JP2000008862A - 直接噴射式内燃機関とそのピストン - Google Patents
直接噴射式内燃機関とそのピストンInfo
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- F02B17/005—Engines characterised by means for effecting stratification of charge in cylinders having direct injection in the combustion chamber
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- F02B2275/14—Direct injection into combustion chamber
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 希薄空燃混合気の燃焼を可能にする直接噴射
式燃焼室のピストンを提供する。 【解決手段】 スパークプラグ４０、燃料噴射バルブ２
０、スワールコントロールバルブ２００を有する吸気手
段を備えるシリンダヘッドと、シリンダ壁と、気化部１
６を有するピストンヘッド９とから形成される燃焼室を
含む直接噴射式内燃機関において、ピストンヘッドは所
定の深，傾斜の底面１１と、排気側に形成されるアーク
型の第１側壁１２と、第１側壁と平行に形成されるアー
ク型の第２側壁１４と；第１側壁１２と第２側壁１４と
の間に形成される突出部１３と、吸気側に形成されるア
ーク型の第３側壁とからなる。第２仮想垂直線Ｌ２と第
１離隔線Ｋ１との間の第１距離をａとし、第２仮想垂直
線Ｌ２と第２離隔線Ｋ２との間の第２距離をｂとし、第
２仮想垂直線Ｌ２と第３離隔線Ｋ３との間の第３距離を
ｃとするとａ＜ｂ＜ｃの関係になる構成とする。
式燃焼室のピストンを提供する。 【解決手段】 スパークプラグ４０、燃料噴射バルブ２
０、スワールコントロールバルブ２００を有する吸気手
段を備えるシリンダヘッドと、シリンダ壁と、気化部１
６を有するピストンヘッド９とから形成される燃焼室を
含む直接噴射式内燃機関において、ピストンヘッドは所
定の深，傾斜の底面１１と、排気側に形成されるアーク
型の第１側壁１２と、第１側壁と平行に形成されるアー
ク型の第２側壁１４と；第１側壁１２と第２側壁１４と
の間に形成される突出部１３と、吸気側に形成されるア
ーク型の第３側壁とからなる。第２仮想垂直線Ｌ２と第
１離隔線Ｋ１との間の第１距離をａとし、第２仮想垂直
線Ｌ２と第２離隔線Ｋ２との間の第２距離をｂとし、第
２仮想垂直線Ｌ２と第３離隔線Ｋ３との間の第３距離を
ｃとするとａ＜ｂ＜ｃの関係になる構成とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直接噴射式内燃機
関に関し、より詳しくは、希薄混合気の燃焼を可能にす
る直接噴射式内燃機関及びそのピストンに関する。
関に関し、より詳しくは、希薄混合気の燃焼を可能にす
る直接噴射式内燃機関及びそのピストンに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、内燃機関は、空燃混合気をシリ
ンダへ供給し、該空燃混合気を圧縮及び燃焼することに
よって作動する。自動車を動かすための内燃機関におい
て動力を得る過程は、空気供給システムを通じて空気を
供給し、吸気ストロークを通じて前記供給された空気と
混合された燃料を気化部へ噴射しスパークプラグを用い
て燃焼させた後、排気システムを通じて燃焼ガスを排気
させることからなる。
ンダへ供給し、該空燃混合気を圧縮及び燃焼することに
よって作動する。自動車を動かすための内燃機関におい
て動力を得る過程は、空気供給システムを通じて空気を
供給し、吸気ストロークを通じて前記供給された空気と
混合された燃料を気化部へ噴射しスパークプラグを用い
て燃焼させた後、排気システムを通じて燃焼ガスを排気
させることからなる。
【０００３】最近では直接噴射システムを有するエンジ
ンを利用して、燃料消耗率を減少させ、有害ガスの排出
を抑制するための研究が進んでいる。
ンを利用して、燃料消耗率を減少させ、有害ガスの排出
を抑制するための研究が進んでいる。
【０００４】前記のような直接燃料噴射方式の一つとし
て、二つの吸気ポートを有し、その中の一つの吸気ポー
トにスワールを調整するスワールコントロールバルブを
含んで、火炎伝播の効率を高めるエンジンが紹介され
た。米国特許５，５５３，５８８号に記載の図１及び図
２はそれぞれ前記のようなタイプのエンジンの断面図と
平面図である。
て、二つの吸気ポートを有し、その中の一つの吸気ポー
トにスワールを調整するスワールコントロールバルブを
含んで、火炎伝播の効率を高めるエンジンが紹介され
た。米国特許５，５５３，５８８号に記載の図１及び図
２はそれぞれ前記のようなタイプのエンジンの断面図と
平面図である。
【０００５】図１において、参照数字１０は燃焼室を、
３０はピストン、５０はピストン上面に形成される気化
部を示す。また、参照数字２０は燃焼室（１０）に燃料
を直接噴射する燃料噴射バルブを、４０はスパークプラ
グを示す。さらに、７０ａ、７０ｂと、９０ａ、９０ｂ
（７０ａと９０ａは図１だけに示す）は、それぞれ吸気
バルブと排気バルブを示す。従来のエンジンにおいて、
