JPH01219311A - 火花点火筒内噴射エンジン - Google Patents

火花点火筒内噴射エンジン

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JPH01219311A
JPH01219311A JP63042133A JP4213388A JPH01219311A JP H01219311 A JPH01219311 A JP H01219311A JP 63042133 A JP63042133 A JP 63042133A JP 4213388 A JP4213388 A JP 4213388A JP H01219311 A JPH01219311 A JP H01219311A
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fuel
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spark plug
cylinder
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は、スキッシユ流によって燃焼を安定させた火花
点火筒内噴射エンジンに関する。
〔従来の技術〕
従来、筒内に直接燃料を噴射しピストン壁面にて燃料を
蒸発させ、蒸発燃料に着火して燃焼させる、壁面蒸発式
火花点火筒内噴射エンジンは、特開昭６２−８２２２２
号公報、実開昭６１−１７３７２８号公報により知られ
ている。
また、筒内噴射式火花点火機関ではないが、点火栓近傍
位置迄拡大されたスキッシュ部は、実開昭５５−５９１
３６号公報、実開昭５６−９２７１７号公報によって知
られている。このうち、実開昭５５−５９１３６号公報
はスキッシュ部郭定面に形成されたくぼみを開示してい
る。さらに、実開昭５８−１４２３２６号公報は、ピス
トン上死点付近で点火プラグ下端を迎入するプラグポケ
ット部を開示している。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の壁面蒸発式の燃焼法は着火の安定性において極め
て有利であるが、これを実現する手段として強力なスワ
ール流が必要である。そのため、（イ）吸入ボートをス
ワール発生用としなくてはならず、その結果体積効率が
低下し、とくに高速時の出力が低下する。
（ロ）スワール流は低流速のため、燃料蒸発に時間がか
かり、かなり早期に噴射しなければスモークが発生する
。一方早期噴射では、燃料の分散過剰となり、未燃ＨＣ
が増大する。
等の問題があった。
また、従来の筒内噴射でない、拡大されたスキッシュ部
によって混合気の乱れと火炎伝播性を向上させた火花点
火機関では、均質混合気を点火栓にふきつけるだけなの
で、軽負荷時にはスキッシュ流が強過ぎて点火直後に消
炎される場合が生じるという問題があった。逆にスキッ
シュ流の弱い燃焼室形状とすると、火炎伝播が遅くなっ
てしまう。
本発明は、スワールに依存することな（、軽負荷時から
全負荷時迄の全領域において安定した燃焼が得られ、か
つ軽負荷時の着火性が向上された、火花点火筒内噴射エ
ンジンを提供することを課題とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題は、本発明によれば、次の（１）の火花点火筒
内噴射エンジンによって達成される。
（１）　　燃焼室に臨む点火栓と； ピストン頂面の一部およびシリンダヘッド下面の一部か
ら成る２つのスキフシ工部郭定面間に郭成され、開放端
部と閉塞端部を有し、前記開放端部が前記点火栓の近傍
まで拡大されているスキッシュ部と； 前記スキッシュ部の前記閉塞端部近傍に設けられ、ピス
