JPH10220229A - 筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室 - Google Patents
筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室Info
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- JPH10220229A JPH10220229A JP10028683A JP2868398A JPH10220229A JP H10220229 A JPH10220229 A JP H10220229A JP 10028683 A JP10028683 A JP 10028683A JP 2868398 A JP2868398 A JP 2868398A JP H10220229 A JPH10220229 A JP H10220229A
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- F02F3/26—Pistons having combustion chamber in piston head
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- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
- F02B23/10—Other 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
- F02B23/101—Other 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
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- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 成層燃焼時の燃料噴射終了時期を燃料噴射量
に応じて広範囲に設定できるようにする。 【構成】 燃焼室１４をペントルーフ形とし、インジェ
クタ１５を燃焼室１４の頂部１２ｂにシリンダ１１の軸
線に対して排気バルブ側へ傾斜させた状態で配設し、吸
気ポート１６を排気側ペントルーフ面１２ｄの延長線Ｌ
ＥＸ側へ傾斜させて筒内吸入空気が排気側ペントルーフ
面１２ｄ方向へ流出してタンブル流が生起されるように
する。またピストン頂面１３ａには、排気側ペントルー
フ面側から流入するタンブル流を吸気側ペントルーフ面
方向へターンさせるために曲面形状のキャビティ１３ｂ
を形成し、点火プラグの発火部２３ａをキャビティ１３
ｂからのタンブル流の流出方向に配設する。極低負荷運
転時は点火直前で終了する燃料噴霧の後端に着火させ、
また低中負荷運転時は上記キャビティ１３ｂに衝突して
上方へ巻上がった燃料噴霧に着火させる。
に応じて広範囲に設定できるようにする。 【構成】 燃焼室１４をペントルーフ形とし、インジェ
クタ１５を燃焼室１４の頂部１２ｂにシリンダ１１の軸
線に対して排気バルブ側へ傾斜させた状態で配設し、吸
気ポート１６を排気側ペントルーフ面１２ｄの延長線Ｌ
ＥＸ側へ傾斜させて筒内吸入空気が排気側ペントルーフ
面１２ｄ方向へ流出してタンブル流が生起されるように
する。またピストン頂面１３ａには、排気側ペントルー
フ面側から流入するタンブル流を吸気側ペントルーフ面
方向へターンさせるために曲面形状のキャビティ１３ｂ
を形成し、点火プラグの発火部２３ａをキャビティ１３
ｂからのタンブル流の流出方向に配設する。極低負荷運
転時は点火直前で終了する燃料噴霧の後端に着火させ、
また低中負荷運転時は上記キャビティ１３ｂに衝突して
上方へ巻上がった燃料噴霧に着火させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内直噴式火花点
火エンジンの燃焼室構造に関するものであり、特にタン
ブル流を生起させるシリンダーヘッドとピストンの構造
とインジェクタから噴霧される燃料の燃焼を最適化する
ような点火プラグとインジェクタの配置に関するもので
ある。
火エンジンの燃焼室構造に関するものであり、特にタン
ブル流を生起させるシリンダーヘッドとピストンの構造
とインジェクタから噴霧される燃料の燃焼を最適化する
ような点火プラグとインジェクタの配置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】一般に、この種の筒内直噴式火花点火エ
ンジンでは、成層燃焼と均一燃焼の二つの燃焼方法を選
択的に切換えることが可能である。成層燃焼は、圧縮行
程後半に成層化し、点火プラグの周囲に可燃混合気を形
成することにより達成され、均一燃焼は、吸気行程中に
噴射された燃料を吸入空気と混合させることによって達
成される。
ンジンでは、成層燃焼と均一燃焼の二つの燃焼方法を選
択的に切換えることが可能である。成層燃焼は、圧縮行
程後半に成層化し、点火プラグの周囲に可燃混合気を形
成することにより達成され、均一燃焼は、吸気行程中に
噴射された燃料を吸入空気と混合させることによって達
成される。
【０００３】このような成層燃焼と均一燃焼に適した燃
焼室構造の一例として、本出願人は、特開平６−４２３
５２号公報において、インジェクタを燃焼室頂部中央部
に垂立状に配設し、また上記インジェクタの噴射方向に
対設するピストン頂面にキャビティを形成したものを提
案した。さらにこの発明においては、点火プラグの電極
を上記インジェクタの噴孔の近傍に臨ませている。
焼室構造の一例として、本出願人は、特開平６−４２３
５２号公報において、インジェクタを燃焼室頂部中央部
に垂立状に配設し、また上記インジェクタの噴射方向に
対設するピストン頂面にキャビティを形成したものを提
案した。さらにこの発明においては、点火プラグの電極
を上記インジェクタの噴孔の近傍に臨ませている。
【０００４】この燃焼室構造によれば、成層燃焼時、点
火時期直前で噴射終了した燃料噴霧の後端に点火プラグ
によって着火し、或いは上記ピストンキャビティに衝突
して反射した混合気に着火することで、安定燃焼を得る
ようにしている。また、均一燃焼時には、吸気行程の比
較的早い時期に噴射を開始することで、均一混合気を得
ることができる。しかも、この燃焼室によれば、インジ
ェクタが燃焼室頂部に垂立状に配設されていることで、
燃料噴霧がシリンダボアの壁面に付着せず、いわゆる燃
料冷却による燃焼の悪化等も防止することができる。
火時期直前で噴射終了した燃料噴霧の後端に点火プラグ
によって着火し、或いは上記ピストンキャビティに衝突
して反射した混合気に着火することで、安定燃焼を得る
ようにしている。また、均一燃焼時には、吸気行程の比
較的早い時期に噴射を開始することで、均一混合気を得
ることができる。しかも、この燃焼室によれば、インジ
ェクタが燃焼室頂部に垂立状に配設されていることで、
燃料噴霧がシリンダボアの壁面に付着せず、いわゆる燃
料冷却による燃焼の悪化等も防止することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、点火プラグ
