JPH08312354A - 筒内噴射型内燃機関 - Google Patents
筒内噴射型内燃機関Info
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- JPH08312354A JPH08312354A JP11755495A JP11755495A JPH08312354A JP H08312354 A JPH08312354 A JP H08312354A JP 11755495 A JP11755495 A JP 11755495A JP 11755495 A JP11755495 A JP 11755495A JP H08312354 A JPH08312354 A JP H08312354A
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Abstract
筒内噴射型内燃機関に関し、低コストで且つ確実に燃焼
室内の燃料を着火させて燃焼効率を向上させるようにす
ることを目的とする。 【構成】 筒内噴射型内燃機関において、吸気ポート寄
りに凹部25が形成されたピストン2と、凹部25内に
向け燃料を噴射する燃料噴射弁1と、放電電極6aが突
設された点火プラグ6とをそなえ、シリンダヘッド8に
点火プラグ6を取り付けるための取付部28を形成し、
取付部28の一部を燃焼室3内に突出するように形成し
て、ピストン2の上死点位置への上昇時に点火プラグ6
の放電電極6aがピストン2の凹部25近傍となるよう
に構成する。
Description
つ燃焼室内に直接燃料噴射を行なう、筒内噴射型内燃機
関に関する。
ンを燃料とするようなガソリンエンジンの燃料供給系で
は、燃料噴射装置(インジェクタ)が広く用いられてい
る。このようなガソリンエンジンでは、コントローラ等
の制御ユニットによりインジェクタの作動が制御され、
所定のタイミングに所定量だけ燃料が吸気ポート内に噴
射される。
は、吸気行程で吸入された空気とともに燃焼室内に供給
されて空気と混合し、点火プラグにより点火されて燃焼
するのである。一方、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い
る。
においても燃焼室内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。ここで、このような筒内噴射型内燃機関につ
いて、図を用いて簡単に説明すると、図12は上述した
ような従来より提案されている筒内噴射型の内燃機関を
示す模式的な断面図であり、図中に示す符号1はインジ
ェクタ、2はピストン、3は燃焼室、4は吸気弁、5は
排気弁、6は点火プラグ、7はシリンダブロック、8は
シリンダヘッド、9は吸気ポート、10は排気ポートで
ある。
タ1の噴射孔は、直接燃焼室3内に臨んで設けられてお
り、燃料は燃焼室3内に直接噴射される。また、インジ
ェクタ1は、例えば図示しないコントローラにより制御
され、インジェクタ1から適切なタイミングで燃料が適
量噴射される。そして、この燃料は、吸気弁4の上方に
略直立して設けられた吸気ポート9から吸気された空気
と燃焼室3内で混合して混合気が生成される。その後、
混合気は、燃焼室3内で点火プラグ6により着火され、
膨張(爆発)した後、排気ポート10から排出される。
ンダ内に縦渦流を形成してこの縦渦流中に燃料噴射を行
なうことができるので、縦渦流を燃料濃度の異なる層か
らなる層状縦渦流とすることが可能となる。そして、点
火プラグ6の位置に合わせて所要濃度(理論空燃比近傍
の燃料濃度)の混合気層を形成し、この混合気層の燃料
を点火プラグ6に供給することで、全体として極めて燃
料濃度の低い(空燃比の高い)状態での燃焼、いわゆる
層状リーン燃焼運転を行なうことができる。
I(マルチポイントインジェクション)エンジンでは、
シリンダ内に略均一な混合気が吸入されるため、通常、
圧縮行程時では点火プラグ周辺に可燃混合気が存在し
て、燃焼が効率よく行なわれる。これに対して、上述の
筒内噴射型のエンジンでは、エンジンの運転状況に応じ
て燃料噴射時期が制御されるようになっており、圧縮行
程で燃料噴射を行なうことがある。この場合、上述のよ
うな燃焼室内では混合気が空気と燃料との層状に形成さ
れ、通常の点火プラグの着火位置では、着火する時点で
点火プラグの放電電極位置に十分な濃度の可燃混合気が
