JPH10339143A - 筒内燃料噴射式内燃機関 - Google Patents
筒内燃料噴射式内燃機関Info
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- JPH10339143A JPH10339143A JP9147645A JP14764597A JPH10339143A JP H10339143 A JPH10339143 A JP H10339143A JP 9147645 A JP9147645 A JP 9147645A JP 14764597 A JP14764597 A JP 14764597A JP H10339143 A JPH10339143 A JP H10339143A
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- 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
- F02B23/104—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 a side position of the cylinder
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/12—Other methods of operation
- F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
- F02B2275/48—Tumble motion in gas movement in cylinder
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ピストンキャビティ内に直接燃料を噴射供給
する火花点火機関において、吸入抵抗を増大させること
なく成層燃焼運転時に燃焼室内に強いスワールを維持す
る。 【解決手段】 ピストン１の上面を、キャビティ６が形
成される吸気ポート側傾斜面１Ａと排気ポート側傾斜面
１Ｂとからなる隆起形状とするとともに、前記排気ポー
ト側傾斜面１Ｂにはキャビティ６に隣接して該傾斜面１
Ｂよりも傾斜角度の大きな段差部１Ｃを形成し、この段
差部１Ｃは、その上端縁部Ｒがピストン上面の略中央部
から前記各傾斜面の境界稜線部Ｌであって少なくともス
ワール下流側の端部Ｒ１付近に連なるとともに該端部Ｒ
１での傾斜角度が中央部側よりも小さくなるように形成
し、段差部１Ｃ中央にて有害なタンブル流がキャビティ
６に侵入するのを阻止すると共にピストン上面にて滑ら
かにスワールを維持させる。
する火花点火機関において、吸入抵抗を増大させること
なく成層燃焼運転時に燃焼室内に強いスワールを維持す
る。 【解決手段】 ピストン１の上面を、キャビティ６が形
成される吸気ポート側傾斜面１Ａと排気ポート側傾斜面
１Ｂとからなる隆起形状とするとともに、前記排気ポー
ト側傾斜面１Ｂにはキャビティ６に隣接して該傾斜面１
Ｂよりも傾斜角度の大きな段差部１Ｃを形成し、この段
差部１Ｃは、その上端縁部Ｒがピストン上面の略中央部
から前記各傾斜面の境界稜線部Ｌであって少なくともス
ワール下流側の端部Ｒ１付近に連なるとともに該端部Ｒ
１での傾斜角度が中央部側よりも小さくなるように形成
し、段差部１Ｃ中央にて有害なタンブル流がキャビティ
６に侵入するのを阻止すると共にピストン上面にて滑ら
かにスワールを維持させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、筒内噴射式内燃
機関にの改良に関する。
機関にの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の筒内噴射式内燃機関としては、例
えば特開平８−３５４２９号公報に記載されたものがあ
る。これは、広い負荷範囲すなわち燃料噴射量の多寡に
関わらず安定した成層燃焼を可能とすることを目的とし
たもので、ピストン上面に設けたキャビティ（凹状燃焼
室）の形状として点火プラグに近接した側壁面を略直線
状するとともに、前記直線状側壁面の後方にスワールに
より燃料及び空気が拡散、混合する空間を構成してい
る。このため、高負荷時すなわち燃料量の多い状態にお
いても点火プラグ付近に過剰の燃料を停滞させることな
く、可燃空燃比の混合気を形成できるというものであ
