JP3644323B2 - 直噴火花点火式内燃機関 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンブル流を用いて成層燃焼を行わせる直噴火花点火式内燃機関の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の直噴火花点火式内燃機関では、例えば特開平10−30411号公報に示されるように、シリンダヘッド燃焼室壁面の中央部より燃焼室内に臨ませた点火プラグと、シリンダヘッド燃焼室壁面の吸気弁側の側部から燃焼室内に臨ませた燃料噴射弁と、を備え、低中速・低負荷条件における燃費向上のため、圧縮行程にて燃料噴射弁から燃料を噴射して、超希薄混合比による成層燃焼を行わせている。
【0003】
ここで、吸気系構造(吸気ポートの設定)により、燃焼室内に吸気のタンブル流(縦方向の旋回流;縦渦)として順タンブル流(燃料噴射弁から直接点火プラグへ向かう方向のタンブル流)を生成することで、成層燃焼を行わせる成層運転時に、燃料の拡散を防止しつつ燃料を点火プラグ近傍へ確実に輸送して、燃料の成層化を可能にしている。
【0004】
また、タンブル流の生成を助長するため、ピストン冠面にタンブル流を案内する円筒面形状のキャビティを凹設することもよく知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような直噴火花点火式内燃機関では、機関をアイドル域のように低速・低負荷条件で運転した場合に、燃焼不良を生じやすく、延いては機関の運転性悪化を生じやすいという問題点があった。
【0006】
これは、機関回転数が低いために、吸気の旋回流動が弱まり、圧縮行程において、タンブル流が減衰、崩壊することによる。このため、混合気が成層化せず、燃焼が不安定となりやすくなるのである。
【0007】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、圧縮行程におけるタンブル流の減衰、崩壊を極力抑制できるようにして、低回転成層運転時の燃焼安定性を向上させることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明では、シリンダヘッド燃焼室壁面の中央部より燃焼室内に臨ませた点火プラグと、シリンダヘッド燃焼室壁面の吸気弁側の側部から燃焼室内に臨ませた燃料噴射弁と、燃焼室内に吸入空気のタンブル流を生成する吸気系構造と、ピストン冠面に形成されてタンブル流を案内する円筒面形状のキャビティと、を備え、少なくとも所定の運転条件にて圧縮行程にて燃料噴射弁から燃料を噴射して成層燃焼を行わせる直噴火花点火式内燃機関において、シリンダヘッド燃焼室壁面の前記タンブル流を挟む両側部に、前記タンブル流と略平行な平面を有する側壁を形成し、ピストン冠面に形成されたキャビティの円筒面軸方向の幅を、シリンダヘッドに形成された側壁間の幅より狭くし、これらの段差をキャビティ側に設けた傾斜面によりつないだことを特徴とする。
【0009】
請求項2に係る発明では、前記側壁を、吸気弁と排気弁との対向方向(以下、「吸気−排気方向」という)と平行にしたことを特徴とする。
請求項3に係る発明では、前記側壁を、吸気ポートからの吸入空気の流入方向と平行にしたことを特徴とする。
【0010】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、シリンダヘッド燃焼室壁面のタンブル流を挟む両側部に、タンブル流と略平行な平面を有する側壁を形成したことで、これら側壁によりタンブル流が圧縮行程において減衰、崩壊するのを抑止することができる。よって、機関低回転時においても十分なタンブル流を維持して、機関の燃費向上と安定した運転との両立が得られる。
【0011】
また、ピストン冠面に形成されたキャビティの円筒面軸方向の幅を、シリンダヘッドに形成された側壁間の幅より狭くし、これらの段差をキャビティ側に設けた傾斜面によりつないだことで、より高圧縮比化できると共に、段差によるタンブル流の崩壊を低減できる。
【0012】
請求項2に係る発明によれば、前記側壁を、吸気−排気方向と平行にしたことで、タンブル流の崩壊をより確実に抑止できる。
請求項3に係る発明によれば、前記側壁を、吸気ポートからの吸入空気の流入方向と平行にしたことで、スワール流(横方向の旋回流;横渦)を利用する際でも同様な効果が得られ、より低回転領域での機関の安定性を得やすくなる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
