JPH10317972A - 筒内噴射式火花点火内燃機関 - Google Patents
筒内噴射式火花点火内燃機関Info
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- JPH10317972A JPH10317972A JP9132672A JP13267297A JPH10317972A JP H10317972 A JPH10317972 A JP H10317972A JP 9132672 A JP9132672 A JP 9132672A JP 13267297 A JP13267297 A JP 13267297A JP H10317972 A JPH10317972 A JP H10317972A
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 吸気行程中に燃料噴射を行う均質燃焼時の点
火プラグ７のくすぶりを抑制するとともに、圧縮行程中
に燃料噴射を行う成層希薄燃焼時の混合改善を図る。 【解決手段】 一対の吸気弁５ａ，５ｂに対応する第１
吸気ポート８ａと第２吸気ポート８ｂとが互いに独立し
ている。第１吸気ポート８ａは、エンジンセンターライ
ンＬに直交している。第２吸気ポート８ｂは、点火プラ
グ７を指向するように内向している。燃料噴射弁１０
は、吸気弁５ｂ側に片寄って位置しており、その噴霧の
中心線Ｆは、第２吸気ポート８ｂの中心線Ｍ２とシリン
ダ水平平面上において略平行である。第２吸気ポート８
ｂの上流には、空気制御弁１５が介装されている。燃料
噴霧が吸気弁５ａ，５ｂの傘部裏面へ衝突しても、点火
プラグ７には集中しない。また、シリンダ３内に生成さ
れる縦渦が傾いたものとなる。
火プラグ７のくすぶりを抑制するとともに、圧縮行程中
に燃料噴射を行う成層希薄燃焼時の混合改善を図る。 【解決手段】 一対の吸気弁５ａ，５ｂに対応する第１
吸気ポート８ａと第２吸気ポート８ｂとが互いに独立し
ている。第１吸気ポート８ａは、エンジンセンターライ
ンＬに直交している。第２吸気ポート８ｂは、点火プラ
グ７を指向するように内向している。燃料噴射弁１０
は、吸気弁５ｂ側に片寄って位置しており、その噴霧の
中心線Ｆは、第２吸気ポート８ｂの中心線Ｍ２とシリン
ダ水平平面上において略平行である。第２吸気ポート８
ｂの上流には、空気制御弁１５が介装されている。燃料
噴霧が吸気弁５ａ，５ｂの傘部裏面へ衝突しても、点火
プラグ７には集中しない。また、シリンダ３内に生成さ
れる縦渦が傾いたものとなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、シリンダヘッド
に配置した燃料噴射弁からシリンダ内に直接燃料を噴射
する筒内噴射式内燃機関、特にガソリン機関に代表され
る筒内噴射式火花点火内燃機関に関する。
に配置した燃料噴射弁からシリンダ内に直接燃料を噴射
する筒内噴射式内燃機関、特にガソリン機関に代表され
る筒内噴射式火花点火内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料噴射弁によってシリンダ内に直接燃
料を噴射し、その混合気に点火プラグにより点火するよ
うにした筒内噴射式火花点火内燃機関においては、一般
に、特開昭６３−２３０９２０号公報に記載されている
ように、噴射された燃料がシリンダを直径方向に横切る
ようにシリンダ側壁寄りのシリンダヘッド下面部に燃料
噴射弁が配置される場合が多い。そして、各気筒毎に一
対の吸気弁を備えた吸気２弁式機関においては、このシ
リンダ側壁寄りのシリンダヘッド下面部に設けられる燃
料噴射弁を、一対の吸気弁の中間位置に配置した構成が
一般的なレイアウトとなっている。つまり、シリンダ中
心軸に直交するシリンダ水平平面において見た場合に
は、燃料噴射弁の噴霧中心線が、シリンダの略中心部に
位置する点火プラグを指向している。
料を噴射し、その混合気に点火プラグにより点火するよ
うにした筒内噴射式火花点火内燃機関においては、一般
に、特開昭６３−２３０９２０号公報に記載されている
ように、噴射された燃料がシリンダを直径方向に横切る
ようにシリンダ側壁寄りのシリンダヘッド下面部に燃料
噴射弁が配置される場合が多い。そして、各気筒毎に一
対の吸気弁を備えた吸気２弁式機関においては、このシ
リンダ側壁寄りのシリンダヘッド下面部に設けられる燃
料噴射弁を、一対の吸気弁の中間位置に配置した構成が
一般的なレイアウトとなっている。つまり、シリンダ中
心軸に直交するシリンダ水平平面において見た場合に
は、燃料噴射弁の噴霧中心線が、シリンダの略中心部に
位置する点火プラグを指向している。
【０００３】また、機関低負荷時の希薄燃焼を可能とす
るために、吸気２弁式機関において、吸気ポート上流
に、各吸気弁へ向かう新気の流量割合を可変制御する空
気制御弁を配設し、機関低負荷時には、主に一方の吸気
弁からシリンダ内に新気を導入して、シリンダ内に強い
旋回流（スワール）を発生させる一方、機関高負荷時に
は、一対の吸気弁の双方からシリンダ内に新気を導入す
ることによりシリンダ内に強い縦渦（タンブル）を発生
させるようにした燃焼改善技術も知られている。
るために、吸気２弁式機関において、吸気ポート上流
に、各吸気弁へ向かう新気の流量割合を可変制御する空
気制御弁を配設し、機関低負荷時には、主に一方の吸気
弁からシリンダ内に新気を導入して、シリンダ内に強い
旋回流（スワール）を発生させる一方、機関高負荷時に
は、一対の吸気弁の双方からシリンダ内に新気を導入す
ることによりシリンダ内に強い縦渦（タンブル）を発生
させるようにした燃焼改善技術も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにシリンダ
内に直接燃料を噴射する筒内噴射式火花点火内燃機関に
おいては、機関の全負荷時には、通常、混合気の均質化
を図るために、吸気行程中に燃料噴射が行われるのであ
るが、上述したような従来の吸気２弁式機関のレイアウ
トでは、吸気弁がリフトしている状態でシリンダヘッド
下面部の燃料噴射弁から燃料が噴射されると、燃料噴霧
の一部が吸気弁の傘部裏面に衝突し、かつ反射して点火
プラグ側に向かうため、点火プラグ周辺の混合気が部分
的に過濃となる。そのため、点火プラグがくすぶり、燃
焼安定性が損なわれるという問題がある。特に、この機
関全負荷時には、燃料供給量そのものが多いため、燃料
が点火プラグに集中すると、くすぶりが発生し易い。
内に直接燃料を噴射する筒内噴射式火花点火内燃機関に
おいては、機関の全負荷時には、通常、混合気の均質化
を図るために、吸気行程中に燃料噴射が行われるのであ
るが、上述したような従来の吸気２弁式機関のレイアウ
トでは、吸気弁がリフトしている状態でシリンダヘッド
下面部の燃料噴射弁から燃料が噴射されると、燃料噴霧
の一部が吸気弁の傘部裏面に衝突し、かつ反射して点火
プラグ側に向かうため、点火プラグ周辺の混合気が部分
的に過濃となる。そのため、点火プラグがくすぶり、燃
焼安定性が損なわれるという問題がある。特に、この機
関全負荷時には、燃料供給量そのものが多いため、燃料
が点火プラグに集中すると、くすぶりが発生し易い。
【０００５】また、吸気２弁式機関においては、一対の
吸気弁の双方からシリンダ内に新気を導入した際にシリ
ンダ内に縦渦（タンブル）が生じるように吸気ポートを
構成した場合に、燃焼安定化のためにこの縦渦を強化し
たとしても、ピストン冠面近くの排気弁側シリンダ壁面
寄りの部分は、縦渦の外側となるため、流れの弱い淀み
点となる。上述した一般的な燃料噴射弁のレイアウトで
は、機関の全負荷時に吸気行程中に噴射された燃料は、
シリンダを直径方向に横切ってピストン冠面の排気弁側
に到達するため、この淀み点となる部分に一部の燃料が
滞留してしまい、空気と十分に混合せずに燃焼効率の低
下を招くという問題がある。
吸気弁の双方からシリンダ内に新気を導入した際にシリ
ンダ内に縦渦（タンブル）が生じるように吸気ポートを
構成した場合に、燃焼安定化のためにこの縦渦を強化し
たとしても、ピストン冠面近くの排気弁側シリンダ壁面
寄りの部分は、縦渦の外側となるため、流れの弱い淀み
点となる。上述した一般的な燃料噴射弁のレイアウトで
は、機関の全負荷時に吸気行程中に噴射された燃料は、
シリンダを直径方向に横切ってピストン冠面の排気弁側
に到達するため、この淀み点となる部分に一部の燃料が
滞留してしまい、空気と十分に混合せずに燃焼効率の低
下を招くという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、各気筒毎
に、気筒列方向に並んだ２つの吸気弁および２つの排気
弁を有し、かつこれらの４個の弁の略中央位置に点火プ
ラグが配置され、２つの吸気弁の間でかつシリンダ側壁
寄りのシリンダヘッド下面部に配置された燃料噴射弁か
らシリンダ内に直接燃料が噴射される筒内噴射式火花点
火内燃機関において、吸気弁の一方に対応する第１吸気
ポートと他方に対応する第２吸気ポートとが、互いに独
立して構成されているとともに、シリンダ中心軸に直交
するシリンダ水平平面へ投影した各吸気ポートの中心線
が、第１吸気ポートは気筒列方向に対し略垂直な形状
に、第２吸気ポートはシリンダの略中心を指向するよう
に内向した形状に、それぞれ構成されており、上記燃料
噴射弁の先端位置が、２つの吸気弁の間の中央位置から
上記第２吸気ポート寄りに片寄って配置されているとと
もに、この燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧を上記シ
リンダ水平平面に投影したときの噴霧中心線が、該シリ
ンダ水平平面に投影した上記第２吸気ポートの中心線と
略平行に構成されていることを特徴としている。
に、気筒列方向に並んだ２つの吸気弁および２つの排気
弁を有し、かつこれらの４個の弁の略中央位置に点火プ
ラグが配置され、２つの吸気弁の間でかつシリンダ側壁
寄りのシリンダヘッド下面部に配置された燃料噴射弁か
らシリンダ内に直接燃料が噴射される筒内噴射式火花点
火内燃機関において、吸気弁の一方に対応する第１吸気
ポートと他方に対応する第２吸気ポートとが、互いに独
立して構成されているとともに、シリンダ中心軸に直交
するシリンダ水平平面へ投影した各吸気ポートの中心線
が、第１吸気ポートは気筒列方向に対し略垂直な形状
に、第２吸気ポートはシリンダの略中心を指向するよう
に内向した形状に、それぞれ構成されており、上記燃料
噴射弁の先端位置が、２つの吸気弁の間の中央位置から
上記第２吸気ポート寄りに片寄って配置されているとと
もに、この燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧を上記シ
リンダ水平平面に投影したときの噴霧中心線が、該シリ
ンダ水平平面に投影した上記第２吸気ポートの中心線と
略平行に構成されていることを特徴としている。
【０００７】例えば機関の全負荷時には、シリンダ内に
均質な混合気を確保するために、燃料は、吸気行程中に
噴射される。従って、吸気弁のリフト中に燃料が噴射さ
れるので、燃料噴霧の一部は吸気弁傘部の裏面に衝突
し、ここで反射することがあるが、シリンダ中心軸に直
交するシリンダ水平平面において、噴霧中心線は、第２
吸気ポートの中心線と略平行となるように傾いているの
で、吸気弁傘部裏面で反射した燃料は点火プラグ付近に
は集中しない。つまり、吸気弁リフト中に燃料噴射が行
われても、点火プラグ近傍が部分的に過濃となることが
ない。
均質な混合気を確保するために、燃料は、吸気行程中に
