JP2002506158A - 直接噴射内燃機関 - Google Patents

直接噴射内燃機関

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JP2002506158A JP2000534762A JP2000534762A JP2002506158A JP 2002506158 A JP2002506158 A JP 2002506158A JP 2000534762 A JP2000534762 A JP 2000534762A JP 2000534762 A JP2000534762 A JP 2000534762A JP 2002506158 A JP2002506158 A JP 2002506158A
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アルフレッド オットヴィッツ、
トーマス リーガー、
ディートマール ヴェルムート、
トーマス シュラット、
ムラート ゼリフゾイ、
ライナー ヴルムス、
ゲオルク ファルターマイヤー、
ブダック、ラルフ
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アウディー アーゲー
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Abstract

(57)【要約】 わずかな燃料消費とわずかな排ガス放出を特徴とする、改良された混合気準備は、シリンダ当たり少なくとも２つの並べて配置された吸気弁（１）と、幾つかの排気弁（２）と、ほぼ同軸の点火プラグ（３）と、噴射弁（４）と、ピストン（５、５’）とを有する直接噴射内燃機関において、噴射弁（４）は並べて配置された吸気弁（１）のうちの２つと、シリンダ壁のこれら吸気弁（１）に隣接する部分との間に配置されており、ピストン（５、５’）は細長い燃焼室凹部（６）を有しており、その場合に燃焼室凹部（６）は大体において、噴射弁（４）から流出する噴射ビーム（Ｅ）をピストン（５、５’）の端面に垂直に投影する方向に延びており、かつほぼ横方向に延びる段部（７）を有することによって達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、シリンダ当たり少なくとも２つの並べて配置された吸気弁、幾つか
の排気弁、ほぼ同軸の点火プラグ、噴射弁およびピストンを有する、直接噴射の
内燃機関に関する。さらに本発明は、直接噴射の内燃機関における混合気を準備
する方法に関する。
【０００２】 この種の内燃機関と方法は、たとえばＳＡＥ７８０６９９、ＳｃｕｓｓｅｌＡ
．Ｊ他の「Ｔｈｅ Ｆｏｒｄ ＰＲＯＣＯ Ｅｎｇｉｎｅ Ｕｐｄａｔｅ」から
知られている。そこでは、燃料は高圧噴射ノズルによて直接内燃機関のシリンダ
内へ噴射される。しかし、均質の希薄な混合気を準備するために必要な時間は、
噴射時点を制限する。したがって燃料の配量と準備は、同時に行われる。しかし
、燃焼可能な燃料／空気混合気を有する局所的に制限された領域を得るためには
、燃料を極めて遅くなってから噴射することが必要であるが、それは混合気形成
の場合に問題をもたらす。
【０００３】 これを背景として、本発明の課題は、均質な希薄駆動において、そして層化さ
れた希薄駆動においてわずかな燃料消費とわずかな排ガス放出を特徴とする、改
良された直接噴射の内燃機関と混合気を準備する方法の構想を提供することであ
る。
【０００４】 この課題を解決するために、噴射弁は、互いに並べて配置された吸気弁のうち
の２つと、シリンダ壁のこれら吸気弁に隣接する部分との間に配置されており、
ピストンは細長い燃焼室凹部を有し、その場合に燃焼室凹部は大体において、噴
射弁から流出する噴射ビームをピストンの端面へ垂直に投影する方向に延びてお
り、かつほぼ横方向に延びる段部を有している。この段部は燃焼室凹部を、新気
流を案内する、噴射弁から遠い第１の領域と、噴射ビームを案内する、噴射弁の
近傍の第２の領域に分割しており、その場合に第１と第２の領域は、それぞれ異
