JPH11182247A - 筒内噴射式エンジンの燃焼室構造 - Google Patents
筒内噴射式エンジンの燃焼室構造Info
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- JPH11182247A JPH11182247A JP9347657A JP34765797A JPH11182247A JP H11182247 A JPH11182247 A JP H11182247A JP 9347657 A JP9347657 A JP 9347657A JP 34765797 A JP34765797 A JP 34765797A JP H11182247 A JPH11182247 A JP H11182247A
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- F02B75/12—Other methods of operation
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
- F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
- F02B23/101—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on or close to the cylinder centre axis, e.g. with mixture formation using spray guided concepts
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ピストン上面での燃料の反射を利用して常に
良好な成層燃焼を確保することのできる簡単な構成の筒
内噴射式エンジンの燃焼室構造を得ること。 【解決手段】 筒内噴射式エンジンは、ペントルーフ型
の燃焼室天井部を有するシリンダヘッドと、燃焼室天井
部に対応して凸状に形成されたピストンヘッドを備える
ピストンとを有する。また、シリンダヘッドにはピスト
ンに向けてシリンダ軸方向に燃料を噴射する噴射手段
と、吸気手段側からシリンダ軸芯方向に対し斜めに突出
する点火プラグとを備えている。更に、ピストンヘッド
は、略真円状に開口し底面が吸気側に傾いたキャビティ
を凹設して有しており、ピストンヘッドと燃焼室天井部
との間にはピストンヘッドの中央に向かうスキッシュ領
域が形成されている。
良好な成層燃焼を確保することのできる簡単な構成の筒
内噴射式エンジンの燃焼室構造を得ること。 【解決手段】 筒内噴射式エンジンは、ペントルーフ型
の燃焼室天井部を有するシリンダヘッドと、燃焼室天井
部に対応して凸状に形成されたピストンヘッドを備える
ピストンとを有する。また、シリンダヘッドにはピスト
ンに向けてシリンダ軸方向に燃料を噴射する噴射手段
と、吸気手段側からシリンダ軸芯方向に対し斜めに突出
する点火プラグとを備えている。更に、ピストンヘッド
は、略真円状に開口し底面が吸気側に傾いたキャビティ
を凹設して有しており、ピストンヘッドと燃焼室天井部
との間にはピストンヘッドの中央に向かうスキッシュ領
域が形成されている。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料を燃焼室内に
直接噴射し、燃焼室内に成層混合気を形成して成層燃焼
を行う筒内噴射式エンジンの燃焼室構造に関するもので
ある。
直接噴射し、燃焼室内に成層混合気を形成して成層燃焼
を行う筒内噴射式エンジンの燃焼室構造に関するもので
ある。
【０００２】
【従来技術】従来より、エンジンの燃費を向上させる手
法として、理論熱効率の向上、ポンピングロスの低減、
フリクションの低減などが提唱されている。そのうち理
論熱効率の向上やポンピングロスの低減を図るために、
燃焼室内の圧縮比または膨張比を上昇させる方法の他
に、希薄燃焼制御や高ＥＧＲ（exhaust gas recirculat
ion ）燃焼制御等を行う方法がある。これら希薄燃焼制
御や高ＥＧＲ制御においては、シリンダ内にタンブル、
スワール、スキッシュなどのガス流動を発生させて、燃
焼室における混合気の燃焼性の向上を図っている。
法として、理論熱効率の向上、ポンピングロスの低減、
フリクションの低減などが提唱されている。そのうち理
論熱効率の向上やポンピングロスの低減を図るために、
燃焼室内の圧縮比または膨張比を上昇させる方法の他
に、希薄燃焼制御や高ＥＧＲ（exhaust gas recirculat
ion ）燃焼制御等を行う方法がある。これら希薄燃焼制
御や高ＥＧＲ制御においては、シリンダ内にタンブル、
スワール、スキッシュなどのガス流動を発生させて、燃
焼室における混合気の燃焼性の向上を図っている。
【０００３】そして、このようなエンジンは、吸気行程
において燃焼室内に均一な混合気を形成することを基本
としていたが、一方では燃料の噴射方向や噴射時期を調
整することにより燃焼室内における混合気の空燃比を局
所的に変えることも意図的に行われていた。
において燃焼室内に均一な混合気を形成することを基本
としていたが、一方では燃料の噴射方向や噴射時期を調
整することにより燃焼室内における混合気の空燃比を局
所的に変えることも意図的に行われていた。
【０００４】すなわち、燃焼室内において局所的に空燃
比をリッチとし、あるいは局所的な部分にだけ混合気を
形成する等により、燃焼室内全体ではトータルとしてリ
ーンな空燃比で燃焼させる成層燃焼方式などが提案され
ていた。
比をリッチとし、あるいは局所的な部分にだけ混合気を
形成する等により、燃焼室内全体ではトータルとしてリ
ーンな空燃比で燃焼させる成層燃焼方式などが提案され
ていた。
【０００５】しかしながら、従来の成層燃焼方式では、
このような燃焼室内における局所的な混合気の形成は十
分なものではなく、混合気形成の自由度の大幅な向上が
望まれていた。そこで、その対策としてシリンダ内に燃
料を直接噴射する種々の筒内噴射式エンジンが提案され
ている。
このような燃焼室内における局所的な混合気の形成は十
分なものではなく、混合気形成の自由度の大幅な向上が
