(57)【要約】【課題】４弁式内燃機関において、２つの吸気ポートに対応した２つのタンブル流を合流させて、吸気全体の混合性を高める。【解決手段】ピストン５の頂面５ａに、第１タンブル流１７の生成を助長する第１凹部１３と、第２タンブル流１８の生成を助長する第１凹部１４とが、クランク軸線９の方向に並んで形成されている。第１凹部１３と第２凹部１４とは、形状や大きさ、深さ等の構成が、クランク軸線９及び気筒軸線１５と直交した横長中心線１６を挟んで非対称に形成されている。２つの凹部１３，１４によるタンブル流１７，１８のガイド作用が異なることにより、２つのタンブル流１７，１８の流れ方向の対称性が崩れて、２つのタンブル流１７，１８が合流する傾向を呈する。これにより、吸気の混合性が高くなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの気筒に向けて２つの吸気ポートが開口している内燃機関のピストンであって、
前記吸気ポートに向いた頂面に、前記吸気ポートから供給された吸気にタンブル流を付与する凹部が、気筒軸心及びクランク軸線と直交する横長中心線を挟んで非対称に形成されている、
内燃機関のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、車両用等の内燃機関におけるピストンに関するものである。
【０００２】
吸気ポートから気筒に向けて混合気が供給されるタイプの内燃機関において、空気と燃料との混合性を向上させるため、気筒に吸引された吸気にタンブル流を生成させることが行われている。このタンブル流は、吸気行程において、ピストンが後退することによる吸引作用によって生成されており、吸気は、クランク軸線方向から見て、気筒内面からピストンの頂面に向けて流れ、次いで、ピストンの頂面から気筒の内面に向かい、それからシリンダヘッドに向けて方向変換している。すなわち、クランク軸線方向から見て、渦流になっている。
【０００３】
そして、タンブル流の生成を助長するために、シリンダヘッドの頂面に、タンブル流をガイドする凹所を形成することが提案されており、その例として、特許文献１には、凹所を、気筒軸線方向から見て、吸気ポートの側が幅狭で排気ポートの側が幅広となった凸字形に形成し、かつ、幅広の部分を幅狭の部分よりも深くすることが開示されている。
【０００４】
タンブル流は、その流れの過程において霧化燃料と空気との混合を促進する役割を果たすと共に、圧縮行程では潰されて多数の小さな渦流になって、空気と霧化燃料との混合が促進される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１０５３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さて、タンブル流は、それ自体が燃料と空気との混合性向上に貢献しているが、２つの吸気ポートから供給される混合気の混合割合は常に同一であるとはいえず、機関の振動や２つの吸気ポートの流れ抵抗の違い、或いはＥＧＲガスのバラツキなどの様々な要因により、２つの吸気ポートから供給される混合気における空気と燃料との割合割合にバラツキが生じる場合がある。
【０００７】
そして、２の吸気ポートから気筒内に流入した吸気は、互いに独立してタンブル流を形成する傾向を呈するが、従来の内燃機関では、タンブル流を形成するための凹所は、クランク軸線方向を前後方向として、形状や深さを前後対称に形成されているため、２つのタンブル流の独立性が維持されたままになる傾向を呈しており、このため、吸気全体としてみると、適量の燃料が噴射されていても、リーン部分とリッチ部分とが混ざり合った状態になって、完全燃焼を実現できないおそれがあった。
【０００８】
本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明は、１つの気筒に向けて２つの吸気ポートが開口している内燃機関のピストンに関するものであり、このピストンは、前記吸気ポートに向いた頂面に、前記吸気ポートから供給された吸気にタンブル流を付与する凹部が、気筒軸心及びクランク軸線と直交する横長中心線を挟んで非対称に形成されている。
【００１０】
この場合、凹部が非対称であるとは、気筒軸線方向を前後方向とした場合、凹部の形状・大きさが前後非対称である場合と、形状は前後対称であるが、深さや底面のプロフィールが前後非対称である場合とがある。
【００１１】
更に、凹部の形状・大きさが非対称であるとは、２つの吸気ポートに対応して２つの凹部が形成されていて、それら２つの凹部の形状・大きさが互いに異なる場合と、１つの吸気ポートに対応した１つの凹部だけが形成されている場合、及び、２つの吸気ポートに対応した１つの凹部が、前後非対称の形状に形成されている場合とを含んでいる。
