JPH0518244A - 筒内噴射式内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 筒内噴射式内燃機関において、燃料噴射量に
拘らずに点火栓の周りに良好に着火可能な混合気を形成
する。 【構成】 シリンダヘッド３の内壁面の中心部に点火栓
10を配置し、噴射量が一定量を越えたときに噴霧角が大
きくなるスワール型燃料噴射弁14をシリンダヘッド内壁
面の周縁部に配置する。点火栓10の下方から燃料噴射弁
14の下方まで延びる凹部15をピストン２の頂面上に形成
すると共に、燃料噴射弁14から凹部底壁面15ｃに向けて
斜めに燃料を噴射する。噴射量が一定量以下のときには
凹部底壁面15ｃに衝突したすべての噴射燃料がほとんど
拡散することなく点火栓10下方の凹部端部15ａに向けて
進行する。噴射量が一定量以上のときには凹部底壁面15
ｃに衝突した噴射燃料が凹部底壁面15ｃに沿って拡散し
た後凹部端部15ａに向けて次第に集められる。

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】シリンダヘッド内壁面の中心部に点火栓
を配置し、噴射燃料流に旋回流を与えるようにした噴霧
角の大きいスワール型燃料噴射弁をシリンダヘッド内壁
面の周縁部に配置し、ピストン軸線を中心として燃料噴
射弁の下方まで半径方向に延びる円筒状の凹部をピスト
ン頂面上に形成し、機関圧縮行程後期に点火栓から凹部
底壁面に亘る領域に向けて燃料噴射弁から燃料を噴射す
るようにした筒内噴射式４サイクル内燃機関が公知であ
る（特開平２−169834号公報参照）。この筒内噴射式４
サイクル内燃機関では燃料噴射弁から噴霧角の大きい噴
射燃料が噴射されるので、圧縮行程後期に点火栓から凹
部底壁面に亘る領域に向けて噴射された燃料が良好に拡
散されつつ全体的に点火栓の周りに集められ、斯くして
点火栓の周りに良好に着火可能な混合気が形成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の筒
内噴射式４サイクル内燃機関では機関負荷によらずに燃
料噴射弁から噴霧角の大きい噴射燃料が噴射されるの
で、燃料噴射量が非常に少い機関極低負荷運転時、例え
ば機関アイドリング運転時にはこの少い噴射燃料が拡散
しすぎて点火栓の周りに噴射燃料が十分に集まらず、そ
の結果点火栓の周りに良好に着火可能な混合気が形成さ
れない恐れがある。

【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、噴射量が一定量を越えたときに噴霧角が
大きくなる燃料噴射弁をシリンダヘッド内壁面の周縁部
に配置し、点火栓の下方から燃料噴射弁の下方まで延び
る凹部をピストン頂面上に形成し、燃料噴射弁から凹部
の底壁面に向け斜めに燃料を噴射して凹部底壁面に衝突
した噴射燃料を凹部底壁面に沿いつつ点火栓下方の凹部
の端部に向かわせるようにしている。

【０００５】

【作用】燃料噴射量が一定量以下のときには燃料噴射弁
から噴霧角の小さい噴射燃料が凹部底壁面に向け斜めに
噴射され、凹部底壁面に衝突したほぼすべての噴射燃料
が凹部底壁面に沿いつつ点火栓下方の凹部の端部に導か
れ、この凹部端部に導かれた燃料によって点火栓周りに
着火可能な混合気が形成される。一方、燃料噴射量が上
述の一定量を越えたときには燃料噴射弁から噴射される
燃料の噴霧角が大きくなり、凹部底壁面に衝突した燃料
が凹部底壁面に沿って拡散されつつ全体的に点火栓下方
の凹部端部に向かう。

【０００６】

【実施例】図１および図３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上には窪み部５が形成され、この窪み部
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、窪み部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３個の排気弁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は窪み部５の周壁８を介して互
いに接続されている。

【０００７】この窪み部周壁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８
ｂ，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。

【０００８】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および図２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
まで延びる凹部15が形成される。この凹部15は点火栓10
下方の凹部の端部15ａから燃料噴射弁14側に向けて次第
に拡開しつつ延びる一対の側壁面15ｂと、ほぼ平坦をな
す底壁面15ｃとにより画定され、図１に示されるように
凹部端部15ａは燃料噴射弁14と反対側に向けて凹んだ凹
状断面形状を有する。また、図２からわかるように凹部
端部15ａは点火栓10と燃料噴射弁14とを含む垂直平面Ｋ
−Ｋ上に形成されており、各側壁面15ｂはこの垂直平面
Ｋ−Ｋに関して対称的な形状を有する。従って凹部15は
垂直平面Ｋ−Ｋに関して対称的な形状を有することにな
る。また、図１に示されるようにピストン２が上死点に
達すると点火栓10に関し凹部15と反対側に位置するピス
トン２の頂面部分とシリンダヘッドヘッド内壁面部分３
ｃとの間にはスキッシュエリア16が形成される。