存在しない場合がある。したがって、このような場合
は、燃焼効率を損なってしまうという課題がある。
は、ピストン頂面上に点火栓の下方から燃料噴射弁の下
方まで延びる凹溝を形成し、燃料噴射弁の噴射軸線に沿
う噴射燃料が鋭角に凹溝の凹状内壁面に衝突するように
凹状内壁面の形状及び燃料噴射時期を設定するようにし
た技術が開示されている。また、特開平4−22422
9号公報には、ピストン頂面上に点火栓の下方から燃料
噴射弁の下方まで延びる凹溝と、点火栓下方のピストン
頂面上に凹溝の上方部に開口する凹所と、凹溝と凹所と
の間に円弧状に形成された段部とを設け、上記燃料噴射
弁からの燃料を点火栓の周囲に集めるようにした技術が
開示されている。
れもピストンに2箇所の凹部を形成しなければならず、
ピストンの表面積が大きくなってしまう。これにより、
熱損失が大きくなり、出力が低下してしまうおそれがあ
る。また、特開平6−10674号公報には、燃料噴射
弁の燃料噴射方向を燃料量の異なる2方向に設定し、こ
れらの2方向に噴射される燃料量の割合を機関の負荷状
態に応じて変更するような技術が開示されている。しか
しながら、このように2方向へ噴射される燃料の割合を
細かく制御するのはかなり困難であり現実的ではないと
いう問題がある。また、特殊な燃料噴射弁が必要となる
ため、コスト増を招いてしまうという課題がある。
たもので、低コストで且つ確実に燃焼室内の燃料を着火
させて燃焼効率を向上させるようにした、筒内噴射型内
燃機関を提供することを目的とする。
の本発明の筒内噴射型内燃機関は、燃焼室内に直接燃料
が噴射される筒内噴射型内燃機関において、頂面の吸気
ポート寄りに凹部が形成されたピストンと、該凹部内に
向け燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁により
噴射された燃料を燃焼させるべく放電を行なう放電電極
が突設された点火プラグとをそなえ、該シリンダヘッド
に該点火プラグを取り付けるための取付部が形成され、
該取付部の一部がシリンダヘッドの燃焼室形成面よりも
該燃焼室内に突出するように形成されて、該ピストンの
上死点位置への上昇時に該点火プラグの該放電電極が該
ピストンの凹部近傍となるように配設されていることを
特徴としている。
内燃機関は、上記請求項1記載の構成に加えて、該シリ
ンダヘッドの燃焼室形成面において、該取付部の周囲に
肉盛り部が形成されていることを特徴としている。ま
た、請求項3記載の本発明の筒内噴射型内燃機関は、上
記請求項1又は2記載の構成に加えて、該点火プラグの
該放電電極位置が、該ピストンの上死点位置上昇時にお
いて該ピストンに形成された該凹部内となるように配設
されていることを特徴としている。
内燃機関は、上記請求項1〜3のいずれかに記載の構成
に加えて、該取付部の一部がシリンダヘッドの燃焼室形
成面よりも該燃焼室内に突出するように形成されるとと
もに、該点火プラグの該放電電極が、点火プラグ本体か
ら突出することにより、該ピストンの上死点位置への上
昇時に該点火プラグの該放電電極が該ピストンの凹部近
傍となるように配設されていることを特徴としている。
機関では、シリンダヘッドに形成された取付部に取り付
けられた燃料噴射弁により燃料が直接燃焼室内に噴射さ
れる。このとき、燃料はピストンの頂面の吸気ポート寄
りに形成された凹部に向け噴射される。また、放電電極
が突設された点火プラグが、一部がシリンダヘッドの燃
焼室形成面よりも燃焼室内に突出した取付部に取り付け
られているので、ピストンが上死点位置へ上昇すると、
点火プラグの放電電極がピストンの凹部近傍となり、点
火プラグにより放電が行なわれると凹部内に存在する濃
度の濃い燃料に確実に着火するようになる。これによ
り、燃焼効率が向上して、出力と燃費との両立を図るこ
とができる。
内燃機関では、シリンダヘッドの燃焼室形成面の取付部
の周囲に形成された肉盛り部により、点火プラグの外周
部の燃焼室内への露出が抑制される。これにより、点火
プラグへのカーボン等の付着が防止されて点火プラグの
交換等の作業が容易なものとなる。また、点火プラグの
下部が肉盛り部により保護されることで、点火プラグ自
体の耐久性も向上する。さらに、点火プラグに加わる熱
を肉盛り部を介してシリンダヘッドに逃がすことができ
熱に対する耐久性をも向上させる。
