JP2003254067A - 火花点火式直噴エンジンの燃焼室構造 - Google Patents
火花点火式直噴エンジンの燃焼室構造Info
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- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 エンジン1の成層燃焼運転時に気筒内燃焼室
6においてインジェクタ18に向かうタンブル流Tを生
成し、このタンブル流Tに対し逆行するように燃料を噴
射させて、気筒2の点火時期に点火プラグ16の電極近
傍に可燃混合気を滞留させるようにしたものにおいて、
その滞留時間を長くして点火時期制御の自由度を向上さ
せる。 【解決手段】 気筒2にペントルーフ型の燃焼室6を設
け、該燃焼室6の吸気側傾斜面21の上端部を吸気ポー
ト開口10aと排気ポート開口11aとの中央よりも排
気側寄りに位置付け、該上端部から下方へ延びる縦壁面
24を設け、排気側傾斜面22の上端部を縦壁面24の
下端部に連続させて、天井部20に段差部23を形成す
る。圧縮行程後期において天井部20に沿って排気側へ
流れるタンブル流Tを段差部23の縦壁面24に衝突さ
せて弱める。
6においてインジェクタ18に向かうタンブル流Tを生
成し、このタンブル流Tに対し逆行するように燃料を噴
射させて、気筒2の点火時期に点火プラグ16の電極近
傍に可燃混合気を滞留させるようにしたものにおいて、
その滞留時間を長くして点火時期制御の自由度を向上さ
せる。 【解決手段】 気筒2にペントルーフ型の燃焼室6を設
け、該燃焼室6の吸気側傾斜面21の上端部を吸気ポー
ト開口10aと排気ポート開口11aとの中央よりも排
気側寄りに位置付け、該上端部から下方へ延びる縦壁面
24を設け、排気側傾斜面22の上端部を縦壁面24の
下端部に連続させて、天井部20に段差部23を形成す
る。圧縮行程後期において天井部20に沿って排気側へ
流れるタンブル流Tを段差部23の縦壁面24に衝突さ
せて弱める。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気筒内に直接噴射
した燃料噴霧の挙動をタンブル流により制御して、点火
プラグの電極周りに可燃混合気を滞留させるようにした
火花点火式直噴エンジンに関し、特に、可燃混合気の点
火プラグ周りへの滞留時間を長く確保するようにした燃
焼室の構造の技術分野に属する。
した燃料噴霧の挙動をタンブル流により制御して、点火
プラグの電極周りに可燃混合気を滞留させるようにした
火花点火式直噴エンジンに関し、特に、可燃混合気の点
火プラグ周りへの滞留時間を長く確保するようにした燃
焼室の構造の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】従来より、この種の火花点火式直噴エン
ジンとして、例えば特開2000−204954号公報
に開示されるように、インジェクタによる燃料噴霧の貫
徹力と気筒内に生成したタンブル流の強さとをバランス
させて、可燃混合気を点火プラグの電極周りに成層化さ
せるようにしたものがある。このエンジンでは、燃焼室
をペントルーフ型とし、該燃焼室の天井部の吸気側傾斜
面に開口する吸気ポートの下流端から気筒内へ吸入した
吸気によって、ピストン冠面に沿って排気側から吸気側
へ流れるようなタンブル流を生成している。そして、こ
のタンブル流に逆行するように気筒の圧縮行程の期間内
で燃料を噴射させて、その燃料噴霧を天井部略中央に配
設された点火プラグの電極近傍へ搬送するようにしてい
る。
ジンとして、例えば特開2000−204954号公報
に開示されるように、インジェクタによる燃料噴霧の貫
徹力と気筒内に生成したタンブル流の強さとをバランス
させて、可燃混合気を点火プラグの電極周りに成層化さ
せるようにしたものがある。このエンジンでは、燃焼室
をペントルーフ型とし、該燃焼室の天井部の吸気側傾斜
面に開口する吸気ポートの下流端から気筒内へ吸入した
吸気によって、ピストン冠面に沿って排気側から吸気側
へ流れるようなタンブル流を生成している。そして、こ
のタンブル流に逆行するように気筒の圧縮行程の期間内
で燃料を噴射させて、その燃料噴霧を天井部略中央に配
設された点火プラグの電極近傍へ搬送するようにしてい
る。
【0003】また、前記従来例のようにタンブル流によ
り点火プラグ近傍に可燃混合気を成層化させる火花点火
式直噴エンジンにおいて、スキッシュ流を利用して可燃
混合気の電極周りへの滞留時間を長くするようにしたも
のがある。例えば、特開2001−98945号公報に
開示されるものでは、排気側に生成されるスキッシュ流
が点火プラグの電極に向かって比較的強く流れるよう
に、吸気側と排気側とのスキッシュエリアの形状を互い
に異ならせている。
り点火プラグ近傍に可燃混合気を成層化させる火花点火
式直噴エンジンにおいて、スキッシュ流を利用して可燃
混合気の電極周りへの滞留時間を長くするようにしたも
のがある。例えば、特開2001−98945号公報に
開示されるものでは、排気側に生成されるスキッシュ流
が点火プラグの電極に向かって比較的強く流れるよう
に、吸気側と排気側とのスキッシュエリアの形状を互い
に異ならせている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、混合気が点
火プラグ近傍に到達した後も、タンブル流は残ってお
り、エンジンの気筒の内径が比較的大きい場合には、こ
の気筒内の燃焼室に生成されるタンブル流も大きなもの
となるので、前記両従来例の如く点火プラグの電極近傍
に成層化した可燃混合気がタンブル流の排気側へ向かう
成分によって流され易くなる。
火プラグ近傍に到達した後も、タンブル流は残ってお
り、エンジンの気筒の内径が比較的大きい場合には、こ
の気筒内の燃焼室に生成されるタンブル流も大きなもの
となるので、前記両従来例の如く点火プラグの電極近傍
に成層化した可燃混合気がタンブル流の排気側へ向かう
成分によって流され易くなる。
【0005】このことを気筒の燃焼室天井部近傍におけ
るタンブル流Tの流れを示す図10(a)に基づいて説
明すると、タンブル流Tは矢印で示すように天井部10
1の吸気側傾斜面102から排気側傾斜面103に沿っ
て流れていて、点火プラグ(電極位置を+で示す)の周
りに仮想線で示すように混合気が成層化した後も、ピス
トン200冠面と燃焼室100の天井部101との間の
空間に残り、このようになると、同図(b)に示すよう
に、点火プラグの電極の付近に到達した可燃混合気がす
ぐに排気側へ流されるようになり、混合気全体の濃度が
低下してしまうので、後者の従来例(特開2001−9
8945号)のようにスキッシュ流により可燃混合気を
押し留めるようにしたとしても、それだけでは可燃混合
気の点火プラグ周りへの滞留時間を十分に長くできず、
点火時期制御の自由度が極めて低かった。
るタンブル流Tの流れを示す図10(a)に基づいて説
明すると、タンブル流Tは矢印で示すように天井部10
1の吸気側傾斜面102から排気側傾斜面103に沿っ
て流れていて、点火プラグ(電極位置を+で示す)の周
りに仮想線で示すように混合気が成層化した後も、ピス
トン200冠面と燃焼室100の天井部101との間の
空間に残り、このようになると、同図(b)に示すよう
に、点火プラグの電極の付近に到達した可燃混合気がす
ぐに排気側へ流されるようになり、混合気全体の濃度が
低下してしまうので、後者の従来例(特開2001−9
8945号)のようにスキッシュ流により可燃混合気を
押し留めるようにしたとしても、それだけでは可燃混合
気の点火プラグ周りへの滞留時間を十分に長くできず、
点火時期制御の自由度が極めて低かった。
