JP2003161154A - 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Info
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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- F02B75/12—Other methods of operation
- F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- 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
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- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 吸気行程で略扇形状燃料噴霧を気筒内へ噴射
して均質燃焼を実施する少なくとも二つの吸気弁を備え
る筒内噴射式火花点火内燃機関において、点火時点で気
筒内に良好な均質混合気を形成可能とすることである。 【解決手段】 均質燃焼に際して、燃料噴射弁７は、吸
気行程において二つの吸気弁３を介して気筒内へ供給さ
れる吸気により生成される互いに略平行な二つの縦旋回
流の間における淀み領域Ｓ１内へ略扇形状噴霧１０の幅
方向が淀み領域の中心縦平面Ａと略平行となるように燃
料を噴射する。
して均質燃焼を実施する少なくとも二つの吸気弁を備え
る筒内噴射式火花点火内燃機関において、点火時点で気
筒内に良好な均質混合気を形成可能とすることである。 【解決手段】 均質燃焼に際して、燃料噴射弁７は、吸
気行程において二つの吸気弁３を介して気筒内へ供給さ
れる吸気により生成される互いに略平行な二つの縦旋回
流の間における淀み領域Ｓ１内へ略扇形状噴霧１０の幅
方向が淀み領域の中心縦平面Ａと略平行となるように燃
料を噴射する。
Description
【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。
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。
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９−１５８７３６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、燃料噴射弁は燃料を厚さの
薄い略扇形状に噴射するもので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。
噴射燃料は、キャビティの底壁及び点火プラグ側側壁か
ら良好に受熱して気化し易い状態となっており、点火プ
ラグ近傍に達した時点では十分に気化され、それによ
り、点火プラグ近傍に良好な可燃混合気を形成すること
ができる。
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、燃料噴射弁は燃料を厚さの
薄い略扇形状に噴射するもので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。
噴射燃料は、キャビティの底壁及び点火プラグ側側壁か
ら良好に受熱して気化し易い状態となっており、点火プ
ラグ近傍に達した時点では十分に気化され、それによ
り、点火プラグ近傍に良好な可燃混合気を形成すること
ができる。
【０００４】ところで、一般的な筒内噴射式火花点火内
燃機関では、このような成層燃焼だけでなく、例えば、
高回転高負荷時において、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も実施するように
なっている。前述の筒内噴射式火花点火内燃機関におい
て均質燃焼を実施すると、吸気行程で噴射される略扇形
状噴霧は、斜め下方向に向けられ、すなわち、幅方向が
気筒内の横方向と一致させられ、厚さ方向が気筒内の縦
方向に対して斜めとされ、略扇形状噴霧は気筒内の横方
向に拡がることとなる。
燃機関では、このような成層燃焼だけでなく、例えば、
高回転高負荷時において、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も実施するように
なっている。前述の筒内噴射式火花点火内燃機関におい
て均質燃焼を実施すると、吸気行程で噴射される略扇形
状噴霧は、斜め下方向に向けられ、すなわち、幅方向が
気筒内の横方向と一致させられ、厚さ方向が気筒内の縦
方向に対して斜めとされ、略扇形状噴霧は気筒内の横方
向に拡がることとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】吸気効率を高めるため
に、前述の筒内噴射式火花点火内燃機関では吸気二弁式
とされており、燃料噴射弁は、気筒上部周囲における二
つの吸気弁の間に設けられている。吸気行程で二つの吸
気弁が開弁すると、各吸気ポートを介して気筒内へ供給
される吸気は、一般的に、シリンダボアの排気弁側を下
降してシリンダボアの吸気弁側を上昇するように気筒内
を縦方向に旋回するタンブル流を生成し、気筒内には互
いに平行な二つのタンブル流が生成されることとなる。
に、前述の筒内噴射式火花点火内燃機関では吸気二弁式
とされており、燃料噴射弁は、気筒上部周囲における二
つの吸気弁の間に設けられている。吸気行程で二つの吸
気弁が開弁すると、各吸気ポートを介して気筒内へ供給
される吸気は、一般的に、シリンダボアの排気弁側を下
降してシリンダボアの吸気弁側を上昇するように気筒内
を縦方向に旋回するタンブル流を生成し、気筒内には互