トン上死点位置近傍で噴射する燃料の一部または全部を
前記２つのスキフシ工部郭定面の何れか一方に向けて噴
射するインジェクタと；を有することを特徴とする火花
点火筒内噴射エンジン。
前記（１）記載の火花点火筒内噴射エンジンは次の態様
をとることができる。
＋２１　　前記スキフシ工部郭定面のうち前記インジェ
クタからの燃料が噴射される側のスキフシ工部郭定面は
、前記燃焼室に向って凹状に形成されかつ噴射燃料が衝
突する位置から前記点火栓側に向って延び表面が前記ス
キフシ工部郭定面の一部を構成するくぼみ部を有する（
１１記載の火花点火筒内噴射エンジン。
（３）　　前記インジェクタは、燃料噴射方向が前記ス
キッシュ部に生成されるスキッシュ流の上流側より下流
に向かう方向となるようにその噴射ノズル位置と噴射方
向が設定された＋１１記載の火花点火筒内噴射エンジン
。
（４）　　前記ピストンは、ピストン上死点付近で前記
点火栓の下端部を迎入可能な凹部から成るプラグポケッ
ト部を有している（１１記載の火花点火筒内噴射エンジ
ン。
（５）　　前記ピストンは、前記スキッシュ部によって
生成されるスキッシュ流の流れ方向にて、前記プラグポ
ケット部より下流側に、比較的大きな容積の凹部を有す
る（４）記載の火花点火筒内噴射エンジン。
（６）　　前記インジェクタはその燃料噴射方向が前記
ピストン側のスキフシ工部郭定面に指向されており、前
記くぼみ部が前記ピストン側のスキフシ工部郭定面に形
成されている（２）記載の火花点火筒内噴射エンジン。
（η　前記くぼみ部は底面と両側面を有し、前記底面と
前記シリンダヘッドの下面とはスキッシュ流れ方向最終
端部で前記点火栓に向って開口し、前記両側面はスキッ
シュ流れ方向下流に向って間隔が拡開し最終端部で間隔
が絞られている（６）記載の火花点火筒内噴射エンジン
。
（８）　　前記ピストンは、燃料噴射の掻く早い時期に
噴射燃料が衝突する位置に急勾配で立上る立上り面を有
する切欠部を有する（６）記載の火花点火筒内噴射エン
ジン。
（９）　　前記くぼみ部、前記凹部、前記切欠部は、噴
射時期の橿（早期に噴射燃料が前記切欠部にあたり、比
較的早期に前記凹部にあたり、遅い時期に前記くぼみ部
にあたるように、それぞれ配置されている＜８）記載の
火花点火筒内噴射エンジン。
（ＩＩ　　前記インジェクタはその燃料噴射方向が前記
シリンダヘッド側のスキフシ工部郭定面に指向されてお
り、前記くぼみ部が前記シリンダヘッド側のスキッシュ
部郭定面に形成されている（２）記載の火花点火筒内噴
射エンジン。
（１１）　　前記（ぼみ部は、スキッシュ流れ方向最終
端部の少なくとも一部に、前記点火栓の点火ギャップに
適量の蒸発燃料を導く、なめらかに下方に湾曲した湾曲
面を有する＋１１記載の火花点火筒内噴射エンジン。
上記において、（１）〜（５）は後述する第１実施例と
第２実施例と共通構成に関し、（６）〜（９）は第１実
施例の構成に関し、α・〜（１１）は第２実施例の構成
に関する。
〔作用〕
上記＋１１の構成のエンジンは、次の如く作用する。
まず、筒内の壁面に付着した燃料の蒸発に必要な気流は
、従来のスワールに代えてスキッシュ流によって得られ
る。スキッシュ流はスワールに比べて強く、ピストン上
昇時ピストン上死点近傍で作用し、短期間で効率よく燃
料を蒸発させる。スキッシュ部は点火栓直近まで拡大さ
れているのでスキッシュは極めて強い、また拡大された
スキッシュ部のスキッシュ郭定面に向けて燃料噴射が行
なわれるので、強いスキッシュ流を燃料蒸発に直接利用
でき、かつそこで発生した濃い混合気を、噴射時期の早
遅に合せて、筒内金体または点火栓に効率よく最適に供
給できる。特に、点火栓に向がうスキッシュ流は着火に
適した濃混合気であるため、着火時に強力で火炎核が得
