JP3575296B2 - 筒内噴射式火花点火機関 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は筒内噴射式火花点火機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
筒内噴射式火花点火機関の中には、例えば特開平９−１４４５４３号公報に示されているように、ピストン冠面の吸気弁配置側にオフセットして円弧状の凹部を形成すると共に、排気弁配置には該凹部の縁部に連なって傾斜した平坦な凸部を形成し、成層燃焼時に燃料噴射弁から前記凹部に向けて噴射された燃料噴霧と、吸気行程で燃焼室に形成された順タンブル流との衝突拡散による混合気形成の促進と必要以上の拡散防止との両立を図ったものや、特開平９−２０９７５８号公報に示されているように、ピストン冠面に中央突起部の稜線を境にして吸気弁配置側の円弧状凹部と排気弁配置側の円弧状凹部とが隣接した側面ω形状の凹部を形成して、成層燃焼時に燃焼室内に形成された順タンブル流による燃料噴霧の点火プラグ周りへの輸送性を向上できるようにしたもの等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらは何れも吸気行程で燃焼室に形成される順タンブル流、即ち、吸気ポートから吸入された吸気が排気弁配置側からピストン冠面に向かい該ピストン冠面で反転して点火プラグ配置側へ向かう縦方向の旋回流によって、成層燃焼時に圧縮行程中に噴射された燃料噴霧を燃焼室中心の点火プラグ周りへ輸送させることにより、横方向旋回流のスワールタイプのものや、縦方向旋回流が順タンブル流とは逆に吸気弁配置側から下向きとなってピストン冠面で反転する逆タンブル流タイプのものに較べて、ピストン冠面に設けた凹部壁面への燃料付着を抑制できる効果がある。
【０００４】
しかしながら、前者のものではピストン冠面の排気弁配置側には傾斜した平坦な凸部を形成してあるため、吸気行程で燃焼室に形成された順タンブル流の保存性が悪く該順タンブル流が圧縮行程でこの凸部によって減衰されてしまい、成層燃焼時における燃料噴霧の点火プラグ周りへの輸送性が損なわれて燃焼が不安定となってしまう可能性がある。
【０００５】
また、後者のものではピストン冠面には側面ω形状の凹部が形成されていて排気弁配置側にも円弧状凹部が存在するため、前記順タンブル流が保存され易く、従って、成層燃焼時における燃料噴霧の点火プラグ周りへの輸送性は前者のものよりも向上できるとしても、ピストン冠面の側面ω形状の凹部には燃料噴射弁の燃料噴射軸線および順タンブル流と平面視してほぼ平行な壁が存在しないため、燃料噴霧のガイド作用が得られず、燃料を点火プラグ近傍に保持するのが難しく、安定した成層燃焼を行えないおそれがある。
【０００６】
しかも、この側面ω形状の凹部はほぼ水平なピストン冠面に凹設して、中央突起部がピストン冠面の基準面よりも大きく突出した形状構成としてあるため、成層燃焼時に噴射燃料がこの中央突起部に衝突して燃料の壁面付着が多く、スモーク，未撚ＨＣの発生原因となってしまうばかりでなく、均質燃焼時に吸気行程噴射を行った場合にこの突出高の大きな中央突起部の存在によりガス流動のよどみが生じて混合気の均質化が難しく、均質燃焼時に出力の低下や未撚ＨＣ，スモークの発生を招来するおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は順タンブル流による燃料噴霧の点火プラグ周りへの輸送性を一段と向上できて成層燃焼を安定化することができると共に、燃料の壁面付着に起因するスモークおよび未撚ＨＣの発生を抑制することができる筒内噴射式火花点火機関を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にあっては、燃焼室の吸気弁配置側の側部に燃料を直接燃焼室に噴射する燃料噴射弁を備えると共に、燃焼室のほぼ中心に臨む位置に点火プラグを備え、成層燃焼時に吸気に順タンブル流を付与した状態で圧縮行程中に燃料噴射を行うようにした筒内噴射式火花点火機関において、ピストン冠面に中央突起部の稜線を境にして吸気弁配置側の円弧状凹部と排気弁配置側の円弧状凹部とが隣接した断面ω形状の凹部を形成し、この吸気弁配置側の円弧状凹部は平面視して燃料噴射弁の噴射軸線方向に長く延在させて幅狭に設定してあると共に、燃料噴射弁の噴射軸線方向と直交する方向の両側に燃料噴霧の拡散を抑制する壁面を備えている一方、排気弁配置側の円弧状凹部を前記燃料噴射弁の噴射軸線方向と直交する方向に長く延在させて幅広に設定して、前記中央突起部の稜線を点火プラグ配設位置よりも排気弁配置側にオフセットした位置に設定し、圧縮行程中に燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧を、吸気弁配置側の円弧状凹部および中央突起部のガイド作用と排気弁配置側の円弧状凹部に集中して旋回する順タンブル流によって点火プラグ周りへ輸送するようにしたことを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明にあっては、請求項１に記載の断面ω形状の凹部の中央突起部の高さを、吸気弁配置側の円弧状凹部と排気弁配置側の円弧状凹部の、中央突起部を中心に相対向する各外縁を結ぶ直線よりも低く設定したことを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明にあっては、請求項１，２に記載の吸気弁配置側の円弧状凹部を排気弁配置側の円弧状凹部よりも深く形成したことを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明にあっては、請求項１，２に記載の排気弁配置側の円弧状凹部を吸気弁配置側の円弧状凹部よりも深く形成したことを特徴としている。
【００１２】
請求項５の発明にあっては、請求項１，３，４に記載の吸気弁配置側の円弧状凹部および排気弁配置側の円弧状凹部を平面方形に形成すると共に、これら円弧状凹部の中央突起部を中心に相対向する各外縁に、前記中央突起部の稜線と平行な稜線を持ち、かつ、該中央突起部よりも高さの高い突起部を形成したことを特徴としている。
【００１３】
請求項６の発明にあっては、請求項１〜４に記載の排気弁配置側の円弧状凹部を、ピストン冠面の周縁部近傍まで広がる平面半円形状に形成したことを特徴としている。
【００１４】
請求項７の発明にあっては、請求項１〜４に記載の吸気弁配置側の円弧状凹部および排気弁配置側の円弧状凹部を、それぞれの長手方向に長軸を持つ平面楕円形状に形成したことを特徴としている。
【００１５】
請求項８の発明にあっては、請求項１〜７に記載の吸気弁により開閉される吸気ポート内に、成層燃焼時に吸気行程で燃焼室内に形成される順タンブル流を強化する順タンブル強化手段を設けたことを特徴としている。
【００１６】
請求項９の発明にあっては、請求項８に記載の順タンブル強化手段が、成層燃焼時に吸気ポートの略下半部を遮蔽し、均質燃焼時に吸気ポートを開放する部分遮断弁であることを特徴としている。
【００１７】
請求項１０の発明にあっては、請求項８に記載の順タンブル強化手段が、成層燃焼時に吸気ポートを全閉遮断し、均質燃焼時に吸気ポートを開放する遮断弁と、一端が前記遮断弁の上流に開口し、他端が吸気弁近傍に開口したサブポートとで構成したことを特徴としている。
【００１８】
