JP3820688B2 - 筒内直接噴射式火花点火エンジン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて吸気系の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
点火栓の近傍に燃料を集める混合気の成層化をはかるため、シリンダ内にインジェクタ（燃料噴射弁）を臨ませ、シリンダ内に直接に燃料を噴射するようにした筒内直接噴射式火花点火エンジンがある。
【０００３】
従来の筒内直接噴射式火花点火エンジンとして、例えば特開平６−２０７５４２号公報に開示さたものや、図１３に示すようなものがある。
【０００４】
これについて説明すると、ピストン１の冠部１０から突出する凸部１７が形成されるとともに、冠部１０に凹状に窪むキャビティ１１が形成される。
【０００５】
図示しないインジェクタが燃焼室天井壁からシリンダ内に臨み、図１４に示すように、キャビティ１１に向けて燃料を放射状に噴射するようになっている。
【０００６】
図示しない吸気ポートがシリンダに沿って直立して形成されている。直立した吸気ポートからシリンダ内に流入した吸気は、シリンダに沿って下降した後、ピストン冠部１０に沿って旋回する逆タンブルが生起される。
【０００７】
キャビティ１１には点火栓に向けて傾斜しており、キャビティ１１上において逆タンブルと共に旋回する燃料噴霧を点火栓の近傍に導くようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の筒内直接噴射式火花点火エンジンにあっては、ピストン１の冠部１０の肉厚Ｔを確保する必要から、球面状に窪むキャビティ１１の開口径が制約されるため、図１４に示すように、燃料噴霧がピストン冠部１０に到達する領域Ｆがキャビティ１１の外側に拡がり、燃料を点火栓の近傍に十分に集められないという問題点がある。
【０００９】
また、筒内直接噴射式エンジンの場合、燃料としてオイルに比べて粘度が低いガソリンが用いられるため、ガソリンの噴霧がキャビティ１１の外側に拡散してシリンダ５に付着する量が増えると、付着したガソリンによってオイルの粘性が希釈されてシリンダ５の油膜が切れる可能性があり、ピストン１の潤滑性が悪化するという問題点が考えられる。
【００１０】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、筒内直接噴射式火花点火エンジンに適した燃焼室構造を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンは、シリンダ内に吸気を導入する吸気ポートと、吸気ポートからシリンダ内に流入する吸気にタンブルを生起するタンブル生起手段と、ピストンの冠部に凹状に窪むキャビティと、シリンダ内にキャビティに向けて燃料を噴射するインジェクタと、シリンダ内の混合気に点火する点火栓と、シリンダ内から排気を排出する排気ポートとを備える筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、前記キャビティ部に点火栓に向けて傾斜する傾斜キャビティ部、前記ピストンの冠部に傾斜キャビティ部が開口するピストン傾斜面、傾斜キャビティ部の側方に連通する側方キャビティ部をそれぞれ形成し、傾斜キャビティ部をピストン傾斜面に対して略球面状に窪ませるとともに、側方キャビティ部をピストン傾斜面に対して楕円形の断面を持つ回転体の表面に沿って窪ませることで、傾斜キャビティ部より側方に到達する燃料噴霧を側方キャビティ部を介して点火栓の近傍に導く構成とする。
【００１２】
請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンは、シリンダ内に吸気を導入する吸気ポートと、吸気ポートからシリンダ内に流入する吸気にタンブルを生起するタンブル生起手段と、ピストンの冠部に凹状に窪むキャビティと、シリンダ内にキャビティに向けて燃料を噴射するインジェクタと、シリンダ内の混合気に点火する点火栓と、シリンダ内から排気を排出する排気ポートと、を備える筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、前記キャビティに点火栓に向けて傾斜する傾斜キャビティ部、前記ピストンの冠部に傾斜キャビティ部が開口するピストン傾斜面、傾斜キャビティ部の側方に連通する側方キャビティ部をそれぞれ形成し、傾斜キャビティ部をピストン傾斜面に対して略球面状に窪ませるとともに、側方キャビティ部の底面をピストン傾斜面に対して略平行に延びる平面状に形成することで、傾斜キャビティ部より側方に到達する燃料噴霧を側方キャビティ部を介して点火栓の近傍に導く構成とする。
【００１３】
請求項３に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンは、請求項１または２に記載の発明において、前記シリンダの中心線を含み、クランクシャフトの回転中心軸と直交する平面をシリンダ中心面ｃと定義し、燃焼室をシリンダ中心面ｃについて対称的に形成し、一対の側方キャビティ部を傾斜キャビティ部の両側方に連通させる。
【００１４】
請求項４に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンは、請求項１または３に記載の発明において、前記ピストンの冠部に傾斜キャビティ部が開口するピストン傾斜面を形成し、傾斜キャビティ部をピストン傾斜面に対して略球状に窪ませ、側方キャビティ部の底面をシリンダ中心線と直交する平面状に形成し、側方キャビティ部の底面から連続して点火栓に向けて傾斜するガイド面を形成する。
【００１５】
請求項５に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンは、請求項１または２に記載の発明において、前記ピストンの冠部に傾斜キャビティ部が開口するピストン傾斜面を形成し、傾斜キャビティ部をピストン傾斜面に対して略球面状に窪ませ、側方キャビティ部の底面をピストン傾斜面に対して略平行に延びる平面状に形成する。
【００１６】
請求項６に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンは、請求項１から６のいずれか一つに記載の発明において、前記ピストンの冠部に傾斜キャビティ部が開口するピストン傾斜面を形成し、傾斜キャビティ部をピストン傾斜面に対して略球面状に窪ませ、側方キャビティ部を傾斜キャビティ部から側方に離れるのにしたがって深く形成する。
【００１８】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、吸気バルブが開かれるのに伴って吸気ポートからシリンダ内に空気が吸入される。吸気ポートを通ってシリンダ内に吸入される吸気には、クランクシャフトの回転中心軸と平行な軸を中心として旋回するタンブルが生起される。
【００１９】
例えば希薄空燃比で運転されるリーンバーン領域では、ピストンが上昇する圧縮行程においてインジェクタが開弁し、燃焼室に燃料が噴射される。吸気ポートを通ってシリンダ内に吸入された空気がピストンで圧縮された状態で、点火栓を介して燃料を着火燃焼させる。
【００２０】
ピストンが上昇する圧縮行程においてキャビティ上においてタンブルと共に旋回する燃料噴霧は、傾斜キャビティ部に沿って点火栓に向けて上昇することにより、濃混合気が点火栓の近傍に集められる。
【００２１】
しかし、ピストン冠部の肉厚を確保する必要から、傾斜キャビティ部の大きさが制約されるため、放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部の外側に到達する。
【００２２】
本発明はこれに対処して、傾斜キャビティ部の側方に連通する両側方キャビティ部が燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は側方キャビティ部上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓の近傍に集められ、混合気の成層化がはかれる。
【００２３】
こうして燃料を点火栓の近傍に集中させることにより、着火が確実に行われる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００２４】
燃料噴霧がキャビティに集められることにより、燃料が燃焼室の外周部やシリンダ等に付着して、未燃焼ＨＣ，ＣＯが排出されることを抑えられる。さらに、冷間時において燃料噴射量を増やす必要がなく、これによってもエミッションを改善することができる。
【００２５】
また、燃料噴霧がキャビティに集められることにより、燃料とするガソリンがシリンダに付着することが抑えられ、付着したガソリンによってオイルの粘性が希釈されてシリンダの油膜が切れることを防止し、ピストンの摺動を円滑に維持することができる。
【００２７】
さらに、ピストン冠部の肉厚を確保する必要から、ピストン傾斜面に対して略球面状に窪む傾斜キャビティ部の開口径が制約されるため、放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部の外側に到達する。
【００２８】
