JP2002206459A - 筒内噴射火花点火式内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】成層燃焼のための良好な可燃混合気の形成と、
均質燃焼の向上との両立を図る。 【解決手段】筒内噴射火花点火式内燃機関は、頂部に凹
状のキャビティ１６を有するピストン１５と、キャビテ
ィ１６内へ燃料を厚さの薄い略扇状に噴射する燃料噴射
弁と、キャビティ１６内に臨む点火プラグとを備える。
キャビティ１６は、底壁２５と、燃料噴射弁の噴孔に対
向する平面略円弧状の対向側壁２６とを有する。対向側
壁２６は、その円弧中心を通る垂線からの放射状縦断面
について、キャビティ１６の内側へ傾斜する直線状の返
し部２８を有する。略扇状の燃料を放射状に複数の燃料
部分に分割して考えた場合に、返し部２８について、側
部燃料部分が向かう箇所３５，３６の底壁２５に対する
角度αは、中央部燃料部分が向かう箇所３４の底壁２５
に対する角度αよりも大きく設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内に直接噴
射された燃料と空気との混合気を火花により着火及び燃
焼させる筒内噴射火花点火式内燃機関に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】吸入空気及び燃料の混合気を複数種類の
燃焼形態で燃焼させ、かつその燃焼形態を機関運転状態
に応じて切替える内燃機関の一形態として、例えば筒内
噴射火花点火式内燃機関が知られている。この内燃機関
での燃焼形態には、例えば低負荷時等に実行される成層
燃焼と、高負荷時等に実行される均質燃焼とがある。成
層燃焼時には、圧縮行程後半に燃料噴射弁から噴射され
た燃料が燃焼室内の点火プラグの周りに偏在された状態
で燃焼される。また、均質燃焼時には、吸気行程で燃料
噴射弁から噴射された燃料が、燃焼室内全体に拡散され
た状態で燃焼される。

【０００３】上記内燃機関は、スリット状の噴孔を有す
る燃料噴射弁と、頂部に凹状のキャビティを有するピス
トンと、燃料噴霧の幅方向についての中心上において、
キャビティ内に臨むように配置された点火プラグとを備
えている。キャビティにおいて燃料噴射弁の噴孔に対向
する箇所には、平面略円弧状をなす対向側壁が形成され
ている。そして、成層燃焼時には、噴孔から比較的厚さ
の薄い略扇状に噴射された燃料噴霧がキャビティ内へ進
入し、底壁に衝突した後に、同底壁に沿って対向側壁側
へ進行する。燃料噴霧が底壁上を幅方向に広がりながら
進行し、底壁の広範囲から熱を奪うため、一般的な円錐
状の燃料噴霧よりも早期に気化する。また、対向側壁が
平面略円弧状をなしていることから、燃料噴霧が対向側
壁を進行する際には、燃料に、上方向の速度成分ととも
に燃料噴霧の幅中心方向の速度成分が付与され、良好に
気化した燃料が点火プラグの近傍へ偏向される。このよ
うにして、着火性の良好な濃度の混合気である可燃混合
気が、比較的短時間で点火プラグの近傍に形成される。

【０００４】ここで、一般に点火プラグは、燃料噴霧の
幅中心上でキャビティの対向側壁よりも内側、すなわ
ち、同キャビティの周囲上部に位置していることから、
特開２０００−２４８９４４号公報に示されるように、
対向側壁には、燃料を点火プラグの近傍に向かわせるた
めに、キャビティの内側へ傾斜する返し部が形成されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報に
示されるように、返し部の形状は、良好な成層燃焼を実
現するうえで重要である。すなわち、可燃混合気を良好
に形成するには、返し部の底壁に対する角度をあまり大
きなものとせず、また返し部の長さを長くすることが好
ましい。

【０００６】しかし、このように返し部の形状を設定す
ると、逆に、均質燃焼を行う場合には、燃料がキャビテ
ィ内にとどまり、燃焼室内の混合気の均質化が妨げられ
て、均質燃焼が悪化するという問題がある。