る。
えば特開平８−３５４２９号公報に記載されたものがあ
る。これは、広い負荷範囲すなわち燃料噴射量の多寡に
関わらず安定した成層燃焼を可能とすることを目的とし
たもので、ピストン上面に設けたキャビティ（凹状燃焼
室）の形状として点火プラグに近接した側壁面を略直線
状するとともに、前記直線状側壁面の後方にスワールに
より燃料及び空気が拡散、混合する空間を構成してい
る。このため、高負荷時すなわち燃料量の多い状態にお
いても点火プラグ付近に過剰の燃料を停滞させることな
く、可燃空燃比の混合気を形成できるというものであ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の筒内噴射式内燃機関にあっては、ピストン上面の
キャビティが直線状部分を有する非円形形状をしていて
ガス流動が減衰しやすいので、キャビティ内に噴射され
た燃料を輸送、拡散させるには、筒内に強い旋回流を発
生させる必要がある。一般に良い燃焼性を得るためには
シリンダ内またはキャビティ内に強い吸気流動を生成ま
たは維持する必要があるが、成層燃焼を行う比較的負荷
の低い運転域にて十分な吸気流動を得ようとすると吸気
ポート形状をヘリカルタイプのものとするなど、吸入抵
抗が増大するのが避けられない。この結果として、高負
荷時の吸気充填率が低下して発生トルクが小さくなって
しまうという問題が生じる。
従来の筒内噴射式内燃機関にあっては、ピストン上面の
キャビティが直線状部分を有する非円形形状をしていて
ガス流動が減衰しやすいので、キャビティ内に噴射され
た燃料を輸送、拡散させるには、筒内に強い旋回流を発
生させる必要がある。一般に良い燃焼性を得るためには
シリンダ内またはキャビティ内に強い吸気流動を生成ま
たは維持する必要があるが、成層燃焼を行う比較的負荷
の低い運転域にて十分な吸気流動を得ようとすると吸気
ポート形状をヘリカルタイプのものとするなど、吸入抵
抗が増大するのが避けられない。この結果として、高負
荷時の吸気充填率が低下して発生トルクが小さくなって
しまうという問題が生じる。
【０００４】本発明は、このような従来の問題点を解消
することを目的としている。
することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、対向
的に配置された吸気ポートと排気ポートとの間の燃焼室
略中央部に点火プラグを位置させるとともに、上面にキ
ャビティを形成したピストンと、吸気ポート側から前記
キャビティに向けて燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、
シリンダ内にスワールを発生させる手段とを備えた内燃
機関において、ピストン上面を、吸気ポートに面した傾
斜面と排気ポートに面した傾斜面とからなる隆起形状と
するとともに、前記キャビティを、燃料噴射弁からの燃
料噴霧の略前方であってその中心が前記吸気ポート側傾
斜面に位置するように形成し、前記排気ポート側傾斜面
には前記キャビティに隣接して該傾斜面よりも傾斜角度
の大きな段差部を形成し、この段差部は、その上端縁部
がピストン上面の略中央部から前記各傾斜面の境界稜線
部であって少なくともスワール下流側の端部付近に連な
るとともに該端部での傾斜角度が中央部側よりも小さく
なるように形成したものとする。
的に配置された吸気ポートと排気ポートとの間の燃焼室
略中央部に点火プラグを位置させるとともに、上面にキ
ャビティを形成したピストンと、吸気ポート側から前記
キャビティに向けて燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、
シリンダ内にスワールを発生させる手段とを備えた内燃
機関において、ピストン上面を、吸気ポートに面した傾
斜面と排気ポートに面した傾斜面とからなる隆起形状と
するとともに、前記キャビティを、燃料噴射弁からの燃
料噴霧の略前方であってその中心が前記吸気ポート側傾
斜面に位置するように形成し、前記排気ポート側傾斜面
には前記キャビティに隣接して該傾斜面よりも傾斜角度
の大きな段差部を形成し、この段差部は、その上端縁部
がピストン上面の略中央部から前記各傾斜面の境界稜線
部であって少なくともスワール下流側の端部付近に連な
るとともに該端部での傾斜角度が中央部側よりも小さく
なるように形成したものとする。
【０００６】請求項２の発明は、上記請求項１の発明の
