JP3709675B2

JP3709675B2 - Piston for in-cylinder internal combustion engine

Info

Publication number: JP3709675B2
Application number: JP29195097A
Authority: JP
Inventors: 剛司桝田; 明裕飯山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2017-10-24
Also published as: JPH11132043A

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。上記ボウルは、内部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、この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】
なお、内燃機関の吸気弁や排気弁の開閉時期や作動角等のバルブリフト特性を機関運転条件に応じて可変制御する可変動弁機構が従来から種々提案されており、一部で既に実用に供されている。例えば、実開昭５７−１９８３０６号公報や特開平６−１８５３２１号公報には、カムシャフトの不等速回転によりバルブ作動角を変化させることができる可変動弁機構が開示されている。このほか、２種類のカムを使い分ける形式のものや、カムシャフトのクランクシャフトに対する位相を遅進させる形式のもの、などが知られている。このような可変動弁機構を用いる場合には、上死点における吸排気弁とピストンとの干渉を回避するために、ピストン頂面にバルブリセスを凹設する必要が生じることが多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の筒内噴射式内燃機関用ピストンに、吸気弁と該ピストンとの干渉を避けるために、バルブリセスを付加したとすると、ボウルとバルブリセスとが部分的に重なったものとなり、ボウルの外周縁がバルブリセスによって部分的に切り欠かれた形となる。そのため、ボウル内に噴射供給された燃料が、この切り欠き部分からボウルの外部にこぼれやすい。また、シリンダ内のスワール成分がバルブリセスを介してボウル内に流入することになるが、バルブリセスとボウル底面との段差によって流れに乱れが生じ、既にボウル内に形成されていたスワールを阻害することも考えられる。その結果、成層希薄燃焼が不安定となり、かつ燃費の悪化やＨＣの増加を招来する。従って、実際には、成層希薄燃焼を実現する上で、バルブリセスの形成は困難であり、バルブリフトの拡大による出力増大を図ることができない。
【０００７】
なお、バルブリセスの形成に伴ってボウルの深さをさらに深くすれば、成層燃焼時の燃料の封じ込め作用は高まるが、ピストン頂部の強度確保や重量等の点からは、ボウルの深さに限界がある。
【０００８】
この発明は、成層希薄燃焼と均質燃焼とを両立させることができ、かつバルブリセスにより上死点での吸気弁リフト量を大きく与えることが可能な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する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る筒内噴射式内燃機関のピストンは、シリンダヘッドに凹設されたペントルーフ型燃焼室に２つの吸気弁および２つの排気弁を有するとともに、シリンダ略中央に点火プラグを有し、かつ、シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁が吸気弁側に配置され、シリンダ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、シリンダ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のピストンにおいて、
上記ペントルーフ型燃焼室の排気弁側の傾斜面に略平行となるように傾斜した排気弁側傾斜面およびペントルーフ型燃焼室の吸気弁側の傾斜面に略平行となるように傾斜した吸気弁側傾斜面を有する頂部の凸部と、ピストン外形円に対し吸気弁側に偏心した位置に凹設された真円形のボウルと、上記吸気弁の弁頭部に対応して上記吸気弁側傾斜面に凹設され、かつその一部が上記ボウルに重なり合った一対のバルブリセスと、シリンダ内スワールの旋回方向に対しボウル中心を基準として上流側となる側のバルブリセスの底面と上記ボウルの底面とをなだらかに接続したスワール案内面と、を備えていることを特徴としている。なお、上記吸気弁側傾斜面は、ボウルおよび一対のバルブリセスが形成されるため、実際には一部のみが残存した形となり、さらに極端な場合には、これらに全体が覆われて仮想の面となる。
【００１０】
上記の構成では、吸気弁側傾斜面と排気弁側傾斜面とを有するピストン頂部の凸部が、ピストン上死点において、シリンダヘッド側の燃焼室内に入り込むようになっており、両者間の空間は非常に小さなものとなる。成層燃焼時には、例えば一方の吸気ポートを閉じる等の手段によって、シリンダ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封じ込められるが、ボウルが真円形であるため、十分なスワールをボウル内に確保できる。そして、上死点近傍で燃料がボウルへ向けて噴射されることにより、良好な成層燃焼を実現できる。ここで、上記吸気弁側傾斜面には、バルブリセスが凹設されており、このバルブリセスによってボウルの外周縁の一部が切り欠かれたものとなるが、シリンダ外周部を旋回するスワール成分が、一方のバルブリセスの底面からスワール案内面を介してボウル内に滑らかに導かれ、ボウル内のスワール流を阻害することなくボウル内に流入するので、燃料噴霧がボウル内に封じ込められ、外部への流出が抑制される。つまり燃料の流出により成層燃焼が損なわれることはない。特に、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、実際には、スワールによって僅かに曲げられ、スワール案内面と反対側寄りのボウル内周壁面に衝突するので、この噴霧が向かう方向と反対側のバルブリセスからの燃料の流出が問題となるのであるが、本発明では、上記のように、ここにスワール案内面を設け、スワールを流入させるので、燃料の流出方向と対向するようになり、燃料の流出を効果的に抑制できる。
【００１１】
また均質燃焼時には、一対の吸気弁を介してシリンダ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。このタンブル流によってボウル内の燃料の滞留が防止され、均質な混合気による均質燃焼を実現できる。
【００１２】
請求項２の発明では、上記スワール案内面との接続部を除く上記ボウルの外周縁の少なくとも一部がリエントラント形状をなしている。
【００１３】
この請求項２の構成では、ボウル内を旋回するスワール成分が他方のバルブリセス近傍からボウルの外部へ飛び出すことが防止される。つまり、成層燃焼時に、ボウル内にスワールおよび混合気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。なお、リエントラント形状は、スワール案内面との接続部を除くボウルの外周縁の全体に設けることが望ましいが、他方のバルブリセスと重なる部分では、バルブリセスの形成に伴い、リエントラント形状が実質的に消失してしまう場合もある。
【００１４】
また請求項３の発明は、さらに、リエントラント形状の半径方向の深さが、上記燃料噴射弁寄りの位置からスワール旋回方向に沿って徐々に深くなっていることを特徴としている。これにより、ボウル内に生じたスワールのベクトルの向きが徐々に変化し、一層、ボウル外へ出にくくなる。
【００１５】
また請求項４の発明では、上死点付近において燃料を噴射したときのボウル内における噴霧到達円よりも外側に上記スワール案内面が形成されている。
【００１６】
この請求項４の構成では、噴射された燃料噴霧がスワール案内面に衝突せず、スワール案内面による噴霧の飛散が回避される。
【００１７】
また請求項５の発明では、上記凸部の排気弁側傾斜面と吸気弁側傾斜面との間に生じる尾根部分のピストンピン軸方向両端の形状が、互いに非対称であり、上記スワール案内面側が相対的に大きく切り欠かれている。
【００１８】
この構成によれば、シリンダ内におけるスワール成分が、ピストン上死点付近においても、ピストンの尾根部分にせき止められずに円滑に流れ、スワール案内面を介してボウル内へ案内される。
【００１９】
また、請求項６の発明では、上記スワール案内面のスワール上流側の側縁とボウルの一般部の内周壁面との間に生じる段差部分に、ボウルの円周方向に窪んだ凹部が設けられている。つまり、スワール案内面とボウルの一般部との境界部分に、周方向にリエントラント構造をなしており、スワール案内面から流入したスワールに乗ってボウル内を周回してきた燃料が、再びスワール案内面からボウル外へ流れ出ないようにしている。
