JP2000087750A - 筒内直接噴射式内燃機関 - Google Patents
筒内直接噴射式内燃機関Info
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- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
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- F02B75/12—Other methods of operation
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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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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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】着火性および燃料の成層化による燃費性能に優
れた筒内直接噴射式内燃機関を提供する。 【解決手段】燃焼室４の吸気口６ｂ側に設けられた燃料
噴射弁８により燃焼室４内へ直接燃料を噴射する。ピス
トン２の冠面に形成されたキャビティ２ａ内であって点
火プラグ５に対応する部分の気筒列方向の両側に、吸気
口６ｂからの吸気により燃焼室４内に形成される順タン
ブル流９に沿うように互いに対向する一対のリブ１０を
立設する。リブ１０の互いに対向する側面により吸気誘
導壁が構成され、燃焼室４内の順タンブル流９をこれら
の吸気誘導壁により案内・誘導して、その横転・破壊を
抑制し、燃料噴射弁８から噴射された燃料を点火プラグ
５の近傍へ誘導する。
れた筒内直接噴射式内燃機関を提供する。 【解決手段】燃焼室４の吸気口６ｂ側に設けられた燃料
噴射弁８により燃焼室４内へ直接燃料を噴射する。ピス
トン２の冠面に形成されたキャビティ２ａ内であって点
火プラグ５に対応する部分の気筒列方向の両側に、吸気
口６ｂからの吸気により燃焼室４内に形成される順タン
ブル流９に沿うように互いに対向する一対のリブ１０を
立設する。リブ１０の互いに対向する側面により吸気誘
導壁が構成され、燃焼室４内の順タンブル流９をこれら
の吸気誘導壁により案内・誘導して、その横転・破壊を
抑制し、燃料噴射弁８から噴射された燃料を点火プラグ
５の近傍へ誘導する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内直接噴射式内
燃機関に関し、特にタンブル流を利用して噴霧燃料を点
火プラグに集める筒内直接噴射式内燃機関に関する。
燃機関に関し、特にタンブル流を利用して噴霧燃料を点
火プラグに集める筒内直接噴射式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の筒内直噴式内燃機関としては、図
８（ａ）または（ｂ）に示すようなものが知られてい
る。ここで図８（ａ）は順タンブル流を形成する型式の
もの、図８（ｂ）は逆タンブル流を形成する型式のもの
を示している。これらの図において、２１はシリンダブ
ロックであり、シリンダブロック２１内にはピストンリ
ングが装着されたピストン２２が摺動自在に嵌挿されて
いる。シリンダブロック２１の上部にはシリンダヘッド
２３が取り付けられており、シリンダブロック２１の内
壁、ピストン２２の冠面、およびシリンダヘッド２３の
下面により、燃焼室２４が画成される。
８（ａ）または（ｂ）に示すようなものが知られてい
る。ここで図８（ａ）は順タンブル流を形成する型式の
もの、図８（ｂ）は逆タンブル流を形成する型式のもの
を示している。これらの図において、２１はシリンダブ
ロックであり、シリンダブロック２１内にはピストンリ
ングが装着されたピストン２２が摺動自在に嵌挿されて
いる。シリンダブロック２１の上部にはシリンダヘッド
２３が取り付けられており、シリンダブロック２１の内
壁、ピストン２２の冠面、およびシリンダヘッド２３の
下面により、燃焼室２４が画成される。
【０００３】シリンダヘッド２３には、その概略中央部
に点火プラグ（点火栓）２５が取り付けられ、点火プラ
グ２５の外側の位置には、吸気弁２６ａにより燃焼室２
４に選択的に連通される吸気ポート２６および排気弁２
７ａにより燃焼室２４に選択的に連通される排気ポート
２７が配置されている。シリンダヘッド２３の吸気ポー
ト２６が配置された位置のさらに外側には、燃焼室２４
内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁２８が取り付け
られている。
に点火プラグ（点火栓）２５が取り付けられ、点火プラ
グ２５の外側の位置には、吸気弁２６ａにより燃焼室２
４に選択的に連通される吸気ポート２６および排気弁２
７ａにより燃焼室２４に選択的に連通される排気ポート
２７が配置されている。シリンダヘッド２３の吸気ポー
ト２６が配置された位置のさらに外側には、燃焼室２４
内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁２８が取り付け
られている。
【０００４】シリンダブロック２１の下部には、図示は
省略しているが、クランクケースが配置され、クランク
ケース内にはピストン２２にコネクティングロッドを介
して連結されたクランクシャフトが収容されている。ピ
ストン２２の冠面の一部（燃料噴射弁２８側）には凹部
２２ａが形成されている。この凹部２２ａの表面形状
は、球面または円筒面を呈するように形成されている。
省略しているが、クランクケースが配置され、クランク
ケース内にはピストン２２にコネクティングロッドを介
して連結されたクランクシャフトが収容されている。ピ
ストン２２の冠面の一部（燃料噴射弁２８側）には凹部
２２ａが形成されている。この凹部２２ａの表面形状
は、球面または円筒面を呈するように形成されている。
【０００５】図８（ａ）に示す順タンブル流を形成する
構成では、吸気ポート２６からの吸気はピストン２３の
冠面、燃料噴射弁２８、点火プラグ２５の順に流動する
順タンブル流２９を形成し、図８（ｂ）に示す逆タンブ
ル流を形成する構成では、吸気ポート２６からの吸気は
燃料噴射弁２８、シリンダ２１の内壁、ピストン２２の
冠面、点火プラグ２５の順に流動する逆タンブル流３０
を形成する。
構成では、吸気ポート２６からの吸気はピストン２３の
冠面、燃料噴射弁２８、点火プラグ２５の順に流動する
順タンブル流２９を形成し、図８（ｂ）に示す逆タンブ
ル流を形成する構成では、吸気ポート２６からの吸気は
燃料噴射弁２８、シリンダ２１の内壁、ピストン２２の
冠面、点火プラグ２５の順に流動する逆タンブル流３０
を形成する。
【０００６】このような構成を採用することにより、吸
気行程の最終段階における順タンブルまたは逆タンブル
作用によって、吸気ポート２６からの吸気がそれぞれの
方向に流れて点火プラグ２５の近傍に至るように略Ｕ字
状に流動するとともに、圧縮行程で燃料噴射弁２８から
噴射された噴霧が順タンブル流２９または逆タンブル流
３０に乗って流動し、燃料噴霧（可燃混合気）が順次、
点火プラグ２５の近傍に誘導され、成層希薄燃焼が実現
される。
気行程の最終段階における順タンブルまたは逆タンブル
作用によって、吸気ポート２６からの吸気がそれぞれの
方向に流れて点火プラグ２５の近傍に至るように略Ｕ字
状に流動するとともに、圧縮行程で燃料噴射弁２８から
噴射された噴霧が順タンブル流２９または逆タンブル流
３０に乗って流動し、燃料噴霧（可燃混合気）が順次、
点火プラグ２５の近傍に誘導され、成層希薄燃焼が実現
される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来の筒内直接噴射式内燃機関では、吸気ポートの配
置とピストンの冠面の凹部により順タンブル流または逆
タンブル流が形成されるが、圧縮工程においてピストン
が上昇するに伴いタンブル流が横転し崩壊する場合があ
る。すなわち、タンブル流の回転軸は気筒列方向に沿っ
ているのが理想的であるが、圧縮行程においてピストン
が上昇するに伴い当該回転軸が気筒列方向に対して傾斜
してしまい、このため、点火プラグ廻りに誘導できる噴
射燃料は少量となって燃料の成層化向上効果が小さくな
る可能性が高い。
た従来の筒内直接噴射式内燃機関では、吸気ポートの配
置とピストンの冠面の凹部により順タンブル流または逆
タンブル流が形成されるが、圧縮工程においてピストン
が上昇するに伴いタンブル流が横転し崩壊する場合があ
る。すなわち、タンブル流の回転軸は気筒列方向に沿っ
ているのが理想的であるが、圧縮行程においてピストン
が上昇するに伴い当該回転軸が気筒列方向に対して傾斜
してしまい、このため、点火プラグ廻りに誘導できる噴
射燃料は少量となって燃料の成層化向上効果が小さくな
る可能性が高い。
【０００８】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、着火性および燃料の成層化
による燃費性能に優れた筒内直接噴射式内燃機関を提供
することを目的とする。
鑑みてなされたものであり、着火性および燃料の成層化
による燃費性能に優れた筒内直接噴射式内燃機関を提供
することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、請求項１記載の筒内直接噴射式内燃機関は、
燃焼室の吸気口側に設けられた燃料噴射弁により前記燃
焼室内へ直接燃料を噴射する筒内直接噴射式内燃機関に
おいて、ピストンの冠面であって点火プラグに対応する
部分の気筒列方向の両側に、前記吸気口からの吸気によ
り前記燃焼室内に形成されるタンブル流に沿うように互
いに対向する一対の吸気誘導壁を立設したことを特徴と
する。
るために、請求項１記載の筒内直接噴射式内燃機関は、
燃焼室の吸気口側に設けられた燃料噴射弁により前記燃
焼室内へ直接燃料を噴射する筒内直接噴射式内燃機関に
おいて、ピストンの冠面であって点火プラグに対応する
部分の気筒列方向の両側に、前記吸気口からの吸気によ
り前記燃焼室内に形成されるタンブル流に沿うように互
いに対向する一対の吸気誘導壁を立設したことを特徴と
する。
【００１０】本発明の筒内直接噴射式内燃機関では、吸
気行程において吸気口からの吸気は燃焼室内でタンブル
流となり、圧縮工程においてタンブル流に対して燃料噴
射弁により燃料を噴射する。このときピストンが上死点
に近づいても、ピストン冠面に立設された吸気誘導壁に
よってタンブル流は案内・誘導されるので、タンブル流
の回転軸は気筒列方向に沿った状態を保つようになる。
すなわち、タンブル流の横転・崩壊が抑制され、これに
より、噴射燃料を点火プラグの近傍に確実に誘導するこ
とができる。
気行程において吸気口からの吸気は燃焼室内でタンブル
流となり、圧縮工程においてタンブル流に対して燃料噴
射弁により燃料を噴射する。このときピストンが上死点
に近づいても、ピストン冠面に立設された吸気誘導壁に
よってタンブル流は案内・誘導されるので、タンブル流
の回転軸は気筒列方向に沿った状態を保つようになる。
すなわち、タンブル流の横転・崩壊が抑制され、これに
より、噴射燃料を点火プラグの近傍に確実に誘導するこ
とができる。
【００１１】したがって、成層希薄燃焼時において、噴
射燃料を点火プラグの近傍に誘導することができるので
着火性が向上するとともに、燃料の成層化が達成できる
ので内燃機関の燃費を向上することができる。
射燃料を点火プラグの近傍に誘導することができるので
着火性が向上するとともに、燃料の成層化が達成できる
ので内燃機関の燃費を向上することができる。
【００１２】（２）請求項２記載の筒内直接噴射式内燃
機関は、請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機関にお
いて、前記吸気誘導壁は前記ピストンの冠面に形成され
たキャビティの底面に突出するように形成された一対の
リブの互いに対向する側面により構成されることを特徴
とする。
機関は、請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機関にお
いて、前記吸気誘導壁は前記ピストンの冠面に形成され
たキャビティの底面に突出するように形成された一対の
リブの互いに対向する側面により構成されることを特徴
とする。
【００１３】この請求項２記載の筒内直接噴射式内燃機
関によると、キャビティによりタンブル流の形成が促進
されるとともに、リブの互いに対向する側面（内側面）
により構成される吸気誘導壁により点火プラグに対応す
る部分近傍に形成されるタンブル流の横転・崩壊が抑制
される。また、リブの互いに対向しない側面（外側面）
により、その外側に形成されるタンブル流の横転も防止
されるから、リブ内側のタンブル流の横転・崩壊をさら
に抑制することができる。
関によると、キャビティによりタンブル流の形成が促進
されるとともに、リブの互いに対向する側面（内側面）
により構成される吸気誘導壁により点火プラグに対応す
る部分近傍に形成されるタンブル流の横転・崩壊が抑制
される。また、リブの互いに対向しない側面（外側面）
により、その外側に形成されるタンブル流の横転も防止
されるから、リブ内側のタンブル流の横転・崩壊をさら
に抑制することができる。
【００１４】（３）請求項３記載の筒内直接噴射式内燃
機関は、請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機関にお
いて、前記吸気誘導壁は前記ピストンの冠面に形成され
た第１キャビティの底面の一部に形成された第２キャビ
ティの気筒列方向に対向する側面により構成されること
を特徴とする。
機関は、請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機関にお
いて、前記吸気誘導壁は前記ピストンの冠面に形成され
た第１キャビティの底面の一部に形成された第２キャビ
ティの気筒列方向に対向する側面により構成されること
を特徴とする。
【００１５】この請求項３記載の筒内直接噴射式内燃機
関によると、第１キャビティによりタンブル流の形成が
促進されるとともに、第２キャビティの互いに対向する
側面により構成される吸気誘導壁により点火プラグに対
応する部分近傍に形成されるタンブル流の横転・崩壊が
抑制される。
関によると、第１キャビティによりタンブル流の形成が
促進されるとともに、第２キャビティの互いに対向する
側面により構成される吸気誘導壁により点火プラグに対
応する部分近傍に形成されるタンブル流の横転・崩壊が
抑制される。
【００１６】（４）請求項４記載の筒内直接噴射式内燃
機関は、請求項３に記載の筒内直接噴射式内燃機関にお
いて、前記第１キャビティおよび前記第２キャビティの
底面は、それぞれ前記気筒列方向に概略沿う方向に中心
軸を有する円筒面であることを特徴とする。
機関は、請求項３に記載の筒内直接噴射式内燃機関にお
いて、前記第１キャビティおよび前記第２キャビティの
底面は、それぞれ前記気筒列方向に概略沿う方向に中心
軸を有する円筒面であることを特徴とする。
【００１７】この請求項４記載の筒内直接噴射式内燃機
関によると、第１キャビティおよび第２キャビティの底
面を円筒面としたので、タンブル流が円滑に形成される
とともに、第２キャビティの互いに対向する側面により
構成される吸気誘導壁により点火プラグに対応する部分
近傍に形成されるタンブル流の横転・崩壊が抑制され
る。
関によると、第１キャビティおよび第２キャビティの底
面を円筒面としたので、タンブル流が円滑に形成される
とともに、第２キャビティの互いに対向する側面により
構成される吸気誘導壁により点火プラグに対応する部分
近傍に形成されるタンブル流の横転・崩壊が抑制され
る。
【００１８】（５）請求項５記載の筒内直接噴射式内燃
機関は、請求項４に記載の筒内直接噴射式内燃機関にお
いて、前記第２キャビティの底面の一部は、前記第１キ
ャビティの円筒面に接する平面となっていることを特徴
とする。
機関は、請求項４に記載の筒内直接噴射式内燃機関にお
いて、前記第２キャビティの底面の一部は、前記第１キ
ャビティの円筒面に接する平面となっていることを特徴
とする。
【００１９】この請求項５記載の筒内直接噴射式内燃機
関によると、第２キャビティの底面の一部を上記所定の
平面としたので、タンブル流の横転の防止のための第２
キャビティの形成に伴うピストンの冠面部分の肉厚の増
大を抑制することができる。
関によると、第２キャビティの底面の一部を上記所定の
平面としたので、タンブル流の横転の防止のための第２
キャビティの形成に伴うピストンの冠面部分の肉厚の増
大を抑制することができる。
【００２０】（６）請求項６記載の筒内直接噴射式内燃
機関は、請求項４または５に記載の筒内直接噴射式内燃
機関において、前記第１キャビティの前記中心軸に対し
て前記第２キャビティの前記中心軸は前記燃料噴射弁か
ら離間する方向にオフセットされていることを特徴とす
る。
機関は、請求項４または５に記載の筒内直接噴射式内燃
機関において、前記第１キャビティの前記中心軸に対し
て前記第２キャビティの前記中心軸は前記燃料噴射弁か
ら離間する方向にオフセットされていることを特徴とす
る。
【００２１】この請求項６記載の筒内直接噴射式内燃機
関によると、成層希薄燃焼時（低負荷時）においては、
第２キャビティの互いに対向する側面により構成される
吸気誘導壁により点火プラグに対応する部分近傍に形成
されるタンブル流の横転・崩壊が抑制される。
関によると、成層希薄燃焼時（低負荷時）においては、
第２キャビティの互いに対向する側面により構成される
吸気誘導壁により点火プラグに対応する部分近傍に形成
されるタンブル流の横転・崩壊が抑制される。
【００２２】一方、均質燃焼時（高負荷時）において
は、燃焼室内圧が低い吸気行程で燃料を噴射するため、
圧縮工程で燃料を噴射する希薄燃焼時よりも燃料噴射弁
による噴射燃料の拡がり角（噴射外径角）が拡大し、ピ
ストン冠面との衝突や干渉により燃焼率が低下する可能
性があるが、この発明では、燃料噴射弁の燃料噴射位置
から第２キャビティの中心軸が第１キャビティの中心軸
よりも燃料噴射弁から離間する方向にオフセットしてい
るので、第２キャビティの底面と燃料噴射弁の燃料噴射
位置からの距離が拡大しているとともに、燃料との衝突
角度も緩くできるので、燃料噴霧のピストン冠面への付
着などが防止され、均質燃焼時の燃焼効率を向上するこ
とができる。
は、燃焼室内圧が低い吸気行程で燃料を噴射するため、
圧縮工程で燃料を噴射する希薄燃焼時よりも燃料噴射弁
による噴射燃料の拡がり角（噴射外径角）が拡大し、ピ