なる水準に位置する。２つの領域に分割することによって、混合気は特に効果的
な方法で燃焼室内で準備され、かつわずかな有害物質値において良好な燃焼が実
現される。そのために隣接する吸気弁によって支配される流入開口部を通して流
入して、吸気弁と対向するシリンダ壁において下方のピストンの方向へ供給され
る、タンブル形状に燃焼室へ流入する新気と、内燃機関の駆動状態に従って早期
にあるいは遅れて噴射弁を通して噴射される燃料が、均質に混合され、あるいは
また層化されたチャージとして準備されて、点火プラグの方向へ移動されて、そ
こで点火される。
【０００５】 均質な希薄駆動においては、横方向に延びる段部を有する細長い燃焼室凹部に
よって、タンブル形状に流入する新気は、細長い燃焼室凹部の噴射弁から遠い第
１の領域を通過して、段部において上方へ向かって方向変換されることになるの
で、噴射される燃料はタンブル流に抗して燃焼室凹部内へ噴射されることが可能
になる。そして層化された希薄駆動の場合には、噴射弁を通して噴射された燃料
は、タンブル流の前で燃焼室凹部の、段部の前にある、噴射弁に近い第２の領域
へ噴射される。燃料粒子が段部に達するとすぐに、その燃料粒子は対向して流れ
る新気と良好に混合されるので、段部の近傍に均質な混合気の雲が発生し、残り
の燃焼室は著しい過剰空気を有する。その後ピストンがさらに圧縮移動すること
によって、混合気の雲は点火プラグへ移動されて、そこで点火される。
【０００６】 タンブル形状の新気流を支援するために、本発明の好ましい展開によれば、吸
気弁は互いに対して最大の距離を有している。この特徴がさらに、吸気弁間に噴
射弁を収容することを支援する。
【０００７】 噴射弁は、シリンダの軸に対して約３０から８０度の角度で傾斜して配置すべ
きであって、それによって細長い燃焼室凹部の段部まで噴射された燃料が達する
ことができる。さらに、噴射弁は曲がり角度も有しており、その曲がり角度が噴
射ビームを所望の方向へ方向変換させるので、噴射ビームの中心軸はシリンダの
軸に対して約４５から７０度の角度で配置されている。噴射弁の傾斜および／ま
たは曲がり角度によって、噴射ビームは、均質な希薄駆動については第１のクラ
ンク軸角度においてタンブル流内へ、そして層化された希薄駆動については第２
のクランク軸角度領域においてタンブル流の前へ向けられるように調節すること
ができるので、２つの駆動モードについて最適な混合気準備が達成される。
【０００８】 均質な希薄駆動については、噴射弁は、ピストンが上死点へ達する前の、約４
４０から２８０度のクランク軸角度における吸気ストロークの間に、それぞれ回
転数に従って燃料をシリンダ内へ噴射する。というのは、このようにして燃料は
燃焼室内を支配する新気流のほぼ中央へ投入されるので、燃料と新気を均質に混
合することができる。
【０００９】 そして層化された希薄駆動については、噴射弁は、ピストンが上死点へ達する
前の約１２０から３０度のクランク軸角度における圧縮ストロークの間で、燃料
をシリンダ内へ噴射する。従って燃料はその大部分がタンブル形状の新気流の前
へ噴射されて、燃焼室凹部の、噴射弁近傍の領域の内部で新気流によって点火可
能なチャージ雲内で安定化されて、最終的に点火プラグへ移送される。その場合
に横方向に延びる段部を有する細長い燃焼室凹部は、タンブル形状の新気流を案
内し、ないしは束ねて、形成された点火可能な混合気の雲を安定化させるために
用いられる。このプロセスは、比較的遅い噴射時点にもかかわらず、完全に遂行
される。
【００１０】 燃焼室凹部を、噴射弁から遠い第１の領域と噴射弁に近い第２の領域とに分割
する段部は、好ましくは点火プラグのほぼ下方に延びている。それによって第１
の領域はタンブル形状の新気流の良好な案内を可能にし、中央に配置された段部
は混合気準備にとって好ましい新気流の方向変換を可能にし、第２の領域は点火
プラグの近傍でチャージ雲の十分な安定化をもたらす。特に好ましくはその場合
に、燃焼室凹部の第１の領域は、第２の領域よりも深く形成されている。という
のはこの特徴は、深い領域からフラットな領域への移行を示す段部におけるタン