いに平行な二つのタンブル流が生成されることとなる。
【０００６】こうして、均質燃焼時に気筒上部周囲にお
ける二つの吸気弁の間から気筒内へ噴射された略扇形状
噴霧は、僅かに幅方向に拡がった時点で二つのタンブル
流と干渉することとなる。略扇形状噴霧は、自身慣性力
によって幅方向に拡がりながら気筒内を飛行する間にお
いて燃料の微粒化及び気化が促進されるものであり、こ
のように噴射から比較的早期にタンブル流と干渉するこ
ととなると、燃料噴霧の慣性力が早期に減衰して、燃料
は十分に微粒化及び気化されないままタンブル流に乗っ
て気筒内を移動するだけとなる。それにより、比較的大
きな粒状の液体燃料を気筒内全体に分布させることはで
きても、これらを点火までに十分に気化させることはで
きない。
ける二つの吸気弁の間から気筒内へ噴射された略扇形状
噴霧は、僅かに幅方向に拡がった時点で二つのタンブル
流と干渉することとなる。略扇形状噴霧は、自身慣性力
によって幅方向に拡がりながら気筒内を飛行する間にお
いて燃料の微粒化及び気化が促進されるものであり、こ
のように噴射から比較的早期にタンブル流と干渉するこ
ととなると、燃料噴霧の慣性力が早期に減衰して、燃料
は十分に微粒化及び気化されないままタンブル流に乗っ
て気筒内を移動するだけとなる。それにより、比較的大
きな粒状の液体燃料を気筒内全体に分布させることはで
きても、これらを点火までに十分に気化させることはで
きない。
【０００７】こうして、良好な均質混合気が形成されな
いために、均質燃焼を良好なものとすることはできな
い。この均質燃焼時における問題は、もちろん、同様な
略扇形状噴霧によって均質燃焼だけを実施する筒内噴射
式火花点火内燃機関においても発生する。
いために、均質燃焼を良好なものとすることはできな
い。この均質燃焼時における問題は、もちろん、同様な
略扇形状噴霧によって均質燃焼だけを実施する筒内噴射
式火花点火内燃機関においても発生する。
【０００８】従って、本発明の目的は、吸気行程で略扇
形状燃料噴霧を気筒内へ噴射して均質燃焼を実施する少
なくとも二つの吸気弁を備える筒内噴射式火花点火内燃
機関において、点火時点で気筒内に良好な均質混合気を
形成可能とすることである。
形状燃料噴霧を気筒内へ噴射して均質燃焼を実施する少
なくとも二つの吸気弁を備える筒内噴射式火花点火内燃
機関において、点火時点で気筒内に良好な均質混合気を
形成可能とすることである。
【０００９】
【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、少なくとも二つ
の吸気弁と、比較的厚さの薄い略扇形状噴霧として気筒
内へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグとを具備
し、均質燃焼に際して、前記燃料噴射弁は、吸気行程に
おいて前記二つの吸気弁を介して気筒内へ供給される吸
気により生成される互いに略平行な二つの縦旋回流の間
における淀み領域内へ前記略扇形状噴霧の幅方向が前記
淀み領域の中心縦平面と略平行となるように燃料を噴射
することを特徴とする。
記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、少なくとも二つ
の吸気弁と、比較的厚さの薄い略扇形状噴霧として気筒
内へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグとを具備
し、均質燃焼に際して、前記燃料噴射弁は、吸気行程に
おいて前記二つの吸気弁を介して気筒内へ供給される吸
気により生成される互いに略平行な二つの縦旋回流の間
における淀み領域内へ前記略扇形状噴霧の幅方向が前記
淀み領域の中心縦平面と略平行となるように燃料を噴射
することを特徴とする。
【００１０】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、前記燃料噴射弁は気筒上
部中心近傍から前記略扇形状噴霧を噴射するものであ
り、ピストン頂面には前記略扇形状噴霧を気筒上部方向
へ偏向するためのキャビティが形成され、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、成層燃
焼に際して、前記燃料噴射弁は、圧縮行程において前記
キャビティ内に燃料を噴射することを特徴とする。
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、前記燃料噴射弁は気筒上
部中心近傍から前記略扇形状噴霧を噴射するものであ
り、ピストン頂面には前記略扇形状噴霧を気筒上部方向
へ偏向するためのキャビティが形成され、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、成層燃
焼に際して、前記燃料噴射弁は、圧縮行程において前記
キャビティ内に燃料を噴射することを特徴とする。
【００１１】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、少なくとも二つの吸気弁
と、比較的厚さの薄い略扇形状噴霧として気筒内へ燃料
を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグとを具備し、均質
燃焼に際して、前記燃料噴射弁は、前記略扇形状噴霧の
厚さ方向中心平面が気筒上部中心と前記二つの吸気弁と
の間を通って気筒内を二分割する仮想平面と同一面とな
るように燃料を噴射することを特徴とする。
噴射式火花点火内燃機関は、少なくとも二つの吸気弁
と、比較的厚さの薄い略扇形状噴霧として気筒内へ燃料
を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグとを具備し、均質
燃焼に際して、前記燃料噴射弁は、前記略扇形状噴霧の
