JPH0988714A - 直噴火花点火式内燃機関のシリンダヘッド構造 - Google Patents

直噴火花点火式内燃機関のシリンダヘッド構造

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JPH0988714A
JPH0988714A JP7250832A JP25083295A JPH0988714A JP H0988714 A JPH0988714 A JP H0988714A JP 7250832 A JP7250832 A JP 7250832A JP 25083295 A JP25083295 A JP 25083295A JP H0988714 A JPH0988714 A JP H0988714A
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JP
Japan
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exhaust
pair
cylinder head
valves
head structure
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Application number
JP7250832A
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English (en)
Inventor
Yutaka Matayoshi
豊 又吉
Yasuyuki Iwade
保之 岩出
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/12Other methods of operation
    • F02B2075/125Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/18DOHC [Double overhead camshaft]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • F02B23/101Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on or close to the cylinder centre axis, e.g. with mixture formation using spray guided concepts
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】 【課題】直噴火花点火式機関のシリンダヘッド構造をコ
ンパクト化する。 【解決手段】1つの燃焼室40に一対の吸気ポート29と一
対の排気ポート22とを備えたシリンダヘッド21の中央部
に燃料噴射弁26を配設し、点火プラグ25の電極部25aを
一対の排気弁の間に位置させ、点火プラグ25のボディ部
25bを排気カムシャフト24と排気ポート22との間に位置
させて点火プラグ25を配設する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内に燃料噴
射弁から燃料を噴射し、点火プラグによって火花点火を
行う直噴火花点火式内燃機関のシリンダヘッド構造に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の直噴火花点火式内燃機関
のシリンダヘッド構造としては、特開平6−20754
2号公報に示すようなものがある。図15に基づいて、そ
の概要を説明すると、ピストン11の冠面に凹み11a
を形成し、機関の低負荷運転時には圧縮行程末期に凹み
11a内に向けて燃料噴射弁12から燃料を噴射するこ
とにより、点火プラグ13周りの限られた領域内にのみ
混合気を形成する。
【0003】そして、クランキング開始後機関回転速度
が予め定められた速度まで上昇する間は成層行程と圧縮
行程末期の2回に分けて燃料を噴霧し、機関回転速度が
予め定められた速度を超えた後は、圧縮行程末期に1回
燃料を噴射するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の直噴火花点火式内燃機関のシリンダヘッド構
造にあっては、燃料噴射弁12は排気ポート14とシリ
ンダヘッド15下面の間に横置きに配置され、燃料噴霧
は、燃料噴射弁12の中心軸より下側に偏向噴霧する構
成となっていたため、燃料噴射弁12が水平側に寝かせ
た状態で取り付けられ、噴霧方向を敢えて偏向させた噴
霧偏向タイプとしているため、他の機関との共用化がで
きない。
【0005】したがって、汎用型の燃料噴射弁として位
置づけることが難しく、製造コストが高くつき、また、
