JP3758364B2 - 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５−２４００４５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の側部にウェッジ状の凸部を設ける一方、燃料噴射弁を前記凸部の形成側と反対側の排気弁配置側の燃焼室側部に配設したものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のようにピストン冠面の吸気弁配置側の側部にウェッジ状の凸部を形成することによって、吸気ポートから排気弁配置側に向けて導入した吸気のタンブル流の保存性がある程度向上して、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を向上することはできるが、燃料噴射弁を排気弁配置側に配設してあるため、該燃料噴射弁が高温に晒されて耐久性の問題やカーボン付着による燃料流量低下および燃料噴霧角の変化等の問題が生じてしまう。
【０００４】
また、このようなことから燃料噴射弁を吸気弁配置側に配設すると、燃料噴射弁から噴射された燃料が前記凸部に直撃して、未燃ＨＣおよびスモークの増加や燃料の拡散による成層燃焼の安定性悪化につながってしまう。
【０００５】
そこで、本発明は吸気のタンブル流の保持性をより一層向上できると共に、排気エミッションおよび成層燃焼を悪化させることなく燃料噴射弁の吸気弁配置側への配設を可能として、燃焼性を一段と向上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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にあっては、ピストン冠面に、該ピストン冠面の吸気弁配置側から排気弁配置側に向かう方向と直交しかつ燃焼室の中心線と直交する方向から見て燃焼室の中心線よりも排気弁配置側に偏寄した位置に中心点を持つ円弧状に形成されて、吸気ポートから排気弁配置側に向けて導入した吸気のタンブル流を保存するための前後方向に延在した比較的大きな凹部と、該凹部に続いて吸気弁配置側の側部に該凹部の弧状面を一側とし、他側に傾斜面を持つウェッジ状の凸部を形成する一方、該凹部に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を燃焼室の前記吸気弁配置側の側部に配設すると共に、前記凸部に燃料噴射弁から前記凹部に向けて噴射された燃料の直撃を回避するための溝部を形成したことを特徴としている。
【０００７】
請求項２の発明にあっては、請求項１に記載の凹部の半径をシリンダボア直径の０．３５〜０．４倍に設定すると共に、凸部の頂部からシリンダボアの排気弁配置側の側面との間の直線距離として得られる凹部幅をシリンダボア直径の７０〜８０％に設定したことを特徴としている。
【０００８】
請求項３の発明にあっては、ピストン冠面に、該ピストン冠面の吸気弁配置側から排気弁配置側に向かう方向と直交しかつ燃焼室の中心線と直交する方向から見て燃焼室の略中心線上に中心点を持つ円弧状に形成されて、吸気ポートから排気弁配置側に向けて導入した吸気のタンブル流を保存するための前後方向に延在する比較的大きな凹部と、該凹部に続いて吸気弁配置側の側部と排気弁配置側の側部とに前記凹部の弧状面を一側とし、他側に傾斜面を持つウェッジ状の凸部を形成する一方、該凹部に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を燃焼室の前記吸気弁配置側の側部に配設すると共に、吸気弁配置側の前記凸部に燃料噴射弁から前記凹部に向けて噴射された燃料の直撃を回避するための溝部を設けたことを特徴としている。
【０００９】
請求項４の発明にあっては、請求項３に記載の凹部の半径をシリンダボア直径の略１／２に設定すると共に、凹部両側の凸部の頂部間の直線距離として得られる凹部幅をシリンダボア直径の５０〜６０％に設定したことを特徴としている。
【００１０】
請求項５の発明にあっては、請求項１〜４に記載の溝部を側面視して略Ｕ字状に形成したことを特徴としている。
【００１１】
請求項６の発明にあっては、請求項１〜４に記載の溝部を側面視して方形に形成したことを特徴としている。
【００１２】
請求項７の発明にあっては、請求項１〜６に記載の溝部の底面を凸部の傾斜面よりも傾斜の緩い斜面として形成したことを特徴としている。
【００１３】
請求項８の発明にあっては、請求項１〜６に記載の溝部の底面を略水平に形成したことを特徴としている。
【００１４】
請求項９の発明にあっては、請求項１〜８に記載の吸気ポートにタンブル流を強化するタンブル強化手段を設けたことを特徴としている。
【００１５】
請求項１０の発明にあっては、請求項１〜９に記載の燃料噴射弁の燃料噴霧角を大気圧下で７０〜９０°に設定したことを特徴としている。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ピストン冠面の吸気弁配置側の側部に形成したウェッジ状の凸部から排気弁配置側の側部に亘る領域を前後方向に延在する比較的大きな円孤状の凹部に形成してあり、しかも、前記凸部の一側は該円弧状の弧状面で形成してあるため、吸気ポートから排気弁配置側に向けて導入した吸気のタンブル流は形崩れを生じることなくこの凹部の弧状面に沿って上向きに偏向されるようになってタンブル流の保存性を高めることができる。
【００１７】
また、燃料噴射弁は熱的に有利な吸気弁配置側の燃焼室側部に配設してあるが、ピストン冠面の該吸気弁配置側の側部に形成した前記凸部には、燃料噴射弁から前記凹部に向けて噴射した燃料の直撃を回避するための溝部を形成してあるため、燃料噴射弁の耐久性および噴射特性の維持と凸部への燃料直撃に起因する排気エミッション悪化防止との両立を図ることができて、排気エミッションの向上と燃焼の安定性向上とを実現することができる。
【００１８】
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、ピストン冠面の凹部の半径と幅とを、成層燃焼の安定性維持と適正な機関圧縮比の維持とから求められる最適値として設定してあるため、燃焼性および出力の安定化をより一層向上することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、ピストン冠面の中央部分に前後方向に延在する比較的大きな円弧状の凹部を形成し、この凹部に続いて吸気弁配置側の側部と排気弁配置側の側部とに形成したウェッジ状の凸部の一側は、何れも該凹部の弧状面で形成してあるため、吸気ポートから排気弁配置側に向けて導入した吸気のタンブル流は形崩れを生じることなくこの凹部の弧状面に沿って上向きに偏向されるようになると共に、タンブル流を燃焼室の中心部分に形成できるため、タンブル流の保存性を一段と高めることができると共に、排気弁配置側に形成した凸部によって燃料噴霧を受け止めて燃料の拡散防止効果を得ることができる。