の発火位置に可燃混合気を形成して安定燃焼させようと
する場合、点火に最適な燃料噴射終了時期（ＢＩＴＩ）
は、図１３に破線で示すような特性を有している。この
特性線図から理解されるように、最適燃料噴射時期の燃
料噴射量（エンジン負荷）に対する依存性は低く、すな
わち、点火時期に対して噴射終了時期をほぼ一定に保て
ば良いことがわかる。
の発火位置に可燃混合気を形成して安定燃焼させようと
する場合、点火に最適な燃料噴射終了時期（ＢＩＴＩ）
は、図１３に破線で示すような特性を有している。この
特性線図から理解されるように、最適燃料噴射時期の燃
料噴射量（エンジン負荷）に対する依存性は低く、すな
わち、点火時期に対して噴射終了時期をほぼ一定に保て
ば良いことがわかる。
【０００６】しかし、図１４に示すように、点火時期に
対し燃料噴射（終了）時期を進角させる（早める）と、
噴射燃料と空気の予混合が促進されるため、HCとNOｘの
排出量は所定進角値まで増大し、その後、徐々に減少し
ていく。逆に点火時期に対して燃料噴射時期を遅角させ
る（遅らせる）と、噴射燃料の小滴が燃えるので、燃料
の気化不足によって煤の発生量が増加する。なお、この
煤の発生時期は、燃料噴射量の増加に従い、次第に早い
噴射時期で発生する傾向にある。従って、最適噴射時期
（ＢＩＴＥ）制御において、排気ガス（煤、CO、HC、NO
ｘ等）対策の観点から、燃料噴射量（エンジン負荷）が
増加するに従って噴射時期を進角させる必要がある。
対し燃料噴射（終了）時期を進角させる（早める）と、
噴射燃料と空気の予混合が促進されるため、HCとNOｘの
排出量は所定進角値まで増大し、その後、徐々に減少し
ていく。逆に点火時期に対して燃料噴射時期を遅角させ
る（遅らせる）と、噴射燃料の小滴が燃えるので、燃料
の気化不足によって煤の発生量が増加する。なお、この
煤の発生時期は、燃料噴射量の増加に従い、次第に早い
噴射時期で発生する傾向にある。従って、最適噴射時期
（ＢＩＴＥ）制御において、排気ガス（煤、CO、HC、NO
ｘ等）対策の観点から、燃料噴射量（エンジン負荷）が
増加するに従って噴射時期を進角させる必要がある。
【０００７】その結果、成層燃焼においては、着火性に
主眼をおくＢＩＴＩ制御と、排気ガス対策に主眼をおく
ＢＩＴＥ制御とでは、制御領域が必然的に相違してく
る。
主眼をおくＢＩＴＩ制御と、排気ガス対策に主眼をおく
ＢＩＴＥ制御とでは、制御領域が必然的に相違してく
る。
【０００８】ところが、例えば、図１５に示すような、
ピストンの頂面にフラットなキャビティ１ａが形成され
ている燃焼室構造では、燃料噴射（終了）時期を進角側
に設定すると、インジェクタ２から噴射された燃料噴霧
は、上記キャビティ１ａに衝突して周囲に拡散されてし
まう。その結果、燃料噴霧が点火プラグ３の電極３ａ付
近まで到達せず、この電極３ａの周囲に可燃混合気を形
成することができず、失火、或は燃焼不良を招く。従っ
て、このようなピストン形状のエンジンでは、点火時期
近傍で噴射を終了させ、燃料噴霧の後端に着火させる必
要がある。しかしながら、このように燃料噴射（終了）
時期を燃料噴射量に応じて進角化させるには限界があ
る。
ピストンの頂面にフラットなキャビティ１ａが形成され
ている燃焼室構造では、燃料噴射（終了）時期を進角側
に設定すると、インジェクタ２から噴射された燃料噴霧
は、上記キャビティ１ａに衝突して周囲に拡散されてし
まう。その結果、燃料噴霧が点火プラグ３の電極３ａ付
近まで到達せず、この電極３ａの周囲に可燃混合気を形
成することができず、失火、或は燃焼不良を招く。従っ
て、このようなピストン形状のエンジンでは、点火時期
近傍で噴射を終了させ、燃料噴霧の後端に着火させる必
要がある。しかしながら、このように燃料噴射（終了）
時期を燃料噴射量に応じて進角化させるには限界があ
る。
【０００９】この問題を解決するために、ピストン頂面
のフラットなキャビティ１ａを曲面形状に変更してイン
ジェクタから噴射された燃料を上記キャビティの曲面に
沿って巻き上げるようにすることが考えられる。この思
想によれば、点火プラグの電極周囲に可燃混合気を形成
することが可能となり、燃料噴射時期もある程度自由に
設定することができる。しかし、この燃料噴射形状に頼
る方法だと、燃料噴射時期がさらに進角された場合に、
点火プラグの周囲に可燃混合気が十分に形成されなくな
る。
のフラットなキャビティ１ａを曲面形状に変更してイン
ジェクタから噴射された燃料を上記キャビティの曲面に
沿って巻き上げるようにすることが考えられる。この思
想によれば、点火プラグの電極周囲に可燃混合気を形成
することが可能となり、燃料噴射時期もある程度自由に
設定することができる。しかし、この燃料噴射形状に頼
る方法だと、燃料噴射時期がさらに進角された場合に、
点火プラグの周囲に可燃混合気が十分に形成されなくな
る。
【００１０】一般に、成層燃焼の場合、平均空燃比が理
論空燃比に近づくに従って、すなわち、燃料噴射量が増
加するに従い、点火プラグの電極周辺の混合気が過濃と
なったり気化不足が生じたりして煤、CO、HC等が発生し
易くなる。そのため、成層燃焼時の平均空燃比には一定
のリッチ限界がある。一方、均一燃焼でも、混合気全体
が均一に混合されているため、点火不可能なリーン限界
がある。
論空燃比に近づくに従って、すなわち、燃料噴射量が増
加するに従い、点火プラグの電極周辺の混合気が過濃と
なったり気化不足が生じたりして煤、CO、HC等が発生し
易くなる。そのため、成層燃焼時の平均空燃比には一定
のリッチ限界がある。一方、均一燃焼でも、混合気全体
が均一に混合されているため、点火不可能なリーン限界
がある。
【００１１】成層燃焼は低中負荷運転に適し、一方、均
一燃焼は高負荷運転に適していることが知られている。
エンジン負荷は、走行中に連続的に変化するものであ
る。さらに、筒内噴射エンジンでは空燃比はエンジン負
荷に応じて可変に設定される。したがって、成層燃焼時
のリッチ限界が均一燃焼時のリーン限界よりもリーン側
にある場合、エンジンの運転領域が変化する度に空燃比
が断続的に変化する、すなわち、運転領域が成層燃焼か
ら均一燃焼に切換わったとき、空燃比がリッチ方向に瞬
時に変化し、一方、均一燃焼から成層燃焼へ切換わった
ときは、空燃比がリーン方向に瞬時に変化する。
一燃焼は高負荷運転に適していることが知られている。
エンジン負荷は、走行中に連続的に変化するものであ
る。さらに、筒内噴射エンジンでは空燃比はエンジン負
荷に応じて可変に設定される。したがって、成層燃焼時
のリッチ限界が均一燃焼時のリーン限界よりもリーン側
にある場合、エンジンの運転領域が変化する度に空燃比
が断続的に変化する、すなわち、運転領域が成層燃焼か
ら均一燃焼に切換わったとき、空燃比がリッチ方向に瞬
時に変化し、一方、均一燃焼から成層燃焼へ切換わった
ときは、空燃比がリーン方向に瞬時に変化する。
【００１２】このように、燃焼方式が切換わる度に空燃
比が断続的に変化する状況では、排気エミッションが悪
化し、良好なドライバビリティが得られなくなる。この
状況は図１３に示されている通りである。
比が断続的に変化する状況では、排気エミッションが悪
