(57)【要約】【課題】頂面にタンブル流維持のための凹部が形成されたピストンに対し、吸気に与えられた流体エネルギの大部分をタンブル流軸線に直交する方向に流れるタンブル流を生成するためのエネルギとして利用可能とすると共に、気筒内全体に亘って燃料の気化霧化を促進することが可能な形状とされた凹部を有するピストンを提供する。【解決手段】ピストン頂面２３の中央部に、センタタンブル流の径を大きく確保する機能部分としてのセンタタンブル流案内領域２８Ａを形成する。ピストン頂面２３の両側部分に、シリンダボア内壁の影響を受けることなく上記センタタンブル流の流線方向に略平行な流線を有するサイドタンブル流を生成する機能部分としてのサイドタンブル流案内領域２８Ｂ，２８Ｂを形成する。【選択図】図４
2008184930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂面にタンブル流維持のための凹部が形成された内燃機関用ピストンにおいて、
上記凹部は、タンブル流軸線に沿う方向の中央部分に形成された「センタタンブル流案内領域」と、上記タンブル流軸線に沿う方向において上記「センタタンブル流案内領域」の両外側に連続形成された「サイドタンブル流案内領域」とを備えており、
上記「センタタンブル流案内領域」の外縁形状は、上記タンブル流軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を、タンブル流軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって次第に小さくしていく「タンブル径絞り部分」を有する形状となっている一方、
上記「サイドタンブル流案内領域」の外縁形状は、上記タンブル流軸線に対して略平行に延びる「タンブル径維持部分」を有する形状となっていることを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項２】
頂面にタンブル流維持のための凹部が形成された内燃機関用ピストンにおいて、
上記凹部は、ピストンピン孔の軸線に沿う方向の中央部分に形成された「センタタンブル流案内領域」と、上記ピストンピン孔の軸線に沿う方向において上記「センタタンブル流案内領域」の両外側に連続形成された「サイドタンブル流案内領域」とを備えており、
上記「センタタンブル流案内領域」の外縁形状は、上記ピストンピン孔の軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を、ピストンピン孔の軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって次第に小さくしていく「タンブル径絞り部分」を有する形状となっている一方、
上記「サイドタンブル流案内領域」の外縁形状は、上記ピストンピン孔の軸線に対して略平行に延びる「タンブル径維持部分」を有する形状となっていることを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項３】
頂面にタンブル流維持のための凹部が形成された内燃機関用ピストンにおいて、
上記凹部の外縁を成す稜線は、タンブル流軸線に沿う方向の中央部分よりタンブル流軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かうに従って、上記タンブル流軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を小さくしていく「漸次変化稜線」から、「変曲部」を経て、タンブル流軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって上記凹部幅寸法を略一定に維持する「幅寸法一定稜線」に亘って連続して形成されていることを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項４】
頂面にタンブル流維持のための凹部が形成された内燃機関用ピストンにおいて、
上記凹部の外縁を成す稜線は、ピストンピン孔の軸線に沿う方向の中央部分よりピストンピン孔の軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かうに従って、上記ピストンピン孔の軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を小さくしていく「漸次変化稜線」から、「変曲部」を経て、ピストンピン孔の軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって上記凹部幅寸法を略一定に維持する「幅寸法一定稜線」に亘って連続して形成されていることを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項５】
バルブとの干渉を回避するための凹所であるバルブリセスとタンブル流維持のための凹部とが頂面に形成され、且つ上記バルブリセスの形成領域と上記凹部の形成領域とが重なり合う構成とされた内燃機関用ピストンにおいて、
上記バルブリセスの形成領域と凹部の形成領域とが重なり合う部分においてこれら領域により形成される稜線上には、タンブル流軸線に沿う方向の中央部分よりタンブル流軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かうに従って、上記タンブル流軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を小さくしていく「漸次変化稜線」と、タンブル流軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって上記凹部幅寸法を略一定に維持する「幅寸法一定稜線」との繋ぎ部分となる「変曲部」が存在していることを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項６】
バルブとの干渉を回避するための凹所であるバルブリセスとタンブル流維持のための凹部とが頂面に形成され、且つ上記バルブリセスの形成領域と上記凹部の形成領域とが重なり合う構成とされた内燃機関用ピストンにおいて、
上記バルブリセスの形成領域と凹部の形成領域とが重なり合う部分においてこれら領域により形成される稜線上には、ピストンピン孔の軸線に沿う方向の中央部分よりピストンピン孔の軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かうに従って、上記ピストンピン孔の軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を小さくしていく「漸次変化稜線」と、ピストンピン孔の軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって上記凹部幅寸法を略一定に維持する「幅寸法一定稜線」との繋ぎ部分となる「変曲部」が存在していることを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項７】
上記請求項５記載の内燃機関用ピストンにおいて、
