JPH11141338A - 筒内直噴式エンジン - Google Patents
筒内直噴式エンジンInfo
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- JPH11141338A JPH11141338A JP9306968A JP30696897A JPH11141338A JP H11141338 A JPH11141338 A JP H11141338A JP 9306968 A JP9306968 A JP 9306968A JP 30696897 A JP30696897 A JP 30696897A JP H11141338 A JPH11141338 A JP H11141338A
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- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
- F02B2023/085—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition using several spark plugs per cylinder
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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
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- 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
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- 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
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 筒内直接燃料噴射ガソリンエンジンが、噴霧
の分散を防止するためピストンに深いキャビテイを付け
ているが、そのために燃焼火炎が冷却され、燃費が低下
すると共に、燃料噴霧と空気流動が同じ方向のためにす
すが生成され易い傾向あることを無くする筒内直接燃料
噴射ガソリンエンジンを提供する。 【解決手段】 噴射弁から噴射される燃料の方向とエン
ジンの燃焼室内の吸気流の流れを対抗流とし、噴霧の貫
通力を落とし、噴霧の拡散を防とともに、噴霧を空気流
で気化し混合気を作り、それを気流で点火プラグ方向に
輸送してなる。
の分散を防止するためピストンに深いキャビテイを付け
ているが、そのために燃焼火炎が冷却され、燃費が低下
すると共に、燃料噴霧と空気流動が同じ方向のためにす
すが生成され易い傾向あることを無くする筒内直接燃料
噴射ガソリンエンジンを提供する。 【解決手段】 噴射弁から噴射される燃料の方向とエン
ジンの燃焼室内の吸気流の流れを対抗流とし、噴霧の貫
通力を落とし、噴霧の拡散を防とともに、噴霧を空気流
で気化し混合気を作り、それを気流で点火プラグ方向に
輸送してなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内直噴式エンジ
ンに係り、特に、気筒内での均質燃焼と成層燃焼等の各
燃焼状態における噴射燃料と空気との混合気形成を良好
にした筒内直噴式エンジンに関する。
ンに係り、特に、気筒内での均質燃焼と成層燃焼等の各
燃焼状態における噴射燃料と空気との混合気形成を良好
にした筒内直噴式エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車等に搭載される内燃エンジ
ンにおいては、有害成分を含む排出ガスの低減や、出力
と燃費の向上を図るべく、筒内に直接燃料を噴射するガ
ソリンエンジン（以下、筒内直噴式エンジン）が、種々
提案されている。該筒内直噴式エンジンは、部分負荷域
運転においては、圧縮行程後期に燃料を噴射して成層化
する成層燃焼を、高負荷域運転では吸気行程で燃料を噴
射する均質燃焼を採用し、低燃費と高出力を同時に実現
することを狙いとしている。従来の筒内直噴式エンジン
の一例としては、例えば、日本機械学会講習会教材（No
96-49)「ガソリン筒内噴射エンジンの噴霧挙動」に開示
された技術がある。
ンにおいては、有害成分を含む排出ガスの低減や、出力
と燃費の向上を図るべく、筒内に直接燃料を噴射するガ
ソリンエンジン（以下、筒内直噴式エンジン）が、種々
提案されている。該筒内直噴式エンジンは、部分負荷域
運転においては、圧縮行程後期に燃料を噴射して成層化
する成層燃焼を、高負荷域運転では吸気行程で燃料を噴
射する均質燃焼を採用し、低燃費と高出力を同時に実現
することを狙いとしている。従来の筒内直噴式エンジン
の一例としては、例えば、日本機械学会講習会教材（No
96-49)「ガソリン筒内噴射エンジンの噴霧挙動」に開示
された技術がある。
【０００３】前記開示技術の筒内直噴式エンジンは、成
層燃焼における基本構成を、（1）深いキャビテイを持
つピストンとする、（2）高圧スワール燃料噴射弁を採
用する、（3）逆タンブル流を生成する直立吸気ポー
ト、を備えていることである。即ち、燃料噴射弁から燃
焼室内に噴霧される燃料の拡散を防止するために深いキ
ャビテイを備える構成としており、噴射した燃料を早く
蒸発させるために微粒化の良い高圧スワール燃料噴射弁
を採用しており、かつ、気筒内に吸気の逆タンブル流を
発生させるべく直立吸気ポートを備えた構成となってい
る。そして、前記技術は、成層燃焼時に、噴霧した燃料
を蒸発させて、点火プラグに供給するべく、ピストンの
キャビテイに向けて燃料を噴射し、該燃料の噴射方向と
同じ方向に流れる吸気の逆タンブル流に乗せて前記燃料
を搬送している。
層燃焼における基本構成を、（1）深いキャビテイを持
つピストンとする、（2）高圧スワール燃料噴射弁を採
用する、（3）逆タンブル流を生成する直立吸気ポー
ト、を備えていることである。即ち、燃料噴射弁から燃
焼室内に噴霧される燃料の拡散を防止するために深いキ
ャビテイを備える構成としており、噴射した燃料を早く
蒸発させるために微粒化の良い高圧スワール燃料噴射弁
を採用しており、かつ、気筒内に吸気の逆タンブル流を
発生させるべく直立吸気ポートを備えた構成となってい
る。そして、前記技術は、成層燃焼時に、噴霧した燃料
を蒸発させて、点火プラグに供給するべく、ピストンの
キャビテイに向けて燃料を噴射し、該燃料の噴射方向と
同じ方向に流れる吸気の逆タンブル流に乗せて前記燃料
を搬送している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記提示技
術は、燃焼室内での噴霧された燃料の拡散を防ぐために
ピストン上部に深いピストンキャビテイを必要とする
が、該キャビテイが深くなると、ピストンの燃焼室側の
表面積が大きくなって、該キャビテイで燃焼火炎が冷却
される傾向が強くなって、熱損失が高くなり、その結果
として、特に、高負荷の均質燃焼時等に、エンジン出力
や燃費が低下してしまうという不具合を発生させる。
術は、燃焼室内での噴霧された燃料の拡散を防ぐために
ピストン上部に深いピストンキャビテイを必要とする
が、該キャビテイが深くなると、ピストンの燃焼室側の
表面積が大きくなって、該キャビテイで燃焼火炎が冷却
される傾向が強くなって、熱損失が高くなり、その結果
として、特に、高負荷の均質燃焼時等に、エンジン出力
や燃費が低下してしまうという不具合を発生させる。
【０００５】また、前記提示技術は、燃焼室内での燃料
