(57)【要約】  【課題】タンブル流を利用するエンジンにおいて、頂面に凹部を有し、この凹部がクランク軸線とほぼ平行な中心線を持つ円筒内面と、円筒内面の幅方向の中央部分に位置する平坦部とからなるピストンでは、生成したタンブル流を崩壊させて得る混合気の乱れは、短時間のうちに乱れが減少するために燃焼性能に影響を及ぼす期間が短く、燃焼の促進には至らないことがある。  【解決手段】ピストンは、傾斜する内側面を備える凹部を頂面に備え、凹部のほぼ中央に長円形状の平坦面を設けてなるものである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾斜する内側面を備える凹部を頂面に設け、
凹部のほぼ中央に長円形状の平坦面を設けてなる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、気筒内にタンブル流を起こさせる内燃機関のピストンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関において、吸入空気と燃料との混合や混合気の燃焼時に生じる火炎の伝播を促進するために、気筒内においてピストンの往復動方向に渦巻く気流であるタンブル流を発生させている。特には、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式の内燃機関において、均質燃焼を行う際に、タンブル流が発生するようにしている。
【０００３】
このようなタンブル流を発生させるために、ピストンの頂面に凹部を形成したものが知られている。例えば特許文献１では、頂面に凹部を有し、この凹部がクランク軸線とほぼ平行な中心線を持つ円筒内面と、円筒内面の幅方向の中央部分に位置する平坦部とを含むピストンを開示している。この特許文献１では、吸気行程及び圧縮行程前半において、円筒内面によりタンブル流を形成し、圧縮行程後期の上死点手前において、一旦形成したタンブル流を平坦部により崩壊させる。これによって、小規模のタンブル流の集合である混合気の乱れがその強さを増し、燃焼の伝播を促進させるものである。
【０００４】
しかしながら、この特許文献１のものにあっては、混合気の乱れは、ピストンの上昇と共に減少する。つまり、平坦部により混合気の乱れは生じるものの、その生じた際の乱れの状態を維持して点火しても、短時間のうちに乱れが減少するために燃焼性能に影響を及ぼす期間が短く、燃焼の促進には至らないものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７‐３２５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は以上の点に着目し、タンブル流の崩壊と維持とを均衡させることで、燃焼状態の質の向上を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明の内燃機関のピストンは、傾斜する内側面を備える凹部を頂面に設け、凹部のほぼ中央に長円形状の平坦面を設けてなることを特徴とする。
【０００８】
傾斜する内側面とは、平面及び凹部の外側に向かって凹んだ凹曲面を含む概念である。具体的には例えば、逆円錐や逆楕円錐の内面、放物面などの形状である面を含む概念である。
【０００９】
長円形状とは、楕円及び離れて位置する二個の半円あるいは半楕円の相対する端部を直線又は二次曲線で結んで得られる形状を含む概念である。
【００１０】
このような構成によれば、吸入された混合気は凹部によりタンブル流を生成し、その後、凹部のほぼ中央に位置する平坦面によりタンブル流が崩壊されることで混合気の乱れを生成するが、平坦面が凹部のほぼ中央のみであるので、混合気の乱れの生成後も維持されるタンブル流により、混合気の乱れを持続させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以上説明したような構成であり、混合気の乱れの生成後も維持されるタンブル流により、混合気の乱れを持続させることができるので、高効率な燃焼状態を長期間維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態のエンジンの要部の概略構成を示す断面図。
【図２】同実施形態のピストンの正面図。
【図３】同実施形態のピストンの平面図。
【図４】図３のＩ‐Ｉ線に沿った断面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
この実施形態のエンジン１００は、図１に示すように、燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内噴射式のものである。エンジン１００は、シリンダボア１内、特には燃焼室２に向かって燃料を噴射する燃料噴射弁３、二本の吸気弁４、二本の排気弁５及び点火プラグ６をシリンダヘッド７に備え、シリンダヘッド７にガスケット８を介して固定されるシリンダブロックのシリンダボア１内に、往復作動可能に配置されるピストン９を備えている。ピストン９を除く、エンジン１００のこれらの構成自体は、この分野でよく知られているものを広く適用することができる。
【００１５】
ピストン９は、その頂面の形状に特徴を有するものである。ピストン９は、図２に示すように、ピストンピンが挿入される貫通孔１０が向く方向を正面とすると、頂面のほぼ中央のほぼ全面にわたって凹部１１が形成してあるとともに、頂面の正面左手には、吸気弁４が開いている場合にピストン９との接触を回避するための吸気バルブリセス１２が、また同じく正面右手には、排気バルブリセス１３が設けてある。吸気バルブリセス１２及び排気バルブリセス１３の間にはそれぞれ、平面部１４、１５が形成してある。
【００１６】
凹部１１は、図３に示すように、ピストン９の頂面を上側から見た場合に、吸気バルブリセス１２と排気バルブリセス１３との間に形成されて、ほぼ楕円形をしている。したがって、凹部１１は、その長径の方向をピストンピンの貫通孔１０と同方向にするとともに、短径の方向を吸気弁４と排気弁５とを結ぶ線分の方向に一致させるものである。凹部１１の周辺には、ピストン９がほぼ上死点にある場合に燃焼室２の周囲との間に形成されるスキッシュエリアのための斜めスキッシュ形成面１６が設けてある。
【００１７】
凹部１１は、傾斜する内側面１７と、長円形状の平坦面１８とを備えている。内側面１７は、図４に示すように、例えば放物面の一部からなる凹曲面で、凹部１１の中央側つまり凹部１１の内側から外側に向かって傾斜しながら凹んでいる。この内側面１７は凹部１１の全周にわたって形成される。そしてこのような内側面１７に連続して平坦部１８が形成してある。内側面１７と平坦部１８との境界部分は、角などが形成されないように、滑らかに連続させる。
【００１８】
平坦部１８は、内側面１７により包囲されるように、環状に形成された内側面１７の内側に形成してある。この実施形態では、平坦部１８は楕円形状をしており、その楕円の長径の方向は凹部１１の長径の方向に一致させてある。平坦部１８の大きさを概略的に示すと、長径は例えばシリンダボア径の４０％〜６０％であり、短径は例えば点火プラグ径の１．２倍〜１．５倍である。この実施形態のように、吸気弁４を二本備えるエンジン１００にあっては、吸気ポート１９の中心を通る線分の延長線間の距離にほぼ等しい寸法で、平坦部１８の長径を設定すればよい。平坦部１８は、ピストン９の往復動方向に対して垂直な平面で構成される。
【００１９】
このようなピストン９において、エンジン１００を運転すると、吸気ポート１９を介して、シリンダボア１内に空気が吸気される。吸入された空気は燃料と混合されながらタンブル流に生成される。すなわち、シリンダボア１に吸入された空気はピストン９の凹部１１に向かって流れ、その間に燃料と混合され、吸入空気と燃料との混合気は、ピストン９の凹部１１に案内されてシリンダボア１内においてタンブル流になる。
【００２０】
生成されたタンブル流は、圧縮行程において、ピストン９が圧縮上死点に向かって上昇する際にその強さを増し、圧縮上死点前８０°クランク角度（以下、ＣＡと記す）の近傍に至るまで維持される。この時のタンブル流は、シリンダボア径とほぼ同等の径のものである。
【００２１】
そして、ピストン９が圧縮上死点の手前、３０°ＣＡあたりに達した時点より、生成されたタンブル流は徐々に凹部１１の平坦部１８により崩壊する。これによって、混合気の乱れが、ピストン９と燃焼室２の天井との間の空間に多数生成される。
【００２２】
この時、この実施形態のピストン９にあっては、凹部１１の長径方向の両端部には、図４に示すように傾斜する内側面１７が存在するため、凹部１１の長径方向の両端部の内側面１７によりタンブル流の生成が維持される。つまり、凹部１１の平坦部１８によりタンブル流が混合気の乱れに変換されるものの、平坦部１８の長径方向の両端部側の空間部分ではタンブル流の生成が維持されるために、混合気の乱れがそのタンブル流により攪拌され、混合気が減衰することを抑制することができる。
【００２３】
したがって、ピストン９がほぼ圧縮上死点の位置に到達した時点にあっても、燃焼室２内、特には、点火プラグ６を取り囲む空間には混合気の乱れが存在するので、着火が促進されるとともに、燃焼が効率よく伝播される。その結果、混合気が無駄なく燃焼する良好な燃焼状態を長期間維持することができる。
【００２４】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
例えば、凹部１１を構成する平坦部１８の形状は、長円であってもよい。このような長円としては、長径方向の両端が半円あるいは半楕円で、その向かい合った半円あるいは半楕円の対応する端部を直線で結んで得られる形状のものであってよい。また、この場合、直線の代わりに、外側に膨らむ二次曲線の弧等の弧を用いるものであってもよい。このような形状の長円で平坦部を形成する場合にあっても、内側面との境界部分は滑らかに連続するものとする。
【００２６】
また、平坦部１８の外縁に沿って設ける内側壁１７は、上述の実施形態のように、放物面の一部からなる凹曲面以外に、逆円錐内面や逆楕円錐内面の形状のものであってもよい。この場合にあっても、内側壁と平坦部との境界部分にあっては、上述の実施形態同様に、滑らかに連続させるものである。
【００２７】
上記実施形態にあっては、筒内噴射式の火花点火式のエンジンを説明したが、他の実施形態として、吸気ポートに向かって燃料を噴射するポート噴射式の火花点火式のエンジン（ガソリンエンジン）に適用するものであってよい。
【００２８】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の活用例として、燃料を筒内に直接噴射する筒内噴射式のエンジンを挙げることができる。
【符号の説明】
【００３０】
９…ピストン
１１…凹部
１７…内側面
１８…平坦部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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