JP2936805B2 - 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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- JP2936805B2 JP2936805B2 JP3160465A JP16046591A JP2936805B2 JP 2936805 B2 JP2936805 B2 JP 2936805B2 JP 3160465 A JP3160465 A JP 3160465A JP 16046591 A JP16046591 A JP 16046591A JP 2936805 B2 JP2936805 B2 JP 2936805B2
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- groove
- fuel injection
- injected
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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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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【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、凹溝端部
の上部壁面を凹溝端部の下部壁面に対し燃料噴射弁と反
対側に後退させてこれら上部壁面と下部壁面間に段部を
形成し、各凹溝側壁面を凹溝端部の下部壁面から燃料噴
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、凹溝端部
の上部壁面を凹溝端部の下部壁面に対し燃料噴射弁と反
対側に後退させてこれら上部壁面と下部壁面間に段部を
形成し、各凹溝側壁面を凹溝端部の下部壁面から燃料噴
射弁側に向けてほぼまっすぐに延設している。
【０００５】凹溝底壁面上に噴射された燃料は凹溝端部
に達した後凹溝端部の下部壁面に沿い上昇し、次いで燃
料は凹溝端部の下部壁面と上部壁面間に形成された段部
に沿うように向きを変え、次いで凹溝端部の上部壁面に
沿い上昇して点火栓の周りに混合気を形成する。この場
合、各凹溝側壁面が凹溝端部の下部壁面から燃料噴射弁
側に向けてほぼまっすぐに延設されているので凹溝側壁
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。
に達した後凹溝端部の下部壁面に沿い上昇し、次いで燃
料は凹溝端部の下部壁面と上部壁面間に形成された段部
に沿うように向きを変え、次いで凹溝端部の上部壁面に
沿い上昇して点火栓の周りに混合気を形成する。この場
合、各凹溝側壁面が凹溝端部の下部壁面から燃料噴射弁
側に向けてほぼまっすぐに延設されているので凹溝側壁
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17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18と、ほぼ平坦を
なす底壁面19とにより画定される。図１および図２から
わかるように凹溝端部17の上部壁面16ａは凹溝端部17の
下部壁面15ａに対し燃料噴射弁14と反対側に後退せしめ
られており、また各側壁面18の上部側壁面16ｂは下部側
壁面15ｂに対し燃料噴射弁14と反対側に後退せしめられ
ている。従って上部壁面16ａと下部壁面15ａの間、およ
び上部側壁面16ｂと下部側壁面15ｂの間にはほぼ平坦を
なしてく字形に延びる段部20が形成される。なお、図１
からわかるように上部側壁面16ｂと下部側壁面15ｂはい
ずれも凹溝端部17から燃料噴射弁14側に向けて次第に拡
開しつつ延びている。
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17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18と、ほぼ平坦を
なす底壁面19とにより画定される。図１および図２から
わかるように凹溝端部17の上部壁面16ａは凹溝端部17の
下部壁面15ａに対し燃料噴射弁14と反対側に後退せしめ
られており、また各側壁面18の上部側壁面16ｂは下部側
壁面15ｂに対し燃料噴射弁14と反対側に後退せしめられ
ている。従って上部壁面16ａと下部壁面15ａの間、およ
び上部側壁面16ｂと下部側壁面15ｂの間にはほぼ平坦を
なしてく字形に延びる段部20が形成される。なお、図１
からわかるように上部側壁面16ｂと下部側壁面15ｂはい
ずれも凹溝端部17から燃料噴射弁14側に向けて次第に拡
開しつつ延びている。
【００１０】また、図１からわかるように凹溝端部17の
上部壁面16ａおよび下部壁面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、各上
部側壁面16ｂおよび各下部側壁面15ｂもこの垂直平面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ヘッド内壁面部分３
ｃとの間にはスキッシュエリア21が形成される。
上部壁面16ａおよび下部壁面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、各上
部側壁面16ｂおよび各下部側壁面15ｂもこの垂直平面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ヘッド内壁面部分３
ｃとの間にはスキッシュエリア21が形成される。
【００１１】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Ｉl 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Ｉl 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。
【００１２】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。
【００１３】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。
【００１４】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19に向けて斜めに噴射される。この噴射燃料は凹
溝底壁面19上に衝突した後図６において矢印Ｆで示すよ
うに下部側壁面15ｂに沿いつつ凹溝端部17の下部壁面15
ａに向けて進行する。次いでこの噴射燃料は下部壁面15
ａに衝突し、このとき一部の噴射燃料が微粒化せしめら
れる。即ち、噴射燃料は下部壁面15ａと衝突することに
よって第１回目の微粒化作用が行われる。
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19に向けて斜めに噴射される。この噴射燃料は凹
溝底壁面19上に衝突した後図６において矢印Ｆで示すよ
うに下部側壁面15ｂに沿いつつ凹溝端部17の下部壁面15
ａに向けて進行する。次いでこの噴射燃料は下部壁面15
ａに衝突し、このとき一部の噴射燃料が微粒化せしめら
れる。即ち、噴射燃料は下部壁面15ａと衝突することに
よって第１回目の微粒化作用が行われる。
【００１５】次いで噴射燃料は矢印Ｆで示すように下部
壁面15ａに沿って上昇し、次いで慣性力によって段部20
に沿う方向に向かう。このとき噴射燃料は下部壁面15ａ
と段部20間に形成されている角部を通過するために噴射
燃料がひきちぎられて微粒化せしめられ、斯くしてこの
ときに第２回目の微粒化作用が行われる。次いで噴射燃
料は上部壁面16ａに衝突し、この衝突作用によって第３
回目の微粒化作用が行われる。このように凹溝底壁面19
上に噴射された燃料は３回の微粒化作用を受けるために
燃料は良好に微粒化せしめられ、斯くして図６において
Ｇで示されるように点火栓10の周りには十分に気化した
混合気が形成される。斯くして混合気は点火栓10により
容易に着火せしめられることになる。
壁面15ａに沿って上昇し、次いで慣性力によって段部20
に沿う方向に向かう。このとき噴射燃料は下部壁面15ａ
と段部20間に形成されている角部を通過するために噴射
燃料がひきちぎられて微粒化せしめられ、斯くしてこの
ときに第２回目の微粒化作用が行われる。次いで噴射燃
料は上部壁面16ａに衝突し、この衝突作用によって第３
回目の微粒化作用が行われる。このように凹溝底壁面19
上に噴射された燃料は３回の微粒化作用を受けるために
燃料は良好に微粒化せしめられ、斯くして図６において
Ｇで示されるように点火栓10の周りには十分に気化した
混合気が形成される。斯くして混合気は点火栓10により
容易に着火せしめられることになる。
【００１６】上述したように凹溝底壁面19上に噴射され
た燃料は図６の矢印Ｆで示すように凹溝端部17の下部壁
面15ａに向けて進行するがこのときの噴射燃料の挙動に
ついて図８を参照しつつ詳しく説明する。図８において
鎖線Ｒは凹溝底壁面19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Ｆ
1 ，Ｆ2 は凹溝底壁面19上に衝突後も慣性力によって噴
射方向に進行し、次いで下部側壁面15ｂまで進んだ後に
下部側壁面15ｂに沿いつつ凹溝端部17の下部壁面15ａに
向けて進行する。ところで各下部側壁面15ｂは凹溝端部
17の下部壁面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下部側壁面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、従って下部側壁面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ｖ1 ，ｖ2 は噴射中心に近い噴射燃料ほど速くな
る。
た燃料は図６の矢印Ｆで示すように凹溝端部17の下部壁
面15ａに向けて進行するがこのときの噴射燃料の挙動に
ついて図８を参照しつつ詳しく説明する。図８において
鎖線Ｒは凹溝底壁面19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Ｆ
1 ，Ｆ2 は凹溝底壁面19上に衝突後も慣性力によって噴
射方向に進行し、次いで下部側壁面15ｂまで進んだ後に
下部側壁面15ｂに沿いつつ凹溝端部17の下部壁面15ａに
向けて進行する。ところで各下部側壁面15ｂは凹溝端部
17の下部壁面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下部側壁面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、従って下部側壁面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ｖ1 ，ｖ2 は噴射中心に近い噴射燃料ほど速くな
る。
【００１７】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19′
上に燃料を噴射すると凹溝側壁面18′に対する各噴射燃
料Ｆ1 ′，Ｆ2 ′の入射角θ 1 ′，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18′に
沿って進行を開始しはじめたときの噴射燃料Ｆ1′，Ｆ
2 ′の流動速度ｖ1 ′，ｖ2 ′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ｖ1 ′＞ｖ2 ′な
る関係があると各凹溝側壁面18′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17′に集まり、次いで
ほぼ同時期に凹溝端部17′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H
C, 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19′
上に燃料を噴射すると凹溝側壁面18′に対する各噴射燃
料Ｆ1 ′，Ｆ2 ′の入射角θ 1 ′，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18′に
沿って進行を開始しはじめたときの噴射燃料Ｆ1′，Ｆ
2 ′の流動速度ｖ1 ′，ｖ2 ′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ｖ1 ′＞ｖ2 ′な
る関係があると各凹溝側壁面18′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17′に集まり、次いで
ほぼ同時期に凹溝端部17′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H
C, COが発生することになる。
【００１８】これに対して図８に示されるようにｖ1 ＜
ｖ2 なる関係があると噴射燃料Ｆ2 が凹溝端部17の下部
壁面15ａに到達しても噴射燃料Ｆ1 は依然として凹溝端
部17の下部壁面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17の下部壁面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17の下部壁面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。
ｖ2 なる関係があると噴射燃料Ｆ2 が凹溝端部17の下部
壁面15ａに到達しても噴射燃料Ｆ1 は依然として凹溝端
部17の下部壁面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17の下部壁面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17の下部壁面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。
【００１９】上述したように噴射燃料は慣性力によって
凹溝底壁面19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19に沿う旋回流Ｘとな
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21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19に
沿って進む。このように燃焼室４内には旋回流Ｘおよび
スキッシュ流Ｓが発生するので噴射燃料が凹溝端部17の
下部壁面15ａから段部20の方向に進むときに噴射燃料に
はこれら旋回流Ｘおよびスキッシュ流Ｓによって剪断力
が与えられ、斯くして噴射燃料の微粒化が更に促進され
ることになる。
凹溝底壁面19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19に沿う旋回流Ｘとな
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21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19に
沿って進む。このように燃焼室４内には旋回流Ｘおよび
スキッシュ流Ｓが発生するので噴射燃料が凹溝端部17の
下部壁面15ａから段部20の方向に進むときに噴射燃料に
はこれら旋回流Ｘおよびスキッシュ流Ｓによって剪断力