られ、着火後も単に均質混合気をふき付ける場合に比べ
て消炎されにくくなる。さらにインジェクタのスキッシ
ュ上流側配置によって、点火栓を気筒中央に配置でき、
ポートとのスペース上の干渉をうま（避けて比較的大径
の点火栓をシリンダヘッドに配置でき、かつ火炎伝播距
離を最短にできる。
〔実施例〕
以下に、本発明の火花点火筒内噴射エンジンの実施例を
、図面を参照して説明する。
第１図から第１０図迄は本発明の第１実施例（噴射がピ
ストンに向けて行なわれる場合）に対応し、第１２図、
第１３図は本発明の第２実施例（噴射がシリンダヘッド
下面に向けて行なわれる場合）に対応し、第１１図は第
１実施例、第２実施例の両方に適用される。
まず、第１実施例、第２実施例の共通構成を説明する。
第１図、第２図および第１２図、第１３図において、本
発明の火花点火筒内噴射エンジンは、点火栓２と、スキ
ッシュ部１０と、インジェクタｌを有する。
点火栓２は、燃焼室１２に臨み、望ましくは、燃焼室１
２の、気筒軸心と直交する断面内のほぼ中央部に設けら
れている。スキッシュ部１０は、ピストン３の頂面の一
部１１とシリンダヘッド下面の一部１３から成る２つの
スキッシュ線部定面１１．１３間に郭成され、開放端部
１４と閉塞端部１５を有し、開放端部１４は点火栓２の
近傍迄拡大されているやインジェクタ１は、スキ、シェ
部ｌＯの閉塞端部１５近傍に設けられ、噴射する燃料６
の一部または全部を、２つのスキッシュ部郭定面１１．
１３の何れか一方に向けて噴射する。シリンダヘッド側
のスキッシュ部郭定面１３は上方に凹状にほぼコーン状
に凹んだシリンダヘッド下面の一部に形成され、ピスト
ン側のスキッシュ部郭定面１１はピストン頂面のうちシ
リンダヘッド側のスキッシュ部郭定面１３にほぼ平行に
形成された部分からなる。ピストン上死点位置またはそ
の近傍で２つのスキッシュ部郭定面１１．１３は互いに
近接し強いスキッシュ流を発生させる狭い空間、すなわ
ちスキッシュ部１０を三者の間に形成する。
この構成では、従来のスワールの代りにスキッシュ流に
よって燃焼室１２内に強い気流が生成する。
しかもスキッシュ部１０が点火栓２迄拡大されているの
で、スキッシュは極めて強い。スキッシュ流はスワール
に比べて強力な流れであり、短期間に効率よく燃料を蒸
発させる。また、インジェクタ１はスキッシュ部１０の
スキッシュ部郭定面１１．１３の一方に燃料噴射するの
で、蒸発燃料を燃焼室内の必要な部分に運ぶことの制御
が容易となる。すなわち、高負荷時には燃焼室１２内の
比較的広い範囲に蒸発燃料を拡散させ、軽負荷時には濃
い混合気を点火栓２に向けて運ぶことが容易になる。イ
ンジェクタ１のスキッシュ部１０の閉塞端側配設は、点
火栓２を気筒中央位置に配設することを可能にし、ボー
トとの取り合わせを容易にする他、火炎伝播距離を最短
化して燃焼改善をはかることができる。また、スキンシ
ュ流方式の採用により、スワール方式のように点火栓２
を燃焼室１２に長く突出させる必要がなく、点火栓２の
耐久性を向上できる。
インジェクタ１から噴射される燃料噴霧６が衝突する側
のスキッシュ部郭定面１１または１３には、燃焼室１２
から退く方向に凹み燃料噴霧６があたる位置近傍から点
火栓２に向って延びる凹状のへこみ部５が形成されてい
る。へこみ部５の表面はスキッシュ部郭定面の一部を構
成する。
くぼみ部５は、まわりのスキッシュ部郭定面から段状に
凹み、これによってピストン上昇時にまわりからくぼみ
部５に入ろうとする気流を生じさせ、濃い混合気がくぼ
み部５からまわりに出ることが抑制される。
インジェクタ１は、燃料噴射方向がスキッシュ部１０に
生成されるスキッシュ流４の上流側から下流に向かう方
向となるように、その噴射ノズル位置と噴射方向が設定
