JPH06146886A

JPH06146886A - 筒内噴射型内燃機関

Info

Publication number: JPH06146886A
Application number: JP4295320A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Ando; 弘光安東; Jun Takemura; 純竹村; Kazuyoshi Nakane; 一芳中根
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1992-11-04
Filing date: 1992-11-04
Publication date: 1994-05-27
Anticipated expiration: 2014-07-12
Also published as: JP2917713B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、燃料を直接燃焼室に噴射する筒内
噴射型内燃機関に関し、インジェクタ取り付けスペース
を十分に確保するとともに、希薄燃焼でも安定して機関
を運転できるようにすることを目的とする。【構成】ピストン２の上面とシリンダヘッド１の下面
との間に形成された燃焼室７と燃焼室７に開口する吸気
開口端４Ａと吸気開口端４Ａから上方へ延びる吸気ポー
ト４と排気ポート５と燃焼室７の吸気ポート４側の側部
に噴射口８Ａを燃焼室７に臨ませるようなインジェクタ
１８とをそなえ、吸気流が基準面４０の一側でシリンダ
ヘッド１の下面からピストン２の上面方向へ、基準面４
０の他側でピストン２の上面からシリンダヘッド１の下
面方向への流線を有する縦渦流を形成し、縦渦流の形成
を促進すべく、吸気ポート４の一側半部が他半部よりも
拡幅され吸気ポート４の吸気流心が軸線方向一側半部へ
偏心されるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料を直接燃焼室に噴
射する筒内噴射型内燃機関に関し、特に、希薄な混合気
を安定した状態で燃焼させるようにした、筒内噴射型内
燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関のうち、ガソリンエンジ
ンでは、インジェクタによって吸気ポート内に燃料を噴
射して燃料を供給するようなエンジンが普及している。
そして、この吸気ポート内において、吸気された空気と
燃料とを混合して、燃焼室内で着火，燃焼している。

【０００３】また、内燃機関のうち、主に軽油等を燃料
とするディーゼルエンジンでは、燃焼室内に直接燃料を
噴射して、この燃料を燃焼室内の圧縮空気によって自然
発火させて動力を得ている。ところで、上述のようなガ
ソリンエンジンにおいても燃焼室に直接燃料噴射を行な
って機関の応答性を改善するような筒内噴射型の内燃機
関が提案されているる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような筒内噴射型
のガソリンエンジンでは、着火手段としての点火プラグ
が必要であり、シリンダヘッド回りの部品配設がディー
ゼルエンジンとは異なって構成される。つまり、筒内噴
射型のガソリンエンジンでは、点火プラグが必要であ
り、この点火プラグが燃焼室頂部に配設される。また、
インジェクタの取り付け位置に着目すると、インジェク
タは、高熱になる排気弁近傍に配設するのは不適切であ
り、一方、吸気弁側には通常、吸気通路がシリンダヘッ
ドを覆うように配設されているので、インジェクタの取
り付け自由度が低く、燃料噴射に最適な位置でインジェ
クタを配設することが困難である。

【０００５】また、このような筒内噴射型内燃機関にお
いても、燃焼室内に縦渦の吸気流（タンブル流）を形成
して、理論混合気よりも希薄な燃料で希薄燃焼を行な
い、エンジンの燃費を改善したい。このようなタンブル
流を形成するには、吸気ポートからの吸気流をなるべく
ピストン頂面と平行に取り入れて、この後、この吸気流
をシリンダ内壁部に沿って吸気流を下向きにしてタンブ
ル流を発生させるような構造が提案されている。

【０００６】しかし、このような構造を用いてタンブル
流を発生させるには、吸気ポートをシリンダヘッドの上
面となるべく平行に配設する必要があり、筒内噴射型の
内燃機関では、インジェクタの配設位置が十分に確保で
きないという課題がある。本発明は、このような課題に
鑑み創案されたもので、インジェクタを筒内噴射に最適
な状態で取り付けることができるとともに、燃焼室内に
強いタンブル流を形成して、希薄燃焼でも安定して機関
を運転できるようにした、筒内噴射型内燃機関を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明の筒内噴射型内燃機関は、シリンダに嵌挿され
たピストンの上面とシリンダヘッドの下面との間に形成
された燃焼室と、該シリンダの中心軸線を含む基準面の
一側で該燃焼室に開口する吸気開口端と、該吸気開口端
から上方へ延びる吸気ポートと、該基準面の他側に位置
するように該シリンダヘッドに形成され、開閉弁を介し
て該燃焼室と連通する排気ポートと、該燃焼室の該吸気
ポート側の側部に、噴射口を該燃焼室に臨ませるように
配設されたインジェクタとをそなえ、該吸気ポートによ
って燃焼室内に導入される吸気流が、該中心軸線方向に
沿って該基準面の一側でシリンダヘッドの下面からピス
トンの上面方向へ向かい該基準面の他側でピストンの上
面からシリンダヘッドの下面方向へ向かう縦渦流を形成
するように構成され、該縦渦流の形成を促進すべく、該
吸気ポートの該軸線方向一側半部が他半部よりも拡幅さ
れ該吸気ポートの吸気流心が該軸線方向一側半部へ偏心
されていることを特徴としている。

