JPH0835429A - 筒内噴射式火花点火機関 - Google Patents

筒内噴射式火花点火機関

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JPH0835429A
JPH0835429A JP6175577A JP17557794A JPH0835429A JP H0835429 A JPH0835429 A JP H0835429A JP 6175577 A JP6175577 A JP 6175577A JP 17557794 A JP17557794 A JP 17557794A JP H0835429 A JPH0835429 A JP H0835429A
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武 郷野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 広い運転範囲で安定した成層燃焼を行うこと
のできる筒内噴射式火花点火機関を提供する。 【構成】 ピストン１上面に凹状の燃焼室５を形成す
る。燃焼室形状を吸気スワール流Ｓに対して上流側か
ら、円弧状の第１の壁面区間５ａ、直線状の第２の壁面
区間５ｂ、円弧状の第３の壁面区間５ｃを連続して配置
した形状とし、点火プラグ４を圧縮上死点近傍で第２の
壁面区間に近接した位置になるように配置する。燃料噴
射弁２は燃焼室の第１の壁面区間側に霧状の燃料を噴射
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、筒内噴射式火花点火機
関に関し、詳細には燃焼室内に噴射した燃料により点火
プラグ近傍に可燃空燃比の混合気層を形成して点火する
ことにより、全体として希薄空燃比の混合気での運転を
可能とする筒内噴射式火花点火機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような筒内噴射式火花点火機関の例
としては、例えば特開平５−２３１１５５号公報に記載
されたものがある。同公報に記載の機関は、ピストン上
面に円形状の凹部からなる燃焼室を形成し、燃料噴射弁
から燃焼室内に噴射した燃料により、上記燃焼室壁面に
形成したプラグポケット内に可燃空燃比の混合気を形成
して点火プラグにより点火可能としたものである。
【０００３】更に、同公報の機関では、燃料噴射弁は貫
徹力が強く噴霧角の狭い燃料ジェットを形成するように
され、さらに燃料は前記プラグポケットよりも上流側の
燃焼室壁面に衝突するように噴射される。このため、噴
射された燃料の一部は壁面との衝突で微粒化し、この微
粒化した燃料は燃焼室壁面に沿ってプラグポケットに向
かって流れ、プラグポケット内に流入する。また、この
時、燃料の一部は高温の燃焼室壁面から熱を受けて気化
し、プラグポケット内に混合気が形成される。
【０００４】上記により、燃焼室内に吸入される空気量
に対して燃料噴射量が少ない場合でも、燃料はプラグポ
ケットに集められるため、プラグポケット内には燃焼室
の他の部分に比較して濃い、可燃空燃比範囲の混合気が
形成され、点火プラグによる着火が容易となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記特開平５−２３１
１５５号公報の筒内噴射式火花点火機関では、低負荷運
転等で燃料噴射量が少ない場合でも、点火プラグ近傍に
燃料を集めて可燃範囲の空燃比の混合気を形成できるた
め、機関の安定した運転が可能となる利点がある。しか
し、上記公報の機関のように、噴射した燃料を点火プラ
グ近傍に集めて混合気を形成するように燃焼室形状を設
定すると、機関高負荷運転時等に着火性の悪化、スモー
クの発生、点火プラグの汚損等の問題を生じる場合があ
る。
【０００６】すなわち、高負荷運転時には燃焼室に噴射
される燃料の量も多くなるため、たとえば、上記公報の
機関のように、プラグポケット内に噴射燃料を集中させ
るような燃焼室形状を採用すると、高負荷運転時にはプ
ラグポケット内に多量の燃料が流入してしまい、プラグ
ポケット内の混合気が過濃となり、点火時に失火や不完
