JPH10339145A - 筒内直接噴射式火花点火エンジン - Google Patents
筒内直接噴射式火花点火エンジンInfo
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- JPH10339145A JPH10339145A JP9152478A JP15247897A JPH10339145A JP H10339145 A JPH10339145 A JP H10339145A JP 9152478 A JP9152478 A JP 9152478A JP 15247897 A JP15247897 A JP 15247897A JP H10339145 A JPH10339145 A JP H10339145A
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- 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
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- 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)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 筒内直接噴射式火花点火エンジンに適した燃
焼室構造を提供する。 【解決手段】 筒内直接噴射式火花点火エンジンにおい
て、吸気ポート２１からシリンダ５内に流入する吸気に
スワールを生起するスワールコントロールバルブ２６を
備え、インジェクタ６から噴射される燃料噴霧形態を初
期噴霧を有する中空の円錐状に設定し、ピストン１の冠
部１０に燃料噴霧を受けるように窪むキャビティ１１を
形成する。
焼室構造を提供する。 【解決手段】 筒内直接噴射式火花点火エンジンにおい
て、吸気ポート２１からシリンダ５内に流入する吸気に
スワールを生起するスワールコントロールバルブ２６を
備え、インジェクタ６から噴射される燃料噴霧形態を初
期噴霧を有する中空の円錐状に設定し、ピストン１の冠
部１０に燃料噴霧を受けるように窪むキャビティ１１を
形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内直接噴射式火
花点火エンジンにおいて燃焼室の改良に関するものであ
る。
花点火エンジンにおいて燃焼室の改良に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】点火
プラグの近傍に燃料を集める混合気の成層化をはかるた
め、シリンダ内にインジェクタ（燃料噴射弁）を臨ま
せ、シリンダ内に直接に燃料を噴射するようにした筒内
直接噴射式火花点火エンジンがある。
プラグの近傍に燃料を集める混合気の成層化をはかるた
め、シリンダ内にインジェクタ（燃料噴射弁）を臨ま
せ、シリンダ内に直接に燃料を噴射するようにした筒内
直接噴射式火花点火エンジンがある。
【０００３】従来の筒内直接噴射式火花点火エンジンと
して、例えば特開平６−８１６５１号公報に開示してい
るように、吸気ポートをシリンダ壁に沿って直立させる
ものがある。
して、例えば特開平６−８１６５１号公報に開示してい
るように、吸気ポートをシリンダ壁に沿って直立させる
ものがある。
【０００４】直立した吸気ポートからシリンダ内に流入
した吸気は、シリンダ壁に沿って下降した後、ピストン
冠部に沿って旋回する逆タンブルを生起する。
した吸気は、シリンダ壁に沿って下降した後、ピストン
冠部に沿って旋回する逆タンブルを生起する。
【０００５】インジェクタからシリンダ内に噴射された
燃料は、この逆タンブルによって旋回する過程で、その
微粒化および気化が進み、点火プラグに液状燃料が付着
することを防止し、失火を防止するようになっている。
燃料は、この逆タンブルによって旋回する過程で、その
微粒化および気化が進み、点火プラグに液状燃料が付着
することを防止し、失火を防止するようになっている。
【０００６】しかしながら、このような従来の筒内直接
噴射式火花点火エンジンにあっては、直立した吸気ポー
トがシリンダヘッドの上部に貫通して設けられる構造の
ため、インテークマニホールドをシリンダヘッドの上部
に接続する必要があり、エンジンの全高が大きくなると
いう問題点が考えられる。
噴射式火花点火エンジンにあっては、直立した吸気ポー
トがシリンダヘッドの上部に貫通して設けられる構造の
ため、インテークマニホールドをシリンダヘッドの上部
に接続する必要があり、エンジンの全高が大きくなると
いう問題点が考えられる。
【０００７】シリンダヘッドに直立する吸気ポートを備
えるため、シリンダヘッドの燃焼室壁のまわりに形成さ
れるウォータジャケットの配置自由度が小さくなるとい
う問題点が考えられる。
えるため、シリンダヘッドの燃焼室壁のまわりに形成さ
れるウォータジャケットの配置自由度が小さくなるとい
う問題点が考えられる。
【０００８】また、従来の筒内直接噴射式火花点火エン
ジンとして、例えば特開平８−３５４２９号公報に開示
されたものは、吸気ポートを渦巻き状に湾曲させてい
る。
ジンとして、例えば特開平８−３５４２９号公報に開示
されたものは、吸気ポートを渦巻き状に湾曲させてい
る。
【０００９】渦巻き状に湾曲した吸気ポートからシリン
ダ内に流入した吸気は、シリンダに沿って旋回する強い
スワールを生起するようになっている。
ダ内に流入した吸気は、シリンダに沿って旋回する強い
スワールを生起するようになっている。
【００１０】しかしながら、このような従来の筒内直接
噴射式火花点火エンジンにあっては、渦巻き状に湾曲し
た吸気ポートが吸気の流れに付与する圧力損失が大きい
ため、エンジンの高出力化が妨げられるという問題点が
考えられる。
噴射式火花点火エンジンにあっては、渦巻き状に湾曲し
た吸気ポートが吸気の流れに付与する圧力損失が大きい
ため、エンジンの高出力化が妨げられるという問題点が
考えられる。
【００１１】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、筒内直接噴射式火花点火エンジンに適した燃
焼室構造を提供することを目的とする。
のであり、筒内直接噴射式火花点火エンジンに適した燃
焼室構造を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の筒内直
接噴射式火花点火エンジンは、シリンダ内に吸気を導入
する吸気ポートと、シリンダ内に燃料を噴射するインジ
ェクタと、シリンダ内の混合気に点火する点火プラグ
と、シリンダ内から排気を排出する排気ポートとを備え
る筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、吸気ポー
トからシリンダ内に流入する吸気にスワールを生起する
スワール生起手段を備え、インジェクタから噴射される
燃料噴霧形態を初期噴霧を有する中空の円錐状に設定
し、ピストンの冠部に燃料噴霧を受けるように窪むキャ
ビティを形成するものとした。
接噴射式火花点火エンジンは、シリンダ内に吸気を導入
する吸気ポートと、シリンダ内に燃料を噴射するインジ
ェクタと、シリンダ内の混合気に点火する点火プラグ
と、シリンダ内から排気を排出する排気ポートとを備え
る筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、吸気ポー
トからシリンダ内に流入する吸気にスワールを生起する
スワール生起手段を備え、インジェクタから噴射される
燃料噴霧形態を初期噴霧を有する中空の円錐状に設定
し、ピストンの冠部に燃料噴霧を受けるように窪むキャ
ビティを形成するものとした。
【００１３】請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項１に記載の発明において、キャビテ