【０００９】図４は燃料噴射弁14の先端部の構造を示
す。図４を参照すると、20は燃料噴射弁ハウジング、21
は噴口、22はハウジング20内に形成された燃料通路、23
は図示しないソレノイドによって駆動されるニードル、
24はニードル23上に形成された膨大部を夫々示し、膨大
部24の外周面上には斜めに延びる燃料流通溝25が形成さ
れる。ニードル23が開弁すると燃料通路22内の燃料は膨
大部24の燃料流通溝25を通過する際に旋回力を与えら
れ、従って燃料は噴口21から旋回しつつ噴出する。この
ときには図４においてβで示されるように噴霧角は大き
くなる。

【００１０】ところが図４に示す燃料噴射弁14ではニー
ドル23の先端部と膨大部24間に燃料通路部分22ａが形成
されており、ニードル23が開弁したときにこの燃料通路
部分22ａ内に溜まっている燃料のみが噴口21から噴出せ
しめられる場合にはこの噴出燃料に対して旋回流が与え
られないためにこのときには燃料が噴口21から旋回する
ことなく噴出せしめられる。斯くしてこのときには図４
においてαで示されるように噴霧角は小さくなる。とこ
ろで図４に示す燃料噴射弁14では燃料通路部分22ａの容
積は最小噴射量の1.５倍程度に形成されている。従って
噴射量が最小噴射量の1.５倍程度の一定量以下のとき、
即ちアイドリング運転時を含む極く低負荷運転時には噴
霧角はαで示されるように小さくなり、噴射量が最小噴
射量の1.５倍程度の一定量以上のときには噴霧角はβで
示されるように大きくなる。

【００１１】図５に示されるように図１から図３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Ｉ _r1は噴射量が最小噴射量の1.５倍程度の一定量以下
である極く低負荷運転時における燃料噴射時期を示して
おり、Ｉ_r2は噴射量が最小噴射量の1.５倍程度の一定量
以上である機関低負荷運転時における燃料噴射時期を示
しており、Ｉ_m1およびＩ_m2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、Ｉ_h 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。図５から機関高負荷
運転時における燃料噴射Ｉ_h は排気弁７が閉弁する頃に
行われ、機関低負荷運転時における燃料噴射Ｉ_r1および
Ｉ_r2は高負荷運転時に比べてかなり遅い時期に行われる
ことがわかる。更に、噴射量が上述の一定量以下である
極く低負荷運転時における燃料噴射Ｉ_r1の噴射開始時期
は、噴射量が一定量以上である低負荷運転時における燃
料噴射Ｉ_r2の噴射開始時期よりも遅いことがわかる。ま
た、機関中負荷運転時には２回に分けて燃料噴射Ｉ_m1お
よびＩ_m2が行われ、このとき第１回目の燃料噴射Ｉ _m1は
機関高負荷運転時とほぼ同じ時期に行われ、第２回目の
燃料噴射Ｉ_m2は機関低負荷運転時とほぼ同じ時期に行わ
れることがわかる。

【００１２】図６に示されるように給気弁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８
ａ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するとその
後燃料噴射弁14からの燃料噴射が開始される。

【００１３】次に図７から図12を参照して機関低負荷運
転時、機関中負荷運転時および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。なお、図７および図
８は噴射量が一定量よりも少い極く低負荷運転時におけ
る燃料噴射Ｉ_r1を示しており、図９および図10は噴射量
が一定量よりも多い低負荷運転時における燃料噴射Ｉ _r2
および中負荷運転時における第２回目の燃料噴射Ｉ_m2を
示しており、図12は中負荷運転時における第１回目の燃
料噴射Ｉ_m1および高負荷運転時における燃料噴射Ｉ_h を
示している。

【００１４】図７から図10に示されるように機関低負荷
運転時の燃料噴射時および機関中負荷運転時の第２回目
の燃料噴射時には燃料は燃料噴射弁14から垂直平面Ｋ−
Ｋに沿い凹部底壁面15ｃに向けて斜めに噴射される。こ
のとき、図７および図８に示されるように噴射量が一定
量よりも少いときには図９および図10に示されるように
噴射量が一定量よりも多いときに比べて噴霧角が小さく
なる。また、噴射量が一定量よりも少い極く低負荷運転
時には図５に示されるように噴射量が一定量よりも多い
低負荷運転時および中負荷運転時の第２回目の燃料噴射
時に比べて噴射時期が遅くなる。従って図７および図８
に示されるように噴射量が一定量よりも少い極く低負荷
運転時には、図９および図10に示されるように噴射量が
一定量よりも多い低負荷運転時および中負荷運転時の第
２回目の燃料噴射時に比べて凹部底壁面15ｃへの噴射燃
料の衝突位置が燃料噴射弁14に近い側となる。

