JPH04166612A - 筒内噴射式内燃機関 - 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〕 本発明は筒内噴射式内燃機関に関する。

〔従来の技術〕

ピストン頂面上に凹溝を形成すると共に燃料噴射弁から
凹溝内に向けて燃料を噴射し、燃焼室内にシリンダ軸線
回りの旋回流を発生させてこの旋回流により点火栓の周
りに着火可能な混合気を形成するようにした筒内噴射式
内燃機関が公知である（実開平１−１２４０４２号公報
参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこの筒内噴射式内燃機関ではシリンダ軸線
周りの旋回流を発生させることが必須の要件であるので
シリンダ軸線回りの旋回流を発生させない場合にはもは
やこの噴射方式を採用することができない。また、旋回
流の強さは機関の運転状態により変化するので点火栓周
りの混合気の形成を全面的に旋回流に依存しているとあ
らゆる機関の運転状態に対して最適な混合気を点火栓の
周りに形成するのは困難であるという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によればシリンダヘ
ッド内壁面の中心部に点火栓を配置し、シリンダヘッド
内壁面の周縁部に燃料噴射弁を配置し、点火栓の下方か
ら燃料噴射弁の下方まで延びる凹溝をピストン頂面上に
形成し、点火栓下方の凹溝内壁面上に凹溝底部から点火
栓に向けて延びる燃料案内溝を形成し、燃料噴射弁から
凹溝底部に向けて燃料を噴射するようにしている。

〔作　用〕

燃料噴射弁から凹ＩＩｔ底部に向けて噴射された噴射燃
料が凹溝底部に衝突し、衝突した燃料の内の多くの部分
が凹溝底部から点火栓に向けて延びる燃料案内溝により
点火栓の周りに導かれる。

〔実施例〕

第１図および第３図を参照すると、１はシリンダブロッ
ク、２はシリンダブロック１内で往復動するピストン、
３はシリンダブロック１上に固定されたシリンダヘッド
、４はシリンダヘッド３の内壁面３ａとピストン２の頂
面間に形成された燃焼室を夫々示す。シリンダヘッド内
壁面３ａ上には凹溝５が形成され、この凹溝５の底壁面
をなすシリンダヘッド内壁面部分３ｂ上に一対の給気弁
６が配置される。一方、凹溝５を除くシリンダヘッド内
壁面部分３Ｃは傾斜したほぼ平坦をなし、このシリンダ
ヘッド内！面部分３Ｃ上に一対の排気弁７が配置される
。シリンダヘッド内壁面部分３ｂとシリンダヘッド内壁
面部分３Ｃは凹溝５の周壁８を介して互いに接続されて
いる。この凹溝周壁８は給気弁６の周縁部に極めて近接
配置されかつ給気弁６の周縁部に沿、って円弧状に延び
る一対のマスク壁８ａと、給気弁６間に位置する新気ガ
イド壁８ｂと、シリンダヘッド内壁面３ａの周壁と給気
弁６間に位置する一対の新気ガイド壁８Ｃとにより構成
される。各マスク壁８ａは最大リフト位置にある給気弁
６よりも下方まで燃焼室４に向けて延びており、従って
排気弁７側に位置する給気弁６周縁部と弁座９間の開口
は給気弁６の開弁期間全体に亙ってマスク壁８ａにより
閉鎖されることになる。また、各新気ガイド壁８ｂ。

８ｃはほぼ同一平面内に位置しており、更にこれらの新
気ガイド壁８ｂ・８Ｃは両給気弁６の中心を結ぶ線に対
してほぼ平行に延びている。点火栓１０はシリンダヘッ
ド内壁面３ａの中心に位置するようにシリンダヘッド内
壁面部分３Ｃ上に配置されている。一方、排気弁７に対
しては排気弁７と弁座１１間の開口を覆うマスク壁が設
けられておらず、従って排気弁７が開弁すると排気弁７
と弁座１１間に形成される開口はその全体が燃焼室４内
に開口することになる。

シリンダヘッド３内には給気弁６に対して給気ポート１
２が形成され、排気弁７に対して排気ボート１３が形成
される。一方、両給気弁６の間のシリンダヘッド内壁面
３ａの周縁部には燃料噴射弁１４が配置され、この燃料
噴射弁１４から燃料が燃焼室４内に向けて噴射される。