の噴射方向と吸気の流動方向（逆タンブル流）が同じ方
向となるために、混合時に燃料の拡散が進まず、燃料の
集中が進み過ぎる傾向があって、すすが発生し易い状態
を発生させる傾向がある。本発明は、このような問題に
鑑みてなされたものであって、その目的とするところ
は、成層燃焼と均質燃焼とのいずれの燃焼においても、
排出ガス中のすす等の有害成分の排出を低減させると共
に、出力や燃費を向上させた筒内直接燃料噴射ガソリン
エンジン（筒内直噴式エンジン）を提供することにあ
る。
の噴射方向と吸気の流動方向（逆タンブル流）が同じ方
向となるために、混合時に燃料の拡散が進まず、燃料の
集中が進み過ぎる傾向があって、すすが発生し易い状態
を発生させる傾向がある。本発明は、このような問題に
鑑みてなされたものであって、その目的とするところ
は、成層燃焼と均質燃焼とのいずれの燃焼においても、
排出ガス中のすす等の有害成分の排出を低減させると共
に、出力や燃費を向上させた筒内直接燃料噴射ガソリン
エンジン（筒内直噴式エンジン）を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明の筒内直噴式エンジンは、基本的には、シリン
ダ、冠面にキャビテイを有するピストン、燃焼室、燃料
噴射弁、点火プラグ、及び、吸気通路を有する吸気管を
備え、成層燃焼時に、前記吸気管からのタンブル流で、
混合気を形成すると共に該混合気を移送し、前記点火プ
ラグ付近に前記混合気を集めるべく構成し、前記燃料噴
射弁からの燃料の噴射方向と前記タンブル流の流動方向
とを対抗させるべく構成したこと特徴としている。
本発明の筒内直噴式エンジンは、基本的には、シリン
ダ、冠面にキャビテイを有するピストン、燃焼室、燃料
噴射弁、点火プラグ、及び、吸気通路を有する吸気管を
備え、成層燃焼時に、前記吸気管からのタンブル流で、
混合気を形成すると共に該混合気を移送し、前記点火プ
ラグ付近に前記混合気を集めるべく構成し、前記燃料噴
射弁からの燃料の噴射方向と前記タンブル流の流動方向
とを対抗させるべく構成したこと特徴としている。
【０００７】そして、本発明の筒内直噴式エンジンの好
ましい具体的な態様としては、前記吸気管の吸気通路内
に吸気通路を狭める部材を設置し、成層燃焼時に、吸気
の速度を高めて燃焼室内にタンブル流を生成させ、均質
燃焼時に、前記吸気通路を狭める部材の位置を変更して
吸気抵抗を小さくし、前記吸気通路を狭める部材が蝶形
弁であり、該蝶形弁の一部を切欠いて吸気噴出通路と
し、前記キャビテイを円形もしくは楕円形とし、前記キ
ャビテイ底部が凹凸条に形成され、該凹凸条の条方向を
燃料噴霧の噴射方向もしくはタンブル流の流れ方向と直
交させたことを特徴とし、前記キャビテイ底部を曲面と
したしたことを特徴としている。
ましい具体的な態様としては、前記吸気管の吸気通路内
に吸気通路を狭める部材を設置し、成層燃焼時に、吸気
の速度を高めて燃焼室内にタンブル流を生成させ、均質
燃焼時に、前記吸気通路を狭める部材の位置を変更して
吸気抵抗を小さくし、前記吸気通路を狭める部材が蝶形
弁であり、該蝶形弁の一部を切欠いて吸気噴出通路と
し、前記キャビテイを円形もしくは楕円形とし、前記キ
ャビテイ底部が凹凸条に形成され、該凹凸条の条方向を
燃料噴霧の噴射方向もしくはタンブル流の流れ方向と直
交させたことを特徴とし、前記キャビテイ底部を曲面と
したしたことを特徴としている。
【０００８】また、本発明の筒内直噴式エンジンの好ま
しい他の具体的な態様としては、前記燃料噴射弁は、そ
の噴霧角度が75度から85度の範囲で、中空噴霧で、か
つ、噴霧の後縁（燃焼室側）の長さL2と前縁（点火プラ
グ側）の長さL1との比L１／L２が1.0から1.4の範囲で、
前記吸気管からのタンブル流のタンブル数が1.0から2.0
の範囲であることを特徴としている。
しい他の具体的な態様としては、前記燃料噴射弁は、そ
の噴霧角度が75度から85度の範囲で、中空噴霧で、か
つ、噴霧の後縁（燃焼室側）の長さL2と前縁（点火プラ
グ側）の長さL1との比L１／L２が1.0から1.4の範囲で、
前記吸気管からのタンブル流のタンブル数が1.0から2.0
の範囲であることを特徴としている。
【０００９】更に、本発明の筒内直噴式エンジンの好ま
しい他の態様としては、前記吸気通路をバイパスするバ
イパス吸気通路を設け、該吸気通路にバイパス弁を設け
て、バイパス吸気通路の速度を調整して燃焼室内にタン
ブル流を発生させることを特徴としている。更にまた、
本発明は、前記吸気通路を二つ備え、該各吸気通路に各
々蝶形弁を備え、前記吸気噴出通路を吸気通路の上部で
燃焼室の中心側に寄せて設けたことを特徴としている。
しい他の態様としては、前記吸気通路をバイパスするバ
イパス吸気通路を設け、該吸気通路にバイパス弁を設け
て、バイパス吸気通路の速度を調整して燃焼室内にタン
ブル流を発生させることを特徴としている。更にまた、
本発明は、前記吸気通路を二つ備え、該各吸気通路に各
々蝶形弁を備え、前記吸気噴出通路を吸気通路の上部で
燃焼室の中心側に寄せて設けたことを特徴としている。
【００１０】更にまた、本発明の筒内直噴式エンジンの
好ましい他の態様としては、前記燃料噴射弁が前記燃焼
室の中央付近に設置され、前記点火プラグが二個配置さ
れ、一方の点火プラグが二つの吸気弁の中間に、他方の
点火プラグが排気弁の中間に配置され、前記吸気通路に
タンブル流を生成する半円の蝶形弁を配置し、前記キャ
ビテイを楕円形とし、該楕円形の長径端部の上部に点火
プラグが配置されることを特徴としている。
好ましい他の態様としては、前記燃料噴射弁が前記燃焼
室の中央付近に設置され、前記点火プラグが二個配置さ
れ、一方の点火プラグが二つの吸気弁の中間に、他方の
点火プラグが排気弁の中間に配置され、前記吸気通路に
タンブル流を生成する半円の蝶形弁を配置し、前記キャ
ビテイを楕円形とし、該楕円形の長径端部の上部に点火
プラグが配置されることを特徴としている。
【００１１】前述の如く構成された本発明の筒内直噴式
エンジンは、燃料噴射弁からの燃料の噴射方向と吸気管
からのタンブル流の流動方向とを対抗させたので、成層
燃焼時、該タンブル流で、噴射燃料を綴じ込み、適度な
拡散として混合気を形成すると共に、該混合気を移送
し、前記点火プラグ付近に前記混合気を集め、点火燃焼
を容易に行うことができる。このため、ピストンの冠面
に形成するキャビテイの深さを従来のものよりも浅くす
ることができる。
エンジンは、燃料噴射弁からの燃料の噴射方向と吸気管
からのタンブル流の流動方向とを対抗させたので、成層
燃焼時、該タンブル流で、噴射燃料を綴じ込み、適度な
拡散として混合気を形成すると共に、該混合気を移送
し、前記点火プラグ付近に前記混合気を集め、点火燃焼
を容易に行うことができる。このため、ピストンの冠面
に形成するキャビテイの深さを従来のものよりも浅くす
ることができる。
【００１２】即ち、エンジンは、ピストン冠面が平坦で
あるほど、出力を増すことができるものであるから、ピ
ストン冠面のキャビテイは浅いほうがより出力を増すこ
とになる。通常、キャビテイが浅いと噴霧が拡散し、燃
料の成層化が困難になるが、本発明は、燃料噴射弁の噴
霧自身の貫通力を弱く（広角噴霧）し、噴霧の噴射方向
と空気の流動方向を対抗させることで、噴霧の貫通力を
さらに弱め、空気流で噴霧を綴じ込み、過剰な拡散を防
止しながら点火プラグに導く様にして、良好な成層燃焼
を達成することができる。
あるほど、出力を増すことができるものであるから、ピ
ストン冠面のキャビテイは浅いほうがより出力を増すこ
とになる。通常、キャビテイが浅いと噴霧が拡散し、燃
料の成層化が困難になるが、本発明は、燃料噴射弁の噴
霧自身の貫通力を弱く（広角噴霧）し、噴霧の噴射方向
と空気の流動方向を対抗させることで、噴霧の貫通力を