【００２０】
また、燃料噴射弁は熱的に有利な吸気弁配置側の燃焼室側部に配設してあるが、ピストン冠面の該吸気弁配置側の側部に形成した前記凸部には、燃料噴射弁から前記凹部に向けて噴射した燃料の直撃を回避するための溝部を形成してあるため、燃料噴射弁の噴射特性の維持と凸部への燃料直撃に起因する排気エミッション悪化防止との両立を図ることができて、排気エミッションの向上と燃焼の安定性向上とを実現することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３の発明の効果に加えて、ピストン冠面の凹部の半径と幅とを、成層燃焼の安定性維持と適正な機関圧縮比の維持とから求められる最適値として設定してあるため、燃焼の安定化と出力の安定化をより一層向上することができる。
【００２２】
請求項５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、溝部を側面視して略Ｕ字状に可及的に小さく形成してピストン冠面の凹凸度合いを小さく抑制してあるため、Ｓ／Ｖ比の増加を抑えて出力の向上を図ることができる。
【００２３】
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、溝部を側面視して方形に形成して所定形成幅の下で溝部の開口を可及的に広げてあるため、燃料噴射弁の燃料噴射角にバラツキが生じても燃料の凸部への直撃回避を確実に図ることができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜６の発明の効果に加えて、溝部の底面を凸部の傾斜面よりも傾斜の緩い斜面として形成してあるため、凹部から溝部へのタンブル流の抜けを可及的に小さく抑えてタンブル流の保存性を向上することができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明によれば、請求項１〜６の発明の効果に加えて、溝部の底面を略水平に形成してあるため、燃料の凸部への直撃回避を確実に図ることができ、特に、燃料噴射弁を低位置配設するエンジンコンセプトに有効である。
【００２６】
請求項９に記載の発明によれば、請求項１〜８の発明の効果に加えて、吸気ポートにタンブル強化手段を配設してあるため、吸気に強いタンブル流を付与することができて成層燃焼運転領域を広くすることができる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項１〜９の発明の効果に加えて、燃料噴射弁の燃料噴射角を燃料噴霧がピストン冠面の凸部および点火プラグに直撃しない範囲で可及的に広角に設定してあるため、均質燃焼時の燃料の均質化をより一層向上できる一方、成層燃焼時の燃料の点火プラグ側への輸送性を向上できるため、均質燃焼および成層燃焼の安定化を更に向上することができる。
【００２８】
【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。
【００２９】
図１〜４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で形成された燃焼室を示す。
【００３０】
シリンダヘッド３には吸気弁６，６によって開閉される２つの吸気ポート５，５と、排気弁８，８よって開閉される２つの排気ポート７，７とを対向的に設けてある。
【００３１】
また、シリンダヘッド３には燃焼室４の中心部に臨んで点火プラグ９を配設してある。
【００３２】
吸気ポート５，５は何れも燃焼室４に対して適度の傾きをもって形成して、吸気弁６，６の開弁により図１に示すように吸気が排気弁配置側に向けて流入し、燃焼室４内のガス流動が燃焼室４の中心側からピストン２の冠面に下向きに向かうタンブル流ａが生じるようにしてある。
【００３３】
また、吸気ポート５，５の吸気弁６，６の近傍には、成層燃焼時にタンブル流ａを強制的に付与するタンブル強化手段１０を配設してある。
【００３４】
このタンブル強化手段１０として本実施形態では、成層燃焼時に吸気ポート５，５の略下半部を遮蔽し、均質燃焼時に該吸気ポート５，５を開放する部分遮蔽弁を用いている。
【００３５】
ピストン２の冠面には、機関前方から見て燃焼室４の中心線０よりも排気弁配置側に偏寄した位置に中心点Ｐ1 を持つ円弧状に形成されて、前記タンブル流ａを保存するための前後方向に延在する凹部１１を形成してある。
【００３６】
また、この凹部１１に続いて吸気弁配置側の側部には、該凹部１１の弧状面を一側とし、他側に傾斜面を持つウェッジ状の凸部１２を形成してある。
【００３７】
一方、燃焼室４に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１３は、燃焼室４の吸気弁配置側の側部、具体的には吸気ポート５，５の開口部間の近傍に配設してあり、そして、前記ピストン冠面の凸部１２の長さの中央部分には、該燃料噴射弁１３から噴射した燃料Ｆ（図１では大気圧下での噴霧角で示している）の直撃を回避するための溝部１４を形成してある。
【００３８】
この溝部１４は側面視して略Ｕ字状に形成してあると共に、溝底面１４ａは凸部１２の傾斜面よりも傾斜の緩い斜面として形成してある。
【００３９】
従って、この第１実施形態の構造によれば、ピストン２の冠面の吸気弁配置側の側部に形成したウェッジ状の凸部１２から排気弁配置側の側部に亘る領域を前後方向に延在する比較的大きな円弧状の凹部１１として形成してあり、しかも、前記凸部１２の一側は該円弧状の弧状面で形成してあるため、吸気ポート５，５から排気弁配置側に向けて導入した吸気のタンブル流ａは形崩れを生じることなくこの凹部１１の弧状面に沿って上向きに偏向されるようになってタンブル流ａの保存性を高めることができ、特に、この実施形態では吸気ポート５，５にタンブル強化手段１０を設けて成層燃焼時にタンブル流ａを強制的に付与するようにしてあるため、強いタンブル流ａを保持することができる。
【００４０】
また、燃料噴射弁１３は熱的に有利な燃焼室４の吸気弁配置側の側部に配設してあるが、ピストン冠面の該吸気弁配置側の側部に形成した凸部１２には、燃料噴射弁１３から噴射した燃料の直撃を回避するための溝部１４を形成してあるため、燃料噴射弁１３の耐久性および噴射特性を良好に維持することができると共に、凸部１２への燃料の直撃による未燃ＨＣおよびスモークの発生を抑制することができ、この結果、排気エミッションの向上と燃焼の安定性向上とを実現することができる。
