ピストンおよび火花点火式内燃機関
【課題】内燃機関において、ピストンのトップランド外周面とシリンダ壁面との間の隙間での局所的な圧力上昇を抑制する。
【解決手段】本発明に係る内燃機関のピストン１Ａは、ピストン１Ａの頂面３に隣接する該ピストンのトップランド外周側面９に、頂面３に開放する端部２０ｅを有する溝２０を形成したことを特徴とする。
【解決手段】本発明に係る内燃機関のピストン１Ａは、ピストン１Ａの頂面３に隣接する該ピストンのトップランド外周側面９に、頂面３に開放する端部２０ｅを有する溝２０を形成したことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用のピストン、および、それを備えた火花点火式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、例えば燃焼室の混合気の燃焼を改善するべく、ピストンの形状または構成を改良することが提案されまたは行われている。例えば、特許文献１は、その記載によれば、小型ディーゼルエンジン等に使用するピストンを示し、そのピストンはトップランド部に断面凹状に形成された多数の条痕を有する。そしてそれら多数の条痕を形成する際に、カーボン等の軟質性材料が埋設される。これにより、シリンダ内壁とピストンのトップランドとの馴染みがよくなり、トップランド部が焼き付くことなどを防止でき、また、これによりエンジンの慣らし運転が不十分なときであっても圧縮比を低下させずに、しかも未燃焼ガス成分の発生を有効に抑えることができると特許文献１に記載されている。
【０００３】
他方、内燃機関に過給機を搭載し、これにより過給圧を高めて機関出力を高めることが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６１−２７９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関において、筒内圧を高めることは、例えばノッキングが生じる可能性を高める。例えばノッキングにより燃焼室に高圧部が生じると、それに起因して生じる圧力波が、ピストンのトップランド外周側面とシリンダ壁面との間の隙間に進入するときがある。そして、それに基づき当該隙間で局所的な圧力上昇が生じたとき、その周囲のピストン表面に荒れが生じる可能性があることを、本発明者らは鋭意研究の結果見出した。
【０００６】
そこで本発明はかかる事情に鑑みて創案されたものであり、その一の目的は、ピストンのトップランド外周側面とシリンダ壁面との間の隙間での局所的な圧力上昇を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、内燃機関用のピストンであって、該ピストンの頂面に隣接する該ピストンのトップランド外周側面に、前記頂面に開放する端部を有する溝を形成したことを特徴とするピストンが提供される。
【０００８】
好ましくは、前記溝は、前記端部につながり前記トップランド外周側面に周方向に延びる周方向溝部を含む。
【０００９】
好ましくは、前記ピストンは、前記トップランド外周側面に隣接するように該ピストンの前記頂面に形成された２つの凹部を備え、該ピストンの中心線を含む平面を定義するとき、該平面によって分けられる該ピストンの一方の側部に該２つの凹部は存在し、前記溝の前記周方向溝部は、該ピストンの前記一方の側部において前記２つの凹部の間に延在するように定められる前記トップランド外周側面の第１領域において周方向に延在し、前記溝の前記端部は、前記トップランド外周側面の該第１領域とは異なる第２領域において前記頂面に開放する。
【００１０】
また、好ましくは、前記溝の前記周方向溝部は前記ピストンの全周に連続的に延びる。
【００１１】
好ましくは、前記溝は前記トップランド外周側面のうちの前記頂面側の部分に形成される。
【００１２】
前記溝は該溝の前記端部に近づくに従って該溝の断面積が減少するように形成されているとよい。
【００１３】
本発明は、上記したようなピストンを備えた、火花点火式内燃機関にも存する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一例としての従来のピストンを示す斜視図である。
【図２】図１のピストンを示す平面図である。
【図３】図１のピストンにおいて圧力波が衝突する様子を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るピストンの斜視図である。
【図５】図４のピストンの一部の断面図である。
【図６】図５の円ＶＩで囲まれた領域の拡大図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るピストンの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
まず、従来の内燃機関用のピストンの構成、および、本発明の基礎となる本発明者らの知見について説明する。
【００１６】
内燃機関の運転により該内燃機関のピストンに表面荒れが生じる場合があることが知られている。本発明者らは、種々の実験（実機試験、コンピュータシュミレーション試験（ＣＦＤ解析）を含む。）を通じた鋭意研究の結果、そのようなピストン表面荒れの原因およびメカニズムを見出し、このことを利用して本発明を創案するに至った。概略的に以下に説明する。
【００１７】
まず、従来の内燃機関用のピストンの各部の名称について図１および図２に基づいて説明する。図１は一例としての従来のピストン１の斜視図、図２は図１のピストン１の平面図である。ただし、ピストン１は、ガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関のピストンである。
【００１８】
図２に示す平面視において、ピストン１の中心線（軸線）Ｏを原点とする直交座標を定義し、図の左右方向に延びる軸をＸ軸、図の上下方向に延びる軸をＹ軸とする。Ｘ軸は、ピストンピン穴（図１および図２には図示せず）の中心線およびクランク軸（図示せず）の中心線に平行である。他方、Ｙ軸はＸ軸と直交する。Ｘ軸を境に図２の下側が吸気側、上側が排気側である。また説明を容易にするためにＹ軸を境に図２の右側を前、左側を後とする。Ｘ軸は、ピストン１を吸気側と排気側とに仕切り、あるいは二分割する。Ｙ軸は、ピストン１を前側と後側とに仕切り、あるいは二分割する。また説明を容易にするためにピストン中心線Ｏに沿った紙面厚さ方向手前側を上、奥側を下とする。
【００１９】