第１図および第２図に示されるようにピストン２の頂面
上には点火栓１０の下方から燃料噴射弁１４の先端部の
下方まで延びる凹溝１５が形成される。

第１図および第２図に示される実施例ではこの凹溝１５
は点火栓１０と燃料噴射弁１４とを含む垂直平面に−Ｋ
に対して対称なほぼ球面状をなす。また、点火栓１０下
方の凹溝１５の内壁面上には凹溝１５の底部から点火栓
１０に向けて弧状をなして延びる幅の狭い燃料案内溝１
６が形成される。この燃料案内溝１６も垂直平面に−Ｋ
に対して対称な形状をなし、垂直平面に−Ｋに直角でか
つシリンダ軸線に平行な平面内において燃料案内溝１６
の断面形状は下方に凸の湾曲形状に形成されている。ま
た垂直平面に−に上において燃料案内溝１６は凹溝１５
の底部に対しほぼ滑らかに接続されている。第１図に示
すようにピストン２が上死点に達すると点火栓１０が燃
料案内溝１６内に侵入する。一方、燃料案内溝１６に関
して凹溝１５と反対側のピストン２の頂面部分２ａは傾
斜したほぼ平坦面から形成され、第１図に示すようにピ
ストン２が上死点に達するとシリンダヘッド内壁面部分
３Ｃとピストン頂面部分２ａ間にはスキッシュエリア１
７が形成される。

第４図に示されるように第１図から第３図に示す実施例
では排気弁７が給気弁６よりも先に開弁じ、排気弁７が
給気弁６よりも先に閉弁する。、また、第４図において
ＩＪは機関低負荷運転時における燃料噴射時期を示して
おり、■□およびＩａ２は機関中負荷運転時における燃
料噴射時期を示しており、Ｉ５は機関高負荷運転時にお
ける燃料噴射時期を示している。従って第４図から機関
低負荷運転時には圧縮行程後半に燃料噴射ｆｘが行われ
ることがわかる。また、機関中負荷運転時には２回に分
けて燃料噴射が行われ、その第１回目の燃料噴射１１は
排気弁７が閉弁したとき、或いは排気弁７が閉弁する前
後において行われ、第２回目の燃料噴射■、、２は圧縮
行程後半において行われることがわかる。また、機関高
負荷運転時には排気弁７が閉弁したとき、或いは排気弁
７が閉弁する前後において燃料噴射Ｉ５が行われること
がわかる。

次に第５図および第６図を参照しつつ低負荷運転時、中
負荷運転時および高負荷運転時における噴射方法につい
て説明する。

第５図（Ａ）に示すように給気弁６および排気弁７が開
弁すると給気弁６を介して燃焼室４内に空気が流入する
。このとき、排気弁７側の給気弁６の開口はマスク壁８
ａによって覆われているので空気はマスク壁８ａと反対
側の給気弁６の開口から燃焼室４内に流入する。この空
気は矢印Ｗで示すように給気弁６下方のシリンダボア内
壁面に沿い下降し、次いでピストン２０頂面に沿い進ん
で排気弁７下方のシリンダボア内壁面に沿い上昇し、斯
くして空気は燃焼室４内をループ状に流れることになる
。このループ状に流れる空気Ｗによって燃焼室４内の既
燃ガスが排気弁７を介して排　出され、更にこのループ
状に流れる空気Ｗによって燃焼室４内には垂直面内で旋
回する旋回流Ｘが発生せしめられる。次いでピストン２
が下死点ＢＤＣを過ぎて上昇を開始し、排気弁７が閉弁
すると燃料噴射弁１４からの燃料噴射が行われる。

第５図（Ｂ）、　　（Ｃ）は機関低負荷運転時の燃料噴
射の様子および機関中負荷運転時の第２回目の燃料噴射
の様子を示しており、第５図（Ｄ）は機関中負荷運転時
の第１回目の燃料噴射の様子および機関高負荷運転時の
燃料噴射の様子を示している。

第５図（Ｂ）に示されるように燃料噴射弁１４からは凹
溝１５の底部に向けて燃料が噴射される。第１図から第
３図に示す実施例ではこの噴射燃料の噴霧は第５図（Ｂ
）に示されるように例えば円錐状をなしており、この噴
射燃料の噴射軸線Ｚは第２図に示す垂直平面に−に内に
位置している。