望まれていた。そこで、その対策としてシリンダ内に燃
料を直接噴射する種々の筒内噴射式エンジンが提案され
ている。
【０００６】例えば、特開平５−１５４４号公報には、
吸気バルブ周りの一部に吸気ポートを通過する吸入空気
の流れを方向付けるマスク壁を設け、シリンダ内におい
て強制的に逆タンブル流を発生させ、圧縮行程時に吸気
ポートの下側に設けられた噴射手段（インジェクタ）か
らシリンダ軸方向に対して斜めに噴射される燃料を逆タ
ンブル流に乗せ、混合気を燃焼室頭頂部に設けられた点
火プラグの方向に導くようにした構成例が示されてい
る。
吸気バルブ周りの一部に吸気ポートを通過する吸入空気
の流れを方向付けるマスク壁を設け、シリンダ内におい
て強制的に逆タンブル流を発生させ、圧縮行程時に吸気
ポートの下側に設けられた噴射手段（インジェクタ）か
らシリンダ軸方向に対して斜めに噴射される燃料を逆タ
ンブル流に乗せ、混合気を燃焼室頭頂部に設けられた点
火プラグの方向に導くようにした構成例が示されてい
る。
【０００７】また、特開平６−１４６８８６号公報に
は、噴射手段を、上記特開平５−１５４４号公報の技術
と同様に吸気ポートの下側位置に取り付け、吸気ポート
の断面形状をその一方側半分が拡幅された構成としてい
る。そして、吸気流中心を偏心させて逆タンブル流の生
成を促進し、燃料をシリンダ軸方向に対して斜めに噴射
して逆タンブル流に乗せ、混合気を燃焼室頭頂部に設け
られた点火プラグの方向に導くようにした構成例が示さ
れている。
は、噴射手段を、上記特開平５−１５４４号公報の技術
と同様に吸気ポートの下側位置に取り付け、吸気ポート
の断面形状をその一方側半分が拡幅された構成としてい
る。そして、吸気流中心を偏心させて逆タンブル流の生
成を促進し、燃料をシリンダ軸方向に対して斜めに噴射
して逆タンブル流に乗せ、混合気を燃焼室頭頂部に設け
られた点火プラグの方向に導くようにした構成例が示さ
れている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平５一１５４４号公報に開示された筒内噴射式内燃機
関では、マスク壁により強制的に逆タンブル流を発生さ
せる吸気ポートを採用しているので、高速高負荷領域に
おいて吸入抵抗が過大となるおそれがある。これによ
り、吸入空気量の不十分状態が生じ、出力性能に影響が
出るおそれがある。
開平５一１５４４号公報に開示された筒内噴射式内燃機
関では、マスク壁により強制的に逆タンブル流を発生さ
せる吸気ポートを採用しているので、高速高負荷領域に
おいて吸入抵抗が過大となるおそれがある。これによ
り、吸入空気量の不十分状態が生じ、出力性能に影響が
出るおそれがある。
【０００９】次に、特開平６−１４６８８６号公報に開
示された技術では、上述のように吸気ポートの断面形状
の調整による逆タンブル流の生成を行い、ピストン上面
の湾曲部によりこの逆タンブル流の生成を促進するよう
にしている。しかし、湾曲部内のみが燃焼室空間を形成
する構成をとっているので圧縮比が過剰に高くなるおそ
れがある。これにより、通常のエンジンで用いられる燃
料、いわゆるレギュラーガソリンに適合する圧縮比を設
定するのが困難である。
示された技術では、上述のように吸気ポートの断面形状
の調整による逆タンブル流の生成を行い、ピストン上面
の湾曲部によりこの逆タンブル流の生成を促進するよう
にしている。しかし、湾曲部内のみが燃焼室空間を形成
する構成をとっているので圧縮比が過剰に高くなるおそ
れがある。これにより、通常のエンジンで用いられる燃
料、いわゆるレギュラーガソリンに適合する圧縮比を設
定するのが困難である。
【００１０】そして、通常の圧縮比となるように湾曲部
や、キャビティを大きくして充分な燃焼室容積を確保し
ようとすると、燃料噴射弁の噴射口と点火プラグの電極
との間に距離が増大して混合気を点火プラグ側に導くこ
とが難しく、成層混合気を精密に生成することが困難
で、燃焼の安定性や着火性が低いという不具合を有して
いる。
や、キャビティを大きくして充分な燃焼室容積を確保し
ようとすると、燃料噴射弁の噴射口と点火プラグの電極
との間に距離が増大して混合気を点火プラグ側に導くこ
とが難しく、成層混合気を精密に生成することが困難
で、燃焼の安定性や着火性が低いという不具合を有して
いる。
【００１１】本発明は、上記不具合を解決するためにな
されたものであり、その目的はピストン上面での燃料の
反射により生成する成層混合気を精密に生成することが
できる簡単な構成の筒内噴射式エンジンの燃焼室構造を
提供することにある。
されたものであり、その目的はピストン上面での燃料の
反射により生成する成層混合気を精密に生成することが
できる簡単な構成の筒内噴射式エンジンの燃焼室構造を
提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの燃焼室構造
は、インジェクタが燃焼室天井部のほぼ中央位置から燃
料を所定タイミングでシリンダ軸方向ピストンヘッドに
向けて噴射するように配置され、点火プラグが燃焼室天
井部の吸気側から燃焼室内に突出し、点火プラグの着火
部がピストンの略上死点位置にてキャビティの内方上部
位置でかつキャビティの中心から吸気側へ偏位した位置
に位置するように配置されている。
に、請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの燃焼室構造
は、インジェクタが燃焼室天井部のほぼ中央位置から燃
料を所定タイミングでシリンダ軸方向ピストンヘッドに
向けて噴射するように配置され、点火プラグが燃焼室天
井部の吸気側から燃焼室内に突出し、点火プラグの着火
部がピストンの略上死点位置にてキャビティの内方上部
位置でかつキャビティの中心から吸気側へ偏位した位置
に位置するように配置されている。
【００１３】そして、キャビティは、底部にインジェク
タから噴射された燃料が着火部方向に反射する角度に傾
斜した傾斜面を有している。また、燃焼室天井部とピス
トンは、圧縮行程時にピストン上面の周縁側から中央に
向かう混合気の流れであるスキッシュ流が生成される構
成を有している。
タから噴射された燃料が着火部方向に反射する角度に傾
