特開 2025-43046 エンジンのピストン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025043046

(43)【公開日】2025-03-28

(54)【発明の名称】エンジンのピストン

(51)【国際特許分類】

   F02B 23/00 20060101AFI20250321BHJP

   F02F 3/28 20060101ALI20250321BHJP

【ＦＩ】

F02B23/00 Y

F02B23/00 T

F02B23/00 W

F02F3/28 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023150340

(22)【出願日】2023-09-15

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】田畑 正和

(72)【発明者】

【氏名】田島 祐太

(72)【発明者】

【氏名】宮本 雅昭

【テーマコード（参考）】

3G023

【Ｆターム（参考）】

3G023AA01

3G023AD05

3G023AD08

(57)【要約】

【課題】スキッシュ部での火炎伝播性を確保しつつ燃焼速度を確保したエンジンのピストンを提供することを課題とする。
【解決手段】頂面と、前記頂面の外周縁に沿って形成され、燃焼室に吸気を導入する又は前記燃焼室から排気を排出する第１及び第２バルブの一方の先端部を逃がす第１バルブリセス部と、前記頂面の外周縁に沿って形成され、前記第１及び第２バルブの他方の先端部を逃がす第２バルブリセス部と、前記頂面の外周縁と前記第１及び第２バルブリセス部と間に形成されたスキッシュ部と、を備え、前記第１及び第２バルブリセス部は、互いに離間しており、前記第１バルブリセス部は、前記第２バルブリセス部側に向かうにしたがって、前記スキッシュ部側に向けて拡大している、エンジンのピストン。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

頂面と、
前記頂面の外周縁に沿って形成され、燃焼室に吸気を導入する又は前記燃焼室から排気を排出する第１及び第２バルブの一方の先端部を逃がす第１バルブリセス部と、
前記頂面の外周縁に沿って形成され、前記第１及び第２バルブの他方の先端部を逃がす第２バルブリセス部と、
前記頂面の外周縁と前記第１及び第２バルブリセス部と間に形成されたスキッシュ部と、を備え、
前記第１及び第２バルブリセス部は、互いに離間しており、
前記第１バルブリセス部は、前記第２バルブリセス部側に向かうにしたがって、前記スキッシュ部側に向けて拡大している、エンジンのピストン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンのピストンに関する。

【背景技術】

【0002】

頂面に形成された２つのバルブリセス部が連結されたエンジンのピストンがある（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－１１３８４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の特許文献のように２つのバルブリセスが連結することにより、スキッシュ部での火炎伝播性の悪化が抑制されると考えられる。２つのバルブリセス部が連結していない場合、スキッシュ部に向かう火炎がバルブリセス部に沿って旋回して伝搬することが抑制されるからである。しかしながら２つのバルブリセスを連結することにより、スキッシュ部の面積が縮小する。この結果、燃焼室の容積が増加して圧縮比が低下する。このような圧縮比の低下を補うために、例えば頂面の中央の底部を浅く形成することが考えられる。底部が浅くなると、燃焼室の上下幅が縮小し、圧縮行程終盤でのタンブル流の減衰が促進される恐れがある。この結果、燃焼時の筒内の乱れが低下するため、燃焼速度が低下するおそれがある。

【0005】

そこで本発明は、スキッシュ部での火炎伝播性を確保しつつ燃焼速度を確保したエンジンのピストンを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的は、頂面と、前記頂面の外周縁に沿って形成され、燃焼室に吸気を導入する又は前記燃焼室から排気を排出する第１及び第２バルブの一方の先端部を逃がす第１バルブリセス部と、前記頂面の外周縁に沿って形成され、前記第１及び第２バルブの他方の先端部を逃がす第２バルブリセス部と、前記頂面の外周縁と前記第１及び第２バルブリセス部と間に形成されたスキッシュ部と、を備え、前記第１及び第２バルブリセス部は、互いに離間しており、前記第１バルブリセス部は、前記第２バルブリセス部側に向かうにしたがって、前記スキッシュ部側に向けて拡大している、エンジンのピストンによって達成できる。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、スキッシュ部での火炎伝播性を確保しつつ燃焼速度を確保したエンジンのピストンを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、比較例のピストンの頂面の説明図である

【図2】図２Ａ及び図２Ｂは、本実施例のピストンの頂面の説明図であり、図２Ｃは、第１変形例の断面図である。

【図3】図３Ａ～図３Ｃは、第２変形例の説明図である。

【図4】図４Ａは、第３変形例の断面図であり、図４Ｂは、第４変形例の断面図であり、図４Ｃは、第５変形例の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［比較例］
本実施例のピストンの頂面について説明する前に、比較例のピストン１ｘの頂面２ｘについて説明する。図１は、比較例のピストン１ｘの頂面２ｘの説明図である。図１には、頂面２ｘの中心を通過し互いに直交するＸ軸及びＹ軸を点線で示している。ピストン１ｘはエンジンに用いられる。

