JP2003065056A - 筒内噴射式火花点火内燃機関 - Google Patents
筒内噴射式火花点火内燃機関Info
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ピストン頂面のキャビティを利用して成層燃
焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、機
関高回転時においても良好な成層燃焼を実現可能とする
ことである。 【解決手段】 気筒上部に配置された点火プラグ６と、
気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁７と、燃料
噴射弁から噴射された燃料を点火プラグ近傍へ導くため
にピストン中心から偏在してピストン頂面に形成された
キャビティ８とを具備する筒内噴射式火花点火内燃機関
において、気筒中心軸線と平行な点火プラグの中心軸線
を通りキャビティの偏在方向Ｑに対して垂直な平面Ｐに
よって圧縮上死点の気筒内空間をキャビティ偏在側及び
反キャビティ偏在側に二分割して考えた場合に、二つの
気筒内空間Ａ，Ｂの容積差を小さくして圧縮上死点近傍
において二つの気筒内空間の間で強い気流の発生を防止
する。
焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、機
関高回転時においても良好な成層燃焼を実現可能とする
ことである。 【解決手段】 気筒上部に配置された点火プラグ６と、
気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁７と、燃料
噴射弁から噴射された燃料を点火プラグ近傍へ導くため
にピストン中心から偏在してピストン頂面に形成された
キャビティ８とを具備する筒内噴射式火花点火内燃機関
において、気筒中心軸線と平行な点火プラグの中心軸線
を通りキャビティの偏在方向Ｑに対して垂直な平面Ｐに
よって圧縮上死点の気筒内空間をキャビティ偏在側及び
反キャビティ偏在側に二分割して考えた場合に、二つの
気筒内空間Ａ，Ｂの容積差を小さくして圧縮上死点近傍
において二つの気筒内空間の間で強い気流の発生を防止
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射式火花点
火内燃機関に関する。
火内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴
射弁を具備する筒内噴射式火花点火内燃機関は、圧縮行
程後半に燃料を噴射することにより、点火時点において
着火性の良好な可燃混合気を点火プラグ近傍だけに形成
し、気筒内全体としてリーンな混合気を燃焼可能な成層
燃焼を実現するものである。
射弁を具備する筒内噴射式火花点火内燃機関は、圧縮行
程後半に燃料を噴射することにより、点火時点において
着火性の良好な可燃混合気を点火プラグ近傍だけに形成
し、気筒内全体としてリーンな混合気を燃焼可能な成層
燃焼を実現するものである。
【０００３】一般的に、このような筒内噴射式火花点火
内燃機関において、点火プラグは気筒上部略中心に配置
され、燃料噴射弁は気筒上部周囲に配置されており、燃
料噴射弁から圧縮行程後半に噴射された燃料は、ピスト
ン頂面に形成されたキャビティ内へ進入し、キャビティ
形状を利用して点火プラグ近傍へ導かれることによって
点火プラグ近傍に可燃混合気を形成するようになってい
る。それにより、キャビティは、ピストン頂面の略中心
から燃料噴射弁側に偏在して設けられている。
内燃機関において、点火プラグは気筒上部略中心に配置
され、燃料噴射弁は気筒上部周囲に配置されており、燃
料噴射弁から圧縮行程後半に噴射された燃料は、ピスト
ン頂面に形成されたキャビティ内へ進入し、キャビティ
形状を利用して点火プラグ近傍へ導かれることによって
点火プラグ近傍に可燃混合気を形成するようになってい
る。それにより、キャビティは、ピストン頂面の略中心
から燃料噴射弁側に偏在して設けられている。
【０００４】こうしてキャビティがピストン頂面に偏在
して設けられていると、圧縮行程末期にピストンが気筒
上部壁に接近する時に、点火プラグ近傍にはピストン頂
面のキャビティが設けられていない側からキャビティ内
へ向かう方向の気流が発生する。
して設けられていると、圧縮行程末期にピストンが気筒
上部壁に接近する時に、点火プラグ近傍にはピストン頂
面のキャビティが設けられていない側からキャビティ内
へ向かう方向の気流が発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】燃費効率の高い成層燃
焼を機関高回転時にも実施することが望まれているが、
機関高回転時には前述の気流が強まって点火プラグ近傍
に形成された可燃混合気を点火以前に分散させるため
に、良好な成層燃焼を実現することが難しい。
焼を機関高回転時にも実施することが望まれているが、
機関高回転時には前述の気流が強まって点火プラグ近傍
に形成された可燃混合気を点火以前に分散させるため
に、良好な成層燃焼を実現することが難しい。
【０００６】特開平２０００−９７０３１号公報には、
圧縮上死点において、気筒内全容積に対するキャビティ
内及びその上方の容積の比を０．４から０．６にするこ
とを開示しているが、このようにしても、機関高回転時
において点火プラグ近傍には前述した強い気流が発生す
