JP3692749B2

JP3692749B2 - 筒内噴射式内燃機関のピストン

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Publication number: JP3692749B2
Application number: JP35185597A
Authority: JP
Inventors: 明裕飯山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2017-12-22
Also published as: JPH11182251A

Description

【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、シリンダ燃焼室内に生成されるタンブル成分およびスワール成分を利用して、均質燃焼と成層燃焼の双方が可能な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燃焼室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、燃焼室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号公報に記載のものが知られている。この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（キャビティ）が形成されているとともに、ピストン上死点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。上記ピストン頂部は、ボウル内に燃料およびスワールを封じ込めるように、リエントラント型の構成となっている。また、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、燃焼室内に強いスワールを生成する。このスワールは、ピストンの上昇に伴ってボウル内に導入されるので、圧縮行程後期に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、かつボウル内のスワールにより点火プラグ周辺に運ばれる。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】
また特開平５−２３１１５５号公報には、ピストン頂部に、ピストン外形円に対し偏心した略半球状の深いボウル（深皿部）を凹設するとともに、このボウルの外周の一部に、点火プラグを囲むように半径方向に部分的に窪んだプラグポケットを設けた筒内噴射式内燃機関用ピストンが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平５−２３１１５５号公報のようにプラグポケットを形成したものでは、成層燃焼時のように燃料噴射量が少ない場合には、点火プラグ近傍に燃料を多く集めて良好に可燃混合気を形成することができる。しかしながら、均質燃焼時のように燃料噴射量が多い場合には、点火プラグの周りに噴霧燃料が滞留して、着火性が悪化するとともに、ボウル壁面に付着した燃料液膜が蒸発し切れずに拡散し、スモークを発生したり、点火プラグを汚損するといった問題を生じる。
【０００７】
このような問題に対し、特公平８−３５４２９号公報に記載されたものでは、ボウル形状を平面視で非円形とし、このボウル壁面の中で略直線状の区間に点火プラグを近接させることで、点火プラグ周りに噴霧燃料が滞留することを抑制している。しかしながら、このようにボウルを非円形状とすると、ボウル容積が比較的大きくなり、均質燃焼時の圧縮比が低くなって全開性能が低下する虞がある。
【０００８】
加えて、両公報のものでは、共に燃料噴射弁による噴射方向が点火プラグのスワール上流側に偏向しているため、噴霧角度を狭くする必要が生じ、均質燃焼による全開性能が低下する主要な要因となる。
【０００９】