これに対処して、請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンでは、ピストン傾斜面に対して楕円形の断面を持って窪む側方キャビティ部は、傾斜キャビティ部の両側方に連通し、燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は側方キャビティ部上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓の近傍に集められ、混合気の成層化がはかれる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる
【００３０】
また、請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンでは、ピストン傾斜面に対して略平行な底面を持って窪む側方キャビティ部は、傾斜キャビティ部の両側方に連通し、燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は側方キャビティ部上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部に沿って上昇する。
【００３１】
側方キャビティ部の底面がピストン傾斜面と平行な平面状に形成されているため、側方キャビティ部は偏平な空間として画成され、ピストン冠部に対する開口面積を大きくして、多くの燃料噴霧をキャビティに集めることができる。
【００３２】
こうして燃料を点火栓の近傍に集中させることにより、着火が確実に行われる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。また、請求項３に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンでは、傾斜キャビティ部の両側方に連通する両側方キャビティ部が燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は側方キャビティ部上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓の近傍に集められ、混合気の成層化がはかれる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００３３】
請求項４に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、ピストン冠部の肉厚を確保する必要から、ピストン傾斜面に対して略球面状に窪む傾斜キャビティ部の開口径が制約されるため、放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部の外側に到達する。
【００３４】
これに対処して、ピストン傾斜面に対して略平行な底面を持って窪む側方キャビティ部は、傾斜キャビティ部の両側方に連通し、燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は側方キャビティ部上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部に沿って上昇する。
【００３５】
側方キャビティ部の底面がシリンダ中心線と直交する平面状に形成されているため、この底面から立ち上がるガイド面の勾配を大きく形成することが可能となる。このため、側方キャビティ部上の燃料噴霧を点火栓の近傍に有効に集められ、着火が確実に行われる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００３６】
請求項５に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、ピストン冠部の肉厚を確保する必要から、ピストン傾斜面に対して略球面状に窪む傾斜キャビティ部の開口径が制約されるため、放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部の外側に到達する。
【００３７】
これに対処して、ピストン傾斜面に対して略平行な底面を持って窪む側方キャビティ部は、傾斜キャビティ部の両側方に連通し、燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は側方キャビティ部上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部に沿って上昇する。
【００３８】
側方キャビティ部はその開口幅がピストン冠部の外周部から中央部にかけてしだいに大きくなっているため、多くの燃料噴霧をキャビティに集めることができる。このため、側方キャビティ部上の燃料噴霧を点火栓の近傍に有効に集められ、着火が確実に行われる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００３９】
請求項６に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、ピストン冠部の肉厚を確保する必要から、ピストン傾斜面に対して略球面状に窪む傾斜キャビティ部の開口径が制約されるため、放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部の外側に到達する。
【００４０】
これに対処して、ピストン傾斜面に対して略平行な底面を持って窪む側方キャビティ部は、傾斜キャビティ部の両側方に連通し、燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は側方キャビティ部上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部に沿って上昇する。
【００４１】
側方キャビティ部の深さが傾斜キャビティ部から側方に離れるのにしたがって大きく形成されているため、側方キャビティ部に向けて噴射された燃料噴霧を逃がすことなく点火栓の近傍に導くことが可能となる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００４３】
図４、図６に示すように、シリンダヘッド２に形成された燃焼室天井壁２０とピストン１の間に燃焼室３が画成される。
【００４４】
ペントルーフ型に傾斜する燃焼室天井壁２０には２つの吸気ポート２１と２つの排気ポート２２が互いに対向して開口している。すなわち、燃焼室天井壁２０は、各吸気ポート２１が開口する吸気ポート側傾斜面２３と各排気ポート２２が開口する排気ポート側傾斜面２４によって構成される。
【００４５】
燃焼室天井壁２０の中央部から燃焼室３に臨むインジェクタ６と点火栓４が設けられる。インジェクタ６と点火栓４を挟むようにして２つの吸気バルブ７と２つの排気バルブ（図示せず）が互いに対向して設けられる。
【００４６】
インジェクタ６は２つの排気バルブの側方で、かつ両排気バルブの中間に位置して燃焼室３に臨んでいる。インジェクタ６はシリンダ中心線に略平行に配置される。
【００４７】
点火栓４は２つの吸気バルブ７の側方で、かつ両吸気バルブ７の中間に位置して燃焼室３に臨んでいる。すなわち、点火栓４は燃焼室天井壁２０の各吸気ポート２１と各排気ポート２２の間でインジェクタ６より各吸気ポート２１に近接する位置から燃焼室３に臨む。
【００４８】
各吸気ポート２１から燃焼室３に流入する吸気を図２に矢印で示すように排気ポート側傾斜面２４およびシリンダ５に沿って下降させてタンブルを生起するタンブル生起手段が備えられる。このタンブル生起手段として、各吸気ポート２１は、その通路中心が図４の正面図上において直線状に延び、各排気ポート側傾斜面２４およびシリンダ５に対向するように、シリンダ中心線に対して大きく傾斜している。
【００４９】
図２にも示すように、ピストン冠部１０はペントルーフ型に傾斜して形成される。ピストン冠部１０は、同じくペントルーフ型に傾斜した燃焼室天井壁２０の吸気ポート側傾斜面２３に対向して傾斜するピストン傾斜面１５と、排気ポート側傾斜面２４に対向して傾斜するピストン傾斜面１６等によって構成される。
【００５０】
この場合、ピストン１が上死点に到達するとき、ピストン１と燃焼室天井壁１０の間に画成される燃焼室３の容積を後述するキャビティ１１に集中させて、高い圧縮比が得られる。
【００５１】
図１にも示すように、ピストン１の冠部１０には凹状に窪むキャビティ１１が形成される。キャビティ１１は、ピストン冠部１０の中央部から排気ポート側傾斜面２４の下方に配置される傾斜キャビティ部１２と、傾斜キャビティ部１２の両側方（エンジンの前後方向）に連通する側方キャビティ部１３とから構成される。
【００５２】
インジェクタ６はその噴口が傾斜キャビティ部１２の上方に位置し、噴口から噴射される燃料噴霧が傾斜キャビティ部１２に向けて放射状に拡がるようになっている。
【００５３】
傾斜キャビティ部１２はその底面が略球面状に湾曲して形成される。傾斜キャビティ部１２の底面は、点火栓４に向けて傾斜する。インジェクタ６から噴射された燃料噴霧は、図２に矢印Ｂで示すように燃焼室３に生起されるタンブルと共に旋回し、傾斜キャビティ部１２に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓４の近傍に集められるようになっている。