ブル形状の新気の方向変換を容易にするからである。しかしまた、燃焼室凹部の
第１の領域を第２の領域よりもそれほど深くなく形成することも、もちろん可能
である。さらに、燃焼室凹部の２つの領域は、ピストンの端縁へ向かってそれぞ
れ緩やかに終了するように形成することができる。それによって燃焼室凹部の第
１の領域への新気の、そして第２の領域への燃料の特に容易な流入が実現される
。
【００１１】 本発明の展開によれば、細長い燃焼室凹部は噴射ビームの方向に拡幅されてい
る。それによって、タンブル形状の新気流が燃焼室凹部内で束ねられ、ないしは
まとめて案内されるようになり、それが新気と燃料の混合を容易にする。同様に
、燃焼室凹部の第１の領域は、幅広の、ほぼ放物線状の形状を有し、第２の領域
は幅狭の、防火線の形状を有することができる。これらの形状は最適な方法で、
少なくとも２つの吸気弁を通して流入する新気に、ないしは噴射弁を通して噴射
される燃料に合わせられている。
【００１２】 細長い燃焼室凹部内でほぼ横方向に延びる段部に、その段部の長さ全体にわた
って延びるウェブが形成されていることによって、この直接噴射内燃機関におい
て混合気準備のさらなる最適化が実現される。タンブル形状の新気流は、圧縮と
噴射の間特に好ましい方法でウェブによって案内されて、長く維持される。そし
てほぼ直線的に噴射された燃料ビームは、ウェブによって上方へ向かって方向変
換される。この２つの要因は、決定的に改良された混合気準備をもたらすので、
特にわずかな燃料消費と特にわずかな排ガス放出を有する直接噴射内燃機関が提
供される。
【００１３】 他の改良は、ウェブの断面がほぼ鋸歯状に形成されており、その場合に鋸歯状
のウェブの尖端が燃焼室内で吸気弁ないしは噴射弁の側を向いている場合に、得
られる。従ってタンブル形状の新気流は、圧縮と噴射の間特に好ましい方法でウ
ェブの湾曲された背部を介して案内されて、それによって長く維持される。そし
てほぼ直線的に噴射される燃料ビームは、ウェブの尖端を介してはっきりと上方
へ向かって方向変換される。排気弁の側を向いている、鋸歯状のウェブの湾曲さ
れた背部が、燃焼室凹部の第２の領域に対してウェブの約半分の高さに相当する
半径を有する場合には、本発明に基づく内燃機関においては燃焼室凹部の第１の
領域内のタンブル形状の新気流と、燃焼室凹部の第２の領域内へほぼ直線的に噴
射されて、上方へ向かって方向変換される燃料ビームとの間の、特に良好な同調
が実現される。というのは、タンブル形状の新気流が燃焼室凹部の第１の領域の
上方ないしはウェブの上方に形成される燃料の雲の、点火プラグへの移送を明ら
かに支援するからである。
【００１４】 ウェブを有する段部が、ピストンの端面への垂直の投影において、ほぼ同軸の
点火プラグに対してピストン直径の約１／９から１／５の間隔で配置されている
場合には、点火プラグの尖端はピストンの上死点内においてウェブの脊部の後方
で燃焼室凹部の第１の領域内へ埋没することができる。
【００１５】 好ましくはウェブを有する段部が燃焼室凹部の第１の領域へ移行する移行部は
、その個所においてタンブル形状の流れの最適な方向変換を保証するために、シ
リンダの軸に対して約２から３０度の角度で延びている。そして、ウェブを有す
る段部の延びが燃焼室凹部の第１の領域に向いた側においてやや凹状に形成され
ていると、特に効果的である。というのは、段部の凹状の延びは、圧縮ストロー
クの間に燃焼室凹部の第１の領域の内部で、タンブル形状の新気流のさらに際立
った安定化をもたらすからである。好ましくは角を丸くされた、ないしは面取り
されたウェブは、ピストンの輪郭の内部に位置し、あるいはまたピストンの前側
の輪郭を越えて突出することができる。
【００１６】 好ましくは燃焼室凹部の第１の領域は、ウェブを有する段部の近傍においてウ
ェブよりも幅広い寸法に定められている。そして幾つかの排気弁のうちの１つの
排気弁は、細長い燃焼室凹部の第１の領域の近傍において、排気弁の皿がピスト
ンの上死点においてその中へ埋没できるように形成されていると、特に効果的で