請求項１１の発明にあっては、請求項１〜１０に記載の燃料噴射弁はエンジン静止状態において、該燃料噴射弁より噴射された燃料噴霧が点火プラグを直撃しないような噴霧角度および取付角度に設定したことを特徴としている。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ピストン冠面には中央突起部の稜線を境にして吸気弁配置側の円弧状凹部と排気弁配置側の円弧状凹部とが隣接した断面ω形状の凹部を形成してあって、吸気行程で燃焼室に形成される順タンブル流がこの排気弁配置側の円弧状凹部によって保存され易くなっていることに加えて、中央突起部の稜線が点火プラグ位置よりも排気弁配置側にオフセットしていて前記順タンブル流が該排気弁配置側の円弧状凹部で旋回するようになっていると共に、該排気弁配置側の円弧状凹部が幅広に設定されていて順タンブル流の旋回を阻害しないようにしてあることから、圧縮行程後期に亘って順タンブル流の流動勢力が減衰されることがなく、順タンブル流の保存性が高められる。
【００２０】
これと併せて、吸気弁配置側の円弧状凹部は幅狭に形成されていてその両側に壁面を備えていることから、圧縮行程中に燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の噴射軸線に対して左右方向の拡散が抑制されると共に、中央突起部の稜線が排気弁配置側にオフセットして燃料噴射弁の先端から離れているため、該中央突起部への燃料噴霧の衝突，付着を可及的に抑制することができる。
【００２１】
この結果、前記圧縮行程中に噴射された燃料噴霧と順タンブル流との衝突作用を積極的に行わせることができて、この衝突で流体摩擦を最大限に利用できることにより燃料噴霧の気化および可燃混合気の形成を促進でき、そして、中央突起部のガイド作用でこの可燃混合気の燃焼室中央の点火プラグ周りへ向けての輸送が良好に行われて周囲への拡散を抑制できるため、成層燃焼を安定化することができると共にピストン冠面への燃料付着に起因するスモーク，未撚ＨＣの低減化とデポジット堆積を防止できて、成層燃焼の燃焼性の向上と排気性状の改善とを実現することができる。
【００２２】
他方、均質燃焼時には吸気行程の途中で燃料噴射弁より燃料が噴射されるが、この場合もピストン冠面の断面ω形状の凹部によって順タンブル流の保存性が高められるため、燃料噴霧と順タンブル流との衝突によるピストン冠面への燃料付着の抑制効果が得られると共に燃料の微粒化と気化の促進効果が得られ、可燃混合気が燃焼室内にほぼ均一に広がって均質燃焼を良好に行わせることができ、従って、この場合もスモークや未撚ＨＣの低減化とデポジットの堆積を抑制できると共に、燃焼効率および出力の向上を実現することができる。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、断面ω形状の凹部の中央突起部の高さをピストン冠面から大きく突出しない適正な高さに設定してあるため、成層燃焼時における中央突起部への燃料噴霧の衝突による付着を可及的に抑制することができて、排気性状を更に改善することができる。
【００２４】
また、均質燃焼時には中央突起部の存在によるガス流動のよどみを回避できて、混合気の均質化をより一層向上することができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１，２の発明の効果に加えて、吸気弁配置側の円弧状凹部を排気弁配置側の円弧状凹部よりも深く形成してあるため、燃料噴霧がピストン冠面に届くまでの距離が長くなって、ピストン冠面に燃料の液膜が形成されにくくなるため、スモークや未撚ＨＣの低減化とデポジット堆積の防止効果を更に高められ、成層燃焼と均質燃焼の安定化を更に向上することができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１，２の発明の効果に加えて、排気弁配置側の円弧状凹部を吸気弁配置側の円弧状凹部よりも深く形成してあるため、順タンブル流の保存性が更に高められて圧縮行程噴射時に燃料噴霧が中央突起部を越えて排気弁配置側へ拡散するのを確実に防止できて、成層燃焼の安定化を更に向上することができる一方、吸気行程噴射時には順タンブル流の保存性が更に高められることによって燃料の均質化が向上し、均質燃焼の安定化を更に向上することができる。
【００２７】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１，３，４の発明の効果に加えて、吸気弁配置側の円弧状凹部および排気弁配置側の円弧状凹部の各外縁には、中央突起部の稜線と平行な稜線を持つ突起部を設けてあるから、機関の圧縮比を変えることなくこれら円弧状の凹部を適切な深さに深く形成することができて、出力を損なうことなく燃焼性の向上と排気性状の改善とを実現することができる。
【００２８】
また、前記各突起部の稜線を中央突起部の稜線と平行に設定してあるため、これら突起部の付近で筒内で旋回する順タンブル流の運動を些かも阻害することはない。
【００２９】
更に、中央突起部を前記各突起部よりも低くして、ピストン冠面から大きく突出しない適正な高さに設定してあるため、成層燃焼時に該中央突起部への燃料噴霧の衝突による付着を抑制できる一方、均質燃焼時には中央突起部の存在によるガス流動のよどみを回避して混合気の均質化を向上することができる。
【００３０】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜４の発明の効果に加えて、排気弁配置側の円弧状凹部をピストン冠面の周縁部付近まで広がる平面半円形状に形成してあるため、順タンブル流の保存効果を更に高められて、燃焼性の向上と排気性状の改善とをより効果的に行わせることができる。
【００３１】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜４の発明の効果に加えて、吸気弁配置側の円弧状凹部および排気弁配置側の円弧状凹部を、それぞれの長手方向に長軸を持つ平面楕円形状に形成してあるため、排気弁配置側の円弧状凹部で旋回する順タンブル流を燃焼室中央の点火プラグ周りに集めることができる一方、吸気弁配置側の円弧状凹部に噴射された燃料噴霧を前記点火プラグ周りに集めることができるため、成層燃焼時における燃料噴霧の周囲への拡散を抑制して該燃料噴霧の点火プラグ周りへの輸送性を更に向上することができる。
【００３２】
請求項８に記載の発明によれば、請求項１〜７の発明の効果に加えて、吸気ポートに順タンブル強化手段を設けてあるため、成層燃焼時に吸気に流動勢力の強い順タンブル流を付与することができて広い運転領域で安定した成層燃焼を行わせることができ、燃費の低減化を実現することができる。
【００３３】
請求項９に記載の発明によれば、請求項８の発明の効果に加えて、順タンブル強化手段として吸気ポートの略下半部を遮蔽する部分遮断弁を用いているため、簡単な構成でかつ強力な順タンブル流を形成することができて、コスト的におよび設計的に有利に得ることができる。
【００３４】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項８の発明の効果に加えて、順タンブル強化手段として吸気ポートを全閉遮断する遮断弁と、遮断弁の上，下流の差圧により吸気弁近傍位置から空気を噴射するサブポートとで構成しているため、順タンブル流が形成しづらい低回転域でも確実に順タンブル流を強化できて、安定した成層燃焼を実現することができる。
【００３５】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項１〜１０の発明の効果に加えて、燃料噴射弁の燃料噴霧角度および取付角度を最適な角度に設定してあるから、燃焼性の向上と排気性状の改善とを行える理想的な成層燃焼と均質燃焼とを行わせることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【００３７】
図１，６において、１はシリンダブロック、２はピストン、３はシリンダヘッド、４はこれらシリンダブロック１，ピストン２，およびシリンダヘッド３とで形成された燃焼室を示す。
【００３８】
