JPH1030442A - 筒内直接燃料噴射式火花点火内燃機関 - Google Patents

筒内直接燃料噴射式火花点火内燃機関

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JPH1030442A
JPH1030442A JP18614096A JP18614096A JPH1030442A JP H1030442 A JPH1030442 A JP H1030442A JP 18614096 A JP18614096 A JP 18614096A JP 18614096 A JP18614096 A JP 18614096A JP H1030442 A JPH1030442 A JP H1030442A
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JP
Japan
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fuel injection
spark ignition
cavity
internal combustion
combustion engine
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Withdrawn
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JP18614096A
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English (en)
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Masao Kano
政雄 加納
Tokio Kohama
時男 小浜
Kimitaka Saito
公孝 斎藤
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Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
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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
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/26Pistons  having combustion chamber in piston head
    • 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
    • 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

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼室の中央部に燃料を噴射して点火させる
型の筒内直接燃料噴射式ガソリンエンジンにおいて、成
層燃焼をさせる際に燃焼室の外周部へ流れた希薄な混合
気が燃え残ってHCの排出量が増加するのを防止する。 【解決手段】 燃焼室の外周部に面したピストン5の頂
面やシリンダヘッド1の内面の一部に窪みの形のキャビ
ティ6を形成し、そこに燃焼室中央部の点火プラグ10
とは別の点火プラグ8を設ける。成層燃焼の際に圧縮行
程において燃料噴射弁7から噴射された燃料噴霧はキャ
ビティ6内へ流入して捕集されるので、キャビティ6内
には比較的にリッチな空燃比の混合気が形成されて、点
火プラグ8によって容易に点火されるために安定な成層
燃焼が行われる。なお、高負荷、高回転時の予混合燃焼
においては、主として燃焼室中央部の点火プラグ10に
よって点火が行われる。

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
式火花点火内燃機関に係り、特に燃焼室の中央部に燃料
を噴射する型の筒内直接燃料噴射式ガソリンエンジンに
関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、特開昭59−173566号公
報に記載されているような筒内直接燃料噴射式火花点火
内燃機関において、筒内に燃料(ガソリン)を噴射する
際に、機関の出力を重視する場合には燃料を吸気行程中
に噴射すればよいことや、燃費を重視する場合には燃料
を圧縮行程中に噴射すればよいことが知られている。ま
た、高出力運転の場合には予混合燃焼を行わせるが、そ
の場合には火炎伝播の関係から燃焼室の中央部に点火プ
ラグを設けた中央点火方式が好ましいために、高出力運
転に重点をおく機関では中央点火方式として専ら中央点
火方式を採用することになるので、そのような機関にお
いて低負荷低回転時の低燃費を求めて行われる希薄燃焼
のための成層燃焼は、燃焼室の中央部の点火プラグ付近
で行われることになる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような場合、燃焼
室の中央の点火プラグ付近に噴射される燃料噴霧を、ピ
ストンの頂面等に何らかの手段を設けて中央部で捕集し
ても、シリンダ外周部への燃料噴霧の拡散を防止するこ
とはできないので、外周部における混合気の空燃比が燃