図１および図２に示すように、ピストン１は外周側面２と頂面３とを有する（以下、それぞれピストン外周側面２およびピストン頂面３という）。ピストン外周側面２には、それぞれピストンリングを収容するための複数のリング溝、ここでは３つのリング溝４，５，６が形成されている。最上のリング溝すなわちトップリング溝４にはトップリング（図示せず）が収容され、中間のリング溝すなわちセカンドリング溝５にはセカンドリング（図示せず）が収容され、最下のリング溝すなわちオイルリング溝６にはオイルリング（図示せず）が収容される。オイルリング溝６の下方にはスカート７が形成されている。
【００２０】
他方、ピストン１において、トップリング溝４の上方にはトップランド８が形成されている。ここでトップランド８とは、トップリング溝４の上方に位置するピストン１の肉の部分全体をいう。このトップランド８に属するピストン外周側面２の部分がトップランド外周側面９を形成する。なお、トップリング溝４とセカンドリング溝５との間にはセカンドランド１０が形成され、セカンドリング溝５とオイルリング溝６との間にはサードランド１１が形成されている。
【００２１】
ピストン頂面３には、複数の凹部が形成されている。具体的には、ピストン頂面３においては、その吸気側に複数の吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒが設けられ、その排気側に複数の排気弁リセス１３Ｆ，１３Ｒが設けられている。吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒは吸気通路の下流側端部を開閉する開閉弁である吸気弁（図示せず）との干渉を避けるためのものであり、ピストン頂面３に凹設されている。また排気弁リセス１３Ｆ，１３Ｒは排気通路の上流側端部を開閉する開閉弁である排気弁（図示せず）との干渉を避けるためのものであり、ピストン頂面３に凹設されている。
【００２２】
ここでは吸気弁リセスの数は２つである。前側の吸気弁リセスを１２Ｆで表し、後側の吸気弁リセスを１２Ｒで表す。これら吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒは平面視（図２）において略半円状であり、同一径を有し、Ｙ軸に対して対称に配置されている。
【００２３】
同様に、ここでは排気弁リセスの数も２つである。前側の排気弁リセスを１３Ｆで表し、後側の排気弁リセスを１３Ｒで表す。これら排気弁リセス１３Ｆ，１３Ｒは平面視（図２）において略半円状であり、同一径を有するが、吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒよりも小径である。そしてＹ軸に対して対称に配置されている。
【００２４】
これら吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒおよび排気弁リセス１３Ｆ，１３Ｒの底面は、知られているように、Ｘ軸から離れるほど位置が下がるように傾斜されている。そして前側吸気弁リセス１２Ｆおよび後側吸気弁リセス１２Ｒは、それぞれピストン外周側面２に隣接する、特に内接するように延びている。これにより、トップランド外周側面９の上端縁部は、前側吸気弁リセス１２Ｆおよび後側吸気弁リセス１２Ｒとの接続位置において、下方に切り欠かれたような形状となっている。この前側および後側の切欠き形状部を図１に１４Ｆ，１４Ｒで示す。これら前側および後側切欠き形状部１４Ｆ，１４ＲはＹ軸に対し対称に配置されていて、ここでは吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒとピストン外周側面２とを概ね滑らかにつなげる。
【００２５】
２つの吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒの間のピストン頂面３の部分は、燃焼室に向けて突出するような凸部であるスキッシュ部１５を形成する。スキッシュ部１５は、ピストン頂面３の外周側に位置され、平面視（図２）において略扇状である。また、Ｙ軸とピストン１の中心線Ｏとを含むように定義される平面上でのスキッシュ部１５の断面形状は略三角形状であり、スキッシュ部１５は、ピストン外周側面２に概ね滑らかにつながる外側傾斜面１５ａと、燃焼室の中心側に向く内側傾斜面１５ｂと、これら外側傾斜面１５ａおよび内側傾斜面１５ｂの間に延びるエッジ部（頂縁部）１５ｃとを有する（図２参照）。凸部であるスキッシュ部１５は、燃焼室の流体の流れを制御するように形成され、ここでは特にスキッシュ流の形成を促すように設けられ、機関運転時にシリンダブロックとシリンダヘッド（いずれも図示せず）との隙間から流出するスキッシュ流が積極的に当たる部位となる。スキッシュ部１５はＹ軸に対し対称に配置されている。このように、スキッシュ部１５は、２つの凹部である吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒに挟まれるようにピストン外周側面２に隣接してピストン頂面３に形成された凸部である。
【００２６】
スキッシュ部１５に接続するトップランド外周側面９の部分は、トップランド外周側面９のうち、図中Ｌで示される範囲の部分、すなわち吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒとスキッシュ部１５との境界が最も半径方向外側となる２つのピストン周方向位置の間におけるトップランド外周側面９の部分である。このスキッシュ部１５に接続するトップランド外周側面９の部分を、符号９Ｌを用いて区別して表し、スキッシュ接続トップランドともいう。スキッシュ接続トップランド９Ｌは、Ｙ軸に対し対称に配置されている。
【００２７】
スキッシュ接続トップランド９Ｌの周方向中間位置９ＬｍはＹ軸上に存在する。そしてこの周方向中間位置９Ｌｍから周方向に沿って前後に最も離れた位置に、スキッシュ接続トップランド９Ｌの前端９Ｌｆおよび後端９Ｌｒが存在する。前側および後側切欠き形状部１４Ｆ，１４Ｒは、これら前端９Ｌｆおよび後端９Ｌｒよりも、さらに周方向中間位置９Ｌｍから周方向に沿って前後に離れた位置に存在する。
【００２８】
ピストン頂面３の中心部には、僅かに窪まされた中心凹部１６が形成されている。そして中心凹部１６の真上に、図示しない点火プラグがシリンダヘッドに取り付けられて設けられることとなる。
【００２９】
上記ピストン１と同様の特徴を有するピストンを備えた火花点火式内燃機関を用いた実験結果について簡単に説明する。試験では、ノッキングを故意に生じさせ、または、ノッキング発生時を模擬して燃焼室に高圧力部を生じさせた。そして、その高圧力部の発生に起因して生じる圧力波はピストン外周側面とシリンダ壁面との間の隙間、特にトップランド外周側面とシリンダ内壁面との間に伝播して進入し、そこで複数個所から進入した圧力波が衝突して増幅する場合があることが分かった。特に、上記ピストン１のようなピストンを備えた内燃機関では、図３に示すように、吸気弁リセス１２Ｆ、１２Ｒを介してトップランド外周側面に至る圧力波Ｐ１Ｆ、Ｐ２Ｆと、スキッシュ部１５上を介してトップランド外周側面に至る圧力波Ｐ２とがトップランド外周側面上で衝突する可能性があることが見出された。この場合、それらの衝突により局所的に非常に強い圧力が生じ、これにより当該衝突部位および／またはその周囲のピストン表面に荒れが生じ得ることが見出された。なお、このようなピストン表面荒れは、本発明者らが調べた結果、物理的または機械的な作用による減肉現象であるエロージョンに主に起因することが分かった。
