JPH0681653A - 筒内直接噴射式火花点火機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、噴射ノズルを安価な低圧タイプと
することができ、コストを低廉とし得て、経済的に有利
であるとともに、高圧状態で使用される場合に比し噴射
ノズルの信頼性・耐久性を相対的に向上させることがで
き、しかも燃料噴射の電子制御が容易となり、噴射ノズ
ルの燃料噴射量のバラツキを小とし得て、使い勝手を向
上することを目的としている。 【構成】 このため、筒内直接噴射式火花点火機関の主
燃焼室に連絡する吸気通路途中に第１燃料噴射ノズルを
配設し、ピストンが下死点近傍まで移動した際にのみ現
出する位置に第２燃料噴射ノズルを配設し、ピストン頂
部に主燃焼室に連絡する副燃焼室を形成するとともに、
副燃焼室内に第２燃料噴射ノズルからの燃料を案内すべ
くピストン頂部には副燃焼室の一部を形成する案内部を
設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は筒内直接噴射式火花点
火機関に係り、特に燃料を筒内に直接噴射し、火花点火
を行うとともに、主燃焼室とこの主燃焼室に連絡する副
燃焼室を有する筒内直接噴射式火花点火機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料を筒内に直接噴射し、火花点火を行
う機関において、燃料のほとんど全てを燃焼室壁面に付
着または衝突させた後、壁面から蒸発してくる燃料に点
火し、燃焼させる方式の筒内直接噴射式火花点火機関が
一般に知られている。

【０００３】また、筒内直接噴射式火花点火機関には、
主燃焼室とこの主燃焼室に連絡する副燃焼室を有するも
のがあり、主燃焼室と副燃焼室との夫々に専用の燃料噴
射ノズルが配設されている。

【０００４】前記筒内直接噴射式火花点火機関として
は、特開昭５７−８３６２６号公報に開示されるものが
ある。この公報に開示される筒内直接噴射式火花点火機
関は、シリンダヘッドに形成したキャビティと、このキ
ャビティ内に臨設した燃料噴射弁と、ピストン頂部から
突出形成されピストン圧縮上死点付近でキャビティ内に
嵌挿される小ピストン部と、点火栓を臨設した主燃焼室
と、小ピストン部の嵌挿状態でキャビティと主燃焼室と
を連通する通路とを備え、筒内の一部に設けた少容積の
キャビティ内に燃料を噴射し、キャビティ内の適量の空
気と燃料とを良好に混合して空気利用率を高め、この状
態でキャビティ内の混合気を主燃焼室側に押し出し、主
燃焼室に設けられた点火栓により点火し、層状燃焼を可
能としている。

【０００５】また、特開昭６２−１９１６２３号公報に
開示されるものがある。この公報に開示される筒内直接
噴射式火花点火機関は、ピストン頂部に凹部を設けるこ
とにより燃焼室を形成し、燃焼室に燃料噴射ノズルを臨
ませて燃料を筒内に直接噴射し、燃焼室に点火プラグを
臨ませ、且つ筒内にスワール流を発生させるインテーク
ポート部構造を有し、前記ピストン頂部に設けた燃焼室
を浅皿部とこの浅皿部の中央付近に形成された浅皿部よ
りも小径の深皿部との二層構造とし、燃料を高圧で圧送
する高圧ポンプに接続され燃料を高圧で噴射する高圧用
燃料噴射ノズルをピストンの圧縮上死点近傍で燃焼室の
深皿部に臨む位置に設けるとともに、燃料を低圧で圧送
する低圧ポンプに接続され燃料を低圧で噴射し且つ高負
荷時のみ作動する低圧用燃料噴射ノズルを給気通路に臨
ませて設け、低負荷領域における燃焼の有利性を維持し
つつ、高負荷領域における燃焼をより適正としている。