全燃焼によりスモークが発生したりプラグにカーボンが
付着したりする問題が生じるのである。
【０００７】上記公報の機関では、燃料を集中させるプ
ラグポケットを燃焼室に設けたためにこのような問題が
生じているのであるが、プラグポケットを有さない燃焼
室形状であっても、点火プラグ近傍に燃料を集めて低負
荷時に可燃空燃比の混合気を生成して点火を行うよう
な、いわゆる成層燃焼を行う機関では、機関高負荷運転
で燃料噴射量が増大すると点火プラグ周りの混合気が過
濃になり着火性の悪化、スモークの発生、点火プラグの
汚損などの問題が生じる。
【０００８】一方、この問題を解決するために、高負荷
時に噴射燃料を燃焼室内に均一に分散させるように燃焼
室形状を設定すると、低負荷運転時には少ない量の燃料
が燃焼室全体に分散されるため、混合気が過度に希薄に
なり着火できなくなる問題が生じる。本発明は上記問題
に鑑み、機関の広範囲な運転条件にわたって安定した燃
焼を実現可能な筒内噴射式火花点火機関の燃焼室形状を
提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、ピストン上面に形成した凹状の燃焼室と、ピス
トン圧縮行程中に前記燃焼室内に霧状の燃料を噴射する
筒内燃料噴射弁と、点火プラグと、燃焼室内に吸気の旋
回流を生じさせる手段とを備えた筒内噴射式火花点火機
関において、前記燃焼室壁面は前記旋回流の流れ方向に
沿って略円弧状に形成された第１の区間と、前記第１の
区間に連続して前記旋回流方向下流側に流れ方向に沿っ
て略直線状に形成された第２の区間と、前記第２の区間
に連続して前記旋回流方向下流側に、流れ方向に沿って
略円弧状に形成された第３の区間とを備え、前記点火プ
ラグは、ピストン上死点付近において、プラグ電極部が
燃焼室内の前記第２の区間の壁面に近接した位置に突出
するように配置され、前記燃料噴射弁は、前記燃焼室内
の点火プラグより前記第１の壁面区間側の部分に燃料を
噴射する噴孔を備えたことを特徴とする筒内噴射式火花
点火機関が提供される。
【００１０】また、請求項２に記載の発明によれば、請
求項１において、前記燃焼室の点火プラグより第３の壁
面区間側の部分の容積を、前記第１の壁面区間側の部分
の容積より大きくしたことを特徴とする筒内噴射式火花
点火機関が提供される。更に、請求項３に記載の発明に
よれば、請求項１において、前記燃焼室の点火プラグよ
り第１の壁面区間側の部分の容積を、前記第３の壁面区
間側の部分の容積より大きくしたことを特徴とする筒内
噴射式火花点火機関が提供される。
【００１１】また、請求項４に記載の発明によれば、請
求項２において前記第２の区間の前記点火プラグより前
記旋回流方向下流側の区間または前記第３の区間の燃焼
室壁面に凹状のポケット部を設けたことを特徴とする筒
内噴射式火花点火機関が提供される。
【００１２】
【作用】請求項１に記載の発明では、燃料噴射弁は、霧
状の燃料を点火プラグより第１の壁面区間側の燃焼室内
に噴射する。この第１の壁面区間部分では燃焼室壁面は
概略円弧状に形成されており、吸気旋回流はこの円弧状
壁面に沿って流れている。このため噴射された燃料は、
吸気旋回流に乗って拡散しつつ可燃空燃比の混合気を形
成しながら燃焼室の円弧状壁面に沿って第１の壁面区間
から第２の区間に向けて流れる。
【００１３】また、上記第２の区間の壁面は略直線状で
あるため、第２の壁面区間に到達した燃料はこの部分に
滞留することなく燃焼室壁面の第２の区間に沿って流
れ、燃焼室の第３の壁面側の部分に流入する。従って、
燃焼室壁面の第２の区間近傍では、ピストン圧縮行程時
に第１の区間側から第３の区間側に向かう可燃混合気の
流れが存在する。一方、点火プラグは、その先端の電極
部がピストン上死点付近で燃焼室内の上記第２の区間の
壁面近傍に突出するように配置されているため、ピスト
ン上死点付近では点火プラグ電極近傍を可燃混合気の流
れが通過することになり点火プラグにより混合気の安定
な着火が行われる。
【００１４】すなわち、請求項１の発明では従来の技術
のように噴射された燃料を点火プラグ近傍に滞留させて
混合気を形成するのではなく、噴射された燃料が拡散し
つつ可燃混合気を形成した状態で点火プラグ部分を通過