この発明は、成層希薄燃焼と均質燃焼とを高いレベルで両立しつつ、燃焼室内におけるスモークの発生や点火プラグのくすぶり等を有効に抑制し得る筒内噴射式内燃機関のピストンを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係わる筒内噴射式内燃機関は、内部をピストンが昇降するシリンダと、吸気弁及び排気弁が配設されたシリンダヘッドと、シリンダ軸方向から見てシリンダ略中央を指向した姿勢で吸気弁側に配置され、上記シリンダヘッドとピストン頂部との間に形成された燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、上記軸方向から見てシリンダ略中央に位置する点火プラグと、を備え、上記燃焼室内にタンブル流成分を付与した状態で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とともに、上記燃焼室内にスワール成分を付与した状態で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構成となっている。
【００１１】
そして、この発明のピストンは、上記ピストン頂部に上記軸方向から見て略真円形のボウルが凹設され、上記軸方向から見て上記ボウルの中心が、その真円形範囲内に位置する上記点火プラグに対して上記吸気弁側に偏心しているとともに、上記点火プラグと上記燃料噴射弁とを結ぶ線を基準としてシリンダの内壁面に沿って燃焼室内を旋回するスワールの上流側に偏心しており、かつ、上記ボウル底面の最深底部が、上記ボウル中心に対して上記点火プラグと上記燃料噴射弁とを結ぶ線側に偏心していることを特徴としている。
【００１２】
成層燃焼時には、例えば一つの吸気ポートから導入される新気によって、燃焼室内にスワールが生成される。このスワールは、ピストンの上昇に伴ってボウル内に運ばれる。ここで、軸方向から見てボウルが略真円形であるため、十分なスワールをボウル内に確保できる。そして、圧縮行程後期に燃料噴射弁からシリンダ略中央の点火プラグへ向かって噴射された燃料噴霧は、ボウル底面や対向するボウル周壁部に衝突して蒸発，微粒化されるとともに、全体としてボウル内のスワールに乗って拡散，気化しつつ点火プラグ側へ移動し、点火プラグ周辺に可燃混合気を形成する。
【００１３】
ここで、軸方向から見てボウルの中心が、点火プラグに対して吸気弁側に偏心しているとともに、点火プラグと燃料噴射弁とを結ぶ線よりスワール上流側に偏心している。つまり、ボウルは、このボウル内を旋回するスワールの流れ方向で点火プラグの下流側領域が相対的に拡大する形となる。この結果、ボウル内を旋回するスワールに乗って点火プラグ周辺を通過した混合気（燃料）は、相対的に内部容積の大きい点火プラグの下流側領域へ滞留することなく良好に拡散，気化される。また、点火プラグを通過した燃料が付着し易いボウル周壁部の表面積が実質的に拡大した形となるから、ボウル周壁部に付着する燃料液膜の厚さが薄肉化され、その蒸発時間が短縮化される。従って、スモークの発生や点火プラグのくすぶり等が効果的に抑制される。
【００１４】
また均質燃焼時には、吸気弁を介して燃焼室内に流入した新気によってタンブル流が生成され、かつ吸気行程付近で燃料が噴射される。
【００１５】
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、上記シリンダヘッドは、一対の吸気弁が配設される吸気側傾斜面及び一対の排気弁が配設される排気弁側傾斜面を有するペントルーフ形状となっており、上記ピストン頂部には、上記吸気弁側傾斜面に略平行となるように傾斜した吸気弁側ピストン傾斜面及び排気弁側傾斜面に略平行となるように傾斜した排気弁側ピストン傾斜面が形成されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項３の発明は、上記ボウルの周壁部の中で、上記点火プラグと上記燃料噴射弁とを結ぶ線よりスワール下流側の部分が、圧縮行程中に噴射された燃料噴霧と直接的に干渉しないように、上記ボウルの偏心量が設定されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項４の発明は、上記軸方向から見て上記ボウルの中心は、上記点火プラグと上記燃料噴射弁とを結ぶ線から上記点火プラグを中心にシリンダの内壁面に沿って燃焼室内を旋回するスワールの旋回方向とは逆方向へ所定量回転した位置に設定されていることを特徴としている。
【００１８】
請求項５の発明は、上記ボウルの周壁部の中で上記燃料噴射弁に対向する部分が、リエントラント形状に形成されていることを特徴としている。
【００１９】