厚さ方向中心平面が気筒上部中心と前記二つの吸気弁と
の間を通って気筒内を二分割する仮想平面と同一面とな
るように燃料を噴射することを特徴とする。
【００１２】
【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における気筒上部の平面図である。ここ
で、気筒内における縦方向とはピストンの移動方向であ
り、気筒内における横方向とは縦方向に垂直な方向であ
る。図１及び２において、１は二つの吸気ポート、２は
二つの排気ポートである。各吸気ポート１は吸気弁３を
介して、各排気ポート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。
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における気筒上部の平面図である。ここ
で、気筒内における縦方向とはピストンの移動方向であ
り、気筒内における横方向とは縦方向に垂直な方向であ
る。図１及び２において、１は二つの吸気ポート、２は
二つの排気ポートである。各吸気ポート１は吸気弁３を
介して、各排気ポート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。
【００１３】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。尚、扇形状噴霧を形成する噴孔とし
ては、スリット状に限定されることなく、円柱状の噴孔
が直列的に配置されたもの等の他の形状の噴孔を使用可
能である。略扇形状噴霧１０は、自身慣性力によって幅
方向に拡がりながら気筒内を飛行する間において気筒内
の吸気と十分に接触するために、吸気との摩擦によって
燃料の微粒化及び気化が促進される。さらに、噴霧自身
が有する強い慣性力で気筒内に強い流れを喚起するため
に、燃料と空気との混合促進作用と燃焼速度の向上作用
とがもたらされる。
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。尚、扇形状噴霧を形成する噴孔とし
ては、スリット状に限定されることなく、円柱状の噴孔
が直列的に配置されたもの等の他の形状の噴孔を使用可
能である。略扇形状噴霧１０は、自身慣性力によって幅
方向に拡がりながら気筒内を飛行する間において気筒内
の吸気と十分に接触するために、吸気との摩擦によって
燃料の微粒化及び気化が促進される。さらに、噴霧自身
が有する強い慣性力で気筒内に強い流れを喚起するため
に、燃料と空気との混合促進作用と燃焼速度の向上作用
とがもたらされる。
【００１４】ところで、吸気行程において気筒上部に接
続された吸気ポート１から気筒内へ供給される吸気は、
シリンダボアの排気ポート側を下降してシリンダボアの
吸気ポート側を上昇するタンブル流又はシリンダボアの
吸気ポート側を下降してシリンダボアの排気ポート側を
上昇する逆タンブル流等の縦旋回流を生成し易い。
続された吸気ポート１から気筒内へ供給される吸気は、
シリンダボアの排気ポート側を下降してシリンダボアの
吸気ポート側を上昇するタンブル流又はシリンダボアの
吸気ポート側を下降してシリンダボアの排気ポート側を
上昇する逆タンブル流等の縦旋回流を生成し易い。
【００１５】それにより、均質燃焼を実施する際に略扇
形状噴霧を気筒内へ単に噴射すると、略扇形状噴霧は、
僅かに幅方向に拡がると気筒内に生成された縦旋回流と
干渉することがあり、これでは、燃料噴霧は十分に微粒
化及び気化されないまま縦旋回流に乗って気筒内を移動
するだけとなり、液体燃料を点火までに十分に気化させ
ることはできない。それにより、良好な均質混合気が気
筒内に形成されず、良好な成層燃焼を実現することはで
きない。
形状噴霧を気筒内へ単に噴射すると、略扇形状噴霧は、
僅かに幅方向に拡がると気筒内に生成された縦旋回流と
干渉することがあり、これでは、燃料噴霧は十分に微粒
化及び気化されないまま縦旋回流に乗って気筒内を移動
するだけとなり、液体燃料を点火までに十分に気化させ
ることはできない。それにより、良好な均質混合気が気
筒内に形成されず、良好な成層燃焼を実現することはで
きない。
【００１６】二つの吸気弁を備えた筒内噴射式火花点火
内燃機関では、各吸気ポートから気筒内へ供給された吸
気が、それぞれ、気筒内に図１に矢印で示すような前述
した縦旋回流を生成するが、二つの縦旋回流の間には吸
気の淀み領域が形成される。図２において、気筒上部中
心を通り二つの吸気弁の間に延在する中心縦平面Ａの両
側近傍に位置する領域Ｓ１が、いずれの縦旋回流も存在
しない淀み領域であり、この淀み領域Ｓ１に隣接する二
つの領域Ｓ２及びＳ３が、それぞれ、縦旋回流が存在す
る旋回流領域となる。図１は、この中心縦平面Ａの位置
での縦断面図である。尚、多くの吸気二弁式の筒内噴射
式火花点火内燃機関では、中心縦平面Ａは、気筒内を二
分割する仮想平面となる。
内燃機関では、各吸気ポートから気筒内へ供給された吸
気が、それぞれ、気筒内に図１に矢印で示すような前述
した縦旋回流を生成するが、二つの縦旋回流の間には吸
気の淀み領域が形成される。図２において、気筒上部中
心を通り二つの吸気弁の間に延在する中心縦平面Ａの両
側近傍に位置する領域Ｓ１が、いずれの縦旋回流も存在
しない淀み領域であり、この淀み領域Ｓ１に隣接する二
つの領域Ｓ２及びＳ３が、それぞれ、縦旋回流が存在す
る旋回流領域となる。図１は、この中心縦平面Ａの位置
での縦断面図である。尚、多くの吸気二弁式の筒内噴射
式火花点火内燃機関では、中心縦平面Ａは、気筒内を二
分割する仮想平面となる。
【００１７】本実施形態では、図２に示すように、気筒
上部中心近傍に配置された燃料噴射弁７は、略扇形状噴
霧１０の幅方向が淀み領域の中心縦平面（前述の中心縦