【００４１】
特に、前記溝部１４は側面視して略Ｕ字状に可及的に小さく形成してピストン冠面の凹凸度合いを小さく抑制してあるため、Ｓ／Ｖ比の増加を抑えて出力の向上を図ることができ、かつ、溝底面１４ａを凸部１２の傾斜面よりも傾斜の緩い斜面として形成してあるため、凹部１１から溝部１４へのタンブル流ａの抜けを可及的に小さく抑えてタンブル流ａの保存性を向上することができる。
【００４２】
ここで、前記ピストン冠面の凹部１１のシリンダボアに対する大きさについて考察してみると、図１４に示すように、凸部１２の頂部からシリンダボアの排気弁配置側の側面との間の直線距離として得られる凹部１１の幅をシリンダボア直径Ｄのα倍（α＝０〜１）とすると、燃焼室４内のタンブル流ａは前記シリンダボアの排気弁配置側の側面からαＤ／２の距離をおいて点Ｐ1 を中心に、半径αＤ／２の円を描くように旋回すると考えられ、この時、凹部１１の半径ＲはＲ＝αＤ／２の最適値を持つ。
【００４３】
前記αの値はピストン２の上死点付近におけるタンブル流ａの保存性に大きく影響し、図１５のａ1 線で示すようにαの値が大きいほどタンブル流ａが保存され易いが、α＝１、即ち、ピストン冠面がフラットとなる手前に極大値が存在し、その最適値は機関の運転性を左右する適正な機関圧縮比との兼ね合いから求められ、図１５の斜線領域で示すようにおよそ０．７〜０．８が最適値であることが実験の結果明らかとされている。
【００４４】
この結果、前記凹部１１の幅はシリンダボア直径Ｄの７０〜８０％に、従って、凹部１１の半径Ｒはシリンダボア直径Ｄの０．３５〜０．４倍にすることが好ましく、これにより、タンブル流保存性（タンブル流強さ）が高く、かつ、適正な機関圧縮比を維持することができて、燃焼の安定性および出力の安定性をより一層向上することができる。
【００４５】
一方、前記凸部１２に形成した溝部１４の底面１４ａの傾斜角θ1 は、タンブル流ａの保存性と排気エミッション性に大きく影響する。
【００４６】
これは、図１８に示すように傾斜角θ1 が小さければ小さい程燃料噴霧の直撃がなくなるため未燃ＨＣ，スモークの発生を低減できる反面、溝部１４からタンブル流ａが抜けてガス流動が低下してしまい、逆に傾斜角θ1 を大きくするとタンブル流ａの保存性は向上するが、燃料噴霧の直撃による燃料の拡散傾向が大きくなって成層燃焼性が却って悪化すると共に、未燃ＨＣ，スモークの発生が多くなってしまう。
【００４７】
このようなことから前記傾斜角θ1 は図１８の斜線領域で示すように０°から凸部１１の傾斜面の傾斜角θ’1 よりも小さな所要の角度範囲に設定することが望ましい。
【００４８】
更に、溝部１４の開設幅は大きい程燃料噴霧の直撃を回避できるが、前述と動揺にタンブル流ａの抜けによるガス流動の低下が大きくなることから、燃料噴射弁１３の燃料噴霧角θ0 との兼ね合いで最適に調整することが肝要である。
【００４９】
これは、図１９に示すように燃料噴射弁１３の大気圧下での燃料噴霧角をθ0 とした場合、成層燃焼時に圧縮行程噴射を行った場合には筒内圧力によってθ’0 に燃料噴霧角が絞られ、この変化率はおよそ５０〜６０％、即ち、θ’0 ＝（０．５〜０．６）θ0 となる。
【００５０】
一方、この圧縮行程噴射時に燃料噴霧が凸部１２の傾斜面に吹き当る噴霧断面半径Ｒf は、燃料噴射弁１３のノズル先端と凸部１３の傾斜面間の直線距離をｌとして、Ｒf ＝ｌ・ｔａｎ１／２θ’0 ＝ｌ・ｔａｎ１／２（０．５〜０．６）θ0 として求められるから、この圧縮行程噴射時に燃料噴霧の直撃を避けるためには溝部１４のＵ字形の半径ＲP を前記噴霧断面半径Ｒf よりもやや大きく、即ち、ＲP ＞ｌ・ｔａｎ１／２（０．５〜０．６）θ0 に設定した円弧で画成される開設幅に形成すればよい。
【００５１】
以上のようにしてピストン２の冠面の凹部１１の大きさ、および凸部１２の溝部１４の溝底面１４ａの傾斜角θ1 ，開設幅が最適値に設定されるが、前述のように燃料噴射弁１３を燃焼室４の吸気弁配置側の側部に設けても、圧縮行程噴射時における凸部１２の傾斜面への燃料噴霧の直撃を回避できるため、該燃料噴射弁１３として大気圧下での燃料噴霧角θ0 が７０〜９０°の広角のものを用いている。
【００５２】
この燃料噴霧角θ0 の上限値は、前述の凸部１２の溝部１４の開設幅の拡大に伴う該溝部１４からのタンブル流ａの抜け許容限界から、即ち、ガス流動の低下限界を実験結果から求めて設定したもので、このように広角噴霧の燃料噴射弁１３を用いることによって、成層燃焼時に下向きに噴射される燃料噴霧を点火プラグ９の周辺に多く存在させることができて、成層燃焼をより一層安定化できることと併せて、均質燃焼時の混合気の均質化と気化促進を助長することができ、かつ、燃料のペネトレーション低減による燃料噴霧のシリンダ壁面衝突を回避して機関始動時の未燃ＨＣ，スモークの低減効果が得られる。
【００５３】
図５〜７は本発明の第２実施形態を示すもので、本実施形態にあってはピストン冠面の凸部１２に設けた溝部１４を側面視して方形に形成してある。
【００５４】
また、この溝部１４の底面１４ａはピストン２の冠面の平坦な一般面と面一に水平に形成してある。
【００５５】
このように溝部１４を側面視して方形に形成することにより、前述のようにして設定される溝部１４の限られた開設幅の下で該溝部１４の開口を可及的に広げることができ、しかも、溝底面１４ａを水平に形成してあることによって、燃料噴射弁１３の燃料噴霧角に多少のバラツキが生じても、燃料の凸部１２への直撃を確実に回避することができる。
【００５６】
特に、このように溝部１４の底面１４ａを水平に形成してあることによって、燃料噴霧の直撃回避エリアを拡大できるため燃料噴射弁１３を低位置配設するエンジンコンセプトに有効である。
【００５７】
図８〜１０は本発明の第３実施形態を示すもので、本実施形態にあってはピストン冠面の前後方向に延在する比較的大きな凹部１１を、機関前方から見て燃焼室４の略中心線０上に中心点Ｐ2 を持つ円弧状に形成してあり、この凹部１１に続いて吸気弁配置側の側部と排気弁配置側の側部とに該凹部１１の弧状面を一側とし、他側に傾斜面を持つウェッジ状の凸部１２Ｉ，１２Ｅを形成してある。
【００５８】
また、前記実施形態と同様に燃焼室４の吸気弁配置側の側部に配設した燃料噴射弁１３（図１参照）に対応する吸気弁配置側の凸部１２Ｉの中央部分に、該燃料噴射弁１３から噴射した燃料Ｆの直撃を回避するための溝部１４を形成してある。
【００５９】
