JP2002122025A - 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

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JP2002122025A JP2001226505A JP2001226505A JP2002122025A JP 2002122025 A JP2002122025 A JP 2002122025A JP 2001226505 A JP2001226505 A JP 2001226505A JP 2001226505 A JP2001226505 A JP 2001226505A JP 2002122025 A JP2002122025 A JP 2002122025A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 成層燃焼に際して、可燃混合気を形成するた
めの燃料噴射の時間を延長可能とし、成層燃焼運転域を
高回転高負荷側へ拡大することができる筒内噴射式火花
点火内燃機関を提供することである。 【課題手段】 比較的厚さの薄い略扇形状噴霧10とし
て燃料を噴射する燃料噴射弁7と、点火プラグ6と、ピ
ストン頂面に形成されたキャビティ8とを具備し、キャ
ビティは細長い溝形状であり、略扇形状噴霧はピストン
中心軸線と略平行となるように燃料噴射弁から噴射され
てキャビティ内に衝突し、点火プラグはキャビティを臨
み気筒上部に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射式火花点
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ことに
より、点火時点において点火プラグ近傍だけに着火性の
良好な混合気(以下、可燃混合気)を形成し、気筒内全
体としては希薄な混合気の燃焼を可能にする成層燃焼が
公知である。成層燃焼を実施する際には、一般的に、燃
料噴射弁は、圧縮行程後半に燃料を噴射する。こうして
噴射された燃料は、ピストン頂面に形成された凹状のキ
ャビティ内へ進入し、キャビティ形状によって点火プラ
グ方向へ偏向され、点火プラグ近傍に可燃混合気を形成
することが意図されている。
【0003】特開平11−223127号公報に開示さ
れている筒内噴射式火花点火内燃機関では、点火プラグ
は気筒上部略中心に配置され、燃料噴射弁は、噴射燃料
が気筒内の高温高圧の吸気と十分に接触して気化し易く
なるように、燃料を厚さの薄い略扇形状に噴射するもの
であり、気筒上部周囲に配置されている。キャビティ
は、ピストン頂面略中央部から燃料噴射弁側のピストン
頂面周囲部へ延在しており、底壁と、点火プラグ側側壁
と、燃料噴射弁側側壁とを有している。斜め上方からキ
ャビティ内に噴射された燃料は、キャビティの底壁に衝
突した後に、底壁に沿って点火プラグ側側壁方向に進行
し、その後、点火プラグ側側壁によって点火プラグ方向
に偏向されるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような筒内噴射式
火花点火内燃機関において、噴射燃料がキャビティの底
壁へ衝突すれば、点火プラグ近傍に比較的良好に可燃混
合気を形成することができる。しかしながら、燃料噴射
弁の噴射方向は、斜め下向きの一方向に固定されている
ために、このような燃料噴射を可能とするピストン位置
範囲は比較的狭く、燃料噴射時間が制限されて比較的少
量の燃料しか噴射することができない。それにより、燃
費効率の高い成層燃焼は低負荷運転域に限定されてい
る。また、機関高回転時には、燃料噴射可能な時間は非
常に短くなるために、実質的に、成層燃焼は不可能とさ
れていた。
【0005】従って、本発明の目的は、成層燃焼に際し
て、可燃混合気を形成するための燃料噴射の時間を延長
可能とし、成層燃焼運転域を高回転高負荷側へ拡大する
ことができる筒内噴射式火花点火内燃機関を提供するこ
とである。
【0006】
【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、比較的厚さの薄
い略扇形状噴霧として燃料を噴射する燃料噴射弁と、点
火プラグと、ピストン頂面に形成されたキャビティとを
具備し、前記キャビティは細長い溝形状であり、前記略
扇形状噴霧はピストン中心軸線と略平行となるように前
記燃料噴射弁から噴射されて前記キャビティ内に衝突
し、前記点火プラグは前記キャビティを臨み気筒上部に
配置されていることを特徴とする。
【0007】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、前記略扇形状噴霧が衝突
する前記キャビティの底壁は、前記キャビティの幅方向
において凹状に湾曲していることを特徴とする。
【0008】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1又は2に記載の筒
内噴射式火花点火内燃機関において、前記略扇形状噴霧
が衝突する前記キャビティの底壁は、前記キャビティの
長手方向において凹状に湾曲しており、前記点火プラグ
は前記キャビティの長手方向中央部を臨み気筒上部に配
置されていることを特徴とする。
【0009】また、本発明による請求項4に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、請求項1又は2に記載の筒
内噴射式火花点火内燃機関において、前記燃料噴射弁は
複数の前記略扇形状噴霧として燃料を噴射するものであ
り、複数の前記略扇形状噴霧はピストン中心軸線と略平
行となるように前記燃料噴射弁から噴射されて前記キャ
ビティ内に衝突することを特徴とする。
【0010】また、本発明による請求項5に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、請求項4に記載の筒内噴射
式火花点火内燃機関において、前記略扇形状噴霧が衝突
する前記キャビティの底壁は、前記キャビティの幅方向
中央において前記キャビティの長手方向に延在する隆起
部を有し、前記底壁における前記隆起部の両側にはそれ
ぞれ前記略扇形状噴霧が衝突することを特徴とする。
【0011】また、本発明による請求項6に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、請求項1又は2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
は、深さの大きな内側部と前記内側部を取り囲む深さの
小さな外側部とを有し、前記略扇形状噴霧は前記キャビ
ティの前記内側部内に衝突することを特徴とする。
【0012】また、本発明による請求項7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、前記略扇形状噴霧は前記
キャビティの幅方向中央に対して偏倚して前記キャビテ
