JP3298361B2 - 筒内噴射型内燃機関 - Google Patents
筒内噴射型内燃機関Info
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Description
つ燃焼室内に直接燃料噴射を行なう、筒内噴射型内燃機
関に関する。
ンを燃料とするようなガソリンエンジンの燃料供給系で
は、燃料噴射装置(インジェクタ)が広く用いられてい
る。このようなガソリンエンジンでは、コントローラ等
の制御ユニットによりインジェクタの作動が制御され、
所定のタイミングに所定量だけ燃料が吸気ポート内に噴
射される。
は、吸気行程で吸入された空気とともに燃焼室内に供給
されて空気と混合し、点火プラグにより点火されて燃焼
するのである。一方、主に軽油等を燃料とするディーゼ
ルエンジンでは、燃焼室内に直接燃料を噴射して、この
燃料を燃焼室内の圧縮空気によって自然発火させてい
る。
においても燃焼室内に直接燃料噴射を行なって、機関の
応答性を改善するような筒内噴射型の内燃機関が提案さ
れている。ここで、このような筒内噴射型内燃機関につ
いて、図を用いて簡単に説明すると、図11は上述した
ような従来より提案されている筒内噴射型の内燃機関を
示す模式的な断面図であり、図中に示す符号1はインジ
ェクタ、2はピストン、3は燃焼室、4は吸気弁、5は
排気弁、6は点火プラグ、7はシリンダブロック、8は
シリンダヘッド、9は吸気ポート、10は排気ポートで
ある。
タ1の噴射孔は、直接燃焼室3内に臨んで設けられてお
り、燃料は燃焼室3内に直接噴射される。また、インジ
ェクタ1は、例えば図示しないコントローラにより制御
され、インジェクタ1から適切なタイミングで燃料が適
量噴射される。そして、この燃料は、吸気弁4の上方に
略直立して設けられた吸気ポート9から吸気された空気
と燃焼室3内で混合して混合気が生成される。その後、
混合気は、燃焼室3内で点火プラグ6により着火され、
膨張(爆発)した後、排気ポート10から排出される。
ンダ内に縦渦流を形成してこの縦渦流中に燃料噴射を行
なうことができるので、縦渦流を燃料濃度の異なる層か
らなる層状縦渦流とすることが可能となる。そして、点
火プラグ6の位置に合わせて所要濃度(理論空燃比近傍
の燃料濃度)の混合気層を形成し、この混合気層の燃料
を点火プラグ6に供給することで、全体として極めて燃
料濃度の低い(空燃比の高い)状態での燃焼、いわゆる
層状リーン燃焼運転を行なうことができる。
I(マルチポイントインジェクション)エンジンでは、
シリンダ内に略均一な混合気が吸入されるため、通常、
圧縮行程時では点火プラグ周辺に可燃混合気が存在し
て、燃焼が効率よく行なわれる。これに対して、上述の
筒内噴射型のエンジンでは、エンジンの運転状況に応じ
て燃料噴射時期が制御されるようになっており、圧縮行
程で燃料噴射を行なうことがある。この場合、上述のよ
うな燃焼室内では混合気が空気と燃料との層状に形成さ
れ、通常の点火プラグの着火位置では、着火する時点で
点火プラグの放電電極位置に十分な濃度の可燃混合気が
存在しない場合がある。したがって、このような場合
は、燃焼効率を損なってしまうという課題がある。
は、ピストン頂面上に点火栓の下方から燃料噴射弁の下
方まで延びる凹溝を形成し、燃料噴射弁の噴射軸線に沿
う噴射燃料が鋭角に凹溝の凹状内壁面に衝突するように
凹状内壁面の形状及び燃料噴射時期を設定するようにし
た技術が開示されている。また、特開平4−22422
9号公報には、ピストン頂面上に点火栓の下方から燃料
噴射弁の下方まで延びる凹溝と、点火栓下方のピストン
頂面上に凹溝の上方部に開口する凹所と、凹溝と凹所と
の間に円弧状に形成された段部とを設け、上記燃料噴射
弁からの燃料を点火栓の周囲に集めるようにした技術が
開示されている。
れもピストンに2箇所の凹部を形成しなければならず、
ピストンの表面積が大きくなってしまう。これにより、
熱損失が大きくなり、出力が低下してしまうおそれがあ
る。また、特開平6−10674号公報には、燃料噴射