されている。インジェクタ１は、たとえば第１１図に示
すような、多孔インジェクタ１から成ることが望ましい
。多孔から噴射される燃料の一部一または全部がスキッ
シュ郡部定面１１．１３の（ぼみ部５の底面５ａに向け
て噴射される。第１１図においてインジェクタ１は、弁
ボデー６１の先端に多噴孔を有し、電歪式アクチエエー
タ等６２によってニードル６３を開いて燃料タンク６４
からの燃料を噴射する。噴射量はニードル６３開時間に
よって制御される。噴射時期は、エンジンスピード、エ
ンジン負荷を検知してその信号をエンジンコントロール
コンピュータに導き、このコンピュータによって全負荷
の場合は、噴射量を増すとともに噴射時期を早め、軽負
荷時の場合は噴射量を低減するとともに噴射時期を遅く
するように、電歪式アクチュエータ６２０通電を制御す
る。これらのインジェクタの構造自体および制御自体は
、実願昭６２−５８７５６号、特願昭６１−２６０６２
１号に既に提案済みのものに準じるが、構造自体、制御
自体がこの発明の趣旨ではないので、詳述は省略する。
ピストン３は、ピストン上死点付近で、点火栓２の下端
部（点火ギャップ部）を迎入可能な凹部から成るプラグ
ポケット部７を有する。プラグポケット部７は点火栓２
とピストン３との干渉を防ぐとともに、スキッシュ部ｌ
Ｏの（ぼみ部５から誘導された濃い混合気が点火栓２直
近に滞留することを助け、と（に軽負荷時の点火栓２に
よる着火性を向上させることを助ける。
ピストン３は、スキッシュ流４の流れ方向にてプラグポ
ケット部７よりさらに下流側に、比較的大きな容積の凹
部８を有する。凹部８は、スキンシュ部形成用のピスト
ン盛り上り部１６を避けて形成され、その横断面はほぼ
円形をピストン盛り上り部１６によって切断した形状と
なっており、前記はぼ円形の中心は点火栓２の中心とほ
ぼ一致している。プラグポケット部７は凹部８に開口し
ている。凹部８の深さはピストン上面のうちで最も下方
に凹んでいる。この比較的大きな容積の凹部８は、そこ
に燃料が導入されたときの燃料蒸発壁面を構成する。
第９図、第１０図は機関全体を示し、２つの吸気ボート
１７．１８は少なくとも１つの排気ポート１９．２０を
有する０点火栓２はこれらのボートで囲まれた部位に位
置し、インジェクタ１は、２つの吸気ポート１７．１８
または２つの排気ポート１９．２０間に位置する。点火
栓２は燃焼室１２にスワール方式に比べて短（突入し、
上方に気筒軸心にほぼ平行に延びる。スキッシュの利用
によって点火栓の燃焼室への突出量が少量で済み、点火
栓の耐久性を向上できる０点火栓２の気筒はぼ中央配設
とインジェクタｌの気筒外周部配設は、点火栓２、イン
ジェクタ１とボートとの取り合せを容易にし、エンジン
をコンパクトにしている。
次に、第１実施例と第２実施例によって異なる構成を説
明する。
第１実施例では、第１図、第２図にとくに示すように、
インジェクタｌはその噴射方向がピストン側のスキッシ
ュ部郭定面１１に向けられており、（ぼみ部５はピスト
ン側のスキフシュ部郭定面１１に形成されている。くぼ
、み部５は底面５ａと左右側壁面５ｂ、５ｃを有する。
底面５ａは噴射燃料６があたる位置近傍から始まって点
火栓２に向って徐々に深くなりやがてスキッシュ部郭定
面１１にほぼ平行に延び点火栓２近傍で点火栓２に向っ
て開口して終る。両側面５ｂ、５ｃは燃料噴霧６があた
る位置近傍でなめらかに互いに連なってそこから点火栓
２に向って噴射方向左右に次第に拡がり終端近傍でなめ
らかに互いに接近するように湾曲し終端で点火栓２に向
って開放口を残して終っている。上記くぼみ部５の構成
は、と（に軽負荷時に蒸発燃料を点火栓２に運ぶことを
助ける。
ピストン３は、スキッシュ流１０によるスキッシュ流４
