JP2936798B2 - 筒内噴射式内燃機関 - Google Patents
筒内噴射式内燃機関Info
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- JP2936798B2 JP2936798B2 JP3150642A JP15064291A JP2936798B2 JP 2936798 B2 JP2936798 B2 JP 2936798B2 JP 3150642 A JP3150642 A JP 3150642A JP 15064291 A JP15064291 A JP 15064291A JP 2936798 B2 JP2936798 B2 JP 2936798B2
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- fuel injection
- fuel
- groove
- wall surface
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
- F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
- F02F1/4214—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
- F02F1/4221—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder particularly for three or more inlet valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- 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
-
- Y—GENERAL 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
- 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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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は筒内噴射式内燃機関に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】ピストン頂面上に凹溝を形成すると共に
燃料噴射弁から凹溝内に向けて燃料を噴射し、燃焼室内
にシリンダ軸線回りの旋回流を発生させてこの旋回流に
より点火栓の周りに着火可能な混合気を形成するように
した筒内噴射式内燃機関が公知である（実開平１−1240
42号公報参照）。
燃料噴射弁から凹溝内に向けて燃料を噴射し、燃焼室内
にシリンダ軸線回りの旋回流を発生させてこの旋回流に
より点火栓の周りに着火可能な混合気を形成するように
した筒内噴射式内燃機関が公知である（実開平１−1240
42号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの筒内
噴射式内燃機関ではシリンダ軸線周りの旋回流を発生さ
せることが必須の要件であるのでシリンダ軸線回りの旋
回流を発生させない場合にはもはやこの噴射方法を採用
することができない。また、旋回流の強さは機関の運転
状態により変化するので点火栓周りの混合気の形成を全
面的に旋回流に依存しているとあらゆる機関の運転状態
に対して最適な混合気を点火栓の周りに形成するのは困
難であるという問題がある。
噴射式内燃機関ではシリンダ軸線周りの旋回流を発生さ
せることが必須の要件であるのでシリンダ軸線回りの旋
回流を発生させない場合にはもはやこの噴射方法を採用
することができない。また、旋回流の強さは機関の運転
状態により変化するので点火栓周りの混合気の形成を全
面的に旋回流に依存しているとあらゆる機関の運転状態
に対して最適な混合気を点火栓の周りに形成するのは困
難であるという問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によればシリンダヘッド内壁面の中心部に点
火栓を配置し、シリンダヘッド内壁面の周縁部に燃料噴
射弁を配置し、点火栓の下方から燃料噴射弁側に向けて
次第に拡開しつつ延びる一対の側壁面とほぼ平担をなす
底壁面とにより画定される凹溝をピストン頂面上に形成
すると共に燃料噴射弁から凹溝底壁面に向け斜めに燃料
を噴射して凹溝底壁面に衝突した噴射燃料を凹溝側壁面
に沿いつつ点火栓下方の凹溝端部に向かわせ、各凹溝側
壁面を凹溝端部から燃料噴射弁側に向けてほぼまっすぐ
に延設している。
めに本発明によればシリンダヘッド内壁面の中心部に点
火栓を配置し、シリンダヘッド内壁面の周縁部に燃料噴
射弁を配置し、点火栓の下方から燃料噴射弁側に向けて
次第に拡開しつつ延びる一対の側壁面とほぼ平担をなす