それぞれのシリンダは二つの吸気バルブと二つの排気バ
ルブを有するが、これは四つチャンバとして知られてい
る。
３０はピストン、５０はピストン上面に形成される気化
部を示す。また、参照数字２０は燃焼室（１０）に燃料
を直接噴射する燃料噴射バルブを、４０はスパークプラ
グを示す。さらに、７０ａ、７０ｂと、９０ａ、９０ｂ
（７０ａと９０ａは図１だけに示す）は、それぞれ吸気
バルブと排気バルブを示す。従来のエンジンにおいて、
それぞれのシリンダは二つの吸気バルブと二つの排気バ
ルブを有するが、これは四つチャンバとして知られてい
る。
【０００６】図２において、吸気通路（１１０ａ，１１
０ｂ）は、燃焼室（１０）への空気供給のために備えら
れ、それぞれ吸気ポート（８０ａ、８０ｂ）に接続され
る。前記吸気ポート（８０ａ）は、スワールポートとい
い、螺旋方向に吸入された空気を誘導するためのヘリカ
ル状からなる。前記吸気ポート（８０ａ）に対し、前記
吸気ポート（８０ｂ）は、前記燃焼室（１０）に直線的
に空気が流れる直線型ポートであり、前記スワールコン
トロールバルブ（２００）は前記吸気ポート（８０
ｂ）、つまり直線型ポートに接続される前記吸気通路
（１１０ｂ）に備えられる。
０ｂ）は、燃焼室（１０）への空気供給のために備えら
れ、それぞれ吸気ポート（８０ａ、８０ｂ）に接続され
る。前記吸気ポート（８０ａ）は、スワールポートとい
い、螺旋方向に吸入された空気を誘導するためのヘリカ
ル状からなる。前記吸気ポート（８０ａ）に対し、前記
吸気ポート（８０ｂ）は、前記燃焼室（１０）に直線的
に空気が流れる直線型ポートであり、前記スワールコン
トロールバルブ（２００）は前記吸気ポート（８０
ｂ）、つまり直線型ポートに接続される前記吸気通路
（１１０ｂ）に備えられる。
【０００７】図３において、ピストン（３０）の上面に
形成された前記気化部（５０）は、第１側壁（５０ａ）
と第２側壁（５０ｂ）と第３側壁（５０ｃ）を有し、前
記第１及び第３側壁（５０ａ、５０ｃ）は、弧状であ
り、スワール流動の方向に沿って互いに対向するように
配置される。前記第１側壁（５０ａ）と第３側壁（５０
ｃ）とは燃料噴射バルブの反対側に位置しており、第２
地点（５０ｂ）によって接続される。
形成された前記気化部（５０）は、第１側壁（５０ａ）
と第２側壁（５０ｂ）と第３側壁（５０ｃ）を有し、前
記第１及び第３側壁（５０ａ、５０ｃ）は、弧状であ
り、スワール流動の方向に沿って互いに対向するように
配置される。前記第１側壁（５０ａ）と第３側壁（５０
ｃ）とは燃料噴射バルブの反対側に位置しており、第２
地点（５０ｂ）によって接続される。
【０００８】米国特許５、５５３、５８８号に記載の図
４において、ピストン（３０）のほかの例において、ポ
ケット部（５０ｄ）は、大略第２側壁（５０ｂ）と第３
側壁（５０ｃ）が会うところに形成されて第３側壁（５
０ｃ）の領域を増加させる。
４において、ピストン（３０）のほかの例において、ポ
ケット部（５０ｄ）は、大略第２側壁（５０ｂ）と第３
側壁（５０ｃ）が会うところに形成されて第３側壁（５
０ｃ）の領域を増加させる。
【０００９】図５において、スパークプラグ（４０）に
対してスワール流動の下部に位置する第２側壁の一部
（５０ｅ）は、前記スパークプラグ（４０）に形成され
て、一定の距離が前記スパークプラグ（４０）との間に
維持される。
対してスワール流動の下部に位置する第２側壁の一部
（５０ｅ）は、前記スパークプラグ（４０）に形成され
て、一定の距離が前記スパークプラグ（４０）との間に
維持される。
【００１０】図３、図４、または図５は、燃料が気化部
（５０）に噴射される段階を示す。
（５０）に噴射される段階を示す。
【００１１】以下、直接噴射方式燃焼室を有するエンジ
ンによる空燃混合気の燃焼過程を図面を参照しながら説
明する。
ンによる空燃混合気の燃焼過程を図面を参照しながら説
明する。
【００１２】吸気ストロークにおいてピストン（３０）
は、クランク軸とコネクティングロッド（図示せず）に
よって燃焼室内（１０）の下部の死点の前方へ移動す
る。前記吸気ストロークの間、吸気バルブ（７０ａ）は
カム軸（図示せず）によって解放される。前記燃焼室
（１０）内部で前記ピストン（３０）が下方へ移動する
ため、圧力が低いエリアが生じて、空気は前記吸気バル
ブ（７０ａ）を過ぎて燃焼室（１０）へ移動する。
は、クランク軸とコネクティングロッド（図示せず）に
よって燃焼室内（１０）の下部の死点の前方へ移動す
る。前記吸気ストロークの間、吸気バルブ（７０ａ）は
カム軸（図示せず）によって解放される。前記燃焼室
（１０）内部で前記ピストン（３０）が下方へ移動する
ため、圧力が低いエリアが生じて、空気は前記吸気バル
ブ（７０ａ）を過ぎて燃焼室（１０）へ移動する。
【００１３】前記ピストン（３０）がクランク軸によっ
て下部の死点から上部の死点の前方へ移動する際、前記
吸気バルブ（７０ａ）は閉められ、燃焼室（１０）内の
空気は前記ピストン（３０）の上向ストロークを通じて
圧縮される。前記ピストン（３０）が、上部の、死点の
近くに到達した際、燃料噴射バルブ（２０）から前記燃
焼室（１０）へ所定の量の燃料が噴射される。前記燃料
は、気化部（５０）において拡散及び気化され、空燃混
合気は前記気化部（５０）の壁によりスパークプラグ
（４０）の周囲に集中される
て下部の死点から上部の死点の前方へ移動する際、前記