段差部を、その上端縁部が、各傾斜面の境界稜線部であ
ってスワール下流側の端部付近からピストンの略中央部
部を通る線に沿って、かつスワール下流側端部とは反対
側の端部が排気ポート側傾斜面の低い位置にて段差部を
なすように形成したものとする。
段差部を、その上端縁部が、各傾斜面の境界稜線部であ
ってスワール下流側の端部付近からピストンの略中央部
部を通る線に沿って、かつスワール下流側端部とは反対
側の端部が排気ポート側傾斜面の低い位置にて段差部を
なすように形成したものとする。
【０００７】請求項３の発明は、上記請求項１の発明の
段差部を、その上端縁部が、ピストン上面の略中央部か
ら各傾斜面の境界稜線部の両端方向に延びるように、か
つ前記両端部での傾斜角度が中央部側よりも小さくなる
ように形成したものとする。
段差部を、その上端縁部が、ピストン上面の略中央部か
ら各傾斜面の境界稜線部の両端方向に延びるように、か
つ前記両端部での傾斜角度が中央部側よりも小さくなる
ように形成したものとする。
【０００８】請求項４の発明は、上記各発明の排気ポー
ト側傾斜面を、段差部の下端に連なる部分が傾斜の無い
平坦部となるように形成する。
ト側傾斜面を、段差部の下端に連なる部分が傾斜の無い
平坦部となるように形成する。
【０００９】請求項５の発明は、上記各発明のスワール
発生手段として、運転状態に応じて開閉制御される吸気
制御弁を備えた第１の吸気ポートと、吸気をシリンダ内
に略接線方向に導入する形状の第２の吸気ポートとを備
え、第１の吸気ポートの吸気制御弁を閉ざした状態で第
２の吸気ポートから導入される吸気流によりシリンダ内
にスワールを生起するように構成したものとする。
発生手段として、運転状態に応じて開閉制御される吸気
制御弁を備えた第１の吸気ポートと、吸気をシリンダ内
に略接線方向に導入する形状の第２の吸気ポートとを備
え、第１の吸気ポートの吸気制御弁を閉ざした状態で第
２の吸気ポートから導入される吸気流によりシリンダ内
にスワールを生起するように構成したものとする。
【００１０】
【作用・効果】吸気行程中にスワール発生手段によりシ
リンダ内に生起された水平方向の旋回流、すなわちスワ
ールは圧縮さらには燃焼行程末期に至るまでシリンダ内
およびキャビティ内に空気の旋回流を形成する。このと
き、シリンダ内スワールはピストン上面に沿って旋回し
ようとするが、縦方向の旋回成分つまりタンブル流があ
るとスワールが阻害されて成層燃焼時の燃焼が損なわれ
る場合がある。
リンダ内に生起された水平方向の旋回流、すなわちスワ
ールは圧縮さらには燃焼行程末期に至るまでシリンダ内
およびキャビティ内に空気の旋回流を形成する。このと
き、シリンダ内スワールはピストン上面に沿って旋回し
ようとするが、縦方向の旋回成分つまりタンブル流があ
るとスワールが阻害されて成層燃焼時の燃焼が損なわれ
る場合がある。
【００１１】これに対して、上記各発明によれば縦方向
の流れが排気側傾斜面に形成した急角度の段差部に衝突
することにより水平方向に偏向するため、この偏向した
流れによりスワールはむしろ加勢される。また、このと
きスワールが流れて行く下流部分つまり吸排気傾斜面の
境界稜線部の一端部では段差部の傾斜が小さくなってい
るので、スワールの流れが抵抗を受けることがなく、円
滑に段差を通過して行く。
の流れが排気側傾斜面に形成した急角度の段差部に衝突
することにより水平方向に偏向するため、この偏向した
流れによりスワールはむしろ加勢される。また、このと
きスワールが流れて行く下流部分つまり吸排気傾斜面の
境界稜線部の一端部では段差部の傾斜が小さくなってい
るので、スワールの流れが抵抗を受けることがなく、円
滑に段差を通過して行く。
【００１２】このようにして、特にキャビティ内のスワ
ールを阻害しがちなタンブル流成分の影響を抑制してシ
リンダ及びキャビティ内に強いスワールを維持できるの
で、ヘリカルポートのような吸入抵抗の大きな構造を採
用する必要がなく、例えば請求項５に示したように第１
の吸気ポートを吸気制御弁により閉ざして第２の吸気ポ
ートから接線方向に導入した吸気流によりスワールを生
起する手段を用いることにより、高負荷時の出力特性を
犠牲にすることなく、成層燃焼を行う低中負荷運転域で
の燃焼性を改善することができる。
ールを阻害しがちなタンブル流成分の影響を抑制してシ
リンダ及びキャビティ内に強いスワールを維持できるの