焼限界よりも希薄になり、外周部まで火炎が十分に伝播
しないために混合気が燃え残って未燃のままで排出され
る結果、排気ガス中のHCの量が増大するという問題が
あった。本発明は、従来技術におけるこのような問題に
対処することができる改良された筒内直接燃料噴射式火
花点火内燃機関を提供することを目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請
求項に記載された構成を有する筒内直接燃料噴射式火花
点火内燃機関を提供するものである。
【0005】本発明の筒内直接燃料噴射式火花点火内燃
機関によれば、圧縮行程において燃焼室の中央部に噴射
された燃料噴霧は、ピストンの上昇に伴なう燃焼室の容
積の縮小に伴って外周部へ移動するが、その際に外周部
の一部に形成されているキャビティ内へ集中的に流入し
て捕集される。それによって、キャビティ内に中央部の
点火プラグとは別に設けられている火花点火プラグの周
辺に燃料噴霧の濃度が比較的大きい層を形成して、全体
としては燃料噴霧の希薄な空燃比であっても、外周部の
キャビティ内では良好な着火が行われて、中央部その他
の部分へ火炎伝播させるので、低負荷、低回転の運転時
においても燃焼室全体に失火を生じる部分がなく、安定
した成層燃焼を行うことができる。
【0006】言うまでもなく、高負荷高回転の運転時に
は、主として、燃焼室の中央部に設けられている本来の
点火プラグが、多量に噴射された燃料噴霧を含む多量の
混合気全体に対する着火を行うので、着火遅れ等の問題
は生じることがなく、機関は本来の高い出力を発生する
ことができる。
【0007】本発明においては、燃料噴霧捕集用のキャ
ビティを構成する燃焼室の窪みは、燃焼室の外周部であ
れば、ピストンの頂面の一部、又はシリンダヘッドの内
面の一部、或いはそれらの双方の対応する位置に設ける
ことができる。
【0008】本発明においては、燃料噴霧が噴射される
燃焼室の中央部から、燃料噴霧を燃焼室の外周部に形成
されたキャビティへ導くために、燃焼室の中央部とキャ
ビティを繋ぐ通路を燃焼室の壁面に形成することができ
る。それによって、燃焼室の中央部へ噴射された燃料噴
霧は確実に外周部のキャビティ内へ導かれて成層燃焼を
行うことができる。この通路は、例えば、燃焼室に面し
ているピストンの頂面又はシリンダヘッド側の壁面の一
方、或いはそれらの双方の対応した位置に形成される開
放形状の溝とすることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】図1及び図2は、本発明による筒
内直接燃料噴射式火花点火内燃機関の第1の実施形態
を、その要部について示す縦断面図である。これらの図
において、筒内直接燃料噴射式火花点火内燃機関の機関
本体を構成するシリンダヘッド1及びシリンダブロック
2は、ガスケット3を介して互いに締結されている。シ
リンダブロック2内に形成されたシリンダボア4は、ピ
ストン5を図において上下方向に往復運動可能に受け入
れている。
【0010】ピストン5の頂面のうちで外周部の一部に
は窪みとしてのキャビティ6が設けられている。キャビ
ティ6は圧縮行程時にシリンダヘッド1の燃焼室壁面と
の間に燃料噴霧を捕集するための小空間を形成する。圧
縮行程時に燃料噴射弁7から噴射された燃料噴霧7a
は、ピストン5の頂面に沿って外周部のキャビティ6内
へ導入され、成層燃焼用火花点火プラグ8の火花ギャッ
プ周辺に可燃適正空燃比の混合気7bが形成されるた
め、成層燃焼用火花点火プラグ8の火花ギャップにおい
て着火させることにより、成層燃焼運転時には失火を生
じることがなく、安定した成層燃焼を行うことができ
る。
【0011】なお、キャビティ6は、シリンダヘッド1
の燃焼室壁面側に窪みを設けて形成することができる
し、ピストン5の外周部と、それに対応するシリンダヘ
ッド1側の壁面の双方に窪みを設けて形成することもで
きる。
【0012】図3に本発明の第2の実施形態を示す。こ
の実施形態は上記第1実施形態の構成に対して、ピスト
ン5の頂面の中心からキャビティ6へ溝の形の燃料通路
9を付加したものである。該燃料通路9の付加によりキ
ャビティ6への燃料の流入を助けて、キャビティ6の作
用を確実なものとすることができる。この燃料通路9は
シリンダヘッド1の燃焼室壁面と、ピストン6の頂面の
どちら側に形成してもよい。
【0013】図4、図5、及び図6は燃料通路9の通路
の色々な実施例を示したものである。平面形状は、いず
れの場合も図7のようになり、溝の幅は一定としてい
る。図4に示す燃料通路9の実施例は、ピストン5の頂
部からキャビティ6まで溝の深さが略一定で、溝の底面
はピストン5の頂面と平行に形成されている。図5に示
す燃料通路9の実施例は、キャビティ6まで順次溝の深
さが増大するように形成されている。また、図6に示す
燃料通路9の実施例は、キャビティ6までの溝の底面が
2次曲線的に形成されている。
【0014】図8に本発明の第3の実施形態を示す。こ
の実施形態においては、吸気行程時に燃料噴射弁7から
噴射された燃料をシリンダボア4内に均一に分布させる
と共に、燃焼室の中央部の予混合燃焼用火花点火プラグ
10において飛火させることによって、予混合燃焼運転
時には火炎伝ぱが良くなり、ノックを生じることなく安
定した予混合燃焼を行うことができ、高い出力を発生さ
せることができる。