シリンダヘッド３には２つの吸気弁５と、該吸気弁５と対向配置した２つの排気弁６とを備え、一側の吸気ポート７から吸気して他側の排気ポート８から排気するクロスフローポート構造としてある。
【００３９】
シリンダヘッド３には燃焼室４のほぼ中央部に点火プラグ９を配設してあると共に、吸気弁５近傍の燃焼室側部、具体的には燃焼室４の側部で２つの吸気ポート７，７の開口部間近傍の位置に燃料噴射弁１０を配設して、該燃料噴射弁１０から直接燃焼室４に燃料噴射するようにしてある。
【００４０】
吸気ポート７，７は吸気行程で燃焼室４内に形成される筒内流動としての縦方向旋回流の中でも、図１の矢印Ａで示すように吸気が点火プラグ９の下側を通って排気弁配置側からピストン２の冠面に向かい、該ピストン冠面で反転して上方の点火プラグ９に向かう順タンブル流を形成し得るようにしてある。
【００４１】
また、吸気ポート７，７内には、成層燃焼時に吸気行程で燃焼室４内に形成される順タンブル流Ａを強化するための順タンブル強化手段１１を設けてある。
【００４２】
本実施形態では前述の順タンブル強化手段１１として図２，３にも示すように、吸気ポート７，７の分岐部上流に設けられて均質燃焼時には全開し、成層燃焼時には該分岐部上流の通路の略下半部を遮蔽して流通空気を図２の矢印ａで示すように各吸気弁５，５の上側を通過させる部分遮断弁１２を用いているが、この他、図４，５に示すように前記分岐部上流に設けられて均質燃焼時には全開し、成層燃焼時には該分岐部上流の通路を全閉遮断する遮断弁１３と、一端が遮断弁１３の上流に開口し、他端が各吸気弁５，５の近傍に開口して、成層燃焼時に遮断弁１３の上，下流の差圧によって空気を図４，５の矢印ａで示すように各吸気弁５，５の上側に向けて噴出させるサブポート１４との組合せから構成したものを利用することができる。
【００４３】
一方、ピストン２の冠面には中央突起部１８の稜線を境にして吸気弁配置側の円弧状凹部１６と排気弁配置側の円弧状凹部１７とが隣接した断面ω形状の凹部１５を形成してある。
【００４４】
円弧状凹部１６，１７は何れも平面方形に形成してあり、吸気弁配置側の円弧状凹部１６は燃料噴射弁１０の噴射軸線Ｆ０の方向に長く延在させて幅狭に設定する一方、排気弁配置側の円弧状凹部１７は前記噴射軸線Ｆ０と直交する方向に長く延在させて幅広に設定して、中央突起部１８の稜線を点火プラグ９の配設位置よりも排気弁配置側にα分だけオフセットした位置に設定してある。
【００４５】
以上の実施形態の構造によれば、ピストン２の冠面には中央突起部１８の稜線を境にして吸気弁配置側の円弧状凹部１６と排気弁配置側の円弧状凹部１７とが隣接した断面ω形状の凹部１５を形成してあって、吸気行程で燃焼室４に形成される順タンブル流Ａがこの排気弁配置側の円弧状凹部１７によって保存され易くなっていることに加えて、中央突起部１８の稜線が点火プラグ９の位置よりも排気弁配置側にオフセットしていて、前記順タンブル流Ａが該排気弁配置側の円弧状凹部１７で旋回するようになっていると共に、該排気弁配置側の円弧状凹部１７が幅広に設定されていて順タンブル流Ａの旋回を阻害しないようにしてあることから、圧縮行程後期に亘って順タンブル流Ａの流動勢力が減衰されることがなく、順タンブル流Ａの保存性が高められる。
【００４６】
これと併せて、吸気弁配置側の円弧状凹部１６は幅狭に形成されていてその両側に壁面１６ａを備えていることから、圧縮行程中に燃料噴射弁１０から噴射された燃料噴霧Ｆの噴射軸線Ｆ０に対して左右方向の拡散が抑制されると共に、中央突起部１８の稜線が燃焼室中央の点火プラグ９よりも排気弁配置側にα分オフセットして燃料噴射弁１０の先端から離れているため、該中央突起部１８への燃料噴霧Ｆの衝突，付着を可及的に抑制することができる。
【００４７】
この結果、前記圧縮行程中に噴射された燃料噴霧Ｆと順タンブル流Ａとの衝突作用を積極的に行わせることができて、この衝突で流体摩擦を最大限に利用できることにより燃料噴霧Ｆの気化および可燃混合気の形成を促進でき、そして、中央突起部１８のガイド作用でこの可燃混合気の燃焼室中央の点火プラグ９周りへ向けての輸送が良好に行われて周囲への拡散を抑制できるため、成層燃焼を安定化することができると共にピストン冠面への燃料付着に起因するスモーク，未撚ＨＣの低減化とデポジットの堆積を防止できて、成層燃焼の燃焼性の向上と排気性状の改善とを実現することができる。
【００４８】
図７，８は前述の成層燃焼時における混合気の運動を模式的に説明するもので、成層燃焼運転域でもエンジン回転が高い場合には吸入空気量が多く、従って、図７の（イ）に示すように燃焼室４内を大きく旋回する順タンブル流Ａが比較的圧縮行程後半まで残り易く、圧縮行程中に燃料噴射弁１０より噴射された燃料噴霧Ｆは噴射直後に該順タンブル流Ａにより燃焼室４の上方へ押し上げられ、気化しながら点火プラグ２の方向に輸送されて成層化がなされる。
【００４９】
ピストン２が上昇するのに連れて、大きく旋回する順タンブル流Ａは図７の（ロ）に示すように排気弁配置側の円弧状凹部１７で旋回するようになり、前記燃料噴霧Ｆはこの順タンブル流Ａによって押し止められて排気弁配置側への拡散が抑制され、点火プラグ９周りへ確実に輸送される。
【００５０】
他方、成層燃焼運転域でもエンジン回転が低い場合には吸入空気量が少なく、図８の（イ）に示すように燃焼室４内を旋回する順タンブル流Ａは圧縮行程で排気弁配置側の円弧状凹部１７に集中して旋回するようになる。従って、圧縮行程中に燃料噴射弁１０より噴射された燃料噴霧Ｆは噴射直後に燃焼室４の上方へ偏向されることはないが、図８の（ロ）に示すように吸気弁配置側の円弧状凹部１６および中央突起部１８のガイド作用と順タンブル流Ａによって点火プラグ９周りへ輸送されて排気弁配置側への拡散が抑制され、この場合も燃料噴霧Ｆの点火プラグ９周りへの輸送性が高められる。
【００５１】
従って、前記中央突起部１８はその稜線高さをピストン冠面から大きく突出するほど高くしなくても、成層燃焼時に燃料噴霧Ｆが排気弁配置側へ拡散するのを抑制でき、該中央突起部１８への燃料付着に起因する排気性状の悪化や出力の低下を回避することができる。
【００５２】
ここで、本実施形態にあっては吸気ポート７内に、成層燃焼時に順タンブル流Ａを強化する順タンブル強化手段１１を設けてあるから、該成層燃焼時に吸気に流動勢力の強い順タンブル流Ａを付与することができて広い運転領域で安定した成層燃焼を行わせることができ、燃費の低減化を実現することができる。
【００５３】
この順タンブル強化手段１１として前述のように部分遮断弁１２を用いた場合には、簡単な構成でかつ強力な順タンブル流Ａを形成することができて、コスト的におよび設計的に有利に得ることができる。
【００５４】
また、該順タンブル強化手段１１として図４，５に示す遮断弁１３とサブポート１４との組合せのものを用いた場合には、順タンブル流が形成しづらい低回転域でもサブポート１４からの噴射空気流によって確実に順タンブル流Ａを強化できて、安定した成層燃焼を行わせることができる。
【００５５】
他方、均質燃焼時には吸気行程の途中で燃料噴射弁１０より燃料が噴射されるが、この場合もピストン冠面の断面ω形状の凹部１５によって順タンブル流の保存性が高められるため、燃料噴霧Ｆと順タンブル流Ａとの衝突によるピストン冠面への燃料付着の抑制効果が得られると共に燃料の微粒化と気化の促進効果が得られ、可燃混合気が燃焼室４内にほぼ均一に広がって均質燃焼を良好に行わせることができ、従って、この場合もスモークや未撚ＨＣの低減化とデポジットの堆積を抑制できると共に、燃焼効率および出力の向上を実現することができる。
【００５６】
図９〜１２は本発明の各異なる実施形態を示すもので、これらの実施形態では何れも図１に示した第１実施形態の構造において、前記中央突起部１８の稜線高さを、ピストン冠面から突出しないように低く設定してある。
【００５７】