さらに弱め、空気流で噴霧を綴じ込み、過剰な拡散を防
止しながら点火プラグに導く様にして、良好な成層燃焼
を達成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の筒内直
接燃料噴射エンジンの実施形態について詳細に説明す
る。図１から図４は、本発明の第一実施形態の筒内直接
燃料噴射エンジン50を示しており、各図は、その作動状
態（行程位置）を異にしている。図１において、前記筒
内直接燃料噴射エンジン50は、シリンダ2、該シリンダ2
内を往復するプストン1、該ピストン1の上部の燃焼室２
ａ、及び、吸気管5を備えている。前記吸気管5には、TC
V（タンブルコントロールバルブ）8と吸気弁6とが配設
されており、吸気行程時にTCV8より吸気が噴流12となっ
て吸気管5内を流れ、吸気弁6より燃焼室2a内に矢印の様
なタンブル流11を発生させる。
接燃料噴射エンジンの実施形態について詳細に説明す
る。図１から図４は、本発明の第一実施形態の筒内直接
燃料噴射エンジン50を示しており、各図は、その作動状
態（行程位置）を異にしている。図１において、前記筒
内直接燃料噴射エンジン50は、シリンダ2、該シリンダ2
内を往復するプストン1、該ピストン1の上部の燃焼室２
ａ、及び、吸気管5を備えている。前記吸気管5には、TC
V（タンブルコントロールバルブ）8と吸気弁6とが配設
されており、吸気行程時にTCV8より吸気が噴流12となっ
て吸気管5内を流れ、吸気弁6より燃焼室2a内に矢印の様
なタンブル流11を発生させる。
【００１４】また、点火プラグ3は、燃焼室2のほぼ中央
に設置されている。燃料噴射弁4は、燃焼室2に先端が開
口されて設置されている。この燃料噴射弁4は、噴霧に
旋回力を与えて微粒化する旋回型であり、中空なコーン
状の燃料噴霧9をつくる。燃料噴霧9は、ピストン1の冠
面に付けられたキャビテイ7に向けて噴射される。燃料
噴霧9は、タンブル流11と衝突し、噴霧の一部は、気化
し混合気10となって点火プラグ3に導かれ燃焼する。燃
料噴霧9の他の部分は、キャビテイ7に衝突し気化しなが
ら混合気となりキャビテイ内に滞留するか、一部は、キ
ャビテイ7の側壁を伝わり点火プラグ3の方向に移動し、
燃焼する。
に設置されている。燃料噴射弁4は、燃焼室2に先端が開
口されて設置されている。この燃料噴射弁4は、噴霧に
旋回力を与えて微粒化する旋回型であり、中空なコーン
状の燃料噴霧9をつくる。燃料噴霧9は、ピストン1の冠
面に付けられたキャビテイ7に向けて噴射される。燃料
噴霧9は、タンブル流11と衝突し、噴霧の一部は、気化
し混合気10となって点火プラグ3に導かれ燃焼する。燃
料噴霧9の他の部分は、キャビテイ7に衝突し気化しなが
ら混合気となりキャビテイ内に滞留するか、一部は、キ
ャビテイ7の側壁を伝わり点火プラグ3の方向に移動し、
燃焼する。
【００１５】図２は、吸気行程時の吸気の流れを示した
ものである。吸気管5内のTCV8は、吸気管5の上半分が開
放されており、吸気は噴流12となって、吸気管の上側を
流れ、吸気弁6の点火プラグ側（燃焼室2の中心寄）より
流入する。そのために、燃焼室2内には、タンブル流11
が矢印の方向に発生する。
ものである。吸気管5内のTCV8は、吸気管5の上半分が開
放されており、吸気は噴流12となって、吸気管の上側を
流れ、吸気弁6の点火プラグ側（燃焼室2の中心寄）より
流入する。そのために、燃焼室2内には、タンブル流11
が矢印の方向に発生する。
【００１６】図３は、TCV8が開いたときの吸気の流れを
示しており、燃焼室2内には、2方向のタンブル流11a,11
bが発生する。このような場合は、噴霧燃料が、吸気全
体に混合し易くなり、均質混合気を作るのに最適とな
る。本実施形態でも、大きなエンジン出力を必要とする
場合には、このようにTCV8を開き、吸気行程時に燃料を
噴射すれば、均質混合気を得ることが出来る。
示しており、燃焼室2内には、2方向のタンブル流11a,11
bが発生する。このような場合は、噴霧燃料が、吸気全
体に混合し易くなり、均質混合気を作るのに最適とな
る。本実施形態でも、大きなエンジン出力を必要とする
場合には、このようにTCV8を開き、吸気行程時に燃料を
噴射すれば、均質混合気を得ることが出来る。
【００１７】図４は、タンブル流を発生させる他の手段
を示したものである。吸気管5にバイパス弁13を配設
し、該バイパス弁13を迂回するバイパス吸気通路（AJ
S）14を設置したものである。AJS14は、吸気の噴流を拡
散せず、吸気弁6の近くに導けるため強いタンブル流を
作ることができる。バイパス弁13を開くことにより噴流
の速度を調節できタンブル流11の強度調節が出来る。
を示したものである。吸気管5にバイパス弁13を配設
し、該バイパス弁13を迂回するバイパス吸気通路（AJ
S）14を設置したものである。AJS14は、吸気の噴流を拡
散せず、吸気弁6の近くに導けるため強いタンブル流を
作ることができる。バイパス弁13を開くことにより噴流
の速度を調節できタンブル流11の強度調節が出来る。
【００１８】図５は、ピストン1の冠面に設けたキャビ
テイ7を示しており、本実施形態は、該キャビテイ7を点
火プラグ３側からみて楕円形にしている。本実施形態の
様なタンブル流で成層燃焼させる場合には、キャビテイ
７が燃料の噴射方向に長い楕円形が有利である。成層燃
焼の場合、噴射された燃料噴霧は、図１に示すようにキ
ャビテイ7の底面に当たり、蒸発しながら進み、プラグ3
の方向に上昇する。この燃料は、噴射時にタンブル流11
と燃料噴霧9の衝突で形成される混合気10より遅れてプ
ラグ3に供給されるため、圧縮行程の比較的長い範囲に
渡って供給される。つまり、筒内噴射では、燃料の噴射
時間が短いため噴霧の拡散が不十分の場合に、大量の燃
料が一度にプラグ供給されることで、燃焼不良やすすを
発生する。
テイ7を示しており、本実施形態は、該キャビテイ7を点
火プラグ３側からみて楕円形にしている。本実施形態の
様なタンブル流で成層燃焼させる場合には、キャビテイ
７が燃料の噴射方向に長い楕円形が有利である。成層燃
焼の場合、噴射された燃料噴霧は、図１に示すようにキ
ャビテイ7の底面に当たり、蒸発しながら進み、プラグ3
の方向に上昇する。この燃料は、噴射時にタンブル流11
と燃料噴霧9の衝突で形成される混合気10より遅れてプ
ラグ3に供給されるため、圧縮行程の比較的長い範囲に
渡って供給される。つまり、筒内噴射では、燃料の噴射
時間が短いため噴霧の拡散が不十分の場合に、大量の燃
料が一度にプラグ供給されることで、燃焼不良やすすを
発生する。
【００１９】図６は、キャビテイ7を円形に形成した例
である。燃料の噴霧角が広い場合に、楕円キャビテイ
は、径の小さい側で、燃料噴霧がキャビテイに収まりき
らずに、キャビテイ外に漏れ出してしまう恐れがある。
そのような場合は、漏れ出した燃料が未燃焼のまま排出
され、燃費や排気の悪化になるので、大きな円形のキャ
ビテイ7とする。
である。燃料の噴霧角が広い場合に、楕円キャビテイ
は、径の小さい側で、燃料噴霧がキャビテイに収まりき
らずに、キャビテイ外に漏れ出してしまう恐れがある。
そのような場合は、漏れ出した燃料が未燃焼のまま排出
され、燃費や排気の悪化になるので、大きな円形のキャ
ビテイ7とする。
【００２０】図７は、楕円形のキャビテイ7の底面に凹
凸条を設けたものであり、図８は、図７のA-A'断面であ
る。燃料噴霧の方向及びタンブル流と直交する方向に延
びる凹凸条を付設したものであり、燃料の蒸発を促進す
るようにしたものである。図９は、円形キャビテイ7の
場合の底面に凹凸条を設けたものであり、図１０は、図
９のBーB’断面である。この場合の空気の流れは、スワ
