ピストン
【課題】 ピストン頭頂部にキャビティが形成されたピストンにおいて、キャビティの側縁部への応力集中を抑制する。
【解決手段】 ピストン頭頂部２１の頂面２７にキャビティ５０が凹設された内燃機関２のピストン１であって、キャビティは、頂面の吸気ポート７に対応する側から排気ポート８に対応する側へと延在し、ピストン頭頂部の頂面と相反する裏面２８であって、キャビティの排気ポートに対応する側の側縁部から排気ポートに対応する側に偏倚した部分に、頂面側へと窪み、ピストン頭頂部の肉厚を当該ピストンの軸線方向に薄くする第１凹部６７を局部的に形成した。
【解決手段】 ピストン頭頂部２１の頂面２７にキャビティ５０が凹設された内燃機関２のピストン１であって、キャビティは、頂面の吸気ポート７に対応する側から排気ポート８に対応する側へと延在し、ピストン頭頂部の頂面と相反する裏面２８であって、キャビティの排気ポートに対応する側の側縁部から排気ポートに対応する側に偏倚した部分に、頂面側へと窪み、ピストン頭頂部の肉厚を当該ピストンの軸線方向に薄くする第１凹部６７を局部的に形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のピストンに係り、詳しくは筒内噴射内燃機関において使用される頭頂部にキャビティを有するピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料噴射装置を用いて気筒内に直接に燃料を噴射する筒内噴射内燃機関（直噴内燃機関）において、ピストン頭頂部の頂面（冠面）にキャビティを凹設し、燃料をキャビティに向けて噴射することによって、ピストンの熱によって燃料を気化させると共に、キャビティの縁壁によって可燃混合気の進行方向をガイドし、点火プラグ近傍に導くようにしたピストンがある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２８２８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に係るピストンでは、ピストン頭頂部の頂面と相反する裏面が平坦に形成され、頂面にキャビティが凹設されているため、キャビティが形成された部分は、ピストン頭頂部の他の部分に比べて肉厚が薄くなっている。また、キャビティの縁壁（側縁部）は、可燃混合気の進行方向を点火プラグ側へと変化させるべく、ピストンの軸線方向に沿って立ち上がっているため、肉厚が急激に変化している。そのため、ピストン頭頂部に爆発圧力が加わる際には、肉厚の変化が大きく、かつ薄肉となったキャビティの側縁内方部に応力が集中し易くなる。
【０００５】
本発明は、以上の背景を鑑みてなされたものであって、ピストン頭頂部にキャビティが形成されたピストンにおいて、キャビティの側縁部への応力集中を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、ピストン頭頂部（２１）の頂面（２７）にキャビティ（５０）が凹設された内燃機関（２）のピストン（１）であって、前記キャビティは、前記頂面の吸気ポート（７）に対応する側から排気ポート（８）に対応する側へと延在し、前記ピストン頭頂部の前記頂面と相反する裏面（２８）であって、前記キャビティの前記排気ポートに対応する側の側縁部から前記排気ポートに対応する側に偏倚した部分に、前記頂面側へと窪み、前記ピストン頭頂部の肉厚を当該ピストンの軸線方向に薄くする第１凹部（６７）が局部的に形成されていることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、第１凹部がキャビティ側縁外方の肉厚を薄くするため、キャビティ側縁内方の薄肉部への応力集中を緩和することができる。ピストン頭頂部にキャビティを凹設することによって、その側縁内方は薄肉となる一方で側縁外方は厚肉となり、側縁境界において肉厚が大きく変化することになる。そのため、爆発圧力がピストン頭頂部に加わる際には、キャビティ側縁内方の薄肉部に応力が集中し易くなる。しかし、第１凹部によって肉厚が薄い部分を形成することで、第１凹部にも応力が加わり易くなる、すなわち第１凹部へと応力が分散されるため、キャビティ側縁内方の薄肉部への応力集中を緩和することができる。
【０００８】
本発明の他の側面は、前記キャビティは、底面（５２）と、前記底面の前記排気ポートに対応する側の側縁部に延設された縁壁（５７）とを有し、前記第１凹部が、前記縁壁の側面よりも前記排気ポートに対応する側に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、キャビティの側縁の縁壁部分でピストン頭頂部の肉厚が大きく変化し、縁壁近傍の底面部分に応力集中が発生し易くなるため、縁壁の外方（吸気ポート側）に第１凹部を設けることで、縁壁近傍の底面部分への応力集中を緩和することができる。
【００１０】
本発明の他の側面は、前記底面は、平坦な面から構成され、前記縁壁は、前記キャビティの開口端に連続する平坦な側面を有する先端部（６２）と、前記先端部と前記底面との間に設けられた少なくとも１つの平坦な側面を有する基端部（６１）とを有することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、縁壁の先端部が平坦となっているため、キャビティに向けて噴射された燃料が縁壁において捕集され難く、キャビティへの未燃燃料やカーボンの滞留、付着を抑制することができる。
【００１２】
本発明の他の側面は、当該ピストンが前記内燃機関に組み付けられた状態において、前記縁壁の前記先端部は、水平面と平行、或いはその開口端側がその基端側よりも下方となるように水平面に対して傾斜して配置されることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、キャビティ内に滞留した未燃燃料やカーボンは、重力によって縁壁を越えてキャビティ外へと離脱することができるため、キャビティへの未燃燃料やカーボンの滞留、付着を抑制することができる。
【００１４】
本発明の他の側面は、前記ピストン頭頂部の前記裏面であって、前記キャビティの前記排気ポートに対応する側の側縁部から前記吸気ポートに対応する側に偏倚した部分に、前記頂面側へと窪み、前記ピストン頭頂部の肉厚を当該ピストンの軸線方向に薄くする第２凹部（８１）が局部的に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、爆発圧力がピストン頭頂部に加わる際に、応力集中が発生し易いキャビティ側縁内方の薄肉部を、第１凹部と共に挟むように第２凹部を形成したため、第２凹部へも応力が分散され、キャビティ側縁内方の薄肉部への応力集中を緩和することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上の構成によれば、ピストン頭頂部にキャビティが形成されたピストンにおいて、キャビティの側縁部への応力集中を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ピストンが組み付けられたエンジンを示す断面図であって、ピストンが任意の第１位置にある状態を示す図