ィのシリンダ中心線に直交する断面を円形に形成するも
のとした。
エンジンは、請求項１に記載の発明において、キャビテ
ィのシリンダ中心線に直交する断面を円形に形成するも
のとした。
【００１４】請求項３に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項１または２に記載の発明において、
前記点火プラグを燃焼室天井壁の略中央部に配置し、中
心電極の突出高さを３．５ｍｍより大きく設定するもの
とした。
エンジンは、請求項１または２に記載の発明において、
前記点火プラグを燃焼室天井壁の略中央部に配置し、中
心電極の突出高さを３．５ｍｍより大きく設定するもの
とした。
【００１５】請求項４に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項１から３のいずれか一つに記載の発
明において、前記インジェクタから噴射される燃料噴霧
をその円錐角が４０°〜７０°の範囲にある中空の円錐
状に拡がる構成とし、燃料噴霧の中心部にも６％〜１２
％の燃料が分布する構成とした。
エンジンは、請求項１から３のいずれか一つに記載の発
明において、前記インジェクタから噴射される燃料噴霧
をその円錐角が４０°〜７０°の範囲にある中空の円錐
状に拡がる構成とし、燃料噴霧の中心部にも６％〜１２
％の燃料が分布する構成とした。
【００１６】請求項５に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項１から４のいずれか一つに記載の発
明において、前記キャビティの深さを４ｍｍ以上に設定
するものとした。
エンジンは、請求項１から４のいずれか一つに記載の発
明において、前記キャビティの深さを４ｍｍ以上に設定
するものとした。
【００１７】請求項６に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項１から５のいずれか一つに記載の発
明において、前記インジェクタから噴射される燃料噴霧
の中心線が水平線に対して為す俯角を約３６°に設定す
るものとした。
エンジンは、請求項１から５のいずれか一つに記載の発
明において、前記インジェクタから噴射される燃料噴霧
の中心線が水平線に対して為す俯角を約３６°に設定す
るものとした。
【００１８】請求項７に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項１から６のいずれか一つに記載の発
明において、インジェクタの燃料噴射時期を高負荷時に
吸気行程に設定し、インジェクタの燃料噴射時期を低負
荷時に圧縮行程に設定するものとした。
エンジンは、請求項１から６のいずれか一つに記載の発
明において、インジェクタの燃料噴射時期を高負荷時に
吸気行程に設定し、インジェクタの燃料噴射時期を低負
荷時に圧縮行程に設定するものとした。
【００１９】請求項８に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項１から７のいずれか一つに記載の発
明において、前記吸気ポートとして平面図上略直線状に
延びる２本のストレートポートを備え、スワール生起手
段として、一方の吸気ポートからシリンダ内に導入され
る吸気を絞るスワールコントロールバルブを備えるもの
とした。
エンジンは、請求項１から７のいずれか一つに記載の発
明において、前記吸気ポートとして平面図上略直線状に
延びる２本のストレートポートを備え、スワール生起手
段として、一方の吸気ポートからシリンダ内に導入され
る吸気を絞るスワールコントロールバルブを備えるもの
とした。
【００２０】
【発明の作用および効果】請求項１に記載の筒内直接噴
射式火花点火エンジンにおいて、例えば希薄空燃比で運
転される成層燃焼領域にて、ピストンが上昇する圧縮行
程においてインジェクタが開弁し、燃焼室に燃料が噴射
される。吸気ポートを通ってシリンダ内に吸入された空
気がピストンで圧縮された状態で、点火プラグを介して
燃料を着火燃焼させる。
射式火花点火エンジンにおいて、例えば希薄空燃比で運
転される成層燃焼領域にて、ピストンが上昇する圧縮行
程においてインジェクタが開弁し、燃焼室に燃料が噴射
される。吸気ポートを通ってシリンダ内に吸入された空
気がピストンで圧縮された状態で、点火プラグを介して
燃料を着火燃焼させる。
【００２１】ピストンが上昇する圧縮行程においてイン
ジェクタから噴射される燃料噴霧は、吸気ポートにおけ
る吸気の流れ方向に噴射され、スワールによってキャビ
ティ内に集められる。キャビティ内に集められた燃料噴
霧は、ピストンによって加熱され、その微粒化および気
化が進み、高濃度の混合気がキャビティ内に溜まる。ピ
ストンが上死点に近づくのにしたがって、キャビティ内
の高濃度の混合気に点火プラグが近づき、混合気の成層
化がはかれる。
ジェクタから噴射される燃料噴霧は、吸気ポートにおけ
る吸気の流れ方向に噴射され、スワールによってキャビ
ティ内に集められる。キャビティ内に集められた燃料噴
霧は、ピストンによって加熱され、その微粒化および気
化が進み、高濃度の混合気がキャビティ内に溜まる。ピ
ストンが上死点に近づくのにしたがって、キャビティ内
の高濃度の混合気に点火プラグが近づき、混合気の成層
化がはかれる。
【００２２】ピストンが下降する吸入行程でインジェク
タから燃料が噴射される均質燃焼領域においても、キャ
ビティの壁面に衝突しないように低背圧下で燃料噴霧の
拡がりを抑えることが要求される。
タから燃料が噴射される均質燃焼領域においても、キャ
ビティの壁面に衝突しないように低背圧下で燃料噴霧の
拡がりを抑えることが要求される。
【００２３】インジェクタの燃料噴霧形態を初期噴霧を
有する中空の円錐状に設定することにより、背圧の高い
圧縮行程噴射において噴霧粒径を小さくするとともに、
燃料噴霧の拡がりを抑えられ、燃料噴霧がキャビティの
側面に衝突して付着することが抑えられる。
有する中空の円錐状に設定することにより、背圧の高い
圧縮行程噴射において噴霧粒径を小さくするとともに、
燃料噴霧の拡がりを抑えられ、燃料噴霧がキャビティの
側面に衝突して付着することが抑えられる。
【００２４】こうして燃料を点火プラグの近傍に集中さ
せることにより、着火が確実に行われ、燃焼性が確保さ
れる希薄空燃比の限界値を拡大することができる。シリ
ンダに供給される混合気の空燃比を希薄化することによ
り、エンジンのポンピング損失を低減し、燃費の低減が
はかれる。また、冷間時において燃料噴射量を増やす必
要がなく、エミッションを改善することができる。
せることにより、着火が確実に行われ、燃焼性が確保さ
れる希薄空燃比の限界値を拡大することができる。シリ
ンダに供給される混合気の空燃比を希薄化することによ
り、エンジンのポンピング損失を低減し、燃費の低減が
はかれる。また、冷間時において燃料噴射量を増やす必
要がなく、エミッションを改善することができる。
【００２５】インジェクタから噴射される燃料は、ピス
トンの冠部に窪むキャビティに拡がることにより、ピス
トンの冠部に当たって点火プラグに跳ね返ることが抑え
られ、点火プラグに液状燃料が直接的に付着することが
防止され、失火を起こすことを回避できる。
トンの冠部に窪むキャビティに拡がることにより、ピス
トンの冠部に当たって点火プラグに跳ね返ることが抑え
られ、点火プラグに液状燃料が直接的に付着することが
防止され、失火を起こすことを回避できる。
【００２６】一方、ピストンが下降する吸入行程でイン
ジェクタから燃料が噴射される均質燃焼領域において
も、燃料噴霧がピストンの冠部やシリンダに衝突しない
ように、燃料噴霧のペネトレーションを短く、かつ粒径
を小さくすることが要求される。
ジェクタから燃料が噴射される均質燃焼領域において
も、燃料噴霧がピストンの冠部やシリンダに衝突しない