【0006】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、気筒にペントルーフ
型の燃焼室を設け、成層燃焼運転時にピストンの冠面に
沿うように排気側から吸気側へ流れるタンブル流によっ
て燃料噴霧の挙動を制御して混合気の適切な成層化を図
るようにした火花点火式直噴エンジンにおいて、圧縮行
程後期における可燃混合気の点火プラグ周りへの滞留時
間を比較的長くして点火時期制御の自由度を向上させる
ことにある。
であり、その目的とするところは、気筒にペントルーフ
型の燃焼室を設け、成層燃焼運転時にピストンの冠面に
沿うように排気側から吸気側へ流れるタンブル流によっ
て燃料噴霧の挙動を制御して混合気の適切な成層化を図
るようにした火花点火式直噴エンジンにおいて、圧縮行
程後期における可燃混合気の点火プラグ周りへの滞留時
間を比較的長くして点火時期制御の自由度を向上させる
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の解決手段では、燃焼室の天井壁の吸気側傾
斜面と排気側傾斜面との境界に、圧縮行程後期において
天井壁に沿って流れるタンブル流を弱めるように段差部
を形成するようにした。
に、本発明の解決手段では、燃焼室の天井壁の吸気側傾
斜面と排気側傾斜面との境界に、圧縮行程後期において
天井壁に沿って流れるタンブル流を弱めるように段差部
を形成するようにした。
【0008】具体的には、請求項1の発明では、気筒の
燃焼室をペントルーフ型とし、該燃焼室の天井壁周縁部
に燃料噴射弁を設け、該天井壁の略中央部に点火プラグ
を配置し、成層燃焼運転時にピストンの冠面に沿うよう
に排気側から吸気側へ流れるタンブル流を生成し、前記
燃料噴射弁により該タンブル流に対向するように燃料を
噴射させて、気筒の点火時点で点火プラグの電極周りに
可燃混合気を成層化させるようにした火花点火式直噴エ
ンジンの燃焼室構造を前提とする。そして、前記燃焼室
の天井壁を、吸気ポートが開口する吸気側傾斜面と、排
気ポートが開口する排気側傾斜面とを有するものとし、
前記天井壁の吸気側傾斜面と排気側傾斜面との境界に
は、排気側傾斜面の上端部が吸気側傾斜面の上端部より
も下方に位置するように段差部を形成する構成とする。
燃焼室をペントルーフ型とし、該燃焼室の天井壁周縁部
に燃料噴射弁を設け、該天井壁の略中央部に点火プラグ
を配置し、成層燃焼運転時にピストンの冠面に沿うよう
に排気側から吸気側へ流れるタンブル流を生成し、前記
燃料噴射弁により該タンブル流に対向するように燃料を
噴射させて、気筒の点火時点で点火プラグの電極周りに
可燃混合気を成層化させるようにした火花点火式直噴エ
ンジンの燃焼室構造を前提とする。そして、前記燃焼室
の天井壁を、吸気ポートが開口する吸気側傾斜面と、排
気ポートが開口する排気側傾斜面とを有するものとし、
前記天井壁の吸気側傾斜面と排気側傾斜面との境界に
は、排気側傾斜面の上端部が吸気側傾斜面の上端部より
も下方に位置するように段差部を形成する構成とする。
【0009】すなわち、まず、前記の前提となるエンジ
ンによれば、成層燃焼運転時に吸気ポートから気筒の燃
焼室へ吸入された吸気は、排気側の気筒内周面に沿うよ
うに下方へ向かい、その後、ピストンの冠面に沿って吸
気側へ流れるタンブル流を形成する。そして、前記タン
ブル流に対向するように燃料噴射弁から燃料が噴射され
ると、タンブル流により燃料噴霧が減速されて点火プラ
グの電極周りに可燃混合気が成層化されるようになる。
このとき、燃焼室をペントルーフ型としているので、タ
ンブル流の渦中心は燃焼室の略中央部に位置し、圧縮行
程における燃料噴射時期になっても燃焼室天井壁とピス
トン冠面との間に適切な空間が確保されて、タンブル流
の保存性が向上する。つまり、この前提となるエンジン
によれば、燃料噴霧をタンブル流によって確実に減速さ
せて点火プラグの電極付近に到達させることができる。
ンによれば、成層燃焼運転時に吸気ポートから気筒の燃
焼室へ吸入された吸気は、排気側の気筒内周面に沿うよ
うに下方へ向かい、その後、ピストンの冠面に沿って吸
気側へ流れるタンブル流を形成する。そして、前記タン
ブル流に対向するように燃料噴射弁から燃料が噴射され
ると、タンブル流により燃料噴霧が減速されて点火プラ
グの電極周りに可燃混合気が成層化されるようになる。
このとき、燃焼室をペントルーフ型としているので、タ
ンブル流の渦中心は燃焼室の略中央部に位置し、圧縮行
程における燃料噴射時期になっても燃焼室天井壁とピス
トン冠面との間に適切な空間が確保されて、タンブル流
の保存性が向上する。つまり、この前提となるエンジン
によれば、燃料噴霧をタンブル流によって確実に減速さ
せて点火プラグの電極付近に到達させることができる。
【0010】ここで、燃焼室のタンブル流は上述の如く
混合気を点火プラグの電極付近に到達させた後も消滅す
ることなく、ピストン冠面の吸気側から上方へ流れて燃
焼室の天井壁に沿って排気側へ向かう成分を有してお
り、この流れによって点火プラグ周りに到達した可燃混
合気がさらに排気側へ運ばれる傾向がある。
混合気を点火プラグの電極付近に到達させた後も消滅す
ることなく、ピストン冠面の吸気側から上方へ流れて燃
焼室の天井壁に沿って排気側へ向かう成分を有してお
り、この流れによって点火プラグ周りに到達した可燃混
合気がさらに排気側へ運ばれる傾向がある。
【0011】これに対し、前記発明の特徴構成によれ
ば、燃焼室の天井壁の吸気側傾斜面と排気側傾斜面との
境界に、排気側傾斜面の上端部が吸気側傾斜面の上端部
よりも下方に位置するように段差部を形成したので、圧
縮行程後期において燃焼室の天井壁に沿って流れるタン
ブル流が段差部に衝突して大幅に弱められるようにな
る。このことで、点火プラグ周りに到達した可燃混合気
が排気側へ大きく押し流されるようになることはなくな
り、混合気の点火プラグ周りの滞留時間を十分に確保で
きる。
ば、燃焼室の天井壁の吸気側傾斜面と排気側傾斜面との
境界に、排気側傾斜面の上端部が吸気側傾斜面の上端部
よりも下方に位置するように段差部を形成したので、圧
縮行程後期において燃焼室の天井壁に沿って流れるタン
ブル流が段差部に衝突して大幅に弱められるようにな
る。このことで、点火プラグ周りに到達した可燃混合気
が排気側へ大きく押し流されるようになることはなくな
り、混合気の点火プラグ周りの滞留時間を十分に確保で
きる。
【0012】請求項2の発明では、請求項1の発明にお
いて、前記段差部を、吸気ポート開口の排気側縁部と排
気ポート開口の吸気側縁部との中央部よりも排気側寄り
に位置付けるものとする。このことで、段差部が吸気ポ
ートの開口よりも排気側に離間するので、吸気ポートか
らの新気の吸入をスムーズに行うことができる。すなわ
ち、段差部を設けても吸気ポートからの吸気量が制限さ
れることはなく、また、この吸気ポートからの吸気はピ
ストン冠面の排気側へ向かう流れであるので、前記段差
部がタンブル流の生成を阻害することもない。
いて、前記段差部を、吸気ポート開口の排気側縁部と排
気ポート開口の吸気側縁部との中央部よりも排気側寄り
に位置付けるものとする。このことで、段差部が吸気ポ
ートの開口よりも排気側に離間するので、吸気ポートか
らの新気の吸入をスムーズに行うことができる。すなわ
ち、段差部を設けても吸気ポートからの吸気量が制限さ
れることはなく、また、この吸気ポートからの吸気はピ
ストン冠面の排気側へ向かう流れであるので、前記段差
部がタンブル流の生成を阻害することもない。
【0013】請求項3の発明では、請求項1の発明にお
いて、前記排気側傾斜面の下端部を気筒の排気側周縁部
よりも径方向の内方側に位置付けるものとする。このこ