ストン冠面との衝突や干渉により燃焼率が低下する可能
性があるが、この発明では、燃料噴射弁の燃料噴射位置
から第２キャビティの中心軸が第１キャビティの中心軸
よりも燃料噴射弁から離間する方向にオフセットしてい
るので、第２キャビティの底面と燃料噴射弁の燃料噴射
位置からの距離が拡大しているとともに、燃料との衝突
角度も緩くできるので、燃料噴霧のピストン冠面への付
着などが防止され、均質燃焼時の燃焼効率を向上するこ
とができる。
【００２３】（７）請求項７記載の筒内直接噴射式内燃
機関は、請求項３に記載の筒内直接噴射式内燃機関にお
いて、前記第１キャビティの底面は前記気筒列方向に概
略沿う方向に中心軸を有する楕円筒面であり、該楕円筒
面は前記燃焼室の吸気側の容量が大きく排気側の容量が
小さくなるように、該楕円の長軸がシリンダ軸に対して
斜交するように形成されたことを特徴とする。
機関は、請求項３に記載の筒内直接噴射式内燃機関にお
いて、前記第１キャビティの底面は前記気筒列方向に概
略沿う方向に中心軸を有する楕円筒面であり、該楕円筒
面は前記燃焼室の吸気側の容量が大きく排気側の容量が
小さくなるように、該楕円の長軸がシリンダ軸に対して
斜交するように形成されたことを特徴とする。
【００２４】この請求項７記載の筒内直接噴射式内燃機
関によると、第１キャビティの底面を楕円筒面としたの
で、タンブル流が円滑に形成されるとともに、第２キャ
ビティの互いに対向する側面により構成される吸気誘導
壁により点火プラグに対応する部分近傍に形成されるタ
ンブル流の横転・崩壊が抑制される。
関によると、第１キャビティの底面を楕円筒面としたの
で、タンブル流が円滑に形成されるとともに、第２キャ
ビティの互いに対向する側面により構成される吸気誘導
壁により点火プラグに対応する部分近傍に形成されるタ
ンブル流の横転・崩壊が抑制される。
【００２５】また、楕円筒面は気筒列方向に概略沿う方
向に中心軸を有し、且つ当該楕円の長軸が燃焼室の吸気
側の容量が大きく、排気側の容量が小さくなるようにシ
リンダ軸に斜交しており、このような燃焼室形状とする
ことによって、高負荷時において吸気側を先に燃焼させ
ることができ、高負荷時のノックの発生が防止される。
向に中心軸を有し、且つ当該楕円の長軸が燃焼室の吸気
側の容量が大きく、排気側の容量が小さくなるようにシ
リンダ軸に斜交しており、このような燃焼室形状とする
ことによって、高負荷時において吸気側を先に燃焼させ
ることができ、高負荷時のノックの発生が防止される。
【００２６】（８）請求項８記載の筒内直接噴射式内燃
機関は、請求項３乃至７のいずれかに記載の筒内直接噴
射式内燃機関において、前記第１キャビティの前記気筒
列方向の幅を、前記吸気口の最も離間した２点間の寸法
と概略同一としたことを特徴とする。
機関は、請求項３乃至７のいずれかに記載の筒内直接噴
射式内燃機関において、前記第１キャビティの前記気筒
列方向の幅を、前記吸気口の最も離間した２点間の寸法
と概略同一としたことを特徴とする。
【００２７】この請求項８記載の筒内直接噴射式内燃機
関によると、第１キャビティの気筒列方向の幅を吸気口
の最も離間した２点間の寸法と概略同一としたので、吸
気口から吸入された吸気流の全体が第１キャビティによ
って案内・誘導され、タンブル流の形成がより円滑にな
されるようになる。
関によると、第１キャビティの気筒列方向の幅を吸気口
の最も離間した２点間の寸法と概略同一としたので、吸
気口から吸入された吸気流の全体が第１キャビティによ
って案内・誘導され、タンブル流の形成がより円滑にな
されるようになる。
【００２８】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、噴射燃
料を点火プラグの近傍に誘導できるので、着火性が向上
するとともに、燃料が成層化されて内燃機関の燃費が向
上する。
料を点火プラグの近傍に誘導できるので、着火性が向上
するとともに、燃料が成層化されて内燃機関の燃費が向
上する。
【００２９】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の上記効果と同様の効果がある。
の上記効果と同様の効果がある。
【００３０】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
の上記効果に加えて、請求項２に記載のものと比較して
ピストン冠面の凹凸が少なく、噴射燃料のピストン冠面
への付着が防止でき、燃焼効率を向上することができ
る。
の上記効果に加えて、請求項２に記載のものと比較して
ピストン冠面の凹凸が少なく、噴射燃料のピストン冠面
への付着が防止でき、燃焼効率を向上することができ
る。
【００３１】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
の上記効果に加えて、タンブル流の形成が円滑になされ
る。
の上記効果に加えて、タンブル流の形成が円滑になされ
る。
【００３２】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
の上記効果に加えて、タンブル流の横転の防止のための
第２キャビティの形成に伴うピストンの冠面部分の肉厚
の増大を抑制することができる。
の上記効果に加えて、タンブル流の横転の防止のための
第２キャビティの形成に伴うピストンの冠面部分の肉厚
の増大を抑制することができる。
【００３３】請求項６に記載の発明によれば、成層希薄
燃焼時（低負荷時）においては請求項１の上記効果と同
様の効果があり、一方、均質燃焼時（高負荷時）におい
ては燃料噴霧のピストン冠面への付着などが防止され、
燃焼効率を向上できる。
燃焼時（低負荷時）においては請求項１の上記効果と同
様の効果があり、一方、均質燃焼時（高負荷時）におい
ては燃料噴霧のピストン冠面への付着などが防止され、
燃焼効率を向上できる。
【００３４】請求項７に記載の発明によれば、成層希薄
燃焼時（低負荷時）においては請求項１の上記効果と同
様の効果があり、一方、均質燃焼時（高負荷時）におい
てはノックの発生が抑止される。
燃焼時（低負荷時）においては請求項１の上記効果と同
様の効果があり、一方、均質燃焼時（高負荷時）におい
てはノックの発生が抑止される。
【００３５】請求項８に記載の発明によれば、請求項１
の上記効果に加えて、タンブル流の形成が円滑になされ
る。
の上記効果に加えて、タンブル流の形成が円滑になされ
る。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。第１実施形態 図１は本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第１実施形態
を示す縦断面図である。図２は本発明の第１実施形態の
ピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部を破断した正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−
Ａ線に沿った断面図である。
基づいて説明する。第１実施形態 図１は本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第１実施形態
を示す縦断面図である。図２は本発明の第１実施形態の
ピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部を破断した正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−
Ａ線に沿った断面図である。
【００３７】図１において、符号１はシリンダブロック
であり、シリンダブロック１内にはピストン２が摺動自
在に嵌挿されている。シリンダブロック１の上部にはシ
リンダヘッド３が取り付けられており、シリンダブロッ
ク１の内壁、ピストン２の冠面およびシリンダヘッド３
の内壁面により、燃焼室４が画成される。
であり、シリンダブロック１内にはピストン２が摺動自
在に嵌挿されている。シリンダブロック１の上部にはシ
リンダヘッド３が取り付けられており、シリンダブロッ
ク１の内壁、ピストン２の冠面およびシリンダヘッド３
の内壁面により、燃焼室４が画成される。
【００３８】シリンダヘッド３には、その概略中央部に
点火プラグ５が取り付けられ、またシリンダヘッド３の
点火プラグ５の一側位置には、それぞれ吸気バルブ６ａ
によって燃焼室４に対して選択的に連通される一対の吸
気ポート６，６が気筒列方向（図１の紙面に直交する方
向）に設けられるとともに、他側位置には排気バルブ７
ａによって燃焼室４に対して選択的に連通される同じく
一対の排気ポート７，７が気筒列方向に設けられてい
る。これら吸気ポート６および排気ポート７は、それぞ
れ吸気口６ｂおよび排気口７ｂによって燃焼室４に連通
する。
点火プラグ５が取り付けられ、またシリンダヘッド３の
点火プラグ５の一側位置には、それぞれ吸気バルブ６ａ
によって燃焼室４に対して選択的に連通される一対の吸
気ポート６，６が気筒列方向（図１の紙面に直交する方
向）に設けられるとともに、他側位置には排気バルブ７
ａによって燃焼室４に対して選択的に連通される同じく
一対の排気ポート７，７が気筒列方向に設けられてい
る。これら吸気ポート６および排気ポート７は、それぞ
れ吸気口６ｂおよび排気口７ｂによって燃焼室４に連通
する。