この第３実施形態の場合、ピストン冠面の吸気弁配置側の凸部１２Ｉに所要開設幅の溝部１４を形成してあるため、燃料噴射弁１３から噴射した燃料の凸部１２Ｉへの直撃を回避できることは前記各実施形態と同様であるが、該ピストン冠面の凹部１１を燃焼室４の中心線０上に中心点Ｐ2 を持つ円弧状としてあるため、タンブル流ａを該燃焼室４の中心部分に形成できてタンブル流ａの保存性を一段と高めることができる。
【００６０】
また、この凹部１１に続いて排気弁配置側の側部にもウェッジ状の凸部１２Ｅを形成してあるため、該凸部１２Ｅにより燃料噴射弁１３から噴射された燃料噴霧を受け止めて、該燃料噴霧の拡散防止を図ることができ、従って、成層燃焼の安定性をより一層高めることができる。
【００６１】
この実施形態では前記溝部１４を側面視して略Ｕ字状に形成すると共に、溝底面１４ａを凸部１２Ｉの傾斜面よりも傾斜の緩い斜面として形成してあるが、前述した趣旨により図１１〜１３に示すように溝部１４を側面視して方形に形成すると共に、溝底面１４ａをピストン冠面の平坦な一般面と面一に水平に形成して、燃料噴霧の直撃回避エリアを拡大するようにしてもよいことは勿論である。
【００６２】
このようにピストン冠面の中央部分に前後方向に延在する円弧状の凹部１１を形成した場合、この凹部１１のシリンダボアに対する大きさを考察してみると、図１６に示すように凹部１１の両側の凸部１２Ｉ，１２Ｅの各頂部間の直線距離として得られる該凹部１１の幅をシリンダボア直径Ｄのβ倍（β＝０〜１）とすると、燃焼室４内のタンブル流ａは燃焼室４の中心線０上の点Ｐ2 を中心に、半径Ｒの円を描くように旋回すると考えられ、この時、凹部１１の半径Ｒがシリンダボア直径Ｄの１／２になるときタンブル流ａの旋回半径Ｒとシリンダボア半径が一致して、タンブル流ａの流動が最も強く、かつ、ピストン上死点付近でのタンブル流ａの保存性が高くなる。
【００６３】
そこで、この凹部１１の半径Ｒをシリンダボア直径Ｄの１／２に固定して、βの値を大きくして行くと図１７のａ2 線で示すようにピストン上死点付近でのタンブル流ａの保存性が高くなるが、βの値を大きくすることは同図のＰa 線で示すように機関圧縮比の低下を招いてしまうことから、機関の全性能から決まる機関圧縮比とタンブル流ａの保存性の要求からβの値が決まり、βはおよそ０．５〜０．６が最適値であることが実験結果から明らかとなっている。
【００６４】
そこで、前記凹部１１の半径Ｒをシリンダボア直径Ｄの１／２に設定すると共に、凹部１１の幅をシリンダボア直径の５０〜６０％に設定することによって、機関圧縮比を損わずに強いタンブル流ａを保存することができて、成層燃焼の安定性と出力の安定性とを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す断面図。
【図２】本発明の一実施形態のピストンの平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図４】本発明の一実施形態のピストン冠面の凸部を示す斜視説明図。
【図５】本発明の第２実施形態におけるピストンの平面図。
【図６】図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図７】本発明の第２実施形態のピストン冠面の凸部を示す斜視説明図。
【図８】本発明の第３実施形態におけるピストンの平面図。
【図９】図８のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図１０】本発明の第３実施形態のピストン冠面の凸部を示す斜視説明図。
【図１１】本発明の第４実施形態におけるピストンの平面図。
【図１２】図１１のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図１３】本発明の第４実施形態のピストン冠面の凸部を示す斜視説明図。
【図１４】本発明の第１実施形態におけるシリンダボア径と凹部の大きさとの関係を示す模式図。
【図１５】本発明の第１実施形態におけるタンブル流保存性を示すグラフ。
【図１６】本発明の第３，第４実施形態のおけるシリンダボア径と凹部の大きさとの関係を示す模式図。
【図１７】本発明の第３，第４実施形態におけるタンブル流保存性と機関圧縮比との関係を示すグラフ。
【図１８】ピストン冠面の溝部底面の傾斜角と排気エミッション性および成層燃焼安定性との関係を示すグラフ。
【図１９】燃料噴射弁の燃料噴霧角の大気圧下と圧縮行程噴射時とでの変化状況を示す説明図。
【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 吸気ポート
６ 吸気弁
７ 排気ポート
８ 排気弁
９ 点火プラグ
１０ タンブル強化手段
１１ 凹部
１２，１２Ｉ，１２Ｅ 凸部
１３ 燃料噴射弁
１４ 溝部
１４ａ 溝底面
【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５−２４００４５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の側部にウェッジ状の凸部を設ける一方、燃料噴射弁を前記凸部の形成側と反対側の排気弁配置側の燃焼室側部に配設したものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のようにピストン冠面の吸気弁配置側の側部にウェッジ状の凸部を形成することによって、吸気ポートから排気弁配置側に向けて導入した吸気のタンブル流の保存性がある程度向上して、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を向上することはできるが、燃料噴射弁を排気弁配置側に配設してあるため、該燃料噴射弁が高温に晒されて耐久性の問題やカーボン付着による燃料流量低下および燃料噴霧角の変化等の問題が生じてしまう。
【０００４】
また、このようなことから燃料噴射弁を吸気弁配置側に配設すると、燃料噴射弁から噴射された燃料が前記凸部に直撃して、未燃ＨＣおよびスモークの増加や燃料の拡散による成層燃焼の安定性悪化につながってしまう。
【０００５】