【００１５】図７および図８に示されるように噴射量が
一定量よりも少い極く低負荷運転時には燃料噴射弁14か
ら噴霧角の小さい噴射燃料が凹部底壁面15ｃに向けて斜
めに噴射される。図８において一点鎖線Ｒ₁ は凹部底壁
面15ｃ上における噴射燃料の衝突領域を示している。図
８に示されるように噴射燃料は凹部底壁面15ｃ上に衝突
後も慣性力によって噴射方向に進行する。このとき噴射
燃料の噴霧角が小さいので、凹部底壁面15ｃ上に衝突し
た噴射燃料は凹部底壁面15ｃ上にほとんど広がらずに、
ほぼすべての噴射燃料が凹部底壁面15ｃに沿いつつ点火
栓10下方の凹部端部15ａに向けて気化しつつほぼまっす
ぐに進行する。次いで凹部端部15ａに到達した燃料は凹
部端部15ａにおいて上方に向きを変え、図７においてＧ
で示されるように点火栓10の周りに混合気を形成する。
このように噴射量が最小噴射量の1.５倍程度の一定量以
下である極く低負荷運転時においてほぼすべての噴射燃
料が凹部端部15ａに運ばれるので点火栓10の周りには着
火可能な混合気Ｇが形成されることになる。

【００１６】上述したように噴射燃料は慣性力によって
凹部底壁面15ｃ上を点火栓10下方の凹部端部15ａに向け
て流れる。ところで図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部底壁面15ｃに沿
う旋回流Ｘとなる。従って、噴射燃料はこの旋回流Ｘ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、ピストン２が更に上死点に近づくと図７において矢
印Ｓで示すようにスキッシュエリア16からスキッシュ流
が噴出し、このスキッシュ流Ｓも凹部底壁面15ｃ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、凹部
底壁面15ｃ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の周りに集まる混合気は十分に気化せしめ
られることになる。このように噴射量が一定量よりも少
い極く低負荷運転時においてほぼすべての噴射燃料が点
火栓10周りに集められると共に噴射燃料が十分に気化せ
しめられるので、点火栓10による容易な着火とそれに続
く良好な燃焼を得ることができる。

【００１７】次に図９および図10を参照して、噴射量が
一定量よりも多い低負荷運転時における燃料噴射Ｉ_r2お
よび中負荷運転時における第２回目の燃料噴射Ｉ_m2につ
いて説明する。この場合、図９および図10に示されるよ
うに燃料噴射弁14から燃料が凹部底壁面15ｃに向けて斜
めに噴射される。このときに燃料噴射の初期、即ち図４
に示されるように燃料噴射弁14の燃料通路部分22ａ内に
溜まっている燃料が噴口21から噴出せしめられる期間中
には噴霧角の小さい噴射燃料が噴射される。この噴霧角
の小さい噴射燃料は図７および図８に示される極低負荷
運転時における噴射燃料の挙動と同様に凹部底壁面15ｃ
上に衝突後、凹部底壁面15ｃに沿いつつ凹部端部15ａに
向けて進行する。

【００１８】次いで図４に示されるようにニードル膨大
部24よりも内側の燃料通路22内に溜まっていた燃料が噴
口21から噴出せしめられるようになると、燃料は噴口21
から旋回しつつ噴出せしめられ、このときには図９およ
び図10に示されるように噴射燃料の噴霧角が大きくな
る。この噴霧角の大きい噴射燃料は凹部底壁面15ｃ上の
広い領域に亘って衝突した後凹部側壁面15ｂに沿いつつ
凹部端部15ａに向けて進行する。次にこのときの噴射燃
料の挙動について図10を参照しつつ説明する。

【００１９】図10において一点鎖線Ｒ₂ は凹部底壁面15
ｃ上における噴射燃料の衝突領域を示しており、矢印Ｆ
₁,Ｆ₂ は噴射燃料の代表的な２つの流れを示している。
図10に示されるように噴射燃料Ｆ₁,Ｆ₂ は凹部底壁面15
ｃ上に衝突後も慣性力によって噴射方向に進行し、次い
で凹部側壁面15ｂまで進んだ後に凹部側壁面15ｂに沿い
つつ凹部端部15ａに向けて進行する。ところで各凹部側
壁面15ｂは凹部端部15ａから燃料噴射弁14側に向けてほ
ぼまっすぐに延びているので凹部側壁面15ｂに対する各
噴射燃料Ｆ₁,Ｆ₂ の入射角θ₁,θ₂ は噴射中心に近い噴
射燃料ほど小さくなり、従って凹部側壁面15ｂに沿って
進行を開始しはじめたときの各噴射燃料Ｆ₁,Ｆ₂ の流動
速度ｖ₁,ｖ₂ は噴射中心に近い噴射燃料ほど速くなる。