ように、燃料噴霧のペネトレーションを短く、かつ粒径
を小さくすることが要求される。
【００２７】インジェクタの燃料噴霧形態を初期噴霧を
有する中空の円錐状に設定することにより、背圧の低い
吸入行程噴射において噴霧粒径を小さくするとともに、
燃料噴霧のペネトレーションを短くし、燃料噴霧がピス
トン冠部やシリンダ壁面に衝突して付着することが抑え
られ、エミッションを改善するとともに、高出力化がは
かれる。
有する中空の円錐状に設定することにより、背圧の低い
吸入行程噴射において噴霧粒径を小さくするとともに、
燃料噴霧のペネトレーションを短くし、燃料噴霧がピス
トン冠部やシリンダ壁面に衝突して付着することが抑え
られ、エミッションを改善するとともに、高出力化がは
かれる。
【００２８】吸気ポートをシリンダ壁に沿って直立させ
る必要がなく、インテークマニホールドの取付け位置が
高くなることを抑えられ、エンジンのコンパクト化がは
かれる。また、シリンダヘッドの燃焼室壁のまわりに冷
却水を循環させるウォータジャケットの配置自由度が高
まり、エンジンの冷却性を高められる。
る必要がなく、インテークマニホールドの取付け位置が
高くなることを抑えられ、エンジンのコンパクト化がは
かれる。また、シリンダヘッドの燃焼室壁のまわりに冷
却水を循環させるウォータジャケットの配置自由度が高
まり、エンジンの冷却性を高められる。
【００２９】請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、キャビティのシリンダ中心線に直交
する断面を円形に形成することにより、キャビティに燃
料噴霧を集めるとともに、スワールの勢力を維持するこ
とができる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比
の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
エンジンにおいて、キャビティのシリンダ中心線に直交
する断面を円形に形成することにより、キャビティに燃
料噴霧を集めるとともに、スワールの勢力を維持するこ
とができる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比
の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００３０】請求項３に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、点火プラグを燃焼室天井壁の略中央
部に配置し、中心電極の突出高さを３．５ｍｍより大き
く設定することにより、濃混合気をキャビティを介して
点火プラグの放電ギャップの近傍へと集められる。この
結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大
し、燃費の低減がはかれる。
エンジンにおいて、点火プラグを燃焼室天井壁の略中央
部に配置し、中心電極の突出高さを３．５ｍｍより大き
く設定することにより、濃混合気をキャビティを介して
点火プラグの放電ギャップの近傍へと集められる。この
結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大
し、燃費の低減がはかれる。
【００３１】請求項４に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、インジェクタから噴射される燃料噴
霧をその円錐角が４０°〜７０°の範囲にある中空の円
錐状に拡がり、燃料噴霧の中心部にも６％〜１２％の燃
料が分布する構成とすることにより、背圧の高い圧縮行
程噴射において噴霧粒径を小さくするとともに、燃料噴
霧の拡がりを抑えられ、燃料噴霧がキャビティの側面に
衝突して付着することが抑えられる。
エンジンにおいて、インジェクタから噴射される燃料噴
霧をその円錐角が４０°〜７０°の範囲にある中空の円
錐状に拡がり、燃料噴霧の中心部にも６％〜１２％の燃
料が分布する構成とすることにより、背圧の高い圧縮行
程噴射において噴霧粒径を小さくするとともに、燃料噴
霧の拡がりを抑えられ、燃料噴霧がキャビティの側面に
衝突して付着することが抑えられる。
【００３２】こうして燃料を点火プラグの近傍に集中さ
せることにより、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界
値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
せることにより、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界
値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００３３】請求項５に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、キャビティの深さを４ｍｍ以上に設
定することにより、キャビティに燃料噴霧を集めるとと
もに、スワールの勢力を維持することができる。この結
果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、
燃費の低減がはかれる。
エンジンにおいて、キャビティの深さを４ｍｍ以上に設
定することにより、キャビティに燃料噴霧を集めるとと
もに、スワールの勢力を維持することができる。この結
果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、
燃費の低減がはかれる。
【００３４】請求項６に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、インジェクタから噴射される燃料噴
霧の中心線が水平線に対して為す俯角を約３６°に設定
することにより、キャビティに燃料噴霧を集めるととも
に、スワールの勢力を維持することができる。この結
果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、
燃費の低減がはかれる。
エンジンにおいて、インジェクタから噴射される燃料噴
霧の中心線が水平線に対して為す俯角を約３６°に設定
することにより、キャビティに燃料噴霧を集めるととも
に、スワールの勢力を維持することができる。この結
果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、
燃費の低減がはかれる。
【００３５】請求項７に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、低負荷時ではピストンが上昇する圧
縮行程にインジェクタからに燃料が噴射され、濃混合気
をキャビティを介して点火プラグの近傍へと有効に集め
られる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限
界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
エンジンにおいて、低負荷時ではピストンが上昇する圧
縮行程にインジェクタからに燃料が噴射され、濃混合気
をキャビティを介して点火プラグの近傍へと有効に集め
られる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限
界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【００３６】高負荷時では、ピストンが下降する吸入行
程にインジェクタから燃料が噴射され、点火時期を迎え
るまでに燃焼室に均質な混合気が形成され、サイクル変
動に影響されない安定した燃焼性が確保され、出力の向
上がはかれる。
程にインジェクタから燃料が噴射され、点火時期を迎え