【0010】

頂面２ｘは、底部３、傾斜部４ｉ及び４ｅ、スキッシュ部５ｉ及び５ｅ、バルブリセス部６ｉｘ及び６ｅｘが形成されている。底部３は頂面２ｘの中央に形成されている。傾斜部４ｉ及び４ｅは、Ｙ軸に対して対称の位置に形成されている。２つのバルブリセス部６ｉｘは、Ｘ軸に対してほぼ対称の位置に形成されている。２つのバルブリセス部６ｅｘは、Ｘ軸に対してほぼ対称の位置に形成されている。バルブリセス部６ｉｘ及び６ｅｘは、Ｙ軸に対しておおよそ対称の位置に形成されている。スキッシュ部５ｉ及び５ｅは、Ｙ軸に対して対称の位置に形成されている。スキッシュ部５ｉは、２つのバルブリセス部６ｉｘと傾斜部４ｉと頂面２ｘの吸気バルブ側の外周縁２ｉとの間に位置している。スキッシュ部５ｅは、２つのバルブリセス部６ｅｘと傾斜部４ｅと頂面２ｘの排気バルブ側の外周縁２ｅとの間に位置している。

【0011】

図１には、２つの吸気バルブ先端部ＩＶと２つの排気バルブ先端部ＥＶとを点線で示している。詳細には、吸気バルブ先端部ＩＶは、燃焼室に吸気を導入する吸気バルブの先端部の外周縁を示している。２つの吸気バルブは、第１及び第２バルブに相当する。排気バルブ先端部ＥＶは、燃焼室から排気を排出する排気バルブの先端部の外周縁を示している。２つの排気バルブは、第１及び第２バルブに相当する。バルブリセス部６ｉｘ及び６ｅｘは、それぞれ吸気バルブ先端部ＩＶ及び排気バルブ先端部ＥＶを逃がすように、凹状に形成されている。ここで吸気バルブ先端部ＩＶの径は、排気バルブ先端部ＥＶの径よりも大きく形成されている。バルブリセス部６ｉｘ及び６ｅｘは、それぞれ吸気バルブ先端部ＩＶ及び排気バルブ先端部ＥＶの外周部の一部を逃がすように円弧状に形成されている。このため、バルブリセス部６ｉｘの径は、バルブリセス部６ｅｘの径よりも大きく形成されている。

【0012】

比較例での火炎伝播について説明する。火炎は、燃焼室内の混合気が点火プラグにより点火されると、混合気が燃焼を開始して火炎が発生する。ここで点火プラグは燃焼室内のほぼ中心の位置するようにシリンダヘッドに設けられている。従って点火プラグにより混合気が点火されると、Ｘ軸とＹ軸との交点付近からそれぞれＸ軸に沿って吸気バルブ側と排気バルブ側とに火炎が伝搬する。吸気バルブ側に伝播した火炎は、Ｘ軸に沿ってスキッシュ部５ｉに進行する。また、Ｘ軸に沿ってスキッシュ部５ｉに向けて進行した火炎の一部は、バルブリセス部６ｉｘに沿って旋回するように伝播する。同様に、排気バルブ側に伝播した火炎は、Ｘ軸に沿ってスキッシュ部５ｅに進行する。また、Ｘ軸に沿ってスキッシュ部５ｅに向けて進行した火炎の一部が、バルブリセス部６ｅｘに沿って旋回するように伝播する。

【0013】

このように火炎が伝搬する結果、バルブリセス部６ｉｘと外周縁２ｉとの間のスキッシュ部５ｉや、バルブリセス部６ｅｘと外周縁２ｅとの間のスキッシュ部５ｅに、火炎が伝搬しない火炎未伝播領域Ｓが発生するおそれがある。火炎未伝播領域Ｓでは燃料が燃焼せずに残される確率が高くなり、エミッションが悪化するおそれがある。

【0014】

［本実施例］
図２Ａ及び図２Ｂは、本実施例のピストン１の頂面２の説明図である。尚、図２Ａには、吸気バルブ先端部ＩＶ及び排気バルブ先端部ＥＶは省略してある。図２Ａに示すように、本実施例の１の頂面２のバルブリセス部６ｉ及び６ｅは、比較例のバルブリセス部６ｉｘ及び６ｅｘと形状が異なっている。ここで本実施例の２つのバルブリセス部６ｉは、比較例と同様に、それぞれ２つの吸気バルブ先端部ＩＶを逃がす。このため、２つのバルブリセス部６ｉは第１及び第２バルブリセス部に相当する。同様に、２つのバルブリセス部６ｅは、第１及び第２バルブリセス部に相当する。２つのバルブリセス部６ｉは、２つのバルブリセス部６ｉｘよりも、互いに接近するように延びている。但し、２つのバルブリセス部６ｉは、互いに離間しており連結はされていない。