平面Ａと一致する）と略平行となるように、略扇形状噴
霧１０を淀み領域Ｓ１内へ噴射するようになっている。
それにより、均質燃焼時において吸気行程で噴射される
略扇形状噴霧１０は気筒内を飛行中にいくら幅方向に拡
がっても、気筒内の旋回流領域Ｓ２及びＳ３内へ拡がる
ことはない。また、略扇形状噴霧１０は、気筒内を飛行
中に厚さ方向にも僅かに拡がるが、比較的厚さが薄いた
めに、気筒内の旋回流領域Ｓ２及びＳ３内まで拡がるこ
とはない。
上部中心近傍に配置された燃料噴射弁７は、略扇形状噴
霧１０の幅方向が淀み領域の中心縦平面（前述の中心縦
平面Ａと一致する）と略平行となるように、略扇形状噴
霧１０を淀み領域Ｓ１内へ噴射するようになっている。
それにより、均質燃焼時において吸気行程で噴射される
略扇形状噴霧１０は気筒内を飛行中にいくら幅方向に拡
がっても、気筒内の旋回流領域Ｓ２及びＳ３内へ拡がる
ことはない。また、略扇形状噴霧１０は、気筒内を飛行
中に厚さ方向にも僅かに拡がるが、比較的厚さが薄いた
めに、気筒内の旋回流領域Ｓ２及びＳ３内まで拡がるこ
とはない。
【００１８】こうして、吸気行程中において、略扇形状
噴霧１０は、気筒内の縦旋回流と干渉することがないた
めに、自身慣性力によって十分に微粒化及び気化され
る。圧縮行程となれば、二つの縦旋回流はピストン５の
上昇に伴って潰されて気筒内全体の乱れとなり、この乱
れが十分に微粒化及び気化された燃料を気筒内全体に分
散させるために、点火時点においては、十分に均質化さ
れた均質混合気を気筒内に形成することができ、良好な
均質燃焼が実現可能となる。
噴霧１０は、気筒内の縦旋回流と干渉することがないた
めに、自身慣性力によって十分に微粒化及び気化され
る。圧縮行程となれば、二つの縦旋回流はピストン５の
上昇に伴って潰されて気筒内全体の乱れとなり、この乱
れが十分に微粒化及び気化された燃料を気筒内全体に分
散させるために、点火時点においては、十分に均質化さ
れた均質混合気を気筒内に形成することができ、良好な
均質燃焼が実現可能となる。
【００１９】このような均質燃焼を実施するに際して
は、燃料噴射弁７の位置は、気筒上部中心近傍としなく
ても、気筒上部の前述した中心縦平面近傍であれば良
い。本実施形態のように、燃料噴射弁７の位置が気筒上
部中心近傍である場合には、噴射される略扇形状噴霧の
幅方向は気筒内の横方向に略一致するが、燃料噴射弁の
位置がそれ以外の中心縦平面近傍である場合には、噴射
される略扇形状噴霧の幅方向は、気筒内の横方向に対し
て傾くこととなる。
は、燃料噴射弁７の位置は、気筒上部中心近傍としなく
ても、気筒上部の前述した中心縦平面近傍であれば良
い。本実施形態のように、燃料噴射弁７の位置が気筒上
部中心近傍である場合には、噴射される略扇形状噴霧の
幅方向は気筒内の横方向に略一致するが、燃料噴射弁の
位置がそれ以外の中心縦平面近傍である場合には、噴射
される略扇形状噴霧の幅方向は、気筒内の横方向に対し
て傾くこととなる。
【００２０】本実施形態の筒内噴射式火花点火内燃機関
は、必要燃料量が多い高回転又は高負荷側では均質燃焼
を実施し、必要燃料量が比較的少ない低回転又は低負荷
側では成層燃焼を実施するようになっており、それによ
り、燃料噴射弁７の位置を気筒上部中心近傍としてい
る。
は、必要燃料量が多い高回転又は高負荷側では均質燃焼
を実施し、必要燃料量が比較的少ない低回転又は低負荷
側では成層燃焼を実施するようになっており、それによ
り、燃料噴射弁７の位置を気筒上部中心近傍としてい
る。
【００２１】成層燃焼は、噴射燃料によって点火プラグ
６近傍だけに可燃混合気を形成し、気筒内全体としては
希薄な混合気を燃焼可能とするものであり、均質燃焼に
比較して必要な燃料噴射量が少ないことに加えて、気筒
内へ供給される吸気量を絞る必要がなくポンピング損失
を低減することができるために、燃費効率の高い燃焼方
式である。
６近傍だけに可燃混合気を形成し、気筒内全体としては
希薄な混合気を燃焼可能とするものであり、均質燃焼に
比較して必要な燃料噴射量が少ないことに加えて、気筒
内へ供給される吸気量を絞る必要がなくポンピング損失
を低減することができるために、燃費効率の高い燃焼方
式である。
【００２２】本実施形態において、成層燃焼を実施する
ためには、燃料噴射弁７は圧縮行程で燃料を噴射する。
図３は、図１に対して垂直な方向における縦断面であ
り、成層燃焼時の圧縮行程後半を示している。ピストン
５頂面に形成されたキャビティ８は、図４に示すよう
に、略扇形状噴霧１０の幅方向に延在する細長い溝形状
であり、その底壁は図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。
ためには、燃料噴射弁７は圧縮行程で燃料を噴射する。
図３は、図１に対して垂直な方向における縦断面であ
り、成層燃焼時の圧縮行程後半を示している。ピストン
５頂面に形成されたキャビティ８は、図４に示すよう
に、略扇形状噴霧１０の幅方向に延在する細長い溝形状
であり、その底壁は図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。
【００２３】燃料噴射弁７から圧縮行程に噴射された燃
料は、図３に示すように、キャビティ８の幅方向におい
て、底壁中央部から偏倚して底壁に衝突し、その後、底
壁中央部を介して底壁の幅方向の反対側から上方向へ偏
向される。斜線で示す底壁への衝突直後の燃料は液体で
あるが、この時点で気筒内を飛行中における吸気との摩
擦によって微粒化され気化し易い状態である。その後、
キャビティ８の底壁上を進行中に受熱してさらに気化し
易くされて、キャビティ８を臨むように気筒上部中心近
傍に配置された点火プラグ６近傍へ達し、ドットで示す
可燃混合気となる。こうして点火時点において点火プラ
