(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッド下面とピストンの頂面との間に形成される燃焼室の略中央部位に点火栓を設け、前記シリンダヘッドの一側に２個の吸気弁を配設するとともに、他側に２個の排気弁を配設し、前記吸気弁を介して前記燃焼室に供給される吸気にタンブル流を生成させる２個の吸気ポートを設け、この吸気ポートの側に前記燃焼室内の中央部位に向かって燃料を直接噴射するインジェクタを設けた内燃機関において、平坦状に形成された前記ピストンの頂面に前記吸気弁と排気弁とを結ぶスラップ方向に指向し且つ略矩形状の底面を有する凹部を設け、この凹部を形成する際にはスラップ方向における凹部の両端に前記頂面を残してなるスキッシュを形成するとともに、前記凹部の指向方向に沿って凹部を挟む両側位置には前記頂面からシリンダヘッド側に突出する整流リブを設けて前記タンブル流を３つに分割することを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
【請求項２】
前記整流リブは、シリンダヘッド下面の燃焼室形状に合致させて形成される請求項１に記載の内燃機関の燃焼室構造。
【請求項３】
前記凹部は、ピストンの頂面に形成される際に、底面の一部に最深凹部を有するとともに、この最深凹部を滑らかに底面に連絡させて設けた請求項１に記載の内燃機関の燃焼室構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関の燃焼室構造に係り、特にピストンの頂面形状を改良し、タンブル流の流れを妨げることなく、層状給気を形成することができるとともに、ピストンのスラップ方向における形状を対称形状とし、重量バランスを良好としてピストンの挙動に与える影響が少なく、首振り等のメカロス面における不都合を確実に解消し得て、出力を向上させることのできる内燃機関の燃焼室構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の直噴型の内燃機関においては、層状給気を形成するために、ピストンの頂面にボール状の窪みや馬蹄形状の囲い部分を形成し、燃料のトラップを行っている。
【０００３】
前記内燃機関の燃焼室構造としては、特開平７−１６６８７２号公報に開示されるものがある。この公報に開示される四弁式内燃機関は、略中心に点火栓を備えた燃焼室に、各々吸気弁を備えたニつの吸気ポートと、各々排気弁を備えたニつの排気ポートとを、互いに略相対向する部位に配設し、両吸気ポートを、吸気ポートからシリンダ内に吸入される吸気に縦方向のタンブル流を付与するタンブルポートに構成してなる内燃機関において、シリンダ内を往復動するピストンにおける頂面のうち点火栓の下方の部分に、長溝を、長溝が両排気弁間の下方の部分から両吸気弁間の下方の部位に向かって延びるように設け、ピストンにおける頂面のうち長溝の左右両側の部分に、少なくとも一本以上の突起条を、突起条が平面視において両排気弁の部分から両吸気弁の部分に向かって内窄まりの傾斜状に延びるように設け、吸気混合気の空燃比を希薄化（リーン化）して、低燃料消費化と低公害化とを図っている。
【０００４】
また、特開平８−２４６８７７号公報に開示されるものがある。この公報に開示される内燃機関の燃焼室構造は、シリンダヘッド下面に形成された凹部とピストンとの間に燃焼室が画成されるとともに、シリンダの略中心に点火栓が配設され、且つシリンダの一方に片寄った位置に一つあるいは複数の吸気弁が配置され、吸気弁を介して流入する吸気流によって燃焼室内にタンブルが生成されるように吸気ポートが形成される内燃機関の燃焼室構造において、ピストンの頂面に、吸気弁側となる一端の幅が狭く、且つ反対側へ向かって幅広となる凹溝が径方向に形成され、気筒中心に配置した点火栓付近に濃い混合気の層状給気を実現している。
【０００５】
更に、特開平９−１０５３３０号公報に開示されるものがある。この公報に開示される四弁式内燃機関は、略中心に点火栓を備えた燃焼室に、各々吸気弁を備えたニつの吸気ポートと、各々排気弁を備えたニつの排気ポートとを、互いに略相対向する部位に配設し、両吸気ポートを、吸気ポートからシリンダ内に吸入される吸気に縦方向のタンブル流を付与するタンブルポートに構成してなる内燃機関において、シリンダ内におけるピストンの頂面のうち両排気弁の略真下の部位に、両排気弁に対するバルブリセスを兼ねるように幅広にした第１凹所を形成する一方、ピストンの頂面のうち両吸気弁間の略真下の部位に、第１凹所よりも幅狭で、且つ、第１凹所よりも浅い深さの第２凹所を、第２凹所が第１凹所に連通するように形成し、両タンブル流の減速を回避するとともに、両タンブル流が点火栓の付近に及ぼす影響を強くし、空燃比の一層のリーン化を図っている。
【０００６】
特開平１０−８９６８号公報に開示されるものがある。この公報に開示される内燃機関用ピストンは、冠面上に、その中心部を挟む形で、クランク軸線と平行な方向に延びる稜線を夫々持つ２つの峰部を形成し、これらの峰部間に、クランク軸線と平行な中心軸線を持つ円筒面よりなる凹部を形成している。
【０００７】
実公平３−６８２７号公報に開示されるものがある。この公報に開示されるエンジンの燃焼室構造は、燃焼室を、シリンダ列方向に直交する方向の断面が略三角形状のベンタルーフ型燃焼室を形成する一方、燃焼室下方に位置し、燃焼室の一部を形成するピストン頂部に、ベンタルーフ型形状に沿い、且つシリンダ列方向に延びるスキッシュゾーンをピストン両側に形成するとともに、スキッシュゾーン間に凹部を形成したエンジンの燃焼室構造であって、凹部を、シリンダ列方向にピストン端部まで野火、且つその外周がピストン外方に向かって広がるように湾曲する楕円形状に形成するとともに、上部の底部を楕円の外周から内周に連れて徐々に深さが深くなる球面状に形成し、且つ凹部の略中央に点火プラグを配設し、ハイドロカーボン排出量を低減している。