弁の燃料噴射方向を燃料量の異なる2方向に設定し、こ
れらの2方向に噴射される燃料量の割合を機関の負荷状
態に応じて変更するような技術が開示されている。しか
しながら、このように2方向へ噴射される燃料の割合を
細かく制御するのはかなり困難であり現実的ではないと
いう問題がある。また、特殊な燃料噴射弁が必要となる
ため、コスト増を招いてしまうという課題がある。
たもので、低コストで且つ確実に燃焼室内の燃料を着火
させて燃焼効率を向上させるようにした、筒内噴射型内
燃機関を提供することを目的とする。
の本発明の筒内噴射型内燃機関は、燃焼室内に直接燃料
が噴射され、該燃焼室内に噴射された燃料を燃焼させる
べく放電を行なう放電電極が突設された点火プラグをそ
なえた筒内噴射型内燃機関において、吸気ポート下方か
ら該点火プラグ下方にかけて連続的に形成された球面上
の凹部を頂面に有するピストンと、該凹部内に向け燃料
を噴射する燃料噴射弁とをそなえ、シリンダヘッドに該
点火プラグを取り付けるための取付部が形成され、該取
付部の一部がシリンダヘッドの燃焼室形成面よりも該燃
焼室内に突出するように形成されて、該ピストンの上死
点位置への上昇時に該点火プラグの該放電電極が該ピス
トンの該凹部内に位置するように配設されていることを
特徴としている。
内燃機関は、上記請求項1記載の構成に加えて、該シリ
ンダヘッドの燃焼室形成面において、該取付部の周囲に
肉盛り部が形成されていることを特徴としている。ま
た、請求項3記載の本発明の筒内噴射型内燃機関は、上
記請求項1又は2記載の構成に加えて、該取付部の一部
がシリンダヘッドの燃焼室形成面よりも該燃焼室内に突
出するように形成されるとともに、該点火プラグの該放
電電極が、点火プラグ本体から突出することにより、該
ピストンの上死点位置への上昇時に該点火プラグの該放
電電極が該ピストンの該凹部内に位置するように配設さ
れていることを特徴としている。
機関では、シリンダヘッドに形成された取付部に取り付
けられた燃料噴射弁により燃料が直接燃焼室内に噴射さ
れる。このとき、燃料は吸気ポート下方から該点火プラ
グ下方にかけて連続的に形成された球面上の凹部に向け
噴射される。また、燃焼室内に噴射された燃料を燃焼さ
せるべく放電を行なう放電電極が突設された点火プラグ
が、一部がシリンダヘッドの燃焼室形成面よりも燃焼室
内に突出した取付部に取り付けられているので、ピスト
ンが上死点位置へ上昇すると、点火プラグの放電電極が
ピストンの凹部内に位置して、点火プラグにより放電が
行なわれると凹部内に存在する濃度の濃い燃料に確実に
着火するようになる。これにより、燃焼効率が向上し
て、出力と燃費との両立を図ることができる。
内燃機関では、シリンダヘッドの燃焼室形成面の取付部
の周囲に形成された肉盛り部により、点火プラグの外周
部の燃焼室内への露出が抑制される。これにより、点火
プラグへのカーボン等の付着が防止されて点火プラグの
交換等の作業が容易なものとなる。また、点火プラグの
下部が肉盛り部により保護されることで、点火プラグ自
体の耐久性も向上する。さらに、点火プラグに加わる熱
を肉盛り部を介してシリンダヘッドに逃がすことができ
熱に対する耐久性をも向上させる。
内燃機関では、一部がシリンダヘッドの燃焼室形成面よ
りも燃焼室内に突出するように取付部を形成し、点火プ
ラグ本体から放電電極を突出させることで、ピストンの
上死点位置への上昇時に点火プラグの放電電極がピスト
ンの凹部内に位置し、やはり燃焼室内の燃料を確実に着
火させるのである。
筒内噴射型内燃機関について説明すると、図1はその燃
焼室の構成を示す模式的な断面図、図2(a)〜(c)
はその要部としてのピストンの形状を示す模式図、図3
はそのピストンの頂面とシリンダヘッドの下面との相対
的な位置関係を示す図、図4はその燃焼室の全容積とピ
ストンの凹部の容積と比を説明するための模式図、図5
(a),(b)はいずれもそのピストンの凹部形状の容
積比の変化に伴う機関の特性の変化を説明するためのグ
