JP2940232B2 - 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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- JP2940232B2 JP2940232B2 JP3173921A JP17392191A JP2940232B2 JP 2940232 B2 JP2940232 B2 JP 2940232B2 JP 3173921 A JP3173921 A JP 3173921A JP 17392191 A JP17392191 A JP 17392191A JP 2940232 B2 JP2940232 B2 JP 2940232B2
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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)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (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部を形成すると共に
燃料噴射弁から凹部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)。
燃料噴射弁から凹部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部をピストン頂面上に形成
すると共に燃料噴射弁から凹部底壁面に向け斜めに燃料
を噴射して凹部底壁面に衝突した噴射燃料を凹部側壁面
に沿いつつ点火栓下方の凹部端部に向かわせ、各凹部側
壁面を凹部端部から燃料噴射弁側に向けてほぼまっすぐ
に延設し、凹部底壁面を燃料の流動方向に向けて波形を
なす波形断面形状に形成している。
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部をピストン頂面上に形成
すると共に燃料噴射弁から凹部底壁面に向け斜めに燃料
を噴射して凹部底壁面に衝突した噴射燃料を凹部側壁面
に沿いつつ点火栓下方の凹部端部に向かわせ、各凹部側
壁面を凹部端部から燃料噴射弁側に向けてほぼまっすぐ
に延設し、凹部底壁面を燃料の流動方向に向けて波形を
なす波形断面形状に形成している。
【0005】
【作用】凹部底壁面に衝突した噴射燃料は波形断面形状
をなす凹部底壁面に沿いつつ凹部側壁面に向けて進行す
る。このとき燃料の流動速度は波形断面形状を形成する
各凹凸面上を移動するにつれて次第に減速されていく。
この場合、燃料噴射弁により近い凹部底壁面部分に衝突
した噴射燃料部分ほどより多くの凹凸面上を移動するこ
とになるのでその流動速度がより大きく減速され、従っ
て凹部底壁面に沿い流れる各燃料が凹部側壁面に到達す
るまでには時間差を生ずる。更に、各凹部側壁面が凹部
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
ていると凹部側壁面に沿って凹部端部に向かい始める燃
料の流動速度は凹部端部に近いほど速くなる。従って凹
部側壁面に沿い流れる各燃料が凹部端部に到達するまで
にも時間差を生ずる。斯くして凹部底壁面に向けて噴射
された各燃料が凹部底壁面および凹部側壁面に沿い流れ
て凹部端部に到達するまでにはかなりの量の時間差を生
じ、早期に凹部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。
をなす凹部底壁面に沿いつつ凹部側壁面に向けて進行す
る。このとき燃料の流動速度は波形断面形状を形成する
各凹凸面上を移動するにつれて次第に減速されていく。
この場合、燃料噴射弁により近い凹部底壁面部分に衝突
した噴射燃料部分ほどより多くの凹凸面上を移動するこ
とになるのでその流動速度がより大きく減速され、従っ
て凹部底壁面に沿い流れる各燃料が凹部側壁面に到達す
るまでには時間差を生ずる。更に、各凹部側壁面が凹部
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
ていると凹部側壁面に沿って凹部端部に向かい始める燃
料の流動速度は凹部端部に近いほど速くなる。従って凹
部側壁面に沿い流れる各燃料が凹部端部に到達するまで
にも時間差を生ずる。斯くして凹部底壁面に向けて噴射
された各燃料が凹部底壁面および凹部側壁面に沿い流れ
て凹部端部に到達するまでにはかなりの量の時間差を生
じ、早期に凹部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上には窪み部5が形成され、この窪み部
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、窪み部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は窪み部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上には窪み部5が形成され、この窪み部
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、窪み部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は窪み部5の周壁8を介して互
いに接続されている。
【0007】この窪み部周壁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。
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。
【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。図1、図2および図4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部15が形成される。この凹部15は点
火栓10下方の凹部の端部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
ように凹部端部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
に凹部端部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
部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1、図2および図4からわかるように
凹部底壁面15c上には燃料噴射弁14側を中心にしてほぼ
円弧状に延びる溝20の列が凹部底壁面15cのほぼ全体に
亘って形成されている。これら溝20の列は垂直平面K−
Kに関して対称的な形状を有する。一方、燃料噴射弁14
からは図1に示されるように燃料が垂直平面K−Kに沿
い凹部底壁面15cに対して斜め方向に噴射される。図5
に示されるように各溝20の溝面21は噴射燃料の噴射軸線
Zに対して角度αをなす方向に延びており、この角度α
は90°、または90°よりも若干小さい角度に形成されて
いる。従って凹部底壁面15cは凹部底壁面15c上におけ
る燃料の流動方向に向けて波形をなす波形断面形状に形
成されている。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に関し凹部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3cとの間にはスキッシュエリア16が形成される。
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。図1、図2および図4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部15が形成される。この凹部15は点
火栓10下方の凹部の端部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
ように凹部端部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
に凹部端部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
部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1、図2および図4からわかるように