【００２０】これに対して図11に示されるようにピスト
ン２′の頂面上に形成された凹部15′の輪郭形状を円形
とし、燃料噴射弁14′から凹部15′の平坦な底壁面15
ｃ′上に燃料を噴射すると凹部側壁面15ｂ′に対する各
噴射燃料Ｆ₁ ′, Ｆ₂ ′の入射角θ₁ ′, θ₂ ′は噴射
中心に近い噴射燃料ほど大きくなり、従って凹部側壁面
15ｂ′に沿って進行を開始しはじめたときの噴射燃料Ｆ
₁ ′, Ｆ₂ ′の流動速度ｖ₁ ′, ｖ₂ ′は噴射中心に近
い噴射燃料ほど遅くなる。ところがこのようにｖ ₁ ′＞
ｖ₂ ′なる関係があると各凹部側壁面15ｂ′に沿って流
れる燃料又は混合気はほぼ同時期に凹部端部15ａ′に集
まり、次いでほぼ同時期に凹部端部15ａ′に沿って上昇
して点火栓10の周りに混合気を形成することになる。従
ってこの場合には常にほぼ全噴射燃料によって点火栓10
の周りに混合気が形成されることになり、従ってこのと
き点火栓10周りに形成される混合気の濃度は燃料噴射量
を制御する以外の方法によっては制御することができな
いことになる。斯くして例えば燃料噴射量が比較的少い
ときに点火栓10の周りに最適な混合気を形成しようとす
ると燃料噴射量が増大したときには点火栓10周りに形成
される混合気は過濃となり、斯くして点火栓10による良
好な着火が得られないばかりでなく、たとえ着火したと
しても多量の未燃HC, COが発生することになる。

【００２１】これに対して図10に示されるようにｖ₁ ＜
ｖ₂ なる関係があると噴射燃料Ｆ₂が凹部端部15ａに到
達しても噴射燃料Ｆ₁ は依然として凹部端部15ａに向け
て進行中であり、従って各噴射燃料Ｆ₁,Ｆ₂ が凹部端部
15ａに到達するのに時間差を生ずることになる。このよ
うに各噴射燃料Ｆ₁,Ｆ₂ が凹部端部15ａに到達するのに
時間差を生ずると点火栓10周りに形成される混合気は時
間を経過するにつれて次第に濃くなることになり、従っ
てこの場合には燃料噴射量が一定であっても燃料噴射か
ら点火が行われるまでの時間を制御することによって点
火が行われるときに点火栓10周りに形成される混合気の
濃度を制御できることになる。云い換えると点火が行わ
れるときに点火栓10周りに最適な濃度の混合気が形成さ
れるように点火時期又は噴射時期を制御することによっ
て点火が行われるときに点火栓10周りに常に最適な混合
気を形成しつつ凹部15内に混合気を分散できることにな
る。従って図10に示すような形状の凹部15を用いると燃
料噴射量によらずに点火栓10による良好な着火を確保し
つつこれに続く良好な燃焼を確保することができること
になる。

【００２２】また、図９および図10に示されるように燃
料噴射弁14からの噴霧角が大きいので噴射燃料の衝突領
域Ｒ₂ が大きくなると共に凹部底壁面15ｃ上に衝突した
噴射燃料が凹部底壁面15ｃに沿って広範囲に拡散せしめ
られ、斯くして噴射燃料の霧化および気化が促進され
る。更に、図９に示されるように凹部底壁面15ｃに沿う
旋回流Ｘおよびスキッシュ流Ｓによって噴射燃料の霧化
および気化が更に促進され、斯くして混合気が十分に気
化せしめられることになる。

【００２３】ところで、上述のように凹部15は、燃料噴
射弁14からの噴霧角が大きいときに凹部底壁面15ｃ上に
拡散された噴射燃料が霧化しつつ点火栓10下方の凹部端
部15ａに次第に集まるような形状をしている。しかしな
がら、燃料噴射量が最小噴射量付近であるためにできる
だけ多くの噴射燃料を点火栓10の周りに集める必要があ
る極低負荷運転時においても噴射燃料の噴霧角を大きく
した場合には、すべての噴射燃料を点火栓10周りに集め
ようとしても凹部底壁面15ｃ上または凹部側壁面15ｂ上
を移動する間に霧化した燃料の一部が点火栓10周りに十
分に集まらず、その結果点火栓10周りに十分に濃い混合
気を形成することができず、斯くして点火栓10による着
火が困難になってしまうという問題を生ずる。しかしな
がら本発明による実施例では上述のように噴射量が最小
噴射量の1.５倍程度の一定量以下のとき、即ちアイドリ
ング運転時を含む極低負荷運転時には噴霧角の小さい噴
射燃料を噴射するようにしているので、上述のようにす
べての噴射燃料を点火栓10周りに確実に集めることがで
き、従って燃料噴射量が非常に少い極低負荷運転時にお
いても点火栓10による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。

【００２４】次に図12を参照して、中負荷運転時におけ
る第１回目の燃料噴射Ｉ_m1および高負荷運転時における
燃料噴射Ｉ_h について説明する。この場合には図12に示
されるようにピストン２が低い位置にあるときに燃料噴
射が開始される。このようにピストン２が低い位置にあ
るときに燃料噴射が開始されると共に噴射燃料の噴霧角
が大きいので、噴射燃料がピストン２の頂面の広い領域
に亘って衝突し、斯くして燃料は燃焼室４内に良好に分
散せしめられる。機関中負荷運転時にはこの第１回目の
燃料噴射Ｉ_m1によって燃焼室４内に稀薄な混合気が形成
され、この稀薄混合気は第２回目の燃料噴射Ｉ_m2により
点火栓10周りに形成された混合気が着火源となって燃焼
せしめられる。これに対して機関高負荷運転時には図12
に示すように噴射された燃料により燃焼室４内に形成さ
れた混合気が点火栓10により着火せしめられる。