ラフ、図6(a)〜(c),図7(a)〜(c)はいず
れもそのピストンの凹部形状の他の例を示す模式図、図
8,図9はいずれもその作用を説明するためのグラフ、
図10はその燃焼室の形状の差による燃費及びHC排出
量の変化特性を示すグラフである。
3は、シリンダヘッド8の下面とピストン2の頂面とに
より形成されており、燃焼室3の上面の一方の側には吸
気弁4が、又他方の側には排気弁5が配設されている。
また、シリンダヘッド8の下面、即ち燃焼室3の上面の
うち、吸気弁4の配設された側には、燃焼室3の頂部か
ら端部に向かって傾斜するような吸気弁側傾斜下面8a
が形成されており、排気弁5の配設された側には排気弁
側傾斜下面8bが形成されている。
り燃焼室3の上面側は、図1に示すようなペントルーフ
形状に形成されている。また、シリンダヘッド8には燃
料噴射弁(以下、単にインジェクタという)1が取り付
けられている。このインジェクタ1は、その先端側が燃
焼室3に臨むように配設されており、このインジェクタ
1により燃焼室3内に直接燃料が噴射されるようになっ
ている。
2の頂面には、吸気弁側傾斜下面8a及び排気弁側傾斜
下面8bにそれぞれ対応して、ピストン2の中心側に向
かって傾斜した吸気弁側傾斜上面2a及び排気弁側傾斜
上面2bが形成されており、これらの傾斜上面2a,2
bにより、ピストン2の頂面がペントルーフ形状にほぼ
沿うような山型に形成されている。
面2aには、図1及び図2(a)〜(c)に示すような
凹部(以下、単にキャビティという)25が形成されて
いる。このキャビティ25は、下に凸状に彎曲した球面
状に形成されたものであり、ピストン2の吸気弁4側の
上部に中心を有する仮想球面25aの一部として形成さ
れている。
る吸気ポート(図11参照)は吸気弁4の上方に略直立
するように延設されており、この吸気ポートを介して吸
気流が燃焼室3に取り入れられると、吸気流は下方のピ
ストン2に向かって流れた後、ピストン2のキャビティ
25に沿って案内されて上向きに流れてタンブル流(縦
渦流)を形成するようになっている。
定は、エンジン性能に与える影響が大きく、例えばキャ
ビティ25の容積が燃焼室3の全容積に対して大きすぎ
ると、図5(a)のグラフに示すように、層状燃焼を行
なうには有利であるが、燃焼室3の表面積が大きくなり
熱損失が大きくなってしまう。そして、これにより燃費
が向上するものの、図5(b)のグラフに示すように、
最高出力や最大トルクが低下してしまうことが考えられ
る。
全容積に対して小さすぎると、図5(b)のグラフに示
すように、最高出力や最大トルクは向上するが、キャビ
ティ25内で十分なタンブル流を形成することができ
ず、図5(a)のグラフに示すように、燃費の低下を招
いてしまう。そこで、本発明の筒内噴射型内燃機関で
は、機関の出力性能と燃費性能とを両立させるべく、燃
焼室3全体の容積に対してキャビティ25の容積が所定
の割合の比となるように設定されている。
用いて説明すると、キャビティ25の容積をVa、ピス
トン2が上死点位置にあるときの吸気弁側傾斜下面8a
と吸気弁側傾斜上面2aとの間の容積をVb、又ピスト
ン2が上死点位置にあるときの排気弁側傾斜下面8bと
排気弁側傾斜上面2bとの間の容積をVcとすると、
(Va+Vb)/(Va+Vb+Vc)の値が、0.4
〜0.6の間になるように設定されている。
積比を所定値に設定することにより、燃費の向上と出力
の向上とをバランス良く達成することができるのであ
る。ところで、この凹部25の形状としては、球面状の
キャビティに限らず、例えば図6(a)〜(c)や図7
(a)〜(c)に示すような、断面が略長方形のキャビ
ティ25A,25Bも考えられるが、このような形状の
キャビティ25A,25Bでは、燃費や出力の面で多少
不利となる。
は、キャビティ25の形状を、図2(a)〜(c)に示
すような球面状に形成しているのであるが、このような
球面形状のキャビティ25によれば、ピストン2のキャ
ビティ容積Vaに対するキャビティ表面積を最小にする