ール流で示したが、タンブル流であっても良い。タンブ
ル流の場合は、凹凸条の延びている方向に沿って燃料噴
霧が流れるために、幅広くキャビテイから噴き上がり、
燃料の分散がよくなる。
凸条を設けたものであり、図８は、図７のA-A'断面であ
る。燃料噴霧の方向及びタンブル流と直交する方向に延
びる凹凸条を付設したものであり、燃料の蒸発を促進す
るようにしたものである。図９は、円形キャビテイ7の
場合の底面に凹凸条を設けたものであり、図１０は、図
９のBーB’断面である。この場合の空気の流れは、スワ
ール流で示したが、タンブル流であっても良い。タンブ
ル流の場合は、凹凸条の延びている方向に沿って燃料噴
霧が流れるために、幅広くキャビテイから噴き上がり、
燃料の分散がよくなる。
【００２１】図１１は、同様に、楕円キャビテイ7を示
しており、図１２は、図１１のCーC’断面である。底面
18は、曲面として形成され、底面18が曲面の場合には、
キャビテイの中心に落ちた噴霧は、そのまま直進して進
むため早くキャビテイから噴き上がり、中心より離れて
落ちた噴霧は、中心に落ちながら進むために、移動距離
が長くなり、時間的な分散が進み、プラグへの到達時間
に時間差が出来る。図１３は、タンブル流を形成するた
めの実施形態であり、TCV8a,8bの切欠きを内側に寄せた
ものである。噴流12a,12bは、吸気通路の内側よりに燃
焼室2ａに流入する。流入した噴流は、タンブル流11a,1
1bとなる。タンブル流11a,11bは、燃焼室2ａの中心付近
で互いに合流する様に流れ、より強いタンブル流を作
る。
しており、図１２は、図１１のCーC’断面である。底面
18は、曲面として形成され、底面18が曲面の場合には、
キャビテイの中心に落ちた噴霧は、そのまま直進して進
むため早くキャビテイから噴き上がり、中心より離れて
落ちた噴霧は、中心に落ちながら進むために、移動距離
が長くなり、時間的な分散が進み、プラグへの到達時間
に時間差が出来る。図１３は、タンブル流を形成するた
めの実施形態であり、TCV8a,8bの切欠きを内側に寄せた
ものである。噴流12a,12bは、吸気通路の内側よりに燃
焼室2ａに流入する。流入した噴流は、タンブル流11a,1
1bとなる。タンブル流11a,11bは、燃焼室2ａの中心付近
で互いに合流する様に流れ、より強いタンブル流を作
る。
【００２２】図１４は、吸気通路(AJS)14a,14bでタンブ
ル流を作る場合の実施形態であり、この場合は、より強
いタンブル流を作ると共に、吸気通路の出口を自由に選
定できるため任意のタンブル流ができる。図１５は、タ
ンブル流形成の他の手段である。TCV8a,8bの切欠きを互
いに外側に取付けた場合であり、この場合には、燃焼室
2aに独立した二つのタンブル流12a.12bを形成できる。
このような二つのタンブル流を作ると、燃焼室2aの中心
付近は、吸気の流れの少ない淀みが出来て、そこに燃料
を噴射すると、噴霧は、拡散せず噴霧自身の力でプラグ
近くに噴き上がり点火することが出来る。
ル流を作る場合の実施形態であり、この場合は、より強
いタンブル流を作ると共に、吸気通路の出口を自由に選
定できるため任意のタンブル流ができる。図１５は、タ
ンブル流形成の他の手段である。TCV8a,8bの切欠きを互
いに外側に取付けた場合であり、この場合には、燃焼室
2aに独立した二つのタンブル流12a.12bを形成できる。
このような二つのタンブル流を作ると、燃焼室2aの中心
付近は、吸気の流れの少ない淀みが出来て、そこに燃料
を噴射すると、噴霧は、拡散せず噴霧自身の力でプラグ
近くに噴き上がり点火することが出来る。
【００２３】図１６は、吸気通路(AJS)14a,14bで、二つ
のタンブル流を作る場合の実施形態であり、効果は、図
１５と同様である。図１７は、噴射弁4の噴霧9の噴霧角
度がθ1の状態を示しており、成層燃焼の場合には、燃
焼室の一部分に混合気を作る必要があるので、ピストン
1の冠面にキャビテイ7を付けて、その中に噴霧を噴射す
ることで、混合気を簡単に閉じ込める方法である。前記
のようにするためには、噴霧9の噴霧角度が重要であ
る。
のタンブル流を作る場合の実施形態であり、効果は、図
１５と同様である。図１７は、噴射弁4の噴霧9の噴霧角
度がθ1の状態を示しており、成層燃焼の場合には、燃
焼室の一部分に混合気を作る必要があるので、ピストン
1の冠面にキャビテイ7を付けて、その中に噴霧を噴射す
ることで、混合気を簡単に閉じ込める方法である。前記
のようにするためには、噴霧9の噴霧角度が重要であ
る。
【００２４】ピストン1は、エンジンの回転と共に上下
するためキャビテイ7の位置も変化する。しかし、噴霧
燃料は、噴射され、気化して燃焼するための蒸発時間が
必要であり、後述するが最適時期に燃焼を完了する必要
がある。そのため噴射時期には制限があり、上死点前40
度近くである。そのため上死点前40度の時に噴霧の後縁
（シリンダ側壁側）55が、キャビテイ7に収まる角度が
重要である。一方噴霧を燃焼室に直接噴射する場合に最
も重要なことの一つは、燃料液滴が直接点火プラグ3に
当てないようにすることである。点火プラグ３が液滴で
濡れると点火不良の原因になる。そのために、噴霧の前
縁（点火プラグ3側）56は、点火プラグ3の下方であるこ
とが必要になる。
するためキャビテイ7の位置も変化する。しかし、噴霧
燃料は、噴射され、気化して燃焼するための蒸発時間が
必要であり、後述するが最適時期に燃焼を完了する必要
がある。そのため噴射時期には制限があり、上死点前40
度近くである。そのため上死点前40度の時に噴霧の後縁
（シリンダ側壁側）55が、キャビテイ7に収まる角度が
重要である。一方噴霧を燃焼室に直接噴射する場合に最
も重要なことの一つは、燃料液滴が直接点火プラグ3に
当てないようにすることである。点火プラグ３が液滴で
濡れると点火不良の原因になる。そのために、噴霧の前
縁（点火プラグ3側）56は、点火プラグ3の下方であるこ
とが必要になる。
【００２５】図１８は、噴霧角に対する安定燃焼度とス
モーク量を示す実験データである。噴霧角が小さい場合
には、噴霧の貫通力もあり、燃焼の安定度も比較的大き
い。しかし、噴霧が集中しすぎるために、スモークの排
出が多い。スモークは、噴霧角が大きくなると減少し、
75度より大きい角度では、ほとんど排出されない。噴霧
角85度以上になると、燃焼の安定度が急に落ちてくる。
噴霧角が広くなりすぎると、噴霧が拡散しすぎ混合気が
安定して、点火プラグ3に供給されなくなるためであ
る。噴霧が、直接、点火プラグ3に当たると、点火不良
になる。このために噴霧角は、75〜85度の範囲が最適で
あることが解る。
モーク量を示す実験データである。噴霧角が小さい場合
には、噴霧の貫通力もあり、燃焼の安定度も比較的大き
い。しかし、噴霧が集中しすぎるために、スモークの排
出が多い。スモークは、噴霧角が大きくなると減少し、
75度より大きい角度では、ほとんど排出されない。噴霧
角85度以上になると、燃焼の安定度が急に落ちてくる。
噴霧角が広くなりすぎると、噴霧が拡散しすぎ混合気が
安定して、点火プラグ3に供給されなくなるためであ
る。噴霧が、直接、点火プラグ3に当たると、点火不良
になる。このために噴霧角は、75〜85度の範囲が最適で
あることが解る。
【００２６】図１９は、燃料の噴霧の一状態を示す断面
図であり、空気流動をタンブル流11とし、タンブル流11
で噴霧燃料を気化し、プラグ3の方向に混合気10を輸送
するものであり、この場合には、噴霧の貫通力が比較的
小さいことと、噴霧の中心部に燃料がほとんどない中空
噴霧が望ましい。タンブル流11は、噴霧の内側に供給さ
れ、より噴霧を気化するのに好適である。
図であり、空気流動をタンブル流11とし、タンブル流11