【００２５】図13から図22に第２実施例を示す。この実
施例では各給気弁６近傍のシリンダヘッド内壁面３ａの
周縁部に一対のスワール型燃料噴射弁、即ち第１スワー
ル型燃料噴射弁14ａと第２スワール型燃料噴射弁14ｂと
が配置され、図13からわかるようにこれら燃料噴射弁14
ａ，14ｂからはシリンダ軸線方向に向けて燃料が噴射さ
れる。また、これら燃料噴射弁14ａ，14ｂは図４に示さ
れる燃料噴射弁14と同様の構造を有し、即ち噴射量が最
小噴射量の1.５倍程度の一定量以下のときには噴霧角が
αで示されるように小さくなり、噴射量が最小噴射量の
1.５倍程度の一定量以上のときには噴霧角がβで示され
るように大きくなるようになっている。

【００２６】図16に示されるようにこの実施例において
も噴射量が一定量よりも少い極低負荷運転時、噴射量が
一定量よりも多い低負荷運転時、中負荷運転時および高
負荷運転時における燃料噴射時期は図１から図５に示さ
れる実施例と同様であるが、この実施例では噴射量が一
定量よりも少い極低負荷運転時における燃料噴射Ｉ_r1は
図17および図18に示されるように第１燃料噴射弁14ａに
より行われ、噴射量が一定量よりも多い低負荷運転時に
おける燃料噴射Ｉ_r2および中負荷運転時における第２回
目の燃料噴射Ｉ_m2は図19および図20に示されるように第
１燃料噴射弁14ａにより行われ、中負荷運転時における
第１回目の燃料噴射Ｉ_m1は図21に示されるように第２燃
料噴射弁14ｂにより行われ、高負荷運転時における燃料
噴射Ｉ_h1およびＩ_h2は図22に示されるように第１燃料噴
射弁14ａおよび第２燃料噴射弁14ｂ（図22には図示して
いない) の双方により行われる。

【００２７】この実施例では噴射量が一定量よりも少い
極低負荷運転時には図17および図18に示されるように第
１燃料噴射弁14ａから噴霧角の小さい噴射燃料が凹部底
壁面15ｃに向けて斜めに噴射され、この噴射燃料は図18
において一点鎖線Ｒ₃ で示されるように凹部底壁面15ｃ
上に衝突した後凹部底壁面15ｃに沿いつつ凹部端部15ａ
に向けて進行する。このとき噴射燃料の噴霧角が小さい
ので、図８に示される実施例の場合と同様に、凹部底壁
面15ｃ上に衝突した噴射燃料は凹部底壁面15ｃ上にほと
んど広がらずに、ほぼすべての噴射燃料が凹部底壁面15
ｃに沿いつつ凹部端部15ａに向けてほぼまっすぐに進行
することになる。斯くして、噴射量が一定量よりも少い
極低負荷運転時であっても点火栓10周りに良好に着火お
よび燃焼可能な混合気を集めることができることにな
る。

【００２８】次に図19および図20を参照して、噴射量が
一定量よりも多い低負荷運転時における燃料噴射Ｉ_r2お
よび中負荷運転時における第２回目の燃料噴射Ｉ_m2につ
いて説明する。この場合には第１燃料噴射弁14ａから噴
霧角の大きい噴射燃料が凹部底壁面15ｃに向けて斜めに
噴射され、この噴射燃料は図20において一点鎖線Ｒ₄ で
示されるように凹部底壁面15ｃ上に衝突した後凹部側壁
面15ｂに沿いつつ凹部端部15ａに向けて進行する。この
実施例においても各凹部側壁面15ｂは凹部端部15ａから
燃料噴射弁14側に向けてほぼまっすぐに延びているので
図20に示されるように凹部側壁面15ｂに対する各噴射燃
料Ｆ₁,Ｆ₂ の入射角θ₁,θ₂ は噴射中心近い噴射燃料ほ
ど小さくなり、従って凹部側壁面15ｂに沿って進行を開
始しはじめたときの各噴射燃料Ｆ₁,Ｆ₂ の流動速度ｖ₁,
ｖ₂ は噴射中心に近い噴射燃料ほど速くなる。従って各
噴射燃料Ｆ₁,Ｆ₂ が凹部端部15ａに到達するのに時間差
を生ずることになり、斯くして点火が行われるときに点
火栓10周りに最適な濃度の混合気を形成しつつ凹部15内
に混合気を分散できることになる。

