(57)【要約】【課題】キャビティ内における燃料の液膜化を抑制できる直噴式エンジンのピストンを提供する。【解決手段】直噴式エンジン１００のピストン３０において、ピストン冠面３１に設けられ、燃料噴射弁２１から噴射された燃料を点火プラグ２２側に偏向する中央キャビティ４１と、中央キャビティ４１に隣接するようにピストン冠面３１に設けられるとともに中央キャビティ４１よりもキャビティ深さが深くなるように形成され、燃料噴射弁２１から噴射された燃料を燃焼室１２上方に偏向するサイドキャビティ４２、４３と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直噴式エンジンのピストンにおいて、
ピストン冠面に設けられ、燃料噴射弁から噴射された燃料を点火プラグ側に偏向する中央キャビティと、
前記中央キャビティに隣接するようにピストン冠面に設けられるとともに前記中央キャビティよりもキャビティ深さが深くなるように形成され、燃料噴射弁から噴射された燃料を燃焼室上方に偏向するサイドキャビティと、
を備えることを特徴とするピストン。
【請求項２】
前記中央キャビティ及び前記サイドキャビティは、平面視において、燃料噴射弁が配置される吸気ポート側に設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記サイドキャビティは、平坦面としてキャビティ底部を備える、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のピストン。
【請求項４】
前記サイドキャビティは、燃料噴射弁の噴射口から離れるほどキャビティ深さが深くなるようなテーパ面としてキャビティ底部を備える、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のピストン。
【請求項５】
前記サイドキャビティは、平面視において、エンジン前方側に設けられる第１サイドキャビティと、エンジン後方側に設けられる第２サイドキャビティとを備える、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のピストン。
【請求項６】
前記第１サイドキャビティ及び前記第２サイドキャビティは、平面視において、吸気ポート側で互いに連続するように形成される、
ことを特徴とする請求項５に記載のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を直接燃焼室内に噴射する直噴式エンジンのピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ピストン冠面にキャビティを凹設し、このキャビティによって混合気の燃焼性を向上させるピストンが知られている。
【０００３】
特許文献１には、噴射された燃料の燃焼室内への拡散を促進させる凸部をキャビティ内に備える直噴式エンジンのピストンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３３１７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のピストンのキャビティでは、燃料噴射弁の噴射口が近い位置において、噴射された燃料がキャビティの底部に到達する時間が短くなるために燃料の気化時間をかせげず、燃料の一部が液膜となって底部に残留するという問題がある。このように液膜化した燃料の一部は未燃ＨＣとして外部に排出されるため、直噴式エンジンの排気性能が悪化する。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、キャビティ内における燃料の液膜化を抑制することができる直噴式エンジンのピストンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００８】