とで、燃焼室の容積を小さくできるので、気筒の内径が
比較的大きい場合でもタンブル流がコンパクトなものと
なり、混合気が排気側へ流されることを抑制できる。
いて、前記排気側傾斜面の下端部を気筒の排気側周縁部
よりも径方向の内方側に位置付けるものとする。このこ
とで、燃焼室の容積を小さくできるので、気筒の内径が
比較的大きい場合でもタンブル流がコンパクトなものと
なり、混合気が排気側へ流されることを抑制できる。
【0014】
【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。
基づいて説明する。
【0015】図1は、本発明の実施形態に係る火花点火
式直噴エンジン1の全体的な構成を示す。このエンジン
1は、複数の気筒2,2,…(1つのみ図示する)が直
列に設けられたシリンダブロック3と、このシリンダブ
ロック3上に配置されたシリンダヘッド4とを有し、該
各気筒2内にピストン5が往復動可能に嵌挿されてい
て、そのピストン5とシリンダヘッド4との間の気筒2
内に燃焼室6が区画されたものである。また、シリンダ
ブロック3におけるクランクケース部内にはクランク軸
7が回転自在に支持されていて、このクランク軸7及び
ピストン5がコネクティングロッド8により連結されて
いる。また、クランク軸7の一端側にはその回転角度を
検出する電磁式のクランク角センサ9が配設されてい
る。
式直噴エンジン1の全体的な構成を示す。このエンジン
1は、複数の気筒2,2,…(1つのみ図示する)が直
列に設けられたシリンダブロック3と、このシリンダブ
ロック3上に配置されたシリンダヘッド4とを有し、該
各気筒2内にピストン5が往復動可能に嵌挿されてい
て、そのピストン5とシリンダヘッド4との間の気筒2
内に燃焼室6が区画されたものである。また、シリンダ
ブロック3におけるクランクケース部内にはクランク軸
7が回転自在に支持されていて、このクランク軸7及び
ピストン5がコネクティングロッド8により連結されて
いる。また、クランク軸7の一端側にはその回転角度を
検出する電磁式のクランク角センサ9が配設されてい
る。
【0016】前記各気筒2の天井部20には、詳細は後
述するが、図2に拡大して示すように略中央部からシリ
ンダヘッド4の吸気側の下端面付近まで延びる吸気側傾
斜面21と、排気側の下端面付近まで延びる排気側傾斜
面22とがそれぞれ形成されていて、燃焼室6はそれら
の傾斜面21,22が互いに差し掛けられた屋根のよう
な形状をなすいわゆるペントルーフ型とされている。そ
して、図3に示すように、吸気側傾斜面21及び排気側
傾斜面22にそれぞれ吸気ポート10及び排気ポート1
1が2つずつ開口していて、その各開口端10a,11
aに吸気及び排気弁12,12,13,13(図2に示
す)が配置されている。
述するが、図2に拡大して示すように略中央部からシリ
ンダヘッド4の吸気側の下端面付近まで延びる吸気側傾
斜面21と、排気側の下端面付近まで延びる排気側傾斜
面22とがそれぞれ形成されていて、燃焼室6はそれら
の傾斜面21,22が互いに差し掛けられた屋根のよう
な形状をなすいわゆるペントルーフ型とされている。そ
して、図3に示すように、吸気側傾斜面21及び排気側
傾斜面22にそれぞれ吸気ポート10及び排気ポート1
1が2つずつ開口していて、その各開口端10a,11
aに吸気及び排気弁12,12,13,13(図2に示
す)が配置されている。
【0017】また、各気筒2毎に燃焼室6の上方には前
記吸気及び排気弁12,13に取り囲まれるように、天
井部20の略中央部に点火プラグ16が配設されてい
る。この点火プラグ16は、図3及び図4に示すよう
に、点火プラグ16先端の電極を通る中心線Pが気筒中
心線Zよりも排気側へ僅かに(約1mm)離れた状態で
配置されている。一方、該点火プラグ16の基端部には
点火回路17(図1にのみ示す)が接続されていて、各
気筒2毎に所定の点火タイミングで点火プラグ16に通
電するようになっている。
記吸気及び排気弁12,13に取り囲まれるように、天
井部20の略中央部に点火プラグ16が配設されてい
る。この点火プラグ16は、図3及び図4に示すよう
に、点火プラグ16先端の電極を通る中心線Pが気筒中
心線Zよりも排気側へ僅かに(約1mm)離れた状態で
配置されている。一方、該点火プラグ16の基端部には
点火回路17(図1にのみ示す)が接続されていて、各
気筒2毎に所定の点火タイミングで点火プラグ16に通
電するようになっている。
【0018】前記2つの吸気ポート10,10はそれぞ
れ燃焼室6から斜め上方に向かって直線的に延びてい
て、エンジン1の一側面(図1の右側面)に互いに独立
して開口しており、一方、前記2つの排気ポート11,
11は途中で1つに合流して略水平に延び、エンジン1
の他側面(図1の左側面)に開口している。
れ燃焼室6から斜め上方に向かって直線的に延びてい
て、エンジン1の一側面(図1の右側面)に互いに独立
して開口しており、一方、前記2つの排気ポート11,
11は途中で1つに合流して略水平に延び、エンジン1
の他側面(図1の左側面)に開口している。
【0019】前記吸気弁12及び排気弁13は、シリン
ダヘッド4の内部に軸支された2本のカム軸14,14
により開作動されるものであり、該2本のカム軸14,
14がそれぞれ図示しないタイミングベルトにより前記
クランク軸7に同期して回転されることで、吸気弁12
及び排気弁13がそれぞれ各気筒2毎に所定のタイミン
グで開閉作動される。また、前記吸気側のカム軸14に
は、クランク軸7に対する回転位相を所定の角度範囲に
おいて連続的に変化させる公知の可変動弁機構15が付
設されていて、この可変動弁機構15により前記吸気弁
12の作動時期が変更されるようになっている。
ダヘッド4の内部に軸支された2本のカム軸14,14
により開作動されるものであり、該2本のカム軸14,
14がそれぞれ図示しないタイミングベルトにより前記
クランク軸7に同期して回転されることで、吸気弁12
及び排気弁13がそれぞれ各気筒2毎に所定のタイミン
グで開閉作動される。また、前記吸気側のカム軸14に
は、クランク軸7に対する回転位相を所定の角度範囲に
おいて連続的に変化させる公知の可変動弁機構15が付
設されていて、この可変動弁機構15により前記吸気弁
12の作動時期が変更されるようになっている。
【0020】また、前記燃焼室6の底部となるピストン
5の冠面にはその中央部にレモン型の凹部5aが設けら
れるとともに、該凹部5aの外側の部分は燃焼室6の天
井部20に対応する山型に形成されている。
5の冠面にはその中央部にレモン型の凹部5aが設けら
れるとともに、該凹部5aの外側の部分は燃焼室6の天
井部20に対応する山型に形成されている。
【0021】一方、前記燃焼室6の周縁部には、2つの
吸気ポート10,10の下方に挟まれるようにインジェ
クタ(燃料噴射弁)18が配設されている。該インジェ
クタ18と前記ピストン5冠面の凹部5aとの配置関係
について説明すると、図2及び図4に示すようにピスト
ン5冠面の凹部5aは、その長さ方向がインジェクタ1
8による燃料の噴射方向(燃料噴霧の中心線Fが延びる
方向)と大略一致するように配設されている。このこと
で、後述の如く気筒2の圧縮行程において燃焼室6に生
成されるタンブル流Tは該凹部5aの形状に沿ってスム
ーズに流れ、その保持性が向上するとともに、タンブル
流Tが燃料噴霧を包み込むようにインジェクタ18に向
かって安定して流れるようになる。
吸気ポート10,10の下方に挟まれるようにインジェ
クタ(燃料噴射弁)18が配設されている。該インジェ
クタ18と前記ピストン5冠面の凹部5aとの配置関係
について説明すると、図2及び図4に示すようにピスト