斜した傾斜面を有している。また、燃焼室天井部とピス
トンは、圧縮行程時にピストン上面の周縁側から中央に
向かう混合気の流れであるスキッシュ流が生成される構
成を有している。
【００１４】上記構成を有する筒内噴射式エンジンは、
シリンダヘッド側に上昇してきたピストンが上死点の手
前所定位置に到達した際に、インジェクタから燃料が噴
射され、噴射された燃料（以下、単に「噴射燃料」とい
う）は、キャビティに向かって広がっていき、キャビテ
ィ内で受け止められ、反射、這い回り、跳ね上がりによ
り拡散し混合気を形成する。
シリンダヘッド側に上昇してきたピストンが上死点の手
前所定位置に到達した際に、インジェクタから燃料が噴
射され、噴射された燃料（以下、単に「噴射燃料」とい
う）は、キャビティに向かって広がっていき、キャビテ
ィ内で受け止められ、反射、這い回り、跳ね上がりによ
り拡散し混合気を形成する。
【００１５】ここで、キャビティ底部の吸気側に傾斜し
た傾斜面に衝突した噴射燃料は着火部側に反射され、反
射の勢いによってキャビティからはみ出そうな噴射燃料
はスキッシュ流により、キャビティ内に押し戻され、キ
ャビティ外への拡散が抑制される。これにより、点火プ
ラグの着火部近傍位置に混合気の固まりを形成させるこ
とができる。
た傾斜面に衝突した噴射燃料は着火部側に反射され、反
射の勢いによってキャビティからはみ出そうな噴射燃料
はスキッシュ流により、キャビティ内に押し戻され、キ
ャビティ外への拡散が抑制される。これにより、点火プ
ラグの着火部近傍位置に混合気の固まりを形成させるこ
とができる。
【００１６】したがって、噴射燃料の拡散する方向を精
密に制御することができ、混合気を吸気側に偏位した点
火プラグの着火部付近に適切なタイミングで生成するこ
とができる。すなわち、燃焼室内における混合気の生成
位置を正確かつ容易に制御することができる。
密に制御することができ、混合気を吸気側に偏位した点
火プラグの着火部付近に適切なタイミングで生成するこ
とができる。すなわち、燃焼室内における混合気の生成
位置を正確かつ容易に制御することができる。
【００１７】この結果、広い燃焼室空間においても混合
気の生成位置を正確に制御でき、広い運転領域で良好な
着火性及び燃焼安定性を確保することができると共に、
圧縮比を通常のエンジンで用いられる燃料、いわゆるレ
ギュラーガソリンに見合う値に設定することができる。
気の生成位置を正確に制御でき、広い運転領域で良好な
着火性及び燃焼安定性を確保することができると共に、
圧縮比を通常のエンジンで用いられる燃料、いわゆるレ
ギュラーガソリンに見合う値に設定することができる。
【００１８】請求項２に記載の筒内噴射エンジンの燃焼
室構造は、圧縮行程時に燃焼室内には正方向弱タンブル
のガス流動が存していることを特徴とする。これによ
り、点火時における燃焼室内に、スキッシュ流と弱タン
ブル流とのぶつかり合いによる良好な乱れを発生させ
る。この結果、混合気の燃焼が促進され、良好な運転
性、ＨＣの低減、燃費の向上を図ることができる。
室構造は、圧縮行程時に燃焼室内には正方向弱タンブル
のガス流動が存していることを特徴とする。これによ
り、点火時における燃焼室内に、スキッシュ流と弱タン
ブル流とのぶつかり合いによる良好な乱れを発生させ
る。この結果、混合気の燃焼が促進され、良好な運転
性、ＨＣの低減、燃費の向上を図ることができる。
【００１９】請求項３にかかる筒内噴射エンジンは、キ
ャビティの傾斜面がインジェクタの噴射中心軸より点火
プラグ側にオフセットした位置でかつピストン上面の上
方位置を中心とする凹曲面形状に形成されていることを
特徴とする。これにより、上記請求項１又は２の作用と
同様に燃焼室内における混合気の生成位置を正確かつ容
易に制御することができる。そして、特に、傾斜面を凹
曲面形状としたことにより、キャビティの凹部体積空間
がより拡大される。したがって、混合気の燃焼領域を拡
大することができ、燃費を更に向上させることができ
る。
ャビティの傾斜面がインジェクタの噴射中心軸より点火
プラグ側にオフセットした位置でかつピストン上面の上
方位置を中心とする凹曲面形状に形成されていることを
特徴とする。これにより、上記請求項１又は２の作用と
同様に燃焼室内における混合気の生成位置を正確かつ容
易に制御することができる。そして、特に、傾斜面を凹
曲面形状としたことにより、キャビティの凹部体積空間
がより拡大される。したがって、混合気の燃焼領域を拡
大することができ、燃費を更に向上させることができ
る。
【００２０】請求項４に記載の筒内噴射式エンジンの燃
焼室構造は、噴射した燃料がインジェクタの噴射中心軸
を中心として噴射方向に漸次広がる略円すい中空形状を
なすように噴射を行い、噴射した燃料の円すい状の広が
り角は、噴射時にキャビティ内に噴射燃料の広がり範囲
が収まるように設定されている。したがって、キャビテ
ィ内に成層混合気を容易かつ確実に形成することができ
る。
焼室構造は、噴射した燃料がインジェクタの噴射中心軸
を中心として噴射方向に漸次広がる略円すい中空形状を
なすように噴射を行い、噴射した燃料の円すい状の広が
り角は、噴射時にキャビティ内に噴射燃料の広がり範囲
が収まるように設定されている。したがって、キャビテ
ィ内に成層混合気を容易かつ確実に形成することができ
る。
【００２１】請求項５に記載の筒内噴射式エンジンの燃
焼室構造は、インジェクタが燃料に螺旋回転方向の動き
を与えて噴射する噴射ノズルを有している。この噴射ノ
ズルの噴射により、燃料噴射形状を略円すい中空形状に
形成することができる。
焼室構造は、インジェクタが燃料に螺旋回転方向の動き
を与えて噴射する噴射ノズルを有している。この噴射ノ
ズルの噴射により、燃料噴射形状を略円すい中空形状に
形成することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態
における筒内噴射式エンジン１０を概略的に説明する断
面説明図であり、図２は、図１のピストン１８の上面図
である。
て詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態