本発明は、直噴式エンジン（１００）のピストン（３０）において、ピストン冠面（３１）に設けられ、燃料噴射弁（２１）から噴射された燃料を点火プラグ（２２）側に偏向する中央キャビティ（４１）と、中央キャビティ（４１）に隣接するようにピストン冠面（３１）に設けられるとともに中央キャビティ（４１）よりもキャビティ深さが深くなるように形成され、燃料噴射弁（２１）から噴射された燃料を燃焼室（１２）上方に偏向するサイドキャビティ（４２、４３）と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、サイドキャビティのキャビティ深さが中央キャビティのキャビティ深さよりも深く形成するので、燃料噴射弁から噴射された燃料がサイドキャビティ底部に到達するまでの時間が長くなり、燃料の気化が促進されるので、サイドキャビティにおける燃料の液膜化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態のピストンを備える直噴式エンジンの概略構成図である。
【図２】ピストンに形成されるキャビティを示す図である。
【図３】第２実施形態のピストンのキャビティを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）、図２を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
【００１２】
図１（Ａ）は、車両用の直噴式エンジンの概略構成図である。図１（Ｂ）は、燃料噴射弁の燃料噴射の様子を示す図である。
【００１３】
図１（Ａ）を参照すると、直噴式エンジン１００は、シリンダブロック１０とシリンダヘッド２０とを備える。
【００１４】
シリンダブロック１０には、シリンダ１１が形成される。シリンダ１１には、ピストン３０が摺動自在に嵌合する。
【００１５】
ピストン３０は、ピストン冠面３１にキャビティ４０を形成する。ピストン３０のピストン冠面３１と、シリンダ１１の壁面と、シリンダヘッド２０の下面とによって燃焼室１２が形成される。燃焼室１２で混合気が燃焼すると、ピストン３０は燃焼による燃焼圧力を受けてシリンダ１１を往復動する。
【００１６】
シリンダブロック１０の上部に配置されるシリンダヘッド２０には、燃料噴射弁２１と点火プラグ２２とが設置される。
【００１７】
燃料噴射弁２１は、吸気ポート５０の下方であって、シリンダヘッド２０の側部に設置される。燃料噴射弁２１は、燃料を燃焼室１２内に直接噴射して混合気を形成する。燃料噴射弁２１は、燃料を噴射する噴射口を７つ有するマルチホール型の燃料噴射弁であって、各噴射口から図１（Ｂ）に示すように燃料を噴射する。
【００１８】
燃料噴射弁２１は、エンジン運転状態に応じて燃料噴射タイミングが制御される。低エンジン回転速度・低エンジン負荷時には、成層燃焼を行うため、燃料噴射弁２１は圧縮行程において燃料を噴射する。圧縮行程噴射時には、燃料噴射弁２１は、ピストン３０のキャビティ４０に向けて燃料を噴射する。これに対して、高エンジン回転速度又は高エンジン負荷時には、均質燃焼を行うため、燃料噴射弁２１は吸気行程において燃料を噴射する。
【００１９】
なお、ファーストアイドル時においては、燃料噴射弁２１は、吸気行程において燃料噴射をした後、圧縮行程において再び燃料を噴射する。
【００２０】
再び図１（Ａ）を参照すると、点火プラグ２２は、ピストン中心軸上のシリンダヘッド２０に設置される。点火プラグ２２は、着火部分が燃焼室１２内に臨むように配置される。点火プラグ２２は、燃焼室１２内に形成された混合気に点火する。
【００２１】
シリンダヘッド２０には、燃焼室１２と連通するように吸気ポート５０と排気ポート６０とが形成される。直噴式エンジン１００では、１つの気筒に対して、吸気ポート５０及び排気ポート６０がそれぞれ２つずつ設けられる。
【００２２】
吸気ポート５０には、ピストン３０の上下動に応じて駆動する吸気弁５１が設置される。吸気弁５１はカムシャフトに設けられたカムにより駆動され、吸気ポート５０を開閉する。
【００２３】
排気ポート６０には、ピストン３０の上下動に応じて駆動する排気弁６１が設置される。排気弁６１はカムシャフトに形成されたカムにより駆動され、排気ポート６０を開閉する。
【００２４】
次に、図２（Ａ）〜図２（Ｄ）を参照して、ピストン３０に形成されるキャビティ４０について説明する。
【００２５】
図２（Ａ）は、ピストン３０の斜視図である。図２（Ｂ）はピストン３０の平面図であり、図２（Ｂ）のハッチング領域は圧縮行程噴射時に噴射された燃料の噴射域を示す。図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）のＣ−Ｃ位置におけるピストン３０の一部断面図である。図２（Ｄ）は、図２（Ｂ）のＤ−Ｄ位置におけるピストン３０の一部断面図である。