ある。それによって、弁制御時間を調節する場合に排気弁の皿がピストンに当接
しないことが保証される。
【００１７】 好ましくは噴射ビームの流出開口部は、ピストンの端面への投影において、ウ
ェブの前かつシリンダからできるだけ遠く離れて配置されている。 本発明の課題はさらに、請求項１４に示す直接噴射内燃機関における混合気を
準備する方法によって解決される。
【００１８】 この方法においては、新気はタンブル形状の流れを形成し、その流れはピスト
ンの端縁の近傍において燃焼室凹部の第１の領域内へ流入し、流れ方向に狭くな
る第１の領域によってピストンの中心へ向かって加速されて、燃焼室凹部の段部
において最終的に点火プラグの方向へ方向変換される。
【００１９】 さらに、層化された希薄駆動の場合には、吸気ストロークの間に新気が燃焼室
内へ流入し、その新気はタンブル形状の流れとして燃焼室凹部の第１の領域を通
過して、圧縮ストロークと噴射の間ウェブによって燃焼室凹部の第１の領域の上
方に維持される。
【００２０】 本方法の展開においては、層化された希薄駆動の場合に圧縮ストロークの間、
燃焼室凹部の第１の領域をタンブル形状の流れとして通過する新気に、噴射弁か
ら燃料が、まず燃焼室凹部の第２の領域の方向へ直線的に噴射されて、その後ウ
ェブを有する段部において点火プラグの方向へ方向変換され、その場合に燃焼室
凹部の第２の領域の上方ないしは鋸歯状のウェブを有する段部の上方に燃料の雲
が形成されて、その燃料の雲はタンブル形状の新気流によって点火プラグの方向
へ移送されて、新気と混合される。
【００２１】 そして本発明に基づく方法は、圧縮ストロークのほぼ最後に点火プラグにおい
て秒当たり約３から６メートルの流れ速度が維持されるように形成され、それに
よって燃焼室内で燃料の雲を燃上らせるために好ましい条件が支配する。
【００２２】 図面を参照して、本発明を詳細に説明する。 本発明に基づく内燃機関は、図１に示すように、シリンダ当たり２つの互いに
並べて配置された吸気弁１を備えている。この２つの吸気弁１は、詳しく図示さ
れていないシリンダの一方の半分の側に配置されており、同様に並べて配置され
た２つの排気弁２が、シリンダの他方の半分の側に設けられている。さらに、内
燃機関は点火プラグ３を有しており、その点火プラグはシリンダの軸に対して同
心に配置されている。さらに、シリンダ当たり噴射弁４が設けられており、その
噴射弁は２つの吸気弁１と、シリンダ壁の、２つの吸気弁１に隣接する部分との
間に配置されている。内燃機関のシリンダ内に配置されているピストン５は、横
方向に延びる段部７を備えた細長い燃焼室凹部６を有している。
【００２３】 ２つの吸気弁を通してシリンダ内へ流入する新気は、燃焼室内でタンブル流Ｓ
を形成する。その場合にタンブル流Ｓの形成は、２つの吸気弁１が互いに対して
最大の間隔を有する場合に、促進される。さらに、それが噴射弁４の位置決めを
容易にする。
【００２４】 ２つの吸気弁１は、互いに対して平行であって、点火プラグ３に対して、ない
しはシリンダの軸に対してそれぞれ傾斜して配置されている。２つの排気弁２も
、同様に互いに対して平行であって、シリンダの軸に対しては吸気弁１とは異な
る方向に傾斜して配置されている。
【００２５】 内燃機関の噴射弁４もシリンダの軸に対して傾斜して配置されており、その場
合に噴射弁４の傾斜角度αは、約３０度から８０度である。従って噴射弁４はシ
リンダの軸に対して２つの隣接する吸気弁１よりも強く傾斜されている。
【００２６】 内燃機関が均質な希薄駆動内でのみ作動する場合には、ピストン５が上死点に
達する前の約４４０から２８０度のクランク軸角度において吸気ストロークの間
噴射弁４を通して燃料が、燃焼室凹部８によって案内されて段部７で方向変換さ
れた新気流Ｓ内へ噴射される。それによって新気と燃料との間に高い相対速度が
得られるので、十分な量の燃料の噴射および新気と燃料との均質な混合を、最短
時間で行うことができる。
【００２７】 それに対して内燃機関が層化された希薄駆動で作動する場合には、ピストン５