【0015】図9及び図10は、キャビティ6の設置位
置についての実施例を示したものである。図9に示すキ
ャビティの実施例は、キャビティ6をインテークバルブ
11側に設けると共に、キャビティ6により吸気流に乱
れを生じさせて、燃焼速度を速めるものである。これに
対して図10に示すキャビティの実施例は、キャビティ
6をエキゾーストバルブ12側に設けて、点火プラグ8
の火花ギャップ部において飛火させるまでに、エキゾー
ストバルブ12の熱によってキャビティ6内の燃料噴霧
の微粒化を促進させるものである。
【0016】図11、図12、及び図13は、ピストン
5の頂面にキャビティ6のために形成される燃料通路9
の平面形状の色々な実施例を示す。いずれの例において
も、圧縮行程時に燃料噴射弁7より噴射された燃料がキ
ャビティ6に流入した後にキャビティ6から逃げにくく
するために、燃料通路9には、キャビティ6に近づくに
つれて通路幅が絞られるように構成されている。このよ
うな燃料通路9の形状により、成層の度合を高めて、成
層燃焼運転時には、より安定した成層燃焼を行うことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す縦断正面図であ
る。
【図2】第1の実施形態の作動状態を示す縦断正面図で
ある。
【図3】本発明の第2の実施形態を示す縦断正面図であ
る。
【図4】燃料通路の実施例を示す縦断正面図である。
【図5】燃料通路の他の実施例を示す縦断正面図であ
る。
【図6】燃料通路の更に他の実施例を示す縦断正面図で
ある。
【図7】図4から図6の燃料通路の平面形状を示す平面
図である。
【図8】本発明の第3の実施形態を示す縦断正面図であ
る。
【図9】キャビティの設置位置についての実施例を示す
縦断正面図である。
【図10】キャビティの設置位置についての他の実施例
を示す縦断正面図である。
【図11】燃料通路の平面形状の実施例を示す平面図で
ある。
【図12】燃料通路の平面形状の他の実施例を示す平面
図である。
【図13】燃料通路の平面形状の更に他の実施例を示す
平面図である。
【符号の説明】
1…シリンダヘッド 2…シリンダブロック 5…ピストン 6…キャビティ 7…燃料噴射弁 8…成層燃焼用火花点火プラグ 9…燃料通路 10…予混合燃焼用火花点火プラグ 11…インテークバルブ 12…エキゾーストバルブ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料噴射弁と火花点火プラグを燃焼室の
    中央に備えている中央噴射方式筒内直接燃料噴射機関に
    おいて、前記燃焼室の外周部に前記燃料噴射弁より噴射
    された燃料噴霧を捕集するキャビティと、前記キャビテ
    ィ内に前記火花点火プラグとは別の火花点火プラグを有
    することを特徴とする筒内直接燃料噴射式火花点火内燃
    機関。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載された筒内直接燃料噴射
    式火花点火内燃機関において、前記キャビティはピスト
    ン頂面の外周部に設けられた窪みであることを特徴とす
    る筒内直接燃料噴射式火花点火内燃機関。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載された筒内直接燃料噴射
    式火花点火内燃機関において、前記キャビティは燃焼室
    のシリンダヘッド側の壁面の外周部に設けられた窪みで
    あることを特徴とする筒内直接燃料噴射式火花点火内燃
    機関。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載され
    た筒内直接燃料噴射式火花点火内燃機関において、前記
    燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が前記キャビティ内
    に導かれるための通路を有することを特徴とする筒内直
    接燃料噴射式火花点火内燃機関。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載された筒内直接燃料噴射
    式火花点火内燃機関において、前記通路はピストン頂面
    に設けられた溝であることを特徴とする筒内直接燃料噴
    射式火花点火内燃機関。
  6. 【請求項6】 請求項4に記載された筒内直接燃料噴射
    式火花点火内燃機関において、前記通路は燃焼室のシリ
    ンダヘッド側の壁面に設けられた溝であることを特徴と
    する筒内直接燃料噴射式火花点火内燃機関。
JP18614096A 1996-07-16 1996-07-16 筒内直接燃料噴射式火花点火内燃機関 Withdrawn JPH1030442A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000003134A1 (fr) * 1998-07-10 2000-01-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Moteur a combustion interne
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Effective date: 20031007