における筒内噴射式エンジン１０を概略的に説明する断
面説明図であり、図２は、図１のピストン１８の上面図
である。
【００２３】筒内噴射式エンジン１０は、図１に示した
ように、ペントルーフ状に形成された燃焼室天井部（以
下、単に「天井部」という）１２を有するシリンダヘッ
ド１４と、ピストンヘッド１６が天井部１２に対応して
凸形状に形成されたピストン１８と、ピストン１８が往
復動可能に嵌挿されるシリンダ２０を有するシリンダ部
２２とを基本的な構成要素としている。
ように、ペントルーフ状に形成された燃焼室天井部（以
下、単に「天井部」という）１２を有するシリンダヘッ
ド１４と、ピストンヘッド１６が天井部１２に対応して
凸形状に形成されたピストン１８と、ピストン１８が往
復動可能に嵌挿されるシリンダ２０を有するシリンダ部
２２とを基本的な構成要素としている。
【００２４】天井部１２は、図１に示したように、頂部
から漸次互いに離間し拡開する２つの斜面部１２ａ、１
２ｂを有しており、全体的には切妻屋根に似た形状をな
している。斜面部１２ａには、シリンダヘッド１４に設
けられた吸気ポート（図示せず）と燃焼室２４との間を
連通・遮断する吸気バルブ（図示せず）が２個設けられ
ている。また、斜面部１２ｂには、排気ポート（図示せ
ず）と燃焼室２４との間を連通・遮断する排気バルブ
（図示せず）が２個設けられている。以下、説明の便宜
上、吸気バルブ側を吸気ＩＮ側、排気バルブ側を排気Ｅ
Ｘ側という。また、天井部１２は、シリンダ２０の中心
よりも排気側にオフセットした位置に設けられている。
から漸次互いに離間し拡開する２つの斜面部１２ａ、１
２ｂを有しており、全体的には切妻屋根に似た形状をな
している。斜面部１２ａには、シリンダヘッド１４に設
けられた吸気ポート（図示せず）と燃焼室２４との間を
連通・遮断する吸気バルブ（図示せず）が２個設けられ
ている。また、斜面部１２ｂには、排気ポート（図示せ
ず）と燃焼室２４との間を連通・遮断する排気バルブ
（図示せず）が２個設けられている。以下、説明の便宜
上、吸気バルブ側を吸気ＩＮ側、排気バルブ側を排気Ｅ
Ｘ側という。また、天井部１２は、シリンダ２０の中心
よりも排気側にオフセットした位置に設けられている。
【００２５】点火プラグ３０は、図１に示したように、
シリンダヘッド１４の吸気ＩＮ側に設けられシリンダ２
０の軸方向に対して傾斜し、端部が燃焼室２４内に突出
するよう設けられている。また、点火プラグ３０は、燃
焼室２４側に突出した端部に着火部である電極部３２を
有している。
シリンダヘッド１４の吸気ＩＮ側に設けられシリンダ２
０の軸方向に対して傾斜し、端部が燃焼室２４内に突出
するよう設けられている。また、点火プラグ３０は、燃
焼室２４側に突出した端部に着火部である電極部３２を
有している。
【００２６】更に、天井部１２のほぼ中心上方位置に
は、インジェクタ３４が設けられている。インジェクタ
３４は、燃料をシリンダ２０の軸方向ピストンヘッド１
６に向けて噴射し、その噴射中心軸３５は、シリンダ２
０の中心軸線２１よりも排気ＥＸ側にオフセットした位
置に設定されている。そして、インジェクタ３４による
燃料の噴射形状は噴射中心軸３５を中心として次第に広
がる略円すい中空形状を形成する（図１中、点線ｆによ
り示す）。
は、インジェクタ３４が設けられている。インジェクタ
３４は、燃料をシリンダ２０の軸方向ピストンヘッド１
６に向けて噴射し、その噴射中心軸３５は、シリンダ２
０の中心軸線２１よりも排気ＥＸ側にオフセットした位
置に設定されている。そして、インジェクタ３４による
燃料の噴射形状は噴射中心軸３５を中心として次第に広
がる略円すい中空形状を形成する（図１中、点線ｆによ
り示す）。
【００２７】噴射燃料の略円すい中空形状は、例えば噴
射の広がり角を４０度〜８０度程度とする噴射角に設定
し、燃料に対して回転成分を与えつつ噴射することによ
り容易に形成することが可能である。具体的には、スワ
ールノズルを用いたインジェクタ３４によるホローコー
ン噴霧により形成することができる。
射の広がり角を４０度〜８０度程度とする噴射角に設定
し、燃料に対して回転成分を与えつつ噴射することによ
り容易に形成することが可能である。具体的には、スワ
ールノズルを用いたインジェクタ３４によるホローコー
ン噴霧により形成することができる。
【００２８】そして、吸気バルブを介して燃焼室２４と
連通・遮断される吸気ポート（図示せず）の形状によ
り、燃焼室２４内には正方向の弱タンブルガス流動が生
じるように構成されている。タンブル比はおよそ０．５
〜２程度となるよう設定されている。尚、正方向のタン
ブル流とは、ピストンヘッド１６上を吸気ＩＮ側から排
気ＥＸ側に転がる方向のガス流動をいう。
連通・遮断される吸気ポート（図示せず）の形状によ
り、燃焼室２４内には正方向の弱タンブルガス流動が生
じるように構成されている。タンブル比はおよそ０．５
〜２程度となるよう設定されている。尚、正方向のタン
ブル流とは、ピストンヘッド１６上を吸気ＩＮ側から排
気ＥＸ側に転がる方向のガス流動をいう。
【００２９】ピストン１８は、図１に示したように、シ
リンダ中心軸線２１と直交する平面形状に形成されたピ
ストンヘッド１６の周縁部１７と、この周縁部１７から
ペントルーフ型の天井部１２に対応して突出する凸部１
９を有している。
リンダ中心軸線２１と直交する平面形状に形成されたピ
ストンヘッド１６の周縁部１７と、この周縁部１７から
ペントルーフ型の天井部１２に対応して突出する凸部１
９を有している。
【００３０】そして、ピストン１８は、シリンダヘッド
１４との共働により圧縮行程においてピストン１８が上
死点直前まで上昇した際に、周縁部１７側からピストン
ヘッド１６の中央に向かう混合気の流れ、いわゆるスキ
ッシュ流（コンプレッション・タービュレンス）を生じ
させる構造を有している。
１４との共働により圧縮行程においてピストン１８が上
死点直前まで上昇した際に、周縁部１７側からピストン
ヘッド１６の中央に向かう混合気の流れ、いわゆるスキ
ッシュ流（コンプレッション・タービュレンス）を生じ
させる構造を有している。
【００３１】また、ピストンヘッド１６には、その中心