ィ内に衝突し、前記点火プラグは前記キャビティの幅方
向中央に対して前記略扇形状噴霧の衝突位置の反対側に
偏倚して前記キャビティを臨んでいることを特徴とす
る。
【0013】また、本発明による請求項8に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、請求項1から7のいずれか
に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記キ
ャビティは前記ピストン頂面を吸気ポート側から排気ポ
ート側へ略横断する細長い溝形状であり、前記点火プラ
グは前記キャビティの長手方向中央部を臨み、もう一つ
の点火プラグが吸気ポート側において前記キャビティを
臨み気筒上部に配置されていることを特徴とする。
【0014】また、本発明による請求項9に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、請求項8に記載の筒内噴射
式火花点火内燃機関において、成層燃焼を実施する際
に、機関負荷が設定機関負荷より低く機関回転数が設定
回転数より高い時には、前記もう一つの点火プラグによ
って混合気を着火させることを特徴とする。
【0015】また、本発明による請求項10に記載の筒
内噴射式火花点火内燃機関は、請求項1から3のいずれ
かに記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記
ピストン頂面における前記キャビティの幅方向隣接部の
少なくとも一方には、前記キャビティの長手方向に延在
してスキッシュ流が前記キャビティ内へ侵入することを
防止するための突出壁が形成されていることを特徴とす
る。
【0016】
【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
り、図2は図1におけるピストンの平面図である。これ
らの図において、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、キャビティ8がピストン頂面に形成さ
れている。6は気筒上部中心近傍に配置された点火プラ
グである。7は気筒上部中心近傍に点火プラグ6と隣接
配置された燃料噴射弁である。
【0017】燃料噴射弁7は、スリット状の噴孔を有
し、比較的厚さの薄い略扇形状噴霧10として燃料を噴
射するものである。燃料噴射弁7の噴孔は、噴射された
略扇形状噴霧10がピストン中心軸線と略平行となるよ
うに、すなわち、略扇形状噴霧10の厚さ方向の中央平
面がピストン中心軸線と略平行となるように配向されて
いる。キャビティ8は、ピストン頂面の中心を通りピス
トン頂面を略横断する細長い溝形状であり、略扇形状噴
霧10の幅方向に、すなわち、噴霧が扇状に展開する方
向に延在している。こうして、略扇形状噴霧10の扇夾
角を適当に選択することにより、吸気行程末期、圧縮行
程初期、又は、圧縮行程中期のようなピストンが比較的
低い位置にある時にも、略扇形状噴霧10の全てをキャ
ビティ8内へ進入させることができる。
【0018】比較的厚さの薄い略扇形状噴霧は、飛行中
において気筒内の高温の吸気と良好に接触して十分に受
熱すると共に微粒化される。こうして、成層燃焼時にお
いて、圧縮行程初期、圧縮行程中期、又は、場合によっ
ては吸気行程末期から燃料噴射を開始しても、噴射され
た全ての燃料は、気化し易い状態でピストン頂面のキャ
ビティ8内へ進入し、キャビティ8からのさらなる受熱
によって完全に気化し、圧縮行程末期には、図4にドッ
トで示すように、キャビティ8内及びキャビティ8上方
に一塊の可燃混合気を形成する。点火プラグ6は、キャ
ビティ8を臨むように配置されているために、こうして
形成された可燃混合気を良好に着火燃焼させることが可
能である。このようにして、成層燃焼時における燃料噴
射開始時期を比較的自由に設定することができ、これ
は、成層燃焼時の燃料噴射時間を延長させることを可能
とし、比較的多量の燃料噴射が可能となるために、燃費
効率の高い成層燃焼の運転域を低負荷域に限定すること
なく、高回転高負荷側へ拡大することが可能となる。
【0019】本実施形態において、略扇形状噴霧10
は、ピストン位置に係わらずに、厚さ中心をキャビティ
8の幅中心にほぼ一致させて噴射される。略扇形状噴霧
10の厚さは比較的薄いものであるが、圧縮行程初期の
ようにピストン位置が低くて飛行距離が長くなると、噴
霧先端では、厚さ方向にある程度拡がることとなる。本
実施形態では、略扇形状噴霧10が衝突するキャビティ
8の底壁8aは、図3に示すように、キャビティ8の幅
方向において凹状に湾曲している。それにより、底壁8
aへの衝突後の燃料は、キャビティ8の幅中央方向(矢
印方向)へ集合するようになっており、キャビティ8内
で気化した燃料がキャビティ8の幅方向外側へ分散し難
くなっている。こうして可燃混合気を確実にキャビティ
8内及びキャビティ8上方に一塊に位置させることがで
き、キャビティ8を臨む点火プラグ6によって確実に着
火燃焼させることができる。
【0020】本実施形態において、点火プラグ6の位置
は、気筒上部中心近傍とされているために、キャビティ
形状同様に細長く形成された可燃混合気は、中央部で着
火して両側へ同時に火炎伝播する。それにより、燃焼速
度の速い良好な成層燃焼が可能となる。しかしながら、
これは、本発明を限定するものではない。点火プラグ6
は、いずれの位置でもキャビティ8に臨んでいれば、燃
焼速度は多少遅くなっても、キャビティ8内及びキャビ
ティ8上方に形成された一塊の可燃混合気を確実に着火
燃焼させることが可能となる。
【0021】また、本実施形態において、燃料噴射弁7
の位置は、気筒上部中心近傍としたが、これも本発明を
限定するものではない。例えば、気筒上部周囲に配置さ
れていても、略扇形状噴霧をピストン中心軸線と略平行
に噴射可能であり、こうして、低く位置するピストンに
対しても略扇形状噴霧を溝形状キャビティ内へ確実に進
入させることができ、前述同様な効果を得ることができ
る。
【0022】溝形状キャビティ8は、幅中心とピストン
頂面の直径とを一致させて形成したが、点火プラグ6及
び燃料噴射弁7の位置を含めて、それ程大幅でなけれ
ば、現位置から平行移動させることも可能である。ま
た、キャビティ8は、ピストン頂面を略横断して形成す
ることにより、長さが大きくなり、前述したように、低
く位置するピストンに対しても、略扇形状噴霧を確実に
キャビティ内へ進入させることが可能となる。しかしな
がら、キャビティがピストン頂面を完全に横断している
と、キャビティ内へ噴射された燃料がピストン周囲へ流
出する可能性があるために、これはあまり好ましいこと
ではない。
【0023】図5は、第一実施形態の変形例を示す図2
に相当する平面図である。本変形例では、燃料噴射弁7
は気筒上部略中心に位置しており、二つの点火プラグ6
a及び6bが、気筒上部における燃料噴射弁7の両側に
キャビティ8を臨んで配置されている。燃料噴射弁7の