ン5冠面の凹部5aは、その長さ方向がインジェクタ1
8による燃料の噴射方向(燃料噴霧の中心線Fが延びる
方向)と大略一致するように配設されている。このこと
で、後述の如く気筒2の圧縮行程において燃焼室6に生
成されるタンブル流Tは該凹部5aの形状に沿ってスム
ーズに流れ、その保持性が向上するとともに、タンブル
流Tが燃料噴霧を包み込むようにインジェクタ18に向
かって安定して流れるようになる。
【0022】前記インジェクタ18,18,…は全ての
気筒2,2,…に共通の燃料分配管19に接続されてい
て、燃料供給系(図1に仮想線で示す)から供給される
高圧の燃料が該燃料分配管19により各気筒2に分配さ
れるようになっている。この燃料供給系には、図示しな
いが高圧ポンプとレギュレータとが設けられており、各
インジェクタ18へは、気筒2の圧縮行程で噴射可能な
燃圧で燃料が供給されるようになっている。
気筒2,2,…に共通の燃料分配管19に接続されてい
て、燃料供給系(図1に仮想線で示す)から供給される
高圧の燃料が該燃料分配管19により各気筒2に分配さ
れるようになっている。この燃料供給系には、図示しな
いが高圧ポンプとレギュレータとが設けられており、各
インジェクタ18へは、気筒2の圧縮行程で噴射可能な
燃圧で燃料が供給されるようになっている。
【0023】前記図1に示すように、エンジン1の一側
面には、各気筒2の吸気ポート10,10にそれぞれ連
通する吸気通路30が接続されている。この吸気通路3
0は、エンジン1の燃焼室6に対し吸気を供給するもの
であり、その上流側から下流側に向かって順に、エンジ
ン1に吸入される吸入空気量を検出するエアフローセン
サ31と、吸気通路30を絞る電気式スロットル弁32
と、サージタンク33とがそれぞれ配設されている。前
記電気式スロットル弁32は、図外のアクセルペダルに
対し機械的には連結されておらず、図示しない電動式駆
動モータにより駆動されて所望の開度となるように開閉
される。
面には、各気筒2の吸気ポート10,10にそれぞれ連
通する吸気通路30が接続されている。この吸気通路3
0は、エンジン1の燃焼室6に対し吸気を供給するもの
であり、その上流側から下流側に向かって順に、エンジ
ン1に吸入される吸入空気量を検出するエアフローセン
サ31と、吸気通路30を絞る電気式スロットル弁32
と、サージタンク33とがそれぞれ配設されている。前
記電気式スロットル弁32は、図外のアクセルペダルに
対し機械的には連結されておらず、図示しない電動式駆
動モータにより駆動されて所望の開度となるように開閉
される。
【0024】また、前記サージタンク33よりも下流側
の吸気通路30は、途中で分岐してそれぞれ各気筒2毎
の吸気ポート10,10に連通している。この2つの吸
気ポート10,10の双方の上流側には、前記図2にも
示すように、燃焼室6におけるタンブル流Tの流速を調
節するための吸気流動調節弁34が配設され、例えばス
テッピングモータ35(図2にのみ示す)によって開閉
作動されるようになっている。この吸気流動調節弁3
4,34はいずれも円形のバタフライバルブの一部を切
り欠いたもので、この実施形態では弁軸34aよりも下
側の部分を切り欠いている。そして、吸気流動調節弁3
4が閉じられたときには吸気が前記の切り欠き部分のみ
から下流側に流れて、燃焼室6に強いタンブル流Tを生
成する。一方、吸気流動調節弁34が開かれるに従い、
吸気は該切り欠き部分以外からも流通するようになり、
タンブル流Tの強度は徐々に弱められる。
の吸気通路30は、途中で分岐してそれぞれ各気筒2毎
の吸気ポート10,10に連通している。この2つの吸
気ポート10,10の双方の上流側には、前記図2にも
示すように、燃焼室6におけるタンブル流Tの流速を調
節するための吸気流動調節弁34が配設され、例えばス
テッピングモータ35(図2にのみ示す)によって開閉
作動されるようになっている。この吸気流動調節弁3
4,34はいずれも円形のバタフライバルブの一部を切
り欠いたもので、この実施形態では弁軸34aよりも下
側の部分を切り欠いている。そして、吸気流動調節弁3
4が閉じられたときには吸気が前記の切り欠き部分のみ
から下流側に流れて、燃焼室6に強いタンブル流Tを生
成する。一方、吸気流動調節弁34が開かれるに従い、
吸気は該切り欠き部分以外からも流通するようになり、
タンブル流Tの強度は徐々に弱められる。
【0025】前記図1におけるエンジン1の他側面に
は、燃焼室6からの排気を排出する排気通路36が接続
されている。この排気通路36の上流端部は、各気筒2
毎に分岐して排気ポート11に連通する排気マニホルド
37であり、該排気マニホルド37の集合部には排気中
の酸素濃度を検出するO2センサ38が配設されてい
る。
は、燃焼室6からの排気を排出する排気通路36が接続
されている。この排気通路36の上流端部は、各気筒2
毎に分岐して排気ポート11に連通する排気マニホルド
37であり、該排気マニホルド37の集合部には排気中
の酸素濃度を検出するO2センサ38が配設されてい
る。
【0026】また、前記排気マニホルド37の集合部に
は、排気管39の上流端が接続されており、一方、該排
気管39の下流端には排気を浄化するための触媒40が
接続されている。さらに、この排気管39の上流側に
は、排気通路36の排気の一部を吸気通路30に還流さ
せるEGR通路43の上流端が分岐接続されていて、こ
のEGR通路43の下流端は前記サージタンク33に接
続されている。
は、排気管39の上流端が接続されており、一方、該排
気管39の下流端には排気を浄化するための触媒40が
接続されている。さらに、この排気管39の上流側に
は、排気通路36の排気の一部を吸気通路30に還流さ
せるEGR通路43の上流端が分岐接続されていて、こ
のEGR通路43の下流端は前記サージタンク33に接
続されている。
【0027】前記可変動弁機構15、点火プラグ16の
点火回路17、インジェクタ18、電気式スロットル弁
32、吸気流動調節弁34等は、いずれもエンジンコン
トロールユニット50(以下、ECUという)によって
作動制御される。一方、このECU50には、前記クラ
ンク角センサ9、エアフローセンサ31等からの各出力
信号が入力され、さらに、アクセル開度、即ち図外のア
クセルペダルの踏込み量を検出するアクセル開度センサ
51からの出力信号と、エンジン1の回転速度(クラン
ク軸7の回転速度)を検出する回転速度センサ52から
の出力信号とが入力されるようになっている。
点火回路17、インジェクタ18、電気式スロットル弁
32、吸気流動調節弁34等は、いずれもエンジンコン
トロールユニット50(以下、ECUという)によって
作動制御される。一方、このECU50には、前記クラ
ンク角センサ9、エアフローセンサ31等からの各出力
信号が入力され、さらに、アクセル開度、即ち図外のア
クセルペダルの踏込み量を検出するアクセル開度センサ
51からの出力信号と、エンジン1の回転速度(クラン
ク軸7の回転速度)を検出する回転速度センサ52から
の出力信号とが入力されるようになっている。
【0028】すなわち、前記ECU50は、各センサか
ら入力される信号に基づいて、吸気弁12の作動時期、
各気筒2毎の点火プラグ16による点火時期、インジェ
クタ18による燃料噴射量及び噴射時期、スロットル弁
32により調節される吸入空気量、吸気流動調節弁34
により調節されるタンブル流の強さ等をそれぞれエンジ
ン1の運転状態に応じて制御するようになっている。こ
れにより、温間状態であればエンジン1は成層燃焼状態
と均一燃焼状態とに切換えて運転される。
ら入力される信号に基づいて、吸気弁12の作動時期、
各気筒2毎の点火プラグ16による点火時期、インジェ