【０００８】
実開昭５８−５７５２８号公報に開示されるものがある。この公報に開示される直接噴射式内燃機関の燃焼室は、ピストンキャビティのエッジ部分をシリンダヘッド方向に突出させピストン上死点時シリンダヘッドとの間隙が極小となる堰部を設けている。
【０００９】
実開昭５９−２２９５８号公報に開示されるものがある。この公報に開示される内燃機関のピストンは、ピストン頂面にリング状突起を形成している。
【００１０】
実開平２−５６８１６号公報に開示されるものがある。この公報に開示される内燃機関の燃焼室構造は、シリンダヘッドの燃焼室上壁の中央近傍に点火栓を設け、上壁をベントルーフ状に形成するとともに、上壁の一側に３つの吸気弁を設置せしめた内燃機関の燃焼室構造において、中央吸気弁を両側の吸気弁よりも大きい径にするとともに、中央の吸気ポートが指向するピストン頂部に、ポート中心軸線方向に延びる湾曲凹部を形成している。
【００１１】
実開平５−２１１３２号公報に開示されるものがある。この公報に開示される内燃機関の燃焼室は、吸気弁と排気弁を略対称形に配置したシリンダヘッドを用い、ピストンの頂面に、排気弁側に深部を持つ凹部を設け、排気弁の下で逆転流を行う混合気の量を多くして燃焼状態を良化している。
【００１２】
実開平６−１２７２４号公報に開示されるものがある。この公報に開示される内燃機関の燃焼室構造は、ピストンの頂面に窪状のキャビティを設けるとともに、シリンダヘッドに２つの点火プラグを各先端がシリンダ内の片側で互いに径方向へ離間してキャビティ内に臨むように配設する一方、キャビティの平面形状を２つの点火プラグから径方向へ離れる領域でピストン中心側に寄せて口径が狭く、その反対領域のピストン周縁部へ向けて広くなる扇状に形成し、キャビティの形状により火炎伝播距離が長くなる領域での燃焼速度を効果的に促進している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の内燃機関においては、図５２及び図５３に示す如く、内燃機関２０２の燃焼室２１８内に、吸気ポート２１４−１、２１４−２から２個の吸気弁２２２−１、２２２−２を介して吸気を供給した際に、燃焼室２１８内に２層の逆タンブル流が生成される。
【００１４】
そしてこのとき、図５２及び図５３に示す如く、ピストン２０８の頂面２０８ａが平坦状に形成されている場合には、燃料トラップが効果的に行われないという不都合がある。
【００１５】
このため、上述した如く、ピストンの頂面にボール状の窪みや馬蹄形状の囲い部分を形成し、窪みや囲い部分によって燃料のトラップを行い、層状給気を形成しようとするものがある。
【００１６】
そしてこのとき、ボア径の大なる内燃機関においては、比較的に燃料トラップを行い易い形状にボール状の窪みや馬蹄形状の囲い部分が形成されているが、小なるボア径、例えば８０ｍｍ以下のボア径を有する内燃機関においては、中心部位の混合気の周囲に空気層を維持し難く、層状給気を形成することが困難となり、改善が望まれていた。
【００１７】
また、前記内燃機関のピストンの頂面にボール状の窪みや馬蹄形状の囲い部分を形成することにより、ピストンとしての重量バランスが悪化し、ピストン側圧が増加する等のメカロス面における不都合がある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、シリンダヘッド下面とピストンの頂面との間に形成される燃焼室の略中央部位に点火栓を設け、前記シリンダヘッドの一側に２個の吸気弁を配設するとともに、他側に２個の排気弁を配設し、前記吸気弁を介して前記燃焼室に供給される吸気にタンブル流を生成させる２個の吸気ポートを設け、この吸気ポートの側に前記燃焼室内の中央部位に向かって燃料を直接噴射するインジェクタを設けた内燃機関において、平坦状に形成された前記ピストンの頂面に前記吸気弁と排気弁とを結ぶスラップ方向に指向し且つ略矩形状の底面を有する凹部を設け、この凹部を形成する際にはスラップ方向における凹部の両端に前記頂面を残してなるスキッシュを形成するとともに、前記凹部の指向方向に沿って凹部を挟む両側位置には前記頂面からシリンダヘッド側に突出する整流リブを設けて前記タンブル流を３つに分割することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
上述の如く発明したことにより、ピストンの頂面に設けた凹部によって、タンブル流の流れを妨げることなく、層状給気を形成するとともに、ピストンのスラップ方向における形状を対称形状とし、重量バランスを良好としてメカロス面における不都合を確実に解消している。
【００２０】
【実施例】
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。
【００２１】
図１〜図１９はこの発明の第１実施例を示すものである。図６において、２は内燃機関、４はシリンダブロック、６はシリンダヘッドである。
【００２２】
前記内燃機関２は、シリンダブロック４と、このシリンダブロック４上面に配設されるシリンダヘッド６とを有している。
【００２３】
このとき、シリンダブロック４内に往復動作するピストン８を配設し、このピストン８を、コンロッド１０を介してクランク軸１２に連設している。
【００２４】
また、前記内燃機関２のシリンダヘッド６に、図４に示す如く、逆タンブル流（タンブル流の回転方向（正または逆）によらず実施可能なため、単に「タンブル流」ということも可能である。）を生成させる、例えば２個の吸気ポート１４−１、１４−２を設けるとともに、これらの吸気ポート１４−１、１４−２側に後述する燃焼室１８内の中央部位に向かって燃料を直接噴射するインジェクタ１６を配設する。
【００２５】
そして、前記シリンダヘッド６下面とピストン８の頂面８ａとの間に燃焼室１８を形成し、この燃焼室１８の略中央部位に点火栓２０を設け、前記シリンダヘッド６の一側に２個の吸気弁２２−１、２２−２を配設するとともに、他側に２個の排気弁２４−１、２４−２を配設する。なお、符号２６−１、２６−２は排気ポートである。
【００２６】
更に、平坦状に形成された前記ピストン８の頂面８ａに前記吸気弁２２−１、２２−２の中間部位と排気弁２４−１、２４−２の中間部位とを結ぶスラップ方向に指向し且つ略矩形状の底面２８ｘを有する凹部２８を設け、この凹部２８を形成する際に、スラップ方向における凹部２８の両端、つまり吸気側端部２８ａと排気側端部２８ｂとに前記頂面８ａを残してなるスキッシュ８ａ−１、８ａ−２を形成するとともに、前記凹部２８の指向方向に沿って凹部２８を挟む両側位置には前記頂面８ａからシリンダヘッド６側に突出する後述する整流リブ３０−１、３０−２を設けて前記逆タンブル流を３つに分割する構成とする。
【００２７】
詳述すれば、前記凹部２８を、図１〜図３に示す如く、吸気ポート１４−１、１４−２のボア壁側端から排気ポート２６−１、２６−２のボア壁側端にわたる寸法でスラップ方向に指向するとともに略矩形状の底面２８ｘを有し、且つ所定深さＭを有すべく形成し、ピストン８の頂面８ａにおいて、凹部２８の吸気側端部２８ａとピストン８の外周部位間に吸気側残留頂面（「吸気側スキッシュ」ともいう）８ａ−１を形成するとともに、凹部２８の排気側端部２８ｂとピストン８の外周部位間には排気側残留頂面（「排気側スキッシュ」ともいう）８ａ−２を形成する。
【００２８】
そして、前記凹部２８の吸気側端部２８ａとピストン８の吸気気側残留頂面８ａ−１、及び排気側端部２８ｂと排気側残留頂面８ａ−２とを、図２に示す如く、滑らかに連絡して設ける。
【００２９】
また、前記ピストン８の頂面８ａに形成した凹部２８の指向方向に沿って、この凹部２８を挟む頂面８ａの両側位置にシリンダヘッド６側に突出する２個の整流リブ３０−１、３０−２を設ける。
【００３０】
これらの整流リブ３０−１、３０−２は、シリンダヘッド６下面の燃焼室形状、つまりシリンダヘッド６下面の凹形状に合致すべく、略三角形状に突出形成されている。
【００３１】
ここで追記すると、第１実施例における内燃機関２は、圧縮行程の後期に燃料噴射を行う圧縮行程噴射方式のものとする。
【００３２】
次に作用について説明する。
【００３３】
前記内燃機関２の吸気ポート１４−１、１４−２から燃焼室１８内に吸気が供給されると、図５に示す如く、吸気ポート１４−１、１４−２からの２本の流れが２個の整流リブ３０−１、３０−２によって３つに分割され、３本の逆タンブル流が生成される。
【００３４】
そして、前記凹部２８の吸気側端部２８ａに至った流れは、凹部２８を経て、排気側端部２８ｂへと流れて１本の逆タンブル流に成長する。このとき、凹部２８の流れと両側の流れとの間には、凹部２８の深さによって速度差が生ずることとなり、確実に分離されることとなる。
【００３５】
よって、前記内燃機関２の燃焼室１８内において、縦方向に延びる３本、つまりサンドイッチ状たる成層状の層状給気が形成される。
【００３６】
ここで、圧縮行程噴射方式の内燃機関２に沿って説明すると、図６及び図７に示す如く、ピストン８の上死点位置から吸気行程が開始され、図８及び図９に示す如く、クランク軸１２の回転によってピストン８が下降し、燃焼室１８内に吸気ポート１４−１、１４−２から吸気が供給される。
【００３７】
ピストン８の下降時には、図１０及び図１１に示す如く、燃焼室１８内が拡大し、吸気ポート１４−１、１４−２から燃焼室１８内に流入する吸気に逆タンブル流が形成され始める。このとき、図１１に示す如く、燃焼室１８内に流入する吸気が凹部２８と整流リブ３０−１、３０−２とによって３つに分割される。
【００３８】
前記ピストン８が下死点まで下降して吸入行程が終了した際には、図１２及び図１３に示す如く、燃焼室１８内に３つに分割された逆タンブル流、つまり層状給気が形成される。
【００３９】
吸気行程から圧縮行程に移行した際には、図１４及び図１５に示す如く、ピストン８が上昇し始める。
【００４０】
そして、ピストン８が上死点に到達する前、つまり圧縮行程の後期に、図１６及び図１７に示す如く、前記インジェクタ１６から燃焼室１８内中央部位に位置する逆タンブル流に向かって燃料を直接噴射する。
【００４１】
燃料噴射後、図１８及び図１９に示す如く、ピストンが上死点に到達した圧縮行程終了時に、燃焼室１８の略中央部位に設けた点火栓２０によって点火を行う。点火後は燃焼行程へと移行する。
【００４２】
これにより、前記ピストン８の頂面８ａに設けた凹部２８によって、逆タンブル流の流れを妨げることなく、層状給気を形成することができ、実用上有利である。
【００４３】
また、前記ピストン８のスラップ方向における形状が対称形状となって、重量バランスが良好となることにより、ピストンの挙動に与える影響が少なく、首振り等のメカロス面における不都合を確実に解消し得て、出力を向上させることができる。
【００４４】
更に、前記凹部２８を挟むピストン８の頂面８ａの両側位置にシリンダヘッド６側に突出する２個の整流リブ３０−１、３０−２を設けたことにより、整流機能によって逆タンブル流の層状化を促進させることができ、実用上有利であるとともに、凹部２８とピストン８の頂面８ａとの高低差を小とすることが可能となり、ピストン８をコンパクトとし得る。
【００４５】
更にまた、前記整流リブ３０−１、３０−２を、シリンダヘッド６下面の燃焼室形状、つまりシリンダヘッド６下面の凹形状に合致すべく、突出形成したことにより、整流リブ３０−１、３０−２によって層状給気を確実に形成することができ、希薄燃焼を安定化させ得るものである。
【００４６】
図２０〜図２２はこの発明の第２実施例を示すものである。この第２実施例において、上述第１実施例と同一機能を果たす箇所には同一符号を付して説明する。
【００４７】
上述の第１実施例においては、前記ピストン８の頂面８ａに凹部２８を形成する際に、頂面８ａの両側位置にシリンダヘッド６側に突出する２個の整流リブ３０−１、３０−２を形成したが、この第２実施例の特徴とするところは、２個の整流リブを排除した点にある。
【００４８】
すなわち、図２０〜図２２に示す如く、前記ピストン８の頂面８ａに所定深さＭの凹部２８を形成する。そしてこのとき、２個の整流リブは形成しない。
【００４９】
さすれば、前記ピストン８の頂面８ａに設けた凹部２８によって、上述第１実施例のものと同様に、逆タンブル流の流れを妨げることなく、層状給気を形成することができ、実用上有利である。
【００５０】
また、前記ピストン８のスラップ方向における形状が対称形状となって、重量バランスが良好となることにより、上述第１実施例のものと同様に、ピストンの挙動に与える影響が少なく、首振り等のメカロス面における不都合を確実に解消し得て、出力を向上させることができる。
【００５１】
更に、前記凹部２８を挟むピストン８の頂面８ａの両側位置に２個の整流リブを設けなくとも、ピストン８の頂面８ａと凹部２８との高低差によって整流機能が期待でき、逆タンブル流の層状化を果たすことができるとともに、凹部２８とピストン８の頂面８ａとの高低差を小とすることができ、ピストン８のコンパクト化に寄与し得る。
【００５２】
図２３〜図２５はこの発明の第３実施例を示すものである。
【００５３】
上述の第１実施例においては、前記ピストン８の頂面８ａに凹部２８を形成する際に、凹部２８の底面２８ｘを略矩形状に形成したが、この第３実施例の特徴とするところは、凹部３２の吸気側端部３２ａと排気側端部３２ｂとを円弧状に形成した点にある。
【００５４】
すなわち、図２３に示す如く、前記凹部３２の吸気側端部３２ａと排気側端部３２ｂとを、ピストン８の外周形状に合致する円弧状に形成する。
【００５５】
また、前記凹部３２を挟む頂面８ａの両側位置に２個の整流リブ３４−１、３４−２を形成する際には、図２４に示す如く、凹部３２の吸気側端部３２ａ近傍と排気側端部３２ｂ近傍とを除くその他の箇所の高さ位置を略同一とすべく突出形成するとともに、整流リブ３４−１、３４−２の外側部位になだらかな傾斜面を形成する。
【００５６】
さすれば、前記ピストン８の頂面８ａに設けた凹部３２によって、上述第１及び第２実施例のものと同様に、逆タンブル流の流れを妨げることなく、層状給気を形成することができ、実用上有利である。
【００５７】
また、前記ピストン８のスラップ方向における形状が対称形状となって、重量バランスが良好となることにより、上述第１及び第２実施例のものと同様に、ピストンの挙動に与える影響が少なく、首振り等のメカロス面における不都合を確実に解消し得て、出力を向上させることができる。
【００５８】
更に、前記凹部３２を挟むピストン８の頂面８ａの両側位置にシリンダヘッド６側に突出する２個の整流リブ３４−１、３４−２を設けたことにより、上述第１実施例のものと同様に、整流リブ３４−１、３４−２の整流機能によって逆タンブル流の層状化を促進させることができ、実用上有利であるとともに、凹部３２とピストン８の頂面８ａとの高低差を小とすることが可能となり、ピストン８をコンパクトとし得る。
【００５９】
更にまた、前記凹部３２を、ピストン８の外周形状に合致する円弧状に形成したことにより、凹部３２への吸気の流入及び流出動作が円滑となり、安定した逆タンブル流の生成に寄与し得る。
【００６０】
また、前記整流リブ３４−１、３４−２を、凹部３２の吸気側端部３２ａ近傍と排気側端部２８ｂ近傍とを除くその他の箇所の高さ位置を略同一とすべく突出形成したことにより、ピストン８のコンパクト化が図れるとともに、整流リブ３４−１、３４−２の形成が容易となり、実用上有利である。
【００６１】
図２６〜図３９はこの発明の第４実施例を示すものである。
【００６２】
上述の第１実施例においては、内燃機関２を、圧縮行程の後期に燃料噴射を行う圧縮行程噴射方式としたが、この第４実施例の特徴とするところは、内燃機関２を、吸気行程の初期に燃料噴射を行う吸気行程噴射方式とした点にある。
【００６３】
すなわち、ピストン８の頂面８ａに形成される凹部２８や２個の整流リブ３０−１、３０−２は、第１実施例のものをそのまま使用し、前記内燃機関２の噴射方式のみを変更するものである。
【００６４】
そして、図２６及び図２７に示す如く、ピストン８の上死点位置から吸気行程が開始された際に、前記インジェクタ１６から燃焼室１８内に燃料が直接噴射され始め、図２８及び図２９に示す如く、クランク軸１２の回転によってピストン８が下降し、燃焼室１８内に吸気ポート１４−１、１４−２から吸気が供給される。
【００６５】
ピストン８の下降時には、図３０及び図３１に示す如く、燃焼室１８内が拡大し、吸気ポート１４−１、１４−２から燃焼室１８内に流入する吸気に逆タンブル流が形成され始める。このとき、図３１に示す如く、燃焼室１８内に流入する吸気が凹部２８と整流リブ３０−１、３０−２とによって３つに分割される。
【００６６】
前記ピストン８が下死点まで下降して吸入行程が終了した際には、図３２及び図３３に示す如く、燃焼室１８内に３つに分割された逆タンブル流、つまり層状給気が形成される。
【００６７】
吸気行程から圧縮行程に移行した際には、図３４及び図３５に示す如く、ピストン８が上昇し始める。
【００６８】
このピストン８が上死点に到達する前には、図３６及び図７７に示す如く、燃焼室１８内が縮小される。
【００６９】
そして、図３８及び図３９に示す如く、ピストンが上死点に到達した圧縮行程終了時に、燃焼室１８の略中央部位に設けた点火栓２０によって点火を行う。点火後は燃焼行程に移行する。
【００７０】
さすれば、前記ピストン８の頂面８ａに設けた凹部２８によって、逆タンブル流の流れを妨げることなく、上述第１実施例のものと同様に、層状給気を形成することができ、実用上有利である。
【００７１】
また、前記ピストン８のスラップ方向における形状が対称形状となって、重量バランスが良好となることにより、上述第１実施例のものと同様に、ピストンの挙動に与える影響が少なく、首振り等のメカロス面における不都合を確実に解消し得て、出力を向上させることができる。
【００７２】
更に、前記凹部２８を挟むピストン８の頂面８ａの両側位置にシリンダヘッド６側に突出する２個の整流リブ３０−１、３０−２を設けたことにより、上述第１実施例のものと同様に、整流機能によって逆タンブル流の層状化を促進させることができ、実用上有利であるとともに、凹部２８とピストン８の頂面８ａとの高低差を小とすることが可能となり、ピストン８をコンパクトとし得る。
【００７３】
更にまた、前記整流リブ３０−１、３０−２を、シリンダヘッド６下面の燃焼室形状、つまりシリンダヘッド６下面の凹形状に合致すべく、突出形成したことにより、上述第１実施例のものと同様に、整流リブ３０−１、３０−２によって層状給気を確実に形成することができ、希薄燃焼を安定化させ得るものである。
【００７４】
また、吸気行程の初期に燃料噴射を行う吸気行程噴射方式を採用することにより、燃料噴射から点火までに十分な時間を確保することができ、良質の混合気を生成し得て、スモークの発生等の不具合を抑制することができ、実用上有利である。
【００７５】
図４０〜図４２はこの発明の第５実施例を示すものである。
【００７６】
この第５実施例の特徴とするところは、前記ピストン８の頂面８ａに凹部４２を形成する際に、底面４２ｘの略中央部位に最深凹部４４を設けた点にある。
【００７７】
すなわち、図４０〜図４２に示す如く、前記凹部４２の底面４２ｘの略中央部位に、凹部４２に対して、例えば略同一の所定深さＭを有する略矩形状の最深凹部４４を形成する。
【００７８】
そしてこのとき、前記凹部４２の底面４２ｘと最深凹部４４の外周部位とを滑らかに連絡させて設けるものである。
【００７９】
また、整流リブ３０−１、３０−２は、第１実施例のものをそのまま使用する。
【００８０】
さすれば、前記凹部４２の吸気側端部４２ａに至った流れは、凹部４２を経て、排気側端部４２ｂへと流れて逆タンブル流に成長する。このとき、凹部４２の底面４２ｘに略矩形状の最深凹部４４が形成されていることにより、凹部４２の流れと最深凹部４４の流れ、そして両側の流れとの間に、深さによって速度差が生ずることとなり、凹部４２部分に３層の層状給気が形成され、合計で５層の層状給気が形成される。
【００８１】
これにより、前記ピストン８の頂面８ａに設けた凹部４２によって、逆タンブル流の流れを妨げることなく、上述第１実施例のものと同様に、層状給気を形成することができ、実用上有利である。
【００８２】
また、前記ピストン８のスラップ方向における形状が対称形状となって、重量バランスが良好となることにより、上述第１実施例のものと同様に、ピストンの挙動に与える影響が少なく、首振り等のメカロス面における不都合を確実に解消し得て、出力を向上させることができる。
【００８３】
更に、前記凹部４２を挟むピストン８の頂面８ａの両側位置にシリンダヘッド６側に突出する２個の整流リブ３０−１、３０−２を設けたことにより、上述第１実施例のものと同様に、整流機能によって逆タンブル流の層状化を促進させることができ、実用上有利であるとともに、凹部４２とピストン８の頂面８ａとの高低差を小とすることが可能となり、ピストン８をコンパクトとし得る。
【００８４】
更にまた、前記整流リブ３０−１、３０−２を、シリンダヘッド６下面の燃焼室形状、つまりシリンダヘッド６下面の凹形状に合致すべく、突出形成したことにより、上述第１実施例のものと同様に、整流リブ３０−１、３０−２によって層状給気を確実に形成することができ、希薄燃焼を安定化させ得るものである。
【００８５】
また、前記凹部４２の底面４２ｘに略矩形状の最深凹部４４を形成したことにより、凹部４２の流れと最深凹部４４の流れ、そして両側の流れとの間に、深さによって速度差が生ずることとなり、凹部４２部分に３層の層状給気を形成することができ、合計で５層の層状給気を形成され、希薄燃焼をより一層安定化させ得る。
【００８６】
図４３〜図４５はこの発明の第６実施例を示すものである。
【００８７】
この第６実施例の特徴とするところは、前記ピストン８の頂面８ａに凹部５２を形成する際に、底面５２ｘの吸気側端部５２ａ側に最深凹部５４を設けた点にある。
【００８８】
すなわち、図４３〜図４５に示す如く、前記凹部５２の底面５２ｘの吸気側端部５２ａ側に、凹部５２に対して、例えば略同一の所定深さを有する略矩形状の最深凹部５４を形成する。
【００８９】
この最深凹部５４は、図４４に示す如く、凹部５２に対して略半分程度の長さＬを有するとともに、この長さＬの中心部位をピストン８の略中心から所定距離Ｓだけ吸気側端部５２ａ側に偏倚させる。
【００９０】
そしてこのとき、前記凹部５２の底面５２ｘと最深凹部５４の外周部位とを滑らかに連絡させて設けるものである。
【００９１】
また、整流リブ３０−１、３０−２は、第１及び第５実施例のものをそのまま使用する。
【００９２】
さすれば、前記ピストン８の頂面８ａに設けた凹部５２によって、逆タンブル流の流れを妨げることなく、上述第１及び第５実施例のものと同様に、層状給気を形成することができ、実用上有利である。
【００９３】
また、前記ピストン８のスラップ方向における形状が対称形状となって、重量バランスが良好となることにより、上述第１及び第５実施例のものと同様に、ピストンの挙動に与える影響が少なく、首振り等のメカロス面における不都合を確実に解消し得て、出力を向上させることができる。
【００９４】
更に、前記凹部５２を挟むピストン８の頂面８ａの両側位置にシリンダヘッド６側に突出する２個の整流リブ３０−１、３０−２を設けたことにより、上述第１及び第５実施例のものと同様に、整流機能によって逆タンブル流の層状化を促進させることができ、実用上有利であるとともに、凹部５２とピストン８の頂面８ａとの高低差を小とすることが可能となり、ピストン８をコンパクトとし得る。
【００９５】
更にまた、前記整流リブ３０−１、３０−２を、シリンダヘッド６下面の燃焼室形状、つまりシリンダヘッド６下面の凹形状に合致すべく、突出形成したことにより、上述第１及び第５実施例のものと同様に、整流リブ３０−１、３０−２によって層状給気を確実に形成することができ、希薄燃焼を安定化させ得るものである。
【００９６】
また、前記凹部４２底面５２ｘの吸気側端部５２ａ側に略矩形状の最深凹部５４を形成したことにより、凹部５２の流れと最深凹部５４の流れ、そして両側の流れとの間に、深さによって速度差が生ずることとなり、凹部５２部分に３層の層状給気を形成することができ、合計で５層の層状給気を形成され、上述第５実施例のものと同様に、希薄燃焼をより一層安定化させ得る。
【００９７】
図４６〜図４８はこの発明の第７実施例を示すものである。
【００９８】
この第７実施例の特徴とするところは、凹部６２の吸気側端部６２ａと排気側端部６２ｂとを円弧状に形成するとともに、凹部６２の吸気側端部６２ａに図示しないインジェクタに対応する逃げ凹部６４を形成した点にある。
【００９９】
すなわち、図４８に示す如く、前記凹部６２の吸気側端部６２ａと排気側端部６２ｂとを、ピストン８の外周形状に合致する円弧状に形成する。
【０１００】
また、凹部６２の吸気側端部６２ａには、図４８に示す如く、図示しないインジェクタに対応すべく、ピストン８の頂面８ａを曲面状に切除して逃げ凹部６４を形成する。
【０１０１】
更に、前記凹部６２を挟むピストン８の頂面８ａの両側位置には、図４８に示す如く、この両側位置の略全域に延びる２個の整流隆起部６６−１、６６−２を形成する。
【０１０２】
このとき、整流隆起部６６−１、６６−２を形成する際には、図４６〜図４８に示す如く、図示しないシリンダヘッド下面の燃焼室形状、つまりシリンダヘッド下面の凹形状に合致すべく、略三角形状に隆起させて形成するとともに、整流隆起部６６−１、６６−２の中央部位の高さ位置を最も大とし、この中央部位から凹部６２の吸気側端部６２ａ側に延びるスキッシュ用の第１面６６ａ−１、６６ａ−２を形成し、凹部６２の排気側端部６２ｂ側には、スキッシュ用の第２面６６ｂ−１、６６ｂ−２を形成する。
【０１０３】
そして、前記整流隆起部６６−１、６６−２によってピン６８の軸方向の幅の小なるコンパクトな燃焼室を形成するものである。
【０１０４】
さすれば、前記ピストン８の頂面８ａに設けた凹部６２によって、上述第１〜第３実施例のものと同様に、逆タンブル流の流れを妨げることなく、層状給気を形成することができ、実用上有利である。
【０１０５】
また、前記ピストン８のスラップ方向における形状が対称形状となって、重量バランスが良好となることにより、上述第１〜第３実施例のものと同様に、ピストンの挙動に与える影響が少なく、首振り等のメカロス面における不都合を確実に解消し得て、出力を向上させることができる。
【０１０６】
更に、前記凹部６２を挟むピストン８の頂面８ａの両側位置にシリンダヘッド６側に隆起する２個の整流隆起部６６−１、６６−２を設けたことにより、整流機能によって逆タンブル流の層状化を促進させることができ、実用上有利であるとともに、凹部６２とピストン８の頂面８ａとの高低差を小とすることが可能となり、ピストン８をコンパクトとし得る。
【０１０７】
更にまた、前記凹部６２を、ピストン８の外周形状に合致する円弧状に形成したことにより、凹部６２への吸気の流入及び流出動作が円滑となり、安定した逆タンブル流の生成に寄与し得る。
【０１０８】
また、前記整流隆起部６６−１、６６−２を、凹部６２を挟むピストン８の頂面８ａの両側位置の略全域に形成したことにより、ピストン８のコンパクト化が図れるとともに、整流隆起部６６−１、６６−２によって重心が燃焼室中心部位に集中することとなり、重量バランスを良好とし得る。
【０１０９】
更に、圧縮行程の後期には、整流隆起部６６−１、６６−２に形成したスキッシュ用の第１面６６ａ−１、６６ａ−２及びスキッシュ用の第２面６６ｂ−１、６６ｂ−２とシリンダヘッド下面の凹形状によって、スキッシュ流が形成されることとなり、燃料と新気との混合状態を促進し得る。
【０１１０】
なお、この発明は上述第１〜第７実施例に限定されるものではなく、種々の応用改変が可能である。
【０１１１】
例えば、この発明の第１実施例においては、ピストン８の頂面８ａに１個の凹部２８設けたが、ピストン８の頂面８ａにスラップ方向に指向する少なくとも２個の凹部を設ける構成（ＳＧ１）とすることも可能である。
【０１１２】
つまり、図４９に示す如く、ピストン８の頂面８ａに平行な２個の第１、第２凹部７２−１、７２−２を形成する。そして、これらの第１、第２凹部７２−１、７２−２を形成する際には、第１、第２凹部７２−１、７２−２間に凸部７４を形成して、第１、第２凹部７２−１、７２−２を区画する（ＳＧ１−１）。このとき、凸部７４を、ピストン８の頂面８ａに対して高さＨだけ高く形成する。なお、凸部７４の高さ位置は、ピストン８の頂面８ａと同等、あるいはピストン８の頂面８ａよりも低くすることも可能である。
【０１１３】
さすれば、前記ピストン８の頂面８ａに設けた第１、第２凹部７２−１、７２−２によって、逆タンブル流の流れを妨げることなく、縦方向に２段化された層状給気を形成することができるとともに、整流をも果たすことができ、しかも前記ピストン８のスラップ方向における形状が対称形状となって、重量バランスが良好となることにより、ピストンの挙動に与える影響が少なく、首振り等のメカロス面における不都合を確実に解消し得て、出力を向上させることができる。
【０１１４】
また、図５０に示す如く、ピストン８の頂面８ａに平行な３個の第１〜第３凹部８２−１、８２−２、８２−３を形成するとともに、これらの第１〜第３凹部８２−１、８２−２、８２−３を形成する際に、第１〜第３凹部８２−１、８２−２、８２−３間に２個の第１、第２凸部８４−１、８４−２を形成して、第１〜第３凹部８２−１、８２−２、８２−３を区画する構成（ＳＧ１−２）とすることも可能である。
【０１１５】
なお、第１〜第３凹部８２−１、８２−２、８２−３を形成する際に、深さは全て略同一とするとともに、例えば中央部位に位置する第１凹部８２−１の幅Ｗ１を、第２及び第３凹部８２−２、８２−３の幅Ｗ２、Ｗ３よりも大とする。なお、第１〜第３凹部８２−１、８２−２、８２−３を形成する際に、第１凹部８２−１の深さを、他の第２及び第３凹部８２−２、８２−３の深さと異ならしめる構成とすることが可能であるとともに、第１〜第３凹部８２−１、８２−２、８２−３の幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３を同一とすることもできる。
【０１１６】
さすれば、前記ピストン８の頂面８ａに設けた第１〜第３凹部８２−１、８２−２、８２−３によって、逆タンブル流の流れを妨げることなく、縦方向に３段化された層状給気を形成することができるとともに、整流をも果たすことができ、しかも前記ピストン８のスラップ方向における形状が対称形状となって、重量バランスが良好となることにより、ピストンの挙動に与える影響が少なく、首振り等のメカロス面における不都合を確実に解消し得て、出力を向上させることができる。
【０１１７】
更に、この発明の第１実施例においては、単にピストン８の頂面８ａに凹部２８と整流リブ３０−１、３０−２とを形成する構成としたが、図５１に示す如く、ピストン８の頂面８ａ部位に、回動自在に回転体１０２を保持させ、この回転体１０２の上面部位に、例えば２個の凹部１０４−１、１０４−２と整流リブ１０６−１、１０６−２、１０６−３とを配設する構成（ＳＧ３）とすることも可能である。
【０１１８】
さすれば、前記ピストン８の往復摺動動作時に、回転体１０２が回動し、燃焼室内の逆タンブル流に乱流を与え、燃焼室内の混合気を攪拌して未燃焼部分を解消させ、燃焼性の向上及び排気ガスの清浄化を図ることも可能である。
【０１１９】
【発明の効果】
以上詳細に説明した如くこの発明によれば、シリンダヘッド下面とピストンの頂面との間に形成される燃焼室の略中央部位に点火栓を設け、シリンダヘッドの一側に２個の吸気弁を配設するとともに、他側に２個の排気弁を配設し、吸気弁を介して燃焼室に供給される吸気にタンブル流を生成させる２個の吸気ポートを設け、この吸気ポートの側に燃焼室内の中央部位に向かって燃料を直接噴射するインジェクタを設けた内燃機関において、平坦状に形成されたピストンの頂面に吸気弁と排気弁とを結ぶスラップ方向に指向し且つ略矩形状の底面を有する凹部を設け、この凹部を形成する際にはスラップ方向における凹部の両端に頂面を残してなるスキッシュを形成するとともに、凹部の指向方向に沿って凹部を挟む両側位置には頂面からシリンダヘッド側に突出する整流リブを設けてタンブル流を３つに分割するので、燃焼室内に流入する空気が凹部と整流リブとによって３つに分割され、インジェクタから燃焼室内中央部位に位置する逆タンブル流に向かって燃料を直接噴射する。これにより、タンブル流の流れを妨げることなく、層状給気を形成することができ、点火栓近傍に濃い燃焼室混合気の層を形成して希薄な混合気を安定して燃焼でき、実用上有利である。また、前記ピストンのスラップ方向における形状が対称形状となって、重量バランスが良好となることにより、ピストンの挙動に与える影響が少なく、首振り等のメカロス面における不都合を確実に解消し得て、出力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１実施例を示すピストンの正面図である。
【図２】  ピストンの右側面図である。
【図３】  ピストンの平面図である。
【図４】  シリンダヘッドの底面図である。
【図５】  内燃機関の排気側から吸気側を見た状態の概略図である。
【図６】  吸気行程初期の内燃機関の概略正面図である。
【図７】  吸気行程初期の内燃機関の概略右側面図である。
【図８】  吸気行程中期の内燃機関の概略正面図である。
【図９】  吸気行程中期の内燃機関の概略右側面図である。
【図１０】  吸気行程後期の内燃機関の概略正面図である。
【図１１】  吸気行程後期の内燃機関の概略右側面図である。
【図１２】  吸気行程終了時の内燃機関の概略正面図である。
【図１３】  吸気行程終了時の内燃機関の概略右側面図である。
【図１４】  圧縮行程初期の内燃機関の概略正面図である。
【図１５】  圧縮行程初期の内燃機関の概略右側面図である。
【図１６】  圧縮行程後期且つ燃料噴射時の内燃機関の概略正面図である。
【図１７】  圧縮行程後期且つ燃料噴射時の内燃機関の概略右側面図である。
【図１８】  圧縮行程終了時且つ点火時の内燃機関の概略正面図である。
【図１９】  圧縮行程終了時且つ点火時の内燃機関の概略右側面図である。
【図２０】  この発明の第２実施例を示すピストンの正面図である。
【図２１】  ピストンの右側面図である。
【図２２】  ピストンの平面図である。
【図２３】  この発明の第３実施例を示すピストンの平面図である。
【図２４】  図２３のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線による断面図である。
【図２５】  図２３のＸＸＶ−ＸＸＶ線による断面図である。
【図２６】  この発明の第４実施例を示す吸気行程初期且つ燃料噴射時の内燃機関の概略正面図である。
【図２７】  吸気行程初期且つ燃料噴射時の内燃機関の概略右側面図である。
【図２８】  吸気行程中期の内燃機関の概略正面図である。
【図２９】  吸気行程中期の内燃機関の概略右側面図である。
【図３０】  吸気行程後期の内燃機関の概略正面図である。
【図３１】  吸気行程後期の内燃機関の概略右側面図である。
【図３２】  吸気行程終了時の内燃機関の概略正面図である。
【図３３】  吸気行程終了時の内燃機関の概略右側面図である。
【図３４】  圧縮行程初期の内燃機関の概略正面図である。
【図３５】  圧縮行程初期の内燃機関の概略右側面図である。
【図３６】  圧縮行程後期の内燃機関の概略正面図である。
【図３７】  圧縮行程後期の内燃機関の概略右側面図である。
【図３８】  圧縮行程終了時且つ点火時の内燃機関の概略正面図である。
【図３９】  圧縮行程終了時且つ点火時の内燃機関の概略右側面図である。
【図４０】  この発明の第５実施例を示すピストンの正面図である。
【図４１】  ピストンの右側面図である。
【図４２】  ピストンの平面図である。
【図４３】  この発明の第６実施例を示すピストンの正面図である。
【図４４】  ピストンの右側面図である。
【図４５】  ピストンの平面図である。
【図４６】  この発明の第７実施例を示すピストンの正面図である。
【図４７】  ピストンの右側面図である。
【図４８】  ピストンの平面図である。
【図４９】  この発明の他の第１の実施例を示すピストンの頂部の概略拡大端面図である。
【図５０】  この発明の他の第２の実施例を示すピストンの頂部の概略拡大端面図である。
【図５１】  この発明の他の第３の実施例を示すピストンの頂部の概略拡大端面図である。
【図５２】  この発明の従来の技術を示す内燃機関の燃焼室の概略正面図である。
【図５３】  内燃機関の燃焼室の概略右側面図である。
【符号の説明】
２  内燃機関
４  シリンダブロック
６  シリンダヘッド
８  ピストン
８ａ  頂面
８ａ−１  吸気側残留頂面（「吸気側スキッシュ」ともいう）
８ａ−２  排気側残留頂面（「排気側スキッシュ」ともいう）
１２  クランク軸
１４−１、１４−２  吸気ポート
１６  インジェクタ
１８  燃焼室
２０  点火栓
２２−１、２２−２  吸気弁
２４−１、２４−２  排気弁
２６−１、２６−２  排気ポート
２８  凹部
２８ｘ  底面
２８ａ  吸気側端部
２８ｂ  排気側端部
３０−１、３０−２  整流リブ
【図１】
0003644255.tif 000002
【図２】
0003644255.tif 000003
【図３】
0003644255.tif 000004
【図４】
0003644255.tif 000005
【図５】
0003644255.tif 000006
【図６】
0003644255.tif 000007
【図７】
0003644255.tif 000008
【図８】
0003644255.tif 000009
【図９】
0003644255.tif 000010
【図１０】
0003644255.tif 000011
【図１１】
0003644255.tif 000012
【図１２】
0003644255.tif 000013
【図１３】
0003644255.tif 000014
【図１４】
0003644255.tif 000015
【図１５】
0003644255.tif 000016
【図１６】
0003644255.tif 000017
【図１７】
0003644255.tif 000018
【図１８】
0003644255.tif 000019
【図１９】
0003644255.tif 000020
【図２０】
0003644255.tif 000021
【図２１】
0003644255.tif 000022
【図２２】
0003644255.tif 000023
【図２３】
0003644255.tif 000024
【図２４】
0003644255.tif 000025
【図２５】
0003644255.tif 000026
【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
0003644255.tif 000029
【図２９】
0003644255.tif 000030
【図３０】
0003644255.tif 000031
【図３１】
0003644255.tif 000032
【図３２】
0003644255.tif 000033
【図３３】
0003644255.tif 000034
【図３４】
0003644255.tif 000035
【図３５】
0003644255.tif 000036
【図３６】
0003644255.tif 000037
【図３７】
0003644255.tif 000038
【図３８】
0003644255.tif 000039
【図３９】
0003644255.tif 000040
【図４０】
0003644255.tif 000041
【図４１】
0003644255.tif 000042
【図４２】
0003644255.tif 000043
【図４３】
0003644255.tif 000044
【図４４】
0003644255.tif 000045
【図４５】
0003644255.tif 000046
【図４６】
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【図４７】
0003644255.tif 000048
【図４８】
0003644255.tif 000049
【図４９】
0003644255.tif 000050
【図５０】
0003644255.tif 000051
【図５１】
0003644255.tif 000052
【図５２】
0003644255.tif 000053
【図５３】
0003644255.tif 000054