が噴射中心軸線３５よりも吸気ＩＮ側に所定量オフセッ
トされた略円形状の開口部３９を有して凹窩するキャビ
ティ３６が設けられている。キャビティ３６は、インジ
ェクタ３４より噴射された燃料が衝突した際に電極部３
２側へ反射する角度に傾斜した底部３７を備えている。
が噴射中心軸線３５よりも吸気ＩＮ側に所定量オフセッ
トされた略円形状の開口部３９を有して凹窩するキャビ
ティ３６が設けられている。キャビティ３６は、インジ
ェクタ３４より噴射された燃料が衝突した際に電極部３
２側へ反射する角度に傾斜した底部３７を備えている。
【００３２】そして、底部３７の排気側は、底部３７か
ら間に滑らかな曲面を介して所定角度で立ち上がり電極
部３２と対向する壁部３８と接続されている。したがっ
て、インジェクタから噴射された燃料が壁部３８に衝突
した場合にも電極部３２側に反射される。
ら間に滑らかな曲面を介して所定角度で立ち上がり電極
部３２と対向する壁部３８と接続されている。したがっ
て、インジェクタから噴射された燃料が壁部３８に衝突
した場合にも電極部３２側に反射される。
【００３３】点火プラグ３０の電極部３２は、ピストン
１８が上死点近傍に位置する場合にキャビティ３６上方
でかつキャビティ３６の中心から吸気ＩＮ側へオフセッ
トした位置となるようセッティングされており、本実施
の形態では、インジェクタ３４からの噴射燃料が直接衝
突しない位置に配置されている。
１８が上死点近傍に位置する場合にキャビティ３６上方
でかつキャビティ３６の中心から吸気ＩＮ側へオフセッ
トした位置となるようセッティングされており、本実施
の形態では、インジェクタ３４からの噴射燃料が直接衝
突しない位置に配置されている。
【００３４】そして、インジェクタ３４の噴射広がり角
の設定は、ピストン１８が上下動作時における所定タイ
ミング（上死点直前位置）においてキャビティ３６内に
噴射範囲が収まるように設定されている。
の設定は、ピストン１８が上下動作時における所定タイ
ミング（上死点直前位置）においてキャビティ３６内に
噴射範囲が収まるように設定されている。
【００３５】キャビティ３６の開口部３９の開口径ｄ
は、図２に示したように、シリンダ２０の径Ｄに対して
３０〜７０％程度の大きさに設定され、キャビティ３６
の深さは、最深部で周縁部１７からシリンダ径Ｄの１５
％程度迄を限度として設定されている。
は、図２に示したように、シリンダ２０の径Ｄに対して
３０〜７０％程度の大きさに設定され、キャビティ３６
の深さは、最深部で周縁部１７からシリンダ径Ｄの１５
％程度迄を限度として設定されている。
【００３６】次に、上記構成を有する筒内噴射エンジン
１０の動作及び作用について以下に説明する。尚、本実
施の形態における筒内噴射エンジン１０は、低・中負荷
運転時においてのみ成層燃焼運転を行い、高負荷運転時
には均一燃焼運転を行うように、燃料噴射量、噴射タイ
ミング、点火時期が制御される。
１０の動作及び作用について以下に説明する。尚、本実
施の形態における筒内噴射エンジン１０は、低・中負荷
運転時においてのみ成層燃焼運転を行い、高負荷運転時
には均一燃焼運転を行うように、燃料噴射量、噴射タイ
ミング、点火時期が制御される。
【００３７】この高負荷運転時に行われる均一燃焼は、
燃料を燃焼室２４内に吸気行程時に噴射するもので、吸
気行程時に吸気ポート内に燃料を噴射する従来のエンジ
ンとほぼ同様の動作であるため詳細な説明は省略し、こ
こでは本発明の特徴である低・中負荷運転時における成
層燃焼運転について説明する。
燃料を燃焼室２４内に吸気行程時に噴射するもので、吸
気行程時に吸気ポート内に燃料を噴射する従来のエンジ
ンとほぼ同様の動作であるため詳細な説明は省略し、こ
こでは本発明の特徴である低・中負荷運転時における成
層燃焼運転について説明する。
【００３８】まず最初に、圧縮行程において、エンジン
動作状態に応じて設定された所定タイミング、換言すれ
ば、ピストン１８が上死点近傍の所定位置まで上昇した
時点でインジェクタ３４からピストンヘッド１６に向け
て燃料がホローコーン形状に所定噴射量だけ噴射され
る。噴射された燃料は、更に上昇を続けるピストン１８
のキャビティ３６にて受け止められ、キャビティ３６内
で反射、這い回り、跳ね上がりなどにより拡散する。こ
の跳ね上がった燃料の一部は天井部１２に衝突して拡散
する。
動作状態に応じて設定された所定タイミング、換言すれ
ば、ピストン１８が上死点近傍の所定位置まで上昇した
時点でインジェクタ３４からピストンヘッド１６に向け
て燃料がホローコーン形状に所定噴射量だけ噴射され
る。噴射された燃料は、更に上昇を続けるピストン１８
のキャビティ３６にて受け止められ、キャビティ３６内
で反射、這い回り、跳ね上がりなどにより拡散する。こ
の跳ね上がった燃料の一部は天井部１２に衝突して拡散
する。
【００３９】そして、天井部１２がペントルーフ型に形
成されていることから、キャビティ３６にて跳ね上がり
その勢いで天井部１２と衝突した燃料は、燃焼室中央側
に集合するように反射する。また、キャビティ３６の底
部３７と衝突した噴射燃料は、その傾斜により点火プラ
グ３０側に反射され、電極部３２付近にて拡散する。
成されていることから、キャビティ３６にて跳ね上がり
その勢いで天井部１２と衝突した燃料は、燃焼室中央側
に集合するように反射する。また、キャビティ３６の底
部３７と衝突した噴射燃料は、その傾斜により点火プラ
グ３０側に反射され、電極部３２付近にて拡散する。
【００４０】そして、ピストン１８の更なる上昇によっ
て、天井部１２とピストンヘッド１６との間が十分狭く
なり、ピストンヘッド１６の周縁部１７側からキャビテ
ィ３６方向へ流れるスキッシュ流が発生する。このスキ
ッシュ流によりキャビティ３６内にて反射し、開口部３
９から周縁部１７側へと飛び出ようとする燃料は、ピス
トン１８の中心方向へ強制的に押し戻され、キャビティ
３６内及びその上部範囲にて拡散する。また、その際
に、スキッシュ流と燃焼室２４内に存する弱タンブル流
とがぶつかり合うことで、燃焼室２４内には燃焼促進に
良好な混合気の乱れが発生する。
て、天井部１２とピストンヘッド１６との間が十分狭く
なり、ピストンヘッド１６の周縁部１７側からキャビテ