【００３９】また、シリンダヘッド３の吸気口６ｂが配
置された位置のさらに外側で、一対の吸気ポート６，６
の間の部分には、燃焼室４内に燃料を直接的に噴射する
高圧燃料噴射弁８が点火プラグ５に対して俯角で取り付
けられている。
置された位置のさらに外側で、一対の吸気ポート６，６
の間の部分には、燃焼室４内に燃料を直接的に噴射する
高圧燃料噴射弁８が点火プラグ５に対して俯角で取り付
けられている。
【００４０】シリンダブロック１の下部には、図示は省
略するが、クランクケースが配置され、このクランクケ
ース内にはピストン２にコネクティングロッドを介して
連結されたクランクシャフトが収容されている。
略するが、クランクケースが配置され、このクランクケ
ース内にはピストン２にコネクティングロッドを介して
連結されたクランクシャフトが収容されている。
【００４１】本実施形態のピストン２の冠面の一部に
は、図２（ａ）〜（ｃ）に示されているように、キャビ
ティ（凹部）２ａが形成されている。このキャビティ２
ａの底面（表面）形状は、気筒列方向に概略沿う方向に
中心軸を有する円筒面となっており、このキャビティ２
ａにより吸気行程において吸気ポート６から燃焼室４内
へ吸気を導入したときに、当該燃焼室４内に生じる図１
に示すような順タンブル流９の形成が促進される。
は、図２（ａ）〜（ｃ）に示されているように、キャビ
ティ（凹部）２ａが形成されている。このキャビティ２
ａの底面（表面）形状は、気筒列方向に概略沿う方向に
中心軸を有する円筒面となっており、このキャビティ２
ａにより吸気行程において吸気ポート６から燃焼室４内
へ吸気を導入したときに、当該燃焼室４内に生じる図１
に示すような順タンブル流９の形成が促進される。
【００４２】特に本実施形態では、ピストン２の冠面に
形成されたキャビティ２ａ内には、吸気誘導壁を構成す
る一対のリブ（突起）１０，１０が一体的に形成されて
いる。これらのリブ１０は、ピストン２の冠面のキャビ
ティ２ａ内であって点火プラグ５に対応する部分の気筒
列方向の両側に、吸気口６ｂからの吸気により燃焼室４
内に形成される順タンブル流９に沿うように配置されて
いる。
形成されたキャビティ２ａ内には、吸気誘導壁を構成す
る一対のリブ（突起）１０，１０が一体的に形成されて
いる。これらのリブ１０は、ピストン２の冠面のキャビ
ティ２ａ内であって点火プラグ５に対応する部分の気筒
列方向の両側に、吸気口６ｂからの吸気により燃焼室４
内に形成される順タンブル流９に沿うように配置されて
いる。
【００４３】次に作用を説明する。図１を参照しながら
４サイクル内燃機関の場合で説明すると、成層希薄燃焼
時において、まずピストン２が上死点よりわずかに前に
あるときに吸気バルブ６ａが開かれ、ピストン２が下死
点に至るまで吸気行程が行われる。このとき、吸気ポー
ト６から燃焼室４内に導入される吸気は図１に示す順タ
ンブル流９となって、シリンダブロック１の内壁近傍か
らピストン２の冠面のキャビティ２ａの円筒状底面に沿
って流れ、再び吸気口６に戻されたのち点火プラグ５の
近傍に至る。
４サイクル内燃機関の場合で説明すると、成層希薄燃焼
時において、まずピストン２が上死点よりわずかに前に
あるときに吸気バルブ６ａが開かれ、ピストン２が下死
点に至るまで吸気行程が行われる。このとき、吸気ポー
ト６から燃焼室４内に導入される吸気は図１に示す順タ
ンブル流９となって、シリンダブロック１の内壁近傍か
らピストン２の冠面のキャビティ２ａの円筒状底面に沿
って流れ、再び吸気口６に戻されたのち点火プラグ５の
近傍に至る。
【００４４】次の圧縮行程においては、ピストン２の位
置がクランク角度で上死点前の所定の角度にあるとき
に、燃料噴射弁８から燃料が噴射されるが、この燃料噴
射弁８から噴射された噴射燃料は、上述した燃焼室４内
に生じた順タンブル流９、特に燃焼室４内の点火プラグ
５に対応する部分近傍に形成される順タンブル流に乗っ
てシリンダヘッド３の内壁面へ上昇する。
置がクランク角度で上死点前の所定の角度にあるとき
に、燃料噴射弁８から燃料が噴射されるが、この燃料噴
射弁８から噴射された噴射燃料は、上述した燃焼室４内
に生じた順タンブル流９、特に燃焼室４内の点火プラグ
５に対応する部分近傍に形成される順タンブル流に乗っ
てシリンダヘッド３の内壁面へ上昇する。
【００４５】このとき、図３（ａ）に示されているよう
に、ピストン２の冠面のキャビティ２ａ内に形成された
一対のリブ１０，１０によって、点火プラグ５に対応す
る部分近傍に形成される順タンブル流９ａ，９ａが案内
・誘導されるので、ピストン２が上昇して上死点に近づ
いても、該順タンブル流９ａ，９ａが横転（タンブル流
の回転軸が気筒列方向に沿った方向に対して傾斜）する
ことが抑制され、シリンダヘッド３の内壁面に上昇した
噴射燃料を点火プラグ５の近傍に誘導することができ
る。
に、ピストン２の冠面のキャビティ２ａ内に形成された
一対のリブ１０，１０によって、点火プラグ５に対応す
る部分近傍に形成される順タンブル流９ａ，９ａが案内
・誘導されるので、ピストン２が上昇して上死点に近づ
いても、該順タンブル流９ａ，９ａが横転（タンブル流
の回転軸が気筒列方向に沿った方向に対して傾斜）する
ことが抑制され、シリンダヘッド３の内壁面に上昇した
噴射燃料を点火プラグ５の近傍に誘導することができ
る。
【００４６】ここで、対比のためリブ１０，１０がない
構成のものについて図３（ｂ）を参照して説明すると、
ピストン２の上昇前または初期の状態では図中点線で示
すようにタンブル流は立っており、ピストン２の上昇に
伴い図中実線で示すようにハの字状あるいは逆ハの字状
に横転する。これに対して、本実施形態では、ピストン
２の冠面の一対のリブ１０，１０によってかかるタンブ
ル流の横転が防止される。なお、図３（ａ）において、
リブ１０，１０の外側の順タンブル流９ｂ，９ｂについ
ても、これらのリブ１０，１０の作用によりその横転が
防止され、リブ１０，１０の内側の順タンブル流９ａ，
９ａの保存性が向上する。
構成のものについて図３（ｂ）を参照して説明すると、
ピストン２の上昇前または初期の状態では図中点線で示
すようにタンブル流は立っており、ピストン２の上昇に
伴い図中実線で示すようにハの字状あるいは逆ハの字状
に横転する。これに対して、本実施形態では、ピストン
２の冠面の一対のリブ１０，１０によってかかるタンブ
ル流の横転が防止される。なお、図３（ａ）において、
リブ１０，１０の外側の順タンブル流９ｂ，９ｂについ
ても、これらのリブ１０，１０の作用によりその横転が
防止され、リブ１０，１０の内側の順タンブル流９ａ，
９ａの保存性が向上する。
【００４７】こうして燃料噴射弁８から噴射された燃料
は、順タンブル流９に乗って点火プラグ５に誘導され、
点火プラグ５の周辺の限られた領域にのみ可燃混合気が
形成される。そして、所定の点火時期になると、点火プ
ラグ５が着火されて燃焼行程が行われ、次に排気バルブ
７ａが開かれて、排気行程が行われる。
は、順タンブル流９に乗って点火プラグ５に誘導され、
点火プラグ５の周辺の限られた領域にのみ可燃混合気が
形成される。そして、所定の点火時期になると、点火プ
ラグ５が着火されて燃焼行程が行われ、次に排気バルブ
７ａが開かれて、排気行程が行われる。
【００４８】以上のように、本実施形態の筒内直接噴射
式内燃機関によれば、順タンブル流の横転が抑制され、
噴射された燃料を点火プラグ５の近傍に確実に誘導でき
るので、着火性が向上するとともに、燃料の成層化が達
成できて内燃機関の燃費が向上することになる。
式内燃機関によれば、順タンブル流の横転が抑制され、
噴射された燃料を点火プラグ５の近傍に確実に誘導でき
るので、着火性が向上するとともに、燃料の成層化が達
成できて内燃機関の燃費が向上することになる。
【００４９】このように、タンブル流の横転・崩壊が防
止され、点火プラグ５の近傍に燃料を誘導できるため、
点火プラグ５による点火時期を遅角して、ＭＢＴ（Ｍｉ
ｎｉｍｕｍ ｓｐａｒｋ ａｄｖａｎｃｅ ｆｏｒ Ｂ
ｅｓｔ Ｔｏｒｑｕｅ）に近づけることができ、燃焼効
率および熱効率を向上することができる。ここで、ＭＢ
Ｔとは、回転速度を一定に保持した状態で点火時期を徐
々に遅角していくと、出力トルクは徐々に増加し、極大
値を示したのちに減少するが、この極大値を示す点をい
う。
止され、点火プラグ５の近傍に燃料を誘導できるため、
点火プラグ５による点火時期を遅角して、ＭＢＴ（Ｍｉ
ｎｉｍｕｍ ｓｐａｒｋ ａｄｖａｎｃｅ ｆｏｒ Ｂ
ｅｓｔ Ｔｏｒｑｕｅ）に近づけることができ、燃焼効
率および熱効率を向上することができる。ここで、ＭＢ
Ｔとは、回転速度を一定に保持した状態で点火時期を徐
々に遅角していくと、出力トルクは徐々に増加し、極大
値を示したのちに減少するが、この極大値を示す点をい
う。
【００５０】なお、上記の第１実施形態では、順タンブ
ル流を形成するものについて説明しているが、本発明は
これに限定されることはなく、図８（ｂ）に示したよう
な逆タンブル流を形成するように構成された筒内直接噴
射式内燃機関であっても同様に適用することができる。
ル流を形成するものについて説明しているが、本発明は
これに限定されることはなく、図８（ｂ）に示したよう
な逆タンブル流を形成するように構成された筒内直接噴
射式内燃機関であっても同様に適用することができる。
【００５１】第２実施形態 図４は本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第２実施形態
のピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部破断正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線に
沿った断面図、（ｄ）はリブ近傍の拡大断面図である。
上述した実施形態と実質的に同一の構成部分については
同一の番号を付し、異なる部分について説明する。
のピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部破断正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線に
沿った断面図、（ｄ）はリブ近傍の拡大断面図である。
上述した実施形態と実質的に同一の構成部分については
同一の番号を付し、異なる部分について説明する。
【００５２】すなわち、本実施形態の筒内直接噴射式内
燃機関では、ピストン２の冠面のキャビティ（凹部）１
１は、第１実施形態のキャビティ２ａよりも深く形成さ
れており、底面（表面）形状は基本的に円筒面である
が、その一部１１ａは平面となっている。この平面部１
１ａはこの実施形態ではシリンダ軸に対して直交する面
と概略一致している。また、キャビティ１１の気筒列方
向の互いに対向する側面１１ｂ，１１ｂ間の幅は、一対
の吸気口６ｂ，６ｂの最も遠い２点間の寸法Ｔｂと概略
一致するように設定されている。リブ１０の形状として
は、例えば、図４（ｄ）に示されているような形状とす
ることができるが、他の形状であってもよい。
燃機関では、ピストン２の冠面のキャビティ（凹部）１
１は、第１実施形態のキャビティ２ａよりも深く形成さ
れており、底面（表面）形状は基本的に円筒面である
が、その一部１１ａは平面となっている。この平面部１
１ａはこの実施形態ではシリンダ軸に対して直交する面
と概略一致している。また、キャビティ１１の気筒列方
向の互いに対向する側面１１ｂ，１１ｂ間の幅は、一対
の吸気口６ｂ，６ｂの最も遠い２点間の寸法Ｔｂと概略
一致するように設定されている。リブ１０の形状として
は、例えば、図４（ｄ）に示されているような形状とす
ることができるが、他の形状であってもよい。
【００５３】この実施形態によると、キャビティ１１の
底面の一部１１ａを平面としたので、順タンブル流９の
形成促進のためのキャビティ１１の形成に伴うピストン
２の冠面部分の肉厚の増大を抑制することができる。ま
た、キャビティ１１の気筒列方向の幅を吸気口６ｂ，６
ｂの最も離間した２点間の寸法Ｔｂと概略同一としたの
で、吸気口６ｂ，６ｂから吸入された吸気流の全体がキ
ャビティ１１によって案内・誘導され、順タンブル流９
の形成がより円滑になされるようになるとともに、キャ
ビティ１１の気筒列方向の互いに対向する側面１１ｂ，
１１ｂによっても順タンブル流９の横転・崩壊が抑制さ
れる。
底面の一部１１ａを平面としたので、順タンブル流９の
形成促進のためのキャビティ１１の形成に伴うピストン
２の冠面部分の肉厚の増大を抑制することができる。ま
た、キャビティ１１の気筒列方向の幅を吸気口６ｂ，６
ｂの最も離間した２点間の寸法Ｔｂと概略同一としたの
で、吸気口６ｂ，６ｂから吸入された吸気流の全体がキ
ャビティ１１によって案内・誘導され、順タンブル流９
の形成がより円滑になされるようになるとともに、キャ
ビティ１１の気筒列方向の互いに対向する側面１１ｂ，
１１ｂによっても順タンブル流９の横転・崩壊が抑制さ
れる。
【００５４】第３実施形態 図５は本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第３実施形態
のピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部破断正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線に
沿った断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面
図である。上述した実施形態と実質的に同一の構成部分
については同一の番号を付し、異なる部分について説明
する。
のピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部破断正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線に
沿った断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面
図である。上述した実施形態と実質的に同一の構成部分
については同一の番号を付し、異なる部分について説明
する。
【００５５】すなわち、本実施形態の筒内直接噴射式内
燃機関では、ピストン２の冠面には第１キャビティ（凹
部）１２が形成され、第１キャビティ１２の中央部近傍
に気筒列方向に対して直交する方向に第２キャビティ
（凹部）１３がさらに形成されている。第１キャビティ
１２は、平面部１１ａを有する点を除いて第２実施形態
のキャビティ１１とほぼ同様で、その底面（表面）形状
は円筒面となっている。
燃機関では、ピストン２の冠面には第１キャビティ（凹
部）１２が形成され、第１キャビティ１２の中央部近傍
に気筒列方向に対して直交する方向に第２キャビティ
（凹部）１３がさらに形成されている。第１キャビティ
１２は、平面部１１ａを有する点を除いて第２実施形態
のキャビティ１１とほぼ同様で、その底面（表面）形状
は円筒面となっている。
【００５６】また、第２キャビティ１３は、その底面
（表面）形状は、基本的に円筒面であるが、その一部１
３ａは平面となっている。この平面部１３ａはこの実施
形態ではシリンダ軸に対して略直交する面となっている
とともに、第１キャビティ１２の円筒面にほぼ接するよ
うに形成されている。第１キャビティ１２の円筒面の中
心軸と第２キャビティ１３の円筒面の中心軸は互いにシ
リンダ軸方向に寸法ＯＦだけオフセットされている（図
５（ｂ）参照）。第１キャビティ１２の円筒面の半径Ｒ
と第２キャビティ１３の円筒面の半径Ｒ’は互いに同一
でも異なっていてもよい。これらの半径Ｒ、Ｒ’はシリ
ンダ１のボア径と概略一致するように設定することがで
きる。
（表面）形状は、基本的に円筒面であるが、その一部１
３ａは平面となっている。この平面部１３ａはこの実施
形態ではシリンダ軸に対して略直交する面となっている
とともに、第１キャビティ１２の円筒面にほぼ接するよ
うに形成されている。第１キャビティ１２の円筒面の中
心軸と第２キャビティ１３の円筒面の中心軸は互いにシ
リンダ軸方向に寸法ＯＦだけオフセットされている（図
５（ｂ）参照）。第１キャビティ１２の円筒面の半径Ｒ
と第２キャビティ１３の円筒面の半径Ｒ’は互いに同一
でも異なっていてもよい。これらの半径Ｒ、Ｒ’はシリ
ンダ１のボア径と概略一致するように設定することがで
きる。
【００５７】この実施形態によると、吸気口６ｂ，６ｂ
からの吸気は第１キャビティ１２に沿って流動すること
により順タンブル流９の形成が促進されるとともに、第
２キャビティ１３の互いに対向する側面１３ｂ，１３ｂ
により構成される吸気誘導壁により点火プラグ５に対応
する部分近傍に形成される順タンブル流９ａの横転や崩
壊が防止され、噴射燃料が点火プラグ５の近傍に確実に
誘導される。
からの吸気は第１キャビティ１２に沿って流動すること
により順タンブル流９の形成が促進されるとともに、第
２キャビティ１３の互いに対向する側面１３ｂ，１３ｂ
により構成される吸気誘導壁により点火プラグ５に対応
する部分近傍に形成される順タンブル流９ａの横転や崩
壊が防止され、噴射燃料が点火プラグ５の近傍に確実に
誘導される。
【００５８】また、第２キャビティ１３の底面の一部１
３ａを所定の平面としたので、順タンブル流の横転防止
のための第２キャビティ１３の形成に伴うピストン５の
冠面部分の肉厚の増大を抑制することができる。さら
に、上述の第１および第２実施形態と比較して、ピスト
ン冠面の凹凸が少ないので、噴射燃料のピストン冠面へ
の付着などによる燃焼効率の低下を抑制でき、炭化水素
（ＨＣ）などの発生が少なくなる。
３ａを所定の平面としたので、順タンブル流の横転防止
のための第２キャビティ１３の形成に伴うピストン５の
冠面部分の肉厚の増大を抑制することができる。さら
に、上述の第１および第２実施形態と比較して、ピスト
ン冠面の凹凸が少ないので、噴射燃料のピストン冠面へ
の付着などによる燃焼効率の低下を抑制でき、炭化水素
（ＨＣ）などの発生が少なくなる。
【００５９】これにより、上述した順タンブル流９の点
火プラグ５を通過するガス流れが円滑になり、着火性お
よび燃料の成層化がさらに向上することになる。
火プラグ５を通過するガス流れが円滑になり、着火性お
よび燃料の成層化がさらに向上することになる。
【００６０】第４実施形態 図６は本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第４実施形態
のピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部破断正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線に
沿った断面図である。上述した実施形態と実質的に同一
