JP4115549B2 - 直噴火花点火式内燃機関 - Google Patents
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- F02F3/26—Pistons having combustion chamber in piston head
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内に直接燃料を噴射する火花点火式内燃機関（ガソリン機関）、すなわち直噴火花点火式内燃機関の改良に関し、特に、燃料によるオイル希釈、スモークの発生、燃焼の悪化などを改善する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の直噴火花点火式内燃機関として、特開平６−８１６５５号公報や特開平５−２４００４７号公報に開示されるようなものがある。
【０００３】
このものは、図５に示すように、シリンダ（気筒）１２の中心軸線Ｌを含む平面ＦＣを挟んでシリンダヘッド２の一側に吸気ポート５を備え、平面ＦＣ内シリンダ軸線直交線ＬＨの平行線ＬＨ１周りに発生する吸気渦流（縦渦）ＴＦを助長すべく、ピストン２０２の頂面において前記一側側に偏心されつつ直交線ＬＨとの直交面視において下方に凸の曲面を呈して形成される凹部２０３と、ピストン２０２の頂面において前記凹部２０３の他側に連設されて前記凹部２０３からなだらかに隆起すると共にピストン上死点においてシリンダヘッド２の下面（換言すれば、燃焼室壁面３ａ）に近接する隆起部２０４と、上記ピストン２０２が上死点近傍に位置した際に、上記凹部２０３へ向けて燃料を噴射供給する噴口を有した燃料噴射弁４と、を備えるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の直噴火花点火式内燃機関にあっては、次のような惧れがあった。即ち、図５に示すような内燃機関では、シリンダ内の縦渦ＴＦの向きが、ピストン上死点付近でピストン頂面に沿って点火プラグ側へ噴出する燃料噴霧の方向と同一であって、燃料噴霧にとっては追い風となり、燃料噴霧が蒸発しないで点火プラグに到達しやすくなり、点火プラグの濡れやくすぶり、及びその周辺のシリンダヘッド下面への燃料の付着により、スモークの発生が懸念される構成となっていたため、ピストン上死点付近での燃料噴射時にスモークの発生が懸念される他、高速高負荷域など吸気行程噴射時のスモークが発生しやすくなる惧れがあった。
【０００５】
本発明は、このような従来の実情に鑑みなされたもので、直噴火花点火式内燃機関において、燃料噴射系とピストン頂面形状の最適化を図る等すると共に、燃料噴霧を要求に見合った適正な状態に設定する等することにより、ピストン冠面やシリンダ壁面や点火プラグへの過度の燃料付着を防止し、以って直噴火花点火式内燃機関の運転性能，排気性能，スモーク排出性能，オイルダイリューション等の問題を解決することを目的とする。
【０００６】
このため、本発明に係る直噴火花点火式内燃機関は、
吸気弁に対応する側が凹曲面をなし、排気弁側に滑らかに盛り上がって、燃焼室中心よりも排気弁側でシリンダヘッド側に凸の稜線を有する冠面形状をもつピストンと、
吸入空気を、吸気ポートが対向する排気弁側のシリンダ壁面に衝突させ、その後前記ピストンの冠面方向に曲げることによりシリンダ内に縦渦を形成するような形状を有する２つの吸気ポートと、
前記２つの吸気ポートの下方に配設され、前記２つの吸気ポートの間から燃焼室内に臨む位置に、燃料を噴射するための噴口を備えた燃料噴射弁と、
前記稜線より吸気弁側となる燃焼室の略中心に配設された点火プラグと、
を含んで構成され、
圧縮行程中の点火時期付近に、前記燃料噴射弁によって燃料を噴射することにより、前記凹曲面に沿って該燃料噴射弁の噴口に向かうシリンダ内の前記縦渦に対向して前記凹曲面の表面を前記点火プラグ側へ進行する燃料噴霧を形成するように構成した
ことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る直噴火花点火式内燃機関（ここでは、４弁式の内燃機関を例にして説明してある）では、点火プラグ１を燃焼室３の略中心に配設してある。そして、シリンダ中心軸線からオフセットさせて一側側に吸気ポート５を２つ備えるようにすると共に、当該吸気ポート５のシリンダ開口部下方或いはその付近で、燃料を噴射するための噴口４ａが２つの吸気ポート５の間から燃焼室３内に臨むように、燃料噴射弁４を配設するようになっている。
【０００８】
なお、吸気ポート５は、吸入空気が対向する排気弁下側のシリンダ壁面に衝突してピストン７頂面方向に下方に曲げられて、シリンダ内に、図中時計回り方向に、縦渦を形成するような形状となっている。
【０００９】
本実施形態におけるピストン７は、図２（Ａ），図２（Ｂ）に示すような冠面形状を有する。吸気弁１６（図３等参照）側に、凹曲面９が設けられている。この凹曲面９は、吸気弁１６下側のスキッシュ部１９から滑らかに形成され始め、排気弁１７（図３等参照）側に行くに従って平らな底部を過ぎてから滑らかに盛り上がって、点火プラグ１よりも、すなわちシリンダ中心よりも排気弁１７側の距離Ｌの位置で最高となり、シリンダヘッド２側に凸の稜線１１を形成する。