底壁面とにより画定される凹溝をピストン頂面上に形成
すると共に燃料噴射弁から凹溝底壁面に向け斜めに燃料
を噴射して凹溝底壁面に衝突した噴射燃料を凹溝側壁面
に沿いつつ点火栓下方の凹溝端部に向かわせ、各凹溝側
壁面を凹溝端部から燃料噴射弁側に向けてほぼまっすぐ
に延設している。
【０００５】
【作用】各凹溝側壁面が凹溝端部から燃料噴射弁側に向
けてほぼまっすぐに延設されていると凹溝側壁面に沿っ
て凹溝端部に向かい始める燃料の流速は凹溝端部に近い
ほど速くなる。従って凹溝側壁面に沿い流れる各燃料が
凹溝端部に到達するまでには時間差を生じ、早期に凹溝
端部に到達した燃料によって点火栓周りに可燃混合気が
形成される。
けてほぼまっすぐに延設されていると凹溝側壁面に沿っ
て凹溝端部に向かい始める燃料の流速は凹溝端部に近い
ほど速くなる。従って凹溝側壁面に沿い流れる各燃料が
凹溝端部に到達するまでには時間差を生じ、早期に凹溝
端部に到達した燃料によって点火栓周りに可燃混合気が
形成される。
【０００６】
【実施例】図２および図３を参照すると、１はシリンダ
ブロック、２はシリンダブロック１内で往復動するピス
トン、３はシリンダブロック１上に固定されたシリンダ
ヘッド、４はシリンダヘッド３の内壁面３ａとピストン
２の頂面間に形成された燃焼室を夫々示す。シリンダヘ
ッド内壁面３ａ上には凹溝５が形成され、この凹溝５の
底壁面をなすシリンダヘッド内壁面部分３ｂ上に一対の
給気弁６が配置される。一方、凹溝５を除くシリンダヘ
ッド内壁面部分３ｃは傾斜したほぼ平坦をなし、このシ
リンダヘッド内壁面部分３ｃ上に３個の排気弁７が配置
される。シリンダヘッド内壁面部分３ｂとシリンダヘッ
ド内壁面部分３ｃは凹溝５の周壁８を介して互いに接続
されている。
ブロック、２はシリンダブロック１内で往復動するピス
トン、３はシリンダブロック１上に固定されたシリンダ
ヘッド、４はシリンダヘッド３の内壁面３ａとピストン
２の頂面間に形成された燃焼室を夫々示す。シリンダヘ
ッド内壁面３ａ上には凹溝５が形成され、この凹溝５の
底壁面をなすシリンダヘッド内壁面部分３ｂ上に一対の
給気弁６が配置される。一方、凹溝５を除くシリンダヘ
ッド内壁面部分３ｃは傾斜したほぼ平坦をなし、このシ
リンダヘッド内壁面部分３ｃ上に３個の排気弁７が配置
される。シリンダヘッド内壁面部分３ｂとシリンダヘッ
ド内壁面部分３ｃは凹溝５の周壁８を介して互いに接続
されている。
【０００７】この凹溝周壁８は給気弁６の周縁部に極め
て近接配置されかつ給気弁６の周縁部に沿って円弧状に
延びる一対のマスク壁８ａと、給気弁６間に位置する新
気ガイド壁８ｂと、シリンダヘッド内壁面３ａの周壁と
給気弁６間に位置する一対の新気ガイド壁８ｃとにより
構成される。各マスク壁８ａは最大リフト位置にある給
気弁６よりも下方まで燃焼室４に向けて延びており、従
って排気弁７側に位置する給気弁６周縁部と弁座９間の
開口は給気弁６の開弁期間全体に亙ってマスク壁８ａに
より閉鎖されることになる。また、各新気ガイド壁８
ｂ，８ｃはほぼ同一平面内に位置しており、更にこれら
の新気ガイド壁８ｂ，８ｃは両給気弁６の中心を結ぶ線
に対してほぼ平行に延びている。点火栓10はシリンダヘ
ッド内壁面３ａの中心に位置するようにシリンダヘッド
内壁面部分３ｃ上に配置されている。一方、排気弁７に
対しては排気弁７と弁座11間の開口を覆うマスク壁が設
けられておらず、従って排気弁７が開弁すると排気弁７
と弁座11間に形成される開口はその全体が燃焼室４内に
開口することになる。
て近接配置されかつ給気弁６の周縁部に沿って円弧状に
延びる一対のマスク壁８ａと、給気弁６間に位置する新
気ガイド壁８ｂと、シリンダヘッド内壁面３ａの周壁と
給気弁６間に位置する一対の新気ガイド壁８ｃとにより
構成される。各マスク壁８ａは最大リフト位置にある給
気弁６よりも下方まで燃焼室４に向けて延びており、従
って排気弁７側に位置する給気弁６周縁部と弁座９間の
開口は給気弁６の開弁期間全体に亙ってマスク壁８ａに
より閉鎖されることになる。また、各新気ガイド壁８
ｂ，８ｃはほぼ同一平面内に位置しており、更にこれら
の新気ガイド壁８ｂ，８ｃは両給気弁６の中心を結ぶ線
に対してほぼ平行に延びている。点火栓10はシリンダヘ
ッド内壁面３ａの中心に位置するようにシリンダヘッド
内壁面部分３ｃ上に配置されている。一方、排気弁７に
対しては排気弁７と弁座11間の開口を覆うマスク壁が設
けられておらず、従って排気弁７が開弁すると排気弁７
と弁座11間に形成される開口はその全体が燃焼室４内に
開口することになる。
【０００８】シリンダヘッド３内には給気弁６に対して
給気ポート12が形成され、排気弁７に対して排気ポート
13が形成される。一方、両給気弁６の間のシリンダヘッ
ド内壁面３ａの周縁部には燃料噴射弁14が配置され、こ
の燃料噴射弁14から燃料が燃焼室４内に向けて噴射され
る。
給気ポート12が形成され、排気弁７に対して排気ポート
13が形成される。一方、両給気弁６の間のシリンダヘッ
ド内壁面３ａの周縁部には燃料噴射弁14が配置され、こ