吸気バルブ（７０ａ）は閉められ、燃焼室（１０）内の
空気は前記ピストン（３０）の上向ストロークを通じて
圧縮される。前記ピストン（３０）が、上部の、死点の
近くに到達した際、燃料噴射バルブ（２０）から前記燃
焼室（１０）へ所定の量の燃料が噴射される。前記燃料
は、気化部（５０）において拡散及び気化され、空燃混
合気は前記気化部（５０）の壁によりスパークプラグ
（４０）の周囲に集中される
【００１４】以下、先行技術の燃焼室へ燃料が噴射され
る直接噴射方式エンジン（１０）についてより詳しく説
明する。
る直接噴射方式エンジン（１０）についてより詳しく説
明する。
【００１５】気化部（５０）へ噴射された燃料は、霧状
の形状で前記気化部（５０）の底面にぶつかる。燃料ミ
ストはスワールによって運ばれて、アーク型の第１側壁
（５０ａ）に沿って流れる。前記燃料ミストが第１側壁
（５０ａ）に沿って流れる間に、第２側壁（５０ｂ）に
到達した燃料粒子は可燃性空燃混合気の形態で拡散及び
気化される。前記第２側壁（５０ｂ）は大略直線である
ため、可燃性空燃混合気は第２側壁（５０ｂ）に沿って
迅速に過ぎて、スパークプラグ（４０）を通じた後、第
３側壁（５０ｃ）へ流れる。
の形状で前記気化部（５０）の底面にぶつかる。燃料ミ
ストはスワールによって運ばれて、アーク型の第１側壁
（５０ａ）に沿って流れる。前記燃料ミストが第１側壁
（５０ａ）に沿って流れる間に、第２側壁（５０ｂ）に
到達した燃料粒子は可燃性空燃混合気の形態で拡散及び
気化される。前記第２側壁（５０ｂ）は大略直線である
ため、可燃性空燃混合気は第２側壁（５０ｂ）に沿って
迅速に過ぎて、スパークプラグ（４０）を通じた後、第
３側壁（５０ｃ）へ流れる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記気化部
（５０）側の第３側壁（５０ｃ）側の領域は、たとえ噴
射された燃料の量が多く、スパークプラグ（４０）の周
囲に集中するのを妨害されても、前記気化部（５０）側
の第１側壁（５０ａ）の領域より大きい。したがって、
空燃混合気は十分にスパークプラグ（４０）の周囲に集
中されない。
（５０）側の第３側壁（５０ｃ）側の領域は、たとえ噴
射された燃料の量が多く、スパークプラグ（４０）の周
囲に集中するのを妨害されても、前記気化部（５０）側
の第１側壁（５０ａ）の領域より大きい。したがって、
空燃混合気は十分にスパークプラグ（４０）の周囲に集
中されない。
【００１７】前記のように、空燃混合気はスパークプラ
グ（４０）からの点火によって燃焼し、この燃焼された
混合気の膨張は圧力の急上昇を引き起こす。この上昇し
た圧力は膨張ストロークにおいてピストンを圧迫して下
に押し、クランク軸の回転を引き起こす。前記圧縮スト
ロークの末期でカム軸（図示せず）は排気バルブ（９０
ａ）を開き、排気ストロークが始まる。
グ（４０）からの点火によって燃焼し、この燃焼された
混合気の膨張は圧力の急上昇を引き起こす。この上昇し
た圧力は膨張ストロークにおいてピストンを圧迫して下
に押し、クランク軸の回転を引き起こす。前記圧縮スト
ロークの末期でカム軸（図示せず）は排気バルブ（９０
ａ）を開き、排気ストロークが始まる。
【００１８】燃焼室（１０）における燃焼室の残留圧力
と上向ストロークのピストン（３０）とは、前記燃焼室
（１０）外側の残留ガスを圧縮する。しかし、直接燃料
噴射システムを有する従来のエンジンにおいて、燃料噴
射バルブ（２０）は、気化部（５０）の第１側壁（５０
ａ）に燃料を噴射するための前記ピストン（３０）の凹
部中央の方を向いており、前記圧縮ストロークの末期に
噴射された燃料は噴射圧力によって気化部（５０）の表
面に接触する際、前記気化部（５０）の外側へ溢れる可
能性がある。これは、一定の膨張力を得ることができな
いようにする不規則な燃焼を引き起こす。
と上向ストロークのピストン（３０）とは、前記燃焼室
（１０）外側の残留ガスを圧縮する。しかし、直接燃料
噴射システムを有する従来のエンジンにおいて、燃料噴
射バルブ（２０）は、気化部（５０）の第１側壁（５０
ａ）に燃料を噴射するための前記ピストン（３０）の凹
部中央の方を向いており、前記圧縮ストロークの末期に
噴射された燃料は噴射圧力によって気化部（５０）の表
面に接触する際、前記気化部（５０）の外側へ溢れる可
能性がある。これは、一定の膨張力を得ることができな
いようにする不規則な燃焼を引き起こす。
【００１９】さらに、燃料が第２側壁（５０ｂ）を過ぎ
る際、前記気化部（５０）の壁に燃料が粘着するような
粘着効果のため、燃料の層化と部分的な気化が発生す
る。したがって、ピストンは非常に加熱され、理論より
低い空燃比を持つようになる。
る際、前記気化部（５０）の壁に燃料が粘着するような
粘着効果のため、燃料の層化と部分的な気化が発生す
る。したがって、ピストンは非常に加熱され、理論より
低い空燃比を持つようになる。
【００２０】本発明は前記従来技術の問題点を解決する
ためになされたものであり、その目的は、噴射された燃
料が気化部の外側へ溢れるのを防止するための圧縮され
た気化部を有し、空燃混合気がスパークプラグの周囲に
集まるようにして、希薄空燃混合気の燃焼を可能にする
直接噴射式内燃機関における燃焼室及びそのピストンを
提供することにある。
ためになされたものであり、その目的は、噴射された燃