で噴霧燃料を気化し、プラグ3の方向に混合気10を輸送
するものであり、この場合には、噴霧の貫通力が比較的
小さいことと、噴霧の中心部に燃料がほとんどない中空
噴霧が望ましい。タンブル流11は、噴霧の内側に供給さ
れ、より噴霧を気化するのに好適である。
【００２７】図２０は、燃料噴霧の外観形状の状態を示
したものであり、燃料噴霧の同一単位時間内での噴霧長
さを、後縁55をL2、前縁56をL1として、この噴霧長さL1
とL2とを異なるように噴霧している。燃料噴射弁4は、
ピストン1に対し斜めに装着されているので、後縁55
は、キャビテイ7までの距離が短い。そのため燃料の微
粒化が進まない内に、キャビテイ7に当たり、液膜にな
り易い。一方、前縁56は、キャビテイ7まで距離があ
り、微粒化が進む。このため、微粒化の良い前縁56の流
量を多くすれば、噴霧全体の気化が早くなる。
したものであり、燃料噴霧の同一単位時間内での噴霧長
さを、後縁55をL2、前縁56をL1として、この噴霧長さL1
とL2とを異なるように噴霧している。燃料噴射弁4は、
ピストン1に対し斜めに装着されているので、後縁55
は、キャビテイ7までの距離が短い。そのため燃料の微
粒化が進まない内に、キャビテイ7に当たり、液膜にな
り易い。一方、前縁56は、キャビテイ7まで距離があ
り、微粒化が進む。このため、微粒化の良い前縁56の流
量を多くすれば、噴霧全体の気化が早くなる。
【００２８】また、噴霧の前後で燃料量を変えることに
より、点火プラグ3への燃料輸送に時間差ができ、混合
気が濃くなり過ぎるのを防止できる。図２０では、後縁
55と前縁56としているが、噴霧の後側（噴霧中心より）
と前側との流量を変えることも同じである。噴射弁4の
中心線53と噴霧９の中心線54とに角度θを付けることに
より、噴霧角度を広げないで、キャビテイ7との衝突角
度を調整できる。噴霧9を効率よく気化させるために
は、キャビテイ7との衝突角度を小さくするのがよい。
しかし、噴射弁4の取付け角度は、エンジンの構成上、
制限があり、限界があるが、噴霧の噴射方向を変えるこ
とにより、衝突角度を調整できる。
より、点火プラグ3への燃料輸送に時間差ができ、混合
気が濃くなり過ぎるのを防止できる。図２０では、後縁
55と前縁56としているが、噴霧の後側（噴霧中心より）
と前側との流量を変えることも同じである。噴射弁4の
中心線53と噴霧９の中心線54とに角度θを付けることに
より、噴霧角度を広げないで、キャビテイ7との衝突角
度を調整できる。噴霧9を効率よく気化させるために
は、キャビテイ7との衝突角度を小さくするのがよい。
しかし、噴射弁4の取付け角度は、エンジンの構成上、
制限があり、限界があるが、噴霧の噴射方向を変えるこ
とにより、衝突角度を調整できる。
【００２９】図２１は、L1／L2と安定燃焼度の関係を示
したものであり、安定燃焼度は、L1／L2が1.0以下で
は、小さく1.0を超えると急に大きくなり、1.1〜１．４
近くで最大値を示すものであり、その後は、燃焼安定度
が小さくなる。L1／L２が1.0以下では、噴霧の後縁55の
燃料が多くなることで、気化が不十分になるためであ
る。L1／L２が1.0を超えると、気化のよい前縁56の流量
が多くなり、気化の悪い後縁55の量が、少なくなり、全
体の気化が進むためである。L1／L2が、1.４を超える
と、前縁56に燃料が集中し過ぎ、再び気化が悪くなるた
めである。
したものであり、安定燃焼度は、L1／L2が1.0以下で
は、小さく1.0を超えると急に大きくなり、1.1〜１．４
近くで最大値を示すものであり、その後は、燃焼安定度
が小さくなる。L1／L２が1.0以下では、噴霧の後縁55の
燃料が多くなることで、気化が不十分になるためであ
る。L1／L２が1.0を超えると、気化のよい前縁56の流量
が多くなり、気化の悪い後縁55の量が、少なくなり、全
体の気化が進むためである。L1／L2が、1.４を超える
と、前縁56に燃料が集中し過ぎ、再び気化が悪くなるた
めである。
【００３０】図２２は、成層燃焼と均質燃焼の燃焼距離
を示す模式図である。均質燃焼は、燃焼室2a内に均一な
混合気が形成されるものであり、点火プラグ3で点火さ
れると、中心より放射状に燃焼火炎が広がって行く。そ
のため燃焼距離は、矢印52の長さになる。それに対し
て、成層燃焼は、点火プラグ3近傍に混合気を形成し、
その周りは空気層（燃焼しない）となるものである。そ
のために、燃焼距離は、矢印51のように短くなる。
を示す模式図である。均質燃焼は、燃焼室2a内に均一な
混合気が形成されるものであり、点火プラグ3で点火さ
れると、中心より放射状に燃焼火炎が広がって行く。そ
のため燃焼距離は、矢印52の長さになる。それに対し
て、成層燃焼は、点火プラグ3近傍に混合気を形成し、
その周りは空気層（燃焼しない）となるものである。そ
のために、燃焼距離は、矢印51のように短くなる。
【００３１】前記二つの燃焼形態をエンジン出力の制御
手段で比較すると、均質燃焼は、空燃比はあまり変化し
ないで、燃焼室2内の密度を変化させ、燃料量を変化さ
せて、出力を変化させるものであり、成層燃焼は、燃焼
室2内の密度はあまり変化させないで、混合気の大きさ
（燃焼距離）を変化させて、出力を大きくするときは、
混合気の大きさを大きくする。本実施形態の成層燃焼に
おいては、出力の増減に混合気の大きさと密度変化も利
用している。
手段で比較すると、均質燃焼は、空燃比はあまり変化し
ないで、燃焼室2内の密度を変化させ、燃料量を変化さ
せて、出力を変化させるものであり、成層燃焼は、燃焼
室2内の密度はあまり変化させないで、混合気の大きさ
（燃焼距離）を変化させて、出力を大きくするときは、
混合気の大きさを大きくする。本実施形態の成層燃焼に
おいては、出力の増減に混合気の大きさと密度変化も利
用している。
【００３２】図２３は、燃焼室2a内の燃焼圧力変化の状
態を示す摸式図である。横軸はクランク角、縦軸は燃焼
圧である。成層燃焼は、燃焼距離が短いため点火より最
高燃焼圧力点になる時間が短い。それに対して、均質燃
焼の場合は、燃焼距離が長いために、点火から最高燃焼
圧力点まで時間が長い。エンジン50は、一般に効率よく
トルクを得るために、最高燃焼圧力点が上死点後10〜15
度に来るのが最適とされている。従来の均質混合気の場
合は、燃焼距離はほとんど変化せず、空燃比により燃焼
速度が変化するために、最高燃焼圧点を得るための点火
時期制御は、比較的簡単であった。成層燃焼の場合は、
燃焼速度と最適な点火時期に混合気が点火プラグ近傍に
形成されることが必要であるため、混合気の形成は、燃
料の噴射時期と燃料の気化時間に作用されるために、よ
り複雑な制御が必要となる。本実施形態では、混合気の
輸送をタンブル流で行うものでタンブル流の生成が重要
となる。
態を示す摸式図である。横軸はクランク角、縦軸は燃焼
圧である。成層燃焼は、燃焼距離が短いため点火より最
高燃焼圧力点になる時間が短い。それに対して、均質燃
焼の場合は、燃焼距離が長いために、点火から最高燃焼
圧力点まで時間が長い。エンジン50は、一般に効率よく
トルクを得るために、最高燃焼圧力点が上死点後10〜15
度に来るのが最適とされている。従来の均質混合気の場
合は、燃焼距離はほとんど変化せず、空燃比により燃焼
速度が変化するために、最高燃焼圧点を得るための点火
時期制御は、比較的簡単であった。成層燃焼の場合は、
燃焼速度と最適な点火時期に混合気が点火プラグ近傍に
形成されることが必要であるため、混合気の形成は、燃
料の噴射時期と燃料の気化時間に作用されるために、よ
り複雑な制御が必要となる。本実施形態では、混合気の
輸送をタンブル流で行うものでタンブル流の生成が重要
となる。
【００３３】図24はタンブル流の強さを示すタンブル数