する。このため、燃料噴射が多い場合（燃料噴射時間が
長い場合）でも、噴射された燃料は次々と吸気旋回流に
運び去られて適切な濃度の状態で点火プラグ付近を通過
することになり、点火プラグの周囲を燃料噴射量にかか
わらず常に一定の範囲の空燃比の混合気が通過するよう
になる。
【００１５】請求項２に記載の発明では、更に請求項１
に加えて、燃焼室の点火プラグに対して第３の壁面区間
側の部分（吸気旋回流下流側）の容積を、第１の壁面区
間側の部分（吸気旋回流上流側）の容積より大きく形成
している。本発明では、請求項１の作用に加え、燃料が
流入する第３の壁面区間側部分の容積を大きく設定した
ことにより、燃料噴射量が多い場合でも、第３の壁面区
間側の部分に流入した燃料が点火プラグ近傍に滞留する
ことが防止される。また、第１の壁面区間側燃焼室容積
を比較的小さく設定したことにより、噴射された燃料が
点火プラグ側に流入しやすくなるため、燃料噴射量が少
ないときに燃料の拡散が進みすぎて混合気が希薄化する
ことが防止される。
【００１６】また、請求項３に記載の発明では、請求項
２とは逆に、第１の壁面区間側の燃焼室部分が第３の壁
面区間部分の容積より大きく形成されている。燃料が噴
射される第１の壁面区間側の燃焼室部分の容積を大きく
とったことにより、噴射された燃料がこの部分で十分に
拡散した状態で点火プラグに到達するため、請求項１の
作用に加え、機関高回転時等に燃料噴射から点火までの
時間が短い場合にも噴射された燃料が十分に拡散して可
燃混合気を形成した状態で点火プラグに到達するように
なる。また、燃料噴射量が多い場合でも噴射された燃料
は第１の壁面区間側の燃焼室部分で十分に拡散した状態
で点火プラグに到達し、点火プラグ近傍に燃料が滞留す
ることがない。
【００１７】さらに、請求項４に記載の発明では、請求
項２で燃焼室の第３の壁面区間側の部分の容積を大きく
形成する際に、第２若しくは第３の区間の壁面に凹状の
ポケット部を設けることにより、第３の壁面区間側の容
積を増大させている。これにより第３の壁面区間側の容
積を増大させても点火プラグと第２の区間の壁面との距
離が増大することがなく、点火プラグでの点火が容易に
なる。
【００１８】
【実施例】以下、添付図面を用いて本発明の実施例につ
いて説明する。図１は、本発明を適用する筒内噴射式火
花点火機関を示す。本実施例では多気筒の機関が使用さ
れているが、図１はその内の１気筒のみについて示して
いる。図１において、１０はシリンダ、１はピストン、
５はピストン１の上面に形成された後述する形状の燃焼
室を示す。また、２はシリンダ１０内に直接燃料を噴射
する筒内燃料噴射弁、４は点火プラグを示している。
【００１９】更に、７ａ、７ｂ及び９ａ、９ｂ（図１に
は７ｂ、９ｂとのみを示す）は、それぞれ吸気弁と排気
弁を示す。本実施例では、後述するように各シリンダに
はそれぞれ２つの吸気弁と排気弁とが備えられたいわゆ
る４弁構造とされている。図２は、図１のピストン１０
の平面図を示す。図２に鎖線で示すように、本実施例の
吸気弁７ａ、７ｂの設けられた吸気ポート８ａ、８ｂは
それぞれ独立した吸気通路１１ａ、１１ｂが接続されて
いる。本実施例では、吸気ポート８ａは、シリンダ１０
内に吸気が流入する際に吸気流に対して旋回運動を付与
し、シリンダ軸線に対して直角な方向の吸気旋回流（ス
ワール）をシリンダ内に生じさせる形状のスワールポー
トとされている。すなわち、吸気ポート８ａは吸気流を
旋回方向に導く螺旋状の形状をした、いわゆるヘリカル
ポート形状とされている。
【００２０】一方、これに対して吸気ポート８ｂはシリ
ンダ１０内に直線的に吸気が流入する通常の形状のスト
レートポートとされている。また、吸気ポート８ｂ（ス
トレートポート）側に接続される吸気通路１１ｂには板
状の弁体を有する吸気制御弁（ＳＣＶ）２０が設けられ
ており、機関負荷状態に応じて吸気通路１１ｂを開閉す
るようになっている。
【００２１】ＳＣＶ２０が吸気通路１１ｂを閉鎖した状
態では、吸入空気の大部分は吸気通路１１ａ側を通って
流れ、スワールポート８ａからシリンダ１０内に流入す
るようになる。このためシリンダ１０内には、シリンダ