バルブリセスは、互いに隣り合う２個の吸気側バルブリセスと、互いに隣り合う２個の排気側バルブリセスとを備えており、上記凹部のうちタンブル流軸線に直交する方向において最も幅寸法の長い部分が吸気側バルブリセス同士の中間位置と排気側バルブリセス同士の中間位置との間の領域に設定されていることを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項８】
上記請求項６記載の内燃機関用ピストンにおいて、
バルブリセスは、互いに隣り合う２個の吸気側バルブリセスと、互いに隣り合う２個の排気側バルブリセスとを備えており、上記凹部のうちピストンピン孔の軸線に直交する方向において最も幅寸法の長い部分が吸気側バルブリセス同士の中間位置と排気側バルブリセス同士の中間位置との間の領域に設定されていることを特徴とする内燃機関用ピストン。
【請求項９】
上記請求項１〜８のうち何れか一つに記載の内燃機関用ピストンがシリンダボア内に配設され、燃焼室内での混合気の燃焼に伴う内燃機関用ピストンの往復移動によって動力を発生する構成とされたことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用内燃機関（エンジン）等に適用される内燃機関用ピストン及びそのピストンが適用された内燃機関に係る。特に、本発明は、吸気のタンブル流を気筒内で維持するための凹部が頂面に形成されたピストンにおける凹部形状の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料と空気との混合気を燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ場合もある）においては、燃料の燃焼効率を高めて、出力の向上、排気エミッションの改善、燃料消費率の改善等を図るべく、気筒内に生成されるタンブル流（縦方向の渦流）を効果的に利用している。つまり、このタンブル流による気筒内の攪拌によって燃料の気化霧化を促進し、燃焼室内での燃料の燃料性を良好にしている。
【０００３】
これまで、上記タンブル流を積極的に発生させる手段として種々の構成が提案されている。例えば、下記の特許文献１や特許文献２に開示されているように、吸気ポートを所謂タンブルポートとして形成するものが知られている。つまり、気筒内に対する吸気ポート開放部分でのポート軸線を鉛直方向に近付けることで、気筒内に流れ込む吸気の流線を鉛直方向に近い方向に設定し、これにより縦方向の渦流であるタンブル流が大きく得られるようにしたものである。
【０００４】
また、下記の特許文献３や特許文献４に開示されているように、吸気通路内にタンブルコントロールバルブを備えさせ、このタンブルコントロールバルブの開閉動作により、必要に応じて気筒内に大きなタンブル流を発生させるようにしたものも知られている。具体的には、吸気通路を隔壁（仕切り板）によって上下２段の流路に区画すると共に、下段の流路を開閉可能とするタンブルコントロールバルブを設ける。そして、気筒内に大きなタンブル流を発生させる必要があるときに（例えばエンジンの冷間時等に）、タンブルコントロールバルブを閉鎖して上段の流路のみから吸気を送り込むことで、気筒内に流れ込む吸気の流線を鉛直方向に近い方向に設定してタンブル流が大きく得られるようにしたものである。
【０００５】
そして、上述したようなタンブル流を積極的に発生させる手段が講じられたエンジンに適用されるピストンにあっては、その頂面（冠面）にタンブル流維持のための凹部が形成されている。例えば、特許文献１では、排気バルブに対向する領域に長さ寸法（タンブル流軸線（渦流の中心線）に沿う方向の寸法）の大きな凹部が、吸気バルブに対向する領域に長さ寸法の小さな凹部がそれぞれ形成されている。また、特許文献２では、円形ボウル型の凹部がピストン頂面に形成されている。更に、特許文献３では、平面視において、タンブル流軸線に沿う方向の外縁形状が略円弧状であって、タンブル流軸線に直交する方向の外縁形状が直線で成る凹部がピストン頂面に形成されている。加えて、特許文献４では、平面視が略矩形状の凹部や略台形状の凹部がピストン頂面に形成されている。このような凹部をピストン頂面に形成しておくことで、ピストン頂面でタンブル流をガイドすることができ、これによりタンブル流が維持されるようにしている。
【特許文献１】特開平９−１０５３３０号公報
【特許文献２】特開平１１−２１８０２６号公報
【特許文献３】特開平７−１１９４７２号公報
【特許文献４】再公表００−０７７３６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の発明者らは、後述するように、これまでの凹部形状ではタンブル流の最適な流れが得られていないことを見出し、ピストン頂面に形成されている凹部の形状を見直した。そして、より効果的なタンブル流の生成に適したピストン頂面の形状について考察を行った。以下に詳述する。
【０００７】
上記タンブル流を維持するべくピストン頂面に凹部を形成する場合、タンブル流は、この凹部の形状（湾曲した凹部表面形状）に沿って流れる。このため、この凹部の幅寸法（タンブル流軸線（渦流の中心線）に直交する方向の寸法：吸気バルブと排気バルブとが対向する方向の寸法）に応じてタンブル流の外径が略決定される状況となっている。
【０００８】
また、タンブル流の軸線方向の中央部領域で生成されるタンブル流（ピストン頂面の中央部分に生成されるタンブル流であり、以下、センタタンブル流と呼ぶ）は、上記凹部幅寸法の大きな領域を流れているため、シリンダボア内壁の影響を殆ど受けることなく、上記凹部の形状に沿って流れることになる。このため、このタンブル流の軸線方向の中央部領域では上記凹部幅寸法を大きく設定することで外径の比較的大きなタンブル流を生成することが可能である。例えば上記特許文献２や特許文献３では凹部の平面視における外縁形状を曲線とすることでタンブル流の軸線方向の中央部領域で大きなタンブル流が生成できる形状となっている。
【０００９】
ところが、タンブル流の軸線方向の両外側部分（軸線方向の両サイド部分）で生成されるタンブル流（ピストン頂面の両端部に生成されるタンブル流であり、以下、サイドタンブル流と呼ぶ）は、その流れの軸線方向に隣接してシリンダボア内壁が存在しているため、このシリンダボア内壁の影響を大きく受けることになる。そして、このシリンダボア内壁の影響を受けたサイドタンブル流は、上記タンブル流軸線に対して直交する方向の流れ（上記センタタンブル流の流線に略平行な流れ）と、上記シリンダボア内壁の影響によってピストン頂面の中心側へ向かう流れとが存在することになる。
【００１０】
図１２は、一般的な形状の凹部ａを有するピストン頂面の平面図であって、凹部表面付近を流れる上記センタタンブル流及びサイドタンブル流の流線方向を矢印で示している。図中「ＳＥ」はセンタタンブル流である。図中「ＳＡ１」「ＳＡ２」はサイドタンブル流であって、タンブル流軸線に対して直交する方向の流れを「ＳＡ１」で示し、シリンダボア内壁の影響を受けてピストン頂面の中心側へ向かう流れを「ＳＡ２」で示している。また、この図１２におけるｂ，ｂは吸気バルブの位置を、ｃ，ｃは排気バルブの位置をそれぞれ示している。
【００１１】
吸気ポートから気筒内に流れ込む空気（または混合気）に与えられるエネルギは、シリンダボア径やピストン移動速度等に応じて一律に決定される。つまり、タンブル流全体としての流体エネルギは一律である。このため、効果的なタンブル流を生成するためには、この与えられたエネルギの全量がタンブル流軸線に対して直交する方向の流れを作り出すためのエネルギとして、損失無く利用されることが好ましい。
【００１２】
しかしながら、実際に生成されるタンブル流、特に上記サイドタンブル流は、上述した如く、シリンダボア内壁の影響を大きく受けることで、ピストン頂面の中心側へ向かう流れを作り出すエネルギとして消費されている（図１２におけるサイドタンブル流ＳＡ２を参照）。つまり、エネルギの一部は、タンブル流の軸線に対して直交する方向の流れ以外の流れを作り出すものとして消費されている。
【００１３】
従って、このようなピストン頂面の中心側へ向かう流れが作り出される状況では、上記タンブル流の軸線に対して直交する方向の流れが十分に得られないばかりでなく、このピストン頂面の中心側へ向かうタンブル流と上記センタタンブル流とが干渉することになり、この干渉によってセンタタンブル流の流体エネルギが無駄に消耗されてしまうといった状況を招いている。
【００１４】
このようなピストン頂面の中心側へ向かう流れを発生させないために、ピストン頂面に形成される凹部をシリンダボア内壁の近傍には存在させない形状にすることが考えられる。例えば図１３（ピストン頂面の平面図）に示す形状である。
【００１５】
しかし、これでは、タンブル流の軸線方向の両外側部分（図１３において斜線を付した領域ｄ，ｄ）における気筒内の攪拌を行うことができず、燃料の気化霧化を十分に促進することが不可能になってしまう。
【００１６】
本発明の発明者らは、以上のような現象（サイドタンブル流がピストン頂面の中心側へ向かう流れを作り出すエネルギとして消費されている現象）が気筒内では実際に発生していることを見出し、このピストン頂面の中心側へ向かうタンブル流の発生を抑制することで、タンブル流による燃焼効率の大幅な向上が図れることに着目した。また、タンブル流の軸線方向の両外側部分における吸気の攪拌を十分に行って気筒内全体で燃料の気化霧化を十分に促進することについても考察を行った。
【００１７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、頂面にタンブル流維持のための凹部が形成されたピストンに対し、吸気に与えられた流体エネルギの大部分をタンブル流軸線に直交する方向に流れるタンブル流を生成するためのエネルギとして利用可能とすると共に、気筒内の略全体に亘って燃料の気化霧化を促進することが可能な形状とされた凹部を有するピストン及びそのピストンが適用された内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、ピストン頂面に形成されるタンブル流維持用の凹部として、ピストン頂面中央部においてタンブル流（センタタンブル流）の径を大きく確保する機能部分と、ピストン頂面両側部分においてシリンダボア内壁の影響を受けることなく、このピストン頂面両側部分に上記センタタンブル流の流線方向に略平行なタンブル流（サイドタンブル流）を生成することができる機能部分とを備えさせるようにしている。
【００１９】
−解決手段−
具体的に、本発明は、頂面にタンブル流維持のための凹部が形成された内燃機関用ピストンを前提とする。この内燃機関用ピストンに対し、上記凹部に、タンブル流軸線に沿う方向の中央部分に形成された「センタタンブル流案内領域」と、上記タンブル流軸線に沿う方向において上記「センタタンブル流案内領域」の両外側に連続形成された「サイドタンブル流案内領域」とを備えさせる。そして、上記「センタタンブル流案内領域」の外縁形状として、上記タンブル流軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を、タンブル流軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって次第に小さくしていく「タンブル径絞り部分」を有する形状とする。一方、上記「サイドタンブル流案内領域」の外縁形状として、上記タンブル流軸線に対して略平行に延びる「タンブル径維持部分」を有する形状としている。
【００２０】
この特定事項により、気筒内に流入した吸気により生成されるタンブル流としては、上記「センタタンブル流案内領域」に沿って流れるセンタタンブル流と、上記「サイドタンブル流案内領域」に沿って流れるサイドタンブル流とが存在することになる。
【００２１】
上記「センタタンブル流案内領域」は、タンブル流軸線に沿う方向の中央部分で比較的凹部幅寸法が大きく確保されており、この部分では大きな径で且つタンブル流軸線に対して直交する方向の流線を有する上記センタタンブル流が生成される。また、この「センタタンブル流案内領域」は、タンブル流軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって凹部幅寸法を次第に小さくしていく「タンブル径絞り部分」を有しており、この部分では、ピストン外縁に向かってタンブル流の径が徐々に小さくなっていくことになる。つまり、タンブル流軸線に対して直交する方向での気筒内長さ寸法（気筒内部の空間の長さ寸法）が、ピストン外縁に向かって徐々に短くなっていくことに対応してタンブル流の径も徐々に小さくしていくことができ、タンブル流軸線に対して直交する方向の流線が乱されることのない（シリンダボア内壁の影響を受けることのない）理想的なセンタタンブル流が生成されている。尚、この「タンブル径絞り部分」は、燃焼室の圧縮比を高めることにも寄与している。
【００２２】
一方、「サイドタンブル流案内領域」は、タンブル流軸線に対して略平行に延びる「タンブル径維持部分」を有しているため、この「サイドタンブル流案内領域」を流れるサイドタンブル流の径は、ピストン外縁に向かって小径になることなく、この「サイドタンブル流案内領域」の全体に亘って略均一になる。つまり、上記センタタンブル流よりも小径であって、且つ略均一な外径のサイドタンブル流が、この「サイドタンブル流案内領域」には生成されることになる。このため、この「サイドタンブル流案内領域」では、タンブル流軸線方向で隣接するシリンダボア内壁の影響を殆ど受けることのないサイドタンブル流を、ピストン頂面の外縁部近傍位置に亘って生成することができ、タンブル流軸線に対して直交する方向の流線を有するタンブル流が生成できる。その結果、気筒内全体に亘って燃料の気化霧化を促進することが可能となる。
【００２３】
このように、本解決手段によれば、吸気に与えられた流体エネルギの大部分をタンブル流軸線に直交する方向に流れるタンブル流を生成するためのエネルギとして利用可能とすることができると共に、気筒内全体に亘って燃料の気化霧化を促進することが可能になる。
【００２４】
