JPH10153122A - 筒内直接噴射式火花点火エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 筒内直接噴射式火花点火エンジンに適した燃
焼室構造を提供する。 【解決手段】 筒内直接噴射式火花点火エンジンにおい
て、吸気ポート２１からシリンダ５内に流入する吸気に
スワールを生起するスワールコントロールバルブ２６を
備え、インジェクタ６の燃料噴射方向を各吸気ポート２
１における吸気の流れ方向と略同一方向に設定し、ピス
トン１の冠部１０にスワールによって燃料を点火プラグ
４の近傍に導くように窪むキャビティ１１を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒内直接噴射式火
花点火エンジンにおいて燃焼室の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】点火プラグの近傍に燃料を集める混合気
の成層化をはかるため、シリンダ内にインジェクタ（燃
料噴射弁）を臨ませ、シリンダ内に直接に燃料を噴射す
るようにした筒内直接噴射式火花点火エンジンがある。

【０００３】従来の筒内直接噴射式火花点火エンジンと
して、例えば特開平６−８１６５１号公報に開示してい
るように、吸気ポートをシリンダ壁に沿って直立させる
ものがある。

【０００４】直立した吸気ポートからシリンダ内に流入
した吸気は、シリンダ壁に沿って下降した後、ピストン
冠部に沿って旋回する逆タンブルを生起する。

【０００５】インジェクタからシリンダ内に噴射された
燃料は、この逆タンブルによって旋回する過程で、その
微粒化および気化が進み、点火プラグに液状燃料が付着
することを防止し、失火を無くして安定した燃焼性が得
られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の筒内直接噴射式火花点火エンジンにあって
は、直立した吸気ポートがシリンダヘッドの上部に貫通
して設けられる構造のため、インテークマニホールドを
シリンダヘッドの上部に接続する必要があり、エンジン
の全高が大きくなるという問題点が考えられる。

【０００７】また、シリンダヘッドに直立する吸気ポー
トを備えるため、シリンダヘッドの燃焼室壁のまわりに
形成されるウォータジャケットの配置自由度が小さくな
るという問題点が考えられる。

【０００８】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、筒内直接噴射式火花点火エンジンに適した燃
焼室構造を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の筒内直
接噴射式火花点火エンジンは、シリンダ内に吸気を導入
する吸気ポートと、シリンダ内に燃料を噴射するインジ
ェクタと、シリンダ内の混合気に点火する点火プラグ
と、シリンダ内から排気を排出する排気ポートとを備え
る筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、吸気ポー
トからシリンダ内に流入する吸気にスワールを生起する
スワール生起手段を備え、インジェクタの燃料噴射方向
を吸気ポートにおける吸気の流れ方向と略同一方向に設
定し、ピストンの冠部にスワールによって燃料を点火プ
ラグの近傍に導くように窪むキャビティを形成する。

【００１０】請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項１に記載の発明において、前記シリ
ンダの中心線Ｏを含みクランクシャフトの回転中心軸と
直交する平面をシリンダ中心面Ｃと定義し、キャビティ
をシリンダ中心面Ｃについて対称的に形成し、インジェ
クタの燃料噴射方向をシリンダ中心面Ｃ上に配置する。

【００１１】請求項３に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項１または２に記載の発明において、
前記シリンダの中心線Ｏを含みクランクシャフトの回転
中心軸と直交する平面をシリンダ中心面Ｃと定義し、キ
ャビティをシリンダ中心面Ｃについて対称的に形成し、
点火プラグをシリンダ中心面Ｃ上に配置し、点火プラグ
をキャビティに対してインジェクタから最も離れた位置
に臨ませる。

【００１２】請求項４に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項１から３のいずれか一つに記載の発
明において、前記キャビティをピストンの冠部に対して
皿状に窪ませ、シリンダの中心線Ｏに対するキャビティ
の側壁の傾斜角度を０°から４５°の範囲に設定する。

【００１３】請求項５に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項１から４のいずれか一つに記載の発
明において、ピストンの冠部から隆起する凸部を形成
し、凸部の稜線を点火プラグに近づけて配置する。