るまでに燃焼室に均質な混合気が形成され、サイクル変
動に影響されない安定した燃焼性が確保され、出力の向
上がはかれる。
【００３７】請求項８に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、シリンダに対して直線状に延びる２
本のストレートポートのうち一方をスワールコントロー
ルバルブを介して絞ることにより、高い吸気充填効率を
維持しながらスワール比を調節できる。
エンジンにおいて、シリンダに対して直線状に延びる２
本のストレートポートのうち一方をスワールコントロー
ルバルブを介して絞ることにより、高い吸気充填効率を
維持しながらスワール比を調節できる。
【００３８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。
面に基づいて説明する。
【００３９】図１に示すように、シリンダヘッドに形成
された燃焼室天井壁２０とピストン１の間に燃焼室３が
画成される。ピストン１のシリンダ５における往復運動
はコンロッド（図示せず）を介してクランクシャフト
（図示せず）の連続回転運動に変換される。
された燃焼室天井壁２０とピストン１の間に燃焼室３が
画成される。ピストン１のシリンダ５における往復運動
はコンロッド（図示せず）を介してクランクシャフト
（図示せず）の連続回転運動に変換される。
【００４０】ペントルーフ型に傾斜する燃焼室天井壁２
０には２本に分岐する吸気ポート２１と２本の排気ポー
ト（図示せず）が互いに対向して開口している。燃焼室
天井壁２０は、各吸気ポート２１が開口する吸気ポート
側傾斜面と各排気ポートが開口する排気ポート側傾斜面
によって構成される。
０には２本に分岐する吸気ポート２１と２本の排気ポー
ト（図示せず）が互いに対向して開口している。燃焼室
天井壁２０は、各吸気ポート２１が開口する吸気ポート
側傾斜面と各排気ポートが開口する排気ポート側傾斜面
によって構成される。
【００４１】燃焼室天井壁２０の中央部から燃焼室３に
臨む点火プラグ４が設けられる。点火プラグ４はシリン
ダ５の中心線と同軸上に配置され、各吸気バルブ７と各
排気バルブ８の間に位置して燃焼室３に臨んでいる。点
火プラグ４を挟むようにして２つの吸気バルブ７と２つ
の排気バルブ８が互いに対向して設けられる。
臨む点火プラグ４が設けられる。点火プラグ４はシリン
ダ５の中心線と同軸上に配置され、各吸気バルブ７と各
排気バルブ８の間に位置して燃焼室３に臨んでいる。点
火プラグ４を挟むようにして２つの吸気バルブ７と２つ
の排気バルブ８が互いに対向して設けられる。
【００４２】スワール生起手段として、各吸気ポート２
１を平面図上において略直線上に延びるストレートポー
トとし、一方の吸気ポート２１からシリンダ５内に導入
される吸気量を調節するスワールコントロールバルブ２
６が設けられる。
１を平面図上において略直線上に延びるストレートポー
トとし、一方の吸気ポート２１からシリンダ５内に導入
される吸気量を調節するスワールコントロールバルブ２
６が設けられる。
【００４３】吸気通路には各吸気ポート２１の分岐点よ
り上流側にスワールコントロールバルブ２６が介装され
る。バタフライ式のスワールコントロールバルブ２６は
回転軸２７を介して回動する。
り上流側にスワールコントロールバルブ２６が介装され
る。バタフライ式のスワールコントロールバルブ２６は
回転軸２７を介して回動する。
【００４４】図２に示すように、半円盤状をしたスワー
ルコントロールバルブ２６は三日月形の切欠き部２８を
有する。切欠き部２８は、スワールコントロールバルブ
２６の閉弁位置で一方の吸気ポート２１より他方の吸気
ポート２１に大きく対峙するように回転軸２７と同方向
にオフセットして開口される。これにより、スワールコ
ントロールバルブ２６はその閉弁時に一方の吸気ポート
２１を通ってシリンダ５に吸入される吸気流を絞り、他
方の吸気ポート２１からシリンダ５に流入する吸気量の
割合を増やし、シリンダ５に旋回流を生起するようにな
っている。
ルコントロールバルブ２６は三日月形の切欠き部２８を
有する。切欠き部２８は、スワールコントロールバルブ
２６の閉弁位置で一方の吸気ポート２１より他方の吸気
ポート２１に大きく対峙するように回転軸２７と同方向
にオフセットして開口される。これにより、スワールコ
ントロールバルブ２６はその閉弁時に一方の吸気ポート
２１を通ってシリンダ５に吸入される吸気流を絞り、他
方の吸気ポート２１からシリンダ５に流入する吸気量の
割合を増やし、シリンダ５に旋回流を生起するようにな
っている。
【００４５】シリンダ５に生起される旋回流はシリンダ
５の中心線に対して所定角度をもって傾斜する軸を中心
に旋回し、シリンダ５の中心線を中心に旋回するスワー
ルの成分と、シリンダ５の中心線と直交する水平線を中
心に旋回するタンブルの成分を有する。シリンダ５には
図２において白抜き矢印で示すように反時計回り方向に
旋回するスワールが生起される。
５の中心線に対して所定角度をもって傾斜する軸を中心
に旋回し、シリンダ５の中心線を中心に旋回するスワー
ルの成分と、シリンダ５の中心線と直交する水平線を中
心に旋回するタンブルの成分を有する。シリンダ５には
図２において白抜き矢印で示すように反時計回り方向に
旋回するスワールが生起される。
【００４６】スワールコントロールバルブ２６の回転軸
２７にアクチューエータ（図示せず）が連結される。ア
クチュエータの作動を制御するコントロールユニット
（図示せず）は予め設定されたマップに基づいてエンジ
ンの負荷および回転数が所定値以下の成層燃焼領域では
スワールコントロールバルブ２６を閉弁し、成層燃焼領
域以外ではスワールコントロールバルブ２６を開弁す
る。
２７にアクチューエータ（図示せず）が連結される。ア
クチュエータの作動を制御するコントロールユニット
（図示せず）は予め設定されたマップに基づいてエンジ
ンの負荷および回転数が所定値以下の成層燃焼領域では
スワールコントロールバルブ２６を閉弁し、成層燃焼領
域以外ではスワールコントロールバルブ２６を開弁す
る。
【００４７】燃焼室天井壁２０の側部から燃焼室３に臨
むインジェクタ（燃料噴射弁）６と、中央部から燃焼室
３に臨む点火プラグ４がそれぞれ設けられる。
むインジェクタ（燃料噴射弁）６と、中央部から燃焼室
３に臨む点火プラグ４がそれぞれ設けられる。
【００４８】インジェクタ６はその開弁時期と開弁期間
（噴射パルス幅）がコントロールユニットにより運転状
態に応じて制御される。
（噴射パルス幅）がコントロールユニットにより運転状
態に応じて制御される。
【００４９】コントロールユニットは、図示しない各セ
ンサによって検出された吸入空気量Ｑａとエンジン回転
数Ｎとに基づいて基本噴射量Ｔｐを次式で算出する。
ンサによって検出された吸入空気量Ｑａとエンジン回転
数Ｎとに基づいて基本噴射量Ｔｐを次式で算出する。
【００５０】 Ｔｐ＝Ｋ・Ｑａ／Ｎ ‥‥（１） ただし、Ｋ；定数そして、所定の均質燃焼領域で空燃比
が理論空燃比を中心とした狭い範囲に収める一方、所定
の成層燃焼領域で希薄混合気による成層燃焼を実現する
ための空燃比となるように最終的な燃料噴射量Ｔｉを次
式で算出して燃料噴射量をフィードバック制御する。
が理論空燃比を中心とした狭い範囲に収める一方、所定
の成層燃焼領域で希薄混合気による成層燃焼を実現する
ための空燃比となるように最終的な燃料噴射量Ｔｉを次
式で算出して燃料噴射量をフィードバック制御する。
【００５１】 Ｔｉ＝Ｔｐ×α×ＣＯＥＦ＋Ｔｓ …（２） ただし、αは空燃比フィードバック補正係数、ＣＯＥＦ
は冷却水温度補正係数、および成層燃焼のための補正係
数等をパラメータとした各種補正係数の和、Ｔｓは無効
噴射パルス幅である。
は冷却水温度補正係数、および成層燃焼のための補正係
数等をパラメータとした各種補正係数の和、Ｔｓは無効
噴射パルス幅である。