噴射される。従って、吸気弁のリフト中に燃料が噴射さ
れるので、燃料噴霧の一部は吸気弁傘部の裏面に衝突
し、ここで反射することがあるが、シリンダ中心軸に直
交するシリンダ水平平面において、噴霧中心線は、第２
吸気ポートの中心線と略平行となるように傾いているの
で、吸気弁傘部裏面で反射した燃料は点火プラグ付近に
は集中しない。つまり、吸気弁リフト中に燃料噴射が行
われても、点火プラグ近傍が部分的に過濃となることが
ない。
【０００８】また、燃料噴霧の進行方向は、第１吸気ポ
ートから流入した新気の進行方向とは平行にならず、シ
リンダ水平平面において、互いに交差するようになるた
め、燃料噴霧と新気との相対速度が大きく得られ、気化
拡散が促進されて混合気の均質化が促進される。
ートから流入した新気の進行方向とは平行にならず、シ
リンダ水平平面において、互いに交差するようになるた
め、燃料噴霧と新気との相対速度が大きく得られ、気化
拡散が促進されて混合気の均質化が促進される。
【０００９】さらに、第１吸気ポートの中心線が気筒列
方向に対し略垂直であるのに対し、第２吸気ポートの中
心線はシリンダの略中心を指向するように内向している
ため、両吸気ポートから同時にシリンダ内に新気が流入
すると、シリンダ内には、斜め方向に傾いた縦渦が発生
する。そのため、吸気行程後半から圧縮行程にかけてピ
ストン冠面の排気バルブ側部分を流れる流動場成分が存
在し、ここに到達した燃料を拡散することが可能とな
る。これにより、シリンダ内の混合気の均質化が進み、
燃焼効率が改善される。
方向に対し略垂直であるのに対し、第２吸気ポートの中
心線はシリンダの略中心を指向するように内向している
ため、両吸気ポートから同時にシリンダ内に新気が流入
すると、シリンダ内には、斜め方向に傾いた縦渦が発生
する。そのため、吸気行程後半から圧縮行程にかけてピ
ストン冠面の排気バルブ側部分を流れる流動場成分が存
在し、ここに到達した燃料を拡散することが可能とな
る。これにより、シリンダ内の混合気の均質化が進み、
燃焼効率が改善される。
【００１０】次に、請求項２の発明では、上記第１吸気
ポートのシリンダ軸方向の高さが、第２吸気ポートのシ
リンダ軸方向の高さよりも高く設定されている。
ポートのシリンダ軸方向の高さが、第２吸気ポートのシ
リンダ軸方向の高さよりも高く設定されている。
【００１１】このような構成では、両吸気ポートから同
時に新気が流入してシリンダ内に縦渦が生成される際
に、その縦渦が一層強化される。これにより均質燃焼時
にピストン冠面の排気弁側に存在する燃料に対するかき
あげ効果が増加し、混合気の均質性が改善される。ま
た、点火時期におけるみだれも増加するため、燃焼効率
の改善および熱効率の改善が図れる。
時に新気が流入してシリンダ内に縦渦が生成される際
に、その縦渦が一層強化される。これにより均質燃焼時
にピストン冠面の排気弁側に存在する燃料に対するかき
あげ効果が増加し、混合気の均質性が改善される。ま
た、点火時期におけるみだれも増加するため、燃焼効率
の改善および熱効率の改善が図れる。
【００１２】また、請求項３に係る発明では、ピストン
の冠面における上記の２つの排気弁に対向する部分が、
気筒列方向に、上記第１吸気ポート側から上記第２吸気
ポート側へ向かって、徐々に低く形成されている。
の冠面における上記の２つの排気弁に対向する部分が、
気筒列方向に、上記第１吸気ポート側から上記第２吸気
ポート側へ向かって、徐々に低く形成されている。
【００１３】この構成では、前述したようにシリンダ内
に斜め方向に傾いた縦渦が発生した際に、この縦渦がピ
ストン冠面の排気弁側に一層積極的に導入されるように
なり、この部分の燃料の拡散が一層促進される。
に斜め方向に傾いた縦渦が発生した際に、この縦渦がピ
ストン冠面の排気弁側に一層積極的に導入されるように
なり、この部分の燃料の拡散が一層促進される。
【００１４】上記燃料噴射弁は、一般に略円筒状をなし
ているが、その中心軸の軸線方向に沿って燃料が噴射さ
れる場合には、この燃料噴射弁自体をシリンダヘッドに
気筒列方向に対し斜めに取り付ける必要がある。
ているが、その中心軸の軸線方向に沿って燃料が噴射さ
れる場合には、この燃料噴射弁自体をシリンダヘッドに
気筒列方向に対し斜めに取り付ける必要がある。
【００１５】これに対し、請求項４に係る発明は、略円
筒状をなす燃料噴射弁の中心軸に対して燃料噴霧の中心
軸が傾斜しており、燃料噴射弁自体は、その中心軸が気
筒列方向に直交する姿勢で取り付けられている。
筒状をなす燃料噴射弁の中心軸に対して燃料噴霧の中心
軸が傾斜しており、燃料噴射弁自体は、その中心軸が気
筒列方向に直交する姿勢で取り付けられている。
【００１６】また請求項５に係る発明は、上記第２吸気
ポートの上流に、該吸気ポートを開閉する吸気制御弁が
配設されているとともに、ピストン冠部に、凹部状の燃
焼室が形成されており、成層希薄燃焼時に上記吸気制御
弁を閉として主に第１吸気ポートから新気を導入するよ
うにしたことを特徴としている。
ポートの上流に、該吸気ポートを開閉する吸気制御弁が
配設されているとともに、ピストン冠部に、凹部状の燃
焼室が形成されており、成層希薄燃焼時に上記吸気制御
弁を閉として主に第１吸気ポートから新気を導入するよ
うにしたことを特徴としている。
【００１７】第１吸気ポートは、上述したようにその中
心線がシリンダ水平平面において気筒列方向に対し略垂
直に構成されているので、成層希薄燃焼時に主に第１吸
気ポートから新気を導入することにより、シリンダ内に
水平方向の旋回流（スワール）が効果的に生成される。
この成層希薄燃焼時には、燃料は、一般に圧縮行程後半
に噴射される。このように圧縮行程後半に噴射された燃
料は、ピストン冠部の凹部状の燃焼室内で適度に新気と