このような配置によって、略扇形状噴霧の幅及び厚さの
中心軸線をピストンの中心軸線と一致させることが可能
となり、キャビティ8内及びキャビティ8上方に一塊に
位置する可燃混合気を、キャビティ長手中央を境に濃度
的及び形状的に対称に形成することができる。こうし
て、二つの点火プラグ6a及び6bによって、これら対
称の可燃混合気部分を同時に着火燃焼させ、第一実施形
態と比較して単純には燃焼速度を二倍にすることが可能
であり、成層燃焼をさらに良好なものとすることができ
る。
【0024】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す概略縦断面図である。第
一実施形態との違いについて以下に説明する。本実施形
態においてピストン頂面に形成されたキャビティ81
は、長手方向に凹状に湾曲する底壁81aを有してい
る。それにより、底壁81aに衝突した燃料は、キャビ
ティ81の長手中央方向(矢印方向)へ集合するように
なっている。こうして、圧縮行程末期には、図7にドッ
トで示すように、キャビティ81内中央部及びキャビテ
ィ81中央部上方に一塊の可燃混合気を形成する。特
に、点火プラグ6は、キャビティ81中央部を臨むよう
に配置されているために、こうして形成された可燃混合
気を良好に着火燃焼させることが可能である。本実施形
態では、このようにして、キャビティ81内で気化した
燃料をさらに点火プラグ6近傍に集合させることが可能
であり、さらに確実な着火燃焼を保証することができ
る。
【0025】本実施形態において、第一実施形態と同様
に、キャビティ81の底壁81aは、幅方向にも凹状に
湾曲させることが可能であり、それにより、底壁81a
に衝突した燃料は、キャビティの81の幅中央方向へも
集合させられ、キャビティ81内で気化した燃料を、キ
ャビティ81の幅方向外側へ分散し難くすることもで
き、可燃混合気の着火燃焼をさらに良好なものとするこ
とができる。
【0026】前述の第一及び第二実施形態において、点
火プラグ、燃料噴射弁、及びキャビティの位置関係は、
特に、吸気ポート及び排気ポートの位置には関係ない。
例えば、平面視においてキャビティが吸気ポートと排気
ポートとの間を延在するようにして、それに合わせて点
火プラグ及び燃料噴射弁を配置しても良い。
【0027】図8は、本発明による筒内噴射式火花点火
内燃機関の第三実施形態を示す概略縦断面図である。第
一実施形態との違いについて以下に説明する。本実施形
態において、ピストン52頂面に形成された溝形状キャ
ビティ82は、平面視において、吸気ポート1と排気ポ
ート2との間に延在している。また、キャビティ82
は、第一実施形態のキャビティ8に比較して幅広とされ
ている。
【0028】本実施形態では、吸気ポート1の形状等が
工夫され、吸気行程において気筒内へ導入される吸気
は、シリンダボアの排気ポート2側を下降して吸気ポー
ト1側を上昇するタンブル流を生成するようになってい
る。このタンブル流は、圧縮行程においても持続し、圧
縮行程後半となると、一点鎖線矢印で示すように、ピス
トン上昇に伴ってキャビティ82内へ進入してキャビテ
ィ82内で縦方向に旋回する渦を形成する。本実施形態
のキャビティ82は、第一実施形態と同様に、幅方向に
おいて凹状に湾曲する底壁を有するが、この底壁形状
は、タンブル流がキャビティ82内へ進入した時に旋回
し易くするガイドとしても機能する。
【0029】燃料噴射弁7は、キャビティ82の延在方
向に略扇形状噴霧の幅方向を一致させて、キャビティ8
2内へ燃料を噴射する。こうして噴射された燃料は、キ
ャビティ82内の縦方向の渦と共に旋回し、十分に攪拌
されて気化すると共に、分散することなく点火プラグ6
近傍に可燃混合気を形成する。それにより、可燃混合気
を確実に着火燃焼させ、良好な成層燃焼を実現すること
ができる。
【0030】図9は、本発明による筒内噴射式火花点火
内燃機関の第四実施形態を示す概略縦断面図である。第
二実施形態との違いについて以下に説明する。本実施形
態において、ピストン53頂面に形成された溝形状キャ
ビティ83は、第二実施形態のキャビティ81に比較し
て、幅広とされると共に長さが短くされ、ピストン頂面
の中央部分に形成されている。本実施形態の筒内噴射式
火花点火内燃機関も、第三実施形態と同様にタンブル流
を圧縮行程後半においてキャビティ83内へ進入させて
縦方向の渦を形成するようになっている。キャビティ8
3内に形成された一点鎖線矢印で示す縦方向の渦は、略
扇形状噴霧の燃料を十分に攪拌して気化させると共に、
分散を防止することができ、第三実施形態と同様に良好
な成層燃焼を実現することが可能となる。
【0031】図10は図9のQ−Q断面であり、第四実
施形態におけるキャビティ83の種々の縦断面形状を示
している。これらの種々の断面形状の形態は、これまで
説明した及びこれから説明する全ての実施形態にも適用
可能である。(A)は、単なる矩形状であり、(B)は
矩形状において側壁と底壁とが小さな円弧面によって滑
らかに接続された形状である。(C)の形状では、底壁
が円弧面とされている。(D)の形状は、底壁が円弧面
とされると共に両側壁が内側へ傾いている。(E)は、
短い垂直側壁の下側に側壁間の寸法より大きな直径を有
する円弧面の底壁が接続された形状である。
【0032】図11は、本発明による筒内噴射式火花点
火内燃機関の第五実施形態を示す概略縦断面図である。
第三実施形態との違いについて以下に説明する。本実施
形態のキャビティ84は、第三実施形態のキャビティ8
2とほぼ同一形状であるが、燃料噴射弁7から噴射され
る略扇形状噴霧は、キャビティ84の底壁における幅方
向の端部に衝突するようになっている。また、シリンダ
ヘッドにも、キャビティ84に対向して略同一形状のキ
ャビティ9が形成され、このキャビティ9内に点火プラ
グ6及び燃料噴射弁7が配置されている。このように構
成することにより、図11に示すように、略扇形状噴霧
10は、ピストン頂面におけるキャビティ84の湾曲底
壁を一端から他端へ沿って進行して上方向に向かう。次
いで、シリンダヘッドにおけるキャビティ9の底壁(上
壁)の端部に衝突して、同様に、湾曲底壁を一端から他
端へ沿って進行して下方向に向かう。
【0033】圧縮行程後半における燃料噴射開始当初
は、こうして、噴射燃料は、ピストン頂面におけるキャ
ビティ84とシリンダヘッドにおけるキャビティ9とに
よって略長円形状に旋回することとなり、このように旋
回している間に徐々に気化する。圧縮行程末期には、図
12にドットで示すように、両方のキャビティ84及び
9は互いに接近して、二つのキャビティ内をほぼ円形に
旋回する可燃混合気の渦が形成されている。この可燃混
合気の渦は、二つのキャビティ外へ分散することはな
く、シリンダヘッドのキャビティ9内に配置された点火
プラグ6と常に接触しているために、確実な着火燃焼が
保証され、吸気行程においてタンブル流を生成しなくて