化し、良好なドライバビリティが得られなくなる。この
状況は図１３に示されている通りである。
【００１３】空燃比（吸入空気量が一定の場合）の連続
性を保つために、成層燃焼時の燃料噴射量を均一燃焼時
のリーン限界Ｐ３の燃料噴射量と同レベルＰ１に設定す
ると、煤の発生、及びＣＯ増加などの不都合が生じる。
一方、燃焼方式が成層燃焼から均一燃焼に切換わるとき
に燃料噴射量をこのような不都合を回避するリッチ限界
Ｐ２に設定すれば、燃料噴射量がＰ２からいきなりＰ３
に増加してしまい、エンジン負荷に対するエンジン出力
の連続性が保たれなくなる。
性を保つために、成層燃焼時の燃料噴射量を均一燃焼時
のリーン限界Ｐ３の燃料噴射量と同レベルＰ１に設定す
ると、煤の発生、及びＣＯ増加などの不都合が生じる。
一方、燃焼方式が成層燃焼から均一燃焼に切換わるとき
に燃料噴射量をこのような不都合を回避するリッチ限界
Ｐ２に設定すれば、燃料噴射量がＰ２からいきなりＰ３
に増加してしまい、エンジン負荷に対するエンジン出力
の連続性が保たれなくなる。
【００１４】一方、燃費及び排気エミッションの一層の
改善を図るために高負荷領域へ成層燃焼を拡大すること
を考えると、燃料噴射時期を圧縮行程初期まで早める必
要がある。この場合、燃料噴霧が拡散され、その一部が
ピストンキャビティからはみ出して消炎層となり未燃Ｈ
Ｃの排出量が増大するばかりでなく、シリンダライナに
付着した燃料が液化しオイルダイリューションを生起す
る。
改善を図るために高負荷領域へ成層燃焼を拡大すること
を考えると、燃料噴射時期を圧縮行程初期まで早める必
要がある。この場合、燃料噴霧が拡散され、その一部が
ピストンキャビティからはみ出して消炎層となり未燃Ｈ
Ｃの排出量が増大するばかりでなく、シリンダライナに
付着した燃料が液化しオイルダイリューションを生起す
る。
【００１５】本発明はこれらの従来例の不都合を回避す
ることを意図するものである。本発明の目的は、成層燃
焼時の噴射終了時期をエミッションの悪化を招くことな
く燃料噴射量に応じて広範囲に設定することができ、常
に安定した着火性能が得られる筒内直噴式火花点火エン
ジンの燃焼室構造を提供することである。
ることを意図するものである。本発明の目的は、成層燃
焼時の噴射終了時期をエミッションの悪化を招くことな
く燃料噴射量に応じて広範囲に設定することができ、常
に安定した着火性能が得られる筒内直噴式火花点火エン
ジンの燃焼室構造を提供することである。
【００１６】本発明の更なる目的は、成層燃焼から均一
燃焼への切換え時におけるエンジン負荷の連続性を確保
して良好なドライバビリティを得ることのできる筒内直
噴式火花点火エンジンの燃焼室構造を提供することであ
る。
燃焼への切換え時におけるエンジン負荷の連続性を確保
して良好なドライバビリティを得ることのできる筒内直
噴式火花点火エンジンの燃焼室構造を提供することであ
る。
【００１７】本発明の別の目的は、成層燃焼を高負荷領
域まで拡大し、燃費及び排気エミッションの一層の改善
を図ることのできる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼
室構造を提供することである。
域まで拡大し、燃費及び排気エミッションの一層の改善
を図ることのできる筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼
室構造を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の第一形態によれ
ば、筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室は、吸気バル
ブ側ルーフと排気バルブ側ルーフとの間に配置され、シ
リンダの軸線に対して排気バルブ側へ第一の傾斜角に傾
けられたインジェクタと、排気バルブ側ルーフに沿って
吸気のタンブル流を形成するように、排気バルブ側ルー
フの延長線に対して平行を含む鋭角に吸気バルブ側に配
設された吸気ポートとを具備し、ピストンはインジェク
タから噴射された燃料噴霧を吸気タンブル流とともに吸
気バルブ側ルーフ方向へ反射するように形成された曲面
形状のピストンキャビティを有し、点火プラグは吸気バ
ルブ側ルーフから突出するとともに、タンブル流及びピ
ストンキャビティによって反射された燃料噴霧の流出位
置に配設される電極を有することを特徴としている。
ば、筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室は、吸気バル
ブ側ルーフと排気バルブ側ルーフとの間に配置され、シ
リンダの軸線に対して排気バルブ側へ第一の傾斜角に傾
けられたインジェクタと、排気バルブ側ルーフに沿って
吸気のタンブル流を形成するように、排気バルブ側ルー
フの延長線に対して平行を含む鋭角に吸気バルブ側に配
設された吸気ポートとを具備し、ピストンはインジェク
タから噴射された燃料噴霧を吸気タンブル流とともに吸
気バルブ側ルーフ方向へ反射するように形成された曲面
形状のピストンキャビティを有し、点火プラグは吸気バ
ルブ側ルーフから突出するとともに、タンブル流及びピ
ストンキャビティによって反射された燃料噴霧の流出位
置に配設される電極を有することを特徴としている。
【００１９】本発明の第二形態によれば、吸気バルブ側
のルーフと、排気バルブ側のルーフと、吸入空気を導入
するために吸気バルブ側ルーフに設けられた吸気バルブ
と、排気ガスを放出するために排気バルブ側ルーフに設
けられた排気バルブと、ピストンと、シリンダと、点火
プラグとを有する筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室
は、吸気バルブ側ルーフと排気バルブ側ルーフとの間に
配置され、シリンダの軸線に対して排気バルブ側へ第一
の傾斜角だけ傾けられたインジェクタと、吸気を上記ピ
ストンへ直接衝突させて吸気タンブル流を形成するよう
にシリンダの軸線に対して第二の傾斜角で吸気バルブ側
に配設された吸気ポートとを具備し、ピストンはインジ
ェクタから噴射された燃料噴霧を吸気タンブル流ととも
に排気バルブ側ルーフ方向へ反射するように形成された
曲面形状のピストンキャビティを有し、点火プラグは排
気バルブ側ルーフから突出するとともに、タンブル流及
びピストンキャビティによって反射された燃料噴霧の流
出位置に配設される電極を有することを特徴としてい
る。
のルーフと、排気バルブ側のルーフと、吸入空気を導入
するために吸気バルブ側ルーフに設けられた吸気バルブ
と、排気ガスを放出するために排気バルブ側ルーフに設
けられた排気バルブと、ピストンと、シリンダと、点火
プラグとを有する筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室
は、吸気バルブ側ルーフと排気バルブ側ルーフとの間に
配置され、シリンダの軸線に対して排気バルブ側へ第一
の傾斜角だけ傾けられたインジェクタと、吸気を上記ピ
ストンへ直接衝突させて吸気タンブル流を形成するよう
にシリンダの軸線に対して第二の傾斜角で吸気バルブ側
に配設された吸気ポートとを具備し、ピストンはインジ