【００２９】次に図23から図29を参照して第３実施例に
ついて説明する。この実施例では図23から図25に示すよ
うにピストン２の頂面上に形成された凹部15の底壁面15
ｃ上に平坦な頂面を有する凸部30が形成されている。図
23に示されるようにこの凸部30は燃料噴射弁14の先端部
の下方の凹部底壁面15ｃ上において凹部15の幅全体に亘
って延びていると共に、この凸部30は垂直平面Ｋ−Ｋ
（図２参照）上において点火栓10下方の凹部端部15ａに
向けて延びる細長い延長部分30ａを有する。また図25に
示すように凸部30の頂面と凹部底壁面15ｃとは円弧状曲
面をなす凸部側壁面30ｂにより滑らかに接続されてい
る。なお、他の燃焼室構造および燃料噴射時期等に関し
ては図１から図12に示す実施例の場合と同様である。ま
た、図23から図26は燃料噴射量が一定量よりも少い極低
負荷運転時における燃料噴射Ｉ_r1の様子を示しており、
図27から図29は噴射量が一定量よりも多い低負荷運転時
における燃料噴射Ｉ_r2および中負荷運転時における第２
回目の燃料噴射Ｉ_m2の様子を示している。図23および図
25からわかるように凸部延長部分30ａの幅は、噴射量が
一定量よりも少い極低負荷運転時における噴射燃料Ｆ_a
の衝突領域Ｒ₅ の幅よりも若干広く形成されている。従
って図27および図29に示されるように凸部延長部分30ａ
の幅は、噴射量が一定量よりも多い低負荷運転時の燃料
噴射時および中負荷運転時の第２回目の燃料噴射時にお
ける噴射燃料Ｆ_b の衝突領域Ｒ₆ の幅よりも狭くなって
いる。

【００３０】この実施例では噴射量が一定量よりも少い
極低負荷運転時には図23から図25に示されるように燃料
噴射弁14から噴霧角の小さい噴射燃料Ｆ_a が凸部30の頂
面に向けて斜めに噴射され、この噴射燃料Ｆ_a は図23に
おいて一点鎖線Ｒ₅ で示されるように凸部30の頂面上に
衝突した後凸部延長部分30ａに沿いつつ凹部端部15ａに
向けて進行し、次いで凹部端部15ａにおいて上方に向き
を変え、点火栓10の周りに混合気を形成する。従ってこ
の実施例の場合にもほぼすべての噴射燃料を点火栓10の
周りに集めることができる。またこの実施例の場合にも
図７に示すような旋回流Ｘおよびスキッシュ流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促進される。斯くして点火栓10の周
りに良好に着火可能な混合気を集めることができること
になる。更にこの実施例では図26に示されるように凸部
延長部分30ａの頂面に沿いつつ凹部端部15ａに向けて移
動してきた燃料Ｆ_C が凸部延長部分30ａの端部30ｃを越
えるときにフィルム状をなして空中に飛び出す。このよ
うに燃料Ｆ_C が凹部底壁面15ｃから離れて空中を飛行す
ることにより、図26においてＦ_d で示すように燃料の微
粒化および霧化が促進され、斯くして点火栓10の周りに
集まる混合気の気化が更に促進されることになる。

【００３１】次に図27から図29を参照して、噴射量が一
定量よりも多い低負荷運転時における燃料噴射Ｉ_r2およ
び中負荷運転時における第２回目の燃料噴射Ｉ_m2につい
て説明する。この場合には上述したように噴射量が一定
量よりも少い極低負荷運転時における燃料噴射Ｉ_r1に比
べて噴射開始時期が早くなり、従って極低負荷運転時に
比べてピストン２が低い位置にあるときに燃料噴射が行
われる。このときには図27から図29に示すように燃料噴
射弁14から噴霧角の大きい噴射燃料Ｆ_b が凹部底壁面15
ｃに向けて斜めに噴射され、この噴射燃料は図27におい
て一点鎖線Ｒ₆ で示されるように凸部延長部分30ａの頂
面上、凸部側壁面30ｂ上および凹部底壁面15ｃ上に亘る
広い領域と衝突する。衝突した燃料は凹部底壁面15ｃに
沿って拡散された後、凹部側壁面15ｂに沿いつつ凹部端
部15ａに向けて次第に集められる。斯くして点火が行わ
れるときに点火栓10周りに最適な濃度の混合気を形成し
つつ凹部15内に混合気を分散できることになる。更にこ
の実施例では凸部延長部分30ａの頂面上に衝突した噴射
燃料部分が上述のように凹部底壁面15ｃから離れて空中
を飛行するときにこの噴射燃料部分の微粒化および霧化
が促進され、斯くして混合気の気化が更に促進されるこ
とになる。

