(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冠面に凹状でかつ周縁部が隆起して稜線をなすキャビティを有する直噴火花点火式内燃機関のピストンにおいて、
前記キャビティは、その中心をピストンの中心に対し吸気バルブ側にオフセットして形成され、吸気バルブ側からキャビティ内を指向するように燃料噴射弁が配置されると共に、キャビティ内のピストン中心側の周縁部の上方に点火栓が配置され、
前記稜線の外周側又は該稜線の少なくとも一部分を除く外周側に、平坦部を設けることなく、ピストンの外周部に向かって連続的に低くなる傾斜面を形成し、
更に、前記キャビティのピストン中心側の周縁部の稜線の外周側に、前記傾斜面より緩傾斜の緩傾斜面を設けたことを特徴とする直噴火花点火式内燃機関のピストン。
【請求項２】
前記傾斜面を１つの円錐面で形成したことを特徴とする請求項１記載の直噴火花点火式内燃機関のピストン。
【請求項３】
ピストン冠面の最外周部に前記傾斜面と連なる環状の基準平面を残したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の直噴火花点火式内燃機関のピストン。
【請求項４】
前記稜線の一部を切り欠いて吸排気バルブを逃げるバルブリセスを形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関のピストン。
【請求項５】
シリンダボア円の投影面積をＳとし、ピストン上死点位置で、シリンダヘッドとピストン冠面とに囲まれる燃焼室のピストン中心線を含むクロスフロー方向と直角な平面での断面積のうちの稜線より外側の断面積をＳ２とすると、Ｓ２／Ｓを３０％以上にしたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の直噴火花点火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】
本発明は、直噴火花点火式内燃機関のピストンに関し、特にその冠面形状に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の直噴火花点火式内燃機関のピストンにおいては、例えば特開平８−３１２３５４号公報に示されるように、その冠面に凹状でかつ周縁部が隆起して稜線をなすキャビティ（凹状燃焼室）を形成し、圧縮行程にてこのキャビティに向けて燃料を噴射することにより、点火栓回りに集中的に層状の混合気を形成して成層燃焼を行うようにしている。
【０００３】
また、機関運転条件により、吸気行程にて燃料を噴射することにより、燃焼室全体に燃料を拡散させ均質の混合気を形成して均質燃焼を行うようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の直噴火花点火式内燃機関のピストンにおいては、キャビティを囲む稜線の外周側、特にピストンの中心より吸気バルブ側にオフセットして設けられているキャビティの左右（クロスフロー方向と直角な方向にある部分）の稜線の外周側に、平坦部を設け、この平坦部の外側に傾斜面を設けていたため（前記公報の図７、図１１等参照）、この平坦部の部分が燃焼室全体から見ると、キャビティ内と外との間、更には吸気バルブ側周縁部と排気バルブ側周縁部との間に位置する凸壁となり、吸気行程噴射による均質燃焼を行う場合に、燃焼性能を悪化させるという問題点があった。
【０００５】
すなわち、均質燃焼を行う場合に、凸壁により、▲１▼キャビティ内に燃料噴霧が留まってしまうため、混合気が偏在し、均質混合気を形成できない。▲２▼筒内ガス流動が阻害されるため、燃料噴霧が気化せず、混合気の均質化が不十分となる。▲３▼燃焼中、キャビティ内と外との空間不連続により、キャビティ外側が良好に燃焼しない。これらにより、均質燃焼性能が悪化する。