グ６近傍に良好な可燃混合気を形成することができ、良
好な成層燃焼も実現可能である。
料は、図３に示すように、キャビティ８の幅方向におい
て、底壁中央部から偏倚して底壁に衝突し、その後、底
壁中央部を介して底壁の幅方向の反対側から上方向へ偏
向される。斜線で示す底壁への衝突直後の燃料は液体で
あるが、この時点で気筒内を飛行中における吸気との摩
擦によって微粒化され気化し易い状態である。その後、
キャビティ８の底壁上を進行中に受熱してさらに気化し
易くされて、キャビティ８を臨むように気筒上部中心近
傍に配置された点火プラグ６近傍へ達し、ドットで示す
可燃混合気となる。こうして点火時点において点火プラ
グ６近傍に良好な可燃混合気を形成することができ、良
好な成層燃焼も実現可能である。
【００２４】ところで、一般的な筒内噴射式火花点火内
燃機関では、燃料噴射弁が気筒上部周囲に配置されてお
り、成層燃焼を実施するのに燃料噴霧を斜め下方向に噴
射する。それにより、ピストン頂面のキャビティ内へ燃
料を噴射可能な期間は比較的短く、すなわち、成層燃焼
時に噴射可能な燃料量は比較的少なく、成層燃焼の運転
領域を狭めることとなっていた。
燃機関では、燃料噴射弁が気筒上部周囲に配置されてお
り、成層燃焼を実施するのに燃料噴霧を斜め下方向に噴
射する。それにより、ピストン頂面のキャビティ内へ燃
料を噴射可能な期間は比較的短く、すなわち、成層燃焼
時に噴射可能な燃料量は比較的少なく、成層燃焼の運転
領域を狭めることとなっていた。
【００２５】本実施形態においては、略扇形状噴霧は、
幅方向及び厚さ方向を気筒内の横方向に一致させて噴射
されるために、すなわち、略扇形状噴霧は縦方向に噴射
されるために、成層燃焼に際して圧縮初期又は吸気行程
末期から燃料噴射を開始しても、燃料は、キャビティ内
へ噴射されるために、キャビティを利用して点火プラグ
６近傍へ偏向させられる。これは、成層燃焼時に噴射可
能な燃料量を増大して燃費効率の高い成層燃焼の運転領
域を高回転又は高負荷側へ拡大することを可能とし、成
層燃焼の運転機会が増大するために燃料消費率を改善す
ることができる。
幅方向及び厚さ方向を気筒内の横方向に一致させて噴射
されるために、すなわち、略扇形状噴霧は縦方向に噴射
されるために、成層燃焼に際して圧縮初期又は吸気行程
末期から燃料噴射を開始しても、燃料は、キャビティ内
へ噴射されるために、キャビティを利用して点火プラグ
６近傍へ偏向させられる。これは、成層燃焼時に噴射可
能な燃料量を増大して燃費効率の高い成層燃焼の運転領
域を高回転又は高負荷側へ拡大することを可能とし、成
層燃焼の運転機会が増大するために燃料消費率を改善す
ることができる。
【００２６】図５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図３に相当する縦断面図
であり、図６は図５のピストン平面図である。本実施形
態において、均質燃焼に関しては第一実施形態と同様で
あり、成層燃焼における第一実施形態との違いを以下に
説明する。本実施形態では、ピストン５頂面に形成され
たキャビティ８１の形状が第一実施形態とは異なり、キ
ャビティ８１の底壁は、燃料を上方向へ偏向する側が、
略扇形状噴霧１０が衝突する側に比較して深くされてい
る。それにより、図５に示すように、キャビティ８１の
底壁上を進行する燃料を上方向に偏向するための立ち面
を第一実施形態に比較して長くすることができる。こう
して、燃料をキャビティ８１の外側へ向かわせることな
く確実に上方向へ偏向することができ、キャビティ８１
を臨む点火プラグ６近傍へより確実に可燃混合気を形成
することが可能となる。
内燃機関の第二実施形態を示す図３に相当する縦断面図
であり、図６は図５のピストン平面図である。本実施形
態において、均質燃焼に関しては第一実施形態と同様で
あり、成層燃焼における第一実施形態との違いを以下に
説明する。本実施形態では、ピストン５頂面に形成され
たキャビティ８１の形状が第一実施形態とは異なり、キ
ャビティ８１の底壁は、燃料を上方向へ偏向する側が、
略扇形状噴霧１０が衝突する側に比較して深くされてい
る。それにより、図５に示すように、キャビティ８１の
底壁上を進行する燃料を上方向に偏向するための立ち面
を第一実施形態に比較して長くすることができる。こう
して、燃料をキャビティ８１の外側へ向かわせることな
く確実に上方向へ偏向することができ、キャビティ８１
を臨む点火プラグ６近傍へより確実に可燃混合気を形成
することが可能となる。
【００２７】図７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図３に相当する縦断面図
であり、図８は図７のピストン平面図である。本実施形
態において、均質燃焼に関しては第一実施形態と同様で
あり、成層燃焼における第一実施形態との違いを以下に
説明する。本実施形態では、ピストン５頂面に形成され
たキャビティ８２の形状が第一実施形態とは異なり、キ
ャビティ８２の底壁は、二つの連続する凹状湾曲断面形
状とされ、略扇形状噴霧１０が衝突する底壁中央部は隆
起部分とされている。それにより、図７に示すように、
略扇形状噴霧１０は底壁中央部に衝突した後に底壁のそ
れぞれの凹状湾曲部分へ分流し、それぞれの凹状湾曲部
分によってキャビティ８２の上方向に偏向される。
内燃機関の第三実施形態を示す図３に相当する縦断面図
であり、図８は図７のピストン平面図である。本実施形
態において、均質燃焼に関しては第一実施形態と同様で
あり、成層燃焼における第一実施形態との違いを以下に
説明する。本実施形態では、ピストン５頂面に形成され
たキャビティ８２の形状が第一実施形態とは異なり、キ
ャビティ８２の底壁は、二つの連続する凹状湾曲断面形
状とされ、略扇形状噴霧１０が衝突する底壁中央部は隆
起部分とされている。それにより、図７に示すように、