【００１４】請求項６に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項１から５のいずれか一つに記載の発
明において、ピストンとの間で燃焼室を画成する燃焼室
天井壁を吸気ポートが開口する吸気ポート側傾斜面と排
気ポートが開口する排気ポート側傾斜面によって構成
し、ピストンの冠部を燃焼室天井壁に沿うように傾斜さ
せて形成する。

【００１５】請求項７に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項１から６のいずれか一つに記載の発
明において、インジェクタから噴射される燃料噴霧をそ
の頂角が４０°から８０°の範囲にある円錐状に拡がる
構成とし、円錐状に拡がる燃料噴霧がキャビティ内に納
まる構成とする。

【００１６】請求項８に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項１から７のいずれか一つに記載の発
明において、インジェクタから噴射される燃料噴霧を円
錐状に拡がる構成とし、円錐状に拡がる燃料噴霧が点火
プラグに当たらない構成とする。

【００１７】請求項９に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項１から８のいずれか一つに記載の発
明において、スワール比を略３以上に設定し、スワール
比をタンブル比の略１．５倍以上に設定する。

【００１８】請求項１０に記載の筒内直接噴射式火花点
火エンジンは、請求項１から９のいずれか一つに記載の
発明において、キャビティの側壁にキャビティ内で旋回
する燃料噴霧を点火プラグの近傍に案内するガイド部を
形成する。

【００１９】請求項１１に記載の筒内直接噴射式火花点
火エンジンは、請求項１から１０のいずれか一つに記載
の発明において、インジェクタの燃料噴射時期を高負荷
時に吸気行程に設定し、インジェクタの燃料噴射時期を
低負荷時に圧縮行程に設定する。

【００２０】

【発明の作用および効果】請求項１に記載の筒内直接噴
射式火花点火エンジンにおいて、吸気バルブが開かれる
のに伴って吸気ポートからシリンダ内に空気が吸入され
る。吸気ポートを通ってシリンダ内に吸入される吸気に
は、シリンダの中心線Ｏを中心として旋回するスワール
が生起される。

【００２１】例えば希薄空燃比で運転されるリーンバー
ン領域にて、ピストンが上昇する圧縮行程においてイン
ジェクタが開弁し、燃焼室に燃料が噴射される。吸気ポ
ートを通ってシリンダ内に吸入された空気がピストンで
圧縮された状態で、点火プラグを介して燃料を着火燃焼
させる。

【００２２】ピストンが上昇する圧縮行程においてイン
ジェクタから噴射される燃料噴霧は、吸気ポートにおけ
る吸気の流れ方向に噴射され、スワールによってキャビ
ティ内に集められる。キャビティ内に集められた燃料噴
霧は、ピストンによって加熱され、その微粒化および気
化が進み、高濃度の混合気がキャビティ内に溜まる。

【００２３】ピストンが上死点に近づくのにしたがっ
て、キャビティ内の高濃度の混合気に点火プラグが近づ
き、混合気の成層化がはかれる。こうして燃料を点火プ
ラグの近傍に集中させることにより、着火が確実に行わ
れ、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大する
ことができる。シリンダに供給される混合気の空燃比を
希薄化することにより、エンジンのポンピング損失を低
減し、燃費の低減がはかれる。また、冷間時において燃
料噴射量を増やす必要がなく、エミッションを改善する
ことができる。

【００２４】インジェクタから噴射される燃料は、ピス
トンの冠部に窪むキャビティに拡がることにより、ピス
トンの冠部に当たって点火プラグに跳ね返ることが抑え
られ、点火プラグに液状燃料が直接的に付着することが
防止され、失火を起こすことを回避できる。

【００２５】吸気ポートをシリンダ壁に沿って直立させ
る必要がなく、インテークマニホールドの取付け位置が
高くなることを抑えられ、エンジンのコンパクト化がは
かれる。また、シリンダヘッドの燃焼室壁のまわりに冷
却水を循環させるウォータジャケットの配置自由度が高
まり、エンジンの冷却性を高められる。

【００２６】請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、キャビティをシリンダ中心面Ｃにつ
いて対称的に形成し、インジェクタの燃料噴射方向をシ
リンダ中心面Ｃ上に配置することにより、濃混合気をキ
ャビティを介して点火プラグの近接に集められる。この
結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大
し、燃費の低減がはかれる。

【００２７】請求項３に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、点火プラグをシリンダ中心面Ｃ上に
配置し、点火プラグをキャビティに対してインジェクタ
から最も離れた位置に臨ませることにより、濃混合気を
点火プラグの近傍へと有効に集められる。この結果、燃
焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の
低減がはかれる。

【００２８】請求項４に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、キャビティをピストンの冠部に対し
て皿状に窪ませ、シリンダの中心線Ｏに対するキャビテ
ィの側壁の傾斜角度を０°から４５°の範囲に設定する
ことにより、濃混合気をキャビティを介して点火プラグ
の近傍へと有効に集められる。この結果、燃焼性が確保
される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはか
れる。

【００２９】請求項５に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、ピストンの冠部から隆起する凸部を
形成し、凸部の稜線を点火プラグに近づけて配置するこ
とにより、キャビティの側壁高さが点火プラグの近傍で
大きくなり、濃混合気をキャビティを介して点火プラグ
の近傍へと有効に集められる。この結果、燃焼性が確保
される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはか
れる。

【００３０】請求項６に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、ピストンの冠部を燃焼室天井壁に沿
うように傾斜させて形成することにより、ピストンが上
死点に到達するとき、ピストンの冠部と燃焼室天井壁の
間に画成される燃焼室の容積をキャビティに集中させ
て、高い圧縮比が得られ、エンジンの高出力化がはかれ
る。

【００３１】請求項７に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、インジェクタから円錐状に拡がる燃
料噴霧がキャビティ内に納まる構成としたため、濃混合
気をキャビティを介して点火プラグの近傍へと有効に集
められる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の
限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。

【００３２】請求項８に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、インジェクタから円錐状に拡がる燃
料噴霧が点火プラグに当たらない構成としたため、失火
を起こすことを防止し、サイクル変動に影響されない安
定した燃焼性が確保され、排気性能の向上がはかれる。

【００３３】請求項９に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、スワール比を略３以上に設定し、ス
ワール比をタンブル比の略１．５倍以上に設定すること
により、濃混合気をキャビティを介して点火プラグの近
傍へと有効に集められる。この結果、燃焼性が確保され
る希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれ
る。

【００３４】請求項１０に記載の筒内直接噴射式火花点
火エンジンにおいて、キャビティの側壁にキャビティ内
で旋回する燃料噴霧を点火プラグの近傍に案内するガイ
ド部を形成したため、濃混合気をキャビティを介して点
火プラグの近傍へと有効に集められる。この結果、燃焼
性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低
減がはかれる。

【００３５】請求項１１に記載の筒内直接噴射式火花点
火エンジンにおいて、低負荷時ではピストンが上昇する
圧縮行程にインジェクタからに燃料が噴射され、濃混合
気をキャビティを介して点火プラグの近傍へと有効に集
められる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の
限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。

【００３６】高負荷時では、ピストンが下降する吸入行
程にインジェクタから燃料が噴射され、点火時期を迎え
るまでに燃焼室に均質な混合気が形成され、サイクル変
動に影響されない安定した燃焼性が確保され、出力の向
上がはかれる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。

【００３８】図１、図３に示すように、シリンダヘッド
に形成された燃焼室天井壁２０とピストン１の間に燃焼
室３が画成される。ピストン１のシリンダ５における往
復運動はコンロッド（図示せず）を介してクランクシャ
フト（図示せず）の連続回転運動に変換される。

【００３９】ペントルーフ型に傾斜する燃焼室天井壁２
０には２本に分岐する吸気ポート２１と２本の排気ポー
ト（図示せず）が互いに対向して開口している。すなわ
ち、燃焼室天井壁２０は、各吸気ポート２１が開口する
吸気ポート側傾斜面２３と各排気ポートが開口する排気
ポート側傾斜面２４によって構成される。