の流れ方向にて、凹部８よりさらに下流側に、ピストン
頂面に切欠部９を有している。この切欠部９は極く早い
噴射時期の燃料噴射があたるピストン頂面位置から始ま
ってスキッシュ流４の流れ方向に次第に深くなり、ピス
トン最外周近傍で急激に立上って終っている。この立上
り面９ａは、衝突した燃料がシリンダボア壁面に流れる
のを防いでいる。
くぼみ部５、凹部８、切欠部９の配置はインジェクタ１
からの噴射時期が、遅い場合は噴射燃料がくぼみ部５に
あたり、比較的早い場合は噴射燃料が比較的大きな容積
の凹部８に噴射され、掻く早い場合には噴射燃料が切欠
部９にあたるように、それぞれ配設されている。
第２実施例では、第１２図、第１３図に示すように、イ
ンジェクタ１はその噴射方向がシリンダヘッド下面側の
スキッシュ部郭定面１３に向けられており、（ぼみ部５
はシリンダヘッド側のスキッシュ部郭定面１３に形成さ
れている。このくぼみ部５は底面５ａと、側壁面５ｂ、
５ｃと、スキ、シュ流れ方向最終端部のなめらかな下方
に向かう湾曲面５ｄを有する。底面５ａは噴射燃料があ
たる位置近傍から始まり次第に深くなって湾曲面５ｄに
つらなる。側壁面５ｂ、５ｃはスキッシュ流れ方向にい
ったん広くなってそれから狭くなり湾曲面５ｄにつらな
っていく、湾曲面５ｄはその傾斜の接線方向が点火栓２
の点火ギャップより下方に指向されており、適量の蒸発
燃料を点火ギャップへと向けるように形成されている。
次に作用について説明する。
まず、第１実施例、第２実施例の共通の作用について述
べる。
本発明のエンジンでは、従来のスワールに代えてスキッ
シュが気流生成に利用される。スキッシュ流はスワール
流に比べて強（、かつ短期間に作用する。この高速のス
キッシュ流を利用することによって蒸発時間を短縮し、
これによって噴射−点火の期間を短縮し、スモーク、Ｈ
Ｃを低減する。
また、スワール流によらないため、点火栓２をボア中心
付近に配することができ（スワールは外周程強いので外
周部に点火栓を配設したいという要求が従来のものには
あった）、パルプ、ポート配置の構成が楽になる。さら
に、噴射量の多い高負荷時の場合は、大部分の燃料を凹
部８等筒内に拡散できる。一方噴射の少ない軽負荷時の
場合は集中して点火栓２の位置に濃い混合気を運ぶ。
つぎに、各実施例における具体的作用を説明する。
まず、第１実施例における作用を説明する。
（ａ）　　ｆｉ料が極く早期に噴射された場合は、第３
図、第８図に示すように、燃料噴霧６は比較的長い距Ｍ
飛行するため、その一部は貫徹力を失い筒内に浮遊し、
一部は切欠部９の立上り面９ａに衝突して飛散し、筒内
に広く分散する。
（ｂｌ　　上記（ａｌより遅（噴射された場合は、第５
図、第６図に示すように、燃料６は前記比較的大きな凹
部８内に侵入し、ここで混合気を形成する。なお、＋８
）、山）とも、ピストンが上死点付近に達する際に生じ
るスキッシュ流４によって燃料の分散が促進され、また
壁面に残留した一部の燃料が壁面から剥離される。
（Ｃ）　　上記世）よりさらに遅く、掻く後期に噴射さ
れた場合は、第３図、第４図に示すように、スキッシュ
部郭定面１１、さらに正確にはスキッシュ部郭定面１１
に形成された（ぼみ部５の底面５ａ、からなる蒸発壁面
に噴射されて付着した燃料は、強いスキツシユ流４によ
って点火栓２側に、前記比較的大きな容積の凹部８方向
に吹きとばされ、比較的濃混合気から成る、着火源とな
る火炎核を形成する。　高負荷域では、噴射期間の長大
化あるいは分割噴射によって上記（ａｌ、（ｂ）、（Ｃ
）あるいは（ａｌ、（Ｃ１の組み合せで安定した燃焼が
可能となり、中負荷、低負荷では（′ｂ）、（Ｃ１の組
み合せ、また極（低負荷ではｔｅｌにより安定した燃焼
が行なわれる。
また、第２実施例の場合は次のように作用する。