が上死点に達する前の約１２０から３０度のクランク軸角度において圧縮ストロ
ークの間に噴射弁４を通して燃料が、段部７で方向変換されたタンブル形状の新
気流Ｓの前において、燃焼室凹部６内へ噴射される。タンブル形状の新気流Ｓは
、噴射された燃料が燃焼室凹部６の内部で噴射弁４の近傍において点火可能な雲
状チャージ内で安定化されて、ピストン５のそれ以降の圧縮動作によって点火プ
ラグ３の下方へ移動され、それによって雲状混合気の点火可能な割合に、シリン
ダ内に同軸に配置された点火プラグ３の点火スパークが到達可能になることをも
たらす。
【００２８】 そのために細長い燃焼室凹部６は、大体において噴射弁４から流出する噴射ビ
ームＥをピストン５の端面へ垂直に投影した方向に延びている。点火プラグ３の
ほぼ下方に延びている、細長い燃焼室凹部６に対して横方向に延びる段部７は、
燃焼室凹部６を噴射弁から離れた第１の領域８と、噴射弁に近い第２の領域８’
に分割している。その場合に噴射弁４から遠い第１の領域８は、噴射弁４に近い
第２の領域８’よりも深く形成されている。細長い燃焼室凹部６の２つの領域８
、８’は、ピストン５の端縁へ向かって緩やかに終了している。さらに細長い燃
焼室凹部６は、流れ条件を最適化するために噴射ビームＥの方向へ拡幅し、新気
流Ｓの方向に細くなるように形成されている。このことが、噴射ビームＥも新気
流Ｓも支援する。
【００２９】 さらにピストン５は、屋根形状に形成されており、その場合に燃焼室凹部６の
段部７と屋根形状のピストン５の切妻９は、ほぼ直線を形成している。この形状
は、シリンダの軸に対してそれぞれ傾斜して配置された、内燃機関のガス交換弁
１、２に合わせられており、極めてコンパクトな燃焼室を可能にしている。
【００３０】 図５にはさらに、他のピストン５’の上面図が図示されており、このピストン
は５つのガス交換弁を有する、すなわち３つの吸気弁１と２つの排気弁２を有す
る直接噴射の内燃機関のために設けられている。それによって噴射弁４は、側方
の吸気弁１とそれに隣接する中央の吸気弁１との間に非対称に配置されており、
それによって斜めの組込み位置が生じる。この斜めの組込み位置においても、細
長い燃焼室凹部６は大体において、噴射弁４から流出する噴射ビームＥをピスト
ン５’の端面へ垂直に投影した方向に延びている。しかしその場合に、対称に配
置された第１の領域８の長手軸Ｌと非対称に配置された第２の領域８’の長手軸
Ｌ’は鋭角βを形成する。これは、第１の領域８が新気流Ｓに、そして第２の領
域８’が噴射ビームＥに合わせられていることに基づいている。２つの領域８、
８’の間の段部７は、噴射ビームＥの方向に対してほぼ横方向、ないしは屋根状
のピストン５’の切妻９に対して平行に延びている。
【００３１】 図６には、切断されたピストン５が図示されており、その場合に切断VI−VIは
、細長い燃焼室凹部６の長手軸に沿って案内されている。その結果、細長い燃焼
室凹部６に対してほぼ横方向に延びる段部７（この段部は燃焼室凹部６を第１の
領域８と第２の領域８’に分割している）は、その延びに対して垂直に切断され
ている。それによって段部７に断面がほぼ鋸歯状のウェブ１０が形成されており
、その場合に鋸歯状のウェブ１０の尖端１１は、燃焼室内で吸気弁１ないしは噴
射弁４側を向いており、鋸歯状のウェブ１０の脊部１２は燃焼室内で排気弁２の
対向する側を向いていることが、特に良好に認められる。
【００３２】 鋸歯状のウェブ１０の脊部１２は、図示の実施例においては半径Ｒを有してお
り、その半径は燃焼室凹部６の第２の領域８’に対するウェブ１０のほぼ半分の
高さに相当する。その場合にウェブ１０の脊部１２は、シリンダの軸に対してや
や変位しているので、脊部１２はピストン５に対して同軸に、ないしはシリンダ
内に配置された点火プラグ３に対してわずかに隔たっている。さらに、鋸歯状の
ウェブ１０を有する段部７の延びは、燃焼室凹部６の第１の領域８側において、
やや凹状に形成されている。
【００３３】 噴射弁４は、図示の実施例においては、シリンダの軸に対して６４度傾斜して
配置されている。図示の噴射弁４においては、噴射ビームＥは曲がり角度なしで