【００５２】この演算された燃料噴射量Ｔｉに対応する
パルス信号をインジェクタ６に出力し、燃料噴射制御を
行う。
パルス信号をインジェクタ６に出力し、燃料噴射制御を
行う。
【００５３】コントロールユニットは、エンジンの負荷
および回転数が所定値以下の成層燃焼領域で、シリンダ
５に供給される混合気の空燃比を理論空燃比より希薄側
に調節する。エンジンの負荷または回転数が所定値を超
えて上昇する均質燃焼領域で、シリンダ５に供給される
混合気の空燃比を理論空燃比またはリッチ側に調節す
る。
および回転数が所定値以下の成層燃焼領域で、シリンダ
５に供給される混合気の空燃比を理論空燃比より希薄側
に調節する。エンジンの負荷または回転数が所定値を超
えて上昇する均質燃焼領域で、シリンダ５に供給される
混合気の空燃比を理論空燃比またはリッチ側に調節す
る。
【００５４】インジェクタ６が開弁するのに伴ってシリ
ンダ５内に噴射される燃料は、各吸気バルブ７が開かれ
るのに伴って吸気ポート２１から吸入される空気と混合
する。シリンダ５内に形成された混合気はピストン１で
圧縮された状態で点火プラグ４を介して燃料が着火燃焼
する。燃焼したガスはピストン１を下降させてクランク
シャフトを介して回転力を取り出した後、ピストン１が
上昇する排気行程中に排気バルブ８が開かれるのに伴っ
て各排気ポートから排出される。これらの各行程が連続
して繰り返される。
ンダ５内に噴射される燃料は、各吸気バルブ７が開かれ
るのに伴って吸気ポート２１から吸入される空気と混合
する。シリンダ５内に形成された混合気はピストン１で
圧縮された状態で点火プラグ４を介して燃料が着火燃焼
する。燃焼したガスはピストン１を下降させてクランク
シャフトを介して回転力を取り出した後、ピストン１が
上昇する排気行程中に排気バルブ８が開かれるのに伴っ
て各排気ポートから排出される。これらの各行程が連続
して繰り返される。
【００５５】インジェクタ６の開弁時期である燃料噴射
時期は、予め設定されたマップに基づき、エンジンの負
荷および回転数が所定値以下の成層燃焼領域でピストン
１が上昇する圧縮行程の後半に設定され、エンジンの負
荷または回転数が所定値を超えて上昇する均質燃焼領域
でピストン１が下降する吸気行程に設定されている。
時期は、予め設定されたマップに基づき、エンジンの負
荷および回転数が所定値以下の成層燃焼領域でピストン
１が上昇する圧縮行程の後半に設定され、エンジンの負
荷または回転数が所定値を超えて上昇する均質燃焼領域
でピストン１が下降する吸気行程に設定されている。
【００５６】ピストン１の冠部１０には、その中央部に
ルーフ状に隆起する凸部３１が形成されるとともに、皿
状に窪むキャビティ１１が形成される。
ルーフ状に隆起する凸部３１が形成されるとともに、皿
状に窪むキャビティ１１が形成される。
【００５７】キャビティ１１は、シリンダ５の中心線と
直交する断面が円形に形成され、平面状円形をしたキャ
ビティ底面１５と、キャビティ底面１５の外周から逆円
錐面状に拡がるキャビティ側面１６によって画成され
る。キャビティ側面１６の垂直線に対する傾斜角度を１
０°程度に設定される。
直交する断面が円形に形成され、平面状円形をしたキャ
ビティ底面１５と、キャビティ底面１５の外周から逆円
錐面状に拡がるキャビティ側面１６によって画成され
る。キャビティ側面１６の垂直線に対する傾斜角度を１
０°程度に設定される。
【００５８】キャビティ１１はシリンダ５の中心線につ
いてインジェクタ６側に偏心した円形の断面を持ち、イ
ンジェクタ６に近接するように配置される。キャビティ
１１の深さＤｃは４ｍｍ以上に設定される。
いてインジェクタ６側に偏心した円形の断面を持ち、イ
ンジェクタ６に近接するように配置される。キャビティ
１１の深さＤｃは４ｍｍ以上に設定される。
【００５９】点火プラグ４は、キャビティ１１に対して
インジェクタ６から最も離れた位置に対向するように臨
む。点火プラグ４の放電ギャップは円柱状をした中心電
極４１の先端面とこれに対峙する側方電極により構成さ
れ、通常は中心電極４１の突出高さＨｐは３．５ｍｍ程
度に設定されているが、本実施形態においてはキャビテ
ィ１１の深底化に対応して中心電極４１の突出高さＨｐ
を３．５ｍｍより大きく設定し、放電ギャップをキャビ
ティ１１に近づける構成とする。
インジェクタ６から最も離れた位置に対向するように臨
む。点火プラグ４の放電ギャップは円柱状をした中心電
極４１の先端面とこれに対峙する側方電極により構成さ
れ、通常は中心電極４１の突出高さＨｐは３．５ｍｍ程
度に設定されているが、本実施形態においてはキャビテ
ィ１１の深底化に対応して中心電極４１の突出高さＨｐ
を３．５ｍｍより大きく設定し、放電ギャップをキャビ
ティ１１に近づける構成とする。
【００６０】ピストン１の冠部１０は凸部３１によって
燃焼室天井壁２０に沿って傾斜する。これにより、ピス
トン１が上死点に到達するとき、ピストン１と燃焼室天
井壁２０の間に画成される燃焼室３の容積をキャビティ
１１に集中させて、高い圧縮比が得られる。
燃焼室天井壁２０に沿って傾斜する。これにより、ピス
トン１が上死点に到達するとき、ピストン１と燃焼室天
井壁２０の間に画成される燃焼室３の容積をキャビティ
１１に集中させて、高い圧縮比が得られる。
【００６１】インジェクタ６は各吸気バルブ７の側方
で、かつ各吸気バルブ７の間に位置して燃焼室３に臨ん
でいる。インジェクタ６の燃料噴射方向はキャビティ１
１に対向するように配置され、燃料噴霧が点火プラグ４
に当たらない構成とする。インジェクタ６から噴射され
る燃料噴霧の中心線Ｆが水平線Ｌに対して為す俯角θｆ
を約３６°に設定し、図１に示すようにピストン１が圧
縮行程後半にあるときキャビティ１１の底面１５の中央
部と交差するように構成される。
で、かつ各吸気バルブ７の間に位置して燃焼室３に臨ん
でいる。インジェクタ６の燃料噴射方向はキャビティ１
１に対向するように配置され、燃料噴霧が点火プラグ４
に当たらない構成とする。インジェクタ６から噴射され
る燃料噴霧の中心線Ｆが水平線Ｌに対して為す俯角θｆ
を約３６°に設定し、図１に示すようにピストン１が圧
縮行程後半にあるときキャビティ１１の底面１５の中央
部と交差するように構成される。
【００６２】インジェクタ６が開弁するのに伴ってその
噴口から噴射される燃料噴霧形態は初期噴霧を有する中
空の円錐状とし、その円錐角が４０°〜７０°の範囲に
あり、その中心部にも６％〜１２％の燃料が分布する構
成とする。インジェクタ６はスワール噴射弁が用いら
れ、燃料噴霧の貫徹力を抑えながら微粒化がはかられる
ものとする。
噴口から噴射される燃料噴霧形態は初期噴霧を有する中
空の円錐状とし、その円錐角が４０°〜７０°の範囲に
あり、その中心部にも６％〜１２％の燃料が分布する構
成とする。インジェクタ６はスワール噴射弁が用いら
れ、燃料噴霧の貫徹力を抑えながら微粒化がはかられる
ものとする。
【００６３】以上のように構成され、次に作用について
説明する。
説明する。
【００６４】各吸気バルブ７が開かれるのに伴って各吸
気ポート２１からシリンダ５内に空気が吸入される。均
質燃焼領域ではピストン１が下降する吸入行程でインジ
ェクタ６が開弁し、成層燃焼領域ではピストン１が上昇
する圧縮行程の後半にインジェクタ６が開弁し、インジ
ェクタ６から燃料噴霧が燃焼室３に噴射される。
気ポート２１からシリンダ５内に空気が吸入される。均
質燃焼領域ではピストン１が下降する吸入行程でインジ
ェクタ６が開弁し、成層燃焼領域ではピストン１が上昇
する圧縮行程の後半にインジェクタ６が開弁し、インジ
ェクタ６から燃料噴霧が燃焼室３に噴射される。
【００６５】各吸気ポート２１を通ってシリンダ５内に
吸入された空気がピストン１で圧縮された状態で、点火
プラグ４を介して燃料を着火燃焼させる。燃焼したガス
はピストン１を下降させてクランクシャフトを介して回