ることがあり、やはり、良好な成層燃焼を実現すること
は困難である。
圧縮上死点において、気筒内全容積に対するキャビティ
内及びその上方の容積の比を０．４から０．６にするこ
とを開示しているが、このようにしても、機関高回転時
において点火プラグ近傍には前述した強い気流が発生す
ることがあり、やはり、良好な成層燃焼を実現すること
は困難である。
【０００７】従って、本発明の目的は、ピストン頂面の
キャビティを利用して成層燃焼を実施する筒内噴射式火
花点火内燃機関において、機関高回転時においても良好
な成層燃焼を実現可能とすることである。
キャビティを利用して成層燃焼を実施する筒内噴射式火
花点火内燃機関において、機関高回転時においても良好
な成層燃焼を実現可能とすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による請求項１に
記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、気筒上部に配置
された点火プラグと、気筒内へ直接的に燃料を噴射する
燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁から噴射された燃料を前
記点火プラグ近傍へ導くためにピストン中心から偏在し
てピストン頂面に形成されたキャビティとを具備する筒
内噴射式火花点火内燃機関において、気筒中心軸線と平
行な前記点火プラグの中心軸線を通り前記キャビティの
偏在方向に対して垂直な平面によって圧縮上死点の気筒
内空間をキャビティ偏在側及び反キャビティ偏在側に二
分割して考えた場合に、二つの前記気筒内空間の容積差
を小さくして圧縮上死点近傍において前記二つの気筒内
空間の間で強い気流の発生を防止することを特徴とす
る。
記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、気筒上部に配置
された点火プラグと、気筒内へ直接的に燃料を噴射する
燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁から噴射された燃料を前
記点火プラグ近傍へ導くためにピストン中心から偏在し
てピストン頂面に形成されたキャビティとを具備する筒
内噴射式火花点火内燃機関において、気筒中心軸線と平
行な前記点火プラグの中心軸線を通り前記キャビティの
偏在方向に対して垂直な平面によって圧縮上死点の気筒
内空間をキャビティ偏在側及び反キャビティ偏在側に二
分割して考えた場合に、二つの前記気筒内空間の容積差
を小さくして圧縮上死点近傍において前記二つの気筒内
空間の間で強い気流の発生を防止することを特徴とす
る。
【０００９】また、本発明による請求項２に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射
式火花点火内燃機関において、前記キャビティ偏在側の
気筒内空間と前記反キャビティ偏在側の気筒内空間との
容積比は、６：４から５：５の間とされていることを特
徴とする。
噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射
式火花点火内燃機関において、前記キャビティ偏在側の
気筒内空間と前記反キャビティ偏在側の気筒内空間との
容積比は、６：４から５：５の間とされていることを特
徴とする。
【００１０】また、本発明による請求項３に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、請求項２に記載の筒内噴射
式火花点火内燃機関において、前記反キャビティ偏在側
の気筒内空間を構成するピストン頂面には、前記キャビ
ティ周囲部に設けられた***を有していることを特徴と
する。
噴射式火花点火内燃機関は、請求項２に記載の筒内噴射
式火花点火内燃機関において、前記反キャビティ偏在側
の気筒内空間を構成するピストン頂面には、前記キャビ
ティ周囲部に設けられた***を有していることを特徴と
する。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による筒内噴射式
火花点火内燃機関の第一実施形態を示す概略縦断面図で
ある。同図において、１は吸気ポート、２は排気ポート
である。吸気ポート１は吸気弁３を介して、排気ポート
２は排気弁４を介して、それぞれ気筒内へ通じている。
５はピストンであり、６は気筒上部略中心に配置された
点火プラグであり、７は気筒上部周囲から気筒内へ直接
的に燃料を噴射する燃料噴射弁である。燃料噴射弁７
は、燃料のベーパを防止するために、燃焼室内において
吸気流により比較的低温度となる吸気ポート１側に配置
されている。
火花点火内燃機関の第一実施形態を示す概略縦断面図で
ある。同図において、１は吸気ポート、２は排気ポート
である。吸気ポート１は吸気弁３を介して、排気ポート
２は排気弁４を介して、それぞれ気筒内へ通じている。
５はピストンであり、６は気筒上部略中心に配置された
点火プラグであり、７は気筒上部周囲から気筒内へ直接
的に燃料を噴射する燃料噴射弁である。燃料噴射弁７
は、燃料のベーパを防止するために、燃焼室内において
吸気流により比較的低温度となる吸気ポート１側に配置
されている。
【００１２】図２はピストン５の平面図である。図１及
び２に示すように、ピストン５頂面には、凹状のキャビ