【００４０】図１において、線分Ｏはシリンダ５の中心
線である。点火プラグ４はシリンダ５の中心線Ｏと同軸
上に配置され、各吸気バルブ７と各排気バルブの間に位
置して燃焼室３に臨んでいる。点火プラグ４を挟むよう
にして２つの吸気バルブ７と２つの排気バルブ（図示せ
ず）が互いに対向して設けられる。図１において、Ｉは
吸気バルブ７の中心線であり、Ｅは排気バルブの中心線
である。

【００４１】スワール生起手段として、一方の吸気ポー
ト２１からシリンダ５内に導入される吸気量を調節する
コントロールバルブ２６が設けられる。

【００４２】吸気通路には各吸気ポート２１の分岐点よ
り上流側にスワールコントロールバルブ２６が介装され
る。バタフライ式のスワールコントロールバルブ２６は
回転軸２７を介して回動する。

【００４３】図２に示すように、半円盤状をしたスワー
ルコントロールバルブ２６は半円形の切欠き部２８を有
する。切欠き部２８は、スワールコントロールバルブ２
６の閉弁位置で一方の吸気ポート２１より他方の吸気ポ
ート２１に大きく対峙するように回転軸２７と同方向に
オフセットして開口される。これにより、スワールコン
トロールバルブ２６はその閉弁時に一方の吸気ポート２
１を通ってシリンダ５に吸入される吸気流を絞り、他方
の吸気ポート２１からシリンダ５に流入する吸気量の割
合を増やし、シリンダ５に旋回流を生起するようになっ
ている。

【００４４】各吸気ポート２１の通路中心線Ｐがシリン
ダ５の中心線Ｏに直交する水平線Ｌに対して為す吸気ポ
ート流入角度θｉは、０°から９０°の間で任意に設定
される。

【００４５】シリンダ５に生起される旋回流はシリンダ
５の中心線Ｏに対して所定角度をもって傾斜する軸を中
心に旋回し、シリンダ５の中心線Ｏを中心に旋回するス
ワールの成分と、シリンダ５の中心線Ｏと直交する軸を
中心に旋回するタンブルの成分を有する。シリンダ５に
は図４において白抜き矢印で示すように反時計回り方向
に旋回するスワールが生起される。

【００４６】本実施形態では、スワール比を略３以上に
設定し、スワール比をタンブル比の略１．５倍以上に設
定する。ここで、スワール比とタンブル比はクランクシ
ャフトが１回転する間における各旋回流の回転数と定義
する。

【００４７】スワールコントロールバルブ２６の回転軸
２７にアクチューエータ（図示せず）が連結される。ア
クチュエータの作動を制御するコントロールユニット
（図示せず）は予め設定されたマップに基づいてエンジ
ンの負荷および回転数が所定値以下のリーンバーン領域
ではスワールコントロールバルブ２６を閉弁し、リーン
バーン領域以外ではスワールコントロールバルブ２６を
開弁する。

【００４８】燃焼室天井壁２０の側部から燃焼室３に臨
むインジェクタ（電磁式燃料噴射弁）６と、中央部から
燃焼室３に臨む点火プラグ４がそれぞれ設けられる。

【００４９】インジェクタ６はその開弁時期と開弁期間
（噴射パルス幅）がコントロールユニットにより運転状
態に応じて制御される。

【００５０】コントロールユニットは、図示しない各セ
ンサによって検出された吸入空気量Ｑａとエンジン回転
数Ｎとに基づいて基本噴射量Ｔｐを次式で算出する。

【００５１】 Ｔｐ＝Ｋ・Ｑａ／Ｎ ‥‥（１） ただし、Ｋ；定数 そして、所定のストイキ域で空燃比が理論空燃比を中心
とした狭い範囲に収めるか、または成層燃焼を実現する
ための空燃比となるように最終的な燃料噴射量Ｔｉを次
式で算出して燃料噴射量をフィードバック制御する。

【００５２】 Ｔｉ＝Ｔｐ×α×ＣＯＥＦ＋Ｔｓ …（２） ただし、αは空燃比フィードバック補正係数、ＣＯＥＦ
は冷却水温度補正係数、および成層燃焼のための補正係
数等をパラメータとした各種補正係数の和、Ｔｓは無効
噴射パルス幅である。