クタ18による燃料噴射量及び噴射時期、スロットル弁
32により調節される吸入空気量、吸気流動調節弁34
により調節されるタンブル流の強さ等をそれぞれエンジ
ン1の運転状態に応じて制御するようになっている。こ
れにより、温間状態であればエンジン1は成層燃焼状態
と均一燃焼状態とに切換えて運転される。
【0029】具体的には、エンジン1の温間状態では低
負荷かつ低回転側の設定運転領域が成層燃焼領域とさ
れ、インジェクタ18により気筒2の圧縮行程における
所定時期に燃料を噴射させて、点火プラグ16の近傍に
混合気が層状に偏在する状態で燃焼させる成層燃焼モー
ドになる。
負荷かつ低回転側の設定運転領域が成層燃焼領域とさ
れ、インジェクタ18により気筒2の圧縮行程における
所定時期に燃料を噴射させて、点火プラグ16の近傍に
混合気が層状に偏在する状態で燃焼させる成層燃焼モー
ドになる。
【0030】すなわち、エンジン1が成層燃焼領域にあ
るときには、各気筒2の吸気行程で生成されるタンブル
流Tを当該気筒2の圧縮行程後期まで保持させるととも
に、このタンブル流Tに対し略正対する方向から適切な
貫徹力でもって衝突するように、燃料を噴射させる。こ
うすることで、燃料噴霧はタンブル流Tにより徐々に減
速されながら点火プラグ16側に移動し、その間に燃料
液滴の気化霧化や空気との混合が促進されて、当該気筒
2の点火時期において図5に斜線を入れて示すように可
燃混合気となって、点火プラグ16の電極近傍に滞留す
るようになる。
るときには、各気筒2の吸気行程で生成されるタンブル
流Tを当該気筒2の圧縮行程後期まで保持させるととも
に、このタンブル流Tに対し略正対する方向から適切な
貫徹力でもって衝突するように、燃料を噴射させる。こ
うすることで、燃料噴霧はタンブル流Tにより徐々に減
速されながら点火プラグ16側に移動し、その間に燃料
液滴の気化霧化や空気との混合が促進されて、当該気筒
2の点火時期において図5に斜線を入れて示すように可
燃混合気となって、点火プラグ16の電極近傍に滞留す
るようになる。
【0031】一方、前記成層燃料領域以外の領域は、均
一燃焼領域とされており、インジェクタ18により気筒
2の吸気行程で燃料を噴射させて吸気と十分に混合し、
燃焼室6に均一な混合気を形成した上で燃焼させる燃焼
状態になる。この均一燃焼状態では、大部分の運転領域
において混合気の空燃比が略理論空燃比(A/F≒1
4.7)になるように、燃料噴射量やスロットル開度等
が制御される。
一燃焼領域とされており、インジェクタ18により気筒
2の吸気行程で燃料を噴射させて吸気と十分に混合し、
燃焼室6に均一な混合気を形成した上で燃焼させる燃焼
状態になる。この均一燃焼状態では、大部分の運転領域
において混合気の空燃比が略理論空燃比(A/F≒1
4.7)になるように、燃料噴射量やスロットル開度等
が制御される。
【0032】前記エンジン1が成層燃焼運転状態にある
ときは、気筒2の吸気行程においてピストン5が上死点
位置から下降すると、図6に示すように開状態の吸気弁
12の傘部と吸気ポート開口端10aとの間隙から吸気
が燃焼室6へ流入し、矢印に示すようにタンブル流Tが
生成される。詳しくは、ピストン5の下降によって燃焼
室6へ吸い込まれる吸気は、主に吸気ポート開口端10
aの点火プラグ16寄りの部位から燃焼室6に流れ込
み、ピストン5のさらなる下降に伴い排気側の気筒2内
周面に沿うように下方へ向かい、その後、ピストン5の
冠面に沿って吸気側へ曲げられ、そこからさらに上方へ
向かって流れて、燃焼室6の全体に亘って縦方向に旋回
するタンブル流Tとなる。
ときは、気筒2の吸気行程においてピストン5が上死点
位置から下降すると、図6に示すように開状態の吸気弁
12の傘部と吸気ポート開口端10aとの間隙から吸気
が燃焼室6へ流入し、矢印に示すようにタンブル流Tが
生成される。詳しくは、ピストン5の下降によって燃焼
室6へ吸い込まれる吸気は、主に吸気ポート開口端10
aの点火プラグ16寄りの部位から燃焼室6に流れ込
み、ピストン5のさらなる下降に伴い排気側の気筒2内
周面に沿うように下方へ向かい、その後、ピストン5の
冠面に沿って吸気側へ曲げられ、そこからさらに上方へ
向かって流れて、燃焼室6の全体に亘って縦方向に旋回
するタンブル流Tとなる。
【0033】続いて、当該気筒2が圧縮行程に移行し
て、ピストン5が下死点位置から上昇すると、図7に示
すように、このピストン5の上昇に伴う燃焼室6容積の
減少によりタンブル流Tは潰されてコンパクトになる。
この際、当該気筒2の圧縮行程中期以降においても、ペ
ントルーフ型燃焼室6の天井部20とピストン5冠面の
凹部5aとの間に適切な大きさ及び形状の空間が残され
ているため、タンブル流Tは当該気筒2の圧縮行程中期
以降まで崩壊することなく、保存される。また、ピスト
ン5の冠面に沿って排気側から吸気側(図の左側から右
側)に流れるタンブル流Tは凹部5aにより案内され
て、インジェクタ18の噴孔に向かって流れることにな
る。
て、ピストン5が下死点位置から上昇すると、図7に示
すように、このピストン5の上昇に伴う燃焼室6容積の
減少によりタンブル流Tは潰されてコンパクトになる。
この際、当該気筒2の圧縮行程中期以降においても、ペ
ントルーフ型燃焼室6の天井部20とピストン5冠面の
凹部5aとの間に適切な大きさ及び形状の空間が残され
ているため、タンブル流Tは当該気筒2の圧縮行程中期
以降まで崩壊することなく、保存される。また、ピスト
ン5の冠面に沿って排気側から吸気側(図の左側から右
側)に流れるタンブル流Tは凹部5aにより案内され
て、インジェクタ18の噴孔に向かって流れることにな
る。
【0034】そして、インジェクタ18により燃料が噴
射されると、この燃料噴霧の下方部の大部分が、ピスト
ン5冠面の凹部5aに沿って流れるタンブル流Tの流れ
の強いところ(主流)に略正対するように衝突し、該燃
料噴霧はタンブル流Tを押し退けるように進みながら、
徐々に減速される。その後、吸気側を上昇するタンブル
流によって燃料噴霧が全体的に上方へ運ばれ、さらに該
タンブル流の燃焼室天井部20に沿う流れによって点火
プラグ16近傍に運ばれて電極周りに適切な濃度状態の
可燃混合気層を形成する。
射されると、この燃料噴霧の下方部の大部分が、ピスト
ン5冠面の凹部5aに沿って流れるタンブル流Tの流れ
の強いところ(主流)に略正対するように衝突し、該燃
料噴霧はタンブル流Tを押し退けるように進みながら、
徐々に減速される。その後、吸気側を上昇するタンブル
流によって燃料噴霧が全体的に上方へ運ばれ、さらに該
タンブル流の燃焼室天井部20に沿う流れによって点火
プラグ16近傍に運ばれて電極周りに適切な濃度状態の
可燃混合気層を形成する。
【0035】その際、図10に示す従来例(特開200
0−204954号)の火花点火式直噴エンジンの燃焼
室100のように、ペントルーフ型燃焼室の天井部10
1の吸気側傾斜面102と排気側傾斜面103とが該天
井部101の略中央に位置する綾線によって比較的滑ら
かに連なっているような場合には、一旦、点火プラグ近
傍に到達した可燃混合気が、その後すぐに、天井部10
1近傍を流れるタンブル流Tによって排気側へ流されて
拡散してしまうことがあった。すなわち、タンブル流T
は可燃混合気を点火プラグ周りに運んだ後も直ちに消滅
するわけではなく、燃焼室100の天井部101とピス
トン200冠面の凹部200aとの間の空間に残り、前
記の滑らかな天井部101に沿って吸気側から排気側へ
スムーズに流れるようになるから、可燃混合気がこの流
れに乗って流されてしまうことがあった。このため、前
記従来例のものでは混合気に安定して着火可能なタイミ
