(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドに凹設された燃焼室に吸気弁および排気弁を有するとともに、シリンダ内にスワール成分を付与する手段を有し、該スワール成分を利用して、圧縮行程付近で燃料噴射を行うことにより成層燃焼を実現するとともに、吸気行程付近で燃料噴射を行うことにより均質燃焼を実現する筒内噴射式内燃機関のピストンにおいて、
ピストン頂部には、上記燃焼室に対応する凸部が形成されるとともに、この凸部の外側にスキッシュエリアに対応した吸気側水平面及び排気側水平面が形成され、
かつ、上記ピストン頂部に円形のボウルが凹設され、このボウルは、その一部が上記吸気側水平面及び排気側水平面の一方に差し掛かるようにピストン中心に対して偏心しており、
このボウルの周壁部は、上記シリンダ内を旋回する筒内スワールの上記ボウル近傍の流れ方向に対し、ピストン平面上で上記ピストン中心とボウル中心とを結ぶ基準線よりもスワール上流側の部分が、スワール下流側の部分よりも相対的に低く形成されていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関のピストン。
【請求項２】
上記ピストン頂部に、上記シリンダヘッドに凹設された燃焼室に対応する凸部が形成されるとともに、該凸部の中で、上記ボウル周壁部のスワール上流側の部分に対応する位置に、切欠部が凹設されていることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。
【請求項３】
上記凸部に、上記シリンダヘッドに凹設されたペントルーフ型燃焼室を構成する２つの傾斜面にそれぞれ略平行となるように傾斜した吸気弁側傾斜面および排気弁側傾斜面が形成されるとともに、上記両傾斜面によって形成される凸部の側部に、ピストン外形円と同心の円錐面からなる一対の円錐形側面が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。
【請求項４】
上記切欠部の底面が、上記ボウルに向かって低くなる傾斜面となっていることを特徴とする請求項２又は３に記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。
【請求項５】
上記切欠部の底面が、ピストン中心線と直交する平坦面となっていることを特徴とする請求項２又は３に記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。
【請求項６】
上記凸部にピストン外形円と同心の円錐形側面が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。
【請求項７】
シリンダヘッドに凹設された燃焼室に吸気弁および排気弁を有するとともに、シリンダ内にスワール成分を付与する手段を有し、該スワール成分を利用して、圧縮行程付近で燃料噴射を行うことにより成層燃焼を実現するとともに、吸気行程付近で燃料噴射を行うことにより均質燃焼を実現する筒内噴射式内燃機関のピストンにおいて、
ピストン頂部のピストン中心に対して偏心した位置に円形のボウルが凹設され、
このボウルの周壁部は、上記シリンダ内を旋回する筒内スワールの上記ボウル近傍の流れ方向に対し、ピストン平面上で上記ピストン中心とボウル中心とを結ぶ基準線よりもスワール上流側の部分が、スワール下流側の部分よりも相対的に低く形成され、
上記ピストン頂部に、上記燃焼室に対応する凸部が形成されるとともに、該凸部の中で、上記ボウル周壁部のスワール上流側の部分に対応する位置に、切欠部が凹設され、
かつ、上記凸部は、ピストン平面上で上記ボウルの外周に沿う略Ｃ字状に形成され、この凸部及び上記ボウルの外周部に、ピストン中心線と直交する平面からなる基準水平面が形成されていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関のピストン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガソリン機関に代表される筒内噴射式内燃機関のピストン、特に、シリンダ内に生成されるスワール成分を利用して成層燃焼並びに均質燃焼を実現する筒内噴射式内燃機関のピストンの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