該偏向噴霧タイプはカーボン付着,取付誤差,加工精度
等により信頼性を上げられず、組立方向が指定されるた
め、組立能率が極めて劣るといった問題があった。本発
明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもので、
燃料噴射弁、点火プラグの取付け位置を適切に設定し、
更には、吸・排気ポート形状の工夫等によって上記問題
点を解決した直噴火花点火式内燃機関のシリンダヘッド
構造を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】このため、請求項1に係
る発明は、気筒毎に一対の吸気弁と一対の排気弁及び該
吸・排気弁を駆動する吸気カムシャフトと排気カムシャ
フトとを備え、かつ、燃焼室内に燃料噴射弁から燃料を
噴射し、点火プラグによって火花点火を行う直噴火花点
火式内燃機関のシリンダヘッド構造において、前記燃料
噴射弁を一対の吸気弁と一対の排気弁とで囲まれる燃焼
室中央部分にシリンダ中心軸と同軸上に配設し、かつ、
前記点火プラグを、先端の電極部が一対の排気弁の間に
位置し、ボディ部が排気ポートと排気カムシャフトとの
間に位置するように配設したことを特徴とする。
【0007】このようにすれば、燃料噴射弁がシリンダ
ヘッド下面に対して直立して取り付けられ、取付け角度
を最大限大きく採ることができるため、噴霧偏向タイプ
等の特殊な機能を有する必要がなく、製造コストを低減
でき、組立の方向性管理が不要となるので組立能率も高
められる。また、燃料噴射弁が燃焼室中心部に位置して
配設され、排気ポートから離れているので、排気熱の影
響を受けることなない。
【0008】さらに、車両に機関を組付けた状態で、容
易に燃料噴射弁の交換が可能となり、組立整備時間の短
縮が図れる。また、請求項2に係る発明は、同一燃焼室
内の一対の吸気弁相互の間隔と一対の排気弁相互の間隔
とを異なる寸法としたことを特徴とする。
【0009】このようにすれば、同一のシリンダボア径
に対して吸・排気弁の径を大きくすることができる。特
に請求項3に係る発明のように、前記一対の排気弁相互
の間隔を一対の吸気弁相互の間隔より大きく設定した場
合には、排気弁の径を大きくすることができる。
【0010】また、請求項4に係る発明は、前記一対の
排気弁に対応する排気ポートを排気下流側に向かって両
排気ポート相互の間隔が拡がった後、排気下流端のシリ
ンダヘッド端面近傍で1本の排気ポートに集合する形状
としたことを特徴とする。このようにすれば、点火プラ
グの取付用ボスが、排気ポート内に割り込みやすく、一
対の排気弁相互の間隔を拡げることなく点火プラグの電
極部を配置できる。
【0011】また、請求項5に係る発明は、前記一対の
排気弁に対応する排気ポート間に位置する点火プラグの
取付用ボス部を、パイプ材による後付け形成にしたこと
を特徴とする。このようにすれば、点火プラグの取付用
ボス部の肉厚を十分小さくすることができるので、排気
ポートや点火プラグ周りの冷却水通路の通路断面積を確
保しつつ、シリンダヘッド全体をコンパクトに配設でき
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
に基づいて説明する。図1〜図5は、本発明の一実施形
態に係る直噴式火花点火機関のシリンダヘッド構造を示
す。構成から説明すると、シリンダヘッド21に形成され
た一対の排気ポート22と該排気ポート22を開閉する一対
の排気弁23を駆動するための排気カムシャフト24との間
に、点火プラグ25を配設する。
【0013】前記点火プラグ25の先端の電極部25aを一
対の排気弁が着座する一対の排気弁シート30の間に位置
するように、点火プラグ25のボディ部25bを排気ポート
22と排気カムシャフト24との間に着脱自由に取り付けら
れている。燃料噴射弁26は、一対の排気弁23と一対の吸
気弁27とで囲まれた燃焼室40中心部に位置し、シリンダ
中心軸と同軸上に配設される。
【0014】前記一対の吸気弁27は、一対の吸気弁シー
ト28に着座され、吸気ポート29を開閉し、一対の排気弁
23は、一対の排気弁シート30に着座され、排気ポート22
を開閉する。図3に示すように、吸気弁27にはバルブリ
フタ31が組み込まれ、吸気カムシャフト32により開閉制
御される。同様に、排気弁23にもバルブリフタ33が組み
込まれ、排気カムシャフト24により開閉制御される。
【0015】図4に示すように、シリンダヘッド21に
は、燃料噴射弁取付用のボス34、図示しないバルブスプ
リングの取付座35、点火プラグ取付用のボス36等が形成
されている。次に、作用を説明する。吸入空気は、図示
しない吸気マニホールドからシリンダヘッド21内の吸気
ポート29を介して吸気弁シート28からより燃焼室40内に
吸い込まれる。