【００３２】次に図30から図32を参照して第４実施例に
ついて説明する。この実施例では図30から図32に示され
るように燃料噴射弁14の先端部の下方から点火栓10下方
の凹部端部15ａに向けてほぼ棒状をなして延びる細長い
凸部32が凹部底壁面15ｃ上に形成されている。なお、他
の燃焼室構造および燃料噴射時期等に関しては図23から
図29に示す実施例の場合と同様である。図30において一
点鎖線Ｒ₇ は燃料噴射量が一定量よりも少い極低負荷運
転時における噴射燃料Ｆ_a の衝突領域を示しており、一
点鎖線Ｒ₈ は噴射量が一定量よりも多い低負荷運転時の
燃料噴射時および中負荷運転時の第２回目の燃料噴射時
における噴射燃料Ｆ_b の衝突領域を示している。従って
図30から凸部32の幅は噴射燃料Ｆ_a の衝突領域Ｒ₇の幅
よりも若干広く形成され、噴射燃料Ｆ_b の衝突領域Ｒ₈
の幅よりも狭く形成されていることがわかる。

【００３３】図30から図32に示されるように噴射量が一
定量よりも少い極低負荷運転時には燃料噴射弁14から噴
霧角の小さい噴射燃料Ｆ_a が凸部32の平坦な頂面に向け
て斜めに噴射される。この噴射燃料Ｆ_a は図30において
一点鎖線Ｒ₇ で示されるように凸部32の頂面上に衝突し
た後、図23から図26に示す実施例の場合と同様に凸部32
の頂面に沿いつつ凹部端部15ａに向けて進行し、次いで
凹部端部15ａにおいて上方に向きを変え、点火栓10の周
りに混合気を形成する。従ってこの実施例の場合にもほ
ぼすべての噴射燃料を点火栓10の周りに集めることがで
き、従って点火栓10の周りに良好に着火可能な混合気が
形成される。

【００３４】一方、噴射量が一定量よりも多い低負荷運
転時における燃料噴射時および中負荷運転時における第
２回目の燃料噴射時には、図30から図32に示されるよう
に噴射量が一定量よりも少い極低負荷運転時の燃料噴射
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
弁14から噴霧角の大きい噴射燃料Ｆ_b が凹部底壁面15ｃ
に向けて斜めに噴射される。この噴射燃料Ｆ_b は図30に
おいて一点鎖線Ｒ₈ で示されるように凸部32の頂面上、
凸部32の側壁面32ｂ上および凹部底壁面15ｃ上に亘る広
い領域と衝突し、この衝突した燃料は図27から図29に示
す実施例の場合と同様に凹部底壁面15ｃに沿って拡散さ
れた後、凹部側壁面15ｂに沿いつつ凹部端部15ａに向け
て次第に集められる。ところで図23から図29に示す実施
例では燃料噴射弁14の先端部の下方において凸部30が凹
部15の幅全体に亘って延びているのに対し、図30から図
32に示す実施例では燃料噴射弁14の先端部の下方におい
ても凸部32の幅が狭く形成されている。その結果図30か
ら図32に示す実施例では図９に示されるような旋回流Ｘ
およびスキッシュ流Ｓがより凹部底壁面15ｃに沿って流
れやすくなり、斯くして噴射燃料の気化が更に促進され
る。

【００３５】次に図33および図34を参照して第５実施例
について説明する。この実施例では凹部底壁面15ｃ上に
平坦な頂面を有する細長い凸部34が形成されている点が
図13から図22に示す実施例と異なっている。図33および
図34を参照すると、低負荷運転時における燃料噴射およ
び中負荷運転時における第２回目の燃料噴射を行う第１
燃料噴射弁14ａの先端部の下方から燃料噴射方向に沿い
凹部端部15ａに向けて延びる凸部34が凹部底壁面15ｃ上
に形成されている。

【００３６】図33および図34に示されるように噴射量が
一定量よりも少い極低負荷運転時には第１燃料噴射弁14
ａから噴霧角の小さい噴射燃料Ｆ_a が凸部32の平坦な頂
面に向けて斜めに噴射される。この噴射燃料Ｆ_a は図33
において一点鎖線Ｒ₉ で示されるように凸部34の頂面上
に衝突した後、凸部34の頂面に沿って凹部端部15ａに向
けて進行し、次いで凹部端部15ａにおいて上方に向きを
変え、点火栓10の周りに混合気を形成する。この実施例
の場合にも図26に示される実施例の場合と同様に、凸部
34の頂面に沿いつつ凹部端部15ａに向けて移動してきた
燃料が凸部34の端部34ｃを越えるときにフィルム状をな
して空中を飛び出し、このように燃料が凹部底壁面15ｃ
から離れて空中を飛行することにより燃料の微粒化およ
び霧化が促進される。斯くして点火栓10の周りに集まる
混合気の気化が更に促進されることになる。

【００３７】一方、噴射量が一定量よりも多い低負荷運
転時における燃料噴射時および中負荷運転時における第
２回目の燃料噴射時には、図33および図34に示されるよ
うに噴射量が一定量よりも少い極低負荷運転時の燃料噴
射時に比べてピストン２が低い位置にあるときに第１燃
料噴射弁14ａから噴霧角の大きい噴射燃料Ｆ_b が凹部底
壁面15ｃに向けて斜めに噴射される。この噴射燃料Ｆ_b
は図33において一点鎖線Ｒ₁₀で示されるように凸部34の
頂面上、凸部34の側壁面上および凹部底壁面15ｃに亘る
広い領域と衝突し、この衝突した燃料は図19および図20
に示す実施例の場合と同様に凹部底壁面15ｃに沿って拡
散された後、凹部側壁面15ｂに沿いつつ凹部端部15ａに
向けて次第に集められる。斯くして点火が行われるとき
に点火栓10周りに最適な濃度の混合気を形成しつつ凹部
15内に混合気を分散できることになる。