凹部底壁面15c上には燃料噴射弁14側を中心にしてほぼ
円弧状に延びる溝20の列が凹部底壁面15cのほぼ全体に
亘って形成されている。これら溝20の列は垂直平面K−
Kに関して対称的な形状を有する。一方、燃料噴射弁14
からは図1に示されるように燃料が垂直平面K−Kに沿
い凹部底壁面15cに対して斜め方向に噴射される。図5
に示されるように各溝20の溝面21は噴射燃料の噴射軸線
Zに対して角度αをなす方向に延びており、この角度α
は90°、または90°よりも若干小さい角度に形成されて
いる。従って凹部底壁面15cは凹部底壁面15c上におけ
る燃料の流動方向に向けて波形をなす波形断面形状に形
成されている。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に関し凹部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3cとの間にはスキッシュエリア16が形成される。
【0009】図6に示されるように図1から図5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6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6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6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6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。
【0010】図7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。
【0011】次に図8から図11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8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9
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8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9
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。
【0012】図1および図8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第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
部底壁面15cに向けて斜めに噴射される。この噴射燃料
は凹部底壁面15c上に衝突した後凹部側壁面15bに沿い
つつ凹部端部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10を参照しつつ説明する。
荷運転時および機関中負荷運転時の第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
部底壁面15cに向けて斜めに噴射される。この噴射燃料
は凹部底壁面15c上に衝突した後凹部側壁面15bに沿い
つつ凹部端部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10を参照しつつ説明する。
【0013】図10において鎖線Rは凹部底壁面15c上に
おける噴射燃料の衝突領域を示しており、矢印F1 ,F
2 は噴射燃料の代表的な2つの流れを示している。図10
に示されるように噴射燃料F1 ,F2 は凹部底壁面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
凹部側壁面15bまで進んだ後に凹部側壁面15bに沿いつ
つ凹部端部15aに向けて進行する。ところで各凹部側壁
面15bは凹部端部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凹部側壁面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、従って凹部側壁面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。
おける噴射燃料の衝突領域を示しており、矢印F1 ,F
2 は噴射燃料の代表的な2つの流れを示している。図10
に示されるように噴射燃料F1 ,F2 は凹部底壁面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
凹部側壁面15bまで進んだ後に凹部側壁面15bに沿いつ
つ凹部端部15aに向けて進行する。ところで各凹部側壁
面15bは凹部端部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凹部側壁面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、従って凹部側壁面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。
【0014】これに対して図11に示されるようにピスト
ン2′の頂面上に形成された凹部15′の輪郭形状を円形
とし、燃料噴射弁14′から凹部15′の平坦な底壁面15
c′上に燃料を噴射すると凹部側壁面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大きくなり、従って凹部側壁面
15b′に沿って進行を開始しはじめたときの噴射燃料F
1 ′,F2 ′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v 1 ′>
v2 ′なる関係があると各凹部側壁面15b′に沿って流
れる燃料又は混合気はほぼ同時期に凹部端部15a′に集
まり、次いでほぼ同時期に凹部端部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部15′の輪郭形状を円形
とし、燃料噴射弁14′から凹部15′の平坦な底壁面15
c′上に燃料を噴射すると凹部側壁面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大きくなり、従って凹部側壁面
15b′に沿って進行を開始しはじめたときの噴射燃料F
1 ′,F2 ′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v 1 ′>
v2 ′なる関係があると各凹部側壁面15b′に沿って流
れる燃料又は混合気はほぼ同時期に凹部端部15a′に集
まり、次いでほぼ同時期に凹部端部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10に示されるようにv1 <
v2 なる関係があると噴射燃料F2 が凹部端部15aに到
達しても噴射燃料F1 は依然として凹部端部15aに向け
て進行中であり、従って各噴射燃料F1 ,F2 が凹部端
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 が凹部端部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10に示すよう
な形状の凹部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 が凹部端部15aに到
達しても噴射燃料F1 は依然として凹部端部15aに向け
て進行中であり、従って各噴射燃料F1 ,F2 が凹部端
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 が凹部端部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10に示すよう
な形状の凹部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】また、上述のように凹部底壁面15c上には
溝20の列が形成されており、即ち凹部底壁面15cは凹部
底壁面15c上における燃料の流動方向に向けて波形をな
す波形断面形状に形成されている。従って、噴射燃料が
図10において鎖線Rで示されるように凹部底壁面15c上
に衝突した後凹部底壁面15cに沿いつつ凹部側壁面15b
に向けて進行するときに、燃料の流動速度は凹部底壁面