【０００７】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、成層燃焼のための良好な可
燃混合気の形成と、均質燃焼の向上との両立を図ること
のできる筒内噴射火花点火式内燃機関を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及びその作用効果について記載する。請求
項１記載の発明では、ピストンの頂部に形成された凹状
のキャビティと、前記キャビティ内へ燃料を厚さの薄い
略扇状に噴射する燃料噴射弁と、前記キャビティ内に臨
む点火プラグとを備え、前記キャビティは、底壁と、前
記燃料噴射弁の噴孔に対向する平面略円弧状の対向側壁
とを有し、前記対向側壁は、その円弧中心を通る垂線か
らの放射状縦断面について、前記キャビティの内側へ傾
斜する直線状の返し部を有する筒内噴射火花点火式内燃
機関において、前記燃料噴射弁から噴射された略扇状の
燃料を放射状に複数の燃料部分に分割して考えた場合
に、前記返し部について、側部燃料部分が向かう箇所の
前記底壁に対する角度は、中央部燃料部分が向かう箇所
の前記底壁に対する角度よりも大きく設定されている。

【０００９】上記の構成によれば、内燃機関の成層燃焼
に際しては、圧縮行程において、燃料噴射弁の噴孔から
燃料が厚さの薄い略扇状に噴射される。この略扇状の燃
料を放射状に複数の燃料部分に分割して考えた場合、同
燃料は例えば中央部燃料部分と側部燃料部分とに区分さ
れる。

【００１０】これらの各燃料部分はピストンのキャビテ
ィ内に進入し、底壁に衝突した後に、同底壁に沿って対
向側壁側へ進行する。燃料噴霧は底壁上を幅方向に広が
りながら進行し、底壁の広範囲から熱を奪い、早期に気
化する。また、燃料が対向側壁を進行する際には、燃料
各部に、上方向の速度成分とともに燃料噴霧の幅中心方
向の速度成分が付与され、良好に気化した燃料が点火プ
ラグの近傍へ偏向される。さらに、燃料は対向側壁に沿
って上方へ移動する際に、キャビティの内側へ傾斜する
略直線状の返し部を通過することにより、点火プラグの
近傍へ偏向される。このようにして、可燃混合気が点火
プラグの近傍に良好に形成される。

【００１１】ところで、返し部の底壁に対する角度が可
燃混合気の形成に及ぼす影響度は、同返し部の箇所によ
って異なる。この影響度は、返し部について、中央部燃
料部分が向かう箇所において大きく、側部燃料部分が向
かう箇所において小さい。従って、返し部について、側
部燃料部分が向かう箇所の前記角度が、中央部燃料部分
が向かう箇所の前記角度よりも大きいが、そのことが原
因で可燃混合気の良好な形成が損なわれるおそれはな
い。

【００１２】一方、内燃機関の均質燃焼に際しては、吸
気行程で燃料噴射弁から噴射された燃料が吸入空気とと
もに燃焼室全体に拡散する。拡散した燃料は気化して吸
入空気と混合する。ここで、噴射された燃料の一部は前
記成層燃焼時と同様にして、底壁及び対向側壁に沿って
移動する。この際、前述したように、返し部について、
側部燃料部分が向かう箇所の底壁に対する角度が、中央
部燃料部分が向かう箇所の底壁に対する角度よりも大き
い。このため、両者の角度が同じである場合に比べて、
燃料がキャビティの内側へ偏向される程度が弱まり、燃
料がキャビティ内にとどまりにくくなって、燃焼室内で
の混合気の均質化が促進される。

【００１３】このように、返し部の底壁に対する角度
を、側部燃料部分が向かう箇所と、中央部燃料部分が向
かう箇所とで異ならせることにより、成層燃焼時には可
燃混合気を良好に形成し、均質燃焼時には混合気の均質
化を促進して均質燃焼の向上を図ることができる。