の燃料噴射弁14から燃料が燃焼室４内に向けて噴射され
る。
【０００９】図１および図２に示されるようにピストン
２の頂面上には点火栓10の下方から燃料噴射弁14の先端
部の下方まで延びる凹溝15が形成される。この凹溝15は
点火栓10下方の凹溝端部15ａから燃料噴射弁14側に向け
て次第に拡開しつつ延びる一対の側壁面15ｂと、ほぼ平
坦をなす底壁面15ｃとにより画定され、図２に示される
ように凹溝端部15ａは燃料噴射弁14と反対側に向けて凹
んだ凹状断面形状を有する。また、図１からわかるよう
に凹溝端部15ａは点火栓10と燃料噴射弁14とを含む垂直
平面Ｋ−Ｋ上に形成されており、各側壁面15ｂはこの垂
直平面Ｋ−Ｋに関して対称的な形状を有する。従って凹
溝15は垂直平面Ｋ−Ｋに関して対称的な形状を有するこ
とになる。また、図２に示されるようにピストン２が上
死点に達すると点火栓10に関し凹溝15と反対側に位置す
るピストン２の頂面部分とシリンダヘッド内壁面部分３
ｃとの間にはスキッシュエリア16が形成される。
２の頂面上には点火栓10の下方から燃料噴射弁14の先端
部の下方まで延びる凹溝15が形成される。この凹溝15は
点火栓10下方の凹溝端部15ａから燃料噴射弁14側に向け
て次第に拡開しつつ延びる一対の側壁面15ｂと、ほぼ平
坦をなす底壁面15ｃとにより画定され、図２に示される
ように凹溝端部15ａは燃料噴射弁14と反対側に向けて凹
んだ凹状断面形状を有する。また、図１からわかるよう
に凹溝端部15ａは点火栓10と燃料噴射弁14とを含む垂直
平面Ｋ−Ｋ上に形成されており、各側壁面15ｂはこの垂
直平面Ｋ−Ｋに関して対称的な形状を有する。従って凹
溝15は垂直平面Ｋ−Ｋに関して対称的な形状を有するこ
とになる。また、図２に示されるようにピストン２が上
死点に達すると点火栓10に関し凹溝15と反対側に位置す
るピストン２の頂面部分とシリンダヘッド内壁面部分３
ｃとの間にはスキッシュエリア16が形成される。
【００１０】図４に示されるように図１から図３に示す
実施例では排気弁７が給気弁６よりも先に開弁し、排気
弁７が給気弁６よりも先に閉弁する。また、図４におい
てＩ l は機関低負荷運転時における燃料噴射時期を示し
ており、Ｉm1およびＩm2は機関中負荷運転時における燃
料噴射時期を示しており、Ｉh は機関高負荷運転時にお
ける燃料噴射時期を示している。図４から機関高負荷運
転時における燃料噴射Ｉh は排気弁７が閉弁する頃に行
われ、機関低負荷運転時における燃料噴射Ｉlは高負荷
運転時に比べてかなり遅い時期に行われることがわか
る。また、機関中負荷運転時には２回に分けて燃料噴射
Ｉm1およびＩm2が行われ、このとき第１回目の燃料噴射
Ｉm1は機関高負荷運転時とほぼ同じ時期に行われ、第２
回目の燃料噴射Ｉm2は機関低負荷運転時とほぼ同じ時期
に行われることがわかる。
実施例では排気弁７が給気弁６よりも先に開弁し、排気
弁７が給気弁６よりも先に閉弁する。また、図４におい
てＩ l は機関低負荷運転時における燃料噴射時期を示し
ており、Ｉm1およびＩm2は機関中負荷運転時における燃
料噴射時期を示しており、Ｉh は機関高負荷運転時にお
ける燃料噴射時期を示している。図４から機関高負荷運
転時における燃料噴射Ｉh は排気弁７が閉弁する頃に行
われ、機関低負荷運転時における燃料噴射Ｉlは高負荷
運転時に比べてかなり遅い時期に行われることがわか
る。また、機関中負荷運転時には２回に分けて燃料噴射
Ｉm1およびＩm2が行われ、このとき第１回目の燃料噴射
Ｉm1は機関高負荷運転時とほぼ同じ時期に行われ、第２
回目の燃料噴射Ｉm2は機関低負荷運転時とほぼ同じ時期
に行われることがわかる。
【００１１】図５に示されるように給気弁６および排気
弁７が開弁すると給気弁６を介して燃焼室４内に空気が
流入する。このとき、排気弁７側の給気弁６の開口はマ
スク壁８ａによって覆われているので空気はマスク壁８
ａと反対側の給気弁６の開口から燃焼室４内に流入す
る。この空気は矢印Ｗで示すように給気弁６下方のシリ
ンダボア内壁面に沿い下降し、次いでピストン２の頂面
に沿い進んで排気弁７下方のシリンダボア内壁面に沿い
上昇し、斯くして空気は燃焼室４内をループ状に流れる
ことになる。このループ状に流れる空気Ｗによって燃焼
室４内の既燃ガスが排気弁７を介して排出され、更にこ
のループ状に流れる空気Ｗによって燃焼室４内には垂直
面内で旋回する旋回流Ｘが発生せしめられる。次いでピ
ストン２が下死点ＢＤＣを過ぎて上昇を開始するとその
後燃料噴射弁14からの燃料噴射が開始される。
弁７が開弁すると給気弁６を介して燃焼室４内に空気が
流入する。このとき、排気弁７側の給気弁６の開口はマ
スク壁８ａによって覆われているので空気はマスク壁８
ａと反対側の給気弁６の開口から燃焼室４内に流入す
る。この空気は矢印Ｗで示すように給気弁６下方のシリ
ンダボア内壁面に沿い下降し、次いでピストン２の頂面
に沿い進んで排気弁７下方のシリンダボア内壁面に沿い
上昇し、斯くして空気は燃焼室４内をループ状に流れる