15cの各溝20上を移動するにつれて次第に減速されてい
く。このとき、衝突領域Rの中で燃料噴射弁14により近
い領域において凹部底壁面15cと衝突した噴射燃料ほど
より多くの溝20上を移動することになるのでその流動速
度がより大きく減速されることになる。従って凹部底壁
面15cに沿い流れる各燃料が凹部側壁面15bに到達する
までにも時間差を生ずることになる。このように凹部底
壁面15cに沿い流れる各燃料が凹部側壁面15bに到達す
るのに時間差を生じ、更に上述のように凹部側壁面15b
に沿い流れる各燃料が凹部端部15aに到達するのにも時
間差を生ずるので、図10において鎖線Rで示されるよう
に凹部底壁面15c上に衝突した各噴射燃料が凹部底壁面
15cおよび凹部側壁面15bに沿い流れて凹部端部15aに
到達するのにかなりの量の時間差を生ずることになる。
斯くして、点火時期また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周りに常に最適な濃
度の混合気を形成することが正確かつ容易に行えること
になる。
溝20の列が形成されており、即ち凹部底壁面15cは凹部
底壁面15c上における燃料の流動方向に向けて波形をな
す波形断面形状に形成されている。従って、噴射燃料が
図10において鎖線Rで示されるように凹部底壁面15c上
に衝突した後凹部底壁面15cに沿いつつ凹部側壁面15b
に向けて進行するときに、燃料の流動速度は凹部底壁面
15cの各溝20上を移動するにつれて次第に減速されてい
く。このとき、衝突領域Rの中で燃料噴射弁14により近
い領域において凹部底壁面15cと衝突した噴射燃料ほど
より多くの溝20上を移動することになるのでその流動速
度がより大きく減速されることになる。従って凹部底壁
面15cに沿い流れる各燃料が凹部側壁面15bに到達する
までにも時間差を生ずることになる。このように凹部底
壁面15cに沿い流れる各燃料が凹部側壁面15bに到達す
るのに時間差を生じ、更に上述のように凹部側壁面15b
に沿い流れる各燃料が凹部端部15aに到達するのにも時
間差を生ずるので、図10において鎖線Rで示されるよう
に凹部底壁面15c上に衝突した各噴射燃料が凹部底壁面
15cおよび凹部側壁面15bに沿い流れて凹部端部15aに
到達するのにかなりの量の時間差を生ずることになる。
斯くして、点火時期また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周りに常に最適な濃
度の混合気を形成することが正確かつ容易に行えること
になる。
【0017】上述したように噴射燃料は慣性力によって
凹部底壁面15c上を点火栓10の下方に向けて流れる。と
ころで図7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8に示されるように凹部底壁面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8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も凹部底壁面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、凹部底壁面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。
凹部底壁面15c上を点火栓10の下方に向けて流れる。と
ころで図7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8に示されるように凹部底壁面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8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も凹部底壁面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、凹部底壁面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。
【0018】また、上述のように燃料噴射弁14から噴射
された燃料は図10に示す衝突領域Rにおいて図5に示さ
れるように凹部底壁面15cの各溝面21上にほぼ垂直に衝
突する。このように噴射燃料が各溝面21上にほぼ垂直に
衝突することにより、衝突した燃料の微粒化および霧化
が促進される。更に凹部底壁面15cに沿い流れる燃料の
一部が隣り合う溝面21間の段差部で凹部底壁面15cから
剥離され、これにより燃料の霧化が更に促進される。ま
た各溝20の角部では熱が逃げにくいのでこれら角部は特
に高温を呈する。従って燃料はこれら角部上を移動する
ときに角部から熱を受け、これによっても燃料の気化が
促進される。また、上述のように凹部底壁面15cに沿う
旋回流Xおよびスキッシュ流Sには溝20の列により小さ
な乱れが発生せしめられ、この空気の乱れによって燃料
と空気とのミキシングが促進される。斯くして点火栓10
の周りに集まる混合気は良好に気化せしめられることに
なる。
された燃料は図10に示す衝突領域Rにおいて図5に示さ
れるように凹部底壁面15cの各溝面21上にほぼ垂直に衝
突する。このように噴射燃料が各溝面21上にほぼ垂直に
衝突することにより、衝突した燃料の微粒化および霧化
が促進される。更に凹部底壁面15cに沿い流れる燃料の
一部が隣り合う溝面21間の段差部で凹部底壁面15cから
剥離され、これにより燃料の霧化が更に促進される。ま
た各溝20の角部では熱が逃げにくいのでこれら角部は特
に高温を呈する。従って燃料はこれら角部上を移動する
ときに角部から熱を受け、これによっても燃料の気化が
促進される。また、上述のように凹部底壁面15cに沿う
旋回流Xおよびスキッシュ流Sには溝20の列により小さ
な乱れが発生せしめられ、この空気の乱れによって燃料
と空気とのミキシングが促進される。斯くして点火栓10
の周りに集まる混合気は良好に気化せしめられることに
なる。
【0019】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9に示されるよう
にピストン2が低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9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9に示されるよう
にピストン2が低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9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。
【0020】図12から図19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12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15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6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16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17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18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
18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12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15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6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16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17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18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