の構成部分については同一の番号を付し、異なる部分に
ついて説明する。
のピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部破断正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線に
沿った断面図である。上述した実施形態と実質的に同一
の構成部分については同一の番号を付し、異なる部分に
ついて説明する。
【００６１】すなわち、本実施形態の筒内直接噴射式内
燃機関では、ピストン２の冠面には、第１キャビティ
（凹部）１４が形成され、第１キャビティ１４の中央部
近傍に気筒列方向に対して直交する方向であって排気口
７ｂ側に第２キャビティ（凹部）１５がさらに形成され
ている。第１キャビティ１４は第３実施形態の第１キャ
ビティ１２とほぼ同様で、その底面（表面）形状は円筒
面となっている。また、第２キャビティ１５の底面（表
面）形状も円筒面となっている。
燃機関では、ピストン２の冠面には、第１キャビティ
（凹部）１４が形成され、第１キャビティ１４の中央部
近傍に気筒列方向に対して直交する方向であって排気口
７ｂ側に第２キャビティ（凹部）１５がさらに形成され
ている。第１キャビティ１４は第３実施形態の第１キャ
ビティ１２とほぼ同様で、その底面（表面）形状は円筒
面となっている。また、第２キャビティ１５の底面（表
面）形状も円筒面となっている。
【００６２】第１キャビティ１４の円筒面の中心軸に対
して第２キャビティ１５の円筒面の中心軸は気筒列方向
に直交する面内で燃料噴射弁５から離間する方向に寸法
ＯＦだけオフセットされている。第１キャビティ１４の
円筒面の半径Ｒと第２キャビティ１５の円筒面の半径
Ｒ’は同一でも異なっていてもよい。これらの半径Ｒ、
Ｒ’はシリンダ１のボア径と概略一致するように設定す
ることができる。
して第２キャビティ１５の円筒面の中心軸は気筒列方向
に直交する面内で燃料噴射弁５から離間する方向に寸法
ＯＦだけオフセットされている。第１キャビティ１４の
円筒面の半径Ｒと第２キャビティ１５の円筒面の半径
Ｒ’は同一でも異なっていてもよい。これらの半径Ｒ、
Ｒ’はシリンダ１のボア径と概略一致するように設定す
ることができる。
【００６３】この実施形態によると、成層希薄燃焼時
（低負荷時）には、吸気口６ｂ，６ｂからの吸気は第１
キャビティ１４に沿って流動することにより順タンブル
流の形成が促進されるとともに、第２キャビティ１５の
互いに対向する側面１５ａ，１５ａにより構成される吸
気誘導壁により点火プラグ５に対応する部分近傍に形成
される順タンブル流９ａの横転や崩壊が防止され、噴射
燃料が点火プラグ５の近傍に確実に誘導され、着火性お
よび燃料の成層化がさらに向上することになる。
（低負荷時）には、吸気口６ｂ，６ｂからの吸気は第１
キャビティ１４に沿って流動することにより順タンブル
流の形成が促進されるとともに、第２キャビティ１５の
互いに対向する側面１５ａ，１５ａにより構成される吸
気誘導壁により点火プラグ５に対応する部分近傍に形成
される順タンブル流９ａの横転や崩壊が防止され、噴射
燃料が点火プラグ５の近傍に確実に誘導され、着火性お
よび燃料の成層化がさらに向上することになる。
【００６４】一方、均質燃焼時（高負荷時）には吸気行
程において燃料噴射を行うことになるので、圧縮工程で
燃料噴射を行う希薄燃焼時よりも燃焼室内圧力が低い。
このため、図６（ｂ）中に点線で示すように、均質燃焼
時における燃料噴射弁５による噴射燃料の拡がり角（噴
射外径角）は、成層希薄燃焼時の燃料噴射による噴射燃
料の拡がり角（図６（ｂ）中に実線で示す）よりも拡大
し、ピストン２の冠面との衝突や干渉などによるピスト
ン冠面への付着などにより燃焼率が低下する可能性があ
る。しかし、この実施形態では、第２キャビティ１５の
中心軸が第１キャビティ１４の中心軸よりも燃料噴射弁
５から離間する方向にオフセットしているので、燃料噴
射弁５の燃料噴射位置からの第２キャビティ１５の底面
までの距離が第１キャビティ１４の底面までの距離より
も拡大しているとともに、噴射燃料との衝突角度も緩く
できるので、燃料噴霧のピストン冠面への付着などが防
止され、均質燃焼時の燃焼効率を向上することができ
る。
程において燃料噴射を行うことになるので、圧縮工程で
燃料噴射を行う希薄燃焼時よりも燃焼室内圧力が低い。
このため、図６（ｂ）中に点線で示すように、均質燃焼
時における燃料噴射弁５による噴射燃料の拡がり角（噴
射外径角）は、成層希薄燃焼時の燃料噴射による噴射燃
料の拡がり角（図６（ｂ）中に実線で示す）よりも拡大
し、ピストン２の冠面との衝突や干渉などによるピスト
ン冠面への付着などにより燃焼率が低下する可能性があ
る。しかし、この実施形態では、第２キャビティ１５の
中心軸が第１キャビティ１４の中心軸よりも燃料噴射弁
５から離間する方向にオフセットしているので、燃料噴
射弁５の燃料噴射位置からの第２キャビティ１５の底面
までの距離が第１キャビティ１４の底面までの距離より
も拡大しているとともに、噴射燃料との衝突角度も緩く
できるので、燃料噴霧のピストン冠面への付着などが防
止され、均質燃焼時の燃焼効率を向上することができ
る。
【００６５】これにより、成層希薄燃焼時には上述した
順タンブル流９の点火プラグ５を通過するガス流れが円
滑になり、着火性および燃料の成層化がさらに向上する
ことになり、均質燃焼時には燃焼効率を高くすることが
できる。
順タンブル流９の点火プラグ５を通過するガス流れが円
滑になり、着火性および燃料の成層化がさらに向上する
ことになり、均質燃焼時には燃焼効率を高くすることが
できる。
【００６６】第５実施形態 図７は本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第５実施形態
のピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部破断正面図である。上述した実施形態と実
質的に同一の構成部分については同一の番号を付し、異
なる部分について説明する。
のピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部破断正面図である。上述した実施形態と実
質的に同一の構成部分については同一の番号を付し、異
なる部分について説明する。
【００６７】すなわち、本実施形態の筒内直接噴射式内
燃機関では、ピストン２の冠面には、第１キャビティ
（凹部）１６が形成され、第１キャビティ１６の中央部
近傍に気筒列方向に対して直交する方向であって排気口
７ｂ側に第２キャビティ１７がさらに形成されている。
第１キャビティ１６はその底面（表面）形状は楕円筒面
となっている。この第１キャビティ１６の楕円筒面は気
筒列方向に概略沿う方向に中心軸を有し、且つ該楕円Ｅ
の長軸の方向が吸気側に低く排気側に高くなるようにシ
リンダ軸に対して斜交するように形成されている。従っ
て、燃焼室４は吸気側の容量が大きく排気側の容量が小
さくなるように、縦断面がくさび型の形状となってい
る。楕円Ｅの長軸方向の径はボア径からスキッシュエリ
アに相当する部分を除いた径Ｃと同一となるように設定
されている。
燃機関では、ピストン２の冠面には、第１キャビティ
（凹部）１６が形成され、第１キャビティ１６の中央部
近傍に気筒列方向に対して直交する方向であって排気口
７ｂ側に第２キャビティ１７がさらに形成されている。
第１キャビティ１６はその底面（表面）形状は楕円筒面
となっている。この第１キャビティ１６の楕円筒面は気
筒列方向に概略沿う方向に中心軸を有し、且つ該楕円Ｅ
の長軸の方向が吸気側に低く排気側に高くなるようにシ
リンダ軸に対して斜交するように形成されている。従っ
て、燃焼室４は吸気側の容量が大きく排気側の容量が小
さくなるように、縦断面がくさび型の形状となってい
る。楕円Ｅの長軸方向の径はボア径からスキッシュエリ
アに相当する部分を除いた径Ｃと同一となるように設定
されている。
【００６８】また、第２キャビティ１７の底面（表面）
形状は半径Ｒの円筒面となっている。第２キャビティ１
７の円筒面の中心軸は気筒列方向に沿うように設定され
ており、第２キャビティ１７は第１キャビティ１６の排
気口７ｂ側に形成されている。第２キャビティ１７の円
筒面の半径Ｒは、シリンダ１のボア径と概略一致するよ
うに設定することができる。
形状は半径Ｒの円筒面となっている。第２キャビティ１
７の円筒面の中心軸は気筒列方向に沿うように設定され
ており、第２キャビティ１７は第１キャビティ１６の排
気口７ｂ側に形成されている。第２キャビティ１７の円
筒面の半径Ｒは、シリンダ１のボア径と概略一致するよ
うに設定することができる。
【００６９】この実施形態によると、成層希薄燃焼時
（低負荷時）には、吸気口６ｂ，６ｂからの吸気は第１
キャビティ１６に沿って流動することにより順タンブル
流の形成が促進されるとともに、第２キャビティ１７の
互いに対向する側面１７ａ，１７ａにより構成される吸
気誘導壁により点火プラグ５に対応する部分近傍に形成
される順タンブル流９ａの横転や崩壊が防止され、噴射
燃料が点火プラグ５の近傍に確実に誘導され、着火性お
よび燃料の成層化がさらに向上することになる。
（低負荷時）には、吸気口６ｂ，６ｂからの吸気は第１
キャビティ１６に沿って流動することにより順タンブル
流の形成が促進されるとともに、第２キャビティ１７の