【０００８】また、請求項２記載の本発明の筒内噴射型
内燃機関は、上記請求項１記載の構成に加えて、上記ピ
ストンの頂面における上記吸気ポートの直下の部分に、
該吸気ポートから上記燃焼室内に送られた吸気流を上方
に案内して上記逆タンブル流の形成を促進する彎曲部が
形成されていることを特徴としている。

【０００９】

【作用】上述の請求項１記載の本発明の筒内噴射型内燃
機関では、シリンダヘッド内に、シリンダの中心軸線を
含む基準面の一側にある吸気開口端から上方に延びた吸
気ポートを通って、吸気流が上記中心軸線方向に沿って
ピストン上面へ導入され、さらに基準面の他側で、上記
軸線方向に沿ってピストン上面からシリンダヘッド下面
に方向に流れる縦渦流（逆タンブル流）として流入する
とともに、インジェクタからは燃焼室内に燃料が直接噴
射される。これにより、燃焼室内には燃焼に最適な状態
で燃料が供給される。

【００１０】そして、吸気ポートの断面形状は、上記軸
線方向一側半部が他半部よりも拡幅されているので、吸
気ポートの吸気流心が該軸線方向一側半部へ偏心され
て、燃焼室内での逆タンブル流の形成が促進される。こ
れにより、吸気の乱れが強化されるとともに、空気と燃
料とが混合され、安定した希薄燃焼状態を得ることがで
きる。

【００１１】また、上述の請求項２記載の本発明の筒内
噴射型内燃機関では、燃焼室に流入した吸気流は、吸気
ポートから燃焼室内で基準面の一側を下向きに流れた
後、ピストンに到達して、このピストンに形成された彎
曲部により燃焼室内中央よりに向きを変える。そして、
この吸気流は、彎曲部に案内されて、彎曲部に沿った上
向きの流れとなってピストン頂部に向かい、逆タンブル
流の形成を促進する。

【００１２】

【実施例】以下、図面により、本発明の一実施例として
の筒内噴射型内燃機関について説明すると、図１はその
内部構成を模式的に示す全体図，図２はその吸排気ポー
ト部を示す模式図であって図１の吸気ポート部の部分拡
大図，図３はその吸気ポート部を示す模式図であって図
１のＡ矢視図，図４はその吸気流の流れを示す模式図で
あって図１におけるＢ矢視図，図５はその内部構成を示
す模式的な全体斜視図，図６はその吸気ポート内の断面
形状を示す部分断面図であって図１のＣ−Ｃ断面図，図
７はその作用を示す模式図であって図１に対応する図，
図８はその２サイクル機関の駆動サイクルを説明する
図，図９はその４サイクル機関の駆動サイクルを説明す
る図，図１０〜図１２はいずれもその効果を示すグラフ
である。また、図１３及び図１４はいずれも逆タンブル
流を形成するための従来の手法を示すものである。

【００１３】図１に示すように、この筒内噴射型内燃機
関は、シリンダヘッド１とシリンダブロック３とにより
エンジン本体が構成されており、シリンダブロック３の
シリンダ３Ａにはピストン２が嵌挿されている。また、
この内燃機関のシリンダヘッド１は、各気筒とも吸気２
弁，排気２弁をそなえた４弁式内燃機関として構成され
ている。