も、良好な成層燃焼が実現可能である。吸気行程におい
てタンブル流を生成することは、多少なりとも吸入抵抗
を増加させることとなるために、タンブル流を生成しな
くてもよければ、吸気充填効率を向上させることができ
る。
【0034】本実施形態において、点火プラグ6の点火
ギャップを二つのキャビティ9及び84によって形成さ
れる略円形断面の中央に位置させれば、可燃混合気の断
面中心から燃焼を開始させることができ、燃焼速度を速
めて、さらに良好な成層燃焼を実現可能である。また、
ピストン頂面におけるキャビティ84の形状と、シリン
ダヘッドにおけるキャビティ9の形状とは、必ずしも同
じにする必要はなく、例えば、シリンダヘッドのキャビ
ティ9の形状を、ピストン頂面のキャビティ84の形状
に比較して浅くすることにより、着火後の可燃混合気は
気筒内全体に膨張し易くなり、成層燃焼をさらに良好に
することができる。
【0035】図13は、本発明による筒内噴射式火花点
火内燃機関の第六実施形態を示す概略縦断面図である。
第三実施形態との違いについて以下に説明する。本実施
形態のピストン55は、排気ポート2側の頂面が吸気ポ
ート1側に比較して高くなっており、それにより、シリ
ンダヘッドの排気ポート2側との間でスキッシュエリア
が形成されるようになっている。こうして、圧縮行程末
期において発生するスキッシュ流は、一点鎖線矢印で示
すように、ピストン頂面に形成されたキャビティ85内
へ吸気ポート1側から流入し、圧縮行程において略扇形
状噴霧として既にキャビティ85内へ噴射されている燃
料を、キャビティ内において十分に攪拌させる。こうし
てキャビティ内に形成された可燃混合気は、点火プラグ
6と確実に接触して着火燃焼させることができ、良好な
成層燃焼が実現可能である。
【0036】図14は、本発明による筒内噴射式火花点
火内燃機関の第七実施形態を示す概略縦断面図である。
第三実施形態との違いについて以下に説明する。本実施
形態において、ピストン54頂面に形成された溝形状の
キャビティ84は、第三実施形態におけるキャビティ8
2とほぼ同様であるが、このキャビティ84内へ燃料を
噴射する燃料噴射弁7’は、二つの略扇形状噴霧10
a,10bとして燃料を噴射するようになっている。二
つの略扇形状噴霧10a,10bは、互いに略平行であ
り、それぞれがピストン中心軸線と略平行である。ま
た、それぞれの略扇形状噴霧10a,10bは、ピスト
ン位置に係わらずに、それぞれの厚さ中心がキャビティ
84の幅中心に対して互いに反対側に偏倚してキャビテ
ィ84の凹状に湾曲する底壁に衝突するようになってい
る。
【0037】こうして、キャビティ84の底壁に衝突し
た二つの燃料噴霧は、キャビティ84の幅中央方向へ向
かって互いに衝突して上方向に向かう。略扇形状噴霧8
4は、前述したように気化し易い状態でキャビティ84
内へ侵入し、キャビティ84からの受熱によって十分に
気化可能であるが、さらに、燃料噴霧同士の衝突が燃料
の微粒化を促進するために、噴射された燃料を気化させ
易くなり、圧縮行程末期までに噴射された燃料の全てを
確実に気化させることができる。
【0038】二つの燃料噴霧は互いにキャビティ84の
幅中央方向に進行するために、第一実施形態と同様に、
キャビティ84内で気化した燃料がキャビティ84の幅
方向外側へ分散し難くなる。こうして形成された可燃混
合気によって良好な成層燃焼が可能である。本実施形態
において、二つの燃料噴霧を使用することにより、一つ
の燃料噴霧に比較して単位時間当たりの燃料噴射量が増
大するために、さらに高回転高負荷側へ成層燃焼の運転
域を拡大することが可能となる。
【0039】本実施形態において、もちろん、二つの略
扇形状噴霧10a,10bは、互いに完全に平行で、そ
れぞれがピストン中心軸線と完全に平行であっても良い
が、図示したように、ピストン54が比較的低い位置に
ある時にもそれぞれの燃料噴霧が気筒内へ衝突すること
なくキャビティ84内へ進行することを前提として、互
いに及びピストン中心軸線と略平行の範囲で、互いに対
して僅かな傾きを有していても良い。
【0040】図15は、第七実施形態のキャビティの変
形例を示すピストン54’の断面図である。この変形例
におけるキャビティ84’は、底壁を有することなく楔
形状の二つの側壁を有している。図示したように、二つ
の燃料噴霧10a,10bは、それぞれの側壁に衝突す
るようになっている。このような構成により、それぞれ
の燃料噴霧は、比較的小さな鋭角度で側壁に衝突してキ
ャビティ84’の幅中央方向へ進行し易くなる。それに
より、キャビティ84’内で気化した燃料は、キャビテ
ィ84’の幅方向外側へ非常に分散し難くなる。これ
は、成層燃焼において特に燃料噴射量が少ない時に、混
合気の確実な着火性を確保するのに有利である。
【0041】しかしながら、この一方で、成層燃焼にお
いて燃料噴射量が比較的多くなると、キャビティ84’
の楔形状の側壁先端に燃料が液状に残留し易くなる。こ
の液状燃料は未燃燃料として排出されて排気エミッショ
ンを悪化させる。図16は、第七実施形態のキャビティ
のもう一つの変形例を示すピストン54''の断面図であ
る。この変形例におけるキャビティ84''と第七実施形
態のキャビティ84との違いは、キャビティの幅方向中
央にキャビティの長手方向に延在する隆起部54a''を
有していることである。この隆起部54a''は、底壁と
の衝突後にキャビティ84''の幅中央方向へ進行するそ
れぞれの燃料噴霧を上方向に確実に偏向させた後に互い
に衝突させるように機能する。それにより、燃料噴射量
が増大しても、前述の変形例のように、キャビティ内に
液状の燃料が残留することはない。
【0042】図17は、第七実施形態のキャビティのさ
らにもう一つの変形例を示すピストン54'''の断面図
である。この変形例のキャビティ84'''と図16のキ
ャビティ84''との違いは、キャビティ84'''の側壁
上部が幅方向内側へ突出していることである。本変形
例、図14に示す第七実施形態、及び図16に示す変形
例のキャビティにおいては、それぞれの燃料噴霧が底壁
と衝突する際の角度が比較的大きな鋭角度となって、衝
突後の燃料噴霧の一部がキャビティの幅方向外側へ進行
する可能性がある。この場合において、本変形例のキャ
ビティ84'''では、側壁上部がキャビティの幅方向内
側へ突出しているために、幅方向外側へ進行する燃料を
キャビティ外へ分散させることなくキャビティ内へ留め
ることができる。
【0043】図18は本発明による筒内噴射式火花点火
内燃機関の第八実施形態を示す概略縦断面図であり、図
19はこの第八実施形態におけるピストン平面図であ
る。第一実施形態との違いについて以下に説明する。本
実施形態において、ピストン55頂面に形成された溝形
状のキャビティは、深さの大きな内側部85aと、この
内側部85aの回りを取り囲む深さの小さな外側部85
bとを有している。内側部85aと外側部85bとを加
えれば、これまで説明した実施形態におけるキャビティ
