JPH04224229A - 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】

【０００１】

【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。

【０００２】

【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１−１２
４０４２号公報参照）。

【０００３】

【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法を採用
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。

【０００４】

【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、点火栓下方のピ
ストン頂面上に凹溝の凹状内壁面の上方部に開口する凹
所を形成し、凹溝の凹状内壁面の中央部と凹所との間の
凹状内壁面上に上述の中央部を中心にしてほぼ半周に亘
って延びる円弧状の段部を形成し、燃料噴射弁から凹溝
の凹状内壁面に向けて燃料を噴射して凹溝内に噴射され
た燃料を点火栓により着火するようにしている。

【０００５】

【作用】凹溝内に噴射された噴射燃料が凹溝の凹状内壁
面に衝突し、この衝突した燃料が凹状内壁面に沿って点
火栓下方の凹所内に導かれる。このとき一部の噴射燃料
が凹状内壁面上に付着するが、この凹状内壁面に付着し
つつ点火栓下方に向けて移動する燃料部分は段部上を移
動するときに凹状内壁面から剥離され、これにより付着
していた燃料部分が気化せしめられる。また、上述の段
部では熱が逃げにくいために段部は高温を呈し、従って
付着していた燃料部分が段部から熱を受けて燃料の気化
が更に促進される。斯くして点火栓周りに良好に着火お
よび燃焼可能な混合気が形成される。

【０００６】

【実施例】図１および図４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
リンダヘッド内壁面部分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。

【０００７】シリンダヘッド３内には給気弁６に対して
給気ポート１２が形成され、排気弁７に対して排気ポー
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。図１から図３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。図１から
図３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Ｋ−Ｋに対して対称な
ほぼ球面状をなす。また、ピストン２の頂面の中心部に
は凹溝１５よりも曲率の大きな球面状をなす凹所１６が
形成される。この凹所１６も垂直平面Ｋ−Ｋ上に形成さ
れており、この凹所１６は凹溝１５の凹状内壁面の上方
部に開口している。図１に示すようにピストン２が上死
点に達すると点火栓１０が凹所１６内に侵入する。また
凹溝１５の凹状内壁面の中央部と凹所１６との間の凹状
内壁面上には凹状内壁面の中央部を中心にしてほぼ半周
に亘って延びる円弧状の段部２０が形成される。一方、
凹所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、図１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１７が形成される。

【０００８】図５に示されるように図１から図４に示す
実施例では排気弁７が給気弁６よりも先に開弁し、排気
弁７が給気弁６よりも先に閉弁する。また、図５におい
てＩｌ　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、Ｉｈ　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。従って図１から図４に示す実施例で
は機関負荷が高くなるほど噴射時期が早められることが
わかる。

【０００９】次に図６から図１１を参照しつつ低負荷運
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。図６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８ａ
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２の頂面に沿い進んで
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、給気弁６および排気
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。

【００１０】図７および図８は機関低負荷運転時を示し
ており、図１０および図１１は機関高負荷運転時を示し
ている。図７に示されるように燃料噴射弁１４からは凹
溝１５の凹状内壁面に向けて燃料が噴射される。図１か
ら図４に示す実施例ではこの噴射燃料の噴霧は図７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は図２に示す垂直平面Ｋ−Ｋ内に位置して
いる。