全開出力時等にシリンダ内に略均質な空燃比の混合気を形成していわゆる均質燃焼を行うとともに、低負荷域では、シリンダ内の一部つまり点火プラグ近傍のみに比較的濃い混合気を形成して平均的な空燃比を非常に大きく得るようした成層燃焼を行う筒内噴射式内燃機関が従来から種々提案されている。
【０００３】
成層希薄燃焼を可能とした筒内噴射式内燃機関のピストンとしては、例えば、特公平８−３５４２９号公報や特開平７−８３０５８号公報に記載のものが知られている。例えば特公平８−３５４２９号公報に記載の内燃機関は、ピストンの頂部に、ピストン外形円に対し偏心した非円形のボウルが形成されているとともに、ピストン上死点付近において該ボウルへ向けて燃料を噴射供給できるように燃料噴射弁が配置されている。また、上記ボウルに強いスワールを生成するために、一対の吸気ポートの一方をヘリカルポートとして構成するとともに、他方の吸気ポートを開閉する空気制御弁を備えている。
【０００４】
つまり、この公報の内燃機関では、希薄燃焼時には、上記空気制御弁を閉じて一方のヘリカルポートのみから新気を導入し、シリンダ内に強いスワールを生成する。この筒内スワールは、ピストンの上昇に伴ってボウル内に導入されるので、圧縮上死点付近でボウル内に燃料を噴射することにより、ボウル内で可燃混合気が形成され、かつ点火プラグ近傍に運ばれる。従って、適宜な時期に点火を行うことにより、着火燃焼に至ることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のような筒内噴射式内燃機関のピストンは、もともとボウル内に生じるスワールによってボウル内に噴射された燃料を閉じ込める形状であるため、例えば吸気行程に燃料を噴射してシリンダ内に均質な混合気を形成する均質燃焼時にも、燃料がボウル内に偏在，滞留し易く、つまり燃料がシリンダ内全体に均一に拡散されず、燃費の悪化やＮＯｘ排出量の増加等を生じることがある。特に、均質燃焼の中でも比較的空燃比の大きい均質リーン燃焼を行う場合に、燃焼の安定を確保するための吸気流動としてシリンダ内を旋回するスワール成分を利用する機関では、一旦ボウル内に入り込んだ燃料がシリンダ内全体に拡散され難い。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１の発明は、シリンダヘッドに凹設された燃焼室に吸気弁および排気弁を有するとともに、シリンダ内にスワール成分を付与する手段を有し、該スワール成分を利用して、圧縮行程付近で燃料噴射を行うことにより成層燃焼を実現するとともに、吸気行程付近で燃料噴射を行うことにより均質燃焼を実現する筒内噴射式内燃機関のピストンにおいて、ピストン頂部には、上記燃焼室に対応する凸部が形成されるとともに、この凸部の外側にスキッシュエリアに対応した吸気側水平面及び排気側水平面が形成され、かつ、上記ピストン頂部に円形のボウルが凹設され、このボウルは、その一部が上記吸気側水平面及び排気側水平面の一方に差し掛かるようにピストン中心に対して偏心しており、このボウルの周壁部は、上記シリンダ内を旋回する筒内スワールの上記ボウル近傍の流れ方向に対し、ピストン平面上で上記ピストン中心とボウル中心とを結ぶ基準線よりもスワール上流側の部分が、スワール下流側の部分よりも相対的に低く形成されていることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項１の発明をより具体化した請求項２の発明では、上記ピストン頂部に、上記シリンダヘッドに凹設された燃焼室に対応する凸部が形成されるとともに、該凸部の中で、上記ボウル周壁部のスワール上流側の部分に対応する位置に、切欠部が凹設されている。
【０００８】
更に、上記発明をより具体的した請求項３の発明では、上記凸部に、上記シリンダヘッドに凹設されたペントルーフ型燃焼室を構成する２つの傾斜面にそれぞれ略平行となるように傾斜した吸気弁側傾斜面および排気弁側傾斜面が形成されるとともに、上記両傾斜面によって形成される凸部の側部に、ピストン外形円と同心の円錐面からなる一対の円錐形側面が形成されている。