ングが狭い範囲に限定されてしまうという問題があっ
た。
0−204954号)の火花点火式直噴エンジンの燃焼
室100のように、ペントルーフ型燃焼室の天井部10
1の吸気側傾斜面102と排気側傾斜面103とが該天
井部101の略中央に位置する綾線によって比較的滑ら
かに連なっているような場合には、一旦、点火プラグ近
傍に到達した可燃混合気が、その後すぐに、天井部10
1近傍を流れるタンブル流Tによって排気側へ流されて
拡散してしまうことがあった。すなわち、タンブル流T
は可燃混合気を点火プラグ周りに運んだ後も直ちに消滅
するわけではなく、燃焼室100の天井部101とピス
トン200冠面の凹部200aとの間の空間に残り、前
記の滑らかな天井部101に沿って吸気側から排気側へ
スムーズに流れるようになるから、可燃混合気がこの流
れに乗って流されてしまうことがあった。このため、前
記従来例のものでは混合気に安定して着火可能なタイミ
ングが狭い範囲に限定されてしまうという問題があっ
た。
【0036】そのことに対し、この実施形態では本願発
明の特徴構成として、前記燃焼室6の天井部20の中央
よりも排気側寄りに、圧縮行程後期において天井部20
に沿って流れるタンブル流Tを弱めるように段差部23
を形成した。すなわち、図8に示すように、天井部20
の吸気側傾斜面21の上端部は天井部20の略中央部に
対応する部位が略水平に形成され、該水平部分の排気側
端部は吸気ポート開口10aと排気ポート開口11aと
の中央よりも排気側に位置付けられている。この水平部
分の排気側端部は気筒2の径方向両端に亘るように直線
的に延びており、該端部にはそこから下方へ略鉛直に延
びる平坦な縦壁面24が連なっている。さらに、この縦
壁面24の下端部に前記排気側傾斜面22の上端部が連
なっていて、この排気側傾斜面22の下端部は気筒2の
排気側内周面よりも所定距離気筒2の径方向内方に位置
している。
明の特徴構成として、前記燃焼室6の天井部20の中央
よりも排気側寄りに、圧縮行程後期において天井部20
に沿って流れるタンブル流Tを弱めるように段差部23
を形成した。すなわち、図8に示すように、天井部20
の吸気側傾斜面21の上端部は天井部20の略中央部に
対応する部位が略水平に形成され、該水平部分の排気側
端部は吸気ポート開口10aと排気ポート開口11aと
の中央よりも排気側に位置付けられている。この水平部
分の排気側端部は気筒2の径方向両端に亘るように直線
的に延びており、該端部にはそこから下方へ略鉛直に延
びる平坦な縦壁面24が連なっている。さらに、この縦
壁面24の下端部に前記排気側傾斜面22の上端部が連
なっていて、この排気側傾斜面22の下端部は気筒2の
排気側内周面よりも所定距離気筒2の径方向内方に位置
している。
【0037】このことで、圧縮行程後期に天井部20を
沿うように流れるタンブル流Tは、段差部23の縦壁面
24に衝突して大幅に弱まるので、点火プラグ16の周
りに到達した可燃混合気がタンブル流Tにより排気側へ
押し流されることを十分に抑制できる。また、排気側傾
斜面22の上端部が吸気側傾斜面21の上端部よりも下
方に位置し、かつその下端部が気筒2の径方向内方に位
置するように排気側傾斜面22を全体的に下げているの
で、排気側傾斜面22を所期の傾斜角度としたまま全体
的に下方に位置させることができ、このことで、ペント
ルーフ型の燃焼室形状を維持させてタンブル流Tを狙い
通りに生成することができる。加えて、そのように排気
側傾斜面22を位置付けることにより、段差部23で流
れが下向きに変化したタンブル流Tはその中心が気筒2
の中心よりも吸気側寄りに位置するコンパクトなものと
なるとともに、燃焼室6容積の排気側を相対的に小さく
して圧縮行程後期の天井壁20に沿うタンブル流Tの排
気側への流れを抑制できる。
沿うように流れるタンブル流Tは、段差部23の縦壁面
24に衝突して大幅に弱まるので、点火プラグ16の周
りに到達した可燃混合気がタンブル流Tにより排気側へ
押し流されることを十分に抑制できる。また、排気側傾
斜面22の上端部が吸気側傾斜面21の上端部よりも下
方に位置し、かつその下端部が気筒2の径方向内方に位
置するように排気側傾斜面22を全体的に下げているの
で、排気側傾斜面22を所期の傾斜角度としたまま全体
的に下方に位置させることができ、このことで、ペント
ルーフ型の燃焼室形状を維持させてタンブル流Tを狙い
通りに生成することができる。加えて、そのように排気
側傾斜面22を位置付けることにより、段差部23で流
れが下向きに変化したタンブル流Tはその中心が気筒2
の中心よりも吸気側寄りに位置するコンパクトなものと
なるとともに、燃焼室6容積の排気側を相対的に小さく
して圧縮行程後期の天井壁20に沿うタンブル流Tの排
気側への流れを抑制できる。
【0038】そして、前記のようにして気筒2の圧縮行
程後期まで点火プラグ16の電極周りに適切な濃度状態
の可燃混合気層を滞留させた後、点火プラグ16に通電
されることよって、該点火プラグ16により可燃混合気
層に点火される。
程後期まで点火プラグ16の電極周りに適切な濃度状態
の可燃混合気層を滞留させた後、点火プラグ16に通電
されることよって、該点火プラグ16により可燃混合気
層に点火される。
【0039】尚、気筒2に可燃混合気が成層化される圧
縮行程において、この行程の前期から中期にかけては、
燃焼室6の天井部20とピストン5冠面の凹部5aとの
間の空間が十分に大きいため、タンブル流Tは段差部2
3の影響を殆ど受けることはない。
縮行程において、この行程の前期から中期にかけては、
燃焼室6の天井部20とピストン5冠面の凹部5aとの
間の空間が十分に大きいため、タンブル流Tは段差部2
3の影響を殆ど受けることはない。
【0040】したがって、この実施形態によると、ペン
トルーフ型の燃焼室6を設けて、成層燃焼運転時にピス
トン5冠面に沿って吸気側へ流れるタンブル流Tを生成
し、インジェクタ18により該タンブル流Tに対向する
ように燃料を噴射させて点火プラグ16の電極周りに可
燃混合気を成層化させるようにした火花点火式直噴エン
ジン1において、燃焼室6の天井部20における吸気側
傾斜面21の上端部から下方へ延びる縦壁面24を設
け、該縦壁面24の下端部に排気側傾斜面22の上端部
が連なるようにして圧縮行程後期に天井部20に沿って
流れるタンブル流Tを弱めるための段差部23を設けた
ので、電極周りに到達した可燃混合気がタンブル流Tに
よって排気側へ押し流されることを抑制し、該可燃混合
気の電極周りへの滞留時間を長くして、点火時期制御の
自由度を高めることができる。
トルーフ型の燃焼室6を設けて、成層燃焼運転時にピス
トン5冠面に沿って吸気側へ流れるタンブル流Tを生成
し、インジェクタ18により該タンブル流Tに対向する
ように燃料を噴射させて点火プラグ16の電極周りに可
燃混合気を成層化させるようにした火花点火式直噴エン
ジン1において、燃焼室6の天井部20における吸気側
傾斜面21の上端部から下方へ延びる縦壁面24を設
け、該縦壁面24の下端部に排気側傾斜面22の上端部
が連なるようにして圧縮行程後期に天井部20に沿って
流れるタンブル流Tを弱めるための段差部23を設けた
ので、電極周りに到達した可燃混合気がタンブル流Tに
よって排気側へ押し流されることを抑制し、該可燃混合
気の電極周りへの滞留時間を長くして、点火時期制御の
自由度を高めることができる。
【0041】具体的には、図9に示すように点火プラグ
16の電極位置における空燃比の状態を気筒2の圧縮上
死点前(BTDC)60゜〜圧縮上死点までの期間で測定し
た結果を表すグラフによると、従来の直噴エンジン(破
線で示す)では着火可能な混合気が電極位置へ滞留して
いる期間は圧縮上死点前(BTDC)約25゜〜40゜の範