略扇形状噴霧１０は底壁中央部に衝突した後に底壁のそ
れぞれの凹状湾曲部分へ分流し、それぞれの凹状湾曲部
分によってキャビティ８２の上方向に偏向される。
【００２８】上方向に偏向された一方の燃料は、第一実
施形態と同様に、点火プラグ６近傍に可燃混合気を形成
し、また、他方の燃料は可燃混合気となり、気筒上部に
おいて、一方の燃料によって点火プラグ６近傍に形成さ
れた可燃混合気と一塊となる。こうして、点火プラグ６
近傍に形成された一塊の可燃混合気を着火燃焼させて成
層燃焼が実現される。本実施形態のように、噴射燃料を
二分割して、それぞれをキャビティの二つの凹状湾曲断
面上を進行させることにより、それぞれの燃料は少量と
なってキャビティ底壁からの受熱が良好となるために、
特に、燃料噴射量が比較的多い時にも十分に燃料を気化
させて良好な可燃混合気を形成することが可能となる。
施形態と同様に、点火プラグ６近傍に可燃混合気を形成
し、また、他方の燃料は可燃混合気となり、気筒上部に
おいて、一方の燃料によって点火プラグ６近傍に形成さ
れた可燃混合気と一塊となる。こうして、点火プラグ６
近傍に形成された一塊の可燃混合気を着火燃焼させて成
層燃焼が実現される。本実施形態のように、噴射燃料を
二分割して、それぞれをキャビティの二つの凹状湾曲断
面上を進行させることにより、それぞれの燃料は少量と
なってキャビティ底壁からの受熱が良好となるために、
特に、燃料噴射量が比較的多い時にも十分に燃料を気化
させて良好な可燃混合気を形成することが可能となる。
【００２９】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図３に相当する縦断面図
であり、図１０は図９のピストン平面図である。本実施
形態において、均質燃焼に関しては第一実施形態と同様
である。本実施形態におけるピストン５３頂面のキャビ
ティ８３は、第三実施形態のように、二つの連続する凹
状湾曲断面形状とされている。それぞれの凹状湾曲断面
は、第二実施形態のように、燃料を上方向へ偏向する側
が、略扇形状噴霧１０が衝突する側に比較して深くされ
ている。それにより、本実施形態は、成層燃焼におい
て、第二実施形態と第三実施形態との効果を合わせて有
し、燃料噴射量が比較的多い時でも、キャビティ８３内
へ噴射された燃料を確実に上方へ偏向し、十分に気化さ
せた燃料によって点火プラグ６近傍に一塊の良好な可燃
混合気を形成することができる。
内燃機関の第四実施形態を示す図３に相当する縦断面図
であり、図１０は図９のピストン平面図である。本実施
形態において、均質燃焼に関しては第一実施形態と同様
である。本実施形態におけるピストン５３頂面のキャビ
ティ８３は、第三実施形態のように、二つの連続する凹
状湾曲断面形状とされている。それぞれの凹状湾曲断面
は、第二実施形態のように、燃料を上方向へ偏向する側
が、略扇形状噴霧１０が衝突する側に比較して深くされ
ている。それにより、本実施形態は、成層燃焼におい
て、第二実施形態と第三実施形態との効果を合わせて有
し、燃料噴射量が比較的多い時でも、キャビティ８３内
へ噴射された燃料を確実に上方へ偏向し、十分に気化さ
せた燃料によって点火プラグ６近傍に一塊の良好な可燃
混合気を形成することができる。
【００３０】前述した実施形態の筒内噴射式火花点火内
燃機関では、機関低負荷側及び機関低回転側において成
層燃焼を実施するようにしたが、これは本発明を限定す
るものではなく、少なくとも二つの吸気弁を有し、吸気
行程において比較的厚さの薄い略扇形状燃料噴霧を気筒
内へ噴射して均質燃焼だけを実施する筒内噴射式火花点
火内燃機関にも本発明は適用可能である。
燃機関では、機関低負荷側及び機関低回転側において成
層燃焼を実施するようにしたが、これは本発明を限定す
るものではなく、少なくとも二つの吸気弁を有し、吸気
行程において比較的厚さの薄い略扇形状燃料噴霧を気筒
内へ噴射して均質燃焼だけを実施する筒内噴射式火花点
火内燃機関にも本発明は適用可能である。
【００３１】三つ以上の吸気弁を有する場合には、隣接
する二つの吸気弁に注目して考えれば良く、やはり、隣
接する二つの吸気弁を介して気筒内へ供給された吸気
は、互いに略平行な二つの縦旋回流を気筒内へ生成し、
これら二つの縦旋回流の間の淀み領域内へ前述同様に略
扇形状噴霧を噴射すれば良い。また、二つの吸気弁が、
互いに隣接せずに、二つの排気弁に隣接するような筒内
噴射式火花点火内燃機関も考えられる。この場合には、
二つの吸気弁を介して気筒内へ供給される吸気によって
気筒内には互いに反対方向の二つの縦旋回流が生成させ
ることとなる。しかしながら、この二つの縦旋回流も互
いに略平行であり、その間は前述同様な淀み領域となる
ために、この淀み領域内へ前述同様に略扇形状噴霧を噴
射すれば良い。
する二つの吸気弁に注目して考えれば良く、やはり、隣
接する二つの吸気弁を介して気筒内へ供給された吸気
は、互いに略平行な二つの縦旋回流を気筒内へ生成し、
これら二つの縦旋回流の間の淀み領域内へ前述同様に略
扇形状噴霧を噴射すれば良い。また、二つの吸気弁が、
互いに隣接せずに、二つの排気弁に隣接するような筒内
噴射式火花点火内燃機関も考えられる。この場合には、
二つの吸気弁を介して気筒内へ供給される吸気によって
気筒内には互いに反対方向の二つの縦旋回流が生成させ
ることとなる。しかしながら、この二つの縦旋回流も互
いに略平行であり、その間は前述同様な淀み領域となる
ために、この淀み領域内へ前述同様に略扇形状噴霧を噴
射すれば良い。
【００３２】
【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、均質燃焼に際して、燃料噴射弁が、
吸気行程において二つの吸気弁を介して気筒内へ供給さ