【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、バルブリセスの形成によって上死点時に大きなバルブリフト量を与えることが可能になるとともに、ピストンが上死点近傍にあるときにボウル内へ向けて噴射された燃料噴霧を、ボウル内へスワールを導くことによってボウル内に留めることができ、バルブリセスを介してボウル外へ流出することがない。従って、バルブリセスを形成したことに伴う成層燃焼時の性能低下を抑制できる。つまり、低負荷時の成層希薄燃焼と高負荷時の出力確保とを非常に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。上記吸気弁５に対しては、詳細には図示していないが、公知の可変動弁機構が設けられており、機関運転条件に応じてバルブリフト特性を可変制御できる構成となっている。
【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、点火プラグ７が位置するシリンダ３中心ヘ噴霧軸線が指向している。
【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、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】
次に、図３〜図６に基づいて、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。
【００３０】
このピストン４においては、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５つの面から構成されている。すなわち、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、上記吸気弁側傾斜面２２の上縁と上記排気弁側傾斜面２３の上縁とを接続するように細い帯状に設けられ、かつピストン４中心線と直交する平面からなる頂部水平面３０と、ピストン４の外形円と同心の円錐面からなる一対の円錐形側面２４，２５とによって、凸部２１が構成されている。
【００３１】
なお、この実施例では、上記吸気弁側傾斜面２２は、後述するバルブリセス３１，３２やボウル１２の形成によって、実際には頂部付近に僅かに残存しているに過ぎず、大部分は、図５に想像線で示すように、仮想の平面となっている。また、上記円錐形側面２４，２５は、この実施例では、排気弁側傾斜面２３の下縁を通って互いに一体に連続している。
【００３２】
上記凸部２１における円錐形側面２４，２５の円錐の頂角は、比較的小さく、図４に示すように、円錐形側面２４，２５は、切り立ったものとなっている。そして、これに伴い、凸部２１の尾根部分つまり頂部水平面３０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。これによって、ピストン４が上死点にあるときに、上記円錐形側面２４，２５とシリンダヘッド２側燃焼室１１との間に生じるクリアランスが非常に小さなものとなっており、シリンダ３内に残る容積の大部分をボウル１２が占有する。
【００３３】
そして、上記凸部２１の外周には、環状水平面２６が形成されている。この環状水平面２６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ものであり、ピストン４の全周に亙って細い環状に連続している。また、この環状水平面２６と同一平面をなすように、吸気弁側傾斜面２２の下縁とピストン４外周縁との間に、略三日月形をなす吸気弁側水平面２７が設けられている。この吸気弁側水平面２７は、シリンダヘッド２側の燃焼室１１の側部に平坦面として残されたスキッシュエリア２ａ（図１参照）に対応し、スキッシュの生成に寄与している。
【００３４】
また、上記のボウル１２が、上記吸気弁側傾斜面２２を中心とした範囲に凹設されている。上記ボウル１２は、ピストン４の平面上で見て真円形をなし、かつピストン４の半径よりも大きい直径を有していて、その一部が吸気弁側水平面２７および排気弁側傾斜面２３に差しかかっている。そして、底面１２ａ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、内周壁面が上方へ立ち上がった皿形をなしている。また図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】
また上記吸気弁側傾斜面２２には、吸気弁５の弁頭部に対応して一対のバルブリセス３１，３２が凹設されている。このバルブリセス３１，３２は、バルブ傾斜角に沿って比較的浅い円形に形成されているものであるが、上記ボウル１２と重なり合っているので、それぞれ略三日月形に現れている。図５の符号Ｌは、吸気弁５の中心線を示している。
【００３６】
このようにバルブリセス３１，３２が形成される結果、ボウル１２は、その外周縁の一部が切り欠かれたものとなっている。そして、一方のバルブリセス３２、詳しくは、シリンダ３内スワールの旋回方向（図２の矢印参照）に対し、ボウル１２中心を基準として上流側となる側のバルブリセス３２と上記ボウル１２との間に、スワール案内面３３が形成されている。このスワール案内面３３は、図６に示すように、バルブリセス３２底面とボウル１２底面１２ａとを接続するなだらかに傾斜した傾斜面からなり、かつ、バルブリセス３２の底面の幅に対応した帯状の範囲に形成されている。また、この実施例では、上記ボウル１２の外周縁、特に、排気弁側傾斜面２３に接している部分の外周縁が、図５に示すように、リエントラント形状をなしている。つまり、上縁部分が庇状に内周側に張り出している。
【００３７】
上記の構成においては、成層燃焼時にシリンダ３内に生成されたスワールが、一方のバルブリセス３２からスワール案内面３３を介してボウル１２内にスムースに案内され、十分な強さを保ったまま保存される。そして、圧縮行程後半においてボウル１２へ向けて燃料が噴射された後、ピストン４が上死点に近づくと、ボウル１２を有する凸部２１の各面が、シリンダヘッド２側の対応する面にそれぞれ近接するため、ボウル１２が全周に亙って良好にシールされた状態となる。従って、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。
【００３８】
特に、ボウル１２に重なってバルブリセス３１，３２が凹設されているが、燃料噴射後もその一方のバルブリセス３２を通してボウル１２内にスワールが流入するので、このバルブリセス３２を通した燃料の流出は阻止される。また、他方のバルブリセス３１については、燃料噴霧がボウル１２内でこのバルブリセス３１側に偏って衝突することから、そもそも外部への燃料の流出は生じにくい。つまり、燃料は、燃料噴射弁１０からシリンダ３中心へ向けて噴射されるのであるが、成層燃焼時には、シリンダ３内に生成される強いスワールによって噴霧が傾き、図３に矢印Ｆとして示す方向に進行する。そのため、この噴霧は、リエントラント形状となったボウル１２内周壁面に衝突し、かつ反射する。従って、バルブリセス３１からの燃料の流出は、外部からのガスの流入がなくても、殆ど問題とならないのである。
【００３９】
従って、ボウル１２内の燃料が、ボウル１２外部へ漏れ出すことがなく、バルブリセス３１，３２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。
【００４０】
また、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、その深さが極端に深いものとなっていないので、該ボウル１２内に入った燃料がタンブル流によって容易に洗い流され、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。
【００４１】
図７は、上記スワール案内面３３のボウル１２底面１２ａとの境界３３ａおよびバルブリセス３２底面との境界３３ｂを、比較的小さな曲率半径のＲ面とした実施例を示している。このように接続部を折曲形状とせずにＲ面とすれば、スワールの流れの剥離が防止され、一層円滑にスワールが案内される。
【００４２】
次に、図８〜図１１は、この発明に係るピストン４の第２の実施例を示している。
【００４３】
この実施例においては、スワール案内面３３とボウル１２底面１２ａとの境界３３ａが、上述した第１の実施例に比較して外周側に位置しており、ボウル１２底面１２ａが略真円形に確保されている。特に、図８に示すように、燃料噴射弁１０から上死点付近で燃料が噴射されたときに、ボウル１２内における噴霧到達円Ｒよりも外側に上記の境界３３ａが位置している。スワール案内面３３が設けられている部分のボウル１２の外周縁の位置つまりスワール案内面３３のバルブリセス３２側の境界３３ｂの位置は、前述した実施例と基本的に変わらないので、スワール案内面３３の傾斜は、図１１に明らかなように、相対的に急なものとなっている。しかしながら、このように角度がある程度大きくても、バルブリセス３２の底面から流れてくる流れに剥離が生じない程度であれば、スワールを十分に円滑に案内することができる。
【００４４】
なお、この実施例では、ボウル１２の燃料噴射弁１０寄りの部分に、ピストンリング溝３４（図１０参照）との間の肉厚確保のために、テーパ状に膨らんだ膨出部３５が設けられているが、スワール案内面３３は、この膨出部３５側縁までの範囲に周方向に広く形成されている。
【００４５】