と同程度の容積となるが、内側部85aだけでは、これ
まで説明した実施形態のキャビティより小さな容積しか
有していない。気筒上部中心近傍に配置された点火プラ
グ6は、内側部85aを、好ましくは内側部85の長手
方向中央を臨むようになっている。また、キャビティの
内側部85aは、第一実施形態のキャビティと同様に、
幅方向において凹状に湾曲した底壁を有している。
【0044】燃料噴射弁7から噴射された略扇形状噴霧
10は、ピストン55がいずれの位置にあっても、キャ
ビティの内側部85a内に衝突するようになっている。
こうして、成層燃焼において燃料噴射量が少ない時に
は、噴射された燃料はキャビティの内側部85a内及び
その上方に位置する一塊の混合気となり、燃料を比較的
小さく集合させることができるために、この混合気は希
薄とならずに可燃混合気となり、確実な着火性を確保す
ることができる。
【0045】また、成層燃焼において燃料噴射量が比較
的多くなると燃料噴射終了時期が遅くなる。それによ
り、燃料噴射期間の後半では、比較的高い位置にあるピ
ストンに対して燃料が噴射され、すなわち、燃料噴射弁
7から噴射された燃料は直ぐにキャビティの内側部85
a内に衝突する。こうして比較的高速でキャビティの内
側部85a内に衝突する燃料は、これまでに噴射された
燃料の一部を内側部85a外へ流出させ、また、衝突す
る燃料の一部も自身の勢いによって内側部85a外へ流
出する。それにより、キャビティの内側部85a内及び
その上方に形成される混合気は濃厚とならずに可燃混合
気となり、また、キャビティの内側部85a外へ流出し
た燃料は、外側部85b内及びその上方で適当な濃度の
可燃混合気となる。これら二つの可燃混合気は、実際的
には一塊となり、内側部85aを臨む点火プラグ6によ
って良好に着火燃焼させることができる。
【0046】また、成層燃焼において燃料噴射量が比較
的多くなる時に、燃料噴射期間があまり長くならないよ
うに燃料噴射弁7における燃料噴射圧を高めることも考
えられる。この場合においても、燃料噴射弁7から噴射
された燃料は比較的高速でキャビティの内側部85a内
に衝突することとなる。それにより、衝突する燃料の一
部は自身の勢いによって内側部85a外へ流出すること
となり、前述同様に、キャビティの内側部85a内及び
その上方と、キャビティの外側部85b及びその上方と
には可燃混合気が形成され、実際的には一塊のこれら可
燃混合気を良好に着火燃焼させることができる。
【0047】こうして、本実施形態によれば、これまで
説明した実施形態と同様に成層燃焼の運転域を高回転高
負荷側へ拡大することができると共に、これまで説明し
た実施形態に比較して、成層燃焼において燃料噴射量が
少ない時には、容積の比較的小さなキャビティの内側部
85a内に燃料を集中させることができるために、形成
される混合気が希薄とならず、確実な着火性を確保する
ことができる。
【0048】図20は本発明による筒内噴射式火花点火
内燃機関の第九実施形態を示す概略縦断面図である。本
実施形態では、ピストン56の頂面に図11に示す第五
実施形態と同様なキャビティ86が設けられているが、
シリンダヘッドにキャビティは形成されていない。本実
施形態において、燃料噴射弁7から噴射された略扇形状
噴霧10は、ピストンの位置に係わらずに、ピストン5
6の頂面に形成されたキャビティ86の湾曲底壁の幅方
向における一端に衝突し、その後、他端へ向けて進行し
て上方向に向かう。上方へ向かう燃料の先には点火プラ
グ6が配置されている。本実施形態では、略扇形状噴霧
の燃料は本来的に気化し易いことを利用して、キャビテ
ィ86上を一端から他端へ進行する間におけるキャビテ
ィからの受熱によって燃料をほぼ気化させて点火プラグ
6近傍へ向かわせるようになっている。
【0049】それにより、圧縮行程初期、圧縮行程中
期、又は、場合によっては吸気行程末期から燃料噴射を
開始しても、燃料噴射弁7から噴射された全ての燃料
は、ほぼ気化して点火プラグ6近傍へ向かうために、圧
縮行程末期には、点火プラグ6近傍に可燃混合気の塊を
形成することができる。こうして、本実施形態によって
も成層燃焼の運転域を高回転高負荷側へ拡大することが
可能となる。
【0050】図21は本発明による筒内噴射式火花点火
内燃機関の第十実施形態を示す概略縦断面図である。本
実施形態と図11に示す第五実施形態との違いについて
以下に説明する。本実施形態において、ピストン57の
頂面に形成されている溝形状のキャビティ87は、ピス
トン頂面の排気ポート側に延在している。シリンダヘッ
ドの排気ポート側には、ピストン頂面のキャビティ87
に対向してキャビティ97が形成されており、このキャ
ビティ97内に排気ポート2の開口が形成されている。
【0051】点火プラグ6は、シリンダヘッドのキャビ
ティ97内に取り付けられ、ピストン頂面のキャビティ
87内へ臨んでいる。燃料噴射弁7は、気筒上部周囲の
排気ポート側に配置され、略扇形状噴霧の燃料をピスト
ンの中心軸線と略平行に噴射する。こうして噴射された
燃料は、キャビティ87の湾曲底壁を幅方向における一
端から他端へ沿って進行して上方向に向かう。次いで、
シリンダヘッドのキャビティ97の底壁(上壁)の幅方
向における端部に衝突して、同様に、湾曲底壁を一端か
ら他端へ沿って進行して下方向に向かう。
【0052】こうして、第五実施形態と同様に、噴射燃
料は、ピストンのキャビティ87及びシリンダヘッドの
キャビティ97を使用して、略長円形状に旋回して気化
し、圧縮行程末期には両方のキャビティによって形成さ
れる空間内を旋回する可燃混合気の渦が形成される。本
実施形態では、二つのキャビティの間を旋回中の燃料
は、排気ガスに晒されて高温度となっている排気弁4に
接触するために、排気弁の熱を利用して気化し易くな
る。こうして、第五実施形態に比較して、圧縮行程末期
までに、同じ時間でさらに多量の燃料を又は同量の燃料
をさらに短時間で気化させることができ、成層燃焼の運
転域をさらに高回転高負荷側へ拡大することができる。
【0053】図22は本発明による筒内噴射式火花点火
内燃機関の第十一実施形態を示す概略縦断面図である。
本実施形態と図6に示す第二実施形態との違いについて
以下に説明する。本実施形態では、気筒上部中心近傍に
配置された第一点火プラグ6aに加えて、気筒上部周囲
の吸気ポート側に第二点火プラグ6bが配置されてい
る。ピストン頂面に形成された溝形状のキャビティ87
は、第二実施形態におけるキャビティと同様に、ピスト
ン頂面の中心を通りピストン頂面を略横断し、長手方向
に凹状に湾曲する底壁を有している。燃料噴射弁7は、
第二実施形態と同様に、キャビティ87の延在方向に略
扇形状噴霧の幅方向を一致させて、キャビティ87内へ
燃料を噴射する。
【0054】本実施形態では、積極的にタンブル流を生
成するようにはなっていないが、気筒上部から吸気を取
り入れると、吸気行程においてシリンダボアの排気ポー
ト側を下降して吸気ポート側を上昇するタンブル流が必