【００３０】
したがって、燃焼室に高圧部が生じた場合に、それに起因して生じる圧力波が、ピストンのトップランド外周側面とシリンダ壁面との間に進入し、局所的な圧力上昇が生じることは好ましくない。そこで、本発明者らは鋭意研究の結果、そのような圧力上昇が発生することを抑制するように、本発明を考案した。本発明に係るピストンは、概略的に、トップランド外周側面に溝（または凹部）を備えるという特徴を有する。当該溝は、その端部をピストン頂面に向けて開放した構成を備える。それにより上記したような圧力上昇を抑制することを可能にする。好ましくは、この溝は、燃焼室に（例えばノッキングにより）意図しない高圧部が生じ、それに起因した圧力波がピストンとシリンダとの間に伝播、進入した場合であっても、それを効果的に逃がし、上記したような圧力上昇を抑制するように、形成される。
【００３１】
以下に、本発明の第１実施形態に係るピストン１Ａが説明される。このピストン１Ａは、火花点火式内燃機関用のピストンである。ピストン１において既に説明された構成要素と同一または同様の構成要素には、以下のピストン１Ａの説明では図中同一符号を付し、それらの説明を省略する。ただし、ピストン１Ａは、上記ピストン１におけるスキッシュ部１５を備えない。
【００３２】
第１実施形態に係るピストン１Ａは、トップランド外周側面９に溝２０を備える。溝２０は、ピストン頂面３に開放する（連通する）端部２０ｅと、該端部２０ｅにつなげられた周方向溝部２０ｃとを含む。
【００３３】
溝２０は、概略的に、トップランド外周側面９のうちの上記したように局所的に圧力が高まり易い領域に隣接する部位（以下、圧力上昇可能性部位という。）に周方向に延びるように形成されている。圧力上昇可能性部位は、ここでは、トップランド外周側面９のうち、吸気弁リセス１２Ｆ、１２Ｒの間に延在するように定められる第１トップランド外周側面領域（以下、第１領域という。）９Ａ１である。より詳しくは、第１領域９Ａ１は、トップランド外周側面９側につまり最も半径方向外側に位置する吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒの外端部位をそのままトップランド外周側面９に延長した仮想線によって両端が実質的に定められる領域であり、図４の領域Ｓ１は、トップランド外周側面９のうちの第１領域９Ａ１における、ピストン頂面３側の縁部の範囲を表す。なお、図１から図３を参照して上記したのと同様に、吸気弁リセス１２Ｆ、１２Ｒから圧力波がピストン外周側面とシリンダ壁面との間の隙間に伝播して互いに衝突する可能性が高いので、ここでは圧力上昇可能性部位を第１領域９Ａ１に定めた。また、この第１領域９Ａ１である圧力上昇可能性部位は、上記ピストン１のスキッシュ接続トップランド９Ｌに相当する。
【００３４】
溝２０は上記したように第１領域９Ａにおいて周方向に延びるように延在するが、さらに、溝２０は第１領域９Ａ１を超えてピストン１Ａの中心線ＯおよびＸ軸を含むように定義される第１平面に達するまで、中心線Ｏに略直交するように定義される第２平面上に実質的に延びるようにピストン外周側面２上に周方向に延びる。このように、周方向に延びる溝２０の部分が、溝２０の周方向溝部２０ｃに相当する。そして、第１領域９Ａ１以外のトップランド外周側面９の部分である第２トップランド外周側面領域（以下、第２領域という。）９Ａ２において、溝２０の端部２０ｅはピストン頂面３に繋がり、溝２０はピストン頂面３に開放する。したがって、溝２０の端部２０ｅは開放端部である。なお、第２領域９Ａ２周囲は、第１領域９Ａ１周囲に比べて、圧力が高まり難い傾向を有する。
【００３５】
ここで、ピストン１Ａの中心線ＯおよびＸ軸を含むように定義される平面での、ピストン１Ａの一部の図５、図６の断面図を参照する。図６において、ピストン１Ａの中心線Ｏの方向におけるトップランド厚さつまりピストン頂面３からトップリング溝４の上端までの距離を符号Ｈ１で示し、ピストン１Ａの中心線の方向におけるトップリング溝４の上端から溝２０の周方向溝部２０ｃの下端までの距離を符号Ｈ２で示す。距離Ｈ２は、距離Ｈ１の１／２以上に設定されている。したがって、周方向溝部２０ｃおよび端部２０ｅを含む溝２０は、トップランド外周側面９のうちの頂面３側の部分に形成され、より詳しくは、第３平面よりもピストン頂面３側のトップランド外周側面９のうちの頂面側外周側面９ｔに延在する。なお、第３平面は、ピストン１Ａの中心線Ｏの方向においてトップランド８を二等分するような面、つまり、ピストン１Ａの中心線Ｏの方向におけるピストン頂面３とトップリング溝４の上端との間の中点を通るような中心線Ｏに直交する平面として定義される。
【００３６】
また、溝２０は、溝２０の開放端部２０ｅに近づくに従ってその溝の断面積（溝断面積）が減少するように形成されている。ここで、溝２０の溝深さは図６において符号Ｄで示される。ここでは、周方向溝部２０ｃを離れて開放端部２０ｅに近づくに従い、溝深さＤが減少しつつ溝２０の溝断面積は減少する。
【００３７】
上記した構成を備えるので、以下に示すような作用効果をピストン１Ａおよびピストン１Ａを備えた火花点火式内燃機関は奏する。
【００３８】
ピストン１Ａは、ピストン頂面３に隣接するトップランド外周側面９に、ピストン頂面３に開放する端部２０ｅを有する溝２０を備える。特に、ここでは、圧力上昇可能性部位に相当する第１領域９Ａ１において溝２０が周方向に延び、第１領域９Ａ１とは異なる第２領域９Ａ２においてピストン頂面３に溝２０は開放する。そして、第２領域９Ａ２周囲は、第１領域９Ａ１周囲に比べて、圧力が高まり難い傾向を有する領域である。したがって、第１領域９Ａ１表面またはその周囲に圧力波が伝播した場合であっても、溝２０を介して、当該圧力は第１領域とは異なる第２領域９Ａ２においてピストン頂面３に開放される。故に、第１領域９Ａ１周囲において圧力が局所的に高まることが抑制される。よって、ピストン１Ａの表面に荒れが生じることが抑制される。
【００３９】
また、溝２０は、上記したように、該溝２０の開放端部２０ｅに向けてその溝断面積が減少するように形成されている。したがって、溝２０の開放端部２０ｅを介してピストン頂面３側つまり燃焼室から圧力波が溝２０に入ることは抑制される。他方、溝２０を介してピストン頂面３側に開放される圧力は、高圧であり得るので、そのような狭い開放端部２０ｅから適切に開放可能になる。