【００１１】機関低負荷運転時には図７に示されるよう
に噴射軸線Ｚに沿う噴射燃料が鋭角θをなして斜めに凹
溝１５の凹状内壁面上に衝突する。このように噴射燃料
が凹溝１５の凹状内壁面上に斜めに衝突すると衝突した
燃料は図８においてＦ１　で示されるように慣性力によ
って凹溝１５の凹状内壁面に沿い気化しつつ点火栓１０
の下方に進み、次いで凹所１６内に送り込まれる。機関
低負荷運転時には噴射量が少ないがこのとき大部分の噴
射燃料が点火栓１０の下方に運ばれるので点火栓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、図６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図
７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。噴射燃料はこの旋回流Ｘによっても点火栓１
０の下方に向かう力が与えられる。また、ピストン２が
更に上死点に近づくと図８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によっても点火栓
１０の下方に向かう力が与えられる。また、凹溝１５の
凹状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によって気化せしめられ、斯
くして点火栓１０の周りには十分に気化した可燃混合気
が集まることになる。ところで凹溝１５の凹状内壁面上
に衝突した噴射燃料の一部は凹状内壁面上に付着する。 図９に示すようにこの付着した燃料Ｆ２　は上述のよう
に燃料のもつ慣性力、旋回流Ｘおよびスキッシュ流Ｓに
よって点火栓１０の下方に向けて凹状内壁面上を伝わり
つつ移動せしめられる。この凹状内壁面に付着しつつ移
動する燃料Ｆ２　は段部２０上を移動するときに燃料Ｆ
２　のもつ移動の勢いによって凹状内壁面から剥離され
、これにより付着していた燃料Ｆ２　がＦ３　で示され
るように気化せしめられる。また段部２０では熱が逃げ
にくいので段部２０は特に高温を呈する。従って、凹状
内壁面上に付着している燃料Ｆ２　が段部２０上を移動
するときに燃料Ｆ２　は段部２０から熱を受け、これに
よっても燃料Ｆ２　の気化が促進される。なお段部２０
の形状はピストン２が溶損するほど熱がたまらないよう
に形成されていることは云うまでもない。更に、凹溝１
５の凹状内壁面に沿って流れる旋回流Ｘおよびスキッシ
ュ流Ｓが段部２０によって凹状内壁面から剥離され、そ
の結果段部２０の下流側において空気の乱れＴが発生せ
しめられる。この空気の乱れＴによって、気化した燃料
と空気とのミキシングが促進される。斯くして燃料噴射
量が少い機関低負荷運転時であっても、ほとんどすべて
の噴射燃料が良好に気化せしめられかつ点火栓１０の周
りに集められるので、点火栓１０の周りに十分に気化し
た可燃混合気が形成され、その結果良好な着火とそれに
続く良好な燃焼が得られる。また、凹溝１５の凹状内壁
面上に付着したまま十分に気化しない燃料や点火栓１０
の近傍に集まらない燃料がほとんどなく、即ちほとんど
すべての噴射燃料が燃焼に有効に寄与するので、燃料消
費率が向上すると共にＨＣの発生を低減することができ
る。

【００１２】一方、機関高負荷運転時には上述したよう
に噴射時期が機関低負荷運転時に比べて早くなり、従っ
て機関高負荷運転時には図１０に示されるように機関低
負荷運転時に比べてピストン２が低い位置にあるときに
燃料噴射が開始される。このときには図１０に示される
ように噴射軸線Ｚに沿う噴射燃料は凹溝１５の凹状内壁
面上にほぼ垂直に衝突する。このように噴射燃料が凹溝
１５の凹状内壁面上にほぼ垂直に衝突すると衝突した燃
料は図１１においてＦ４　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
壁面上を四方に広がることになる。従ってこの場合には
衝突した噴射燃料の一部が点火栓１０の下方に進み、次
いで凹所１６内に送り込まれる。このように噴射量の多
い機関高負荷運転時には噴射燃料の一部が点火栓１０の
周りに送り込まれるので点火栓１０の周りに形成される
混合気は過濃とならず、斯くして点火栓１０の周りには
良好に着火可能な混合気が形成される。また、機関高負
荷運転時には噴射燃料が高温の凹溝１５の凹状内壁面上
に広範囲に分散されるので噴射燃料の気化が促進され、
しかも噴射時期が早められるために噴射燃料が気化する
のに十分な時間が与えられる。その結果、機関高負荷運
転時には噴射量が多くても全噴射燃料の気化が十分に促
進される。また、機関高負荷運転時にも図７に示すよう
な旋回流Ｘおよび図８に示すようなスキッシュ流Ｓが発
生し、従ってこれら旋回流Ｘおよびスキッシュ流Ｓによ
って噴射燃料の気化が更に促進される。また、凹溝１５
の凹状内壁面上に付着しつつ点火栓１０の下方に進む燃
料が機関低負荷運転時と同様に段部２０によって凹状内
壁面から剥離されて気化せしめられる。斯くして機関高
負荷運転時には凹溝１５内の広範囲に亘って十分に気化
した可燃混合気が形成され、その結果所要の機関高出力
が確保される。