即ち、図９に示す第３実施形態を例に説明すると、中央突起部１８は吸気弁配置側の円弧状凹部１６と排気弁配置側の円弧状凹部１７の、中央突起部１８を中心に相対向する各外縁Ｓ・Ｅ，Ｓ・Ｅを結ぶ直線Ｌよりも低く設定してある。
【００５８】
従って、このように断面ω形状の凹部１５の中央突起部１８の高さを、ピストン２の冠面から大きく突出しない適正な高さに設定することにより、成層燃焼時における中央突起部１８への燃料噴霧Ｆの衝突による付着を可及的に抑制することができて、第１実施形態に較べて排気性状を更に改善することができる。
【００５９】
ここで、図１０に示す第４実施形態にあっては、吸気弁配置側の円弧状凹部１６の深さＤ１ を、排気弁配置側の円弧状凹部１７の深さＤ２ よりも深く形成してある。
【００６０】
従って、この第４実施形態の場合、燃料噴射弁１０から噴射された燃料噴霧Ｆがピストン冠面に届くまでの距離が長くなって、ピストン冠面に燃料の液膜が形成されにくくなるため、スモークや未撚ＨＣの低減化とデポジット堆積の防止効果を更に高めることができて、成層燃焼と均質燃焼の安定化を更に向上することができる。
【００６１】
図１１に示す第５実施形態では図１０に示した実施形態とは逆に、排気弁配置側の円弧状凹部１７の深さＤ２ を、吸気弁配置側の円弧状凹部１６の深さＤ１ よりも深く形成してある。
【００６２】
従って、この第５実施形態では、順タンブル流Ａの保存性が更に高められて圧縮行程噴射時に燃料噴霧Ｆが中央突起部１８を越えて排気弁配置側へ拡散するのを確実に防止できて、成層燃焼の安定化を更に向上することができる一方、吸気行程噴射時には順タンブル流Ａの保存性が高められることによって燃料の均質化が向上し、均質燃焼の安定化を更に向上することができる。
【００６３】
また、図１２に示す第６実施形態にあっては、前記吸気弁配置側の円弧状凹部１６および排気弁配置側の円弧状凹部１７の各外縁Ｓ・Ｅ，Ｓ・Ｅに、前記中央突起部１８の稜線と平行な稜線を持ち、かつ、該中央突起部１８よりも高さの高い突起部２０，２０を形成してある。
【００６４】
従って、この第６実施形態の場合、突起部２０，２０の突設により機関の圧縮比を変えることなく吸気側の円弧状凹部１６および排気弁配置側の円弧状凹部１７を適切な深さに深く形成することができて、出力を損うことなく燃焼性の向上と排気性状の改善とを実現することができる。
【００６５】
図１３は本発明の第７実施形態を示すもので、この実施形態にあっては、排気弁配置側の円弧状凹部１７をピストン冠面の周縁部近傍まで広がる平面半円形状に形成してある。
【００６６】
このように排気弁配置側の円弧状凹部１７を平面半円形状に拡大することにより、順タンブル流Ａの保存効果が更に高められて、燃焼性の向上と排気性状の改善とをより効果的に行わせることができる。
【００６７】
図１４は本発明の第８実施形態を示すもので、この実施形態にあっては、吸気弁配置側の円弧状凹部１６および排気弁配置側の円弧状凹部１７を、それぞれの長手方向に長軸を持つ平面楕円形状に形成してある。
【００６８】
この場合、中央突起部１８はその稜線が排気弁配置側の円弧状凹部１７の楕円外形線上となるように設定される。
【００６９】
このように吸気弁配置側の円弧状凹部１６および排気弁配置側の円弧状凹部１７を平面楕円形状に形成することにより、排気弁配置側の円弧状凹部１７では、該円弧状凹部１７で旋回する順タンブル流Ａを楕円形状に沿って燃焼室中央の点火プラグ９周りに集めることができる一方、吸気弁配置側の円弧状凹部１６では該円弧状凹部１６に向けて噴射された燃料噴霧Ｆを楕円形状に沿って点火プラグ９周りに集めることができるため、成層燃焼時における燃料噴霧Ｆの周囲の拡散防止効果が更に高められ、該燃料噴霧Ｆの点火プラグ９周りへの輸送性を更に向上することができる。
【００７０】
ここで、前記何れの実施形態にあっても、燃料噴射弁１０はエンジン静止状態において、該燃料噴射弁１０より噴射された燃料噴霧Ｆが点火プラグ９を直撃しないような噴霧角度および取付角度に設定することが肝要で、これにより燃焼性の向上と排気性状の改善とを行える理想的な成層燃焼と均質燃焼とを行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を概略的に示す断面説明図。
【図２】本発明の第１実施形態における順タンブル強化手段による吸気流の運動を説明する断面説明図。
【図３】図２の略示的平面説明図。
【図４】本発明の第２実施形態における順タンブル強化手段を示す略示的断面説明図。
【図５】図４の略示的平面説明図。
【図６】図１に示した実施形態におけるピストン冠面の構造を示す平面説明図。
【図７】図１に示した実施形態のエンジン高回転時における成層燃焼状態を模式的に示す断面説明図。
【図８】図１に示した実施形態のエンジン低回転時における成層燃焼状態を模式的に示す断面説明図。
【図９】本発明の第３実施形態を示す略示的断面説明図。
【図１０】本発明の第４実施形態を示す略示的断面説明図。
【図１１】本発明の第５実施形態を示す略示的断面説明図。
【図１２】本発明の第６実施形態を示す略示的断面説明図。
【図１３】本発明の第７実施形態におけるピストン冠面の構造を示す平面説明図。
【図１４】本発明の第８実施形態におけるピストン冠面の構造を示す平面説明図。
【符号の説明】
１ シリンダブロック
２ ピストン
３ シリンダヘッド
４ 燃焼室
５ 吸気弁
６ 排気弁
７ 吸気ポート
８ 排気ポート
９ 点火プラグ
１０ 燃料噴射弁
１１ 順タンブル強化手段
１２ 部分遮断弁
１３ 遮断弁
１４ サブポート
１５ 断面ω形状の凹部
１６ 吸気弁配置側の円弧状凹部
１７ 排気弁配置側の円弧状凹部
１８ 中央突起部
Ａ 順タンブル流
Ｆ 燃料噴霧
Ｓ・Ｅ 凹部の外縁
Ｆ０ 噴射軸線
【発明の属する技術分野】
本発明は筒内噴射式火花点火機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
筒内噴射式火花点火機関の中には、例えば特開平９−１４４５４３号公報に示されているように、ピストン冠面の吸気弁配置側にオフセットして円弧状の凹部を形成すると共に、排気弁配置には該凹部の縁部に連なって傾斜した平坦な凸部を形成し、成層燃焼時に燃料噴射弁から前記凹部に向けて噴射された燃料噴霧と、吸気行程で燃焼室に形成された順タンブル流との衝突拡散による混合気形成の促進と必要以上の拡散防止との両立を図ったものや、特開平９−２０９７５８号公報に示されているように、ピストン冠面に中央突起部の稜線を境にして吸気弁配置側の円弧状凹部と排気弁配置側の円弧状凹部とが隣接した側面ω形状の凹部を形成して、成層燃焼時に燃焼室内に形成された順タンブル流による燃料噴霧の点火プラグ周りへの輸送性を向上できるようにしたもの等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらは何れも吸気行程で燃焼室に形成される順タンブル流、即ち、吸気ポートから吸入された吸気が排気弁配置側からピストン冠面に向かい該ピストン冠面で反転して点火プラグ配置側へ向かう縦方向の旋回流によって、成層燃焼時に圧縮行程中に噴射された燃料噴霧を燃焼室中心の点火プラグ周りへ輸送させることにより、横方向旋回流のスワールタイプのものや、縦方向旋回流が順タンブル流とは逆に吸気弁配置側から下向きとなってピストン冠面で反転する逆タンブル流タイプのものに較べて、ピストン冠面に設けた凹部壁面への燃料付着を抑制できる効果がある。
【０００４】
しかしながら、前者のものではピストン冠面の排気弁配置側には傾斜した平坦な凸部を形成してあるため、吸気行程で燃焼室に形成された順タンブル流の保存性が悪く該順タンブル流が圧縮行程でこの凸部によって減衰されてしまい、成層燃焼時における燃料噴霧の点火プラグ周りへの輸送性が損なわれて燃焼が不安定となってしまう可能性がある。
【０００５】
