JP2004340153A - 筒内直接燃料噴射内燃機関 - Google Patents

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Abstract

【課題】 安定した燃焼を行うことができる筒内直接燃料噴射内燃機関を提供すること。
【解決手段】 燃焼室の上壁のほぼ中心に設けられた着火手段と、２つの吸気開口部のほぼ中心付近に排気開口側に向けて配設された筒内直接燃料噴射弁と、ピストン上面にシリンダ中心軸線を含み燃焼室の吸気開口部から排気開口部へ向かう軸線に垂直な平面に対しエンジン上側から見て反時計方向に９０度以下の角度をなす平面と平行で、かつ燃焼室中心より吸気開口部側へ寄った稜線を有する凸部と、その稜線から排気開口側に至るピストン冠面部分に設けられた凹部と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、筒内直接燃料噴射内燃機関に関する。
従来の筒内直接燃料噴射内燃機関としては、例えば図５に示すような、特許文献１に開示されている。この従来例では図５において、４ａは吸気ポート、２はピストン、２０は着火手段、１８は燃料噴射弁であり、Ｃが燃料噴霧、Ｖｆが筒内のガス流動である。
特開平６−８１６５１号公報
しかしながら、このような従来の筒内直接燃料噴射内燃機関にあっては、吸気ポートを燃焼室に対して垂直に近い角度でレイアウトし、圧縮行程後半に燃料噴射弁から着火手段へと向かいピストン上面を這うガス流動を形成し、ピストン凹部に直接燃料を衝突させ、前記ガス流動により燃料を着火手段に輸送する構造となっていたため、ピストン上面にて反射した霧化していない燃料噴霧が直接点火栓に輸送され、点火栓がくすぶるという問題点があった。
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、ピストン上面に吸気ポートからの空気流からの進入方向に対し、反時計方向に０度以上９０度以下の角度をなし吸気弁側に寄った位置に稜線を有する凸部と排気弁側に寄った位置に凹部を設けることで吸気ポートからの空気流の方向を筒内にて偏向し、シリンダ中心軸に対して、斜めの旋回流を形成し、ピストン上面の凹部に燃料噴射することにより、安定した燃焼を行うことができる、筒内直接燃料噴射内燃機関を提供することを目的としている。
本発明は上述の課題を解決するために、シリンダブロックのシリンダ内壁面とシリンダ内に嵌装されるピストンの上面とシリンダヘッド下面とで定められた燃焼室と、燃焼室の上壁となるシリンダヘッド下面のほぼ中心に着火手段を有し、シリンダヘッド部燃焼室の一方側に配設された吸気開口部を有する吸気ポートと、吸気開口部を開閉する吸気弁と吸気開口部と相対するシリンダヘッド部燃焼室の他の一方側に配設された排気開口部を有する排気ポートと、排気開口部を開閉する排気弁と吸気弁は各々２個である４弁式弁配置の燃焼室構造であり、２つの吸気開口部のほぼ中心付近に排気開口側に向けて配設された筒内直接燃料噴射弁と、ピストン上面にシリンダ中心軸線を含み燃焼室の吸気開口部から排気開口部へ向かう軸線に垂直な平面に対しエンジン上側から見て反時計方向に９０度以下の角度をなす平面と平行で、かつ燃焼室中心より吸気開口部側へ寄った稜線を有する凸部と、その稜線から排気開口側に至るピストン冠面部分には凹部を有する。
本発明によれば、その構成を、ピストン上面に、シリンダ中心軸線を含み吸気開口から排気開口へ向かう軸線に垂直な平面と反時計方向に９０度以下の角度をなす平面に対し吸気開口側に寄った位置に稜線を有する凸部と前記凸部より排気開口側に向かう位置に凹部を有するピストンを有し、燃焼室上壁の中心位置に点火栓を配設し、燃焼室外周部の２つの吸気弁のほぼ中央に燃料噴射弁を設けたため、ピストンにてタンブル流をスワール流に変換し、低負荷時に点火栓をくすぶらせることなく、混合気の成層化を成立させ、高負荷時には混合気の均質化を促進できると言う効果が得られる。
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明の一実施の形態を示す図である。
まず構成を説明すると、図１に示すように燃焼室４のほぼ中心に点火栓２が設けられており、吸気ポート６は２つの吸気弁５を介して燃焼室４に開口している。燃焼室４の吸気ポート６と相対する位置に排気ポート１５が排気弁１４を介して燃焼室４に開口している。燃焼室内の吸気ポート下部の２つの吸気ポートの中間に排気弁１４方向に向けて燃料噴射弁１が配設されている。
シリンダブロック９内に嵌装され、上下動するピストン３の上面にシリンダ中心軸１２を含有し吸気弁５から排気弁１４へ向かう軸線に垂直な平面ｐに対し、エンジン上面から見て反時計方向に９０度以下の角度θ回転させた仮想平面ｆに平行で燃焼室中心より吸気弁側へ寄った稜線ｍを有する凸部１０とその稜線から排気弁側に至るピストン上面部分に凹部１３を設けている。
次に本発明の実施の形態の作用を説明する。
図３に示すように、吸気弁より流入する空気は排気弁１４方向に向かうがピストン上面の凹凸により、シリンダ内の仮想平面ｆに垂直な方向に偏向され、シリンダ内を斜めに旋回する。ピストン３が上動する圧縮行程後半に噴射弁１より排気弁１４側に向けて燃料を噴射する。噴射された燃料１６は、排気弁１４側のピストン凹部１３に集中しシリンダ室１１内及び燃焼室４内に形成された斜めスワール流１８によりピストン上面凹部１３からピストン上面凸部１０に斜めに添って燃焼室上部に輸送される。この時、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６は排気弁１４側のピストン上面凹部１３にて十分気化した後に、点火栓周辺まで輸送され、濃混合気１７が点火栓２の周辺に配されることになる。これによって低負荷時に良好な希薄燃焼が可能となる。
一方、図４に示すように、高負荷時は、ピストン３が下動する吸気行程中に燃料を噴射する。燃料噴射弁１より噴射された燃料は、貫徹力によりピストン上面凸部１０に衝突し、シリンダ内に燃料を広く拡散することが出来、かつタンブル流１９がピストンにより斜めスワール流１８に変換されるため、半径方向のガス流動によって、さらに燃料が拡散する。その結果、ガス流動を強化する手段を特別に設けなくても燃料の拡散が容易になされ、混合気の均質化によりサイクル変動に影響されない安定した燃焼を行うことが出来る。
本発明の一実施の形態を示す模式図である。 本発明の一実施の形態を示す模式図である。 本発明の実施の形態における低負荷時の燃料及び混合気の動きを表す模式図である。 本発明の実施の形態における高負荷時の燃料及び混合気の動きを表す模式図である。 従来の筒内直接燃料噴射装置を示す図である。
符号の説明
１ 燃料噴射弁
２ 着火手段
３ ピストン
４ 燃焼室
５ 吸気弁
６ 吸気ポート
９ シリンダブロック
１０ ピストン上面凸部
１１ シリンダ室
１２ シリンダ中心軸
１３ ピストン上面凹部
１４ 排気弁
１５ 排気ポート
１６ 燃料噴霧
１７ 濃混合気
１８ スワール流
１９ タンブル流
ｆ 仮想平面
ｍ 凸部稜線

