(57)【要約】  【課題】  筒内ガスの流動性が悪化を防止する。  【解決手段】  燃焼室の一部をなす凹部５がピストンヘッド２に凹設されていると共に、この凹部５に対して重なり合うようバルブリセス４が凹設されている。バルブリセス４と凹部５とが重なり合う領域では、凹部５の底面９がバルブリセス４の深さに合わせて形成され、バルブリセス４と凹部５の底面９とが滑らかに連続するよう形成されている。これによって、バルブリセス４と凹部５の底面９との間に段差が生じることはない。つまり、バルブリセス４と凹部５の底面９とが滑らかに連続しているので、筒内ガスの流動性が円滑になり、筒内の燃焼改善を図ることができる。  【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の一部をなす凹部がピストンヘッドに凹設されていると共に、この凹部に対して重なり合うようバルブリセスが凹設された内燃機関のピストンにおいて、
バルブリセスと凹部とが重なり合う領域では、凹部の底面がバルブリセスの深さに合わせて形成され、バルブリセスと凹部の底面とが滑らかに連続するよう形成されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項２】
燃焼室の一部をなす凹部がピストンヘッドに凹設されていると共に、この凹部に対して重なり合うようバルブリセスが凹設された内燃機関のピストンにおいて、
バルブリセスと凹部とが重なり合う領域では、バルブの弁頭部と対向するバルブリセスの底面と凹部の底面とが、ピストン軸に対して直交する同一平面上に位置し、バルブリセスと凹部の底面とが滑らかに連続するよう形成されていることを特徴とする内燃機関のピストン。
【請求項３】
凹部外周側のピストンヘッド外周縁にスキッシュ部が形成され、このスキッシュ部とシリンダヘッドの内面とによってスキッシュエリアが形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関のピストン。
【請求項４】
上記スキッシュ部は、ピストン半径方向の外周側から内周側に向かって盛り上がるように傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の車両用エンジンのピストンは、いわゆる可変動弁機構の採用によりピストンヘッドに設けられるバルブリセスが大きくなっている。また、燃焼室のコンパクト化を図るために、リンダヘッド側の燃焼室容積の減少させ、ピストンヘッドに燃焼室の一部をなす凹部を凹設したピストンの採用が増加している。
【０００３】
特許文献１には、ピストンヘッドに燃焼室の一部をなす凹部と、バルブリセスとが凹設された内燃機関のピストンが開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１８０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されるような従来のピストンにおいては、ピストンヘッドに凹設された凹部とバルブリセスとの間の相関性を考慮していないため、バルブリセスと凹部の底面との間に段差が生じている。そのため、この段差によって、筒内ガスの流動性が悪化する虞があると共に、燃焼室の表面積が増大してしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明の内燃機関のピストンは、バルブリセスと凹部とが重なり合う領域では、凹部の底面がバルブリセスの深さに合わせて形成され、バルブリセスと凹部の底面とが滑らかに連続するよう形成されていることを特徴としている。これよって、バルブリセスと凹部の底面との間に段差が生じることはない。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、バルブリセスと凹部の底面とが略直線状に滑らかに連続しているので、筒内ガスの流動性が円滑になり、筒内の燃焼改善を図ることができる。
【０００７】
また、燃焼室の表面積を相対的に減少させることができるので、未燃焼ガスが減少し排気性能を向上させることができる共に、熱損失が減少し熱効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に係る内燃機関のピストンを図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図１〜図５は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関のピストンを示すものであって、図１は全体構成を示す斜視図、図２は平面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図、図４及び図５はピストンヘッドの斜視図である。
【００１０】
尚、本実施形態における内燃機関は、１気筒あたり２つの吸気弁（図示せず）を有するものである。
【００１１】
ピストン１は、シリンダブロック（図示せず）のシリンダ（図示せず）内に摺動可能に嵌合するものであって、ピストンヘッド２とシリンダの上面を覆うようにシリンダブロックに固定されたシリンダヘッドの内壁面との間に燃焼室（図示せず）を形成している。
【００１２】
ピストンヘッド２は、ピストン中心線Ｐと直交する平面（ピストンヘッド基準面３）からなっている。このピストンヘッド２には、吸気弁（図示せず）の弁頭部（図示せず）に対応してバルブリセス４が凹設されている。そして、このバルブリセス４と重なり合うように、燃焼室の一部をなす凹部５が、ピストンヘッド２に凹設されている。尚、図１中の６は、ピストンピンが挿入されるピストンピン穴である。
【００１３】
バルブリセス４は、隣接する一対の吸気弁（図示せず）の各弁頭部（図示せず）対応して凹設されたものであって、図４及び図５に示すように、弁頭部に対向する底面７と、バルブ傾斜角に略沿った案内面８と、から構成されている。
【００１４】
バルブリセス４の案内面８は、後述する吸気弁側スキッシュ部１５の内周壁１５ｂを含むもので、ピストン円周方向に略沿って延びた帯状の壁面であり、その長手方向の両端部８ａ，８ａは吸気バルブの弁頭部外形状、あるいはピストン外形状に対応して、ピストン平面上でみて湾曲している（図２を参照）。これら両端部８ａ，８ａに挟まれた中央部８ｂは、ピストン平面状でみて直線状に形成されており（図２を参照）、より詳しくは、ピストンピン軸を通りピストン中心線Ｐに対して傾いた面、に対して平行な平面に略沿った形状となっている。尚、バルブリセス４の底面７は、凹部５と重なりあっているために、両外側の一部のみが残存している。
【００１５】
凹部５は、ピストン１外径円と略同心で、かつピストン１外径円よりも小さく形成されていて、その一部がバルブリセス４に差しかかっている。そして、その底面９がバルブリセス４の深さと略等しく、かつピストン中心線Ｐに対して直交（図１に水平方向）する面に沿っていると共に、その内周壁１０が上方へ向かって立ち上がった皿形をなしている。ここで、「バルブリセス４の深さ」とは、バルブリセス４のピストンヘッド基準面３から最も離れた部分の深さであり、本実施形態においてはバルブリセス４の案内面８の中央部８ｂの最も深い位置からピストンヘッド基準面３までの距離を指すものである。
【００１６】
尚、バルブリセス４は、吸気弁とピストン１とが干渉しないように形成されるので、凹部５の底面の深さはあくまでバルブリセス４に応じて設定される。凹部５の深さの変化により凹部５内の容積が変化することになるが、これは凹部５の大きさを適宜設定することで凹部５内の容積を所望の大きさに設定可能である。
【００１７】
また、ピストンヘッド２には、バルブリセス４の外周側に、シリンダヘッド側の燃焼室を構成する傾斜壁（図示せず）に対向する吸気弁側スキッシュ部１５が凸設されている。さらに、ピストン中心線Ｐを挟んでバルブリセス４と対向する位置の凹部５外周側には、排気弁側スキッシュ部１６が凸設されている。この排気弁側スキッシュ部１６もシリンダヘッド側の燃焼室を構成する傾斜壁（図示せず）に対して対向するものである。
【００１８】
吸気弁側スキッシュ部１５及び排気弁側スキッシュ部１６の各外周壁１５ａ，１６ａは、ピストン１外径円と同心の円錐面と略一致する曲面となっている。換言すれば、吸気弁側スキッシュ部１５及び排気弁側スキッシュ部１６は、ピストン１半径方向の外周側から内周側に向かって盛り上がるように傾斜している。
【００１９】
また、吸気弁側スキッシュ部１５及び排気弁側スキッシュ部１６の各内周壁１５ｂ，１６ｂは、ピストンピン軸を通りピストン中心線Ｐに対して傾いた面、に対して平行な平面となっており、特に、吸気弁側スキッシュ部１５の内周壁１５ｂは、上述したバルブリセス４の案内面８となっている。
【００２０】
これら吸気弁側スキッシュ部１５及び排気弁側スキッシュ部１６は、シリンダヘッド側の傾斜壁との間にスキッシュの生成に寄与するスキッシュエリアを形成するものでる。第１実施形態におけるスキッシュエリアは、ピストン１外径円と同心の円錐面に略沿って、斜めに形成されている。
【００２１】
図６及び図７に示す比較例のピストン２８は、ピストンヘッド２９に、本実施形態のバルブリセス４及び凹部５に相当するリセス部３０及びボウル部３１を形成したものであるが、リセス部３０とボウル部３１とがそれぞれ別々に形成されている。つまり、リセス部３０とボウル部３１とは、それぞれ個々の機能を実現することだけを念頭において形成されているため、リセス部３０とボウル部３１との間に段差が形成されている。
【００２２】
このような比較例に対して、第１実施形態のピストン１は、ピストンヘッド２に凹設されるバルブリセス４と凹部５との相関性を考慮して、比較例に存在する段差が形成されないように構成されている。
【００２３】
