａが尾根部２１ａ付近にあり、ここ
からスワール旋回方向に沿って円弧状に延びているとと
もに、略１８０°旋回して終端部２６ｂ，２７ｂがやは
り尾根部２１ａに位置し、かつこの終端部２６ｂ，２７
ｂがボウル１２にそれぞれ連通している。各スワール案
内溝２６，２７の始端部２６ａ，２７ａは、他方のスワ
ール案内溝２６，２７の終端部２６ｂ，２７ｂの外周側
に重なっている。つまり、スワール案内溝２６，２７
は、始端部２６ａ，２７ａから徐々に内周側へ向かうよ
うに形成されている。そして、終端部２６ｂ，２７ｂを
除く部分では、ボウル１２や他方のスワール案内溝２
６，２７との間を仕切るように、突条部２８，２９が残
存している。また、上記スワール案内溝２６，２７は、
その溝深さが、始端部２６ａ，２７ａから終端部２６
ｂ，２７ｂへ向かって徐々に深くなっている。なお、ボ
ウル１２は、終端部２６ｂ，２７ｂの深さよりもさらに
深く形成されている。
【００３１】上記の構成においては、真円形をなすボウ
ル１２がピストン４中心に位置し、かつスワール旋回方
向に沿ってスワール案内溝２６，２７が形成されている
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、該ボウル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。しかも、圧縮行程後半におい
てボウル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、ボウル１２を囲む吸気弁側傾斜面
２２と排気弁側傾斜面２３とが、図１に示すように、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、シリンダ３内のガスがスワール案内溝２６，２７に
封じ込められ、かつその流路が拡大する方向つまり終端
部２６ｂ，２７ｂへ向かって動こうとするので、スワー
ル旋回方向と同方向の流れが発生する。従って、ボウル
１２内のスワールが助長、強化される。しかも、燃料噴
射弁１０から噴射された燃料は、ボウル１２の外側に位
置するスワール案内溝２６，２７にも広がるが、スワー
ル案内溝２６，２７に付着した燃料は、スワールに乗っ
て速やかにボウル１２内に運び込まれる。特に、ボウル
１２の手前側に位置する突条部２８に衝突した燃料も、
スワール案内溝２６に沿って速やかにボウル１２内に移
動する。そのため、噴霧角が広くても、十分に良好な成
層化を達成できる。しかも、ボウル１２へ向かう間に、
燃料の気化も進み、ボウル１２内での燃焼が良好とな
る。従って、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。
ル１２がピストン４中心に位置し、かつスワール旋回方
向に沿ってスワール案内溝２６，２７が形成されている
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、該ボウル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。しかも、圧縮行程後半におい
てボウル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、ボウル１２を囲む吸気弁側傾斜面
２２と排気弁側傾斜面２３とが、図１に示すように、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、シリンダ３内のガスがスワール案内溝２６，２７に
封じ込められ、かつその流路が拡大する方向つまり終端
部２６ｂ，２７ｂへ向かって動こうとするので、スワー
ル旋回方向と同方向の流れが発生する。従って、ボウル
１２内のスワールが助長、強化される。しかも、燃料噴
射弁１０から噴射された燃料は、ボウル１２の外側に位
置するスワール案内溝２６，２７にも広がるが、スワー
ル案内溝２６，２７に付着した燃料は、スワールに乗っ
て速やかにボウル１２内に運び込まれる。特に、ボウル
１２の手前側に位置する突条部２８に衝突した燃料も、
スワール案内溝２６に沿って速やかにボウル１２内に移
動する。そのため、噴霧角が広くても、十分に良好な成
層化を達成できる。しかも、ボウル１２へ向かう間に、
燃料の気化も進み、ボウル１２内での燃焼が良好とな
る。従って、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。
【００３２】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。こ
こで、燃料噴射弁１０の噴霧角を大きく設定することに
よって、燃料噴霧が広く拡散することになり、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。
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。こ
こで、燃料噴射弁１０の噴霧角を大きく設定することに
よって、燃料噴霧が広く拡散することになり、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。
【００３３】次に、図６〜図８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、ボウル１２が吸気弁５側に偏心しており、シリンダ
３の中心に位置する点火プラグ７がボウル１２の外周部
に来るように構成されている。そして、これに対応し
て、一対のスワール案内溝２６，２７が上述した第１実
施例と同様に形成されている。