転力を取り出した後、ピストン１が上昇する排気行程中
に排気バルブ８が開かれるのに伴って各排気ポートから
排出される。これらの各行程が連続して繰り返される。
吸入された空気がピストン１で圧縮された状態で、点火
プラグ４を介して燃料を着火燃焼させる。燃焼したガス
はピストン１を下降させてクランクシャフトを介して回
転力を取り出した後、ピストン１が上昇する排気行程中
に排気バルブ８が開かれるのに伴って各排気ポートから
排出される。これらの各行程が連続して繰り返される。
【００６６】エンジンの負荷または回転数が所定値を超
えて上昇する均質燃焼領域で、スワールコントロールバ
ルブ２６が全開し、吸気は２本の吸気ポート２１に略均
等に分流してシリンダ５内に吸入される。したがって、
ポート面積が拡大してエンジンの吸気充填効率を高めら
れる。
えて上昇する均質燃焼領域で、スワールコントロールバ
ルブ２６が全開し、吸気は２本の吸気ポート２１に略均
等に分流してシリンダ５内に吸入される。したがって、
ポート面積が拡大してエンジンの吸気充填効率を高めら
れる。
【００６７】均質燃焼領域では、各吸気ポート２１を通
ってシリンダ５内に流入する吸気流が互いに衝突し、シ
リンダ５内に生起されるスワールの勢力は弱まるが、シ
リンダ５に供給される混合気の空燃比が理論空燃比また
はリッチ側に調節され、ピストン１が下降する吸入行程
でインジェクタ６から燃料が噴射されることにより、ピ
ストン１が上昇して点火時期を迎えるまでに燃焼室３に
均質な混合気が形成され、着火が確実に行われるととも
に、火炎の伝播が促される。
ってシリンダ５内に流入する吸気流が互いに衝突し、シ
リンダ５内に生起されるスワールの勢力は弱まるが、シ
リンダ５に供給される混合気の空燃比が理論空燃比また
はリッチ側に調節され、ピストン１が下降する吸入行程
でインジェクタ６から燃料が噴射されることにより、ピ
ストン１が上昇して点火時期を迎えるまでに燃焼室３に
均質な混合気が形成され、着火が確実に行われるととも
に、火炎の伝播が促される。
【００６８】エンジンの負荷または回転数が所定値以下
の成層燃焼領域でスワールコントロールバルブ２６が閉
弁し、各吸気バルブ７が開かれるのに伴って吸気の大部
分が一方の吸気ポート２１を通ってシリンダ５内に吸入
され、シリンダ５およびキャビティ１１の側面１６に沿
って旋回するスワールが生起される。
の成層燃焼領域でスワールコントロールバルブ２６が閉
弁し、各吸気バルブ７が開かれるのに伴って吸気の大部
分が一方の吸気ポート２１を通ってシリンダ５内に吸入
され、シリンダ５およびキャビティ１１の側面１６に沿
って旋回するスワールが生起される。
【００６９】シリンダ５に対して直線状に延びる２本の
ストレートポートのうち一方をスワールコントロールバ
ルブ２６を介して絞ることにより、高い吸気充填効率を
維持しながらスワール比を調節できる。
ストレートポートのうち一方をスワールコントロールバ
ルブ２６を介して絞ることにより、高い吸気充填効率を
維持しながらスワール比を調節できる。
【００７０】ピストン１が上昇する圧縮行程の後半にイ
ンジェクタ６から噴射された燃料噴霧は、その大部分が
キャビティ１１内に向かい、スワールによってキャビテ
ィ１１内に集められる。キャビティ１１内に集められた
燃料噴霧は、ピストン１によって加熱され、その微粒化
および気化が進み、高濃度の混合気がキャビティ１１内
に溜まる。ピストン１が上死点に近づくのにしたがっ
て、キャビティ１１内の高濃度の混合気に点火プラグ４
が近づき、混合気の成層化がはかれ、着火が確実に行わ
れる。
ンジェクタ６から噴射された燃料噴霧は、その大部分が
キャビティ１１内に向かい、スワールによってキャビテ
ィ１１内に集められる。キャビティ１１内に集められた
燃料噴霧は、ピストン１によって加熱され、その微粒化
および気化が進み、高濃度の混合気がキャビティ１１内
に溜まる。ピストン１が上死点に近づくのにしたがっ
て、キャビティ１１内の高濃度の混合気に点火プラグ４
が近づき、混合気の成層化がはかれ、着火が確実に行わ
れる。
【００７１】キャビティ１１の断面を円形に形成し、キ
ャビティ側面１６の垂直線に対する傾斜角度を１０°程
度に設定し、キャビティ１１の深さを４ｍｍ以上に設定
することにより、エンジンの大型化を避け、キャビティ
１１に燃料噴霧を集めるとともに、スワールの勢力を維
持することができる。
ャビティ側面１６の垂直線に対する傾斜角度を１０°程
度に設定し、キャビティ１１の深さを４ｍｍ以上に設定
することにより、エンジンの大型化を避け、キャビティ
１１に燃料噴霧を集めるとともに、スワールの勢力を維
持することができる。
【００７２】図３はキャビティ１１の深さと排気ガスの
未燃焼ＨＣ濃度およびエンジン高さの関係を示す特性図
である。キャビティ１１の深さが大きくなるのに伴って
未燃焼ＨＣ排出量が減少する。これは、キャビティ１１
の深さが大きくなるのに伴って燃料噴霧がキャビティ１
１の壁面、特に底面１５に衝突して付着することが抑え
られるためである。しかし、キャビティ１１の深さが大
きくなるのに伴ってピストン１の冠部の肉厚が大きくな
り、エンジン高さが大きくなる。
未燃焼ＨＣ濃度およびエンジン高さの関係を示す特性図
である。キャビティ１１の深さが大きくなるのに伴って
未燃焼ＨＣ排出量が減少する。これは、キャビティ１１
の深さが大きくなるのに伴って燃料噴霧がキャビティ１
１の壁面、特に底面１５に衝突して付着することが抑え
られるためである。しかし、キャビティ１１の深さが大
きくなるのに伴ってピストン１の冠部の肉厚が大きくな
り、エンジン高さが大きくなる。
【００７３】また、キャビティ１１を４ｍｍ以上に深く
しても、点火プラグ４の放電ギャップを環状側方電極よ
り３．５ｍｍ以上に離すことにより、ピストン１の上死
点付近でキャビティ１１内に集められる高濃度の混合気
が点火プラグ４の放電ギャップに近づき、燃料を点火プ
ラグ４の放電ギャップの近傍に集中させることができ
る。
しても、点火プラグ４の放電ギャップを環状側方電極よ
り３．５ｍｍ以上に離すことにより、ピストン１の上死
点付近でキャビティ１１内に集められる高濃度の混合気
が点火プラグ４の放電ギャップに近づき、燃料を点火プ
ラグ４の放電ギャップの近傍に集中させることができ
る。
【００７４】ピストン１が下降する吸入行程でインジェ
クタ６から燃料が噴射される均質燃焼領域においても、
キャビティ１１の壁面に衝突しないように低背圧下で燃
料噴霧の拡がりを抑えることが要求される。
クタ６から燃料が噴射される均質燃焼領域においても、
キャビティ１１の壁面に衝突しないように低背圧下で燃
料噴霧の拡がりを抑えることが要求される。
【００７５】一方、ピストン１が下降する吸入行程でイ
ンジェクタ６から燃料が噴射される均質燃焼領域におい
ても、燃料噴霧がピストン１の冠部１０やシリンダ５に
衝突しないように、燃料噴霧のペネトレーションを短
く、かつ粒径を小さくすることが要求される。
ンジェクタ６から燃料が噴射される均質燃焼領域におい
ても、燃料噴霧がピストン１の冠部１０やシリンダ５に
衝突しないように、燃料噴霧のペネトレーションを短
く、かつ粒径を小さくすることが要求される。
【００７６】インジェクタ６の燃料噴霧形態を初期噴霧
を有する中空の円錐状に設定することにより、背圧の高
い圧縮行程噴射において噴霧粒径を小さくするととも
に、燃料噴霧の拡がりを抑えられ、燃料噴霧がキャビテ
ィ１１の側面１６に衝突して付着することが抑えられ
る。
を有する中空の円錐状に設定することにより、背圧の高
い圧縮行程噴射において噴霧粒径を小さくするととも
に、燃料噴霧の拡がりを抑えられ、燃料噴霧がキャビテ
ィ１１の側面１６に衝突して付着することが抑えられ
る。
【００７７】図４は、インジェクタ６の背圧に対する燃
料噴霧の円錐角の関係を示す特性図である。中実円錐状
の燃料噴霧形態に比べて中空円錐状の燃料噴霧形態は高