【００４０】
なお、溝２０は、第１領域９Ａ１における周方向溝部２０ｃの部分から溝端部２０ｅに向けて次第に溝断面積が減少するように、形成されてもよい。
【００４１】
次に、本発明の第２実施形態に係るピストン１Ｂが説明される。ピストン１Ｂも、火花点火式内燃機関用のピストンである。なお、ピストン１において既に説明された構成要素と同一または同様の構成要素には、以下のピストン１Ｂの説明では図中同一符号を付し、それらの説明を省略する。また、ここでは、上記ピストン１Ａに対するピストン１Ｂの相違点つまり特徴についてのみ説明し、上記した符号を同様に用いることでそれらの共通部分または類似部分の説明を省略する。ただし、ピストン１Ａの溝２０（２０Ａ）に対して、ピストン１Ｂの溝は符号２０Ｂを用いて指し示される。
【００４２】
第２実施形態に係るピストン１Ｂでは、溝２０Ｂのうちピストン外周側面２に周方向に延在する周方向溝部２０ｃは、ピストン１Ｂの全周に連続的に延びる。つまり、溝２０Ｂは、第１領域９Ａ１および第２領域９Ａ２の両方において周方向に連続的に延びる周方向溝部２０ｃを有する。
【００４３】
溝２０Ｂは、ピストン頂面３へ開放する端部２０ｅを有する。端部２０ｅは第２領域９Ａ２に位置付けられていて、第２領域９Ａ２において周方向溝部２０ｃにつながる。
【００４４】
このように、第２実施形態のピストン１Ｂも、ピストン１Ａと同様に、第１領域において周方向に延在する周方向溝部２０ｃと、第２領域においてピストン頂面３に開放する端部２０ｅを有するので、上記ピストン１Ａと同様の作用効果を奏することができる。加えて、溝２０Ｂは全周に亘って連続的に延びるので、仮に、第２領域９Ａ２表面またはその周囲に圧力波が伝播するような場合であっても、さらに、溝２０を介してより適切に圧力を開放することができる。
【００４５】
なお、溝２０Ｂは、溝２０Ａと同様に、周方向溝部２０ｃから離れて端部２０ｅに近づくに連れて次第に溝断面積が減少するように形成されるが、周方向溝部２０ｃ以外の溝２０Ｂの部分は全て同じ溝断面積を有するように形成されることもできる。ただし、周方向溝部２０ｃ以外の溝２０Ｂの部分の溝断面積は、周方向溝部２０ｃの溝断面積よりも小さいとよい。周方向溝部２０ｃ以外の溝２０Ｂの部分は、溝２０を介したピストン頂面３への圧力開放特性に優れ、かつ、頂面３から溝２０Ｂへの圧力波の進入を抑制するように、設計されるとよい。
【００４６】
以上、上記したように、本発明の実施形態に係るピストン１Ａ、１Ｂは、圧力減衰用の溝２０Ａ、２０Ｂを備えた。しかし、本発明に係るピストンは、それら実施形態に限定されず、頂面に開放する端部を有すると共にピストン頂面に隣接するピストンのトップランド外周側面に形成された種々の溝を備えることができる。
【００４７】
また、上記実施形態に係るピストン１Ａ、１Ｂは、その頂面に、燃焼室の流体の流れを制御するように形成される凸部、例えばスキッシュ部１５を備えないが、本発明に係るピストンはそのような凸部を備えてもよい。例えば、上記したピストン１に、溝２０Ａまたは溝２０Ｂが形成されることができる。この場合、第１領域はスキッシュ接続トップランド９Ｌであるとよい。上記したピストン１に溝２０Ａまたは溝２０Ｂが形成された場合、図３に表された圧力波Ｐ２は他の圧力波Ｐ１Ｆ、Ｐ１Ｒと衝突する前に、好ましくはトップリングに到達する以前に溝２０Ａまたは溝２０Ｂを介して燃焼室に開放され得る。したがって、図３に示されたような圧力波Ｐ１Ｆ、Ｐ１Ｒ、Ｐ２の衝突を防ぐことができ、その結果、ピストン表面に荒れが生じることを抑制することができる。
【００４８】
また、上記実施形態では、第１領域は、ピストンの中心線Ｏを含む平面を定義するとき、該平面によって分けられる該ピストンの一方の側部において２つの吸気弁リセスの間に延在するように定められる領域であったが、他の範囲を有する領域であってもよい。第１領域は、好ましくは、実験に基づいて定められるとよく、溝の形状（深さ、幅など）および溝の本数なども同様に実験に基づいて定められるとよい。例えば、第１領域は、排気弁リセスに挟まれるように延びる領域であってもよく、または、吸気弁リセスと排気弁リセスとに挟まれるように延びる領域であってもよい。
【００４９】
なお、本発明に係るピストンは、種々の内燃機関に適用され得る。好ましくは、本発明に係るピストンは、過給機を備えた内燃機関など、筒内圧を高めるための構成を備えた内燃機関に適用される。
【００５０】
本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１Ａ、１Ｂ ピストン
２ 外周側面
３ 頂面
４ トップリング溝
５ セカンドリング溝
６ サードリング溝
８ トップランド
９ トップランド外周側面
９Ｌ スキッシュ接続トップランド
１２Ｆ 前側吸気弁リセス
１２Ｒ 後側吸気弁リセス
１４Ｆ 前側切欠き形状部
１４Ｒ 後側切欠き形状部
１５ スキッシュ部
２０Ａ，２０Ｂ 溝
２０ｃ 周方向溝部
２０ｅ 端部
Ｏ ピストン中心線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用のピストン、および、それを備えた火花点火式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、例えば燃焼室の混合気の燃焼を改善するべく、ピストンの形状または構成を改良することが提案されまたは行われている。例えば、特許文献１は、その記載によれば、小型ディーゼルエンジン等に使用するピストンを示し、そのピストンはトップランド部に断面凹状に形成された多数の条痕を有する。そしてそれら多数の条痕を形成する際に、カーボン等の軟質性材料が埋設される。これにより、シリンダ内壁とピストンのトップランドとの馴染みがよくなり、トップランド部が焼き付くことなどを防止でき、また、これによりエンジンの慣らし運転が不十分なときであっても圧縮比を低下させずに、しかも未燃焼ガス成分の発生を有効に抑えることができると特許文献１に記載されている。
【０００３】
他方、内燃機関に過給機を搭載し、これにより過給圧を高めて機関出力を高めることが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６１−２７９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関において、筒内圧を高めることは、例えばノッキングが生じる可能性を高める。例えばノッキングにより燃焼室に高圧部が生じると、それに起因して生じる圧力波が、ピストンのトップランド外周側面とシリンダ壁面との間の隙間に進入するときがある。そして、それに基づき当該隙間で局所的な圧力上昇が生じたとき、その周囲のピストン表面に荒れが生じる可能性があることを、本発明者らは鋭意研究の結果見出した。