ことになる。このループ状に流れる空気Ｗによって燃焼
室４内の既燃ガスが排気弁７を介して排出され、更にこ
のループ状に流れる空気Ｗによって燃焼室４内には垂直
面内で旋回する旋回流Ｘが発生せしめられる。次いでピ
ストン２が下死点ＢＤＣを過ぎて上昇を開始するとその
後燃料噴射弁14からの燃料噴射が開始される。
【００１２】次に図６から図９を参照して機関低負荷運
転時、機関中負荷運転時および機関高負荷運転時におけ
る燃料噴射方法について説明する。なお、図６は機関低
負荷運転時における燃料噴射Ｉl および機関中負荷運転
時における第２回目の燃料噴射Ｉm2を示しており、図７
は機関中負荷運転時における第１回目の燃料噴射Ｉm1お
よび機関高負荷運転時における燃料噴射Ｉh を示してい
る。
転時、機関中負荷運転時および機関高負荷運転時におけ
る燃料噴射方法について説明する。なお、図６は機関低
負荷運転時における燃料噴射Ｉl および機関中負荷運転
時における第２回目の燃料噴射Ｉm2を示しており、図７
は機関中負荷運転時における第１回目の燃料噴射Ｉm1お
よび機関高負荷運転時における燃料噴射Ｉh を示してい
る。
【００１３】図１および図６に示されるように機関低負
荷運転時および機関中負荷運転時の２回目の燃料噴射時
には燃料は燃料噴射弁14から垂直平面Ｋ−Ｋに沿い凹溝
底壁面15ｃに向けて斜めに噴射される。この噴射燃料は
凹溝底壁面15ｃ上に衝突した後凹溝側壁面15ｂに沿いつ
つ凹溝端部15ａに向けて進行する。次にこのときの噴射
燃料の挙動について図８を参照しつつ説明する。図８に
おいて鎖線Ｒは凹溝底壁面15ｃ上における噴射燃料の衝
突領域を示しており、矢印Ｆ1 ，Ｆ2 は噴射燃料の代表
的な２つの流れを示している。図８に示されるように噴
射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 は凹溝底壁面15ｃ上に衝突後も慣性力
によって噴射方向に進行し、次いで凹溝側壁面15ｂまで
進んだ後に凹溝側壁面15ｂに沿いつつ凹溝端部15ａに向
けて進行する。ところで各凹溝側壁面15ｂは凹溝端部15
ａから燃料噴射弁14側に向けてほぼまっすぐに延びてい
るので凹溝側壁面15ｂに対する各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 の
入射角θ1 ，θ2 は噴射中心に近い噴射燃料ほど小さく
なり、従って凹溝側壁面15ｂに沿って進行を開始しはじ
めたときの各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 の流動速度υ1 ，υ2
は噴射中心に近い噴射燃料ほど速くなる。
荷運転時および機関中負荷運転時の２回目の燃料噴射時
には燃料は燃料噴射弁14から垂直平面Ｋ−Ｋに沿い凹溝
底壁面15ｃに向けて斜めに噴射される。この噴射燃料は
凹溝底壁面15ｃ上に衝突した後凹溝側壁面15ｂに沿いつ
つ凹溝端部15ａに向けて進行する。次にこのときの噴射
燃料の挙動について図８を参照しつつ説明する。図８に
おいて鎖線Ｒは凹溝底壁面15ｃ上における噴射燃料の衝
突領域を示しており、矢印Ｆ1 ，Ｆ2 は噴射燃料の代表
的な２つの流れを示している。図８に示されるように噴
射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 は凹溝底壁面15ｃ上に衝突後も慣性力
によって噴射方向に進行し、次いで凹溝側壁面15ｂまで
進んだ後に凹溝側壁面15ｂに沿いつつ凹溝端部15ａに向
けて進行する。ところで各凹溝側壁面15ｂは凹溝端部15
ａから燃料噴射弁14側に向けてほぼまっすぐに延びてい
るので凹溝側壁面15ｂに対する各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 の
入射角θ1 ，θ2 は噴射中心に近い噴射燃料ほど小さく
なり、従って凹溝側壁面15ｂに沿って進行を開始しはじ
めたときの各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 の流動速度υ1 ，υ2
は噴射中心に近い噴射燃料ほど速くなる。
【００１４】これに対して図９に示されるようにピスト
ン２′の頂面上に形成された凹溝15′の輪郭形状を円形
とし、燃料噴射弁14′から凹溝15′の平坦な底壁面15
ｃ′上に燃料を噴射すると凹溝側壁面15ｂ′に対する各
噴射燃料Ｆ1 ′，Ｆ2 ′の入射角θ1 ′，θ2 ′は噴射
中心に近い噴射燃料ほど大きくなり、従って凹溝側壁面
15ｂ′に沿って進行を開始しはじめたのときの噴射燃料
Ｆ1 ′，Ｆ2 ′の流動速度υ1 ′，υ2 ′は噴射中心に
近い噴射燃料ほど遅くなる。ところがこのようにυ1 ′
＞υ2 ′なる関係があると各凹溝側面15ｂ′に沿って流
れる燃料又は混合気はほぼ同時期に凹溝端部15ａ′に集
まり、次いでほぼ同時期に凹溝端部15ａ′に沿って上昇
して点火栓10の周りに混合気を形成することになる。従
ってこの場合には常にほぼ全噴射燃料によって点火栓10
の周りに混合気が形成されることになり、従ってこのと
