JPH02305319A - エンジンの燃焼室構造 - Google Patents

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、エンジンの燃焼室構造、より具体的には気筒
内すなわち燃焼室に直接燃料を噴射するようにした火花
点火式エンジンの燃焼室構造に関するものである。

（従来技術およびその問題点） ガソリンエンジンで代表される火花点火式のエンジンに
おいて、気筒内すなわち燃焼室に直接燃料を噴射するも
のが考えられている（実開昭５８−１５４８２５号公報
参照）。このものにあっては、究極的には、吸入空気量
を調整するためのスロットル弁を無くすことによるポン
ピングロスの低減すなわち燃費低減を狙っており、この
ため燃焼が、全開出力時を除いて過剰空気の雰囲気下で
行なわれることになる。したがって、このようなエンジ
ンにあっては、広い運転領域、すなわち低負荷から高負
荷までの広い範囲に渡って良好な燃焼を確保すること、
特に着火性を高めることが要求される。

このような観点から、−Ｍには、ピストンの頂面に点火
用凹所を形成する一方、この点火用凹所に臨ませて点火
プラグを配置して、この点火用凹所に向けて燃料を噴射
することが行なわれる。換言すれば、点火用凹所内に燃
料を噴射することによって、この点火用凹所内における
混合気を着火に適した濃さとして、良好な着火性を確保
しようとするものである。

しかしながら、上述のように、単に点火用凹所内に向け
て燃料を噴射するのみでは、低負荷時には良好な着火が
得られても、高負荷時には点火用凹所内の混合気が濃（
なり過ぎて良好な着火性が得られないことになる。この
ような事情から、点火用凹所すなわち点火プラグを複数
設けたり、燃料噴射手段を複数設けることも考えられて
いるが、構造が複雑になり過ぎて、事実上採用し難いも
のとなる。

（発明の目的） 本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、
簡単な構成によってエンジンの広い負荷範囲に渡って良
好な着火性を得られるようにしたエンジンの燃焼室構造
を提供することを目的とする。

（発明の構成、作用） 前述の目的を達成するため、本発明にあっては次のよう
な構成としである。すなわち、シリンダボアが形成され
たシリンダブロックと該シリンダボア内に摺動自在に嵌
挿されたピストンと前記シリンダボアの一端側を塞ぐシ
リンダヘッドとによって燃焼室が画成されてなる火花点
火式のエンジンにおいて、 前記シリンダヘッド下面またはピストン頂面に形成され
、点火プラグが臨まされる点火用凹所と、 燃焼室内において吸気のスワールを生成させるスワール
生成手段と、 前記スワール生成手段により生成されるスワールの強さ
を、低負荷時には弱いものとし、高負荷時には強いもの
とするスワール強さ調整手段と、前記点火用凹所に向け
て指向され、前記スワールを横切って該点火用凹所に燃
料を噴射する燃料噴射手段と、 を備え、低負荷時と高負荷時とでのスワールの強さの相
違に起因する前記燃料噴射手段からの噴射燃料に対する
偏向度合の相違によって、前記点火用凹所に供給される
噴射燃料の割合が低負荷時には大きく高負荷時には小さ
くなるように設定されている、 ような構成としである。

このように構成された本発明にあっては、空気過剰率が
大きくなる低負荷時には、スワールが弱いために噴射燃
料の大半が点火用凹所内に供給されることになって、こ
の点火用凹所内の混合気がオーバリーンになることが防
止されて、良好な着火性を得ることができる。

一方、空気過剰率が小さくなる高負荷時には、スワール
が強くなることによって噴射燃料が太き（偏向されて、
点火用凹所内に供給される燃料の割合が小さいものとな
る。これにより、点火用凹所内の混合気がオーバリッチ
になることが防止されて、良好な着火性を得ることがで
きる。そして、点火用凹所に供給される燃料の割合が小
さくなるということは、点火用凹所以外の部分にもかな
りの量の燃料が分散されて、空気利用率を高めることが
できる。

本発明にあっては、好ましくは、高負荷時に吸気のスワ
ールによる噴射燃料に対する偏向作用をより助長させる
ため、シリンダヘッド下面またはピストンの頂面に、吸
気のスワールが流れるスワ−ル用凹所を形成するとよい
。すなわち、吸気のス、ワールを、ピストン頂面の全面
積に比して小さい面積となるスワール用凹所に極力集約
させることによって、上記偏向作用をより高めることが
できる。これにより、低負荷時と高負荷時とでの間にお
いて、噴射燃料の実際の指向方向をより大きく変化させ
得ることになって、広い負荷範囲に渡って、より好まし
い着火性を得ることができる。

（発明の効果） このように、本発明によれば、吸気のスワールを利用す
るという極めて簡単な構成によって、広い負荷範囲に渡
って常に良好な着火性を得ることができる。

（実施例） 以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明する
。

第１図において、１はシリンダブロックで、これに形成
されたシリンダボア１ａの上端開口が、シリンダブロッ
ク１に固定されたシリンダヘッド２によって閉塞されて
いる。上記シリンダボア１ａ内にはピストン３が摺動自
在に嵌挿されて、シリンダブロック１とシリンダヘッド
２とピストン３とによって燃焼室４が画成されている。