【００５４】
ピストン冠部１０のピストン傾斜面１５とピストン傾斜面１６が交わる稜線１９は図示しないクランクシャフトの回転中心軸と平行方向に延びる直線状に形成される。傾斜キャビティ部１２は稜線１９を削除するように、ピストン傾斜面１５とピストン傾斜面１６にわたって開口している。
【００５５】
本実施形態では、図３に示すように、両側方キャビティ部１３はその底面が楕円形の断面を持つ回転体Ｇの表面に沿って湾曲するように形成される。両側方キャビティ部１３はインジェクタ６から放射状に拡がる燃料噴霧が到達する領域を含むように形成される。
【００５６】
側方キャビティ部１３は傾斜キャビティ部１２より浅く形成される。側方キャビティ部１３の底面は、点火栓４に向けて傾斜する。インジェクタ６から噴射された燃料噴霧は、図２に矢印Ｃで示すように燃焼室３に生起されるタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部１３に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓４の近傍に集められるようになっている。
【００５７】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００５８】
各吸気バルブ７が開かれるのに伴って各吸気ポート２１からシリンダ５内に空気が吸入される。低負荷時ではピストン１が上昇する圧縮行程の後半にインジェクタ６が開弁し、燃焼室３に燃料がキャビティ１１に向けて放射状に噴射される。 各吸気ポート２１を通ってシリンダ５内に吸入された空気がピストン１で圧縮された状態で、点火栓４を介して燃料を着火燃焼させる。燃焼したガスはピストン１を下降させてクランクシャフトを介して回転力を取り出した後、ピストン１が上昇する排気行程中に排気バルブが開かれるのに伴って各排気ポート２２から排出される。これらの各行程が連続して繰り返される。
【００５９】
各吸気ポート２１を通ってシリンダ５内に流入する吸気流は、図５に矢印で示すように、排気ポート側傾斜面２４およびシリンダ５に沿って下降した後にピストン冠部１０上へと進んで旋回する順タンブルを生起する。
【００６０】
インジェクタ６から放射状に噴射される燃料噴霧の大部分は、傾斜キャビティ部１２に向かう。傾斜キャビティ部１２は点火栓４に向けて傾斜しているため、図２に矢印Ｂで示すようにキャビティ１１上において順タンブルと共に旋回する燃料噴霧は、傾斜キャビティ部１２に沿って燃焼室３の中央部へと上昇する。これにより、濃混合気が点火栓４の近傍に集められる。
【００６１】
しかし、ピストン１の冠部１０の肉厚を確保する必要から、球面状に窪む傾斜キャビティ部１２の開口径が制約されるため、放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部１２の外側に到達する。
【００６２】
本発明はこれに対処して、傾斜キャビティ部１２の側方に連通する両側方キャビティ部１３が燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は、図２に矢印Ｃで示すように側方キャビティ部１３上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部１３に沿って上昇する。これにより、濃混合気が点火栓４の近傍に集められ、混合気の成層化がはかれる。
【００６３】
こうして燃料を点火栓４の近傍に集中させることにより、着火が確実に行われる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００６４】
多くの燃料噴霧がキャビティ１１に集められることにより、ピストン１の外周部やシリンダ５等に付着して、未燃焼ＨＣ，ＣＯが排出されることを抑えられる。さらに、冷間時において燃料噴射量を増やす必要がなく、これによってもエミッションを改善することができる。
【００６５】
また、多くの燃料噴霧がキャビティ１１に集められることにより、燃料とするガソリンがシリンダ５に付着することが抑えられ、付着したガソリンによってオイルの粘性が希釈されてシリンダ５の油膜が切れることを防止し、ピストン１の摺動を円滑に維持することができる。
【００６６】
高負荷時では、ピストン１が下降する吸入行程にインジェクタ６が開弁し、燃焼室３に燃料が噴射される。インジェクタ６から噴射された燃料が順タンブルによってピストン１のキャビティ１１に沿って旋回する過程でピストン１によって加熱され、その微粒化および気化が進む。
【００６７】
こうしてシリンダ５内に生起される順タンブルのガス流動により燃料の拡散が促され、点火時期を迎えるときに、燃焼室３に均質な混合気が形成され、着火が確実に行われるとともに、火炎の伝播が促される。この結果、サイクル変動に影響されない安定した燃焼性が確保され、出力の向上がはかれる。
【００６８】
次に、図７、図８、図９に示す実施形態について説明する。なお、図１、図２、図３との対応部分には同一符号を付す。
【００６９】
ピストン１の冠部１０に凹状に窪むキャビティ１１は、ピストン冠部１０の中央部から排気ポート側傾斜面の下方に配置される傾斜キャビティ部１２と、傾斜キャビティ部１２の両側方に連通する側方キャビティ部１３とから構成される。
【００７０】
傾斜キャビティ部１２はその底面が略球面状に湾曲して形成される。傾斜キャビティ部１２の底面は、点火栓に向けて傾斜する。インジェクタから噴射された燃料噴霧は、燃焼室３に生起されるタンブルと共に旋回し、傾斜キャビティ部１２に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓の近傍に集められるようになっている。
【００７１】
本実施形態では、側方キャビティ部１３は略三角形の外郭３１を有し、ピストンに対して燃料噴霧が到達する領域を含むように形成される。
【００７２】
側方キャビティ部１３は傾斜キャビティ部１２をまたぐようにして形成され、その底面がピストン冠部１０の外周部に段差無く連続している。
【００７３】
側方キャビティ部１３は傾斜キャビティ部１２より浅く形成される。側方キャビティ部１３の底面はピストン傾斜面１６と平行な平面状に形成され、排気ポート側天井壁に平行に対峙している。
【００７４】
側方キャビティ部１３の外郭３１はその断面が円弧状に湾曲してピストン傾斜面１６に接続している。
【００７５】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００７６】
放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部１２の外側に到達する。これに対処して、傾斜キャビティ部１２の側方に連通する側方キャビティ部１３が燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は、側方キャビティ部１３上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部１３に沿って上昇する。
【００７７】
側方キャビティ部１３の底面がピストン傾斜面１６と平行な平面状に形成されているため、側方キャビティ部１３は偏平な空間として画成され、ピストン冠部１０に対する開口面積を大きくして、多くの燃料噴霧をキャビティ１１に集めることができる。
【００７８】
こうして燃料を点火栓４の近傍に集中させることにより、着火が確実に行われる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００７９】
次に、図１０に示す実施形態について説明する。なお、図２との対応部分には同一符号を付す。
【００８０】
ピストン１の冠部１０に凹状に窪むキャビティ１１は、ピストン冠部１０の中央部から排気ポート側傾斜面の下方に配置される傾斜キャビティ部１２と、傾斜キャビティ部１２の両側方に連通する側方キャビティ部１３とから構成される。
【００８１】
傾斜キャビティ部１２はその底面が略球面状に湾曲して形成される。傾斜キャビティ部１２の底面は、点火栓に向けて傾斜する。インジェクタから噴射された燃料噴霧は、燃焼室３に生起されるタンブルと共に旋回し、傾斜キャビティ部１２に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓の近傍に集められるようになっている。
【００８２】
側方キャビティ部１３は傾斜キャビティ部１２より浅く形成される。傾斜キャビティ部１２の底面は、シリンダ中心線と直交する平面状に形成され、ピストン冠部１０の外周部と段差無く連続する。
【００８３】
側方キャビティ部１２はその底面から連続して点火栓に向けて傾斜するガイド面３３を有する。ガイド面３３はその断面が円弧状に湾曲して形成される。ガイド面３３の下端は側方キャビティ部１２の底面に段差無く連続する。ガイド面３３の上端は稜線１９の近傍でピストン傾斜面１６と接続している。
【００８４】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００８５】