き点火栓10周りに形成される混合気の濃度は燃料噴射量
を制御する以外の方法によっては制御することができな
いことになる。斯くして例えば燃料噴射量が少ないとき
に点火栓10の周りに最適な混合気を形成しようとすると
燃料噴射量が増大したときには点火栓10周りに形成され
る混合気は過濃となり、斯くして点火栓10による良好な
着火が得られないばかりでなく、たとえ着火したとして
も多量の未燃ＨＣ，ＣＯが発生することになる。
ン２′の頂面上に形成された凹溝15′の輪郭形状を円形
とし、燃料噴射弁14′から凹溝15′の平坦な底壁面15
ｃ′上に燃料を噴射すると凹溝側壁面15ｂ′に対する各
噴射燃料Ｆ1 ′，Ｆ2 ′の入射角θ1 ′，θ2 ′は噴射
中心に近い噴射燃料ほど大きくなり、従って凹溝側壁面
15ｂ′に沿って進行を開始しはじめたのときの噴射燃料
Ｆ1 ′，Ｆ2 ′の流動速度υ1 ′，υ2 ′は噴射中心に
近い噴射燃料ほど遅くなる。ところがこのようにυ1 ′
＞υ2 ′なる関係があると各凹溝側面15ｂ′に沿って流
れる燃料又は混合気はほぼ同時期に凹溝端部15ａ′に集
まり、次いでほぼ同時期に凹溝端部15ａ′に沿って上昇
して点火栓10の周りに混合気を形成することになる。従
ってこの場合には常にほぼ全噴射燃料によって点火栓10
の周りに混合気が形成されることになり、従ってこのと
き点火栓10周りに形成される混合気の濃度は燃料噴射量
を制御する以外の方法によっては制御することができな
いことになる。斯くして例えば燃料噴射量が少ないとき
に点火栓10の周りに最適な混合気を形成しようとすると
燃料噴射量が増大したときには点火栓10周りに形成され
る混合気は過濃となり、斯くして点火栓10による良好な
着火が得られないばかりでなく、たとえ着火したとして
も多量の未燃ＨＣ，ＣＯが発生することになる。
【００１５】これに対して図８に示されるようにυ1 ＜
υ2 なる関係があると噴射燃料Ｆ2 が凹溝端部15ａに到
達しても噴射燃料Ｆ1 は依然として凹溝端部15ａに向け
て進行中であり、従って各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 が凹溝端
部15ａに到達するのに時間差を生ずることになる。この
ように各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 が凹溝端部15ａに到達する
のに時間差を生ずると点火栓10周りに形成される混合気
は時間を経過するにつれて次第に濃くなることになり、
従ってこの場合には燃料噴射量が一定であっても燃料噴
射から点火が行われるまでの時間を制御することによっ
て点火が行われるときに点火栓10周りに形成される混合
気の濃度を制御できることになる。云い換えると点火が
行われるときに点火栓10周りに最適な濃度の混合気が形
成されるように点火時期又は噴射時期を制御することに
よって点火が行われるときに点火栓10周りに常に最適な
混合気を形成できることになる。従って図８に示すよう
な形状の凹溝15を用いると燃料噴射量によらずに点火栓
10による良好な着火を確保できることになる。
υ2 なる関係があると噴射燃料Ｆ2 が凹溝端部15ａに到
達しても噴射燃料Ｆ1 は依然として凹溝端部15ａに向け
て進行中であり、従って各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 が凹溝端
部15ａに到達するのに時間差を生ずることになる。この
ように各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 が凹溝端部15ａに到達する
のに時間差を生ずると点火栓10周りに形成される混合気
は時間を経過するにつれて次第に濃くなることになり、
従ってこの場合には燃料噴射量が一定であっても燃料噴
射から点火が行われるまでの時間を制御することによっ
て点火が行われるときに点火栓10周りに形成される混合
気の濃度を制御できることになる。云い換えると点火が
行われるときに点火栓10周りに最適な濃度の混合気が形
成されるように点火時期又は噴射時期を制御することに
よって点火が行われるときに点火栓10周りに常に最適な
混合気を形成できることになる。従って図８に示すよう
な形状の凹溝15を用いると燃料噴射量によらずに点火栓
10による良好な着火を確保できることになる。
【００１６】上述したように噴射燃料は慣性力によって
凹溝底壁面15ｃ上を点火栓10の下方に向けて流れる。と
ころで図５に示されるように燃焼室４内に発生した旋回
流Ｘはピストン２が上昇するにつれて減衰しつつ旋回半
径が次第に小さくなり、ピストン２が上死点に近づくと
図６に示されるように凹溝底壁面15ｃに沿う旋回流Ｘと
なる。従って、噴射燃料はこの旋回流Ｘによっても点火
栓10の下方に向かう力が与えられる。また、ピストン２
が更に上死点に近づくと図６において矢印Ｓで示すよう
にスキッシュエリア16からスキッシュ流が噴出し、この
スキッシュ流Ｓも凹溝底壁面15ｃに沿って進む。従って