ピストン３の頂面には、その中央部において略半球状の
点火用凹所５が形成されると共に、該点火用凹所５を取
巻くように環状のスワール用凹所６が形成されている。

すなわち、両凹所５と６とが、環状のランド部（山部）
７によって画成されている。そして、ピストン３頂面の
うち、その外周縁部３ａは、上記ランド部７よりも亭い
スキッシュエリアを構成している。

シリンダヘッド２には、第２図にも示すように、それぞ
れ燃焼室４に開口する吸気ボート１１および排気ポート
１２が形成されている。この吸気ボート１１は吸気弁１
３により、また排気ポート１２は図示を略す排気弁によ
り、それぞれエンジン出力軸（図示路）の回転と同期し
て周知のタイミングで開閉される。

上記吸気ボート１１には、吸気管１４が接続されている
。この吸気ボートｌｌ内には隔壁１１ａが形成される一
方、吸気管１４内には隔壁１１ａに連なる隔壁１４ａが
形成されている。このような両隅壁１１ａと１４ａとに
よって、少なくとも吸気弁１３近傍の吸気通路が、有効
開口面積の小さい低負荷用通路１５と、有効開口面積の
大きい高負荷用通路１６とに画成されている。そして、
高負荷用通路１６にはシャツタ弁１７が配設され、この
シャツタ弁１７は、低負荷時に閉じられ高負荷時に開か
れる。

上記低負荷用と高負荷用の各通路１５と１６とは、それ
ぞれ、燃焼室４内において吸気のスワールを生じるよう
に、当該燃焼室４に指向されている。ただし、同じ量お
よび同じ速度の吸気が供給される場合、高負荷用通路１
６から供給された吸気のスワールの方が、低負荷用通路
１５から供給された吸気のスワールよりもその勢い（旋
回エネルギ）が強いものとなるように、その指向方向が
設定されている。これに加えて、低負荷用通路１５のみ
から吸気を行なう場合に比して、副通路１５、と１６と
の両方から吸気を行なう方がより多くの吸入空気を供給
することができ、これによっても吸気のスワールの強さ
が低負荷時と高負荷時とで相違されることになる。この
ように、副通路１５と１６とがスワール生成手段を構成
する一方、シャツタ弁１７がスワール強さ切換手段を構
成することになる。

シリンダブロック２には、さらに、点火プラグ１８と燃
料噴射弁１９とが配置されている。点火プラグ１８は、
点火用凹所５に臨んでいて、その中心電極１８ａが、ビ
不トン３が上死点にあるときに点火用凹所５の直上方に
位置される。また、燃料噴射弁１９は、その噴孔部１９
ａが環状のスワール用凹所６の外周付近に対応する位置
に設定されて、その指向方向すなわち燃料噴射方向が点
火用凹所５に向かうように設定されている。したがって
、燃料噴射弁１９から噴射された噴射燃料は、スワール
用凹所６を一旦横切った後、点火用凹所５へ到達される
ことになる。なお、噴射燃料弁１９の上述した指向方向
は、点火プラグ１８からずらされて、噴射燃料によって
当該点火プラグが濡れないようにされている。また、噴
射燃料が極力点火用凹所５にとどまるように、当該噴射
燃料は点火用凹所の内周壁に沿う壁面流が形成されるよ
うに上記噴射燃料の指向方向が設定されている。

ここで、実施例では、吸気通路にはスロットル弁は配置
されてなく、したがって吸入空気量は、ディーゼルエン
ジンの場合と同様に、ピストン３が下降したときの負圧
によって吸入し得る量に対応した大きなものとなる。一
方、燃料噴射弁１９からの燃料噴射量は、吸入空気量に
依存することなく、エンジン負荷としてのアクセル開度
とエンジン回転数とに基づいて決定される。この燃料噴
射量（燃料噴射タイミング）と点火時期とを第３図、第
４図に示してあり、この両図共に、下方にい（はど上死
点（ＴＤＣ）からより進角されたものとなる。勿論、第
３図はエンジン回転数を一定とした場合であり、第４図
はエンジン負荷を一定とした場合である。なお、燃料の
噴射タイミングは、その噴射開始時期から噴射終了時期
までを示している。

次に、以」二のような構成の作用について説明する。

先ず、低負荷時にはシャツタ弁１７が閉じられて、吸気
のスワールの勢いは弱いものとなる。したがって、燃料
噴射弁１９から噴射された噴射燃料は、吸気のスワール
による偏向作用を殆ど受けることなく、第２図実線矢印
ａで示すように点火用凹所５のほぼ中央付近に向かうこ
とになる。すなわち、燃料噴射弁１９からの噴射燃料は
そのほぼ全量が点火用凹所５に供給されることになる。