請求項６の発明は、上記ボウルの外周縁部の中で上記燃料噴射弁に近接する部分に、上記燃料噴射弁からの燃料噴霧が直接的に干渉するのを回避する切欠部が凹設されていることを特徴としている。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ボウル内を旋回するスワールの流れ方向で、点火プラグの下流側領域におけるボウル内の容積及び周壁部の表面積が相対的に拡大する。従って、成層燃焼時に、点火プラグ周辺を通過した混合気（燃料）が効果的に拡散，気化されるとともに、ボウル周壁部へ付着する燃料の液膜が薄肉化されて、蒸発時間が短縮化し、もってスモークの発生やそれに伴う点火プラグのくすぶり等を効果的に防止することができる。
【００２２】
また、軸方向から見てボウルが略真円形状となっているから、ボウル容積が比較的小さくなる。従って、圧縮比を高く設定でき、タンブル流を利用した均質燃焼時の全開性能を向上することができる。つまり、均質燃焼による全開性能と成層希薄燃焼とを一層高いレベルで両立させることができる。
【００２３】
請求項２の発明によれば、ピストン上死点において、吸気弁側ピストン傾斜面と排気弁側ピストン傾斜面とが、シリンダヘッド側の吸気弁側傾斜面と排気側傾斜面とにそれぞれわずかな間隙を介して対向し、燃焼室内に残る空間の大部分をボウルが占有する。従って、成層燃焼時には、ボウル内にスワールや混合気が良好に封じ込められて、ボウル内で良好に燃焼が進行する。
【００２４】
また、上記ボウルが吸気弁側並びにスワール上流側へ偏心している関係で、燃料噴射弁に対向するボウルの周壁部が、軸方向から見てシリンダの中央部寄りに位置し、その表面積がペントルール形状に応じて比較的大きくなる。このため、ボウル周壁部へ付着する燃料の液膜厚さが更に薄肉化される。
【００２５】
請求項３の発明によれば、ボウル周壁部の中で点火プラグと燃料噴射弁とを結ぶ線よりスワール下流側の部分に、圧縮行程中に噴射された燃料噴霧が直接的に干渉することがないので、この部分に多くの燃料が付着してスモークの発生や点火プラグの汚損を招く虞がない。
【００２６】
請求項４の発明によれば、シリンダや点火プラグに対するボウルの軸方向相対位置関係が、例えばボウル中心が点火プラグと燃料噴射弁とを結ぶ線に対して偏心していない場合と同一となるから、この様な場合と同じレベルのスワールを確保できる。
【００２７】
請求項５の発明によれば、燃料噴射弁に対向するボウル周壁部分に付着した燃料やこの部分の周辺を通過する混合気が、ボウルの外周縁部を越えて外部の燃焼室へ飛び出すことが防止される。つまり、成層燃焼時に、ボウル内に燃料および混合気さらにはスワールを確実に封じ込めておくことができる。
【００２８】
ところで、請求項１又は２の発明のように、上記ボウルを点火プラグと燃料噴射弁とを結ぶ線よりスワール上流側に偏心させると、その偏心量に応じてボウルの外周縁部が燃料噴射弁から遠ざかるため、燃料噴射弁からの燃料噴霧がボウルの周縁部に干渉する虞がある。そこで請求項６の発明では、燃料噴射弁に近接するボウル周縁部に切欠部を形成して上述した燃料の付着を確実に防止している。
【００２９】
更に請求項１の発明によれば、ボウル底面の中で、ボウル内を旋回するスワールの流れ方向で点火プラグより下流側領域における曲率半径及び表面積が相対的に大きくなる。従って、点火プラグを通過した混合気がより良好に拡散されるとともに、ボウル底面に付着する燃料の液膜が薄肉化され、より良好な成層燃焼を実現できる。
【００３０】
【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。
【００３１】
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。シリンダ３内にはピストン４が摺動，昇降可能に嵌合しており、このピストン４の頂部２１とシリンダヘッド２との間に燃焼室１１が隔成されている。
【００３２】
シリンダヘッド２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の軸方向略中心位置に、点火プラグ７が配置されている。
【００３３】
また、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。
【００３４】
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、点火プラグ７が位置するシリンダ軸方向中心ヘ噴霧軸線が指向している。