先ず本発明の第1実施形態について図1〜図4により説明する。
【0014】
図1は本発明の第1実施形態の構成を示し、上から、直噴火花点火式内燃機関の正面縦断面図、シリンダヘッド側の概略平面図及びそのA−A断面図、ピストン側の概略平面図を示している。
【0015】
シリンダヘッド1、シリンダブロック2及びピストン3により、燃焼室4が形成されている。
シリンダヘッド1には、シリンダヘッド燃焼室壁面の中央部から燃焼室4内に臨ませた点火プラグ5を囲んで、2つの吸気弁6と2つの排気弁7とが対向配置されている。8は吸気ポート、9は排気ポートである。
【0016】
シリンダヘッド1にはまた、シリンダヘッド燃焼室壁面の吸気弁6側の側部(2つの吸気弁6,6間でかつ下側)から燃焼室4内に臨ませた燃料噴射弁10が取付けられ、この燃料噴射弁10から直接燃焼室4内に斜め下向きに燃料を噴射するようにしてある。
【0017】
ここで、吸気ポート8の設定により、燃焼室4内に、吸入空気のタンブル流(縦渦)として、排気弁7側を下向きに流れ、吸気弁6側を上向きに流れる順タンブル流(すなわち、燃料噴射弁10近傍から直接点火プラグ5近傍に向う方向のタンブル流)を生成するようにしてある(図2参照)。
【0018】
また、タンブル流の強化のため、吸気ポート8の内部に流れ方向に沿って隔壁11を設けることで、2つの吸気ポート8a,8bに分け、更に隔壁11の上流側にタンブル流制御弁12を設けてある。このタンブル流制御弁12は図1の上側部分に切欠きを設けたバタフライバルブであり、開弁回動位置においては両方の吸気ポート8a,8bを開通させるが、閉弁回動位置においては一方の吸気ポート8aのみを開通させ、他方の吸気ポート8bを遮断することで、タンブル流を強化できる。
【0019】
そして、ピストン3の冠面には、前記タンブル流を助長するように案内する円筒面形状のキャビティ(凹溝)13が形成されている(詳細は図4により後述する)。
従って、吸気行程にて、燃焼室4内にタンブル流が生成され、これが圧縮行程まで維持されることで、成層運転時に圧縮行程にて燃料噴射弁10から燃料が噴射されると、この燃料噴霧はタンブル流に乗って、点火プラグ5近傍に運ばれ、これにより着火して成層燃焼がなされる。
【0020】
本発明に係る構成として、シリンダヘッド1には、シリンダヘッド燃焼室壁面の前記タンブル流を挟む両側部に、前記タンブル流と平行な平面、すなわち、吸気−排気方向(吸気弁6と排気弁7との対向方向)と平行な平面を有する側壁14,14を形成してある。
【0021】
言い換えれば、シリンダヘッド燃焼室壁面の前記タンブル流を挟む両側部を、周面のままではなく、肉付けして、平面(14)としてある。
【0022】
次に作用を説明する。
図2には通常アイドル時のガス流動生成、崩壊の概念図を示す。
吸気行程で形成されたタンブル流は、圧縮行程に入り、燃焼室4内が扁平化していくことにより崩壊が始まる。そのため、タンブル流が当初より弱い低回転時には、燃料噴射弁10より噴射された燃料は、筒内圧力が上昇し、燃料噴霧の到達距離(ペネトレーション)が減少すると共に、タンブル流が崩壊して点火プラグ5まで燃料を運びづらくなる。
【0023】
そこで、本発明(本実施形態)では、シリンダヘッド燃焼室壁面のタンブル流を挟む両側部に吸気−排気方向と平行な側壁14,14を設けることにより、タンブル流の崩壊を抑止し、低回転時での機関安定性を確保するものである。
【0024】
図3にはタンブル流の崩壊抑止の概念図を示す。
吸気行程で生成されたタンブル流は、圧縮されるに従い、ハの字又は逆ハの字状に押しつぶされていく(右上図参照)。
【0025】
これに対し、シリンダヘッド燃焼室壁面の両側部に側壁14,14を設けることで、より圧縮行程後半までタンブル流の崩壊が抑止されることになる(右下図参照)。そのため、より低回転での安定した成層運転が可能になると共に、燃料噴射時期、点火時期をより燃費最良点(MBT)に近づけることができ、燃費向上もあわせて得られる。
【0026】
図4は同じく第1実施形態の構成を示し、上から、シリンダヘッド及びピストン(上死点位置)の側面から見た概略断面図、ピストン側の概略平面図を示している。
【0027】
ここで、ピストン3の冠面に形成されたキャビティ13の円筒面軸方向(円筒形の端面間)の幅Wcを、シリンダヘッド1に形成された側壁14,14間の幅Wsより狭くしてある。