【0016】また、燃料は、燃料噴射弁26を通過して、
図示しないコントロールユニットからの制御信号によ
り、噴孔部26aから超微粒化した燃料が直接燃焼室40に
噴霧される。そして、図示しないピストンの圧縮と共
に、点火プラグ25の点火により着火燃焼する。
【0017】ここで、燃料噴射弁26の噴孔部26aが燃焼
室40の中心部に位置し、点火プラグ25を排気ポート22と
排気カムシャフト24との間に配設しているため、燃料噴
射弁25がシリンダヘッド21下面に対して直立し (取付角
度α=90°) 、その結果、噴霧偏向タイプ等の特殊な
機能を有する必要がなく、低コストで製造でき、組立の
方向性を管理する必要がないので組立能率も高められ
る。
【0018】また、燃料噴射弁25が燃焼室40中心部に位
置するため、排気ポート側に配置したときのような熱の
影響を受けることもない。さらに、車両に機関を組付け
た状態で、容易に燃料噴射弁25の交換が可能となり、組
立整備時間の短縮が図れる。図6は、本発明の第2の実
施形態を示す。
【0019】このものは、前記実施形態と同様の構成に
おいて、同一の燃焼室における一対の吸気弁シート41相
互つまり図示しない吸気弁相互の間隔l1 と一対の排気
弁シート42相互つまり図示しない排気弁相互の間隔l2
とをl1 ≠l2 となるように吸気弁シート41及び排気弁
シート42を配置したもので、このようにすることによ
り、l1 =l2 としたものに比較して同一シリンダボア
径の場合、吸・排気弁の径を大きく確保することができ
る。
【0020】特に図7に示した第3の実施形態は、前記
1 <l2 となるように吸気弁シート51及び排気弁シー
ト52を配置したもので、このようにすることにより、l
1 =l2 としたものに比較して同一シリンダボア径の場
合、排気弁の径を大きく確保することができる。図8〜
図13は、本発明の第4の実施形態を示す。
【0021】構成を説明すると、同一の燃焼室61におけ
る一対の排気ポート62を、それらの上流端開口部から下
流端のシリンダヘッド端面に向けて略線対称軸となるセ
ンターラインCLを設定したとき、前記一対の各排気ポ
ート62が上流端部では下流側に向かって夫々センターラ
インCLに対して角度θずつ外側に拡げられ、中央部分
から下流に向かうにつれて相互に内側に接近し、下流端
部のシリンダヘッド端面63部分で集合して1つの排気ポ
ートとなるように形成されている。
【0022】このようにすれば、点火プラグの取付用ボ
ス64が、前記排気ポート62内に割り込みやすい形状とな
り、一対の排気弁相互の間隔を拡げることなく、点火プ
ラグの電極部を配置できると共に、排気ポート62の断面
積を確保しつつ、燃料噴射弁のボディ部を装着でき、シ
リンダヘッド全体をコンパクト化できる。図14は、本発
明の第5の実施形態寺示す。
【0023】構成を説明すると、一対の排気ポート71内
に割り込んで形成される点火プラグ取付用ボス72を、パ
イプ材により後付け形成したものである。このようにす
れば、点火プラグ取付用ボス72がパイプ材で形成される
ので、肉厚を最小限に薄く形成することができ、以て、
排気ポート71や点火プラグ73周りの冷却水通路の通路断
面積を確保することができ、ひいては、シリンダヘッド
全体を可及的にコンパクト化できる。
【0024】
【発明の効果】以上説明してきたように請求項1に係る
発明によれば、燃料噴射弁のシリンダヘッド下面に対す
る取付角度を最大限大きく採れるため、噴霧偏向タイプ
等の特殊な機能を有する必要がなく、製造コストを低減
でき、組立の方向性管理が不要となるので組立能率も高
められる。また、燃料噴射弁を燃焼室中心部に配置する
ため、排気熱の影響を受けることもなく、さらに、車両
に機関を組付けた状態で、容易に燃料噴射弁の交換が可
能となり、組立整備時間の短縮が図れる。
【0025】また、請求項2に係る発明によれば、同一
燃焼室内の一対の吸気弁相互の間隔と一対の排気弁相互
の間隔とを異なる寸法としたことにより、同一のシリン
ダボア径に対して吸・排気弁の径を大きくすることがで
きる。また、請求項3に係る発明によれば、前記一対の
排気弁相互の間隔を一対の吸気弁相互の間隔より大きく
設定したことにより、排気弁の径を大きくすることがで
きる。
【0026】また、請求項4に係る発明によれば、点火
プラグの取付用ボスが、排気ポート内に割り込みやす
く、一対の排気弁相互の間隔を拡げることなく点火プラ
グの電極部を配置できると共に、排気ポート断面積を確
保しつつ燃料噴射弁のボディ部を装着でき、シリンダヘ
ッド全体をコンパクトに配設できる。また、請求項5に
係る発明によれば、点火プラグ取付用ボスの肉厚がパイ
プ材により最小限に薄くすることができるので、排気ポ
ートや点火プラグ周りの冷却水通路の通路断面積を確保
することができ、シリンダヘッド全体を可及的にコンパ
