(57)【特許請求の範囲】
【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及び排気弁側傾斜面を有する凸部と、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略円形のボウルと、上記吸気弁の弁頭部に対応して上記吸気弁側傾斜面に凹設された一対のバルブリセスと、を備え、
スワール流れに対向する一方のバルブリセスの側壁面の外周側に滑らかに連続するとともに、上記バルブリセスの底面と上記凸部の頂面とを接続する傾斜面からなる段差部を、上記凸部の側面まで延長形成した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】
上記段差部の上縁を、ピストンピンと平行な直線状に形成したことを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。
【請求項３】
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及び排気弁側傾斜面を有する凸部と、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略円形のボウルと、上記吸気弁の弁頭部に対応して上記吸気弁側傾斜面に凹設された一対のバルブリセスと、を備え、
スワール流れに対向する一方のバルブリセスの側壁面の外周側に接続するとともに、上記バルブリセスの底面と上記凸部の頂面とを接続する急峻な傾斜面からなる段差部を、ピストン平面上でピストンピンと平行に、上記凸部の側面まで延長形成した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４】
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及び排気弁側傾斜面を有する凸部と、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略円形のボウルと、上記吸気弁の弁頭部に対応して上記吸気弁側傾斜面に凹設された一対のバルブリセスと、を備え、
その側壁面がスワール流れに対向する一方のバルブリセスの外周側に位置する凸部の側面を、他方のバルブリセスの外周側に位置する凸部の側面よりも、ピストン内周側に配置した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５】
上記凸部の外周部に、ピストンのシリンダ軸方向中心線と直交する平面からなるピストン基準水平面がピストン冠面全周に連続して形成され、このピストン基準水平面は、上記一方のバルブリセスの外周側に位置する領域が、他方のバルブリセスの外側に位置する領域よりも幅広に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。
【請求項６】
上記吸気弁のバルブリフト特性を可変制御する可変動弁機構を備えている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。
【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８−３５４２９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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、高負荷運転時の出力を向上させるには吸気の充填効率を向上させる必要があり、例えば、吸気弁の最大リフト量を大きくすることが考えられる。この場合、吸気弁をできるだけ早期から開き始めるのが好ましい。また、低中速運転時には吸気弁を早期に閉じると充填効率が向上し、高速運転時には吸気弁の閉じ時期を遅らせると充填効率が向上するので、例えば、吸気側カムシャフトのクランクシャフトに対する位相を遅進させる可変動弁機構を用いてバルブリフト特性を可変制御することが考えられる。この場合、吸気弁を早期に閉じるときにはその分開時期も早まることになる。
【０００６】
このように、高負荷運転時の出力向上を図ろうとすると吸気弁の開時期を早める必要が生じる場合が多く、このときには、吸気上死点付近でも吸気弁がリフトを開始することになるため、吸気弁とピストンとの干渉を回避するバルブリセスをピストン頂面に凹設することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、上記従来の筒内噴射式内燃機関用ピストンに、吸気弁と該ピストンとの干渉を避けるために、バルブリセスを付加したとすると、ボウルとバルブリセスとが部分的に重なったものとなり、ボウルの外周縁がバルブリセスによって部分的に切り欠かれた形となる。そのため、圧縮上死点付近でボウルへ燃料が噴射供給された後に、シリンダ外周部を旋回する筒内スワール成分が、バルブリセスの側壁部をガイドとしてボウル内に流入してしまい、ボウル内を旋回する燃焼室内スワール成分が弱められるとともに、ボウル内の燃料がボウルの外部へ持ち出されやすくなる。その結果、成層希薄燃焼が不安定となり、かつ燃費の悪化やＨＣの増加を招来する。
【０００８】