機関低負荷運転時には第５図（Ｂ）に示されるように噴
射軸線Ｚに沿う噴射燃料が角度θをなして凹溝１５の底
部に衝突する。角度θは燃料噴射時期Ｉｎの設定の仕方
によって鋭角またはほぼ直角をなすようになり、燃料噴
射時期Ｉｌが遅い時期に設定されるほど、即ち燃料噴射
時期■Ｉが上死点ＴＤＣに近づくほど角度θが小さくな
る。凹溝１５の底部に衝突した燃料は第６図において矢
印Ｖ１で示されるように噴射軸線Ｚに沿う噴射燃料の衝
突点を中心として凹溝１５の凹状内壁面上を方々に広が
ろうとする。方々に広がろうとする燃料のうちの一部の
燃料が燃料案内溝１６内に導かれる。なお、角度θが鋭
角をなす場合、即ち噴射燃料が凹溝１５の底部に斜めに
衝突する場合には、角度θがほぼ直角をなす場合に比べ
て衝突した燃料のうちのより多くの部分が慣性力によっ
て燃料案内溝１６内に導かれる。燃料案内溝１６内に導
かれた燃料は燃料案内溝１６の内壁面に沿い気化しつつ
確実に点火栓１０の下方に進むので、点火栓１０の周り
には着火可能な混合気が形成されることになる。また、
第５図（Ａ）に示されるように燃焼室４内に発生した旋
回流Ｘはピストン２が上昇するにつれて減衰しつつ旋回
半径が次第に小さくなり、ピストン２が上死点に近づく
と第５図（Ｂ）に示されるように凹溝１５の凹状内壁面
に沿う旋回流Ｘとなる。

この凹溝１５の凹状内壁面に沿う旋回流Ｘは、凹溝１５
が垂直平面に−Ｋに対して対称なほぼ球面状をなすので
この球面形状の傾斜によって垂直平面に−にの方に寄せ
られ、斯（して旋回流Ｘが燃料案内溝１６内を集中して
流れることとなる。その結果、第６図において矢印Ｖ＋
で示されるように凹溝１５の凹状内壁面上を方々に拡散
しようする燃料に対してこの旋回流Ｘによって燃料案内
溝１６に向かう力が与えられ、従って噴射燃料の大部分
が矢印Ｖ。

で示されるように燃料案内溝１６内に導かれる。また、
ピストン２が更に上死点に近づくと第５図（Ｃ）におい
て矢印Ｓで示すようにスキッシュエリア１７からスキッ
シュ流が噴出し、このスキッシュ流Ｓも凹溝１５の凹状
内壁面および燃料案内溝１６の内壁面に沿って進む。従
って噴射燃料はこのスキッシュ流Ｓによっても燃料案内
溝１６に向かう力が与えられる。また、このようにして
凹溝１５の内壁面および燃料案内溝１６の内壁面に沿い
点火栓１０の下方に向かう燃料は旋回流Ｘおよびスキッ
シュ流Ｓによって良好に気化せしめられる。斯（して、
第５図（Ｃ）においてＦｌで示されるように鷹射燃料の
大部分が点火栓１０下方の燃料案内溝１６内に導かれ、
かつそれらの燃料が十分に気化せしめられるので、点火
栓１０の周りには十分に気化した可燃混合気が集まるこ
ととなる。従って噴射量が少い機関低負荷運転時であっ
ても良好な着火と、それに続く良好な燃焼が得られるこ
とになる。別の見方をすれば、噴射燃料が拡散せずに点
火栓１０の周りに可燃混合気が集められるので、燃料噴
射量を低減させることができ、従って燃料消費率を向上
させることができる。

上述のように本実施例では、燃料案内溝１６の内壁面に
沿い点火栓１０の下方に向かう燃料が旋回流Ｘおよびス
キッシュ流Ｓによって良好に気化せしめられる。しかし
ながら、もしごく少量の液状の燃料が残っている場合が
あったとしても、点火栓１０が第１図および第２図に示
されるように燃料案内溝１６の内壁面の延長面上あるい
は凹溝１５の内壁面の延長面上に位置していないので、
点火栓１０が液状の燃料をかぶることによって失火する
恐れがない。また噴射燃料の一部が燃料案内溝Ｉ６から
上方に流出した場合、上方に流出した燃料がスキッシュ
流Ｓによって点火栓１０の周りに戻されるので、はぼ全
部の噴射燃料が有効に燃焼せしめられる。

更に、本発明では凹溝１５の底部に衝突した噴射燃料が
燃料案内溝１６の内壁面に沿い点火栓１０の下方のピス
トン２の頂面まで比較的長い距離を移動するので、その
間に燃料の流れがかなり減衰される。また、上述のよう
に燃料案内溝１６の内壁面に沿い点火栓１０の下方に向
かう燃料の流れに対して、凹溝１５の凹状内壁面」二か
ら横方向に燃料が流入し、その結果燃料の流れが乱され
、これによっても点火栓１０の下方に向かう燃料の流れ
が減衰される。

このように燃料の流れが減衰されるので、燃料が燃料案
内溝１６から飛び出て第２図に示すピストン２の頂面領
域２ｂ上に付着してしまうことがほとんどない。従って
、可燃混合気を点火栓１０の周りに集中させることがで
きる。