【００１０】
凹曲面９は、ピストン７の頂面上で吸気弁１６側から排気弁１７側へ向かう方向と略直角方向（クランク軸と平行な方向）に同一高さの概略円筒面である。稜線１１の最高部の高さは、上死点位置で燃料噴射弁４の噴口部以上の高さである。
【００１１】
稜線１１からは、排気弁１７側に、直線的に燃焼室ペントルーフ天井に沿って傾斜する斜面１３が形成されて、排気弁１７下側のスキッシュ部１４に連なっている。更に、ピストン７の周縁部には、凹曲面９よりも高く、上死点位置でシリンダヘッド２と微小な間隙で相対するフラットな面の外周部１５が形成されている。尚、稜線１１は外周部１５よりも高く形成され、外周部１５と交差する位置まで延びている。
【００１２】
次に作用を説明する。図３に示すように、圧縮行程中の点火時期付近に燃料を噴射する場合は、本発明のピストンでは、燃料噴霧がシリンダ内の縦渦２５に対向してピストン凹曲面９表面を点火プラグ１側に進むので、微粒化や蒸発が促進されて、点火に適した燃料蒸気塊が形成されると共に、過度の燃料の点火プラグ１周りへの付着やそれに起因する点火プラグ１のくすぶりや濡れの問題を未然に防止できる。このとき、斜面１３の上で形成されるもう１つの微小な縦渦２６は、燃料が稜線１１を越えて排気弁１７下のシリンダボアに直接付着してオイルを希釈しない作用をもつ。かくして、本発明による内燃機関では、圧縮行程時の燃料噴射時も安定した燃焼を実現できる。
【００１３】
図４（Ａ），図４（Ｂ）には、第２の実施形態を示す。図２（Ａ），図２（Ｂ）に示したものでは、ピストン７の凹曲面９の底部は平面に近いものであったが、当該第４の実施形態では、ピストン７の凹曲面９’をより真の円筒面に近づけている。但し、凹曲面９’の最底部の外周部15からの深さは前述の実施形態の凹曲面９の深さと同一にしている。
【００１４】
従って、凹部の容積を小さくできるので、圧縮比を高くとることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る直噴火花点火式内燃機関の構成を示す断面図。
【図２】 本発明の第１の実施形態のピストン冠面形状を示す平面図及び縦断面図。
【図３】 同上実施形態における点火時期付近で噴射した場合の噴霧を示す図。
【図４】 本発明の第２の実施形態のピストン冠面形状を示す平面図及び縦断面図。
【図５】 従来例を示す内燃機関の概略断面図
【符号の説明】
１ 点火プラグ
２ シリンダヘッド
３ 燃焼室
４ 燃料噴射弁
５ 吸気ポート
７ ピストン
12 シリンダ
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内に直接燃料を噴射する火花点火式内燃機関（ガソリン機関）、すなわち直噴火花点火式内燃機関の改良に関し、特に、燃料によるオイル希釈、スモークの発生、燃焼の悪化などを改善する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の直噴火花点火式内燃機関として、特開平６−８１６５５号公報や特開平５−２４００４７号公報に開示されるようなものがある。
【０００３】
このものは、図５に示すように、シリンダ（気筒）１２の中心軸線Ｌを含む平面ＦＣを挟んでシリンダヘッド２の一側に吸気ポート５を備え、平面ＦＣ内シリンダ軸線直交線ＬＨの平行線ＬＨ１周りに発生する吸気渦流（縦渦）ＴＦを助長すべく、ピストン２０２の頂面において前記一側側に偏心されつつ直交線ＬＨとの直交面視において下方に凸の曲面を呈して形成される凹部２０３と、ピストン２０２の頂面において前記凹部２０３の他側に連設されて前記凹部２０３からなだらかに隆起すると共にピストン上死点においてシリンダヘッド２の下面（換言すれば、燃焼室壁面３ａ）に近接する隆起部２０４と、上記ピストン２０２が上死点近傍に位置した際に、上記凹部２０３へ向けて燃料を噴射供給する噴口を有した燃料噴射弁４と、を備えるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の直噴火花点火式内燃機関にあっては、次のような惧れがあった。即ち、図５に示すような内燃機関では、シリンダ内の縦渦ＴＦの向きが、ピストン上死点付近でピストン頂面に沿って点火プラグ側へ噴出する燃料噴霧の方向と同一であって、燃料噴霧にとっては追い風となり、燃料噴霧が蒸発しないで点火プラグに到達しやすくなり、点火プラグの濡れやくすぶり、及びその周辺のシリンダヘッド下面への燃料の付着により、スモークの発生が懸念される構成となっていたため、ピストン上死点付近での燃料噴射時にスモークの発生が懸念される他、高速高負荷域など吸気行程噴射時のスモークが発生しやすくなる惧れがあった。
【０００５】