【００３５】
上記ピストン４の頂部２１には、後述するように、シリンダ軸方向から見て真円形をなす椀状のボウル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。
【００３６】
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。
【００３７】
上記の内燃機関の基本的な作用について説明すると、機関の全負荷時あるいは希薄燃焼域の中でも比較的空燃比が小さな領域では、燃焼室１１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。詳述すると、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の双方から燃焼室１１内へ新気が導入される。これにより、燃焼室１１内には、強いタンブル流（縦渦）が生成され、このタンブル流によって、吸気行程中に燃焼室１１内に噴射供給された燃料は、ボウル１２内に滞留することなく積極的に拡散，均質化される。
【００３８】
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、空気制御弁１５が閉じられ、一方の吸気ポート８のみから燃焼室１１内に新気が流入する。これにより、燃焼室１１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成分Ｓ１が強く生成される。従って、図５（Ａ）に示すように、圧縮行程の後半において燃料噴射弁１０からボウル１２へ向けて噴射された燃料は、図５（Ｂ）に示すようにピストン４頂部のボウル１２内へ流れ込んだスワールＳ２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。
【００３９】
次に、図１及び図３〜図５を参照して、第１実施例に係るピストン４、特にその頂部２１の構成及び作用を詳細に説明する。
【００４０】
このピストン４の頂面をなす頂部２１には、図１に示すペントルーフ型シリンダヘッド２の吸気弁側傾斜面１１ａ及び排気弁側傾斜面１１ｂに対して略平行な平面となった吸気弁側ピストン傾斜面２２および排気弁側ピストン傾斜面２３が形成されている。このため、ピストン４が上死点にあるとき、シリンダヘッド２側の傾斜面１１ａ，１１ｂとピストン傾斜面２２，２３との間に生じるクリアランスは非常に小さくなり、燃焼室１１内に残る容積の大部分をボウル１２が占有する。なお、頂部２１の中で最も高くなった尾根部分はピストンピン軸方向に沿ってピストン４外形円近くまで延びている。
【００４１】
ボウル１２は、吸気弁側ピストン傾斜面２２を中心とした範囲に凹設されている。すなわちボウル１２は、ピストン４の平面上（シリンダ軸方向）で見て真円形をなし、かつピストン４の半径よりも僅かに大きい直径を有していて、その一部が排気弁側ピストン傾斜面２３に差しかかっている。また、点火プラグ７は、ピストン４が上死点にあるときにボウル１２内に入り、かつボウル１２の外周部近傍に位置するように設定されている。
【００４２】
そして本実施例では、図３に示すように軸方向から見てボウル１２の中心４０が、その真円形範囲内に位置する点火プラグ７に対して、吸気弁５側（図３の下側）に偏心しているとともに、点火プラグ７と燃料噴射弁１０とを結ぶ線Ｌよりも、シリンダ３の内壁面に沿って燃焼室１１内を旋回するスワールＳ１の上流側に偏心している。すなわちボウル中心４０は、点火プラグ７と燃料噴射弁１０とを結ぶ線Ｌから点火プラグ７を中心にスワールＳ１の上流側へ所定角度θ１だけ回転した位置に設定されている。従って、ボウル１２は、図５（Ｃ）に示すようなボウル１２内を旋回するスワールＳ２の流れ方向で点火プラグ７より下流側の領域が、実質的に拡大した形となる。
【００４３】
なお、上述したようにボウル１２の中心４０をスワールＳ１の上流側へ偏心させると、ボウル１２の外周縁部（開口縁部）が燃料噴射弁１０から遠ざかり、燃料噴射弁１０からの燃料噴霧が直接的に干渉する虞があるため、この実施例では、燃料噴射弁１０に近接するボウル１２の外周縁部に、ボウル１２側へ臨んだ適宜な切欠部４１を凹設して、このような燃料噴霧の干渉を回避している。
【００４４】