【0028】
また、キャビティ13の幅Wcと側壁14,14間の幅Wsとの段差を、キャビティ13側に設けた傾斜面(面取り部)15によりつないで、これらがなだらかに連なるようにしてある。
【0029】
効果としては、キャビティ13の幅Wcを側壁14,14間の幅Wsと同じにした場合に対し、より高い圧縮比を実現できる。
ピストン3に設けられるキャビティ13は、タンブル流の崩壊抑止の観点から適当な曲率を有するため、その容積の増大により、設定できる圧縮比に制約を受けることになる。
【0030】
そこで、本実施形態では、キャビティ13の幅Wcを小さく抑えることで、燃焼室4の容積を調整することにより、高圧縮比化を図る。
しかし、キャビティ13の幅Wcと側壁14,14間の幅Wsとに差異がありすぎると、タンブル流の崩壊の原因となりうる。
【0031】
そこで、本実施形態では、両者の段差をキャビティ13側に設けた傾斜面(面取り部)15によってなだらかにつなげることで、この段差がタンブル流の崩壊の原因となるのを防止している。
【0032】
次に本発明の第2実施形態について図5により説明する。
図5は本発明の第2実施形態の構成を示し、上から、直噴火花点火式内燃機関の正面縦断面図、シリンダヘッド側の概略平面図及びそのC−C断面図、ピストン側の概略平面図を示している。
【0033】
この第2実施形態では、吸気ポート8が吸気−排気方向に対し斜めに吸入空気を流入させるようになっている。
このため、シリンダヘッド1側の側壁14,14も吸気ポート8からの吸入空気の流入方向と略平行になるよう斜めに配置してある。また、ピストン3側のキャビティ13も同様に、円筒形の端面が吸入空気の流入方向と略平行になるよう斜めに配置してある。その他は、第1実施形態と同様である。
【0034】
このような構成とすることで、吸気ポート8の流入形状に従って、側壁14、14を設定でき、第1実施形態と同様の効果を得られる一方、スワール流(横渦)を積極的に利用する場合にも適応できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態を示す構成図(直噴火花点火式内燃機関の正面縦断面図、シリンダヘッド側の概略平面図及びそのA−A断面図、ピストン側の概略平面図)
【図2】 通常アイドル時のガス流動生成、崩壊の概念図
【図3】 タンブル流の崩壊抑止の概念図
【図4】 同じく第1実施形態の構成図(シリンダヘッド及びピストンの側面から見た概略断面図、ピストン側の概略平面図)
【図5】 本発明の第2実施形態を示す構成図
【符号の説明】
1 シリンダヘッド
2 シリンダブロック
3 ピストン
4 燃焼室
5 点火プラグ
6 吸気弁
7 排気弁
8(8a,8b) 吸気ポート
9 排気ポート
10 燃料噴射弁
11 隔壁
12 タンブル流制御弁
13 キャビティ
14 側壁
15 傾斜面(面取り部)
Claims (3)
- シリンダヘッド燃焼室壁面の中央部より燃焼室内に臨ませた点火プラグと、シリンダヘッド燃焼室壁面の吸気弁側の側部から燃焼室内に臨ませた燃料噴射弁と、燃焼室内に吸入空気のタンブル流を生成する吸気系構造と、ピストン冠面に形成されてタンブル流を案内する円筒面形状のキャビティと、を備え、少なくとも所定の運転条件にて圧縮行程にて燃料噴射弁から燃料を噴射して成層燃焼を行わせる直噴火花点火式内燃機関において、
シリンダヘッド燃焼室壁面の前記タンブル流を挟む両側部に、前記タンブル流と略平行な平面を有する側壁を形成し、ピストン冠面に形成されたキャビティの円筒面軸方向の幅を、シリンダヘッドに形成された側壁間の幅より狭くし、これらの段差をキャビティ側に設けた傾斜面によりつないだことを特徴とする直噴火花点火式内燃機関。 - 前記側壁を、吸気弁と排気弁との対向方向と平行にしたことを特徴とする請求項1記載の直噴火花点火式内燃機関。
- 前記側壁を、吸気ポートからの吸入空気の流入方向と平行にしたことを特徴とする請求項1記載の直噴火花点火式内燃機関。
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- 1999-10-01 JP JP28125199A patent/JP3644323B2/ja not_active Expired - Lifetime
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