本発明は、このような従来の実情に鑑みなされたもので、直噴火花点火式内燃機関において、燃料噴射系とピストン頂面形状の最適化を図る等すると共に、燃料噴霧を要求に見合った適正な状態に設定する等することにより、ピストン冠面やシリンダ壁面や点火プラグへの過度の燃料付着を防止し、以って直噴火花点火式内燃機関の運転性能，排気性能，スモーク排出性能，オイルダイリューション等の問題を解決することを目的とする。
【０００６】
このため、本発明に係る直噴火花点火式内燃機関は、
吸気弁に対応する側が凹曲面をなし、排気弁側に滑らかに盛り上がって、燃焼室中心よりも排気弁側でシリンダヘッド側に凸の稜線を有する冠面形状をもつピストンと、
吸入空気を、吸気ポートが対向する排気弁側のシリンダ壁面に衝突させ、その後前記ピストンの冠面方向に曲げることによりシリンダ内に縦渦を形成するような形状を有する２つの吸気ポートと、
前記２つの吸気ポートの下方に配設され、前記２つの吸気ポートの間から燃焼室内に臨む位置に、燃料を噴射するための噴口を備えた燃料噴射弁と、
前記稜線より吸気弁側となる燃焼室の略中心に配設された点火プラグと、
を含んで構成され、
圧縮行程中の点火時期付近に、前記燃料噴射弁によって燃料を噴射することにより、前記凹曲面に沿って該燃料噴射弁の噴口に向かうシリンダ内の前記縦渦に対向して前記凹曲面の表面を前記点火プラグ側へ進行する燃料噴霧を形成するように構成した
ことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る直噴火花点火式内燃機関（ここでは、４弁式の内燃機関を例にして説明してある）では、点火プラグ１を燃焼室３の略中心に配設してある。そして、シリンダ中心軸線からオフセットさせて一側側に吸気ポート５を２つ備えるようにすると共に、当該吸気ポート５のシリンダ開口部下方或いはその付近で、燃料を噴射するための噴口４ａが２つの吸気ポート５の間から燃焼室３内に臨むように、燃料噴射弁４を配設するようになっている。
【０００８】
なお、吸気ポート５は、吸入空気が対向する排気弁下側のシリンダ壁面に衝突してピストン７頂面方向に下方に曲げられて、シリンダ内に、図中時計回り方向に、縦渦を形成するような形状となっている。
【０００９】
本実施形態におけるピストン７は、図２（Ａ），図２（Ｂ）に示すような冠面形状を有する。吸気弁１６（図３等参照）側に、凹曲面９が設けられている。この凹曲面９は、吸気弁１６下側のスキッシュ部１９から滑らかに形成され始め、排気弁１７（図３等参照）側に行くに従って平らな底部を過ぎてから滑らかに盛り上がって、点火プラグ１よりも、すなわちシリンダ中心よりも排気弁１７側の距離Ｌの位置で最高となり、シリンダヘッド２側に凸の稜線１１を形成する。
【００１０】
凹曲面９は、ピストン７の頂面上で吸気弁１６側から排気弁１７側へ向かう方向と略直角方向（クランク軸と平行な方向）に同一高さの概略円筒面である。稜線１１の最高部の高さは、上死点位置で燃料噴射弁４の噴口部以上の高さである。
【００１１】
稜線１１からは、排気弁１７側に、直線的に燃焼室ペントルーフ天井に沿って傾斜する斜面１３が形成されて、排気弁１７下側のスキッシュ部１４に連なっている。更に、ピストン７の周縁部には、凹曲面９よりも高く、上死点位置でシリンダヘッド２と微小な間隙で相対するフラットな面の外周部１５が形成されている。尚、稜線１１は外周部１５よりも高く形成され、外周部１５と交差する位置まで延びている。
【００１２】
次に作用を説明する。図３に示すように、圧縮行程中の点火時期付近に燃料を噴射する場合は、本発明のピストンでは、燃料噴霧がシリンダ内の縦渦２５に対向してピストン凹曲面９表面を点火プラグ１側に進むので、微粒化や蒸発が促進されて、点火に適した燃料蒸気塊が形成されると共に、過度の燃料の点火プラグ１周りへの付着やそれに起因する点火プラグ１のくすぶりや濡れの問題を未然に防止できる。このとき、斜面１３の上で形成されるもう１つの微小な縦渦２６は、燃料が稜線１１を越えて排気弁１７下のシリンダボアに直接付着してオイルを希釈しない作用をもつ。かくして、本発明による内燃機関では、圧縮行程時の燃料噴射時も安定した燃焼を実現できる。
【００１３】
図４（Ａ），図４（Ｂ）には、第２の実施形態を示す。図２（Ａ），図２（Ｂ）に示したものでは、ピストン７の凹曲面９の底部は平面に近いものであったが、当該第４の実施形態では、ピストン７の凹曲面９’をより真の円筒面に近づけている。但し、凹曲面９’の最底部の外周部15からの深さは前述の実施形態の凹曲面９の深さと同一にしている。
【００１４】
従って、凹部の容積を小さくできるので、圧縮比を高くとることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る直噴火花点火式内燃機関の構成を示す断面図。
【図２】 本発明の第１の実施形態のピストン冠面形状を示す平面図及び縦断面図。
【図３】 同上実施形態における点火時期付近で噴射した場合の噴霧を示す図。
【図４】 本発明の第２の実施形態のピストン冠面形状を示す平面図及び縦断面図。
【図５】 従来例を示す内燃機関の概略断面図
【符号の説明】
１ 点火プラグ
２ シリンダヘッド
３ 燃焼室
４ 燃料噴射弁
５ 吸気ポート