料が気化部の外側へ溢れるのを防止するための圧縮され
た気化部を有し、空燃混合気がスパークプラグの周囲に
集まるようにして、希薄空燃混合気の燃焼を可能にする
直接噴射式内燃機関における燃焼室及びそのピストンを
提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、上面に気化部が形成されるピストンにおい
て、前記気化部は所定の角度で傾斜している底面と、排
気側に形成されるアーク型の第１側壁と、該第１側壁に
平行しているアーク型の第２側壁と、前記ピストンの凹
部中央の周囲や前記第１側壁や第２側壁の間に形成され
る突出部と、前記第１側壁と第２側壁との反対側の吸気
側に形成されるアーク型の第３側壁とを含んで形成され
る。
に本発明は、上面に気化部が形成されるピストンにおい
て、前記気化部は所定の角度で傾斜している底面と、排
気側に形成されるアーク型の第１側壁と、該第１側壁に
平行しているアーク型の第２側壁と、前記ピストンの凹
部中央の周囲や前記第１側壁や第２側壁の間に形成され
る突出部と、前記第１側壁と第２側壁との反対側の吸気
側に形成されるアーク型の第３側壁とを含んで形成され
る。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付され
た図面を参照しながら説明する。
た図面を参照しながら説明する。
【００２３】図６において、エンジンのシリンダヘッド
（図示せず）で、燃焼室（１０）に空気を供給するため
の第１及び２吸気通路（１１０ａ，１１０ｂ）は、それ
ぞれ第１及び２吸気ポート（８０ａ，８０ｂ）に接続さ
れる。前記第１吸気ポート（８０ａ）はスワールポート
と称し、回転方向に流動吸気を誘導するヘリカル状のも
のである。
（図示せず）で、燃焼室（１０）に空気を供給するため
の第１及び２吸気通路（１１０ａ，１１０ｂ）は、それ
ぞれ第１及び２吸気ポート（８０ａ，８０ｂ）に接続さ
れる。前記第１吸気ポート（８０ａ）はスワールポート
と称し、回転方向に流動吸気を誘導するヘリカル状のも
のである。
【００２４】これに対して、前記第２吸気ポート（８０
ｂ）は、直線型ポートであり、空気は直線的に燃焼室へ
流れる。前記第２吸気ポート（８０ｂ）に接続された前
記第２吸気通路（１１０ｂ）には、スワールコントロー
ルバルブ（２００）が備えられる。スパークプラグ（４
０）の発火先端は燃焼室（１０）に入り、ピストン（３
０）の中央に向ける。
ｂ）は、直線型ポートであり、空気は直線的に燃焼室へ
流れる。前記第２吸気ポート（８０ｂ）に接続された前
記第２吸気通路（１１０ｂ）には、スワールコントロー
ルバルブ（２００）が備えられる。スパークプラグ（４
０）の発火先端は燃焼室（１０）に入り、ピストン（３
０）の中央に向ける。
【００２５】図７において、プラットフォーム（８）
は、ピストン（３０）のピストンヘッド（９）に形成さ
れる。さらに、気化部（１６）は燃費率向上のために前
記プラットフォーム（８）に形成され、圧縮された前記
気化部（１６）は、傾斜した底面（１１）と、第１側壁
（１２）と、第２側壁（１４）と、第３側壁（１５）、
また前記第１側壁（１２）と前記第２側壁（１４）との
間に形成される突出部（１３）からなる。前記底面（１
１）と、前記第１、２及び３側壁（１２、１４，１５）
と前記突出部（１３）は、全て大きな断面積を有する気
化部（１６）に形成される。
は、ピストン（３０）のピストンヘッド（９）に形成さ
れる。さらに、気化部（１６）は燃費率向上のために前
記プラットフォーム（８）に形成され、圧縮された前記
気化部（１６）は、傾斜した底面（１１）と、第１側壁
（１２）と、第２側壁（１４）と、第３側壁（１５）、
また前記第１側壁（１２）と前記第２側壁（１４）との
間に形成される突出部（１３）からなる。前記底面（１
１）と、前記第１、２及び３側壁（１２、１４，１５）
と前記突出部（１３）は、全て大きな断面積を有する気
化部（１６）に形成される。
【００２６】図面から分かるように、第１側壁（１２）
と第２側壁（１４）とは、弧状であり、スワール流動の
方向に沿って互いに反対側に配置される。前記第１側壁
（１２）と第２側壁（１４）とは、燃料噴射バルブ（２
０）の反対側に接続して、突出部（１３）は前記第１側
壁（１２）と第２側壁（１４）が会う地点に形成され
る。また、第１側壁（１２）と第２側壁（１４）とは、
弧状で比較的に大きい曲率半径を持つ第３側壁（１５）
の反対側に接続される。
と第２側壁（１４）とは、弧状であり、スワール流動の
方向に沿って互いに反対側に配置される。前記第１側壁
（１２）と第２側壁（１４）とは、燃料噴射バルブ（２
０）の反対側に接続して、突出部（１３）は前記第１側
壁（１２）と第２側壁（１４）が会う地点に形成され
る。また、第１側壁（１２）と第２側壁（１４）とは、
弧状で比較的に大きい曲率半径を持つ第３側壁（１５）
の反対側に接続される。
【００２７】図８に示すように、気化部（１６）の底面
（１１）は、燃料噴射バルブ（２０）から離れており、
前記気化部（１６）に噴射された燃料は、スパークプラ
グ（４０）の周囲に集まることができる。第３側壁（１
５）は、燃料噴射バルブ（２０）が燃焼室（１０）に入
る下方に形成され、噴射が終了した燃料の滴を集める役
割をする。前記のような気化部（１６）の構成は燃料の
異常燃焼を防止する。