【０００９】
上記の構成では、シリンダ内を旋回する筒内スワールが、ボウル周壁部の中で相対的に低く設定されたスワール上流側の部分の上方を通過して円滑にボウル内へ流入されるようになる。この結果、吸気行程付近で噴射供給された燃料の一部がボウル内に入り込んだとしても、ボウル内の燃料は容易にボウル外へ掃き出され、混合気の均質化が促進される。
【００１０】
また、成層燃焼時においては、燃焼が噴射される圧縮上死点付近で、ピストン頂面とシリンダヘッド側の燃焼室壁面との間が小さくなるから、筒内スワールがボウル内に流入しても、ボウル内で成層化した燃料が過度にボウル外へ流出することはなく、成層燃焼時における性能悪化を招くことはない。
【００１１】
請求項４の発明では、上記切欠部の底面が、上記ボウルに向かって低くなる傾斜面となっている。
【００１２】
これにより、切欠部の底面の上方を通過するスワール流がより効果的にボウル内へ案内される。
【００１３】
請求項５の発明では、上記切欠部の底面が、ピストン中心線と直交する平坦面となっている。
【００１４】
これにより、切欠部の底面の上方を通過するスワール流がより効果的にボウル内へ案内される。
【００１５】
請求項６の発明では、上記凸部の大部分がピストン外形円と同心の円錐形状に形成されている。
【００１６】
これにより、円錐形状の凸部の上方をスワール成分が円滑に旋回するようになり、筒内スワール成分が強化されるから、ボウル内へ流入するスワール成分も強化され、より確実にボウル内に滞留する燃料を洗い流すことができる。
【００１７】
また、凸部が全体的に円錐形状となっているから、シリンダ内に隔成される燃焼室のＳ／Ｖ比が全体的に小さくなる。このため、冷却損失が低減し、特に低負荷時の燃料消費を効果的に抑制することができる。
【００１８】
請求項７の発明では、上記凸部は、ピストン平面上で上記ボウルの外周に沿う略Ｃ字状に形成され、この凸部及び上記ボウルの外周部に、ピストン中心線と直交する平面からなる基準水平面が形成されている。
【００１９】
これにより、シリンダ外周部を旋回するスワール成分が強化され、ボウル内に流入するスワール成分も強化されるので、ボウル内に滞留する燃料の拡散，混合効果が更に向上する。
【００２０】
【発明の効果】
この発明に係る筒内噴射式内燃機関のピストンによれば、シリンダ内を旋回する筒内スワール流をボウル内に円滑に案内することができるため、均質燃焼時に、ボウル内に入り込んだ燃料が効果的にボウル外へ拡散され、シリンダ内に均質な混合気を形成して良好な均質燃焼を行うことができる。また、成層燃焼時では、燃焼が噴射される圧縮上死点付近で、ピストン頂面とシリンダヘッド側の燃焼室壁面との間が可及的に小さくなるため、筒内スワールがボウル内に流入しても、ボウル内で成層化した燃料が過度にボウル外へ流出することはない。つまり、成層燃焼と均質燃焼とを高いレベルで両立させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
始めに、この発明のピストン４が用いられる筒内噴射式内燃機関の構成を図１および図２に基づいて説明する。図示するように、シリンダブロック１には、複数のシリンダ３が直列に配置されており、その上面を覆うように、シリンダヘッド２が固定されている。上記シリンダ３内には、ピストン４が摺動可能に嵌合している。また、上記シリンダヘッド２に凹設された燃焼室１１は、いわゆるペントルーフ型に構成されており、その一方の傾斜面１１ａに一対の吸気弁５が、他方の傾斜面１１ｂに一対の排気弁６がそれぞれ配置されている。そして、これらの一対の吸気弁５および一対の排気弁６によって囲まれたシリンダ３の略中心位置に、点火プラグ７が配置されている。
【００２３】
上記シリンダヘッド２には、一対の吸気弁５にそれぞれ対応する一対の吸気ポート８が、互いに独立して形成されている。つまり、この一対の吸気ポート８は、シリンダヘッド２内で合流せず、それぞれシリンダヘッド２側面において独立して開口している。また上記排気弁６に対応して排気ポート９が形成されている。
【００２４】
略円筒状をなす電磁式燃料噴射弁１０は、吸気弁５側のシリンダ３側壁寄りのシリンダヘッド２下面部に配置されており、その中心軸が斜め下方へ向かった姿勢で取り付けられている。特に、図２に示すように、上記燃料噴射弁１０は、２つの吸気弁５の間に配置されている。