【００１２】
同じ大きさ・深さの２つの凹部が前後対称に形成されていて、片方の凹部のみに整流リブが形成されている、といった態様も本願発明に含まれる。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明では、２つの吸気ポートから供給された吸気は、凹部にガイドされた強いタンブル流になるが、ピストン頂面の凹部を、クランク軸線方向である前後方向に非対称に形成すると、２つの吸気ポートから供給された吸気によって形成される２つのタンブル流に、ピストンの頂面を通る過程で流れを非平行と成す案内作用や攪乱作用を付与できる。このため、２つのタンブル流を、合流させた状態でピストンの頂面から離れるように案内できる。
【００１４】
すなわち、本願発明では、２つのタンブル流は、ピストンの頂面の個所で流れがアンバランスになる（平行性・対称性が崩れる）ことにより、互いに合流する傾向を呈するのであり、これにより、吸気全体としての混合性を高めることができる。
【００１５】
従って、本願発明では、強いタンブル流の生成機能は維持しつつ、吸気全体としての混合性を確保できる。その結果、完全燃焼を実現して、出力の向上や排気ガスのクリーン化とを促進できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（Ａ）は第１実施形態の縦断正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。
【図２】（Ａ）はシリンダヘッドの燃焼室の模式的な平面図、（Ｂ）はピストンの平面図である。
【図３】タンブル流の生成を示す吸気行程での縦断正面図である。
【図４】タンブル流の混合状態を示すためにクランク軸線と直交した方向から見た縦断側面図である。
【図５】（Ａ）（Ｂ）とも他の実施形態の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
(1).第１実施形態
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて発明する。内燃機関は、例えば図１に示すように、気筒１が形成されたシリンダブロック２と、これにガスケット３を介して重ね固定されたシリンダヘッド４とを備えており、気筒１には、ピストン５が摺動自在に嵌まっている。なお、ピストン５に連結されたコンロッドは省略している。
【００１８】
シリンダヘッド４には、略屋根形或いは台錘状の凹所（燃焼室）６が形成されており、この凹所６に、２つずつの吸気ポート７と排気ポート８とが、クランク軸線９の方向に並んで開口している。吸気ポート７は吸気バルブ１０で開閉されて、排気ポート８は排気バルブ１１で開閉される。凹所６の中心個所には点火プラグ１２を螺着している。
【００１９】
ピストン５の頂面５ａには、一方の吸気ポート７から供給された吸気にタンブル流を付与する第１凹部１３と、他方の吸気ポート７から供給された吸気にタンブル流を付与する第２凹部１４とが、クランク軸線９の方向に並んで形成されている。
【００２０】
２つの凹部１２，１３は、クランク軸線９及び気筒軸心１５と直交した横長中心線１６の方向に長い楕円形状であり、長円方向及び短円方向とも深さは徐々に変化している。従って、図１（Ｂ）から理解できるように、長円方向の断面形状も短円方向の断面形状も、緩く湾曲したプロフィールになっている。
【００２１】
そして、第１凹部１３は、第２凹部１４よりも、長円方向及び短円方向とも大きい寸法で、かつ、深さも深くなっている。すなわち、第１凹部１３が第２凹部１４よりも全体として大きくなっている。なお、第１凹部１３と第２凹部１４とは、横長中心線１６を挟んだ２つのエリアに形成されているが、横長中心線１６が第１凹部１３に部分的に重なるように形成することも可能である。
【００２２】
以上の構成において、図３に示すように、吸気行程において、２つの吸気ポート７から気筒１に直進性を持って流入した吸気は、気筒１の内周面のうち吸気ポート７と反対側の部分に沿って下向きに流れを変えてから、ピストン５の頂面５ａに向かい、次いで、ピストン５の頂面に沿って流れてから、気筒１の内周面のうち吸気ポート７の下方の部位に至り、ここで、吸気ポート７の方向に向かうように上向きに流れを変える。すなわち、吸気ポート７から気筒１に供給された吸気に、クランク軸線９の方向から見て渦流となったタンブル流１７，１８が付与される。
【００２３】