ィ３６方向へ流れるスキッシュ流が発生する。このスキ
ッシュ流によりキャビティ３６内にて反射し、開口部３
９から周縁部１７側へと飛び出ようとする燃料は、ピス
トン１８の中心方向へ強制的に押し戻され、キャビティ
３６内及びその上部範囲にて拡散する。また、その際
に、スキッシュ流と燃焼室２４内に存する弱タンブル流
とがぶつかり合うことで、燃焼室２４内には燃焼促進に
良好な混合気の乱れが発生する。
【００４１】これにより、着火に適した成層混合気が電
極部３２付近に適切なタイミングで形成される。ここ
で、例えば、中負荷運転時の燃料噴射量が比較的多い場
合、キャビティ３６にて反射した噴射燃料はキャビティ
３６内及びその上部範囲に拡散し、拡散体積が広く均質
に拡散した成層混合気が形成される。
極部３２付近に適切なタイミングで形成される。ここ
で、例えば、中負荷運転時の燃料噴射量が比較的多い場
合、キャビティ３６にて反射した噴射燃料はキャビティ
３６内及びその上部範囲に拡散し、拡散体積が広く均質
に拡散した成層混合気が形成される。
【００４２】また、アイドリング時等の燃料噴射量が少
ない場合には、キャビティ３６の底部３７の傾斜により
一部が確実に電極部３２にかかる成層混合気が形成され
る。したがって、広い運転領域において、電極部３２の
周辺に着火性が良くかつ成層燃焼に適した良好な混合気
を形成することができ、また、広い燃焼室空間を形成す
るキャビティ、すなわち大きな容積を有するキャビティ
においても混合気の生成位置を正確に制御することがで
きる。
ない場合には、キャビティ３６の底部３７の傾斜により
一部が確実に電極部３２にかかる成層混合気が形成され
る。したがって、広い運転領域において、電極部３２の
周辺に着火性が良くかつ成層燃焼に適した良好な混合気
を形成することができ、また、広い燃焼室空間を形成す
るキャビティ、すなわち大きな容積を有するキャビティ
においても混合気の生成位置を正確に制御することがで
きる。
【００４３】これにより、圧縮比を通常の圧縮比に設定
してレギュラーガソリンを使用したエンジン運転を行う
ことができる。また、良好な運転性、ＨＣの低減、ＮＯ
Ｘの低減、燃費の向上を達成することができる。
してレギュラーガソリンを使用したエンジン運転を行う
ことができる。また、良好な運転性、ＨＣの低減、ＮＯ
Ｘの低減、燃費の向上を達成することができる。
【００４４】また、噴射燃料は、キャビティ内及びその
上部範囲にて拡散することから、火炎伝播が不可能な混
合気のちぎれやオーバーリーン領域の発生を防ぐことが
可能であり、また、全体としてリーンな空燃比で適切か
つ急速な燃焼が得られ、パーシャルバーンの発生を防止
することができる。
上部範囲にて拡散することから、火炎伝播が不可能な混
合気のちぎれやオーバーリーン領域の発生を防ぐことが
可能であり、また、全体としてリーンな空燃比で適切か
つ急速な燃焼が得られ、パーシャルバーンの発生を防止
することができる。
【００４５】そして、また、噴射燃料はシリンダ軸方向
に噴射されるため、シリンダ２０側には拡散しにくく、
噴射燃料のシリンダ２０への付着を防止でき、シリンダ
２０とピストン１８側面間の潤滑性の悪化、及び噴射燃
料の一部が直接シリンダ２０の内周壁面に衝突すること
により生じる冷却作用が引き起こす燃焼状態の悪化を防
止することができる。
に噴射されるため、シリンダ２０側には拡散しにくく、
噴射燃料のシリンダ２０への付着を防止でき、シリンダ
２０とピストン１８側面間の潤滑性の悪化、及び噴射燃
料の一部が直接シリンダ２０の内周壁面に衝突すること
により生じる冷却作用が引き起こす燃焼状態の悪化を防
止することができる。
【００４６】次に、本発明の第２の実施の形態について
以下に説明する。図３は、第２の実施の形態の断面説明
図であり、図４は、第２の実施の形態に用いられるピス
トン１８の上面説明図である。図中において、第１の実
施の形態と同様の構成要素には、同一の符号を付するこ
とでその詳細な説明を省略する。
以下に説明する。図３は、第２の実施の形態の断面説明
図であり、図４は、第２の実施の形態に用いられるピス
トン１８の上面説明図である。図中において、第１の実
施の形態と同様の構成要素には、同一の符号を付するこ
とでその詳細な説明を省略する。
【００４７】本実施の形態において、上述の第１の実施
の形態と異なる特徴的構成は、キャビティ３６の凹窩形
状にある。キャビティ３６の凹窩形状は、図３に示した
ように、基本的には半球面状に形成されており、底部３
７の排気側壁部３７ａは、インジェクタ３４の噴射中心
軸３５より点火プラグ３０側にオフセットした上方位置
を中心とする凹曲面形状に形成されている。したがっ
て、インジェクタ３４から噴射された噴射燃料のうち、
底部３７の排気側壁部３７ａと衝突したものは電極部３
２方向へ反射し、電極部３２付近に局所的に適切な混合
気を形成する。
の形態と異なる特徴的構成は、キャビティ３６の凹窩形
状にある。キャビティ３６の凹窩形状は、図３に示した
ように、基本的には半球面状に形成されており、底部３
７の排気側壁部３７ａは、インジェクタ３４の噴射中心
軸３５より点火プラグ３０側にオフセットした上方位置
を中心とする凹曲面形状に形成されている。したがっ
て、インジェクタ３４から噴射された噴射燃料のうち、
底部３７の排気側壁部３７ａと衝突したものは電極部３
２方向へ反射し、電極部３２付近に局所的に適切な混合
気を形成する。
【００４８】ここで、底部３７を半球面形状としたこと
により、第１の実施の形態よりもキャビティの容積が大
きく確保されている。その結果、キャビティ内に噴射さ
れた燃料の拡散体積をさらに大きくすることができ、混
合気の燃焼領域の拡大による燃費向上を図ることができ
る。また、半球面状を基本形状としたことにより燃焼室
内に存するタンブル流を徒に乱すことがなく維持するこ
とができるという作用も有する。
により、第１の実施の形態よりもキャビティの容積が大
きく確保されている。その結果、キャビティ内に噴射さ
れた燃料の拡散体積をさらに大きくすることができ、混
合気の燃焼領域の拡大による燃費向上を図ることができ
る。また、半球面状を基本形状としたことにより燃焼室