【００１４】そして、このピストン２とシリンダヘッド
１との間には、燃焼室７が形成されており、この燃焼室
７のシリンダヘッド１部には吸気通路の吸気ポート４と
排気通路の排気ポート５とが連通接続されている。ま
た、これらの吸排気ポート４，５の燃焼室開口４Ａ，５
Ａには、それぞれ図示しない吸排気弁が設置されてお
り、これらの吸排気弁により燃焼室開口４Ａ，５Ａが開
閉されるようになっている。また、図２に示す符号５
１，５２は、この吸排気弁のバルブステム軸心線を示し
ている。

【００１５】そして、図５に示すように、この燃焼室７
は、シリンダ３Ａの中心軸線４２と図示しないクランク
シャフトの軸心線とを含むような仮想面を基準面４０と
して、この基準面４０の一方の側に２つの吸気ポート４
が配設され、この基準面４０の他方の側に２つの排気ポ
ート５が配設されている。また、図１及び図３に示すよ
うに、燃焼室７の頂部中央、即ち、基準面４０上又はこ
の近傍に点火プラグ２０が配設されている。

【００１６】また、上記の２つの吸気ポート４は、シリ
ンダヘッド１から略鉛直上方に向かって設けられてお
り、吸気ポート４の開口部４Ａは基準面４０寄りに、つ
まり、燃焼室７の中央寄りに、下方に向けて配設されて
いる。そして、シリンダヘッド１の吸気ポート４側に
は、燃料を燃焼室７に供給するためのインジェクタ１８
が配設されている。このインジェクタ１８は、その先端
部の噴射孔１８Ａが燃焼室７内に臨んで設けられてお
り、燃料を直接燃焼室７内に噴射するようになってい
る。

【００１７】また、このインジェクタ１８は、例えば、
図示しないコントローラにより制御されるようになって
おり、これにより、所定の噴射タイミングにおいて、所
定量の燃料が噴射されるようになっている。ここで、こ
のインジェクタ１８の取付け部について説明すると、２
本の吸気ポート４は、上述したようにシリンダヘッド１
より略鉛直上方に向かって設けられているので、この吸
気ポート４の開口部４Ａの周囲にインジェクタ１８を取
り付けるのに十分なスペースを確保することができる。
したがって、点火プラグ２０との位置関係を設定する上
でも自由度が大きく、インジェクタ１８を燃料噴射に最
適な配設位置に設置することができるようになっている
のである。

【００１８】ところで、上述したように、このシリンダ
３Ａにはピストン２が嵌挿されているが、このピストン
２の頂部には、図１及び図５に示すような凹所（彎曲
部）２Ａが形成されている。この凹所２Ａは、ピストン
２の頂部のうちの吸気ポート４の下方の部分に設けられ
ており、下に凸状の灣曲面で形成されている。即ち、こ
の凹所２Ａは、基準面４０よりも吸気ポート４側に偏心
した位置に設けられ、例えば、下に凸状に灣曲した球面
状に形成されたものである。

【００１９】また、ピストン２の頂部のうち、排気ポー
ト５の下方側には、凹所２Ａに近接して、凹所２Ａより
も隆起した隆起部２Ｂが形成されており、この隆起部２
Ｂは凹所２Ａに接続している。これにより、ピストン２
が圧縮行程終了時に達した時に、ピストン２の凹所２Ａ
とシリンダ内壁１Ａとシリンダヘッド１とにより囲撓さ
れたコンパクト燃焼室７Ａが形成される。

【００２０】また、図７に示すように、ピストン２の頂
面の隆起部２Ｂと燃焼室７の上部の排気ポート５側との
間には、スキッシュエリア２Ｃが形成されている。これ
により、図１，図５及び図７に示すように、吸気ポート
４から流入した吸気流は下方のピストン２に向かって流
れた後、ピストン２の凹所２Ａに沿って案内されて上向
きに流れていき、タンブル流を形成する。したがって、
燃焼室７内では、吸気流はこの凹所２Ａに沿って縦渦
（逆タンブル流）ＴＦの形成を促進するようになってい
るのである。

【００２１】しかも、この時、点火プラグ２０に向かう
流れには、スキッシュエリア２Ｃによって、図７に示す
ようなスキッシュＳＦが生じる。このスキッシュＳＦは
隆起部２Ｂ及び燃焼室７の上面に案内されて、燃焼室７
の頂部中央に向かう流れである。そして、このスキッシ
ュＳＦと逆タンブル流ＴＦとがぶつかって混合気の乱れ
が強化されるのである。