また、後者のものではピストン冠面には側面ω形状の凹部が形成されていて排気弁配置側にも円弧状凹部が存在するため、前記順タンブル流が保存され易く、従って、成層燃焼時における燃料噴霧の点火プラグ周りへの輸送性は前者のものよりも向上できるとしても、ピストン冠面の側面ω形状の凹部には燃料噴射弁の燃料噴射軸線および順タンブル流と平面視してほぼ平行な壁が存在しないため、燃料噴霧のガイド作用が得られず、燃料を点火プラグ近傍に保持するのが難しく、安定した成層燃焼を行えないおそれがある。
【０００６】
しかも、この側面ω形状の凹部はほぼ水平なピストン冠面に凹設して、中央突起部がピストン冠面の基準面よりも大きく突出した形状構成としてあるため、成層燃焼時に噴射燃料がこの中央突起部に衝突して燃料の壁面付着が多く、スモーク，未撚ＨＣの発生原因となってしまうばかりでなく、均質燃焼時に吸気行程噴射を行った場合にこの突出高の大きな中央突起部の存在によりガス流動のよどみが生じて混合気の均質化が難しく、均質燃焼時に出力の低下や未撚ＨＣ，スモークの発生を招来するおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は順タンブル流による燃料噴霧の点火プラグ周りへの輸送性を一段と向上できて成層燃焼を安定化することができると共に、燃料の壁面付着に起因するスモークおよび未撚ＨＣの発生を抑制することができる筒内噴射式火花点火機関を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にあっては、燃焼室の吸気弁配置側の側部に燃料を直接燃焼室に噴射する燃料噴射弁を備えると共に、燃焼室のほぼ中心に臨む位置に点火プラグを備え、成層燃焼時に吸気に順タンブル流を付与した状態で圧縮行程中に燃料噴射を行うようにした筒内噴射式火花点火機関において、ピストン冠面に中央突起部の稜線を境にして吸気弁配置側の円弧状凹部と排気弁配置側の円弧状凹部とが隣接した断面ω形状の凹部を形成し、この吸気弁配置側の円弧状凹部は平面視して燃料噴射弁の噴射軸線方向に長く延在させて幅狭に設定してあると共に、燃料噴射弁の噴射軸線方向と直交する方向の両側に燃料噴霧の拡散を抑制する壁面を備えている一方、排気弁配置側の円弧状凹部を前記燃料噴射弁の噴射軸線方向と直交する方向に長く延在させて幅広に設定して、前記中央突起部の稜線を点火プラグ配設位置よりも排気弁配置側にオフセットした位置に設定し、圧縮行程中に燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧を、吸気弁配置側の円弧状凹部および中央突起部のガイド作用と排気弁配置側の円弧状凹部に集中して旋回する順タンブル流によって点火プラグ周りへ輸送するようにしたことを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明にあっては、請求項１に記載の断面ω形状の凹部の中央突起部の高さを、吸気弁配置側の円弧状凹部と排気弁配置側の円弧状凹部の、中央突起部を中心に相対向する各外縁を結ぶ直線よりも低く設定したことを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明にあっては、請求項１，２に記載の吸気弁配置側の円弧状凹部を排気弁配置側の円弧状凹部よりも深く形成したことを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明にあっては、請求項１，２に記載の排気弁配置側の円弧状凹部を吸気弁配置側の円弧状凹部よりも深く形成したことを特徴としている。
【００１２】
請求項５の発明にあっては、請求項１，３，４に記載の吸気弁配置側の円弧状凹部および排気弁配置側の円弧状凹部を平面方形に形成すると共に、これら円弧状凹部の中央突起部を中心に相対向する各外縁に、前記中央突起部の稜線と平行な稜線を持ち、かつ、該中央突起部よりも高さの高い突起部を形成したことを特徴としている。
【００１３】
請求項６の発明にあっては、請求項１〜４に記載の排気弁配置側の円弧状凹部を、ピストン冠面の周縁部近傍まで広がる平面半円形状に形成したことを特徴としている。
【００１４】
請求項７の発明にあっては、請求項１〜４に記載の吸気弁配置側の円弧状凹部および排気弁配置側の円弧状凹部を、それぞれの長手方向に長軸を持つ平面楕円形状に形成したことを特徴としている。
【００１５】
請求項８の発明にあっては、請求項１〜７に記載の吸気弁により開閉される吸気ポート内に、成層燃焼時に吸気行程で燃焼室内に形成される順タンブル流を強化する順タンブル強化手段を設けたことを特徴としている。
【００１６】
請求項９の発明にあっては、請求項８に記載の順タンブル強化手段が、成層燃焼時に吸気ポートの略下半部を遮蔽し、均質燃焼時に吸気ポートを開放する部分遮断弁であることを特徴としている。
【００１７】
請求項１０の発明にあっては、請求項８に記載の順タンブル強化手段が、成層燃焼時に吸気ポートを全閉遮断し、均質燃焼時に吸気ポートを開放する遮断弁と、一端が前記遮断弁の上流に開口し、他端が吸気弁近傍に開口したサブポートとで構成したことを特徴としている。
【００１８】
請求項１１の発明にあっては、請求項１〜１０に記載の燃料噴射弁はエンジン静止状態において、該燃料噴射弁より噴射された燃料噴霧が点火プラグを直撃しないような噴霧角度および取付角度に設定したことを特徴としている。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ピストン冠面には中央突起部の稜線を境にして吸気弁配置側の円弧状凹部と排気弁配置側の円弧状凹部とが隣接した断面ω形状の凹部を形成してあって、吸気行程で燃焼室に形成される順タンブル流がこの排気弁配置側の円弧状凹部によって保存され易くなっていることに加えて、中央突起部の稜線が点火プラグ位置よりも排気弁配置側にオフセットしていて前記順タンブル流が該排気弁配置側の円弧状凹部で旋回するようになっていると共に、該排気弁配置側の円弧状凹部が幅広に設定されていて順タンブル流の旋回を阻害しないようにしてあることから、圧縮行程後期に亘って順タンブル流の流動勢力が減衰されることがなく、順タンブル流の保存性が高められる。
【００２０】
これと併せて、吸気弁配置側の円弧状凹部は幅狭に形成されていてその両側に壁面を備えていることから、圧縮行程中に燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の噴射軸線に対して左右方向の拡散が抑制されると共に、中央突起部の稜線が排気弁配置側にオフセットして燃料噴射弁の先端から離れているため、該中央突起部への燃料噴霧の衝突，付着を可及的に抑制することができる。
【００２１】
この結果、前記圧縮行程中に噴射された燃料噴霧と順タンブル流との衝突作用を積極的に行わせることができて、この衝突で流体摩擦を最大限に利用できることにより燃料噴霧の気化および可燃混合気の形成を促進でき、そして、中央突起部のガイド作用でこの可燃混合気の燃焼室中央の点火プラグ周りへ向けての輸送が良好に行われて周囲への拡散を抑制できるため、成層燃焼を安定化することができると共にピストン冠面への燃料付着に起因するスモーク，未撚ＨＣの低減化とデポジット堆積を防止できて、成層燃焼の燃焼性の向上と排気性状の改善とを実現することができる。
【００２２】
他方、均質燃焼時には吸気行程の途中で燃料噴射弁より燃料が噴射されるが、この場合もピストン冠面の断面ω形状の凹部によって順タンブル流の保存性が高められるため、燃料噴霧と順タンブル流との衝突によるピストン冠面への燃料付着の抑制効果が得られると共に燃料の微粒化と気化の促進効果が得られ、可燃混合気が燃焼室内にほぼ均一に広がって均質燃焼を良好に行わせることができ、従って、この場合もスモークや未撚ＨＣの低減化とデポジットの堆積を抑制できると共に、燃焼効率および出力の向上を実現することができる。