内に存するタンブル流を徒に乱すことがなく維持するこ
とができるという作用も有する。
【００４９】なお、本発明は、上述の各実施の形態の構
成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種
々の変形が可能である。例えば、上述の各実施の形態で
は、弱タンブル流によるガス流動が存する場合について
説明したが、吸気ポート等の形状を変更して弱スワール
流を発生させ、弱タンブル流と併用してもよい。
成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種
々の変形が可能である。例えば、上述の各実施の形態で
は、弱タンブル流によるガス流動が存する場合について
説明したが、吸気ポート等の形状を変更して弱スワール
流を発生させ、弱タンブル流と併用してもよい。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る筒内
噴射エンジンの燃焼室構造によれば、キャビティ内の傾
斜部とピストン上面に生じるスキッシュ流とにより、噴
射燃料の拡散する方向を精密に制御することができ、混
合気を点火プラグの電極部付近に適切なタイミングで生
成することができる。したがって、広い運転領域で良好
な着火性及び燃焼安定性を確保することができると共
に、圧縮比を通常の値に設定することができる。
噴射エンジンの燃焼室構造によれば、キャビティ内の傾
斜部とピストン上面に生じるスキッシュ流とにより、噴
射燃料の拡散する方向を精密に制御することができ、混
合気を点火プラグの電極部付近に適切なタイミングで生
成することができる。したがって、広い運転領域で良好
な着火性及び燃焼安定性を確保することができると共
に、圧縮比を通常の値に設定することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態における筒内噴射式
エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
【図２】図１のピストンの上面説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態における筒内噴射式
エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
【図４】図３のピストンの上面説明図である。
１２ 燃焼室天井部 １４ シリンダヘッド １６ ピストンヘッド １８ ピストン １９ 凸部 ２０ シリンダ ２２ シリンダ部 ２４ 燃焼室 ３０ 点火プラグ ３２ 電極部 ３４ インジェクタ ３６ キャビティ ｆ 燃料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ｓ
Claims (5)
- 【請求項１】 ペントルーフ型に形成された燃焼室天井
部と、燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタと、
前記燃焼室内の混合気に着火する点火プラグと、を有す
るシリンダヘッドと、 前記シリンダヘッドの燃焼室天井部の形状に対応した凸
形状を基本形状とするピストン上面と、該ピストン上面
のほぼ中央位置に凹設され前記インジェクタより噴射さ
れた燃料が衝突するキャビティとを有するピストンと、
を備え、 前記燃焼室内にて成層混合気を形成し成層燃焼を行う筒
内噴射式エンジンの燃焼室構造において、 前記インジェクタは、前記燃焼室天井部のほぼ中央位置
から燃料を所定タイミングでシリンダ軸方向前記ピスト
ン上面に向けて噴射するように配置され、 前記点火プラグは、前記燃焼室天井部の吸気側から前記
燃焼室内に突出し、前記点火プラグの着火部が、前記ピ
ストンの略上死点位置にて前記キャビティの内方上部位
置でかつ前記キャビティの中心から吸気側へ偏位した位
置に位置するように配置され、 前記キャビティは、底部に前記インジェクタから噴射さ
れた燃料が前記着火部方向に反射する角度に傾斜した傾
斜面を有し、 前記燃焼室天井部とピストンは、圧縮行程時に前記ピス
トン上面の周縁側から前記ピストン上面の中央に向かう
混合気の流れであるスキッシュ流が生成される構成を有
していることを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃焼室
構造。 - 【請求項２】 前記圧縮行程時に、前記燃焼室内には正
方向弱タンブルのガス流動が存していることを特徴とす
る請求項１に記載の筒内噴射式エンジンの燃焼室構造。 - 【請求項３】 前記キャビティの傾斜面は、 中心が前記インジェクタの噴射中心軸より前記点火プラ
グ側にオフセットした位置でかつ前記ピストン上面の上
方位置とする凹曲面形状に形成されていることを特徴と
する請求項１又は２に記載の筒内噴射式エンジン燃焼室
構造。 - 【請求項４】 前記インジェクタは、噴射した燃料が前
記インジェクタの噴射中心軸を中心として噴射方向に漸
次広がる略円すい中空形状をなすように噴射を行い、当
該噴射した燃料の広がり角度は前記ピストンの上下動作
時における所定タイミングにおいて前記キャビティ内に
前記噴射燃料の広がり範囲が収まるように設定したこと
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の筒内噴射
式エンジンの燃焼室構造。 - 【請求項５】 前記インジェクタは、燃料に螺旋回転方
向の動きを与えて噴射する噴射ノズルを有することを特
徴とする請求項４に記載の筒内噴射式エンジンの燃焼室
構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34765797A JP3781536B2 (ja) | 1997-12-17 | 1997-12-17 | 筒内噴射式エンジンの燃焼室構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34765797A JP3781536B2 (ja) | 1997-12-17 | 1997-12-17 | 筒内噴射式エンジンの燃焼室構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11182247A true JPH11182247A (ja) | 1999-07-06 |