上記目的を達成するための他の解決手段としては、以下の構成も挙げられる。つまり、頂面にタンブル流維持のための凹部が形成された内燃機関用ピストンを前提とする。この内燃機関用ピストンに対し、上記凹部に、ピストンピン孔の軸線に沿う方向の中央部分に形成された「センタタンブル流案内領域」と、上記ピストンピン孔の軸線に沿う方向において上記「センタタンブル流案内領域」の両外側に連続形成された「サイドタンブル流案内領域」とを備えさせる。そして、上記「センタタンブル流案内領域」の外縁形状として、上記ピストンピン孔の軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を、ピストンピン孔の軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって次第に小さくしていく「タンブル径絞り部分」を有する形状とする。一方、上記「サイドタンブル流案内領域」の外縁形状として、上記ピストンピン孔の軸線に対して略平行に延びる「タンブル径維持部分」を有する形状としている。
【００２５】
この特定事項によっても上述した解決手段の場合と同様の作用を得ることができ、吸気に与えられた流体エネルギの大部分をタンブル流軸線（ピストンピン孔の軸線に平行な軸線）に直交する方向に流れるタンブル流を生成するためのエネルギとして利用可能にすると共に、気筒内全体に亘って燃料の気化霧化を促進することが可能になる。
【００２６】
更に、上記目的を達成するための他の解決手段としては、以下の構成も挙げられる。つまり、頂面にタンブル流維持のための凹部が形成された内燃機関用ピストンを前提とする。この内燃機関用ピストンに対し、上記凹部の外縁を成す稜線として、タンブル流軸線に沿う方向の中央部分よりタンブル流軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かうに従って、上記タンブル流軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を小さくしていく「漸次変化稜線」から、「変曲部」を経て、タンブル流軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって上記凹部幅寸法を略一定に維持する「幅寸法一定稜線」に亘って連続して形成する構成としている。
【００２７】
また、上記凹部の外縁を成す稜線として、ピストンピン孔の軸線に沿う方向の中央部分よりピストンピン孔の軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かうに従って、上記ピストンピン孔の軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を小さくしていく「漸次変化稜線」から、「変曲部」を経て、ピストンピン孔の軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって上記凹部幅寸法を略一定に維持する「幅寸法一定稜線」に亘って連続して形成する構成としてもよい。
【００２８】
これら特定事項によれば、上記「変曲部」よりも中央側において上記センタタンブル流が生成される一方、「変曲部」よりも外側において上記サイドタンブル流が生成されることになる。これらセンタタンブル流の機能及びサイドタンブル流の機能は上述した各解決手段のものと同様である。従って、この特定事項によっても、吸気に与えられた流体エネルギの大部分をタンブル流軸線（ピストンピン孔の軸線）に直交する方向に流れるタンブル流を生成するためのエネルギとして利用可能にすると共に、気筒内全体に亘って燃料の気化霧化を促進することが可能である。
【００２９】
更に、上記目的を達成するための他の解決手段としては、以下の構成も挙げられる。つまり、バルブとの干渉を回避するための凹所であるバルブリセスとタンブル流維持のための凹部とが頂面に形成され、且つ上記バルブリセスの形成領域と上記凹部の形成領域とが重なり合う構成とされた内燃機関用ピストンを前提とする。この内燃機関用ピストンに対し、上記バルブリセスの形成領域と凹部の形成領域とが重なり合う部分においてこれら領域により形成される稜線上に、タンブル流軸線に沿う方向の中央部分よりタンブル流軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かうに従って、上記タンブル流軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を小さくしていく「漸次変化稜線」と、タンブル流軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって上記凹部幅寸法を略一定に維持する「幅寸法一定稜線」との繋ぎ部分となる「変曲部」を存在させた構成としている。
【００３０】
また、上記バルブリセスの形成領域と凹部の形成領域とが重なり合う部分においてこれら領域により形成される稜線上に、ピストンピン孔の軸線に沿う方向の中央部分よりピストンピン孔の軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かうに従って、上記ピストンピン孔の軸線に直交する方向である凹部幅方向の寸法を小さくしていく「漸次変化稜線」と、ピストンピン孔の軸線に沿う方向におけるピストン外縁に向かって上記凹部幅寸法を略一定に維持する「幅寸法一定稜線」との繋ぎ部分となる「変曲部」を存在させた構成としてもよい。
【００３１】
これら特定事項によっても、上記「変曲部」よりも中央側である「漸次変化稜線」により形成される凹部において上記センタタンブル流が生成される一方、「変曲部」よりも外側である「幅寸法一定稜線」により形成される凹部において上記サイドタンブル流が生成されることになる。これらセンタタンブル流の機能及びサイドタンブル流の機能は上述した各解決手段のものと同様である。従って、この特定事項によっても、吸気に与えられた流体エネルギの大部分をタンブル流軸線に直交する方向に流れるタンブル流を生成するためのエネルギとして利用可能にすると共に、気筒内全体に亘って燃料の気化霧化を促進することが可能である。
【００３２】
特に、この特定事項は、バルブリセスの形成領域と凹部の形成領域とが重なり合う構成とされたピストンに対して上記センタタンブル流の機能及びサイドタンブル流の機能を発揮させる上で有効なものとなっている。
【００３３】
上記凹部幅寸法として最も長い部分としては以下のように設定されている。先ず、バルブリセスとして、互いに隣り合う２個の吸気側バルブリセスと、互いに隣り合う２個の排気側バルブリセスとを備えさせる。そして、上記凹部のうちタンブル流軸線に直交する方向において最も幅寸法の長い部分を、吸気側バルブリセス同士の中間位置と排気側バルブリセス同士の中間位置との間の領域に設定している。
【００３４】
同様に、上記凹部のうちピストンピン孔の軸線に直交する方向において最も幅寸法の長い部分を、吸気側バルブリセス同士の中間位置と排気側バルブリセス同士の中間位置との間の領域に設定している。
【００３５】
これら特定事項によれば、ピストン頂面の中央部分で最も外径の大きなタンブル流が生成されることになり、気筒内に生成されるタンブル流として、燃料の気化霧化に最適となる理想的な形状を得ることができる。
【００３６】
尚、上述した各解決手段に係るピストンが適用された内燃機関も本発明の技術的思想の範疇である。つまり、上記各解決手段のうち何れか一つの内燃機関用ピストンがシリンダボア内に配設され、燃焼室内での混合気の燃焼に伴う内燃機関用ピストンの往復移動によって動力を発生する構成とされた内燃機関である。