囲であるのに対し、この実施形態の直噴エンジンでは、
圧縮上死点前(BTDC)約15゜〜40゜の範囲まで拡大
できていることが判る。
16の電極位置における空燃比の状態を気筒2の圧縮上
死点前(BTDC)60゜〜圧縮上死点までの期間で測定し
た結果を表すグラフによると、従来の直噴エンジン(破
線で示す)では着火可能な混合気が電極位置へ滞留して
いる期間は圧縮上死点前(BTDC)約25゜〜40゜の範
囲であるのに対し、この実施形態の直噴エンジンでは、
圧縮上死点前(BTDC)約15゜〜40゜の範囲まで拡大
できていることが判る。
【0042】これにより、多様な部品のバラツキや各種
の制御バラツキ等を考慮しても十分な燃焼安定性を保障
できる。また、点火時期のリタードビリティの向上によ
り、過早期燃焼が抑制され、良好な燃焼と低NOx化が
実現できる。
の制御バラツキ等を考慮しても十分な燃焼安定性を保障
できる。また、点火時期のリタードビリティの向上によ
り、過早期燃焼が抑制され、良好な燃焼と低NOx化が
実現できる。
【0043】また、燃焼室6の段差部23は、吸気ポー
ト開口10aと排気ポート開口11aとの中央よりも排
気側に位置していて、吸気ポート開口10aの縁部から
離れているので、吸気ポート開口10aと吸気弁12の
傘部との間からの吸気の流入を阻害することは殆どな
い。すなわち、段差部23の縦壁面24が抵抗となって
吸気量が大きく制限されることはなく、また、気筒2に
流入した吸気を排気側へ大きく流すことができるのでタ
ンブル流の生成を阻害することはない。
ト開口10aと排気ポート開口11aとの中央よりも排
気側に位置していて、吸気ポート開口10aの縁部から
離れているので、吸気ポート開口10aと吸気弁12の
傘部との間からの吸気の流入を阻害することは殆どな
い。すなわち、段差部23の縦壁面24が抵抗となって
吸気量が大きく制限されることはなく、また、気筒2に
流入した吸気を排気側へ大きく流すことができるのでタ
ンブル流の生成を阻害することはない。
【0044】加えて、この実施形態のように可変動弁機
構15は一般的に、吸気側にのみ配設する場合が多く、
このようなものにおいて、前記の如く吸気側傾斜面21
を排気側傾斜面22よりも相対的に上方に位置付けて吸
気弁12とピストン5冠面とのクリアランスを確保し易
くしているので、可変動弁機構15を設けることによる
ピストン5冠面の形状変更を最小限にできる。
構15は一般的に、吸気側にのみ配設する場合が多く、
このようなものにおいて、前記の如く吸気側傾斜面21
を排気側傾斜面22よりも相対的に上方に位置付けて吸
気弁12とピストン5冠面とのクリアランスを確保し易
くしているので、可変動弁機構15を設けることによる
ピストン5冠面の形状変更を最小限にできる。
【0045】(他の実施形態)尚、本発明は前記実施形
態に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態
を包含するものである。すなわち、前記実施形態では、
吸気側傾斜面21と排気側傾斜面22との間の縦壁面2
4を略鉛直な面としているが、これに限らず、例えば縦
壁面24の上端部を吸気側に位置させるようにして該縦
壁面24を傾斜させてもよい。また、該縦壁面24は、
例えばその気筒2径方向中央部が両端部に比べて排気側
に位置するように湾曲させて形成してもよい。
態に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態
を包含するものである。すなわち、前記実施形態では、
吸気側傾斜面21と排気側傾斜面22との間の縦壁面2
4を略鉛直な面としているが、これに限らず、例えば縦
壁面24の上端部を吸気側に位置させるようにして該縦
壁面24を傾斜させてもよい。また、該縦壁面24は、
例えばその気筒2径方向中央部が両端部に比べて排気側
に位置するように湾曲させて形成してもよい。
【0046】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
係る火花点火式直噴エンジンによると、燃焼室をペント
ルーフ型とし、その天井壁周縁部に燃料噴射弁を設け、
該天井壁の略中央部に点火プラグを配置し、成層燃焼運
転時にピストンの冠面に沿うように排気側から吸気側へ
流れるタンブル流に対向するように燃料を噴射させて、
気筒の点火時点で点火プラグ周りに可燃混合気を成層化
させるようにしたものにおいて、前記天井壁の吸気側傾
斜面と排気側傾斜面との境界に排気側傾斜面の上端部が
吸気側傾斜面の上端部よりも下方に位置するように段差
部を形成したので、圧縮行程後期において天井壁に沿っ
て流れるタンブル流を大幅に弱めることができ、このこ
とで、可燃混合気の点火プラグ周りへの滞留時間を十分
に確保して点火時期制御の自由度を向上できる。
係る火花点火式直噴エンジンによると、燃焼室をペント
ルーフ型とし、その天井壁周縁部に燃料噴射弁を設け、
該天井壁の略中央部に点火プラグを配置し、成層燃焼運
転時にピストンの冠面に沿うように排気側から吸気側へ
流れるタンブル流に対向するように燃料を噴射させて、
気筒の点火時点で点火プラグ周りに可燃混合気を成層化
させるようにしたものにおいて、前記天井壁の吸気側傾
斜面と排気側傾斜面との境界に排気側傾斜面の上端部が
吸気側傾斜面の上端部よりも下方に位置するように段差
部を形成したので、圧縮行程後期において天井壁に沿っ
て流れるタンブル流を大幅に弱めることができ、このこ
とで、可燃混合気の点火プラグ周りへの滞留時間を十分
に確保して点火時期制御の自由度を向上できる。
【0047】請求項2記載の発明によると、前記段差部
を吸気ポート開口の排気側縁部と排気ポート開口の吸気
側縁部との中央部よりも排気側寄りに位置付けたので、
段差部を設けても気筒内への吸気量が制限されることは
なく、また、タンブル流の生成を阻害することもない。
を吸気ポート開口の排気側縁部と排気ポート開口の吸気
側縁部との中央部よりも排気側寄りに位置付けたので、
段差部を設けても気筒内への吸気量が制限されることは
なく、また、タンブル流の生成を阻害することもない。
【0048】請求項3記載の発明によると、前記排気側
傾斜面の下端部を気筒の排気側周縁部よりも径方向の内
方側に位置付けたので、気筒の内径が比較的大きい場合
でもタンブル流をコンパクトなものとして、混合気が排
気側へ押し流されることを抑制できる。
傾斜面の下端部を気筒の排気側周縁部よりも径方向の内
方側に位置付けたので、気筒の内径が比較的大きい場合
でもタンブル流をコンパクトなものとして、混合気が排
気側へ押し流されることを抑制できる。
【図1】実施形態に係るエンジンの全体構成図である。
【図2】ピストン冠面、吸気ポート、点火プラグ及びイ
ンジェクタの配置構成を示す斜視図である。
ンジェクタの配置構成を示す斜視図である。
【図3】シリンダヘッドを下方から見た平面図である。
【図4】クランク軸線に沿って見た燃焼室近傍の縦断面
図である。
図である。
【図5】気筒の点火時期で点火プラグの電極近傍に滞留
する混合気の様子を示す図である。
する混合気の様子を示す図である。
【図6】気筒の吸気行程において燃焼室に生成されるタ
ンブル流の様子を示す図である。
ンブル流の様子を示す図である。
【図7】気筒の燃料噴射時期でタンブル流に衝突するよ
うに噴射された燃料噴霧の様子を示す図である。
うに噴射された燃料噴霧の様子を示す図である。
【図8】クランク軸線に沿って見た燃焼室の縦断面にお
いて、(a)は当該気筒の燃料噴射開始直前に天井部近
傍を流れるタンブル流の様子を示す図であり、(b)は
当該気筒の圧縮行程後期で点火プラグの電極近傍に滞留
する混合気の様子を示す図である。