【００２３】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、断面ω形状の凹部の中央突起部の高さをピストン冠面から大きく突出しない適正な高さに設定してあるため、成層燃焼時における中央突起部への燃料噴霧の衝突による付着を可及的に抑制することができて、排気性状を更に改善することができる。
【００２４】
また、均質燃焼時には中央突起部の存在によるガス流動のよどみを回避できて、混合気の均質化をより一層向上することができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１，２の発明の効果に加えて、吸気弁配置側の円弧状凹部を排気弁配置側の円弧状凹部よりも深く形成してあるため、燃料噴霧がピストン冠面に届くまでの距離が長くなって、ピストン冠面に燃料の液膜が形成されにくくなるため、スモークや未撚ＨＣの低減化とデポジット堆積の防止効果を更に高められ、成層燃焼と均質燃焼の安定化を更に向上することができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１，２の発明の効果に加えて、排気弁配置側の円弧状凹部を吸気弁配置側の円弧状凹部よりも深く形成してあるため、順タンブル流の保存性が更に高められて圧縮行程噴射時に燃料噴霧が中央突起部を越えて排気弁配置側へ拡散するのを確実に防止できて、成層燃焼の安定化を更に向上することができる一方、吸気行程噴射時には順タンブル流の保存性が更に高められることによって燃料の均質化が向上し、均質燃焼の安定化を更に向上することができる。
【００２７】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１，３，４の発明の効果に加えて、吸気弁配置側の円弧状凹部および排気弁配置側の円弧状凹部の各外縁には、中央突起部の稜線と平行な稜線を持つ突起部を設けてあるから、機関の圧縮比を変えることなくこれら円弧状の凹部を適切な深さに深く形成することができて、出力を損なうことなく燃焼性の向上と排気性状の改善とを実現することができる。
【００２８】
また、前記各突起部の稜線を中央突起部の稜線と平行に設定してあるため、これら突起部の付近で筒内で旋回する順タンブル流の運動を些かも阻害することはない。
【００２９】
更に、中央突起部を前記各突起部よりも低くして、ピストン冠面から大きく突出しない適正な高さに設定してあるため、成層燃焼時に該中央突起部への燃料噴霧の衝突による付着を抑制できる一方、均質燃焼時には中央突起部の存在によるガス流動のよどみを回避して混合気の均質化を向上することができる。
【００３０】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜４の発明の効果に加えて、排気弁配置側の円弧状凹部をピストン冠面の周縁部付近まで広がる平面半円形状に形成してあるため、順タンブル流の保存効果を更に高められて、燃焼性の向上と排気性状の改善とをより効果的に行わせることができる。
【００３１】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜４の発明の効果に加えて、吸気弁配置側の円弧状凹部および排気弁配置側の円弧状凹部を、それぞれの長手方向に長軸を持つ平面楕円形状に形成してあるため、排気弁配置側の円弧状凹部で旋回する順タンブル流を燃焼室中央の点火プラグ周りに集めることができる一方、吸気弁配置側の円弧状凹部に噴射された燃料噴霧を前記点火プラグ周りに集めることができるため、成層燃焼時における燃料噴霧の周囲への拡散を抑制して該燃料噴霧の点火プラグ周りへの輸送性を更に向上することができる。
【００３２】
請求項８に記載の発明によれば、請求項１〜７の発明の効果に加えて、吸気ポートに順タンブル強化手段を設けてあるため、成層燃焼時に吸気に流動勢力の強い順タンブル流を付与することができて広い運転領域で安定した成層燃焼を行わせることができ、燃費の低減化を実現することができる。
【００３３】
請求項９に記載の発明によれば、請求項８の発明の効果に加えて、順タンブル強化手段として吸気ポートの略下半部を遮蔽する部分遮断弁を用いているため、簡単な構成でかつ強力な順タンブル流を形成することができて、コスト的におよび設計的に有利に得ることができる。
【００３４】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項８の発明の効果に加えて、順タンブル強化手段として吸気ポートを全閉遮断する遮断弁と、遮断弁の上，下流の差圧により吸気弁近傍位置から空気を噴射するサブポートとで構成しているため、順タンブル流が形成しづらい低回転域でも確実に順タンブル流を強化できて、安定した成層燃焼を実現することができる。
【００３５】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項１〜１０の発明の効果に加えて、燃料噴射弁の燃料噴霧角度および取付角度を最適な角度に設定してあるから、燃焼性の向上と排気性状の改善とを行える理想的な成層燃焼と均質燃焼とを行わせることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【００３７】
図１，６において、１はシリンダブロック、２はピストン、３はシリンダヘッド、４はこれらシリンダブロック１，ピストン２，およびシリンダヘッド３とで形成された燃焼室を示す。
【００３８】
シリンダヘッド３には２つの吸気弁５と、該吸気弁５と対向配置した２つの排気弁６とを備え、一側の吸気ポート７から吸気して他側の排気ポート８から排気するクロスフローポート構造としてある。
【００３９】
シリンダヘッド３には燃焼室４のほぼ中央部に点火プラグ９を配設してあると共に、吸気弁５近傍の燃焼室側部、具体的には燃焼室４の側部で２つの吸気ポート７，７の開口部間近傍の位置に燃料噴射弁１０を配設して、該燃料噴射弁１０から直接燃焼室４に燃料噴射するようにしてある。
【００４０】
吸気ポート７，７は吸気行程で燃焼室４内に形成される筒内流動としての縦方向旋回流の中でも、図１の矢印Ａで示すように吸気が点火プラグ９の下側を通って排気弁配置側からピストン２の冠面に向かい、該ピストン冠面で反転して上方の点火プラグ９に向かう順タンブル流を形成し得るようにしてある。
【００４１】
また、吸気ポート７，７内には、成層燃焼時に吸気行程で燃焼室４内に形成される順タンブル流Ａを強化するための順タンブル強化手段１１を設けてある。
【００４２】
本実施形態では前述の順タンブル強化手段１１として図２，３にも示すように、吸気ポート７，７の分岐部上流に設けられて均質燃焼時には全開し、成層燃焼時には該分岐部上流の通路の略下半部を遮蔽して流通空気を図２の矢印ａで示すように各吸気弁５，５の上側を通過させる部分遮断弁１２を用いているが、この他、図４，５に示すように前記分岐部上流に設けられて均質燃焼時には全開し、成層燃焼時には該分岐部上流の通路を全閉遮断する遮断弁１３と、一端が遮断弁１３の上流に開口し、他端が各吸気弁５，５の近傍に開口して、成層燃焼時に遮断弁１３の上，下流の差圧によって空気を図４，５の矢印ａで示すように各吸気弁５，５の上側に向けて噴出させるサブポート１４との組合せから構成したものを利用することができる。
【００４３】
一方、ピストン２の冠面には中央突起部１８の稜線を境にして吸気弁配置側の円弧状凹部１６と排気弁配置側の円弧状凹部１７とが隣接した断面ω形状の凹部１５を形成してある。
【００４４】
円弧状凹部１６，１７は何れも平面方形に形成してあり、吸気弁配置側の円弧状凹部１６は燃料噴射弁１０の噴射軸線Ｆ０の方向に長く延在させて幅狭に設定する一方、排気弁配置側の円弧状凹部１７は前記噴射軸線Ｆ０と直交する方向に長く延在させて幅広に設定して、中央突起部１８の稜線を点火プラグ９の配設位置よりも排気弁配置側にα分だけオフセットした位置に設定してある。