で、ヘリカルポートのような吸入抵抗の大きな構造を採
用する必要がなく、例えば請求項５に示したように第１
の吸気ポートを吸気制御弁により閉ざして第２の吸気ポ
ートから接線方向に導入した吸気流によりスワールを生
起する手段を用いることにより、高負荷時の出力特性を
犠牲にすることなく、成層燃焼を行う低中負荷運転域で
の燃焼性を改善することができる。
【００１３】請求項２の発明では、段差部の上端縁部
が、吸排気側の各傾斜面の境界稜線部であってスワール
下流側の端部付近からピストンの略中央部部を通る線に
沿って、かつスワール下流側端部とは反対側の端部が排
気ポート側傾斜面の低い位置にて段差部をなすように形
成してあり、この場合段差部が直線的であるので形状が
単純で加工が容易であり、またスワール上流側端部の段
差が排気ポート側傾斜面の低い位置にあるので段差自体
が小さくなってスワールの円滑な流れに寄与する。
が、吸排気側の各傾斜面の境界稜線部であってスワール
下流側の端部付近からピストンの略中央部部を通る線に
沿って、かつスワール下流側端部とは反対側の端部が排
気ポート側傾斜面の低い位置にて段差部をなすように形
成してあり、この場合段差部が直線的であるので形状が
単純で加工が容易であり、またスワール上流側端部の段
差が排気ポート側傾斜面の低い位置にあるので段差自体
が小さくなってスワールの円滑な流れに寄与する。
【００１４】請求項３の発明では、段差部の上端縁部
が、ピストン上面の略中央部から各傾斜面の境界稜線部
の両端方向に延びるように、かつ前記両端部での傾斜角
度が中央部側よりも小さくなるように形成してあり、こ
の場合ピストン略中央部を中心として段差部が対称形状
となるので、スワールの方向にかかわらず、例えば請求
項５の発明において吸気制御弁を設ける吸気ポートが何
れであるかによらずに、ピストンを適用できるという利
点を生じる。
が、ピストン上面の略中央部から各傾斜面の境界稜線部
の両端方向に延びるように、かつ前記両端部での傾斜角
度が中央部側よりも小さくなるように形成してあり、こ
の場合ピストン略中央部を中心として段差部が対称形状
となるので、スワールの方向にかかわらず、例えば請求
項５の発明において吸気制御弁を設ける吸気ポートが何
れであるかによらずに、ピストンを適用できるという利
点を生じる。
【００１５】請求項４の発明では、上記各発明の排気ポ
ート側傾斜面を、段差部の下端に連なる部分が傾斜の無
い平坦部となるように形成してある。この平坦部を設け
た構成は、均質燃焼を行わせる比較的負荷の高い運転域
での出力性能の点で有利である。
ート側傾斜面を、段差部の下端に連なる部分が傾斜の無
い平坦部となるように形成してある。この平坦部を設け
た構成は、均質燃焼を行わせる比較的負荷の高い運転域
での出力性能の点で有利である。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施の
形態につき図面に基づいて説明する。
形態につき図面に基づいて説明する。
【００１７】図１〜図４はこの発明の一実施形態を示し
ている。まず構成を説明すると、１はピストン、２はシ
リンダ内に直接燃料を噴射する噴射弁、３は点火プラ
グ、４はシリンダ、５はシリンダヘッド、６はピストン
上面に形成されたキャビティを示す。また７は吸気弁、
８は排気弁であり本実施形態では吸気弁７、排気弁８は
それぞれ２本づつ備えられた４弁形式である。点火プラ
グ３は前記吸排気弁間の燃焼室１２の略中央部に位置し
ている。９ａ，９ｂは吸気ポート、１０ａ，１０ｂは前
記各ポート９ａ，９ｂに接続された吸気マニホールド、
１１は一方の吸気マニホールド１０ｂに介装されたスワ
ール発生手段としての吸気制御弁、１２は燃焼室、１３
ａ，１３ｂは排気ポートを示している。
ている。まず構成を説明すると、１はピストン、２はシ
リンダ内に直接燃料を噴射する噴射弁、３は点火プラ
グ、４はシリンダ、５はシリンダヘッド、６はピストン
上面に形成されたキャビティを示す。また７は吸気弁、
８は排気弁であり本実施形態では吸気弁７、排気弁８は
それぞれ２本づつ備えられた４弁形式である。点火プラ
グ３は前記吸排気弁間の燃焼室１２の略中央部に位置し
ている。９ａ，９ｂは吸気ポート、１０ａ，１０ｂは前
記各ポート９ａ，９ｂに接続された吸気マニホールド、
１１は一方の吸気マニホールド１０ｂに介装されたスワ
ール発生手段としての吸気制御弁、１２は燃焼室、１３