れる吸気により生成される互いに略平行な二つの縦旋回
流の間における淀み領域内へ略扇形状噴霧の幅方向が淀
み領域の中心縦平面と略平行となるように燃料を噴射す
るようになっている。それにより、略扇形状噴霧は、二
つの縦旋回流と干渉することなく淀み領域内で幅方向に
拡がり、吸気との摩擦によって良好に微粒化及び気化さ
れ、その後の圧縮行程において気筒内に分散することに
より良好な均質混合気を形成することが可能となり、均
質燃焼を良好なものとすることができる。
花点火内燃機関は、均質燃焼に際して、燃料噴射弁が、
吸気行程において二つの吸気弁を介して気筒内へ供給さ
れる吸気により生成される互いに略平行な二つの縦旋回
流の間における淀み領域内へ略扇形状噴霧の幅方向が淀
み領域の中心縦平面と略平行となるように燃料を噴射す
るようになっている。それにより、略扇形状噴霧は、二
つの縦旋回流と干渉することなく淀み領域内で幅方向に
拡がり、吸気との摩擦によって良好に微粒化及び気化さ
れ、その後の圧縮行程において気筒内に分散することに
より良好な均質混合気を形成することが可能となり、均
質燃焼を良好なものとすることができる。
【００３３】また、本発明によるもう一つの筒内噴射式
火花点火内燃機関は、均質燃焼に際して、燃料噴射弁
は、前記略扇形状噴霧の厚さ方向中心平面が気筒上部中
心と前記二つの吸気弁との間を通って気筒内を二分割す
る仮想平面と同一面となるように燃料を噴射するように
なっている。それにより、略扇形状噴霧は、吸気弁を介
して気筒内へ供給される吸気により生成される二つの縦
旋回流と干渉することなく淀み領域内で幅方向に拡が
り、吸気との摩擦によって良好に微粒化及び気化され、
その後の圧縮行程において気筒内に分散することにより
良好な均質混合気を形成することが可能となり、均質燃
焼を良好なものとすることができる。
火花点火内燃機関は、均質燃焼に際して、燃料噴射弁
は、前記略扇形状噴霧の厚さ方向中心平面が気筒上部中
心と前記二つの吸気弁との間を通って気筒内を二分割す
る仮想平面と同一面となるように燃料を噴射するように
なっている。それにより、略扇形状噴霧は、吸気弁を介
して気筒内へ供給される吸気により生成される二つの縦
旋回流と干渉することなく淀み領域内で幅方向に拡が
り、吸気との摩擦によって良好に微粒化及び気化され、
その後の圧縮行程において気筒内に分散することにより
良好な均質混合気を形成することが可能となり、均質燃
焼を良好なものとすることができる。
【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。
一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図２】図１の気筒上部の平面図である。
【図３】図１に対して垂直な方向の概略縦断面図であ
る。
る。
【図４】図１のピストン平面図である。
【図５】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第
二実施形態を示す図３に相当する断面図である。
二実施形態を示す図３に相当する断面図である。
【図６】図５のピストン平面図である。
【図７】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第
三実施形態を示す図３に相当する断面図である。
三実施形態を示す図３に相当する断面図である。
【図８】図７のピストン平面図である。
【図９】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第
四実施形態を示す図３に相当する断面図である。
四実施形態を示す図３に相当する断面図である。
【図１０】図９のピストン平面図である。
３…吸気弁
４…排気弁
５，５１，５２，５３…ピストン
６…点火プラグ
７…燃料噴射弁
８，８１，８２，８３…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 13/00 ３０１ Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０１Ａ
(72)発明者 斎藤 昭則
愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番
地の１ 株式会社豊田中央研究所内
(72)発明者 宮川 浩
愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番
地の１ 株式会社豊田中央研究所内
Ｆターム(参考） 3G019 AA08 AA09 AB02 AB03 KA15
3G023 AA02 AB03 AC05 AD06 AD09
AD29 AG01
3G066 AA02 AB02 AD12 BA02 CC06U
CC34 CC48 CE22 DA04
3G301 HA01 HA04 JA02 KA00 LB04
LC01 MA18
Claims (3)
- 【請求項１】 少なくとも二つの吸気弁と、比較的厚さ
の薄い略扇形状噴霧として気筒内へ燃料を噴射する燃料
噴射弁と、点火プラグとを具備し、均質燃焼に際して、
前記燃料噴射弁は、吸気行程において前記二つの吸気弁
を介して気筒内へ供給される吸気により生成される互い
に略平行な二つの縦旋回流の間における淀み領域内へ前
記略扇形状噴霧の幅方向が前記淀み領域の中心縦平面と
略平行となるように燃料を噴射することを特徴とする筒
内噴射式火花点火内燃機関。 - 【請求項２】 前記燃料噴射弁は気筒上部中心近傍から
前記略扇形状噴霧を噴射するものであり、ピストン頂面
には前記略扇形状噴霧を気筒上部方向へ偏向するための
キャビティが形成され、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、成層燃焼に際して、前記