【図２】ピストンを排気側から見た側面図
【図３】ピストンを右方から見た側面図
【図４】図３のIV−IV断面図
【図５】ピストンの平面図
【図６】ピストン頭頂部を示す斜視図
【図７】図５のVII−VII断面図
【図８】図６のVIII−VIII断面図
【図９】ピストン頭頂部の肉厚を示すグラフ
【図１０】ピストンが組み付けられたエンジンを示す断面図であって、ピストンが任意の第２位置にある状態を示す図
【図１１】ピストンが第１位置にあるときの燃料噴射状態を示す模式図
【図１２】ピストンが第２位置にあるときの燃料噴射状態を示す模式図
【図１３】変形実施形態に係るピストンを示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明を４バルブのガソリン直噴エンジンのピストンに適用した実施形態について詳細に説明する。以下の説明では、ピストン１がエンジン２に組み付けられた状態を基準として各方向を定める。
【００１９】
図１に示すように、エンジン２は、シリンダブロック３と、シリンダブロック３の上端面に締結されたシリンダヘッド４とを有している。シリンダブロック３には、シリンダブロック３の上端面に開口する複数のシリンダ（気筒）５が列設されている。シリンダ５を基準として、シリンダ軸線方向を上下方向、シリンダ列方向を左右方向として定める。
【００２０】
シリンダヘッド４の下端面には、シリンダ５と連続する燃焼室凹部６が凹設されている。燃焼室凹部６は、略円錐面状に形成され、２つの吸気ポート７と、２つの排気ポート８とが開口している。燃焼室凹部６において、上下方向及び左右方向に直交する方向の一側に２つの吸気ポート７が配置され、他側に２つの排気ポート８が配置されている。上下方向及び左右方向に直交する方向の一側を吸気側、他側を排気側とする。２つの吸気ポート７は、燃焼室凹部６の吸気側部分において互いに左右対称となる位置に配置されており、２つの排気ポート８は、燃焼室凹部６の排気側部分において互いに左右対称となる位置に配置されている。吸気ポート７及び排気ポート８には、ポペットバルブである吸気バルブ及び排気バルブ（いずれも図示しない）が設けられている。
【００２１】
燃焼室凹部６の中央部には、シリンダヘッド４の上面へと貫通する点火プラグ孔１１が形成され、点火プラグ孔１１には、点火プラグ１２が挿入されている。点火プラグ１２は、その先端に設けられた接地電極１３が点火プラグ孔１１から下方に突出する形で配置されている。燃焼室凹部６の吸気側部分であって、２つの吸気ポート７の間の部分には、シリンダヘッド４の側面へと貫通する噴射ノズル孔１４が形成されている。噴射ノズル孔１４には、燃料噴射ノズル１５が挿入されている。燃料噴射ノズル１５は、その軸線が、上方から見てシリンダ５の径方向と一致し、かつ吸気側から排気側へと延在するようにシリンダヘッド４に配置されている。また、燃料噴射ノズル１５は、その軸線が、左右方向から見て上下方向に対して傾斜し、シリンダ５内においてシリンダ５の軸線と交差するようにシリンダヘッド４に配置されている。
【００２２】
シリンダ５内には、ピストン１が上下動自在に配置されている。図１〜図５に示すように、ピストン１は、左右対称形をなし、円板状のピストン頭頂部（クラウン部）２１と、ピストン頭頂部２１の周縁部の吸気側部分及び排気側部分から下方へと突設された一対のスカート部２２と、各スカート部２２の対応する側縁同士を互いに連結する一対の連結壁部２３とを有している。ピストン１の軸線であるピストン軸線Ａは上下方向と一致している。
【００２３】
ピストン頭頂部２１は、円板状の天板２５と、天板２５の周縁部から下方へと突出すると共に、周縁部に沿って延設された円筒壁２６とを有している。天板２５の上方を向く面を頂面２７とし、頂面２７と相反する下方を向く面を裏面２８とする。円筒壁２６の外周面には、周方向に延在する第１環状溝３１、第２環状溝３２及び第３環状溝３３が上から順に形成されている。第３環状溝３３の吸気側部分及び排気側部分のそれぞれには、第３環状溝３３の底面と円筒壁２６の内周面とを連通する第１オイル孔３４が複数形成されている。また、第３環状溝３３の左側部分及び右側部分のそれぞれには、第３環状溝３３の底面と円筒壁２６の下端面とを連通する第２オイル孔３５が形成されている。第１環状溝３１及び第２環状溝３２にはコンプレッションリングが、第３環状溝３３にはオイルリングが、それぞれ嵌め付けられる。
【００２４】
各スカート部２２は、円筒壁２６の吸気側部分及び排気側部分から下方へと突設されている。各スカート部２２は、円筒壁２６の下端に沿って周方向に延在し、その外面は円筒壁２６の外周面に連続した円周面となっている。各スカート部２２の外面には、オイル保持孔３７が表面に形成された樹脂被膜３８が形成されている。樹脂被膜３８は、シリンダ５の内周面との摩擦抵抗を低減する機能を奏する。
【００２５】
各連結壁部２３は、天板２５の裏面２８から下方に向けて突設されている。各連結壁部２３は、各スカート部２２の左端縁同士、右端縁同士を連結するように、吸気側から排気側へと延在し、互いに所定の距離をおいて平行となっている。各連結壁部２３には、互いに同軸となるピストンボス３９が形成されている。各ピストンボス３９には、ピストン１をピストンロッド（図示しない）に回転可能に連結するピストンピン（図示しない）が挿入される。
【００２６】
図３及び図６〜図８に示すように、ピストン１の頂面２７は、中央部（ピストン軸線Ａ側）が周縁部に対して上方へと突出した形状に形成されている。中央部において、上方へと最も突出した部分である最突出部４１は、左右方向に所定の範囲で延在している。
【００２７】
頂面２７の吸気側部分の左側及び右側には、吸気バルブリセス４２がそれぞれ凹設されている。吸気バルブリセス４２は、吸気バルブが開く際に、吸気バルブとの干渉を避けるために形成された凹部である。各吸気バルブリセス４２は、互いに左右対称形をなし、それぞれ略半円状に形成され、その弧の部分が頂面２７の周縁側を向くように配置されている。各吸気バルブリセス４２は、弧の部分が最も深く凹んでおり、ピストン軸線Ａ側に進むにつれて深さが徐々に浅くなる傾斜面を形成している。各吸気バルブリセス４２の弧の部分は、吸気側に位置する部分が最も深さが深く凹んでいる。
【００２８】
頂面２７の排気側部分の左側及び右側には、排気バルブリセス４３がそれぞれ凹設されている。排気バルブリセス４３は、排気バルブが開く際に、排気バルブとの干渉を避けるために形成された凹部である。各排気バルブリセス４３は、互いに左右対称形をなし、それぞれ略半円状に形成され、その弧の部分が頂面２７の周縁側を向くように配置されている。各排気バルブリセス４３は、弧の部分が最も深く凹んでおり、ピストン軸線Ａ側に進むにつれて深さが徐々に浅くなる傾斜面を形成している。各排気バルブリセス４３の弧の部分は、排気側に位置する部分が最も深さが深く凹んでいる。