そこで、本発明は吸気のタンブル流の保持性をより一層向上できると共に、排気エミッションおよび成層燃焼を悪化させることなく燃料噴射弁の吸気弁配置側への配設を可能として、燃焼性を一段と向上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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にあっては、ピストン冠面に、該ピストン冠面の吸気弁配置側から排気弁配置側に向かう方向と直交しかつ燃焼室の中心線と直交する方向から見て燃焼室の中心線よりも排気弁配置側に偏寄した位置に中心点を持つ円弧状に形成されて、吸気ポートから排気弁配置側に向けて導入した吸気のタンブル流を保存するための前後方向に延在した比較的大きな凹部と、該凹部に続いて吸気弁配置側の側部に該凹部の弧状面を一側とし、他側に傾斜面を持つウェッジ状の凸部を形成する一方、該凹部に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を燃焼室の前記吸気弁配置側の側部に配設すると共に、前記凸部に燃料噴射弁から前記凹部に向けて噴射された燃料の直撃を回避するための溝部を形成したことを特徴としている。
【０００７】
請求項２の発明にあっては、請求項１に記載の凹部の半径をシリンダボア直径の０．３５〜０．４倍に設定すると共に、凸部の頂部からシリンダボアの排気弁配置側の側面との間の直線距離として得られる凹部幅をシリンダボア直径の７０〜８０％に設定したことを特徴としている。
【０００８】
請求項３の発明にあっては、ピストン冠面に、該ピストン冠面の吸気弁配置側から排気弁配置側に向かう方向と直交しかつ燃焼室の中心線と直交する方向から見て燃焼室の略中心線上に中心点を持つ円弧状に形成されて、吸気ポートから排気弁配置側に向けて導入した吸気のタンブル流を保存するための前後方向に延在する比較的大きな凹部と、該凹部に続いて吸気弁配置側の側部と排気弁配置側の側部とに前記凹部の弧状面を一側とし、他側に傾斜面を持つウェッジ状の凸部を形成する一方、該凹部に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を燃焼室の前記吸気弁配置側の側部に配設すると共に、吸気弁配置側の前記凸部に燃料噴射弁から前記凹部に向けて噴射された燃料の直撃を回避するための溝部を設けたことを特徴としている。
【０００９】
請求項４の発明にあっては、請求項３に記載の凹部の半径をシリンダボア直径の略１／２に設定すると共に、凹部両側の凸部の頂部間の直線距離として得られる凹部幅をシリンダボア直径の５０〜６０％に設定したことを特徴としている。
【００１０】
請求項５の発明にあっては、請求項１〜４に記載の溝部を側面視して略Ｕ字状に形成したことを特徴としている。
【００１１】
請求項６の発明にあっては、請求項１〜４に記載の溝部を側面視して方形に形成したことを特徴としている。
【００１２】
請求項７の発明にあっては、請求項１〜６に記載の溝部の底面を凸部の傾斜面よりも傾斜の緩い斜面として形成したことを特徴としている。
【００１３】
請求項８の発明にあっては、請求項１〜６に記載の溝部の底面を略水平に形成したことを特徴としている。
【００１４】
請求項９の発明にあっては、請求項１〜８に記載の吸気ポートにタンブル流を強化するタンブル強化手段を設けたことを特徴としている。
【００１５】
請求項１０の発明にあっては、請求項１〜９に記載の燃料噴射弁の燃料噴霧角を大気圧下で７０〜９０°に設定したことを特徴としている。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ピストン冠面の吸気弁配置側の側部に形成したウェッジ状の凸部から排気弁配置側の側部に亘る領域を前後方向に延在する比較的大きな円孤状の凹部に形成してあり、しかも、前記凸部の一側は該円弧状の弧状面で形成してあるため、吸気ポートから排気弁配置側に向けて導入した吸気のタンブル流は形崩れを生じることなくこの凹部の弧状面に沿って上向きに偏向されるようになってタンブル流の保存性を高めることができる。
【００１７】
また、燃料噴射弁は熱的に有利な吸気弁配置側の燃焼室側部に配設してあるが、ピストン冠面の該吸気弁配置側の側部に形成した前記凸部には、燃料噴射弁から前記凹部に向けて噴射した燃料の直撃を回避するための溝部を形成してあるため、燃料噴射弁の耐久性および噴射特性の維持と凸部への燃料直撃に起因する排気エミッション悪化防止との両立を図ることができて、排気エミッションの向上と燃焼の安定性向上とを実現することができる。
【００１８】
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、ピストン冠面の凹部の半径と幅とを、成層燃焼の安定性維持と適正な機関圧縮比の維持とから求められる最適値として設定してあるため、燃焼性および出力の安定化をより一層向上することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、ピストン冠面の中央部分に前後方向に延在する比較的大きな円弧状の凹部を形成し、この凹部に続いて吸気弁配置側の側部と排気弁配置側の側部とに形成したウェッジ状の凸部の一側は、何れも該凹部の弧状面で形成してあるため、吸気ポートから排気弁配置側に向けて導入した吸気のタンブル流は形崩れを生じることなくこの凹部の弧状面に沿って上向きに偏向されるようになると共に、タンブル流を燃焼室の中心部分に形成できるため、タンブル流の保存性を一段と高めることができると共に、排気弁配置側に形成した凸部によって燃料噴霧を受け止めて燃料の拡散防止効果を得ることができる。
【００２０】
また、燃料噴射弁は熱的に有利な吸気弁配置側の燃焼室側部に配設してあるが、ピストン冠面の該吸気弁配置側の側部に形成した前記凸部には、燃料噴射弁から前記凹部に向けて噴射した燃料の直撃を回避するための溝部を形成してあるため、燃料噴射弁の噴射特性の維持と凸部への燃料直撃に起因する排気エミッション悪化防止との両立を図ることができて、排気エミッションの向上と燃焼の安定性向上とを実現することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３の発明の効果に加えて、ピストン冠面の凹部の半径と幅とを、成層燃焼の安定性維持と適正な機関圧縮比の維持とから求められる最適値として設定してあるため、燃焼の安定化と出力の安定化をより一層向上することができる。
【００２２】
請求項５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、溝部を側面視して略Ｕ字状に可及的に小さく形成してピストン冠面の凹凸度合いを小さく抑制してあるため、Ｓ／Ｖ比の増加を抑えて出力の向上を図ることができる。
【００２３】
