JP2882041B2 - 筒内直接噴射式火花点火機関 - Google Patents

筒内直接噴射式火花点火機関

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JP2882041B2 JP2315794A JP31579490A JP2882041B2 JP 2882041 B2 JP2882041 B2 JP 2882041B2 JP 2315794 A JP2315794 A JP 2315794A JP 31579490 A JP31579490 A JP 31579490A JP 2882041 B2 JP2882041 B2 JP 2882041B2
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静夫 佐々木
貴宣 植田
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/12Other methods of operation
    • F02B2075/125Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ピストン頂面に凹形状の燃焼室を有し、筒
内に直接燃料を噴射して火花点火により燃焼させるよう
にした筒内直接噴射式火花点火機関に関する。
〔従来の技術〕
本出願人は、先に、燃料を筒内に直接噴射するノズル
と、ピストン頂面に設けられ、内側に深皿部及び外側に
浅皿部を有する燃焼室とを具備する筒内直接噴射式火花
点火機関の考案を、実願平2−044648号として出願し
た。
これは、エンジンの各負荷域の運転状態に応じて燃料
噴射の開始及び終了時期を変化させることによって、高
負荷域ではシリンダ内及び燃焼室内に混合気を形成さ
せ、また低負荷域では燃焼室内だけに混合気を形成さ
せ、点火プラグ近傍に形成された濃い混合機を着火させ
ることによって、各負荷域に応じた成層燃焼を行なわせ
るものである。
燃焼室の深皿部上部には、プラグポケットに向うガイ
ド溝が設けられており、各負荷域の燃焼室への噴射燃料
がこのガイド溝に当り、高温度のガイド溝面で蒸発し、
燃焼室内のスワールによりガイド溝に沿ってプラグポケ
ットに集中して着火性のよい濃い混合物を形成する。一
方燃焼室内には、ガイド溝より下側に噴射された燃料が
蒸発霧化することにより混合気が形成される。
エンジンが低負荷域にあるときは、プラグポケット内
の濃い混合気を点火プラグにより着火させ、それを火種
として燃焼室内の混合気に火災が伝播する。
高負荷域にあるときには、燃焼室内への燃料噴射の前
にピストン頂面に向って燃料噴射を行ない、それにより
シリンダ内に混合気を形成し、その混合気に低負荷域と
同様な燃焼室内の燃焼が伝播する。
各負荷域における出力の調整は、低負荷域においては
ガイド溝より下側への燃料噴射量の増減により行ない、
また高負荷域においてはピストン頂面への燃焼噴射量の
増減により行なう。
〔発明が解決しようとする課題〕
前述のように、低負荷域と極低負荷域における燃焼室
への燃料噴射の違いは、燃焼室の深皿部のガイド溝より
下側への燃料噴射量である。それによりプラグポケット
内には同じ濃さの着火性の良い混合気を形成し、燃焼室
内には負荷に応じた量の混合気を形成しようとするもの
であるが、燃焼室の深皿部のガイド溝より下側へ噴射さ
れた燃料は、蒸発して燃焼室内に混合気を形成すると同
時に、蒸発した燃料の一部がスワールによってプラグポ
ケットに入る。したがって、プラグポケット内に形成さ
れる混合気は、低負荷域と極低負荷域において、ガイド
溝より下側への燃料噴射量の違いによって異なる濃度と
なり、点火の際に低負荷域において濃すぎるために点火
プラグの燻りが発生するか、または極低負荷域において
薄すぎるために着火の確保が困難となる場合が生じ得
る。
本発明の目的は、前述の問題を解決した筒内直接噴射
式火花点火機関を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
前述の目的を達成するために、本発明のよる筒内直接
噴射式火花点火機関は、ピストンの頂面に設けられ、内
側に深皿部及び外側に浅皿部を有する燃焼室と、前記燃
焼室の深皿部に臨む点火プラグと、前記燃焼室内に燃料