内燃機関では、ピストンの上死点位置上昇すると、ピス
トンに形成された凹部内に点火プラグの放電電極が位置
するので、凹部内に存在する濃度の濃い燃料に確実に着
火するようになる。これにより、やはり燃焼効率が向上
して、出力と燃費との両立を図ることができる。上述の
請求項4記載の本発明の筒内噴射型内燃機関では、一部
がシリンダヘッドの燃焼室形成面よりも燃焼室内に突出
するように取付部を形成し、点火プラグ本体から放電電
極を突出させることで、ピストンの上死点位置への上昇
時に点火プラグの放電電極がピストンの凹部近傍とな
り、やはり燃焼室内の燃料を確実に着火させるのであ
る。
説明する。まず、本発明の第1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はその燃焼室の構
成を示す模式的な断面図、図2(a)〜(c)はその要
部としてのピストンの形状を示す模式図、図3はそのピ
ストンの頂面とシリンダヘッドの下面との相対的な位置
関係を示す図、図4はその燃焼室の全容積とピストンの
凹部の容積と比を説明するための模式図、図5(a),
(b)はいずれもそのピストンの凹部形状の容積比の変
化に伴う機関の特性の変化を説明するためのグラフ、図
6(a)〜(c),図7(a)〜(c)はいずれもその
ピストンの凹部形状の他の例を示す模式図、図8,図9
はいずれもその作用を説明するためのグラフ、図10は
その燃焼室の形状の差による燃費及びHC排出量の変化
特性を示すグラフである。
3は、シリンダヘッド8の下面とピストン2の頂面とに
より形成されており、燃焼室3の上面の一方の側には吸
気弁4が、又他方の側には排気弁5が配設されている。
また、シリンダヘッド8の下面、即ち燃焼室3の上面の
うち、吸気弁4の配設された側には、燃焼室3の頂部か
ら端部に向かって傾斜するような吸気弁側傾斜下面8a
が形成されており、排気弁5の配設された側には排気弁
側傾斜下面8bが形成されている。
り燃焼室3の上面側は、図1に示すようなペントルーフ
形状に形成されている。また、シリンダヘッド8には燃
料噴射弁(以下、単にインジェクタという)1が取り付
けられている。このインジェクタ1は、その先端側が燃
焼室3に臨むように配設されており、このインジェクタ
1により燃焼室3内に直接燃料が噴射されるようになっ
ている。
2の頂面には、吸気弁側傾斜下面8a及び排気弁側傾斜
下面8bにそれぞれ対応して、ピストン2の中心側に向
かって傾斜した吸気弁側傾斜上面2a及び排気弁側傾斜
上面2bが形成されており、これらの傾斜上面2a,2
bにより、ピストン2の頂面がペントルーフ形状にほぼ
沿うような山型に形成されている。
面2aには、図1及び図2(a)〜(c)に示すような
凹部(以下、単にキャビティという)25が形成されて
いる。このキャビティ25は、下に凸状に彎曲した球面
状に形成されたものであり、ピストン2の吸気弁4側の
上部に中心を有する仮想球面25aの一部として形成さ
れている。
る吸気ポート(図12参照)は吸気弁4の上方に略直立
するように延設されており、この吸気ポートを介して吸
気流が燃焼室3に取り入れられると、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のキャビティ
25に沿って案内されて上向きに流れてタンブル流(縦
渦流)を形成するようになっている。
定は、エンジン性能に与える影響が大きく、例えばキャ
ビティ25の容積が燃焼室3の全容積に対して大きすぎ
ると、図5(a)のグラフに示すように、層状燃焼を行
なうには有利であるが、燃焼室3の表面積が大きくなり
熱損失が大きくなってしまう。そして、これにより燃費
が向上するものの、図5(b)のグラフに示すように、
最高出力や最大トルクが低下してしまうことが考えられ
る。
全容積に対して小さすぎると、図5(b)のグラフに示
すように、最高出力や最大トルクは向上するが、キャビ
ティ25内で十分なタンブル流を形成することができ
ず、図5(a)のグラフに示すように、燃費の低下を招
いてしまう。そこで、本発明の筒内噴射型内燃機関で
は、機関の出力性能と燃費性能とを両立させるべく、燃
焼室3全体の容積に対してキャビティ25の容積が所定
の割合の比となるように設定されている。
用いて説明すると、キャビティ25の容積をVa、ピス
トン2が上死点位置にあるときの吸気弁側傾斜下面8a