【００２２】更に、上述の吸気ポート４の断面形状は、
図１，図２及び図６に示すように、吸気ポート４の逆タ
ンブル流ＴＦ側半部（つまり逆タンブル流ＴＦを形成す
る主成分流が流れる吸気ポート４の外側半部）４Ｂが、
他半部（つまり逆タンブル流ＴＦを阻止するような成分
流が流れる吸気ポート４の内側半部）４Ｃよりも拡幅さ
れており、吸気ポート４の吸気流心Ｆ１が逆タンブル流
ＴＦ側（つまり吸気ポート４の外側半部４Ｂ側）へ偏心
されている。これにより、吸気ポート４からの吸気流が
燃焼室７内で逆タンブルＴＦ流を形成し易いようになっ
ている。

【００２３】この実施例では、吸気ポート４が、図６に
示すような略三角形の断面を有するように形成されてい
る。なお、この略三角形の断面を有する吸気ポート４部
分よりも上流側では、吸気ポート４の上流部分から、又
は、吸気ポート４のさらに上流の吸気マニホールドの一
部分から次第に三角形に近づくように形成されている。
そして、吸気ポート４の開口部４Ａ近傍まで、図４に示
すような三角形断面となって、基準面４０の反対側、つ
まり、燃焼室７のシリンダ内壁１Ａに近い側の方が拡幅
されているのである。

【００２４】したがって、吸気流は吸気ポート４のシリ
ンダ内壁１Ａに近い側（逆タンブル流ＴＦを形成する主
成分流側）の方が他半部よりも強くなる。特に、図４の
符号３０で示すような逆タンブル流ＴＦの形成に有効な
部分の吸気流が強化されるのである。また、他半部４Ｃ
では吸気流の流れが弱くなり、符号３２で示すような、
逆タンブル流ＴＦの形成に阻害となる部分の吸気流は、
上述の符号３０の部分のものと比較して著しく弱くなる
のである。

【００２５】これにより、燃焼室７のシリンダ内壁１Ａ
に近い側から強い吸気流が流入して、上述したようなピ
ストン２の凹所２Ａにより、逆タンブル流の形成が促進
されるようになっている。なお、このような内燃機関
は、例えば、２サイクルエンジンの場合には、図８に示
すように、ＴＤＣ（上死点、即ち、ＴｏｐＤｅａｄ
Ｃｅｎｔｅｒの略）の０°より前回の燃焼行程を行な
い、クランク角で９０°を経過後に図示しない排気弁を
開き、排気行程に入り、更に、クランク角１２０°近く
に達すると図示しない吸気弁を開き、吸気（掃気）行程
にも入る。

【００２６】そして、ＢＤＣ（下死点、即ち、Ｂｏｔｔ
ｏｍＤｅａｄＣｅｎｔｅｒの略）経過後、クランク
角２３０°手前近傍で排気弁を閉じ、圧縮行程に入り、
高速高負荷運転時であると所定噴射時間ＰＨだけ、低速
低負荷時では所定噴射時間ＰＬだけインジェクタ１８を
駆動させ、燃料を噴射する。この後、吸気弁をも閉じて
吸排気を完了し、完全に圧縮行程のみを行なう。

【００２７】そして、ＴＤＣ前の所定点火時期に達する
と、点火プラグ２０を駆動して点火処理（図８中、△印
で示した）に入る。この点火処理によって燃焼室７の筒
内圧が上昇し、ピストン２を押し下げ、出力を発生す
る。ここで、インジェクタ１８は、機関が高速回転時に
は所定噴射時間ＰＨだけ噴射駆動し、低速回転時には所
定噴射時間ＰＬだけ噴射駆動するように制御される。こ
れによって、高速時には、燃料と逆タンブル流ＴＦをな
す空気との混合を早期に開始することによって、急速燃
焼の実現を図ることができる。

【００２８】他方、低速時には燃料噴射を遅らせて、コ
ンパクト燃焼室７Ａの生成を待ち、このコンパクト燃焼
室７Ａ内に燃料噴射を行なう。これにより、点火プラグ
２０近傍で比較的リッチな混合気を生成でき、スキッシ
ュＳＦの乱れ作用も受けて、着火性の確保を十分に図る
ことができる。さらに、コンパクト燃焼室７Ａが球形化
していると、熱損失の低減を図れ、低負荷運転時の安定
化をも図ることができる。更に、インジェクタ１８の取
り付け部は一対の吸気ポート４Ａの外側に位置している
ので、インジェクタ１８本体及び燃料の冷却性の向上を
比較的図りやすく、インジェクタ１８の耐久性の確保、
熱害の回避をも図りやすい。

【００２９】以上２サイクルのガソリンエンジンについ
て説明したが、これに代えて、４サイクルのガソリンエ
ンジンに本発明を適用しても良い。この場合、そのエン
ジンの本体の構成としては、上述と同様のものが使用可
能である。また、４サイクルエンジンの場合には、図９
に示すように、ＴＤＣの０°前より吸気弁を開き、吸気
行程に入るとともにＴＤＣの０°経過後に排気弁を閉
じ、前回よりの排気行程を完了させる。この後、クラン
ク角で１８０°までピストン２は降下し、この間、図
１，図７に示すように、逆タンブル流ＴＦが生成され、
この逆タンブル流ＴＦ中にインジェクタ１８より燃料が
噴射される。

【００３０】このインジェクタ１８の噴射タイミング
は、図９に示すように、機関が高速回転時には吸入早期
の所定噴射時期ＰＨに噴射駆動し、低速回転時には圧縮
後期の所定噴射時期ＰＬに噴射駆動するように制御され
る。これにより、高速時には、燃料と逆タンブル流ＴＦ
をなす空気との混合を早期に開始することによって、燃
料の均質化を促進し、急速燃焼の実現を図ることができ
る。他方、低速時には燃料噴射を遅らせて、コンパクト
燃焼室７Ａの生成を待ち、ここに燃料噴射を行なって、
スキッシュＳＦの乱れ作用も受けて、着火性の確保を十
分に図ることができる。

【００３１】この後、ＴＤＣ３６０°前近傍では、図７
に示すスキッシュＳＦも働き、コンパクト燃焼室７Ａよ
り、点火プラグ２０に向かう混合気に乱れをさらに生じ
させ、燃焼性をより改善できる。その直後での所定点火
時期に達すると、点火プラグ２０を駆動して、点火処理
（図９中、△印で示した）に入る。この点火処理によっ
て、燃焼室７内の筒内圧が上昇し、ピストン２を押し下
げ、出力を発生し、燃焼行程をクランク角で５４０°近
くまで行なう。クランク角４８０°近傍では排気弁を開
き、クランク角７２０°経過まで排気行程を継続し、次
回の吸気行程のための吸気弁の開処理を行ない、４サイ
クルを完了する。

【００３２】本発明の一実施例としての筒内噴射型内燃
機関は、上述のように構成されているので、エンジンの
吸気行程においては、吸気流は各吸気ポート４から吸気
ポート４の開口部４Ａを通じて燃焼室７内に流入する。
また、インジェクタ１８の噴射孔１８Ａは、燃焼室７に
臨んで設けられているので、燃焼室７内に直接噴射され
る。また、インジェクタ１８は図示しないコントローラ
により制御されているので、燃料はインジェクタ１８か
ら適切なタイミングで噴射され、吸気された空気と混合
して混合気が生成される。

【００３３】この時、吸気ポート４は、ほぼ直立して設
けられているので、燃焼室７内に流入した吸気流は下方
（ピストン２の方向）に向かう。そして、燃焼室７の上
方から下方に向かって流入した吸気流は、ピストン２の
頂部の凹所２Ａに衝突して、この凹所２Ａの曲面に沿っ
て燃焼室７の上方に向きを変える。

【００３４】つまり、吸気ポート開口部４Ａは基準面４
０によって仕切られたシリンダヘッド１の一方の側に設
けられて、凹所２Ａは、この開口部４Ａの下方に開口部
４Ａと対向するように設けられているので、吸気流は、
凹所２Ａのシリンダ内壁１Ａ側に流れ込みながら、凹所
２Ａの曲面に案内されて、凹所２Ａに沿ってシリンダ３
Ａの頂面中央付近へ向かう上向きの流れとなって、逆タ
ンブル流ＴＦが形成される。

【００３５】そして、この逆タンブル流ＴＦにより、混
合気は十分に攪拌されながら、燃焼室７の頂部中央に設
けられた点火プラグ２０近傍に到達するので、着火性を
良好なものとすることができ、安定した燃焼状態を得る
ことができる。また、吸気ポート４は、逆タンブル流Ｔ
Ｆ側半部４Ｂが他半部４Ｃよりも拡幅された、略三角形
状の断面を有しているので、吸気ポート４の吸気流心Ｆ
１が逆タンブル流ＴＦ側へ偏心されて、吸気ポート４内
では、逆タンブル流側半部４Ｂにおける吸気流成分が、
他半部４Ｃにおける吸気流成分よりも大幅に多量にな
る。