【００５３】この演算された燃料噴射量Ｔｉに対応する
パルス信号をインジェクタ６に出力し、燃料噴射制御を
行う。

【００５４】コントロールユニットは、エンジンの負荷
および回転数が所定値以下のリーンバーン領域で、シリ
ンダ１に供給される混合気の空燃比を理論空燃比より希
薄側に調節する。エンジンの負荷または回転数が所定値
を超えて上昇するリーンバーン領域外で、シリンダ１に
供給される混合気の空燃比を理論空燃比またはリッチ側
に調節する。

【００５５】インジェクタ６が開弁するのに伴ってシリ
ンダ５内に噴射される燃料は、各吸気バルブ７が開かれ
るのに伴って吸気ポート２１から吸入される空気と混合
する。シリンダ５内に形成された混合気はピストン１で
圧縮された状態で点火プラグ４を介して燃料が着火燃焼
する。燃焼したガスはピストン１を下降させてクランク
シャフトを介して回転力を取り出した後、ピストン１が
上昇する排気行程中に排気バルブ７が開かれるのに伴っ
て各排気ポートから排出される。これらの各行程が連続
して繰り返される。

【００５６】インジェクタ６の開弁時期である燃料噴射
時期は、予め設定されたマップに基づき、エンジンの負
荷および回転数が所定値以下のリーンバーン領域でピス
トン１が上昇する圧縮行程の後半に設定され、エンジン
の負荷または回転数が所定値を超えて上昇するリーンバ
ーン領域外でピストン１が下降する吸気行程に設定され
ている。

【００５７】インジェクタ６は各吸気バルブ７の側方
で、かつ各吸気バルブ７の間に位置して燃焼室３に臨ん
でいる。

【００５８】図４に示すように、ピストン１の冠部１０
には、その中央部にルーフ状に隆起する凸部３１が形成
されるとともに、皿状に窪むキャビティ１１が形成され
る。キャビティ１１は、シリンダ５の中心線Ｏと直交す
る平面状をしたキャビティ底面１５と、キャビティ底面
１５の外周から逆円錐面状に拡がるキャビティ側壁１６
によって画成される。

【００５９】キャビティ底面１５はシリンダ５の中心線
Ｏに直交する水平線Ｌと平行な平面状に形成される。

【００６０】キャビティ側壁１６はそのシリンダ５の中
心線Ｏに対する傾斜角度が０°から４５°の範囲となる
ように形成される。

【００６１】図３、図４において、シリンダ中心面Ｃは
シリンダ５の中心線Ｏを含み図示しないクランクシャフ
トの回転中心軸と直交する平面である。キャビティ１１
をはじめピストン１と燃焼室天井壁２０と吸気ポート２
１および排気ポート２３は、シリンダ中心面Ｃについて
対称的に形成される。

【００６２】キャビティ１１はシリンダ５の中心線Ｏに
ついてインジェクタ６側に偏心した円形の断面を持ち、
インジェクタ６に近接するように配置される。

【００６３】シリンダ中心面Ｃ上に配置された点火プラ
グ４は、キャビティ１１に対してインジェクタ６から最
も離れた位置に対向するように臨む。

【００６４】ピストン１の冠部１０は凸部３１によって
燃焼室天井壁２０に沿って傾斜する。すなわち、凸部３
１は燃焼室天井壁２０の吸気ポート側傾斜面２３の下方
に位置する吸気ポート側傾斜面３５と、燃焼室天井壁２
０の排気ポート側傾斜面２４の下方に位置する排気ポー
ト側傾斜面３６によって構成される。凸部３１の突出端
となる稜線３３はシリンダ列方向に沿って延びている。

【００６５】これにより、ピストン１が上死点に到達す
るとき、ピストン１と燃焼室天井壁２０の間に画成され
る燃焼室３の容積をキャビティ１１に集中させて、高い
圧縮比が得られる。

【００６６】凸部３１の稜線３３はシリンダ５の中心線
Ｏと交わるシリンダ列方向の中心線に沿って形成され、
シリンダ５の中心線Ｏ上に配置される点火プラグ４に近
づけられる。これにより、点火プラグ４の近傍に位置す
るキャビティ側壁１６の高さが確保され、後述するよう
に、燃料噴霧を点火プラグ４の近傍に有効に集められ
る。