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、ボウル１２が吸気弁５側に偏心しており、シリンダ
３の中心に位置する点火プラグ７がボウル１２の外周部
に来るように構成されている。そして、これに対応し
て、一対のスワール案内溝２６，２７が上述した第１実
施例と同様に形成されている。
【００３４】なお、凸部２１を構成する吸気弁側傾斜面
２２および排気弁側傾斜面２３の傾斜に伴ってスワール
案内溝２６，２７の上縁の位置が変化しているが、基本
的に、ピストン４が上死点にあるときにシリンダヘッド
２側の燃焼室１１壁面とスワール案内溝２６，２７との
間に生じる流路が、終端部２６ｂ，２７ｂへ向かって徐
々に上下に拡大するように、スワール案内溝２６，２７
の深さが設定されている。
２２および排気弁側傾斜面２３の傾斜に伴ってスワール
案内溝２６，２７の上縁の位置が変化しているが、基本
的に、ピストン４が上死点にあるときにシリンダヘッド
２側の燃焼室１１壁面とスワール案内溝２６，２７との
間に生じる流路が、終端部２６ｂ，２７ｂへ向かって徐
々に上下に拡大するように、スワール案内溝２６，２７
の深さが設定されている。
【００３５】この第２実施例の構成においては、ボウル
１２外周部をスワールとともに流れる濃厚な混合気が点
火プラグ７近傍に集まりやすくなり、一層確実な着火が
可能となる。
１２外周部をスワールとともに流れる濃厚な混合気が点
火プラグ７近傍に集まりやすくなり、一層確実な着火が
可能となる。
【００３６】次に、図９〜図１１は、この発明に係るピ
ストン４の第３実施例を示している。この実施例におい
ては、第２実施例と同様に、ボウル１２が吸気弁５側に
偏心しており、シリンダ３の中心に位置する点火プラグ
７がボウル１２の外周部に来るように構成されている。
そして、このボウル１２の両側に、一対のスワール案内
溝２６，２７が形成されているが、この実施例では、燃
料噴射弁１０に近い一方のスワール案内溝２６が、他方
のスワール案内溝２７に比して、径方向の幅が狭く、か
つ深く形成されている。
ストン４の第３実施例を示している。この実施例におい
ては、第２実施例と同様に、ボウル１２が吸気弁５側に
偏心しており、シリンダ３の中心に位置する点火プラグ
７がボウル１２の外周部に来るように構成されている。
そして、このボウル１２の両側に、一対のスワール案内
溝２６，２７が形成されているが、この実施例では、燃
料噴射弁１０に近い一方のスワール案内溝２６が、他方
のスワール案内溝２７に比して、径方向の幅が狭く、か
つ深く形成されている。
【００３７】このように構成することにより、燃料噴射
弁１０に近いスワール案内溝２６でのガス流動つまりス
ワールが相対的に強くなり、ここに衝突して付着した燃
料がさらに速やかにボウル１２へ送り込まれるようにな
る。
弁１０に近いスワール案内溝２６でのガス流動つまりス
ワールが相対的に強くなり、ここに衝突して付着した燃
料がさらに速やかにボウル１２へ送り込まれるようにな
る。
【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。
す縦断面図。
【図２】この内燃機関の平面図上の構成を示す説明図。
【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。
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。
面図。
【図７】図６のＣ−Ｃ線に沿った断面図。
【図８】図６のＤ−Ｄ線に沿った断面図。
【図９】この発明に係るピストンの第３実施例を示す平
面図。
面図。
【図１０】図９のＥ−Ｅ線に沿った断面図。
【図１１】図９のＦ−Ｆ線に沿った断面図。
４…ピストン １２…ボウル ２１…凸部 ２２…吸気弁側傾斜面 ２３…排気弁側傾斜面 ２６，２７…スワール案内溝
Claims (6)
- 【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
のシリンダヘッド底部に配置され、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
び排気弁側傾斜面を有する頂部の凸部と、この凸部中央
に凹設された真円形のボウルと、このボウルの外周縁に
沿って円弧状に凹設され、かつスワール旋回方向につい
て下流側となる一端部が上記ボウルに連通しているとと
もに、この下流側となる一端部の溝深さが他端部よりも
深いスワール案内溝と、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。 - 【請求項２】 一対のスワール案内溝が、ボウルの全周
を囲むよう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。 - 【請求項３】 ピストンが上死点にあるときにシリンダ
ヘッド側の燃焼室壁面とスワール案内溝との間に生じる
流路が、上記下流側の端部へ向かって徐々に上下に拡大
するように、スワール案内溝の深さが設定されているこ
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。 - 【請求項４】 上記燃料噴射弁の噴霧角は、圧縮行程付
近で噴射したときにスワール案内溝を含むように広角度
に設定され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。 - 【請求項５】 上記スワール案内溝とボウルとの間に残
存する突条部が、シリンダ平面上で上記燃料噴射弁の噴
霧軸線と交差することを特徴とする請求項４記載の筒内
噴射式内燃機関のピストン。 - 【請求項６】 燃料噴射弁に近い一方のスワール案内溝