【００１４】請求項２記載の発明では、ピストンの頂部
に形成された凹状のキャビティと、前記キャビティ内へ
燃料を厚さの薄い略扇状に噴射する燃料噴射弁と、前記
キャビティ内に臨む点火プラグとを備え、前記キャビテ
ィは、底壁と、前記燃料噴射弁の噴孔に対向する平面略
円弧状の対向側壁とを有し、前記対向側壁は、その円弧
中心を通る垂線からの放射状縦断面について、前記キャ
ビティの内側へ傾斜する直線状の返し部を有する筒内噴
射火花点火式内燃機関において、前記燃料噴射弁から噴
射された略扇状の燃料を放射状に複数の燃料部分に分割
して考えた場合に、前記返し部について、側部燃料部分
が向かう箇所の前記放射状縦断面における長さは、中央
部燃料部分が向かう箇所の前記放射状縦断面における長
さよりも短く設定されている。

【００１５】上記の構成によれば、内燃機関の成層燃焼
に際しては、請求項１記載の発明と同様に、可燃混合気
が点火プラグの近傍に良好に形成される。すなわち、圧
縮行程において、燃料噴射弁の噴孔から燃料が厚さの薄
い略扇状に噴射される。この燃料は、ピストンのキャビ
ティ内に進入し、底壁に衝突した後に、同底壁及び対向
側壁に沿って移動する。同燃料は対向側壁に沿って上方
へ移動する際に返し部を通過することにより、点火プラ
グの近傍へ偏向される。この際、返し部の放射状縦断面
における長さが長いほど、燃料が返し部に沿って移動す
る距離が長くなり、燃料の指向性（点火プラグをめざし
て向かう傾向）が強まる。

【００１６】また、返し部の放射状縦断面における長さ
が可燃混合気の形成に及ぼす影響度は、請求項１記載の
発明と同様に、返し部の箇所によって異なる。この影響
度は、返し部について、中央部燃料部分が向かう箇所に
おいて大きく、側部燃料部分が向かう箇所において小さ
い。従って、返し部について、側部燃料部分が向かう箇
所の放射状縦断面における長さが、中央部燃料部分が向
かう箇所の放射状縦断面における長さよりも短いが、そ
のことが原因で可燃混合気の良好な形成が損なわれるお
それはない。

【００１７】一方、内燃機関の均質燃焼に際しては、吸
気行程で燃料噴射弁から噴射された燃料が吸入空気とと
もに燃焼室全体に拡散する。拡散した燃料は気化して吸
入空気と混合する。噴射された燃料の一部は前記成層燃
焼時と同様にして、底壁及び対向側壁に沿って移動す
る。この際、前述したように、返し部について、側部燃
料部分が向かう箇所の長さが、中央部燃料部分が向かう
箇所の長さよりも短い。このため、両者の長さが同じで
ある場合に比べて、燃料がキャビティの内側へ偏向され
る程度が弱まり、燃料がキャビティ内にとどまりにくく
なって、燃焼室内での混合気の均質化が促進される。

【００１８】このように、返し部の放射状縦断面におけ
る長さを、側部燃料部分が向かう箇所と、中央部燃料部
分が向かう箇所とで異ならせることにより、成層燃焼時
には可燃混合気を良好に形成し、均質燃焼時には混合気
の均質化を促進して均質燃焼の向上を図ることができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】（第一実施形態）以下、本発明の
筒内噴射火花点火式内燃機関を自動車用ガソリンエンジ
ン（以下、エンジンという）に具体化した第一実施形態
について、図１〜図５に従って説明する。

【００２０】図１に示すように、エンジン１１はシリン
ダヘッド１２と、複数のシリンダ（図１ではその１つを
示す）１３を有するシリンダブロック１４とを備えてい
る。各シリンダ１３内には、ピストン１５が往復動可能
に収容されている。各ピストン１５の頂部には凹状のキ
ャビティ１６が形成されているが、これについては後述
する。各ピストン１５は、図示しないコネクティングロ
ッドを介しクランク軸に連結されている。各ピストン１
５の往復運動は、コネクティングロッドによって回転運
動に変換された後、クランク軸に伝達される。

【００２１】燃焼室１７は、キャビティ１６を含むピス
トン１５の頂部、シリンダ１３の内壁面、及びシリンダ
ヘッド１２の下面によって区画形成されている。シリン
ダヘッド１２には、各燃焼室１７に連通する吸気ポート
１８及び排気ポート１９がシリンダ１３毎に設けられて
いる。各ポート１８，１９は、シリンダヘッド１２に往
復動可能に支持された吸気バルブ２１及び排気バルブ２
２によって開放又は閉鎖される。