【００２９】
本実施形態では、排気バルブリセス４３は吸気バルブリセス４２に比べて径が小さく形成されており、左右の排気バルブリセス４３間の距離は、左右の吸気バルブリセス４２間の距離よりも大きくなっている。
【００３０】
吸気バルブリセス４２の弧部の排気側部分の外側には、上方へと突出する吸気側ガイド壁４５が弧に沿って延設されている。また、排気バルブリセス４３の弧部の外側には、上方へと突出する排気側ガイド壁４６が弧部に沿って延設されている。吸気側ガイド壁４５の排気側と、排気側ガイド壁４６の吸気側とは、上方へと突出すると共に、ピストン１の周方向に延在する連結ガイド壁４７によって連続している。各排気側ガイド壁４６の互いに近接した端部同士は、左右方向に延在する排気側凸壁４８によって連続している。
【００３１】
頂面２７の吸気側部分であって、左右方向における中央部には、周縁部から中央部へと頂面２７の径方向に延在するキャビティ５０が凹設されている。キャビティ５０は、ピストン軸線Ａと直交する平面と概ね平行となる底面５２を有している。図５に示すように、上方から見てキャビティ５０の延在方向における中間部には、各吸気バルブリセス４２の端部が食い込むように重なって配置されており、各吸気バルブリセス４２が重なった部分は、底面５２よりも深く凹んでいる。上述したように、頂面２７は中央部（ピストン軸線Ａ側）が上方へと突出しているため、図７に示すようにキャビティ５０は中央部側へ進むほど頂面２７の外形からの深さが深くなっている。
【００３２】
図５に示すように、キャビティ５０の吸気側部分（吸気バルブリセス４２が重なった部分よりも吸気側）５３は、上方から見て底面５２が扇形を呈し、弧の部分が頂面２７の周縁近傍まで延在している。吸気側部分５３の弧の部分には、底面５２から上方へと延びる吸気側壁５４が延設されている。
【００３３】
キャビティ５０の排気側部分（吸気バルブリセス４２が重なった部分よりも排気側）５６は、底面５２が略長方形を呈し、その排気側の側辺が左右方向と平行に延在するように配置されている。排気側部分５６の縁部には、左右方向に延在する排気側縁壁５７と、排気側縁壁５７の左右側部に連続し、吸気側へと延在する左側縁壁５８及び右側縁壁５９とが設けられている。各縁壁５７〜５９は、それぞれキャビティ５０の開口端（上端）側が広がるように、上下方向に対して傾斜している。すなわち、排気側縁壁５７は上方へと進むにつれて排気側に進むように傾斜し、左側縁壁５８は上方へと進むにつれて左側に進むように傾斜し、右側縁壁５９は上方へと進むにつれて右側に進むように傾斜している。左側縁壁５８及び右側縁壁５９は、吸気側に進むにつれて上下方向における高さが低くなっている。これにより、キャビティ５０の排気側部分５６の開口端部は、排気側に進むほど左右方向に幅が広がった形状となっている。
【００３４】
図７に示すように、排気側縁壁５７は、底面５２に連続する基端側面６１と、基端側面６１の上端に連続すると共に頂面２７の最突出部４１に連続する先端側面６２とを有している。基端側面６１及び先端側面６２は、平坦な平面である。底面５２と基端側面６１とは曲面部を介して滑らかに連続し、基端側面６１と先端側面６２とは曲面部を介して滑らかに連続している。基端側面６１の底面５２に対する角度をθ１とし、先端側面６２の底面５２に対する角度をθ２とすると、θ２＞θ１となっている。また、θ２＜９０であることが好ましい。先端側面６２は、ピストン１がエンジン２に組み付けられ、エンジン２が車体に組み付けられた状態において、水平面と平行、或いは開口端側が基端側よりも下方となるように水平面に対して傾斜して配置されている。
【００３５】
排気側縁壁５７と左右の縁壁５８、５９とは、滑らかな曲面６４を介して、角稜を形成しないように連続している。頂面２７の周縁部であって、吸気側ガイド壁４５、排気側ガイド壁４６、連結ガイド壁４７、排気側凸壁４８及びキャビティ５０の吸気側部分５３の径方向外方側には、ピストン軸線Ａと直交する平面に形成された環状平面部６５が形成されている。図３及び図７に示すように、頂面２７の中央部（最突出部４１）は、環状平面部６５よりも上方に突出している。頂面２７の最突出部４１から排気側の部分は、最突出部４１から排気側凸壁４８の基部及び排気バルブリセス４３へとかけて滑らかな面を形成している。頂面２７の最突出部４１から排気側の部分を滑らかな面とすることによって、タンブル流を阻害しないようにしている。
【００３６】
図７に示すように、天板２５の裏面２８は、概ね頂面２７の外形（プロフィール）に沿うように形成されており、排気側の部分は、キャビティ５０が頂面２７側に配置された吸気側の部分よりも上方へと凹んだ形状となっている。すなわち、キャビティ５０が形成されていない部分の肉厚が、キャビティ５０が形成された部分と比べて厚くならないようになっている。また、裏面２８の排気側縁壁５７よりも排気側に偏倚した部分（最突出部４１に対応する部分）には、上方へと窪んだ第１凹部６７が局部的に形成されている。天板２５は、第１凹部６７が形成された部分において、上下方向における肉厚が他の部分に比べて局部的に薄くなっている。図４に示すように、第１凹部６７は、左右の連結壁部２３の間において左右方向に延在して形成されている。
【００３７】
図９は、天板２５の吸気側から排気側にかけての上下方向（ピストン軸線Ａ方向）における肉厚を示している。天板２５の肉厚は、中央部、すなわち排気側縁壁５７が配置された部分において最も厚く、中央部の吸気側部分はキャビティ５０の存在によって薄肉となっており、中央部の排気側部分は第１凹部６７によって薄肉となっている。天板２５の第１凹部６７よりも排気側の部分は、第１凹部６７が配置された部分よりも肉厚が大きくなり、その後排気側に進むにつれて肉厚が概ね一定となっている。
【００３８】
以上のように構成したピストン１の作用効果について説明する。通常、ピストン頭頂部２１にキャビティ５０を形成すると、キャビティ５０が設けられた部分の肉厚が薄くなり、キャビティ５０の縁壁５７〜５９が設けられた部分で肉厚が急激に厚くなるため、キャビティ５０の底面５２の縁壁５７〜５９近傍の部分に、爆発圧力を受けた際の応力が集中し易くなる。本実施形態に係るピストン１では、天板２５において上下方向の肉厚が厚くなる排気側縁壁５７よりも排気側の裏面２８に第１凹部６７を形成して肉厚を局部的に薄くしたため、爆発圧力が頂面２７に加わる際に、第１凹部６７に応力が加わり易くなり、キャビティ５０の底面５２の排気側縁壁５７近傍に応力が集中し難くなる。すなわち、第１凹部６７に応力を分散させることによって、底面５２の排気側縁壁５７近傍への応力集中を抑制する。天板２５の裏面２８には、一対の連結壁部２３が吸気側から排気側へと互いに平行となるように延設されているため、これらの連結壁部２３間の部分に第１凹部６７を設けることで天板２５の肉厚を効果的に薄くすることができる。