と吸気弁側傾斜上面2aとの間の容積をVb、又ピスト
ン2が上死点位置にあるときの排気弁側傾斜下面8bと
排気弁側傾斜上面2bとの間の容積をVcとすると、
(Va+Vb)/(Va+Vb+Vc)の値が、0.4
〜0.6の間になるように設定されている。
積比を所定値に設定することにより、燃費の向上と出力
の向上とをバランス良く達成することができるのであ
る。ところで、この凹部25の形状としては、球面状の
キャビティに限らず、例えば図6(a)〜(c)や図7
(a)〜(c)に示すような、断面が略長方形のキャビ
ティ25A,25Bも考えられるが、このような形状の
キャビティ25A,25Bでは、燃費や出力の面で多少
不利となる。
は、キャビティ25の形状を、図2(a)〜(c)に示
すような球面状に形成しているのであるが、このような
球面形状のキャビティ25によれば、ピストン2のキャ
ビティ容積Vaに対するキャビティ表面積を最小にする
ことができる利点がある。そして、このようにキャビテ
ィ表面積を最小にすることで、熱損失を小さくすること
ができ、燃焼効率を向上させることができるのである。
することで、燃焼室3内に吸気流による渦状の流れ、即
ちタンブル流を形成し易いという利点もある。また、上
述の仮想球面25aは、図1に示すように、ピストン2
の中心軸における断面において、ピストン2の頂点及び
ピストン2の吸気弁側傾斜上面2aの下端がキャビティ
25内に包含されるように設定されている。
に、インジェクタ1の噴射口と吸気弁4の弁体とがそれ
ぞれ仮想球面25a内に位置するように、インジェクタ
1,吸気弁4及び仮想球面25aの位置関係が設定され
ている。そして、このようにインジェクタ1や吸気弁4
を配設することで、着火時には、確実にキャビティ25
内の燃料濃度が濃い状態となるようになっている。
は、エンジンの運転状況に応じて図示しないコントロー
ラによりインジェクタ1の燃料噴射時期や燃料噴射量が
制御されるようになっており、エンジンの運転状況によ
っては、圧縮行程で燃料噴射が行なわれる。この場合、
燃焼室3内では混合気が空気と燃料との層状に形成さ
れ、燃料(図1中、網かけ部分)は、キャビティ25内
に比較的多く存在する。したがって、燃焼室内に略均一
の混合気が存在するような通常の内燃機関と異なり、通
常の内燃機関用の点火プラグでは、十分な濃度の可燃混
合気が存在する位置まで電極が届かず、燃焼効率を低下
させてしまうことが考えられる。
は、燃料を確実に燃焼させるために点火プラグ6の配設
位置や電極6aの長さが燃料の燃焼に最適となるように
設定されている。すなわち、ピストン2の上死点位置へ
の上昇時には、ピストン2と点火プラグ6との干渉を避
けながらも点火プラグ6の電極6aが確実にキャビティ
25側に位置するように、点火プラグ6の中心軸をシリ
ンダ中心軸CLに対して排気弁5側に所定角度θだけ傾
けて点火プラグ6を配設しているのである。
6取り付けるための点火プラグ取付部28が形成され、
点火プラグ取付部28には点火プラグ6の取付位置を規
制するための点火プラグ取付面27が形成されている
が、この取付面27も従来の内燃機関に対して所定量D
1(例えばD1=2mm)だけ燃焼室3側に近づけて設
けられている。
ティ25側に近づけるようにしてシリンダヘッド8に取
り付けるようにしているのである。なお、この場合、所
定量D1だけ点火プラグ6の下部のネジ部が燃焼室3内
に晒されてしまい、このような状態でエンジンを運転さ
せると、この点火プラグ6の下部にカーボン等が付着し
てしまう。そして、点火プラグ6の下部のネジ部にカー
ボン等が付着すると、点火プラグ6がシリンダヘッド8
から取り外すのが困難となり、作業性が低下してしまう
ことが考えられる。
1に示すように、点火プラグ6の下部を保護すべく、点
火プラグ取付部28の下部の周囲に肉盛り部29が形成
されている。これにより、点火プラグ6の下部へのカー
ボン等の付着を防止して、点火プラグ6の交換時の作業
性や点火プラグ6の耐久性を向上させているのである。
また、このような肉盛り部29を設けることにより、点
火プラグ6に加わった熱を肉盛り部29を介してシリン
ダヘッド8に逃がすことができ、点火プラグ6の熱に対
する耐久性が向上するようになっているのである。
常の点火プラグに対して所定量だけ長く形成されてお
り、これにより、燃料の着火時に燃料濃度の濃い部分に