この発明は、成層希薄燃焼と均質燃焼とを両立させることができ、かつバルブリセスにより吸気上死点付近でも吸気弁にリフトを与えることが可能な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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる筒内噴射式内燃機関では、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ている。
【００１０】
そして、本発明に係わるピストンは、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及び排気弁側傾斜面を有する凸部と、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略円形のボウルと、上記吸気弁の弁頭部に対応して上記吸気弁側傾斜面に凹設された一対のバルブリセスと、を備えている。
【００１１】
つまり本発明の構成では、ピストン頂部に形成される凸部の頂面に、吸気弁側傾斜面と排気弁側傾斜面とが形成され、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。
【００１２】
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、ボウルが略円形であるため、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。
【００１３】
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。
【００１４】
そして、上記吸気弁側傾斜面に一対のバルブリセスが凹設されているため、吸気上死点付近でも吸気弁にリフトを与えることが可能となり、均質燃焼時の出力向上を図る場合に有利である。
【００１５】
ここで請求項１の発明では、スワール流れに対向する一方のバルブリセスの側壁面の外周側に滑らかに連続するとともに、上記バルブリセスの底面と上記凸部の頂面とを接続する傾斜面からなる段差部を、上記凸部の側面まで延長形成している。
【００１６】
また、請求項１の発明をより具体化した請求項２の発明では、上記段差部の上縁を、ピストンピンと平行な直線状に形成している。
【００１７】
このような請求項１，２の構成によれば、スワール流れに対向する一方のバルブリセスの側壁面の外周側に、バルブリセスの底面と凸部の頂面とを接続する傾斜面からなる段差部が滑らかに連続しており、この段差部が凸部の側面まで延長形成されているから、シリンダ外周部を旋回し、バルブリセスの上方を通過する筒内スワール成分は、上記段差部の傾斜に沿って適宜にピストン上方へと逃がされ、ボウル内へ侵入することがない。その結果、ボウル内を旋回するスワール成分が弱められて成層燃焼が損なわれることが効果的に抑制される。
【００１８】
また、請求項３の発明は、スワール流れに対向する一方のバルブリセスの側壁面の外周側に接続するとともに、上記バルブリセスの底面と上記凸部の頂面とを接続する急峻な傾斜面からなる段差部を、ピストン平面上でピストンピンと平行に、上記凸部の側面まで延長形成したことを特徴としている。
【００１９】
この請求項３の構成によれば、シリンダ内を旋回し、バルブリセスの上方を通過するスワール成分は、急峻な段差部に衝突し、ここで弱められる。この結果、バルブリセスを介してボウル内へ侵入するスワール成分が効果的に抑制され、上記請求項１，２と同様、成層燃焼が損なわれることはない。
【００２０】
請求項４の発明は、その側壁面がスワール流れに対向する一方のバルブリセスの外周側に位置する凸部の側面を、他方のバルブリセスの外周側に位置する凸部の側面よりも、ピストン内周側に配置したことを特徴としている。
【００２１】
また、請求項４の発明を更に具体化した請求項５の発明では、上記凸部の外周部に、ピストンのシリンダ軸方向中心線と直交する平面からなるピストン基準水平面がピストン冠面全周に連続して形成され、このピストン基準水平面は、上記一方のバルブリセスの外周側に位置する領域が、他方のバルブリセスの外側に位置する領域よりも幅広に設定されていることを特徴としている。
【００２２】
請求項４，５の構成では、その側壁面がスワール流れに対向する一方のバルブリフトの外周側に位置する凸部の側面が、相対的にピストン内周側へ形成されているから、この部分では凸部の側面とシリンダ内壁面との間の空間が相対的に大きくなる。この結果、シリンダ内を旋回し、バルブリセスの上方を通過するスワール成分は、相対的に大きくなった凸部の外周側の空間に適宜流れ込むようになる。従って、ボウル内へ侵入するスワール成分が効果的に抑制され、成層燃焼が損なわれることはない。
【００２３】
加えて、請求項４，５の構成によれば、シリンダ外周部を旋回する筒内スワール成分がピストン上死点付近においても十分に保存されるため、ピストンが上死点から後退する際に、ボウルからの混合気上昇が促進され、ボウル内の燃料の滞留が更に効果的に抑制される。
【００２４】
このような本発明のピストンは、請求項６のように、吸気弁のバルブリフト特性を可変制御する可変動弁機構を備えた内燃機関に特に好適である。