【００６７】キャビティ１１は凸部３１の稜線３３の中
央部を削除するようにして窪んでいる。凸部３１が設け
られることにより、キャビティ側壁１６を点火プラグ４
の近傍に位置するキャビティ側壁１６の高さが確保さ
れ、後述するように、燃料噴霧を点火プラグ４の近傍に
集めるようになっている。

【００６８】インジェクタ６の燃料噴射方向は各吸気ポ
ート２１を流れる吸気の流れ方向と略同一方向に設定さ
れる。インジェクタ６はシリンダ中心面Ｃ上に配置さ
れ、インジェクタ６の燃料噴霧の中心線Ｆがシリンダ中
心面Ｃ上に配置される。

【００６９】インジェクタ６から噴射される燃料噴霧を
その頂角が４０°から８０°の範囲にある円錐状に拡が
る構成とし、ピストン１が下降する吸入行程で、インジ
ェクタ６の噴口から噴射された燃料噴霧の大部分がキャ
ビティ１１内に納まるようになっている。

【００７０】インジェクタ６の燃料噴射方向はキャビテ
ィ１１に対向し、点火プラグ４に対向しないように配置
される。すなわち、インジェクタ６から噴射される燃料
噴霧の中心線Ｆは水平線Ｌに対して所定角度θｆをもっ
て下向きに傾斜するように配置され、円錐状に拡がる燃
料噴霧が点火プラグに当たらない構成とする。

【００７１】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００７２】各吸気バルブ７が開かれるのに伴って各吸
気ポート２１からシリンダ５内に空気が吸入される。リ
ーンバーン領域ではピストン１が上昇する圧縮行程の後
半にインジェクタ６が開弁し、燃焼室３に燃料が噴射さ
れる。例えば圧縮上死点前６０°のタイミングでインジ
ェクタ６から図示したように燃料噴霧がキャビティ１１
に向けて放射状に噴射される。

【００７３】各吸気ポート２１を通ってシリンダ５内に
吸入された空気がピストン１で圧縮された状態で、点火
プラグ４を介して燃料を着火燃焼させる。燃焼したガス
はピストン１を下降させてクランクシャフトを介して回
転力を取り出した後、ピストン１が上昇する排気行程中
に排気バルブが開かれるのに伴って各排気ポートから排
出される。これらの各行程が連続して繰り返される。

【００７４】リーンバーン領域でスワールコントロール
バルブ２６が閉弁し、各吸気バルブ７が開かれるのに伴
って吸気の大部分が一方の吸気ポート７を通ってシリン
ダ５内に吸入され、シリンダ５およびキャビティ１１の
側壁１６に沿って旋回するスワールが生起される。

【００７５】インジェクタ６から噴射された燃料噴霧
は、その大部分がキャビティ１１内に向かい、スワール
によってキャビティ１１内に集められる。キャビティ１
１内に集められた燃料噴霧は、ピストン１によって加熱
され、その微粒化および気化が進み、高濃度の混合気が
キャビティ１１内に溜まる。

【００７６】ピストン１が上死点に近づくのにしたがっ
て、キャビティ１１内の高濃度の混合気に点火プラグ４
が近づき、混合気の成層化がはかれる。こうして燃料を
点火プラグ４の近傍に集中させることにより、着火が確
実に行われ、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を
拡大することができる。シリンダ５に供給される混合気
の空燃比を希薄化することにより、エンジンのポンピン
グ損失を低減し、燃費の低減がはかれる。また、冷間時
において燃料噴射量を増やす必要がなく、エミッション
を改善することができる。

【００７７】インジェクタ６から噴射される燃料は、ピ
ストン１の冠部１０に窪むキャビティ１１に拡がること
により、ピストン１の冠部１０に当たって点火プラグ４
に跳ね返ることが抑えられ、点火プラグ４に液状燃料が
直接的に付着することが防止され、失火を起こすことを
回避できる。