【００２６】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、キャビティ４０は、ピストン冠面３１において、ピストン中心ＣＬに対して吸気ポート側にずらした位置に形成される。キャビティ４０は、中央キャビティ４１と、第１サイドキャビティ４２と、第２サイドキャビティ４３とから構成される。
【００２７】
中央キャビティ４１は、一部が点火プラグ２２に対向するように設けられ、中央底部４１Ａと、中央壁部４１Ｂとを備える。
【００２８】
中央底部４１Ａは、平面視において吸気ポート側から排気ポート側に向かってエンジン前後方向に広がるように略扇形状に形成される。中央底部４１Ａは、平坦面であって、ピストン冠面３１からのキャビティ深さがＤ１となるように形成される。
【００２９】
中央壁部４１Ｂは、中央底部４１Ａ周囲の円弧部分とピストン冠面３１との間に形成される。中央壁部４１Ｂは、中央底部４１Ａから点火プラグ２２の点火部分に向かって湾曲して形成される。
【００３０】
第１サイドキャビティ４２は、エンジン前方側において中央キャビティ４１に隣接するように形成され、第１サイド底部４２Ａと、第１サイド壁部４２Ｂとを備える。
【００３１】
第１サイド底部４２Ａは、平面視においてエンジン前後方向が長軸となる半楕円状に形成される。第１サイド底部４２Ａは平坦面であって、第１サイド底部４２Ａのキャビティ深さは、中央底部４１Ａのキャビティ深さＤ１よりも深いＤ２に設定される。
【００３２】
第１サイド壁部４２Ｂは、第１サイド底部４２Ａ周囲の円弧部分とピストン冠面３１との間に形成される。第１サイド壁部４２Ｂは、第１サイド底部４２Ａから燃焼室上部に向かって湾曲して形成される。
【００３３】
第２サイドキャビティ４３は、エンジン後方側において中央キャビティ４１に隣接するように形成され、第２サイド底部４３Ａと、第２サイド壁部４３Ｂとを備える。
【００３４】
第２サイド底部４３Ａは、平面視においてエンジン前後方向が長軸となる半楕円状に形成される。第２サイド底部４３Ａは平坦面であって、第２サイド底部４３Ａのキャビティ深さは第１サイドキャビティ４２のキャビティ深さと同様にＤ２に設定される。
【００３５】
第２サイド壁部４３Ｂは、第２サイド底部４３Ａ周囲の円弧部分とピストン冠面３１との間に形成される。第２サイド壁部４３Ｂは、第２サイド底部４３Ａから燃焼室上部に向かって湾曲して形成される。
【００３６】
第１サイドキャビティ４２及び第２サイドキャビティ４３はエンジン前後方向から中央キャビティ４１を挟み込みにように形成され、吸気ポート側において第１サイド底部４２Ａと第２サイド底部４３Ａ及び第１サイド壁部４２Ｂと第２サイド壁部４３Ｂとが連続するように構成される。
【００３７】
図２（Ｃ）及び図２（Ｄ）を参照して、圧縮行程時に燃料噴射弁２１からキャビティ４０に向けて噴射された燃料の噴霧流れについて説明する。
【００３８】
圧縮行程時に噴射された燃料のうち中央キャビティ４１に噴射された燃料は、図２（Ｃ）に示すように、中央底部４１Ａに沿って中央壁部４１Ｂに向かい、中央壁部４１Ｂによって点火プラグ２２側に偏向される。これにより着火源としての層状の混合気を点火プラグ２２の周囲に形成される。
【００３９】
これに対して、圧縮行程時に噴射された燃料のうち第１サイドキャビティ４２に噴射された燃料は、図２（Ｄ）に示すように、第１サイド底部４２Ａに沿って第１サイド壁部４２Ｂに向かい、第１サイド壁部４２Ｂによって燃焼室１２の上方に拡散される。第１サイドキャビティ４２から燃焼室１２内に拡散した燃料は、着火後の火炎を速やかに火炎伝播させる混合気となる。
【００４０】
なお、第２サイドキャビティ４３の作用も、上記した第１サイドキャビティ４２と同様であるので説明を省略する。
【００４１】
ところで、従来手法では、燃料噴射弁の噴射口とキャビティとの距離が近くなると、噴射された燃料がキャビティの底部に到達するまでの時間が短いため、燃料の気化時間をかせげず、噴射された燃料の一部は底部に凝集して液膜となる。
【００４２】
本実施形態のピストン３０では、第１サイド底部４２Ａ及び第２サイド底部４３Ａは中央底部４１Ａよりもキャビティ深さが深く設定されているので、燃料噴射弁２１の噴射口に近い位置においても燃料が第１サイド底部４２Ａ及び第２サイド底部４３Ａに到達するまでの時間を長くすることができ、燃料の気化を促進させることができる。
【００４３】
以上により、第１実施形態の直噴式エンジン１００のピストン３０では、下記の効果を得ることができる。