混合し、かつスワール旋回流によって点火プラグ付近に
集められる。これにより確実な着火が可能となる。ここ
で、上記燃料噴射弁の先端位置は、２つの吸気弁の間の
中央位置から第２吸気ポート寄りに片寄って配置されて
いるので、点火プラグに対し、上記燃焼室に生成される
旋回流の一層上流側へ向かって燃料が噴射されることに
なる。従って、燃料噴霧が点火プラグ近傍に到達するま
での時間が増加し、燃料と新気との混合状態が改善され
る。これにより一層高負荷域まで成層燃焼を広げること
が可能となる。
心線がシリンダ水平平面において気筒列方向に対し略垂
直に構成されているので、成層希薄燃焼時に主に第１吸
気ポートから新気を導入することにより、シリンダ内に
水平方向の旋回流（スワール）が効果的に生成される。
この成層希薄燃焼時には、燃料は、一般に圧縮行程後半
に噴射される。このように圧縮行程後半に噴射された燃
料は、ピストン冠部の凹部状の燃焼室内で適度に新気と
混合し、かつスワール旋回流によって点火プラグ付近に
集められる。これにより確実な着火が可能となる。ここ
で、上記燃料噴射弁の先端位置は、２つの吸気弁の間の
中央位置から第２吸気ポート寄りに片寄って配置されて
いるので、点火プラグに対し、上記燃焼室に生成される
旋回流の一層上流側へ向かって燃料が噴射されることに
なる。従って、燃料噴霧が点火プラグ近傍に到達するま
での時間が増加し、燃料と新気との混合状態が改善され
る。これにより一層高負荷域まで成層燃焼を広げること
が可能となる。
【００１８】さらに請求項６の発明は、均質燃焼時には
上記吸気制御弁を開として両吸気ポートから新気を導入
するようにしたことを特徴としている。
上記吸気制御弁を開として両吸気ポートから新気を導入
するようにしたことを特徴としている。
【００１９】このように両吸気ポートから新気を導入す
ることにより、上述したように斜め方向に傾いたタンブ
ルが生成される。
ることにより、上述したように斜め方向に傾いたタンブ
ルが生成される。
【００２０】
【発明の効果】この発明に係る筒内噴射式火花点火内燃
機関においては、機関の全負荷時等において吸気行程中
に燃料噴射が行われる場合に、噴射された燃料が点火プ
ラグ近傍に集中することがなく、点火プラグのくすぶり
が抑制でき、安定した燃焼が可能となる。また、両吸気
ポートから流入する新気によってシリンダ内に生成され
る縦渦が斜め方向に傾いたものとなり、その結果、ピス
トン冠面の排気弁側に生じる淀みが少なくなり、シリン
ダ内混合気の一層の均質化が図れ、燃焼効率が向上す
る。さらに、燃料噴霧と新気との混合および燃料の気化
促進が促進され、混合気の均質化が促進される。
機関においては、機関の全負荷時等において吸気行程中
に燃料噴射が行われる場合に、噴射された燃料が点火プ
ラグ近傍に集中することがなく、点火プラグのくすぶり
が抑制でき、安定した燃焼が可能となる。また、両吸気
ポートから流入する新気によってシリンダ内に生成され
る縦渦が斜め方向に傾いたものとなり、その結果、ピス
トン冠面の排気弁側に生じる淀みが少なくなり、シリン
ダ内混合気の一層の均質化が図れ、燃焼効率が向上す
る。さらに、燃料噴霧と新気との混合および燃料の気化
促進が促進され、混合気の均質化が促進される。
【００２１】また請求項２および請求項３の構成によれ
ば、均質燃焼時における混合気の均質性が一層向上し、
燃焼効率および熱効率が改善される。
ば、均質燃焼時における混合気の均質性が一層向上し、
燃焼効率および熱効率が改善される。
【００２２】また請求項４の構成によれば、燃料噴射弁
自体は、気筒列方向に直交する姿勢で取り付けられるの
で、シリンダヘッド側面における噴射弁取付孔の加工や
取付作業が容易となる。
自体は、気筒列方向に直交する姿勢で取り付けられるの
で、シリンダヘッド側面における噴射弁取付孔の加工や
取付作業が容易となる。
【００２３】また請求項５および請求項６の構成によれ
ば、成層希薄燃焼から均質燃焼に亙る広範囲の燃焼性能
を改善することができる。
ば、成層希薄燃焼から均質燃焼に亙る広範囲の燃焼性能
を改善することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。
形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】図１〜図４は、この発明に係る筒内噴射式
火花点火内燃機関の第１実施例を示している。図４に示
すように、シリンダブロック１には、複数のシリンダ３
が直列に配置されており、その上面を覆うように、シリ
ンダヘッド２が固定されている。上記シリンダ３内に
は、ピストン４が摺動可能に嵌合している。また、上記
シリンダヘッド２によって形成されるシリンダ３の頂面
３ａは、いわゆるペントルーフ型に構成されており、そ
の一方の傾斜面に一対の吸気弁５ａ，５ｂが、他方の傾
斜面に一対の排気弁６ａ，６ｂがそれぞれ配置されてい
る。そして、図１に示すように、これらの一対の吸気弁
５ａ，５ｂおよび一対の排気弁６ａ，６ｂによって囲ま
れたシリンダ３の略中心位置に、点火プラグ７が配置さ
れている。尚、図１，図２において、符号Ｌは、気筒列
方向に沿ったエンジンセンターラインを示しており、一
対の吸気弁５ａ，５ｂは、このエンジンセンターライン
Ｌに沿って並んでいる。同様に一対の排気弁６ａ，６ｂ
も、エンジンセンターラインＬに沿って並んでいる。
火花点火内燃機関の第１実施例を示している。図４に示
すように、シリンダブロック１には、複数のシリンダ３
が直列に配置されており、その上面を覆うように、シリ
ンダヘッド２が固定されている。上記シリンダ３内に
は、ピストン４が摺動可能に嵌合している。また、上記
シリンダヘッド２によって形成されるシリンダ３の頂面
３ａは、いわゆるペントルーフ型に構成されており、そ