【００７８】エンジンの負荷または回転数が所定値を超
えて上昇するリーンバーン領域外で、スワールコントロ
ールバルブ２６が全開し、吸気は２本の吸気ポート２１
に略均等に分流してシリンダ１内に吸入される。したが
って、ポート面積が拡大してエンジンの吸気充填効率を
高められる。

【００７９】リーンバーン領域外では、各吸気ポート２
１を通ってシリンダ１内に流入する吸気流が互いに衝突
し、シリンダ１内に生起されるスワールの勢力は弱まる
が、シリンダ１に供給される混合気の空燃比を理論空燃
比またはリッチ側に調節されるため、ピストン１が下降
する吸入行程でインジェクタ６が開弁し、燃焼室３に燃
料が噴射されることにより、ピストン１が上昇して点火
時期を迎えるまでに燃焼室３に均質な混合気が形成さ
れ、着火が確実に行われるとともに、火炎の伝播が促さ
れる。

【００８０】各吸気ポート２１はシリンダ５の中心線Ｏ
に対して大きく傾斜して設けられる構造のため、インテ
ークマニホールド（図示せず）の取付け位置が高くなる
ことを抑えられ、エンジンのコンパクト化がはかれる。
また、シリンダヘッドの燃焼室壁のまわりに形成される
ウォータジャケット（図示せず）の配置自由度が高くな
り、エンジンの冷却性を高められる。

【００８１】次に、図５、図６に示す実施形態について
説明する。なお、図１、図４との対応部分には同一符号
を付す。

【００８２】キャビティ１１の側壁１６にキャビティ１
１内で旋回する燃料噴霧を点火プラグ４の近傍に案内す
るガイド部４０が形成される。

【００８３】キャビティ側壁１６はそのシリンダ中心線
Ｏに対する傾斜角度が部分的にスワールに旋回方向に沿
って次第に大きくなり、ガイド部４０はキャビティ側壁
１６の途中に段差として形成される。

【００８４】ガイド部４０は点火プラグ４の直下方で、
シリンダ中心面Ｃの手前に配置される。

【００８５】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００８６】リーンバーン領域でスワールコントロール
バルブ２６が閉弁し、各吸気バルブ７が開かれるのに伴
って吸気の大部分が一方の吸気ポート７を通ってシリン
ダ５内に吸入され、シリンダ５およびキャビティ１１の
側壁１６に沿って旋回するスワールが生起される。

【００８７】インジェクタ６から噴射された燃料噴霧
は、その大部分がキャビティ１１内に向かい、スワール
によってキャビティ１１内に集められる。キャビティ１
１内に集められた燃料噴霧は、ピストン１によって加熱
され、その微粒化および気化が進み、高濃度の混合気が
キャビティ１１内に溜まる。

【００８８】インジェクタ６から噴射された燃料噴霧は
シリンダ５に生起されるスワールと共に旋回し、ガイド
部４０に沿って上昇することにより、濃混合気が点火プ
ラグ４の近傍に集められ、混合気の成層化がはかれる。
こうして燃料を点火プラグ４の近傍に集中させることに
より、着火が確実に行われ、燃焼性が確保される希薄空
燃比の限界値を拡大することができる。シリンダ５に供
給される混合気の空燃比を希薄化することにより、エン
ジンのポンピング損失を低減し、燃費の低減がはかれ
る。また、冷間時において燃料噴射量を増やす必要がな
く、エミッションを改善することができる。

【００８９】また、キャビティ内で旋回する燃料噴霧を
点火プラグの近傍に案内するガイド部として、キャビテ
ィ底面から点火プラグに向けて延びるスロープや溝を形
成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示すエンジンの概略断面
図。