【００４４】
ピストン３０では、第１サイドキャビティ４２及び第２サイドキャビティ４３のキャビティ深さが中央キャビティ４１のキャビティ深さよりも深く形成され、噴射された燃料が第１サイド底部４２Ａ及び第２サイド底部４３Ａに到達するまでの時間が長くなって、燃料の気化が促進されるので、キャビティ４０内における燃料の液膜化を抑制することが可能となる。また、第１サイドキャビティ４２及び第２サイドキャビティ４３に噴射された燃料は中央キャビティ４１側に流れ込みにくくなるので、第１サイドキャビティ４２及び第２サイドキャビティ４３内の燃料と中央キャビティ４１内の燃料との干渉が抑えられ、噴射された燃料の干渉に起因する燃料の液膜化が抑制される。
【００４５】
中央キャビティ４１に噴射された燃料は中央底部４１Ａに到達するまでの時間が若干短くなるものの、燃料の噴射力が弱くなる前に中央底部４１Ａから中央壁部４１Ｂに到達して点火プラグ２２側に偏向されるので、点火プラグ２２周りに成層化した混合気を確実に形成することができる。
【００４６】
また、ピストン３０のキャビティ４０は吸気ポート側に形成されており、ファーストアイドル時には吸気行程と圧縮行程とにおいて燃料を噴射する場合には、吸気行程噴射によって混合気を排気ポート側に偏在させ、圧縮行程で噴射された燃料によって混合気を吸気ポート側に偏在させつつ点火プラグ２２周りに成層化させるので、エンジン冷間始動時においても混合気の燃焼性能の低下を抑制することができる。
【００４７】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態のピストン３０の第１サイドキャビティ４２を示す図であって、第１実施形態の図２（Ｄ）に置き換わるものである。
【００４８】
第２実施形態のピストン３０は、第１実施形態とほぼ同様の構成であるが、第１サイドキャビティ４２及び第２サイドキャビティ４３の構成において相違する。以下に、その相違点を中心に説明する。なお、第２サイドキャビティ４３の構成は第１サイドキャビティ４２と同様であるので、ここでは第１サイドキャビティ４２について説明する。
【００４９】
図３に示すように、第１サイドキャビティ４２では、第１サイド底部４２Ａをテーパ面として形成する。第１サイド底部４２Ａは、燃料噴射弁２１の噴射口から離れるほどキャビティ深さが深くなるように形成される。燃料噴射弁２１の噴射口に最も近い位置における第１サイド底部４２Ａのキャビティ深さがＤ２となるように設定される。
【００５０】
上記のように第１サイド底部４２Ａを構成すると、第１サイドキャビティ４２に向けて噴射された燃料の第１サイド底部４２Ａに対する入射角度θを、第１サイド底部４２Ａを平坦面として形成した場合よりも小さくすることができる。このように入射角度θが小さくなると、燃料が第１サイド底部４２Ａに衝突した時の衝突力が弱まるので、衝突時における燃料の凝集が抑制される。
【００５１】
以上により、第２実施形態の直噴式エンジン１００のピストン３０では、下記の効果を得ることができる。
【００５２】
ピストン３０では、第１サイド底部４２Ａ及び第２サイド底部４３Ａを、燃料噴射弁２１の噴射口から離れるほどキャビティ深さが深くなるテーパ面として形成するので、燃料が第１サイド底部４２Ａ及び第２サイド底部４３Ａに衝突した時の衝突力を弱めることができる。これにより燃料の凝集が抑えられるので、第１サイドキャビティ４２及び第２サイドキャビティ４３における燃料の液膜化を第１実施形態よりも抑制することが可能となる。
【００５３】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【符号の説明】
【００５４】
１００  直噴式エンジン
１２  燃焼室
２０  シリンダヘッド
２１  燃料噴射弁
２２  点火プラグ
３０  ピストン
３１  ピストン冠面
４０  キャビティ
４１  中央キャビティ
４１Ａ  中央底部
４１Ｂ  中央壁部
４２  第１サイドキャビティ
４２Ａ  第１サイド底部
４２Ｂ  第１サイド壁部
４３  第２サイドキャビティ
４３Ａ  第２サイド底部
４３Ｂ  第２サイド壁部
５０  吸気ポート
６０  排気ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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