流出開口部から流出し、その場合に流出開口部はシリンダの軸からできるだけ遠
く離して配置されている。
【００３４】 図８ａには、本発明に基づく内燃機関の燃焼室の簡略化された図示が示されて
おり、その場合にこれは約１８０°のクランク軸角度における、すなわち吸気ス
トロークのほぼ最後の瞬間撮影に相当する。吸気ストロークの間、新気は吸気弁
１によって支配される吸気開口部を通して内燃機関の燃焼室内へ流入して、燃焼
室の天井と吸気弁１に対向するシリンダ壁を通過して燃焼室凹部６の、「新気領
域」とも称される第１の領域８内へ案内される。
【００３５】 その場合にそれに続く圧縮ストロークの推移において上方へ移動するピストン
５および燃焼室凹部６の第１の領域８に隣接する、鋸歯状に形成されたウェブ１
０を備えた段部７によって、吸気ストロークの間に発生されたタンブル流Ｓが圧
縮ストロークと噴射の間も維持される。
【００３６】 図８ｂは、約５０度のクランク軸角度における、すなわち噴射の開始時の圧縮
ストロークの間の瞬間撮影を示している。燃焼室凹部６の第１の領域８内でタン
ブル状に循環する新気流Ｓに加えて、ここでは噴射弁４から燃料ビームＥが燃焼
室凹部６の、「燃料領域」と称することもできる第２の領域８’の方向に直線的
に噴射され、その燃料ビームは図８ｃと８ｄに示すようにそれ以降の推移におい
て、かつ噴射のほぼ最後にウェブ１０を有する段部７において上方の点火プラグ
３の方向へ転向されるので、燃焼室凹部６の第２の領域８’の上方、ないしはウ
ェブ１０の上方に燃料の雲Ｋが形成される。
【００３７】 約３５度から３０度のクランク軸角度において、すなわち噴射の終了後に（図
８ｅと８ｆを参照）、燃料の雲Ｋは噴射パルスに基づいて、かつタンブル状の新
気流Ｓに基づいて燃焼室の天井の方向へ押圧されて、同時に燃焼室凹部６の第１
の領域８の方向にも、従って点火プラグ３の方向へも移送される。その後の推移
において燃料の雲Ｋはタンブル形状の新気流Ｓとさらに混合されて（図８ｇを参
照）、最終的に点火される（図８ｈを参照）。
【００３８】 その場合に点火の直前に点火プラグ３の下方において最適な燃え上り条件が支
配するようにするために、少なくとも圧縮ストロークのほぼ最後には秒当たり約
３から６メートルの流れ速度が維持されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 直接噴射の内燃機関の４つのガス交換弁、点火プラグ、噴射弁およびピストン
の配置を簡単に示す斜視図である。
【図２】 図１に基づくピストンの上面図である。
【図３】 図２に示すピストンのIII−III線に沿った断面図である。
【図４】 図２に示すピストンのIV−IV線に沿った断面図である。
【図５】 ５つのガス交換弁を有する直接噴射の内燃機関のために設けられている、他の
ピストンの上面図である。
【図６】 一体的に形成されたウェブを有するピストンの断面図である。
【図７】 図６に示すピストンの上面図である。
【図８ａから８ｈ】 混合気を準備する方法を説明するために、それぞれ種々のクランク軸角度にお
ける内燃機関の燃焼室を示す断面図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年４月１９日（２０００．４．１９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者 ヴェルムート、 ディートマール ドイツ連邦共和国、 デー−85080 ガイ マースハイム、 ハ−ベックラー−リング 13 (72)発明者 シュラット、 トーマス ドイツ連邦共和国、 デー−85117 アイ テンスハイム、 タオバーフェルダー ヴ ェーク 15 (72)発明者 ゼリフゾイ、 ムラート ドイツ連邦共和国、 デー−85051 イン ゴルシュタット、 シュペックヴェーク 44 (72)発明者 ヴルムス、 ライナー ドイツ連邦共和国、 デー−85101 レン ティング、 レーエンブックル 13 (72)発明者 ファルターマイヤー、 ゲオルク ドイツ連邦共和国、 デー−85283 ヴォ ルンツァッハ、 アホルンナレー 59 (72)発明者 ブダック、ラルフ ドイツ連邦共和国、 デー−85057 イン ゴルシュタット、 ハーコンマーシュトラ ーセ 16 Ｆターム(参考） 3G019 AA07 AA08 AA09 AB03 KA15 KA17 3G023 AA02 AA03 AB03 AC05 AD01 AD04 AD06 AD09 AD29 AG01 AG02