ティ８が形成されている。キャビティ８は、ピストン５
頂面において、その中心から燃料噴射弁７側に偏在して
いる。すなわち、キャビティ８の中央部はピストン頂面
の中央部から燃料噴射弁７側へ偏倚している。燃料噴射
弁７は、スリット状の噴孔を有し、燃料を厚さの薄い扇
状に噴射するものである。成層燃焼を実施するために
は、図１及び２に示すように、圧縮行程後半において燃
料をピストン５頂面に形成されたキャビティ８内へ噴射
する。斜線で示す噴射直後の燃料は液状であるが、キャ
ビティ８の底壁８ａに沿って進行してキャビティ８の燃
料噴射弁に対向する対向側壁８ｂによって点火プラグ６
近傍に導かれるまでに気化し、点火時点においては、ド
ットで示す着火性の良好な可燃混合気となる。こうし
て、点火プラグ６近傍だけに可燃混合気を形成すること
により、気筒内全体としてはリーンな混合気を燃焼可能
とする成層燃焼を実現することが意図されている。
び２に示すように、ピストン５頂面には、凹状のキャビ
ティ８が形成されている。キャビティ８は、ピストン５
頂面において、その中心から燃料噴射弁７側に偏在して
いる。すなわち、キャビティ８の中央部はピストン頂面
の中央部から燃料噴射弁７側へ偏倚している。燃料噴射
弁７は、スリット状の噴孔を有し、燃料を厚さの薄い扇
状に噴射するものである。成層燃焼を実施するために
は、図１及び２に示すように、圧縮行程後半において燃
料をピストン５頂面に形成されたキャビティ８内へ噴射
する。斜線で示す噴射直後の燃料は液状であるが、キャ
ビティ８の底壁８ａに沿って進行してキャビティ８の燃
料噴射弁に対向する対向側壁８ｂによって点火プラグ６
近傍に導かれるまでに気化し、点火時点においては、ド
ットで示す着火性の良好な可燃混合気となる。こうし
て、点火プラグ６近傍だけに可燃混合気を形成すること
により、気筒内全体としてはリーンな混合気を燃焼可能
とする成層燃焼を実現することが意図されている。
【００１３】厚さの薄い扇状の燃料噴霧は、キャビティ
８の底壁８ａに沿って進行する際に幅方向に拡がるため
に、キャビティ８の底壁８ａの広範囲部分から良好に熱
を吸収することができる。キャビティ８の底壁８ａ上を
幅方向に拡がった燃料において、燃料中央部は、キャビ
ティ８の対向側壁８ｂによって上方向に向かう速度成分
が付与され点火プラグ６近傍へ向かい、燃料両側部は、
ピストン平面視において円弧状とされたキャビティ８の
対向側壁８ｂに対してそれぞれ鋭角に衝突して、上方向
へ向かう速度成分が付与されると共に中央方向へ向かう
速度成分も付与され、点火プラグ６近傍へ向かう。
８の底壁８ａに沿って進行する際に幅方向に拡がるため
に、キャビティ８の底壁８ａの広範囲部分から良好に熱
を吸収することができる。キャビティ８の底壁８ａ上を
幅方向に拡がった燃料において、燃料中央部は、キャビ
ティ８の対向側壁８ｂによって上方向に向かう速度成分
が付与され点火プラグ６近傍へ向かい、燃料両側部は、
ピストン平面視において円弧状とされたキャビティ８の
対向側壁８ｂに対してそれぞれ鋭角に衝突して、上方向
へ向かう速度成分が付与されると共に中央方向へ向かう
速度成分も付与され、点火プラグ６近傍へ向かう。
【００１４】こうして、厚さの薄い扇状の燃料噴霧は、
従来の円錐状の燃料噴霧に比較して、点火プラグ６近傍
に気化程度の良好な一塊の可燃混合気を形成することが
できる。それにより、成層燃焼時の燃料噴射量を増加さ
せることが可能となり、燃料消費率の低い成層燃焼を高
回転高負荷側へ拡大することができる。しかしながら、
本発明は、このような扇状の燃料噴霧を実現する燃料噴
射弁を必須の構成要素として有するものではなく、円錐
状又は柱状等の燃料噴霧を実現する燃料噴射弁も使用可
能である。
従来の円錐状の燃料噴霧に比較して、点火プラグ６近傍
に気化程度の良好な一塊の可燃混合気を形成することが
できる。それにより、成層燃焼時の燃料噴射量を増加さ
せることが可能となり、燃料消費率の低い成層燃焼を高
回転高負荷側へ拡大することができる。しかしながら、
本発明は、このような扇状の燃料噴霧を実現する燃料噴
射弁を必須の構成要素として有するものではなく、円錐
状又は柱状等の燃料噴霧を実現する燃料噴射弁も使用可
能である。
【００１５】扇状の燃料噴霧によっても、機関高負荷時
となって多量の燃料が必要とされる時には、圧縮行程末
期だけで燃料を噴射することが難しくなるために、吸気
行程で燃料を噴射して均質燃焼を実施するようにしても
良い。
となって多量の燃料が必要とされる時には、圧縮行程末
期だけで燃料を噴射することが難しくなるために、吸気
行程で燃料を噴射して均質燃焼を実施するようにしても
良い。
【００１６】良好な成層燃焼を実現するためには、点火
時点において、点火プラグ６近傍に可燃混合気を維持す
ることが必要である。しかしながら、単にピストン５頂
面に偏在してキャビティ８を設けると、圧縮行程末期に
ピストンが気筒上部壁に接近する時に、気筒上部略中心
に配置された点火プラグ近傍において図１に一点鎖線の
矢印で示すようにピストン頂面のキャビティ８が設けら
れていない側からキャビティ内へ向かう方向の気流が発
生し、特に、機関高回転時には、この気流が強まって点
火プラグ近傍に形成された可燃混合気を点火以前に分散
させてしまう。こうして可燃混合気が分散させられる
と、着火性が悪化して失火が発生することとなる。
時点において、点火プラグ６近傍に可燃混合気を維持す