電極6aが位置するようになるのである。なお、点火プ
ラグ6の取付面27を従来の内燃機関と同様の位置に形
成し、その分点火プラグ6の電極6aのみをさらに所定
量D1だけ長く形成して、電極6aをキャビティ25内
の燃料濃度の濃い部分へ配設するような構成も考えられ
る。すなわち、電極6aのみを極端に長くするという構
成のみで、燃料を確実に着火させるのである。この場
合、上述の肉盛り部29は不要になるが、このように電
極6aの長さだけを極端に長く形成すると、電極6aの
耐久性が低下してしまうことが考えられる。
の取付面27を燃焼室3側に近づけるとともに、電極6
aの長さを長く形成するという2段階の構成で着火部分
をキャビティ25内に近づけるようにしているので、電
極6aが確実にキャビティ25内の燃料濃度の濃い部分
に位置するようにしながらも、点火プラグ6の耐久性を
損なうことがないという利点がある。そして、これによ
り、燃料を確実に着火させることができ、燃焼効率を向
上させることができるのである。
ビティ25の表面との隙間(図1中D2で示す)の値に
ついても、エンジンの出力と燃費に影響するため、この
隙間D2を最適値に設定する必要がある。すなわち、こ
の隙間D2が大きすぎると、燃焼室3内で形成された吸
気タンブル流に乗った燃料に点火プラグ6の電極6aが
十分に届かずに、燃焼効率が悪化してしまう。また、放
電電極6aとキャビティ25の表面とが近すぎると、電
極6aとピストン2とが干渉してしまうことが考えられ
る。
ストン2の上死点位置における放電電極6aとキャビテ
ィ25の表面との距離D2を最適値(例えばD2=1〜
2mm程度)に設定し、ピストン2との干渉を十分に避
けながら高い燃焼効率が得られるようにしている。ま
た、このような筒内噴射型内燃機関では、ピストン2と
排気弁4との近接部分の間隔(これを排気側隙間とい
い、図1中D3で示す)も機関の性能に大きく影響す
る。例えば、図8のグラフの点C,点Dに示すように、
排気側隙間D3が大きすぎると、インジェクタ1から圧
縮行程時に噴霧された燃料がキャビティ25の外側に拡
散してしまい、燃費が悪化してしまう。
間D3が小さすぎると、全開運転時(即ち、吸気行程の
燃料噴射時)に、排気弁5側の空間に火炎が十分に伝播
されず、出力が低下してしまう。そこで、本発明の筒内
噴射型内燃機関では、この排気側隙間D3を燃費と出力
との均衡が図れ、効率的な燃焼を実現できるような最適
な値(図8に示す☆印近傍、D3=5〜8mm)に設定
されている。
するとともに、キャビティ25と点火プラグ6との位置
関係が最適となるように配設することにより、キャビテ
ィ25に向けて噴射された燃料を着火時にキャビティ2
5内に滞留させ、吸気と燃料との層状化を促進すること
ができ、さらに、確実な着火,燃焼が行なわれるように
なっているのである。
2の排気弁側傾斜上面2bとシリンダヘッド8の排気弁
側下面8bとの間には、着火された火炎が燃焼室3内に
均一に広がるように火炎浸入空間26が形成されてい
る。ここで、排気弁側傾斜上面2bは、排気弁側下面8
bよりも小さな傾斜角に設定されており、これにより、
上述の火炎浸入空間26は、図3に示すように、燃焼室
3の中心側に向けて、互いの面2b,8bの距離が広が
るような形状、即ち、断面が略楔状の空間に形成されて
いる。
状の火炎浸入空間26を形成するのは、以下の理由によ
る。即ち、上述したようなキャビティ25が形成された
筒内噴射型内燃機関の燃焼室3では、通常は排気弁側傾
斜上面2bと排気弁側下面8bとが略平行になるように
形成されるとともに、これらの面2b,8bで形成され
た空間は狭く形成されるため、燃料着火後のこの空間へ
の火炎の伝播は遅れがちになる。そこで、燃焼室3内の
火炎伝播を均一にするには、排気弁側傾斜上面2bと排
気弁側下面8bとの間の空間を単に広げることが考えら
れるが、上述したように、燃焼室3の全容積(図4のV
a+Vb+Vc部分)とキャビティ25及びその上部空
間の容積(Va+Vb)との間には最適な容積比が存在
している。
単純に広げてしまうと、今度はキャビティ25の容積比
を最適値にするのが困難になってしまい、かえって、機
関の性能低下を招くことも考えられる。そこで、上述し
たように、燃焼室3の排気弁5側の空間に、中心側の隙
間を大きめにしその分だけ排気弁5側端部の隙間を小さ
くした略楔状の火炎浸入空間26を形成しているのであ