【0015】

２つのバルブリセス部６ｉは、互いに接近する方向に向かうに従ってスキッシュ部５ｉ側に拡大している。換言すれば、Ｘ軸に沿ったバルブリセス部６ｉの幅が拡大している。このようなバルブリセス部６ｉの形状により、Ｘ軸に沿ってスキッシュ部５ｉ側に伝播した火炎がバルブリセス部６ｉにより分離することが抑制される。この結果、火炎を十分にスキッシュ部５ｉにまで伝播させることができ、スキッシュ部５ｉでの火炎伝播性が確保されている。なおここでは排気弁の個数を２個としたが、排気弁の個数が１個の場合でも、吸気側のバルブリセス部６ｉの形状変更により、火炎伝播性を確保することができる。

【0016】

また、２つのバルブリセス部６ｉは互いに離間している。このため、スキッシュ部５ｉの面積が確保されている。従って圧縮比を低下させることなく、底部３を深く形成することができる。これにより、タンブル流の減衰を抑制して、燃焼速度を確保することができる。尚、バルブリセス部６ｅ及びスキッシュ部５ｅについても同様である。

【0017】

図２Ｂは、図２ＡのＡ－Ａ断面図である。バルブリセス部６ｉは、リセス底面６１及びリセス側面６２を含む。リセス底面６１は、吸気バルブの先端部の底面と対向する。リセス側面６２は、リセス底面６１と傾斜部４ｉやスキッシュ部５ｉとの間で連続している。図２Ｂに示すようにリセス側面６２と傾斜部４ｉとは、直角ではなく、緩やかな角度で連続している。このため、傾斜部４ｉとリセス側面６２との境界付近で乱れが発生することが抑制される。これにより、傾斜部４ｉに沿ってスキッシュ部５ｉに向かう火炎がバルブリセス部６ｉにより分離することが抑制される。この結果、スキッシュ部５ｉでの火炎伝播性が確保されている。尚、バルブリセス部６ｅ及びスキッシュ部５ｅについても同様である。

【0018】

［変形例］
次に複数の変形例について説明する。図２Ｃは、第１変形例の断面図である。図２Ｃは図２Ｂに対応している。バルブリセス部６ｉａのリセス側面６２ａと傾斜部４ｉａとは、曲面状に形成されている。このような形状により火炎の分離がより抑制され、スキッシュ部５ｉでの火炎伝播性が確保されている。

【0019】

図３Ａ～図３Ｃは、第２変形例の説明図である。図３Ａは、図２Ａに対応している。図３Ｂは、図２Ｂに対応している。図３Ｃは、図３ＡのＢ－Ｂ断面図である。図３Ａに示すように、ピストン１ｂの頂面２ｂに形成された２つのバルブリセス部６ｉは、互いに接近する方向に向かうに従って外周縁２ｉ側に拡大している。詳細には、Ｘ軸に沿ったバルブリセス部６ｉｂの幅がほぼ一定で、他方のバルブリセス部６ｉｂ側に延びている。このようなバルブリセス部６ｉｂの形状によっても、火炎を十分にスキッシュ部５ｉにまで伝播させることができ、スキッシュ部５ｉでの火炎伝播性が確保されている。尚、バルブリセス部６ｅｂについても同様である。

【0020】

図３Ｂに示すように、バルブリセス部６ｉｂのリセス側面６２ｂと傾斜部４ｉとは、直角ではなく、緩やかな角度で連続している。これにより、スキッシュ部５ｉでの火炎伝播性が確保されている。

【0021】

図３Ｃに示すように、リセス側面６２ｂはリセス底面６１とスキッシュ部５ｉと間を滑らかに連続している。詳細には、最下点Ｐからリセス側面６２ｂは立ち上がるようにしてスキッシュ部５ｉに連続している。最下点Ｐは、図３Ｃの断面での最も低い地点である。これにより、バルブリセス部６ｉｂからスキッシュ部５ｉに火炎が案内される。従って、スキッシュ部５ｉでの火炎伝播性が確保されている。尚、バルブリセス部６ｅｂについても同様である。

【0022】

図４Ａは、第３変形例の断面図である。図４Ａは、図３Ｃに対応している。バルブリセス部６ｉｃのリセス底面６１とリセス側面６２ｃとの間には平面６４が形成されている。平面６４の高さ位置は、最下点Ｐの高さと同じである。これによりリセス側面６２ｃは図３Ｃのリセス側面６２ｂよりも急角度でスキッシュ部５ｉ側に位置している。このため、火炎がリセス側面６２ｃに衝突するまで減衰が抑制され、スキッシュ部５ｉでの火炎伝播性が確保されている。

【0023】

図４Ｂは、第４変形例の断面図である。図４Ｂは、図３Ｃに対応している。図４Ｃは、第５変形例の断面図である。図４Ａに対応している。スキッシュ部５ｉｄは、内側から外側にかけて下るように傾斜している。例えばシリンダヘッドの燃焼室の形状をスキッシュ部５ｉｄと対応させることにより、タンブル流の減衰を抑制することができる。このようにスキッシュ部の形状は平面に限定されない。

【0024】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0025】

１ ピストン
２ 頂面
３ 底部
５ｉ、５ｅ スキッシュ部
６ｉ、６ｅ バルブリセス部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】