【００２２】シリンダヘッド１２において、吸気ポート
１８側の箇所には、スリット状の噴孔２３ａを有する燃
料噴射弁２３が、各シリンダ１３に対応して取付けられ
ている。燃料噴射弁２３は、キャビティ１６内へ向け
て、噴孔２３ａから燃料を比較的厚さの薄い略扇状に噴
射する。噴射された燃料は気化し、吸気ポート１８を通
って燃焼室１７内に導入される吸入空気と混ざり合って
混合気となる。

【００２３】シリンダヘッド１２において、各シリンダ
１３の略中心上部には、点火プラグ２４がキャビティ１
６内に臨んだ状態で取付けられており、前記混合気が点
火プラグ２４の電気火花によって着火され、爆発・燃焼
する。このときに生じた高温高圧の燃焼ガスによりピス
トン１５が往復動され、クランク軸が回転されて、エン
ジン１１の駆動力が得られる。

【００２４】本実施形態では、混合気の燃焼方式として
少なくとも均質燃焼と成層燃焼とがあり、これらはエン
ジン１１の運転状態に応じて切替えられる。均質燃焼
は、エンジン１１の高負荷時等において、吸気行程（ピ
ストン１５の下降中）に燃料を噴射させることにより、
拡散時間を長く取り、気化を促進して燃料と空気とを均
一に混合し、その後に点火を行う燃焼方式である。

【００２５】成層燃焼は、エンジン１１の低負荷時等に
おいて、圧縮行程（ピストン１５の上昇中）の後半に燃
料をピストン１５の頂部に向けて噴射することにより、
混合気を層状化し、その後に点火を行う燃焼方式であ
る。すなわち、燃料の噴射時期を可能な限り遅らせるこ
とで、燃料が燃焼室１７の全体に拡散する前に、点火プ
ラグ２４の周辺には燃料の濃い（理論空燃比程度）混合
気の層を形成し、その周りには燃料の少ない混合気の層
を形成する方式である。

【００２６】ところで、前記キャビティ１６は、底壁２
５と、圧縮行程後半で燃料噴射弁２３の噴孔２３ａに対
向する平面略円弧状の対向側壁２６とを有している。キ
ャビティ１６は、点火プラグ２４が同キャビティ１６の
周囲部に臨むように吸気ポート１８寄りに形成されてい
る。図５（ａ），（ｂ）に示すように、対向側壁２６は
返し部２８及び円弧部２９を有している。返し部２８
は、対向側壁２６の円弧中心Ｃ（図２参照）を通る垂線
からの放射状縦断面について、上部ほど同円弧中心Ｃに
近づくように、全体としてキャビティ１６の内側へ傾斜
している。円弧部２９は、前記放射状縦断面について、
返し部２８及び底壁２５を滑らかに接続している。

【００２７】さらに、図２に示すように、燃料噴射弁２
３から噴射された略扇状の燃料を放射状に複数の燃料部
分に分割して考えた場合、略扇状の燃料は、例えばその
大部分を占める中央部燃料部分３１と、その両側に位置
する側部燃料部分３２，３３とに区分される。そして、
返し部２８の底壁２５に対する角度をαで表すと、返し
部２８について、側部燃料部分３２，３３が向かう箇所
３５，３６の角度α（図５（ｂ）参照）は、中央部燃料
部分３１が向かう箇所３４の角度α（図５（ａ）参照）
よりも大きな値に設定されている。

【００２８】なお、図２及び図４中の３８は、吸気バル
ブ２１との干渉を防止するために、ピストン１５の頂部
に形成された凹部である。また、３９は燃料噴射弁２３
との干渉を防止するために、ピストン１５の頂部に形成
された凹部である。