【００３９】
また、ピストン１では、排気側縁壁５７の基端側面６１及び先端側面６２が平坦面から形成されているため、燃料噴射ノズル１５から噴射される燃料が付着、滞留し難くなっている。また、ピストン１がエンジン２に組み付けられ、エンジン２が車体に組み付けられた状態において、先端側面６２が水平面と平行、或いは開口端側が基端側よりも下方となるように水平面に対して傾斜して配置されているため、排気側縁壁５７は下方に向けて凹んだ凹部を形成しない。そのため、底面５２及び排気側縁壁５７に付着した未燃燃料やカーボンは、キャビティ５０から排気側へ重力によって離脱することができる。これにより、頂面２７上のカーボンデポジット量が抑制され、燃焼が安定な状態に維持される。
【００４０】
図１は、ピストンが所定の第１位置に位置する状態を示し、図１０は、図１の状態からピストン１が上死点側に移動した第２位置に位置する状態を示す。図１及び図１０は、圧縮行程における燃料噴射期間中のピストン１の移動を示している。図１１は、図１に示すピストン位置での燃料の噴射状態を示し、図１２は、図１０に示すピストン位置での燃料の噴射状態を示している。
【００４１】
図１及び図１１に示すように、燃料噴射ノズル１５の先端は、概ねキャビティ５０の排気側縁壁５７の方を向いている。キャビティ５０の左側縁壁５８及び右側縁壁５９、曲面６４は、キャビティ５０内に噴射される燃料流であって左右側に傾斜した燃料流７１を左右方向において中央側（ピストン軸線Ａ側）である排気側縁壁５７へと導くように設定されている。排気側縁壁５７は、排気側縁壁５７へと導かれた燃料流７１、７２を上方の点火プラグ１２の接地電極１３側に導くように設定されている。排気側凸壁４８は、燃料噴射ノズル１５から噴射される燃料のうち、ピストン軸線Ａ側へと噴射され、排気側縁壁５７の上方を越える燃料流７３を上方へと導き、燃料流７３をシリンダ５の内壁に直接に接触させないように設定されている。吸気側ガイド壁４５、連結ガイド壁４７及び排気側ガイド壁４６は、燃料噴射ノズル１５から噴射される燃料のうち、キャビティ５０の左右外方であって、吸気バルブリセス４２上に噴射された燃料流７４を左右方向における中央側かつ排気側の上方へと導き、燃料流７４をシリンダ５の内壁に直接に接触させないように設定されている。
【００４２】
図１０及び図１２に示すように、ピストン１が第２位置にある場合には、第１位置においてはキャビティ５０内に進入しなかった燃料流７３が排気側縁壁５７へと噴射される。そして、燃料流７４は、排気側縁壁５７によって、上方の点火プラグ１２の接地電極１３側に導かれる。また、燃料流７４がキャビティ５０の底面５２の吸気側部分５３に噴射され、吸気バルブリセス４２へと導かれる。燃料流７４は、第１位置の場合と同様に、吸気側ガイド壁４５、連結ガイド壁４７及び排気側ガイド壁４６によって、左右方向における中央側かつ排気側の上方へと導かれる。燃料流７１、７２は、第１位置の場合と同様である。
【００４３】
図１３に、上記実施形態を一部変形実施したピストン８０を示す。ピストン８０は、第２凹部８１を有する点のみが上記実施形態のピストン１と相違し、他の構成は同様である。排気側縁壁５７よりも吸気側に偏倚した部分に対応する天板２５の裏面２８には、上方へと窪んだ第２凹部８１が局部的に形成されている。天板２５は、第２凹部８１が形成された部分において、上下方向における肉厚が他の部分に比べて局部的に薄くなっている。図４に示すように、第２凹部８１は、左右の連結壁部２３の間において左右方向に延在して形成されている。
【００４４】
第２凹部８１を形成し、排気側縁壁５７より吸気側の部分を薄肉にしたことによって、爆発圧力が頂面２７に加わる際に、第１凹部６７に加えて第２凹部８１にも応力が分散され、キャビティ５０の底面５２の排気側縁壁５７近傍への応力集中が抑制される。
【００４５】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。第１凹部６７及び第２凹部８１の大きさ、深さ、形状及び曲率は、ピストン頂部の剛性を調整するべく、適宜変更してよい。実施形態では、排気側縁壁５７の基端側面６１を１つの平面から構成したが、２つ以上の平面からなる多段階の傾斜面としてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１、８０…ピストン、２…エンジン、４…シリンダヘッド、５…シリンダ、２１…ピストン頭頂部、２２…スカート部、２３…連結壁部、２５…天板、２７…頂面、２８…裏面、４１…最突出部、４２…吸気バルブリセス、４３…排気バルブリセス、４５…吸気側ガイド壁、４６…排気側ガイド壁、４７…連結ガイド壁、４８…排気側凸壁、５０…キャビティ、５２…底面、５３…吸気側部分、５６…排気側部分、５７…排気側縁壁、５８…左側縁壁、５９…右側縁壁、６１…基端側面、６２…先端側面、６４…曲面、６７…第１凹部、８１…第２凹部、Ａ…ピストン軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のピストンに係り、詳しくは筒内噴射内燃機関において使用される頭頂部にキャビティを有するピストンに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料噴射装置を用いて気筒内に直接に燃料を噴射する筒内噴射内燃機関（直噴内燃機関）において、ピストン頭頂部の頂面（冠面）にキャビティを凹設し、燃料をキャビティに向けて噴射することによって、ピストンの熱によって燃料を気化させると共に、キャビティの縁壁によって可燃混合気の進行方向をガイドし、点火プラグ近傍に導くようにしたピストンがある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２８２８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に係るピストンでは、ピストン頭頂部の頂面と相反する裏面が平坦に形成され、頂面にキャビティが凹設されているため、キャビティが形成された部分は、ピストン頭頂部の他の部分に比べて肉厚が薄くなっている。また、キャビティの縁壁（側縁部）は、可燃混合気の進行方向を点火プラグ側へと変化させるべく、ピストンの軸線方向に沿って立ち上がっているため、肉厚が急激に変化している。そのため、ピストン頭頂部に爆発圧力が加わる際には、肉厚の変化が大きく、かつ薄肉となったキャビティの側縁内方部に応力が集中し易くなる。
【０００５】