背圧下における燃料噴霧の拡がりを抑えられ、中空円錐
状の燃料噴霧形態に比べて初期噴霧を有する中空円錐状
の燃料噴霧形態は高背圧下における燃料噴霧の拡がりを
さらに抑えられる。これは噴射初期に燃料噴霧の中心部
に拡がる噴霧群の慣性質量が大きいため、液膜が存在し
てその内側に負圧が発生し、燃料噴霧の拡がりを抑えら
れるのである。そして、初期噴霧を有する中空円錐状の
噴霧形態は先端が空気との衝突によるまくれを持たず、
キャビティ１１の壁面に対する衝突、干渉を防止するこ
とができる。
料噴霧の円錐角の関係を示す特性図である。中実円錐状
の燃料噴霧形態に比べて中空円錐状の燃料噴霧形態は高
背圧下における燃料噴霧の拡がりを抑えられ、中空円錐
状の燃料噴霧形態に比べて初期噴霧を有する中空円錐状
の燃料噴霧形態は高背圧下における燃料噴霧の拡がりを
さらに抑えられる。これは噴射初期に燃料噴霧の中心部
に拡がる噴霧群の慣性質量が大きいため、液膜が存在し
てその内側に負圧が発生し、燃料噴霧の拡がりを抑えら
れるのである。そして、初期噴霧を有する中空円錐状の
噴霧形態は先端が空気との衝突によるまくれを持たず、
キャビティ１１の壁面に対する衝突、干渉を防止するこ
とができる。
【００７８】図５は、燃料噴霧の円錐角に対する燃焼性
能の関係を示した特性図である。これから燃料噴霧の円
錐角が４０°〜７０°の範囲にあるときに、排気ガス中
におけるＨＣ濃度が低下するとともにエンジン安定度Ｃ
Ｐｉが良くなることがわかる。
能の関係を示した特性図である。これから燃料噴霧の円
錐角が４０°〜７０°の範囲にあるときに、排気ガス中
におけるＨＣ濃度が低下するとともにエンジン安定度Ｃ
Ｐｉが良くなることがわかる。
【００７９】図６は、燃料噴霧の円錐角に対して排気性
能が変化する様子をキャビティ１１の深さに応じて示し
た特性図である。これからキャビティ１１が深いと、要
求される燃料噴霧の円錐角が小さくなることがわかる。
能が変化する様子をキャビティ１１の深さに応じて示し
た特性図である。これからキャビティ１１が深いと、要
求される燃料噴霧の円錐角が小さくなることがわかる。
【００８０】図７は、高背圧下における燃料噴霧の形状
を示したものである。これから中空噴射はその噴霧先端
が拡がり、初期噴射を有する中空噴射は噴霧先端の拡が
りが抑えられることがわかる。
を示したものである。これから中空噴射はその噴霧先端
が拡がり、初期噴射を有する中空噴射は噴霧先端の拡が
りが抑えられることがわかる。
【００８１】図８は、燃料噴霧を区分けされた皿状のも
ので受ける受け止め法により高背圧下において燃料の分
布を測定したものである。これからも中空噴射に比べて
初期噴射を有する中空噴射では燃料が最も多く分布する
円錐角が小さくなることがわかる。また、初期噴射を有
する中空噴射では円錐角が０°から１０°となる中心部
にも６％〜１２％の燃料が分布している。
ので受ける受け止め法により高背圧下において燃料の分
布を測定したものである。これからも中空噴射に比べて
初期噴射を有する中空噴射では燃料が最も多く分布する
円錐角が小さくなることがわかる。また、初期噴射を有
する中空噴射では円錐角が０°から１０°となる中心部
にも６％〜１２％の燃料が分布している。
【００８２】こうして燃料を点火プラグ４の近傍に集中
させることにより、着火が確実に行われ、燃焼性が確保
される希薄空燃比の限界値を拡大することができる。シ
リンダ５に供給される混合気の空燃比を希薄化すること
により、エンジンのポンピング損失を低減し、燃費の低
減がはかれる。また、冷間時において燃料噴射量を増や
す必要がなく、エミッションを改善することができる。
させることにより、着火が確実に行われ、燃焼性が確保
される希薄空燃比の限界値を拡大することができる。シ
リンダ５に供給される混合気の空燃比を希薄化すること
により、エンジンのポンピング損失を低減し、燃費の低
減がはかれる。また、冷間時において燃料噴射量を増や
す必要がなく、エミッションを改善することができる。
【００８３】インジェクタ６から噴射される燃料は、ピ
ストン１の冠部１０に窪むキャビティ１１に拡がること
により、ピストン１の冠部１０に当たって点火プラグ４
に跳ね返ることが抑えられ、点火プラグ４に液状燃料が
直接的に付着して失火が起きることを回避できる。
ストン１の冠部１０に窪むキャビティ１１に拡がること
により、ピストン１の冠部１０に当たって点火プラグ４
に跳ね返ることが抑えられ、点火プラグ４に液状燃料が
直接的に付着して失火が起きることを回避できる。
【００８４】各吸気ポート２が直線状に延びるため、全
開出力運転時における出力が損なわれない。また、スワ
ールコントロールバルブ２６の開閉により運転条件に応
じた流動場を供給できる。例えば、成層燃焼と均質燃焼
の切換時に同一空燃比で運転が可能となるため、この切
換時にトルク段差を解消することができる。
開出力運転時における出力が損なわれない。また、スワ
ールコントロールバルブ２６の開閉により運転条件に応
じた流動場を供給できる。例えば、成層燃焼と均質燃焼
の切換時に同一空燃比で運転が可能となるため、この切
換時にトルク段差を解消することができる。
【００８５】各吸気ポート２１はシリンダ５の中心線に
対して大きく傾斜して設けられる構造のため、インテー
クマニホールド（図示せず）の取付け位置が高くなるこ
とを抑えられ、エンジンのコンパクト化がはかれる。ま
た、シリンダヘッドの燃焼室壁のまわりに形成されるウ
ォータジャケット（図示せず）の配置自由度が高くな
り、エンジンの冷却性を高められる。
対して大きく傾斜して設けられる構造のため、インテー
クマニホールド（図示せず）の取付け位置が高くなるこ
とを抑えられ、エンジンのコンパクト化がはかれる。ま
た、シリンダヘッドの燃焼室壁のまわりに形成されるウ
ォータジャケット（図示せず）の配置自由度が高くな
り、エンジンの冷却性を高められる。
【図１】本発明の実施形態を示すエンジンの概略断面
図。
図。
【図２】同じくピストンの概略平面図。
【図３】同じくキャビティの深さと排気ガスの未燃焼Ｈ
Ｃ濃度およびエンジン高さの関係を示す特性図。
Ｃ濃度およびエンジン高さの関係を示す特性図。
【図４】同じくインジェクタの背圧に対する燃料噴霧の
円錐角の関係を示す特性図。
円錐角の関係を示す特性図。
【図５】同じく、燃料噴霧の円錐角に対する燃焼性能の
関係を示した特性図。
関係を示した特性図。
【図６】同じく燃料噴霧の円錐角に対して排気性能が変
化する様子をキャビティの深さに応じて示した特性図。
化する様子をキャビティの深さに応じて示した特性図。
【図７】同じく高背圧下における燃料噴霧の形状を示し
た図。
た図。
【図８】同じく燃料噴霧を区分けされた皿状のもので受
ける受け止め法により高背圧下において燃料の分布を示
す図。
ける受け止め法により高背圧下において燃料の分布を示
す図。
１ ピストン ３ 燃焼室 ４ 点火プラグ ５ シリンダ ６ インジェクタ ７ 吸気バルブ １０ ピストン冠部 １１ キャビティ １５ キャビティ底面 １６ キャビティ側面 ２０ 燃焼室天井壁 ２１ 吸気ポート ２６ スワールコントロールバルブ ２８ 切欠き部 ３１ 凸部 ４１ 中心電極
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ａ
Claims (8)
- 【請求項１】シリンダ内に吸気を導入する吸気ポート
と、 シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと、 シリンダ内の混合気に点火する点火プラグと、 シリンダ内から排気を排出する排気ポートと、 を備える筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、 吸気ポートからシリンダ内に流入する吸気にスワールを