ことができる利点がある。そして、このようにキャビテ
ィ表面積を最小にすることで、熱損失を小さくすること
ができ、燃焼効率を向上させることができるのである。
することで、燃焼室3内に吸気流による渦状の流れ、即
ちタンブル流を形成し易いという利点もある。また、上
述の仮想球面25aは、図1に示すように、ピストン2
の中心軸における断面において、ピストン2の頂点及び
ピストン2の吸気弁側傾斜上面2aの下端がキャビティ
25内に包含されるように設定されている。
に、インジェクタ1の噴射口と吸気弁4の弁体とがそれ
ぞれ仮想球面25a内に位置するように、インジェクタ
1,吸気弁4及び仮想球面25aの位置関係が設定され
ている。そして、このようにインジェクタ1や吸気弁4
を配設することで、着火時には、確実にキャビティ25
内の燃料濃度が濃い状態となるようになっている。
は、エンジンの運転状況に応じて図示しないコントロー
ラによりインジェクタ1の燃料噴射時期や燃料噴射量が
制御されるようになっており、エンジンの運転状況によ
っては、圧縮行程で燃料噴射が行なわれる。この場合、
燃焼室3内では混合気が空気と燃料との層状に形成さ
れ、燃料(図1中、網かけ部分)は、キャビティ25内
に比較的多く存在する。したがって、燃焼室内に略均一
の混合気が存在するような通常の内燃機関と異なり、通
常の内燃機関用の点火プラグでは、十分な濃度の可燃混
合気が存在する位置まで電極が届かず、燃焼効率を低下
させてしまうことが考えられる。
は、燃料を確実に燃焼させるために点火プラグ6の配設
位置や電極6aの長さが燃料の燃焼に最適となるように
設定されている。すなわち、ピストン2の上死点位置へ
の上昇時には、ピストン2と点火プラグ6との干渉を避
けながらも点火プラグ6の電極6aが確実にキャビティ
25側に位置するように、点火プラグ6の中心軸をシリ
ンダ中心軸CLに対して排気弁5側に所定角度θだけ傾
けて点火プラグ6を配設しているのである。
6取り付けるための点火プラグ取付部28が形成され、
点火プラグ取付部28には点火プラグ6の取付位置を規
制するための点火プラグ取付面27が形成されている
が、この取付面27も従来の内燃機関に対して所定量D
1(例えばD1=2mm)だけ燃焼室3側に近づけて設
けられている。
ティ25側に近づけるようにしてシリンダヘッド8に取
り付けるようにしているのである。なお、この場合、所
定量D1だけ点火プラグ6の下部のネジ部が燃焼室3内
に晒されてしまい、このような状態でエンジンを運転さ
せると、この点火プラグ6の下部にカーボン等が付着し
てしまう。そして、点火プラグ6の下部のネジ部にカー
ボン等が付着すると、点火プラグ6がシリンダヘッド8
から取り外すのが困難となり、作業性が低下してしまう
ことが考えられる。
1に示すように、点火プラグ6の下部を保護すべく、点
火プラグ取付部28の下部の周囲に肉盛り部29が形成
されている。これにより、点火プラグ6の下部へのカー
ボン等の付着を防止して、点火プラグ6の交換時の作業
性や点火プラグ6の耐久性を向上させているのである。
また、このような肉盛り部29を設けることにより、点
火プラグ6に加わった熱を肉盛り部29を介してシリン
ダヘッド8に逃がすことができ、点火プラグ6の熱に対
する耐久性が向上するようになっているのである。
常の点火プラグに対して所定量だけ長く形成されてお
り、これにより、燃料の着火時に燃料濃度の濃い部分に
電極6aが位置するようになるのである。なお、点火プ
ラグ6の取付面27を従来の内燃機関と同様の位置に形
成し、その分点火プラグ6の電極6aのみをさらに所定
量D1だけ長く形成して、電極6aをキャビティ25内
の燃料濃度の濃い部分へ配設するような構成も考えられ
る。すなわち、電極6aのみを極端に長くするという構
成のみで、燃料を確実に着火させるのである。この場
合、上述の肉盛り部29は不要になるが、このように電
極6aの長さだけを極端に長く形成すると、電極6aの
耐久性が低下してしまうことが考えられる。
の取付面27を燃焼室3側に近づけるとともに、電極6