また、ボウル１２は、ボウル１２の中で最も深く凹設された最深底部４２が略平面状に形成されるとともに、この最深底部４２からボウル周壁部を介してボウル開口縁部へと滑らかに湾曲する略椀状に形成されている。なお、最深底部４２を含めてボウル１２の壁部全体を滑らかな球面状に形成しても良い。
【００４５】
そして、ボウル１２の周壁部の中で、燃料噴射弁１０に対向する部分４３、言い換えると軸方向から見て点火プラグ７の周辺からスワール下流側にかけての部分４３が、図４に示すようなリエントラント形状に形成されている。
【００４６】
また、ボウル１２の周壁部の中で、燃料噴射弁１０と点火プラグ７とを結ぶ線ＬよりもスワールＳ１の上流側の部分４４が、圧縮行程中に噴射された燃料噴霧Ｆ１が直接的に干渉しないように、ボウル１２の偏心量が設定されている。
【００４７】
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、成層燃焼過程を示すピストン４の平面図である。図５（Ａ）に示す圧縮行程後半では、燃料噴射弁１０からボウル１２内へ向かって燃料噴霧Ｆ１が噴射されるとともに、ピストン４の上昇に伴って燃焼室１１内を旋回するスワールＳ１がボウル１２内へ導入される。この燃料噴霧Ｆ１は、図５（Ｂ）に示すようにボウル１２内のスワールＳ２に乗って拡散，気化しながら点火プラグ７側へ移動し、点火プラグ７周辺に可燃混合気Ｆ２を形成する。この可燃混合気を適宜なタイミングで点火することにより着火が行われる。そして図５（Ｃ）に示すように、点火プラグ７周辺を通過した混合気Ｆ３は、残留する液状燃料とともに、点火プラグ７よりスワールＳ２下流側領域へ拡散しながら流れ込む。
【００４８】
ここで本実施例では、ボウル１２の中心４０が、点火プラグ７に対して吸気弁５側に偏心しているとともに、点火プラグ７と燃料噴射弁１０とを結ぶ線ＬよりもスワールＳ１の上流側に偏心しているため、ボウル１２は、ボウル１２内のスワールＳ２流れ方向で点火プラグ７より下流側領域が相対的に大きくなる。この結果、圧縮行程付近で燃料噴射を行う成層燃焼時に、点火プラグ７周辺を通過した混合気（燃料）が滞留することなく良好に拡散，気化される。また、点火プラグ７周辺を通過した燃料が付着し易いボウル１２の周壁部が実質的に拡大した形となり、ボウル１２周壁部に付着する燃料液膜の厚さが薄肉化され、短時間で蒸発を完了することができる。この結果、スモークの発生や点火プラグ７のくすぶり等を効果的に抑制することができる。
【００４９】
また、上述したようにピストン上死点付近で燃焼室１１の大部分をボウル１２が占有するため、ボウル１２内にスワールＳ２や混合気を良好に封じ込めることができる。
【００５０】
さらに、ボウル１２が平面視で略円形となっているから、ボウル１２の容積を比較的小さくでき、圧縮比を十分高く設定できる。また、成層燃焼時にはボウル１２内に十分な強さのスワールＳ２を保存できる。つまり、均質燃焼による全開性能と成層希薄燃焼とを一層高いレベルで両立させることができる。
【００５１】
加えて、ボウル１２が偏心している関係で、燃料噴射弁１０に対向するボウル１２の周壁部分４３が中央部寄りに位置し、その表面積がペントルーフ形状に応じて比較的大きくなる。従って、この部分４３に付着する燃料液膜の厚さが薄くなり、燃料の蒸発時間が短縮化される。
【００５２】
さらに、ボウル１２の中心４０を点火プラグ７を中心に所定角度θ１回転した位置に設定しているから、シリンダ３や点火プラグ７に対するボウル１２の軸方向相対位置関係が、例えばボウル中心４０が点火プラグ７と燃料噴射弁１０とを結ぶ線Ｌ上に位置する場合と同一となり、この様な場合と同じレベルのスワールを確保できる。
【００５３】
また、燃料噴射弁１０に対向するボウル１２の周壁部分４３をリエントラント形状としているから、この部分４３に付着した燃料やこの部分４３の近傍を通過する混合気が、ボウル１２の外周縁部を越えて外部の燃焼室１１内へ飛び出すことが効果的に防止される。つまり、成層燃焼時に、ボウル１２内に燃料および混合気さらにはスワールを確実に封じ込めておくことができ、成層燃焼が良好なものとなる。
【００５４】
次に、図６，図７は、この発明に係るピストン４の第２実施例を示している。なお、上記第１実施例と同一部分には同じ参照符号を付して重複する説明を省略している。
【００５５】