ェクタから噴射された燃料噴霧を吸気タンブル流ととも
に排気バルブ側ルーフ方向へ反射するように形成された
曲面形状のピストンキャビティを有し、点火プラグは排
気バルブ側ルーフから突出するとともに、タンブル流及
びピストンキャビティによって反射された燃料噴霧の流
出位置に配設される電極を有することを特徴としてい
る。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１から図７に、筒内直噴式火花
点火エンジンの燃焼室の例を示す。この例は４バルブDO
HCエンジンの燃焼室を示す。これらの図において、符号
１１はシリンダ、符号１２はシリンダヘッド、符号１３
はピストンを示し、符号１４は上死点に位置したピスト
ン１３の頂面１３ａとシリンダ１１の内壁とシリンダヘ
ッド１２の底面によって形成される燃焼室を示す。
点火エンジンの燃焼室の例を示す。この例は４バルブDO
HCエンジンの燃焼室を示す。これらの図において、符号
１１はシリンダ、符号１２はシリンダヘッド、符号１３
はピストンを示し、符号１４は上死点に位置したピスト
ン１３の頂面１３ａとシリンダ１１の内壁とシリンダヘ
ッド１２の底面によって形成される燃焼室を示す。
【００２１】シリンダヘッド１２の底面には内面凹部１
２ａが形成されている。この実施の形態において内面凹
部１２ａはペントルーフ形である。シリンダ中央（ライ
ンＡ）からわずかに離間して内面凹部１２ａの頂部１２
ｂが形成されている。インジェクタ１５はその噴孔１５
ａが燃焼室１４内に臨んだ状態で頂部１２ｂの中央付近
に配置されている。内面凹部１２ａの吸気側ペントルー
フ１２ｃのインジェクタ１５を挟む両側に吸気ポート１
６が各々設けられ、内面凹部１２ａの排気側ペントルー
フ１２ｄのインジェクタ１５を挟む両側に排気ポート１
７が各々設けられている。さらに、ペントルーフ１２
ｃ、１２ｄの底面にスキッシュエリア１８が形成されて
いる。
２ａが形成されている。この実施の形態において内面凹
部１２ａはペントルーフ形である。シリンダ中央（ライ
ンＡ）からわずかに離間して内面凹部１２ａの頂部１２
ｂが形成されている。インジェクタ１５はその噴孔１５
ａが燃焼室１４内に臨んだ状態で頂部１２ｂの中央付近
に配置されている。内面凹部１２ａの吸気側ペントルー
フ１２ｃのインジェクタ１５を挟む両側に吸気ポート１
６が各々設けられ、内面凹部１２ａの排気側ペントルー
フ１２ｄのインジェクタ１５を挟む両側に排気ポート１
７が各々設けられている。さらに、ペントルーフ１２
ｃ、１２ｄの底面にスキッシュエリア１８が形成されて
いる。
【００２２】さらに、吸気ポート１６と排気ポート１７
に吸気バルブ２１と排気バルブ２２が各々設けられてい
る。吸気バルブ２１は吸気カム１９により駆動され、排
気バルブ２２は排気カム２０により駆動される。図１に
示すように、吸気ポートはストレート形状であり、排気
側ペントルーフ１２ｄの延長線ＬＥＸに平行に延び、又
は、延長線ＬＥＸに対して上方に鋭角γで傾いている。
鋭角γは０から１５度の範囲内であるのが望ましい。さ
らに、吸気ポート１６はシリンダ１１の垂直軸に対して
傾斜角θ（０から２０度の範囲が望ましい）を有する。
吸入空気はこのように構成された吸気ポート１６を通っ
て吸入され、排気側ペントルーフ面１２ｄに沿って燃焼
室１４に流れ込み、図１に示すように燃焼室１４内で反
時計回りに廻るタンブル流を生起する。
に吸気バルブ２１と排気バルブ２２が各々設けられてい
る。吸気バルブ２１は吸気カム１９により駆動され、排
気バルブ２２は排気カム２０により駆動される。図１に
示すように、吸気ポートはストレート形状であり、排気
側ペントルーフ１２ｄの延長線ＬＥＸに平行に延び、又
は、延長線ＬＥＸに対して上方に鋭角γで傾いている。
鋭角γは０から１５度の範囲内であるのが望ましい。さ
らに、吸気ポート１６はシリンダ１１の垂直軸に対して
傾斜角θ（０から２０度の範囲が望ましい）を有する。
吸入空気はこのように構成された吸気ポート１６を通っ
て吸入され、排気側ペントルーフ面１２ｄに沿って燃焼
室１４に流れ込み、図１に示すように燃焼室１４内で反
時計回りに廻るタンブル流を生起する。
【００２３】さらに、この実施の形態では、より効果的
な燃料噴射を得るようシリンダ１１の垂線に対して直線
Bで示されているインジェクタ１５の中心線は、傾斜角
度α（図面上で反時計回り）で排気ポート１７に向かっ
て傾斜している。
な燃料噴射を得るようシリンダ１１の垂線に対して直線
Bで示されているインジェクタ１５の中心線は、傾斜角
度α（図面上で反時計回り）で排気ポート１７に向かっ
て傾斜している。
【００２４】ピストン１３の頂面１３ａに曲面形状のキ
ャビティ１３ｂが形成されている。キャビティ１３ｂ
は、曲面形状の表面に沿ってタンブル流を導き、そのタ
ンブル流を吸気側ペントルーフ１２ｃの方向へ円滑に巻
き上げる形状と位置に形成されている。図３に一点斜線
で示したように、キャビティ１３ｂはインジェクタ１５
の真下で、排気ポート１７側に少しオフセットした位置
に配置されている。
ャビティ１３ｂが形成されている。キャビティ１３ｂ
は、曲面形状の表面に沿ってタンブル流を導き、そのタ
ンブル流を吸気側ペントルーフ１２ｃの方向へ円滑に巻
き上げる形状と位置に形成されている。図３に一点斜線
で示したように、キャビティ１３ｂはインジェクタ１５
の真下で、排気ポート１７側に少しオフセットした位置
に配置されている。
【００２５】点火プラグ２３の電極２３ａは、キャビテ
ィ１３ｂによって反射されたタンブル流にぶつかるよ
う、そして、燃料が噴射されたとき燃料噴霧に臨まされ
るように、吸気側ペントルーフ１２ｃの吸気ポート１６
の間に突出している。
ィ１３ｂによって反射されたタンブル流にぶつかるよ
う、そして、燃料が噴射されたとき燃料噴霧に臨まされ
るように、吸気側ペントルーフ１２ｃの吸気ポート１６
の間に突出している。
【００２６】一般に、タンブル流の強さを数字的に表す
ためにタンブル比という専門的な用語がある。タンブル
比はクランクシャフト1回転あたりの吸入空気の回転量
であり、吸入ポート１６の傾斜角、燃焼室１４の形状、
ピストン１３の形状等のような様々な要因により決定さ
れる。この実施の形態において、タンブル比は主に吸入
ポート１６の傾斜角とピストン１３のキャビティ１３ｂ
の位置と曲率により決定されている。実験により、タン
ブル比は０．５から１．７の範囲が最も望ましい結果を
生じるということを発見している。タンブル比が０．５
以下では、圧縮行程前にタンブル流が減衰し、混合気を
形成することに失敗する。一方、タンブル比が１．７以
上では、タンブル流が強く、ピストン１３のキャビティ
１３ｂから巻き上がった吸入空気がシリンダ壁に向かっ
て広がり、結果的に噴射された燃料噴霧は、散乱してい
るタンブル流により拡散し、可燃混合気が点火プラグ２
３の電極２３ａの周りに形成されない。したがって、タ
ンブル比は０．５から１．７の範囲に設定されることが
望ましい。
ためにタンブル比という専門的な用語がある。タンブル
比はクランクシャフト1回転あたりの吸入空気の回転量
であり、吸入ポート１６の傾斜角、燃焼室１４の形状、