軸線に対して直角方向に旋回する吸気流が発生し、吸気
行程終了後ピストン１が上昇するにつれて燃焼室５内に
は図２に矢印Ｓで示す方向のスワールが生じる。
【００２２】以下に説明する各実施例では、このように
ピストン１が上昇中の圧縮行程で筒内燃料噴射弁２から
燃料が噴射される。前述のように、特開平５−２３１１
５５号公報の機関では燃料噴射弁は貫徹力の大きい、拡
がり角の小さい燃料ジェットを形成し、噴射した燃料を
燃焼室壁面に衝突させることにより燃料の微粒化を行っ
ているのに対して、本実施例の燃料噴射弁２は、比較的
貫徹力の弱く拡がり角の大きい微細な霧状の燃料を噴射
する形式のものが使用される。また、図２に示すよう
に、本実施例では点火プラグ４はピストン１の略中央部
に突出しており、燃料噴射弁２は点火プラグ４の方向に
対して、図にθ1 で示した角度だけスワール流Ｓの上流
側を指向して燃料を噴射する噴孔を有している。また、
図１に示すように燃料噴射弁２の燃料噴射方向は、水平
に対して図にθ2 で示した角度だけ下方を指向してい
る。これは、後述するように燃料噴射タイミング（すな
わちピストンの位置）の広い範囲で噴射燃料が確実に燃
焼室５内に入射するようにするためである。
【００２３】次に、本実施例の燃焼室５の形状について
説明する。本実施例の燃焼室５は、図２に示すように、
燃焼室５の互いに対向する位置の第１の区間の壁面５ａ
と第３の区間の壁面５ｃはそれぞれスワール流の流れ方
向に沿って略円弧状に（すなわち、シリンダ軸線に直角
な断面形状が略円弧形状の一部をなすように）なってお
り、この２つの円弧状壁面は燃料噴射弁２に対向する側
で略直線状の第２の壁面区間５ｂで接続されている。一
方、第１と第２の壁面区間５ａ、５ｃは燃料噴射弁２の
位置する側では緩やかな円弧状の壁面５ｄで接続されて
いる。また、点火プラグ４はシリンダの略中央位置に配
置され、ピストンが上死点近傍にきたときに、先端の放
電電極部が上記第２の区間の壁面５ｂに近接した位置の
燃焼室室内に突出するようになっている。
【００２４】また、図１に示すように、燃焼室５の底面
５ｅは略平坦な形状とされ、底面と燃焼室壁面とは凹状
曲面で接続されており、燃焼室５は深さ方向中央付近が
最も断面積が大きくなっている。また、後述のように混
合気を点火プラグ４近傍に通過し易くするため、第２の
壁面区間５ｂ側の壁面６ｂは第４の壁面区間５ｄ側壁面
６ｄより壁面高さが高くなるようにされている。
【００２５】図２に矢印Ｓで示すように吸気スワール
は、燃焼室内で上記第１の壁面区間５ａから第２の壁面
区間５ｂを通り第３の壁面区間５ｃに向かう方向に流れ
るようになっており、燃料噴射弁２からの燃料噴射は点
火プラグ４のスワール流方向上流側、すなわち燃焼室５
のうち第１の壁面区間側の部分に向けて行われる。さら
に、本実施例では第３の壁面区間５ｃは、第１の壁面区
間５ａに較べて小さな半径を有する円弧で構成されてお
り、その結果第３の壁面区間５ｃと点火プラグ４との距
離（図２にＬＣで示す）は第１の壁面区間５ａと点火プ
ラグとの距離（図２にＬＡで示す）より大きくなり、点
火プラグを通り第２の壁面区間に垂直な直線（図２にＰ
で示す）に対して第３の壁面区間５ｃ側の燃焼室容積が
第１の壁面区間５ａ側の燃焼室容積より大きくなってい
る。
【００２６】すなわち、従来の燃焼室形状は回転体形状
（円形断面）であったのに対し、本実施例の燃焼室形状
は対称軸線を有さない非対称形状となっている。次に、
上記のように構成した燃焼室における混合気の点火につ
いて説明する。本実施例では、前述のように燃料噴射は
ピストンの圧縮行程中に行われ、燃料噴射時には燃焼室
５内に、図２に矢印Ｓで示す方向のスワールが生じてい
る。
【００２７】この状態で、燃料噴射弁２から貫徹力の小
さい霧状の燃料が噴射されると、噴射された霧状の燃料
はスワールに乗って拡散しつつ第１の壁面区間５ａに沿
って流れる。このため第２の壁面区間５ｂ近傍の点火プ
ラグを通過するまでに霧状の燃料は拡散して吸気と混じ
り合い、さらに壁面の熱により一部が気化して可燃混合
気が形成される。
【００２８】このため、ピストン上死点近傍では点火プ