ａ，１３ｂは排気ポートを示している。
【００１８】上記吸気制御弁１１は予め定められた比較
的負荷及び回転数の低い運転域で閉弁保持され、この場
合図２で反時計方向のスワールを生起する。
的負荷及び回転数の低い運転域で閉弁保持され、この場
合図２で反時計方向のスワールを生起する。
【００１９】ピストン１の上面は、点火プラグ３の直下
部分を境界として吸気ポート９ａ，９ｂ側の傾斜面１Ａ
と排気ポート１３ａ，１３ｂ側の傾斜面１Ｂとからなる
隆起形状となっている。そして、この吸気ポート側の傾
斜面１Ａは、シリンダヘッド５側でペントルーフ形の燃
焼室を画成する壁面５ａと略平行に形成され、同じく排
気ポート側の傾斜面１Ｂはシリンダヘッド側の壁面５ｂ
と略平行に形成されている。
部分を境界として吸気ポート９ａ，９ｂ側の傾斜面１Ａ
と排気ポート１３ａ，１３ｂ側の傾斜面１Ｂとからなる
隆起形状となっている。そして、この吸気ポート側の傾
斜面１Ａは、シリンダヘッド５側でペントルーフ形の燃
焼室を画成する壁面５ａと略平行に形成され、同じく排
気ポート側の傾斜面１Ｂはシリンダヘッド側の壁面５ｂ
と略平行に形成されている。
【００２０】キャビティ６は、この場合図２に示したよ
うに円形形状であり、該円形の中心はほぼ燃料噴霧の中
心線上に位置している。また、このキャビティ６はその
中心が吸気ポート側傾斜面１Ａ内に位置しつつ、一部は
各傾斜面の境界稜線部Ｌを超過して排気ポート側傾斜面
１Ｂに臨んでいる。
うに円形形状であり、該円形の中心はほぼ燃料噴霧の中
心線上に位置している。また、このキャビティ６はその
中心が吸気ポート側傾斜面１Ａ内に位置しつつ、一部は
各傾斜面の境界稜線部Ｌを超過して排気ポート側傾斜面
１Ｂに臨んでいる。
【００２１】図３または図４に示したように、ピストン
上面の排気ポート側傾斜面１Ｂには前記キャビティ６に
隣接して該傾斜面１Ｂよりも傾斜角度の大きな段差部１
Ｃが形成されている。この段差部１Ｃは、その上端縁部
Ｒがピストン上面の略中央部から前記各傾斜面１Ａ，１
Ｂの境界稜線部Ｌ上であって少なくともスワール下流側
の端部Ｒ１付近に連なるとともに該端部Ｒ１での傾斜角
度が中央部側よりも小さくなるように形成されている。
上面の排気ポート側傾斜面１Ｂには前記キャビティ６に
隣接して該傾斜面１Ｂよりも傾斜角度の大きな段差部１
Ｃが形成されている。この段差部１Ｃは、その上端縁部
Ｒがピストン上面の略中央部から前記各傾斜面１Ａ，１
Ｂの境界稜線部Ｌ上であって少なくともスワール下流側
の端部Ｒ１付近に連なるとともに該端部Ｒ１での傾斜角
度が中央部側よりも小さくなるように形成されている。
【００２２】この場合、上記上端縁部Ｒは平面上直線的
に形成されており、そのスワール上流側端部Ｒ２は排気
ポート側傾斜面１Ｂの低い位置にて段差をなすように形
成されている。また、この段差部１Ｃの下端に連なる部
分については、排気ポート側傾斜面１Ｂは実質的に傾斜
のない平坦部１Ｄとなっている。この平坦部１Ｄの部分
についても傾斜があってもよいのであるが、このように
平坦にすることにより均質燃焼が行われる高負荷運転時
の出力の点で有利になる。
に形成されており、そのスワール上流側端部Ｒ２は排気
ポート側傾斜面１Ｂの低い位置にて段差をなすように形
成されている。また、この段差部１Ｃの下端に連なる部
分については、排気ポート側傾斜面１Ｂは実質的に傾斜
のない平坦部１Ｄとなっている。この平坦部１Ｄの部分
についても傾斜があってもよいのであるが、このように
平坦にすることにより均質燃焼が行われる高負荷運転時
の出力の点で有利になる。
【００２３】次に作用を説明する。
【００２４】成層燃焼時における新気は、吸気行程にお
いて、吸気マニホールド１０ｂに設けられた吸気制御弁
１１が、吸気ポート９ｂからの新気導入を抑制するた
め、略直線形状に形成された吸気ポート９ａより選択的
に流入し、従って従来のヘリカル形状の吸気ポートに対
して吸気マニホールド１０ａおよび吸気ポート９ａでの
流入抵抗が小さな状態で、シリンダ４内に略水平方向の
速度成分が主体の旋回流つまりスワールを発生させる。
キャビティ６内のスワールは前記シリンダ内旋回流が、
吸気および圧縮行程にかけてキャビティ６内に導入され
ることにより発生する。また、成層燃焼時における燃料
は、圧縮行程においてキャビティ６の底面を指向するよ
うに噴射弁２により噴射される。
いて、吸気マニホールド１０ｂに設けられた吸気制御弁