の一方の傾斜面に一対の吸気弁５ａ，５ｂが、他方の傾
斜面に一対の排気弁６ａ，６ｂがそれぞれ配置されてい
る。そして、図１に示すように、これらの一対の吸気弁
５ａ，５ｂおよび一対の排気弁６ａ，６ｂによって囲ま
れたシリンダ３の略中心位置に、点火プラグ７が配置さ
れている。尚、図１，図２において、符号Ｌは、気筒列
方向に沿ったエンジンセンターラインを示しており、一
対の吸気弁５ａ，５ｂは、このエンジンセンターライン
Ｌに沿って並んでいる。同様に一対の排気弁６ａ，６ｂ
も、エンジンセンターラインＬに沿って並んでいる。
【００２６】上記シリンダヘッド２には、一方の吸気弁
５ａに対応する第１吸気ポート８ａと他方の吸気弁５ｂ
に対応する第２吸気ポート８ｂとが、互いに独立して構
成されている。つまり、これらの第１，第２吸気ポート
８ａ，８ｂは、シリンダヘッド２内で合流せず、それぞ
れシリンダヘッド２側面において独立して開口してい
る。また上記排気弁６ａ，６ｂに対応して排気ポート９
が形成されている。（図４参照）。
５ａに対応する第１吸気ポート８ａと他方の吸気弁５ｂ
に対応する第２吸気ポート８ｂとが、互いに独立して構
成されている。つまり、これらの第１，第２吸気ポート
８ａ，８ｂは、シリンダヘッド２内で合流せず、それぞ
れシリンダヘッド２側面において独立して開口してい
る。また上記排気弁６ａ，６ｂに対応して排気ポート９
が形成されている。（図４参照）。
【００２７】略円筒状をなす電磁式燃料噴射弁１０は、
図４に示すように、吸気弁５ａ，５ｂ側のシリンダ３側
壁寄りのシリンダヘッド２下面部に配置されており、そ
の中心軸が斜め下方へ向かった姿勢で取り付けられてい
る。特に、図１に示すように、上記燃料噴射弁１０は、
２つの吸気弁５ａ，５ｂの間に配置されている。
図４に示すように、吸気弁５ａ，５ｂ側のシリンダ３側
壁寄りのシリンダヘッド２下面部に配置されており、そ
の中心軸が斜め下方へ向かった姿勢で取り付けられてい
る。特に、図１に示すように、上記燃料噴射弁１０は、
２つの吸気弁５ａ，５ｂの間に配置されている。
【００２８】上記シリンダ３内に配置されたピストン４
の冠面は、図４に示すように、吸気弁５ａ，５ｂに向か
う傾斜面１１と、排気弁６ａ，６ｂへ向かう傾斜面１２
とを備えており、かつ吸気弁５ａ，５ｂ側に偏心した位
置に、円形の凹部状の燃焼室１３が形成されている。
の冠面は、図４に示すように、吸気弁５ａ，５ｂに向か
う傾斜面１１と、排気弁６ａ，６ｂへ向かう傾斜面１２
とを備えており、かつ吸気弁５ａ，５ｂ側に偏心した位
置に、円形の凹部状の燃焼室１３が形成されている。
【００２９】図１に示すように、各吸気ポート８ａ，８
ｂの形状をシリンダ３の中心軸に直交するシリンダ水平
平面へ投影した場合に、第１吸気ポート８ａの中心線Ｍ
１は、気筒列方向つまりエンジンセンターラインＬに対
し略垂直となっている。これに対し、第２吸気ポート８
ｂの中心線Ｍ２は、シリンダ３の略中心を指向するよう
に内向している。つまり、エンジンセンターラインＬに
対し直交しておらず、僅かに傾いている。そして、燃料
噴射弁１０における噴霧の中心線Ｆは、図１に示すよう
に、上記シリンダ水平平面に投影した場合に、上記第２
吸気ポート８ｂの中心線Ｍ２と略平行となっている。こ
の実施例では、燃料噴射弁１０の噴霧中心線Ｆは、略円
筒状をなす燃料噴射弁１０の中心軸に沿ったものとなっ
ており、従って、上述した噴霧中心線Ｆに沿うように燃
料噴射弁１０自体がシリンダヘッド２に取り付けられて
いる。また、上記燃料噴射弁１０の先端の噴孔位置は、
図１に示すように、両吸気弁５ａ，５ｂの間の中央位置
から吸気弁５ｂつまり第２吸気ポート８ｂ寄りに片寄っ
て配置されている。
ｂの形状をシリンダ３の中心軸に直交するシリンダ水平
平面へ投影した場合に、第１吸気ポート８ａの中心線Ｍ
１は、気筒列方向つまりエンジンセンターラインＬに対
し略垂直となっている。これに対し、第２吸気ポート８
ｂの中心線Ｍ２は、シリンダ３の略中心を指向するよう
に内向している。つまり、エンジンセンターラインＬに
対し直交しておらず、僅かに傾いている。そして、燃料
噴射弁１０における噴霧の中心線Ｆは、図１に示すよう
に、上記シリンダ水平平面に投影した場合に、上記第２
吸気ポート８ｂの中心線Ｍ２と略平行となっている。こ
の実施例では、燃料噴射弁１０の噴霧中心線Ｆは、略円
筒状をなす燃料噴射弁１０の中心軸に沿ったものとなっ
ており、従って、上述した噴霧中心線Ｆに沿うように燃
料噴射弁１０自体がシリンダヘッド２に取り付けられて
いる。また、上記燃料噴射弁１０の先端の噴孔位置は、
図１に示すように、両吸気弁５ａ，５ｂの間の中央位置
から吸気弁５ｂつまり第２吸気ポート８ｂ寄りに片寄っ
て配置されている。
【００３０】上記の第１，第２吸気ポート８ａ，８ｂ
は、それぞれ吸気マニホルド側に独立して形成された吸
気通路１４ａ，１４ｂに接続されている。そして、上記
第２吸気ポート８ｂに接続された吸気通路１４ｂ内に
は、第２吸気ポート８ｂを開閉するバタフライバルブ型
の空気制御弁１５が介装されている。この空気制御弁１
５は、図示せぬ駆動機構により機関運転条件に応じて開
閉制御される。
は、それぞれ吸気マニホルド側に独立して形成された吸
気通路１４ａ，１４ｂに接続されている。そして、上記
第２吸気ポート８ｂに接続された吸気通路１４ｂ内に
は、第２吸気ポート８ｂを開閉するバタフライバルブ型
の空気制御弁１５が介装されている。この空気制御弁１
５は、図示せぬ駆動機構により機関運転条件に応じて開
閉制御される。
【００３１】次に上記内燃機関の作用について説明す
る。
る。
【００３２】先ず、機関の全負荷時あるいは希薄燃焼域
の中でも比較的空燃比が小さな領域では、シリンダ３内
に均質な混合気を形成して点火する均質燃焼が行われ