【００３６】つまり、吸気ポート４の逆タンブル流側半
部４Ｂから燃焼室７内に進入する吸気流成分は逆タンブ
ル流を形成する流れの成分であり、吸気ポート４の他半
部４Ｃから燃焼室７内に進入する吸気流成分は逆タンブ
ル流を阻止する成分であるので、上述の流量が不均衡と
なる。また、本実施例の吸気ポート開口部４Ａでは、拡
幅された逆タンブル流側半部４Ｂをシリンダ内壁１Ａ側
に、他半部４Ｃがシリンダ３の中央側に向けて設けられ
ており、したがって、逆タンブル流の強さが増加される
のである。

【００３７】そして、吸気流はインジェクタ１８で噴射
された燃料と燃焼室７内で混合され、燃焼室７内で圧縮
・膨張（爆発）された後、排気ポート５から排出され
る。このような筒内噴射型内燃機関では、逆タンブル流
ＴＦを強化することにより、着火性を悪化させることな
く理論空燃比よりも少ない量の燃料の混合気でエンジン
を運転することができる。

【００３８】ここで、上述のような三角形断面を有する
吸気ポート４による効果について、他のポート構造と比
較しながら説明する。ここで、比較の対象となるの２種
のポート構造について説明すると、このうちの１つは、
例えば、図１３に示すように、ポート開口部にマスク３
８をそなえている。このマスク３８について簡単に説明
すると、マスク３８は吸気ポート開口部４Ａにおいて、
逆タンブル流ＴＦの形成を阻止するような吸気流が流入
する他半部４Ｃの一部を覆うものである。これにより、
逆タンブル流ＴＦの形成を促進することができるのであ
る。なお、マスク３８には、タイプＡ，タイプＢ，タイ
プＣのように種々の形態がある。

【００３９】また、もう１つのポートは、シュラウド
（以下、ポートシュラウドという）をそなえている。ポ
ートシュラウド３４，３６とは、例えば、図１４に示す
ように、吸気ポート４内の特定の部位に、逆タンブル流
の形成を阻止するような吸気流成分を阻害するように設
けられた隆起部であり、これにより、逆タンブル流ＴＦ
を阻止するような吸気流成分を弱めることができる。

【００４０】そして、図１０は吸気弁のバルブリフト量
と逆タンブル比との関係を示すグラフであり、図１１は
吸気弁のバルブリフト量と流量係数との関係を示すグラ
フである。また、これら２つのグラフとも、線Ａは、略
三角形の断面形状を有する吸気ポート４に関する特性を
示し、線Ｂは、通常の円形のポート断面形状を有する吸
気ポートに関する特性を示し、線Ｃは、通常の円形ポー
トに図１３に示すようなマスク３８をそなえた吸気ポー
トに関する特性を示している。

【００４１】この図１０，図１１の線Ｂに示すように、
通常の円形のポートでは、吸気流の流量係数を確保する
ことはできるが、逆タンブル比を得ることがほとんどで
きない。これは、吸気ポート４のシリンダ内壁１Ａ寄り
から燃焼室７に逆タンブル成分が流入するとともに、吸
気ポート４のシリンダ中央寄りからは逆タンブルの形成
を阻止するような成分流が流入するためである。また、
ポート断面が円形であるため、これらの２つの成分流
は、ほぼ同等の強さの流れとなるので、逆タンブルＴＦ
の形成が阻害されるのである。

【００４２】また、線Ｃのように、シリンダ中央寄りか
らの吸気流を、マスク３８を用いて堰き止めると、図１
０のように、通常の円形のポートに比較して逆タンブル
比をある程度は向上させることができるが、図１１に示
すように流量係数を十分確保することができなくなる。
これに対し、ポート断面を略三角形にすることにより、
流量係数，逆タンブル比とも十分に確保することができ
る。つまり、図１０，図１１の線Ａは、通常の円形断面
のポートと同等の流量係数を確保しながらも、逆タンブ
ル比を大きくすることができることを示しているのであ
る。