ラグ近傍を可燃混合気が通過することになり、点火プラ
グによる混合気の着火が容易に行われるようになる。ま
た、点火プラグ近傍を通過した混合気は第２の壁面区間
５ｂを通過して燃焼室の第３の壁面区間５ｃ側に流入す
るが、燃焼室の第３の壁面区間側部分の容積は第１の壁
面区間側部分の容積より大きいため、燃料噴射量が多い
場合でも、噴射された燃料が点火プラグ近傍に滞留して
点火プラグ近傍の混合気が過濃になってしまうことが防
止される。
【００２９】上記の混合気着火過程を図３、図４を用い
て更に詳細に説明する。図３は低負荷運転時で燃料噴射
量が少ない場合の噴射燃料の挙動を、また図４は比較的
負荷が高く燃料噴射量が多い場合の噴射燃料の挙動を示
している。本実施例の燃料噴射弁２は開弁時の単位時間
当たりの燃料噴射量は常に一定になるように制御されて
おり、噴射弁の開弁時間を変えることにより燃料噴射量
を制御している。従って、燃料噴射弁の開弁時間は燃料
噴射量が少ないときには短く、多いときには長く設定さ
れる。また、本実施例では燃料噴射から点火までの期間
は燃料噴射量や機関回転速度にかかわらず一定になるよ
うに制御されている。すなわち、本実施例では、燃料噴
射量が少ない場合には比較的遅い時期から燃料噴射を開
始し、燃料噴射量が多い場合には比較的早い時期から燃
料噴射量を開始する。
【００３０】図３は燃料噴射量が少ない場合を示してお
り、燃料は圧縮行程の比較的遅い時期に燃焼室５の第１
の壁面区間側に噴射される（図３(A) ）。この燃料は、
比較的小さい霧状の塊Ｆを形成し、スワールに乗って円
弧状の第１の壁面区間５ａに沿って流れ、この間に燃料
の拡散と気化とにより可燃混合気層Ｇを形成し、第２の
壁面区間５ｂに到達する。第２の壁面区間５ｂは略直線
状に形成されているため、上記により形成された可燃混
合気Ｇは第２の壁面区間５ｂに沿って点火プラグ４を速
やかに通過して燃焼室の第３の壁面区間５ｃ側に流入す
る。点火プラグ４のスパークは、この混合気が点火プラ
グ４位置を通過中（図３(C) ）に行われるように点火時
期が設定されているため、点火プラグ近傍を通過中の可
燃混合気に容易に着火が行われ、火炎が混合気層全体に
伝播する。
【００３１】本実施例の燃料噴射弁のように微細な霧状
の燃料噴射を行う場合、燃料は比較的拡散しやすいた
め、燃料噴射量が特に少ない場合には噴射された燃料が
拡散しすぎてしまい混合気が希薄になりすぎる場合があ
る。本実施例では、第１の壁面区間側の燃焼室容積を比
較的小さく設定したことにより、第１の壁面区間と点火
プラグとの距離（図２、ＬＡ）が短くなり噴射された燃
料が比較的点火プラグ側に流入しやすくなる。このため
燃料噴射量が特に少ないような場合でも燃料の拡散が進
み過ぎて混合気層が希薄になることがないため、点火プ
ラグによる点火が容易になる利点がある。
【００３２】一方、図４は燃料噴射量が比較的多い場合
を示しており、燃料は圧縮行程の比較的早い時期に噴射
される（図４(A) ）。この燃料は、図３の場合に較べて
大きな霧状の燃料塊Ｆ′を形成する。この燃料も図３の
場合と同様に拡散と気化により可燃混合気層Ｇ′を形成
し、第２の壁面区間５ｂに沿って点火プラグ４を通過し
て流れ（図４(B) ）、点火プラグ４により図３の場合と
略同様な時期に点火が行われる（図４(C) ）。
【００３３】本実施例では、燃料噴射量にかかわらず燃
料噴射時期から点火までの期間は略一定に保たれている
ため、燃料噴射量が多い場合には早い時期から燃料噴射
が開始されるので、図４(C) に示すように、点火プラグ
により点火が行われるまでには比較的多量の燃料が点火
プラグ４を通過して燃焼室５の第３の壁面区間５ｃ側に
流入している。しかし、本実施例では、燃焼室５の第３
の壁面区間５ｃ側部分の容積は第１の壁面区間５ａ側よ
り大きくなっているため、燃焼室５の第３の壁面区間５
ｃ側部分に流入した燃料が点火プラグ４部分に滞留する
ことが防止され、燃料噴射量が多い場合に点火プラグ近
傍の混合気が過濃になることがない。
【００３４】すなわち、本実施例によれば、点火プラグ
周りに燃料を滞留させて可燃混合気を形成するのではな
く、可燃空燃比範囲の混合気を点火プラグ近傍を通過さ