【０００６】更に、特開昭６３−１７１０号公報に開示
されるものがある。この公報に開示される火花点火方式
燃料噴射層状給気燃焼方式並びに多種燃料高圧縮層状燃
焼機関は、シリンダヘッドに燃料噴射弁と火花点火栓と
を装着し、ピストンにキャビティを有する内燃機関の燃
料噴射弁よりの噴射角を制御し燃料主噴流をピストン下
死点近傍にあるピストンキャビティ内に到達せしめるよ
うにし、キャビティ内に予混合気を形成し、キャビティ
外に空気層を形成した層状給気を構築するものである。
また、シリンダヘッドに燃料噴射弁と火花点火栓とを装
着しピストンにキャビティを有する内燃機関の燃料噴射
弁よりの噴射角度をピストン下死点にあるキャビティ開
口部直径より小としキャビティ中心域に断熱構造の燃料
衝突反射部を有し、燃料の衝突反射拡散作用によりキャ
ビティ内に予混合気を形成するものである。更に、燃料
噴射によりピストンキャビティ内部に予混合気を形成
し、キャビティ外は空気層とした層状給気を構成し、エ
ンドガスに起因するノッキング現象を解消し気筒圧縮比
を１２以上に高めている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の筒内
直接噴射式火花点火機関においては、図６に示す如く、
火花点火機関１０２に主燃焼室１２８を形成するととも
に、ピストン１０８の頂部１０８ｔを中心に移行するに
したがって漸次突出させ、ピストン１０８の頂部１０８
ｔの中心部位に凹状の副燃焼室１３２を形成している。

【０００８】また、前記火花点火機関１０２の吸気ポー
ト１１８直下流位置に前記主燃焼室１２８に燃料を噴射
供給する第１燃料噴射ノズル１２６を設けるとともに、
前記副燃焼室１３２の上方位置に副燃焼室１３２に燃料
を噴射供給する第２燃料噴射ノズル１３０と点火タイミ
ング近傍において副燃焼室１３２内に位置する点火プラ
グ１４４とを設ける。

【０００９】そして、前記第１燃料噴射ノズル１２６
は、主燃焼室１２８の燃焼に必要な燃料を噴射するとと
もに、第２燃料噴射ノズル１３０は、副燃焼室１３２に
指向し且つ副燃焼室１３２の燃焼に必要な燃料を噴射す
るものである。

【００１０】更に、前記火花点火機関１０２のエンジン
負荷状態に応じて、図７に示す如く、第１、第２燃料噴
射ノズル１２６、１３０からの燃料噴射量を制御してい
る。

【００１１】つまり、エンジン低負荷時には、第２燃料
噴射ノズル１３０からのみ燃料を噴射させ、層状燃焼に
よって低燃費を達成している。

【００１２】また、エンジン高負荷時には、第１、第２
燃料噴射ノズル１２６、１３０の両方から燃料を噴射さ
せ、通常のエンジンと同程度の全開出力を確保してい
る。

【００１３】しかし、上述の構成により第１、第２燃料
噴射ノズルをピストン圧縮行程時の上死点における燃焼
室内の高温・高圧に耐え得る構造とする必要がある。

【００１４】また、高圧に耐えるために燃料の噴射圧
を、例えば１００〓ｆ／〓² 程度まで加圧する必要があ
る。

【００１５】この結果、高圧のために第１、第２燃料噴
射ノズルの電子制御が困難となったり、燃料加圧ポンプ
や第１、第２燃料噴射ノズルの耐久性が要求され、しか
も各気筒間での燃料噴射量のバラツキが大きい等の不都
合がある。