そして、ピストン５の頂面５ａに凹部１３，１４が形成されていることにより、吸気の流れの方向性が強まってタンブル流１７，１８が助長されるが、第１凹部１３が第２凹部１４より大きさ及び深さが大きいため、第１凹部１３を通る第１タンブル流１７は、第２凹部１４を通る第２タンブル流１８よりも流速が低下する傾向を呈している一方、第２凹部１４を通る第２タンブル流１８は、流速が速くなると共に、第１凹部１３の側に流れ込もうとする傾向を呈しており、このため、図２（Ｂ）に示すように、２つのタンブル流１７，１８は、ピストン５から離れる過程で合流する傾向を呈しており、これにより、吸気全体としての混合性を格段に向上できる。
【００２４】
なお、気筒１は円形であるため、ピストン５の頂面５ａを通った吸気は、図２（Ｂ）に矢印１９で示すように、２つのタンブル流１７，１８は互いに寄せられる作用を受けるが、その作用は弱い。これに対して本実施形態では、タンブル流１７，１８は、非対称の２つの凹部１３，１４により、ピストン５の頂面５ａを通る過程で強制的な合流作用を受けるため、混合性を格段にアップできるのである。
【００２５】
(2).他の実施形態
図５では、他の実施形態を示している。このうち（Ａ）に示す第２実施形態では、ピストン５の頂面５ａのうち横長中心線１６を挟んだ片側のエリアのみに第１凹部１３を形成して、他方のエリアはフラットなままとしている。点線で示すように、第１凹部１３は、横長中心線１６を越えて他方のエリアに越境させてもよい。
【００２６】
この実施形態では、２つのタンブル流１７，１８がピストン５の頂面５ａを通るに際して、流速と方向性とのアンバランス性が第１実施形態よりも強くなっている。このため、第２タンブル流１８が第１タンブル流１７に合流する傾向は強くなっている。
【００２７】
更に述べると、本実施形態では第１実施形態の第２凹部１４が存在しないため、第２タンブル流１８は、ピストン５の頂面５ａを通るに際して拡散性が高くなっているが、第１凹部１３が存在していて、横長中心線１６を挟んだ両側において弱いながらも圧力差が存在しているため、第２タンブル流１８が第１凹部１３に流入する傾向が高くなって、２つのタンブル流１７，１８の合流作用も強くなっているといえる。
【００２８】
図５（Ｂ）に示す第３実施形態は、ピストン５の頂面５ａに、２つのタンブル流１７，１８のガイド機能を発揮する１つの楕円形状の凹部２０を形成した例であるが、この凹部２０は、長円の中心２１を、ピストン５の横長中心線１６に対して若干の角度θだけ傾けている。実施形態では、凹部２０は、その一端が第１タンブル流１７の流入位置の側にずれるように傾斜させているが、逆の姿勢に傾斜させてもよいことはいうまでもない。
【００２９】
この実施形態では、凹部２０が横長中心線１６に対して傾斜していることにより、２つのタンブル流１７，１８が凹部２０に流入するタイミングが少しずれており、かつ、第１タンブル流１７は、第２タンブル流１８と合流するように凹部２０によって強制的に方向付けされるため、吸気の混合をより一層向上できるといえる。
【００３０】
また、本実施形態では、タンブル流１７，１８は、気筒１の軸心回りに旋回するような方向性も付与される。この面でも、吸気の混合性は一層高まるといえる。更に、本実施形態は、凹部２０の中心はピストン５の中心に位置しているので、熱膨張をできるだけ均等化できる。このため、ピストン５の頂面に局部的な異常昇温が発生することを防止できるという利点もある。
【００３１】
以上、本願発明の実施形態を幾つか説明したが、本願発明は更に様々に具体化できる。例えば、２つの凹部を対称の形状に形成して、深さや底面のプロフィールを異ならせることも可能である。
【００３２】
なお、２つの凹部を、タンブル流の下流側において繋がるように連続させて、全体としてハート形やＶ形に形成することによっても、吸気の混合性を向上できるといえる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本願発明は、実際にピストンに具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３４】
１  気筒
２  シリンダブロック
４  シリンダヘッド
５  ピストン
５ａ  ピストンの頂面
６  シリンダヘッドの凹所（燃焼室）
７  吸気ポート
８  排気ポート
９  クランク軸線
１０  吸気バルブ
１１  排気バルブ
１３，１４，２０  凹部
１５  気筒軸心
１６  ピストンの横長中心線
１７，１８  タンブル流
【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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