【００２９】前記のように構成されたエンジン１１の成
層燃焼に際しては、ピストン１５が上方に位置する圧縮
行程の後半において、図１、図２及び図５（ａ），
（ｂ）に示すように、燃料噴射弁２３から燃料が厚さの
薄い略扇状に噴射される。略扇状の燃料はピストン１５
のキャビティ１６内に進入し、底壁２５に衝突した後
に、同底壁２５に沿って対向側壁２６側へ進行する。燃
料が比較的厚さの薄い平らな略扇状であることから、同
燃料は底壁２５上を幅方向に広がりながら進行し、底壁
２５の広範囲から熱を奪い、早期に気化する。また、燃
料が対向側壁２６を進行する際には、同対向側壁２６が
平面略円弧状をなしていることから、燃料に、上方へ向
かう速度成分とともに円弧中心Ｃへ向かう速度成分が付
与され、良好に気化した燃料が点火プラグ２４の近傍へ
偏向される。

【００３０】さらに、燃料は対向側壁２６に沿って上方
へ移動する際に、円弧部２９及び返し部２８を順に通過
する。燃料の進行方向は、円弧部２９を通過する際、底
壁２５に沿う方向から返し部２８に沿う方向に滑らかに
変えられる。また、返し部２８が直線状をなし、しかも
上部ほど円弧中心Ｃに近づくように、全体としてキャビ
ティ１６の内側へ傾斜していることから、燃料はこの返
し部２８を通過する際に点火プラグ２４の近傍へ偏向さ
れる。このようにして、燃料噴霧がキャビティ１６から
外側へこぼれ出ずに巻き上がり、着火性の良好な濃度を
有する可燃混合気３７が、点火プラグ２４の近傍にコン
パクトに形成される。

【００３１】ところで、返し部２８の底壁２５に対する
角度αが可燃混合気３７の形成に及ぼす影響度は、返し
部２８の箇所によって異なる。この影響度は、返し部２
８について、中央部燃料部分３１が向かう箇所３４にお
いて大きく、側部燃料部分３２，３３が向かう箇所３
５，３６において小さい。従って、返し部２８につい
て、箇所３５，３６での角度αが、箇所３４での角度α
よりも大きいが、そのことが原因で可燃混合気３７の良
好な形成が損なわれるおそれはない。

【００３２】一方、エンジン１１の均質燃焼に際して
は、吸気行程で燃料噴射弁２３から噴射された燃料が吸
入空気とともに燃焼室１７の全体に拡散する。拡散した
燃料は気化して吸入空気と混合する。噴射された燃料の
一部は成層燃焼時と同様にして、底壁２５及び対向側壁
２６に沿って移動する。この際、前述したように、返し
部２８について、箇所３５，３６での角度αが、箇所３
４での角度αよりも大きい。このため、両者の角度αが
同じである場合に比べて、燃料がキャビティ１６の内側
へ偏向される程度が弱まり、燃料がキャビティ１６内に
とどまりにくくなって、燃焼室１７内での混合気の均質
化が促進される。

【００３３】以上詳述した第一実施形態によれば、以下
の効果が得られる。 （１）返し部２８の底壁２５に対する角度αを、側部燃
料部分３２，３３が向かう箇所３５，３６と、中央部燃
料部分３１が向かう箇所３４とで異ならせている。この
ため、成層燃焼時には可燃混合気３７を良好に形成して
成層燃焼の向上を図り、均質燃焼時には燃焼室１７内で
の混合気の均質化を促進して均質燃焼の向上を図ること
ができる。その結果、成層燃焼及び均質燃焼においてそ
れぞれ要求される性能（特性）を両立させることができ
る。

【００３４】（２）底壁２５及び返し部２８を円弧部２
９によって接続しているため、燃料の進行方向を、底壁
２５に沿う方向から返し部２８に沿う方向に滑らかに変
え、燃料の有する貫徹力が偏向にともない低下するのを
抑制できる。