１１が、吸気ポート９ｂからの新気導入を抑制するた
め、略直線形状に形成された吸気ポート９ａより選択的
に流入し、従って従来のヘリカル形状の吸気ポートに対
して吸気マニホールド１０ａおよび吸気ポート９ａでの
流入抵抗が小さな状態で、シリンダ４内に略水平方向の
速度成分が主体の旋回流つまりスワールを発生させる。
キャビティ６内のスワールは前記シリンダ内旋回流が、
吸気および圧縮行程にかけてキャビティ６内に導入され
ることにより発生する。また、成層燃焼時における燃料
は、圧縮行程においてキャビティ６の底面を指向するよ
うに噴射弁２により噴射される。
【００２５】上述したシリンダ内への吸気流はそのすべ
てがスワールを形成することが望ましいのであるが、主
としてシリンダに対する吸気ポート９の進入角度の関係
から、特にシリンダ中央部付近に縦方向の速度成分が主
体のタンブルを形成しがちであり、これがキャビティ６
に進入するとキャビティ内スワールを阻害して成層燃焼
の点で好ましくない。
てがスワールを形成することが望ましいのであるが、主
としてシリンダに対する吸気ポート９の進入角度の関係
から、特にシリンダ中央部付近に縦方向の速度成分が主
体のタンブルを形成しがちであり、これがキャビティ６
に進入するとキャビティ内スワールを阻害して成層燃焼
の点で好ましくない。
【００２６】これに対して、この実施形態の構成によれ
ば、図３に示したように、縦方向のタンブルＴが排気ポ
ート側傾斜面１Ｂに形成した急角度の段差部１Ｃに衝突
することによりスワールＳの下流方向に向けて水平方向
に向きを変えるため、この流れとの合流によりスワール
Ｓはむしろ加勢される。そして、ピストン上面の傾斜面
１Ａ，１Ｂは、それぞれシリンダヘッド側壁面５ａ，５
ｂに対して略平行に形成されており、図１でピストン上
面を一点鎖線で示すように、圧縮上死点近傍ではキャビ
ティ６の上部空間は極めて小さく限定され、このとき前
記の通り加勢されたスワールＳはキャビティ６内に有効
に保存され、スワールＳがキャビティ６から外に逃げる
ことを抑制できる。また、このときスワールＳが流れて
行く下流部分つまり端部Ｒ１では段差部１Ｃの傾斜が小
さく、また上流側の端部Ｒ２については段差が小さくな
っていることから、ピストン上面に沿ったスワールの流
れが抵抗を受けることがなく、円滑に流れるので長時間
にわたりスワールが維持される。さらに、ピストン中心
付近の段差部１Ｃの傾斜は、端部Ｒ１付近よりも大きく
形成されているので、タンブルＴがこの段差部１Ｃを乗
り越えて直接キャビティ６へ向かうことを防止でき、ス
ワールの強化に有効である。
ば、図３に示したように、縦方向のタンブルＴが排気ポ
ート側傾斜面１Ｂに形成した急角度の段差部１Ｃに衝突
することによりスワールＳの下流方向に向けて水平方向
に向きを変えるため、この流れとの合流によりスワール
Ｓはむしろ加勢される。そして、ピストン上面の傾斜面
１Ａ，１Ｂは、それぞれシリンダヘッド側壁面５ａ，５
ｂに対して略平行に形成されており、図１でピストン上
面を一点鎖線で示すように、圧縮上死点近傍ではキャビ
ティ６の上部空間は極めて小さく限定され、このとき前
記の通り加勢されたスワールＳはキャビティ６内に有効
に保存され、スワールＳがキャビティ６から外に逃げる
ことを抑制できる。また、このときスワールＳが流れて
行く下流部分つまり端部Ｒ１では段差部１Ｃの傾斜が小
さく、また上流側の端部Ｒ２については段差が小さくな
っていることから、ピストン上面に沿ったスワールの流
れが抵抗を受けることがなく、円滑に流れるので長時間
にわたりスワールが維持される。さらに、ピストン中心
付近の段差部１Ｃの傾斜は、端部Ｒ１付近よりも大きく
形成されているので、タンブルＴがこの段差部１Ｃを乗
り越えて直接キャビティ６へ向かうことを防止でき、ス
ワールの強化に有効である。
【００２７】このようにして、特にキャビティ６内のス
ワールを阻害しがちなタンブル流成分の影響を抑制して
シリンダ及びキャビティ内に強いスワールを維持できる
ので、ヘリカルポートのような吸入抵抗の大きな構造を
採用する必要がなく、すなわち高負荷時の出力特性を犠
牲にすることなく、成層燃焼を行う低中負荷運転域での
燃焼性を改善することができる。また、この場合段差部
１Ｃが直線的な形状であるので加工が容易であるという
利点もある。
ワールを阻害しがちなタンブル流成分の影響を抑制して
シリンダ及びキャビティ内に強いスワールを維持できる
ので、ヘリカルポートのような吸入抵抗の大きな構造を
採用する必要がなく、すなわち高負荷時の出力特性を犠
牲にすることなく、成層燃焼を行う低中負荷運転域での
燃焼性を改善することができる。また、この場合段差部
１Ｃが直線的な形状であるので加工が容易であるという
利点もある。
【００２８】次に、本発明の第２の実施形態につき図５
〜図８に基づいて説明する。なお図１から図４に対応す
る部分には同一の符号を付して示してある。
〜図８に基づいて説明する。なお図１から図４に対応す
る部分には同一の符号を付して示してある。
【００２９】この実施形態では、図示したようにピスト
ン１の上面に形成する段差部１Ｃが、その上端縁部Ｒ
が、ピストン１上面のキャビティ６に隣接する略中央部
から各傾斜面の境界稜線部Ｌの両端方向に、平面上Ｖ字
形状をなすように、かつ前記両端部Ｒ１，Ｒ２での傾斜
角度が中央部側よりも小さくなるように形成されてい
る。
ン１の上面に形成する段差部１Ｃが、その上端縁部Ｒ
が、ピストン１上面のキャビティ６に隣接する略中央部
から各傾斜面の境界稜線部Ｌの両端方向に、平面上Ｖ字
形状をなすように、かつ前記両端部Ｒ１，Ｒ２での傾斜
角度が中央部側よりも小さくなるように形成されてい
る。
【００３０】この実施形態によれば、図７または図８に
も示したように、キャビティ６に侵入しようとするタン
ブルＴが段差部１Ｃの中央部分にて阻止されて水平方向
の流れに変換されるため、上記第１の実施形態と同様に
スワールＳを付勢する作用が得られる。また、ピストン
略中央部を中心として段差部１Ｃが対称形状となるの
で、ピストンの重量バランスが良いことに加えて、スワ
ールＳの方向にかかわらず、例えば各気筒毎に吸気ポー
ト９ａ，９ｂの何れに吸気制御弁１１を設けるかによら
ずにピストン１を適用でき、すなわちピストン１の汎用
性または互換性が高められるという利点を生じる。ま
た、ピストン中心付近の段差部１Ｃの傾斜が急峻に形成
されるので、タンブルがこの急峻な部分を乗り越えて直
接キャビティ６へ向かうことを有効に防止できる。
も示したように、キャビティ６に侵入しようとするタン
ブルＴが段差部１Ｃの中央部分にて阻止されて水平方向
の流れに変換されるため、上記第１の実施形態と同様に
スワールＳを付勢する作用が得られる。また、ピストン
略中央部を中心として段差部１Ｃが対称形状となるの
で、ピストンの重量バランスが良いことに加えて、スワ
ールＳの方向にかかわらず、例えば各気筒毎に吸気ポー
ト９ａ，９ｂの何れに吸気制御弁１１を設けるかによら
ずにピストン１を適用でき、すなわちピストン１の汎用
性または互換性が高められるという利点を生じる。ま
た、ピストン中心付近の段差部１Ｃの傾斜が急峻に形成
されるので、タンブルがこの急峻な部分を乗り越えて直
接キャビティ６へ向かうことを有効に防止できる。
【図１】 本発明による筒内噴射式機関の第１の実施形
態を示す概略縦断面図。
態を示す概略縦断面図。
【図２】 第１の実施形態の平面図。
【図３】 第１の実施形態のピストンの平面図。
【図４】 図３のＡ−Ａ断面図。
【図５】 本発明の第２の実施形態のピストンの平面
図。
図。
【図６】 図５のＡ−Ａ断面図。
【図７】 第２の実施形態の作用を示す斜視図。
【図８】 第２の実施形態の作用を示す平面図。
１ ピストン １Ａ 吸気ポート側傾斜面 １Ｂ 排気ポート側傾斜面 １Ｃ 段差部 １Ｄ 平坦部 ２ 燃料噴射弁 ３ 点火プラグ ４ シリンダ ５ シリンダヘッド ６ キャビティ ７ 吸気バルブ ８ 排気バルブ ９ａ，９ｂ 吸気ポート １０ａ，１０ｂ 吸気マニホールド １１ 吸気制御弁 １２ 燃焼室 １３ａ，１３ｂ 排気ポート Ｌ 傾斜面の境界稜線部 Ｒ 段差部の上端縁部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 又吉 豊 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 (5)
- 【請求項１】 対向的に配置された吸気ポートと排気ポ
ートとの間の燃焼室略中央部に点火プラグを位置させる
とともに、上面にキャビティを形成したピストンと、吸
気ポート側から前記キャビティに向けて燃料を噴射供給
する燃料噴射弁と、シリンダ内にスワールを発生させる
手段とを備えた内燃機関において、 ピストン上面を、吸気ポートに面した傾斜面と排気ポー