【００２５】
上記シリンダ３内に配置されたピストン４の頂部には、後述するように、吸気弁５側に偏心した位置に、円形のボウル１２が形成されており、ピストン４が上死点近傍にあるときに、上記燃料噴射弁１０の噴霧軸線がこのボウル１２を指向するようになっている。
【００２６】
上記の一対の吸気ポート８は、それぞれ吸気マニホルド１３側に独立して形成された一対の吸気通路１４ａ，１４ｂに接続されている。そして、一方の吸気通路１４ｂ内には、該吸気通路１４ｂを開閉するバタフライバルブ型の空気制御弁１５が介装されている。この空気制御弁１５は、シャフト１６を介して図示せぬ駆動機構により機関運転条件に応じて開閉制御される。なお、上記空気制御弁１５が閉じた状態では、他方の吸気通路１４ａに連なる吸気ポート８のみを通して新気が流入するのであるが、この吸気ポート８は、ヘリカルポートではなく、緩く湾曲した略直線状のポート形状をなしている。
【００２７】
上記の内燃機関の基本的な作用について簡単に説明すると、先ず、機関の全負荷時のように空燃比が小さな領域では、シリンダ３内に均質な混合気を形成して点火する均質燃焼が行われる。この均質燃焼時には、上記空気制御弁１５は、開状態に制御され、一対の吸気ポート８の双方からシリンダ３内へ新気が導入される。これにより、シリンダ３内には、強いタンブル流（縦渦）が生成される。また、燃料は、吸気行程中にシリンダ３内に噴射供給される。この燃料は、タンブル流によってシリンダ３内で積極的に拡散され、ボウル１２内に滞留することなく均質化が促進される。
【００２８】
一方、低負荷域で、かつ空燃比を非常に大きくする希薄燃焼域では、混合気の成層化により確実な着火を可能とする成層希薄燃焼を行う。この成層希薄燃焼時には、上記空気制御弁１５が閉じられ、一方の吸気ポート８のみからシリンダ３内に新気が流入する。これにより、シリンダ３内では、タンブル成分が相対的に弱められ、かつ水平方向に沿ったスワール流が強く生成される。そして、この成層希薄燃焼の際には、燃料は、圧縮行程の後半において燃料噴射弁１０からボウル１２へ向けて噴射される。この噴射された燃料は、ピストン４頂部のボウル１２内に封じ込められたスワール流に乗って点火プラグ７側へ移動し、点火プラグ７周辺に着火可能な混合気を形成するので、適宜なタイミングで点火することにより、着火燃焼が可能となる。
【００２９】
また、機関の中負荷域で、均質燃焼の中でも比較的空燃比が大きな領域では、均質リーン燃焼が行われる。この均質リーン燃焼時には、上記空気制御弁１５が閉じられてスワール流が強く生成されており、吸気行程中にシリンダ３内に噴射供給された燃料は、上記スワール流によって積極的に拡散，均質化されることとなる。
【００３０】
次に、図３〜図５に基づいて、本発明の第１実施例に係わるピストン４の構成、特にその頂部の構成を詳細に説明する。
【００３１】
このピストン４においては、上述したように、上死点において、ボウル１２がシリンダ３内の空間の大部分を占めるように、頂面に凸部２１が設けられている。この凸部２１は、基本的に４つの面から構成されている。すなわち、凸部２１は、シリンダヘッド２側のペントルーフ型燃焼室１１を構成する２つの傾斜面１１ａ，１１ｂ（図１，２）に対し略平行な平面からなる吸気弁側傾斜面２２および排気弁側傾斜面２３と、ピストン４の外形円と同心の急峻な円錐面からなる一対の円錐形側面２４，２５とによって構成されている。
【００３２】
そして、凸部２１及びボウル１２の外周部は、ピストン４の中心線と直交する一つの平面から構成されている。具体的には、上記吸気弁側傾斜面２２および排気弁側傾斜面２３の外側に、それぞれ略三日月形をなす吸気弁側水平面２６および排気弁側水平面２７を有しており、さらに、円錐形側面２４，２５の円弧形をなす下縁２４ａ，２５ａとピストン４外周縁との間に、一定の幅で円弧形をなす円弧形水平面２８，２９を有している。これらの水平面２６，２７，２８，２９は、一つの平面として連続している。
【００３３】