せて点火するようにしたことにより、燃料噴射量にかか
わらず混合気の良好な着火を維持することが可能となっ
ている。次に、本発明の上記とは別の実施例を説明す
る。図５、図６は本実施例における燃焼室内の噴射燃料
の挙動を示す図３、図４と同様な図である。
【００３５】図５、図６の各図に示すように、本実施例
の燃焼室５の形状は、同様に略円弧状の第１と第３の壁
面区間と略直線状の第２の壁面区間とを有する非対称形
状である点は図１から図４の実施例の燃焼室５と同様で
ある。しかし、本実施例の燃焼室形状は、図１から図４
の実施例とは逆に、第１の壁面区間５ａが第３の壁面区
間５ｃに較べて小さな半径を有する円弧で構成されてお
り、第１の壁面区間５ａ側の燃焼室容積が第３の壁面区
間５ｃ側の燃焼室容積より大きくなっている。
【００３６】その他の点、例えば燃料噴射弁２や点火プ
ラグ４の位置、スワールの方向、燃焼室のシリンダ軸線
に沿った方向の断面形状等については、本実施例におい
ても図１から図４の実施例と同様に構成されている。上
記のように、前述の実施例とは逆に第１の壁面区間５ａ
側の燃焼室容積を大きく設定したことによる作用を説明
する。
【００３７】前述のように図１から図４に示した実施例
では、燃焼室の第１の壁面区間５ａ側部分に噴射された
燃料を、スワールに乗せて積極的に燃焼室の第３の壁面
区間５ｃ側部分に流すことにより、点火プラグ４近傍へ
の燃料の滞留を防止していた。しかし、このため噴射さ
れた燃料が点火プラグに到達するまでの時間が比較的短
くなってしまうことと、燃料が点火プラグ側に流入しや
すくなるため、例えば機関高回転時等には噴射された燃
料が十分に拡散しないまま点火プラグ４に到達してしま
う場合が生じる可能性がある。また、燃料が拡散する時
間をできるだけ長くとるために、混合気通過時期に対し
て相対的に点火タイミングを遅らせて混合気が点火プラ
グを通過し終わる直前に点火を行うようにする場合（図
３(C) ）にも、混合気が点火プラグ近傍を通過する時間
が限られてしまい、十分な拡散時間がとれない問題があ
る。
【００３８】本実施例では、上記実施例とは逆に第１の
壁面区間側の燃焼室容積を大きくすることにより、噴射
された燃料が十分に拡散して可燃混合気を形成するよう
にしている。すなわち、本実施例では、第１の壁面区間
側の燃焼室部分に噴射された燃料Ｆはスワールに乗って
第２の壁面区間に向けて運ばれるが、第１の壁面区間側
の燃焼室部分の容積が大きい（すなわち図５(A) に示す
距離ＬＡがＬＣより大きい）ため、機関高回転時及び高
負荷時にも燃料の拡散を十分に図ることができ、点火プ
ラグによる着火が容易になる。
【００３９】図５は本実施例における燃料噴射量が少な
い場合の噴射燃料の挙動を示す図であり、図５(A) から
(C) はそれぞれ図３(A) から(C) と同じ時点での燃料の
状態を示している。図５(C) と図３(C) とを比較する
と、図５(C) では噴射された燃料が十分に拡散した状態
で点火プラグに到達していることが判る。また、図６
(A) から(C) は燃料噴射量が多い場合の噴射燃料の挙動
を示し、同様に図４(A) から(C) に対応している。図６
から判るように、本実施例によれば、第１の壁面区間側
の燃焼室容積を大きくとったことにより、燃料噴射量が
多い場合でも噴射された燃料は第１の壁面区間側の燃焼
室部分内で十分に拡散し、点火プラグ近傍に滞留するこ
とがないため、プラグ近傍に過濃混合気が形成されるこ
とが防止される。
【００４０】次に、図７を用いて本発明の燃焼室形状の
更に別の実施例を説明する。図７に示す実施例では、燃
焼室形状は図１から図４に示した実施例と略同様に形成
され、第３の壁面区間５ｃ側の燃焼室部分の容積が第１
の壁面区間５ａ側の燃焼室部分の容積より大きくなって
いる。また、図７の実施例ではさらに、第２の壁面区間
５ｂと第３の壁面区間５ｃとの接続部近傍には凹状のポ
ケット５ｆが形成されており、第３の壁面区間側の燃焼
室容積が図１から図４の実施例に較べて一層大きくなっ
ている。
【００４１】前述のように、図１から図４の実施例で
は、第３の壁面区間側の燃焼室容積を第１の壁面区間側
の燃焼室容積に較べて大きくすることにより、第１の壁