【００１６】また、上述の不都合を解消できる構造とす
るためには、コストが大となるものであり、経済的に不
利となって実現が困難であるという不都合がある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、上
述不都合を除去するために、シリンダヘッドとシリンダ
ブロックとピストンとにより主燃焼室を形成するととも
にこの主燃焼室に連絡すべく副燃焼室を形成し、前記主
燃焼室に燃料を噴射供給する第１燃料噴射ノズルと前記
副燃焼室に燃料を噴射供給する第２燃料噴射ノズルとを
有する筒内直接噴射式火花点火機関において、前記主燃
焼室に連絡する吸気通路途中に前記第１燃料噴射ノズル
を配設し、前記ピストンが下死点近傍まで移動した際に
のみ現出する位置に前記第２燃料噴射ノズルを配設し、
前記ピストン頂部に主燃焼室に連絡する副燃焼室を形成
するとともにこの副燃焼室内に前記第２燃料噴射ノズル
からの燃料を案内すべく前記ピストン頂部には副燃焼室
の一部を形成する案内部を設けたことを特徴とする。

【００１８】

【作用】上述の如く発明したことにより、ピストンが下
死点近傍まで移動した際には、第２燃料噴射ノズルを現
出させ、この第２燃料噴射ノズルからの燃料を案内部が
副燃焼室内に案内し、火花点火機関の低中負荷時に混合
気層を形成し、安定した燃焼状態を確保している。

【００１９】

【実施例】以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２０】図１〜図５はこの発明の実施例を示すもの
である。図２において、２は筒内直接噴射式火花点火機
関、４はシリンダヘッド、６はシリンダブロック、８は
ピストン、１０はサージタンク、１２は吸気マニホル
ド、１４は吸気通路、１６はスロットルバルブ、１８は
吸気ポート、２０は吸気弁、２２は排気弁、２４は排気
ポートである。

【００２１】前記火花点火機関２の吸気マニホルド１２
の上流側にサージタンク１０を接続して設け、後述する
主燃焼室２８に連絡する吸気マニホルド１２内の吸気通
路１４には上流側からスロットルバルブ１６と第１燃料
噴射ノズル２６とを順次配設する。

【００２２】また、前記シリンダヘッド４とシリンダブ
ロック６とピストン８とにより囲繞して主燃焼室２８を
形成する。

【００２３】そして、前記ピストン８が下死点近傍まで
移動した際にのみ現出する位置に前記第２燃料噴射ノズ
ル３０を配設し、前記ピストン８頂部に主燃焼室２８に
連絡する副燃焼室３２を形成するとともに、この副燃焼
室３２内に前記第２燃料噴射ノズル３０からの燃料を案
内すべく前記ピストン８頂部には副燃焼室３２の一部を
形成する案内部３４を設ける構成とする。

【００２４】詳述すれば、図２及び図３に示す如く、前
記ピストン８が下死点近傍まで移動した際にのみ現出す
る位置たるシリンダボア３６部分に前記第２燃料噴射ノ
ズル３０を配設し、この第２燃料噴射ノズル３０をピス
トン８の中心部位に形成される副燃焼室３２側に指向す
べく設ける。

【００２５】また、前記ピストン８の頂部８ｔに、図１
に示す如く、主燃焼室２８に連絡口３８を介して連絡す
る副燃焼室３２を形成し、ピストン８の頂部８ｔには副
燃焼室３２の一部を形成する案内部３４を設け、この案
内部３４によって副燃焼室３２内に前記第２燃料噴射ノ
ズル３０からの燃料を案内できる形状となっているとと
もに、圧縮行程時に主燃焼室２８から副燃焼室３２に混
合気を流入させ、この混合気の空気流動によって副燃焼
室３２内に渦流を生起し得る形状となっている。

【００２６】前記副燃焼室３２は、図１に示す如く、ピ
ストン８の頂部８ｔに半球状の凹所４０と、ピストン８
の頂部８ｔにおいて第２燃料噴射ノズル３０から離間す
る側を覆う断面円弧状の案内部３４の内部空間４２とに
よって形成され、副燃焼室３２の形状は、球形状から１
／４球形状を削除した３／４球形状となっている。