本発明は、以上の背景を鑑みてなされたものであって、ピストン頭頂部にキャビティが形成されたピストンにおいて、キャビティの側縁部への応力集中を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、ピストン頭頂部（２１）の頂面（２７）にキャビティ（５０）が凹設された内燃機関（２）のピストン（１）であって、前記キャビティは、前記頂面の吸気ポート（７）に対応する側から排気ポート（８）に対応する側へと延在し、前記ピストン頭頂部の前記頂面と相反する裏面（２８）であって、前記キャビティの前記排気ポートに対応する側の側縁部から前記排気ポートに対応する側に偏倚した部分に、前記頂面側へと窪み、前記ピストン頭頂部の肉厚を当該ピストンの軸線方向に薄くする第１凹部（６７）が局部的に形成されていることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、第１凹部がキャビティ側縁外方の肉厚を薄くするため、キャビティ側縁内方の薄肉部への応力集中を緩和することができる。ピストン頭頂部にキャビティを凹設することによって、その側縁内方は薄肉となる一方で側縁外方は厚肉となり、側縁境界において肉厚が大きく変化することになる。そのため、爆発圧力がピストン頭頂部に加わる際には、キャビティ側縁内方の薄肉部に応力が集中し易くなる。しかし、第１凹部によって肉厚が薄い部分を形成することで、第１凹部にも応力が加わり易くなる、すなわち第１凹部へと応力が分散されるため、キャビティ側縁内方の薄肉部への応力集中を緩和することができる。
【０００８】
本発明の他の側面は、前記キャビティは、底面（５２）と、前記底面の前記排気ポートに対応する側の側縁部に延設された縁壁（５７）とを有し、前記第１凹部が、前記縁壁の側面よりも前記排気ポートに対応する側に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、キャビティの側縁の縁壁部分でピストン頭頂部の肉厚が大きく変化し、縁壁近傍の底面部分に応力集中が発生し易くなるため、縁壁の外方（吸気ポート側）に第１凹部を設けることで、縁壁近傍の底面部分への応力集中を緩和することができる。
【００１０】
本発明の他の側面は、前記底面は、平坦な面から構成され、前記縁壁は、前記キャビティの開口端に連続する平坦な側面を有する先端部（６２）と、前記先端部と前記底面との間に設けられた少なくとも１つの平坦な側面を有する基端部（６１）とを有することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、縁壁の先端部が平坦となっているため、キャビティに向けて噴射された燃料が縁壁において捕集され難く、キャビティへの未燃燃料やカーボンの滞留、付着を抑制することができる。
【００１２】
本発明の他の側面は、当該ピストンが前記内燃機関に組み付けられた状態において、前記縁壁の前記先端部は、水平面と平行、或いはその開口端側がその基端側よりも下方となるように水平面に対して傾斜して配置されることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、キャビティ内に滞留した未燃燃料やカーボンは、重力によって縁壁を越えてキャビティ外へと離脱することができるため、キャビティへの未燃燃料やカーボンの滞留、付着を抑制することができる。
【００１４】
本発明の他の側面は、前記ピストン頭頂部の前記裏面であって、前記キャビティの前記排気ポートに対応する側の側縁部から前記吸気ポートに対応する側に偏倚した部分に、前記頂面側へと窪み、前記ピストン頭頂部の肉厚を当該ピストンの軸線方向に薄くする第２凹部（８１）が局部的に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、爆発圧力がピストン頭頂部に加わる際に、応力集中が発生し易いキャビティ側縁内方の薄肉部を、第１凹部と共に挟むように第２凹部を形成したため、第２凹部へも応力が分散され、キャビティ側縁内方の薄肉部への応力集中を緩和することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上の構成によれば、ピストン頭頂部にキャビティが形成されたピストンにおいて、キャビティの側縁部への応力集中を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ピストンが組み付けられたエンジンを示す断面図であって、ピストンが任意の第１位置にある状態を示す図
【図２】ピストンを排気側から見た側面図
【図３】ピストンを右方から見た側面図
【図４】図３のIV−IV断面図
【図５】ピストンの平面図
【図６】ピストン頭頂部を示す斜視図
【図７】図５のVII−VII断面図
【図８】図６のVIII−VIII断面図
【図９】ピストン頭頂部の肉厚を示すグラフ
【図１０】ピストンが組み付けられたエンジンを示す断面図であって、ピストンが任意の第２位置にある状態を示す図
【図１１】ピストンが第１位置にあるときの燃料噴射状態を示す模式図
【図１２】ピストンが第２位置にあるときの燃料噴射状態を示す模式図
【図１３】変形実施形態に係るピストンを示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明を４バルブのガソリン直噴エンジンのピストンに適用した実施形態について詳細に説明する。以下の説明では、ピストン１がエンジン２に組み付けられた状態を基準として各方向を定める。
【００１９】
図１に示すように、エンジン２は、シリンダブロック３と、シリンダブロック３の上端面に締結されたシリンダヘッド４とを有している。シリンダブロック３には、シリンダブロック３の上端面に開口する複数のシリンダ（気筒）５が列設されている。シリンダ５を基準として、シリンダ軸線方向を上下方向、シリンダ列方向を左右方向として定める。
【００２０】
シリンダヘッド４の下端面には、シリンダ５と連続する燃焼室凹部６が凹設されている。燃焼室凹部６は、略円錐面状に形成され、２つの吸気ポート７と、２つの排気ポート８とが開口している。燃焼室凹部６において、上下方向及び左右方向に直交する方向の一側に２つの吸気ポート７が配置され、他側に２つの排気ポート８が配置されている。上下方向及び左右方向に直交する方向の一側を吸気側、他側を排気側とする。２つの吸気ポート７は、燃焼室凹部６の吸気側部分において互いに左右対称となる位置に配置されており、２つの排気ポート８は、燃焼室凹部６の排気側部分において互いに左右対称となる位置に配置されている。吸気ポート７及び排気ポート８には、ポペットバルブである吸気バルブ及び排気バルブ（いずれも図示しない）が設けられている。
【００２１】