噴射燃料はこのスキッシュ流Ｓによっても点火栓10の下
方に向かう力が与えられる。また、凹溝底壁面15ｃに沿
い点火栓10の下方に向かう燃料は旋回流Ｘおよびスキッ
シュ流Ｓによって気化せしめられ、斯くして点火栓10の
周りに集まる混合気は十分に気化せしめられることにな
る。
凹溝底壁面15ｃ上を点火栓10の下方に向けて流れる。と
ころで図５に示されるように燃焼室４内に発生した旋回
流Ｘはピストン２が上昇するにつれて減衰しつつ旋回半
径が次第に小さくなり、ピストン２が上死点に近づくと
図６に示されるように凹溝底壁面15ｃに沿う旋回流Ｘと
なる。従って、噴射燃料はこの旋回流Ｘによっても点火
栓10の下方に向かう力が与えられる。また、ピストン２
が更に上死点に近づくと図６において矢印Ｓで示すよう
にスキッシュエリア16からスキッシュ流が噴出し、この
スキッシュ流Ｓも凹溝底壁面15ｃに沿って進む。従って
噴射燃料はこのスキッシュ流Ｓによっても点火栓10の下
方に向かう力が与えられる。また、凹溝底壁面15ｃに沿
い点火栓10の下方に向かう燃料は旋回流Ｘおよびスキッ
シュ流Ｓによって気化せしめられ、斯くして点火栓10の
周りに集まる混合気は十分に気化せしめられることにな
る。
【００１７】一方、機関高負荷運転時および機関中負荷
運転時の第１回目の燃料噴射時には図７に示されるよう
にピストン２が近い位置にあるときに燃料噴射が開始さ
れる。従ってこのときには噴射燃料がピストン２の頂面
の広い領域に亘って衝突するために燃料は燃焼室４内に
良好に分散せしめられる。機関中負荷運転時にはこの第
１回目の燃料噴射Ｉm1によって燃焼室４内に稀薄な混合
気が形成され、この稀薄混合気は第２回目の燃料噴射Ｉ
m2により点火栓10周りに形成された混合気が着火源とな
って燃焼せしめられる。これに対して機関高負荷運転時
には図７に示すように噴射された燃料により燃焼室４内
に形成された混合気が点火栓10により着火せしめられ
る。
運転時の第１回目の燃料噴射時には図７に示されるよう
にピストン２が近い位置にあるときに燃料噴射が開始さ
れる。従ってこのときには噴射燃料がピストン２の頂面
の広い領域に亘って衝突するために燃料は燃焼室４内に
良好に分散せしめられる。機関中負荷運転時にはこの第
１回目の燃料噴射Ｉm1によって燃焼室４内に稀薄な混合
気が形成され、この稀薄混合気は第２回目の燃料噴射Ｉ
m2により点火栓10周りに形成された混合気が着火源とな
って燃焼せしめられる。これに対して機関高負荷運転時
には図７に示すように噴射された燃料により燃焼室４内
に形成された混合気が点火栓10により着火せしめられ
る。
【００１８】図10から図16に第２実施例を示す。この実
施例では各給気弁６近傍のシリンダヘッド内壁面３ａの
周縁部に一対の燃料噴射弁、即ち第１燃料噴射弁14ａと
第２燃料噴射弁14ｂとが配置され、図10からわかるよう
にこれら燃料噴射弁14ａ，14ｂからはシリンダ軸線方向
に向けて燃料が噴射される。図13に示されるようにこの
実施例においても機関低負荷運転時、中負荷運転時およ
び高負荷運転時における燃料噴射時期は図１から図４に
示される実施例と同様であるが、この実施例では機関低
負荷運転時における燃料噴射Ｉl および機関中負荷運転
時における第２回目の燃料噴射Ｉm2は図14に示されるよ
うに第１燃料噴射弁14ａにより行われ、機関中負荷運転
時における第１回目の燃料噴射Ｉm1は図15に示されるよ
うに第２燃料噴射弁14ｂにより行われ、機関高負荷運転
時における燃料噴射Ｉh1およびＩ h2は図16に示されるよ
うに第１燃料噴射弁14ａおよび第２燃料噴射弁14ｂ（図
16には図示していない）の双方により行われる。
施例では各給気弁６近傍のシリンダヘッド内壁面３ａの
周縁部に一対の燃料噴射弁、即ち第１燃料噴射弁14ａと
第２燃料噴射弁14ｂとが配置され、図10からわかるよう
にこれら燃料噴射弁14ａ，14ｂからはシリンダ軸線方向
に向けて燃料が噴射される。図13に示されるようにこの
実施例においても機関低負荷運転時、中負荷運転時およ
び高負荷運転時における燃料噴射時期は図１から図４に
示される実施例と同様であるが、この実施例では機関低
負荷運転時における燃料噴射Ｉl および機関中負荷運転
時における第２回目の燃料噴射Ｉm2は図14に示されるよ
うに第１燃料噴射弁14ａにより行われ、機関中負荷運転
時における第１回目の燃料噴射Ｉm1は図15に示されるよ
うに第２燃料噴射弁14ｂにより行われ、機関高負荷運転
時における燃料噴射Ｉh1およびＩ h2は図16に示されるよ
うに第１燃料噴射弁14ａおよび第２燃料噴射弁14ｂ（図
16には図示していない）の双方により行われる。
【００１９】この実施例では機関低負荷運転時および機
関中負荷運転時の２回目の燃料噴射時には燃料は第１燃
料噴射弁14ａから凹溝底壁面15ｃに向けて斜めに噴射さ
れ、この噴射燃料は凹溝底壁面15ｃ上に衝突した後凹溝
側壁面15ｂに沿いつつ凹溝端部15ａに向けて進行する。
この実施例においても各凹溝側壁面15ｂは凹溝端部15ａ