次に機関高負荷運転時における燃料噴射方法について説
明する。機関高負荷運転時には上述したように排気弁７
が閉弁する前後において燃料噴射弁１４から燃料噴射量
、が行われる。このように燃料噴射１ｆｉは排気弁７が
閉弁する前後において行われるので噴射燃料が排気弁７
を介して排気ボート１３内に吹き抜けることがない。ま
た、燃料噴射量、が行われるときには第５ＥＩ（Ｄ）に
示されるようにピストン２の位置が低く、従って多量の
噴射燃料はピストン２頂面の広い範囲に亘って衝突せし
められることになる。このときピストン２は噴射燃料に
よって冷却され、噴射燃料はピストン２から熱を受ける
ために噴射燃料の気化が促進されることになる。また、
このとき燃焼室４内には第５図（Ａ）に示すような強力
な旋回流Ｘが発生しているので多量の噴射燃料と空気と
が良好にミキシングされ、また噴射時期が早いために多
量の噴射燃料に対して燃料が気化するのにモ分な時間が
与えられる。従って点火栓１０による点火が行われる以
前に燃焼室４内に均一の混合気が形成され、所要の機関
高出力を得ることができる。

次に機関中負荷運転時における燃料噴射方法について説
明する。機関中負荷運転時には上述したように２回に分
けて燃料噴射が行われ、排気弁７が閉弁する前後におい
て燃料噴射弁１４から第１回目の燃料噴射Ｉ　ｍｌが行
われる。この第１回目の燃料噴射Ｉ＋＋ｉ１によって機
関高負荷運転時における燃料噴射量、の場合と同様に、
燃焼室４内に均一の混合気が形成される。なお、機関中
負荷運転時における燃料噴射量は機関高負荷運転時にお
ける燃料噴射量より少く、更に燃料噴射が２回に分けて
行われるので第１回目の燃料噴射Ｉ　１１１１によって
燃焼室４内に形成される混合気はかなり稀薄な混合気で
あり、従って燃焼室４内にはかなり稀薄な均一混合気が
形成される。

次いでピストン２が上昇し圧縮行程後半になると燃料噴
射弁１４から第２回目の燃料噴射Ｉ＋ａ２が行われる。

この第２回目の燃料噴射Ｌ２では機関低負荷運転時にお
ける燃料噴射Ｉｎの場合と同様に凹溝１５の底部に向け
て燃料が噴射される。第２回目の燃料噴射Ｉｍ２によっ
て機関低負荷運転時における燃料噴射Ｉｎの場合と同様
に、点火栓１０下方の燃料案内溝１６内に良好に着火可
能な混合気が形成される。斯くして、点火栓１０の周り
に比較的濃い混合気が形成されると共にそれ以外の燃焼
室４内の領域全体に比較的稀薄な混合気が形成され、か
つ燃焼室４内には上述のように旋回流Ｘが形成されてい
る。従って、良好な着火と、それに続く良好な安定した
燃焼を得ることができる。

なお、これまで本発明を筒内噴射式２サイクル内燃機関
に適用した場合について説明してきたが本発明を筒内噴
射式４サイクル内燃機関にも適用することができる。

〔発明の効果〕

凹溝内に噴射された燃料が燃料案内溝により点火栓の周
りに導かれるので、燃料噴射量の少い機関低負荷運転時
にも点火栓の周りに比較的濃混合気を形成することがで
き、斯くして良好な着火とそれに続く良好な燃焼を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２サイクル内燃機関の側面断面図、第２１４［
１図のピストンの平面図、第３図は第１図のシリンダヘ
ッドの底面図、第４図は給排気弁の開弁時期および燃料
噴射時期を示す線図、第５図は機関運転中の燃焼室内の
様子を説明するための図、第６図は凹溝底部に衝突した
噴射燃料の動きを説明するためのピストン頂部の斜視図
である。 ２・・・ピストン、　　　　　４・・・燃焼室、６・・
・給気弁、　　　　　　７・・・排気弁、１０・・・点
火栓、　　　　　１４・・・燃料噴射弁、１５・・・凹
溝、　　　　　　１６・・・燃料案内溝。 第１図 ２・・・ピストン ４・・・燃焼室 ６・・・給気弁 ７・・・排気弁 １０−・・点火栓 １４・・・燃料噴射弁 １５・・・凹　溝 １６・・・燃料案内溝 第２図 ７ｊ４５図（Ａ） 第５図（Ｂ） 第５図（Ｃ） 第５図（Ｄ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　シリンダヘッド内壁面の中心部に点火栓を配置し、シ
   リンダヘッド内壁面の周縁部に燃料噴射弁を配置し、点
   火栓の下方から燃料噴射弁の下方まで延びる凹溝をピス
   トン頂面上に形成し、点火栓下方の凹溝内壁面上に該凹
   溝底部から点火栓に向けて延びる燃料案内溝を形成し、
   燃料噴射弁から凹溝底部に向けて燃料を噴射する筒内噴
   射式内燃機関。