放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部１２の外側に到達する。これに対処して、傾斜キャビティ部１２の側方に連通する側方キャビティ部１３が燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は、側方キャビティ部１３上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部１３のガイド面３３に沿って上昇する。
【００８６】
側方キャビティ部１３の底面がシリンダ中心線と直交する平面状に形成され、ピストン冠部１０の外周部と段差無く連続しているため、この底面から立ち上がるガイド面３３の勾配を大きく形成することが可能となる。このため、側方キャビティ部１３上の燃料噴霧を点火栓４の近傍に有効に集められ、着火が確実に行われる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００８７】
次に、図１１に示す実施形態について説明する。なお、図１との対応部分には同一符号を付す。
【００８８】
ピストン１の冠部１０に凹状に窪むキャビティ１１は、ピストン冠部１０の中央部から排気ポート側傾斜面の下方に配置される傾斜キャビティ部１２と、傾斜キャビティ部１２の両側方に連通する側方キャビティ部１３とから構成される。
【００８９】
傾斜キャビティ部１２はその底面が略球面状に湾曲して形成される。傾斜キャビティ部１２の底面は、点火栓に向けて傾斜する。インジェクタから噴射された燃料噴霧は、燃焼室３に生起されるタンブルと共に旋回し、傾斜キャビティ部１２に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓の近傍に集められるようになっている。
【００９０】
本実施形態では、側方キャビティ部１３は三日月形の外郭３１を有し、ピストンに対して燃料噴霧が到達する領域を含むように形成される。側方キャビティ部１３は傾斜キャビティ部１２をまたぐようにして形成され、その開口幅がピストン冠部１０の外周部から中央の稜線１９に近づくのにしたがって大きくなっている。外郭３１の上端３１ａは稜線１９に対してその近傍で平行に延びる直線状に形成される。
【００９１】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００９２】
放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部１２の外側に到達する。これに対処して、傾斜キャビティ部１２の側方に連通する側方キャビティ部１３が燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は、側方キャビティ部１３上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部１３に沿って上昇する。
【００９３】
側方キャビティ部１３はその外郭３１が三日月形をして、その開口幅がピストン冠部１０の外周部から中央部にかけてしだいに大きくなっているため、多くの燃料噴霧をキャビティ１１に集めることができる。
【００９４】
こうして燃料を点火栓４の近傍に集中させることにより、着火が確実に行われる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００９５】
次に、図１２に示す実施形態について説明する。なお、図３との対応部分には同一符号を付す。
【００９６】
ピストン１の冠部１０に凹状に窪むキャビティ１１は、ピストン冠部１０の中央部から排気ポート側傾斜面の下方に配置される傾斜キャビティ部１２と、傾斜キャビティ部１２の両側方に連通する側方キャビティ部１３とから構成される。
【００９７】
傾斜キャビティ部１２はその底面が略球面状に湾曲して形成される。傾斜キャビティ部１２の底面は、点火栓に向けて傾斜する。インジェクタから噴射された燃料噴霧は、燃焼室３に生起されるタンブルと共に旋回し、傾斜キャビティ部１２に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓の近傍に集められるようになっている。
【００９８】
側方キャビティ部１３は傾斜キャビティ部１２より浅く形成され、ピストンに対して燃料噴霧が到達する領域を含むように形成される。
【００９９】
本実施形態では、側方キャビティ部１３はその深さが傾斜キャビティ部１２から側方に離れるのにしたがって大きくなるように形成される。
【０１００】
側方キャビティ部１３の外郭３１はその断面が円弧状に湾曲してピストン傾斜面１６に接続している。
【０１０１】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【０１０２】
放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部１２の外側に到達する。これに対処して、傾斜キャビティ部１２の側方に連通する側方キャビティ部１３が燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は、側方キャビティ部１３上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部１３に沿って上昇する。
【０１０３】
側方キャビティ部１３はその深さが傾斜キャビティ部１２から側方に離れるのにしたがって大きくなっているため、側方キャビティ部１２に向けて噴射された燃料噴霧を逃がすことなく点火栓４の近傍に導くことが可能となる。
【０１０４】
こうして燃料を点火栓４の近傍に集中させることにより、着火が確実に行われる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すピストンの平面図。
【図２】同じくピストンの正面図。
【図３】同じく図２のＡ−Ａ線に沿うピストンの断面図。
【図４】同じく吸入行程におけるエンジンの概略正面図。
【図５】同じく点火時期タイミングにおけるエンジンの概略正面図。
【図６】同じく燃焼室天井壁の概略平面図。
【図７】他の実施形態を示すピストンの平面図。
【図８】同じくピストンの正面図。
【図９】同じく図８のＤ−Ｄ線に沿うピストンの断面図。
【図１０】さらに他の実施形態を示すピストンの正面図。
【図１１】さらに他の実施形態を示すピストンの平面図。
【図１２】さらに他の実施形態を示すピストンの断面図。
【図１３】従来例を示すピストンの正面図。
【図１４】同じくピストンの斜視図。
【符号の説明】
１ ピストン
２ シリンダヘッド
３ 燃焼室
４ 点火栓
５ シリンダ
６ インジェクタ
１０ ピストン冠部
１１ キャビティ
１２ 傾斜キャビティ部
１３ 側方キャビティ部
１５ ピストン傾斜面
１６ ピストン傾斜面
２０ 燃焼室天井壁
２１ 吸気ポート
２２ 排気ポート
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて吸気系の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
点火栓の近傍に燃料を集める混合気の成層化をはかるため、シリンダ内にインジェクタ（燃料噴射弁）を臨ませ、シリンダ内に直接に燃料を噴射するようにした筒内直接噴射式火花点火エンジンがある。
【０００３】
従来の筒内直接噴射式火花点火エンジンとして、例えば特開平６−２０７５４２号公報に開示さたものや、図１３に示すようなものがある。
【０００４】
これについて説明すると、ピストン１の冠部１０から突出する凸部１７が形成されるとともに、冠部１０に凹状に窪むキャビティ１１が形成される。
【０００５】
図示しないインジェクタが燃焼室天井壁からシリンダ内に臨み、図１４に示すように、キャビティ１１に向けて燃料を放射状に噴射するようになっている。
【０００６】
図示しない吸気ポートがシリンダに沿って直立して形成されている。直立した吸気ポートからシリンダ内に流入した吸気は、シリンダに沿って下降した後、ピストン冠部１０に沿って旋回する逆タンブルが生起される。
【０００７】
キャビティ１１には点火栓に向けて傾斜しており、キャビティ１１上において逆タンブルと共に旋回する燃料噴霧を点火栓の近傍に導くようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の筒内直接噴射式火花点火エンジンにあっては、ピストン１の冠部１０の肉厚Ｔを確保する必要から、球面状に窪むキャビティ１１の開口径が制約されるため、図１４に示すように、燃料噴霧がピストン冠部１０に到達する領域Ｆがキャビティ１１の外側に拡がり、燃料を点火栓の近傍に十分に集められないという問題点がある。
【０００９】
また、筒内直接噴射式エンジンの場合、燃料としてオイルに比べて粘度が低いガソリンが用いられるため、ガソリンの噴霧がキャビティ１１の外側に拡散してシリンダ５に付着する量が増えると、付着したガソリンによってオイルの粘性が希釈されてシリンダ５の油膜が切れる可能性があり、ピストン１の潤滑性が悪化するという問題点が考えられる。