【００２７】また、前記副燃焼室３２は、圧縮行程時の
上死点における燃焼室総容積の略３０％に形成されてい
る。

【００２８】そして、副燃焼室３２の連絡口３８は、ピ
ストン８の頂部８ｔに形成される半円状の第１連絡口３
８−１と、この第１連絡口３８−１に対して直交し且つ
前記第２燃料噴射ノズル３０に指向すべく形成される半
円状の第２連絡口３８−２とからなる。

【００２９】また、前記ピストン８の中央部位上方のシ
リンダヘッド４には、点火プラグ４４を配設し、図４に
示す如く、ピストン８が上死点近傍に位置、つまり点火
タイミング近傍時に、前記第１連絡口３８−１を介して
副燃焼室３２内に位置すべく前記点火プラグ４４を配設
するものである。

【００３０】前記第１燃料噴射ノズル２６及び第２燃料
噴射ノズル３０は、図示しない燃料供給手段に夫々連絡
され、第１燃料噴射ノズル２６は、図５に示す如く、主
燃焼室２８及び副燃焼室３２での燃焼に必要な燃料を供
給すべく制御されるとともに、第２燃料噴射ノズル３０
は、副燃焼室３２での燃焼に必要な燃料を供給すべく制
御される。

【００３１】なお、符号４６は、前記火花点火機関２に
接続される排気マニホルドである。

【００３２】次に作用について説明する。

【００３３】前記火花点火機関２の低中負荷時には、図
５に示す如く、第１燃料噴射ノズル２６からは燃料が噴
射されず（あるいは少量だけ噴射）、第２燃料噴射ノズ
ル３０から副燃焼室３２に指向して燃料が噴射される。

【００３４】このため、副燃焼室３２内には濃い混合気
層が形成されるが、主燃焼室２８内には非常に薄い（あ
るいは薄い）混合気層が形成されることとなり、点火プ
ラグ４４による点火は副燃焼室３２内の濃い混合気に対
して行われるために、燃焼状態が安定する。しかも、主
燃焼室２８内の混合気が非常に薄い（あるいは薄い）状
態であることにより、主燃焼室２８と副燃焼室３２とを
トータルすると、薄い混合気となり、この薄い混合気に
よる安定した燃焼は、燃費性能の向上をもたらしてい
る。

【００３５】また、高負荷時には、図５に示す如く、第
１燃料噴射ノズル２６と第２燃料噴射ノズル３０との夫
々から燃料が噴射されるが、メインの燃料噴射は第１燃
料噴射ノズル２６によって行われ、主燃焼室２８と副燃
焼室３２との両方が濃い混合気で満たされ、通常のエン
ジンと同様に安定燃焼可能となり、出力特性を向上して
いる。

【００３６】更に、前記連絡口３８を介して主燃焼室２
８と副燃焼室３２間を空気が出入りすることにより、乱
流及び空気流動が生ずる。

【００３７】しかも、圧縮行程時には連絡口３８を介し
て主燃焼室２８から副燃焼室３２に空気が流入されるこ
ととなり、この空気の空気流動によって副燃焼室３２内
に渦流が生起される。

【００３８】これにより、前記第１燃料噴射ノズル２６
と第２燃料噴射ノズル３０との夫々を、特にピストン８
が下死点近傍に移動した際にのみ現出する第２燃料噴射
ノズル３０を低圧タイプの噴射ノズルとすることがで
き、以下の如き利点を有する。 １．高圧タイプの噴射ノズルに比し、安価な低圧タイプ
の噴射ノズルを使用することができ、コストを低廉とし
得て、経済的に有利である。 ２．噴射ノズルが低圧状態において使用されることによ
り、高圧状態で使用される場合に比し噴射ノズルの信頼
性・耐久性を相対的に向上させることができる。 ３．高圧状態で使用される噴射ノズルに比し、噴射ノズ
ルのバラツキを小とすることができ、多気筒エンジンに
おける燃料噴射量のバラツキを小とし得て、 使い勝
手を向上することができる。 ４．高圧タイプの噴射ノズルに比し、燃料噴射の電子制
御が容易となり、実用上有利である。