【００１３】次に、図１２を参照して凹溝１５の凹状内
壁面上に形成された段部２０の別の実施例について説明
する。 なお、同様の構成要素に対しては同一の参照符号を用い
る。上述のように段部２０は、凹溝１５の凹状内壁面の
中央部と凹所１６との間の凹状内壁面上に凹状内壁面の
中央部を中心にしてほぼ半周に亘って円弧状に延びてい
る。図１から図３および図９に示す実施例では、この段
部２０は凹溝１５の凹状内壁面に段差形状を与えるよう
に形成されているが、図１２に示すように、滑らかに連
続した形状をなす凹溝１５の凹状内壁面上から溝状をな
す段部２０を切除することにより段部２０を形成するこ
ともできる。なお、図１２の実施例における段部２０も
、凹溝１５の凹状内壁面の中央部と凹所１６との間の凹
状内壁面上に凹状内壁面の中央部を中心にしてほぼ半周
に亘って円弧状に延びていることは云うまでもない。図
１２に示す実施例では図１から図３および図９に示す実
施例に比べて、段部２０の加工がより容易となり、従っ
て生産性を向上させることができる。

【００１４】なお、図１から図３に示す実施例および図
１２に示す実施例では、凹溝１５の中央部から段部２０
へ向かう凹状内壁面形状に対して段部２０がへこんだ形
状をなしているが、凹溝１５の中央部から段部２０へ向
かう凹状内壁面形状に対して突出した形状をなす段部２
０を形成してもよい。なお、これまで本発明を筒内噴射
式２サイクル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サイクル機関にも適用すること
ができる。

【００１５】

【発明の効果】凹溝内に噴射された噴射燃料が凹溝の凹
状内壁面に沿って点火栓の周りに導かれる。また、凹状
内壁面上に付着した噴射燃料部分も、凹状内壁面上に形
成された段部によって凹状内壁面から剥離されると共に
気化せしめられて点火栓の周りに集められる。斯くして
少い燃料噴射量によって点火栓周りに可燃混合気を形成
することができ、その結果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と共に燃料消費率を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２サイクル内燃機関の側面断面図である。

【図２】図１のピストンの平面図である。

【図３】図１のピストン頂部の断面斜視図である。

【図４】図１のシリンダヘッドの底面図である。

【図５】給排気弁の開弁時期および燃料噴射時期を示す
線図である。

【図６】給気弁および排気弁の開弁時における燃焼室内
の様子を説明するための側面断面図である。

【図７】機関低負荷運転時における燃焼室内の様子を説
明するための側面断面図である。

【図８】機関低負荷運転時における燃焼室内の様子を説
明するための側面断面図である。

【図９】凹溝の凹状内壁面上に付着した噴射燃料の挙動
を説明するための段部付近の凹溝の拡大側面断面図であ
る。

【図１０】機関高負荷運転時における燃焼室内の様子を
説明するための側面断面図である。

【図１１】機関高負荷運転時における燃焼室内の様子を
説明するための側面断面図である。

【図１２】段部の別の実施例を示す段部付近の凹溝の拡
大側面断面図である。

【符号の説明】

２…ピストン ３…シリンダヘッド 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…凹所 ２０…段部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、点火栓下方のピス
   トン頂面上に該凹溝の凹状内壁面の上方部に開口する凹
   所を形成し、該凹溝の凹状内壁面の中央部と該凹所との
   間の凹状内壁面上に該中央部を中心にしてほぼ半周に亘
   って延びる円弧状の段部を形成し、燃料噴射弁から該凹
   溝の凹状内壁面に向けて燃料を噴射して凹溝内に噴射さ
   れた燃料を点火栓により着火するようにした筒内噴射式
   内燃機関。