ることが必要である。しかしながら、単にピストン５頂
面に偏在してキャビティ８を設けると、圧縮行程末期に
ピストンが気筒上部壁に接近する時に、気筒上部略中心
に配置された点火プラグ近傍において図１に一点鎖線の
矢印で示すようにピストン頂面のキャビティ８が設けら
れていない側からキャビティ内へ向かう方向の気流が発
生し、特に、機関高回転時には、この気流が強まって点
火プラグ近傍に形成された可燃混合気を点火以前に分散
させてしまう。こうして可燃混合気が分散させられる
と、着火性が悪化して失火が発生することとなる。
【００１７】この問題を解決するために、本実施形態で
は、通常は図１に一点鎖線で示すような傾斜面とされる
ピストン頂面のキャビティが設けられていない側に凹み
９が形成されている。
は、通常は図１に一点鎖線で示すような傾斜面とされる
ピストン頂面のキャビティが設けられていない側に凹み
９が形成されている。
【００１８】気筒中心軸線と平行な点火プラグ６の中心
軸線を通りキャビティ８の偏在方向Ｑに対して垂直な平
面Ｐによって圧縮上死点の気筒内空間をキャビティ偏在
側空間Ａ及び反キャビティ偏在側空間Ｂに二分割して考
えた場合において、通常ではキャビティ偏在側空間がキ
ャビティによって反キャビティ偏在側空間よりかなり大
きな容積を有することとなる。しかしながら、本実施形
態では、前述の凹み９によって、二つの気筒内空間Ａ，
Ｂの容積差を小さくしている。
軸線を通りキャビティ８の偏在方向Ｑに対して垂直な平
面Ｐによって圧縮上死点の気筒内空間をキャビティ偏在
側空間Ａ及び反キャビティ偏在側空間Ｂに二分割して考
えた場合において、通常ではキャビティ偏在側空間がキ
ャビティによって反キャビティ偏在側空間よりかなり大
きな容積を有することとなる。しかしながら、本実施形
態では、前述の凹み９によって、二つの気筒内空間Ａ，
Ｂの容積差を小さくしている。
【００１９】それにより、圧縮上死点近傍において、キ
ャビティ偏在側空間Ａと反キャビティ偏在側空間Ｂとの
間では気体の流動が発生し難くなり、すなわち、点火プ
ラグ６近傍には気流が発生し難くなる。こうして、本実
施形態によれば、点火以前において、例え機関高回転時
であっても点火プラグ６近傍に強い気流が発生すること
はなく、点火プラグ近傍に形成された可燃混合気は点火
時点においても維持され、良好な成層燃焼が実現され
る。
ャビティ偏在側空間Ａと反キャビティ偏在側空間Ｂとの
間では気体の流動が発生し難くなり、すなわち、点火プ
ラグ６近傍には気流が発生し難くなる。こうして、本実
施形態によれば、点火以前において、例え機関高回転時
であっても点火プラグ６近傍に強い気流が発生すること
はなく、点火プラグ近傍に形成された可燃混合気は点火
時点においても維持され、良好な成層燃焼が実現され
る。
【００２０】図３は、圧縮上死点における気筒内の全容
積に対する反キャビティ偏在側空間Ｂの容積の割合
（％）と点火プラグ近傍の気流最大流速との関係を示す
実験結果である。同図に示すように、割合が５０％に近
づくほど、すなわち、キャビティ偏在側空間Ａと反キャ
ビティ偏在側空間Ｂとの容積差を小さくするほど、気流
最大流速が低下している。この割合を４０％から５０％
とすれば、すなわち、キャビティ偏在側空間Ａと反キャ
ビティ偏在側空間Ｂとの容積比を６：４から５：５にす
れば、気流最大流速は比較的小さくなり、すなわち、強
い気流は発生せず、可燃混合気を分散の問題が発生する
ことはない。
積に対する反キャビティ偏在側空間Ｂの容積の割合
（％）と点火プラグ近傍の気流最大流速との関係を示す
実験結果である。同図に示すように、割合が５０％に近
づくほど、すなわち、キャビティ偏在側空間Ａと反キャ
ビティ偏在側空間Ｂとの容積差を小さくするほど、気流
最大流速が低下している。この割合を４０％から５０％
とすれば、すなわち、キャビティ偏在側空間Ａと反キャ
ビティ偏在側空間Ｂとの容積比を６：４から５：５にす
れば、気流最大流速は比較的小さくなり、すなわち、強
い気流は発生せず、可燃混合気を分散の問題が発生する
ことはない。
【００２１】また、本実施形態において、図１及び図２
に示すように、キャビティの一部は反キャビティ偏在側
空間Ｂに含まれている。それにより、反キャビティ偏在
側空間Ｂ内においては、このキャビティの一部内へ流入
する気流が発生する。しかしながら、キャビティ偏在側
空間Ａと反キャビティ偏在側空間Ｂとの容積差は小さく
されているために、反キャビティ偏在側空間Ｂにおいて
キャビティの一部内へ流入した気流がキャビティ内にお
いてキャビティ偏在側空間Ａへは進行し難くなってい
る。とは言っても、例えキャビティ偏在側空間Ａと反キ
ャビティ偏在側空間Ｂとの容積差を完全に無くしても、
この気流の進行を完全に防止することはできず、点火プ
ラグ近傍には弱い気流は発生してしまう。
に示すように、キャビティの一部は反キャビティ偏在側
空間Ｂに含まれている。それにより、反キャビティ偏在
側空間Ｂ内においては、このキャビティの一部内へ流入
する気流が発生する。しかしながら、キャビティ偏在側
空間Ａと反キャビティ偏在側空間Ｂとの容積差は小さく
されているために、反キャビティ偏在側空間Ｂにおいて
キャビティの一部内へ流入した気流がキャビティ内にお
いてキャビティ偏在側空間Ａへは進行し難くなってい
る。とは言っても、例えキャビティ偏在側空間Ａと反キ