然的に生成されてしまう。吸気行程において生成される
タンブル流が弱ければ、成層燃焼に際しての燃料噴射時
期である圧縮行程までにタンブル流は消滅するために、
第二実施形態と同様に、気筒上部中心近傍に配置された
第一点火プラグ6aを使用して良好な成層燃焼を実現す
ることができる。
【0055】しかしながら、本実施形態では、成層燃焼
の運転域をさらに高回転側に拡大することが意図されて
おり、高回転となって吸気行程におけるピストンの下降
速度が速まると、それに伴って吸気ポート1からの吸気
流速が速くなり、前述のタンブル流が強くなってしま
う。こうして強いタンブル流が気筒内に生成されると、
圧縮行程末期にも消滅することなくタンブル流が存在す
る。このタンブル流は、気筒上部中心近傍に配置された
第一点火プラグ6aの近傍に形成された可燃混合気を吸
気ポート側へ移動させ、特に、燃料噴射量が少なく可燃
混合気の塊が小さい時には、可燃混合気が第一点火プラ
グ6aと非接触となって可燃混合気を着火燃焼させるこ
とができないことがある。
【0056】本実施形態では、この問題を解決するため
に、図23に示すマップに基づき第一点火プラグ6a及
び第二点火プラグ6bの使用を制御するようになってい
る。図23のマップにおいて、低負荷側の領域A、B、
及びCは成層燃焼の領域であり、高負荷側の領域D及び
Eは吸気行程で燃料を噴射して点火時点では気筒内に均
質混合気を形成する均質燃焼の領域である。
【0057】成層燃焼時において、低回転領域では、吸
気行程における強いタンブル流は生成されず、第一点火
プラグ6a近傍に可燃混合気が形成される。それによ
り、燃料噴射量が比較的少ない低回転低中負荷領域Aで
は、これまでの実施形態と同様に、気筒上部中心近傍に
配置された第一点火プラグ6aによって可燃混合気を着
火燃焼させる。着火直後において可燃混合気は吸気ポー
ト側へ膨張するために、第一点火プラグ6aによって可
燃混合気を着火させた直後に第二点火プラグ6bによっ
て膨張した可燃混合気を着火燃焼させるようにすれば燃
焼速度を速めて成層燃焼をさらに良好なものとすること
ができる。
【0058】一方、中高回転領域の燃料噴射量が少ない
低負荷領域Bでは、吸気行程におけるタンブル流が強ま
り、圧縮行程末期において可燃混合気を吸気ポート側へ
移動させるために、気筒上部周囲の吸気ポート側に配置
された第二点火プラグ6bによって可燃混合気を着火燃
焼させる。着火直後において可燃混合気は気筒中心側へ
膨張するために、第二点火プラグ6bによって可燃混合
気を着火させた直後に第一点火プラグ6aによって膨張
した可燃混合気を着火燃焼させるようにすれば燃焼速度
を速めて成層燃焼をさらに良好なものとすることができ
る。
【0059】また、低回転高負荷及び中高回転中高負荷
領域Cでは、燃料噴射量が比較的多くなるために、圧縮
行程末期に形成される可燃混合気は比較的大きな塊とな
っている。それにより、圧縮行程末期においてタンブル
流によって可燃混合気が吸気ポート側へ移動させられて
も、タンブル流が消滅して可燃混合気が吸気ポート側へ
移動させられなくても、可燃混合気は第一点火プラグ6
aと第二点火プラグ6bとに接触しており、第一点火プ
ラグ6a及び第二点火プラグ6bの両方で可燃混合気を
着火燃焼させる。こうして可燃混合気を二点着火するこ
とにより燃焼速度を速めて成層燃焼をさらに良好なもの
とすることができる。
【0060】均質燃焼においては、低回転領域Dにおい
て比較的低温度の吸気ポート側でノッキングが発生し易
いために、第一点火プラグ6aによって均質混合気を着
火燃焼させると共に、第二点火プラグ6bによってノッ
キングの発生以前に均質混合気を着火燃焼させる。第一
点火プラグ6aの点火時期と第二点火プラグ6bの点火
時期とは同時でも良いが、第一点火プラグ6aの点火時
期に比較して第二点火プラグ6bの点火時期を遅らせて
も良い。また、中高回転領域Eでは、第一点火プラグ6
aによって通常通り均質混合気を着火燃焼させる。もち
ろん、全ての運転領域で第一点火プラグ6a及び第二点
火プラグ6bを両方とも作動させるようにすれば、バッ
テリの消費電力が増大するが、特に点火プラグの制御を
必要とせずに、可燃混合気がタンブル流によって移動さ
せられているか否かに係わらず、可燃混合気の確実な着
火燃焼が可能である。
【0061】図24は本実施形態のキャビティの変形例
を示している。ピストン57’に形成されたキャビティ
87’の底壁は、長手方向に凹状に湾曲しておらず平ら
とされている。また、図25は本実施形態のキャビティ
のもう一つの変形例を示している。ピストン57''に形
成されたキャビティ87''は長手方向中央が隆起してい
る。図24及び図25のようにキャビティが形成されて
いても本実施形態の考え方は有効である。
【0062】図26は本発明による筒内噴射式火花点火
内燃機関の第十二実施形態を示す概略縦断面図であり、
図27は図26のピストンの平面図である。第六実施形
態との違いについて以下に説明する。第六実施形態にお
いては、ピストンの排気ポート側の頂面を吸気ポート側
に比較して高くしてシリンダヘッドの排気ポート側との
間でスキッシュエリアが形成されるようにしている。こ
のスキッシュエリアによって圧縮行程末期に発生するス
キッシュ流をキャビティ内へ流入させ、このスキッシュ
流によってキャビティ内へ噴射されている燃料を十分に
攪拌させることが意図されている。しかしながら、圧縮
行程末期においてピストン頂面の吸気ポート側とシリン
ダヘッドの吸気ポート側とをそれほど大きく離間させる
ことはできず、これらの吸気ポート側でも弱いスキッシ
ュ流が生成される可能性がある。
【0063】こうして、キャビティ内に互いに反対方向
の二つのスキッシュ流が流入すると、二つのスキッシュ
流の強さの不均衡が可燃混合気の一部をキャビティ外へ
流出させて成層燃焼を悪化させることがある。本実施形
態において、ピストン58の頂面における溝形状のキャ
ビティ88の幅方向隣接部の両方には、キャビティの長
手方向に延在する隆起部58a及び58bが設けられて
いる。それにより、吸気ポート側及び排気ポート側にお
いて互いに反対方向のスキッシュ流が生成されても、図
26に矢印で示すように、これら二つのスキッシュ流は
隆起部58a及び58bによって上方向に偏向され、キ
ャビティ88内へ流入することがない。こうしてキャビ
ティ内に形成された可燃混合気がキャビティ外へ流出す
ることがないために、良好な成層燃焼を実現することが
できる。本実施形態において、溝形状のキャビティ88
は、図27に示すように、平面視において楕円形状を有
しているが、これまで説明した実施形態のように、平面
視において矩形としても良い。
【0064】図28は第十二実施形態の変形例を示す筒
内噴射式火花点火内燃機関の概略縦断面図である。第十
二実施形態と本変形例との違いは、キャビティ88’の
幅方向中央部に長手方向に延在する突起部58c’が形
成されていることである。燃料噴射弁7は、略扇形状噴