【００４３】また、図１２は逆タンブル比と平均流量係
数との関係を示すグラフである。従来までの、円形ポー
トにマスク３８やポートシュラウド３４，３６等を設け
た場合についても併せて図１２に記載しているが、従来
までの逆タンブル比と平均流量係数との関係は、トレー
ドオフの関係となっており、破線Ｄに示すような特定の
１直線上にほぼ並んでいる。つまり、逆タンブル比を確
保しようとすると平均流量係数低下し、平均流量係数を
確保しようとすると逆タンブル比が低下してしまう。

【００４４】ここで、このグラフの☆印は、ポート断面
を略三角形にした場合のもので、この図１２も、ポート
断面を略三角形にして、流量係数，逆タンブル比とも十
分に確保することができることを示している。しかし、
ポートシュラウド３４，３６をそなえたものでは、強い
逆タンブル流ＴＦを形成することができるが、シュラウ
ド３４，３６によって流量係数が大きく低下してしま
う。例えば、図１２の２つの×印は、それぞれ、図１４
（ａ）のポートシュラウド３４と図１４（ｂ）のポート
シュラウド３６とを設けた場合の流量係数を示している
が、これらの２つの×印に示すように、流量係数の低下
は避けられない。

【００４５】また、上述のマスク３８を図１３に示すよ
うに、マスクＡ，マスクＢ，マスクＣの３つのタイプに
分けた場合の特性を図１２の◎，△，□の各印でそれぞ
れ示しており、このうち、マスクＢ，マスクＣでは、上
述のトレードオフの関係を示す特定の１直線Ｄ上に並ん
でしまうが、マスクＡを用いた場合は、比較的流量係数
を低下させずに逆タンブル比を向上させることができ
る。

【００４６】しかし、図１２のグラフの☆印に示すよう
に、ポート断面を略三角形にした場合に、平均流量係数
を円形断面ポートとほぼ同等に保ちながら、逆タンブル
比を十分に確保することができることを示している。こ
のように、吸気ポート４の断面形状を略三角形とし、さ
らにピストン２にタンブル流を強化させるように凹所２
Ａ設けることにより、燃焼室７に強い逆タンブル流を形
成することができ、これにより、理論空燃比よりも希薄
な燃料でも安定した燃焼状態を得ることができる。

【００４７】また、吸気ポート４を略直立させて設ける
ことにより、シリンダヘッド１には、インジェクタ１８
を取り付けるスペースが十分に確保され、インジェクタ
１８の取り付けの自由度が増大する。これにより、燃焼
室７に燃料を直接噴射するのに適した配設位置でインジ
ェクタ１８を取り付けることができる。また、本実施例
は吸気２弁，排気２弁の４弁式内燃機関に用いて説明し
ているが、本発明は４弁式内燃機関に限られるものでは
なく、例えば、吸気２弁，排気１弁の３弁式内燃機関や
その他の種々の内燃機関にも適用することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明の筒内噴射型内燃機関によれば、シリンダに嵌挿さ
れたピストンの上面とシリンダヘッドの下面との間に形
成された燃焼室と、該シリンダの中心軸線を含む基準面
の一側で該燃焼室に開口する吸気開口端と、該吸気開口
端から上方へ延びる吸気ポートと、該基準面の他側に位
置するように該シリンダヘッドに形成され、開閉弁を介
して該燃焼室と連通する排気ポートと、該燃焼室の該吸
気ポート側の側部に、噴射口を該燃焼室に臨ませるよう
に配設されたインジェクタとをそなえ、該吸気ポートに
よって燃焼室内に導入される吸気流が、該中心軸線方向
に沿って該基準面の一側でシリンダヘッドの下面からピ
ストンの上面方向へ向かい該基準面の他側でピストンの
上面からシリンダヘッドの下面方向へ向かう縦渦流を形
成するように構成され、該縦渦流の形成を促進すべく、
該吸気ポートの該軸線方向一側半部が他半部よりも拡幅
され該吸気ポートの吸気流心が該軸線方向一側半部へ偏
心されるという構造により、燃焼室に強い逆タンブル流
を形成することができ、これにより、理論空燃比よりも
希薄な燃料でも安定した燃焼状態を得ることができると
いう利点がある。