| JP3781536B2 JP3781536B2 (ja) | 2006-05-31 |
Family
ID=18391711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34765797A Expired - Fee Related JP3781536B2 (ja) | 1997-12-17 | 1997-12-17 | 筒内噴射式エンジンの燃焼室構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3781536B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002089268A (ja) * | 2000-09-20 | 2002-03-27 | Yamaha Motor Co Ltd | センターインジェクション型筒内噴射エンジン |
| WO2004067928A1 (ja) * | 2003-01-31 | 2004-08-12 | Honda Motor Co., Ltd. | 筒内噴射式内燃機関 |
| US6830028B1 (en) * | 2000-06-15 | 2004-12-14 | Bombardier Recreational Products Inc. | Method and apparatus for regulating gas entrainment in a fuel injection spray of an internal combustion engine |
| WO2007000907A1 (ja) | 2005-06-28 | 2007-01-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
| CN100400818C (zh) * | 2003-12-30 | 2008-07-09 | 现代自动车株式会社 | 直喷式发动机 |
| CN101871405A (zh) * | 2010-05-31 | 2010-10-27 | 哈尔滨工程大学 | 一种天然气发动机快速燃烧室 |
| CN105019998A (zh) * | 2014-04-29 | 2015-11-04 | 长城汽车股份有限公司 | 发动机 |
| WO2018180130A1 (ja) * | 2017-03-27 | 2018-10-04 | マツダ株式会社 | 火花点火式内燃機関 |
-
1997
- 1997-12-17 JP JP34765797A patent/JP3781536B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6830028B1 (en) * | 2000-06-15 | 2004-12-14 | Bombardier Recreational Products Inc. | Method and apparatus for regulating gas entrainment in a fuel injection spray of an internal combustion engine |
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| CN100400816C (zh) * | 2003-01-31 | 2008-07-09 | 本田技研工业株式会社 | 燃料直喷式内燃机 |
| CN100400818C (zh) * | 2003-12-30 | 2008-07-09 | 现代自动车株式会社 | 直喷式发动机 |
| US7926463B2 (en) | 2005-06-28 | 2011-04-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Cylinder injection type spark ignition internal combustion engine |
| WO2007000907A1 (ja) | 2005-06-28 | 2007-01-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
| CN101871405A (zh) * | 2010-05-31 | 2010-10-27 | 哈尔滨工程大学 | 一种天然气发动机快速燃烧室 |
| CN105019998A (zh) * | 2014-04-29 | 2015-11-04 | 长城汽车股份有限公司 | 发动机 |
| WO2018180130A1 (ja) * | 2017-03-27 | 2018-10-04 | マツダ株式会社 | 火花点火式内燃機関 |
| JP2018162728A (ja) * | 2017-03-27 | 2018-10-18 | マツダ株式会社 | 火花点火式内燃機関 |
| CN110446835A (zh) * | 2017-03-27 | 2019-11-12 | 马自达汽车株式会社 | 火花点火式内燃机 |
| US10968816B2 (en) | 2017-03-27 | 2021-04-06 | Mazda Motor Corporation | Spark-ignition internal combustion engine |
| CN110446835B (zh) * | 2017-03-27 | 2021-08-24 | 马自达汽车株式会社 | 火花点火式内燃机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3781536B2 (ja) | 2006-05-31 |
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| Date | Code | Title | Description |
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