と安定燃焼度の関係である。エンジン回転数が小さい場
合はタンブル数が小さくても安定燃焼度は大きく安定燃
焼が得られるが、回転数が高くなるとタンブル数も大き
くなる必要がある。たとえば2400rpmまで成層燃焼を行
う場合はタンブル数2が必要となる。
と安定燃焼度の関係である。エンジン回転数が小さい場
合はタンブル数が小さくても安定燃焼度は大きく安定燃
焼が得られるが、回転数が高くなるとタンブル数も大き
くなる必要がある。たとえば2400rpmまで成層燃焼を行
う場合はタンブル数2が必要となる。
【００３４】図25は本発明の成層燃焼範囲と均質燃焼の
範囲の一例を示す。成層燃焼の空燃比はA/F=30から40で
TCVは閉状態とする。成層燃焼は比較的小さなトルクの
領域で燃費向上が主眼となる。それにたいし均質燃焼領
域はトルクが大きい領域である。空燃比は理論空燃比か
それより小さい値が取られる。TCVは開し、タンブル流
は弱められ、多くの空気が流入出来るように通路抵抗を
少なくする。成層燃焼と均質燃焼の切替えは成層燃焼の
空燃比A/F=40からA/F=14.7に瞬時に切替えるのでなく、
成層で空燃比を40、30、20と小さくし均質の空燃比20、
18、14.7と変化させる。こうすることにより切替時のト
ルク変化を小さく出来る。そのため燃焼距離は矢印51の
ように短くなる。エンジン出力の制御法で比較すると、
均質燃焼は燃焼室2内の密度を変化させ空燃比はあまり
変化しないで燃料量を変化さ、出力を変化させる。成層
燃焼は燃焼室の密度はあまり変化させないで混合気の大
きさ（燃焼距離）を変化させ、出力を大きくするときは
混合気の大きさを大きくする。本実施形態の成層燃焼は
出力の増減に混合気の大きさと密度変化も利用してい
る。
範囲の一例を示す。成層燃焼の空燃比はA/F=30から40で
TCVは閉状態とする。成層燃焼は比較的小さなトルクの
領域で燃費向上が主眼となる。それにたいし均質燃焼領
域はトルクが大きい領域である。空燃比は理論空燃比か
それより小さい値が取られる。TCVは開し、タンブル流
は弱められ、多くの空気が流入出来るように通路抵抗を
少なくする。成層燃焼と均質燃焼の切替えは成層燃焼の
空燃比A/F=40からA/F=14.7に瞬時に切替えるのでなく、
成層で空燃比を40、30、20と小さくし均質の空燃比20、
18、14.7と変化させる。こうすることにより切替時のト
ルク変化を小さく出来る。そのため燃焼距離は矢印51の
ように短くなる。エンジン出力の制御法で比較すると、
均質燃焼は燃焼室2内の密度を変化させ空燃比はあまり
変化しないで燃料量を変化さ、出力を変化させる。成層
燃焼は燃焼室の密度はあまり変化させないで混合気の大
きさ（燃焼距離）を変化させ、出力を大きくするときは
混合気の大きさを大きくする。本実施形態の成層燃焼は
出力の増減に混合気の大きさと密度変化も利用してい
る。
【００３５】図23は、燃焼圧力変化の摸式図である。横
軸はクランク角、縦軸は燃焼圧である。成層燃焼は、燃
焼距離が短いため点火より最高燃焼圧力点になる時間が
短い。それに対し、均質燃焼の場合は燃焼距離が長いた
め、点火から最高燃焼圧力点まで時間がかかる。エンジ
ンは一般に効率よくトルクを得るためには最高燃焼圧力
点が上死点後10〜15度に来るのが最適とされいる。従来
の均質混合気の場合は燃焼距離はほとんど変化せず、空
燃比により燃焼速度変化するため、最高燃焼圧点を得る
ための点火時期制御は比較的簡単であった。成層燃焼の
場合は燃焼速度と最適な点火時期に混合気が点火プラグ
近傍に形成されることが必要である。混合気の形成は燃
料の噴射時期と燃料の気化時間が作用するため、より複
雑な制御が必要になる。本実施例は混合気の輸送をタン
ブル流で行うものでタンブル流の生成が重要である。
軸はクランク角、縦軸は燃焼圧である。成層燃焼は、燃
焼距離が短いため点火より最高燃焼圧力点になる時間が
短い。それに対し、均質燃焼の場合は燃焼距離が長いた
め、点火から最高燃焼圧力点まで時間がかかる。エンジ
ンは一般に効率よくトルクを得るためには最高燃焼圧力
点が上死点後10〜15度に来るのが最適とされいる。従来
の均質混合気の場合は燃焼距離はほとんど変化せず、空
燃比により燃焼速度変化するため、最高燃焼圧点を得る
ための点火時期制御は比較的簡単であった。成層燃焼の
場合は燃焼速度と最適な点火時期に混合気が点火プラグ
近傍に形成されることが必要である。混合気の形成は燃
料の噴射時期と燃料の気化時間が作用するため、より複
雑な制御が必要になる。本実施例は混合気の輸送をタン
ブル流で行うものでタンブル流の生成が重要である。
【００３６】図２４は、タンブル流の強さを示すタンブ
ル数と安定燃焼度との関係をエンジン回転数の相違を加
味して示したものである。エンジン回転数が小さい場合
は、タンブル数が小さくても安定燃焼度は大きく、安定
燃焼が得られるが、回転数が高くなると、安定燃焼度を
大とするにはタンブル数も大きくする必要がある。例え
ば、エンジン回転数が2400rpmになるまで、成層燃焼を
行う場合は、タンブル数2が必要となる。
ル数と安定燃焼度との関係をエンジン回転数の相違を加
味して示したものである。エンジン回転数が小さい場合
は、タンブル数が小さくても安定燃焼度は大きく、安定
燃焼が得られるが、回転数が高くなると、安定燃焼度を
大とするにはタンブル数も大きくする必要がある。例え
ば、エンジン回転数が2400rpmになるまで、成層燃焼を
行う場合は、タンブル数2が必要となる。
【００３７】図２５は、本発明の成層燃焼範囲と均質燃
焼の範囲の一例を示したものである。成層燃焼の空燃比
は、A/F=30から40でTCVは閉状態とする。成層燃焼は、
比較的小さなトルクの領域で燃費向上が主眼となるが、
均質燃焼領域は、トルクが大きい領域であり、空燃比
は、理論空燃比かそれより小さい値が取られる。TCVは
開き、タンブル流は弱められ、多くの空気が流入出来る
ように通路抵抗を少なくする。
焼の範囲の一例を示したものである。成層燃焼の空燃比
は、A/F=30から40でTCVは閉状態とする。成層燃焼は、
比較的小さなトルクの領域で燃費向上が主眼となるが、
均質燃焼領域は、トルクが大きい領域であり、空燃比
は、理論空燃比かそれより小さい値が取られる。TCVは
開き、タンブル流は弱められ、多くの空気が流入出来る
ように通路抵抗を少なくする。
【００３８】成層燃焼と均質燃焼の切替えは、成層燃焼
の空燃比A/F=40からA/F=14.7に瞬時に切替えるのではな
く、成層燃焼状態で、空燃比A/Fを40、30、20と順次小
さくし、均質の空燃比A/Fを20、18、14.7へと順次変化
させる。こうすることにより、切替時のトルク変化を小
さくすることが出来る。
の空燃比A/F=40からA/F=14.7に瞬時に切替えるのではな
く、成層燃焼状態で、空燃比A/Fを40、30、20と順次小
さくし、均質の空燃比A/Fを20、18、14.7へと順次変化
させる。こうすることにより、切替時のトルク変化を小
さくすることが出来る。
【００３９】図２６は、燃料の噴射時期を示したもので
ある。本実施形態は、成層燃焼と均質燃焼との異なった
二つの燃焼形態を使うためそれぞれで噴射時期が異なっ
ている。均質燃焼時は、燃料の蒸発時間や混合気を均一
にするために吸気行程中に噴射される。吸気行程に燃料
を噴射すると、燃料の気化熱で空気が冷却されて吸入空
気量が増し、出力が大きくなる。成層燃焼時には、混合
気の拡散を防止して成層化するため圧縮行程の後半に燃
料が噴射される。
ある。本実施形態は、成層燃焼と均質燃焼との異なった
二つの燃焼形態を使うためそれぞれで噴射時期が異なっ
ている。均質燃焼時は、燃料の蒸発時間や混合気を均一
にするために吸気行程中に噴射される。吸気行程に燃料
を噴射すると、燃料の気化熱で空気が冷却されて吸入空