霧がこの突起部58c’の先端に衝突するように燃料を
噴射する。好ましくは、燃料噴射弁7から噴射された略
扇形状噴霧は、ピストン位置に係わらずに常に突起部5
8c’の先端に衝突するようになっている。
【0065】こうして噴射された燃料は、図28に示す
ように、突起部58c’によってキャビティ88’の幅
方向に二分割され、それぞれがキャビティ88’の湾曲
側壁の沿って幅方向外側へ進行する。次いで、キャビテ
ィの側壁によって上方向に偏向される。略扇形状噴霧
は、前述したように本来的に気化し易いが、こうして、
厚さ方向に二分割されると、分割燃料のそれぞれは少量
となってキャビティからの受熱によりさらに気化し易く
なる。それにより、噴射された全ての燃料を圧縮行程末
期までにさらに確実に気化させることができ、良好な成
層燃焼を実現することができる。
【0066】図29は第十二実施形態のもう一つの変形
例を示す筒内噴射式火花点火内燃機関の概略縦断面図で
ある。第十二実施形態と本変形との違いは、キャビティ
88''の幅方向隣接部の排気ポート側だけにキャビティ
の長手方向に延在する隆起部58a''が設けられている
ことである。また、ピストン頂面の吸気ポート側は、排
気ポート側に比較して高くされており、吸気ポート側に
おいて圧縮行程末期に強いスキッシュ流が発生するよう
になっている。それにより、排気ポート側において発生
したスキッシュ流は隆起部58a''によってキャビティ
内に流入せず、吸気ポート側において発生した強いスキ
ッシュ流だけがキャビティ内へ流入する。こうして、不
均衡な強さを有する互いに反対方向の二つのスキッシュ
流がキャビティ内へ流入することはないために、可燃混
合気の一部がキャビティ外へ流出することはない。ま
た、このように一方向だけのスキッシュ流をキャビティ
内へ流入させると、第六実施形態で説明したように、ス
キッシュ流を使用してキャビティに噴射された燃料を吸
気と十分に攪拌して良好な可燃混合気を形成することが
できる。
【0067】本変形例において、隆起部58a''は、吸
気ポート側で発生したスキッシュ流はキャビティ内へ流
入した際に、キャビティ内の可燃混合気を排気ポート側
へ流出させないようにも機能する。本変形例において、
隆起部58a''は、キャビティ88''の幅方向隣接部の
排気ポート側に設けるようにしたが、もちろん、隆起部
をキャビティ88''の幅方向隣接部の吸気ポート側だけ
に設けるようにしても良い。
【0068】これまで説明した実施形態において、高い
機関出力を必要とする高回転高負荷時には、吸気行程で
燃料を噴射して気筒内に均質混合気を形成する均質燃焼
を実施するようにしても良い。また、特に略扇形状噴霧
が気筒内の吸気ポート側と排気ポート側との間に展開す
る実施形態においては、吸気行程で気筒内に導入される
吸気が燃料噴霧と確実に衝突して噴霧燃料を十分に攪拌
するために、均質燃焼時に十分に均質化された混合気を
形成することができる。
【0069】
【発明の効果】このように、本発明による筒内噴射式火
花点火内燃機関は、比較的厚さの薄い略扇形状噴霧とし
て燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグと、ピスト
ン頂面に形成されたキャビティとを具備し、燃料噴射弁
は、略扇形状噴霧とピストン中心軸線とが略平行となる
ように、燃料を噴射するものであり、キャビティは細長
い溝形状であり、略扇形状噴霧がキャビティ内に衝突
し、点火プラグはキャビティを臨み気筒上部に配置され
ている。略扇形状噴霧は気筒内の高温の吸気と良好に接
触して十分に受熱すると共に微粒化されるために気化し
易く、溝形状のキャビティ内に噴射することにより、キ
ャビティ内及びキャビティ上方に一塊の可燃混合気を形
成して、キャビティを臨む点火プラグによって着火燃焼
させることができる。キャビティ内への燃料噴射は、キ
ャビティが十分な長さを有しているために、圧縮行程初
期等のピストンが低い位置にある時から可能となり、成
層燃焼に際して燃料噴射時間を長くすることができ、燃
料噴射量を増大させ、成層燃焼運転域を高回転高負荷側
へ拡大することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【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。
【図2】図1のピストンの平面図である。
【図3】図2のP−P断面図である。
【図4】図1の筒内噴射式火花点火内燃機関の圧縮行程
末期における概略縦断面図である。
【図5】図1の筒内噴射式火花点火内燃機関の変形例を
示す図2に相当する平面図である。
【図6】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。
【図7】図6の筒内噴射式火花点火内燃機関の圧縮行程
末期における概略縦断面図である。
【図8】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第
三実施形態を示す概略縦断面図である。
【図9】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第
四実施形態を示す概略縦断面図である。
【図10】図9のQ−Q断面図である。
【図11】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の
第五実施形態を示す概略縦断面図である。
【図12】図11の筒内噴射式火花点火内燃機関の圧縮
行程末期における概略縦断面図である。
【図13】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の
第六実施形態を示す概略縦断面図である。
【図14】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の
第七実施形態を示す概略縦断面図である。
【図15】図14の筒内噴射式火花点火内燃機関におけ
るキャビティの変形例を示すピストン断面図である。
【図16】図14の筒内噴射式火花点火内燃機関におけ
るキャビティのもう一つの変形例を示すピストン断面図
である。
【図17】図14の筒内噴射式火花点火内燃機関におけ
るキャビティのさらにもう一つの変形例を示すピストン
断面図である。
【図18】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の
第八実施形態を示す概略縦断面図である。
【図19】図18の筒内噴射式火花点火内燃機関におけ
るピストンの平面図である。
【図20】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の
第九実施形態を示す概略縦断面図である。
【図21】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の
第十実施形態を示す概略縦断面図である。