また、この第２の実施例においては、凸部２１のピストンピン軸方向両端に位置する一対の円錐形側面２４，２５が互いに非対称形状となっており、特に、スワール案内面３３に隣接する円錐形側面２５の方が、他方の円錐形側面２４に比べて大きく切り欠かれた形状となっている。さらに具体的には、それぞれの側面２４，２５を構成する円錐の頂角が異なる値となっている。
【００４６】
この実施例においては、噴射された燃料噴霧がスワール案内面３３に衝突することがなく、好ましくない方向への噴霧の反射、飛散を回避できる。また上記のようにスワール案内面３３直前の円錐形側面２４を構成することで、上死点付近でのガス流路が相対的に大きく確保され、ボウル１２内に一層強くスワールを生成することができる。
【００４７】
図１２は、上記第２の実施例におけるスワール案内面３３のボウル１２底面１２ａとの境界３３ａおよびバルブリセス３２底面との境界３３ｂを、適宜な曲率半径のＲ面とした実施例を示している。このように接続部を折曲形状とせずにＲ面とすれば、スワールの流れの剥離が防止され、一層円滑にスワールが案内される。なお、それぞれのＲ面の曲率半径を大きくして、実質的に直線部分がないように構成してもよい。
【００４８】
次に、図１３〜図１５は、この発明に係るピストン４の第３の実施例を示している。
【００４９】
この実施例においては、スワール案内面３３自体は、前述した第２の実施例と同様の構成となっている。そして、この実施例では、ボウル１２の外周縁の中で、他方のバルブリセス３１と重なる部分からスワール案内面３３直前の位置までに亙って、リエントラント形状をなしており、かつ、そのリエントラント形状の半径方向の深さが、図１３に破線で示すように、スワール旋回方向に沿って徐々に深くなっている。さらに、上記スワール案内面３３のスワール上流側の側縁とボウル１２の一般部（スワール案内面３３以外の部分）の内周壁面との間に生じる段差部分に、ボウル１２の円周方向に窪んだ凹部３６が設けられている。つまり、スワール案内面３３とボウル１２の一般部との境界部分が、ボウル１２内のスワールに対向するように、周方向にリエントラント構造をなしている。
【００５０】
従って、この実施例では、スワール案内面３３から流入したスワールに乗ってボウル１２内を周回してきた燃料が、再びスワール案内面３３からボウル１２外へ流れ出ることがなく、また、ボウル１２外周縁からの流出も一層確実に抑制される。
【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の実施例を示す平面図。
【図４】このピストンの頂部の斜視図。
【図５】図３のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図６】図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図７】境界をＲ面とした変形例を示す図６と同様の断面図。
【図８】この発明に係るピストンの第２の実施例を示す平面図。
【図９】このピストンの頂部の斜視図。
【図１０】図８のＣ−Ｃ線に沿った断面図。
【図１１】図８のＤ−Ｄ線に沿った断面図。
【図１２】境界をＲ面とした変形例を示す図１１と同様の断面図。
【図１３】この発明に係るピストンの第３の実施例を示す平面図。
【図１４】このピストンの頂部の斜視図。
【図１５】図１３のＥ−Ｅ線に沿った断面図。
【符号の説明】
４…ピストン
１２…ボウル
２１…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
３１，３２…バルブリセス
３３…スワール案内面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piston of a direct injection internal combustion engine typified by a gasoline engine, in particular, a direct injection capable of both homogeneous combustion and stratified combustion using a tumble component and a swirl component generated in the cylinder. The present invention relates to an improvement of a piston of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
A so-called homogeneous combustion is formed by forming a substantially homogeneous air-fuel ratio mixture in the cylinder at the time of fully open output, etc., and a relatively rich mixture is formed only in a part of the cylinder, that is, in the vicinity of the spark plug in the low load range. Various in-cylinder injection internal combustion engines that perform stratified combustion so as to obtain an extremely large average air-fuel ratio have been proposed.
[0003]
As a piston of a direct injection internal combustion engine capable of stratified lean combustion, for example, a piston described in Japanese Patent Publication No. 8-35429 is known. In the internal combustion engine described in this publication, a non-circular bowl (cavity) eccentric to the outer circle of the piston is formed at the top of the piston, and fuel is supplied to the bowl near the top dead center of the piston. A fuel injection valve is arranged so as to be able to. The bowl has a reentrant type configuration so as to contain fuel and swirl inside. In addition, in order to generate a strong swirl in the bowl, one of the pair of intake ports is configured as a helical port, and an air control valve for opening and closing the other intake port is provided.
[0004]
That is, in the internal combustion engine disclosed in this publication, at the time of lean combustion, the air control valve is closed and fresh air is introduced only from one helical port to generate a strong swirl in the cylinder. Since this swirl is introduced into the bowl as the piston rises, fuel is injected into the bowl near the compression top dead center, so that a combustible air-fuel mixture is formed in the bowl and carried to the vicinity of the spark plug. It is. Therefore, ignition is performed by igniting at an appropriate timing.
[0005]
