(57)【要約】【課題】  直噴ガソリン機関において、エンジン回転数に対する成層燃焼のロバスト性（適応性）を大幅に向上できる頂面回転式ピストンを提供する。【解決手段】  ピストン本体２と、ピストン頂面の全面または一部の面を回転させる頂面回転体１とに２分割し、頂面回転体１を、ピストン本体２と周方向へ摺動自在に係合した頂面回転式ピストン１００であって、頂面回転体１の頂面に、回転方向へ凹状に湾曲した羽根３を形成することを特徴とする。頂面回転体１の回転により、頂面回転体１の中心から点火プラグ８の方向へ向かう上昇気流９が発生する。これにより、燃料噴射ノズル７から高圧噴射された燃料の噴霧１１は、上昇気流９によって点火プラグ８の周囲に導かれる。【選択図】        図２
2006220094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン本体と、ピストン頂面の全面または一部の面を回転させる頂面回転体とに２分割し、該頂面回転体を、前記ピストン本体と周方向へ摺動自在に係合した頂面回転式ピストンであって、
前記頂面回転体の頂面に、回転方向へ凹状に湾曲した羽根状の部材を形成することを特徴とする頂面回転式ピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、頂面回転式ピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関においては、燃焼速度向上を目的として、燃焼室に空気を吸入する吸気ポートを螺旋状に形成したヘリカルポートや、コントロールバルブを備えた可変吸気ポートが提案されている。これらの吸気ポートにより吸気すると、燃焼室内にはスワール（横渦）やタンブル（縦渦）といった気流が発生する。このような気流は、燃焼室内の空気と燃料との混合及び燃焼を促進する。充分な気流を得るため、ヘリカルポートの先端部には、絞りが形成される。また、可変吸気ポートは、気流を発生させるため、コントロールバルブで一部のポートを遮断する。
【０００３】
このような吸気ポートを採用した場合には、燃焼室内に充分な気流を発生させることができる。その一方、内燃機関の吸気行程で気流を発生させているため、圧縮行程では、発生させた気流が相当減衰してしまう。また、このような吸気ポートでは、絞りやコントロールバルブにより気体の吸入量が制限されるため、ポート流量係数が低下してしまう。そのため、特許文献１では、以下のような技術が提案されている。特許文献１によると、油圧を動力源として、ピストン上部に備えられた有底円筒体の側面にオイルを噴射して、この円筒体を回転させる。この円筒体の円筒内周面には、フィンが設けられており、回転により燃焼室内に旋回空気流を発生させる。また、非特許文献１によれば、ピストン内に備えられた羽根車にオイルを噴射することにより、ピストン頂面に設けられて、羽根車と連結した回転体を回転させる。この回転体上面にフィンを備えることにより、回転時に燃焼室内に旋回空気流を発生させることが可能である。
【０００４】
一方、近年実用化されている直噴ガソリン機関においては、大幅な燃費向上のため、燃料を燃焼室に直接噴霧し、濃い混合気を点火プラグの周囲に集めて燃焼させる成層燃焼を行っている。直噴ガソリン機関において、成層燃焼を実現させる方式には、ウォールガイド式、エアガイド式及びスプレーガイド式がある。このうちエアガイド式とは、吸気ポートで作り出す気流を利用して、噴射した燃料の噴霧を点火プラグの周囲に導く方式である。具体的には、ＴＣＶ（タンブルコントロールバルブ）を吸気ポートに配置し、吸気の際にＴＣＶを制御して一部のポートの吸気を制限することで、タンブルを生成する手段が知られている。このタンブルによって、噴射した燃料の噴霧を点火プラグの周囲に導き、成層燃焼させることができる。
【特許文献１】特開平６−２６１４号公報
【非特許文献１】公技番号２００３−５０３３７７号公報
【発明の開示】
【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及び非特許文献１の技術を直噴ガソリン機関に適用した場合、噴射した燃料の噴霧を点火プラグの周囲に導くことができないため、成層燃焼させることができない。また、タンブルにより噴射した燃料の噴霧を点火プラグの周囲に導く技術では、タンブル生成の際に吸気制限を行うため、ポート流量係数が低下してしまう。そのため、内燃機関の高回転域では、燃焼させるために必要な空気流量が不足し、成層燃焼を実現できない。
【０００６】
そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、直噴ガソリン機関のエンジン回転数に対する成層燃焼のロバスト性（適応性）を大幅に向上できる頂面回転式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】