【００４９】また、吸気ポートを略直立させて設けるこ
とにより、シリンダヘッドには、インジェクタを取り付
けるスペースが十分に確保され、インジェクタの取り付
けの自由度が増大する。これにより、燃焼室に燃料を直
接噴射するのに適した配設位置でインジェクタを取り付
けることができる。また、請求項２記載の本発明の筒内
噴射型内燃機関によれば、上記ピストンの頂面における
上記吸気ポートの直下の部分に、該吸気ポートから上記
燃焼室内に送られた吸気流を上方に案内して上記逆タン
ブル流の形成を促進する彎曲部が形成されるので、燃焼
室内での逆タンブル流の形成が促進され、希薄な混合気
の着火を確実に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例として筒内噴射型内燃機関に
おける内部構成を模式的に示す全体図である。

【図２】本発明の一実施例として筒内噴射型内燃機関に
おける吸排気ポート部を示す模式図であって図１の吸気
ポート部の部分拡大図である。

【図３】本発明の一実施例として筒内噴射型内燃機関に
おける吸気ポート部を示す模式図であって図１のＡ矢視
図である。

【図４】本発明の一実施例として筒内噴射型内燃機関に
おける吸気流の流れを示す模式図であって図１における
Ｂ矢視図である。

【図５】本発明の一実施例として筒内噴射型内燃機関に
おける内部構成を示す模式的な全体斜視図である。

【図６】本発明の一実施例として筒内噴射型内燃機関に
おける吸気ポート内の断面形状を示す部分断面図であっ
て図１のＣ−Ｃ断面図である。

【図７】本発明の一実施例として筒内噴射型内燃機関に
おける作用を示す模式図であって図１に対応する図であ
る。

【図８】本発明の一実施例として筒内噴射型内燃機関に
おける２サイクル機関の駆動サイクルを説明する図であ
る。

【図９】本発明の一実施例として筒内噴射型内燃機関に
おける４サイクル機関の駆動サイクルを説明する図であ
る。

【図１０】本発明の一実施例として筒内噴射型内燃機関
における効果を示すグラフである。

【図１１】本発明の一実施例として筒内噴射型内燃機関
における効果を示すグラフである。

【図１２】本発明の一実施例として筒内噴射型内燃機関
における効果を示すグラフである。

【図１３】従来の内燃機関における逆タンブル流を形成
するための構造を示す模式図である。

【図１４】従来の内燃機関における逆タンブル流を形成
するための構造を示す模式図である。

【符号の説明】

１シリンダヘッド１Ａシリンダ内壁２ピストン２Ａ彎曲部としての凹所２Ｂ隆起部２Ｃスキッシュエリア３シリンダブロック３Ａシリンダ４吸気ポート４Ａ吸気通路燃焼室開口４Ｂ吸気通路逆タンブル流半部４Ｃ吸気通路他半部５排気ポート５Ａ排気通路燃焼室開口７燃焼室７Ａコンパクト燃焼室１８インジェクタ１８Ａインジェクタ噴射孔２０点火プラグ３０吸気流強化部３２吸気流量低下部３４，３６ポートシュラウド４０基準面４２シリンダ中心軸線５１，５２バルブステムＴＦ逆タンブル流ＳＦスキッシュＦ１吸気流心

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダに嵌挿されたピストンの上面と
シリンダヘッドの下面との間に形成された燃焼室と、該シリンダの中心軸線を含む基準面の一側で該燃焼室に
開口する吸気開口端と、該吸気開口端から上方へ延びる吸気ポートと、該基準面の他側に位置するように該シリンダヘッドに形
成され、開閉弁を介して該燃焼室と連通する排気ポート
と、該燃焼室の該吸気ポート側の側部に、噴射口を該燃焼室
に臨ませるように配設されたインジェクタとをそなえ、該吸気ポートによって燃焼室内に導入される吸気流が、
該中心軸線方向に沿って該基準面の一側でシリンダヘッ
ドの下面からピストンの上面方向へ向かい該基準面の他
側でピストンの上面からシリンダヘッドの下面方向へ向
かう流線を有する縦渦流を形成するように構成され、該縦渦流の形成を促進すべく、該吸気ポートの該軸線方
向一側半部が他半部よりも拡幅され該吸気ポートの吸気
流心が該軸線方向一側半部へ偏心されていることを特徴
とする、筒内噴射型内燃機関。
【請求項２】上記ピストンの頂面における上記吸気ポ
ートの直下の部分に、該吸気ポートから上記燃焼室内に
送られた吸気流を上方に案内して上記逆タンブル流の形
成を促進する彎曲部が形成されていることを特徴とす
る、請求項１記載の筒内噴射型内燃機関。