ャビティ偏在側空間Ｂとの容積差を完全に無くしても、
この気流の進行を完全に防止することはできず、点火プ
ラグ近傍には弱い気流は発生してしまう。
【００２２】このような弱い気流は点火プラグ近傍の可
燃混合気を分散させることはないが、点火プラグ近傍の
気流は成層燃焼にとって好ましくない。本実施形態で
は、反キャビティ偏在側空間Ｂを構成するピストン頂面
には、キャビティ８の周囲部において***１０が設けら
れている。
燃混合気を分散させることはないが、点火プラグ近傍の
気流は成層燃焼にとって好ましくない。本実施形態で
は、反キャビティ偏在側空間Ｂを構成するピストン頂面
には、キャビティ８の周囲部において***１０が設けら
れている。
【００２３】こうして***１０が設けられていると、反
キャビティ偏在側空間Ｂにおいて、ピストン頂面から直
接的にキャビティ８の一部へ流入する気流は発生し難く
なる。この代わりに、先ず、キャビティ偏在側空間Ａか
ら反キャビティ偏在側空間Ｂへのキャビティ内での気体
流動が起こり、次いで、図２に矢印で示すように、反キ
ャビティ偏在側空間Ｂのピストン頂面の気体は、***９
を迂回してキャビティ偏在側空間Ａの周囲部からキャビ
ティ８内へ流入する。こうして、点火プラグ６近傍には
キャビティ８内の僅かな気体流動しか発生しないように
することができる。
キャビティ偏在側空間Ｂにおいて、ピストン頂面から直
接的にキャビティ８の一部へ流入する気流は発生し難く
なる。この代わりに、先ず、キャビティ偏在側空間Ａか
ら反キャビティ偏在側空間Ｂへのキャビティ内での気体
流動が起こり、次いで、図２に矢印で示すように、反キ
ャビティ偏在側空間Ｂのピストン頂面の気体は、***９
を迂回してキャビティ偏在側空間Ａの周囲部からキャビ
ティ８内へ流入する。こうして、点火プラグ６近傍には
キャビティ８内の僅かな気体流動しか発生しないように
することができる。
【００２４】図４は、前述の***の高さ（ｍｍ）と、隆
起を設けない場合に対する点火プラグ近傍の流速割合
（％）との関係を示す実験結果である。***を設けない
場合は、***高さ０ｍｍであり、当然のことながら、こ
の時には流速割合は１００％となる。図４に示すよう
に、***高さを高くするほど点火プラグ近傍の気流を弱
めることができる。これは、***高さを高くするほど、
反キャビティ偏在側空間Ｂにおいて、気流がピストン頂
面からキャビティ内へ直接的に流入し難くなるためであ
る。***高さを４ｍｍ以上にすれば、気流強さを略半減
することができ、点火プラグ近傍の気流を十分に弱める
ことができる。
起を設けない場合に対する点火プラグ近傍の流速割合
（％）との関係を示す実験結果である。***を設けない
場合は、***高さ０ｍｍであり、当然のことながら、こ
の時には流速割合は１００％となる。図４に示すよう
に、***高さを高くするほど点火プラグ近傍の気流を弱
めることができる。これは、***高さを高くするほど、
反キャビティ偏在側空間Ｂにおいて、気流がピストン頂
面からキャビティ内へ直接的に流入し難くなるためであ
る。***高さを４ｍｍ以上にすれば、気流強さを略半減
することができ、点火プラグ近傍の気流を十分に弱める
ことができる。
【００２５】図５及び図６は、本発明による筒内噴射式
火花点火内燃機関の第二実施形態を示し、第一実施形態
と同様な部材は同様な参照番号が付されている。本実施
形態においては、第一実施形態に比較して、反キャビテ
ィ偏在側空間のピストン頂面における凹み９’は深くさ
れている。それにより、第一実施形態に比較して、キャ
ビティ偏在側空間Ａ’と反キャビティ偏在側空間Ｂ’と
の容積差をさらに小さくして、ほぼ０とすることができ
る。すなわち、キャビティ偏在側空間Ａ’と反キャビテ
ィ偏在側空間Ｂ’との容積比をほぼ５：５にすることが
できる。
火花点火内燃機関の第二実施形態を示し、第一実施形態
と同様な部材は同様な参照番号が付されている。本実施
形態においては、第一実施形態に比較して、反キャビテ
ィ偏在側空間のピストン頂面における凹み９’は深くさ
れている。それにより、第一実施形態に比較して、キャ
ビティ偏在側空間Ａ’と反キャビティ偏在側空間Ｂ’と
の容積差をさらに小さくして、ほぼ０とすることができ
る。すなわち、キャビティ偏在側空間Ａ’と反キャビテ
ィ偏在側空間Ｂ’との容積比をほぼ５：５にすることが
できる。
【００２６】こうして、キャビティ偏在側空間Ａ’と反
キャビティ偏在側空間Ｂ’との間での気流流動の発生を
さらに抑制することができる。また、凹み９’を深くし
たことによって、***１０’の高さは高くなり、それに
よっても、点火プラグ近傍の気流を十分に弱めることが
できる。
キャビティ偏在側空間Ｂ’との間での気流流動の発生を
さらに抑制することができる。また、凹み９’を深くし
たことによって、***１０’の高さは高くなり、それに
よっても、点火プラグ近傍の気流を十分に弱めることが
できる。
【００２７】圧縮行程末期において気筒内に発生する気
流は、前述したように、主にはピストン頂面に形成され
たキャビティの偏在方向Ｑのものである。それにより、
前述した二つの実施形態においては、圧縮上死点におい
て、点火プラグ中心軸線を通りキャビティの偏在方向Ｑ
に対して垂直な平面Ｐによって二分割された二つの気筒
内空間の容積差を小さくするようにして、キャビティ偏
在方向の気流の発生を抑制している。しかしながら、点