【発明の効果】
【００３７】
本発明では、ピストン頂面に形成されるタンブル流維持用の凹部として、ピストン頂面中央部においてセンタタンブル流の径を大きく確保する機能部分と、ピストン頂面両側部分においてシリンダボア内壁の影響を受けることなく、このピストン頂面両側部分に上記センタタンブル流の流線方向に略平行なサイドタンブル流を生成することができる機能部分とを備えさせている。このため、吸気に与えられた流体エネルギの大部分をタンブル流軸線（ピストンピン孔の軸線）に直交する方向に流れるタンブル流を生成するためのエネルギとして利用可能であると共に、気筒内の略全体に亘ってタンブル流を生成できて、気筒内全体において燃料の気化霧化を促進することが可能になる。その結果、燃焼室での燃料の燃焼効率が高められ、排気エミッションの改善、燃料消費率の改善を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車用の多気筒（例えば直列４気筒）ガソリンエンジンに使用されたピストンとして本発明を適用した場合について説明する。
【００３９】
−エンジンの概略構成−
図１は、本実施形態に係るエンジン（内燃機関）１の燃焼室１０及びその周囲の構成を示す断面図である。この図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、１気筒に２つの吸気バルブ１２と２つの排気バルブ２２とをそれぞれ備えた４バルブ式の多気筒ガソリンエンジンである。尚、図１では、１つの気筒のみを示しており、また、吸気バルブ１２及び排気バルブ２２についても、それぞれ１つのバルブのみを示している。
【００４０】
エンジン１の各気筒を構成するシリンダ１ａ内には上下方向に往復動可能なピストン２が設けられている。このピストン２は、コネクティングロッド８を介して図示しないクランクシャフトに連結されており、ピストン２の往復運動がコネクティングロッド８によってクランクシャフトの回転へと変換されるようになっている。
【００４１】
上記シリンダ１ａの上部にはシリンダヘッド１ｂが取り付けられており、このシリンダヘッド１ｂと、上記シリンダ１ａ（シリンダボア内壁）と、ピストン２との間で燃焼室１０が形成されている。また、この燃焼室１０の上部には点火プラグ３が配置されている。
【００４２】
エンジン１の燃焼室１０には、シリンダヘッド１ｂに形成された吸気ポート１１及び排気ポート２１がそれぞれ接続されている。吸気ポート１１と燃焼室１０との間には上記吸気バルブ１２が設けられており、この吸気バルブ１２が開閉駆動することにより、吸気ポート１１と燃焼室１０とが連通または遮断される。また、排気ポート２１と燃焼室１０との間には上記排気バルブ２２が設けられており、この排気バルブ２２が開閉駆動することにより、排気ポート２１と燃焼室１０とが連通または遮断される。これら吸気バルブ１２及び排気バルブ２２の開閉駆動は、クランクシャフトの回転が伝達される吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの各回転によって行われる。
【００４３】
上記吸気ポート１１には、吸気マニホールド１３内に形成された吸気通路１３ａが接続されている。また、排気ポート２１には、図示しない排気マニホールド内に形成された排気通路が接続されている。
【００４４】
吸気通路１３ａの上流側にはエアクリーナ（エアフローメータ付き）５が設けられている。また、吸気通路１３ａには、エンジン１の吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ４等が配設されている。
【００４５】
そして、吸気ポート１１には、燃料噴射用のインジェクタ６が配置されている。このインジェクタ６には、図示しない燃料タンクから燃料ポンプによって所定圧力の燃料が供給され、これにより吸気ポート１１に燃料が噴射される。この噴射燃料は吸入空気と混合されて混合気となり、エンジン１の燃焼室１０に導入される。燃焼室１０に導入された混合気は、エンジン１の圧縮行程の後、点火プラグ３の点火により燃焼する（膨張行程）。この混合気の燃焼室１０内での燃焼によりピストン２が往復運動して出力軸であるクランクシャフトが回転する構成となっている。
−ＥＣＵ−
上述したエンジン１の運転状態は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）７によって制御される。このＥＣＵ７は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭなどを備えている。ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００４６】
そして、ＥＣＵ７は、図示しない水温センサ、エアフローメータ、吸気温センサ、スロットルポジションセンサ、クランクポジションセンサ（エンジン回転数センサ）、カムポジションセンサ、及び、アクセルポジションセンサなどの各種センサの出力に基づいて、上記インジェクタ６、点火プラグ３のイグナイタ、スロットルバルブ４のスロットルモータなどの各部を制御することにより、エンジン１の各種制御を実行する。更に、ＥＣＵ７は、後述するタンブルコントロールバルブ１５の制御も行うようになっている。
【００４７】
−吸気系の構成−
次に、上記タンブルコントロールバルブ１５の制御によって気筒内でのタンブル流を調整するよう構成された吸気系について説明する。
【００４８】
図１に示すように、吸気ポート１１内には、この吸気ポート１１の長手方向（吸気の流れ方向）に沿って所定長さで延びる仕切り板１４が設けられており、この仕切り板１４とタンブルコントロールバルブ１５によってタンブル流を制御するタンブル制御機構が構成されている。尚、仕切り板１４は、インジェクタ６から噴射される燃料噴霧Ｆとは干渉しない位置に配置されている。
【００４９】
吸気ポート１１内において仕切り板１４が存在する領域では、吸気ポート１１内が上下２段に区画され、吸気ポート１１の入口部分にポート上段の流路１１ａとポート下段の流路１１ｂとが形成されている。これら上下の２つ流路１１ａ，１１ｂの上流にタンブルコントロールバルブ１５が設けられている。このタンブルコントロールバルブ１５は吸気ポート１１の上流側に接続される吸気マニホールド１３内に配置されている。
【００５０】
タンブルコントロールバルブ１５は、板状の弁体１５ａと、この弁体１５ａの一端を支持する回転軸１５ｂとを備えている。回転軸１５ｂには、モータ等のアクチュエータ１５ｃが連結されており、このアクチュエータ１５ｃの駆動により弁体１５ａの開度つまりタンブルコントロールバルブ１５の開度を調整することができるようになっている。
【００５１】
タンブルコントロールバルブ１５の開度は上記ＥＣＵ７によって制御され、タンブル流が必要な運転状態（例えばエンジン１の冷間時や低・中回転域）では、弁体１５ａが図１に示すような位置（半開位置）に制御される。また、エンジン１の運転状態が、例えば暖機完了後や高回転域であるときには、弁体１５ａが図２に示すような位置（全開位置）に制御される。
【００５２】
このような吸気系を備えたエンジン１の運転動作について以下に簡単に説明する。
【００５３】