から燃料噴射弁14側に向けてほぼまっすぐに延びている
ので図17に示されるように凹溝側壁面15ｂに対する各噴
射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 の入射角θ1 ，θ2 は噴射中心に近い
噴射燃料ほど小さくなり、従って凹溝側壁面15ｂに沿っ
て進行を開始しはじめたときの各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 の
流動速度υ1 ，υ2 は噴射中心に近い噴射燃料ほど速く
なる。従って各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2が凹溝端部15ａに到
達するのに時間差を生ずることになり、斯くして点火が
行われるときに点火栓10周りに最適な濃度の混合気を形
成できることになる。
関中負荷運転時の２回目の燃料噴射時には燃料は第１燃
料噴射弁14ａから凹溝底壁面15ｃに向けて斜めに噴射さ
れ、この噴射燃料は凹溝底壁面15ｃ上に衝突した後凹溝
側壁面15ｂに沿いつつ凹溝端部15ａに向けて進行する。
この実施例においても各凹溝側壁面15ｂは凹溝端部15ａ
から燃料噴射弁14側に向けてほぼまっすぐに延びている
ので図17に示されるように凹溝側壁面15ｂに対する各噴
射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 の入射角θ1 ，θ2 は噴射中心に近い
噴射燃料ほど小さくなり、従って凹溝側壁面15ｂに沿っ
て進行を開始しはじめたときの各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 の
流動速度υ1 ，υ2 は噴射中心に近い噴射燃料ほど速く
なる。従って各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2が凹溝端部15ａに到
達するのに時間差を生ずることになり、斯くして点火が
行われるときに点火栓10周りに最適な濃度の混合気を形
成できることになる。
【００２０】なお、これまで本発明を筒内噴射式２サイ
クル機関に適用した場合について説明してきたが本発明
を筒内噴射式４サイクル機関にも適用することができ
る。
クル機関に適用した場合について説明してきたが本発明
を筒内噴射式４サイクル機関にも適用することができ
る。
【００２１】
【発明の効果】ピストン頂面に形成された凹溝内に燃料
を噴射するようにした場合において点火が行われるとき
に点火栓周りに常に最適な濃度の混合気を形成すること
ができる。
を噴射するようにした場合において点火が行われるとき
に点火栓周りに常に最適な濃度の混合気を形成すること
ができる。
【図１】ピストン頂面の平面図である。
【図２】２サイクル機関の側面断面図である。
【図３】シリンダヘッドの底面図である。
【図４】給排気弁の開弁期間と燃料噴射時期を示す線図
である。
である。
【図５】掃気行程時を示す２サイクル機関の側面断面図
である。
である。
【図６】低負荷運転時の燃料噴射および中負荷運転時の
第２回目の燃料噴射を示す２サイクル機関の側面断面図
である。
第２回目の燃料噴射を示す２サイクル機関の側面断面図
である。
【図７】中負荷運転時の第１回目の燃料噴射および高負
荷運転時の燃料噴射を示す２サイクル機関の側面断面図
である。
荷運転時の燃料噴射を示す２サイクル機関の側面断面図
である。
【図８】図１と同様のピストン頂面の平面図である。
【図９】好ましくない例を示すピストン頂面の平面図で
ある。
ある。
【図10】別の実施例を示すピストン頂面の平面図であ
る。
る。
【図11】２サイクル機関の側面断面図である。
【図12】シリンダヘッドの底面図である。
【図13】給排気弁の開弁期間と燃料噴射時期を示す線図
である。
である。
【図14】低負荷運転時の燃料噴射および中負荷運転時の
第２回目の燃料噴射を示す２サイクル機関の側面断面図
である。
第２回目の燃料噴射を示す２サイクル機関の側面断面図
である。
【図15】中負荷運転時の第１回目の燃料噴射を示す２サ
イクル機関の側面断面図である。
イクル機関の側面断面図である。
【図16】高負荷運転時の燃料噴射を示す２サイクル機関
の側面断面図である。
の側面断面図である。
【図17】図10と同様のピストン頂面の平面図である。
２…ピストン 10…点火栓 14…燃料噴射弁 15…凹溝 15ａ…凹溝端部 15ｂ…凹溝側壁面 15ｃ…凹溝底壁面