aの長さを長く形成するという2段階の構成で着火部分
をキャビティ25内に近づけるようにしているので、電
極6aが確実にキャビティ25内の燃料濃度の濃い部分
に位置するようにしながらも、点火プラグ6の耐久性を
損なうことがないという利点がある。そして、これによ
り、燃料を確実に着火させることができ、燃焼効率を向
上させることができるのである。
ビティ25の表面との隙間(図1中D2で示す)の値に
ついても、エンジンの出力と燃費に影響するため、この
隙間D2を最適値に設定する必要がある。すなわち、こ
の隙間D2が大きすぎると、燃焼室3内で形成された吸
気タンブル流に乗った燃料に点火プラグ6の電極6aが
十分に届かずに、燃焼効率が悪化してしまう。また、放
電電極6aとキャビティ25の表面とが近すぎると、電
極6aとピストン2とが干渉してしまうことが考えられ
る。
ストン2の上死点位置における放電電極6aとキャビテ
ィ25の表面との距離D2を最適値(例えばD2=1〜
2mm程度)に設定し、ピストン2との干渉を十分に避
けながら高い燃焼効率が得られるようにしている。ま
た、このような筒内噴射型内燃機関では、ピストン2と
排気弁4との近接部分の間隔(これを排気側隙間とい
い、図1中D3で示す)も機関の性能に大きく影響す
る。例えば、図8のグラフの点C,点Dに示すように、
排気側隙間D3が大きすぎると、インジェクタ1から圧
縮行程時に噴霧された燃料がキャビティ25の外側に拡
散してしまい、燃費が悪化してしまう。
間D3が小さすぎると、全開運転時(即ち、吸気行程の
燃料噴射時)に、排気弁5側の空間に火炎が十分に伝播
されず、出力が低下してしまう。そこで、本発明の筒内
噴射型内燃機関では、この排気側隙間D3を燃費と出力
との均衡が図れ、効率的な燃焼を実現できるような最適
な値(図8に示す☆印近傍、D3=5〜8mm)に設定
されている。
するとともに、キャビティ25と点火プラグ6との位置
関係が最適となるように配設することにより、キャビテ
ィ25に向けて噴射された燃料を着火時にキャビティ2
5内に滞留させ、吸気と燃料との層状化を促進すること
ができ、さらに、確実な着火,燃焼が行なわれるように
なっているのである。
2の排気弁側傾斜上面2bとシリンダヘッド8の排気弁
側下面8bとの間には、着火された火炎が燃焼室3内に
均一に広がるように火炎浸入空間26が形成されてい
る。ここで、排気弁側傾斜上面2bは、排気弁側下面8
bよりも小さな傾斜角に設定されており、これにより、
上述の火炎浸入空間26は、図3に示すように、燃焼室
3の中心側に向けて、互いの面2b,8bの距離が広が
るような形状、即ち、断面が略楔状の空間に形成されて
いる。
状の火炎浸入空間26を形成するのは、以下の理由によ
る。即ち、上述したようなキャビティ25が形成された
筒内噴射型内燃機関の燃焼室3では、通常は排気弁側傾
斜上面2bと排気弁側下面8bとが略平行になるように
形成されるとともに、これらの面2b,8bで形成され
た空間は狭く形成されるため、燃料着火後のこの空間へ
の火炎の伝播は遅れがちになる。そこで、燃焼室3内の
火炎伝播を均一にするには、排気弁側傾斜上面2bと排
気弁側下面8bとの間の空間を単に広げることが考えら
れるが、上述したように、燃焼室3の全容積(図4のV
a+Vb+Vc部分)とキャビティ25及びその上部空
間の容積(Va+Vb)との間には最適な容積比が存在
している。
単純に広げてしまうと、今度はキャビティ25の容積比
を最適値にするのが困難になってしまい、かえって、機
関の性能低下を招くことも考えられる。そこで、上述し
たように、燃焼室3の排気弁5側の空間に、中心側の隙
間を大きめにしその分だけ排気弁5側端部の隙間を小さ
くした略楔状の火炎浸入空間26を形成しているのであ
る。
ず、点火プラグ6の電極6a近傍を中心に燃焼を開始し
た火炎が、燃焼室3の排気弁5側の空間のうち比較的隙
間の広い燃焼室3の中心側へ確実に燃え広がり、比較的
隙間の狭い燃焼室3の端部側にも、燃焼室3の他の部分