【００４５】
以上の実施形態の構造によれば、ピストン２の冠面には中央突起部１８の稜線を境にして吸気弁配置側の円弧状凹部１６と排気弁配置側の円弧状凹部１７とが隣接した断面ω形状の凹部１５を形成してあって、吸気行程で燃焼室４に形成される順タンブル流Ａがこの排気弁配置側の円弧状凹部１７によって保存され易くなっていることに加えて、中央突起部１８の稜線が点火プラグ９の位置よりも排気弁配置側にオフセットしていて、前記順タンブル流Ａが該排気弁配置側の円弧状凹部１７で旋回するようになっていると共に、該排気弁配置側の円弧状凹部１７が幅広に設定されていて順タンブル流Ａの旋回を阻害しないようにしてあることから、圧縮行程後期に亘って順タンブル流Ａの流動勢力が減衰されることがなく、順タンブル流Ａの保存性が高められる。
【００４６】
これと併せて、吸気弁配置側の円弧状凹部１６は幅狭に形成されていてその両側に壁面１６ａを備えていることから、圧縮行程中に燃料噴射弁１０から噴射された燃料噴霧Ｆの噴射軸線Ｆ０に対して左右方向の拡散が抑制されると共に、中央突起部１８の稜線が燃焼室中央の点火プラグ９よりも排気弁配置側にα分オフセットして燃料噴射弁１０の先端から離れているため、該中央突起部１８への燃料噴霧Ｆの衝突，付着を可及的に抑制することができる。
【００４７】
この結果、前記圧縮行程中に噴射された燃料噴霧Ｆと順タンブル流Ａとの衝突作用を積極的に行わせることができて、この衝突で流体摩擦を最大限に利用できることにより燃料噴霧Ｆの気化および可燃混合気の形成を促進でき、そして、中央突起部１８のガイド作用でこの可燃混合気の燃焼室中央の点火プラグ９周りへ向けての輸送が良好に行われて周囲への拡散を抑制できるため、成層燃焼を安定化することができると共にピストン冠面への燃料付着に起因するスモーク，未撚ＨＣの低減化とデポジットの堆積を防止できて、成層燃焼の燃焼性の向上と排気性状の改善とを実現することができる。
【００４８】
図７，８は前述の成層燃焼時における混合気の運動を模式的に説明するもので、成層燃焼運転域でもエンジン回転が高い場合には吸入空気量が多く、従って、図７の（イ）に示すように燃焼室４内を大きく旋回する順タンブル流Ａが比較的圧縮行程後半まで残り易く、圧縮行程中に燃料噴射弁１０より噴射された燃料噴霧Ｆは噴射直後に該順タンブル流Ａにより燃焼室４の上方へ押し上げられ、気化しながら点火プラグ２の方向に輸送されて成層化がなされる。
【００４９】
ピストン２が上昇するのに連れて、大きく旋回する順タンブル流Ａは図７の（ロ）に示すように排気弁配置側の円弧状凹部１７で旋回するようになり、前記燃料噴霧Ｆはこの順タンブル流Ａによって押し止められて排気弁配置側への拡散が抑制され、点火プラグ９周りへ確実に輸送される。
【００５０】
他方、成層燃焼運転域でもエンジン回転が低い場合には吸入空気量が少なく、図８の（イ）に示すように燃焼室４内を旋回する順タンブル流Ａは圧縮行程で排気弁配置側の円弧状凹部１７に集中して旋回するようになる。従って、圧縮行程中に燃料噴射弁１０より噴射された燃料噴霧Ｆは噴射直後に燃焼室４の上方へ偏向されることはないが、図８の（ロ）に示すように吸気弁配置側の円弧状凹部１６および中央突起部１８のガイド作用と順タンブル流Ａによって点火プラグ９周りへ輸送されて排気弁配置側への拡散が抑制され、この場合も燃料噴霧Ｆの点火プラグ９周りへの輸送性が高められる。
【００５１】
従って、前記中央突起部１８はその稜線高さをピストン冠面から大きく突出するほど高くしなくても、成層燃焼時に燃料噴霧Ｆが排気弁配置側へ拡散するのを抑制でき、該中央突起部１８への燃料付着に起因する排気性状の悪化や出力の低下を回避することができる。
【００５２】
ここで、本実施形態にあっては吸気ポート７内に、成層燃焼時に順タンブル流Ａを強化する順タンブル強化手段１１を設けてあるから、該成層燃焼時に吸気に流動勢力の強い順タンブル流Ａを付与することができて広い運転領域で安定した成層燃焼を行わせることができ、燃費の低減化を実現することができる。
【００５３】
この順タンブル強化手段１１として前述のように部分遮断弁１２を用いた場合には、簡単な構成でかつ強力な順タンブル流Ａを形成することができて、コスト的におよび設計的に有利に得ることができる。
【００５４】
また、該順タンブル強化手段１１として図４，５に示す遮断弁１３とサブポート１４との組合せのものを用いた場合には、順タンブル流が形成しづらい低回転域でもサブポート１４からの噴射空気流によって確実に順タンブル流Ａを強化できて、安定した成層燃焼を行わせることができる。
【００５５】
他方、均質燃焼時には吸気行程の途中で燃料噴射弁１０より燃料が噴射されるが、この場合もピストン冠面の断面ω形状の凹部１５によって順タンブル流の保存性が高められるため、燃料噴霧Ｆと順タンブル流Ａとの衝突によるピストン冠面への燃料付着の抑制効果が得られると共に燃料の微粒化と気化の促進効果が得られ、可燃混合気が燃焼室４内にほぼ均一に広がって均質燃焼を良好に行わせることができ、従って、この場合もスモークや未撚ＨＣの低減化とデポジットの堆積を抑制できると共に、燃焼効率および出力の向上を実現することができる。
【００５６】
図９〜１２は本発明の各異なる実施形態を示すもので、これらの実施形態では何れも図１に示した第１実施形態の構造において、前記中央突起部１８の稜線高さを、ピストン冠面から突出しないように低く設定してある。
【００５７】
即ち、図９に示す第３実施形態を例に説明すると、中央突起部１８は吸気弁配置側の円弧状凹部１６と排気弁配置側の円弧状凹部１７の、中央突起部１８を中心に相対向する各外縁Ｓ・Ｅ，Ｓ・Ｅを結ぶ直線Ｌよりも低く設定してある。
【００５８】
従って、このように断面ω形状の凹部１５の中央突起部１８の高さを、ピストン２の冠面から大きく突出しない適正な高さに設定することにより、成層燃焼時における中央突起部１８への燃料噴霧Ｆの衝突による付着を可及的に抑制することができて、第１実施形態に較べて排気性状を更に改善することができる。
【００５９】
ここで、図１０に示す第４実施形態にあっては、吸気弁配置側の円弧状凹部１６の深さＤ１ を、排気弁配置側の円弧状凹部１７の深さＤ２ よりも深く形成してある。
【００６０】
従って、この第４実施形態の場合、燃料噴射弁１０から噴射された燃料噴霧Ｆがピストン冠面に届くまでの距離が長くなって、ピストン冠面に燃料の液膜が形成されにくくなるため、スモークや未撚ＨＣの低減化とデポジット堆積の防止効果を更に高めることができて、成層燃焼と均質燃焼の安定化を更に向上することができる。
【００６１】
図１１に示す第５実施形態では図１０に示した実施形態とは逆に、排気弁配置側の円弧状凹部１７の深さＤ２ を、吸気弁配置側の円弧状凹部１６の深さＤ１ よりも深く形成してある。
【００６２】
従って、この第５実施形態では、順タンブル流Ａの保存性が更に高められて圧縮行程噴射時に燃料噴霧Ｆが中央突起部１８を越えて排気弁配置側へ拡散するのを確実に防止できて、成層燃焼の安定化を更に向上することができる一方、吸気行程噴射時には順タンブル流Ａの保存性が高められることによって燃料の均質化が向上し、均質燃焼の安定化を更に向上することができる。
【００６３】
また、図１２に示す第６実施形態にあっては、前記吸気弁配置側の円弧状凹部１６および排気弁配置側の円弧状凹部１７の各外縁Ｓ・Ｅ，Ｓ・Ｅに、前記中央突起部１８の稜線と平行な稜線を持ち、かつ、該中央突起部１８よりも高さの高い突起部２０，２０を形成してある。
【００６４】
従って、この第６実施形態の場合、突起部２０，２０の突設により機関の圧縮比を変えることなく吸気側の円弧状凹部１６および排気弁配置側の円弧状凹部１７を適切な深さに深く形成することができて、出力を損うことなく燃焼性の向上と排気性状の改善とを実現することができる。