18には図示していない)の双方により行われる。
【0021】この実施例では機関低負荷運転時および機
関中負荷運転時の第2回目の燃料噴射時には燃料は第1
燃料噴射弁14aから凹部底壁面15cに向けて斜めに噴射
され、この噴射燃料は凹部底壁面15c上に衝突した後凹
部側壁面15bに沿いつつ凹部端部15aに向けて進行す
る。この実施例においても各凹部側壁面15bは凹部端部
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19に示されるように凹部側壁面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、従って凹部側壁面15bに
沿って進行を開始しはじめたときの各噴射燃料F1 ,F
2 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 が凹部端部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。
関中負荷運転時の第2回目の燃料噴射時には燃料は第1
燃料噴射弁14aから凹部底壁面15cに向けて斜めに噴射
され、この噴射燃料は凹部底壁面15c上に衝突した後凹
部側壁面15bに沿いつつ凹部端部15aに向けて進行す
る。この実施例においても各凹部側壁面15bは凹部端部
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19に示されるように凹部側壁面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、従って凹部側壁面15bに
沿って進行を開始しはじめたときの各噴射燃料F1 ,F
2 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 が凹部端部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。
【0022】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。
【0023】
【発明の効果】ピストン頂面に形成された凹部内に燃料
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】ピストン頂部の斜視図である。
【図5】凹部底壁面の一部を示す拡大断面図である。
【図6】給排気弁の開弁時期と燃料噴射時期を示す線図
である。
である。
【図7】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8】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9】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10】図1と同様のピストン頂面の平面図である。
【図11】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12】別の実施例を示すピストン頂面の平面図であ
る。
る。
【図13】2サイクル機関の側面断面図である。
【図14】シリンダヘッドの底面図である。
【図15】給排気弁の開弁時期と燃料噴射時期を示す線図
である。
である。
【図16】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17】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18】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19】図12と同様のピストン頂面の平面図である。
2…ピストン 3…シリンダヘッド 10…点火栓 14…燃料噴射弁 15…凹部 15a…凹部端部 15b…凹部側壁面 15c…凹部底壁面 20…溝
───────────────────────────────────────────────────── 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 実開 平1−127929(JP,U) 実開 平1−124041(JP,U) 実開 平1−124042(JP,U) 実開 平1−127931(JP,U) 実開 昭58−134625(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02B 23/10 F02B 25/16 F02F 3/26 F02F 3/28 F02M 61/14
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部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部底壁面に向け斜めに燃料
を噴射して凹部底壁面に衝突した噴射燃料を凹部側壁面
に沿いつつ点火栓下方の凹部端部に向かわせ、各凹部側
壁面を該凹部端部から燃料噴射弁側に向けてほぼまっす
ぐに延設し、該凹部底壁面を燃料の流動方向に向けて波
形をなす波形断面形状に形成した筒内噴射式内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3173921A JP2940232B2 (ja) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | 筒内噴射式内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3173921A JP2940232B2 (ja) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | 筒内噴射式内燃機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0518245A JPH0518245A (ja) | 1993-01-26 |
| JP2940232B2 true JP2940232B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=15969547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3173921A Expired - Fee Related JP2940232B2 (ja) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | 筒内噴射式内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2940232B2 (ja) |
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 |
| JP2008057479A (ja) * | 2006-09-01 | 2008-03-13 | Hitachi Ltd | 直噴エンジン |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2771138B1 (fr) * | 1997-11-14 | 2000-02-25 | Renault | Moteur a injection directe et allumage commande |
| JP3147092B2 (ja) | 1998-07-10 | 2001-03-19 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関 |
| CN107636276B (zh) | 2015-05-12 | 2020-03-13 | 瓦锡兰芬兰有限公司 | 四冲程内燃发动机以及用于该发动机的活塞 |
-
1991
- 1991-07-15 JP JP3173921A patent/JP2940232B2/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 |
| JP2008057479A (ja) * | 2006-09-01 | 2008-03-13 | Hitachi Ltd | 直噴エンジン |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0518245A (ja) | 1993-01-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |