JPH10205413A - 筒内直接燃料噴射エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、気化を充分に行えることによ
り、すすの発生の殆どない筒内直接燃料噴射エンジンを
提供することにある。 【解決手段】ピストン１０の冠面には、キャビティ２０
が形成されている。燃料噴射弁１００は、旋回性を有す
る燃料噴霧をキャビティ２０に向けて噴射する。スワー
ルコントロールバルブ８０によって、燃焼室４０内に
は、スワール流９０が形成される。ここで、燃料噴射弁
１００からの燃料噴霧１１０の噴射方向を、燃焼室４０
の中央方向よりも吸気の燃焼室４０内への流入側に偏心
させるとともに、吸気のスワール流９０の回転方向と、
燃料噴霧１１０の旋回方向を同一方向としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒内直接燃料噴射
エンジンに係り、特に、筒内直接燃料噴射にスワール燃
料噴射弁を用いる火花点火式エンジンに用いる好適な筒
内直接燃料噴射エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】燃費向上を図るエンジンとして、筒内直
接燃料噴射エンジンが注目されている。従来の筒内直接
燃料噴射エンジンとしては、例えば、自動車技術会学術
講演会前刷集９６５の９６３８０２２「筒内噴射ガソリ
ンエンジンの燃焼特性」に記載されているように、筒内
噴射式による成層燃焼を行うための基本構成として、深
いキャビティを持つピストンを採用している。ピストン
キャビティを深くすることにより、燃料噴射弁からの噴
霧の拡散を防止して、点火プラグの近傍に搬送して、可
燃混合気に点火するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ピスト
ンに深いキャビティを形成するためには、ピストンの長
さを長くする必要がある。その結果として、ピストンが
首振り動作を行うため高回転のエンジンに適用するには
不向きなものであった。

【０００４】この点を解決するには、キャビティを浅く
すればよいものである。しかしながら、浅いキャビティ
を用いると、燃料を蒸発させるためにキャビティ内を搬
送する際に、スワール流の影響を受けるため、燃料噴霧
が拡散し、成層化が崩れ易いものである。成層化が崩さ
ないようにするには、燃料噴霧の搬送距離を短くする必
要がある。噴霧の搬送距離を短くすると、気化が不十分
となるため、特に、噴霧される燃料量が多くなると、す
す（スモーク）の発生が増大するという問題がある。一
般のガソリンエンジンにおいては、すすの発生は殆どな
いのが現状であるため、すすが発生するということはガ
ソリンエンジンにとって特に大きな問題となる。

【０００５】本発明の目的は、気化を充分に行えること
により、すすの発生の殆どない筒内直接燃料噴射エンジ
ンを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、シリンダ内を上下動するとともにその冠
面にキャビティの形成されたピストンと、このピストン
と上記シリンダの内壁の間に形成される燃焼室内に旋回
性を有する燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁と、上記燃焼
室内に導入される吸気によりスワール流を形成するスワ
ール制御手段と、上記燃焼室の中央上部に取り付けられ
た点火プラグとを有し、上記燃料噴霧を旋回して微粒化
するとともに、上記吸気のスワール流により混合気を形
成する筒内直接燃料噴射エンジンにおいて、上記燃料噴
射弁からの上記燃料噴霧の噴射方向を、上記燃焼室の中
央方向よりも上記吸気の上記燃焼室内への流入側に偏心
させるとともに、上記吸気のスワール流の回転方向と、
上記燃料噴霧の旋回方向を同一方向としたものであり、
かかる構成により、燃料噴霧の搬送距離を長くしても、
燃料噴霧の拡散を防止することができ、効率の良い燃焼
を行うことができるため、すすの発生を防止し得るもの
となる。

【０００７】上記筒内直接燃料噴射エンジンにおいて、
好ましくは、上記キャビティの中心位置を、上記燃焼室
の中央方向よりも上記吸気の上記燃焼室内への流入側に
偏心させるようにしたものである。

【０００８】上記筒内直接燃料噴射エンジンにおいて、
好ましくは、上記キャビティは、楕円形状としたもので
あり、かかる構成により、キャビティを大きくして、成
層燃焼の回転領域を広げ得るものとなる。

【０００９】上記筒内直接燃料噴射エンジンにおいて、
好ましくは、上記キャビティと上記ピストンの側壁外周
部との間であって、上記吸気の上記燃焼室内への流入側
に形成され、上記吸気のスワール流の上記キャビティ内
への流入を促進する流入口を設けるようにしたものであ
り、かかる構成により、積極的にスワール流をキャビテ
ィ内に導入することができ、液膜の蒸発を促進し得るも
のとなる。

【００１０】上記筒内直接燃料噴射エンジンにおいて、
好ましくは、上記流入口は、少なくとも２個形成され、
それぞれの流入口は、それぞれの流入口から流入した上
記スワール流が、上記キャビティの内部において、同一
方向の渦巻状の流れを形成する位置に形成するようにし
たものであり、かかる構成により、積極的にスワール流
をキャビティ内に導入することができ、液膜の蒸発をさ
らに促進し得るものとなる。

【００１１】上記筒内直接燃料噴射エンジンにおいて、
好ましくは、上記ピストンは、その冠面に吸気弁用のリ
セスを備え、このリセスは、上記ピストンの側壁外周部
の一部を切り欠く外径寸法を有することにより、上記吸
気のスワール流の上記キャビティ内への流入を促進し得
るものとなる。

【００１２】上記筒内直接燃料噴射エンジンにおいて、
好ましくは、上記キャビティは、キャビティの側壁に対
して、その頂部がキャビティの内周側に飛び出した形状
のオーバーハング部を備えるようにしたものであり、か
かる構成により、燃料噴霧のキャビティからの飛び出し
を防止し得るものとなる。

【００１３】上記目的を達成するために、本発明は、シ
リンダ内を上下動するとともにその冠面にキャビティの
形成されたピストンと、このピストンと上記シリンダの
内壁の間に形成される燃焼室内に旋回性を有する燃料噴
霧を噴射する燃料噴射弁と、上記燃焼室内に導入される
吸気によりスワール流を形成するスワール制御手段と、
上記燃焼室の中央上部に取り付けられた点火プラグとを
有し、上記燃料噴霧を旋回して微粒化するとともに、上
記吸気のスワール流により混合気を形成する筒内直接燃
料噴射エンジンにおいて、上記燃料噴射弁からの上記燃
料噴霧の噴射方向を、上記燃焼室の中央方向とするとと
もに、上記吸気のスワール流の回転方向と上記燃料噴霧
の旋回方向を反対方向としたものであり、かかる構成に
より、燃料噴霧の搬送距離が短い場合でも、燃料噴霧の
拡散を促進することができ、効率の良い燃焼を行うこと
ができるため、すすの発生を防止し得るものとなる。

【００１４】上記目的を達成するために、本発明は、シ
リンダ内を上下動するとともにその冠面にキャビティの
形成されたピストンと、このピストンと上記シリンダの
内壁の間に形成される燃焼室内に旋回性を有する燃料噴
霧を噴射する燃料噴射弁と、上記燃焼室の中央上部に取
り付けられた点火プラグとを有し、上記燃料噴霧を旋回
して微粒化する筒内直接燃料噴射エンジンにおいて、上
記燃料噴射弁からの上記燃料噴霧の噴射方向を、上記燃
焼室の中央方向とするとともに、上記ピストンの冠面の
屋根の頂部付近の外周側に形成された２個のスキッシュ
通路を備え、上記２個のスキッシュ通路によって発生す
る２つのスキッシュ流を合流させた上で、上記燃料噴霧
を上記点火プラグ方向に押すようにしたものであり、か
かる構成により、燃料噴霧の拡散を促進することがで
き、効率の良い燃焼を行うことができるため、すすの発
生を防止し得るものとなる。

【００１５】上記目的を達成するために、本発明は、シ
リンダ内を上下動するとともにその冠面にキャビティの
形成されたピストンと、このピストンと上記シリンダの
内壁の間に形成される燃焼室内に旋回性を有する燃料噴
霧を噴射する燃料噴射弁と、上記燃焼室内に導入される
吸気によりスワール流を形成するスワール制御手段と、
上記燃焼室の中央上部に取り付けられた点火プラグとを
有し、上記燃料噴霧を旋回して微粒化するとともに、上
記吸気のスワール流により混合気を形成する筒内直接燃
料噴射エンジンにおいて、上記燃料噴射弁からの上記燃
料噴霧の噴射方向を、上記燃焼室の中央方向とするとと
もに、上記吸気のスワール流の回転方向と上記燃料噴霧
の旋回方向を反対方向とし、さらに、上記ピストンの冠
面の屋根の頂部付近であって、上記燃料噴射弁から噴射
される燃料噴霧の噴射方向の延長線上に形成された中央
スキッシュ通路を備え、上記中央スキッシュ通路によっ
て発生する対向キッシュ流を上記燃料噴霧に衝突させる
ようにしたものであり、かかる構成により、燃料噴霧の
搬送距離が短い場合でも、燃料噴霧の拡散を促進するこ
とができ、効率の良い燃焼を行うことができるため、す
すの発生を防止することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図３を用いて、本発
明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射エンジンの
構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施形
態による筒内直接燃料噴射エンジンの要部断面図であ
り、図２は、本発明の第１の実施形態による筒内直接燃
料噴射エンジンのピストン冠面の上面図であり、図３
は、本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴射エ
ンジンにおける燃料噴霧の挙動の説明図である。

【００１７】図１に示すように、ピストン１０は、シリ
ンダ２０内に配置されており、シリンダ２０の内部で上
下動可能である。ピストン１０の冠面には、キャビティ
３０が形成されている。キャビティ３０の深さは、浅い
ものである。シリンダ２０の上部内壁面は、屋根形に形
成されており、この屋根形の内壁面とピストン１０の冠
面との間に、燃焼室４０が形成される。点火プラグ５０
は、燃焼室４０のほぼ中央に取付配置されている。

【００１８】シリンダ２０の上面には、吸気管６０が取
り付けられており、吸気弁７０を開くことにより、燃焼
室４０内に吸気が流通する。なお、図示は省略している
が、吸気管６０は、２股に分岐しており、１つの燃焼室
４０に対して２つの吸気弁７０を介して吸気が導入され
る。また、図示は省略しているが、１つの対して２つの
排気弁を介して２つの排気管が接続されており、１シリ
ンダ当たり４バルブの構成となっている。

【００１９】吸気管６０の内部であって、分岐した吸気
管が合流する位置には、スワールコントロールバルブ
（ＳＣＶ）８０が取り付けられている。ＳＣＶ８０は、
２つの吸気管６０の一方を閉じるように作動することに
より、吸気行程において、燃焼室４０内に、矢印で示す
ようなスワール流９０を発生させる。

【００２０】シリンダ２０の上部には、燃料噴射弁１０
０が取り付けられており、燃料噴射弁１００の先端は、
燃焼室４０内に開口している。燃料噴射弁１００の取付
位置は、２つに分岐した吸気管６０の間の位置である。
燃料噴射弁１００から燃焼室４０内に噴射された燃料噴
霧１１０は、キャビティ３０の方向に向けて噴射され
る。燃料噴射弁１００は、その先端部にスワール溝を有
しており、噴射される燃料噴霧１１０に対して旋回力を
与えて微粒化する旋回型の燃料噴射弁である。燃料噴霧
１１０は、矢印で示す旋回方向１２０を有している。こ
こで、本実施形態において特徴的なことは、スワール流
９０の回転方向と、燃料噴霧１１０の旋回方向１２０が
同一方向となっている。なお、この点については、図２
を用いて後述する。

【００２１】図２は、本実施形態による筒内直接燃料噴
射エンジンのピストン冠面を上面から見た状態を示して
いる。なお、図１と同一符号は、同一部分を示してい
る。

【００２２】図１に示した吸気管６０は２股に分岐して
おり、２つの吸気口６０Ａ，６０Ｂにおいて、燃焼室４
０に対して開口している。吸気口６０Ａ，６０Ｂを通っ
て、吸気が燃焼室４０内に導入される。ここで、図１に
示したＳＶＣ８０を作動させて、吸気口６０Ｂに対する
吸気の導入を遮断し、吸気口６０Ａからのみ吸気を導入
するようにすることにより、吸気行程において矢印で示
す反時計回りのスワール流９０を燃焼室４０内に形成す
ることができる。

【００２３】ピストン１０の冠面には、キャビティ３０
が形成されている。キャビティ３０は、燃料噴射弁１０
０から見て右側に偏心して形成されている。即ち、吸気
口６０Ｂから吸気が流入する場合において、キャビティ
３０は、吸気の流入側に偏心して形成されている。燃焼
室４０のほぼ中央に取り付けられた点火プラグ５０の真
下に、キャビティ３０の側壁３０Ａの一部が位置してい
る。

【００２４】燃料噴射弁１００は、吸気口６０Ａ，６０
Ｂの間の位置に取り付けられており、燃料噴射弁１００
の先端は、燃焼室４０内に開口している。燃料噴射弁１
００から燃焼室４０内に噴射された燃料噴霧１１０は、
キャビティ３０の方向に向けて噴射される。燃料噴射弁
１００から噴射される燃料噴霧１１０は、矢印で示す反
時計回りの旋回方向１２０を有している。

【００２５】ここで、本実施形態において特徴的なこと
は、スワール流９０の回転方向と、燃料噴霧１１０の旋
回方向１２０が同一方向となっている。スワール流９０
の回転方向及び燃料噴霧１１０の旋回方向１２０は、い
づれも、３次元の旋回流である。しかしながら、ピスト
ン１０の冠面側から２次元的に見た場合には、図２に示
すように、スワール流９０の回転方向と、燃料噴霧１１
０の旋回方向１２０は、いずれも、反時計回りの回転方
向を示しており、両者は、同一方向を有するようにして
いる。

【００２６】次に、図３を用いて、燃料噴射弁１００か
ら噴射された燃料噴霧１１０の挙動について説明する。
なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

【００２７】燃料噴霧１１０は、キャビテイ３０の底面
に当たり、噴射方向に底面を滑ってキャビティ３０の側
壁３０Ａに当たる。一方、図１に示したように、ピスト
ン１０の冠面は、燃料噴射弁１００側が低く、中心近く
が高くなっている。従って、キャビティ３０の内部に
は、スワール流９０が流入し、側壁３０Ａに沿った反時
計回りの流れを形成する。燃料噴霧１１０は、それ自身
の貫通力があるが、スワール流９０によって形成される
キャビティ３０内の反時計回りの流れによって、側壁３
０Ａに沿って、点火プラグ５０の方向に流れる。

【００２８】燃料噴霧１１０は、キャビティ３０の側壁
３０Ａに沿って移動する最中に、キャビティ３０の底面
や側壁３０Ａから熱を受けて蒸発し、可燃混合気を形成
する。点火プラグ５０に達した可燃混合気は、点火さ
れ、燃焼する。

【００２９】燃料噴霧１１０は点火プラグ５０で点火さ
れるまでに蒸発し、空気と混合した可燃混合気になる必
要がある。蒸発不足の場合は、燃料の液膜よりすすや未
燃燃料（ＨＣ）を発生させることになる。従って、蒸発
を促進するためには、燃料の気化時間を稼ぐ必要があ
り、そのためには、燃料噴霧１１０のキャビティ３０内
の搬送距離は長い方が良いものである。燃料噴霧１１０
の搬送距離を長くするために、本実施形態においては、
キャビティ３０は、吸気の流入側に偏心して形成すると
ともに、燃料噴霧１１０は、キャビティ３０の方向に向
けて噴射される。そして、燃料噴霧１１０は、スワール
流９０のキャビティ３０内の流れを利用して、点火プラ
グ５０の方向に搬送することにより、搬送距離を長くし
ている。

【００３０】しかし、搬送距離が長くなると、燃料噴霧
１１０は拡散も進み、点火プラグ位置に到達したときに
着火，燃焼できる混合気濃度を有しなくなる。そこで、
本実施形態においては、燃料噴霧１１０の旋回方向とス
ワール流の回転方向を同じにすることにより、燃料噴霧
１１０の拡散を防止するようにしている。即ち、スワー
ル式の燃料噴射弁は、燃料に旋回力を作用させ微粒化す
る物であり、燃料噴霧自体に旋回力を有している。特
に、燃料噴霧の旋回力は、壁等がある空間で維持され
る。スワール流の回転方向と燃料噴霧の旋回方向を同一
とし、燃料噴霧の搬送時に、燃料噴霧を巻き込む様にス
ワール流が働くため、燃料噴霧の旋回力が保持され、燃
料噴霧の拡散を防止することができる。

【００３１】以上のようにして、燃料噴霧の搬送距離を
長くして、燃料の気化時間を稼ぎ、蒸発を促進するとと
もに、燃料噴霧の拡散を防止することにより、未蒸発成
分を低減して、燃焼できる混合気濃度を有する可燃混合
気に点火して、効率の良い燃焼を行うことができる。従
って、すすの発生を防止することができる。

【００３２】なお、燃料噴霧１１０の旋回方向とスワー
ル流の回転方向を逆にすると、燃料噴霧とスワール流が
ぶつかり、燃料噴霧を外側より剥離させるため、燃料噴
霧を拡散する作用が強く、拡散しやすくなり、燃焼でき
る混合気濃度が得られなくなる。

【００３３】なお、以上の説明では、スワール流の回転
方向と燃料噴霧の旋回方向を共に、反時計回りとしてい
るが、これらを共に、時計回りとすることもできる。ス
ワール流を時計回りとするためには、図２に示した状態
において、ＳＶＣを制御して、吸気口６０Ａからの吸気
の導入を遮断して、吸気口６０Ｂのみから吸気を燃焼室
２０内に導入するようにすればよいものである。また、
燃料噴霧の旋回方向を時計回りにするためには、燃料噴
射弁の先端に設けられている旋回性を与えるためのスワ
ール溝の方向を調整して、時計回りの旋回性を与えるよ
うにすればよいものである。また、このようにして、ス
ワール流の回転方向と燃料噴霧の旋回方向を共に時計回
りとした場合には、キャビティ３０は、吸気の流入側で
ある吸気口６０Ｂ側に偏心させるとともに、燃料噴射弁
から噴射する燃料噴霧の方向を、キャビティの中心方向
に向ける必要がある。

【００３４】本実施形態によれば、スワール流の回転方
向と燃料噴霧の旋回方向とを同一にすることにより、燃
料噴霧の搬送距離を長くしても、燃料噴霧の拡散を防止
することができ、効率の良い燃焼を行うことができるた
め、すすの発生を防止することができる。

【００３５】次に、図４及び図５を用いて、本発明の第
２の実施形態による筒内直接燃料噴射エンジンの構成に
ついて説明する。図４は、本発明の第２の実施形態によ
る筒内直接燃料噴射エンジンのピストン冠面の上面図で
あり、図５は、図４のＡ−Ａ’断面図である。

【００３６】本実施形態における筒内直接燃料噴射エン
ジンの要部断面構造は、図１において説明したものと同
様である。そして、図１若しくは図２と同一符号は、同
一部分を示している。

【００３７】本実施形態においても、スワール流９０の
回転方向と燃料噴霧１１０の旋回方向を共に同一方向で
あり、反時計回りとしている。また、キャビティ３０
は、吸気の流入側である吸気口６０Ａ側に偏心させると
ともに、燃料噴射弁１００から噴射する燃料噴霧１１０
の噴射方向を、キャビティ３０の中心方向に向けるよう
にしている。

【００３８】さらに、本実施形態においては、図４に示
すように、ピストン１０Ａの冠面であって、キャビティ
３０とピストン１０Ａの側壁外周部の間に、流入口１３
０を形成している。流入口１３０の断面形状は、図５に
示すようになっており、キャビティ３０の底面部に近い
位置まで、流入口１３０の底面を下げるようにしてい
る。

【００３９】図１に示したように、ピストン１０Ａの冠
面は、外周側が低く、中心近くが高い屋根形をしてお
り、スワール流９０は、キャビティ３０内に流れこみ易
い構造となっている。本実施形態においては、流入口１
３０を設けることにより、さらに、キャビティ３０内へ
のスワール流９０Ａが流入し易くなっている。スワール
流９０の流速は、ピストン１０Ａの外周側が強く、内周
側にいくほど弱くなる。従って、ピストン１０Ａの外周
側に流入口１３０を設けることにより、強いスワール流
９０Ａをキャビティ３０内に導入することができる。

【００４０】燃料噴射弁１００から噴出した燃料噴霧１
１０は、キャビティ３０の底面部等に液膜を形成するこ
ともあるが、このような液膜に対して強いスワール流９
０Ａを導入することにより、液膜を蒸発し易くすること
ができる。

【００４１】流入口１３０を設ける位置としては、流入
口１３０の下流側の側壁１３０Ａが、円形のキャビティ
３０の側壁３０Ａの接線方向とすることが、スワール流
９０Ａの導入量を増大させるために好ましいものであ
る。

【００４２】また、流入口１３０を設ける位置として
は、燃料噴霧１１０との関係では、燃料噴霧１１０の噴
射方向に設けることは好ましくない。燃料噴霧方向にお
けるキャビティ３０の側壁３０Ａは、燃料噴霧を受け
て、燃料噴霧を外部に流失し内作用があるため、かかる
位置に流入口を設けることは好ましくないものである。

【００４３】なお、流入口１３０の底面は、低い方が流
入口の断面積を大きくでき、スワール流が流れ込み易い
ため、好ましいものであるが、図５に示すように、その
底面の位置は、ピストン１０Ａの頭部に取り付けるピス
トンリング１２で制限されるものである。

【００４４】本実施形態によれば、スワール流の回転方
向と燃料噴霧の旋回方向とを同一とすることにより、燃
料噴霧の搬送距離を長くしても、燃料噴霧の拡散を防止
することができ、効率の良い燃焼を行うことができるた
め、すすの発生を防止することができる。

【００４５】また、流入口を設けることにより、積極的
にスワール流をキャビティ内に導入することができ、液
膜の蒸発を促進することができる。

【００４６】次に、図６及び図７を用いて、本発明の第
３の実施形態による筒内直接燃料噴射エンジンの構成に
ついて説明する。図６は、本発明の第３の実施形態によ
る筒内直接燃料噴射エンジンのピストン冠面の上面図で
あり、図７は、図６のＢ−Ｂ’断面図である。

【００４７】本実施形態における筒内直接燃料噴射エン
ジンの要部断面構造は、図１において説明したものと同
様である。そして、図１若しくは図２と同一符号は、同
一部分を示している。

【００４８】本実施形態においても、スワール流９０の
回転方向と燃料噴霧１１０の旋回方向を共に同一方向で
あり、反時計回りとしている。また、キャビティ３０
は、吸気の流入側である吸気口６０Ａ側に偏心させると
ともに、燃料噴射弁１００から噴射する燃料噴霧１１０
の噴射方向を、キャビティ３０の中心方向に向けるよう
にしている。

【００４９】さらに、本実施形態においては、図６に示
すように、ピストン１０Ｂの冠面にリセス１４０Ａ，１
４０Ｂが設けられている。リセスは、本来は、吸気弁が
開いた状態のとき、吸気弁とピストン１０Ｂに干渉しな
いように、ピストン１０Ｂの冠面に設けられるものであ
る。本実施形態においては、図７に示すように、リセス
１４０Ａの外径部の一部は、ピストン１０Ｂの外径部よ
りもはみ出す寸法とすることにより、ピストン１０Ｂの
上部の外周部の一部が切り欠かれる構造となっている。
また、リセス１４０Ａの底面の位置を、リセス１４０Ｂ
の底面の位置よりも低く形成することによって、リセス
１４０Ａが、図４の実施形態に示した流入口１３０Ａと
同様の機能を有することになる。リセスの深さは、吸気
弁のストロークで決まるものであり、リセス１４０Ｂの
深さが、本来の吸気弁のストロークに応じた深さとなっ
ている。なお、リセス１４０Ａは、リセス１４０Ｂに比
べて深くなっているが、深い分には、吸気弁の動作上何
等問題がないものである。リセス１４０Ａの外径がピス
トン１０Ｂの外径よりはみ出すように形成することによ
って、ピストン１０Ｂの側面側に流入口を形成すること
ができる。

【００５０】本実施形態のように、リセスを用いて流入
口を形成するため、その流入口の製作性が向上する。な
お、リセス１４０Ａの底面は、吸気弁の弁軸に直交する
ように設けるため、キャビティ３０の底面に対しては傾
斜して配置されることになる。

【００５１】本実施形態によれば、スワール流の回転方
向と燃料噴霧の旋回方向とを同一とすることにより、燃
料噴霧の搬送距離を長くしても、燃料噴霧の拡散を防止
することができ、効率の良い燃焼を行うことができるた
め、すすの発生を防止することができる。

【００５２】また、リセスによる流入口を設けることに
より、積極的にスワール流をキャビティ内に導入するこ
とができ、液膜の蒸発を促進することができる。

【００５３】さらに、リセスを流入口とするため、流入
口の製作性が向上するものである。

【００５４】次に、図８及び図９を用いて、本発明の第
４の実施形態による筒内直接燃料噴射エンジンの構成に
ついて説明する。図８は、本発明の第４の実施形態によ
る筒内直接燃料噴射エンジンのピストン冠面の上面図で
あり、図９は、図８のＣ−Ｃ’断面図である。

【００５５】本実施形態における筒内直接燃料噴射エン
ジンの要部断面構造は、図１において説明したものと同
様である。そして、図１若しくは図２と同一符号は、同
一部分を示している。

【００５６】本実施形態においても、スワール流９０の
回転方向と燃料噴霧１１０の旋回方向を共に同一方向で
あり、反時計回りとしている。

【００５７】なお、本実施形態においては、キャビティ
１５０は、楕円形状としており、燃料噴射弁１００と点
火プラグ５０を結ぶ直線に対して対称となるように、ピ
ストン１０Ｃの冠面に形成されている。また、燃料噴射
弁１００から噴射する燃料噴霧１１０の噴射方向は、流
入する吸気の側（吸気口６０Ａの側）に向けるようにし
ている。

【００５８】図５に示すように、キャビティ１５０を楕
円形状とすることにより、キャビティ１５０の面積を、
図２に示した円形状の場合に比べて大きくすることが可
能となる。キャビティ１５０の面積を大きくすることに
より、成層燃焼を行えるエンジンの回転領域を広げるこ
とが可能となり、高出力・低燃費のエンジン特性を得る
ことができる。

【００５９】このような形状のキャビティ１５０に対し
ても、スワール流９０の回転方向と燃料噴霧１１０の旋
回方向とを同一とすることにより、燃料噴霧の搬送距離
を長くしても、燃料噴霧の拡散を防止することができ、
効率の良い燃焼を行うことができるため、すすの発生を
防止することができる。

【００６０】また、図４に示した実施形態と同様にし
て、流入口１６０を設けることにより、積極的にスワー
ル流９０Ａをキャビティ１５０内に導入することがで
き、液膜の蒸発を促進することができる。このようにキ
ャビティ１５０が広い場合は、特に流入口１６０の効果
が大きいものである。

【００６１】なお、図８に示す例では、キャビティ１５
０は、ほぼ中心に設置されているが、燃料噴霧１１０の
噴射方向にキャビティ１５０の中心をずらすようにして
もよいものである。

【００６２】本実施形態によれば、スワール流の回転方
向と燃料噴霧の旋回方向とを同一とすることにより、燃
料噴霧の搬送距離を長くしても、燃料噴霧の拡散を防止
することができ、効率の良い燃焼を行うことができるた
め、すすの発生を防止することができる。

【００６３】また、流入口を設けることにより、積極的
にスワール流をキャビティ内に導入することができ、液
膜の蒸発を促進することができる。

【００６４】さらに、キャビティを楕円形として大きく
することができるため、成層燃焼の回転領域を広げるこ
とができる。

【００６５】次に、図１０及び図１１を用いて、本発明
の第５の実施形態による筒内直接燃料噴射エンジンの構
成について説明する。図１０は、本発明の第５の実施形
態による筒内直接燃料噴射エンジンのピストン冠面の上
面図であり、図１１は、図１０のＤ−Ｄ’断面図であ
る。

【００６６】本実施形態における筒内直接燃料噴射エン
ジンの要部断面構造は、図１において説明したものと同
様である。そして、図１若しくは図２若しくは図８と同
一符号は、同一部分を示している。

【００６７】本実施形態においても、スワール流９０の
回転方向と燃料噴霧１１０の旋回方向を共に同一方向で
あり、反時計回りとしている。

【００６８】なお、本実施形態においては、図８に示し
た実施形態と同様にして、キャビティ１７０は、楕円形
状としており、燃料噴射弁１００と点火プラグ５０を結
ぶ直線に対して対称となるように、ピストン１０Ｄの冠
面に形成されている。また、燃料噴射弁１００から噴射
する燃料噴霧１１０の噴射方向は、流入する吸気の側
（吸気口６０Ａの側）に向けるようにしている。

【００６９】さらに、キャビティ１７０は、図１１に示
すように、キャビティ１７０の側壁１７０Ａに対して、
頂部が内周側に飛び出した形状のオーバーハング部１７
０Ｂを有している。このように、オーバーハング部１７
０Ｂを形成することにより、キャビティ１７０内に噴射
された燃料噴霧１１０のキャビティ１７０からの飛び出
しを防止することができる。オーバーハング部１７０Ｂ
が形成される位置は、燃料噴霧１１０の噴射方向のキャ
ビティ１７０の側壁１７０Ａの位置としている。オーバ
ーハング部１７０Ｂにスワール流９０が流入する様に流
入口１８０を設置することにより、このオーバーハング
部１７０への燃料液膜の滞留を防止でき、すすやＨＣの
排出を防止できる。即ち、流入口１８０を設ける位置と
しては、流入口１８０の下流側の側壁１８０Ａが、キャ
ビティ１７０の側壁１７０Ａの接線方向とすることが、
スワール流９０Ｃの導入量を増大させるために好ましい
ものである。

【００７０】なお、本実施形態では、キャビティ１７０
は楕円形状しているが、図２に示したように円形状のキ
ャビティに対しても、燃料噴霧１１０の噴射方向の側壁
にオーバーハング部を付けるのは有効である。スワール
流の性質上外側は強いが中心近くは弱いので、これによ
り中心近くも強くでき、このスワール流により燃料噴霧
を点火プラグに導き易くなり点火が確実になる。

【００７１】本実施形態によれば、スワール流の回転方
向と燃料噴霧の旋回方向とを同一とすることにより、燃
料噴霧の搬送距離を長くしても、燃料噴霧の拡散を防止
することができ、効率の良い燃焼を行うことができるた
め、すすの発生を防止することができる。

【００７２】また、流入口を設けることにより、積極的
にスワール流をキャビティ内に導入することができ、液
膜の蒸発を促進することができる。

【００７３】さらに、キャビティを楕円形として大きく
することができるため、成層燃焼の回転領域を広げるこ
とができる。

【００７４】また、さらに、オーバーハング部を設ける
ことにより、燃料噴霧の飛び出しを防止することが可能
となる。

【００７５】次に、図１２及び図１３を用いて、本発明
の第６の実施形態による筒内直接燃料噴射エンジンの構
成について説明する。図１２は、本発明の第６の実施形
態による筒内直接燃料噴射エンジンのピストン冠面の上
面図であり、図１３は、図１２のＥ−Ｅ’断面図であ
る。

【００７６】本実施形態における筒内直接燃料噴射エン
ジンの要部断面構造は、図１において説明したものと同
様である。そして、図１若しくは図２若しくは図８と同
一符号は、同一部分を示している。

【００７７】本実施形態においても、スワール流９０の
回転方向と燃料噴霧１１０の旋回方向を共に同一方向で
あり、反時計回りとしている。

【００７８】なお、本実施形態においては、図８に示し
た実施形態と同様にして、キャビティ１７０は、楕円形
状としており、燃料噴射弁１００と点火プラグ５０を結
ぶ直線に対して対称となるように、ピストン１０Ｅの冠
面に形成されている。また、燃料噴射弁１００から噴射
する燃料噴霧１１０の噴射方向は、流入する吸気の側
（吸気口６０Ａの側）に向けるようにしている。

【００７９】さらに、本実施形態においては、スワール
流９０がキャビティ１５０内に流入するための２個の流
入口１６０Ａ，１６０Ｂを設けるようにしている。この
場合キャビティ１５０に流入するスワール流９０Ａ，９
０Ｄの流入方向をずらし、スワール流９０Ａとスワール
流９０Ｄが正面からぶつからないようにすることによ
り、スワール流９０Ａとスワール流９０Ｄは、キャビテ
ィ１５０の中心位置Ｐを中心として、反時計回りの流れ
となり、キャビティ１５０に流入するスワール流９０
Ａ，９０Ｄでより強い渦を発生させられる。従って、液
膜の蒸発をさらに促進することができる。

【００８０】本実施形態によれば、スワール流の回転方
向と燃料噴霧の旋回方向とを同一とすることにより、燃
料噴霧の搬送距離を長くしても、燃料噴霧の拡散を防止
することができ、効率の良い燃焼を行うことができるた
め、すすの発生を防止することができる。

【００８１】また、２個の流入口を設けることにより、
積極的にスワール流をキャビティ内に導入することがで
き、液膜の蒸発をさらに促進することができる。

【００８２】さらに、キャビティを楕円形として大きく
することができるため、成層燃焼の回転領域を広げるこ
とができる。

【００８３】次に、図１４及び図１５を用いて、本発明
の第７の実施形態による筒内直接燃料噴射エンジンの構
成について説明する。図１４は、本発明の第７の実施形
態による筒内直接燃料噴射エンジンの要部断面図であ
り、図１５は、本発明の第７の実施形態による筒内直接
燃料噴射エンジンのピストン冠面の上面図である。本実
施形態においては、第１〜第６の実施形態に示すものと
は異なり、スワール流の回転方向と燃料噴霧の旋回方向
を反対方向にしているものである。

【００８４】図１４に示すように、ピストン１０Ｆは、
シリンダ２０内に配置されており、シリンダ２０の内部
で上下動可能である。ピストン１０Ｆの冠面には、キャ
ビティ１９０が形成されている。キャビティ１９０の深
さは、浅いものである。シリンダ２０の上部内壁面は、
屋根形に形成されており、この屋根形の内壁面とピスト
ン１０Ｆの冠面との間に、燃焼室４０が形成される。点
火プラグ５０は、燃焼室４０のほぼ中央に取付配置され
ている。

【００８５】シリンダ２０の上面には、吸気管６０が取
り付けられており、吸気弁７０を開くことにより、燃焼
室４０内に吸気が流通する。なお、図示は省略している
が、吸気管６０は、２股に分岐しており、１つの燃焼室
４０に対して２つの吸気弁７０を介して吸気が導入され
る。また、図示は省略しているが、１つの対して２つの
排気弁を介して２つの排気管が接続されており、１シリ
ンダ当たり４バルブの構成となっている。

【００８６】吸気管６０の内部であって、分岐した吸気
管が合流する位置には、スワールコントロールバルブ
（ＳＣＶ）８０が取り付けられている。ＳＣＶ８０は、
２つの吸気管６０の一方を閉じるように作動することに
より、吸気行程において、燃焼室４０内に、矢印で示す
ようなスワール流９０を発生させる。

【００８７】シリンダ２０の上部には、燃料噴射弁３０
０が取り付けられており、燃料噴射弁３００の先端は、
燃焼室４０内に開口している。燃料噴射弁３００の取付
位置は、２つに分岐した吸気管６０の間の位置である。
燃料噴射弁３００から燃焼室４０内に噴射された燃料噴
霧３１０は、キャビティ１９０の方向に向けて噴射され
る。燃料噴射弁３００は、その先端部にスワール溝を有
しており、噴射される燃料噴霧３１０に対して旋回力を
与えて微粒化する旋回型の燃料噴射弁である。燃料噴霧
３１０は、矢印で示す旋回方向２００を有している。こ
こで、本実施形態において特徴的なことは、スワール流
９０の回転方向と、燃料噴霧３１０の旋回方向２００が
反対方向となっている。なお、この点については、図１
５を用いて後述する。

【００８８】図１５は、本実施形態による筒内直接燃料
噴射エンジンのピストン冠面を上面から見た状態を示し
ている。なお、図１４と同一符号は、同一部分を示して
いる。

【００８９】図１４に示した吸気管６０は２股に分岐し
ており、２つの吸気口６０Ａ，６０Ｂにおいて、燃焼室
４０に対して開口している。吸気口６０Ａ，６０Ｂを通
って、吸気が燃焼室４０内に導入される。ここで、図１
に示したＳＶＣ８０を作動させて、吸気口６０Ｂに対す
る吸気の導入を遮断し、吸気口６０Ａからのみ吸気を導
入するようにすることにより、吸気行程において矢印で
示す反時計回りのスワール流９０を燃焼室４０内に形成
することができる。

【００９０】ピストン１０Ｆの冠面には、キャビティ１
９０が形成されている。キャビティ１９０は、円形状で
あり、燃料噴射弁３００と点火プラグ５０を結ぶ直線に
対して対称となるように形成されている。燃焼室４０の
ほぼ中央に取り付けられた点火プラグ５０の真下に、キ
ャビティ１９０の側壁１９０Ａの一部が位置している。

【００９１】燃料噴射弁３００は、吸気口６０Ａ，６０
Ｂの間の位置に取り付けられており、燃料噴射弁３００
の先端は、燃焼室４０内に開口している。燃料噴射弁３
００から燃焼室４０内に噴射された燃料噴霧３１０は、
点火プラグ５０の方向であって、かつ、キャビティ１９
０の中心方向に向けて噴射される。燃料噴射弁３００か
ら噴射される燃料噴霧３１０は、矢印で示す時計回りの
旋回方向２００を有している。

【００９２】ここで、本実施形態において特徴的なこと
は、スワール流９０の回転方向と、燃料噴霧３１０の旋
回方向２００が反対方向となっている。スワール流９０
の回転方向及び燃料噴霧３１０の旋回方向２００は、い
づれも、３次元の旋回流である。しかしながら、ピスト
ン１０Ｆの冠面側から２次元的に見た場合には、図２に
示すように、スワール流９０の回転方向は、反時計回り
の回転方向を示しており、燃料噴霧３１０の旋回方向２
００は、時計回りの回転方向を示しており、両者は、反
対方向を有するようにしている。

【００９３】燃料噴霧３１０は、キャビテイ１９０の底
面に当たり、噴射方向に底面を滑ってキャビティ１９０
の側壁１９０Ａに当たる。一方、図１に示したように、
ピストン１０Ｆの冠面は、燃料噴射弁３００側が低く、
中心近くが高くなっている。従って、キャビティ１９０
の内部には、スワール流９０が流入する。本実施形態に
おいては、燃料噴霧３１０をキャビティ１９０の中心に
向けて噴射し、キャビティ１９０の底を移動し、キャビ
ティ１９０の側壁１９０Ａを登って点火プラグ５０の方
向に燃料噴霧３１０を導くものである。この場合は、燃
料噴霧３１０が比較的早く点火プラグ１５０に到達する
ため気化を早める必要がある。そのためには、燃料噴霧
３１０の拡散を早くするのが有効である。そこで、スワ
ール流９０と燃料噴霧３１０の旋回方向２００を反対方
向とすることによって、燃料噴霧３１０をスワール流９
０が剥すように作用するので、燃料噴霧の拡散が早くな
る。従って、空気との混合が早くなり、可燃混合気が早
く生成できる。

【００９４】以上のようにして、燃料噴霧の搬送距離が
短い場合には、燃料噴霧の拡散を促進することにより、
未蒸発成分を低減して、燃焼できる混合気濃度を有する
可燃混合気に点火して、効率の良い燃焼を行うことがで
きる。従って、すすの発生を防止することができる。

【００９５】なお、スワール流９０の方向が変われば、
燃料噴射弁の燃料噴霧３１０の旋回方向も変える必要が
ある。

【００９６】なお、本実施形態においても、図４に示し
た流入口１３０や、図６に示したリセス１４０Ａや、図
１２に示した流入口１６０Ａ，１６０Ｂを設けることに
より、スワール流９０がキャビティ１９０内に流入しや
すくなるため有効である。

【００９７】本実施形態によれば、スワール流の回転方
向と燃料噴霧の旋回方向とを反対方向にすることによ
り、燃料噴霧の搬送距離が短い場合でも、燃料噴霧の拡
散を促進することができ、効率の良い燃焼を行うことが
できるため、すすの発生を防止することができる。

【００９８】次に、図１６及び図１７を用いて、本発明
の第８の実施形態による筒内直接燃料噴射エンジンの構
成について説明する。図１６は、本発明の第８の実施形
態による筒内直接燃料噴射エンジンのピストン冠面の上
面図であり、図１７は、図１６のＦ−Ｆ’断面図であ
る。本実施形態における筒内直接燃料噴射エンジンの要
部断面構造は、図１４において説明したものと同様であ
る。そして、図１４と同一符号は、同一部分を示してい
る。

【００９９】本実施形態においては、第１〜第７の実施
形態に示すものとは異なり、燃料噴霧の旋回方向は、時
計回り若しくは反時計回りのいづれでもよいものであ
る。本実施形態においては、スキッシュ通路によって圧
縮行程において発生するスキッシュ流を用いて、燃料噴
霧の拡散を促進するものである。

【０１００】ピストン１０Ｇの冠面には、キャビティ１
９０が形成されている。キャビティ１９０は、円形状で
あり、燃料噴射弁３００と点火プラグ５０を結ぶ直線に
対して対称となるように形成されている。燃焼室４０の
ほぼ中央に取り付けられた点火プラグ５０の真下に、キ
ャビティ１９０の側壁１９０Ａの一部が位置している。

【０１０１】燃料噴射弁３００は、点火プラグ５０に対
向するように取り付けられており、燃料噴射弁３００の
先端は、燃焼室４０内に開口している。燃料噴射弁３０
０から燃焼室内に噴射された燃料噴霧３１０は、点火プ
ラグ５０の方向であって、かつ、キャビティ１９０の中
心方向に向けて噴射される。燃料噴射弁３００から噴射
される燃料噴霧３１０は、矢印で示す時計回りの旋回方
向２００を有している。

【０１０２】さらに、屋根形形状のピストン１０Ｇの冠
面の屋根の頂部付近の外周側には、２つのスキッシュ通
路２１０Ａ，２１０Ｂが形成されている。従って、圧縮
行程において、図示するように矢印で示されるスキッシ
ュ流２２０Ａ，２２０Ｂが発生する。スキッシュ流２２
０Ａ，２２０Ｂは、合流した上で、燃料噴霧３１０の背
後に回り込む。

【０１０３】燃料噴霧３１０は、キャビテイ１９０の底
面に当たり、噴射方向に底面を滑ってキャビティ１９０
の側壁１９０Ａに当たる。一方、図１４に示したよう
に、ピストン１０Ｇの冠面は、燃料噴射弁３００側が低
く、中心近くが高くなっている。そして、図１６に示し
たように、２個のスキッシュ通路２１０Ａ，２１０Ｂを
形成することにより、スキッシュ流２２０Ａ，２２０Ｂ
が発生する。

【０１０４】本実施形態においては、燃料噴霧３１０を
キャビティ１９０の中心に向けて噴射し、キャビティ１
９０の底を移動し、キャビティ１９０の側壁１９０Ａを
登って点火プラグ５０の方向に燃料噴霧３１０を導くも
のである。この場合は、燃料噴霧３１０が比較的早く点
火プラグ１５０に到達するため気化を早める必要があ
る。そのためには、燃料噴霧３１０の拡散を早くするの
が有効である。そこで、２つのスキッシュ流２２０Ａ，
２２０Ｂを合流させた上、燃料噴霧３１０の背後から燃
料噴霧３１０を押すことによって、燃料噴霧の拡散が早
くなる。従って、空気との混合が早くなり、可燃混合気
が早く生成できる。以上の方法によって拡散を促進する
本実施形態においては、燃料噴霧３１０の旋回方向は、
時計回り若しくは反時計回りのいづれでもよいものであ
る。

【０１０５】スキッシュ流の流速は、圧縮行程の最後の
方で早くなるものであるため、エンジンの運転領域が高
出力の領域でも効果的に燃料噴霧の拡散を促進すること
ができるため、高出力領域にも適用可能なものである。

【０１０６】以上のようにして、燃料噴霧の搬送距離が
短い場合には、燃料噴霧の拡散を促進することにより、
未蒸発成分を低減して、燃焼できる混合気濃度を有する
可燃混合気に点火して、効率の良い燃焼を行うことがで
きる。従って、すすの発生を防止することができる。

【０１０７】なお、本実施形態によるスキッシュ流を用
いる方法は、図１４及び図１５に示した実施形態と組み
合わせて用いることができる。その際には、図１５にお
いて説明したように、燃料噴霧３１０の旋回方向２００
は、スワール流９０の回転方向とは反対方向としておく
必要がある。

【０１０８】本実施形態によれば、スキッシュ流を用い
て、燃料噴霧を点火プラグ方向に押すことにより、燃料
噴霧の拡散を促進することができ、効率の良い燃焼を行
うことができるため、すすの発生を防止することができ
る。

【０１０９】次に、図１８及び図１９を用いて、本発明
の第９の実施形態による筒内直接燃料噴射エンジンの構
成について説明する。図１８は、本発明の第９の実施形
態による筒内直接燃料噴射エンジンの要部断面図であ
り、図１９は、本発明の第８の実施形態による筒内直接
燃料噴射エンジンのピストン冠面の上面図である。本実
施形態においては、第７の実施形態に示すものと同様に
して、スワール流の回転方向と燃料噴霧の旋回方向を反
対方向にしているものであり、図１４及び図１５と同一
符号は、同一部分を示している。

【０１１０】図１８に示すように、ピストン１０Ｈは、
シリンダ２０内に配置されており、シリンダ２０の内部
で上下動可能である。ピストン１０Ｈの冠面には、キャ
ビティ１９０が形成されている。キャビティ１９０の深
さは、浅いものである。シリンダ２０の上部内壁面は、
屋根形に形成されており、この屋根形の内壁面とピスト
ン１０Ｈの冠面との間に、燃焼室４０が形成される。点
火プラグ５０は、燃焼室４０のほぼ中央に取付配置され
ている。

【０１１１】さらに、ピストン１０Ｈの冠面には、中央
スキッシュ通路２３０が形成されている。中央スキッシ
ュ通路２３０は、点火プラグ５０を中心として、燃料噴
射弁３００が取り付けられる側とは反対側のピストン１
０Ｈの冠面であって、屋根形ピストン１０Ｈの頂部の近
傍に形成されている。圧縮行程においては、中央スキッ
シュ通路２３０に沿って、対向スキッシュ流２４０が発
生する。

【０１１２】シリンダ２０の上面には、吸気管６０が取
り付けられており、吸気弁７０を開くことにより、燃焼
室４０内に吸気が流通する。なお、図示は省略している
が、吸気管６０は、２股に分岐しており、１つの燃焼室
４０に対して２つの吸気弁７０を介して吸気が導入され
る。また、図示は省略しているが、１つの対して２つの
排気弁を介して２つの排気管が接続されており、１シリ
ンダ当たり４バルブの構成となっている。

【０１１３】吸気管６０の内部であって、分岐した吸気
管が合流する位置には、スワールコントロールバルブ
（ＳＣＶ）８０が取り付けられている。ＳＣＶ８０は、
２つの吸気管６０の一方を閉じるように作動することに
より、吸気行程において、燃焼室４０内に、矢印で示す
ようなスワール流９０を発生させる。

【０１１４】シリンダ２０の上部には、燃料噴射弁３０
０が取り付けられており、燃料噴射弁３００の先端は、
燃焼室４０内に開口している。燃料噴射弁３００の取付
位置は、２つに分岐した吸気管６０の間の位置である。
燃料噴射弁３００から燃焼室４０内に噴射された燃料噴
霧３１０は、キャビティ１９０の方向に向けて噴射され
る。燃料噴射弁３００は、その先端部にスワール溝を有
しており、噴射される燃料噴霧３１０に対して旋回力を
与えて微粒化する旋回型の燃料噴射弁である。燃料噴霧
３１０は、矢印で示す旋回方向２００を有している。こ
こで、スワール流９０の回転方向と、燃料噴霧３１０の
旋回方向２００が反対方向となっている。

【０１１５】図１９は、本実施形態による筒内直接燃料
噴射エンジンのピストン冠面を上面から見た状態を示し
ている。なお、図１８と同一符号は、同一部分を示して
いる。

【０１１６】図１８に示した吸気管６０は２股に分岐し
ており、２つの吸気口６０Ａ，６０Ｂにおいて、燃焼室
４０に対して開口している。吸気口６０Ａ，６０Ｂを通
って、吸気が燃焼室４０内に導入される。ここで、図１
に示したＳＶＣ８０を作動させて、吸気口６０Ｂに対す
る吸気の導入を遮断し、吸気口６０Ａからのみ吸気を導
入するようにすることにより、吸気行程において矢印で
示す反時計回りのスワール流９０を燃焼室４０内に形成
することができる。

【０１１７】ピストン１０Ｈの冠面には、キャビティ１
９０が形成されている。キャビティ１９０は、円形状で
あり、燃料噴射弁３００と点火プラグ５０を結ぶ直線に
対して対称となるように形成されている。燃焼室４０の
ほぼ中央に取り付けられた点火プラグ５０の真下に、キ
ャビティ１９０の側壁１９０Ａの一部が位置している。

【０１１８】燃料噴射弁３００は、吸気口６０Ａ，６０
Ｂの間の位置に取り付けられており、燃料噴射弁３００
の先端は、燃焼室４０内に開口している。燃料噴射弁３
００から燃焼室４０内に噴射された燃料噴霧３１０は、
点火プラグ５０の方向であって、かつ、キャビティ１９
０の中心方向に向けて噴射される。燃料噴射弁３００か
ら噴射される燃料噴霧３１０は、矢印で示す時計回りの
旋回方向２００を有している。

【０１１９】ここで、スワール流９０の回転方向と、燃
料噴霧３１０の旋回方向２００が反対方向となってい
る。スワール流９０の回転方向及び燃料噴霧３１０の旋
回方向２００は、いづれも、３次元の旋回流である。し
かしながら、ピストン１０Ｈの冠面側から２次元的に見
た場合には、図２に示すように、スワール流９０の回転
方向は、反時計回りの回転方向を示しており、燃料噴霧
３１０の旋回方向２００は、時計回りの回転方向を示し
ており、両者は、反対方向を有するようにしている。

【０１２０】燃料噴霧３１０は、キャビテイ１９０の底
面に当たり、噴射方向に底面を滑ってキャビティ１９０
の側壁１９０Ａに当たる。一方、図１８に示したよう
に、ピストン１０Ｈの冠面は、燃料噴射弁３００側が低
く、中心近くが高くなっている。従って、キャビティ１
９０の内部には、スワール流９０が流入する。本実施形
態においては、燃料噴霧３１０をキャビティ１９０の中
心に向けて噴射し、キャビティ１９０の底を移動し、キ
ャビティ１９０の側壁１９０Ａを登って点火プラグ５０
の方向に燃料噴霧３１０を導くものである。この場合
は、燃料噴霧３１０が比較的早く点火プラグ１５０に到
達するため気化を早める必要がある。そのためには、燃
料噴霧３１０の拡散を早くするのが有効である。そこ
で、スワール流９０と燃料噴霧３１０の旋回方向２００
を反対方向とすることによって、燃料噴霧３１０をスワ
ール流９０が剥すように作用するので、燃料噴霧の拡散
が早くなる。

【０１２１】さらに、中央スキッシュ通路２３０は、燃
料噴射弁３００から噴射された燃料噴霧３１０の噴射方
向の延長線上に形成されており、燃料噴霧３１０の噴射
方向と対向する方向から対向スキッシュ流２４０が衝突
する構成となっている。従って、対向スキッシュ流２４
０が、燃料噴霧３１０と衝突することにより、さらに、
燃料噴霧の拡散を促進することになる。従って、空気と
の混合が早くなり、可燃混合気が早く生成できる。

【０１２２】以上のようにして、燃料噴霧の搬送距離が
短い場合には、燃料噴霧の拡散を促進することにより、
未蒸発成分を低減して、燃焼できる混合気濃度を有する
可燃混合気に点火して、効率の良い燃焼を行うことがで
きる。従って、すすの発生を防止することができる。

【０１２３】なお、スワール流９０の方向が変われば、
燃料噴射弁の燃料噴霧３１０の旋回方向も変える必要が
ある。

【０１２４】なお、本実施形態においても、図４に示し
た流入口１３０や、図６に示したリセス１４０Ａや、図
１２に示した流入口１６０Ａ，１６０Ｂを設けることに
より、スワール流９０がキャビティ１９０内に流入しや
すくなるため有効である。

【０１２５】本実施形態によれば、スワール流と燃料噴
霧の旋回方向とを反対方向にし、さらに、対向スキッシ
ュ流を燃料噴霧に衝突させることにより、燃料噴霧の搬
送距離が短い場合でも、燃料噴霧の拡散を促進すること
ができ、効率の良い燃焼を行うことができるため、すす
の発生を防止することができる。

【０１２６】

【発明の効果】本発明によれば、筒内直接燃料噴射エン
ジンにおける燃料噴霧の気化を充分に行え、すすの発生
の殆どなくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴
射エンジンの要部断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴
射エンジンのピストン冠面の上面図である。

【図３】本発明の第１の実施形態による筒内直接燃料噴
射エンジンにおける燃料噴霧の挙動の説明図である。

【図４】本発明の第２の実施形態による筒内直接燃料噴
射エンジンのピストン冠面の上面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ’断面図である。

【図６】本発明の第３の実施形態による筒内直接燃料噴
射エンジンのピストン冠面の上面図である。

【図７】図６のＢ−Ｂ’断面図である。

【図８】本発明の第４の実施形態による筒内直接燃料噴
射エンジンのピストン冠面の上面図である。

【図９】図８のＣ−Ｃ’断面図である。

【図１０】本発明の第５の実施形態による筒内直接燃料
噴射エンジンのピストン冠面の上面図である。

【図１１】図１０のＤ−Ｄ’断面図である。

【図１２】本発明の第６の実施形態による筒内直接燃料
噴射エンジンのピストン冠面の上面図である。

【図１３】図１２のＥ−Ｅ’断面図である。

【図１４】本発明の第７の実施形態による筒内直接燃料
噴射エンジンの要部断面図である。

【図１５】本発明の第７の実施形態による筒内直接燃料
噴射エンジンのピストン冠面の上面図である。

【図１６】本発明の第８の実施形態による筒内直接燃料
噴射エンジンのピストン冠面の上面図である。

【図１７】図１６のＦ−Ｆ’断面図である。

【図１８】本発明の第９の実施形態による筒内直接燃料
噴射エンジンの要部断面図である。

【図１９】本発明の第８の実施形態による筒内直接燃料
噴射エンジンのピストン冠面の上面図である。

【符号の説明】

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０
Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈ…ピストン ２０…シリンダ ３０，１５０，１７０，１９０…キャビティ ４０…燃焼室 ５０…点火プラグ ６０…吸気管 ７０…吸気弁 ８０…ＳＶＣ ９０，９０Ａ，９０Ｂ…スワール流 １００，３００…燃料噴射弁 １１０，３１０…燃料噴霧 １２０，２００…燃料噴霧の旋回方向 １３０，１６０，１８０…流入口 １４０Ａ，１４０Ｂ…吸気弁リセス １７０Ａ…オーバーハング部 ２１０Ａ，２１０Ｂ…スキッシュ通路 ２２０Ａ，２２０Ｂ…スキッシュ流 ２３０…中央スキッシュ通路 ２４０…対抗スキッシュ流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｆ 3/26 Ｆ０２Ｆ 3/26 Ｂ Ｃ Ｚ 3/28 3/28 Ａ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ａ 69/04 69/04 Ｐ (72)発明者 野木 利治 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 中山 容子 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダ内を上下動するとともにその冠面
   にキャビティの形成されたピストンと、このピストンと
   上記シリンダの内壁の間に形成される燃焼室内に旋回性
   を有する燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁と、上記燃焼室
   内に導入される吸気によりスワール流を形成するスワー
   ル制御手段と、上記燃焼室の中央上部に取り付けられた
   点火プラグとを有し、 上記燃料噴霧を旋回して微粒化するとともに、上記吸気
   のスワール流により混合気を形成する筒内直接燃料噴射
   エンジンにおいて、 上記燃料噴射弁からの上記燃料噴霧の噴射方向を、上記
   燃焼室の中央方向よりも上記吸気の上記燃焼室内への流
   入側に偏心させるとともに、 上記吸気のスワール流の回転方向と、上記燃料噴霧の旋
   回方向を同一方向としたことを特徴とする筒内直接燃料
   噴射エンジン。
2. 【請求項２】請求項１記載の筒内直接燃料噴射エンジン
   において、 上記キャビティの中心位置を、上記燃焼室の中央方向よ
   りも上記吸気の上記燃焼室内への流入側に偏心させたこ
   とを特徴とする筒内直接燃料噴射エンジン。
3. 【請求項３】請求項１記載の筒内直接燃料噴射エンジン
   において、 上記キャビティは、楕円形状であることを特徴とする筒
   内直接燃料噴射エンジン。
4. 【請求項４】請求項１記載の筒内直接燃料噴射エンジン
   において、 上記キャビティと上記ピストンの側壁外周部との間であ
   って、上記吸気の上記燃焼室内への流入側に形成され、
   上記吸気のスワール流の上記キャビティ内への流入を促
   進する流入口を設けたことを特徴とする筒内直接燃料噴
   射エンジン。
5. 【請求項５】請求項４記載の筒内直接燃料噴射エンジン
   において、 上記流入口は、少なくとも２個形成され、 それぞれの流入口は、それぞれの流入口から流入した上
   記スワール流が、上記キャビティの内部において、同一
   方向の渦巻状の流れを形成する位置に形成されているこ
   とを特徴とする筒内直接燃料噴射エンジン。
6. 【請求項６】請求項１記載の筒内直接燃料噴射エンジン
   において、 上記ピストンは、その冠面に吸気弁用のリセスを備え、 このリセスは、上記ピストンの側壁外周部の一部を切り
   欠く外径寸法を有し、上記吸気のスワール流の上記キャ
   ビティ内への流入を促進することを特徴とする筒内直接
   燃料噴射エンジン。
7. 【請求項７】請求項１記載の筒内直接燃料噴射エンジン
   において、 上記キャビティは、キャビティの側壁に対して、その頂
   部がキャビティの内周側に飛び出した形状のオーバーハ
   ング部を備えたことを特徴とする筒内直接燃料噴射エン
   ジン。
8. 【請求項８】シリンダ内を上下動するとともにその冠面
   にキャビティの形成されたピストンと、このピストンと
   上記シリンダの内壁の間に形成される燃焼室内に旋回性
   を有する燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁と、上記燃焼室
   内に導入される吸気によりスワール流を形成するスワー
   ル制御手段と、上記燃焼室の中央上部に取り付けられた
   点火プラグとを有し、 上記燃料噴霧を旋回して微粒化するとともに、上記吸気
   のスワール流により混合気を形成する筒内直接燃料噴射
   エンジンにおいて、 上記燃料噴射弁からの上記燃料噴霧の噴射方向を、上記
   燃焼室の中央方向とするとともに、 上記吸気のスワール流の回転方向と上記燃料噴霧の旋回
   方向を反対方向としたことを特徴とする筒内直接燃料噴
   射エンジン。
9. 【請求項９】シリンダ内を上下動するとともにその冠面
   にキャビティの形成されたピストンと、このピストンと
   上記シリンダの内壁の間に形成される燃焼室内に旋回性
   を有する燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁と、上記燃焼室
   の中央上部に取り付けられた点火プラグとを有し、 上記燃料噴霧を旋回して微粒化する筒内直接燃料噴射エ
   ンジンにおいて、 上記燃料噴射弁からの上記燃料噴霧の噴射方向を、上記
   燃焼室の中央方向とするとともに、 上記ピストンの冠面の屋根の頂部付近の外周側に形成さ
   れた２個のスキッシュ通路を備え、 上記２個のスキッシュ通路によって発生する２つのスキ
   ッシュ流を合流させた上で、上記燃料噴霧を上記点火プ
   ラグ方向に押すことを特徴とする筒内直接燃料噴射エン
   ジン。
10. 【請求項１０】シリンダ内を上下動するとともにその冠
    面にキャビティの形成されたピストンと、このピストン
    と上記シリンダの内壁の間に形成される燃焼室内に旋回
    性を有する燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁と、上記燃焼
    室内に導入される吸気によりスワール流を形成するスワ
    ール制御手段と、上記燃焼室の中央上部に取り付けられ
    た点火プラグとを有し、 上記燃料噴霧を旋回して微粒化するとともに、上記吸気
    のスワール流により混合気を形成する筒内直接燃料噴射
    エンジンにおいて、 上記燃料噴射弁からの上記燃料噴霧の噴射方向を、上記
    燃焼室の中央方向とするとともに、 上記吸気のスワール流の回転方向と上記燃料噴霧の旋回
    方向を反対方向とし、 さらに、上記ピストンの冠面の屋根の頂部付近であっ
    て、上記燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の噴射方向
    の延長線上に形成された中央スキッシュ通路を備え、 上記中央スキッシュ通路によって発生する対向キッシュ
    流を上記燃料噴霧に衝突させることを特徴とする筒内直
    接燃料噴射エンジン。