ピストン１３の形状等のような様々な要因により決定さ
れる。この実施の形態において、タンブル比は主に吸入
ポート１６の傾斜角とピストン１３のキャビティ１３ｂ
の位置と曲率により決定されている。実験により、タン
ブル比は０．５から１．７の範囲が最も望ましい結果を
生じるということを発見している。タンブル比が０．５
以下では、圧縮行程前にタンブル流が減衰し、混合気を
形成することに失敗する。一方、タンブル比が１．７以
上では、タンブル流が強く、ピストン１３のキャビティ
１３ｂから巻き上がった吸入空気がシリンダ壁に向かっ
て広がり、結果的に噴射された燃料噴霧は、散乱してい
るタンブル流により拡散し、可燃混合気が点火プラグ２
３の電極２３ａの周りに形成されない。したがって、タ
ンブル比は０．５から１．７の範囲に設定されることが
望ましい。
【００２７】さらに、実験により、傾斜角αが２０度か
ら−５度、鋭角γが０度から１５度の組合わせが、タン
ブル流の形成に最も望ましい効果を与えることが分かっ
た。さらに、キャビティ１３ｂの大きさと位置に対して
は、その直径ｄ（ミリメータ）が以下の式のとき最も望
ましい結果を生じることが分かった。ｄ＝D×０．５−
ｋここで、Dはピストンの直径（ミリメータ）、ｋは０
から５の範囲の定数である。その深さとシリンダ軸から
のオフセット量は、それぞれ５から１０、０から５ミリ
メータの範囲の値が用いられる。
ら−５度、鋭角γが０度から１５度の組合わせが、タン
ブル流の形成に最も望ましい効果を与えることが分かっ
た。さらに、キャビティ１３ｂの大きさと位置に対して
は、その直径ｄ（ミリメータ）が以下の式のとき最も望
ましい結果を生じることが分かった。ｄ＝D×０．５−
ｋここで、Dはピストンの直径（ミリメータ）、ｋは０
から５の範囲の定数である。その深さとシリンダ軸から
のオフセット量は、それぞれ５から１０、０から５ミリ
メータの範囲の値が用いられる。
【００２８】次に、このように形成された燃焼室の作用
を説明する。極低負荷での成層燃焼では、エンジンがＢ
ＩＴＩコントロールで操作され、確実な燃焼が得られ
る。この場合、最良な燃料噴射時期は点火時期付近にセ
ットされ、燃料噴霧自体が点火プラグ２３の電極２３ａ
付近に混合気を作り、この混合気が点火時期で点火され
る。極低負荷で、ガス流動は大変遅く、このため、混合
気はピストンキャビティ１３ｂの形状に影響されること
はない。
を説明する。極低負荷での成層燃焼では、エンジンがＢ
ＩＴＩコントロールで操作され、確実な燃焼が得られ
る。この場合、最良な燃料噴射時期は点火時期付近にセ
ットされ、燃料噴霧自体が点火プラグ２３の電極２３ａ
付近に混合気を作り、この混合気が点火時期で点火され
る。極低負荷で、ガス流動は大変遅く、このため、混合
気はピストンキャビティ１３ｂの形状に影響されること
はない。
【００２９】さらに、一定速度走行（R／L負荷）相当で
のＢＩＴＥ制御は、図８に示すように、インジェクタは
ＢＩＴＩ制御よりも早期に噴射終了となる。このため、
噴射後期における燃料噴霧は、ピストンキャビティ１３
ｂに衝突し、そして燃料噴霧の流れはそこから巻き上が
る。すなわち、可燃混合気は、図５に示すように、点火
プラグ１３の電極１３ｂの周りに形成される。図８にお
ける一点鎖線ｂは平らな表面のピストンの場合と同様の
時期で噴射された燃料の着火性を示している（図１５参
照）。平らな表面のピストンの場合、燃料噴霧が上方に
巻き上げられることなくシリンダボア方向に拡散し、そ
の結果、可燃混合気は点火プラグ２３の電極２３ａの周
りに形成されない。したがって、この場合のＢＩＴＥ制
御は、燃焼が悪化するため行われない。
のＢＩＴＥ制御は、図８に示すように、インジェクタは
ＢＩＴＩ制御よりも早期に噴射終了となる。このため、
噴射後期における燃料噴霧は、ピストンキャビティ１３
ｂに衝突し、そして燃料噴霧の流れはそこから巻き上が
る。すなわち、可燃混合気は、図５に示すように、点火
プラグ１３の電極１３ｂの周りに形成される。図８にお
ける一点鎖線ｂは平らな表面のピストンの場合と同様の
時期で噴射された燃料の着火性を示している（図１５参
照）。平らな表面のピストンの場合、燃料噴霧が上方に
巻き上げられることなくシリンダボア方向に拡散し、そ
の結果、可燃混合気は点火プラグ２３の電極２３ａの周
りに形成されない。したがって、この場合のＢＩＴＥ制
御は、燃焼が悪化するため行われない。
【００３０】さらに、加速負荷時のＢＩＴＥ制御では、
図８に示すように、燃料噴射終了時期はより進角側にな
る。この場合において、早期の噴射時期は燃料噴霧の拡
散又は気化を助長する。図６はピストンキャビティ１３
ｂの表面全般に混合気が横たわっている燃焼室の例を示
す。この状態でタンブル流が与えられると、これらの混
合気は点火プラグ２３の電極２３ａに向かって巻き上が
り、ちょうど点火されるときに可燃混合気が電極２３ｂ
の周りに形成される。すなわち、図８に示すように、Ｂ
ＩＴＥ制御は、加速相当時の点火が早期に行われる場合
でさえも可能となる。本実施の形態において、燃焼は遅
角側の失火限界（ａ）から進角側の失火限界（ｄ）まで
の広い範囲で確実に維持される。失火限界（ａ）は、限
界線であり、限界線の左側は噴射時期を点火時期に近づ
けたことによる失火、すなわち、燃料噴霧により点火プ
ラグ２３の放電路が切断されることを起因とする失火を
引き起こす範囲を示す。
図８に示すように、燃料噴射終了時期はより進角側にな
る。この場合において、早期の噴射時期は燃料噴霧の拡
散又は気化を助長する。図６はピストンキャビティ１３
ｂの表面全般に混合気が横たわっている燃焼室の例を示
す。この状態でタンブル流が与えられると、これらの混
合気は点火プラグ２３の電極２３ａに向かって巻き上が
り、ちょうど点火されるときに可燃混合気が電極２３ｂ
の周りに形成される。すなわち、図８に示すように、Ｂ
ＩＴＥ制御は、加速相当時の点火が早期に行われる場合
でさえも可能となる。本実施の形態において、燃焼は遅
角側の失火限界（ａ）から進角側の失火限界（ｄ）まで
の広い範囲で確実に維持される。失火限界（ａ）は、限
界線であり、限界線の左側は噴射時期を点火時期に近づ
けたことによる失火、すなわち、燃料噴霧により点火プ
ラグ２３の放電路が切断されることを起因とする失火を
引き起こす範囲を示す。
【００３１】図１０は、平らな頂面のピストンと曲面形
状のキャビティを持つピストンとの燃焼又は排気ガス特
性の比較データである。
状のキャビティを持つピストンとの燃焼又は排気ガス特
性の比較データである。
【００３２】比較データより理解されるように、曲面形
状のキャビティを持つピストンの場合、燃料噴射終了時
期を進角側に設定しても、かなり進角させない限り燃焼
に悪影響を与えない。この場合、燃料噴射時期を広範囲
に設定することができる。一方、平らな頂面のピストン
の場合、燃料噴射終了時期を進角側に設定すると、点火
プラグ２３の電極２３ａの周りに混合気が形成されない
ため、悪い燃焼又は失火を引き起こす。したがって、こ
の場合における燃料噴射終了時期の選択可能範囲は狭い
ものとなる。
状のキャビティを持つピストンの場合、燃料噴射終了時
期を進角側に設定しても、かなり進角させない限り燃焼