互いに対向する側面１７ａ，１７ａにより構成される吸
気誘導壁により点火プラグ５に対応する部分近傍に形成
される順タンブル流９ａの横転や崩壊が防止され、噴射
燃料が点火プラグ５の近傍に確実に誘導され、着火性お
よび燃料の成層化がさらに向上することになる。
【００７０】一方、均質燃焼時（高負荷時）には、上記
第４実施形態と同様に、燃料噴射弁５の燃料噴射位置か
らの第２キャビティ１７の底面までの距離が第１キャビ
ティ１６までの距離よりも拡大しているので、燃料噴霧
のピストン冠面への付着などが抑制され、均質燃焼時の
燃焼効率を向上することができる。また、その断面がく
さび型の燃焼室としたことにより、高負荷時にノックの
起こりやすい吸気側を先に燃焼させることが可能とな
り、耐ノック性が向上するという効果を併せ持つ。
第４実施形態と同様に、燃料噴射弁５の燃料噴射位置か
らの第２キャビティ１７の底面までの距離が第１キャビ
ティ１６までの距離よりも拡大しているので、燃料噴霧
のピストン冠面への付着などが抑制され、均質燃焼時の
燃焼効率を向上することができる。また、その断面がく
さび型の燃焼室としたことにより、高負荷時にノックの
起こりやすい吸気側を先に燃焼させることが可能とな
り、耐ノック性が向上するという効果を併せ持つ。
【００７１】これにより、成層希薄燃焼時には上述した
順タンブル流９の点火プラグ５を通過するガス流れが円
滑になり、着火性および燃料の成層化がさらに向上する
ことになり、均質燃焼時には燃焼効率を高くできるとと
もに、耐ノック性を向上することができる。
順タンブル流９の点火プラグ５を通過するガス流れが円
滑になり、着火性および燃料の成層化がさらに向上する
ことになり、均質燃焼時には燃焼効率を高くできるとと
もに、耐ノック性を向上することができる。
【００７２】なお、以上説明した実施形態は、本発明の
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。
【図１】本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第１実施形
態を示す縦断面図である。
態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第１実施形
態のピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部破断正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線に
沿った断面図である。
態のピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部破断正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線に
沿った断面図である。
【図３】タンブル流の経時変化を説明するための平面図
であり、（ａ）は第１実施形態を、（ｂ）は従来技術を
示している。
であり、（ａ）は第１実施形態を、（ｂ）は従来技術を
示している。
【図４】本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第２実施形
態のピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部破断正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線に
沿った断面図、（ｄ）はリブの拡大断面図である。
態のピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部破断正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線に
沿った断面図、（ｄ）はリブの拡大断面図である。
【図５】本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第３実施形
態のピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部破断正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線に
沿った断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面
図である。
態のピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部破断正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線に
沿った断面図、（ｄ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面
図である。
【図６】本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第４実施形
態のピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部破断正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線に
沿った断面図である。
態のピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部破断正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線に
沿った断面図である。
【図７】本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第５実施形
態のピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部破断正面図である。
態のピストンの構成を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は一部破断正面図である。
【図８】従来の筒内直接噴射式内燃機関を示す縦断面図
であり、（ａ）は順タンブル流を形成するものを、
（ｂ）は逆タンブル流を形成するものを示している。
であり、（ａ）は順タンブル流を形成するものを、
（ｂ）は逆タンブル流を形成するものを示している。
１…シリンダ ２…ピストン ２ａ，１１…キャビティ ３…シリンダヘッド ４…燃焼室 ５…点火プラグ ６…吸気ポート ６ｂ…吸気口 ７…排気ポート ８…燃料噴射弁 ９…順タンブル流 １０…リブ １２，１４，１６…第１キャビティ １３，１５，１７…第２キャビティ １３ｂ，１５ａ，１７ａ…吸気誘導壁
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２５ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２５Ａ Ｆ０２Ｆ 3/26 Ｆ０２Ｆ 3/26 Ａ (72)発明者 的場 雅司 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AA18 AB03 AC05 AD02 AD03 AD09 AG01 3G301 HA04 HA06 HA16 HA17 JA02 KA08 KA09 LB04 MA11
Claims (8)
- 【請求項１】燃焼室の吸気口側に設けられた燃料噴射弁
により前記燃焼室内へ直接燃料を噴射する筒内直接噴射
式内燃機関において、 ピストンの冠面であって点火プラグに対応する部分の気
筒列方向の両側に、前記吸気口からの吸気により前記燃
焼室内に形成されるタンブル流に沿うように互いに対向
する一対の吸気誘導壁を立設したことを特徴とする筒内
直接噴射式内燃機関。 - 【請求項２】前記吸気誘導壁は前記ピストンの冠面に形
成されたキャビティの底面に突出するように形成された
一対のリブの互いに対向する側面により構成されること
を特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機
関。 - 【請求項３】前記吸気誘導壁は前記ピストンの冠面に形
成された第１キャビティの底面の一部に形成された第２
キャビティの気筒列方向に対向する側面により構成され
ることを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式内
燃機関。 - 【請求項４】前記第１キャビティおよび前記第２キャビ
ティの底面は、それぞれ前記気筒列方向に概略沿う方向
に中心軸を有する円筒面であることを特徴とする請求項
３に記載の筒内直接噴射式内燃機関。 - 【請求項５】前記第２キャビティの底面の一部は、前記
第１キャビティの円筒面に接する平面となっていること
を特徴とする請求項４に記載の筒内直接噴射式内燃機
関。 - 【請求項６】前記第１キャビティの前記中心軸に対して
前記第２キャビティの前記中心軸は前記燃料噴射弁から
離間する方向にオフセットされていることを特徴とする
請求項４または５に記載の筒内直接噴射式内燃機関。 - 【請求項７】前記第１キャビティの底面は前記気筒列方
向に概略沿う方向に中心軸を有する楕円筒面であり、該
楕円筒面は前記燃焼室の吸気側の容量が大きく排気側の
容量が小さくなるように、該楕円の長軸がシリンダ軸に
対して斜交するように形成されたことを特徴とする請求
項３に記載の筒内直接噴射式内燃機関。 - 【請求項８】前記第１キャビティの前記気筒列方向の幅
を、前記吸気口の最も離間した２点間の寸法と概略同一
としたことを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記
載の筒内直接噴射式内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25511698A JP3941258B2 (ja) | 1998-09-09 | 1998-09-09 | 筒内直接噴射式内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25511698A JP3941258B2 (ja) | 1998-09-09 | 1998-09-09 | 筒内直接噴射式内燃機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000087750A true JP2000087750A (ja) | 2000-03-28 |
| JP3941258B2 JP3941258B2 (ja) | 2007-07-04 |
Family
ID=17274325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25511698A Expired - Lifetime JP3941258B2 (ja) | 1998-09-09 | 1998-09-09 | 筒内直接噴射式内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3941258B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1223329A2 (en) | 2001-01-09 | 2002-07-17 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel injection control device for direct injection spark-ignition engine |
| WO2002055849A1 (en) | 2001-01-05 | 2002-07-18 | Nissan Motor Co., Ltd. | Incylinder direct injection spark ignition engine |
| EP1300565A2 (en) | 2001-10-03 | 2003-04-09 | Nissan Motor Co., Ltd. | Direct injection spark ignition engine |
| EP1712758A1 (en) * | 2005-04-11 | 2006-10-18 | Hitachi, Ltd. | Direct-injection engine, method of controlling the same, piston used in the same and fuel injection valve used in the same |
| JP2007192186A (ja) * | 2006-01-23 | 2007-08-02 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関およびそのピストン |
| JP2007247583A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関 |
| JP2008057479A (ja) * | 2006-09-01 | 2008-03-13 | Hitachi Ltd | 直噴エンジン |
| US7856958B2 (en) | 2007-01-29 | 2010-12-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Piston for internal combustion engine, and internal combustion engine using the piston |
| CN103133121A (zh) * | 2011-11-25 | 2013-06-05 | 本田技研工业株式会社 | 内燃机 |
| CN108468600A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-08-31 | 重庆隆鑫发动机有限公司 | 航空重油发动机及航空器 |
| CN108590876A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-09-28 | 重庆隆鑫发动机有限公司 | 重油发动机活塞及航空发动机 |
-
1998
- 1998-09-09 JP JP25511698A patent/JP3941258B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002055849A1 (en) | 2001-01-05 | 2002-07-18 | Nissan Motor Co., Ltd. | Incylinder direct injection spark ignition engine |
| US6705275B2 (en) | 2001-01-05 | 2004-03-16 | Nissan Motor Co., Ltd. | Incylinder direct injection spark ignition engine |
| EP1223329A2 (en) | 2001-01-09 | 2002-07-17 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel injection control device for direct injection spark-ignition engine |
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| US7464687B2 (en) | 2005-04-11 | 2008-12-16 | Hitachi, Ltd. | Direct-injection engine, method of controlling the same, piston used in the same and fuel injection valve used in the same |
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| US7231901B2 (en) | 2005-04-11 | 2007-06-19 | Hitachi, Ltd. | Direct-injection engine, method of controlling the same, piston used in the same and fuel injection valve used in the same |
| JP2007192186A (ja) * | 2006-01-23 | 2007-08-02 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関およびそのピストン |
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| JP4548369B2 (ja) * | 2006-03-17 | 2010-09-22 | 日産自動車株式会社 | 内燃機関 |
| JP2008057479A (ja) * | 2006-09-01 | 2008-03-13 | Hitachi Ltd | 直噴エンジン |
| JP4500790B2 (ja) * | 2006-09-01 | 2010-07-14 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 直噴エンジン |
| US7856958B2 (en) | 2007-01-29 | 2010-12-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Piston for internal combustion engine, and internal combustion engine using the piston |
| CN103133121A (zh) * | 2011-11-25 | 2013-06-05 | 本田技研工业株式会社 | 内燃机 |
| CN108468600A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-08-31 | 重庆隆鑫发动机有限公司 | 航空重油发动机及航空器 |
| CN108590876A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-09-28 | 重庆隆鑫发动机有限公司 | 重油发动机活塞及航空发动机 |
Also Published As
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| JP3941258B2 (ja) | 2007-07-04 |
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