【００３９】また、前記火花点火機関２の低中負荷時
に、副燃焼室３２内の濃い混合気と主燃焼室２８内の非
常に薄い（あるいは薄い）混合気とによって層状給気エ
ンジンを実現することができることにより、主燃焼室２
８と副燃焼室３２とをトータルした薄い混合気による安
定した燃焼状態を確保し得て、燃費性能の向上させるこ
とができる。

【００４０】更に、前記主燃焼室２８や副燃焼室３２内
に乱流・空気流動・渦流を生起させることができること
により、燃焼速度が増大され、燃費性能を改善し得て、
実用上有利である。

【００４１】

【発明の効果】以上詳細に説明した如くこの発明によれ
ば、筒内直接噴射式火花点火機関の主燃焼室に連絡する
吸気通路途中に第１燃料噴射ノズルを配設し、ピストン
が下死点近傍まで移動した際にのみ現出する位置に第２
燃料噴射ノズルを配設し、ピストン頂部に主燃焼室に連
絡する副燃焼室を形成するとともに、副燃焼室内に第２
燃料噴射ノズルからの燃料を案内すべくピストン頂部に
は副燃焼室の一部を形成する案内部を設けたので、特に
第２燃料噴射ノズルを安価な低圧タイプの噴射ノズルと
することができ、コストを低廉とし得て、経済的に有利
であるとともに、高圧状態で使用される場合に比し噴射
ノズルの信頼性・耐久性を相対的に向上させることがで
き、しかも燃料噴射の電子制御が容易となり、噴射ノズ
ルの燃料噴射量のバラツキを小とし得て、使い勝手を向
上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示すピストンの拡大斜視図
である。

【図２】筒内直接噴射式火花点火機関の概略説明図であ
る。

【図３】ピストンが下死点位置まで移動した状態を示す
主燃焼室及び副燃焼室部分の概略拡大図である。

【図４】ピストンが上死点位置まで移動した状態を示す
主燃焼室及び副燃焼室部分の概略拡大図である。

【図５】エンジン負荷と燃料噴射量との関係を示す図で
ある。

【図６】この発明の従来の技術を示すピストンが上死点
位置まで移動した状態を示す主燃焼室及び副燃焼室部分
の概略拡大図である。

【図７】エンジン負荷と燃料噴射量との関係を示す図で
ある。

【符号の説明】

２ 筒内直接噴射式火花点火機関 ４ シリンダヘッド ６ シリンダブロック ８ ピストン ８ｔ 頂部 １２ 吸気マニホルド １４ 吸気通路 １８ 吸気ポート ２４ 排気ポート ２６ 第１燃料噴射ノズル ２８ 主燃焼室 ３０ 第２燃料噴射ノズル ３２ 副燃焼室 ３４ 案内部 ３６ シリンダボア ３８ 連絡口 ３８−１ 第１連絡口 ３８−２ 第２連絡口 ４０ 凹所 ４２ 内部空間 ４４ 点火プラグ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年１０月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッドとシリンダブロックとピ
   ストンとにより主燃焼室を形成するとともにこの主燃焼
   室に連絡すべく副燃焼室を形成し、前記主燃焼室に燃料
   を噴射供給する第１燃料噴射ノズルと前記副燃焼室に燃
   料を噴射供給する第２燃料噴射ノズルとを有する筒内直
   接噴射式火花点火機関において、前記主燃焼室に連絡す
   る吸気通路途中に前記第１燃料噴射ノズルを配設し、前
   記ピストンが下死点近傍まで移動した際にのみ現出する
   位置に前記第２燃料噴射ノズルを配設し、前記ピストン
   頂部に主燃焼室に連絡する副燃焼室を形成するとともに
   この副燃焼室内に前記第２燃料噴射ノズルからの燃料を
   案内すべく前記ピストン頂部には副燃焼室の一部を形成
   する案内部を設けたことを特徴とする筒内直接噴射式火
   花点火機関。