先ず、エンジン１の吸気行程において、吸気バルブ１２が開き、ピストン２が下降すると、吸入空気は、吸気バルブ１２の周囲の間隙を通過して燃焼室１０内に流入する。このとき、エンジン１の運転状態が、例えば高回転域やエンジン１の暖機完了後である場合には、タンブルコントロールバルブ１５の弁体１５ａが、図２に示す全開位置に制御される。このようにタンブルコントロールバルブ１５が全開位置にある状態では、ポート上段の流路１１ａ及びポート下段の流路１１ｂの双方に吸気が流れ、吸気バルブ１２の周囲から吸気がほぼ均等に流れ込むので、燃焼室１０内に発生する気流は比較的弱く、タンブル流の発生量も僅かとなる。
【００５４】
これに対し、エンジン１の運転状態が、例えば低・中回転域やエンジン１の冷間時であり、タンブルコントロールバルブ１５の弁体１５ａが、図１に示すような半開位置に制御される場合には、吸気空気の殆どがポート上段の流路１１ａを通過して燃焼室１０内に流入する状態となる。このため、燃焼室１０内に強いタンブル流が発生する。このようなタンブル流の発生により、気筒内が攪拌されて燃料の気化霧化が促進され、上記膨張行程における燃焼室１０内での燃料の燃料性が良好に得られることになる。
【００５５】
−ピストン２の構成−
次に、本実施形態において特徴とする部材であるピストン２の構成につい説明する。本実施形態に係るピストン２は、アルミニウム合金の鋳造加工により成形されており、図１に示すように、コネクティングロッド８の小端部がピストンピン２ｄにより連結されている。また、ピストン２は、その外周面に形成された複数（本実施形態では３つ）のリング溝のそれぞれにピストンリング２ａ，２ｂ，２ｃが装着されている。
【００５６】
本実施形態の特徴は、ピストン２の頂面形状にある。以下、このピストン頂面形状について具体的に説明する。
【００５７】
図３は、本実施形態に係るピストン２の斜視図である。また、図４はピストン２の平面図である。以下の説明では、説明を容易にするために、ピストン２の平面視（図４）においてピストンピン孔２ｅ（図３参照）の軸線Ｌ１（図４参照）に沿う方向をＸ方向と呼び、このピストンピン孔２ｅの軸線Ｌ１に対して直交する水平方向をＹ方向と呼ぶこととする。また、ピストン２の軸線に沿う方向（鉛直方向）をＺ方向と呼ぶ。
【００５８】
図３及び図４に示すように、本実施形態に係るピストン２の頂面２３は、上記各吸気バルブ１２，１２に対応する位置に形成された吸気側バルブリセス２４，２４、上記各排気バルブ２２，２２に対応する位置に形成された排気側バルブリセス２５，２５、吸気側バルブリセス２４，２４の外側に形成された吸気側スキッシュエリア２６、排気側バルブリセス２５，２５の外側に形成された排気側スキッシュエリア２７、ピストン頂面２３の中央部分に凹陥形成されたタンブル流維持凹部２８を備えている。
【００５９】
上記吸気側バルブリセス２４，２４は、上記各吸気バルブ１２，１２のリフト時に、これら吸気バルブ１２，１２がピストン頂面２３に干渉することを防止するための凹部として形成されている。各吸気バルブ１２，１２の軸心は、ピストン２の軸心（Ｚ軸）に対して傾斜しているため、各吸気側バルブリセス２４，２４のバルブ対向面は、上記吸気バルブ１２，１２の軸心に対して略直交する方向に傾斜している。
【００６０】
また、上記排気側バルブリセス２５，２５は、上記各排気バルブ２２，２２のリフト時に、これら排気バルブ２２，２２がピストン頂面２３に干渉することを防止するための凹部として形成されている。各排気バルブ２２，２２の軸心も、ピストン２の軸心（Ｚ軸）に対して傾斜しているため、各排気側バルブリセス２５，２５のバルブ対向面も、上記排気バルブ２２，２２の軸心に対して略直交する方向に傾斜している。
【００６１】
尚、上述した如く、ピストン頂面２３にはタンブル流維持凹部２８が形成されており、このタンブル流維持凹部２８の形成領域ではバルブの干渉が生じないため、上記吸気側バルブリセス２４，２４及び排気側バルブリセス２５，２５は、上記タンブル流維持凹部２８の外側に形成されている。また、各バルブリセス２４，２４、２５，２５のバルブ対向面は、ピストン中央側に向かって上方へ傾斜する傾斜面となっている一方、タンブル流維持凹部２８の内面はピストン外側に向かって上方へ傾斜する傾斜面となっている。このため、吸気側バルブリセス２４，２４とタンブル流維持凹部２８との間、及び排気側バルブリセス２５，２５とタンブル流維持凹部２８との間には、所定形状の稜線Ｒを有することになる。この稜線Ｒの形状については後述する。
【００６２】
上記吸気側スキッシュエリア２６は、上記各吸気側バルブリセス２４，２４の外側の領域に形成されており、ピストン２の中央側に向かって上方（Ｚ方向の上側）に傾斜する傾斜面で形成されている。また、この吸気側スキッシュエリア２６は、エンジン１の圧縮行程時に、シリンダヘッド１ｂとの間で形成される空間を狭めることで、燃焼室１０の中央側へ向かう気流（スキッシュ流）を発生させる機能を有している。
【００６３】
上記排気側スキッシュエリア２７は、上記各排気側バルブリセス２５，２５の外側の領域に形成されており、ピストン２の中央側に向かって上方（Ｚ方向の上側）に傾斜する傾斜面で形成されている。また、この排気側スキッシュエリア２７は、上記吸気側スキッシュエリア２６と同様に、エンジン１の圧縮行程時に、シリンダヘッド１ｂとの間で形成される空間を狭めることで、燃焼室１０の中央側へ向かう気流（スキッシュ流）を発生させる機能を有している。
【００６４】
そして、このピストン２の頂面形状の最も特徴とする部分であるタンブル流維持凹部２８は、ピストン頂面の中央部分に形成されている。以下に詳述する。
【００６５】
図５は、図４におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図６は、図４におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。図７は、図４におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。図８は、図４におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。図９は、図５におけるＩＸ−ＩＸ線に対応した位置におけるピストン２の断面図である。
【００６６】
これら図に示すように、タンブル流維持凹部２８は、上記ピストンピン２ｄが挿通されるピストンピン孔２ｅの軸線Ｌ１に沿う方向（Ｘ方向）においてピストン２の両外周縁部近傍に跨り、上記ピストンピン孔２ｅの軸線Ｌ１に対して直交する方向（Ｙ方向）において上記吸気側バルブリセス２４，２４の形成領域及び排気側バルブリセス２５，２５の形成領域に跨るように形成された凹部で形成されている。また、このタンブル流維持凹部２８の最深部の深さ寸法（ピストン頂面２３の外縁に対する深さ寸法：図５における寸法Ｄ）はピストン２の外径寸法の約５％程度に設定されている。この数値はこれに限定されるものではない。
【００６７】
そして、このタンブル流維持凹部２８は、上記Ｘ方向の中央部分に形成されたセンタタンブル流案内領域２８Ａと、このセンタタンブル流案内領域２８Ａの両側（Ｘ方向で隣接する両側）に連続形成されたサイドタンブル流案内領域２８Ｂ，２８Ｂとにより形成されている。図４では、上記センタタンブル流案内領域２８Ａに破線の斜線を付し、また、上記サイドタンブル流案内領域２８Ｂ，２８Ｂに二点鎖線の斜線を付している。