【０００６】
そこで本発明はかかる事情に鑑みて創案されたものであり、その一の目的は、ピストンのトップランド外周側面とシリンダ壁面との間の隙間での局所的な圧力上昇を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、内燃機関用のピストンであって、該ピストンの頂面に隣接する該ピストンのトップランド外周側面に、前記頂面に開放する端部を有する溝を形成したことを特徴とするピストンが提供される。
【０００８】
好ましくは、前記溝は、前記端部につながり前記トップランド外周側面に周方向に延びる周方向溝部を含む。
【０００９】
好ましくは、前記ピストンは、前記トップランド外周側面に隣接するように該ピストンの前記頂面に形成された２つの凹部を備え、該ピストンの中心線を含む平面を定義するとき、該平面によって分けられる該ピストンの一方の側部に該２つの凹部は存在し、前記溝の前記周方向溝部は、該ピストンの前記一方の側部において前記２つの凹部の間に延在するように定められる前記トップランド外周側面の第１領域において周方向に延在し、前記溝の前記端部は、前記トップランド外周側面の該第１領域とは異なる第２領域において前記頂面に開放する。
【００１０】
また、好ましくは、前記溝の前記周方向溝部は前記ピストンの全周に連続的に延びる。
【００１１】
好ましくは、前記溝は前記トップランド外周側面のうちの前記頂面側の部分に形成される。
【００１２】
前記溝は該溝の前記端部に近づくに従って該溝の断面積が減少するように形成されているとよい。
【００１３】
本発明は、上記したようなピストンを備えた、火花点火式内燃機関にも存する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一例としての従来のピストンを示す斜視図である。
【図２】図１のピストンを示す平面図である。
【図３】図１のピストンにおいて圧力波が衝突する様子を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るピストンの斜視図である。
【図５】図４のピストンの一部の断面図である。
【図６】図５の円ＶＩで囲まれた領域の拡大図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るピストンの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
まず、従来の内燃機関用のピストンの構成、および、本発明の基礎となる本発明者らの知見について説明する。
【００１６】
内燃機関の運転により該内燃機関のピストンに表面荒れが生じる場合があることが知られている。本発明者らは、種々の実験（実機試験、コンピュータシュミレーション試験（ＣＦＤ解析）を含む。）を通じた鋭意研究の結果、そのようなピストン表面荒れの原因およびメカニズムを見出し、このことを利用して本発明を創案するに至った。概略的に以下に説明する。
【００１７】
まず、従来の内燃機関用のピストンの各部の名称について図１および図２に基づいて説明する。図１は一例としての従来のピストン１の斜視図、図２は図１のピストン１の平面図である。ただし、ピストン１は、ガソリンエンジン等の火花点火式内燃機関のピストンである。
【００１８】
図２に示す平面視において、ピストン１の中心線（軸線）Ｏを原点とする直交座標を定義し、図の左右方向に延びる軸をＸ軸、図の上下方向に延びる軸をＹ軸とする。Ｘ軸は、ピストンピン穴（図１および図２には図示せず）の中心線およびクランク軸（図示せず）の中心線に平行である。他方、Ｙ軸はＸ軸と直交する。Ｘ軸を境に図２の下側が吸気側、上側が排気側である。また説明を容易にするためにＹ軸を境に図２の右側を前、左側を後とする。Ｘ軸は、ピストン１を吸気側と排気側とに仕切り、あるいは二分割する。Ｙ軸は、ピストン１を前側と後側とに仕切り、あるいは二分割する。また説明を容易にするためにピストン中心線Ｏに沿った紙面厚さ方向手前側を上、奥側を下とする。
【００１９】
図１および図２に示すように、ピストン１は外周側面２と頂面３とを有する（以下、それぞれピストン外周側面２およびピストン頂面３という）。ピストン外周側面２には、それぞれピストンリングを収容するための複数のリング溝、ここでは３つのリング溝４，５，６が形成されている。最上のリング溝すなわちトップリング溝４にはトップリング（図示せず）が収容され、中間のリング溝すなわちセカンドリング溝５にはセカンドリング（図示せず）が収容され、最下のリング溝すなわちオイルリング溝６にはオイルリング（図示せず）が収容される。オイルリング溝６の下方にはスカート７が形成されている。
【００２０】
他方、ピストン１において、トップリング溝４の上方にはトップランド８が形成されている。ここでトップランド８とは、トップリング溝４の上方に位置するピストン１の肉の部分全体をいう。このトップランド８に属するピストン外周側面２の部分がトップランド外周側面９を形成する。なお、トップリング溝４とセカンドリング溝５との間にはセカンドランド１０が形成され、セカンドリング溝５とオイルリング溝６との間にはサードランド１１が形成されている。
【００２１】
ピストン頂面３には、複数の凹部が形成されている。具体的には、ピストン頂面３においては、その吸気側に複数の吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒが設けられ、その排気側に複数の排気弁リセス１３Ｆ，１３Ｒが設けられている。吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒは吸気通路の下流側端部を開閉する開閉弁である吸気弁（図示せず）との干渉を避けるためのものであり、ピストン頂面３に凹設されている。また排気弁リセス１３Ｆ，１３Ｒは排気通路の上流側端部を開閉する開閉弁である排気弁（図示せず）との干渉を避けるためのものであり、ピストン頂面３に凹設されている。
【００２２】
ここでは吸気弁リセスの数は２つである。前側の吸気弁リセスを１２Ｆで表し、後側の吸気弁リセスを１２Ｒで表す。これら吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒは平面視（図２）において略半円状であり、同一径を有し、Ｙ軸に対して対称に配置されている。
【００２３】
同様に、ここでは排気弁リセスの数も２つである。前側の排気弁リセスを１３Ｆで表し、後側の排気弁リセスを１３Ｒで表す。これら排気弁リセス１３Ｆ，１３Ｒは平面視（図２）において略半円状であり、同一径を有するが、吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒよりも小径である。そしてＹ軸に対して対称に配置されている。
【００２４】