に悪影響を与えない。この場合、燃料噴射時期を広範囲
に設定することができる。一方、平らな頂面のピストン
の場合、燃料噴射終了時期を進角側に設定すると、点火
プラグ２３の電極２３ａの周りに混合気が形成されない
ため、悪い燃焼又は失火を引き起こす。したがって、こ
の場合における燃料噴射終了時期の選択可能範囲は狭い
ものとなる。
【００３３】図１１について言及すると、これらの図は
タンブル流の回転方向とタンブル比に対する燃焼又は排
気ガスの特性の違いを示す。
タンブル流の回転方向とタンブル比に対する燃焼又は排
気ガスの特性の違いを示す。
【００３４】本実施の形態の回転方向とこれの逆回転を
比較すると、逆回転方向を持つタンブル流は、点火プラ
グの電極に対して反対方向に燃料噴霧を巻き上げるた
め、着火性の点で劣っていることが証明された。この傾
向は、燃料噴射がより早くなるほど、より顕著なものと
なる。タンブル比の影響に対しては、タンブル比に特定
の最適値が存在することが証明された。実験によると、
本実施の形態で用いた燃焼室とピストンの形状におい
て、タンブル比の最適値は１．０であることが証明され
た。さらに、確実な点火はタンブル比０．５から１．７
の範囲において得られることが証明された。すなわち、
タンブル比が０．５以下ならば、タンブル流は圧縮行程
に達する前に減衰し、混合気の形成に用いられない。さ
らに、タンブル比が２．０以上ならば、タンブル流が強
いため燃料噴霧が拡散し、その結果、可燃混合気が点火
プラグの電極の周りに形成されない。
比較すると、逆回転方向を持つタンブル流は、点火プラ
グの電極に対して反対方向に燃料噴霧を巻き上げるた
め、着火性の点で劣っていることが証明された。この傾
向は、燃料噴射がより早くなるほど、より顕著なものと
なる。タンブル比の影響に対しては、タンブル比に特定
の最適値が存在することが証明された。実験によると、
本実施の形態で用いた燃焼室とピストンの形状におい
て、タンブル比の最適値は１．０であることが証明され
た。さらに、確実な点火はタンブル比０．５から１．７
の範囲において得られることが証明された。すなわち、
タンブル比が０．５以下ならば、タンブル流は圧縮行程
に達する前に減衰し、混合気の形成に用いられない。さ
らに、タンブル比が２．０以上ならば、タンブル流が強
いため燃料噴霧が拡散し、その結果、可燃混合気が点火
プラグの電極の周りに形成されない。
【００３５】図９は、ＢＩＴＥ制御が行われた時の燃料
噴射時期に対する運転可能な空燃比の範囲を斜線部を付
して示している。各運転可能な範囲での空燃比の範囲と
燃料噴射終了時期は、燃料噴霧による放電路の切断、煤
の生成、燃焼変動等のような様々な限界によって決定さ
れる。この図から理解されるように、運転可能領域内に
おける空燃比と燃料噴射終了時期により、エンジンの着
火性および燃焼性に悪影響を与えることなく、成層燃焼
から均一燃焼の範囲に及んで、ＢＩＴＥ制御が保持さ
れ、空燃比が連続的に変化され得る。
噴射時期に対する運転可能な空燃比の範囲を斜線部を付
して示している。各運転可能な範囲での空燃比の範囲と
燃料噴射終了時期は、燃料噴霧による放電路の切断、煤
の生成、燃焼変動等のような様々な限界によって決定さ
れる。この図から理解されるように、運転可能領域内に
おける空燃比と燃料噴射終了時期により、エンジンの着
火性および燃焼性に悪影響を与えることなく、成層燃焼
から均一燃焼の範囲に及んで、ＢＩＴＥ制御が保持さ
れ、空燃比が連続的に変化され得る。
【００３６】図１２は本発明の実施の第二形態を示す。
この第二形態では、点火プラグ２３が吸気ポート１６側
から排気ポート１７側へ配置変えされ、その電極２３ａ
が二つの排気バルブ２２の間から燃焼室１４内へ突出し
ている。この場合、シリンダ軸に対する吸気ポート１６
の傾斜角度θ（図面上で時計回り）を前記第一形態より
も狭角に設計したことにより、タンブル流は前記第一形
態と逆方向、すなわち、この図面上で示されるように時
計回りに生起される。傾斜角θは、好ましくは、０から
２０度の範囲に設定される。すなわち、吸気ポート１６
から燃焼室１４内へ流入する空気流が最初にピストン１
３の頂面１３ａに衝突し、その後、ピストン１３のピス
トンキャビティ１３ｂによりタンブル流が生成される。
タンブル流は、ピストンキャビティ１３ｂから排気側ペ
ントルーフ面１２ｄ方向へ巻き上がる。インジェクタ１
５から噴射された燃料噴霧はタンブル流に衝突し、そこ
に混合気を形成する。本形態においては、インジェクタ
は、より効果的な燃料噴霧を得るように若干吸気ポート
１６の方へ傾斜角αだけ傾斜されている。本形態におい
て、インジェクタ１５の傾斜角αは、好ましくは０〜２
０度の範囲にある。このように、可燃混合気が点火プラ
グ２３の電極２３ａの周囲に形成される。
この第二形態では、点火プラグ２３が吸気ポート１６側
から排気ポート１７側へ配置変えされ、その電極２３ａ
が二つの排気バルブ２２の間から燃焼室１４内へ突出し
ている。この場合、シリンダ軸に対する吸気ポート１６
の傾斜角度θ（図面上で時計回り）を前記第一形態より
も狭角に設計したことにより、タンブル流は前記第一形
態と逆方向、すなわち、この図面上で示されるように時
計回りに生起される。傾斜角θは、好ましくは、０から
２０度の範囲に設定される。すなわち、吸気ポート１６
から燃焼室１４内へ流入する空気流が最初にピストン１
３の頂面１３ａに衝突し、その後、ピストン１３のピス
トンキャビティ１３ｂによりタンブル流が生成される。
タンブル流は、ピストンキャビティ１３ｂから排気側ペ
ントルーフ面１２ｄ方向へ巻き上がる。インジェクタ１
５から噴射された燃料噴霧はタンブル流に衝突し、そこ
に混合気を形成する。本形態においては、インジェクタ
は、より効果的な燃料噴霧を得るように若干吸気ポート
１６の方へ傾斜角αだけ傾斜されている。本形態におい
て、インジェクタ１５の傾斜角αは、好ましくは０〜２
０度の範囲にある。このように、可燃混合気が点火プラ
グ２３の電極２３ａの周囲に形成される。
【００３７】前記第一形態に対し、点火プラグ２３を排
気ポート側に配設することで、吸気バルブの大径化を図
ることができるという利点がある。また、本形態におい
ても、タンブル比を０．５〜１．７の範囲の値に設定す
ることが望ましい。
気ポート側に配設することで、吸気バルブの大径化を図
ることができるという利点がある。また、本形態におい
ても、タンブル比を０．５〜１．７の範囲の値に設定す
ることが望ましい。
【００３８】ここでは本発明の好ましい形態が開示され
たが、これらの開示は例示であり、発明の範囲を越える
ことなく種々の変更や修正を施すことが可能である。
たが、これらの開示は例示であり、発明の範囲を越える
ことなく種々の変更や修正を施すことが可能である。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第一形態
によれば、燃焼室内に導かれた吸入空気は排気ポート側
のペントルーフ面に沿って運ばれ、そしてピストン上面
の曲面形状のピストンキャビティに衝突した後、タンブ
ル流が点火プラグの電極近傍へ巻き上がる。一方、第二
形態によれば、吸入空気は燃焼室内に導かれ、そして曲
面形状のピストンキャビティに直接衝突した後、タンブ
ル流が点火プラグの電極近傍へ巻き上がる。噴射時期が
比較的遅い場合、すなわち、点火時期と比較的近い場合
（成層燃焼領域）、混合気が噴霧された燃料自体によっ
て点火プラグの電極近傍に形成され、点火プラグによっ
て着火される。噴射時期が比較的早い場合、すなわち、
点火時期から比較的離れている場合（成層燃焼領域）、
噴霧された燃料はピストンキャビティにより反射され、
反射された燃料噴霧は点火プラグの電極周辺に混合気を
形成する。その後、その混合気は所定の点火時期に着火
される。噴射時期がさらに早い場合（この領域では、先
に成層燃焼が生じ、次いで均一燃焼が生ずる）、噴霧さ
れた燃料はピストンキャビティ内にトラップされ、この
トラップされた燃料は上昇するタンブル流と混合し、そ
してこの混合気が点火プラグの電極近傍へ到達する。そ
の後、この混合気は所定の点火時期に着火される。成層
燃焼から均一燃焼への切換えは連続的になされる。この
ように、エンジンのすべての運転状態において、安定し
た着火性と安定した燃焼性能が得られる。この安定した
燃焼は許容以上のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の排気エミッシ
ョンの抑制と燃費の向上をもたらし、成層燃焼を高負荷
領域まで拡大することを許容するとともに、成層燃焼か
ら均一燃焼への切換えを滑らかにして良好なドライバビ
リティを提供することができる。
によれば、燃焼室内に導かれた吸入空気は排気ポート側
のペントルーフ面に沿って運ばれ、そしてピストン上面
の曲面形状のピストンキャビティに衝突した後、タンブ
ル流が点火プラグの電極近傍へ巻き上がる。一方、第二
形態によれば、吸入空気は燃焼室内に導かれ、そして曲
面形状のピストンキャビティに直接衝突した後、タンブ
ル流が点火プラグの電極近傍へ巻き上がる。噴射時期が
比較的遅い場合、すなわち、点火時期と比較的近い場合
（成層燃焼領域）、混合気が噴霧された燃料自体によっ
て点火プラグの電極近傍に形成され、点火プラグによっ
て着火される。噴射時期が比較的早い場合、すなわち、
点火時期から比較的離れている場合（成層燃焼領域）、
噴霧された燃料はピストンキャビティにより反射され、
反射された燃料噴霧は点火プラグの電極周辺に混合気を
形成する。その後、その混合気は所定の点火時期に着火
される。噴射時期がさらに早い場合（この領域では、先
に成層燃焼が生じ、次いで均一燃焼が生ずる）、噴霧さ
れた燃料はピストンキャビティ内にトラップされ、この
トラップされた燃料は上昇するタンブル流と混合し、そ
してこの混合気が点火プラグの電極近傍へ到達する。そ
の後、この混合気は所定の点火時期に着火される。成層
燃焼から均一燃焼への切換えは連続的になされる。この
ように、エンジンのすべての運転状態において、安定し
た着火性と安定した燃焼性能が得られる。この安定した
燃焼は許容以上のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の排気エミッシ
ョンの抑制と燃費の向上をもたらし、成層燃焼を高負荷
領域まで拡大することを許容するとともに、成層燃焼か
ら均一燃焼への切換えを滑らかにして良好なドライバビ
リティを提供することができる。
【００４０】さらに、エンジン１回転あたりのタンブル
流の回転数を０．５〜１．７とすることによって、圧縮
行程中のタンブル流が減衰されず、しかも燃料が拡散す
ることもなく、可燃混合気が点火プラグの電極周辺に形
成される。
流の回転数を０．５〜１．７とすることによって、圧縮
行程中のタンブル流が減衰されず、しかも燃料が拡散す
ることもなく、可燃混合気が点火プラグの電極周辺に形
成される。
【００４１】第一形態によれば、図１、２、７における
矢印は、吸気管１６と燃焼室１４の上面からピストン１
３のキャビティ１３ｂへ導かれる空気流を示し、タンブ
ル流は反時計回りに生じている。そのため、流入空気は
上方側から噴射された燃料と効果的に混合する。
矢印は、吸気管１６と燃焼室１４の上面からピストン１
３のキャビティ１３ｂへ導かれる空気流を示し、タンブ
ル流は反時計回りに生じている。そのため、流入空気は
上方側から噴射された燃料と効果的に混合する。
【００４２】第二の形態によれば、図１２における矢印
は燃焼室内、すなわちピストン１３のキャビティ１３ｂ
内へ流入した空気を示している。タンブル流は時計回り
に生ずる。そのため、流入した空気は上方側から噴射さ
れた燃料と効果的に混合され、最適な燃焼のために点火
プラグ２３の電極２３ａによって効率的に着火される。
は燃焼室内、すなわちピストン１３のキャビティ１３ｂ
内へ流入した空気を示している。タンブル流は時計回り
に生ずる。そのため、流入した空気は上方側から噴射さ
れた燃料と効果的に混合され、最適な燃焼のために点火
プラグ２３の電極２３ａによって効率的に着火される。
【図１】本発明の実施の第一形態における筒内直噴式火
花点火エンジンの燃焼室を示す概略図
花点火エンジンの燃焼室を示す概略図
【図２】本発明の実施の第一形態の燃焼室の構造を示す
側面図
側面図
【図３】本発明の実施の第一形態の燃焼室の平面図
【図４】図１の燃焼室内において、点火時期直前の燃料
噴霧挙動を示す側面図
噴霧挙動を示す側面図
【図５】図１の燃焼室内において、ピストンキャビティ
上へ衝突した燃焼噴霧挙動を示す側面図
上へ衝突した燃焼噴霧挙動を示す側面図
【図６】図１の燃焼室内において、加速中にタンブル流
がないときの燃料噴霧挙動を示す側面図
がないときの燃料噴霧挙動を示す側面図
【図７】図１の燃焼室内において、加速中にタンブル流
が生ずるときの燃料噴霧挙動を示す側面図
が生ずるときの燃料噴霧挙動を示す側面図
【図８】燃焼安定性と噴射時期との関係を示す特性図
【図９】運転可能領域と最適噴射時期との関係を示す特
性図
性図
【図１０】平らな頂面のピストンと曲面形状のキャビテ
ィを持つピストンとの燃焼又は排気ガス特性の比較デー
タ
ィを持つピストンとの燃焼又は排気ガス特性の比較デー
タ
【図１１】タンブル流の回転方向とタンブル比に対する
燃焼又は排気ガスの特性の違いを示す比較データ
燃焼又は排気ガスの特性の違いを示す比較データ
【図１２】本発明の実施の第二形態における燃焼室を示
す概略図
す概略図
【図１３】先行技術における燃料噴射終了時期と燃料噴
射量との関係を示す特性図
射量との関係を示す特性図
【図１４】エミッション排出量と燃料噴射時期との関係
を示す特性図
を示す特性図
【図１５】先行技術における筒内直噴式火花点火エンジ
ンの燃焼室を示す概略図
ンの燃焼室を示す概略図
１２ｂ 燃焼室頂部 １２ｃ 吸気側ペントルーフ面 １２ｄ 排気側ペントルーフ面 １３ａ ピストン頂面 １３ｂ キャビティ １４ 燃焼室 １５ インジェクタ １６ 吸気ポート ２３ 点火プラグ ２３ａ 電極
Claims (7)
- 【請求項１】 吸気バルブ側のルーフと、排気バルブ側
のルーフと、吸入空気を導入するために上記吸気バルブ
側ルーフに設けられた吸気バルブと、排気ガスを放出す
るために上記排気バルブ側ルーフに設けられた排気バル