いて、(a)は当該気筒の燃料噴射開始直前に天井部近
傍を流れるタンブル流の様子を示す図であり、(b)は
当該気筒の圧縮行程後期で点火プラグの電極近傍に滞留
する混合気の様子を示す図である。
【図9】点火プラグの電極位置における空燃比の変化を
当該気筒の圧縮上死点前60゜〜圧縮上死点までの期間
に亘って計測した結果について、従来の直噴エンジンと
対比して示すグラフ図である。
当該気筒の圧縮上死点前60゜〜圧縮上死点までの期間
に亘って計測した結果について、従来の直噴エンジンと
対比して示すグラフ図である。
【図10】従来の直噴エンジンの図8相当図である。
1 エンジン
2 気筒
5 ピストン
6 ペントルーフ型燃焼室
10 吸気ポート
10a 吸気ポート開口
11 排気ポート
11a 排気ポート開口
16 点火プラグ
18 インジェクタ(燃料噴射弁)
20 天井部(天井壁)
21 吸気側傾斜面
22 排気側傾斜面
23 段差部
T タンブル流
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 山下 洋幸
広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ
株式会社内
(72)発明者 久慈 洋一
広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ
株式会社内
(72)発明者 瀬戸 祐利
広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ
株式会社内
(72)発明者 吉田 浩之
広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ
株式会社内
(72)発明者 竹内 暢男
広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ
株式会社内
Fターム(参考) 3G023 AA01 AB03 AC05 AD03 AD06
AD09 AG01
3G024 AA02 AA04 DA01 DA06 DA10
Claims (3)
- 【請求項1】 気筒の燃焼室をペントルーフ型とし、該
燃焼室の天井壁周縁部に燃料噴射弁を設け、該天井壁の
略中央部に点火プラグを配置し、成層燃焼運転時にピス
トンの冠面に沿うように排気側から吸気側へ流れるタン
ブル流を生成し、前記燃料噴射弁により該タンブル流に
対向するように燃料を噴射させて、気筒の点火時点で点
火プラグの電極周りに可燃混合気を成層化させるように
した火花点火式直噴エンジンの燃焼室構造において、 前記燃焼室の天井壁は、吸気ポートが開口する吸気側傾
斜面と、排気ポートが開口する排気側傾斜面とを有し、 前記天井壁の吸気側傾斜面と排気側傾斜面との境界に
は、排気側傾斜面の上端部が吸気側傾斜面の上端部より
も下方に位置するように段差部が形成されていることを
特徴とする火花点火式直噴エンジンの燃焼室構造。 - 【請求項2】 請求項1において、 前記段差部は、吸気ポート開口の排気側縁部と排気ポー
ト開口の吸気側縁部との中央部よりも排気側寄りに位置
付けられていることを特徴とする火花点火式直噴エンジ
ンの燃焼室構造。 - 【請求項3】 請求項1において、 前記排気側傾斜面の下端部が気筒の排気側周縁部よりも
径方向の内方側に位置付けられていることを特徴とする
火花点火式直噴エンジンの燃焼室構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002053349A JP2003254067A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 火花点火式直噴エンジンの燃焼室構造 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002053349A JP2003254067A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 火花点火式直噴エンジンの燃焼室構造 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003254067A true JP2003254067A (ja) | 2003-09-10 |
Family
ID=28664799
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002053349A Abandoned JP2003254067A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 火花点火式直噴エンジンの燃焼室構造 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003254067A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007297974A (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Mitsubishi Motors Corp | エンジンの燃焼室の構造 |
JP2011074831A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Fuji Heavy Ind Ltd | 内燃機関の燃焼室構造 |
JP2017115627A (ja) * | 2015-12-22 | 2017-06-29 | ダイハツ工業株式会社 | 内燃機関のポート開閉バルブ |
JP2019157767A (ja) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | マツダ株式会社 | 直噴エンジン |
-
2002
- 2002-02-28 JP JP2002053349A patent/JP2003254067A/ja not_active Abandoned
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007297974A (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Mitsubishi Motors Corp | エンジンの燃焼室の構造 |
JP4600346B2 (ja) * | 2006-04-28 | 2010-12-15 | 三菱自動車工業株式会社 | エンジンの燃焼室の構造 |
JP2011074831A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Fuji Heavy Ind Ltd | 内燃機関の燃焼室構造 |
JP2017115627A (ja) * | 2015-12-22 | 2017-06-29 | ダイハツ工業株式会社 | 内燃機関のポート開閉バルブ |
JP2019157767A (ja) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | マツダ株式会社 | 直噴エンジン |
JP7196405B2 (ja) | 2018-03-13 | 2022-12-27 | マツダ株式会社 | 直噴エンジン |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050113 |
|
A762 | Written abandonment of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762 Effective date: 20061013 |