が、他方のスワール案内溝に比して、狭くかつ深いこと
を特徴とする請求項２記載の筒内噴射式内燃機関のピス
トン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28812997A JP3767125B2 (ja) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | 筒内噴射式内燃機関のピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28812997A JP3767125B2 (ja) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | 筒内噴射式内燃機関のピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11117749A true JPH11117749A (ja) | 1999-04-27 |
| JP3767125B2 JP3767125B2 (ja) | 2006-04-19 |
Family
ID=17726193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28812997A Expired - Lifetime JP3767125B2 (ja) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | 筒内噴射式内燃機関のピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3767125B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000077357A1 (en) * | 1999-06-14 | 2000-12-21 | Aardvark Pty Ltd | Internal combustion engine |
| AU777535B2 (en) * | 1999-06-14 | 2004-10-21 | Aardvark Pty. Ltd. | Internal combustion engine |
| WO2018180129A1 (ja) * | 2017-03-27 | 2018-10-04 | マツダ株式会社 | 火花点火式内燃機関 |
| US10415456B2 (en) * | 2014-04-29 | 2019-09-17 | Volvo Truck Corporation | Combustion chamber for an internal combustion engine and an internal combustion engine |
| CN110392771A (zh) * | 2017-03-17 | 2019-10-29 | 斯堪尼亚商用车有限公司 | 用于内燃机的活塞 |
| CN110953067A (zh) * | 2018-09-26 | 2020-04-03 | 广州汽车集团股份有限公司 | 发动机及其双射流燃烧方法 |
-
1997
- 1997-10-21 JP JP28812997A patent/JP3767125B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000077357A1 (en) * | 1999-06-14 | 2000-12-21 | Aardvark Pty Ltd | Internal combustion engine |
| AU777535B2 (en) * | 1999-06-14 | 2004-10-21 | Aardvark Pty. Ltd. | Internal combustion engine |
| US10415456B2 (en) * | 2014-04-29 | 2019-09-17 | Volvo Truck Corporation | Combustion chamber for an internal combustion engine and an internal combustion engine |
| CN110392771A (zh) * | 2017-03-17 | 2019-10-29 | 斯堪尼亚商用车有限公司 | 用于内燃机的活塞 |
| WO2018180129A1 (ja) * | 2017-03-27 | 2018-10-04 | マツダ株式会社 | 火花点火式内燃機関 |
| JP2018162726A (ja) * | 2017-03-27 | 2018-10-18 | マツダ株式会社 | 火花点火式内燃機関 |
| US10968817B2 (en) | 2017-03-27 | 2021-04-06 | Mazda Motor Corporation | Spark-ignition internal combustion engine |
| CN110953067A (zh) * | 2018-09-26 | 2020-04-03 | 广州汽车集团股份有限公司 | 发动机及其双射流燃烧方法 |
| CN110953067B (zh) * | 2018-09-26 | 2024-04-16 | 广州汽车集团股份有限公司 | 发动机及其双射流燃烧方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3767125B2 (ja) | 2006-04-19 |
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