【００６８】
上記センタタンブル流案内領域２８Ａは、上記Ｙ方向の両側に位置する外縁の形状として、上記Ｘ方向の中央部分において凹部幅寸法（Ｙ方向の寸法）が最も長く設定されている（図４中の寸法Ｔ１）と共に、上記Ｘ方向におけるピストン外縁に向かって凹部幅寸法（Ｙ方向の寸法）を次第に小さくしていくタンブル径絞り部分（図４における範囲Ａ１の部分）を有している。例えば図４においてＶＩ−ＶＩ線に沿った部分での凹部幅寸法（Ｙ方向の寸法であって、図４中の寸法Ｔ２：図６の断面を参照）は、上記中央部分における幅寸法（Ｔ１）よりも短くなっている。このように上記タンブル径絞り部分Ａ１の範囲では、上記Ｘ方向におけるピストン外縁に向かって凹部幅寸法が次第に小さくなっていく。このため、上記タンブル径絞り部分Ａ１の範囲における上記稜線Ｒが本発明でいう「漸次変化稜線」となっている。具体的に、上記寸法Ｔ１はピストン２の外径寸法の約６０％程度に設定され、上記寸法Ｔ２はピストン２の外径寸法の約５５％程度に設定されている。また、上記タンブル径絞り部分Ａ１の長さはピストン２の外径寸法の約４５％程度に設定されている。これら数値はこれに限定されるものではない。
【００６９】
また、上記吸気側スキッシュエリア２６及び排気側スキッシュエリア２７の面積としては、できるだけ大きく確保しておくことが好ましい。一方、上述した如くＸ方向の中央部分において凹部幅寸法（Ｙ方向の寸法）は長く設定されている。このため、吸気側バルブリセス２４，２４同士の間の領域において、センタタンブル流案内領域２８Ａの外縁から吸気側スキッシュエリア２６に亘る傾斜面Ｓ１の傾斜角度としては従来の一般的なピストンのものよりも傾斜角度が大きく設定されている（例えば水平方向に対して５０°）。同様に、排気側バルブリセス２５，２５同士の間の領域において、センタタンブル流案内領域２８Ａの外縁から排気側スキッシュエリア２７に亘る傾斜面Ｓ２の傾斜角度としても従来の一般的なピストンのものよりも傾斜角度が大きく設定されている（例えば水平方向に対して５０°）。
【００７０】
尚、このタンブル径絞り部分Ａ１の範囲における上記稜線Ｒは一定の曲率を有する円弧となっている。これに限らず、曲率が徐々に変化する曲線で稜線Ｒを形成してもよいし、略直線状の稜線Ｒであってもよい。
【００７１】
一方、上記サイドタンブル流案内領域２８Ｂ，２８Ｂは、その外縁形状として、上記Ｘ方向に対して略平行に延びるタンブル径維持部分（図４における範囲Ａ２の部分）を有している。このため、例えば図４においてＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った部分での凹部幅寸法（Ｙ方向の寸法であって、図４中の寸法Ｔ３：図７の断面を参照）と、図４においてＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った部分での凹部幅寸法（Ｙ方向の寸法であって、図４中の寸法Ｔ４：図８の断面を参照）とは略同一寸法となっている。このように上記タンブル径維持部分Ａ２の範囲では、上記Ｙ方向における凹部幅寸法が略均等に形成されている。このため、上記タンブル径維持部分Ａ２の範囲における上記稜線Ｒが本発明でいう「幅寸法一定稜線」となっている。具体的に、上記寸法Ｔ３及び寸法Ｔ４はピストン２の外径寸法の約５０％程度に設定されている。また、上記各タンブル径維持部分Ａ２，Ａ２の長さはそれぞれピストン２の外径寸法の約１３％程度に設定されている。これら数値はこれに限定されるものではない。
【００７２】
そして、上記タンブル径絞り部分Ａ１とタンブル径維持部分Ａ２，Ａ２との境界部分では、上記稜線Ｒのタンブル径絞り部分Ａ１での曲率とタンブル径維持部分Ａ２，Ａ２での曲率とが異なる変曲部Ｒ１となっている。この変曲部Ｒ１において上記タンブル径絞り部分Ａ１の上記稜線Ｒとタンブル径維持部分Ａ２の稜線Ｒとが滑らかに繋がっている。これにより、タンブル流維持凹部２８において、この変曲部Ｒ１よりも中央側がセンタタンブル流案内領域２８Ａとして形成され、この変曲部Ｒ１よりも外側（上記Ｘ方向の外側）がサイドタンブル流案内領域２８Ｂ，２８Ｂとして形成されている。また、この変曲部Ｒ１は、上記吸気側バルブリセス２４，２４とタンブル流維持凹部２８との間の稜線上、及び上記排気側バルブリセス２５，２５とタンブル流維持凹部２８との間の稜線上にそれぞれ存在している。つまり、この変曲部Ｒ１はピストン頂面２３上の４箇所に存在している。
【００７３】
尚、図３における符号Ｃは、ピストン２の鋳造成形時の湯押し部分の外縁形状を示しており、その内側領域（上記センタタンブル流案内領域２８Ａの大部分を占めている領域）は略平坦面となっている。このように湯押し部分を、比較的広い領域であるセンタタンブル流案内領域２８Ａに位置させることでピストン２のロバスト性（堅牢性）が高められている。
【００７４】
次に、タンブル流の発生状況について説明する。上述したように、上記タンブル流維持凹部２８はセンタタンブル流案内領域２８Ａ及びサイドタンブル流案内領域２８Ｂ，２８Ｂを備えているため、エンジン１の駆動時に気筒内に流入した吸気により生成されるタンブル流としては、上記センタタンブル流案内領域２８Ａに沿って流れるセンタタンブル流と、上記サイドタンブル流案内領域２８Ｂ，２８Ｂに沿って流れるサイドタンブル流とが存在することになる。
【００７５】
そして、上記センタタンブル流案内領域２８Ａは、上記Ｘ方向の中央部分で比較的凹部幅寸法（Ｙ方向の寸法）が大きく確保されており、この部分では大きな径で且つ上記Ｙ方向に延びる流線を有するセンタタンブル流が生成される（図５に示すタンブル流を参照）。また、このセンタタンブル流案内領域２８Ａは、上記Ｘ方向の外側に向かって凹部幅寸法（Ｙ方向の寸法）を次第に小さくしていくタンブル径絞り部分Ａ１を有しており、この部分では、ピストン外縁に向かってタンブル流の径が徐々に小さくなっていくことになる。つまり、上記Ｙ方向での気筒内長さ寸法が、ピストン外縁に向かって徐々に短くなっていくことに対応してタンブル流の径も徐々に小さくしていくことができ、Ｙ方向に延びる流線が乱されることのない（シリンダボア内壁の影響を受けることのない）理想的なセンタタンブル流が生成されることになる（図６に示すタンブル流を参照）。
【００７６】
一方、上記サイドタンブル流案内領域２８Ｂ，２８Ｂは、上記Ｘ方向に延びるタンブル径維持部分Ａ２，Ａ２を有しているため、このサイドタンブル流案内領域２８Ｂ，２８Ｂを流れるサイドタンブル流の径は、ピストン外縁に向かって小径になることなく、このサイドタンブル流案内領域２８Ｂ，２８Ｂの全体に亘って略均一となる。つまり、上記センタタンブル流よりも小径であって、且つ略均一な外径のサイドタンブル流が、このサイドタンブル流案内領域２８Ｂ，２８Ｂには生成されることになる（図７及び図８に示すタンブル流を参照）。このため、このサイドタンブル流は、上記Ｘ方向で隣接するシリンダボア内壁の影響を殆ど受けることなく、Ｙ方向に延びる流線を有するサイドタンブル流として生成される。また、このようにシリンダボア内壁の影響を殆ど受けることがないため、ピストン頂面２３の外縁部近傍位置に亘ってタンブル流を生成することができ、タンブル流の軸線方向（Ｘ方向）の両外側部分における気筒内の攪拌を良好に行うことができ、その結果、気筒内全体に亘って燃料の気化霧化を促進することが可能となる。