フロントページの続き (72)発明者 仁平 裕昭 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 中田 浩一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−203613（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−250354（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−244821（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−52333（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−28526（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−134732（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−127929（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−124042（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02B 23/10 F02F 3/26
Claims (1)
- 【請求項１】 シリンダヘッド内壁面の中心部に点火栓
を配置し、シリンダヘッド内壁面の周縁部に燃料噴射弁
を配置し、点火栓の下方から燃料噴射弁側に向けて次第
に拡開しつつ延びる一対の側壁面とほぼ平坦をなす底壁
面とにより画定される凹溝をピストン頂面上に形成する
と共に該燃料噴射弁から該凹溝底壁面に向け斜めに燃料
を噴射して凹溝底壁面に衝突した噴射燃料を凹溝側壁面
に沿いつつ点火栓下方の凹溝端部に向かわせ、各凹溝側
壁面を該凹溝端部から燃料噴射弁側に向けてほぼまっす
ぐに延設した筒内噴射式内燃機関。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3150642A JP2936798B2 (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 筒内噴射式内燃機関 |
| US07/885,440 US5259348A (en) | 1991-06-20 | 1992-05-20 | Direct injection type engine |
| DE69200084T DE69200084T2 (de) | 1991-06-20 | 1992-06-04 | Motor der Direkteinspritzungsart. |
| EP92109447A EP0519275B1 (en) | 1991-06-20 | 1992-06-04 | A direct injection type engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3150642A JP2936798B2 (ja) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | 筒内噴射式内燃機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH051544A JPH051544A (ja) | 1993-01-08 |
| JP2936798B2 true JP2936798B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=15501314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3150642A Expired - Fee Related JP2936798B2 (ja) | 1991-06-20 | 1991-06-21 | 筒内噴射式内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2936798B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR0141074B1 (ko) * | 1994-10-15 | 1998-07-01 | 김태구 | 압축천연가스 엔진의 플로우 제너레이팅 장치 |
| JP3763491B2 (ja) | 1996-10-08 | 2006-04-05 | 富士重工業株式会社 | 筒内噴射エンジンの燃焼室構造 |
| JP3743896B2 (ja) | 1996-10-31 | 2006-02-08 | 富士重工業株式会社 | 筒内噴射式エンジン |
-
1991
- 1991-06-21 JP JP3150642A patent/JP2936798B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH051544A (ja) | 1993-01-08 |
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Legal Events
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090611 Year of fee payment: 10 |
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