【００３５】（３）燃料を比較的厚さの薄い平らな略扇
状に噴射させることにより、同燃料を早期に気化させる
ことができる。このことから、燃料の噴射終了時期を遅
らせて、比較的多量の燃料を噴射しながらも、燃料を点
火時点において点火プラグ２４の近傍に集めるととも
に、確実に着火させることが可能となる。その結果、低
燃料消費率の成層燃焼領域を高負荷側に拡大することが
できる。 （第二実施形態）次に、本発明の第二実施形態につい
て、図１〜図４及び図６（ａ），（ｂ）に従って説明す
る。第二実施形態は、対向側壁２６の返し部２８につい
て、前記底壁２５に対する角度αに代えて、側部燃料部
分３２，３３が向かう箇所３５，３６の放射状縦断面に
おける長さＬ（図６（ｂ）参照）が、中央部燃料部分３
１が向かう箇所３４の放射状縦断面における長さＬ（図
６（ａ）参照）よりも短い値に設定されている点におい
て、第一実施形態と異なっている。なお、第一実施形態
と同様の部材には同一の符号を付して説明を省略する。

【００３６】従って、上記構成のエンジン１１の成層燃
焼に際しては、第一実施形態と同様にして、可燃混合気
３７が点火プラグ２４の近傍に良好に形成される。すな
わち、圧縮行程後半において、燃料噴射弁２３の噴孔２
３ａから燃料が厚さの薄い略扇状に噴射される。この燃
料は、ピストン１５のキャビティ１６内に進入し、底壁
２５に衝突した後に、同底壁２５及び対向側壁２６に沿
って移動する。同燃料は対向側壁２６に沿って上方へ移
動する際に返し部２８を通過することにより、点火プラ
グ２４の近傍へ偏向される。この際、返し部２８の放射
状縦断面における長さＬが長いほど、燃料が返し部２８
に沿って移動する距離が長くなり、燃料の指向性（点火
プラグ２４をめざして向かう傾向）が強まる。

【００３７】また、返し部２８の放射状縦断面における
長さＬが可燃混合気３７の形成に及ぼす影響度は、上記
第一実施形態と同様に、返し部２８の箇所３４〜３６に
よって異なる。この影響度は、返し部２８について、中
央部燃料部分３１が向かう箇所３４において大きく、側
部燃料部分３２，３３が向かう箇所３５，３６において
小さい。従って、返し部２８について、側部燃料部分３
２，３３が向かう箇所３５，３６の長さＬが、中央部燃
料部分３１が向かう箇所３４の長さＬよりも短いが、そ
のことが原因で可燃混合気３７の良好な形成が損なわれ
るおそれはない。

【００３８】一方、エンジン１１の均質燃焼に際して
は、吸気行程で燃料噴射弁２３から噴射された燃料が吸
入空気とともに燃焼室１７全体に拡散する。拡散した燃
料は気化して吸入空気と混合する。燃料噴射弁２３から
噴射された燃料燃料の一部は成層燃焼時と同様にして、
底壁２５及び対向側壁２６に沿って移動する。この際、
前述したように、返し部２８について、箇所３５，３６
の長さＬが箇所３４の長さＬよりも短い。このため、両
者の長さＬが同じである場合に比べて、燃料がキャビテ
ィ１６の内側へ偏向される程度が弱まり、燃料がキャビ
ティ１６内にとどまりにくくなって、燃焼室１７内での
混合気の均質化が促進される。

【００３９】以上詳述した第二実施形態によれば、第一
実施形態での（２），（３）と同様の効果に加え、以下
の効果も得られる。 （４）返し部２８の放射状縦断面における長さＬを、側
部燃料部分３２，３３が向かう箇所３５，３６と、中央
部燃料部分３１が向かう箇所３４とで異ならせている。
このため、第一実施形態での（１）と同様に、成層燃焼
時には可燃混合気３７を良好に形成し、均質燃焼時には
混合気の均質化を促進して均質燃焼の向上を図ることが
できる。

【００４０】なお、本発明は次に示す別の実施形態に具
体化することができる。 ・図５（ａ）に示すように、放射状縦断面において、返
し部２８のピストン中心線に対する角度を返し角βとす
ると、第一実施形態における返し部２８の形状を返し角
βで表現することができる。この場合、側部燃料部分３
２，３３が向かう箇所３５，３６の返し角βを、中央部
燃料部分３１が向かう箇所の返し角βよりも小さく設定
することになる。