この結果、空気過剰率の大きい低負荷時において、点火
用凹所５内の混合気の濃さが着火に好適なものとなって
、確実な着火が得られると共に、ＨＣ増大が抑制される
。

一方、高負荷時には、シャツタ弁１７が開かれて、吸気
のスワールが強くなる。この結果、燃料噴射弁１９から
の噴射燃料は、強いスワールによる偏向作用を大きく受
けて、第２図破線矢印βで示すように、点火用凹所５の
外周縁部付近に供給される。したがって、上記噴射燃料
は、点大用凹所５内＆こ供給されると共に、この点大用
凹所５付近ずなわちランド部７やスワール用凹所６にも
少なからず供給されることになる。すなわち、燃料噴射
弁１９からは、ある広がりをもって燃料が噴射されるこ
とになるが、第２図矢印αおよびβはこの広がりの中心
線のみを示してあり、高負荷時にはこの中心線からずれ
た部分の燃料が点火用凹所５以外に供給されることにな
る。この結果、空気過剰率の小さい高負荷時において、
点火用凹所５内の混合気がオーバリッチになることが防
止されて、良好な着火線が得られる。また合せて、点火
用凹所５内で生じた火炎はこの点火用凹所５付近にある
燃料にも良好に伝達される一方、スワール用凹所６内に
生じている強いスワールによって空気との良好なミキシ
ングが得られて、空気利用率が向上される（最大出力の
向上）。

ここで、低負荷時および高負荷時共に、スキッシュエリ
ア３ａによるスキッシュによっても、空気利用率の向上
が図られる。

第５図、第６図は本発明の他の実施例を示すもので、前
記実施例と同一構成要素には同一符号を付してその説明
は省略する。

本実施例では、ピストン３に形成した点火用凹所５とス
ワール用凹所６とを該ピストン３の直径方向に隔置して
形成しである。そして、この両凹所５と６とを画成して
いる隔壁３ｂに、該両凹所５と６とを連通ずる連通口２
１を形成しである。

そして、点火プラグ１８を沿面点火式として点火用凹所
５の上方を塞ぐように配置する一方、燃料噴射弁１９の
指向方向を、スワール用凹所６を横切った後連通口２１
のほぼ中央を通して点火用凹所５に向かうように設定し
である。

なお、吸気ポート１１　（吸気通路）の構成は前記実施
例の場合と実質的に同じように形成されて、低負荷時に
は弱いスワールとされ、高負荷時には強いスワールとさ
れる。また、連通口２１の大きさは、絞り損失が事実上
無視できるほど十分に大きくされている。

本実施例の場合も、低負荷時には第６図実線矢印αで示
すように、噴射燃料のほぼ全量が点火用凹所５内に供給
される。また、高負荷時には、第６図破線矢印βで示す
ように、スワールの強い偏向作用によって、噴射燃料の
中心線が連通口２１の端部を通るようにされて、噴射燃
料の一部は点火用凹所５内に供給されるも、残りは連通
口２１の手前側すなわちスワール用凹所６の内周壁に供
給される。

以上実施例について説明したが、点火用凹所５あるいは
スワール用凹所６は、シリンダヘッド２の下面（燃焼室
４側の面）に形成してもよく、また燃料噴射弁１９をシ
リンダブロック１側に設けるようにしてもよい。

４図面の簡単な説明 第１図は本発明の一実施例を示す側面断面図。

第２図はシリンダヘッドをその下面側から見た簡略平面
図。

第３図、第４図は点火タイミングと燃料噴射タイミング
とを示す図。

第５図、第６図は本発明の他の実施例を示すもので、第
５図は要部側面断面図、第６図はビス１〜ンをその頂面
側から見た図である。

１ニジリンダブロツク １ａニジリンダボア ２ニジリンダヘツド ３：ピストン ４：燃焼室 ５：点火用凹所 ６：スワール用凹所 １１：吸気ボート １３：吸気弁 １５：低負荷用通路 １６：高負荷用通路 １９：シャツタ弁 １８：点火プラグ １９：燃料噴射弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダボアが形成されたシリンダブロックと該
   シリンダボア内に摺動自在に嵌挿されたピストンと前記
   シリンダボアの一端側を塞ぐシリンダヘッドとによって
   燃焼室が画成されてなる火花点火式のエンジンにおいて
   、 前記シリンダヘッド下面またはピストン頂面に形成され
   、点火プラグが臨まされる点火用凹所と、 燃焼室内において吸気のスワールを生成させるスワール
   生成手段と、 前記スワール生成手段により生成されるスワールの強さ
   を、低負荷時には弱いものとし、高負荷時には強いもの
   とするスワール強さ調整手段と、前記点火用凹所に向け
   て指向され、前記スワールを横切って該点火用凹所に燃
   料を噴射する燃料噴射手段と、 を備え、低負荷時と高負荷時とでのスワールの強さの相
   違に起因する前記燃料噴射手段からの噴射燃料に対する
   偏向度合の相違によって、前記点火用凹所に供給される
   噴射燃料の割合が低負荷時には大きく高負荷時には小さ
   くなるように設定されている、 ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記シリンダヘ
   ッド下面またはピストンの頂面に、前記吸気のスワール
   が流れるスワール用凹所がさらに形成されているもの。