インジェクタ１から噴射された燃料６は、シリンダヘッ
ド下面のスキッシュ部郭定面１３にあたり、さらに詳し
くはくぼみ部５壁面から成る燃料蒸発壁面にあたって、
一部は蒸発壁面上に付着し、その他は蒸発壁面の下流端
に至り、下方に大きく湾曲した蒸発壁面下流端湾曲面５
ｄで誘導されて送り出され、直接点火栓ギャップ部に接
することなく筒内に広く飛散する。壁面に付着した燃料
はその場で蒸発しながらピストン３の上昇に伴なって発
生するスキッシュ流４によって点火栓２の近傍まで運ば
れて、プラグポケット部７等によって滞留し、上死点付
近で点火され着火源となる。
一方、筒内に飛散した燃料はスキッシュ流４によってキ
ャビティ８に押し込められ燃焼する。
〔発明の効果〕
本発明による効果は次の通りである。
（イ）スキッシュ部郭定面に燃料を噴射しそれを強力な
スキッシュ流によって蒸発させて点火栓に運ぶので、点
火栓に向かうスキッシュ流は着火に適した濃混合気とな
り着火時に強力な火炎核が得られ、着火後も単に均質混
合気に吹き付ける場合に比べて消炎されにく（なるため
、スキッシュ流を火炎伝播に有効に活用できる。またス
キッシュ流はピストン上死点位置近傍で発生するため、
比較的早期に噴射された燃料は、スキッシュ流に規制さ
れることなく筒内の広い部分゛に適度に分散させておく
ことができる。これによって、高負荷、軽負荷ともに安
定した燃焼が得られる。
（ロ）スキッシュ流の利用によって、スワールに比べて
蒸発時間を短縮でき、これによって噴射−点火の期間を
短縮でき、スモーク、ＨＣを低減できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施例に係る火花点火筒内噴射エ
ンジンのピストン部平面図、 第２図は第１図のエンジンの燃焼室近傍の断面図、 第３図は第１図のエンジンの極く早い噴射時期の平面図
、 第４図は第３図の断面図、 第５図は第１図のエンジンの比較的早い噴射時期の平面
図、 第６図は第５図の断面図、 第７図は第１図のエンジンの遅い噴射時期の平面図、 第８図は第７図の断面図、 第９図は第１図および第２図の構造を具備したエンジン
の一例の断面図、 第１０図は第９図のエンジンのシリンダヘッド部の平面
図、 第１１図はインジェクタの一例の断面図、第１２図は本
発明の第２実施例に係る火花点火筒内噴射エンジンのピ
ストン部平面図、 第１３図は第１２図のエンジンの燃焼室近傍の断面図、 である。 １・・・・・・インジェクタ ２・・・・・・点火栓 ３・・・・・・ピストン ４・・・・・・スキッシュ流 ５・・・・・・くぼみ部 ６・・・・・・噴射燃料 ７・・・・・・プラグポケット部 ８・・・・・・凹部 ９・・・・・・切欠部 １０・・・・・・スキッシュ部 １１．１３・・・・・・スキッシュ部郭定面１２・・・
・・・燃焼室 特　許　出　願　人　　　トヨタ自動車株式会社第１２
図 口修−孟゛

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １．燃焼室に臨む点火栓と； ピストン頂面の一部およびシリンダヘッド下面の一部か
    ら成る２つのスキッシュ部郭定面間に郭成され、開放端
    部と閉塞端部を有し、前記開放端部が前記点火栓の近傍
    まで拡大されているスキッシュ部と； 前記スキッシュ部の前記閉塞端部近傍に設けられ、ピス
    トン上死点位置近傍で噴射する燃料の一部または全部を
    前記２つのスキッシュ部郭定面の何れか一方に向けて噴
    射するインジェクタと；を有することを特徴とする火花
    点火筒内噴射エンジン。
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