【００４１】また、図５（ａ）に示すように、ピストン
１５頂面の基準面（例えば、ピストン１５の中心線を含
む平面、又は同中心線に直交する平面）に対する角度
が、返し部２８について、燃料噴霧のどの放射状縦断面
においても同一である場合、第一実施形態における返し
部２８の形状を先端頂角γで表現することができる。こ
の場合、側部燃料部分３２，３３が向かう箇所の先端頂
角γを、中央部燃料部分３１が向かう箇所の先端頂角γ
よりも大きな値に設定することになる。

【００４２】・本発明を、気筒毎に２つの吸気ポートを
有し、その一方にスワール制御弁を設け、燃焼形態に応
じて同制御弁を開閉させて吸入空気の状態（気流）を切
替えるようにした筒内噴射火花点火式内燃機関に適用し
てもよい。スワール制御弁は、例えば成層燃焼時には開
弁され、均質燃焼時には閉弁される。この閉弁によりス
ワール（旋回）流が燃焼室内に発生し、燃焼が促進され
る。このように適用すると、返し部２８の形状（角度
α、長さＬ）を、側部燃料部分３２，３３が向かう箇所
３５，３６と、中央部燃料部分が向かう箇所とで異なら
せることと、スワール流の発生とが相まって、均質燃焼
時の混合気の均質化が一層効果的に促進される。

【００４３】・第一実施形態と第二実施形態とを組み合
わせてもよい。すなわち、返し部２８について、中央部
燃料部分３１が向かう箇所３４に比べ、側部燃料部分３
２，３３が向かう箇所３５，３６の角度αを大きくし、
かつ放射状縦断面における長さＬを短くしてもよい。

【００４４】・前記実施形態では、返し部２８につい
て、中央部燃料部分３１が向かう箇所３４の底壁２５に
対する角度αを一様としたが、「側部燃料部分３２，３
３が向かう箇所３５，３６の底壁２５に対する角度αよ
りも小さい」という条件を満たす範囲内であれば、箇所
によって異なっていてもよい。

【００４５】同様に、前記実施形態では、返し部２８に
ついて、中央部燃料部分３１が向かう箇所の放射状縦断
面における長さＬを一様としたが、「側部燃料部分３
２，３３が向かう箇所３５，３６の長さＬよりも長い」
という条件を満たす範囲内であれば、箇所によって異な
っていてもよい。

【００４６】その他、前記各実施形態から把握できる技
術的思想について、それらの効果とともに記載する。 （Ａ）燃料噴射弁から燃料を厚さの薄い略扇状に噴射
し、その燃料と空気との混合気を点火プラグにより着火
し燃焼させるようにした筒内噴射火花点火式内燃機関に
用いられるものであって、底壁と、前記燃料噴射弁の噴
孔に対向する対向側壁とを含む凹状のキャビティが頂部
に形成されるとともに、前記対向側壁には、その円弧中
心を通る垂線からの放射状縦断面について、前記キャビ
ティの内側へ傾斜する略直線状の返し部が形成され、さ
らに、前記燃料噴射弁から噴射された略扇状の燃料を放
射状に複数の燃料部分に分割して考えた場合に、前記返
し部について、側部燃料部分が向かう箇所の前記底壁に
対する角度が、中央部燃料部分が向かう箇所の前記底壁
に対する角度よりも大きく設定されていることを特徴と
するピストン。

【００４７】上記構成のピストンを筒内噴射火花点火式
内燃機関に用いれば、請求項１と同様の効果を奏するこ
とができる。 （Ｂ）燃料噴射弁から燃料を厚さの薄い略扇状に噴射
し、その燃料と空気との混合気を点火プラグにより着火
し燃焼させるようにした筒内噴射火花点火式内燃機関に
用いられるものであって、底壁と、前記燃料噴射弁の噴
孔に対向する対向側壁とを含む凹状のキャビティが頂部
に形成されるとともに、前記対向側壁には、その円弧中
心を通る垂線からの放射状縦断面について、前記キャビ
ティの内側へ傾斜する略直線状の返し部が形成され、さ
らに、前記燃料噴射弁から噴射された略扇状の燃料を放
射状に複数の燃料部分に分割して考えた場合に、前記返
し部について、側部燃料部分が向かう箇所の前記放射状
縦断面における長さが、中央部燃料部分が向かう箇所の
前記放射状縦断面における長さよりも短く設定されてい
ることを特徴とするピストン。