【００３８】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。

【００３９】

【発明の効果】噴射量が一定量を越えたときに噴霧角が
大きくなる燃料噴射弁からピストン頂面上に形成された
凹部内に燃料を噴射するようにした場合において点火栓
周りに常に良好に着火可能な混合気を形成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】筒内噴射式２サイクル内燃機関の側面断面図で
ある。

【図２】ピストン頂面の平面図である。

【図３】シリンダヘッドの底面図である。

【図４】燃料噴射弁先端部の拡大側面断面図である。

【図５】給排気弁の開弁期間と燃料噴射時期を示す線図
である。

【図６】掃気行程時を示す２サイクル機関の側面断面図
である。

【図７】燃料噴射量が一定量以下の極低負荷運転時にお
ける燃料噴射を示す２サイクル機関の側面断面図であ
る。

【図８】燃料噴射量が一定量以下の極低負荷運転時にお
ける燃料噴射を示すピストン頂面の平面図である。

【図９】噴射量が一定量以上の低負荷運転時における燃
料噴射、および中負荷運転時における第２回目の燃料噴
射を示す２サイクル機関の側面断面図である。

【図10】噴射量が一定量以上の低負荷運転時における燃
料噴射、および中負荷運転時における第２回目の燃料噴
射を示すピストン頂面の平面図である。

【図11】好ましくない例を示すピストン頂面の平面図で
ある。

【図12】中負荷運転時における第１回目の燃料噴射およ
び高負荷運転時における燃料噴射を示す２サイクル機関
の側面断面図である。

【図13】第２の実施例を示すピストン頂面の平面図であ
る。

【図14】２サイクル機関の側面断面図である。

【図15】シリンダヘッドの底面図である。

【図16】給排気弁の開弁期間と燃料噴射時期を示す線図
である。

【図17】噴射量が一定量以下の極低負荷運転時における
燃料噴射を示す２サイクル機関の側面断面図である。

【図18】噴射量が一定量以下の極低負荷運転時における
燃料噴射を示すピストン頂面の平面図である。

【図19】噴射量が一定量以上の低負荷運転時における燃
料噴射、および中負荷運転時における第２回目の燃料噴
射を示す２サイクル機関の側面断面図である。

【図20】噴射量が一定量以上の低負荷運転時における燃
料噴射、および中負荷運転時における第２回目の燃料噴
射を示すピストン頂面の平面図である。

【図21】中負荷運転時における第１回目の燃料噴射を示
す２サイクル機関の側面断面図である。

【図22】高負荷運転時における燃料噴射を示す２サイク
ル機関の側面断面図である。

【図23】第３の実施例において、噴射量が一定量以下の
極低負荷運転時における燃料噴射を示すピストン頂面の
平面図である。

【図24】噴射量が一定量以下の極低負荷運転時における
燃料噴射を示すピストンの側面断面図である。

【図25】図23の XXV−XXV 線に沿ってみた断面図であ
る。

【図26】凸部延長部分の端部近傍における燃料の挙動を
説明するための、凸部延長部分の端部近傍の拡大側面断
面図である。

【図27】噴射量が一定量以上の低負荷運転時における燃
料噴射、および中負荷運転時における第２回目の燃料噴
射を示すピストン頂面の平面図である。

【図28】噴射量が一定量以上の低負荷運転時における燃
料噴射、および中負荷運転時における第２回目の燃料噴
射を示すピストンの側面断面図である。

【図29】図27のXXIX−XXIX線に沿ってみた断面図であ
る。

【図30】第４の実施例を示すピストン頂面の平面図であ
る。

【図31】ピストンの側面断面図である。

【図32】図30の XXXII−XXXII 線に沿ってみた断面図で
ある。

【図33】第５の実施例を示すピストン頂面の平面図であ
る。

【図34】ピストンの側面断面図である。

【符号の説明】

２…ピストン ３…シリンダヘッド 10…点火栓 14…燃料噴射弁 15…凹部 15ａ…凹部端部 15ｂ…凹部側壁面 15ｃ…凹部底壁面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仁平 裕昭 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 中田 浩一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【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、噴射量が一定量を越えたときに噴霧角が大き
   くなる燃料噴射弁をシリンダヘッド内壁面の周縁部に配
   置し、点火栓の下方から燃料噴射弁の下方まで延びる凹
   部をピストン頂面上に形成し、該燃料噴射弁から該凹部
   の底壁面に向け斜めに燃料を噴射して凹部底壁面に衝突
   した噴射燃料を凹部底壁面に沿いつつ点火栓下方の凹部
   の端部に向かわせるようにした筒内噴射式内燃機関。