これら吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒおよび排気弁リセス１３Ｆ，１３Ｒの底面は、知られているように、Ｘ軸から離れるほど位置が下がるように傾斜されている。そして前側吸気弁リセス１２Ｆおよび後側吸気弁リセス１２Ｒは、それぞれピストン外周側面２に隣接する、特に内接するように延びている。これにより、トップランド外周側面９の上端縁部は、前側吸気弁リセス１２Ｆおよび後側吸気弁リセス１２Ｒとの接続位置において、下方に切り欠かれたような形状となっている。この前側および後側の切欠き形状部を図１に１４Ｆ，１４Ｒで示す。これら前側および後側切欠き形状部１４Ｆ，１４ＲはＹ軸に対し対称に配置されていて、ここでは吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒとピストン外周側面２とを概ね滑らかにつなげる。
【００２５】
２つの吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒの間のピストン頂面３の部分は、燃焼室に向けて突出するような凸部であるスキッシュ部１５を形成する。スキッシュ部１５は、ピストン頂面３の外周側に位置され、平面視（図２）において略扇状である。また、Ｙ軸とピストン１の中心線Ｏとを含むように定義される平面上でのスキッシュ部１５の断面形状は略三角形状であり、スキッシュ部１５は、ピストン外周側面２に概ね滑らかにつながる外側傾斜面１５ａと、燃焼室の中心側に向く内側傾斜面１５ｂと、これら外側傾斜面１５ａおよび内側傾斜面１５ｂの間に延びるエッジ部（頂縁部）１５ｃとを有する（図２参照）。凸部であるスキッシュ部１５は、燃焼室の流体の流れを制御するように形成され、ここでは特にスキッシュ流の形成を促すように設けられ、機関運転時にシリンダブロックとシリンダヘッド（いずれも図示せず）との隙間から流出するスキッシュ流が積極的に当たる部位となる。スキッシュ部１５はＹ軸に対し対称に配置されている。このように、スキッシュ部１５は、２つの凹部である吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒに挟まれるようにピストン外周側面２に隣接してピストン頂面３に形成された凸部である。
【００２６】
スキッシュ部１５に接続するトップランド外周側面９の部分は、トップランド外周側面９のうち、図中Ｌで示される範囲の部分、すなわち吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒとスキッシュ部１５との境界が最も半径方向外側となる２つのピストン周方向位置の間におけるトップランド外周側面９の部分である。このスキッシュ部１５に接続するトップランド外周側面９の部分を、符号９Ｌを用いて区別して表し、スキッシュ接続トップランドともいう。スキッシュ接続トップランド９Ｌは、Ｙ軸に対し対称に配置されている。
【００２７】
スキッシュ接続トップランド９Ｌの周方向中間位置９ＬｍはＹ軸上に存在する。そしてこの周方向中間位置９Ｌｍから周方向に沿って前後に最も離れた位置に、スキッシュ接続トップランド９Ｌの前端９Ｌｆおよび後端９Ｌｒが存在する。前側および後側切欠き形状部１４Ｆ，１４Ｒは、これら前端９Ｌｆおよび後端９Ｌｒよりも、さらに周方向中間位置９Ｌｍから周方向に沿って前後に離れた位置に存在する。
【００２８】
ピストン頂面３の中心部には、僅かに窪まされた中心凹部１６が形成されている。そして中心凹部１６の真上に、図示しない点火プラグがシリンダヘッドに取り付けられて設けられることとなる。
【００２９】
上記ピストン１と同様の特徴を有するピストンを備えた火花点火式内燃機関を用いた実験結果について簡単に説明する。試験では、ノッキングを故意に生じさせ、または、ノッキング発生時を模擬して燃焼室に高圧力部を生じさせた。そして、その高圧力部の発生に起因して生じる圧力波はピストン外周側面とシリンダ壁面との間の隙間、特にトップランド外周側面とシリンダ内壁面との間に伝播して進入し、そこで複数個所から進入した圧力波が衝突して増幅する場合があることが分かった。特に、上記ピストン１のようなピストンを備えた内燃機関では、図３に示すように、吸気弁リセス１２Ｆ、１２Ｒを介してトップランド外周側面に至る圧力波Ｐ１Ｆ、Ｐ２Ｆと、スキッシュ部１５上を介してトップランド外周側面に至る圧力波Ｐ２とがトップランド外周側面上で衝突する可能性があることが見出された。この場合、それらの衝突により局所的に非常に強い圧力が生じ、これにより当該衝突部位および／またはその周囲のピストン表面に荒れが生じ得ることが見出された。なお、このようなピストン表面荒れは、本発明者らが調べた結果、物理的または機械的な作用による減肉現象であるエロージョンに主に起因することが分かった。
【００３０】
したがって、燃焼室に高圧部が生じた場合に、それに起因して生じる圧力波が、ピストンのトップランド外周側面とシリンダ壁面との間に進入し、局所的な圧力上昇が生じることは好ましくない。そこで、本発明者らは鋭意研究の結果、そのような圧力上昇が発生することを抑制するように、本発明を考案した。本発明に係るピストンは、概略的に、トップランド外周側面に溝（または凹部）を備えるという特徴を有する。当該溝は、その端部をピストン頂面に向けて開放した構成を備える。それにより上記したような圧力上昇を抑制することを可能にする。好ましくは、この溝は、燃焼室に（例えばノッキングにより）意図しない高圧部が生じ、それに起因した圧力波がピストンとシリンダとの間に伝播、進入した場合であっても、それを効果的に逃がし、上記したような圧力上昇を抑制するように、形成される。
【００３１】
以下に、本発明の第１実施形態に係るピストン１Ａが説明される。このピストン１Ａは、火花点火式内燃機関用のピストンである。ピストン１において既に説明された構成要素と同一または同様の構成要素には、以下のピストン１Ａの説明では図中同一符号を付し、それらの説明を省略する。ただし、ピストン１Ａは、上記ピストン１におけるスキッシュ部１５を備えない。
【００３２】
第１実施形態に係るピストン１Ａは、トップランド外周側面９に溝２０を備える。溝２０は、ピストン頂面３に開放する（連通する）端部２０ｅと、該端部２０ｅにつなげられた周方向溝部２０ｃとを含む。
【００３３】