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、ピストンの冠面形状を工夫することにより、キャビティによる成層燃焼性能を悪化させることなく、均質燃焼性能を改善することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、冠面に凹状でかつ周縁部が隆起して稜線をなすキャビティを有する直噴火花点火式内燃機関のピストンにおいて、前記キャビティは、その中心をピストンの中心に対し吸気バルブ側にオフセットして形成され、吸気バルブ側からキャビティ内を指向するように燃料噴射弁が配置されると共に、キャビティ内のピストン中心側の周縁部の上方に点火栓が配置され、前記稜線の外周側又は該稜線の少なくとも一部分を除く外周側に、平坦部を設けることなく、ピストンの外周部に向かって連続的に低くなる傾斜面を形成し、更に、前記キャビティのピストン中心側の周縁部の稜線の外周側に、前記傾斜面より緩傾斜の緩傾斜面を設けたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明では、前記傾斜面を１つの円錐面で形成したことを特徴とする。
請求項３に係る発明では、ピストン冠面の最外周部に前記傾斜面と連なる環状の基準平面を残したことを特徴とする。
請求項４に係る発明では、前記稜線の一部を切り欠いて吸排気バルブを逃げるバルブリセスを形成したことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明では、シリンダボア円の投影面積をＳとし、ピストン上死点位置で、シリンダヘッドとピストン冠面とに囲まれる燃焼室のピストン中心線を含むクロスフロー方向と直角な平面での断面積のうちの稜線より外側の断面積をＳ２とすると、Ｓ２／Ｓを３０％以上にしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、ピストン冠面のキャビティを囲む稜線の外周側に、平坦部を設けることなく、ピストンの外周部に向かって連続的に低くなる傾斜面を形成したので、キャビティ内と外との間、更には吸気バルブ側周縁部と排気バルブ側周縁部との間でのガス流動を確保できて、混合気の均質化を促進できると共に、ピストン表面積を低減して、冷却損失を低減でき、これらにより均質燃焼性能を向上できる。そして、キャビティ形状については変更しないので、成層燃焼性能を悪化させることはない。
また、キャビティの位置をオフセットして、燃料噴射弁及び点火栓との位置関係を最適化することができる。
更に、キャビティのピストン中心側の周縁部の稜線の外周側に、前記傾斜面より緩傾斜の緩傾斜面を設けたので、連続的な傾斜を確保しつつ、ピストンの最高部の高さを低減できる。
【００１２】
請求項２に係る発明によれば、前記傾斜面を１つの円錐面で形成するので、生産加工が容易となる。
請求項３に係る発明によれば、ピストン冠面の最外周部に前記傾斜面と連なる環状の基準平面を残したので、これを生産加工上の基準面として用いることで、生産加工が容易となる。
【００１３】
請求項４に係る発明によれば、稜線の一部を切り欠いてバルブリセスを形成するので、バルブリセス一般の効果としてバルブタイミングあるいは圧縮比の要求に応えることができるのみならず、平坦部を切り欠く場合に比べ、リセス部形状を小さくできると共に、ピストン表面積の増加が少なくて済む。
【００１４】
請求項５に係る発明によれば、前記Ｓ２／Ｓを３０％以上にして、キャビティ外側の燃焼空間を十分に確保することで、均質燃焼性能を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施例を示すピストン冠面の斜視図である。図２にはピストンの平面図とそのＡ−Ａ及びＢ−Ｂ断面図とを示している。また、図３は図２のＡ−Ａ断面に相当する図で燃料噴射弁及び点火栓の位置関係を示している。
【００１６】
ピストン１の冠面は、最外周側に環状の基準平面２を残して、傾斜面３により、円錐状に隆起させ、その隆起させた部分に、ピストンの中心ＰＣに対し吸気バルブ側にオフセットした位置ＣＣを中心にして、凹状（皿状）のキャビティ４を形成してある。
言い換えれば、キャビティ４を囲む稜線５の外周側に、平坦部を設けることなく、ピストン１の外周部に向かって連続的に低くなる傾斜面３を形成してあり、この傾斜面３は１つの円錐面で形成してある。
【００１７】
最外周側の環状の基準平面２は最小限の幅（１．５〜２．０ｍｍ程度）を持たせ、生産加工時に基準面として用いる。