ブと、ピストンと、シリンダと、点火プラグとを有する
筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室において、 上記吸気バルブ側ルーフと上記排気バルブ側ルーフとの
間に配置され、上記シリンダの軸線に対して上記排気バ
ルブ側へ第一の傾斜角だけ傾けられたインジェクタと、 上記排気バルブ側ルーフに沿って吸気のタンブル流を形
成するように、上記排気バルブ側ルーフの延長線に対し
て平行を含む鋭角に上記吸気バルブ側に配設された吸気
ポートとを具備し、 上記ピストンは上記インジェクタから噴射された燃料噴
霧を吸気タンブル流とともに上記吸気バルブ側ルーフ方
向へ反射するように形成された曲面形状のピストンキャ
ビティを有し、 上記点火プラグは上記吸気バルブ側ルーフから突出する
とともに、上記タンブル流及び上記ピストンキャビティ
によって反射された燃料噴霧の流出位置に配設される電
極を有することを特徴とする筒内直噴式火花点火エンジ
ンの燃焼室。 - 【請求項２】 吸気バルブ側のルーフと、排気バルブ側
のルーフと、吸入空気を導入するために上記吸気バルブ
側ルーフに設けられた吸気バルブと、排気ガスを放出す
るために上記排気バルブ側ルーフに設けられた排気バル
ブと、ピストンと、シリンダと、点火プラグとを有する
筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室において、 上記吸気バルブ側ルーフと上記排気バルブ側ルーフとの
間に配置され、上記シリンダの軸線に対して上記排気バ
ルブ側へ第一の傾斜角だけ傾けられたインジェクタと、 吸気を上記ピストンへ直接衝突させて吸気タンブル流を
形成するように上記シリンダの軸線に対して第二の傾斜
角で上記吸気バルブ側に配設された吸気ポートとを具備
し、 上記ピストンは上記インジェクタから噴射された燃料噴
霧を吸気タンブル流とともに上記排気バルブ側ルーフ方
向へ反射するように形成された曲面形状のピストンキャ
ビティを有し、 上記点火プラグは上記排気バルブ側ルーフから突出する
とともに、上記タンブル流及び上記ピストンキャビティ
によって反射された燃料噴霧の流出位置に配設される電
極を有することを特徴とする筒内直噴式火花点火エンジ
ンの燃焼室。 - 【請求項３】 上記第一の傾斜角は０〜２０°の範囲に
あることを特徴とする請求項１記載の筒内直噴式火花点
火エンジンの燃焼室。 - 【請求項４】 上記第一の傾斜角は０〜−２０°の範囲
にあることを特徴とする請求項２記載の筒内直噴式火花
点火エンジンの燃焼室。 - 【請求項５】 上記鋭角は０〜１５°の範囲にあること
を特徴とする請求項１或いは請求項３記載の筒内直噴式
火花点火エンジンの燃焼室。 - 【請求項６】 上記第二の傾斜角は０〜２０°の範囲に
あることを特徴とする請求項２或いは請求項４記載の筒
内直噴式火花点火エンジンの燃焼室。 - 【請求項７】 上記タンブル流のエンジン１回転あたり
の回転量を０．５〜１．７の範囲としたことを特徴とす
る請求項１乃至６記載の筒内直噴式火花点火エンジンの
燃焼室。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9702648A GB2310003B (en) | 1996-02-09 | 1997-02-10 | Combustion chamber for in-cylinder direct fuel injection engine |
| GB9702648.8 | 1997-02-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10220229A true JPH10220229A (ja) | 1998-08-18 |
| JP4108806B2 JP4108806B2 (ja) | 2008-06-25 |
Family
ID=10807345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02868398A Expired - Fee Related JP4108806B2 (ja) | 1997-02-10 | 1998-02-10 | 筒内直噴式火花点火エンジンの燃焼室構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4108806B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006140072A (ja) * | 2004-11-15 | 2006-06-01 | Hitachi Ltd | 内燃機関の火花点火装置及び当該火花点火装置を備えた内燃機関 |
| EP1777403A1 (en) | 2005-10-19 | 2007-04-25 | Nissan Motor Company Limited | Direct injection engine |
| JP2014136981A (ja) * | 2013-01-15 | 2014-07-28 | Toyota Motor Corp | 内燃機関 |
| US11346276B2 (en) * | 2018-04-10 | 2022-05-31 | Nissan Motor Co., Ltd. | Combustion chamber structure for internal combustion engine |
-
1998
- 1998-02-10 JP JP02868398A patent/JP4108806B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006140072A (ja) * | 2004-11-15 | 2006-06-01 | Hitachi Ltd | 内燃機関の火花点火装置及び当該火花点火装置を備えた内燃機関 |
| EP1777403A1 (en) | 2005-10-19 | 2007-04-25 | Nissan Motor Company Limited | Direct injection engine |
| US7475675B2 (en) | 2005-10-19 | 2009-01-13 | Nissan Motors Co., Ltd. | In-cylinder direct fuel-injection engine |
| JP2014136981A (ja) * | 2013-01-15 | 2014-07-28 | Toyota Motor Corp | 内燃機関 |
| US11346276B2 (en) * | 2018-04-10 | 2022-05-31 | Nissan Motor Co., Ltd. | Combustion chamber structure for internal combustion engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4108806B2 (ja) | 2008-06-25 |
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