面区間側の燃焼室部分に噴射された燃料を積極的に第３
の壁面区間側の燃焼室部分に流すようにしている。ま
た、第３の壁面区間側の燃焼室容積を大きく設定したこ
とにより、燃料噴射量が多い場合に点火プラグ近傍に燃
料が滞留することが防止される。従って、第３の壁面区
間側の燃焼室容積は燃料が多い場合でも噴射燃料を収容
し、点火プラグ近傍に滞留させないように十分な大きさ
を有する必要がある。
【００４２】このため、第３の壁面区間側の燃焼室容積
は、最大燃料噴射量に合わせて大きく設定する必要があ
り、例えば図３、図４に示したような成層燃焼（可燃空
燃比の混合気の層を形成して全体として希薄な空燃比の
燃焼を可能とする燃焼）を高負荷運転領域まで行う場合
には、燃料噴射量の増大に応じて第３の壁面区間側の燃
焼室容積を大きく設定しておく必要がある。
【００４３】ところが、燃焼室の縦方向の寸法（第１の
壁面区間と第３の壁面区間との距離）はピストン直径に
より制限されるため、ある限度以上に第３の壁面区間側
の燃焼室容積を大きくするためには燃焼室の横方向の寸
法を増大させる必要が生じる。通常、点火プラグはシリ
ンダ中央に配置されるため、上記のように燃焼室の横方
向の寸法が増大すると点火プラグと燃焼室の第２の壁面
区間との距離が増大してしまう。前述のように、図２の
実施例では混合気は第２の壁面区間に沿って流れるた
め、点火プラグと壁面との距離が大きくなると点火プラ
グによる混合気への点火が困難になる問題が生じてしま
う。
【００４４】図７の実施例では、凹状のポケット５ｆを
設けることにより上記の問題を解決している。すなわ
ち、凹状のポケット５ｆを設けたことにより、点火プラ
グと燃焼室の第２の壁面区間との距離（図７、ＬＢ）を
増大することなく第３の壁面区間側の燃焼室容積を大幅
に増大することができるようになり、燃料噴射量が多い
場合でも安定した成層燃焼を行うことが可能となってい
る。
【００４５】なお、図７では、ポケット５ｆの位置は第
２の壁面区間５ｂと第３の壁面区間５ｃとの接続部に設
けられているが、このポケット５ｆは第３の壁面区間側
の燃焼室容積を増大させる目的で設けるものであるか
ら、点火プラグより第３の壁面区間側の部分であれば上
記以外の位置に設けることも可能である。次に、図８、
図９に本発明の更に別の実施例を示す。
【００４６】図８の実施例では上述の各実施例とは異な
り、第１の壁面区間側の燃焼室容積と第３の壁面区間側
の燃焼室容積とが等しくなるように燃焼室形状が構成さ
れており、燃焼室は略対称形状になっている。成層燃焼
を行う場合、燃焼室形状は燃料噴射量が少ない場合には
噴射された燃料が燃焼室全体に拡散してしまうことを防
止して、適切なタイミングで点火プラグ近傍に可燃空燃
比範囲の混合気を形成することとともに、燃料噴射量が
多い場合には燃料が点火プラグ近傍に集中して過濃混合
気が形成されることを防止できるものである必要があ
る。ところが、この２つの要求を同時に満たすことは困
難であり、このため、例えば上述の図１から図４の実施
例では、第３の壁面区間側の燃焼室容積を第１の壁面区
間側燃焼室容積より大きくしたことにより、燃料噴射量
が少ない場合の拡散防止にやや重点がおかれた燃焼室形
状となっている。また、逆に図５、図６の実施例では第
１の壁面区間側燃焼室容積を大きくしたことにより、積
極的に燃料を拡散させることにやや重点がおかれた燃焼
室形状となっている。
【００４７】これに対して、図８に示す燃焼室形状は、
図１から図４の実施例と図５、図６の実施例との中間的
な性格を有するもので、第１の壁面区間側と第２の壁面
区間側との燃焼室容積を等しくすることにより、燃料噴
射量が少ないときの燃料拡散防止と、燃料噴射量が多い
ときの過濃混合気形成防止との両方の効果をある程度達
成可能となっている。
【００４８】更に、図９は図８の燃焼室形状の変形例を
示す。本実施例では、図８の燃焼室の第２の壁面区間５
ｂ部分のうち、点火プラグ４に対してスワール流れ方向
下流側部分の壁面の一部５ｇを点火プラグを中心とした
円弧状に形成して、点火プラグと壁面との距離を一定に
保ったものである。図８の燃焼室形状のように、点火プ
ラグ下流側の第２の壁面区間を直線状に形成すると、点