この実施例においては、ボウル１２の中心４０が第１実施例と同様の位置に設定されているのに対し、ボウル１２の最深底部４５が、ボウル中心４０に対して点火プラグ７と燃料噴射弁１０とを結ぶ線Ｌ側（図６の右側）に偏心している。より具体的には、最深底部４５の中心４５ａが上記線Ｌ上に設定されている。言い換えると、ボウル１２の底面の中で、ボウル１２内スワールの流れ方向で点火プラグ７の下流側領域４６の表面積及び曲率半径が相対的に大きくなっている。従って、この領域４６周辺を混合気が滞留することなく良好に通過，拡散するとともに、この領域４６に付着する燃料の液膜を薄肉化でき、より一層良好な成層燃焼を実現できる。
【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】図１の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線に沿った断面図。
【図５】成層燃焼の過程を示すピストン平面図。
【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Ｂ−Ｂ線に沿った断面図。
【符号の説明】
４…ピストン
７…点火プラグ
１０…燃料噴射弁
１１…燃焼室
１２…ボウル
２１…頂部
２２…吸気弁側ピストン傾斜面
２３…排気弁側ピストン傾斜面
４０…ボウル中心
４１…切欠部
４２…最深底部
４３，４４…ボウル周壁部分

Claims

内部をピストンが昇降するシリンダと、吸気弁及び排気弁が配設されたシリンダヘッドと、シリンダ軸方向から見てシリンダ略中央を指向した姿勢で吸気弁側に配置され、上記シリンダヘッドとピストン頂部との間に形成された燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、上記軸方向から見てシリンダ略中央に位置する点火プラグと、を備え、上記燃焼室内にタンブル流成分を付与した状態で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とともに、上記燃焼室内にスワール成分を付与した状態で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ようにした筒内噴射式内燃機関において、
上記ピストン頂部に上記軸方向から見て略真円形のボウルが凹設され、上記軸方向から見て上記ボウルの中心が、その真円形範囲内に位置する上記点火プラグに対して上記吸気弁側に偏心しているとともに、上記点火プラグと上記燃料噴射弁とを結ぶ線を基準としてシリンダの内壁面に沿って燃焼室内を旋回するスワールの上流側に偏心しており、
かつ、上記ボウル底面の最深底部が、上記ボウル中心に対して上記点火プラグと上記燃料噴射弁とを結ぶ線側に偏心し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。
上記シリンダヘッドは、一対の吸気弁が配設される吸気側傾斜面及び一対の排気弁が配設される排気弁側傾斜面を有するペントルーフ形状となっており、
上記ピストン頂部には、上記吸気弁側傾斜面に略平行となるように傾斜した吸気弁側ピストン傾斜面及び排気弁側傾斜面に略平行となるように傾斜した排気弁側ピストン傾斜面が形成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。
上記ボウルの周壁部の中で、上記点火プラグと上記燃料噴射弁とを結ぶ線よりスワール下流側の部分が、圧縮行程中に噴射された燃料噴霧と直接的に干渉しないように、上記ボウルの偏心量が設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。
上記軸方向から見て上記ボウルの中心は、上記点火プラグと上記燃料噴射弁とを結ぶ線から上記点火プラグを中心にシリンダの内壁面に沿って燃焼室内を旋回するスワールの旋回方向とは逆方向へ所定量回転した位置に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。
上記ボウルの周壁部の中で上記燃料噴射弁に対向する部分が、リエントラント形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。
上記ボウルの外周縁部の中で上記燃料噴射弁に近接する部分に、上記燃料噴射弁からの燃料噴霧が直接的に干渉するのを回避する切欠部が凹設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。