【図22】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の
第十一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図23】図22の筒内噴射式火花点火内燃機関におけ
る点火プラグ制御に使用する領域マップである。
【図24】図22の筒内噴射式火花点火内燃機関におけ
るキャビティの変形例を示すピストン断面図である。
【図25】図22の筒内噴射式火花点火内燃機関におけ
るキャビティのもう一つの変形例を示すピストン断面図
である。
【図26】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の
第十二実施形態を示す概略縦断面図である。
【図27】図26のピストンの平面図である。
【図28】図26の第十二実施形態の変形例を示す筒内
噴射式火花点火内燃機関の概略縦断面図である。
【図29】図26の第十二実施形態のもう一つの変形例
を示す筒内噴射式火花点火内燃機関の概略縦断面図であ
る。
【符号の説明】
5,51,52,53,54,55,56,57,58
…ピストン 6…点火プラグ 6a…第一点火プラグ 6b…第二点火プラグ 7,7’…燃料噴射弁 8,81,82,83,84,85,86,87,88
…キャビティ
───────────────────────────────────────────────────── 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) F02P 15/08 301 F02P 15/08 301C (72)発明者 神田 睦美 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 森 幸生 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 谷口 聡 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 千葉 史人 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 柏倉 利美 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 3G019 AA08 AA09 AC06 BB12 BB15 DB07 GA05 KA15 KA22 3G023 AA01 AA18 AB02 AB03 AC05 AD08 AD09 AG01 AG02

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 比較的厚さの薄い略扇形状噴霧として燃
    料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグと、ピストン頂
    面に形成されたキャビティとを具備し、前記キャビティ
    は細長い溝形状であり、前記略扇形状噴霧はピストン中
    心軸線と略平行となるように前記燃料噴射弁から噴射さ
    れて前記キャビティ内に衝突し、前記点火プラグは前記
    キャビティを臨み気筒上部に配置されていることを特徴
    とする筒内噴射式火花点火内燃機関。
  2. 【請求項2】 前記略扇形状噴霧が衝突する前記キャビ
    ティの底壁は、前記キャビティの幅方向において凹状に
    湾曲していることを特徴とする請求項1に記載の筒内噴
    射式火花点火内燃機関。
  3. 【請求項3】 前記略扇形状噴霧が衝突する前記キャビ
    ティの底壁は、前記キャビティの長手方向において凹状
    に湾曲しており、前記点火プラグは前記キャビティの長
    手方向中央部を臨み気筒上部に配置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火花点火内
    燃機関。
  4. 【請求項4】 前記燃料噴射弁は複数の前記略扇形状噴
    霧として燃料を噴射するものであり、複数の前記略扇形
    状噴霧はピストン中心軸線と略平行となるように前記燃
    料噴射弁から噴射されて前記キャビティ内に衝突するこ
    とを特徴とする請求項1又は2に記載の筒内噴射式火花
    点火内燃機関。
  5. 【請求項5】 前記略扇形状噴霧が衝突する前記キャビ
    ティの底壁は、前記キャビティの幅方向中央において前
    記キャビティの長手方向に延在する隆起部を有し、前記
    底壁における前記隆起部の両側にはそれぞれ前記略扇形
    状噴霧が衝突することを特徴とする請求項4に記載の筒
    内噴射式火花点火内燃機関。
  6. 【請求項6】 前記キャビティは、深さの大きな内側部
    と前記内側部を取り囲む深さの小さな外側部とを有し、
    前記略扇形状噴霧は前記キャビティの前記内側部内に衝
    突することを特徴とする請求項1又2に記載の筒内噴射
    式火花点火内燃機関。
  7. 【請求項7】 前記略扇形状噴霧は前記キャビティの幅
    方向中央に対して偏倚して前記キャビティ内に衝突し、
    前記点火プラグは前記キャビティの幅方向中央に対して
    前記略扇形状噴霧の衝突位置の反対側に偏倚して前記キ
    ャビティを臨んで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。
  8. 【請求項8】 前記キャビティは前記ピストン頂面を吸
    気ポート側から排気ポート側へ略横断する細長い溝形状
    であり、前記点火プラグは前記キャビティの長手方向中
    央部を臨み、もう一つの点火プラグが吸気ポート側にお
    いて前記キャビティを臨み気筒上部に配置されているこ
    とを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の筒内
    噴射式火花点火内燃機関。
  9. 【請求項9】 成層燃焼を実施する際に、機関負荷が設
    定機関負荷より低く機関回転数が設定回転数より高い時
    には、前記もう一つの点火プラグによって混合気を着火
    させることを特徴とする請求項8に記載の筒内噴射式火
    花点火内燃機関。
  10. 【請求項10】 前記ピストン頂面における前記キャビ
    ティの幅方向隣接部の少なくとも一方には、前記キャビ
    ティの長手方向に延在してスキッシュ流が前記キャビテ
    ィ内へ侵入することを防止するための突出壁が形成され
    ていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記
    載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
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