燃焼室凹部６の中央部には、シリンダヘッド４の上面へと貫通する点火プラグ孔１１が形成され、点火プラグ孔１１には、点火プラグ１２が挿入されている。点火プラグ１２は、その先端に設けられた接地電極１３が点火プラグ孔１１から下方に突出する形で配置されている。燃焼室凹部６の吸気側部分であって、２つの吸気ポート７の間の部分には、シリンダヘッド４の側面へと貫通する噴射ノズル孔１４が形成されている。噴射ノズル孔１４には、燃料噴射ノズル１５が挿入されている。燃料噴射ノズル１５は、その軸線が、上方から見てシリンダ５の径方向と一致し、かつ吸気側から排気側へと延在するようにシリンダヘッド４に配置されている。また、燃料噴射ノズル１５は、その軸線が、左右方向から見て上下方向に対して傾斜し、シリンダ５内においてシリンダ５の軸線と交差するようにシリンダヘッド４に配置されている。
【００２２】
シリンダ５内には、ピストン１が上下動自在に配置されている。図１〜図５に示すように、ピストン１は、左右対称形をなし、円板状のピストン頭頂部（クラウン部）２１と、ピストン頭頂部２１の周縁部の吸気側部分及び排気側部分から下方へと突設された一対のスカート部２２と、各スカート部２２の対応する側縁同士を互いに連結する一対の連結壁部２３とを有している。ピストン１の軸線であるピストン軸線Ａは上下方向と一致している。
【００２３】
ピストン頭頂部２１は、円板状の天板２５と、天板２５の周縁部から下方へと突出すると共に、周縁部に沿って延設された円筒壁２６とを有している。天板２５の上方を向く面を頂面２７とし、頂面２７と相反する下方を向く面を裏面２８とする。円筒壁２６の外周面には、周方向に延在する第１環状溝３１、第２環状溝３２及び第３環状溝３３が上から順に形成されている。第３環状溝３３の吸気側部分及び排気側部分のそれぞれには、第３環状溝３３の底面と円筒壁２６の内周面とを連通する第１オイル孔３４が複数形成されている。また、第３環状溝３３の左側部分及び右側部分のそれぞれには、第３環状溝３３の底面と円筒壁２６の下端面とを連通する第２オイル孔３５が形成されている。第１環状溝３１及び第２環状溝３２にはコンプレッションリングが、第３環状溝３３にはオイルリングが、それぞれ嵌め付けられる。
【００２４】
各スカート部２２は、円筒壁２６の吸気側部分及び排気側部分から下方へと突設されている。各スカート部２２は、円筒壁２６の下端に沿って周方向に延在し、その外面は円筒壁２６の外周面に連続した円周面となっている。各スカート部２２の外面には、オイル保持孔３７が表面に形成された樹脂被膜３８が形成されている。樹脂被膜３８は、シリンダ５の内周面との摩擦抵抗を低減する機能を奏する。
【００２５】
各連結壁部２３は、天板２５の裏面２８から下方に向けて突設されている。各連結壁部２３は、各スカート部２２の左端縁同士、右端縁同士を連結するように、吸気側から排気側へと延在し、互いに所定の距離をおいて平行となっている。各連結壁部２３には、互いに同軸となるピストンボス３９が形成されている。各ピストンボス３９には、ピストン１をピストンロッド（図示しない）に回転可能に連結するピストンピン（図示しない）が挿入される。
【００２６】
図３及び図６〜図８に示すように、ピストン１の頂面２７は、中央部（ピストン軸線Ａ側）が周縁部に対して上方へと突出した形状に形成されている。中央部において、上方へと最も突出した部分である最突出部４１は、左右方向に所定の範囲で延在している。
【００２７】
頂面２７の吸気側部分の左側及び右側には、吸気バルブリセス４２がそれぞれ凹設されている。吸気バルブリセス４２は、吸気バルブが開く際に、吸気バルブとの干渉を避けるために形成された凹部である。各吸気バルブリセス４２は、互いに左右対称形をなし、それぞれ略半円状に形成され、その弧の部分が頂面２７の周縁側を向くように配置されている。各吸気バルブリセス４２は、弧の部分が最も深く凹んでおり、ピストン軸線Ａ側に進むにつれて深さが徐々に浅くなる傾斜面を形成している。各吸気バルブリセス４２の弧の部分は、吸気側に位置する部分が最も深さが深く凹んでいる。
【００２８】
頂面２７の排気側部分の左側及び右側には、排気バルブリセス４３がそれぞれ凹設されている。排気バルブリセス４３は、排気バルブが開く際に、排気バルブとの干渉を避けるために形成された凹部である。各排気バルブリセス４３は、互いに左右対称形をなし、それぞれ略半円状に形成され、その弧の部分が頂面２７の周縁側を向くように配置されている。各排気バルブリセス４３は、弧の部分が最も深く凹んでおり、ピストン軸線Ａ側に進むにつれて深さが徐々に浅くなる傾斜面を形成している。各排気バルブリセス４３の弧の部分は、排気側に位置する部分が最も深さが深く凹んでいる。
【００２９】
本実施形態では、排気バルブリセス４３は吸気バルブリセス４２に比べて径が小さく形成されており、左右の排気バルブリセス４３間の距離は、左右の吸気バルブリセス４２間の距離よりも大きくなっている。
【００３０】
吸気バルブリセス４２の弧部の排気側部分の外側には、上方へと突出する吸気側ガイド壁４５が弧に沿って延設されている。また、排気バルブリセス４３の弧部の外側には、上方へと突出する排気側ガイド壁４６が弧部に沿って延設されている。吸気側ガイド壁４５の排気側と、排気側ガイド壁４６の吸気側とは、上方へと突出すると共に、ピストン１の周方向に延在する連結ガイド壁４７によって連続している。各排気側ガイド壁４６の互いに近接した端部同士は、左右方向に延在する排気側凸壁４８によって連続している。
【００３１】
頂面２７の吸気側部分であって、左右方向における中央部には、周縁部から中央部へと頂面２７の径方向に延在するキャビティ５０が凹設されている。キャビティ５０は、ピストン軸線Ａと直交する平面と概ね平行となる底面５２を有している。図５に示すように、上方から見てキャビティ５０の延在方向における中間部には、各吸気バルブリセス４２の端部が食い込むように重なって配置されており、各吸気バルブリセス４２が重なった部分は、底面５２よりも深く凹んでいる。上述したように、頂面２７は中央部（ピストン軸線Ａ側）が上方へと突出しているため、図７に示すようにキャビティ５０は中央部側へ進むほど頂面２７の外形からの深さが深くなっている。
【００３２】
図５に示すように、キャビティ５０の吸気側部分（吸気バルブリセス４２が重なった部分よりも吸気側）５３は、上方から見て底面５２が扇形を呈し、弧の部分が頂面２７の周縁近傍まで延在している。吸気側部分５３の弧の部分には、底面５２から上方へと延びる吸気側壁５４が延設されている。
【００３３】
キャビティ５０の排気側部分（吸気バルブリセス４２が重なった部分よりも排気側）５６は、底面５２が略長方形を呈し、その排気側の側辺が左右方向と平行に延在するように配置されている。排気側部分５６の縁部には、左右方向に延在する排気側縁壁５７と、排気側縁壁５７の左右側部に連続し、吸気側へと延在する左側縁壁５８及び右側縁壁５９とが設けられている。各縁壁５７〜５９は、それぞれキャビティ５０の開口端（上端）側が広がるように、上下方向に対して傾斜している。すなわち、排気側縁壁５７は上方へと進むにつれて排気側に進むように傾斜し、左側縁壁５８は上方へと進むにつれて左側に進むように傾斜し、右側縁壁５９は上方へと進むにつれて右側に進むように傾斜している。左側縁壁５８及び右側縁壁５９は、吸気側に進むにつれて上下方向における高さが低くなっている。これにより、キャビティ５０の排気側部分５６の開口端部は、排気側に進むほど左右方向に幅が広がった形状となっている。