クト化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の構成を示す縦断面
図。
【図2】図1のA矢視図。
【図3】図2のB−B断面図。
【図4】図1のC−C断面図。
【図5】図1のD矢視図。
【図6】本発明の第2の実施形態の構成を示す底面図。
【図7】本発明の第3の実施形態の構成を示す底面図。
【図8】本発明の第4の実施形態の縦断面図。
【図9】同じく横断面図。
【図10】図8のE断面図。
【図11】図8のF断面図。
【図12】図8のG断面図。
【図13】図8のH断面図。
【図14】本発明の第5の実施形態の構成を示す底面図。
【図15】従来例を示す断面図。
【符号の説明】
21 シリンダヘッド 22 排気ポート 23 排気弁 24 排気カムシャフト 25 点火プラグ 25a 電極部 25b ボディ部 26 燃料噴射弁 27 吸気弁 28 吸気弁シート 29 吸気ポート 30 吸気弁シート 33 吸気カムシャフト 34 燃料噴射弁の取付用ボス 36 点火プラグの取付用ボス 41 吸気弁シート 42 排気弁シート 51 吸気弁シート 52 排気弁シート 61 燃焼室 62 排気ポート 63 シリンダヘッド端面 64 点火プラグの取付用ボス 71 排気ポート 72 点火プラグの取付用ボス 73 点火プラグ CL センターライン

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】気筒毎に一対の吸気弁と一対の排気弁及び
    該吸・排気弁を駆動する吸気カムシャフトと排気カムシ
    ャフトとを備え、かつ、燃焼室内に燃料噴射弁から燃料
    を噴射し、点火プラグによって火花点火を行う直噴火花
    点火式内燃機関のシリンダヘッド構造において、 前記燃料噴射弁を一対の吸気弁と一対の排気弁とで囲ま
    れる燃焼室中央部分にシリンダ中心軸と同軸上に配設
    し、 かつ、前記点火プラグを、先端の電極部が一対の排気弁
    の間に位置し、ボディ部が排気ポートと排気カムシャフ
    トとの間に位置するように配設したことを特徴とする直
    噴火花点火式内燃機関のシリンダヘッド構造。
  2. 【請求項2】同一燃焼室内の一対の吸気弁相互の間隔と
    一対の排気弁相互の間隔とを異なる寸法としたことを特
    徴とする請求項1に記載の直噴火花点火式内燃機関のシ
    リンダヘッド構造。
  3. 【請求項3】前記一対の排気弁相互の間隔を一対の吸気
    弁相互の間隔より大きく設定したことを特徴とする請求
    項2に記載の直噴火花点火式内燃機関のシリンダヘッド
    構造。
  4. 【請求項4】前記一対の排気弁に対応する排気ポートを
    排気下流側に向かって両排気ポート相互の間隔が拡がっ
    た後、排気下流端のシリンダヘッド端面近傍で1本の排
    気ポートに集合する形状としたことを特徴とする請求項
    1〜請求項3のいずれか1つに記載の直噴火花点火式内
    燃機関のシリンダヘッド構造。
  5. 【請求項5】前記一対の排気弁に対応する排気ポート間
    に位置する点火プラグの取付用ボス部を、パイプ材によ
    る後付け形成にしたことを特徴とする請求項1〜請求項
    4にいずれか1つに記載の内燃機関のシリンダヘッド構
    造。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6176215B1 (en) 1997-07-18 2001-01-23 Daimler Benz Aktiengesellschaft Method for operation of a direct-injection spark-ignition internal combustion engine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6176215B1 (en) 1997-07-18 2001-01-23 Daimler Benz Aktiengesellschaft Method for operation of a direct-injection spark-ignition internal combustion engine

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Legal Events

Date Code Title Description
A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

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Effective date: 20031226