【００２５】
【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、バルブリセスの形成によって吸気上死点付近でも吸気弁にリフトを与えることが可能となり、均質燃焼時の出力向上に有利であるとともに、ピストンが圧縮上死点近傍にあるときに、シリンダ外周部を旋回するスワール成分が、バルブリセスを介してボウル内に流入することを効果的に抑制することができ、バルブリセスを形成したことに伴う成層燃焼時の性能低下を抑制できる。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。
【００２６】
【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。
【００２７】
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。上記吸気弁５に対しては、詳細には図示していないが、公知の可変動弁機構が設けられており、機関運転条件に応じてバルブリフト特性を可変制御できる構成となっている。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
次に、図３〜７に基づいて、本発明の第１実施例に係わるピストン４の構成、特にその頂部の構成を詳細に説明する。なお、図６，７はそれぞれ図４のＡ−Ａ線，Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００３５】
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２１は、基本的に５つの面から構成されている。すなわち凹部２１は、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（図１，２）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、吸気弁側傾斜面２２の上縁と排気弁側傾斜面２３の上縁とを接続するとともに、ピストン４中心線と直交する平面からなる帯状の頂部水平面３０と、ピストン４の外形円と同心の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いる。一対の円錐形側面２４，２５は、凸部２１の側部を構成している。
【００３６】
なお、この実施例では、上記吸気弁側傾斜面２２は、後述するバルブリセス３１，３２，段差部４０及びボウル１２の形成によって、実際には頂部付近に僅かに残存しているに過ぎず、大部分は仮想の平面となっている。また、上記円錐形側面２４，２５は、この実施例では、排気弁側傾斜面２３の下縁を通って互いに一体に連続している。
【００３７】
上記凸部２１における円錐形側面２４，２５の円錐の頂角は、非常に小さく、図５に示すように、円錐形側面２４，２５は、切り立ったものとなっている。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（図１，２）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ボウル１２が占有する。
【００３８】
そして、上記凸部２１の外周には、ピストン基準水平面２６が形成されている。このピストン基準水平面２６は、ピストン４のシリンダ軸方向中心線と直交する一つの平面から構成され、ピストン４冠面の全周に亙って連続している。なお、このピストン基準水平面２６のスラスト，反スラスト側の部分は、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）にそれぞれ対応している。
【００３９】
また、上記のボウル１２が、吸気弁側傾斜面２２から頂部水平面３０並びに排気弁側傾斜面２３に亙って凹設されている。このボウル１２は、ピストン４の平面上で見て略円形をなし、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、このボウル１２の外周縁（上縁）は、円錐形側面２４，２５と上記吸気弁側傾斜面２２との間に生じる一対の仮想の側部稜線の内側に位置している。つまり、ピストンピン軸方向においては、吸気弁側傾斜面２２の方がボウル１２よりも大きなものとなっている。これに対し、ボウル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よりも僅かに排気弁寄りにはみ出ている。なお、これは、本実施例が比較的小径のピストン４であるためであり、ピストン４が大径である場合には、上記排気弁側頂部稜線からはみ出さないように構成することが望ましい。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がボウル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。
【００４０】