火プラグ中心軸線を通る全平面のいずれによっても、分
割された二つの気筒内空間の容積差を小さくすることが
好ましい。もし、いずれかの平面によって分割された二
つの気筒内空間に大きな容積差があれば、これら二つの
気筒内空間の間で比較的強い気流が発生して、点火プラ
グ近傍の可燃混合気を分散させることがある。前述した
二つの実施形態において、点火プラグは気筒上部略中心
に配置されているために、点火プラグ中心軸線を通るい
ずれの平面によって分割された二つの気筒内空間には大
きな容積差がもたらされることはない。
流は、前述したように、主にはピストン頂面に形成され
たキャビティの偏在方向Ｑのものである。それにより、
前述した二つの実施形態においては、圧縮上死点におい
て、点火プラグ中心軸線を通りキャビティの偏在方向Ｑ
に対して垂直な平面Ｐによって二分割された二つの気筒
内空間の容積差を小さくするようにして、キャビティ偏
在方向の気流の発生を抑制している。しかしながら、点
火プラグ中心軸線を通る全平面のいずれによっても、分
割された二つの気筒内空間の容積差を小さくすることが
好ましい。もし、いずれかの平面によって分割された二
つの気筒内空間に大きな容積差があれば、これら二つの
気筒内空間の間で比較的強い気流が発生して、点火プラ
グ近傍の可燃混合気を分散させることがある。前述した
二つの実施形態において、点火プラグは気筒上部略中心
に配置されているために、点火プラグ中心軸線を通るい
ずれの平面によって分割された二つの気筒内空間には大
きな容積差がもたらされることはない。
【００２８】
【発明の効果】このように本発明による筒内噴射式火花
点火内燃機関によれば、気筒上部に配置された点火プラ
グと、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
燃料噴射弁から噴射された燃料を点火プラグ近傍へ導く
ためにピストン中心から偏在してピストン頂面に形成さ
れたキャビティとを具備する筒内噴射式火花点火内燃機
関において、気筒中心軸線と平行な点火プラグの中心軸
線を通りキャビティの偏在方向に対して垂直な平面によ
って圧縮上死点の気筒内空間をキャビティ偏在側及び反
キャビティ偏在側に二分割して考えた場合に、これら二
つの気筒内空間の容積差を小さくしている。それによ
り、機関高回転時においても、圧縮上死点近傍において
二つの気筒内空間の間で、すなわち、点火プラグ近傍で
強い気流の発生を防止することができ、点火プラグ近傍
に形成された可燃混合気を点火以前に分散させることが
ないために、良好な成層燃焼を実現することが可能とな
る。
点火内燃機関によれば、気筒上部に配置された点火プラ
グと、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
燃料噴射弁から噴射された燃料を点火プラグ近傍へ導く
ためにピストン中心から偏在してピストン頂面に形成さ
れたキャビティとを具備する筒内噴射式火花点火内燃機
関において、気筒中心軸線と平行な点火プラグの中心軸
線を通りキャビティの偏在方向に対して垂直な平面によ
って圧縮上死点の気筒内空間をキャビティ偏在側及び反
キャビティ偏在側に二分割して考えた場合に、これら二
つの気筒内空間の容積差を小さくしている。それによ
り、機関高回転時においても、圧縮上死点近傍において
二つの気筒内空間の間で、すなわち、点火プラグ近傍で
強い気流の発生を防止することができ、点火プラグ近傍
に形成された可燃混合気を点火以前に分散させることが
ないために、良好な成層燃焼を実現することが可能とな
る。
【図１】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第
一実施形態を示す概略縦断面図である。
一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図２】図１の筒内噴射式火花点火内燃機関のピストン
平面図である。
平面図である。
【図３】点火プラグ中心軸線の通る平面によって分割さ
れた二つの気筒内空間の容積割合を変化させた時の点火
プラグ近傍における気流最大流速の変化を示すグラフで
ある。
れた二つの気筒内空間の容積割合を変化させた時の点火
プラグ近傍における気流最大流速の変化を示すグラフで
ある。
【図４】キャビティ周囲部の***高さを変化させた時の
点火プラグ近傍に発生する気流流速変化を示すグラフで
ある。
点火プラグ近傍に発生する気流流速変化を示すグラフで
ある。
【図５】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第
二実施形態を示す概略縦断面図である。
二実施形態を示す概略縦断面図である。
【図６】図５の筒内噴射式火花点火内燃機関のピストン
平面図である。
平面図である。
１…吸気ポート
２…排気ポート
３…吸気弁
４…排気弁
５…ピストン
６…点火プラグ
７…燃料噴射弁
８…キャビティ
９…凹み
１０…***
Ａ…キャビティ偏在側空間
Ｂ…反キャビティ偏在側空間
Claims (3)
- 【請求項１】 気筒上部に配置された点火プラグと、気
筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料
噴射弁から噴射された燃料を前記点火プラグ近傍へ導く
ためにピストン中心から偏在してピストン頂面に形成さ
れたキャビティとを具備する筒内噴射式火花点火内燃機