Various variable valve mechanisms that variably control valve lift characteristics such as opening and closing timings and operating angles of internal combustion engines according to engine operating conditions have been proposed, and some have already been put into practical use. It is provided. For example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 57-198306 and Japanese Patent Laid-Open No. 6-185321 disclose a variable valve mechanism that can change a valve operating angle by an inconstant speed rotation of a camshaft. In addition, a type that uses two types of cams properly and a type that delays the phase of the camshaft relative to the crankshaft are known. When such a variable valve mechanism is used, in order to avoid interference between the intake / exhaust valve and the piston at the top dead center, it is often necessary to provide a recess in the piston top surface.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, if a valve recess is added to the conventional cylinder injection type internal combustion engine piston in order to avoid interference between the intake valve and the piston, the bowl and the valve recess partially overlap with each other. The outer peripheral edge is partially cut away by a valve recess. Therefore, the fuel injected and supplied into the bowl is likely to spill out of the bowl from the notch. In addition, the swirl component in the cylinder flows into the bowl via the valve recess, but the flow is disturbed by the step between the valve recess and the bottom of the bowl, and the swirl that has already been formed in the bowl may be hindered. Conceivable. As a result, stratified lean combustion becomes unstable, leading to deterioration in fuel consumption and increase in HC. Therefore, in practice, it is difficult to form a valve recess in realizing stratified lean combustion, and it is not possible to increase the output by expanding the valve lift.
[0007]
Increasing the depth of the bowl along with the formation of the valve recess increases the containment of fuel during stratified combustion, but there is a limit to the depth of the bowl in terms of securing the strength of the piston top and weight. is there.
[0008]
The present invention provides a piston for a direct injection internal combustion engine that can achieve both stratified lean combustion and homogeneous combustion, and can give a large intake valve lift amount at top dead center by valve recess. Objective.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A piston of a direct injection internal combustion engine according to the present invention has two intake valves and two exhaust valves in a pent roof type combustion chamber recessed in a cylinder head, and has an ignition plug in the approximate center of the cylinder, and A fuel injection valve that directly injects fuel into the cylinder is arranged on the intake valve side, and injecting fuel near the intake stroke with a tumble flow component applied to the cylinder achieves homogeneous combustion and In a piston of a direct injection internal combustion engine that realizes stratified combustion by performing fuel injection near the compression stroke with a swirl component added to
The exhaust valve side inclined surface inclined substantially parallel to the exhaust valve side inclined surface of the pent roof type combustion chamber and the intake valve side inclined substantially parallel to the intake valve side inclined surface of the pent roof type combustion chamber A convex portion at the top having an inclined surface, a true circular bowl recessed at a position eccentric to the intake valve side with respect to the piston outer circle, and the intake valve side inclined surface corresponding to the valve head of the intake valve A pair of valve recesses, part of which overlaps with the bowl, and the bottom surface of the valve recess on the upstream side with respect to the swirling direction of the swirl in the cylinder, and the bottom surface of the bowl. And a swirl guide surface connected to the device. In addition, since the bowl and the pair of valve recesses are formed, the intake valve side inclined surface actually has a shape in which only a part remains, and in an extreme case, the entire surface is covered with an imaginary surface. It becomes.