溝２０は、概略的に、トップランド外周側面９のうちの上記したように局所的に圧力が高まり易い領域に隣接する部位（以下、圧力上昇可能性部位という。）に周方向に延びるように形成されている。圧力上昇可能性部位は、ここでは、トップランド外周側面９のうち、吸気弁リセス１２Ｆ、１２Ｒの間に延在するように定められる第１トップランド外周側面領域（以下、第１領域という。）９Ａ１である。より詳しくは、第１領域９Ａ１は、トップランド外周側面９側につまり最も半径方向外側に位置する吸気弁リセス１２Ｆ，１２Ｒの外端部位をそのままトップランド外周側面９に延長した仮想線によって両端が実質的に定められる領域であり、図４の領域Ｓ１は、トップランド外周側面９のうちの第１領域９Ａ１における、ピストン頂面３側の縁部の範囲を表す。なお、図１から図３を参照して上記したのと同様に、吸気弁リセス１２Ｆ、１２Ｒから圧力波がピストン外周側面とシリンダ壁面との間の隙間に伝播して互いに衝突する可能性が高いので、ここでは圧力上昇可能性部位を第１領域９Ａ１に定めた。また、この第１領域９Ａ１である圧力上昇可能性部位は、上記ピストン１のスキッシュ接続トップランド９Ｌに相当する。
【００３４】
溝２０は上記したように第１領域９Ａにおいて周方向に延びるように延在するが、さらに、溝２０は第１領域９Ａ１を超えてピストン１Ａの中心線ＯおよびＸ軸を含むように定義される第１平面に達するまで、中心線Ｏに略直交するように定義される第２平面上に実質的に延びるようにピストン外周側面２上に周方向に延びる。このように、周方向に延びる溝２０の部分が、溝２０の周方向溝部２０ｃに相当する。そして、第１領域９Ａ１以外のトップランド外周側面９の部分である第２トップランド外周側面領域（以下、第２領域という。）９Ａ２において、溝２０の端部２０ｅはピストン頂面３に繋がり、溝２０はピストン頂面３に開放する。したがって、溝２０の端部２０ｅは開放端部である。なお、第２領域９Ａ２周囲は、第１領域９Ａ１周囲に比べて、圧力が高まり難い傾向を有する。
【００３５】
ここで、ピストン１Ａの中心線ＯおよびＸ軸を含むように定義される平面での、ピストン１Ａの一部の図５、図６の断面図を参照する。図６において、ピストン１Ａの中心線Ｏの方向におけるトップランド厚さつまりピストン頂面３からトップリング溝４の上端までの距離を符号Ｈ１で示し、ピストン１Ａの中心線の方向におけるトップリング溝４の上端から溝２０の周方向溝部２０ｃの下端までの距離を符号Ｈ２で示す。距離Ｈ２は、距離Ｈ１の１／２以上に設定されている。したがって、周方向溝部２０ｃおよび端部２０ｅを含む溝２０は、トップランド外周側面９のうちの頂面３側の部分に形成され、より詳しくは、第３平面よりもピストン頂面３側のトップランド外周側面９のうちの頂面側外周側面９ｔに延在する。なお、第３平面は、ピストン１Ａの中心線Ｏの方向においてトップランド８を二等分するような面、つまり、ピストン１Ａの中心線Ｏの方向におけるピストン頂面３とトップリング溝４の上端との間の中点を通るような中心線Ｏに直交する平面として定義される。
【００３６】
また、溝２０は、溝２０の開放端部２０ｅに近づくに従ってその溝の断面積（溝断面積）が減少するように形成されている。ここで、溝２０の溝深さは図６において符号Ｄで示される。ここでは、周方向溝部２０ｃを離れて開放端部２０ｅに近づくに従い、溝深さＤが減少しつつ溝２０の溝断面積は減少する。
【００３７】
上記した構成を備えるので、以下に示すような作用効果をピストン１Ａおよびピストン１Ａを備えた火花点火式内燃機関は奏する。
【００３８】
ピストン１Ａは、ピストン頂面３に隣接するトップランド外周側面９に、ピストン頂面３に開放する端部２０ｅを有する溝２０を備える。特に、ここでは、圧力上昇可能性部位に相当する第１領域９Ａ１において溝２０が周方向に延び、第１領域９Ａ１とは異なる第２領域９Ａ２においてピストン頂面３に溝２０は開放する。そして、第２領域９Ａ２周囲は、第１領域９Ａ１周囲に比べて、圧力が高まり難い傾向を有する領域である。したがって、第１領域９Ａ１表面またはその周囲に圧力波が伝播した場合であっても、溝２０を介して、当該圧力は第１領域とは異なる第２領域９Ａ２においてピストン頂面３に開放される。故に、第１領域９Ａ１周囲において圧力が局所的に高まることが抑制される。よって、ピストン１Ａの表面に荒れが生じることが抑制される。
【００３９】
また、溝２０は、上記したように、該溝２０の開放端部２０ｅに向けてその溝断面積が減少するように形成されている。したがって、溝２０の開放端部２０ｅを介してピストン頂面３側つまり燃焼室から圧力波が溝２０に入ることは抑制される。他方、溝２０を介してピストン頂面３側に開放される圧力は、高圧であり得るので、そのような狭い開放端部２０ｅから適切に開放可能になる。
【００４０】
なお、溝２０は、第１領域９Ａ１における周方向溝部２０ｃの部分から溝端部２０ｅに向けて次第に溝断面積が減少するように、形成されてもよい。
【００４１】
次に、本発明の第２実施形態に係るピストン１Ｂが説明される。ピストン１Ｂも、火花点火式内燃機関用のピストンである。なお、ピストン１において既に説明された構成要素と同一または同様の構成要素には、以下のピストン１Ｂの説明では図中同一符号を付し、それらの説明を省略する。また、ここでは、上記ピストン１Ａに対するピストン１Ｂの相違点つまり特徴についてのみ説明し、上記した符号を同様に用いることでそれらの共通部分または類似部分の説明を省略する。ただし、ピストン１Ａの溝２０（２０Ａ）に対して、ピストン１Ｂの溝は符号２０Ｂを用いて指し示される。
【００４２】
第２実施形態に係るピストン１Ｂでは、溝２０Ｂのうちピストン外周側面２に周方向に延在する周方向溝部２０ｃは、ピストン１Ｂの全周に連続的に延びる。つまり、溝２０Ｂは、第１領域９Ａ１および第２領域９Ａ２の両方において周方向に連続的に延びる周方向溝部２０ｃを有する。
【００４３】
溝２０Ｂは、ピストン頂面３へ開放する端部２０ｅを有する。端部２０ｅは第２領域９Ａ２に位置付けられていて、第２領域９Ａ２において周方向溝部２０ｃにつながる。
【００４４】
このように、第２実施形態のピストン１Ｂも、ピストン１Ａと同様に、第１領域において周方向に延在する周方向溝部２０ｃと、第２領域においてピストン頂面３に開放する端部２０ｅを有するので、上記ピストン１Ａと同様の作用効果を奏することができる。加えて、溝２０Ｂは全周に亘って連続的に延びるので、仮に、第２領域９Ａ２表面またはその周囲に圧力波が伝播するような場合であっても、さらに、溝２０を介してより適切に圧力を開放することができる。
【００４５】
なお、溝２０Ｂは、溝２０Ａと同様に、周方向溝部２０ｃから離れて端部２０ｅに近づくに連れて次第に溝断面積が減少するように形成されるが、周方向溝部２０ｃ以外の溝２０Ｂの部分は全て同じ溝断面積を有するように形成されることもできる。ただし、周方向溝部２０ｃ以外の溝２０Ｂの部分の溝断面積は、周方向溝部２０ｃの溝断面積よりも小さいとよい。周方向溝部２０ｃ以外の溝２０Ｂの部分は、溝２０を介したピストン頂面３への圧力開放特性に優れ、かつ、頂面３から溝２０Ｂへの圧力波の進入を抑制するように、設計されるとよい。
【００４６】