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、溝部を側面視して方形に形成して所定形成幅の下で溝部の開口を可及的に広げてあるため、燃料噴射弁の燃料噴射角にバラツキが生じても燃料の凸部への直撃回避を確実に図ることができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜６の発明の効果に加えて、溝部の底面を凸部の傾斜面よりも傾斜の緩い斜面として形成してあるため、凹部から溝部へのタンブル流の抜けを可及的に小さく抑えてタンブル流の保存性を向上することができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明によれば、請求項１〜６の発明の効果に加えて、溝部の底面を略水平に形成してあるため、燃料の凸部への直撃回避を確実に図ることができ、特に、燃料噴射弁を低位置配設するエンジンコンセプトに有効である。
【００２６】
請求項９に記載の発明によれば、請求項１〜８の発明の効果に加えて、吸気ポートにタンブル強化手段を配設してあるため、吸気に強いタンブル流を付与することができて成層燃焼運転領域を広くすることができる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項１〜９の発明の効果に加えて、燃料噴射弁の燃料噴射角を燃料噴霧がピストン冠面の凸部および点火プラグに直撃しない範囲で可及的に広角に設定してあるため、均質燃焼時の燃料の均質化をより一層向上できる一方、成層燃焼時の燃料の点火プラグ側への輸送性を向上できるため、均質燃焼および成層燃焼の安定化を更に向上することができる。
【００２８】
【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。
【００２９】
図１〜４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で形成された燃焼室を示す。
【００３０】
シリンダヘッド３には吸気弁６，６によって開閉される２つの吸気ポート５，５と、排気弁８，８よって開閉される２つの排気ポート７，７とを対向的に設けてある。
【００３１】
また、シリンダヘッド３には燃焼室４の中心部に臨んで点火プラグ９を配設してある。
【００３２】
吸気ポート５，５は何れも燃焼室４に対して適度の傾きをもって形成して、吸気弁６，６の開弁により図１に示すように吸気が排気弁配置側に向けて流入し、燃焼室４内のガス流動が燃焼室４の中心側からピストン２の冠面に下向きに向かうタンブル流ａが生じるようにしてある。
【００３３】
また、吸気ポート５，５の吸気弁６，６の近傍には、成層燃焼時にタンブル流ａを強制的に付与するタンブル強化手段１０を配設してある。
【００３４】
このタンブル強化手段１０として本実施形態では、成層燃焼時に吸気ポート５，５の略下半部を遮蔽し、均質燃焼時に該吸気ポート５，５を開放する部分遮蔽弁を用いている。
【００３５】
ピストン２の冠面には、機関前方から見て燃焼室４の中心線０よりも排気弁配置側に偏寄した位置に中心点Ｐ1 を持つ円弧状に形成されて、前記タンブル流ａを保存するための前後方向に延在する凹部１１を形成してある。
【００３６】
また、この凹部１１に続いて吸気弁配置側の側部には、該凹部１１の弧状面を一側とし、他側に傾斜面を持つウェッジ状の凸部１２を形成してある。
【００３７】
一方、燃焼室４に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１３は、燃焼室４の吸気弁配置側の側部、具体的には吸気ポート５，５の開口部間の近傍に配設してあり、そして、前記ピストン冠面の凸部１２の長さの中央部分には、該燃料噴射弁１３から噴射した燃料Ｆ（図１では大気圧下での噴霧角で示している）の直撃を回避するための溝部１４を形成してある。
【００３８】
この溝部１４は側面視して略Ｕ字状に形成してあると共に、溝底面１４ａは凸部１２の傾斜面よりも傾斜の緩い斜面として形成してある。
【００３９】
従って、この第１実施形態の構造によれば、ピストン２の冠面の吸気弁配置側の側部に形成したウェッジ状の凸部１２から排気弁配置側の側部に亘る領域を前後方向に延在する比較的大きな円弧状の凹部１１として形成してあり、しかも、前記凸部１２の一側は該円弧状の弧状面で形成してあるため、吸気ポート５，５から排気弁配置側に向けて導入した吸気のタンブル流ａは形崩れを生じることなくこの凹部１１の弧状面に沿って上向きに偏向されるようになってタンブル流ａの保存性を高めることができ、特に、この実施形態では吸気ポート５，５にタンブル強化手段１０を設けて成層燃焼時にタンブル流ａを強制的に付与するようにしてあるため、強いタンブル流ａを保持することができる。
【００４０】
また、燃料噴射弁１３は熱的に有利な燃焼室４の吸気弁配置側の側部に配設してあるが、ピストン冠面の該吸気弁配置側の側部に形成した凸部１２には、燃料噴射弁１３から噴射した燃料の直撃を回避するための溝部１４を形成してあるため、燃料噴射弁１３の耐久性および噴射特性を良好に維持することができると共に、凸部１２への燃料の直撃による未燃ＨＣおよびスモークの発生を抑制することができ、この結果、排気エミッションの向上と燃焼の安定性向上とを実現することができる。
【００４１】
特に、前記溝部１４は側面視して略Ｕ字状に可及的に小さく形成してピストン冠面の凹凸度合いを小さく抑制してあるため、Ｓ／Ｖ比の増加を抑えて出力の向上を図ることができ、かつ、溝底面１４ａを凸部１２の傾斜面よりも傾斜の緩い斜面として形成してあるため、凹部１１から溝部１４へのタンブル流ａの抜けを可及的に小さく抑えてタンブル流ａの保存性を向上することができる。
【００４２】
ここで、前記ピストン冠面の凹部１１のシリンダボアに対する大きさについて考察してみると、図１４に示すように、凸部１２の頂部からシリンダボアの排気弁配置側の側面との間の直線距離として得られる凹部１１の幅をシリンダボア直径Ｄのα倍（α＝０〜１）とすると、燃焼室４内のタンブル流ａは前記シリンダボアの排気弁配置側の側面からαＤ／２の距離をおいて点Ｐ1 を中心に、半径αＤ／２の円を描くように旋回すると考えられ、この時、凹部１１の半径ＲはＲ＝αＤ／２の最適値を持つ。
【００４３】
前記αの値はピストン２の上死点付近におけるタンブル流ａの保存性に大きく影響し、図１５のａ1 線で示すようにαの値が大きいほどタンブル流ａが保存され易いが、α＝１、即ち、ピストン冠面がフラットとなる手前に極大値が存在し、その最適値は機関の運転性を左右する適正な機関圧縮比との兼ね合いから求められ、図１５の斜線領域で示すようにおよそ０．７〜０．８が最適値であることが実験の結果明らかとされている。
【００４４】
この結果、前記凹部１１の幅はシリンダボア直径Ｄの７０〜８０％に、従って、凹部１１の半径Ｒはシリンダボア直径Ｄの０．３５〜０．４倍にすることが好ましく、これにより、タンブル流保存性（タンブル流強さ）が高く、かつ、適正な機関圧縮比を維持することができて、燃焼の安定性および出力の安定性をより一層向上することができる。
【００４５】
一方、前記凸部１２に形成した溝部１４の底面１４ａの傾斜角θ1 は、タンブル流ａの保存性と排気エミッション性に大きく影響する。
【００４６】
これは、図１８に示すように傾斜角θ1 が小さければ小さい程燃料噴霧の直撃がなくなるため未燃ＨＣ，スモークの発生を低減できる反面、溝部１４からタンブル流ａが抜けてガス流動が低下してしまい、逆に傾斜角θ1 を大きくするとタンブル流ａの保存性は向上するが、燃料噴霧の直撃による燃料の拡散傾向が大きくなって成層燃焼性が却って悪化すると共に、未燃ＨＣ，スモークの発生が多くなってしまう。
【００４７】
このようなことから前記傾斜角θ1 は図１８の斜線領域で示すように０°から凸部１１の傾斜面の傾斜角θ’1 よりも小さな所要の角度範囲に設定することが望ましい。
【００４８】
更に、溝部１４の開設幅は大きい程燃料噴霧の直撃を回避できるが、前述と動揺にタンブル流ａの抜けによるガス流動の低下が大きくなることから、燃料噴射弁１３の燃料噴霧角θ0 との兼ね合いで最適に調整することが肝要である。
【００４９】
これは、図１９に示すように燃料噴射弁１３の大気圧下での燃料噴霧角をθ0 とした場合、成層燃焼時に圧縮行程噴射を行った場合には筒内圧力によってθ’0 に燃料噴霧角が絞られ、この変化率はおよそ５０〜６０％、即ち、θ’0 ＝（０．５〜０．６）θ0 となる。
【００５０】
一方、この圧縮行程噴射時に燃料噴霧が凸部１２の傾斜面に吹き当る噴霧断面半径Ｒf は、燃料噴射弁１３のノズル先端と凸部１３の傾斜面間の直線距離をｌとして、Ｒf ＝ｌ・ｔａｎ１／２θ’0 ＝ｌ・ｔａｎ１／２（０．５〜０．６）θ0 として求められるから、この圧縮行程噴射時に燃料噴霧の直撃を避けるためには溝部１４のＵ字形の半径ＲP を前記噴霧断面半径Ｒf よりもやや大きく、即ち、ＲP ＞ｌ・ｔａｎ１／２（０．５〜０．６）θ0 に設定した円弧で画成される開設幅に形成すればよい。
【００５１】
以上のようにしてピストン２の冠面の凹部１１の大きさ、および凸部１２の溝部１４の溝底面１４ａの傾斜角θ1 ，開設幅が最適値に設定されるが、前述のように燃料噴射弁１３を燃焼室４の吸気弁配置側の側部に設けても、圧縮行程噴射時における凸部１２の傾斜面への燃料噴霧の直撃を回避できるため、該燃料噴射弁１３として大気圧下での燃料噴霧角θ0 が７０〜９０°の広角のものを用いている。
【００５２】
この燃料噴霧角θ0 の上限値は、前述の凸部１２の溝部１４の開設幅の拡大に伴う該溝部１４からのタンブル流ａの抜け許容限界から、即ち、ガス流動の低下限界を実験結果から求めて設定したもので、このように広角噴霧の燃料噴射弁１３を用いることによって、成層燃焼時に下向きに噴射される燃料噴霧を点火プラグ９の周辺に多く存在させることができて、成層燃焼をより一層安定化できることと併せて、均質燃焼時の混合気の均質化と気化促進を助長することができ、かつ、燃料のペネトレーション低減による燃料噴霧のシリンダ壁面衝突を回避して機関始動時の未燃ＨＣ，スモークの低減効果が得られる。
【００５３】
図５〜７は本発明の第２実施形態を示すもので、本実施形態にあってはピストン冠面の凸部１２に設けた溝部１４を側面視して方形に形成してある。
【００５４】
また、この溝部１４の底面１４ａはピストン２の冠面の平坦な一般面と面一に水平に形成してある。
【００５５】
このように溝部１４を側面視して方形に形成することにより、前述のようにして設定される溝部１４の限られた開設幅の下で該溝部１４の開口を可及的に広げることができ、しかも、溝底面１４ａを水平に形成してあることによって、燃料噴射弁１３の燃料噴霧角に多少のバラツキが生じても、燃料の凸部１２への直撃を確実に回避することができる。
【００５６】
特に、このように溝部１４の底面１４ａを水平に形成してあることによって、燃料噴霧の直撃回避エリアを拡大できるため燃料噴射弁１３を低位置配設するエンジンコンセプトに有効である。
【００５７】
図８〜１０は本発明の第３実施形態を示すもので、本実施形態にあってはピストン冠面の前後方向に延在する比較的大きな凹部１１を、機関前方から見て燃焼室４の略中心線０上に中心点Ｐ2 を持つ円弧状に形成してあり、この凹部１１に続いて吸気弁配置側の側部と排気弁配置側の側部とに該凹部１１の弧状面を一側とし、他側に傾斜面を持つウェッジ状の凸部１２Ｉ，１２Ｅを形成してある。
【００５８】
また、前記実施形態と同様に燃焼室４の吸気弁配置側の側部に配設した燃料噴射弁１３（図１参照）に対応する吸気弁配置側の凸部１２Ｉの中央部分に、該燃料噴射弁１３から噴射した燃料Ｆの直撃を回避するための溝部１４を形成してある。
【００５９】
この第３実施形態の場合、ピストン冠面の吸気弁配置側の凸部１２Ｉに所要開設幅の溝部１４を形成してあるため、燃料噴射弁１３から噴射した燃料の凸部１２Ｉへの直撃を回避できることは前記各実施形態と同様であるが、該ピストン冠面の凹部１１を燃焼室４の中心線０上に中心点Ｐ2 を持つ円弧状としてあるため、タンブル流ａを該燃焼室４の中心部分に形成できてタンブル流ａの保存性を一段と高めることができる。
【００６０】
また、この凹部１１に続いて排気弁配置側の側部にもウェッジ状の凸部１２Ｅを形成してあるため、該凸部１２Ｅにより燃料噴射弁１３から噴射された燃料噴霧を受け止めて、該燃料噴霧の拡散防止を図ることができ、従って、成層燃焼の安定性をより一層高めることができる。
【００６１】
この実施形態では前記溝部１４を側面視して略Ｕ字状に形成すると共に、溝底面１４ａを凸部１２Ｉの傾斜面よりも傾斜の緩い斜面として形成してあるが、前述した趣旨により図１１〜１３に示すように溝部１４を側面視して方形に形成すると共に、溝底面１４ａをピストン冠面の平坦な一般面と面一に水平に形成して、燃料噴霧の直撃回避エリアを拡大するようにしてもよいことは勿論である。
【００６２】
このようにピストン冠面の中央部分に前後方向に延在する円弧状の凹部１１を形成した場合、この凹部１１のシリンダボアに対する大きさを考察してみると、図１６に示すように凹部１１の両側の凸部１２Ｉ，１２Ｅの各頂部間の直線距離として得られる該凹部１１の幅をシリンダボア直径Ｄのβ倍（β＝０〜１）とすると、燃焼室４内のタンブル流ａは燃焼室４の中心線０上の点Ｐ2 を中心に、半径Ｒの円を描くように旋回すると考えられ、この時、凹部１１の半径Ｒがシリンダボア直径Ｄの１／２になるときタンブル流ａの旋回半径Ｒとシリンダボア半径が一致して、タンブル流ａの流動が最も強く、かつ、ピストン上死点付近でのタンブル流ａの保存性が高くなる。
【００６３】
そこで、この凹部１１の半径Ｒをシリンダボア直径Ｄの１／２に固定して、βの値を大きくして行くと図１７のａ2 線で示すようにピストン上死点付近でのタンブル流ａの保存性が高くなるが、βの値を大きくすることは同図のＰa 線で示すように機関圧縮比の低下を招いてしまうことから、機関の全性能から決まる機関圧縮比とタンブル流ａの保存性の要求からβの値が決まり、βはおよそ０．５〜０．６が最適値であることが実験結果から明らかとなっている。
【００６４】
そこで、前記凹部１１の半径Ｒをシリンダボア直径Ｄの１／２に設定すると共に、凹部１１の幅をシリンダボア直径の５０〜６０％に設定することによって、機関圧縮比を損わずに強いタンブル流ａを保存することができて、成層燃焼の安定性と出力の安定性とを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す断面図。
【図２】本発明の一実施形態のピストンの平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図４】本発明の一実施形態のピストン冠面の凸部を示す斜視説明図。
【図５】本発明の第２実施形態におけるピストンの平面図。
【図６】図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図７】本発明の第２実施形態のピストン冠面の凸部を示す斜視説明図。
【図８】本発明の第３実施形態におけるピストンの平面図。
【図９】図８のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図１０】本発明の第３実施形態のピストン冠面の凸部を示す斜視説明図。
【図１１】本発明の第４実施形態におけるピストンの平面図。
【図１２】図１１のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図１３】本発明の第４実施形態のピストン冠面の凸部を示す斜視説明図。
【図１４】本発明の第１実施形態におけるシリンダボア径と凹部の大きさとの関係を示す模式図。
【図１５】本発明の第１実施形態におけるタンブル流保存性を示すグラフ。
【図１６】本発明の第３，第４実施形態のおけるシリンダボア径と凹部の大きさとの関係を示す模式図。
【図１７】本発明の第３，第４実施形態におけるタンブル流保存性と機関圧縮比との関係を示すグラフ。
【図１８】ピストン冠面の溝部底面の傾斜角と排気エミッション性および成層燃焼安定性との関係を示すグラフ。
【図１９】燃料噴射弁の燃料噴霧角の大気圧下と圧縮行程噴射時とでの変化状況を示す説明図。
【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 吸気ポート
６ 吸気弁
７ 排気ポート
８ 排気弁
９ 点火プラグ
１０ タンブル強化手段
１１ 凹部
１２，１２Ｉ，１２Ｅ 凸部
１３ 燃料噴射弁
１４ 溝部
１４ａ 溝底面
Claims (10)
- ピストン冠面に、該ピストン冠面の吸気弁配置側から排気弁配置側に向かう方向と直交しかつ燃焼室の中心線と直交する方向から見て燃焼室の中心線よりも排気弁配置側に偏寄した位置に中心点を持つ円弧状に形成されて、吸気ポートから排気弁配置側に向けて導入した吸気のタンブル流を保存するための前後方向に延在した比較的大きな凹部と、該凹部に続いて吸気弁配置側の側部に該凹部の弧状面を一側とし、他側に傾斜面を持つウェッジ状の凸部を形成する一方、該凹部に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を燃焼室の前記吸気弁配置側の側部に配設すると共に、前記凸部に燃料噴射弁から前記凹部に向けて噴射された燃料の直撃を回避するための溝部を形成したことを特徴とする筒内噴射式火花点火機関。
- 凹部の半径をシリンダボア直径の０．３５〜０．４倍に設定すると共に、凸部の頂部からシリンダボアの排気弁配置側の側面との間の直線距離として得られる凹部幅をシリンダボア直径の７０〜８０％に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。
- ピストン冠面に、該ピストン冠面の吸気弁配置側から排気弁配置側に向かう方向と直交しかつ燃焼室の中心線と直交する方向から見て燃焼室の略中心線上に中心点を持つ円弧状に形成されて、吸気ポートから排気弁配置側に向けて導入した吸気のタンブル流を保存するための前後方向に延在する比較的大きな凹部と、該凹部に続いて吸気弁配置側の側部と排気弁配置側の側部とに前記凹部の弧状面を一側とし、他側に傾斜面を持つウェッジ状の凸部を形成する一方、該凹部に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を燃焼室の前記吸気弁配置側の側部に配設すると共に、吸気弁配置側の前記凸部に燃料噴射弁から前記凹部に向けて噴射された燃料の直撃を回避するための溝部を設けたことを特徴とする筒内噴射式火花点火機関。
- 凹部の半径をシリンダボア直径の略１／２に設定すると共に、凹部両側の凸部の頂部間の直線距離として得られる凹部幅をシリンダボア直径の５０〜６０％に設定したことを特徴とする請求項３に記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 溝部を側面視して略Ｕ字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。
- 溝部を側面視して方形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。
- 溝部の底面を凸部の傾斜面よりも傾斜の緩い斜面として形成したことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 溝部の底面を略水平に形成したことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 吸気ポートにタンブル流を強化するタンブル強化手段を設けたことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の筒内噴射式火花点火機関。
- 燃料噴射弁の燃料噴霧角を大気圧下で７０〜９０°に設定したことを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の筒内噴射式火花点火機関。
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1998
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