る。この均質燃焼時には、上記空気制御弁１５は、開状
態に制御され、一対の吸気ポート８ａ，８ｂの双方から
シリンダ３内へ新気が導入される。また、燃料は、吸気
行程、特にその前半からシリンダ３内に噴射供給され
る。
の中でも比較的空燃比が小さな領域では、シリンダ３内
に均質な混合気を形成して点火する均質燃焼が行われ
る。この均質燃焼時には、上記空気制御弁１５は、開状
態に制御され、一対の吸気ポート８ａ，８ｂの双方から
シリンダ３内へ新気が導入される。また、燃料は、吸気
行程、特にその前半からシリンダ３内に噴射供給され
る。
【００３３】このように燃料噴射弁１０から吸気弁５
ａ，５ｂのリフト中に燃料が噴射されると、その一部は
吸気弁５ａ，５ｂの傘部裏面に衝突し、かつ反射する。
しかし、本発明では、図２に示すように、燃料噴霧の中
心線Ｆが点火プラグ７を指向していないので、吸気弁５
ａ，５ｂの傘部裏面に衝突した燃料は、図２に矢印で示
すように進行することになり、点火プラグ７には集中し
ない。従って、点火プラグ７のくすぶりが抑制でき、安
定した燃焼が可能となる。
ａ，５ｂのリフト中に燃料が噴射されると、その一部は
吸気弁５ａ，５ｂの傘部裏面に衝突し、かつ反射する。
しかし、本発明では、図２に示すように、燃料噴霧の中
心線Ｆが点火プラグ７を指向していないので、吸気弁５
ａ，５ｂの傘部裏面に衝突した燃料は、図２に矢印で示
すように進行することになり、点火プラグ７には集中し
ない。従って、点火プラグ７のくすぶりが抑制でき、安
定した燃焼が可能となる。
【００３４】また、図２に明らかなように、燃料噴射弁
１０から噴射された燃料の進行方向は、第１吸気ポート
８ａから流入した新気の進行方向とは平行にならず、互
いに交差する。そのため、燃料噴霧と新気との相対速度
が増加し、燃料の気化拡散が促進される。これにより均
質燃焼時に必要な混合気の均質化が促進される。
１０から噴射された燃料の進行方向は、第１吸気ポート
８ａから流入した新気の進行方向とは平行にならず、互
いに交差する。そのため、燃料噴霧と新気との相対速度
が増加し、燃料の気化拡散が促進される。これにより均
質燃焼時に必要な混合気の均質化が促進される。
【００３５】また、第１吸気ポート８ａがエンジンセン
ターラインＬに直交するのに対し、第２吸気ポート８ｂ
は内側に傾斜しているため、両吸気ポート８ａ，８ｂか
ら流入する新気によってシリンダ３内に生成される縦渦
（タンブル）は、図３に矢印で示すように、斜め方向に
傾いたものとなる。つまり、縦渦がエンジンセンターラ
インＬに沿って広がったものとなる。そのため、吸気行
程後半から圧縮行程にかけてピストン４の排気弁６ａ，
６ｂ側の冠面外周部付近を流れる流動場成分が存在す
る。すなわち、図４に符号Ａとして示す領域の淀みが少
なくなり、燃料噴射弁１０からこのＡ部に到達した燃料
が、ここに滞留せずに積極的に拡散され、シリンダ３内
の混合気の均質化が進む。これにより燃焼効率が向上す
る。従って、均質燃焼時に、点火プラグ７のくすぶりを
抑制しつつ燃焼効率に優れた安定した燃焼が可能とな
る。
ターラインＬに直交するのに対し、第２吸気ポート８ｂ
は内側に傾斜しているため、両吸気ポート８ａ，８ｂか
ら流入する新気によってシリンダ３内に生成される縦渦
（タンブル）は、図３に矢印で示すように、斜め方向に
傾いたものとなる。つまり、縦渦がエンジンセンターラ
インＬに沿って広がったものとなる。そのため、吸気行
程後半から圧縮行程にかけてピストン４の排気弁６ａ，
６ｂ側の冠面外周部付近を流れる流動場成分が存在す
る。すなわち、図４に符号Ａとして示す領域の淀みが少
なくなり、燃料噴射弁１０からこのＡ部に到達した燃料
が、ここに滞留せずに積極的に拡散され、シリンダ３内
の混合気の均質化が進む。これにより燃焼効率が向上す
る。従って、均質燃焼時に、点火プラグ７のくすぶりを
抑制しつつ燃焼効率に優れた安定した燃焼が可能とな
る。
【００３６】一方、低負荷域で、かつ空燃比を非常に大
きくする希薄燃焼域では、混合気の成層化により確実な
着火を可能とする成層希薄燃焼を行う。この成層希薄燃
焼時には、上記空気制御弁１５が閉じられ、第１吸気ポ
ート８ａのみからシリンダ３内に新気が流入する。これ
により、シリンダ３内には、水平方向に沿った旋回流
（スワール）が生成される。ここで、上記第１吸気ポー
ト８ａはエンジンセンターラインＬに直交する略直線状
をなしているので、シリンダ３内にスワール旋回流が効
率良く生成される。つまり、ヘリカルポートのような吸
気抵抗の大きなポート形状とせずに十分なスワールを生
成できる。
きくする希薄燃焼域では、混合気の成層化により確実な
着火を可能とする成層希薄燃焼を行う。この成層希薄燃
焼時には、上記空気制御弁１５が閉じられ、第１吸気ポ
ート８ａのみからシリンダ３内に新気が流入する。これ
により、シリンダ３内には、水平方向に沿った旋回流
（スワール）が生成される。ここで、上記第１吸気ポー
ト８ａはエンジンセンターラインＬに直交する略直線状
をなしているので、シリンダ３内にスワール旋回流が効
率良く生成される。つまり、ヘリカルポートのような吸
気抵抗の大きなポート形状とせずに十分なスワールを生
成できる。
【００３７】そして、この成層希薄燃焼の際には、燃料
は、圧縮行程の後半において燃料噴射弁１０から噴射さ
れる。この噴射された燃料は、ピストン４冠部の凹部状
の燃焼室１３内に封じ込められたスワールに乗って点火
プラグ７側へ移動し、点火プラグ７周辺に着火可能な混
合気を形成する。ここで、上記構成では、燃料噴射弁１
０の先端噴孔位置が、吸気弁５ｂ寄りに片寄って配置さ
れているので、燃焼室１３内におけるスワールの方向に
ついて見ると、点火プラグ７に対しスワールの一層上流
側に向かって燃料が噴射供給されることになる。そのた