【００４８】上記構成のピストンを筒内噴射火花点火式
内燃機関に用いれば、請求項２と同様の効果を奏するこ
とができる。 （Ｃ）請求項１又は２記載の筒内噴射火花点火式内燃機
関において、前記対向側壁は、前記返し部及び前記底壁
を滑らかに接続する円弧部を有する。

【００４９】（Ｄ）上記（Ａ）又は（Ｂ）記載のピスト
ンにおいて、前記対向側壁は、前記返し部及び前記底壁
を滑らかに接続する円弧部を有する。 上記（Ｃ）又は（Ｄ）の構成によれば、圧縮行程におい
て、燃料噴射弁から噴射された燃料は、底壁から対向側
壁に沿って上方へ移動する際に、円弧部及び返し部の順
に通過する。燃料の進行方向は、円弧部を通過する際、
底壁に沿う方向から返し部に沿う方向に滑らかに変えら
れる。このため、燃料の有する貫徹力の低下を抑制する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態について、エンジンの成
層燃焼時における燃焼室周りの状態を示す概略縦断面
図。

【図２】図１におけるピストンと燃料噴霧との関係を示
す平面図。

【図３】エンジンの均質燃焼時における燃焼室周りの状
態を示す概略縦断面図。

【図４】図３におけるピストンと燃料噴霧との関係を示
す平面図。

【図５】キャビティの底壁及び対向側壁を拡大して示す
縦断面図。

【図６】本発明の第二実施形態について、キャビティの
底壁及び対向側壁を拡大して示す縦断面図。

【符号の説明】

１１…エンジン、１５…ピストン、１６…キャビティ、
２３…燃料噴射弁、２３ａ…噴孔、２４…点火プラグ、
２５…底壁、２６…対向側壁、２８…返し部、３１…中
央部燃料部分、３２，３３…側部燃料部分、３４，３
５，３６…箇所、Ｃ…円弧中心、α…角度、Ｌ…長さ。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ａ 61/18 ３６０ 61/18 ３６０Ｊ Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０２ Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０２Ｚ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストンの頂部に形成された凹状のキャビ
   ティと、 前記キャビティ内へ燃料を厚さの薄い略扇状に噴射する
   燃料噴射弁と、 前記キャビティ内に臨む点火プラグとを備え、前記キャ
   ビティは、底壁と、前記燃料噴射弁の噴孔に対向する平
   面略円弧状の対向側壁とを有し、前記対向側壁は、その
   円弧中心を通る垂線からの放射状縦断面について、前記
   キャビティの内側へ傾斜する直線状の返し部を有する筒
   内噴射火花点火式内燃機関において、 前記燃料噴射弁から噴射された略扇状の燃料を放射状に
   複数の燃料部分に分割して考えた場合に、前記返し部に
   ついて、側部燃料部分が向かう箇所の前記底壁に対する
   角度は、中央部燃料部分が向かう箇所の前記底壁に対す
   る角度よりも大きく設定されていることを特徴とする筒
   内噴射火花点火式内燃機関。
2. 【請求項２】ピストンの頂部に形成された凹状のキャビ
   ティと、 前記キャビティ内へ燃料を厚さの薄い略扇状に噴射する
   燃料噴射弁と、 前記キャビティ内に臨む点火プラグとを備え、前記キャ
   ビティは、底壁と、前記燃料噴射弁の噴孔に対向する平
   面略円弧状の対向側壁とを有し、前記対向側壁は、その
   円弧中心を通る垂線からの放射状縦断面について、前記
   キャビティの内側へ傾斜する直線状の返し部を有する筒
   内噴射火花点火式内燃機関において、 前記燃料噴射弁から噴射された略扇状の燃料を放射状に
   複数の燃料部分に分割して考えた場合に、前記返し部に
   ついて、側部燃料部分が向かう箇所の前記放射状縦断面
   における長さは、中央部燃料部分が向かう箇所の前記放
   射状縦断面における長さよりも短く設定されていること
   を特徴とする筒内噴射火花点火式内燃機関。