関において、気筒中心軸線と平行な前記点火プラグの中
心軸線を通り前記キャビティの偏在方向に対して垂直な
平面によって圧縮上死点の気筒内空間をキャビティ偏在
側及び反キャビティ偏在側に二分割して考えた場合に、
二つの前記気筒内空間の容積差を小さくして圧縮上死点
近傍において前記二つの気筒内空間の間で強い気流の発
生を防止することを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃
機関。 - 【請求項２】 前記キャビティ偏在側の気筒内空間と前
記反キャビティ偏在側の気筒内空間との容積比は、６：
４から５：５の間とされていることを特徴とする請求項
１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。 - 【請求項３】 前記反キャビティ偏在側の気筒内空間を
構成するピストン頂面には、前記キャビティ周囲部に設
けられた***を有していることを特徴とする請求項２に
記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001254507A JP2003065056A (ja) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
| US10/213,070 US6651612B2 (en) | 2001-08-24 | 2002-08-07 | In-cylinder injection type spark-ignition internal combustion engine |
| EP02018782A EP1288461A3 (en) | 2001-08-24 | 2002-08-22 | In-cylinder injection type spark-ignition internal combustion engine |
| KR1020020049813A KR20030017405A (ko) | 2001-08-24 | 2002-08-22 | 통내 분사식 불꽃점화 내연기관 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001254507A JP2003065056A (ja) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003065056A true JP2003065056A (ja) | 2003-03-05 |
Family
ID=19082663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001254507A Pending JP2003065056A (ja) | 2001-08-24 | 2001-08-24 | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6651612B2 (ja) |
| EP (1) | EP1288461A3 (ja) |
| JP (1) | JP2003065056A (ja) |
| KR (1) | KR20030017405A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030017405A (ko) * | 2001-08-24 | 2003-03-03 | 도요다 지도샤 가부시끼가이샤 | 통내 분사식 불꽃점화 내연기관 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3353709B2 (ja) * | 1998-07-08 | 2002-12-03 | トヨタ自動車株式会社 | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
| WO2004011779A1 (en) * | 2002-07-25 | 2004-02-05 | Jung Wook Lee | Spherical rotary engine valve assembly |
| KR20050026170A (ko) * | 2003-09-09 | 2005-03-15 | 현대자동차주식회사 | 마찰마력 저감용 피스톤 |
| US7318406B2 (en) * | 2006-04-10 | 2008-01-15 | Ford Global Technologies Llc | Bowl-in-piston of a cylinder in a direct injection engine |
| KR20110062146A (ko) * | 2009-12-02 | 2011-06-10 | 현대자동차주식회사 | 가솔린 직접 분사 엔진 |
| US8459229B2 (en) | 2010-04-20 | 2013-06-11 | Southwest Research Institute | Piston bowl with spray jet targets |
| US9279361B2 (en) | 2010-04-20 | 2016-03-08 | Southwest Research Institute | Piston bowl with spray jet targets |