７ ピストン
12 シリンダ
Claims (1)
- 吸気弁に対応する側が凹曲面をなし、排気弁側に滑らかに盛り上がって、燃焼室中心よりも排気弁側でシリンダヘッド側に凸の稜線を有する冠面形状をもつピストンと、
吸入空気を、各吸気ポートが対向する排気弁側のシリンダ壁面に衝突させ、その後前記ピストンの冠面方向に曲げることによりシリンダ内に縦渦を形成するような形状を有する２つの吸気ポートと、
前記２つの吸気ポートの下方に配設され、前記２つの吸気ポートの間から燃焼室内に臨む位置に、燃料を噴射するための噴口を備えた燃料噴射弁と、
前記稜線より吸気弁側となる燃焼室の略中心に配設された点火プラグと、
を含んで構成され、
圧縮行程中の点火時期付近に、前記燃料噴射弁によって燃料を噴射することにより、前記凹曲面に沿って該燃料噴射弁の噴口に向かうシリンダ内の前記縦渦に対向して前記凹曲面の表面を前記点火プラグ側へ進行する燃料噴霧を形成するように構成した
ことを特徴とする直噴火花点火式内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24048296A JP4115549B2 (ja) | 1995-09-11 | 1996-09-11 | 直噴火花点火式内燃機関 |
Applications Claiming Priority (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-232133 | 1995-09-11 | ||
| JP23213595 | 1995-09-11 | ||
| JP23213495 | 1995-09-11 | ||
| JP7-232135 | 1995-09-11 | ||
| JP7-232134 | 1995-09-11 | ||
| JP23213395 | 1995-09-11 | ||
| JP24048296A JP4115549B2 (ja) | 1995-09-11 | 1996-09-11 | 直噴火花点火式内燃機関 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003034867A Division JP3861825B2 (ja) | 1995-09-11 | 2003-02-13 | 直噴火花点火式内燃機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09144543A JPH09144543A (ja) | 1997-06-03 |
| JP4115549B2 true JP4115549B2 (ja) | 2008-07-09 |
Family
ID=27477489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24048296A Expired - Lifetime JP4115549B2 (ja) | 1995-09-11 | 1996-09-11 | 直噴火花点火式内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4115549B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE19835563A1 (de) | 1998-08-06 | 2000-02-10 | Volkswagen Ag | Viertakt-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung |
| JP2000248945A (ja) | 1999-03-02 | 2000-09-12 | Suzuki Motor Corp | 筒内直接噴射エンジン |
| JP2010048212A (ja) * | 2008-08-25 | 2010-03-04 | Hitachi Ltd | 直噴ガソリンエンジン |
| JP5585295B2 (ja) * | 2010-08-20 | 2014-09-10 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関 |
-
1996
- 1996-09-11 JP JP24048296A patent/JP4115549B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09144543A (ja) | 1997-06-03 |
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Legal Events
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080225 |
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080318 |
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