上記の吸気弁側水平面２６および排気弁側水平面２７は、シリンダヘッド２側の燃焼室１１の両側に平坦面として残されたスキッシュエリア２ａ，２ｂ（図１）に対応している。また、上記円弧形水平面２８，２９の幅は、ピストンリング装着部のランド部の幅程度のものであり、圧縮比確保のために可及的に小さくなっている。
【００３４】
また、上記のボウル１２は、ピストン４の平面上で見て真円形をなし、吸気弁側傾斜面２２から排気弁側傾斜面２３にわたって凹設されている。このボウル１２は、その底部（底面）３０がピストン４中心線と直交する面に沿っているとともに、周壁部（周壁面）３１が上方へ向かって緩くテーパ状に拡がった薄い皿形をなしている。また、このボウル１２の外周縁（上縁）は、円錐形側面２４，２５と上記吸気弁側傾斜面２２との間に生じる一対の側部稜線３２，３３の内側に位置している。つまり、ピストンピン軸方向においては、吸気弁側傾斜面２２の方がボウル１２よりも大きなものとなっている。これに対し、ボウル１２の外周縁の排気弁寄りの部分は、吸気弁側傾斜面２２と排気弁側傾斜面２３との間のペントルーフ稜線３４よりも僅かに排気弁寄りにはみ出ている。なお、これは、本実施例が比較的小径のピストン４であるためであり、ピストン４が大径である場合には、上記ペントルーフ稜線３４からはみ出さないように構成することが望ましい。また図１，２に示すように、ピストン４が上死点にあるときに、点火プラグ７がボウル１２内に入り、かつ、その外周部に位置するように配置されている。
【００３５】
このようなボウル１２の形成により、凸部２１の吸気弁側傾斜面２２には、円弧形の堰状をなす一対の凸部外縁部３５が残存し、各凸部外縁部３５の内面がボウル周壁部３１の一部を形成している。
【００３６】
そして、本実施例においては、図３に示すようにシリンダ３の外周部を旋回する筒内スワールＳのボウル１２近傍（図３の左側，つまり吸気弁側）を通過するスワール流れ方向に対し、ピストン４の中心Ｘ１とボウル１２の中心Ｘ２とを結ぶ基準線Ｌ（つまりピストンピンの方向）よりもスワール上流側、つまり図３で上側に位置する一方の凸部外縁部３５に、適宜な切欠部３６が凹設されている。つまり、ピストン４頂部の構造は、図３のＡ−Ａ線に沿う基準線Ｌを中心として非対称に構成されている。
【００３７】
詳述すると、上記切欠部３６は、円錐形側面２４とボウル１２の上縁とを接続する底面３６ａと、この底面３６ａと吸気弁側傾斜面２２とを接続する側壁面３６ｂと、の２つの面から構成されている。底面３６ａは、その外周縁が吸気弁側傾斜面２２と円錐形側面２４との側部稜線３２と同一位置に設定されているのに対し、その内周縁が上記水平面２６，２７，２８，２９と同一高さに設定されている。従って、この底面３６ａは、図５にも示すようにボウル１２側へ向かって低くなる傾斜面となっており、かつ吸気弁側へ向かって低くなるように緩やかに傾斜している。また、切欠部３６の側壁面３６ｂは、吸気弁側傾斜面２２よりも急峻な略三角形状の傾斜面となっている。
【００３８】
この結果、ボウル１２の周壁部３１は、スワール流Ｓに対して基準線Ｌよりもスワール上流側の部分３１ａがスワール下流側（図４で下側）の部分３１ｂよりも低く設定されている。例えば、図３のＢ−Ｂ線に沿う図５の断面位置では、スワール上流側部分３１ａがスワール下流側部分３１ｂよりもＤ１だけ低くなっている。
【００３９】
このような構造により、一方の吸気ポート８のみから流入した新気によってシリンダ３内に形成された筒内スワールＳは、シリンダ３の外周部を旋回し、相対的に低くなった切欠部３６の上方を通過してボウル１２内へ円滑に流入し、かつ、相対的に高くなったボウル周壁部３１のスワール下流側部分３１ｂへ衝突し、ボウル１２の内部へと案内される。このため、特に均質燃焼の中でも比較的空燃比を大きくする均質リーン燃焼を行う場合に、吸気行程付近で噴射供給された燃料の一部がボウル１２内へ入り込んだとしても、ボウル１２内の燃料がスワール流によって容易にボウル１２外へ掃き出され、シリンダ３内に均質な混合気を形成して良好な均質燃焼を行うことができる。
【００４０】
特に、この実施例では、切欠部３６の底面３６ａがボウル１２へ向かって低くなるように傾斜しているため、上記筒内スワールＳを一層効果的にボウル１２へ案内することができる。
【００４１】