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダ当たり少なくとも２つの互いに並べて配置された吸
    気弁と、幾つかの排気弁と、ほぼ同軸の点火プラグと、噴射弁と、ピストンとを
    有する、直接噴射内燃機関において、 噴射弁（４）は、並べて配置された吸気弁（１）のうちの２つと、シリンダ壁
    の、これら吸気弁（１）に隣接する部分との間に配置されており、かつ ピストン（５、５’）は、細長い燃焼室凹部（６）を有し、その場合に燃焼室
    凹部（６）は大体において、噴射弁（４）から流出する噴射ビーム（Ｅ）をピス
    トン（５、５’）の端面へ垂直に投射した方向に延びており、かつほぼ横方向に
    延びる段部（７）を有していることを特徴とする直接噴射内燃機関。
  2. 【請求項２】 吸気弁（１）は、互いに対して最大の距離を有することを特
    徴とする請求項１に記載の内燃機関。
  3. 【請求項３】 噴射弁（４）は、シリンダの軸に対して約３０から８０度の
    角度（α）で傾斜して配置されており、かつ噴射ビーム（Ｅ）を方向変換させる
    曲がり角度を有しているので、噴射ビーム（Ｅ）の中心軸は、シリンダの軸に対
    して約４５から７０度の角度（ε）で配置されていることを特徴とする請求項１
    または２のいずれか１項に記載の内燃機関。
  4. 【請求項４】 噴射弁（４）は、ピストン（５、５’）が上死点に達する前
    の、約４４０から２８０度のクランク軸角度において、吸気ストロークの間に燃
    料をシリンダ内へ噴射することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記
    載の内燃機関。
  5. 【請求項５】 噴射弁（４）は、ピストン（５、５’）が上死点に達する前
    の、約１２０から３０度のクランク軸角度において、圧縮ストロークの間に燃料
    をシリンダ内へ噴射することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載
    の内燃機関。
  6. 【請求項６】 燃焼室凹部（６）を噴射弁（４）から遠い第１の領域（８）
    と、噴射弁（４）に近い第２の領域（８’）に分割する段部（７）が、点火プラ
    グ（３）のほぼ下方に延びており、その場合に燃焼室凹部（６）の第１の領域（
    ８）は、燃焼室凹部（６）の第２の領域（８’）よりも深く形成されており、そ
    の場合燃焼室凹部（６）の第１の領域（８）と第２の領域（８’）は、ピストン
    （５、５’）の端縁へ向かってそれぞれ緩やかに終了していることを特徴とする
    請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関。
  7. 【請求項７】 細長い燃焼室凹部（６）は、噴射ビーム（Ｅ）の方向に拡幅
    し、ないしは新気流（Ｓ）の方向に細くなっていることを特徴とする請求項１か
    ら６のいずれか１項に記載の内燃機関。
  8. 【請求項８】 段部（７）にウェブ（１０）が形成されており、前記ウェブ
    は段部（７）の長さ全体にわたって延びていることを特徴とする請求項１から７
    のいずれか１項に記載の内燃機関。
  9. 【請求項９】 ウェブ（１０）は、断面がほぼ鋸歯状に形成されており、そ
    の場合に鋸歯状ウェブ（１０）の尖端（１１）は燃焼室内で吸気弁（１）ないし
    は噴射弁（４）の側を向いており、かつその場合に鋸歯状のウェブ（１０）の湾