トに面した傾斜面とからなる隆起形状とするとともに、 前記キャビティを、燃料噴射弁からの燃料噴霧の略前方
であってその中心が前記吸気ポート側傾斜面に位置する
ように形成し、 前記排気ポート側傾斜面には前記キャビティに隣接して
該傾斜面よりも傾斜角度の大きな段差部を形成し、 この段差部は、その上端縁部がピストン上面の略中央部
から前記各傾斜面の境界稜線部であって少なくともスワ
ール下流側の端部付近に連なるとともに該端部での傾斜
角度が中央部側よりも小さくなるように形成してあるこ
とを特徴とする筒内燃料噴射式内燃機関。 - 【請求項２】 段差部を、その上端縁部が、各傾斜面の
境界稜線部であってスワール下流側の端部付近からピス
トンの略中央部を通る線に沿って、かつスワール下流側
端部とは反対側の端部が排気ポート側傾斜面の低い位置
にて段差部をなすように、形成したことを特徴とする請
求項１に記載の筒内燃料噴射式内燃機関。 - 【請求項３】 段差部を、その上端縁部が、ピストン上
面の略中央部から各傾斜面の境界稜線部の両端方向に延
びるように、かつ前記両端部での傾斜角度が中央部側よ
りも小さくなるように形成してあることを特徴とする請
求項１に記載の筒内燃料噴射式内燃機関。 - 【請求項４】 排気ポート側傾斜面は、段差部の下端に
連なる部分が傾斜の無い平坦部となっていることを特徴
とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の筒内燃
料噴射式内燃機関。 - 【請求項５】 スワール発生手段は、運転状態に応じて
開閉制御される吸気制御弁を備えた第１の吸気ポート
と、吸気をシリンダ内に略接線方向に導入する形状の第
２の吸気ポートとを備え、第１の吸気ポートの吸気制御
弁を閉ざした状態で第２の吸気ポートから導入される吸
気流によりシリンダ内にスワールを生起するように構成
されていることを特徴とする請求項１から請求項４のい
ずれかに記載の筒内燃料噴射式内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14764597A JP3826490B2 (ja) | 1997-06-05 | 1997-06-05 | 筒内燃料噴射式内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14764597A JP3826490B2 (ja) | 1997-06-05 | 1997-06-05 | 筒内燃料噴射式内燃機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10339143A true JPH10339143A (ja) | 1998-12-22 |
| JP3826490B2 JP3826490B2 (ja) | 2006-09-27 |
Family
ID=15435031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14764597A Expired - Lifetime JP3826490B2 (ja) | 1997-06-05 | 1997-06-05 | 筒内燃料噴射式内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3826490B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007100549A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Mazda Motor Corp | 火花点火式エンジン |
-
1997
- 1997-06-05 JP JP14764597A patent/JP3826490B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007100549A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Mazda Motor Corp | 火花点火式エンジン |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3826490B2 (ja) | 2006-09-27 |
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