を噴射する燃料噴射ノズルとを具備し、前記燃焼室の深
皿部上部には、前記点火プラグ近傍に燃料を導くガイド
溝が設けられ、前記燃料噴射ノズルは少なくとも二つの
噴射口を有し、前記に二つの噴射口の燃料噴射方向は、
圧縮行程後半における第一位置範囲内にある前記ピスト
ンに対して、一方の前記噴射口から噴射された燃料が主
に前記ガイド溝に衝突すると共に、他方の前記噴射口か
ら噴射された燃料が主に前記浅皿部に衝突することを可
能とし、前記第一位置範囲後の第二位置範囲内にある前
記ピストンに対して、前記二つの噴射口から噴射された
燃料が主に前記ガイド溝に衝突することを可能とするよ
うに、互いに異なっており、内燃機関の低負荷域では、
前記ピストンが前記第一位置範囲内にある時に前記燃料
噴射ノズルから燃料噴射を実施し、内燃機関の極低負荷
域では、前記ピストンが前記第二位置範囲内にある時に
前記燃料噴射ノズルから燃料噴射を実施することを特徴
とする。
[作 用] この筒内直接噴射式火花点火機関によれば、極低負荷
域において、ピストンが第二位置範囲内にある時に燃料
噴射が実施され、燃料噴射ノズルの二つの噴射口から噴
射される燃料は、互いに異なる燃料噴射方向によって
も、主にガイド溝に衝突する。この時に必要な燃料は極
めて少ないことにより、燃料噴射時間は極短時間であ
る。こうして噴射された燃料は、ガイド溝で蒸発して点
火プラグ近傍に集中して点火に最適な濃度の混合気を形
成し、その他が燃焼室の深皿部に混合気を形成する。
低負荷域においては、ピストンが第二位置範囲内以前
の第一位置範囲内にある時に燃料噴射が実施され、互い
に異なる燃料噴射方向によって、一方の噴射口から噴射
される燃料は主に浅皿部に衝突すると共に他方の噴射口
から噴射される燃料は主にガイド溝に衝突する。この時
に必要な燃料は極低負荷域よりも多くなり、したがって
燃料噴射時間が極低負荷域より長くなる。それにより、
他方の噴射口からは、極低負荷域とほぼ同じ量の燃料が
ガイド溝に噴射され、極低負荷域と同様な混合気が点火
プラグ近傍及び燃焼室の深皿部に形成される。一方の噴
射口から噴射された燃料は、燃焼室の浅皿部に衝突して
蒸発霧化し、点火プラグ近傍に達することなしに浅皿部
に混合気を形成する。
このように、極低負荷域と低負荷域において、点火に
最適な濃度の混合気が点火プラグ近傍にあり、燃焼室に
は深皿部と浅皿部とを合わせて、負荷に応じた濃度の混
合気が形成され、良好な成層燃焼が得られる。
〔実施例〕
第1,2図に第1の実施例を示す。同図において、1は
シリンダ、2はピストン、3はシリンダヘッドを示す。
ピストン2の頂面には、内側に深皿部4a及び外側に浅皿
部4bを有する燃焼室4が設けられている。燃焼室4に
は、一部が深皿部4aと重なるように形成されたプラグポ
ケット5が設けられ、深皿部4aの上部にはプラグポケッ
ト5に燃料を導くガイド溝4cが形成されている。シリン
ダヘッド3には、シリンダ中心軸線に対して鋭角に向け
られ、2つの噴射口6a,6bを有する燃料噴射ノズル6
と、プラグポケット5に臨む点火プラグ7とが設けられ
ている。
本実施例の筒内直接噴射式火花点火機関は、以下のよ
うに動作する。
燃焼室4内で燃焼を完了させるエンジンの低負荷域に
おいて、極低負荷の場合は、圧縮行程にあるピストン2
が位置Aに達した時、燃料の必要量が極めて少量のため
に、極短時間燃料噴射を行なう(第3図参照)。噴射口
6a及び6bから噴射された燃料は、ガイド溝4cだけに当
り、蒸発して大部分がスワールによってプラグポケット
5に集中して点火に最適な濃度の混合気を形成し、その
他が深皿部4aに希薄な混合気を形成する。
通常の低負荷の場合は、圧縮行程にあるピストン2が
位置Bに達した時、燃料の必要量が多少増加するため
に、極低負荷時よりは長く燃料噴射を行なう(第3図参
照)。この時の燃料噴射開始時期は、極低負荷時に比べ
て若干早いために、噴射口6aから噴射された燃料は、浅
皿部4bに、また噴射口6bから噴射された燃料は、ガイド
溝4cに当る。噴射時間が多少長いために、噴射終了時に
は、ピストン2の上昇に伴い噴射口6aからの燃料噴射が
少しだけガイド溝4cにかかる。一方噴射口6bからの噴射
燃料は、ピストン2が上昇してもガイド溝4cにある程度
の幅があるために、ガイド溝4cに当っている。
この時間内に噴射された燃料の内、ガイド溝4cに噴射