め、スワールによって移動する燃料噴霧が点火プラグ７
近傍に到達するまでの時間が増加することになり、燃料
と新気との混合状態が改善される。従って、一層高負荷
側の領域まで成層燃焼を拡大することが可能となる。
は、圧縮行程の後半において燃料噴射弁１０から噴射さ
れる。この噴射された燃料は、ピストン４冠部の凹部状
の燃焼室１３内に封じ込められたスワールに乗って点火
プラグ７側へ移動し、点火プラグ７周辺に着火可能な混
合気を形成する。ここで、上記構成では、燃料噴射弁１
０の先端噴孔位置が、吸気弁５ｂ寄りに片寄って配置さ
れているので、燃焼室１３内におけるスワールの方向に
ついて見ると、点火プラグ７に対しスワールの一層上流
側に向かって燃料が噴射供給されることになる。そのた
め、スワールによって移動する燃料噴霧が点火プラグ７
近傍に到達するまでの時間が増加することになり、燃料
と新気との混合状態が改善される。従って、一層高負荷
側の領域まで成層燃焼を拡大することが可能となる。
【００３８】次に、図５は、この発明の第２実施例を示
している。この実施例においては、上記第１吸気ポート
８ａのシリンダ軸方向の高さが、第２吸気ポート８ｂの
シリンダ軸方向の高さよりも高く設定されている。つま
り、シリンダヘッド２の下面を基準とした場合の第１吸
気ポート８ａの高さＨａが、第２吸気ポート８ｂの高さ
Ｈｂよりも高くなっている。これにより、第２吸気ポー
ト８ｂから流入する新気によって発生する縦渦が強化さ
れる。従って、両吸気ポート８ａ，８ｂから新気が導入
される均質燃焼時に、ピストン４の排気側の傾斜面１２
の上に存在する燃料に対するかきあげ効果が増加し、混
合気の均質性がさらに改善される。また点火時期におけ
るシリンダ３内のみだれも増加し、燃焼効率および熱効
率が改善される。
している。この実施例においては、上記第１吸気ポート
８ａのシリンダ軸方向の高さが、第２吸気ポート８ｂの
シリンダ軸方向の高さよりも高く設定されている。つま
り、シリンダヘッド２の下面を基準とした場合の第１吸
気ポート８ａの高さＨａが、第２吸気ポート８ｂの高さ
Ｈｂよりも高くなっている。これにより、第２吸気ポー
ト８ｂから流入する新気によって発生する縦渦が強化さ
れる。従って、両吸気ポート８ａ，８ｂから新気が導入
される均質燃焼時に、ピストン４の排気側の傾斜面１２
の上に存在する燃料に対するかきあげ効果が増加し、混
合気の均質性がさらに改善される。また点火時期におけ
るシリンダ３内のみだれも増加し、燃焼効率および熱効
率が改善される。
【００３９】次に、図６，図７は、この発明の第３実施
例を示している。この実施例においては、ピストン４冠
面の排気弁側つまり傾斜面１２の高さが、気筒列方向に
沿って、第１吸気ポート８ａ側から第２吸気ポート８ｂ
側へ向かって徐々に低くなるように形成されている。さ
らに、この実施例では、この傾斜面１２に、比較的浅い
凹部１６が気筒列方向にほぼ沿って細長く形成されてい
る。
例を示している。この実施例においては、ピストン４冠
面の排気弁側つまり傾斜面１２の高さが、気筒列方向に
沿って、第１吸気ポート８ａ側から第２吸気ポート８ｂ
側へ向かって徐々に低くなるように形成されている。さ
らに、この実施例では、この傾斜面１２に、比較的浅い
凹部１６が気筒列方向にほぼ沿って細長く形成されてい
る。
【００４０】この実施例においては、両吸気ポート８
ａ，８ｂから新気が導入される均質燃焼時において、図
３に示したようにシリンダ３内に生成される傾いた斜め
縦渦が、ピストン４の上部の排気側外周部に一層積極的
に案内されるようになり、この部分に到達した燃料の拡
散が促進される。従って、均質燃焼時の燃焼が一層良好
なものとなる。
ａ，８ｂから新気が導入される均質燃焼時において、図
３に示したようにシリンダ３内に生成される傾いた斜め
縦渦が、ピストン４の上部の排気側外周部に一層積極的
に案内されるようになり、この部分に到達した燃料の拡
散が促進される。従って、均質燃焼時の燃焼が一層良好
なものとなる。
【００４１】また図８は、この発明の第４実施例を示し
ている。この実施例においては、燃料噴射弁１０は、略
円筒状をなす該燃料噴射弁１０の中心軸に対して燃料噴
霧の中心軸Ｆが傾斜した構成となっている。これによ
り、燃料噴射弁１０自体は、シリンダ水平平面上で見た
場合に、その中心軸がエンジセンターラインＬに直交す
る姿勢で取り付けられており、燃料噴霧の方向のみが前
述した各実施例と同様のものとなっている。
ている。この実施例においては、燃料噴射弁１０は、略
円筒状をなす該燃料噴射弁１０の中心軸に対して燃料噴
霧の中心軸Ｆが傾斜した構成となっている。これによ
り、燃料噴射弁１０自体は、シリンダ水平平面上で見た
場合に、その中心軸がエンジセンターラインＬに直交す
る姿勢で取り付けられており、燃料噴霧の方向のみが前
述した各実施例と同様のものとなっている。
【００４２】従って、この実施例においては、シリンダ
ヘッド２における燃料噴射弁取付孔の加工や取付作用が
容易となる。
ヘッド２における燃料噴射弁取付孔の加工や取付作用が
容易となる。
【図１】この発明に係る筒内噴射式火花点火内燃機関の
第１実施例を示す平面図。
第１実施例を示す平面図。
【図２】この第１実施例において吸気行程中に噴射され
た燃料噴霧の方向を示す説明図。
た燃料噴霧の方向を示す説明図。
【図３】シリンダ内に生成される縦渦の様子を示す斜視
図。
図。
【図４】この第１実施例の断面図。
【図５】この発明の第２実施例を示す断面図。
【図６】この発明の第３実施例を示す平面図。
【図７】図６の矢印Ｂ−Ｂ線に沿った断面図。
【図８】この発明の第４実施例を示す平面図。
３…シリンダ ５ａ，５ｂ…吸気弁 ６ａ，６ｂ…排気弁 ７…点火プラグ ８ａ…第１吸気ポート ８ｂ…第２吸気ポート １０…燃料噴射弁 １３…燃焼室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３１０ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３１０Ａ Ｆ０２Ｆ 1/42 Ｆ０２Ｆ 1/42 Ｆ
Claims (6)
- 【請求項１】 各気筒毎に、気筒列方向に並んだ２つの
吸気弁および２つの排気弁を有し、かつこれらの４個の
弁の略中央位置に点火プラグが配置され、２つの吸気弁
の間でかつシリンダ側壁寄りのシリンダヘッド下面部に
配置された燃料噴射弁からシリンダ内に直接燃料が噴射
される筒内噴射式火花点火内燃機関において、 吸気弁の一方に対応する第１吸気ポートと他方に対応す
る第２吸気ポートとが、互いに独立して構成されている
とともに、シリンダ中心軸に直交するシリンダ水平平面
へ投影した各吸気ポートの中心線が、第１吸気ポートは
気筒列方向に対し略垂直な形状に、第２吸気ポートはシ
リンダの略中心を指向するように内向した形状に、それ
ぞれ構成されており、上記燃料噴射弁の先端位置が、２
つの吸気弁の間の中央位置から上記第２吸気ポート寄り
に片寄って配置されているとともに、この燃料噴射弁か
ら噴射される燃料噴霧を上記シリンダ水平平面に投影し
たときの噴霧中心線が、該シリンダ水平平面に投影した
上記第２吸気ポートの中心線と略平行に構成されている
ことを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。 - 【請求項２】 上記第１吸気ポートのシリンダ軸方向の
高さが、第２吸気ポートのシリンダ軸方向の高さよりも
高く設定されていることを特徴とする請求項１記載の筒
内噴射式火花点火内燃機関。 - 【請求項３】 ピストンの冠面における上記の２つの排
気弁に対向する部分が、気筒列方向に、上記第１吸気ポ
ート側から上記第２吸気ポート側へ向かって、徐々に低
く形成されていることを特徴とする請求項１または２に
記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。 - 【請求項４】 略円筒状をなす燃料噴射弁の中心軸に対
して燃料噴霧の中心軸が傾斜しており、燃料噴射弁自体
は、その中心軸が気筒列方向に直交する姿勢で取り付け
られていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。 - 【請求項５】 上記第２吸気ポートの上流に、該吸気ポ
ートを開閉する吸気制御弁が配設されているとともに、
ピストン冠部に、凹部状の燃焼室が形成されており、成
層希薄燃焼時に上記吸気制御弁を閉として主に第１吸気
ポートから新気を導入するようにしたことを特徴とする
請求項１〜４のいずれかに記載の筒内噴射式火花点火内
燃機関。 - 【請求項６】 均質燃焼時には上記吸気制御弁を開とし
て両吸気ポートから新気を導入するようにしたことを特
徴とする請求項５記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13267297A JP3903200B2 (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13267297A JP3903200B2 (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10317972A true JPH10317972A (ja) | 1998-12-02 |
| JP3903200B2 JP3903200B2 (ja) | 2007-04-11 |
Family
ID=15086807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13267297A Expired - Lifetime JP3903200B2 (ja) | 1997-05-23 | 1997-05-23 | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3903200B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7275515B2 (en) | 2005-03-18 | 2007-10-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for internal combustion engine |
| JP2019157767A (ja) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | マツダ株式会社 | 直噴エンジン |
-
1997
- 1997-05-23 JP JP13267297A patent/JP3903200B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7275515B2 (en) | 2005-03-18 | 2007-10-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for internal combustion engine |
| JP2019157767A (ja) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | マツダ株式会社 | 直噴エンジン |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3903200B2 (ja) | 2007-04-11 |
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