また上記吸気弁側傾斜面２２には、吸気弁５の弁頭部に対応して一対のバルブリセス３１，３２が凹設されている。このバルブリセス３１，３２は、バルブ傾斜角に沿って比較的浅い円形に形成されているものであるが、上記ボウル１２と重なり合っているので、それぞれ略三日月形に現れている。つまりバルブリセス３１，３２の内縁がボウル１２の上縁となっている。このバルブリセス３１，３２は、その深さが、ピストン基準水平面２６よりもピストン４軸方向に深くならないように設定されている。つまり、図５に明らかなように、ピストン基準水平面２６より下方へ窪んだ形とはなっていない。
【００４１】
ここで、図４の下側に示すバルブリセス３１の近傍にあっては、凸部２１の吸気弁側傾斜面２２にバルブリセス３１を凹設することにより、該バルブリセス３１の外縁に沿って凸部外縁部２１ａが円弧形の堰状に残存している。つまり、凸部外縁部２１ａは、バルブリセス底面３１ａと凸部２１頂面とを接続する円弧状に湾曲したバルブリセス側壁面３１ｂと、凸部２１の側面２４との間に残存しており、その頂部には吸気弁側傾斜面２２の一部が残存している。この凸部外縁部２１ａは、吸気弁側傾斜面２２の傾斜に従い、ピストン４の吸気弁側つまり図４の右側へ向うに従って徐々に低くなっており、かつ、この実施例では、途中で急激に低くなってバルブリセス３１の底面３１ａと同一高さとなって消失している。なお、上記のバルブリセス側壁面３１ｂは、吸気弁５（図１）の中心線に沿った比較的急峻な傾斜面となっている。
【００４２】
一方、図４の上側に示すバルブリセス３２、詳しくは、バルブリセス底面３２ａと凸部２１の頂面とを接続する側壁面３２ｂがシリンダ３内を旋回する筒内スワール流れＳ１に対向する方のバルブリセス３２の近傍にあっては、上記の凸部外縁部２１ａが実質的に現存していない形状となっている。
【００４３】
すなわち、バルブリセス側壁面３２ｂの外周側に、バルブリセス底面３２ａと凸部２１の頂面とを接続する傾斜面からなる段差部４０が滑らかに連続形成されており、この段差部４０は、凸部２１の側面２５までピストン径方向に延長形成されている。言い換えると、バルブリセス底面３２ａと凸部２１頂面とを接続する段差部４０が、ボウル１２の外周縁から凸部２１の側面２５にわたって延在しており、この段差部４０の一部がバルブリセス側壁面３２ｂを構成している。
【００４４】
つまり、このピストン４の頂部の構造は、ピストンピンと直交する方向の直径線（つまり図４のＡ−Ａ線）を中心として、非対称に構成されている。なお、燃料噴射弁１０は、このＡ−Ａ線に沿って燃料を噴射するように配置されている。
【００４５】
段差部４０の上縁４１は、凸部２１の頂部水平面３０に接続しており、かつ、ピストンピン方向（ペントルーフ稜線方向）と平行に直線状に形成されている。一方、段差部４０の下縁４２は、バルブリセス側壁面３２ｂと重なる内周側では円弧状となっており、外周側ではピストンピンと平行な直線状に延びている。このため、段差部４０は、内周側の領域が比較的急峻で、外周側の領域が比較的緩やかな１つの曲面となっている。より具体的には、図６，７に示すように、段差部４０は、ボウル１２との稜線４３が比較的急峻で、凸部側面２５との稜線４４が比較的緩やかに傾斜している。
【００４６】
上記の構成においては、ボウル１２が単純な略円形であるため、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。そして、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を有する凸部２１の各面が、図１に想像線で示すように、シリンダヘッド２側の対応する面にそれぞれ近接するため、ボウル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、ボウル１２内のスワールや混合気が外部へ漏出せずに該ボウル１２内で燃焼が進行する。
【００４７】
ここで、ボウル１２に重なってバルブリセス３１，３２が凹設されているが、一方のバルブリセス３２の底面３２ａと凸部２１頂面とを段差部４０で滑らかに接続しているから、シリンダ３外周部を旋回する筒内スワール成分Ｓ１は、図３の符号Ｓ２に示すように、上記段差部４０に沿ってピストン４の頂面から上方へと流れ、ボウル１２内へ侵入することはない。従って、ボウル１２内のスワール流れがボウル１２外部から流入するガス流動によって乱されることがなく、バルブリセス３１，３２の形成による悪影響が非常に少なくなって、十分に良好な成層燃焼を確保できる。
【００４８】
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、上記ボウル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）の上に略円形のボウル１２が位置しているので、該ボウル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。
【００４９】
次に、図８〜１１に基づいて、本発明の第２実施例に係わるピストンについて説明する。なお、後述する実施例において、上記第１実施例と同一の構成には同じ参照符号を付して、重複する構成及び作用効果の説明を適宜省略する。
【００５０】
この第２実施例では、筒内スワール流れＳ１に対向する一方のバルブリセス３２の側壁面３２ｂの外周側に、上記第１実施例の段差部４０に代えて、急峻な傾斜面となった段差部５０が形成されている。すなわち、この段差部５０は、バルブリセス側壁面３２ｂの外周側に僅かな角度をもって接続されており、かつ、バルブリセス３２の底面３２ａと凸部２１の頂面とを接続している。そして、段差部５０は、ピストンピンと平行で、かつ、ピストン基準水平面２６に略直交する傾斜面となっており、凸部２１の側面２５まで延長形成されている。