に対して遅れることなく火炎が伝播し、ムラのない均一
な燃焼を実現することができるのである。
空間断面を略楔状に形成することで、燃焼室3の排気弁
5側の空間の容積を変更することもなく、キャビティ比
の設定に何ら影響を与えないという利点も有している。
本発明の実施例として筒内噴射型内燃機関は、上述のよ
うに構成されているので、以下の効果を得ることができ
る。
2aに、図2(a)〜(c)に示すような下に凸状に灣
曲した球面状のキャビティ25を形成することで、図6
(a)〜(c)や図7(a)〜(c)に示すような断面
が略長方形のキャビティ25A,25Bを有するピスト
ン2に対して、出力や燃費を向上させることができると
いう利点がある。
に形成することで、ピストン2のキャビティ容積Vaに
対するキャビティ表面積を最小にすることができる。こ
れにより、熱損失を減少させることができができ、燃焼
効率を向上させることができるのである。また、キャビ
ティ25を球面状に形成することで、燃焼室3内に吸気
流による渦状の流れ、即ちタンブル流の形成が促進さ
れ、層状燃焼を行ない易いという利点もある。
を有するピストン2と断面が略長方形のキャビティ25
A,25Bを有するピストン2とを比較して示すグラフ
であるが、断面が略長方形のキャビティ25A,25B
の燃費及び最大トルク(図中点A,点Bに示す)に対し
て、球面状のキャビティ25を有するピストン2では、
点Cに示すように、燃費及び最大トルクの両方を向上さ
せることができるのである。
を有するピストン2対に加えて、さらに燃焼室3の排気
弁5側の断面形状を略楔状に形成した火炎浸入空間26
を設けたものでは、点Dに示すように、さらに最大トル
クが向上するという利点がある。さらに、図10に示す
ように、このような略楔状の火炎浸入空間26を設ける
ことにより、燃料消費率もほぼ全域で低下させることが
できるとともに、THC(トータルでの炭化水素量)の
排出量も低下させることができるという利点も有してい
る。
ラグ6の取付面27を所定量D1(例えばD1=2m
m)だけ燃焼室3側に近づけるとともに、点火プラグ6
の放電電極6aを従来のものよりも所定量長く形成する
という2段階の構成で、電極6aの着火部分をキャビテ
ィ25内の燃料濃度の濃い部分に位置するようにしてい
るので、燃料を確実に着火させることができるようしな
がらも、点火プラグ6の電極6aの耐久性を損なうこと
がないという利点がある。
来の点火プラグに対して電極6a部を所定量長めに形成
するだけでよいので、低コストで実現できるという利点
もある。また、シリンダヘッド8の燃焼室3の形成面に
おいて、点火プラグ6の取付部28の周囲に肉盛り部2
9が設けられているので、点火プラグ6の下端が所定量
D1だけ燃焼室3側に移動しても、この点火プラグ6の
下端部が直接燃焼室3に晒されることがない。
へのカーボン等の付着が防止され、点火プラグ6の交換
等の作業性も向上する。また、点火プラグ6の下部が、
肉盛り部29により保護されるので、点火プラグ6自体
の耐久性も向上するという利点がある。さらには、点火
プラグ6に加わる熱を肉盛り部29を介してシリンダヘ
ッド8に逃がすことができるので、熱に対する耐久性も
向上するという利点を有している。
ストン2の頂点及びピストン2の吸気弁側傾斜上面2a
の下端を仮想球面内25aに包含するように形成するこ
とで、点火プラグ6をキャビティ25内に配設しやすく
なる。また、タンブル流の生成も促進することができる
という利点もある。また、ピストン2が上死点位置に達
した時に、インジェクタ1の噴射口と吸気弁4の弁体と
がそれぞれ仮想球面25a内に位置するようにインジェ
クタ1,吸気弁4及び仮想球面25aの位置関係が設定
されているので、キャビティ25内に燃料濃度の濃い混
合気を生成することができるのである。
トン2が上死点位置にあるときの吸気弁側傾斜下面8a
と吸気弁側傾斜上面2aとの間の容積Vbと、燃焼室3
全体の容積Va+Vb+Vcとの容積比が、最適な値、
例えば、(Va+Vb)/(Va+Vb+Vc)=0.