[0010]
In the above configuration, the convex portion of the piston top portion having the intake valve side inclined surface and the exhaust valve side inclined surface enters the combustion chamber on the cylinder head side at the piston top dead center, and the space between the two Will be very small. During stratified combustion, swirl is generated in the cylinder by means such as closing one intake port. The swirl is confined in the bowl as the piston rises. However, since the bowl is perfectly round, a sufficient swirl can be secured in the bowl. Further, good stratified combustion can be realized by injecting fuel toward the bowl near the top dead center. Here, a valve recess is recessed in the intake valve side inclined surface, and a part of the outer peripheral edge of the bowl is cut away by this valve recess. It is smoothly guided from the bottom of one of the valve recesses into the bowl through the swirl guide surface and flows into the bowl without obstructing the swirl flow in the bowl, so that the fuel spray is contained in the bowl and flows out to the outside. Is suppressed. That is, stratified combustion is not impaired by the outflow of fuel. In particular, the fuel spray injected from the fuel injection valve toward the spark plug in the substantially center of the cylinder is actually bent slightly by the swirl and collides with the bowl inner peripheral wall near the opposite side of the swirl guide surface. The outflow of fuel from the valve recess on the side opposite to the direction of spraying is a problem. However, in the present invention, as described above, the swirl guide surface is provided and the swirl flows in, so the outflow direction of the fuel And the fuel outflow can be effectively suppressed.
[0011]
In homogeneous combustion, a tumble flow is generated by the fresh air flowing into the cylinder via the pair of intake valves, and fuel is injected near the intake stroke. This tumble flow prevents the fuel from staying in the bowl and achieves homogeneous combustion with a homogeneous mixture.
[0012]
In the invention of claim 2, at least a part of the outer peripheral edge of the bowl excluding the connecting portion with the swirl guide surface has a reentrant shape.
[0013]
In the second aspect of the present invention, the swirl component swirling in the bowl is prevented from jumping out from the vicinity of the other valve recess to the outside of the bowl. That is, at the time of stratified combustion, swirl and air-fuel mixture can be reliably contained in the bowl, and stratified combustion becomes good. The reentrant shape is preferably provided on the entire outer periphery of the bowl excluding the connection portion with the swirl guide surface, but the reentrant shape substantially disappears with the formation of the valve recess in the portion overlapping the other valve recess. There is also a case.
[0014]
Further, the invention of claim 3 is characterized in that the radial depth of the reentrant shape gradually becomes deeper along the swirl turning direction from the position near the fuel injection valve. This gradually changes the direction of the swirl vector generated in the bowl, making it more difficult to get out of the bowl.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, the swirl guide surface is formed outside the spray reaching circle in the bowl when fuel is injected near the top dead center.
[0016]
In the configuration of the fourth aspect, the injected fuel spray does not collide with the swirl guide surface, and the spray dispersion by the swirl guide surface is avoided.
[0017]
In the invention of claim 5, the shapes of the ridge portions formed between the exhaust valve side inclined surface and the intake valve side inclined surface of the convex portion are opposite to each other in the piston pin axial direction, and the swirl guide surface side is A relatively large notch.
[0018]
According to this configuration, the swirl component in the cylinder flows smoothly without being blocked by the ridge portion of the piston even near the top dead center of the piston, and is guided into the bowl via the swirl guide surface.
[0019]
Further, in the invention of claim 6, a concave portion recessed in the circumferential direction of the bowl is provided at a step portion formed between the side edge of the swirl guide surface on the swirl upstream side and the inner peripheral wall surface of the general portion of the bowl. ing. In other words, a reentrant structure is formed in the circumferential direction at the boundary portion between the swirl guide surface and the general portion of the bowl, and the fuel that has circulated in the bowl on the swirl that has flowed in from the swirl guide surface is again from the swirl guide surface It does not flow out of the bowl.
[0020]
【The invention's effect】
According to the piston of the direct injection internal combustion engine according to the present invention, it is possible to give a large valve lift amount at the top dead center by forming the valve recess, and into the bowl when the piston is in the vicinity of the top dead center. The fuel spray injected toward the inside of the bowl can be retained in the bowl by guiding the swirl into the bowl, and does not flow out of the bowl through the valve recess. Therefore, it is possible to suppress a decrease in performance during stratified combustion due to the formation of the valve recess. That is, it is possible to achieve both stratified lean combustion at low load and securing of output at high load at a very high level.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0022]
First, the configuration of a direct injection internal combustion engine in which the piston 4 of the present invention is used will be described with reference to FIGS. As illustrated, a plurality of cylinders 3 are arranged in series on the cylinder block 1, and a cylinder head 2 is fixed so as to cover the upper surface thereof. A piston 4 is slidably fitted in the cylinder 3. The combustion chamber 11 recessed in the cylinder head 2 has a so-called pent roof type, and a pair of intake valves 5 is provided on one inclined surface 11a and a pair of exhaust valves 6 is provided on the other inclined surface 11b. Are arranged respectively. A spark plug 7 is disposed at a substantially central position of the cylinder 3 surrounded by the pair of intake valves 5 and the pair of exhaust valves 6. Although not shown in detail for the intake valve 5, a known variable valve mechanism is provided so that the valve lift characteristics can be variably controlled according to the engine operating conditions.
[0023]
The cylinder head 2 is formed with a pair of intake ports 8 corresponding to the pair of intake valves 5 independently of each other. That is, the pair of intake ports 8 do not merge in the cylinder head 2 and open independently on the side surfaces of the cylinder head 2. An exhaust port 9 is formed corresponding to the exhaust valve 6.
[0024]
The electromagnetic fuel injection valve 10 having a substantially cylindrical shape is disposed on the lower surface portion of the cylinder head 2 near the side wall of the cylinder 3 on the intake valve 5 side, and is attached in such a posture that its central axis is directed obliquely downward. In particular, as shown in FIG. 2, the fuel injection valve 10 is disposed between the two intake valves 5, and the spray axis is directed toward the center of the cylinder 3 where the spark plug 7 is located.
[0025]
As will be described later, a circular bowl 12 is formed on the top of the piston 4 disposed in the cylinder 3 at a position eccentric to the intake valve 5 side, and the piston 4 is in the vicinity of the top dead center. In addition, the spray axis of the fuel injection valve 10 is directed to the bowl 12.
[0026]
The pair of intake ports 8 are connected to a pair of intake passages 14a and 14b that are independently formed on the intake manifold 13 side. A butterfly valve type air control valve 15 for opening and closing the intake passage 14b is interposed in the one intake passage 14b. The air control valve 15 is controlled to open and close according to engine operating conditions by a drive mechanism (not shown) via a shaft 16. In the state where the air control valve 15 is closed, fresh air flows only through the intake port 8 connected to the other intake passage 14a. However, the intake port 8 is not a helical port, but is a loosely curved substantially straight line. Port shape.
[0027]
The basic operation of the internal combustion engine will be briefly described. First, a homogeneous air-fuel mixture is formed in the cylinder 3 at the time of full load of the engine or in a region where the air-fuel ratio is relatively small in the lean combustion region. Homogeneous combustion is performed. During the homogeneous combustion, the air control valve 15 is controlled to be in an open state, and fresh air is introduced into the cylinder 3 from both the pair of intake ports 8. Thereby, a strong tumble flow (longitudinal vortex) is generated in the cylinder 3. The fuel is injected and supplied into the cylinder 3 during the intake stroke. This fuel is actively diffused in the cylinder 3 by the tumble flow, and homogenization is promoted without staying in the bowl 12.
[0028]
On the other hand, in a lean combustion region where the air-fuel ratio is very large in a low load region, stratified lean combustion is performed that enables reliable ignition by stratification of the air-fuel mixture. During this stratified lean combustion, the air control valve 15 is closed, and fresh air flows into the cylinder 3 from only one intake port 8. Thereby, in the cylinder 3, the tumble component is relatively weakened and a swirl flow along the horizontal direction is generated strongly. During this stratified lean combustion, fuel is injected from the fuel injection valve 10 toward the bowl 12 in the latter half of the compression stroke. This injected fuel rides on the swirl flow confined in the bowl 12 at the top of the piston 4 and moves toward the spark plug 7 to form an ignitable air-fuel mixture around the spark plug 7. Ignition combustion is possible by igniting.
[0029]
Next, based on FIGS. 3-6, the structure of the piston 4, especially the structure of the top part is demonstrated in detail.
[0030]
In the piston 4, a convex portion 21 is provided on the top surface so that the bowl 12 occupies most of the space in the cylinder 3 at the top dead center. The convex portion 21 is basically composed of five surfaces. That is, the intake valve side inclined surface 22 and the exhaust valve side inclined surface 23, which are substantially parallel to the two inclined surfaces 11a and 11b constituting the pent roof type combustion chamber 11 on the cylinder head 2 side, and the intake valve side inclined surface. A top horizontal plane 30 which is provided in a thin strip shape so as to connect the upper edge of the surface 22 and the upper edge of the exhaust valve side inclined surface 23 and which is a plane orthogonal to the piston 4 center line; The convex portion 21 is constituted by a pair of conical side surfaces 24 and 25 having concentric conical surfaces.
[0031]
In this embodiment, the intake valve-side inclined surface 22 actually remains slightly in the vicinity of the top due to the formation of the valve recesses 31 and 32 and the bowl 12, which will be described later. As indicated by imaginary lines in FIG. In this embodiment, the conical side surfaces 24 and 25 are continuous with each other through the lower edge of the exhaust valve side inclined surface 23.
[0032]
The apex angle of the cones of the conical side surfaces 24 and 25 in the convex portion 21 is relatively small, and the conical side surfaces 24 and 25 are standing as shown in FIG. Along with this, the ridge portion of the convex portion 21, that is, the top horizontal plane 30, extends to the vicinity of the piston 4 outer circle along the piston pin axial direction. Thereby, when the piston 4 is at the top dead center, the clearance generated between the conical side surfaces 24 and 25 and the cylinder head 2 side combustion chamber 11 is very small and remains in the cylinder 3. Bowl 12 occupies most of the volume.
[0033]
An annular horizontal surface 26 is formed on the outer periphery of the convex portion 21. The annular horizontal plane 26 is composed of a single plane orthogonal to the center line of the piston 4, and is continuous in a thin annular shape over the entire circumference of the piston 4. Further, an intake valve side horizontal surface 27 having a substantially crescent shape is provided between the lower edge of the intake valve side inclined surface 22 and the outer peripheral edge of the piston 4 so as to be flush with the annular horizontal surface 26. The intake valve side horizontal surface 27 corresponds to the squish area 2a (see FIG. 1) left as a flat surface on the side of the combustion chamber 11 on the cylinder head 2 side, and contributes to the generation of squish.
[0034]
The bowl 12 is recessed in a range centered on the intake valve side inclined surface 22. The bowl 12 has a true circular shape when viewed on the plane of the piston 4 and has a diameter larger than the radius of the piston 4, and a part of the bowl 12 is formed on the intake valve side horizontal surface 27 and the exhaust valve side inclined surface 23. I'm approaching. And while the bottom face 12a is along the surface orthogonal to the piston 4 centerline, the inner peripheral wall surface has risen upwards. As shown in FIG. 2, when the piston 4 is at the top dead center, the spark plug 7 is disposed in the bowl 12 and positioned on the outer periphery thereof.
[0035]
A pair of valve recesses 31, 32 are recessed in the intake valve side inclined surface 22 corresponding to the valve head of the intake valve 5. Although the valve recesses 31 and 32 are formed in a relatively shallow circle along the valve inclination angle, they overlap with the bowl 12 and thus appear in a substantially crescent shape. A symbol L in FIG. 5 indicates a center line of the intake valve 5.
[0036]
As a result of the valve recesses 31 and 32 being formed in this way, the bowl 12 has a part of its outer peripheral edge cut away. One valve recess 32, specifically, the swirling direction of the swirl in the cylinder 3 (see the arrow in FIG. 2), between the valve recess 32 on the upstream side with respect to the center of the bowl 12 and the bowl 12, A swirl guide surface 33 is formed. As shown in FIG. 6, the swirl guide surface 33 is a gently inclined surface that connects the bottom surface of the valve recess 32 and the bottom surface 12 a of the bowl 12, and has a band-shaped range corresponding to the width of the bottom surface of the valve recess 32. Is formed. In this embodiment, the outer peripheral edge of the bowl 12, particularly the outer peripheral edge of the portion in contact with the exhaust valve side inclined surface 23, has a reentrant shape as shown in FIG. That is, the upper edge portion protrudes in the shape of a bowl on the inner peripheral side.
[0037]
In the above configuration, the swirl generated in the cylinder 3 at the time of stratified combustion is smoothly guided from one valve recess 32 to the bowl 12 through the swirl guide surface 33 and stored with sufficient strength. The Then, after the fuel is injected toward the bowl 12 in the latter half of the compression stroke, when the piston 4 approaches top dead center, each surface of the convex portion 21 having the bowl 12 is respectively corresponding to the corresponding surface on the cylinder head 2 side. Because of the proximity, the bowl 12 is well sealed over the entire circumference. Therefore, the combustion progresses in the bowl 12 without the swirl or air-fuel mixture in the bowl 12 leaking outside.
[0038]
In particular, although the valve recesses 31 and 32 are recessed so as to overlap the bowl 12, the swirl flows into the bowl 12 through one of the valve recesses 32 after fuel injection, so that fuel flow through the valve recesses 32 is prevented. Is done. Further, with respect to the other valve recess 31, the fuel spray is biased and collides with the valve recess 31 in the bowl 12, so that fuel does not easily flow out to the outside. In other words, the fuel is injected from the fuel injection valve 10 toward the center of the cylinder 3, but during stratified combustion, the spray is inclined by the strong swirl generated in the cylinder 3, and in the direction indicated by the arrow F in FIG. proceed. Therefore, this spray collides with the inner peripheral wall surface of the bowl 12 having a reentrant shape and is reflected. Therefore, the outflow of fuel from the valve recess 31 hardly poses a problem even if there is no inflow of gas from the outside.
[0039]
Therefore, the fuel in the bowl 12 does not leak to the outside of the bowl 12, the adverse effects due to the formation of the valve recesses 31 and 32 are greatly reduced, and sufficiently good stratified combustion can be ensured.
[0040]
At the time of homogeneous combustion, a tumble flow is formed in the cylinder 3 by the fresh air flowing from the pair of intake ports 8 and fuel injection is performed during the intake stroke, but the bowl 12 has an extremely deep depth. Since it is not deep, the fuel that has entered the bowl 12 is easily washed away by the tumble flow and does not stay. Therefore, a homogeneous air-fuel mixture can be formed even at high loads, and good homogeneous combustion is possible.
[0041]
FIG. 7 shows an embodiment in which the boundary 33a of the swirl guide surface 33 with the bottom surface 12a of the bowl 12 and the boundary 33b with the bottom surface of the valve recess 32 are R surfaces having a relatively small radius of curvature. In this way, if the connecting portion is formed into an R surface instead of a bent shape, the swirl flow is prevented from being separated and the swirl is guided more smoothly.
[0042]
Next, FIGS. 8 to 11 show a second embodiment of the piston 4 according to the present invention.
[0043]
In this embodiment, the boundary 33a between the swirl guide surface 33 and the bottom surface 12a of the bowl 12 is positioned on the outer peripheral side as compared with the first embodiment described above, and the bottom surface 12a of the bowl 12 is ensured in a substantially true circle. Has been. In particular, as shown in FIG. 8, when the fuel is injected from the fuel injection valve 10 near the top dead center, the boundary 33 a is located outside the spray reaching circle R in the bowl 12. The position of the outer peripheral edge of the bowl 12 in the portion where the swirl guide surface 33 is provided, that is, the position of the boundary 33b on the valve recess 32 side of the swirl guide surface 33 is basically the same as that of the above-described embodiment. As shown in FIG. 11, the inclination of is relatively steep. However, even if the angle is large to some extent, the swirl can be guided sufficiently smoothly if the flow flowing from the bottom surface of the valve recess 32 does not cause separation.
[0044]
In this embodiment, the portion of the bowl 12 near the fuel injection valve 10 is provided with a bulging portion 35 swelled in a taper shape in order to secure a wall thickness with the piston ring groove 34 (see FIG. 10). However, the swirl guide surface 33 is widely formed in the circumferential direction in the range up to the side edge of the bulging portion 35.