【００５１】
詳述すると、段差部５０の上縁５１は、凸部２１の頂部水平面３０に接続しており、かつ、ピストンピン方向（ペントルーフ稜線方向）と平行に直線状に延び、その内周側で円弧状に湾曲するバルブリセス側壁面３２ｂの上縁に接続している。また段差部５０の下縁５２は、同じくピストンピンと平行に直線状に延びており、内周側で円弧状に湾曲するバルブリセス側壁面３２ｂの下縁と接続している。更に、段差部５０の内周縁５３がバルブリセス側壁面３２ｂに接続するとともに、外周縁５４が凸部２１の側面２５に接続している。
【００５２】
このような第２実施例の構成によれば、シリンダ３の外周部に沿って旋回する筒内スワール成分Ｓ１は、急峻な段差部５０に衝突し、ここで弱められる。この結果、バルブリセス３２を介してボウル１２内へ侵入するスワール成分が効果的に抑制される。従って、ボウル１２内のスワール流や燃料が、ボウル１２外部から流入するガス流動によって乱されることがなく、バルブリセス３１，３２の形成による悪影響が非常に少なくなって、十分に良好な成層燃焼を確保できる。
【００５３】
次に、図１３〜１５及び図６，７に基づいて、本発明の第３実施例に係わるピストンの構成を説明する。
【００５４】
この第３実施例のピストンは、基本的には上記した第１実施例と同じ構成となっている。すなわち筒内スワールＳ１に対向するバルブリセス３２の側壁面３２ｂの外周側に、バルブリセス底面３２ａと凸部２１の頂面とを接続する傾斜面からなる段差部４０が滑らかに連続形成されており、この段差部４０は、凸部２１の側面２５までピストン径方向に延長形成されている。
【００５５】
ここで、第３実施例のピストンにあっては、その側壁面３２ｂが筒内スワール流れＳ１に対向する方のバルブリセス３２の外周側に位置する凸部２１の側面６２を、他方のバルブリセス３１の外周側に位置する凸部２１の側面６１よりも、ピストン内周側に配置してある。より具体的には、バルブリセス３２側の側面６２をバルブリセス３１側の側面６１よりも更に急峻な傾斜面としてある。
【００５６】
言い換えると、凸部２１の外周部に全周にわたって連続形成されたピストン基準水平面２６の中で、一方のバルブリセス３２の外周側に位置する領域６４が、他方のバルブリセス３１の外側に位置する領域６３よりも幅広に設定されている。つまり、図１５からも明らかなように、バルブリセス３２側の凸部側面６２とシリンダ３内壁面との間に隔成される空間が、バルブリセス３１側の凸部側面６１とシリンダ３内壁面の間に隔成される空間よりも相対的に大きくなる。
【００５７】
このような第３実施例の構成によれば、第１実施例と同様の効果が得られることに加え、バルブリセス３２の外周側に位置するピストン基準水平面２６の領域６４及びその上方空間が相対的に大きくなっているため、シリンダ外周部を旋回する筒内スワール成分Ｓ１が凸部２１外周側の空間へ良好に流れ込むようになる。この結果、バルブリセス３２を介してボウル１２内へ侵入するスワール成分が効果的に抑制され、成層燃焼が損なわれることはない。
【００５８】
更に、ピストン上死点付近においてもピストン基準水平面２６の上方空間内で十分な強さのスワールを保存することができるため、この筒内スワールの中心負圧によりボウル１２内の混合気を点火プラグ７の▲１▼まで吸い上げる効果が得られ、成層燃焼をより安定して行うことができる。
【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実施例を示す斜視図。
【図４】第１実施例のピストンの平面図。
【図５】第１実施例のピストンの正面図。
【図６】図４，１４のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図７】図４，１４のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図８】この発明に係るピストンの第２実施例を示す斜視図。
【図９】第２実施例のピストンの平面図。
【図１０】第２実施例のピストンの正面図。
【図１１】図９のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図１２】図９のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図１３】この発明に係るピストンの第３実施例を示す斜視図。
【図１４】第３実施例のピストンの平面図。
【図１５】第３実施例のピストンの正面図。
【符号の説明】
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
２４，２５…円錐形側面
２６…ピストン基準水平面
３１，３２…バルブリセス
４０，５０…段差部
６１，６２…円錐形側面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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