燃料噴射弁は、圧縮行程において前記キャビティ内に燃
料を噴射す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。 - 【請求項３】 少なくとも二つの吸気弁と、比較的厚さ
の薄い略扇形状噴霧として気筒内へ燃料を噴射する燃料
噴射弁と、点火プラグとを具備し、均質燃焼に際して、
前記燃料噴射弁は、前記略扇形状噴霧の厚さ方向中心平
面が気筒上部中心と前記二つの吸気弁との間を通って気
筒内を二分割する仮想平面と同一面となるように燃料を
噴射することを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機
関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001359629A JP3838346B2 (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001359629A JP3838346B2 (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003161154A true JP2003161154A (ja) | 2003-06-06 |
| JP3838346B2 JP3838346B2 (ja) | 2006-10-25 |
Family
ID=19170598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001359629A Expired - Fee Related JP3838346B2 (ja) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3838346B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007061020A1 (ja) * | 2005-11-24 | 2007-05-31 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
| EP1837504A1 (en) * | 2005-01-06 | 2007-09-26 | Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | Cylinder injection spark ignition type internal combustion engine |
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|---|---|---|---|---|
| JPH08177499A (ja) * | 1994-12-20 | 1996-07-09 | Nissan Motor Co Ltd | 直接噴射型火花点火式内燃機関 |
| JPH11200865A (ja) * | 1998-01-05 | 1999-07-27 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | ガソリンエンジンの燃料供給方法 |
| JPH11210551A (ja) * | 1998-01-28 | 1999-08-03 | Nissan Motor Co Ltd | 筒内噴射式火花点火内燃機関のピストン |
| JP2000220460A (ja) * | 1999-01-28 | 2000-08-08 | Hitachi Ltd | 筒内噴射式内燃機関 |
| JP2000227028A (ja) * | 1999-02-05 | 2000-08-15 | Toyota Motor Corp | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
| JP2001098947A (ja) * | 1999-09-28 | 2001-04-10 | Nissan Motor Co Ltd | 筒内噴射式火花点火機関 |
-
2001
- 2001-11-26 JP JP2001359629A patent/JP3838346B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| EP1837504A4 (en) * | 2005-01-06 | 2011-06-15 | Mitsubishi Motors Corp | INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND DIRECT INJECTION ENGINE |
| WO2007061020A1 (ja) * | 2005-11-24 | 2007-05-31 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
| US7597085B2 (en) | 2005-11-24 | 2009-10-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Direct fuel injection-type spark ignition internal combustion engine |
| KR100926661B1 (ko) * | 2005-11-24 | 2009-11-17 | 도요타 지도샤（주） | 통내 분사식 불꽃 점화 내연 기관 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3838346B2 (ja) | 2006-10-25 |
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