4〜0.6の間の値となるように設定されているので、
燃費の向上と出力の向上とをバランス良く達成すること
ができるという利点がある。
に、このキャビティ容積比が大きすぎると最大トルクや
最高出力が低下してしまい、また、キャビティ容積比が
小さすぎると燃費が低下してしまうが、上述したよう
に、キャビティ容積比を最適な値に設定することによ
り、燃費向上と出力向上とを両立することができるので
ある。
に、排気側隙間D3が最適値(D3=5〜8mm)に設
定されることにより、熱効率の高い燃焼状態を実現する
ことができ、やはり、最高出力を向上させることができ
るという利点がある。また、点火プラグ6の放電電極6
aとキャビティ25の表面との隙間D2を最適値(例え
ばD2=1〜2mm程度)に設定することにより、点火
プラグ6のピストン2との干渉を十分に避けながら高い
燃焼効率が得られるという利点を有している。
発明の筒内噴射型内燃機関によれば、燃焼室内に直接燃
料が噴射され、該燃焼室内に噴射された燃料を燃焼させ
るべく放電を行なう放電電極が突設された点火プラグを
そなえた筒内噴射型内燃機関において、吸気ポート下方
から該点火プラグ下方にかけて連続的に形成された球面
上の凹部を頂面に有するピストンと、該凹部内に向け燃
料を噴射する燃料噴射弁とをそなえ、シリンダヘッドに
該点火プラグを取り付けるための取付部が形成され、該
取付部の一部がシリンダヘッドの燃焼室形成面よりも該
燃焼室内に突出するように形成されて、該ピストンの上
死点位置への上昇時に該点火プラグの該放電電極が該ピ
ストンの該凹部内に位置するように配設されるという構
成により、従来より用いられている通常の点火プラグを
用いて、放電電極を凹部内近傍に配設することができ
る。これにより、放電電極が確実に燃料濃度の濃い部分
に位置するようになり、低コストで燃焼効率を向上させ
ることができるという利点がある。また、燃焼室でタン
ブル流を形成しやすくなるとともに、凹部内に向けて噴
射された燃料がこのタンブル流によって層状化され、凹
部内に位置する点火プラグの放電電極により確実な着火
が行なわれるという効果がある。
内燃機関によれば、上記請求項1記載の構成に加えて、
該シリンダヘッドの燃焼室形成面において、該取付部の
周囲に肉盛り部が形成されるという構成により、点火プ
ラグの下端部が直接燃焼室に晒されることが防止され、
点火プラグの下部のネジ部へのカーボン等の付着が防止
される。これにより、点火プラグの交換等の作業性が向
上するという利点がある。また、点火プラグの下部が、
肉盛り部により保護されることで、点火プラグ自体の耐
久性も向上するという利点がある。さらには、点火プラ
グに加わる熱を肉盛り部を介してシリンダヘッドに逃が
すことができるため、熱に対する耐久性をも向上させる
ことができるという利点も有している。
内燃機関によれば、上記請求項1又は2記載の構成に加
えて、該取付部の一部がシリンダヘッドの燃焼室形成面
よりも該燃焼室内に突出するように形成されるととも
に、該点火プラグの該放電電極が、点火プラグ本体から
突出することにより、該ピストンの上死点位置への上昇
時に該点火プラグの該放電電極が該ピストンの凹部近傍
となるように配設されるという構成により、点火プラグ
の放電電極の耐久性を維持しながら、放電電極を燃料濃
度の濃い部分に確実に配設することができ、燃焼効率を
向上させることができるという利点がある。
おける燃焼室の構成を示す模式的な断面図である。
おける要部としてのピストンの形状を示す模式図であっ
て、(a)はその上面図、(b)はその正面図、(c)
は(b)におけるA1―A1断面図である。
おけるピストンの頂面とシリンダヘッドの下面との相対
的な位置関係を示す図である。
おける燃焼室の全容積とピストンの凹部の容積と比を説
明するための模式図である。
おけるピストンの凹部形状の容積比の変化に伴う機関の
特性の変化を説明するためのグラフである。
おけるピストンの凹部形状の他の例を示すためのピスト
ンの模式図であって、(a)はその上面図、(b)はそ
の正面図、(c)は(b)におけるA3―A3断面図で
ある。
おけるピストンの凹部形状の他の例を示すためのピスト
ンの模式図であって、(a)はその上面図、(b)はそ
の正面図、(c)は(b)におけるA4―A4断面図で
ある。
おける作用を説明するためのグラフである。
おける作用を説明するためのグラフである。
における燃焼室の形状の差による燃費及びHC排出量の
変化特性を示すグラフである。