る。
ず、点火プラグ6の電極6a近傍を中心に燃焼を開始し
た火炎が、燃焼室3の排気弁5側の空間のうち比較的隙
間の広い燃焼室3の中心側へ確実に燃え広がり、比較的
隙間の狭い燃焼室3の端部側にも、燃焼室3の他の部分
に対して遅れることなく火炎が伝播し、ムラのない均一
な燃焼を実現することができるのである。
空間断面を略楔状に形成することで、燃焼室3の排気弁
5側の空間の容積を変更することもなく、キャビティ比
の設定に何ら影響を与えないという利点も有している。
本発明の第1実施例として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、以下の効果を得ることが
できる。
2aに、図2(a)〜(c)に示すような下に凸状に灣
曲した球面状のキャビティ25を形成することで、図6
(a)〜(c)や図7(a)〜(c)に示すような断面
が略長方形のキャビティ25A,25Bを有するピスト
ン2に対して、出力や燃費を向上させることができると
いう利点がある。
に形成することで、ピストン2のキャビティ容積Vaに
対するキャビティ表面積を最小にすることができる。こ
れにより、熱損失を減少させることができができ、燃焼
効率を向上させることができるのである。また、キャビ
ティ25を球面状に形成することで、燃焼室3内に吸気
流による渦状の流れ、即ちタンブル流の形成が促進さ
れ、層状燃焼を行ない易いという利点もある。
を有するピストン2と断面が略長方形のキャビティ25
A,25Bを有するピストン2とを比較して示すグラフ
であるが、断面が略長方形のキャビティ25A,25B
の燃費及び最大トルク(図中点A,点Bに示す)に対し
て、球面状のキャビティ25を有するピストン2では、
点Cに示すように、燃費及び最大トルクの両方を向上さ
せることができるのである。
を有するピストン2対に加えて、さらに燃焼室3の排気
弁5側の断面形状を略楔状に形成した火炎浸入空間26
を設けたものでは、点Dに示すように、さらに最大トル
クが向上するという利点がある。さらに、図10に示す
ように、このような略楔状の火炎浸入空間26を設ける
ことにより、燃料消費率もほぼ全域で低下させることが
できるとともに、THC(トータルでの炭化水素量)の
排出量も低下させることができるという利点も有してい
る。
ラグ6の取付面27を所定量D1(例えばD1=2m
m)だけ燃焼室3側に近づけるとともに、点火プラグ6
の放電電極6aを従来のものよりも所定量長く形成する
という2段階の構成で、電極6aの着火部分をキャビテ
ィ25内の燃料濃度の濃い部分に位置するようにしてい
るので、燃料を確実に着火させることができるようしな
がらも、点火プラグ6の電極6aの耐久性を損なうこと
がないという利点がある。
来の点火プラグに対して電極6a部を所定量長めに形成
するだけでよいので、低コストで実現できるという利点
もある。また、シリンダヘッド8の燃焼室3の形成面に
おいて、点火プラグ6の取付部28の周囲に肉盛り部2
9が設けられているので、点火プラグ6の下端が所定量
D1だけ燃焼室3側に移動しても、この点火プラグ6の
下端部が直接燃焼室3に晒されることがない。
へのカーボン等の付着が防止され、点火プラグ6の交換
等の作業性も向上する。また、点火プラグ6の下部が、
肉盛り部29により保護されるので、点火プラグ6自体
の耐久性も向上するという利点がある。さらには、点火
プラグ6に加わる熱を肉盛り部29を介してシリンダヘ
ッド8に逃がすことができるので、熱に対する耐久性も
向上するという利点を有している。
ストン2の頂点及びピストン2の吸気弁側傾斜上面2a
の下端を仮想球面内25aに包含するように形成するこ
とで、点火プラグ6をキャビティ25内に配設しやすく
なる。また、タンブル流の生成も促進することができる
という利点もある。また、ピストン2が上死点位置に達
した時に、インジェクタ1の噴射口と吸気弁4の弁体と
がそれぞれ仮想球面25a内に位置するようにインジェ
クタ1,吸気弁4及び仮想球面25aの位置関係が設定
されているので、キャビティ25内に燃料濃度の濃い混
合気を生成することができるのである。
トン2が上死点位置にあるときの吸気弁側傾斜下面8a
と吸気弁側傾斜上面2aとの間の容積Vbと、燃焼室3
全体の容積Va+Vb+Vcとの容積比が、最適な値、
例えば、(Va+Vb)/(Va+Vb+Vc)=0.