また、成層燃焼時においては、ボウル１２が単純な真円形であるため、シリンダ３内に生成されたスワールＳが、ボウル１２内にスムースに案内されるとともに、十分な強さを保ったまま保存される。ここで、一方の凸部外縁部３５に切欠部３６が凹設されているが、この実施例では、切欠部３６の底面３６ａの外周縁が吸気弁側傾斜面２２よりも窪んでいないので、ピストン４が上死点近傍にあるときに、ボウル１２が全周にわたってシリンダヘッド２側の対応する面によって良好にシールされた状態となり、ボウル１２内のスワールや混合気が外部へ漏出せずに該ボウル１２内で燃焼が進行する。つまり、切欠部３６の形成による悪影響が非常に少なくなって、十分に良好な成層燃焼を確保できる。
【００４２】
一方、全開出力時等の均質燃焼時には、一対の吸気ポート８から流入した新気によってシリンダ３内にタンブル流が形成され、かつ吸気行程中に燃料噴射が行われるが、上記ボウル１２は、上方が緩いテーパ状に拡がった皿形をなしており、かつ、タンブル流が集中する一対の吸気ポート８の中心線（図３のＡ−Ａ線）の上に真円形のボウル１２が位置しているので、該ボウル１２内に入った燃料がタンブル流によって更に容易に洗い流され、滞留してしまうことがない。従って、高負荷時にも均質な混合気を形成でき、良好な均質燃焼が可能である。
【００４３】
次に、図６〜図８は、この発明に係わるピストン４の第２実施例を示している。なお、後述する実施例において、前記した実施例と同一構成部分には同じ参照符号を付し、重複する構成及び作用効果の説明を適宜省略する。
【００４４】
この第２実施例においては、第１実施例の切欠部３６に対応する切欠部４０が、更に筒内スワールＳの上流側へ大きく後退しており、かつ、水平面２６，２７，２８，２９と同じ高さまで更に深く凹設されている。言い換えると、この実施例では切欠部４０の凹設によりスワール上流側に現存する凸部外縁部３５が僅かなものとなっている。
【００４５】
詳述すると、この切欠部４０は、水平面２６，２７，２８，２９と連続する平坦面となった底面４０ａと、この底面４０ａと排気弁側傾斜面２３とを接続する外周側壁面４０ｂと、底面４０ａ及び外周側壁面４０ｂと吸，排気弁側傾斜面２２，２３とを接続する内周側壁面４０ｃと、の３つの面により構成されている。
【００４６】
底面４０ａは、スワール流Ｓに沿うようにボウル１２のスワール上流側に延在しており、そのスワール上流側がピストン平面上で見てペントルーフ稜線３４よりも排気弁側へはみ出しており、かつ、そのスワール下流側がボウル１２の上縁へ接続している。外周側壁面４０ｂは、筒内スワール流Ｓが底面４０ａひいてはボウル１２側へ良好に流れ込むように、スワール流Ｓに沿って周方向に低くなる傾斜面となっている。内周側壁面４０ｃは、筒内スワール流Ｓがボウル１２側へ良好に流れ込むように、スワール流Ｓに沿って湾曲する急峻な円錐形状となっている。
【００４７】
このような第２実施例においては、特に、ボウル１２のスワール上流側に位置する切欠部４０の底面４０ａが平坦面となっているため、シリンダ３内に生成される筒内スワールＳを、より良好にボウル１２内へ導入することができ、ボウル１２内に滞留する燃料をより効果的に拡散させることができる。
【００４８】
また、この実施例では、前述した第１実施例に比べて切欠部４０が比較的大きく与えられることから、ピストン上死点付近に切欠部４０を介してボウル１２内にスワールが流入し易くなるが、上死点時におけるピストン４頂面とシリンダヘッド２側の各面との距離は可及的に小さくなるから、ボウル１２内に成層化した燃料が過度に外部へ流出するようなことはなく、成層燃焼時における性能悪化を伴うことはない。
【００４９】
次に、図９〜図１３は、この発明の第３実施例を示している。この実施例においては、第２実施例のピストン４構造に対し、凸部４１の大部分をピストン外形円と同心の円錐形状に形成している。具体的には、第２実施例よりも円錐形側面２４，２５の傾斜を緩く形成している。また、切欠部４２は、基本的には第２実施例の切欠部４０と同様の構造となっているが、その底面４２ａが更にボウル１２のスワール下流側まで延在しており、かつ、外周側壁面４２ｂ及び内周側壁面４２ｃの傾斜も緩くなっている。この切欠部４２の拡大形成により、基準線Ｌよりスワール上流側（図９の上側）では、円錐形側面２４及び吸気弁側傾斜面２２が実質的に消失した構造となっている。また、基準線Ｌよりスワール下流側（図９の下側）では、円錐形側面２５の拡大形成により吸気弁側傾斜面２２は吸気弁側に僅かに残存するのみとなっている。