火プラグと壁面との距離は下流側になる程大きくなって
行くため、特に燃料噴射量が少ない場合等には混合気に
点火可能なタイミングが限定される。これに対して、上
述のように第２の壁面区間５ｂ上に円弧状部分５ｇを形
成したことにより、この範囲では点火プラグと壁面との
距離が一定に保たれるので、燃料噴射量が少ない場合等
にも点火可能なタイミングが拡がり、点火プラグにより
容易に点火ができるように成っている。
【００４９】
【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、筒内燃
料噴射を行う際に、機関の広範囲な運転条件で混合気へ
の点火を良好に行うことが可能となるという共通の効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する筒内噴射式火花点火機関の一
実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１の機関の燃焼室形状を示すピストンの平面
図である。
【図３】図２の実施例の燃焼室内に噴射された燃料の挙
動を説明する図である。
【図４】図２の実施例の燃焼室内に噴射された燃料の挙
動を説明する図である。
【図５】本発明の、別の実施例の燃焼室形状を示す、図
３と同様な図である。
【図６】本発明の、別の実施例の燃焼室形状を示す、図
４と同様な図である。
【図７】本発明の、別の実施例の燃焼室形状を示す図で
ある。
【図８】本発明の、別の実施例の燃焼室形状を示す図で
ある。
【図９】本発明の、別の実施例の燃焼室形状を示す図で
ある。
【符号の説明】
１…ピストン ２…燃料噴射弁 ４…点火プラグ ５…燃焼室 ５ａ…第１の壁面区間 ５ｂ…第２の壁面区間 ５ｃ…第３の壁面区間 ８ａ…スワールポート １０…シリンダ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｂ 31/02 Ｊ Ｆ０２Ｆ 3/26 Ａ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ピストン上面に形成した凹状の燃焼室
    と、ピストン圧縮行程中に前記燃焼室内に霧状の燃料を
    噴射する筒内燃料噴射弁と、点火プラグと、燃焼室内に
    吸気の旋回流を生じさせる手段とを備えた筒内噴射式火
    花点火機関において、 前記燃焼室壁面は前記旋回流の流れ方向に沿って略円弧
    状に形成された第１の区間と、前記第１の区間に連続し
    て前記旋回流方向下流側に、流れ方向に沿って略直線状
    に形成された第２の区間と、前記第２の区間に連続して
    前記旋回流方向下流側に、流れ方向に沿って略円弧状に
    形成された第３の区間とを備え、 前記点火プラグは、ピストン上死点付近において、プラ
    グ電極部が燃焼室内の前記第２の区間の壁面に近接した
    位置に突出するように配置され、 前記燃料噴射弁は、前記燃焼室内の点火プラグより前記
    第１の壁面区間側の部分に燃料を噴射する噴孔を備えた
    ことを特徴とする筒内噴射式火花点火機関。
  2. 【請求項２】 前記燃焼室の点火プラグより第３の壁面
    区間側の部分の容積を、前記第１の壁面区間側の部分の
    容積より大きくした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機関。
  3. 【請求項３】 前記燃焼室の点火プラグより第１の壁面
    区間側の部分の容積を、前記第３の壁面区間側の部分の
    容積より大きくした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機関。
  4. 【請求項４】 前記第２の区間の前記点火プラグより前
    記旋回流方向下流側の区間または前記第３の区間の燃焼
    室壁面に凹状のポケット部を設けた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機関。
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