（１１）は、燃料噴射バルブ（２０）から離れており、
前記気化部（１６）に噴射された燃料は、スパークプラ
グ（４０）の周囲に集まることができる。第３側壁（１
５）は、燃料噴射バルブ（２０）が燃焼室（１０）に入
る下方に形成され、噴射が終了した燃料の滴を集める役
割をする。前記のような気化部（１６）の構成は燃料の
異常燃焼を防止する。
【００２８】図６に示すように、もし、第１及び第２仮
想垂直線（Ｌ1 ，Ｌ2 ）がピストン（３０）の先端に引
かれると、前記ピストン（３０）は四等分され、前記第
１仮想垂直線（Ｌ1）は第１（８０ａ）及び第２吸気ポ
ート（８０ｂ）間に位置し、仮想離隔線（Ｋ1〜Ｋ3 ）
は、前記第２仮想垂直線（Ｌ2 ）に平行に引かれる。第
１離隔線（Ｋ1）は突出部（１３）内部の最末端〔気化
部（１６）に関して〕を特徴とする前記第２仮想垂直線
（Ｌ1）に平行に形成される。また、第２離隔線（Ｋ2
）は内部の最末端〔気化部（１６）に関して〕を特徴
とする前記第２仮想垂直線（Ｌ2）に平行して形成さ
れ、第３離隔線（Ｋ3 ）は第１側壁（１２）の気化部
（１６）の外部の最末端〔気化部（１６）に関して〕を
特徴とする第２仮想垂直線（Ｌ2）に平行して形成され
る。
想垂直線（Ｌ1 ，Ｌ2 ）がピストン（３０）の先端に引
かれると、前記ピストン（３０）は四等分され、前記第
１仮想垂直線（Ｌ1）は第１（８０ａ）及び第２吸気ポ
ート（８０ｂ）間に位置し、仮想離隔線（Ｋ1〜Ｋ3 ）
は、前記第２仮想垂直線（Ｌ2 ）に平行に引かれる。第
１離隔線（Ｋ1）は突出部（１３）内部の最末端〔気化
部（１６）に関して〕を特徴とする前記第２仮想垂直線
（Ｌ1）に平行に形成される。また、第２離隔線（Ｋ2
）は内部の最末端〔気化部（１６）に関して〕を特徴
とする前記第２仮想垂直線（Ｌ2）に平行して形成さ
れ、第３離隔線（Ｋ3 ）は第１側壁（１２）の気化部
（１６）の外部の最末端〔気化部（１６）に関して〕を
特徴とする第２仮想垂直線（Ｌ2）に平行して形成され
る。
【００２９】前記のように、仮想離隔線（Ｋ1 〜Ｋ3 ）
は、第２仮想垂直線（Ｌ2 ）と第１離隔線（Ｋ1）との
間の第１距離（ａ）と、第２仮想垂直線（Ｌ2 ）と第２
離隔線（Ｋ2 ）との間の第２距離（ｂ）と、前記第２仮
想垂直線（Ｌ2）と第３離隔線（Ｋ3 ）との間の第３距
離（ｃ）から構成され、ａ＜ｂ＜ｃの関係になる。ここ
で、前記第１距離（ａ）は１０〜１７mmであるのが好ま
しい。
は、第２仮想垂直線（Ｌ2 ）と第１離隔線（Ｋ1）との
間の第１距離（ａ）と、第２仮想垂直線（Ｌ2 ）と第２
離隔線（Ｋ2 ）との間の第２距離（ｂ）と、前記第２仮
想垂直線（Ｌ2）と第３離隔線（Ｋ3 ）との間の第３距
離（ｃ）から構成され、ａ＜ｂ＜ｃの関係になる。ここ
で、前記第１距離（ａ）は１０〜１７mmであるのが好ま
しい。
【００３０】燃料噴射バルブ（２０）は、ピストンの凹
部中央に対して１０〜２０°の方向に傾斜しており、燃
料がアーク型の第１側壁（１２）によってポケットへ噴
射されるようになり、その結果、燃料ミストが発生す
る。前記燃料ミストはスワールによって運ばれ、前記ア
ーク型の第１側壁（１２）に沿って流れる。前記燃料ミ
ストが前記第１側壁（１２）に沿って流れる間、燃料粒
子は燃焼空燃混合気の状態で発散及び気化される。
部中央に対して１０〜２０°の方向に傾斜しており、燃
料がアーク型の第１側壁（１２）によってポケットへ噴
射されるようになり、その結果、燃料ミストが発生す
る。前記燃料ミストはスワールによって運ばれ、前記ア
ーク型の第１側壁（１２）に沿って流れる。前記燃料ミ
ストが前記第１側壁（１２）に沿って流れる間、燃料粒
子は燃焼空燃混合気の状態で発散及び気化される。
【００３１】次に、前記可燃性空燃混合気は前記第１側
壁（１２）と前記第２側壁（１４）との間に形成された
突出部（１３）のため、前記第１側壁（１２）から移動
し、前記空燃混合気はスパークプラグ（４０）の周囲に
集まるようになる。この際、蒸発せず前記突出部（１
３）を通過して流れる燃料は、第２側壁（１４）にぶつ
かって気化する。
壁（１２）と前記第２側壁（１４）との間に形成された
突出部（１３）のため、前記第１側壁（１２）から移動
し、前記空燃混合気はスパークプラグ（４０）の周囲に
集まるようになる。この際、蒸発せず前記突出部（１
３）を通過して流れる燃料は、第２側壁（１４）にぶつ
かって気化する。
【００３２】前記実験を通じて、前記突出部（１３）が
ない場合、燃焼はクランク角で圧縮ストローク末期の前
に、クランク角５７〜５９°の範囲において行われ、前
記突出部（１３）がある場合には、燃焼は気化した燃料
が約７〜８°拡張するための時間を提供するように、圧
縮ストロークの末期の前に、クランク角で６４〜６７°
の範囲において行われるということが判明した。
ない場合、燃焼はクランク角で圧縮ストローク末期の前
に、クランク角５７〜５９°の範囲において行われ、前
記突出部（１３）がある場合には、燃焼は気化した燃料
が約７〜８°拡張するための時間を提供するように、圧
縮ストロークの末期の前に、クランク角で６４〜６７°
の範囲において行われるということが判明した。
【００３３】下記の表１は、それぞれ異なるタイプの気
化部を有するピストン、つまり直接噴射式のトヨタ社の
ピストン（比較例）と突出部（１３）を含む気化部（１
６）を有する本発明のピストン（実施例）の実験の結果
を示している。