気量が増し、出力が大きくなる。成層燃焼時には、混合
気の拡散を防止して成層化するため圧縮行程の後半に燃
料が噴射される。
【００４０】図２７は、本発明の他の実施形態を示した
ものである。本実施形態では、噴射弁4を燃焼室2aの中
央に設置し、該噴射弁4の両側に二個の点火プラグ3a,3b
を配置している。空気の流動は、タンブル流11となるよ
うに形成してある。タンブル流11は、図１５と図１６に
示した二個渦形が最適である。即ち、二個の渦の中央に
燃料を噴射し、燃料を中央に前記タンブル流11で閉じ込
めて両側から点火プラグ3a、3bにより点火する。
ものである。本実施形態では、噴射弁4を燃焼室2aの中
央に設置し、該噴射弁4の両側に二個の点火プラグ3a,3b
を配置している。空気の流動は、タンブル流11となるよ
うに形成してある。タンブル流11は、図１５と図１６に
示した二個渦形が最適である。即ち、二個の渦の中央に
燃料を噴射し、燃料を中央に前記タンブル流11で閉じ込
めて両側から点火プラグ3a、3bにより点火する。
【００４１】図２８は、図２７の実施形態のエンジン５
０を上方から見た図であり、キャビテイ7と点火プラグ3
a,3bの位置を示した模式図である。キャビテイ7は、楕
円形で、二個の点火プラグ3a,3bは、キャビテイの両端
部の上部に位置している。図２９は、ピストン冠面にキ
ャビテイを形成しない他の実施形態である。本実施形態
では、噴射弁4は、燃焼室2aの中央で真下に向いている
が、吸気弁6側又は排気弁15側に噴射方向を少し傾けて
もよい。吸気弁6側に傾けると均質時の燃料の混合が促
進されて燃焼が良くなる。排気弁15側に向けると、空気
流動方向により成層化が進み、成層燃焼が改善される。
以上、本発明の幾つかの実施形態について詳述したが、
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特
許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱すること
なく、設計において種々の変更ができるものである。
０を上方から見た図であり、キャビテイ7と点火プラグ3
a,3bの位置を示した模式図である。キャビテイ7は、楕
円形で、二個の点火プラグ3a,3bは、キャビテイの両端
部の上部に位置している。図２９は、ピストン冠面にキ
ャビテイを形成しない他の実施形態である。本実施形態
では、噴射弁4は、燃焼室2aの中央で真下に向いている
が、吸気弁6側又は排気弁15側に噴射方向を少し傾けて
もよい。吸気弁6側に傾けると均質時の燃料の混合が促
進されて燃焼が良くなる。排気弁15側に向けると、空気
流動方向により成層化が進み、成層燃焼が改善される。
以上、本発明の幾つかの実施形態について詳述したが、
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特
許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱すること
なく、設計において種々の変更ができるものである。
【００４２】
【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明の筒内直噴式エンジンは、燃料噴霧とタンブル流とを
対抗させ接触混合させると共に、噴霧燃料の一部をタン
ブル流でプラグ方向に輸送するべく構成したので、従来
のような貫通力の強い燃料噴霧を必要とせず、ピストン
のキャビテイが浅くても、燃料噴霧が拡散しない。ま
た、浅いキャビテイに構成できるので燃費が向上し、噴
霧と空気流動の方向が異なるために、燃料噴霧がキャビ
テイの一部に集中せず、すすの発生が防止できる。
明の筒内直噴式エンジンは、燃料噴霧とタンブル流とを
対抗させ接触混合させると共に、噴霧燃料の一部をタン
ブル流でプラグ方向に輸送するべく構成したので、従来
のような貫通力の強い燃料噴霧を必要とせず、ピストン
のキャビテイが浅くても、燃料噴霧が拡散しない。ま
た、浅いキャビテイに構成できるので燃費が向上し、噴
霧と空気流動の方向が異なるために、燃料噴霧がキャビ
テイの一部に集中せず、すすの発生が防止できる。
【図１】本発明の筒内直噴式エンジンの一実施形態を示
す断面図。
す断面図。
【図２】図１の筒内直噴式エンジンの成層燃焼時の空気
流動を示す断面図。
流動を示す断面図。
【図３】図１の筒内直噴式エンジンの均質燃焼時の空気
流動を示す断面図。
流動を示す断面図。
【図４】本発明の筒内直噴式エンジンの他の実施形態を
示す断面図。
示す断面図。
【図５】本発明の筒内直噴式エンジンのピストン冠面の
キャビテイの一例を示す上面図。
キャビテイの一例を示す上面図。
【図６】本発明の筒内直噴式エンジンのピストン冠面の
キャビテイの他の一例を示す上面図。
キャビテイの他の一例を示す上面図。
【図７】本発明の筒内直噴式エンジンのピストン冠面の
キャビテイの更に他の一例を示す上面図。
キャビテイの更に他の一例を示す上面図。
【図８】図７のA−A’矢視断面図。
【図９】本発明の筒内直噴式エンジンのピストン冠面の
キャビテイの更に他の一例を示す上面図。
キャビテイの更に他の一例を示す上面図。
【図１０】図９のB−B’矢視断面図。
【図１１】本発明の筒内直噴式エンジンのピストン冠面
のキャビテイの更に他の一例を示す上面図。
のキャビテイの更に他の一例を示す上面図。
【図１２】図１１のC−C’矢視断面図。
【図１３】本発明の筒内直噴式エンジンの更に他の実施
形態の空気流動を示す断面図。
形態の空気流動を示す断面図。
【図１４】本発明の筒内直噴式エンジンの更に他の実施
形態の空気流動を示す断面図。
形態の空気流動を示す断面図。
【図１５】本発明の筒内直噴式エンジンの更に他の実施
形態の空気流動を示す断面図。
形態の空気流動を示す断面図。
【図１６】本発明の筒内直噴式エンジンの更に他の実施
形態の空気流動を示す断面図。
形態の空気流動を示す断面図。
【図１７】図１の筒内直噴式エンジンの噴霧の噴霧角度
を示す断面図。
を示す断面図。
【図１８】本発明の筒内直噴式エンジンの燃料噴霧角と
安定燃焼度との特性図。
安定燃焼度との特性図。
【図１９】図１の筒内直噴式エンジンの噴霧の形状とタ
ンブル流との作用状態を示す断面図。
ンブル流との作用状態を示す断面図。
【図２０】図１の筒内直噴式エンジンの噴霧の形状を示
す断面図。
す断面図。
【図２１】図２０の筒内直噴式エンジンの噴霧のL1／L2
と安定燃焼度との関係を示す特性図。
と安定燃焼度との関係を示す特性図。
【図２２】本発明の筒内直噴式エンジンの均質燃焼と成
層燃焼との燃焼形態を示す図。
層燃焼との燃焼形態を示す図。
【図２３】本発明の筒内直噴式エンジンのクランク角度
に対する点火時期と燃焼圧との関係を示す特性図。
に対する点火時期と燃焼圧との関係を示す特性図。
【図２４】本発明の筒内直噴式エンジンのタンブル数と
燃焼安定度との関係を示す特性図。
燃焼安定度との関係を示す特性図。
【図２５】本発明の筒内直噴式エンジンのエンジン回転
数とトルクに対する燃焼領域を示す特性図。
数とトルクに対する燃焼領域を示す特性図。
【図２６】本発明の筒内直噴式エンジンのクランク角度
に対する燃料噴射時期を示す図。
に対する燃料噴射時期を示す図。
【図２７】本発明の筒内直噴式エンジンの更に他の実施
形態を示す断面図。
形態を示す断面図。
【図２８】図２９の筒内直噴式エンジンのキャビテイと
点火プラグの位置関係を示す上面図。
点火プラグの位置関係を示す上面図。
【図２９】本発明の筒内直噴式エンジンの更に他の実施
形態を示す断面図。
形態を示す断面図。
1：ピストン 2：ピストン 2a：燃焼室 3：点火プラ
グ 4：燃料噴射弁 5：吸気管 6：吸気弁 7：キャビ