すなわち、上述した第１実施形態においては、ピストン中心線Ｐを含む平面に沿った断面上で、バルブリセス４と凹部５とが段差を生じることなく滑らかに連続する。すなわち、バルブリセス４と凹部５とが重なり合う領域において、両者は段差を生じることなく滑らかに連続する。換言すれば、バルブリセス４と凹部５とが重なり合う領域では、吸気弁の弁頭部と対向するバルブリセス４の底面７と凹部５の底面９とが、ピストン軸に対して直交する同一平面上に位置し、バルブリセス４と凹部５の底面９とが滑らかに連続するよう形成されている。
【００２４】
そのため、筒内ガスの流動性が損なわれてしまうことを防止することができる。また、燃焼室の表面積を相対的に減少させることができ、未燃焼ガスが減少し排気性能を向上させることができる共に、熱損失が減少し熱効率を向上させることができる。そして、バルブリセス４と凹部５とが重なり合う領域に段差がないので、このような段差に作用する熱及び応力集中によって、ピストン１の耐久性が損なわれることを防止することができる。また、吸気バルブの弁頭部の裏側の隙間が増えるので、バルブリフト初期の通気抵抗を減少させることができる。
【００２５】
図８は、暖機時、２０００ｒｐｍ、全負荷状態時における第１実施形態のピストン１と上述した比較例のピストン２８での燃焼期間の違いを比較したものである。この図８に示すように、本実施形態のように、バルブリセス４と凹部５とを滑らかに連続するよう形成することにより、燃焼期間が短くなり、熱効率を向上させることができる。
【００２６】
次に本発明の第２実施形態について説明する。図９及び図１０に示す第２実施形態のピストン４０は、上述した第１実施形態における吸気側スキッシュ部１５及び排気側スキッシュ部１６に相当する構成を具備しないものであり、それ以外の構成は第１実施形態と同じである。このような第２実施形態においても、上述した第１実施形態と略同様の作用効果を得ることができる。
【００２７】
また、上述した各実施形態においては、吸気弁に対応するバルブリセスのみが形成されているが、排気弁に対応するバルブリセスをピストンヘッドに凹設することも可能である。
【００２８】
上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【００２９】
（１）  内燃機関のピストンは、燃焼室の一部をなす凹部がピストンヘッドに凹設されていると共に、この凹部に対して重なり合うようバルブリセスが凹設されたものであって、バルブリセスと凹部とが重なり合う領域では、凹部の底面がバルブリセスの深さに合わせて形成され、バルブリセスと凹部の底面とが滑らかに連続するよう形成されている。これによって、バルブリセスと凹部の底面との間に段差が生じることはない。つまり、バルブリセスと凹部の底面とが滑らかに連続しているので、筒内ガスの流動性が円滑になり、所期の燃焼改善を図ることができる。また、燃焼室の表面積を相対的に減少させることができるので、未燃焼ガスが減少し排気性能を向上させることができる共に、熱損失が減少し熱効率を向上させることができる。
【００３０】
（２）  内燃機関のピストンは、燃焼室の一部をなす凹部がピストンヘッドに凹設されていると共に、この凹部に対して重なり合うようバルブリセスが凹設されたものであって、バルブリセスと凹部とが重なり合う領域では、バルブの弁頭部と対向するバルブリセスの底面と凹部の底面とが、ピストン軸に対して直交する同一平面上に位置し、バルブリセスと凹部の底面とが滑らかに連続するよう形成されている。
【００３１】
（３）  上記（１）または（２）に記載の内燃機関のピストンにおいて、凹部外周側のピストンヘッド外周縁にスキッシュ部が形成され、このスキッシュ部とシリンダヘッドの内面とによってスキッシュエリアが形成されている。つまり、スキッシュ付きのピストンにも適用可能である。
【００３２】
（４）  上記（３）に記載の内燃機関のピストンは、より具体的には、上記スキッシュ部が、ピストン半径方向の外周側から内周側に向かって盛り上がるように傾斜している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る内燃機関のピストンの第１実施形態の全体構成を示す斜視図。
【図２】第１実施形態におけるピストンの平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】第１実施形態におけるピストンの斜視図。
【図５】第１実施形態におけるピストンの斜視図。
【図６】比較例のピストンを示す説明図。
【図７】比較例のピストンを示す説明図。
【図８】第１実施形態のピストン１と比較例のピストン２８での燃焼期間の違いを示す説明図。
【図９】第２実施形態におけるピストンの斜視図。
【図１０】第２実施形態におけるピストンの断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１…ピストン
２…ピストンヘッド
４…バルブリセス
５…凹部
【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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