【００７７】
このように、本実施形態に係るピストン２によれば、吸気に与えられた流体エネルギの大部分を上記Ｙ方向に沿って流れるタンブル流を生成するためのエネルギとして利用可能であると共に、気筒内全体に亘って燃料の気化霧化を促進することが可能になる。その結果、燃焼室１０での燃料の燃焼効率が高められ、排気エミッションの改善、燃料消費率の改善を図ることができる。
【００７８】
また、上記センタタンブル流案内領域２８Ａにおけるタンブル径絞り部分Ａ１の存在によりタンブル流維持凹部２８の幅寸法を狭めて、タンブル流維持凹部２８の総容積が制限されているため、燃焼室１０の圧縮比を高めることが可能であり、上記効果（燃焼効率の向上による排気エミッションの改善及び燃料消費率の改善）を維持しながらも、圧縮比が例えば「１０」を超えるエンジン１を容易に実現することが可能である。
【００７９】
（実験例）
次に、上述した本実施形態の効果を確認するために行った実験及びその結果について説明する。この実験では、従来形状の凹部を頂面に備えたピストン（図１２に示すもの）と、上記実施形態に係るピストン２とをそれぞれエンジン（４気筒直列ガソリンエンジン）に組み込み、点火プラグ３の点火時期を徐々に遅角させていった場合の遅角限界（エンジンストールに至る限界遅角量）を比較した（実験１）。また、空燃比を徐々に希薄（リーン）に移行させていった場合のリーン限界（エンジンストールに至る限界空燃比）を比較した（実験２）。
【００８０】
上記実験１の結果を図１０（ａ）に示し、実験２の結果を図１０（ｂ）に示している。
【００８１】
図１０（ａ）に示すように、従来形状の凹部を頂面に備えたピストンを使用した場合に対し、本発明に係る形状の凹部２８を頂面２３に備えたピストン２を使用した場合には、遅角限界が約１２％高めることができた。つまり、本発明に係るピストン２を使用した場合には、従来のものよりも大幅に点火プラグ３の点火時期を遅角させてもエンジンストールに至ることはなく、特にエンジン１の冷間始動時における点火遅角量を大きくして触媒コンバータの早期活性化（早期加熱）を図ることが可能になることが確認できた。
【００８２】
また、図１０（ｂ）に示すように、従来形状の凹部を頂面に備えたピストンを使用した場合に対し、本発明に係る形状の凹部２８を頂面２３に備えたピストン２を使用した場合には、リーン限界Ａ／Ｆが約３０％高めることができた。つまり、本発明に係るピストン２を使用した場合には、従来のものよりも大幅に空燃比を希薄にしてもエンジンストールに至ることはなく、燃料消費率の大幅な改善を図れることが確認できた。
【００８３】
（変形例）
次に、上記タンブル流維持凹部２８の変形例について説明する。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）はタンブル流維持凹部２８の変形例を示すピストン頂面２３の平面図である（バルブリセスを省略している）。
【００８４】
これら変形例の特徴として、図１１（ａ）に示すものでは、センタタンブル流案内領域２８Ａにおける稜線Ｒを、上記Ｘ方向のピストン外縁に向かって曲率半径が徐々に大きくなるように変化させていると共に、サイドタンブル流案内領域２８Ｂ，２８ＢのＹ方向の幅寸法を上記実施形態のものよりも短く設定している。
【００８５】
また、図１１（ｂ）に示すものでは、上記タンブル径絞り部分Ａ１とタンブル径維持部分Ａ２，Ａ２との境界部分である上記変曲部Ｒ１において、タンブル流維持凹部２８の外縁を形成する稜線Ｒの延長方向が略９０°に変化する形状となっている。
【００８６】
（その他の実施形態）
以上説明した実施形態及び変形例は、自動車用の多気筒ガソリンエンジンに使用されたピストンとして本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、自動車用ディーゼルエンジンへの適用も可能である。また、自動車用に限らず、その他のエンジンにも適用可能である。また、気筒数、タンブルコントロールバルブ１５の有無など、その他エンジンの仕様は特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】実施形態に係るエンジンの燃焼室及びその周囲の構成を示す断面図であって、タンブルコントロールバルブ全閉状態を示す図である。
【図２】タンブルコントロールバルブ全開状態における吸気系の概略構成を示す図である。
【図３】ピストンの斜視図である。
【図４】ピストンの平面図である。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図４におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【図７】図４におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図８】図４におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図９】図５におけるＩＸ−ＩＸ線に対応した位置におけるピストンの断面図である。
【図１０】実施形態の効果を確認するために行った実験の結果を示し、図１０（ａ）は遅角限界の確認実験の結果を示す図であり、図１０（ｂ）はリーン限界Ａ／Ｆの確認実験の結果を示す図である。
【図１１】タンブル流維持凹部の変形例におけるピストン頂面の平面図である。
【図１２】従来の一般的な形状の凹部を有するピストン頂面の平面図である。
【図１３】小型の凹部を有するピストン頂面の平面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１        エンジン（内燃機関）
２        ピストン
２ｅ      ピストンピン孔
２３      頂面
２８      タンブル流維持凹部
２８Ａ    センタタンブル流案内領域
２８Ｂ    サイドタンブル流案内領域
Ｌ１      ピストンピン孔の軸線，タンブル流軸線
Ａ１      タンブル径絞り部分
Ａ２      タンブル径維持部分
Ｒ        稜線
Ｒ１      変曲部
【図１】
2008184930.tif 000003
【図２】
2008184930.tif 000004
【図３】
2008184930.tif 000005
【図４】
2008184930.tif 000006
【図５】
2008184930.tif 000007
【図６】
2008184930.tif 000008
【図７】
2008184930.tif 000009
【図８】
2008184930.tif 000010
【図９】
2008184930.tif 000011
【図１０】
2008184930.tif 000012
【図１１】
2008184930.tif 000013
【図１２】
2008184930.tif 000014
【図１３】
2008184930.tif 000015