以上、上記したように、本発明の実施形態に係るピストン１Ａ、１Ｂは、圧力減衰用の溝２０Ａ、２０Ｂを備えた。しかし、本発明に係るピストンは、それら実施形態に限定されず、頂面に開放する端部を有すると共にピストン頂面に隣接するピストンのトップランド外周側面に形成された種々の溝を備えることができる。
【００４７】
また、上記実施形態に係るピストン１Ａ、１Ｂは、その頂面に、燃焼室の流体の流れを制御するように形成される凸部、例えばスキッシュ部１５を備えないが、本発明に係るピストンはそのような凸部を備えてもよい。例えば、上記したピストン１に、溝２０Ａまたは溝２０Ｂが形成されることができる。この場合、第１領域はスキッシュ接続トップランド９Ｌであるとよい。上記したピストン１に溝２０Ａまたは溝２０Ｂが形成された場合、図３に表された圧力波Ｐ２は他の圧力波Ｐ１Ｆ、Ｐ１Ｒと衝突する前に、好ましくはトップリングに到達する以前に溝２０Ａまたは溝２０Ｂを介して燃焼室に開放され得る。したがって、図３に示されたような圧力波Ｐ１Ｆ、Ｐ１Ｒ、Ｐ２の衝突を防ぐことができ、その結果、ピストン表面に荒れが生じることを抑制することができる。
【００４８】
また、上記実施形態では、第１領域は、ピストンの中心線Ｏを含む平面を定義するとき、該平面によって分けられる該ピストンの一方の側部において２つの吸気弁リセスの間に延在するように定められる領域であったが、他の範囲を有する領域であってもよい。第１領域は、好ましくは、実験に基づいて定められるとよく、溝の形状（深さ、幅など）および溝の本数なども同様に実験に基づいて定められるとよい。例えば、第１領域は、排気弁リセスに挟まれるように延びる領域であってもよく、または、吸気弁リセスと排気弁リセスとに挟まれるように延びる領域であってもよい。
【００４９】
なお、本発明に係るピストンは、種々の内燃機関に適用され得る。好ましくは、本発明に係るピストンは、過給機を備えた内燃機関など、筒内圧を高めるための構成を備えた内燃機関に適用される。
【００５０】
本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１Ａ、１Ｂ ピストン
２ 外周側面
３ 頂面
４ トップリング溝
５ セカンドリング溝
６ サードリング溝
８ トップランド
９ トップランド外周側面
９Ｌ スキッシュ接続トップランド
１２Ｆ 前側吸気弁リセス
１２Ｒ 後側吸気弁リセス
１４Ｆ 前側切欠き形状部
１４Ｒ 後側切欠き形状部
１５ スキッシュ部
２０Ａ，２０Ｂ 溝
２０ｃ 周方向溝部
２０ｅ 端部
Ｏ ピストン中心線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用のピストンであって、
該ピストンの頂面に隣接する該ピストンのトップランド外周側面に、前記頂面に開放する端部を有する溝を形成したことを特徴とするピストン。
【請求項２】
前記溝は、前記端部につながり前記トップランド外周側面に周方向に延びる周方向溝部を含むことを特徴とする請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記ピストンは、前記トップランド外周側面に隣接するように該ピストンの前記頂面に形成された２つの凹部を備え、
該ピストンの中心線を含む平面を定義するとき、該平面によって分けられる該ピストンの一方の側部に該２つの凹部は存在し、
前記溝の前記周方向溝部は、該ピストンの前記一方の側部において前記２つの凹部の間に延在するように定められる前記トップランド外周側面の第１領域において周方向に延在し、
前記溝の前記端部は、前記トップランド外周側面の該第１領域とは異なる第２領域において前記頂面に開放する
ことを特徴とする請求項２に記載のピストン。
【請求項４】
前記溝の前記周方向溝部は前記ピストンの全周に連続的に延びることを特徴とする請求項２または３に記載のピストン。
【請求項５】
前記溝は前記トップランド外周側面のうちの前記頂面側の部分に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のピストン。
【請求項６】
前記溝は該溝の前記端部に近づくに従って該溝の断面積が減少するように形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のピストン。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のピストンを備えたことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項１】
内燃機関用のピストンであって、
該ピストンの頂面に隣接する該ピストンのトップランド外周側面に、前記頂面に開放する端部を有する溝を形成したことを特徴とするピストン。
【請求項２】
前記溝は、前記端部につながり前記トップランド外周側面に周方向に延びる周方向溝部を含むことを特徴とする請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記ピストンは、前記トップランド外周側面に隣接するように該ピストンの前記頂面に形成された２つの凹部を備え、
該ピストンの中心線を含む平面を定義するとき、該平面によって分けられる該ピストンの一方の側部に該２つの凹部は存在し、
前記溝の前記周方向溝部は、該ピストンの前記一方の側部において前記２つの凹部の間に延在するように定められる前記トップランド外周側面の第１領域において周方向に延在し、
前記溝の前記端部は、前記トップランド外周側面の該第１領域とは異なる第２領域において前記頂面に開放する
ことを特徴とする請求項２に記載のピストン。
【請求項４】
前記溝の前記周方向溝部は前記ピストンの全周に連続的に延びることを特徴とする請求項２または３に記載のピストン。
【請求項５】
前記溝は前記トップランド外周側面のうちの前記頂面側の部分に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のピストン。
【請求項６】
前記溝は該溝の前記端部に近づくに従って該溝の断面積が減少するように形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のピストン。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のピストンを備えたことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１１７５０１（Ｐ２０１２−１１７５０１Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７０７２７（Ｐ２０１０−２７０７２７）
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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