化部を有するピストン、つまり直接噴射式のトヨタ社の
ピストン（比較例）と突出部（１３）を含む気化部（１
６）を有する本発明のピストン（実施例）の実験の結果
を示している。
【００３４】実験の条件は次の通りである。燃料噴射バ
ルブをピストンの凹部中央に対して１０°の方向に配置
し、エンジンの回転数を１８００ｒｐｍ、燃焼圧力を２
バールに維持した。また、実験の項目は空燃比と炭化水
素の総量及び希薄燃焼限界にした。
ルブをピストンの凹部中央に対して１０°の方向に配置
し、エンジンの回転数を１８００ｒｐｍ、燃焼圧力を２
バールに維持した。また、実験の項目は空燃比と炭化水
素の総量及び希薄燃焼限界にした。
【００３５】
【表１】
【００３６】表１から分かるように、本実施例のピスト
ンは、比較例のピストンに比べて空燃比と総炭化水素量
とにおいて優秀な結果を示した。比較例に比べて本実施
例では、エンジンの空燃比が１．６％向上し、エンジン
の排気ガス総炭化水素量は６５０ｐｐｍが低減した。ま
た、実施例の希薄燃焼限界は比較例より高い。
ンは、比較例のピストンに比べて空燃比と総炭化水素量
とにおいて優秀な結果を示した。比較例に比べて本実施
例では、エンジンの空燃比が１．６％向上し、エンジン
の排気ガス総炭化水素量は６５０ｐｐｍが低減した。ま
た、実施例の希薄燃焼限界は比較例より高い。
【００３７】ピストンが備えられるエンジンにおいて、
空燃混合気の燃焼過程を、下記の図９、図１０，図１１
を参照して詳しく説明する。
空燃混合気の燃焼過程を、下記の図９、図１０，図１１
を参照して詳しく説明する。
【００３８】図９から分かるように、燃料は圧縮ストロ
ークにおいて比較的遅い段階に気化部（１６）の第１側
壁（１２）へ噴射される。ミスト状に形成された前記燃
料は、スワールによって運ばれ、前記アーク型の第１側
壁（１２）に沿って流れる。前記燃料ミストが前記第１
側壁（１２）に沿って流れる間に、燃料粒子は可燃性混
合気の状態で発散及び気化し、前記空燃混合気が突出部
（１３）に到達した際、前記空燃混合気は第１側壁（１
２）から移動し、スパークプラグ（４０）の周囲に集ま
り（図１０参照）、比較的長い時間スパークプラグ（４
０）の周囲に止まる（図１１参照）。前記空燃混合気が
スパークプラグ（４０）の周囲に止まっている間に、前
記スパークプラグ（４０）は空燃混合気を燃焼させる。
ークにおいて比較的遅い段階に気化部（１６）の第１側
壁（１２）へ噴射される。ミスト状に形成された前記燃
料は、スワールによって運ばれ、前記アーク型の第１側
壁（１２）に沿って流れる。前記燃料ミストが前記第１
側壁（１２）に沿って流れる間に、燃料粒子は可燃性混
合気の状態で発散及び気化し、前記空燃混合気が突出部
（１３）に到達した際、前記空燃混合気は第１側壁（１
２）から移動し、スパークプラグ（４０）の周囲に集ま
り（図１０参照）、比較的長い時間スパークプラグ（４
０）の周囲に止まる（図１１参照）。前記空燃混合気が
スパークプラグ（４０）の周囲に止まっている間に、前
記スパークプラグ（４０）は空燃混合気を燃焼させる。
【００３９】前記のように、燃料噴射は６４〜６７°で
圧縮ストロークの上死点の前で行われるので、燃料は充
分に気化することができる。
圧縮ストロークの上死点の前で行われるので、燃料は充
分に気化することができる。
【００４０】以下、本発明の構成及び作用をより詳しく
説明するために、本発明のピストンを用いた実験の結果
を表２に示した。ここでは、表１において測定した多様
な測定項目を１３００、１５００、１８００、２４００
ｒｐｍの回転数に変化して実験した。
説明するために、本発明のピストンを用いた実験の結果
を表２に示した。ここでは、表１において測定した多様
な測定項目を１３００、１５００、１８００、２４００
ｒｐｍの回転数に変化して実験した。
【００４１】
【表２】
【００４２】表２から分かるように、空燃比はエンジン
の回転数が１３００ｒｐｍ、燃焼圧力は１．５バールの
場合に一番高く、総炭化水素の量は１５００ｒｐｍ／
２．０ｂａｒの際、一番小さかった。
の回転数が１３００ｒｐｍ、燃焼圧力は１．５バールの
場合に一番高く、総炭化水素の量は１５００ｒｐｍ／
２．０ｂａｒの際、一番小さかった。
【００４３】以上、本発明の望ましい実施形態について
説明したが、本発明はこれに限られるわけではなく、特
許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範
囲内で様々に変形して実施でき、これも本発明の範囲に
属することは当然のことである。
説明したが、本発明はこれに限られるわけではなく、特
許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範
囲内で様々に変形して実施でき、これも本発明の範囲に
属することは当然のことである。
【００４４】
【発明の効果】以上説明のように本発明によれば、噴射
された燃料が気化部の外側へ溢れるのを防止するための
圧縮された気化部を有して、空燃混合気がスパークプラ
グの周囲に集まるようにすることにより、希薄空燃混合
気の燃焼を可能にする直接噴射式内燃機関における燃焼
室及びそのピストンを実現することができる。
された燃料が気化部の外側へ溢れるのを防止するための
圧縮された気化部を有して、空燃混合気がスパークプラ
グの周囲に集まるようにすることにより、希薄空燃混合