【図２】同じく吸気ポートの断面図。

【図３】同じく燃焼室天井壁の概略平面図。

【図４】同じくピストンの概略平面図。

【図５】他の実施形態をエンジンの概略断面図。

【図６】同じくピストンの概略平面図。

【符号の説明】

１ ピストン ３ 燃焼室 ４ 点火プラグ ５ シリンダ ６ インジェクタ １０ ピストン冠部 １１ キャビティ １５ キャビティ底面 １６ キャビティ側面 ２０ 燃焼室天井壁 ２１ 吸気ポート ２３ 吸気ポート側傾斜面 ２４ 排気ポート側傾斜面 ２６ スワールコントロールバルブ ２８ 切欠き部 ３１ 凸部 ３５ 吸気ポート側傾斜面 ３６ 排気ポート側傾斜面 ４０ ガイド部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ｓ ３１０Ａ 61/18 ３６０ 61/18 ３６０Ｊ Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０２ Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０２Ｚ (72)発明者 漆原 友則 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 的場 雅司 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダ内に吸気を導入する吸気ポート
   と、 シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと、 シリンダ内の混合気に点火する点火プラグと、 シリンダ内から排気を排出する排気ポートと、 を備える筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、 吸気ポートからシリンダ内に流入する吸気にスワールを
   生起するスワール生起手段を備え、 インジェクタの燃料噴射方向を吸気ポートにおける吸気
   の流れ方向と略同一方向に設定し、 ピストンの冠部にスワールによって燃料を点火プラグの
   近傍に導くように窪むキャビティを形成したことを特徴
   とする筒内直接噴射式火花点火エンジン。
2. 【請求項２】前記シリンダの中心線Ｏを含みクランクシ
   ャフトの回転中心軸と直交する平面をシリンダ中心面Ｃ
   と定義し、 キャビティをシリンダ中心面Ｃについて対称的に形成
   し、 インジェクタの燃料噴射方向をシリンダ中心面Ｃ上に配
   置したことを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射
   式火花点火エンジン。
3. 【請求項３】前記シリンダの中心線Ｏを含みクランクシ
   ャフトの回転中心軸と直交する平面をシリンダ中心面Ｃ
   と定義し、 キャビティをシリンダ中心面Ｃについて対称的に形成
   し、 点火プラグをシリンダ中心面Ｃ上に配置し、 点火プラグをキャビティに対してインジェクタから最も
   離れた位置に臨ませたことを特徴とする請求項１または
   ２に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。
4. 【請求項４】前記キャビティをピストンの冠部に対して
   皿状に窪ませ、 シリンダの中心線Ｏに対するキャビティの側壁の傾斜角
   度を０°から４５°の範囲に設定したことを特徴とする
   請求項１から３のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式
   火花点火エンジン。
5. 【請求項５】ピストンの冠部から隆起する凸部を形成
   し、 凸部の稜線を点火プラグに近づけて配置したことを特徴
   とする請求項１から３のいずれか一つに記載の筒内直接
   噴射式火花点火エンジン。
6. 【請求項６】前記ピストンとの間で燃焼室を画成する燃
   焼室天井壁を吸気ポートが開口する吸気ポート側傾斜面
   と排気ポートが開口する排気ポート側傾斜面によって構
   成し、 ピストンの冠部を燃焼室天井壁に沿うように傾斜させて
   形成したことを特徴とする請求項１から５のいずれか一
   つに記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。
7. 【請求項７】前記インジェクタから噴射される燃料噴霧
   をその頂角が４０°から８０°の範囲にある円錐状に拡
   がる構成とし、 円錐状に拡がる燃料噴霧がキャビティ内に納まる構成と
   したことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに
   記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。
8. 【請求項８】前記インジェクタから噴射される燃料噴霧
   を円錐状に拡がる構成とし、 円錐状に拡がる燃料噴霧が点火プラグに当たらない構成
   としたことを特徴とする請求項１から７のいずれか一つ
   に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。
9. 【請求項９】スワール比を略３以上に設定し、 スワール比をタンブル比の略１．５倍以上に設定したこ
   とを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の
   筒内直接噴射式火花点火エンジン。
10. 【請求項１０】前記キャビティの側壁にキャビティ内で
    旋回する燃料噴霧を点火プラグの近傍に案内するガイド
    部を形成したことを特徴とする請求項１から９のいずれ
    か一つに記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。
11. 【請求項１１】前記インジェクタの燃料噴射時期を高負
    荷時に吸気行程に設定し、 インジェクタの燃料噴射時期を低負荷時に圧縮行程に設
    定したことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一
    つに記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。