【００６５】
図１３は本発明の第７実施形態を示すもので、この実施形態にあっては、排気弁配置側の円弧状凹部１７をピストン冠面の周縁部近傍まで広がる平面半円形状に形成してある。
【００６６】
このように排気弁配置側の円弧状凹部１７を平面半円形状に拡大することにより、順タンブル流Ａの保存効果が更に高められて、燃焼性の向上と排気性状の改善とをより効果的に行わせることができる。
【００６７】
図１４は本発明の第８実施形態を示すもので、この実施形態にあっては、吸気弁配置側の円弧状凹部１６および排気弁配置側の円弧状凹部１７を、それぞれの長手方向に長軸を持つ平面楕円形状に形成してある。
【００６８】
この場合、中央突起部１８はその稜線が排気弁配置側の円弧状凹部１７の楕円外形線上となるように設定される。
【００６９】
このように吸気弁配置側の円弧状凹部１６および排気弁配置側の円弧状凹部１７を平面楕円形状に形成することにより、排気弁配置側の円弧状凹部１７では、該円弧状凹部１７で旋回する順タンブル流Ａを楕円形状に沿って燃焼室中央の点火プラグ９周りに集めることができる一方、吸気弁配置側の円弧状凹部１６では該円弧状凹部１６に向けて噴射された燃料噴霧Ｆを楕円形状に沿って点火プラグ９周りに集めることができるため、成層燃焼時における燃料噴霧Ｆの周囲の拡散防止効果が更に高められ、該燃料噴霧Ｆの点火プラグ９周りへの輸送性を更に向上することができる。
【００７０】
ここで、前記何れの実施形態にあっても、燃料噴射弁１０はエンジン静止状態において、該燃料噴射弁１０より噴射された燃料噴霧Ｆが点火プラグ９を直撃しないような噴霧角度および取付角度に設定することが肝要で、これにより燃焼性の向上と排気性状の改善とを行える理想的な成層燃焼と均質燃焼とを行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を概略的に示す断面説明図。
【図２】本発明の第１実施形態における順タンブル強化手段による吸気流の運動を説明する断面説明図。
【図３】図２の略示的平面説明図。
【図４】本発明の第２実施形態における順タンブル強化手段を示す略示的断面説明図。
【図５】図４の略示的平面説明図。
【図６】図１に示した実施形態におけるピストン冠面の構造を示す平面説明図。
【図７】図１に示した実施形態のエンジン高回転時における成層燃焼状態を模式的に示す断面説明図。
【図８】図１に示した実施形態のエンジン低回転時における成層燃焼状態を模式的に示す断面説明図。
【図９】本発明の第３実施形態を示す略示的断面説明図。
【図１０】本発明の第４実施形態を示す略示的断面説明図。
【図１１】本発明の第５実施形態を示す略示的断面説明図。
【図１２】本発明の第６実施形態を示す略示的断面説明図。
【図１３】本発明の第７実施形態におけるピストン冠面の構造を示す平面説明図。
【図１４】本発明の第８実施形態におけるピストン冠面の構造を示す平面説明図。
【符号の説明】
１ シリンダブロック
２ ピストン
３ シリンダヘッド
４ 燃焼室
５ 吸気弁
６ 排気弁
７ 吸気ポート
８ 排気ポート
９ 点火プラグ
１０ 燃料噴射弁
１１ 順タンブル強化手段
１２ 部分遮断弁
１３ 遮断弁
１４ サブポート
１５ 断面ω形状の凹部
１６ 吸気弁配置側の円弧状凹部
１７ 排気弁配置側の円弧状凹部
１８ 中央突起部
Ａ 順タンブル流
Ｆ 燃料噴霧
Ｓ・Ｅ 凹部の外縁
Ｆ０ 噴射軸線
Claims (11)
- 燃焼室の吸気弁配置側の側部に燃料を直接燃焼室に噴射する燃料噴射弁を備えると共に、燃焼室のほぼ中心に臨む位置に点火プラグを備え、成層燃焼時に吸気に順タンブル流を付与した状態で圧縮行程中に燃料噴射を行うようにした筒内噴射式火花点火機関において、ピストン冠面に中央突起部の稜線を境にして吸気弁配置側の円弧状凹部と排気弁配置側の円弧状凹部とが隣接した断面ω形状の凹部を形成し、この吸気弁配置側の円弧状凹部は平面視して燃料噴射弁の噴射軸線方向に長く延在させて幅狭に設定してあると共に、燃料噴射弁の噴射軸線方向と直交する方向の両側に燃料噴霧の拡散を抑制する壁面を備えている一方、排気弁配置側の円弧状凹部を前記燃料噴射弁の噴射軸線方向と直交する方向に長く延在させて幅広に設定して、前記中央突起部の稜線を点火プラグ配設位置よりも排気弁配置側にオフセットした位置に設定し、圧縮行程中に燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧を、吸気弁配置側の円弧状凹部および中央突起部のガイド作用と排気弁配置側の円弧状凹部に集中して旋回する順タンブル流によって点火プラグ周りへ輸送するようにしたことを特徴とする筒内噴射式火花点火機関。
- 断面ω形状の凹部の中央突起部の高さを、吸気弁配置側の円弧状凹部と排気弁配置側の円弧状凹部の、中央突起部を中心に相対向する各外縁を結ぶ直線よりも低く設定したことを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 吸気弁配置側の円弧状凹部を排気弁配置側の円弧状凹部よりも深く形成したことを特徴とする請求項１，２に記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 排気弁配置側の円弧状凹部を吸気弁配置側の円弧状凹部よりも深く形成したことを特徴とする請求項１，２に記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 吸気弁配置側の円弧状凹部および排気弁配置側の円弧状凹部を平面方形に形成すると共に、これら円弧状凹部の中央突起部を中心に相対向する各外縁に、前記中央突起部の稜線と平行な稜線を持ち、かつ、該中央突起部よりも高さの高い突起部を形成したことを特徴とする請求項１，３，４に記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 排気弁配置側の円弧状凹部をピストン冠面の周縁部近傍まで広がる平面半円形状に形成したことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 吸気弁配置側の円弧状凹部および排気弁配置側の円弧状凹部を、それぞれの長手方向に長軸を持つ平面楕円形状に形成したことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 吸気弁により開閉される吸気ポート内に、成層燃焼時に吸気行程で燃焼室内に形成される順タンブル流を強化する順タンブル強化手段を設けたことを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 順タンブル強化手段が、成層燃焼時に吸気ポートの略下半部を遮蔽し、均質燃焼時に吸気ポートを開放する部分遮断弁であることを特徴とする請求項８に記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 順タンブル強化手段が、成層燃焼時に吸気ポートを全閉遮断し、均質燃焼時に吸気ポートを開放する遮断弁と、一端が前記遮断弁の上流に開口し、他端が吸気弁近傍に開口したサブポートとで構成したことを特徴とする請求項８に記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 燃料噴射弁はエンジン静止状態において、該燃料噴射弁より噴射された燃料噴霧が点火プラグを直撃しないような噴霧角度および取付角度に設定したことを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の筒内噴射式火花点火機関。
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