上記課題を解決するために、本発明は、ピストン本体と、ピストン頂面の全面または一部の面を回転させる頂面回転体とに２分割し、該頂面回転体を、前記ピストン本体と周方向へ摺動自在に係合した頂面回転式ピストンであって、前記頂面回転体の頂面に、回転方向へ凹状に湾曲した羽根状の部材を形成することを特徴とする。本発明によれば、内燃機関の燃焼室内で、頂面回転体中心から点火プラグへ向かう上昇気流を生成することができる。この上昇気流により、噴射した燃料の噴霧を点火プラグへ導くことができるので、成層燃焼を実現可能である。また、ＴＣＶのような吸気制限を行うことがないので、内燃機関の高回転域においても、成層燃焼を維持することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、直噴ガソリン機関において、エンジン回転数に対する成層燃焼のロバスト性を大幅に向上できる頂面回転式ピストンを提供可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係る頂面回転式ピストン１００を示す図である。図１（ａ）は、頂面回転式ピストン１００の図１（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図であり、図１（ｂ）は、頂面回転式ピストン１００の上面図である。本ピストンは、例えば直噴ガソリン機関で使用される。頂面回転体１を回転させる手段としては、既知の手段を用いてよい。例えば、図１（ａ）に破線で示すように、頂面回転体１の下面に円周方向へ第１歯車２２を配設し、この第１歯車２２と噛合する第２歯車２３をコネクティングロッド２４の小端部２５に刻設することにより、ピストン往復運動に伴い、頂面回転体１を往復回転運動させることが可能である。ただし、頂面回転体１を回転させる手段として、この手段を用いなければならないわけではなく、適宜の手段を用いて構わない。また、頂面回転体１は、頂面回転式ピストンの頂面全体を回転させるものであっても構わない。
【００１１】
図１（ａ）に示すように、頂面回転体１を、ピストン本体２に形成された有底円筒状の収容部２ａに収容する。頂面回転体１は、ピストン本体２の収容部２ａの底面略円中心に備えられた図示しないピストン連結具によって、ピストン本体２と円周方向へ摺動自在に係合している。また、頂面回転体１の頂面には、回転方向へ凹状に湾曲した複数の羽根３を、周方向に等分に形成している。
【００１２】
図２は、本発明に係る頂面回転式ピストン１００が、直噴ガソリン機関内で上死点付近の位置にある状態を示す図である。図２に示すように、頂面回転式ピストン１００は、図示しないシリンダブロックに形成されたシリンダ５内に往復運動自在に収容されている。シリンダブロック上にはシリンダヘッド６が備えられ、頂面回転式ピストン１００の頂面、シリンダ５の内面及びシリンダヘッド６の壁面により燃焼室１０を形成する。また、シリンダヘッド６には、燃焼室１０内へ燃料を直接噴射する燃料噴射ノズル７が備えられている。燃料噴射ノズル７は、高圧噴射により燃料の微粒化を促進し、燃焼室１０内で燃料と空気との超希薄な混合気を生成するものである。また、シリンダヘッド６の壁面頂部には、混合気に点火をするための点火プラグ８が備えられている。
【００１３】
この構成で頂面回転体１が回転すると、羽根３が回転方向へ凹状に湾曲しているため、図２（ｂ）に示すような気流４が発生し、燃焼室１０内の空気が頂面回転体１の中心へ巻き込まれる。これにより、図２（ａ）に示すように、燃焼室１０内には、頂面回転体１の中心から点火プラグ８の方向へ向かう上昇気流９が発生する。このとき、燃料噴射ノズル７から高圧噴射された燃料の噴霧１１は、上昇気流９によって点火プラグ８の周囲に導かれる。以上により、点火プラグ８の周囲に濃い混合気を集めて点火可能となり、直噴ガソリン機関の高回転域においても、成層燃焼を実現できる。
【００１４】
なお、頂面回転体１の頂面に形成する羽根３の形状は、本実施例で示したものに限られるものではなく、点火プラグ８へ向かう上昇気流を発生させることができれば、適宜の形状でよい。また、羽根３は適用する内燃機関に即して適宜の数量形成しても構わない。また、複数形成する羽根は、各々が同一形状でなくてもよい。また羽根状の形状を形成するにあたっては、機械加工や鍛造加工等、適宜の手段で形成して構わない。
【００１５】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る頂面回転式ピストン１００の構成を示す図
【図２】本発明に係る頂面回転式ピストン１００が、直噴ガソリン機関内で上死点付近の位置にある状態を示す図
【符号の説明】
【００１７】
１  頂面回転体
２  ピストン本体
２ａ  収容部
３  羽根
４  気流
５  シリンダ
６  シリンダヘッド
７  燃料噴射ノズル
８  点火プラグ
９  上昇気流
１０  燃焼室
１１  燃料の噴霧
１００  頂面回転式ピストン
【図１】
2006220094.tif 000003
【図２】
2006220094.tif 000004