生起するスワール生起手段を備え、 インジェクタから噴射される燃料噴霧形態を初期噴霧を
有する中空の円錐状に設定し、 ピストンの冠部に燃料噴霧を受けるように窪むキャビテ
ィを形成したことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火
エンジン。 - 【請求項２】前記キャビティのシリンダ中心線に直交す
る断面を円形に形成したことを特徴とする請求項１に記
載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。 - 【請求項３】前記点火プラグを燃焼室天井壁の略中央部
に配置し、 中心電極の突出高さを３．５ｍｍより大きく設定したこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の筒内直接噴射
式火花点火エンジン。 - 【請求項４】前記インジェクタから噴射される燃料噴霧
をその円錐角が４０°〜７０°の範囲にある中空の円錐
状に拡がる構成とし、 燃料噴霧の中心部にも６％〜１２％の燃料が分布する構
成としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一
つに記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。 - 【請求項５】前記キャビティの深さを４ｍｍ以上に設定
したことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに
記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。 - 【請求項６】前記インジェクタから噴射される燃料噴霧
の中心線が水平線に対して為す俯角を約３６°に設定し
たことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記
載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。 - 【請求項７】前記インジェクタの燃料噴射時期を高負荷
時に吸気行程に設定し、インジェクタの燃料噴射時期を
低負荷時に圧縮行程に設定したことを特徴とする請求項
１から６のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式火花点
火エンジン。 - 【請求項８】前記吸気ポートとして平面図上略直線状に
延びる２本のストレートポートを備え、 スワール生起手段として、一方の吸気ポートからシリン
ダ内に導入される吸気を絞るスワールコントロールバル
ブを備えたことを特徴とする請求項１から７のいずれか
一つに記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15247897A JP3365257B2 (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | 筒内直接噴射式火花点火エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15247897A JP3365257B2 (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | 筒内直接噴射式火花点火エンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10339145A true JPH10339145A (ja) | 1998-12-22 |
| JP3365257B2 JP3365257B2 (ja) | 2003-01-08 |
Family
ID=15541390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15247897A Expired - Lifetime JP3365257B2 (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | 筒内直接噴射式火花点火エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3365257B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6325040B1 (en) | 1999-03-02 | 2001-12-04 | Suzuki Motor Corporation | Cylinder direct injection engine |
| GB2373826A (en) * | 2001-02-14 | 2002-10-02 | Daimler Chrysler Ag | A direct-injection spark-ignition internal combustion engine with an offset bowl in piston, corresponding offset fuel injector and tumble and swirl generation |
| WO2003048540A1 (de) * | 2001-12-05 | 2003-06-12 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Brennverfahren mit ladungsschichtung für eine direkteinspritzende, fremdgezündete brennkraftmaschine |
-
1997
- 1997-06-10 JP JP15247897A patent/JP3365257B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6325040B1 (en) | 1999-03-02 | 2001-12-04 | Suzuki Motor Corporation | Cylinder direct injection engine |
| GB2373826A (en) * | 2001-02-14 | 2002-10-02 | Daimler Chrysler Ag | A direct-injection spark-ignition internal combustion engine with an offset bowl in piston, corresponding offset fuel injector and tumble and swirl generation |
| WO2003048540A1 (de) * | 2001-12-05 | 2003-06-12 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Brennverfahren mit ladungsschichtung für eine direkteinspritzende, fremdgezündete brennkraftmaschine |
| US6892695B2 (en) | 2001-12-05 | 2005-05-17 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Combustion process with charge stratification for an internal combustion engine with direct injection and spark ignition |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3365257B2 (ja) | 2003-01-08 |
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