テイ 8：TCV 9：噴霧 10：混合気 11：タンブル流
12：噴流 13：バイパス弁 14：バイパス吸気通路
グ 4：燃料噴射弁 5：吸気管 6：吸気弁 7：キャビ
テイ 8：TCV 9：噴霧 10：混合気 11：タンブル流
12：噴流 13：バイパス弁 14：バイパス吸気通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 助川 義寛 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 木原 裕介 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 野木 利治 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 中山 容子 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (16)
- 【請求項１】 シリンダ、冠面にキャビテイを有するピ
ストン、燃焼室、燃料噴射弁、点火プラグ、及び、吸気
通路を有する吸気管を備えた筒内直噴式エンジンにおい
て、 成層燃焼時に、前記吸気管からのタンブル流で、混合気
を形成すると共に該混合気を移送し、前記点火プラグ付
近に前記混合気を集めるべく構成したことを特徴とする
筒内直噴式エンジン。 - 【請求項２】 前記燃料噴射弁からの燃料の噴射方向と
前記タンブル流の流動方向とを対抗させるべく構成した
こと特徴とする請求項１に記載の筒内直噴式エンジン。 - 【請求項３】 前記吸気管の吸気通路内に吸気通路を狭
める部材を設置し、成層燃焼時に、吸気の速度を高めて
燃焼室内にタンブル流を生成させることを特徴とする請
求項２に記載の筒内直噴式エンジン。 - 【請求項４】 均質燃焼時に、前記吸気通路を狭める部
材の位置を変更して吸気抵抗を小さくしたことを特徴と
する請求項３に記載の筒内直噴式エンジン。 - 【請求項５】 前記吸気通路をバイパスするバイパス吸
気通路を設け、該吸気通路にバイパス弁を設けて、バイ
パス吸気通路の速度を調整して燃焼室内にタンブル流を
発生させることを特徴とする請求項１に記載の筒内直噴
式エンジン。 - 【請求項６】 前記キャビテイを円形もしくは楕円形と
したことを特徴とする請求項１に記載の筒内直噴式エン
ジン。 - 【請求項７】 前記キャビテイ底部が凹凸条に形成され
ていることを特徴とする請求項第６に記載の筒内直噴式
エンジン。 - 【請求項８】 前記キャビテイ底部の凹凸条の条方向を
燃料噴霧の噴射方向もしくはタンブル流の流れ方向と直
交させたことを特徴とする請求項第７に記載の筒内直噴
式エンジン。 - 【請求項９】 前記キャビテイ底部を曲面としたしたこ
とを特徴とする請求項１に記載の筒内直噴式エンジン。 - 【請求項１０】 前記吸気通路を狭める部材が蝶形弁で
あり、該蝶形弁の一部を切欠いて吸気噴出通路としたこ
とを特徴とする請求項３に記載の筒内直噴式エンジン。 - 【請求項１１】 前記吸気通路を二つ備え、該各吸気通
路に各々蝶形弁を備え、前記吸気噴出通路を吸気通路の
上部で燃焼室の中心側に寄せて設けたことを特徴とする
請求項１０に記載の筒内直噴式エンジン。 - 【請求項１２】 前記燃料噴射弁は、その噴霧角度が75
度から85度の範囲で、中空噴霧で、かつ、噴霧の後縁
（燃焼室側）の長さL2と前縁（点火プラグ側）の長さL1
との比L１／L２が1.0から1.4の範囲であることを特徴と
する請求項１に記載の筒内直噴式エンジン。 - 【請求項１３】 前記吸気管からのタンブル流のタンブ
ル数が1.0から2.0の範囲であることを特徴とする請求項
１に記載の筒内直噴式エンジン。 - 【請求項１４】 前記燃料噴射弁が前記燃焼室の中央付
近に設置され、前記点火プラグが二個配置され、一方の
点火プラグが二つの吸気弁の中間に、他方の点火プラグ
が排気弁の中間に配置され、前記吸気通路にタンブル流
を生成する半円の蝶形弁を配置したことを特徴とする請
求項１に記載の筒内直噴式ガソリンエンジン。 - 【請求項１５】 キャビテイを楕円形とし、該楕円形の
長径端部の上部に点火プラグが配置されることを特徴と
する請求項１４に記載の筒内直噴式ガソリンエンジン。 - 【請求項１６】 シリンダ、ピストン、燃焼室、燃料噴
射弁、点火プラグ、及び、吸気通路を有する吸気管を備
えた筒内直噴式エンジンにおいて、 前記燃料噴射弁が燃焼室の中央付近に設置され、前記点
火プラグが二個配置され、一方の点火プラグが二つの吸
気弁の中間に、他方の点火プラグが排気弁の中間に配置
され、前記吸気通路にタンブル流を生成する半円の蝶形
弁を配置し、 成層燃焼時に、前記吸気管からのタンブル流で、混合気
を形成すると共に該混合気を移送し、前記点火プラグ付
近に前記混合気を集めるべく構成したことを特徴とする
筒内直噴式エンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30696897A JP3732323B2 (ja) | 1997-11-10 | 1997-11-10 | 筒内噴射式エンジンの燃焼方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30696897A JP3732323B2 (ja) | 1997-11-10 | 1997-11-10 | 筒内噴射式エンジンの燃焼方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11141338A true JPH11141338A (ja) | 1999-05-25 |
| JP3732323B2 JP3732323B2 (ja) | 2006-01-05 |
Family
ID=17963443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30696897A Expired - Fee Related JP3732323B2 (ja) | 1997-11-10 | 1997-11-10 | 筒内噴射式エンジンの燃焼方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3732323B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2000077360A1 (fr) * | 1999-06-11 | 2000-12-21 | Hitachi, Ltd. | Moteur a injection directe et injecteur de carburant utilise dans ledit moteur |
| WO2000077361A1 (fr) * | 1999-06-11 | 2000-12-21 | Hitachi, Ltd. | Moteur a combustion interne du type a injection de cylindres |
| WO2000077359A1 (fr) * | 1999-06-11 | 2000-12-21 | Hitachi, Ltd. | Moteur a injection directe et procede de combustion destine audit moteur |
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-
1997
- 1997-11-10 JP JP30696897A patent/JP3732323B2/ja not_active Expired - Fee Related
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