気の燃焼を可能にする直接噴射式内燃機関における燃焼
室及びそのピストンを実現することができる。
【図１】燃料直接噴射システムを有する従来のガソリン
エンジンの縦断面図である。
エンジンの縦断面図である。
【図２】従来の技術によるピストンの平面図である。
【図３】従来の技術により燃料が気化部へ噴射される過
程を図示するピストンの平面図である。
程を図示するピストンの平面図である。
【図４】従来の技術により気化部へ燃料が噴射される過
程を図示した平面図である。
程を図示した平面図である。
【図５】従来技術による気化部へ燃料が噴射される過程
を図示した平面図である。
を図示した平面図である。
【図６】本発明によるピストンの平面図である。
【図７】本発明によるピストンの形状を図示した斜視図
である。
である。
【図８】本発明によるピストンの縦断面図である。
【図９】本発明による噴射された燃料の移動を図示した
平面図である。
平面図である。
【図１０】本発明による噴射された燃料の移動を図示し
た平面図である。
た平面図である。
【図１１】本発明による噴射された燃料の移動を図示し
た平面図である。
た平面図である。
８ プラットフォーム ９ ピストンヘッド １０ 燃焼室 １１ 底面 １２ 第１側壁 １３ 突出部 １４ 第２側壁 １５ 第３側壁 １６ 気化部 ２０ 燃料噴射バルブ ３０ ピストン ４０ スパークプラグ ８０ａ 第１吸気ポート ８０ｂ 第２吸気ポート １１０ａ 第１吸気通路 １１０ｂ 第２吸気通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ａ
Claims (12)
- 【請求項１】 スパークプラグ、燃料噴射バルブ、スワ
ールコントロールバルブを有する吸気手段を備えるシリ
ンダヘッドと、シリンダ壁と、気化部を有するピストン
ヘッドとから形成される燃焼室を含む直接噴射式内燃機
関において、 前記ピストンヘッドは所定の深さと傾斜で形成される底
面と；排気側に形成されて底面に接続されるアーク型の
第１側壁と；前記第１側壁と平行に形成されて底面に接
続されるアーク型の第２側壁と；前記第１側壁と第２側
壁との間に形成される突出部と；吸気側に形成されて底
面に接続されるアーク型の第３側壁とからなり、第１及
び第２仮想垂直線がピストンの先端に引かれると、前記
ピストンは四等分され、前記第１仮想垂直線は、第１及
び第２吸気ポート間に位置し、仮想離隔線は前記第２仮
想垂直線に平行に引かれ、前記第２仮想垂直線と第１離
隔線との間の第１距離をａとし、前記第２仮想垂直線と
第２離隔線との間の第２距離をｂとし、前記第２仮想垂
直線と第３離隔線との間の第３距離をｃとするとａ＜ｂ
＜ｃの関係になることを特徴とする直接噴射式内燃機
関。 - 【請求項２】 前記突出部は、燃料噴射バルブの反対側
に形成され、第２側壁側にわずかに傾くことを特徴とす
る請求項１に記載の直接噴射式内燃機関。 - 【請求項３】 前記気化部の底面は、所定の角度で燃料
噴射バルブの反対側に形成されることを特徴とする請求
項１に記載の直接噴射式内燃機関。 - 【請求項４】 前記燃料噴射バルブは、燃料噴射バルブ
とピストンの凹部中央を通過する水平線に対して１０〜
２０°傾いていることを特徴とする請求項１に記載の直
接噴射式内燃機関。 - 【請求項５】 前記燃料噴射バルブは、燃料を噴射する
ために、前記第１側壁の方を向いていることを特徴とす
る請求項１に記載の直接噴射式内燃機関。 - 【請求項６】 前記ピストンヘッドの気化部は、燃料が
時計回りに流れるように形成されることを特徴とする請
求項１に記載の直接噴射式内燃機関。 - 【請求項７】 前記第２仮想垂直線と第１離隔線との間
の第１距離ａは、１０〜１７mmであることを特徴とする
請求項１に記載の直接噴射式内燃機関。 - 【請求項８】 スパークプラグ、燃料噴射バルブ、スワ
ールコントロールバルブを有する吸気手段を備えるシリ
ンダヘッドと、シリンダ壁と、気化部を有するピストン
ヘッドとから形成される燃焼室を含む直接噴射式内燃機
関のピストンにおいて、 前記気化部は所定の深さと傾斜で形成される底面と；燃
料の流れに沿って排気側に形成されて、前記底面に接続
されるアーク型の第１側壁と；前記第１側壁から延長さ
れて、底面に接続されるアーク型の第２側壁と；前記第
１側壁と第２側壁との間に形成される突出部と；吸気側
に形成されて、底面に接続されるアーク型の第３側壁と
からなり、第１及び第２仮想垂直線がピストンの先端に
引かれると、前記ピストンは四等分され、前記第１仮想
垂直線は第１及びと第２吸気ポート間に位置し、仮想離
隔線は第２仮想垂直線に平行に引かれ、前記第２仮想垂
直線と第１離隔線との間の第１距離をａとし、前記第２
仮想垂直線と第２離隔線との間の第２距離をｂとし、前
記第２仮想垂直線と第３離隔線との間の第３距離をｃと
するとａ＜ｂ＜ｃの関係になることを特徴とする直接噴
射式内燃機関のピストン。 - 【請求項９】 前記突出部は、燃料噴射バルブの反対側
に形成され、第２側壁側にわずかに傾くことを特徴とす
る請求項８に記載の直接噴射式内燃機関のピストン。 - 【請求項１０】 前記気化部の底面は、所定の角度で前
記燃料噴射バルブの反対側に形成されることを特徴とす
る請求項８に記載の直接噴射式内燃機関のピストン。 - 【請求項１１】 前記ピストンヘッドの気化部は、燃料