4〜0.6の間の値となるように設定されているので、
燃費の向上と出力の向上とをバランス良く達成すること
ができるという利点がある。
に、このキャビティ容積比が大きすぎると最大トルクや
最高出力が低下してしまい、また、キャビティ容積比が
小さすぎると燃費が低下してしまうが、上述したよう
に、キャビティ容積比を最適な値に設定することによ
り、燃費向上と出力向上とを両立することができるので
ある。
に、排気側隙間D3が最適値(D3=5〜8mm)に設
定されることにより、熱効率の高い燃焼状態を実現する
ことができ、やはり、最高出力を向上させることができ
るという利点がある。また、点火プラグ6の放電電極6
aとキャビティ25の表面との隙間D2を最適値(例え
ばD2=1〜2mm程度)に設定することにより、点火
プラグ6のピストン2との干渉を十分に避けながら高い
燃焼効率が得られるという利点を有している。
射型内燃機関について説明すると、図11はその要部と
してのピストンを示す模式図である。なお、この第2実
施例では、第1実施例に対して、ピストン2の凹部の形
状のみが異なって形成されたものであり、これ以外の構
成は上述した第1実施例と共通である。図11(a)〜
(c)に示すように、ピストン2の吸気弁4側頂面に
は、下に凸状に灣曲したキャビティ25Cが形成されて
いる。
示すように、吸気弁4側の上部に互いに中心が隣接した
2つの仮想球面25b,25cと、これらの2つの球面
25b,25c間を滑らかに接続する接続面25dとか
ら形成されている。これらの仮想球面25b,25cの
中心は、図11(a)に示すように、ピストンピン30
の配設方向に直交する軸線に対して、それぞれ同じ距離
だけ互いに逆方向にオフセットされた位置に設定されて
いる。
5b,25cの低部を接続する円筒面として形成されて
いる。そして、このようなキャビティ25Cによれば、
ピストン2のキャビティ容積を大きくすることができる
とともにキャビティ容積に対するキャビティ表面積を比
較的小さく形成することができる。
ことがなく、即ち出力特性をほとんど低下させることな
く、燃費を向上させることができるようになるのであ
る。また、キャビティ25Cの形状が略球面状に形成さ
れることにより、燃焼室3内に吸気流による渦状の流
れ、即ちタンブル流の形成が促進されるという利点もあ
る。
燃機関は,上述のように構成されているので、吸気弁4
を介して燃焼室3内に流入した吸気流は、ピストン2に
形成されたキャビティ25Cに案内されて、タンブル流
を形成するとともに、このタンブル流に燃料を噴射する
ことで層状の混合気が形成される。ここで、キャビティ
25Cを形成する2つの2つの仮想球面25b,25c
は、ピストンピン30の配設方向に沿って隣接している
ので、吸気流の流入する方向、即ちタンブル流を形成す
る方向には、球面状のキャビティとして形成されること
になる〔図11(b)参照〕。したがって、第1実施例
と同様に層状燃焼を行なうことができる。
ストン2のキャビティ容積を大きくしながらもキャビテ
ィ表面積を比較的小さく形成することができるので、出
力特性をほとんど低下させることなく、燃費を向上させ
ることができるという利点がある。なお、上述の接続面
25dとしては、円筒面に限定されるものではなく、2
つの球面25b,25c間を滑らかに接続することがで
きれば、他の形状の面であってもよい。
発明の筒内噴射型内燃機関によれば、燃焼室内に直接燃
料が噴射される筒内噴射型内燃機関において、頂面の吸
気ポート寄りに凹部が形成されたピストンと、該凹部内
に向け燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁によ
り噴射された燃料を燃焼させるべく放電を行なう放電電
極が突設された点火プラグとをそなえ、該シリンダヘッ
ドに該点火プラグを取り付けるための取付部が形成さ
れ、該取付部の一部がシリンダヘッドの燃焼室形成面よ
りも該燃焼室内に突出するように形成されて、該ピスト
ンの上死点位置への上昇時に該点火プラグの該放電電極
が該ピストンの凹部近傍となるように配設されるという
構成により、従来より用いられている通常の点火プラグ
を用いて、放電電極を凹部近傍に配設することができ
る。これにより、放電電極が比較的燃料濃度の濃い部分
に位置するようになり、低コストで燃焼効率を向上させ
ることができるという利点がある。
内燃機関によれば、上記請求項1記載の構成に加えて、
該シリンダヘッドの燃焼室形成面において、該取付部の
周囲に肉盛り部が形成されるという構成により、点火プ
ラグの下端部が直接燃焼室に晒されることが防止され、
点火プラグの下部のネジ部へのカーボン等の付着が防止
される。これにより、点火プラグの交換等の作業性が向
上するという利点がある。また、点火プラグの下部が、
肉盛り部により保護されることで、点火プラグ自体の耐
久性も向上するという利点がある。さらには、点火プラ
グに加わる熱を肉盛り部を介してシリンダヘッドに逃が
すことができるため、熱に対する耐久性をも向上させる
ことができるという利点も有している。
内燃機関によれば、上記請求項1又は2記載の構成に加
えて、該点火プラグの該放電電極位置が、該ピストンの
上死点位置上昇時において該ピストンに形成された該凹
部内となるように配設されるという構成により、低コス
トで確実に燃料濃度の濃い部分に放電電極を配設するこ
とができ、やはり、燃焼効率を向上させることができる
という利点がある。
内燃機関によれば、上記請求項1〜3のいずれかに記載
の構成に加えて、該取付部の一部がシリンダヘッドの燃
焼室形成面よりも該燃焼室内に突出するように形成され
るとともに、該点火プラグの該放電電極が、点火プラグ
本体から突出することにより、該ピストンの上死点位置
への上昇時に該点火プラグの該放電電極が該ピストンの
凹部近傍となるように配設されるという構成により、点
火プラグの放電電極の耐久性を維持しながら、放電電極
を燃料濃度の濃い部分に確実に配設することができ、燃
焼効率を向上させることができるという利点がある。
関における燃焼室の構成を示す模式的な断面図である。
関における要部としてのピストンの形状を示す模式図で
あって、(a)はその上面図、(b)はその正面図、
(c)は(b)におけるA1―A1断面図である。
関におけるピストンの頂面とシリンダヘッドの下面との
相対的な位置関係を示す図である。
関における燃焼室の全容積とピストンの凹部の容積と比
を説明するための模式図である。
関におけるピストンの凹部形状の容積比の変化に伴う機
関の特性の変化を説明するためのグラフである。