された燃料を前述の極低負荷域の噴射量と同量にすれ
ば、極低負荷域と同様な混合気が、プラグポケット5及
び深皿部4aに形成され、それ以外に噴射された燃料は、
浅皿部4bで蒸発霧化され、プラグポケット5に入ること
なしに、浅皿部4b内に混合気を形成する。
極低負荷域及び低負荷域において、このように燃焼室
4内に混合気を形成すれば、点火プラグ7によってプラ
グポケット5内の混合気が容易に着火し、その火炎が燃
焼室4内の混合気に伝播する。
第4図及び第5図に第2の実施例を示す。これは、噴
射口6a及び6bから第1の実施例と逆の場合であり、各噴
射口から噴射された燃料の状態の低負荷域と極低負荷域
の比較図を第6図に示す。本実施例も、第1の実施例と
同様の効果を生じる。
〔発明の効果〕
このように、本発明の筒内直接噴射式火花点火機関に
よれば、燃料噴射ノズルは少なくとも二つの噴射口を有
し、二つの噴射口の燃料噴射方向は、圧縮行程後半にお
ける第一位置範囲内にあるピストンに対して、一方の前
記噴射口から噴射された燃料が主にガイド溝に衝突する
と共に、他方の噴射口から噴射された燃料が主に浅皿部
に衝突することを可能とし、第一位置範囲後の第二位置
範囲内にあるピストンに対して、二つの噴射口から噴射
された燃料が主に前記ガイド溝に衝突することを可能と
するように、互いに異なっており、内燃機関の低負荷域
では、ピストンが第一位置範囲内にある時に燃料噴射ノ
ズルから燃料噴射を実施し、内燃機関の極低負荷域で
は、ピストンが第二位置範囲内にある時に燃料噴射ノズ
ルから燃料噴射を実施するようになっているために、燃
料噴射時間が極短時間となる極低負荷域に比較して低負
荷域には、燃料噴射中にガイド溝に衝突し続ける噴流の
数が減少し、燃料噴射中のピストン高さ位置が多少ずれ
ていても所望量の燃料がガイド溝に供給され、点火プラ
グ近傍に点火に最適な濃度の混合気を形成することが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による第1の実施例の筒内直接噴射式火
花点火機関の断面平面図、第2図は第1図の断面側面
図、第3図は第1の実施例の噴射口6a及び6bから噴射さ
れる燃料の状態の極低負荷域と低負荷域の比較図、第4
図は第2の実施例の筒内直接噴射式火花点火機関の断面
平面図、第5図は第4図の断面側面図、第6図は第2の
実施例の第3図と同様な比較図を示す。 2……ピストン、4……燃焼室、 4a……深皿部、4b……浅皿部、 4c……ガイド溝、5……プラグポケット、 6……噴射ノズル、6a,6b……噴射口、 7……点火プラグ。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02D 41/00 - 41/40 F02B 23/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ピストンの頂面に設けられ、内側に深皿部
    及び外側に浅皿部を有する燃焼室と、前記燃焼室の深皿
    部に臨む点火プラグと、前記燃焼室内に燃料を噴射する
    燃料噴射ノズルとを具備し、前記燃焼室の深皿部上部に
    は、前記点火プラグ近傍に燃料を導くガイド溝が設けら
    れ、前記燃料噴射ノズルは少なくとも二つの噴射口を有
    し、前記二つの噴射口の燃料噴射方向は、圧縮行程後半
    における第一位置範囲内にある前記ピストンに対して、
    一方の前記噴射口から噴射された燃料が主に前記ガイド
    溝に衝突すると共に、他方の前記噴射口から噴射された
    燃料が主に前記浅皿部に衝突することを可能とし、前記
    第一位置範囲後の第二位置範囲内にある前記ピストンに
    対して、前記二つの噴射口から噴射された燃料が主に前
    記ガイド溝に衝突することを可能とするように、互いに
    異なっており、内燃機関の低負荷域では、前記ピストン
    が前記第一位置範囲内にある時に前記燃料噴射ノズルか
    ら燃料噴射を実施し、内燃機関の極低負荷域では、前記
    ピストンが前記第二位置範囲内にある時に前記燃料噴射
    ノズルから燃料噴射を実施することを特徴とする筒内直
    接噴射式火花点火機関。
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