【００３４】
図７に示すように、排気側縁壁５７は、底面５２に連続する基端側面６１と、基端側面６１の上端に連続すると共に頂面２７の最突出部４１に連続する先端側面６２とを有している。基端側面６１及び先端側面６２は、平坦な平面である。底面５２と基端側面６１とは曲面部を介して滑らかに連続し、基端側面６１と先端側面６２とは曲面部を介して滑らかに連続している。基端側面６１の底面５２に対する角度をθ１とし、先端側面６２の底面５２に対する角度をθ２とすると、θ２＞θ１となっている。また、θ２＜９０であることが好ましい。先端側面６２は、ピストン１がエンジン２に組み付けられ、エンジン２が車体に組み付けられた状態において、水平面と平行、或いは開口端側が基端側よりも下方となるように水平面に対して傾斜して配置されている。
【００３５】
排気側縁壁５７と左右の縁壁５８、５９とは、滑らかな曲面６４を介して、角稜を形成しないように連続している。頂面２７の周縁部であって、吸気側ガイド壁４５、排気側ガイド壁４６、連結ガイド壁４７、排気側凸壁４８及びキャビティ５０の吸気側部分５３の径方向外方側には、ピストン軸線Ａと直交する平面に形成された環状平面部６５が形成されている。図３及び図７に示すように、頂面２７の中央部（最突出部４１）は、環状平面部６５よりも上方に突出している。頂面２７の最突出部４１から排気側の部分は、最突出部４１から排気側凸壁４８の基部及び排気バルブリセス４３へとかけて滑らかな面を形成している。頂面２７の最突出部４１から排気側の部分を滑らかな面とすることによって、タンブル流を阻害しないようにしている。
【００３６】
図７に示すように、天板２５の裏面２８は、概ね頂面２７の外形（プロフィール）に沿うように形成されており、排気側の部分は、キャビティ５０が頂面２７側に配置された吸気側の部分よりも上方へと凹んだ形状となっている。すなわち、キャビティ５０が形成されていない部分の肉厚が、キャビティ５０が形成された部分と比べて厚くならないようになっている。また、裏面２８の排気側縁壁５７よりも排気側に偏倚した部分（最突出部４１に対応する部分）には、上方へと窪んだ第１凹部６７が局部的に形成されている。天板２５は、第１凹部６７が形成された部分において、上下方向における肉厚が他の部分に比べて局部的に薄くなっている。図４に示すように、第１凹部６７は、左右の連結壁部２３の間において左右方向に延在して形成されている。
【００３７】
図９は、天板２５の吸気側から排気側にかけての上下方向（ピストン軸線Ａ方向）における肉厚を示している。天板２５の肉厚は、中央部、すなわち排気側縁壁５７が配置された部分において最も厚く、中央部の吸気側部分はキャビティ５０の存在によって薄肉となっており、中央部の排気側部分は第１凹部６７によって薄肉となっている。天板２５の第１凹部６７よりも排気側の部分は、第１凹部６７が配置された部分よりも肉厚が大きくなり、その後排気側に進むにつれて肉厚が概ね一定となっている。
【００３８】
以上のように構成したピストン１の作用効果について説明する。通常、ピストン頭頂部２１にキャビティ５０を形成すると、キャビティ５０が設けられた部分の肉厚が薄くなり、キャビティ５０の縁壁５７〜５９が設けられた部分で肉厚が急激に厚くなるため、キャビティ５０の底面５２の縁壁５７〜５９近傍の部分に、爆発圧力を受けた際の応力が集中し易くなる。本実施形態に係るピストン１では、天板２５において上下方向の肉厚が厚くなる排気側縁壁５７よりも排気側の裏面２８に第１凹部６７を形成して肉厚を局部的に薄くしたため、爆発圧力が頂面２７に加わる際に、第１凹部６７に応力が加わり易くなり、キャビティ５０の底面５２の排気側縁壁５７近傍に応力が集中し難くなる。すなわち、第１凹部６７に応力を分散させることによって、底面５２の排気側縁壁５７近傍への応力集中を抑制する。天板２５の裏面２８には、一対の連結壁部２３が吸気側から排気側へと互いに平行となるように延設されているため、これらの連結壁部２３間の部分に第１凹部６７を設けることで天板２５の肉厚を効果的に薄くすることができる。
【００３９】
また、ピストン１では、排気側縁壁５７の基端側面６１及び先端側面６２が平坦面から形成されているため、燃料噴射ノズル１５から噴射される燃料が付着、滞留し難くなっている。また、ピストン１がエンジン２に組み付けられ、エンジン２が車体に組み付けられた状態において、先端側面６２が水平面と平行、或いは開口端側が基端側よりも下方となるように水平面に対して傾斜して配置されているため、排気側縁壁５７は下方に向けて凹んだ凹部を形成しない。そのため、底面５２及び排気側縁壁５７に付着した未燃燃料やカーボンは、キャビティ５０から排気側へ重力によって離脱することができる。これにより、頂面２７上のカーボンデポジット量が抑制され、燃焼が安定な状態に維持される。
【００４０】
図１は、ピストンが所定の第１位置に位置する状態を示し、図１０は、図１の状態からピストン１が上死点側に移動した第２位置に位置する状態を示す。図１及び図１０は、圧縮行程における燃料噴射期間中のピストン１の移動を示している。図１１は、図１に示すピストン位置での燃料の噴射状態を示し、図１２は、図１０に示すピストン位置での燃料の噴射状態を示している。
【００４１】
図１及び図１１に示すように、燃料噴射ノズル１５の先端は、概ねキャビティ５０の排気側縁壁５７の方を向いている。キャビティ５０の左側縁壁５８及び右側縁壁５９、曲面６４は、キャビティ５０内に噴射される燃料流であって左右側に傾斜した燃料流７１を左右方向において中央側（ピストン軸線Ａ側）である排気側縁壁５７へと導くように設定されている。排気側縁壁５７は、排気側縁壁５７へと導かれた燃料流７１、７２を上方の点火プラグ１２の接地電極１３側に導くように設定されている。排気側凸壁４８は、燃料噴射ノズル１５から噴射される燃料のうち、ピストン軸線Ａ側へと噴射され、排気側縁壁５７の上方を越える燃料流７３を上方へと導き、燃料流７３をシリンダ５の内壁に直接に接触させないように設定されている。吸気側ガイド壁４５、連結ガイド壁４７及び排気側ガイド壁４６は、燃料噴射ノズル１５から噴射される燃料のうち、キャビティ５０の左右外方であって、吸気バルブリセス４２上に噴射された燃料流７４を左右方向における中央側かつ排気側の上方へと導き、燃料流７４をシリンダ５の内壁に直接に接触させないように設定されている。
【００４２】
図１０及び図１２に示すように、ピストン１が第２位置にある場合には、第１位置においてはキャビティ５０内に進入しなかった燃料流７３が排気側縁壁５７へと噴射される。そして、燃料流７４は、排気側縁壁５７によって、上方の点火プラグ１２の接地電極１３側に導かれる。また、燃料流７４がキャビティ５０の底面５２の吸気側部分５３に噴射され、吸気バルブリセス４２へと導かれる。燃料流７４は、第１位置の場合と同様に、吸気側ガイド壁４５、連結ガイド壁４７及び排気側ガイド壁４６によって、左右方向における中央側かつ排気側の上方へと導かれる。燃料流７１、７２は、第１位置の場合と同様である。