が与えられ、斯くして噴射燃料の微粒化が更に促進され
ることになる。
【００２０】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。
【００２１】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Ｉh2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Ｉh2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。
【００２２】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燃料が第１燃料
噴射弁14ａから凹溝底壁面19に向けて斜めに噴射され、
この噴射燃料は凹溝底壁面19上に衝突した後下部側壁面
15ｂに沿いつつ凹溝端部17の下部壁面15ａに向けて進行
する。次いでこの噴射燃料は下部壁面15ａに沿い上昇し
た後、段部20に沿う方向に向きを変えて上部壁面16ａに
衝突し、従ってこの実施例においても３段階の微粒化作
用が行われる。また、この実施例においても各下部側壁
面15ｂは凹溝端部17の下部壁面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
ように下部側壁面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、従って下部側壁面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ｖ1 ，ｖ2
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17の下部壁面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燃料が第１燃料
噴射弁14ａから凹溝底壁面19に向けて斜めに噴射され、
この噴射燃料は凹溝底壁面19上に衝突した後下部側壁面
15ｂに沿いつつ凹溝端部17の下部壁面15ａに向けて進行
する。次いでこの噴射燃料は下部壁面15ａに沿い上昇し
た後、段部20に沿う方向に向きを変えて上部壁面16ａに
衝突し、従ってこの実施例においても３段階の微粒化作
用が行われる。また、この実施例においても各下部側壁
面15ｂは凹溝端部17の下部壁面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
ように下部側壁面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、従って下部側壁面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ｖ1 ，ｖ2
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17の下部壁面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。
【００２３】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。
【００２４】
【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十分に気化せしめられた最適な濃度
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十分に気化せしめられた最適な濃度
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…下部壁面 15ｂ…下部側壁面 16ａ…上部壁面 16ｂ…上部側壁面 17…凹溝端部 18…凹溝側壁面 19…凹溝底壁面 20…段部
───────────────────────────────────────────────────── 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 (56)参考文献 特開 平４−370319（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−224229（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−65864（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−124042（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−52333（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、凹溝端部
の上部壁面を凹溝端部の下部壁面に対し燃料噴射弁と反
対側に後退させて該上部壁面と下部壁面間に段部を形成
し、各凹溝側壁面を該凹溝端部の下部壁面から燃料噴射
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 (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3160465A JP2936805B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | 筒内噴射式内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3160465A JP2936805B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | 筒内噴射式内燃機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0510138A JPH0510138A (ja) | 1993-01-19 |
| JP2936805B2 true JP2936805B2 (ja) | 1999-08-23 |
Family
ID=15715535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3160465A Expired - Fee Related JP2936805B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | 筒内噴射式内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2936805B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006144647A (ja) * | 2004-11-18 | 2006-06-08 | Hitachi Ltd | 筒内噴射式エンジン及びその制御装置 |
-
1991
- 1991-07-01 JP JP3160465A patent/JP2936805B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006144647A (ja) * | 2004-11-18 | 2006-06-08 | Hitachi Ltd | 筒内噴射式エンジン及びその制御装置 |
| JP4541846B2 (ja) * | 2004-11-18 | 2010-09-08 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 筒内噴射式エンジン |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0510138A (ja) | 1993-01-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |