JPH11182248A - 筒内噴射式エンジンの燃焼室構造 - Google Patents
筒内噴射式エンジンの燃焼室構造Info
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- JPH11182248A JPH11182248A JP9347660A JP34766097A JPH11182248A JP H11182248 A JPH11182248 A JP H11182248A JP 9347660 A JP9347660 A JP 9347660A JP 34766097 A JP34766097 A JP 34766097A JP H11182248 A JPH11182248 A JP H11182248A
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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
- F02B2023/102—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 spark plug being placed offset the cylinder centre axis
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- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
- F02F2001/241—Cylinder heads specially adapted to pent roof shape of the combustion chamber
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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)
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ピストン上面での燃料の反射を利用して常に
良好な成層燃焼を確保することのできる簡単な構成の筒
内噴射式エンジンの燃焼室構造を得ること。 【解決手段】 筒内噴射式エンジンは、ペントルーフ型
に形成された燃焼室天井部を有するシリンダヘッドと、
そのほぼ中央位置からシリンダ軸方向ピストン上面に向
かって燃料を噴射するインジェクタと、中央に所定深さ
を有するキャビティが凹設された略カルデラ火山形状に
形成されたピストンヘッドを備えたピストンとを備え
る。また、点火プラグは、燃焼室天井部の吸気側から燃
焼室内へ斜め方向に突出し、ピストンが略上死点位置に
ある際にキャビティの内方上部位置でかつキャビティの
中心から吸気側へ偏位した位置に着火部を有する。そし
て、キャビティが、キャビティ内に噴射された燃料が点
火プラグ側に反射する傾斜面部を備えている。
良好な成層燃焼を確保することのできる簡単な構成の筒
内噴射式エンジンの燃焼室構造を得ること。 【解決手段】 筒内噴射式エンジンは、ペントルーフ型
に形成された燃焼室天井部を有するシリンダヘッドと、
そのほぼ中央位置からシリンダ軸方向ピストン上面に向
かって燃料を噴射するインジェクタと、中央に所定深さ
を有するキャビティが凹設された略カルデラ火山形状に
形成されたピストンヘッドを備えたピストンとを備え
る。また、点火プラグは、燃焼室天井部の吸気側から燃
焼室内へ斜め方向に突出し、ピストンが略上死点位置に
ある際にキャビティの内方上部位置でかつキャビティの
中心から吸気側へ偏位した位置に着火部を有する。そし
て、キャビティが、キャビティ内に噴射された燃料が点
火プラグ側に反射する傾斜面部を備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料をシリンダ内
に直接噴射する筒内噴射式エンジンの燃焼室構造に関す
るものである。
に直接噴射する筒内噴射式エンジンの燃焼室構造に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、エンジンの燃費を向上させる
手法として、理論熱効率の向上、ポンピングロスの低
減、フリクションの低減などが提唱されている。そのう
ち理論熱効率の向上やポンピングロスの低減を図るため
に、燃焼室内の圧縮比または膨張比を上昇させる方法の
他に、希薄燃焼制御や高ＥＧＲ（exhaust gas recircul
ation ）燃焼制御等を行う方法がある。これら希薄燃焼
制御や高ＥＧＲ制御においては、シリンダ内にタンブ
ル、スワール、スキッシュなどのガス流動を発生させ
て、燃焼室における混合気の燃焼性の向上を図ってい
る。
手法として、理論熱効率の向上、ポンピングロスの低
減、フリクションの低減などが提唱されている。そのう
ち理論熱効率の向上やポンピングロスの低減を図るため
に、燃焼室内の圧縮比または膨張比を上昇させる方法の
他に、希薄燃焼制御や高ＥＧＲ（exhaust gas recircul
ation ）燃焼制御等を行う方法がある。これら希薄燃焼
制御や高ＥＧＲ制御においては、シリンダ内にタンブ
ル、スワール、スキッシュなどのガス流動を発生させ
て、燃焼室における混合気の燃焼性の向上を図ってい
る。
【０００３】そして、このようなエンジンは、吸気行程
において燃焼室内に均一な混合気を形成することを基本
としていたが、一方では燃料の噴射方向や噴射時期を調
整することにより燃焼室内における混合気の空燃比を局
所的に変えることも意図的に行われていた。
において燃焼室内に均一な混合気を形成することを基本
としていたが、一方では燃料の噴射方向や噴射時期を調
整することにより燃焼室内における混合気の空燃比を局
所的に変えることも意図的に行われていた。
【０００４】すなわち、燃焼室内において局所的に空燃
比をリッチとし、あるいは局所的な部分にだけ混合気を
形成する等により、燃焼室内全体ではトータルとしてリ
ーンな空燃比で燃焼させる成層燃焼方式などが提案され
ていた。
比をリッチとし、あるいは局所的な部分にだけ混合気を
形成する等により、燃焼室内全体ではトータルとしてリ
ーンな空燃比で燃焼させる成層燃焼方式などが提案され
ていた。
【０００５】しかしながら、従来の成層燃焼方式では、
このような燃焼室内における局所的な混合気の形成は十
分なものではなく、混合気形成の自由度の大幅な向上が
望まれていた。そこで、その対策としてシリンダ内に燃
料を直接噴射する種々の筒内噴射式エンジンが提案され
ている。
このような燃焼室内における局所的な混合気の形成は十
分なものではなく、混合気形成の自由度の大幅な向上が
望まれていた。そこで、その対策としてシリンダ内に燃
料を直接噴射する種々の筒内噴射式エンジンが提案され
ている。
【０００６】例えば、特開平５−１５４４号公報には、
吸気バルブ周りの一部に吸気ポートを通過する吸入空気
の流れを方向付けるマスク壁を設け、シリンダ内におい
て強制的に逆タンブル流を発生させ、圧縮行程時に吸気
ポートの下側に設けられた噴射手段（インジェクタ）か
らシリンダ軸方向に対して斜めに噴射される燃料を逆タ
ンブル流に乗せ、混合気を燃焼室頭頂部に設けられた点
火プラグの方向に導くようにした構成例が示されてい
る。
吸気バルブ周りの一部に吸気ポートを通過する吸入空気
の流れを方向付けるマスク壁を設け、シリンダ内におい
て強制的に逆タンブル流を発生させ、圧縮行程時に吸気
ポートの下側に設けられた噴射手段（インジェクタ）か
らシリンダ軸方向に対して斜めに噴射される燃料を逆タ
ンブル流に乗せ、混合気を燃焼室頭頂部に設けられた点
火プラグの方向に導くようにした構成例が示されてい
る。
【０００７】また、特開平６−１４６８８６号公報に
は、噴射手段を、上記特開平５−１５４４号公報の技術
と同様に吸気ポートの下側位置に取り付け、吸気ポート
の断面形状をその一方側半分が拡幅された構成としてい
る。そして、吸気流中心を偏心させて逆タンブル流の生
成を促進し、燃料をシリンダ軸方向に対して斜めに噴射
して逆タンブル流に乗せ、混合気を燃焼室頭頂部に設け
られた点火プラグの方向に導くようにした構成例が示さ
れている。
は、噴射手段を、上記特開平５−１５４４号公報の技術
と同様に吸気ポートの下側位置に取り付け、吸気ポート
の断面形状をその一方側半分が拡幅された構成としてい
る。そして、吸気流中心を偏心させて逆タンブル流の生
成を促進し、燃料をシリンダ軸方向に対して斜めに噴射
して逆タンブル流に乗せ、混合気を燃焼室頭頂部に設け
られた点火プラグの方向に導くようにした構成例が示さ
れている。
【０００８】更に、特開平６−４２３５２号公報では、
噴射手段を燃焼室の頭頂部中心位置にてシリンダ軸方向
に向けて取り付け、点火プラグを２つの吸気ポートの間
から燃焼室内に突出させて着火を行うようにした構成例
が示されている。
噴射手段を燃焼室の頭頂部中心位置にてシリンダ軸方向
に向けて取り付け、点火プラグを２つの吸気ポートの間
から燃焼室内に突出させて着火を行うようにした構成例
が示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平５一１５４４号公報に開示された筒内噴射式内燃機
関では、マスク壁により強制的に逆タンブル流を発生さ
せる吸気ポートを採用しているので、高速高負荷領域に
おいて吸入抵抗が過大となるおそれがある。これによ
り、吸入空気量の不十分状態が生じ、出力性能に影響か
出るおそれがある。
開平５一１５４４号公報に開示された筒内噴射式内燃機
関では、マスク壁により強制的に逆タンブル流を発生さ
せる吸気ポートを採用しているので、高速高負荷領域に
おいて吸入抵抗が過大となるおそれがある。これによ
り、吸入空気量の不十分状態が生じ、出力性能に影響か
出るおそれがある。
【００１０】次に、特開平６−１４６８８６号公報に開
示された技術では、上述のように吸気ポートの断面形状
の調整による逆タンブル流の生成を行い、ピストン上面
の湾曲部によりこの逆タンブル流の生成を促進するよう
にしている。しかし、湾曲部内のみが燃焼室空間を形成
する構成をとっているので圧縮比が過剰に高くなるおそ
れがある。これにより、通常のエンジンで用いられる燃
料、いわゆるレギュラーガソリンに適合する圧縮比を設
定するのが困難である。
示された技術では、上述のように吸気ポートの断面形状
の調整による逆タンブル流の生成を行い、ピストン上面
の湾曲部によりこの逆タンブル流の生成を促進するよう
にしている。しかし、湾曲部内のみが燃焼室空間を形成
する構成をとっているので圧縮比が過剰に高くなるおそ
れがある。これにより、通常のエンジンで用いられる燃
料、いわゆるレギュラーガソリンに適合する圧縮比を設
定するのが困難である。
【００１１】また、燃料噴射弁の噴射口と点火プラグの
電極との間に距離があるために、電極付近の局所空燃比
を詳細に制御することが難しく、燃焼の安定性や着火性
が低い。
電極との間に距離があるために、電極付近の局所空燃比
を詳細に制御することが難しく、燃焼の安定性や着火性
が低い。
【００１２】更に、上述の２つの公報には、噴射手段が
シリンダ軸方向に対して斜めに燃料噴射を行う旨の技術
が開示されている。しかし、燃料を斜め方向に噴射した
場合、燃料がシリンダ内周壁面上の潤滑油を洗い流すこ
とにより、潤滑性が低下し、シリンダ内周面の偏摩耗や
これに起因した圧縮漏れ等の機能障害が発生するという
不具合を有する。
シリンダ軸方向に対して斜めに燃料噴射を行う旨の技術
が開示されている。しかし、燃料を斜め方向に噴射した
場合、燃料がシリンダ内周壁面上の潤滑油を洗い流すこ
とにより、潤滑性が低下し、シリンダ内周面の偏摩耗や
これに起因した圧縮漏れ等の機能障害が発生するという
不具合を有する。
【００１３】次に、特開平６−４２３５２号公報の内燃
機関の燃焼室構造では、点火プラグは燃焼室頭頂部のほ
ぼ中央で真下に向けて設置され、この点火プラグの着火
部分は、噴射手段の噴射領域内に配置されている。しか
し、この従来例は、ピストンの上面に当って反射した燃
料に対して点火するよりも、噴射した燃料の後端側に着
火し、着火後の濃混合気が燃焼室中央に向かい、燃焼室
中央位置にて燃焼を行うようにすることを主眼としてい
る。
機関の燃焼室構造では、点火プラグは燃焼室頭頂部のほ
ぼ中央で真下に向けて設置され、この点火プラグの着火
部分は、噴射手段の噴射領域内に配置されている。しか
し、この従来例は、ピストンの上面に当って反射した燃
料に対して点火するよりも、噴射した燃料の後端側に着
火し、着火後の濃混合気が燃焼室中央に向かい、燃焼室
中央位置にて燃焼を行うようにすることを主眼としてい
る。
【００１４】しかし、この方法では、低噴射量領域にお
いては良好な成層燃焼を得ることができるが、噴射量が
増大していく場合には、スモークの発生を抑制すること
が困難となる。
いては良好な成層燃焼を得ることができるが、噴射量が
増大していく場合には、スモークの発生を抑制すること
が困難となる。
【００１５】本発明は、上記種々の従来技術における課
題を解決するためになされたものであり、その目的はエ
ンジンの種々の動作状態においてピストン上面での燃料
の反射を利用して、常に良好な成層燃焼を確保すること
のできる簡単な構成の筒内噴射式エンジンを提供するこ
とにある。
題を解決するためになされたものであり、その目的はエ
ンジンの種々の動作状態においてピストン上面での燃料
の反射を利用して、常に良好な成層燃焼を確保すること
のできる簡単な構成の筒内噴射式エンジンを提供するこ
とにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る筒内噴射式エンジンの燃焼室構造
は、ペントルーフ型に形成された燃焼室天井部を有する
シリンダヘッドと、燃焼室天井部のほぼ中央位置からシ
リンダ軸方向ピストン上面に向かって所定タイミングで
燃料を噴射するインジェクタと、ピストン上面の周縁領
域がシリンダ軸と直交する平面状に形成され、ピストン
上面の中央領域が周縁領域からピストン中心に移行する
にしたがって燃焼室天井部側に突出するように突設され
そのほぼ中央に所定深さを有するキャビティが凹設され
た略カルデラ火山形状に形成されたピストンヘッドを備
えたピストンとを具備する。
に、請求項１に係る筒内噴射式エンジンの燃焼室構造
は、ペントルーフ型に形成された燃焼室天井部を有する
シリンダヘッドと、燃焼室天井部のほぼ中央位置からシ
リンダ軸方向ピストン上面に向かって所定タイミングで
燃料を噴射するインジェクタと、ピストン上面の周縁領
域がシリンダ軸と直交する平面状に形成され、ピストン
上面の中央領域が周縁領域からピストン中心に移行する
にしたがって燃焼室天井部側に突出するように突設され
そのほぼ中央に所定深さを有するキャビティが凹設され
た略カルデラ火山形状に形成されたピストンヘッドを備
えたピストンとを具備する。
【００１７】そして、点火プラグは、燃焼室天井部の吸
気側から燃焼室内へシリンダ軸方向に対して斜め方向に
突出して設けられ、ピストンが略上死点位置にある際に
キャビティの内方上部位置でかつキャビティの中心から
吸気側へ偏位した位置に着火部を有する。そして、キャ
ビティは、インジェクタからの噴射燃料が点火プラグ側
に反射するように傾斜して形成された傾斜面部を備えて
いることを特徴とする。
気側から燃焼室内へシリンダ軸方向に対して斜め方向に
突出して設けられ、ピストンが略上死点位置にある際に
キャビティの内方上部位置でかつキャビティの中心から
吸気側へ偏位した位置に着火部を有する。そして、キャ
ビティは、インジェクタからの噴射燃料が点火プラグ側
に反射するように傾斜して形成された傾斜面部を備えて
いることを特徴とする。
【００１８】上記構成によれば、エンジン圧縮行程にお
いてシリンダヘッド側に上昇してきたピストンが上死点
の手前所定位置に到達した際に、インジェクタから燃料
が噴射され、噴射された燃料（以下、単に「噴射燃料」
という）は、キャビティに向かって広がっていき、キャ
ビティ内で受け止められ、反射、這い回り、跳ね上がり
により拡散する。
いてシリンダヘッド側に上昇してきたピストンが上死点
の手前所定位置に到達した際に、インジェクタから燃料
が噴射され、噴射された燃料（以下、単に「噴射燃料」
という）は、キャビティに向かって広がっていき、キャ
ビティ内で受け止められ、反射、這い回り、跳ね上がり
により拡散する。
【００１９】拡散した燃料は、ピストンヘッドの形状に
よりピストン上面周縁領域への拡散を阻まれ、その一部
は燃焼室天井部に衝突しながらキャビティ内に留まる。
その際、キャビティ内の傾斜面部に衝突した燃料は、点
火プラグ側に反射され、着火部の周辺領域にて拡散され
る。したがって、成層混合気の一部が確実に着火部にか
かり、結果として点火プラグの着火部周辺に着火可能な
成層混合気を導くことができ、安定した着火性を得るこ
とができる。
よりピストン上面周縁領域への拡散を阻まれ、その一部
は燃焼室天井部に衝突しながらキャビティ内に留まる。
その際、キャビティ内の傾斜面部に衝突した燃料は、点
火プラグ側に反射され、着火部の周辺領域にて拡散され
る。したがって、成層混合気の一部が確実に着火部にか
かり、結果として点火プラグの着火部周辺に着火可能な
成層混合気を導くことができ、安定した着火性を得るこ
とができる。
【００２０】また、ピストンヘッドの形状、すなわちカ
ルデラ火山形状により燃料の拡散する方向及び広がりが
適切に制御されることで、火炎伝播が不可能となる混合
気のちぎれや、オーバーリーン領域の発生が無く、急速
な燃焼が得られ、パーシャルバーン発生を防止すること
ができる。このように、広い運転領域で良好な着火性及
び燃焼安定性を得ることができ、その結果、良好な運転
性、ＨＣの低減、燃費の向上を図ることができる。そし
て、キャビティ以外にも燃焼室空間を有していることか
ら、圧縮比は高くならず、レギュラーガソリンを使用す
ることができる。
ルデラ火山形状により燃料の拡散する方向及び広がりが
適切に制御されることで、火炎伝播が不可能となる混合
気のちぎれや、オーバーリーン領域の発生が無く、急速
な燃焼が得られ、パーシャルバーン発生を防止すること
ができる。このように、広い運転領域で良好な着火性及
び燃焼安定性を得ることができ、その結果、良好な運転
性、ＨＣの低減、燃費の向上を図ることができる。そし
て、キャビティ以外にも燃焼室空間を有していることか
ら、圧縮比は高くならず、レギュラーガソリンを使用す
ることができる。
【００２１】また、燃料をシリンダ軸方向にピストンに
向かって噴射するので、噴射燃料の一部が直接シリンダ
の内周壁面に衝突することによって生じる冷却作用に起
因するエンジン燃焼の悪化やプラグのくすぶり、シリン
ダとピストンとの間の潤滑性の悪化を防止することがで
きる。
向かって噴射するので、噴射燃料の一部が直接シリンダ
の内周壁面に衝突することによって生じる冷却作用に起
因するエンジン燃焼の悪化やプラグのくすぶり、シリン
ダとピストンとの間の潤滑性の悪化を防止することがで
きる。
【００２２】請求項２にかかる筒内噴射式エンジンの燃
焼室構造は、キャビティの傾斜面部が、インジェクタの
噴射中心軸位置よりも吸気側に所定距離オフセットした
位置でかつキャビティの上方位置を中心とする球面形状
をなしていることを特徴とする。これにより、インジェ
クタからの噴射燃料を滑らかに受け止め、燃焼室内に存
するガス流動の過度の乱れを防止する。したがって、上
記請求項１と同様の作用を得ることができ、安定した着
火性を得ることができる。
焼室構造は、キャビティの傾斜面部が、インジェクタの
噴射中心軸位置よりも吸気側に所定距離オフセットした
位置でかつキャビティの上方位置を中心とする球面形状
をなしていることを特徴とする。これにより、インジェ
クタからの噴射燃料を滑らかに受け止め、燃焼室内に存
するガス流動の過度の乱れを防止する。したがって、上
記請求項１と同様の作用を得ることができ、安定した着
火性を得ることができる。
【００２３】請求項３にかかる筒内噴射式エンジンの燃
焼室構造は、キャビティの傾斜面部が、ピストン上面の
周縁領域と所定角度を形成する平面部を有することを特
徴とする。これにより、上述の請求項１又は２の作用と
同様に、積極的に燃料を点火プラグ側に反射させ、着火
部の周辺領域にて拡散させ、成層混合気の一部を確実に
着火部に導くことができ、安定した着火性を得ることが
できる。
焼室構造は、キャビティの傾斜面部が、ピストン上面の
周縁領域と所定角度を形成する平面部を有することを特
徴とする。これにより、上述の請求項１又は２の作用と
同様に、積極的に燃料を点火プラグ側に反射させ、着火
部の周辺領域にて拡散させ、成層混合気の一部を確実に
着火部に導くことができ、安定した着火性を得ることが
できる。
【００２４】請求項４にかかる筒内噴射式エンジンの燃
焼室構造は、キャビティの開口形状が、ピストンピン方
向を短軸とした略楕円形状をなしていることを特徴とす
る。これにより、燃焼室内における混合気のピストンピ
ン方向の広がりを抑えることができ、低負荷で燃料噴射
量が少ないときの着火性を確保することができる。ま
た、高負荷においては、混合気の拡散できる空間（以
下、単に「混合気拡散体積」という）を大きく確保する
ことができ、希薄燃焼を行うことができる。したがっ
て、広い運転領域で良好な成層燃焼を得ることができ
る。
焼室構造は、キャビティの開口形状が、ピストンピン方
向を短軸とした略楕円形状をなしていることを特徴とす
る。これにより、燃焼室内における混合気のピストンピ
ン方向の広がりを抑えることができ、低負荷で燃料噴射
量が少ないときの着火性を確保することができる。ま
た、高負荷においては、混合気の拡散できる空間（以
下、単に「混合気拡散体積」という）を大きく確保する
ことができ、希薄燃焼を行うことができる。したがっ
て、広い運転領域で良好な成層燃焼を得ることができ
る。
【００２５】請求項５にかかる筒内噴射式エンジンの燃
焼室構造は、噴射した燃料がインジェクタの噴射中心軸
を中心として噴射方向に漸次広がる略円すい中空形状を
なすように噴射を行い、噴射した燃料の円すい状の広が
り角は、噴射時にキャビティ内に噴射燃料の広がり範囲
が収まるように設定されている。したがって、キャビテ
ィ内に成層混合気を容易かつ確実に形成することができ
る。
焼室構造は、噴射した燃料がインジェクタの噴射中心軸
を中心として噴射方向に漸次広がる略円すい中空形状を
なすように噴射を行い、噴射した燃料の円すい状の広が
り角は、噴射時にキャビティ内に噴射燃料の広がり範囲
が収まるように設定されている。したがって、キャビテ
ィ内に成層混合気を容易かつ確実に形成することができ
る。
【００２６】請求項６にかかる筒内噴射式エンジンの燃
焼室構造は、インジェクタが燃料に螺旋回転方向の動き
を与えて噴射する噴射ノズルを有している。この噴射ノ
ズルの噴射により、燃料噴射形状を略円すい中空形状に
形成することができる。
焼室構造は、インジェクタが燃料に螺旋回転方向の動き
を与えて噴射する噴射ノズルを有している。この噴射ノ
ズルの噴射により、燃料噴射形状を略円すい中空形状に
形成することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態におけ
る筒内噴射式エンジン１０を概略的に説明する断面説明
図であり、図２は、図１のピストン１８の説明図であ
る。また、図２中、（Ａ）はピストン１８の上面説明
図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線断面説明図である。
て詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態におけ
る筒内噴射式エンジン１０を概略的に説明する断面説明
図であり、図２は、図１のピストン１８の説明図であ
る。また、図２中、（Ａ）はピストン１８の上面説明
図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線断面説明図である。
【００２８】筒内噴射式エンジン１０は、図１に示した
ように、ペントルーフ状に形成された燃焼室天井部（以
下、単に「天井部」という）１２を有するシリンダヘッ
ド１４と、所定の形状に形成されたピストンヘッド１６
を有するピストン１８と、ピストン１８が往復動可能に
嵌挿されるシリンダ２０を有するシリンダ部２２とを基
本的な構成要素としている。
ように、ペントルーフ状に形成された燃焼室天井部（以
下、単に「天井部」という）１２を有するシリンダヘッ
ド１４と、所定の形状に形成されたピストンヘッド１６
を有するピストン１８と、ピストン１８が往復動可能に
嵌挿されるシリンダ２０を有するシリンダ部２２とを基
本的な構成要素としている。
【００２９】天井部１２は、図１に示したように、頂部
より離反して漸次拡開する２つの斜面部１２ａ、１２ｂ
を有しており、全体的には切妻屋根に似た形状をなして
いる。斜面部１２ａには、シリンダヘッド１４に設けら
れた吸気ポート（図示せず）と燃焼室２４との間を連通
・遮断する吸気バルブ（図示せず）が２個設けられてい
る。また、斜面部１２ｂには、排気ポート（図示せず）
と燃焼室２４との間を連通・遮断する排気バルブ（図示
せず）が２個設けられている。以下、説明の便宜上、吸
気バルブ側を吸気ＩＮ側、排気バルブ側を排気ＥＸ側と
いう。
より離反して漸次拡開する２つの斜面部１２ａ、１２ｂ
を有しており、全体的には切妻屋根に似た形状をなして
いる。斜面部１２ａには、シリンダヘッド１４に設けら
れた吸気ポート（図示せず）と燃焼室２４との間を連通
・遮断する吸気バルブ（図示せず）が２個設けられてい
る。また、斜面部１２ｂには、排気ポート（図示せず）
と燃焼室２４との間を連通・遮断する排気バルブ（図示
せず）が２個設けられている。以下、説明の便宜上、吸
気バルブ側を吸気ＩＮ側、排気バルブ側を排気ＥＸ側と
いう。
【００３０】点火プラグ３０は、図１に示したように、
シリンダヘッド１４の吸気ＩＮ側にてシリンダ２０の軸
方向に対して傾斜して設けられ、燃焼室２４側に突出し
た一方端部に着火部である電極部３２を有している。
シリンダヘッド１４の吸気ＩＮ側にてシリンダ２０の軸
方向に対して傾斜して設けられ、燃焼室２４側に突出し
た一方端部に着火部である電極部３２を有している。
【００３１】更に、天井部１２のほぼ中心上方位置に
は、インジェクタ３４が設けられている。インジェクタ
３４は、燃料ｆをシリンダ２０の軸方向ピストンヘッド
１６側に向けて噴射し、噴射中心軸３５は、シリンダ２
０の中心軸線２１よりも排気ＥＸ側に所定距離だけオフ
セットした位置となるように設定されている。そして、
インジェクタ３４による燃料の噴射形状は噴射中心軸３
５を中心として次第に広がる略円すい中空形状を形成す
る。
は、インジェクタ３４が設けられている。インジェクタ
３４は、燃料ｆをシリンダ２０の軸方向ピストンヘッド
１６側に向けて噴射し、噴射中心軸３５は、シリンダ２
０の中心軸線２１よりも排気ＥＸ側に所定距離だけオフ
セットした位置となるように設定されている。そして、
インジェクタ３４による燃料の噴射形状は噴射中心軸３
５を中心として次第に広がる略円すい中空形状を形成す
る。
【００３２】噴射燃料の略円すい中空形状は、例えば噴
射の広がり角を４０度〜８０度程度とする噴射角に設定
し、燃料ｆに対し回転成分を与えつつ噴射することによ
り容易に形成することが可能である。具体的には、スワ
ールノズルを用いたインジェクタ３４によるホローコー
ン噴霧により形成することができる。
射の広がり角を４０度〜８０度程度とする噴射角に設定
し、燃料ｆに対し回転成分を与えつつ噴射することによ
り容易に形成することが可能である。具体的には、スワ
ールノズルを用いたインジェクタ３４によるホローコー
ン噴霧により形成することができる。
【００３３】そして、吸気バルブを介して燃焼室２４と
連通・遮断される吸気ポート（図示せず）の形状によ
り、燃焼室２４内には正方向の弱タンブルガス流動が生
じるように構成されている。タンブル比はおよそ０．５
〜２程度となるよう設定されている。
連通・遮断される吸気ポート（図示せず）の形状によ
り、燃焼室２４内には正方向の弱タンブルガス流動が生
じるように構成されている。タンブル比はおよそ０．５
〜２程度となるよう設定されている。
【００３４】ピストン１８は、図１に示したように、ピ
ストンピン４２が吸・排気側と直交する方向に亘って伸
長するように配置されている。そして、ピストンヘッド
１６は、図１及び図２に示したように、シリンダ中心軸
２１と直交する平面をなす周縁部３８と、燃焼室天井部
１２と対応する凸形状を基本とした中央部４１とによ
り、いわゆるカルデラ火山形状に形成されている。
ストンピン４２が吸・排気側と直交する方向に亘って伸
長するように配置されている。そして、ピストンヘッド
１６は、図１及び図２に示したように、シリンダ中心軸
２１と直交する平面をなす周縁部３８と、燃焼室天井部
１２と対応する凸形状を基本とした中央部４１とによ
り、いわゆるカルデラ火山形状に形成されている。
【００３５】中央部４１は、周縁部３８からピストンヘ
ッド１６の中心へ移行するにしたがい、漸次周縁部３８
に対する傾斜角度が増大して縦断面形状が２次曲線形状
をなす凸部３６と、ピストンヘッド１６のほぼ中央にて
開口形状がピストンピン４２と直交する方向に伸長した
略楕円形状をなすように所定深さで凹窩形成されたキャ
ビティ３７とを備えている。
ッド１６の中心へ移行するにしたがい、漸次周縁部３８
に対する傾斜角度が増大して縦断面形状が２次曲線形状
をなす凸部３６と、ピストンヘッド１６のほぼ中央にて
開口形状がピストンピン４２と直交する方向に伸長した
略楕円形状をなすように所定深さで凹窩形成されたキャ
ビティ３７とを備えている。
【００３６】キャビティ３７の凹形状は、図１に示した
ように、比較的大きな半径の曲線若しくは複合曲線から
なる略円弧形状をなしており、複合曲線の中心点は、イ
ンジェクタ３４の軸心位置より点火プラグ３０側に所定
分オフセットした上方に配置されている。そして、キャ
ビティ３７の排気ＥＸ側には、点火プラグ３０の電極部
３２側に傾斜した傾斜面部４０が設けられている。
ように、比較的大きな半径の曲線若しくは複合曲線から
なる略円弧形状をなしており、複合曲線の中心点は、イ
ンジェクタ３４の軸心位置より点火プラグ３０側に所定
分オフセットした上方に配置されている。そして、キャ
ビティ３７の排気ＥＸ側には、点火プラグ３０の電極部
３２側に傾斜した傾斜面部４０が設けられている。
【００３７】また、傾斜面部４０は、図２（Ｂ）に示し
たように、縦断面形状が周縁部３８と平行に形成されて
おり、両端側はピストン上方に向かって滑らかに立ち上
がるように形成されている。キャビティ３７の開口径
は、シリンダ２０の径Ｄに対して３０〜７０％程度の大
きさに設定され、キャビティ３７のピストンヘッド周縁
部３８からの深さは、最深部でシリンダ２０の径Ｄの１
５％程度までを限度として設定されている。
たように、縦断面形状が周縁部３８と平行に形成されて
おり、両端側はピストン上方に向かって滑らかに立ち上
がるように形成されている。キャビティ３７の開口径
は、シリンダ２０の径Ｄに対して３０〜７０％程度の大
きさに設定され、キャビティ３７のピストンヘッド周縁
部３８からの深さは、最深部でシリンダ２０の径Ｄの１
５％程度までを限度として設定されている。
【００３８】点火プラグ３０の電極部３２は、ピストン
１８が上死点近傍位置の際に、キャビティ３７内上方で
かつピストン１８の中心から吸気ＩＮ側へオフセットし
た位置となるようにセッティングされており、インジェ
クタ３４からの噴霧に極力直接さらされないよう配置さ
れている。
１８が上死点近傍位置の際に、キャビティ３７内上方で
かつピストン１８の中心から吸気ＩＮ側へオフセットし
た位置となるようにセッティングされており、インジェ
クタ３４からの噴霧に極力直接さらされないよう配置さ
れている。
【００３９】インジェクタ３４の噴射広がり角の設定
は、ピストン１８が往復動作時における所定タイミング
（略上死点近傍位置）においてキャビティ３７内に噴射
範囲が収まるように設定されている。
は、ピストン１８が往復動作時における所定タイミング
（略上死点近傍位置）においてキャビティ３７内に噴射
範囲が収まるように設定されている。
【００４０】以下に、上記構成を有する筒内噴射エンジ
ン１０の動作について述べる。尚、本実施の形態におけ
る筒内噴射エンジン１０は、低・中負荷運転時において
成層燃焼を行い、高負荷運転時には均一燃焼を行うよう
に、燃料噴射量、噴射タイミング、点火時期が制御され
る。そして、高負荷運転時に行われる均一燃焼は、燃料
を燃焼室２４内に吸気行程時に噴射するもので、吸気行
程時に吸気ポート内に燃料を噴射する従来のエンジンと
ほぼ同様の動作である。したがって、その詳細な説明は
省略し、ここでは、本発明の特徴である低・中負荷運転
時における成層燃焼についてのみ説明する。
ン１０の動作について述べる。尚、本実施の形態におけ
る筒内噴射エンジン１０は、低・中負荷運転時において
成層燃焼を行い、高負荷運転時には均一燃焼を行うよう
に、燃料噴射量、噴射タイミング、点火時期が制御され
る。そして、高負荷運転時に行われる均一燃焼は、燃料
を燃焼室２４内に吸気行程時に噴射するもので、吸気行
程時に吸気ポート内に燃料を噴射する従来のエンジンと
ほぼ同様の動作である。したがって、その詳細な説明は
省略し、ここでは、本発明の特徴である低・中負荷運転
時における成層燃焼についてのみ説明する。
【００４１】まず最初に、圧縮行程においてピストン１
８が上死点近傍の所定位置まで上昇した時点でインジェ
クタ３４から燃料ｆがホローコーン形状に所定噴射量だ
けシリンダ軸２１方向ピストンヘッド１６に向かって噴
射される。そして、燃料ｆは、更に上昇を続けるピスト
ン１８のピストンヘッド１６ほぼ中央に設けられたキャ
ビティ３７にて受け止められ、キャビティ３７内で反
射、這い回り、跳ね上がりなどにより拡散する。
８が上死点近傍の所定位置まで上昇した時点でインジェ
クタ３４から燃料ｆがホローコーン形状に所定噴射量だ
けシリンダ軸２１方向ピストンヘッド１６に向かって噴
射される。そして、燃料ｆは、更に上昇を続けるピスト
ン１８のピストンヘッド１６ほぼ中央に設けられたキャ
ビティ３７にて受け止められ、キャビティ３７内で反
射、這い回り、跳ね上がりなどにより拡散する。
【００４２】拡散した燃料は、キャビティ３７及び凸部
３６の形状により周縁部３８への拡散を阻まれ、その一
部は、天井部１２に衝突してキャビティ内に留まる。そ
して、特に、傾斜面部４０と衝突した燃料は、点火プラ
グ側に反射され、着火部の周辺領域にて拡散される。そ
して、噴射終了後、適当なタイミングで点火を行い、成
層混合気を着火燃焼させる。したがって、成層混合気の
一部が確実に着火部にかかる成層混合気を形成すること
ができる。
３６の形状により周縁部３８への拡散を阻まれ、その一
部は、天井部１２に衝突してキャビティ内に留まる。そ
して、特に、傾斜面部４０と衝突した燃料は、点火プラ
グ側に反射され、着火部の周辺領域にて拡散される。そ
して、噴射終了後、適当なタイミングで点火を行い、成
層混合気を着火燃焼させる。したがって、成層混合気の
一部が確実に着火部にかかる成層混合気を形成すること
ができる。
【００４３】また、ピストンピン４２方向に短軸を有す
る略楕円形状を有するキャビティ３７の開口形状によ
り、成層混合気のピストンピン４２方向への広がりが押
さえられ、かつ混合気が拡散する混合気拡散体積が大き
く確保される。
る略楕円形状を有するキャビティ３７の開口形状によ
り、成層混合気のピストンピン４２方向への広がりが押
さえられ、かつ混合気が拡散する混合気拡散体積が大き
く確保される。
【００４４】したがって、低負荷で噴射量が少ない場合
の着火性の向上と、高負荷での拡散体積を有効に使った
希薄燃焼の達成が両立可能で、広い運転領域で良好な燃
焼を得ることができる。この結果、良好な運転性、ＨＣ
の低減、ＮＯX の低減更に燃費の向上も達成することが
できる。また、燃焼室２４はキャビティ３７以外にも燃
焼空間を有していることから、圧縮比は高くならず、通
常の燃料、いわゆるレギュラーガソリンを使用すること
ができる。
の着火性の向上と、高負荷での拡散体積を有効に使った
希薄燃焼の達成が両立可能で、広い運転領域で良好な燃
焼を得ることができる。この結果、良好な運転性、ＨＣ
の低減、ＮＯX の低減更に燃費の向上も達成することが
できる。また、燃焼室２４はキャビティ３７以外にも燃
焼空間を有していることから、圧縮比は高くならず、通
常の燃料、いわゆるレギュラーガソリンを使用すること
ができる。
【００４５】更に、燃焼室内に存する弱タンブル流に乗
った噴射燃料は、点火プラグ３０側に流されるが、この
とき、キャビティ３７の表面は滑らかな曲線で形成され
ているので、タンブル流を徒に乱すことがなく、キャビ
ティ３７内にて次第に均質で成層燃焼に適した成層混合
気を形成することができる。これにより、火炎伝播が不
可能な混合気のちぎれやオーバーリーン領域の発生を防
ぐことができ、全体としてリーンな空燃比で適切かつ急
速な燃焼が得られ、パーシャルバーンの発生を防止する
ことができる。
った噴射燃料は、点火プラグ３０側に流されるが、この
とき、キャビティ３７の表面は滑らかな曲線で形成され
ているので、タンブル流を徒に乱すことがなく、キャビ
ティ３７内にて次第に均質で成層燃焼に適した成層混合
気を形成することができる。これにより、火炎伝播が不
可能な混合気のちぎれやオーバーリーン領域の発生を防
ぐことができ、全体としてリーンな空燃比で適切かつ急
速な燃焼が得られ、パーシャルバーンの発生を防止する
ことができる。
【００４６】また、噴射燃料は、その噴射方向、中央部
４１の作用によってシリンダ２０側には拡散しにくいた
めに燃料ｆのシリンダ２０への付着を防止でき、シリン
ダ２０の潤滑性低下や、ピストン動作における機能障害
の発生も有効に防止することができる。更に、燃料ｆを
シリンダ軸方向にピストン１８に向け噴射するので、噴
射燃料の一部が直接シリンダの内周壁面に衝突すること
により生じる冷却作用が引き起こす燃焼状態の悪化や点
火プラグ３０のくすぶりを防止することができる。
４１の作用によってシリンダ２０側には拡散しにくいた
めに燃料ｆのシリンダ２０への付着を防止でき、シリン
ダ２０の潤滑性低下や、ピストン動作における機能障害
の発生も有効に防止することができる。更に、燃料ｆを
シリンダ軸方向にピストン１８に向け噴射するので、噴
射燃料の一部が直接シリンダの内周壁面に衝突すること
により生じる冷却作用が引き起こす燃焼状態の悪化や点
火プラグ３０のくすぶりを防止することができる。
【００４７】尚、本発明は、上述の各実施の形態の構成
に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々
の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では弱タ
ンブル流によるガス流動が存する場合について説明した
が、弱スワール流を加えても良い。
に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々
の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では弱タ
ンブル流によるガス流動が存する場合について説明した
が、弱スワール流を加えても良い。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る筒内
噴射エンジンの燃焼室構造によれば、インジェクタより
噴射され、キャビティ内の傾斜面部に衝突した噴射燃料
は、点火プラグ側に反射され、拡散する。したがって、
容易に点火プラグの着火部周辺に着火可能な成層混合気
を導くことができ、安定した着火性を得ることができ
る。
噴射エンジンの燃焼室構造によれば、インジェクタより
噴射され、キャビティ内の傾斜面部に衝突した噴射燃料
は、点火プラグ側に反射され、拡散する。したがって、
容易に点火プラグの着火部周辺に着火可能な成層混合気
を導くことができ、安定した着火性を得ることができ
る。
【００４９】また、キャビティの開口形状が、ピストン
ピン方向に短軸を有する略楕円形状に形成されているこ
とによって、成層混合気のピストンピン方向への広がり
を押さえ、かつ混合気が拡散する混合気拡散体積を大き
く確保することができ、低負荷で噴射量が少ない場合の
着火性の向上と、高負荷での拡散体積を有効に使った希
薄燃焼の達成が両立でき、広い運転領域で良好な燃焼を
得ることができる。
ピン方向に短軸を有する略楕円形状に形成されているこ
とによって、成層混合気のピストンピン方向への広がり
を押さえ、かつ混合気が拡散する混合気拡散体積を大き
く確保することができ、低負荷で噴射量が少ない場合の
着火性の向上と、高負荷での拡散体積を有効に使った希
薄燃焼の達成が両立でき、広い運転領域で良好な燃焼を
得ることができる。
【図１】本発明の実施の形態における筒内噴射式エンジ
ンを概略的に説明する断面説明図である。
ンを概略的に説明する断面説明図である。
【図２】図１のピストンの説明図である。
１２ 燃焼室天井部 １４ シリンダヘッド １６ ピストンヘッド １８ ピストン ２０ シリンダ ２２ シリンダ部 ２４ 燃焼室 ３０ 点火プラグ ３２ 電極部（着火部） ３４ インジェクタ ３６ 凸部 ３７ キャビティ ３８ 周縁部 ４０ 傾斜面部 ｆ 燃料
Claims (6)
- 【請求項１】 ペントルーフ型に形成された燃焼室天井
部を有するシリンダヘッドと、 前記燃焼室天井部のほぼ中央位置からシリンダ軸方向ピ
ストン上面に向かって所定タイミングで燃料を噴射する
インジェクタと、 前記ピストン上面の周縁領域が前記シリンダ軸と直交す
る平面状に形成され、前記ピストン上面の中央領域が前
記周縁領域からピストン中心に移行するにしたがって前
記燃焼室天井部側に突出するように突設されかつそのほ
ぼ中央に所定深さを有するキャビティが凹設された略カ
ルデラ火山形状に形成されたピストンヘッドを備えたピ
ストンと、 前記燃焼室天井部の吸気側から前記燃焼室内へ前記シリ
ンダ軸方向に対して斜め方向に突出して設けられ、前記
ピストンが略上死点位置にある際に前記キャビティの内
方上部位置でかつ前記キャビティの中心から吸気側へ偏
位した位置に着火部を有する点火プラグと、を備えた筒
内噴射式エンジンの燃焼室構造において、 前記キャビティは、前記キャビティ内に噴射された燃料
が点火プラグ側に反射するように傾斜して形成された傾
斜面部を備えていることを特徴とする筒内噴射式エンジ
ンの燃焼室構造。 - 【請求項２】 前記キャビティの傾斜面部は、前記イン
ジェクタの噴射中心軸位置よりも前記吸気側に所定距離
オフセットした位置でかつ前記キャビティの上方位置を
中心とする球面形状をなしていることを特徴とする請求
項１に記載の筒内噴射式エンジンの燃焼室構造。 - 【請求項３】 前記キャビティの傾斜面部は、前記ピス
トン上面の周縁領域と所定角度を形成する平面部を有す
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内噴射式
エンジンの燃焼室構造。 - 【請求項４】 前記キャビティの開口形状は、ピストン
ピン方向を短軸とした略楕円形状をなしていることを特
徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の筒内噴射式エ
ンジンの燃焼室構造。 - 【請求項５】 前記インジェクタは、噴射した燃料が前
記インジェクタの噴射中心軸を中心として噴射方向に漸
次広がる略円すい中空形状をなすように噴射を行い、当
該噴射した燃料の広がり角度は前記ピストンの上下動作
時における所定タイミングにおいて前記キャビティ内に
前記噴射燃料の広がり範囲が収まるように設定したこと
を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の筒内噴射
式エンジンの燃焼室構造。 - 【請求項６】 前記インジェクタは、燃料に螺旋回転方
向の動きを与えて噴射する噴射ノズルを有することを特
徴とする請求項５に記載の筒内噴射式エンジンの燃焼室
構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34766097A JP3781537B2 (ja) | 1997-12-17 | 1997-12-17 | 筒内噴射式エンジンの燃焼室構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34766097A JP3781537B2 (ja) | 1997-12-17 | 1997-12-17 | 筒内噴射式エンジンの燃焼室構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11182248A true JPH11182248A (ja) | 1999-07-06 |
| JP3781537B2 JP3781537B2 (ja) | 2006-05-31 |
Family
ID=18391732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34766097A Expired - Fee Related JP3781537B2 (ja) | 1997-12-17 | 1997-12-17 | 筒内噴射式エンジンの燃焼室構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3781537B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006072983A1 (ja) * | 2005-01-06 | 2006-07-13 | Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | 筒内噴射型火花点火式内燃機関 |
| JP2013072321A (ja) * | 2011-09-27 | 2013-04-22 | Toyota Motor Corp | 内燃機関 |
| JP2019078209A (ja) * | 2017-10-24 | 2019-05-23 | マツダ株式会社 | エンジンの燃焼室構造 |
| US11041457B2 (en) | 2017-06-02 | 2021-06-22 | Mazda Motor Corporation | Combustion chamber structure for engines |
| US11073102B2 (en) | 2017-06-02 | 2021-07-27 | Mazda Motor Corporation | Combustion chamber structure for engines |
| US11118499B2 (en) | 2017-06-02 | 2021-09-14 | Mazda Motor Corporation | Combustion chamber structure for engines |
| US11149682B2 (en) | 2017-06-02 | 2021-10-19 | Mazda Motor Corporation | Combustion chamber structure for engines |
-
1997
- 1997-12-17 JP JP34766097A patent/JP3781537B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006072983A1 (ja) * | 2005-01-06 | 2006-07-13 | Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | 筒内噴射型火花点火式内燃機関 |
| US7690348B2 (en) | 2005-01-06 | 2010-04-06 | Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | Direct-injection spark-ignition internal combustion engine |
| JP2013072321A (ja) * | 2011-09-27 | 2013-04-22 | Toyota Motor Corp | 内燃機関 |
| US11041457B2 (en) | 2017-06-02 | 2021-06-22 | Mazda Motor Corporation | Combustion chamber structure for engines |
| US11073102B2 (en) | 2017-06-02 | 2021-07-27 | Mazda Motor Corporation | Combustion chamber structure for engines |
| US11118499B2 (en) | 2017-06-02 | 2021-09-14 | Mazda Motor Corporation | Combustion chamber structure for engines |
| US11149682B2 (en) | 2017-06-02 | 2021-10-19 | Mazda Motor Corporation | Combustion chamber structure for engines |
| JP2019078209A (ja) * | 2017-10-24 | 2019-05-23 | マツダ株式会社 | エンジンの燃焼室構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3781537B2 (ja) | 2006-05-31 |
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