【００５０】
このよう第３実施例の構成によれば、凸部４１が全体として円錐形状となり、シリンダ３外周部を旋回する筒内スワールＳの障害となる尾根状のペントルーフ稜線３４（図３，図６）が実質的に消失するから、十分な強さの筒内スワールＳを保存することができる。この結果、ボウル１２内に流入するスワール成分も強化され、ボウル１２内に滞留する燃料の攪拌効果が更に強化される。
【００５１】
加えて、凸部４１が全体として円錐形状であることから、シリンダ３内に隔成される燃焼室のＳ／Ｖ比が全体として小さくなる。この結果、冷却損失が低減し、特に低負荷時の燃料消費が効果的に抑制される。
【００５２】
次に、図１４〜１６は本発明の第４実施例に係わるピストン４を示している。この実施例では、上記実施例の凸部２１，４１に対応する凸部４４が、図１４に示すように平面上で見て略Ｃ字状に形成され、この凸部４４及びボウル１２の外周部に、ピストン４中心線と直交する平坦面となった基準水平面４６がピストン４の外周縁まで延在している。
【００５３】
詳述すると、凸部４４の吸気弁側傾斜面２２及び排気弁側傾斜面２３は、ボウル１２の外周に沿って略一定幅で残存しており、かつ、凸部４４の側部を構成する円錐形側面４８は、ボウル１２の外心円と同心の１つの急峻な円錐面から構成され、上記吸，排気弁側傾斜面２２，２３と基準水平面４６とを接続している。そして、この実施例の切欠部５０は、凸部４４の吸気弁側傾斜面２２に凹設されており、その底面５０ａが基準水平面４６と連続する平坦面で、かつボウル１２の上縁へ接続しており、その内周側壁面５０ｃが吸気弁側傾斜面２２より急峻な傾斜面となっており、その外周側壁面５０ｂが三角形状の傾斜面となっている。
【００５４】
このような第４実施例の構成では、ピストン４頂部において、ボウル１２の外周部のみに凸部４４が存在し、残りの大部分が基準水平面４６により構成されているため、シリンダ３内を旋回する筒内スワールＳが基準水平面４６の上方を良好に旋回することができ、十分な強さで保存されるとともに、基準水平面４６と同一平面をなす切欠部５０の底面５０ａの上方を通過してボウル１２内へスムースに導入される。この結果、ボウル１２内に滞留する燃料の攪拌，混合効果が更に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る筒内噴射式内燃機関の構成を示す縦断面図。
【図２】シリンダヘッドを下面側から見た状態を示す底面図。
【図３】この発明に係るピストンの第１実施例を示す平面図。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図５】図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図６】この発明に係るピストンの第２実施例を示す平面図。
【図７】図６のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図８】図６のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図９】この発明に係るピストンの第３実施例を示す平面図。
【図１０】図９のＥ−Ｅ線に沿う断面図。
【図１１】図９のＦ−Ｆ線に沿う断面図。
【図１２】図９のＧ−Ｇ線に沿う断面図。
【図１３】図９のＨ−Ｈ線に沿う断面図。
【図１４】この発明に係るピストンの第４実施例を示す平面図。
【図１５】図１４のＩ−Ｉ線に沿う断面図。
【図１６】図１４のＪ−Ｊ線に沿う断面図。
【符号の説明】
４…ピストン
１２…ボウル
２１，４１，４４…凸部
２２…吸気弁側傾斜面
２３…排気弁側傾斜面
２４，２５…円錐形側面
３１…周壁部
３１ａ…スワール上流側部分
３１ｂ…スワール下流側部分
３６，４０，４２，５０…切欠部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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