[0045]
In the second embodiment, the pair of conical side surfaces 24 and 25 located at both ends of the convex portion 21 in the axial direction of the piston pin are asymmetrical with each other, and in particular, the conical portion adjacent to the swirl guide surface 33. The shape side surface 25 has a shape that is greatly cut out as compared with the other conical side surface 24. More specifically, the apex angles of the cones forming the respective side surfaces 24 and 25 have different values.
[0046]
In this embodiment, the injected fuel spray does not collide with the swirl guide surface 33, and reflection and scattering of the spray in an undesirable direction can be avoided. Further, by configuring the conical side surface 24 immediately before the swirl guide surface 33 as described above, a relatively large gas flow path in the vicinity of the top dead center is secured, and the swirl can be generated more strongly in the bowl 12. it can.
[0047]
FIG. 12 shows an embodiment in which the boundary 33a between the swirl guide surface 33 and the bottom surface 12a of the bowl 12 and the boundary 33b between the bottom surface of the valve recess 32 and the bottom surface of the valve recess 32 in the second embodiment is an R surface having an appropriate radius of curvature. In this way, if the connecting portion is formed into an R surface instead of a bent shape, the swirl flow is prevented from being separated and the swirl is guided more smoothly. In addition, you may comprise so that the curvature radius of each R surface may be enlarged and there may be substantially no linear part.
[0048]
Next, FIGS. 13 to 15 show a third embodiment of the piston 4 according to the present invention.
[0049]
In this embodiment, the swirl guide surface 33 itself has the same configuration as that of the second embodiment described above. In this embodiment, the reentrant shape is formed from the portion of the outer peripheral edge of the bowl 12 that overlaps the other valve recess 31 to the position immediately before the swirl guide surface 33. The depth in the radial direction is gradually increased along the swirl turning direction as indicated by a broken line in FIG. Further, a step is formed in the circumferential direction of the bowl 12 between the side edge of the swirl guide surface 33 on the upstream side of the swirl and the inner peripheral wall surface of the general portion of the bowl 12 (the portion other than the swirl guide surface 33). A recess 36 is provided. That is, a reentrant structure is formed in the circumferential direction so that a boundary portion between the swirl guide surface 33 and the general portion of the bowl 12 faces the swirl in the bowl 12.
[0050]
Therefore, in this embodiment, the fuel that has circulated in the bowl 12 on the swirl that has flowed in from the swirl guide surface 33 does not flow out of the bowl 12 again from the swirl guide surface 33, and from the outer periphery of the bowl 12. The outflow of water is further reliably suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a direct injection internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a bottom view showing a state in which the cylinder head is viewed from the lower surface side.
FIG. 3 is a plan view showing a first embodiment of a piston according to the present invention.
FIG. 4 is a perspective view of the top of the piston.
5 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
6 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
7 is a cross-sectional view similar to FIG. 6, showing a modified example in which the boundary is an R plane.
FIG. 8 is a plan view showing a second embodiment of the piston according to the present invention.
FIG. 9 is a perspective view of the top of the piston.
10 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
11 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
12 is a cross-sectional view similar to FIG. 11 showing a modification in which the boundary is an R plane.
FIG. 13 is a plan view showing a third embodiment of the piston according to the present invention.
FIG. 14 is a perspective view of the top of the piston.
15 is a cross-sectional view taken along line EE of FIG.
[Explanation of symbols]
4 ... Piston 12 ... Bowl 21 ... Convex part 22 ... Intake valve side inclined surface 23 ... Exhaust valve side inclined surface 24, 25 ... Conical side surfaces 31, 32 ... Valve recess 33 ... Swirl guide surface

Claims

A pent roof type combustion chamber recessed in the cylinder head has two intake valves and two exhaust valves, and has a spark plug in the center of the cylinder, and a fuel injection valve that directly injects fuel into the cylinder It is arranged on the valve side and realizes homogeneous combustion by injecting fuel near the intake stroke with a tumble flow component in the cylinder, and fuel injection near the compression stroke with a swirl component in the cylinder In the piston of a direct injection internal combustion engine that realizes stratified combustion by performing
The exhaust valve side inclined surface inclined substantially parallel to the exhaust valve side inclined surface of the pent roof type combustion chamber and the intake valve side inclined substantially parallel to the intake valve side inclined surface of the pent roof type combustion chamber A convex portion at the top having an inclined surface, a true circular bowl recessed at a position eccentric to the intake valve side with respect to the piston outer circle, and the intake valve side inclined surface corresponding to the valve head of the intake valve A pair of valve recesses, part of which overlaps with the bowl, and the bottom surface of the valve recess on the upstream side with respect to the swirling direction of the swirl in the cylinder, and the bottom surface of the bowl. And a swirl guide surface connected to the piston of a cylinder injection type internal combustion engine.

2. The piston of a direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein at least a part of an outer peripheral edge of the bowl excluding a connection portion with the swirl guide surface has a reentrant shape.

3. The piston of a direct injection internal combustion engine according to claim 2, wherein the radial depth of the reentrant shape gradually increases along the swirl turning direction from the position near the fuel injection valve.

The in-cylinder injection type according to any one of claims 1 to 3, wherein the swirl guide surface is formed outside a spray reaching circle in the bowl when fuel is injected near the top dead center. Piston for internal combustion engine.

The shapes of the piston pin axial ends of the ridge portion formed between the exhaust valve-side inclined surface and the intake valve-side inclined surface of the convex portion are asymmetric with each other, and the swirl guide surface side is relatively greatly cut away. The piston of the cylinder injection type internal combustion engine in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.

The concave portion recessed in the circumferential direction of the bowl is provided at a step portion generated between a side edge of the swirl upstream side of the swirl guide surface and an inner peripheral wall surface of the general portion of the bowl. The piston of the cylinder injection internal combustion engine in any one of 1-5.