【００１０】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、筒内直接噴射式火花点火エンジンに適した燃焼室構造を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンは、シリンダ内に吸気を導入する吸気ポートと、吸気ポートからシリンダ内に流入する吸気にタンブルを生起するタンブル生起手段と、ピストンの冠部に凹状に窪むキャビティと、シリンダ内にキャビティに向けて燃料を噴射するインジェクタと、シリンダ内の混合気に点火する点火栓と、シリンダ内から排気を排出する排気ポートとを備える筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、前記キャビティ部に点火栓に向けて傾斜する傾斜キャビティ部、前記ピストンの冠部に傾斜キャビティ部が開口するピストン傾斜面、傾斜キャビティ部の側方に連通する側方キャビティ部をそれぞれ形成し、傾斜キャビティ部をピストン傾斜面に対して略球面状に窪ませるとともに、側方キャビティ部をピストン傾斜面に対して楕円形の断面を持つ回転体の表面に沿って窪ませることで、傾斜キャビティ部より側方に到達する燃料噴霧を側方キャビティ部を介して点火栓の近傍に導く構成とする。
【００１２】
請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンは、シリンダ内に吸気を導入する吸気ポートと、吸気ポートからシリンダ内に流入する吸気にタンブルを生起するタンブル生起手段と、ピストンの冠部に凹状に窪むキャビティと、シリンダ内にキャビティに向けて燃料を噴射するインジェクタと、シリンダ内の混合気に点火する点火栓と、シリンダ内から排気を排出する排気ポートと、を備える筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、前記キャビティに点火栓に向けて傾斜する傾斜キャビティ部、前記ピストンの冠部に傾斜キャビティ部が開口するピストン傾斜面、傾斜キャビティ部の側方に連通する側方キャビティ部をそれぞれ形成し、傾斜キャビティ部をピストン傾斜面に対して略球面状に窪ませるとともに、側方キャビティ部の底面をピストン傾斜面に対して略平行に延びる平面状に形成することで、傾斜キャビティ部より側方に到達する燃料噴霧を側方キャビティ部を介して点火栓の近傍に導く構成とする。
【００１３】
請求項３に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンは、請求項１または２に記載の発明において、前記シリンダの中心線を含み、クランクシャフトの回転中心軸と直交する平面をシリンダ中心面ｃと定義し、燃焼室をシリンダ中心面ｃについて対称的に形成し、一対の側方キャビティ部を傾斜キャビティ部の両側方に連通させる。
【００１４】
請求項４に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンは、請求項１または３に記載の発明において、前記ピストンの冠部に傾斜キャビティ部が開口するピストン傾斜面を形成し、傾斜キャビティ部をピストン傾斜面に対して略球状に窪ませ、側方キャビティ部の底面をシリンダ中心線と直交する平面状に形成し、側方キャビティ部の底面から連続して点火栓に向けて傾斜するガイド面を形成する。
【００１５】
請求項５に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンは、請求項１または２に記載の発明において、前記ピストンの冠部に傾斜キャビティ部が開口するピストン傾斜面を形成し、傾斜キャビティ部をピストン傾斜面に対して略球面状に窪ませ、側方キャビティ部の底面をピストン傾斜面に対して略平行に延びる平面状に形成する。
【００１６】
請求項６に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンは、請求項１から６のいずれか一つに記載の発明において、前記ピストンの冠部に傾斜キャビティ部が開口するピストン傾斜面を形成し、傾斜キャビティ部をピストン傾斜面に対して略球面状に窪ませ、側方キャビティ部を傾斜キャビティ部から側方に離れるのにしたがって深く形成する。
【００１８】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、吸気バルブが開かれるのに伴って吸気ポートからシリンダ内に空気が吸入される。吸気ポートを通ってシリンダ内に吸入される吸気には、クランクシャフトの回転中心軸と平行な軸を中心として旋回するタンブルが生起される。
【００１９】
例えば希薄空燃比で運転されるリーンバーン領域では、ピストンが上昇する圧縮行程においてインジェクタが開弁し、燃焼室に燃料が噴射される。吸気ポートを通ってシリンダ内に吸入された空気がピストンで圧縮された状態で、点火栓を介して燃料を着火燃焼させる。
【００２０】
ピストンが上昇する圧縮行程においてキャビティ上においてタンブルと共に旋回する燃料噴霧は、傾斜キャビティ部に沿って点火栓に向けて上昇することにより、濃混合気が点火栓の近傍に集められる。
【００２１】
しかし、ピストン冠部の肉厚を確保する必要から、傾斜キャビティ部の大きさが制約されるため、放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部の外側に到達する。
【００２２】
本発明はこれに対処して、傾斜キャビティ部の側方に連通する両側方キャビティ部が燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は側方キャビティ部上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓の近傍に集められ、混合気の成層化がはかれる。
【００２３】
こうして燃料を点火栓の近傍に集中させることにより、着火が確実に行われる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００２４】
燃料噴霧がキャビティに集められることにより、燃料が燃焼室の外周部やシリンダ等に付着して、未燃焼ＨＣ，ＣＯが排出されることを抑えられる。さらに、冷間時において燃料噴射量を増やす必要がなく、これによってもエミッションを改善することができる。
【００２５】
また、燃料噴霧がキャビティに集められることにより、燃料とするガソリンがシリンダに付着することが抑えられ、付着したガソリンによってオイルの粘性が希釈されてシリンダの油膜が切れることを防止し、ピストンの摺動を円滑に維持することができる。
【００２７】
さらに、ピストン冠部の肉厚を確保する必要から、ピストン傾斜面に対して略球面状に窪む傾斜キャビティ部の開口径が制約されるため、放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部の外側に到達する。
【００２８】
これに対処して、請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンでは、ピストン傾斜面に対して楕円形の断面を持って窪む側方キャビティ部は、傾斜キャビティ部の両側方に連通し、燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は側方キャビティ部上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓の近傍に集められ、混合気の成層化がはかれる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる
【００３０】
また、請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンでは、ピストン傾斜面に対して略平行な底面を持って窪む側方キャビティ部は、傾斜キャビティ部の両側方に連通し、燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は側方キャビティ部上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部に沿って上昇する。
【００３１】
側方キャビティ部の底面がピストン傾斜面と平行な平面状に形成されているため、側方キャビティ部は偏平な空間として画成され、ピストン冠部に対する開口面積を大きくして、多くの燃料噴霧をキャビティに集めることができる。
【００３２】
こうして燃料を点火栓の近傍に集中させることにより、着火が確実に行われる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。また、請求項３に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンでは、傾斜キャビティ部の両側方に連通する両側方キャビティ部が燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は側方キャビティ部上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓の近傍に集められ、混合気の成層化がはかれる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００３３】
請求項４に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、ピストン冠部の肉厚を確保する必要から、ピストン傾斜面に対して略球面状に窪む傾斜キャビティ部の開口径が制約されるため、放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部の外側に到達する。
【００３４】
これに対処して、ピストン傾斜面に対して略平行な底面を持って窪む側方キャビティ部は、傾斜キャビティ部の両側方に連通し、燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は側方キャビティ部上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部に沿って上昇する。
【００３５】
側方キャビティ部の底面がシリンダ中心線と直交する平面状に形成されているため、この底面から立ち上がるガイド面の勾配を大きく形成することが可能となる。このため、側方キャビティ部上の燃料噴霧を点火栓の近傍に有効に集められ、着火が確実に行われる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００３６】
請求項５に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、ピストン冠部の肉厚を確保する必要から、ピストン傾斜面に対して略球面状に窪む傾斜キャビティ部の開口径が制約されるため、放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部の外側に到達する。
【００３７】
これに対処して、ピストン傾斜面に対して略平行な底面を持って窪む側方キャビティ部は、傾斜キャビティ部の両側方に連通し、燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は側方キャビティ部上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部に沿って上昇する。
【００３８】
側方キャビティ部はその開口幅がピストン冠部の外周部から中央部にかけてしだいに大きくなっているため、多くの燃料噴霧をキャビティに集めることができる。このため、側方キャビティ部上の燃料噴霧を点火栓の近傍に有効に集められ、着火が確実に行われる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００３９】
請求項６に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、ピストン冠部の肉厚を確保する必要から、ピストン傾斜面に対して略球面状に窪む傾斜キャビティ部の開口径が制約されるため、放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部の外側に到達する。
【００４０】
これに対処して、ピストン傾斜面に対して略平行な底面を持って窪む側方キャビティ部は、傾斜キャビティ部の両側方に連通し、燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は側方キャビティ部上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部に沿って上昇する。
【００４１】
側方キャビティ部の深さが傾斜キャビティ部から側方に離れるのにしたがって大きく形成されているため、側方キャビティ部に向けて噴射された燃料噴霧を逃がすことなく点火栓の近傍に導くことが可能となる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００４３】
図４、図６に示すように、シリンダヘッド２に形成された燃焼室天井壁２０とピストン１の間に燃焼室３が画成される。
【００４４】
ペントルーフ型に傾斜する燃焼室天井壁２０には２つの吸気ポート２１と２つの排気ポート２２が互いに対向して開口している。すなわち、燃焼室天井壁２０は、各吸気ポート２１が開口する吸気ポート側傾斜面２３と各排気ポート２２が開口する排気ポート側傾斜面２４によって構成される。
【００４５】
燃焼室天井壁２０の中央部から燃焼室３に臨むインジェクタ６と点火栓４が設けられる。インジェクタ６と点火栓４を挟むようにして２つの吸気バルブ７と２つの排気バルブ（図示せず）が互いに対向して設けられる。
【００４６】
インジェクタ６は２つの排気バルブの側方で、かつ両排気バルブの中間に位置して燃焼室３に臨んでいる。インジェクタ６はシリンダ中心線に略平行に配置される。
【００４７】
点火栓４は２つの吸気バルブ７の側方で、かつ両吸気バルブ７の中間に位置して燃焼室３に臨んでいる。すなわち、点火栓４は燃焼室天井壁２０の各吸気ポート２１と各排気ポート２２の間でインジェクタ６より各吸気ポート２１に近接する位置から燃焼室３に臨む。
【００４８】
各吸気ポート２１から燃焼室３に流入する吸気を図２に矢印で示すように排気ポート側傾斜面２４およびシリンダ５に沿って下降させてタンブルを生起するタンブル生起手段が備えられる。このタンブル生起手段として、各吸気ポート２１は、その通路中心が図４の正面図上において直線状に延び、各排気ポート側傾斜面２４およびシリンダ５に対向するように、シリンダ中心線に対して大きく傾斜している。
【００４９】
図２にも示すように、ピストン冠部１０はペントルーフ型に傾斜して形成される。ピストン冠部１０は、同じくペントルーフ型に傾斜した燃焼室天井壁２０の吸気ポート側傾斜面２３に対向して傾斜するピストン傾斜面１５と、排気ポート側傾斜面２４に対向して傾斜するピストン傾斜面１６等によって構成される。
【００５０】
この場合、ピストン１が上死点に到達するとき、ピストン１と燃焼室天井壁１０の間に画成される燃焼室３の容積を後述するキャビティ１１に集中させて、高い圧縮比が得られる。
【００５１】
図１にも示すように、ピストン１の冠部１０には凹状に窪むキャビティ１１が形成される。キャビティ１１は、ピストン冠部１０の中央部から排気ポート側傾斜面２４の下方に配置される傾斜キャビティ部１２と、傾斜キャビティ部１２の両側方（エンジンの前後方向）に連通する側方キャビティ部１３とから構成される。
【００５２】
インジェクタ６はその噴口が傾斜キャビティ部１２の上方に位置し、噴口から噴射される燃料噴霧が傾斜キャビティ部１２に向けて放射状に拡がるようになっている。
【００５３】
傾斜キャビティ部１２はその底面が略球面状に湾曲して形成される。傾斜キャビティ部１２の底面は、点火栓４に向けて傾斜する。インジェクタ６から噴射された燃料噴霧は、図２に矢印Ｂで示すように燃焼室３に生起されるタンブルと共に旋回し、傾斜キャビティ部１２に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓４の近傍に集められるようになっている。
【００５４】
ピストン冠部１０のピストン傾斜面１５とピストン傾斜面１６が交わる稜線１９は図示しないクランクシャフトの回転中心軸と平行方向に延びる直線状に形成される。傾斜キャビティ部１２は稜線１９を削除するように、ピストン傾斜面１５とピストン傾斜面１６にわたって開口している。
【００５５】
本実施形態では、図３に示すように、両側方キャビティ部１３はその底面が楕円形の断面を持つ回転体Ｇの表面に沿って湾曲するように形成される。両側方キャビティ部１３はインジェクタ６から放射状に拡がる燃料噴霧が到達する領域を含むように形成される。
【００５６】
側方キャビティ部１３は傾斜キャビティ部１２より浅く形成される。側方キャビティ部１３の底面は、点火栓４に向けて傾斜する。インジェクタ６から噴射された燃料噴霧は、図２に矢印Ｃで示すように燃焼室３に生起されるタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部１３に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓４の近傍に集められるようになっている。
【００５７】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００５８】
各吸気バルブ７が開かれるのに伴って各吸気ポート２１からシリンダ５内に空気が吸入される。低負荷時ではピストン１が上昇する圧縮行程の後半にインジェクタ６が開弁し、燃焼室３に燃料がキャビティ１１に向けて放射状に噴射される。 各吸気ポート２１を通ってシリンダ５内に吸入された空気がピストン１で圧縮された状態で、点火栓４を介して燃料を着火燃焼させる。燃焼したガスはピストン１を下降させてクランクシャフトを介して回転力を取り出した後、ピストン１が上昇する排気行程中に排気バルブが開かれるのに伴って各排気ポート２２から排出される。これらの各行程が連続して繰り返される。
【００５９】
各吸気ポート２１を通ってシリンダ５内に流入する吸気流は、図５に矢印で示すように、排気ポート側傾斜面２４およびシリンダ５に沿って下降した後にピストン冠部１０上へと進んで旋回する順タンブルを生起する。
【００６０】
インジェクタ６から放射状に噴射される燃料噴霧の大部分は、傾斜キャビティ部１２に向かう。傾斜キャビティ部１２は点火栓４に向けて傾斜しているため、図２に矢印Ｂで示すようにキャビティ１１上において順タンブルと共に旋回する燃料噴霧は、傾斜キャビティ部１２に沿って燃焼室３の中央部へと上昇する。これにより、濃混合気が点火栓４の近傍に集められる。
【００６１】
しかし、ピストン１の冠部１０の肉厚を確保する必要から、球面状に窪む傾斜キャビティ部１２の開口径が制約されるため、放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部１２の外側に到達する。
【００６２】
本発明はこれに対処して、傾斜キャビティ部１２の側方に連通する両側方キャビティ部１３が燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は、図２に矢印Ｃで示すように側方キャビティ部１３上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部１３に沿って上昇する。これにより、濃混合気が点火栓４の近傍に集められ、混合気の成層化がはかれる。
【００６３】
こうして燃料を点火栓４の近傍に集中させることにより、着火が確実に行われる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００６４】
多くの燃料噴霧がキャビティ１１に集められることにより、ピストン１の外周部やシリンダ５等に付着して、未燃焼ＨＣ，ＣＯが排出されることを抑えられる。さらに、冷間時において燃料噴射量を増やす必要がなく、これによってもエミッションを改善することができる。
【００６５】
また、多くの燃料噴霧がキャビティ１１に集められることにより、燃料とするガソリンがシリンダ５に付着することが抑えられ、付着したガソリンによってオイルの粘性が希釈されてシリンダ５の油膜が切れることを防止し、ピストン１の摺動を円滑に維持することができる。
【００６６】
高負荷時では、ピストン１が下降する吸入行程にインジェクタ６が開弁し、燃焼室３に燃料が噴射される。インジェクタ６から噴射された燃料が順タンブルによってピストン１のキャビティ１１に沿って旋回する過程でピストン１によって加熱され、その微粒化および気化が進む。
【００６７】
こうしてシリンダ５内に生起される順タンブルのガス流動により燃料の拡散が促され、点火時期を迎えるときに、燃焼室３に均質な混合気が形成され、着火が確実に行われるとともに、火炎の伝播が促される。この結果、サイクル変動に影響されない安定した燃焼性が確保され、出力の向上がはかれる。
【００６８】
次に、図７、図８、図９に示す実施形態について説明する。なお、図１、図２、図３との対応部分には同一符号を付す。
【００６９】
ピストン１の冠部１０に凹状に窪むキャビティ１１は、ピストン冠部１０の中央部から排気ポート側傾斜面の下方に配置される傾斜キャビティ部１２と、傾斜キャビティ部１２の両側方に連通する側方キャビティ部１３とから構成される。
【００７０】
傾斜キャビティ部１２はその底面が略球面状に湾曲して形成される。傾斜キャビティ部１２の底面は、点火栓に向けて傾斜する。インジェクタから噴射された燃料噴霧は、燃焼室３に生起されるタンブルと共に旋回し、傾斜キャビティ部１２に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓の近傍に集められるようになっている。
【００７１】
本実施形態では、側方キャビティ部１３は略三角形の外郭３１を有し、ピストンに対して燃料噴霧が到達する領域を含むように形成される。
【００７２】
側方キャビティ部１３は傾斜キャビティ部１２をまたぐようにして形成され、その底面がピストン冠部１０の外周部に段差無く連続している。
【００７３】
側方キャビティ部１３は傾斜キャビティ部１２より浅く形成される。側方キャビティ部１３の底面はピストン傾斜面１６と平行な平面状に形成され、排気ポート側天井壁に平行に対峙している。
【００７４】
側方キャビティ部１３の外郭３１はその断面が円弧状に湾曲してピストン傾斜面１６に接続している。
【００７５】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００７６】
放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部１２の外側に到達する。これに対処して、傾斜キャビティ部１２の側方に連通する側方キャビティ部１３が燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は、側方キャビティ部１３上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部１３に沿って上昇する。
【００７７】
側方キャビティ部１３の底面がピストン傾斜面１６と平行な平面状に形成されているため、側方キャビティ部１３は偏平な空間として画成され、ピストン冠部１０に対する開口面積を大きくして、多くの燃料噴霧をキャビティ１１に集めることができる。
【００７８】
こうして燃料を点火栓４の近傍に集中させることにより、着火が確実に行われる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００７９】
次に、図１０に示す実施形態について説明する。なお、図２との対応部分には同一符号を付す。
【００８０】
ピストン１の冠部１０に凹状に窪むキャビティ１１は、ピストン冠部１０の中央部から排気ポート側傾斜面の下方に配置される傾斜キャビティ部１２と、傾斜キャビティ部１２の両側方に連通する側方キャビティ部１３とから構成される。
【００８１】
傾斜キャビティ部１２はその底面が略球面状に湾曲して形成される。傾斜キャビティ部１２の底面は、点火栓に向けて傾斜する。インジェクタから噴射された燃料噴霧は、燃焼室３に生起されるタンブルと共に旋回し、傾斜キャビティ部１２に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓の近傍に集められるようになっている。
【００８２】
側方キャビティ部１３は傾斜キャビティ部１２より浅く形成される。傾斜キャビティ部１２の底面は、シリンダ中心線と直交する平面状に形成され、ピストン冠部１０の外周部と段差無く連続する。
【００８３】
側方キャビティ部１２はその底面から連続して点火栓に向けて傾斜するガイド面３３を有する。ガイド面３３はその断面が円弧状に湾曲して形成される。ガイド面３３の下端は側方キャビティ部１２の底面に段差無く連続する。ガイド面３３の上端は稜線１９の近傍でピストン傾斜面１６と接続している。
【００８４】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００８５】
放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部１２の外側に到達する。これに対処して、傾斜キャビティ部１２の側方に連通する側方キャビティ部１３が燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は、側方キャビティ部１３上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部１３のガイド面３３に沿って上昇する。
【００８６】
側方キャビティ部１３の底面がシリンダ中心線と直交する平面状に形成され、ピストン冠部１０の外周部と段差無く連続しているため、この底面から立ち上がるガイド面３３の勾配を大きく形成することが可能となる。このため、側方キャビティ部１３上の燃料噴霧を点火栓４の近傍に有効に集められ、着火が確実に行われる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００８７】
次に、図１１に示す実施形態について説明する。なお、図１との対応部分には同一符号を付す。
【００８８】
ピストン１の冠部１０に凹状に窪むキャビティ１１は、ピストン冠部１０の中央部から排気ポート側傾斜面の下方に配置される傾斜キャビティ部１２と、傾斜キャビティ部１２の両側方に連通する側方キャビティ部１３とから構成される。
【００８９】
傾斜キャビティ部１２はその底面が略球面状に湾曲して形成される。傾斜キャビティ部１２の底面は、点火栓に向けて傾斜する。インジェクタから噴射された燃料噴霧は、燃焼室３に生起されるタンブルと共に旋回し、傾斜キャビティ部１２に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓の近傍に集められるようになっている。
【００９０】
本実施形態では、側方キャビティ部１３は三日月形の外郭３１を有し、ピストンに対して燃料噴霧が到達する領域を含むように形成される。側方キャビティ部１３は傾斜キャビティ部１２をまたぐようにして形成され、その開口幅がピストン冠部１０の外周部から中央の稜線１９に近づくのにしたがって大きくなっている。外郭３１の上端３１ａは稜線１９に対してその近傍で平行に延びる直線状に形成される。
【００９１】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００９２】
放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部１２の外側に到達する。これに対処して、傾斜キャビティ部１２の側方に連通する側方キャビティ部１３が燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は、側方キャビティ部１３上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部１３に沿って上昇する。
【００９３】
側方キャビティ部１３はその外郭３１が三日月形をして、その開口幅がピストン冠部１０の外周部から中央部にかけてしだいに大きくなっているため、多くの燃料噴霧をキャビティ１１に集めることができる。
【００９４】
こうして燃料を点火栓４の近傍に集中させることにより、着火が確実に行われる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００９５】
次に、図１２に示す実施形態について説明する。なお、図３との対応部分には同一符号を付す。
【００９６】
ピストン１の冠部１０に凹状に窪むキャビティ１１は、ピストン冠部１０の中央部から排気ポート側傾斜面の下方に配置される傾斜キャビティ部１２と、傾斜キャビティ部１２の両側方に連通する側方キャビティ部１３とから構成される。
【００９７】
傾斜キャビティ部１２はその底面が略球面状に湾曲して形成される。傾斜キャビティ部１２の底面は、点火栓に向けて傾斜する。インジェクタから噴射された燃料噴霧は、燃焼室３に生起されるタンブルと共に旋回し、傾斜キャビティ部１２に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓の近傍に集められるようになっている。
【００９８】
側方キャビティ部１３は傾斜キャビティ部１２より浅く形成され、ピストンに対して燃料噴霧が到達する領域を含むように形成される。
【００９９】
本実施形態では、側方キャビティ部１３はその深さが傾斜キャビティ部１２から側方に離れるのにしたがって大きくなるように形成される。
【０１００】
側方キャビティ部１３の外郭３１はその断面が円弧状に湾曲してピストン傾斜面１６に接続している。
【０１０１】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【０１０２】
放射状に拡がる燃料噴霧の外周部が傾斜キャビティ部１２の外側に到達する。これに対処して、傾斜キャビティ部１２の側方に連通する側方キャビティ部１３が燃料噴霧の到達する領域に開口しているため、燃料噴霧の外周部は、側方キャビティ部１３上でタンブルと共に旋回し、側方キャビティ部１３に沿って上昇する。
【０１０３】
側方キャビティ部１３はその深さが傾斜キャビティ部１２から側方に離れるのにしたがって大きくなっているため、側方キャビティ部１２に向けて噴射された燃料噴霧を逃がすことなく点火栓４の近傍に導くことが可能となる。
【０１０４】
こうして燃料を点火栓４の近傍に集中させることにより、着火が確実に行われる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すピストンの平面図。
【図２】同じくピストンの正面図。
【図３】同じく図２のＡ−Ａ線に沿うピストンの断面図。
【図４】同じく吸入行程におけるエンジンの概略正面図。
【図５】同じく点火時期タイミングにおけるエンジンの概略正面図。
【図６】同じく燃焼室天井壁の概略平面図。
【図７】他の実施形態を示すピストンの平面図。
【図８】同じくピストンの正面図。
【図９】同じく図８のＤ−Ｄ線に沿うピストンの断面図。
【図１０】さらに他の実施形態を示すピストンの正面図。
【図１１】さらに他の実施形態を示すピストンの平面図。
【図１２】さらに他の実施形態を示すピストンの断面図。
【図１３】従来例を示すピストンの正面図。
【図１４】同じくピストンの斜視図。
【符号の説明】
１ ピストン
２ シリンダヘッド
３ 燃焼室
４ 点火栓
５ シリンダ
６ インジェクタ
１０ ピストン冠部
１１ キャビティ
１２ 傾斜キャビティ部
１３ 側方キャビティ部
１５ ピストン傾斜面
１６ ピストン傾斜面
２０ 燃焼室天井壁
２１ 吸気ポート
２２ 排気ポート
Claims (6)
- シリンダ内に吸気を導入する吸気ポートと、
吸気ポートからシリンダ内に流入する吸気にタンブルを生起するタンブル生起手段と、
ピストンの冠部に凹状に窪むキャビティと、
シリンダ内にキャビティに向けて燃料を噴射するインジェクタと、
シリンダ内の混合気に点火する点火栓と、シリンダ内から排気を排出する排気ポートと、
を備える筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、
前記キャビティ部に点火栓に向けて傾斜する傾斜キャビティ部、前記ピストンの冠部に傾斜キャビティ部が開口するピストン傾斜面、傾斜キャビティ部の側方に連通する側方キャビティ部をそれぞれ形成し、
傾斜キャビティ部をピストン傾斜面に対して略球面状に窪ませるとともに、側方キャビティ部をピストン傾斜面に対して楕円形の断面を持つ回転体の表面に沿って窪ませることで、傾斜キャビティ部より側方に到達する燃料噴霧を側方キャビティ部を介して点火栓の近傍に導くことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火エンジン。 - シリンダ内に吸気を導入する吸気ポートと、
吸気ポートからシリンダ内に流入する吸気にタンブルを生起するタンブル生起手段と、
ピストンの冠部に凹状に窪むキャビティと、
シリンダ内にキャビティに向けて燃料を噴射するインジェクタと、
シリンダ内の混合気に点火する点火栓と、シリンダ内から排気を排出する排気ポートと、
を備える筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、
前記キャビティに点火栓に向けて傾斜する傾斜キャビティ部、前記ピストンの冠部に傾斜キャビティ部が開口するピストン傾斜面、傾斜キャビティ部の側方に連通する側方キャビティ部をそれぞれ形成し、傾斜キャビティ部をピストン傾斜面に対して略平行に延びる平面状に形成することで、傾斜キャビティ部より側方に到達する燃料噴霧を側方キャビティ部を介して点火栓の近傍に導く構成としたことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火エンジン。 - 前記シリンダの中心線を含み、クランクシャフトの回転中心軸と直交する平面をシリンダ中心面ｃと定義し、燃焼室をシリンダ中心面ｃについて対称的に形成し、一対の側方キャビティ部を傾斜キャビティ部の両側方に連通させた請求項１または２に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。
- 前記ピストンの冠部に傾斜キャビティ部が開口するピストン傾斜面を形成し、傾斜キャビティ部をピストン傾斜面に対して略球面状に窪ませ、側方キャビティ部の底面をシリンダ中心線と直交する平面状に形成し、側方キャビティ部の底面から連続して点火栓に向けて傾斜するガイド面を形成した請求項１または３に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。
- 前記ピストンの冠部に傾斜キャビティ部が開口するピストン傾斜面を形成し、傾斜キャビティ部をピストン傾斜面に対して略球面状に窪ませ、側方キャビティ部の底面をピストン傾斜面に対して略平行に延びる平面状に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。
- 前記ピストンの冠部に傾斜キャビティ部が開口するピストン傾斜面を形成し、傾斜キャビティ部をピストン傾斜面に対して略球面状に窪ませ、側方キャビティ部を傾斜キャビティ部から側方に離れるのにしたがって深く形成したことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。
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| JP18843297A JP3820688B2 (ja) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | 筒内直接噴射式火花点火エンジン |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18843297A JP3820688B2 (ja) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | 筒内直接噴射式火花点火エンジン |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18843297A Expired - Lifetime JP3820688B2 (ja) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | 筒内直接噴射式火花点火エンジン |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1997
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Also Published As
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| JPH1136870A (ja) | 1999-02-09 |
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