また、キャビティ４のピストン中心側の周縁部の稜線５の外周側には、前記傾斜面３より緩傾斜の緩傾斜面６を設けて、ピストン１の最高部の高さを抑えてある。
【００１８】
ここで、キャビティ４と燃料噴射弁及び点火栓との位置関係は、図３に示すようであり、シリンダヘッド１０に吸気バルブ１１側からキャビティ４内を指向するように燃料噴射弁１２を配置すると共に、キャビティ４内のピストン中心側の周縁部の上方に点火栓１３を配置してある。１４は排気バルブである。
上記のように、ピストン１冠面のキャビティ４を囲む稜線５の外周側に、平坦部を設けることなく、ピストン１の外周部に向かって連続的に低くなる傾斜面３を形成したので、キャビティ４内と外との間、更には吸気バルブ１１側周縁部と排気バルブ１４側周縁部との間でのガス流動を確保でき、混合気の均質化を促進できる。また、平坦部を設けないので、ピストン１の表面積を低減でき、冷却損失を低減できる。よって、均質燃焼性能を向上できるのである。そして、キャビティ４そのものの形状については変更しないので、成層燃焼性能を悪化させることはない。
【００１９】
すなわち、図８及び図９に示す従来例では、平坦部２０の存在により、これが凸壁となって、ガス流動を阻害したりするが、これを解消できるのである。
図４及び図５には他の実施例を示している。
この実施例は、図１及び図２の実施例に対し、１気筒につき２個ある吸気バルブを逃げるバルブリセスを形成したもので、稜線５の一部を切り欠いて、バルブリセス７，７を形成してある。
【００２０】
このように、稜線５の一部を切り欠いてバルブリセス７を形成するので、バルブリセス７の一般的な効果としてバルブタイミングあるいは圧縮比の要求に応えることができるのみならず、図８及び図９の平坦部２０を切り欠く場合に比べ、リセス部形状を小さくできると共に、ピストン表面積の増加が少なくて済む。このため、バルブリセスによるピストン容積変化が少なく、圧縮比調整も容易となる。
【００２１】
ここで、図６を参照し、シリンダボア円の投影面積をＳとし、ピストン１の上死点位置で、シリンダヘッド１０とピストン１冠面とに囲まれる燃焼室のピストン中心線を含むクロスフロー方向と直角な平面（図６のＢ−Ｂ断面）での断面積のうちの、稜線５より外側の断面積をＳ２とすると、断面積比Ｓ２／Ｓを所定値以上にするのがよい。
【００２２】
図７は、断面積比Ｓ２／Ｓ（％）と均質燃焼時の軸トルクとの関係を示したもので、断面積比Ｓ２／Ｓ（％）が大になると、均質燃焼時軸トルクが増大することがわかる。
そして、この図から、Ｓ２／Ｓは３０％以上にするのがよい。上限は、成層燃焼性能との兼ね合いで決定されるが、５０％以上にしても、それ以上は均質燃焼性能を向上できないので、５０％程度が上限値となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例を示すピストン冠面の斜視図
【図２】  同上のピストンの平面図とそのＡ−Ａ及びＢ−Ｂ断面図
【図３】  燃料噴射弁及び点火栓の位置関係を示す図
【図４】  他の実施例（バルブリセス付き）を示すピストン冠面の斜視図
【図５】  同上のピストンの平面図とそのＡ−Ａ及びＢ−Ｂ断面図
【図６】  断面積について定義するための図
【図７】  断面積比と均質燃焼時軸トルクとの関係を示す図
【図８】  従来例を示すピストン冠面の斜視図
【図９】  同上のピストンの平面図とそのＡ−Ａ及びＢ−Ｂ断面図
【符号の説明】
１  ピストン
２  基準平面
３  傾斜面（円錐面）
４  キャビティ
５  稜線
６  緩傾斜面
７  バルブリセス
10  シリンダヘッド
11  吸気バルブ
12  燃料噴射弁
13  点火栓
14  排気バルブ
【図１】
0003832025.tif 000002
【図２】
0003832025.tif 000003
【図３】
0003832025.tif 000004
【図４】
0003832025.tif 000005
【図５】
0003832025.tif 000006
【図６】
0003832025.tif 000007
【図７】
0003832025.tif 000008
【図８】
0003832025.tif 000009
【図９】
0003832025.tif 000010