    曲された背部（１２）は排気弁（２）の側を向いており、かつ半径（Ｒ）を有し
    ており、その半径は燃焼室凹部（６）の第２の領域（８’）に対するウェブ（１
    ０）の高さの約半分に相当することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
  10. 【請求項１０】 ウェブ（１０）を有する段部（７）は、ピストン（５）の
    端面への垂直の投影において、ほぼ同軸の点火プラグ（３）に対してピストン直
    径（Ｄ）の１／９から１／５の距離で配置されていることを特徴とする請求項１
    から９のいずれか１項に記載の内燃機関。
  11. 【請求項１１】 ウェブ（１０）を有する段部（７）から燃焼室凹部（６）
    の第１の領域（８）へ移行する移行部が、シリンダの軸に対して約２から３０度
    の角度（β）で延びており、ウェブ（１０）を有する段部（７）の延びが燃焼室
    凹部（６）の第１の領域（８）に向いた側において、やや凹状に形成されている
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の内燃機関。
  12. 【請求項１２】 燃焼室凹部（６）の第１の領域（８）は、ウェブ（１０）
    を有する段部（７）の近傍においては、ウェブ（１０）よりも幅の広い寸法に定
    められており、 排気弁（２）の皿が、燃焼室凹部（６）の第１の領域（８）内へ埋没可能であ
    ることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の内燃機関。
  13. 【請求項１３】 噴射ビーム（Ｅ）の流出開口部は、ピストン（５）の端面
    への投影において、ウェブ（１０）の前に設けられており、かつシリンダの軸か
    らできるだけ遠く離れていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項
    に記載の内燃機関。
  14. 【請求項１４】 請求項１から１３のいずれか１項に記載の直接噴射内燃機
    関において混合気を準備する方法。
  15. 【請求項１５】 流入する新気がタンブル形状の流れ（Ｓ）を形成し、その
    流れはピストン（５、５’）の端縁の近傍において燃焼室凹部（６）の第１の領
    域（８）内へ流入し、細くなる第１の領域（８）によってピストン（５、５’）
    の中心へ向かって加速されて、段部（７）において最終的に点火プラグ（３）の
    方向へ方向変換されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 層化された希薄駆動の場合に、吸気ストロークにおいて新
    気が燃焼室へ流入し、その新気がタンブル形状の流れ（Ｓ）として燃焼室凹部（
    ６）の第１の領域（８）を通過し、圧縮ストロークと噴射の間は、ウェブ（１０
    ）によって燃焼室凹部（６）の第１の領域（８）の上方に維持されることを特徴
    とする請求項１４または１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 層化された希薄駆動の場合に、圧縮ストロークの間に、燃
    焼室凹部（６）の第１の領域（８）をタンブル形状の流れ（Ｓ）として通過する
    新気に、噴射弁（４）から燃料がまず燃焼室凹部（６）の第２の領域（８’）の
    方向に直線的に噴射されて、その後ウェブ（１０）を有する段部（７）において
    点火プラグ（３）の方向へ方向変換され、その場合に燃焼室凹部（６）の第２の
    領域（８’）の上方ないしは鋸歯状のウェブ（１０）を有する段部（７）の上方
    に燃料の雲（Ｋ）が形成され、その燃料の雲はタンブル形状の新気流（Ｓ）に支
    援されて、点火プラグ（３）の方向へ移動されて、新気と混合されることを特徴
    とする請求項１４から１６のいずれか１項に記載の方法。
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