関におけるピストンの凹部形状の他の例を示すためのピ
ストンの模式図であって、(a)はその上面図、(b)
はその正面図、(c)は(b)におけるA3―A3断面
図である。
関におけるピストンの凹部形状の他の例を示すためのピ
ストンの模式図であって、(a)はその上面図、(b)
はその正面図、(c)は(b)におけるA4―A4断面
図である。
関における作用を説明するためのグラフである。
関における作用を説明するためのグラフである。
機関における燃焼室の形状の差による燃費及びHC排出
量の変化特性を示すグラフである。
機関における要部としてのピストンの形状を示す模式図
であって、(a)はその上面図、(b)はその正面図、
(c)は(b)におけるA2―A2断面図である。
示す模式的な断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 燃焼室内に直接燃料が噴射される筒内噴
射型内燃機関において、 頂面の吸気ポート寄りに凹部が形成されたピストンと、 該凹部内に向け燃料を噴射する燃料噴射弁と、 該燃料噴射弁により噴射された燃料を燃焼させるべく放
電を行なう放電電極が突設された点火プラグとをそな
え、 該シリンダヘッドに該点火プラグを取り付けるための取
付部が形成され、該取付部の一部がシリンダヘッドの燃
焼室形成面よりも該燃焼室内に突出するように形成され
て、該ピストンの上死点位置への上昇時に該点火プラグ
の該放電電極が該ピストンの凹部近傍となるように配設
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】 該シリンダヘッドの燃焼室形成面におい
て、該取付部の周囲に肉盛り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。 - 【請求項3】 該点火プラグの該放電電極位置が、該ピ
ストンの上死点位置上昇時において該ピストンに形成さ
れた該凹部内となるように配設されていることを特徴と
する、請求項1又は2記載の筒内噴射型内燃機関。 - 【請求項4】 該取付部の一部がシリンダヘッドの燃焼
室形成面よりも該燃焼室内に突出するように形成される
とともに、該点火プラグの該放電電極が、点火プラグ本
体から突出することにより、該ピストンの上死点位置へ
の上昇時に該点火プラグの該放電電極が該ピストンの凹
部近傍となるように配設されていることを特徴とする、
請求項1〜3のいずれかに記載の筒内噴射型内燃機関。
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---|---|---|---|
JP11755495A JP3298361B2 (ja) | 1995-05-16 | 1995-05-16 | 筒内噴射型内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11755495A JP3298361B2 (ja) | 1995-05-16 | 1995-05-16 | 筒内噴射型内燃機関 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08312354A true JPH08312354A (ja) | 1996-11-26 |
JP3298361B2 JP3298361B2 (ja) | 2002-07-02 |
Family
ID=14714695
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP11755495A Expired - Fee Related JP3298361B2 (ja) | 1995-05-16 | 1995-05-16 | 筒内噴射型内燃機関 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3298361B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998055743A1 (en) | 1997-06-03 | 1998-12-10 | Nissan Motor Co., Ltd. | Piston for cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine |
EP0879942A3 (en) * | 1997-05-20 | 1999-08-11 | Nissan Motor Company, Limited | Direct injection gasoline engine with stratified charge combustion and homogeneous charge combustion |
US8056531B2 (en) | 2010-06-24 | 2011-11-15 | Ford Global Technologies Llc | Shallow piston bowl and injector spray pattern for a gasoline, direct-injection engine |
-
1995
- 1995-05-16 JP JP11755495A patent/JP3298361B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0916019B1 (en) * | 1997-06-03 | 2003-09-03 | Nissan Motor Company, Limited | Piston for cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine |
US8056531B2 (en) | 2010-06-24 | 2011-11-15 | Ford Global Technologies Llc | Shallow piston bowl and injector spray pattern for a gasoline, direct-injection engine |
US8347853B2 (en) | 2010-06-24 | 2013-01-08 | Ford Global Technologies, Llc | Shallow piston bowl and injector spray pattern for a gasoline, direct-injection engine |
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