| US8555854B2 (en) | 2010-04-26 | 2013-10-15 | Southwest Research Institute | Piston bowl with deflecting features |
| US8677974B2 (en) | 2010-05-04 | 2014-03-25 | Southwest Research Institute | Piston bowl with flat bottom |
| US20200080468A1 (en) * | 2016-11-22 | 2020-03-12 | Mazda Motor Corporation | Diesel engine |
| JP6551868B2 (ja) * | 2017-03-17 | 2019-07-31 | マツダ株式会社 | ディーゼルエンジン |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0826772B2 (ja) * | 1988-02-26 | 1996-03-21 | トヨタ自動車株式会社 | 火花点火筒内噴射エンジン |
| JPH05179961A (ja) | 1991-12-27 | 1993-07-20 | Toyota Motor Corp | 筒内噴射式内燃機関 |
| JP3644329B2 (ja) | 1995-05-16 | 2005-04-27 | 三菱自動車工業株式会社 | 筒内噴射型内燃機関 |
| DE19713029C2 (de) * | 1996-04-01 | 2000-02-24 | Avl List Gmbh | Viertakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung |
| DE19801607A1 (de) * | 1998-01-17 | 1999-07-22 | Audi Ag | Brennkraftmaschine und Verfahren zur Gemischaufbereitung bei einer Brennkraftmaschine |
| DE19836707A1 (de) * | 1998-03-04 | 2000-02-17 | Audi Ag | Direkteinspritzende Brennkraftmaschine |
| JP3719004B2 (ja) * | 1998-07-13 | 2005-11-24 | 日産自動車株式会社 | 筒内噴射式内燃機関のピストン |
| DE19835563A1 (de) * | 1998-08-06 | 2000-02-10 | Volkswagen Ag | Viertakt-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung |
| JP3405261B2 (ja) * | 1999-03-30 | 2003-05-12 | トヨタ自動車株式会社 | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
| JP2000303844A (ja) | 1999-04-21 | 2000-10-31 | Toyota Motor Corp | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
| JP2003065056A (ja) * | 2001-08-24 | 2003-03-05 | Toyota Motor Corp | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
-
2001
- 2001-08-24 JP JP2001254507A patent/JP2003065056A/ja active Pending
-
2002
- 2002-08-07 US US10/213,070 patent/US6651612B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-08-22 EP EP02018782A patent/EP1288461A3/en not_active Withdrawn
- 2002-08-22 KR KR1020020049813A patent/KR20030017405A/ko active Search and Examination
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030017405A (ko) * | 2001-08-24 | 2003-03-03 | 도요다 지도샤 가부시끼가이샤 | 통내 분사식 불꽃점화 내연기관 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20030037760A1 (en) | 2003-02-27 |
| EP1288461A2 (en) | 2003-03-05 |
| KR20030017405A (ko) | 2003-03-03 |
| US6651612B2 (en) | 2003-11-25 |
| EP1288461A3 (en) | 2004-08-04 |
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