が時計回りに流れるように形成されることを特徴とする
請求項８に記載の直接噴射式内燃機関のピストン。 - 【請求項１２】 前記第２仮想垂直線と第１離隔線との
間の第１距離は、１０〜１７mmであることを特徴とする
請求項８に記載の直接噴射式内燃機関のピストン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1998/P18592 | 1998-05-22 | ||
| KR1019980018592A KR100306600B1 (ko) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | 직접분사식가솔린엔진의피스톤 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000008862A true JP2000008862A (ja) | 2000-01-11 |
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ID=19537640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11131860A Pending JP2000008862A (ja) | 1998-05-22 | 1999-05-12 | 直接噴射式内燃機関とそのピストン |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP2000008862A (ja) |
| KR (1) | KR100306600B1 (ja) |
| DE (1) | DE19923251A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2001248447A (ja) * | 2000-03-06 | 2001-09-14 | Yamaha Motor Co Ltd | 筒内燃料噴射式エンジンにおける燃焼室構造 |
| JP2003113716A (ja) * | 2001-10-03 | 2003-04-18 | Nissan Motor Co Ltd | 筒内直接燃料噴射式火花点火エンジン |
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| JP2005351200A (ja) * | 2004-06-11 | 2005-12-22 | Toyota Motor Corp | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
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| CN103154462B (zh) * | 2010-10-15 | 2015-07-22 | 三菱自动车工业株式会社 | 吸气端口燃料喷射发动机 |
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|---|---|---|---|---|
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| US5115774A (en) * | 1990-12-26 | 1992-05-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Internal combustion engine |
| JP3163906B2 (ja) * | 1994-07-27 | 2001-05-08 | トヨタ自動車株式会社 | 筒内噴射式火花点火機関 |
| US5806482A (en) * | 1995-03-28 | 1998-09-15 | Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | In-cylinder injection internal combustion engine |
| JPH10299537A (ja) * | 1997-04-28 | 1998-11-10 | Mazda Motor Corp | 筒内噴射型火花点火式エンジン |
-
1998
- 1998-05-22 KR KR1019980018592A patent/KR100306600B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1999
- 1999-05-12 JP JP11131860A patent/JP2000008862A/ja active Pending
- 1999-05-20 US US09/315,883 patent/US6070566A/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-05-20 DE DE19923251A patent/DE19923251A1/de not_active Ceased
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|---|---|
| KR100306600B1 (ko) | 2002-03-08 |
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