【００４３】
図１３に、上記実施形態を一部変形実施したピストン８０を示す。ピストン８０は、第２凹部８１を有する点のみが上記実施形態のピストン１と相違し、他の構成は同様である。排気側縁壁５７よりも吸気側に偏倚した部分に対応する天板２５の裏面２８には、上方へと窪んだ第２凹部８１が局部的に形成されている。天板２５は、第２凹部８１が形成された部分において、上下方向における肉厚が他の部分に比べて局部的に薄くなっている。図４に示すように、第２凹部８１は、左右の連結壁部２３の間において左右方向に延在して形成されている。
【００４４】
第２凹部８１を形成し、排気側縁壁５７より吸気側の部分を薄肉にしたことによって、爆発圧力が頂面２７に加わる際に、第１凹部６７に加えて第２凹部８１にも応力が分散され、キャビティ５０の底面５２の排気側縁壁５７近傍への応力集中が抑制される。
【００４５】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。第１凹部６７及び第２凹部８１の大きさ、深さ、形状及び曲率は、ピストン頂部の剛性を調整するべく、適宜変更してよい。実施形態では、排気側縁壁５７の基端側面６１を１つの平面から構成したが、２つ以上の平面からなる多段階の傾斜面としてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１、８０…ピストン、２…エンジン、４…シリンダヘッド、５…シリンダ、２１…ピストン頭頂部、２２…スカート部、２３…連結壁部、２５…天板、２７…頂面、２８…裏面、４１…最突出部、４２…吸気バルブリセス、４３…排気バルブリセス、４５…吸気側ガイド壁、４６…排気側ガイド壁、４７…連結ガイド壁、４８…排気側凸壁、５０…キャビティ、５２…底面、５３…吸気側部分、５６…排気側部分、５７…排気側縁壁、５８…左側縁壁、５９…右側縁壁、６１…基端側面、６２…先端側面、６４…曲面、６７…第１凹部、８１…第２凹部、Ａ…ピストン軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン頭頂部の頂面にキャビティが凹設された内燃機関のピストンであって、
前記キャビティは、前記頂面の吸気ポートに対応する側から排気ポートに対応する側へと延在し、
前記ピストン頭頂部の前記頂面と相反する裏面であって、前記キャビティの前記排気ポートに対応する側の側縁部から前記排気ポートに対応する側に偏倚した部分に、前記頂面側へと窪み、前記ピストン頭頂部の肉厚を当該ピストンの軸線方向に薄くする第１凹部が局部的に形成されていることを特徴とするピストン。
【請求項２】
前記キャビティは、底面と、前記底面の前記排気ポートに対応する側の側縁部に延設された縁壁とを有し、
前記第１凹部が、前記縁壁の側面よりも前記排気ポート側に対応する側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記底面は、平坦な面から構成され、
前記縁壁は、前記キャビティの開口端に連続する平坦な側面を有する先端部と、前記先端部と前記底面との間に設けられた少なくとも１つの平坦な側面を有する基端部とを有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】
当該ピストンが前記内燃機関に組み付けられた状態において、前記縁壁の前記先端部は、水平面と平行、或いはその開口端側がその基端側よりも下方となるように水平面に対して傾斜して配置されることを特徴とする請求項３に記載のピストン。
【請求項５】
前記ピストン頭頂部の前記裏面であって、前記キャビティの前記排気ポートに対応する側の側縁部から前記吸気ポートに対応する側に偏倚した部分に、前記頂面側へと窪み、前記ピストン頭頂部の肉厚を当該ピストンの軸線方向に薄くする第２凹部が局部的に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載のピストン。
【請求項１】
ピストン頭頂部の頂面にキャビティが凹設された内燃機関のピストンであって、
前記キャビティは、前記頂面の吸気ポートに対応する側から排気ポートに対応する側へと延在し、
前記ピストン頭頂部の前記頂面と相反する裏面であって、前記キャビティの前記排気ポートに対応する側の側縁部から前記排気ポートに対応する側に偏倚した部分に、前記頂面側へと窪み、前記ピストン頭頂部の肉厚を当該ピストンの軸線方向に薄くする第１凹部が局部的に形成されていることを特徴とするピストン。
【請求項２】
前記キャビティは、底面と、前記底面の前記排気ポートに対応する側の側縁部に延設された縁壁とを有し、
前記第１凹部が、前記縁壁の側面よりも前記排気ポート側に対応する側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のピストン。
【請求項３】
前記底面は、平坦な面から構成され、
前記縁壁は、前記キャビティの開口端に連続する平坦な側面を有する先端部と、前記先端部と前記底面との間に設けられた少なくとも１つの平坦な側面を有する基端部とを有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】
当該ピストンが前記内燃機関に組み付けられた状態において、前記縁壁の前記先端部は、水平面と平行、或いはその開口端側がその基端側よりも下方となるように水平面に対して傾斜して配置されることを特徴とする請求項３に記載のピストン。
【請求項５】
前記ピストン頭頂部の前記裏面であって、前記キャビティの前記排気ポートに対応する側の側縁部から前記吸気ポートに対応する側に偏倚した部分に、前記頂面側へと窪み、前記ピストン頭頂部の肉厚を当該ピストンの軸線方向に薄くする第２凹部が局部的に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載のピストン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−１１３１１０（Ｐ２０１３−１１３１１０Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５７０６４（Ｐ２０１１−２５７０６４）
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２５日（２０１１．１１．２５）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
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