Claims (2)

  1. シリンダブロックのシリンダ内壁面と該シリンダ内に嵌装されるピストンの上面とシリンダヘッド下面とで定められた燃焼室と、該燃焼室の上壁となるシリンダヘッド下面のほぼ中心に着火手段を有し、該シリンダヘッド部燃焼室の一方側に配設された吸気開口部を有する吸気ポートと、前記吸気開口部を開閉する吸気弁と前記吸気開口部と相対するシリンダヘッド部燃焼室の他の一方側に配設された排気開口部を有する排気ポートと、前記排気開口部を開閉する排気弁と前記吸気弁は各々２個である４弁式弁配置の燃焼室構造であり、前記２つの吸気開口部のほぼ中心付近に排気開口側に向けて配設された筒内直接燃料噴射弁と、前記ピストン上面にシリンダ中心軸線を含み燃焼室の吸気開口部から排気開口部へ向かう軸線に垂直な平面に対しエンジン上側から見て反時計方向に９０度以下の角度をなす平面と平行で、かつ燃焼室中心より吸気開口部側へ寄った稜線を有する凸部と、その稜線から排気開口側に至るピストン冠面部分には凹部を有することを特徴とした筒内直接燃料噴射内燃機関。
  2. 前記燃料噴射弁より燃料を噴射する時期を、低負荷時は圧縮行程とし、高負荷時は吸気行程とすることを特徴とする請求項１に記載の筒内直接燃料噴射内燃機関。

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