示す模式的な断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 燃焼室内に直接燃料が噴射され、該燃焼
室内に噴射された燃料を燃焼させるべく放電を行なう放
電電極が突設された点火プラグをそなえた筒内噴射型内
燃機関において、吸気ポート下方から該点火プラグ下方にかけて連続的に
形成された球面上の凹部を頂面に有する ピストンと、 該凹部内に向け燃料を噴射する燃料噴射弁とをそなえ、 シ リンダヘッドに該点火プラグを取り付けるための取付
部が形成され、該取付部の一部がシリンダヘッドの燃焼
室形成面よりも該燃焼室内に突出するように形成され
て、該ピストンの上死点位置への上昇時に該点火プラグ
の該放電電極が該ピストンの該凹部内に位置するように
配設されていることを特徴とする、筒内噴射型内燃機
関。 - 【請求項2】 該シリンダヘッドの燃焼室形成面におい
て、該取付部の周囲に肉盛り部が形成されていることを
特徴とする、請求項1記載の筒内噴射型内燃機関。 - 【請求項3】 該取付部の一部がシリンダヘッドの燃焼
室形成面よりも該燃焼室内に突出するように形成される
とともに、該点火プラグの該放電電極が、点火プラグ本
体から突出することにより、該ピストンの上死点位置へ
の上昇時に該点火プラグの該放電電極が該ピストンの該
凹部内に位置するように配設されていることを特徴とす
る、請求項1又は2記載の筒内噴射型内燃機関。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11755495A JP3298361B2 (ja) | 1995-05-16 | 1995-05-16 | 筒内噴射型内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11755495A JP3298361B2 (ja) | 1995-05-16 | 1995-05-16 | 筒内噴射型内燃機関 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08312354A JPH08312354A (ja) | 1996-11-26 |
JP3298361B2 true JP3298361B2 (ja) | 2002-07-02 |
Family
ID=14714695
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11755495A Expired - Fee Related JP3298361B2 (ja) | 1995-05-16 | 1995-05-16 | 筒内噴射型内燃機関 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3298361B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0879942B1 (en) * | 1997-05-20 | 2002-11-27 | Nissan Motor Co., Ltd. | Direct injection gasoline engine with stratified charge combustion and homogeneous charge combustion |
EP0916019B1 (en) * | 1997-06-03 | 2003-09-03 | Nissan Motor Company, Limited | Piston for cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine |
US8056531B2 (en) | 2010-06-24 | 2011-11-15 | Ford Global Technologies Llc | Shallow piston bowl and injector spray pattern for a gasoline, direct-injection engine |
-
1995
- 1995-05-16 JP JP11755495A patent/JP3298361B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08312354A (ja) | 1996-11-26 |
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