JPH11182329A - 直噴火花点火式内燃機関 - Google Patents

直噴火花点火式内燃機関

Info

Publication number
JPH11182329A
JPH11182329A JP9348765A JP34876597A JPH11182329A JP H11182329 A JPH11182329 A JP H11182329A JP 9348765 A JP9348765 A JP 9348765A JP 34876597 A JP34876597 A JP 34876597A JP H11182329 A JPH11182329 A JP H11182329A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
intake
combustion
fuel
sectional area
cylinder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP9348765A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3733721B2 (ja
Inventor
Yoshihisa Jingu
宣久 神宮
Hiroshi Miyakubo
博史 宮窪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP34876597A priority Critical patent/JP3733721B2/ja
Priority to EP98124022A priority patent/EP0924403B1/en
Priority to DE69807640T priority patent/DE69807640T2/de
Priority to US09/215,253 priority patent/US6065444A/en
Publication of JPH11182329A publication Critical patent/JPH11182329A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3733721B2 publication Critical patent/JP3733721B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4235—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads of intake channels
    • F02F1/425—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads of intake channels with a separate deviation element inside the channel
    • 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
    • F02B17/00—Engines characterised by means for effecting stratification of charge in cylinders
    • F02B17/005—Engines characterised by means for effecting stratification of charge in cylinders having direct injection in the 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
    • 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
    • F02B31/00—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
    • F02B31/08—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder having multiple air inlets
    • F02B31/085—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder having multiple air inlets having two inlet valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4235—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads of intake channels
    • F02F1/4257—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads of intake channels with an intake liner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10091—Air intakes; Induction systems characterised by details of intake ducts: shapes; connections; arrangements
    • F02M35/10111—Substantially V-, C- or U-shaped ducts in direction of the flow path
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/10091—Air intakes; Induction systems characterised by details of intake ducts: shapes; connections; arrangements
    • F02M35/10118—Air intakes; Induction systems characterised by details of intake ducts: shapes; connections; arrangements with variable cross-sections of intake ducts along their length; Venturis; Diffusers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F02M35/104—Intake manifolds
    • F02M35/108—Intake manifolds with primary and secondary intake passages
    • F02M35/1085—Intake manifolds with primary and secondary intake passages the combustion chamber having multiple intake valves
    • 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
    • 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
    • F02B2023/106—Tumble flow, i.e. the axis of rotation of the main charge flow motion is horizontal
    • 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
    • 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
    • F02B2023/108—Swirl flow, i.e. the axis of rotation of the main charge flow motion is vertical
    • 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
    • F02B31/00—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
    • F02B2031/006—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder having multiple air intake valves
    • 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
    • F02B2275/18—DOHC [Double overhead camshaft]
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F2001/244—Arrangement of valve stems in cylinder heads
    • F02F2001/245—Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated at an angle with the cylinder axis
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】直噴火花点火式内燃機関において、均質燃焼時
における性能改善と、成層燃焼時における性能改善と、
を同時に促進させること。 【解決手段】吸気ポート３の１気筒当たりの最小断面積
Ａ（ｃｍ2 ）を、Ｖ／Ａ＝４５〜５５｛Ｖは１気筒当た
りの行程容積（ｃｍ3 ）である｝の範囲に設定する。こ
れにより、均質燃焼時には、吸気流速アップによる燃料
の気化促進延いては吸気冷却に伴う吸気充填効率の向上
と、シリンダ内の空気流動（縦流れ）の強化による燃料
の混合・均質化促進と、が図れる。また、成層燃焼時に
は、吸気流速がアップされることで、スワールを一層強
化でき、燃料を点火栓近傍に一層良好に輸送でき、以っ
て成層燃焼時の燃焼特性を一層改善できる。つまり、Ｖ
／Ａ＝４５〜５５に設定すれば、均質燃焼時の性能と、
成層燃焼時の性能と、を共に高いレベルで両立させるこ
とが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直噴火花点火式内
燃機関に関し、特にその吸気ポートの改良技術に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、機関の燃焼室内に直接燃料を噴射
するようにすると共に、通常は吸気行程中に燃料を噴射
して均質混合気（燃焼内全体に均等に燃料が分散してい
る状態）で燃焼（均質燃焼）を行わせ、所定運転状態
（低回転・低負荷状態等）において、圧縮行程中に燃料
を噴射し、燃焼室（シリンダとも言う）内に点火栓によ
り着火可能な可燃混合比の混合気からなる層（１）と、
ＥＧＲを含む空気層或いは点火栓による着火は困難であ
るが前記（１）層での燃焼火炎を受け燃焼可能な可燃混
合比の混合気からなる層（２）と、からなる成層混合気
を形成し、極希薄な空燃比（リーン限界近傍の空燃比）
での燃焼（成層燃焼）を可能にし、ポンピングロスの低
減効果等による燃費等の向上を図るようにした内燃機関
（直噴火花点火式内燃機関）がある（特開昭６２−１９
１６２２号公報や特開平２−１６９８３４号公報等参
照）。
【０００３】また、特開平７−１１９４７２号公報等に
開示されるように、直噴火花点火式内燃機関において、
シリンダ内に空気流動（スワールやタンブル等）を生成
し、燃料と空気とのミキシングを良好にして燃焼改善を
図るようにしたものが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる直噴
火花点火式内燃機関の均質燃焼時（吸気行程中に燃料を
噴射する場合）は、シリンダ内での燃料気化による吸気
冷却効果延いては該吸気冷却による空気体積の縮小によ
って吸気充填効率の向上効果を期待できるが、従来のも
のでは、かかる点が考慮されておらず、上記効果を十分
に発揮させることができていなかった。また、吸気流速
をアップさせて燃料気化を促進させ、前記吸気冷却効果
を高めるようにすれば、同時に、シリンダ内の空気流動
｛例えばタンブル（縦流れ）｝を強化でき、以って噴射
された燃料の混合延いては均質化を促進することが可能
である。
【０００５】しかも、吸気流速をアップさせることは、
成層燃焼時（圧縮行程中に燃料を噴射する場合）におい
ても、該吸気流速のアップとスワール制御弁等による所
謂スワール流の強化とが相まって、噴射された燃料を点
火栓近傍に一層良好に輸送することができ、以って成層
燃焼時の燃焼特性（燃費、リーン限界、燃焼安定性な
ど）を一層改善することができる可能性がある。
【０００６】本発明は、このような従来の実情に鑑み、
均質燃焼時における充填効率・吸気流速を向上させ出力
向上や燃焼改善を図れるようにすると共に、成層燃焼時
における燃焼改善をも図れるようにした直噴火花点火式
内燃機関を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明では、１気筒につき少なくとも１つの吸気ポート
が接続される直噴火花点火式内燃機関において、機関の
１気筒当たりの行程容積をＶ（ｃｍ3 ）とし、１気筒当
たりの吸気ポートの吸気流れに対して略直角な方向の最
小断面積をＡ（ｃｍ01）としたときに、 Ｖ／Ａ＝４５〜
５５となるように構成した。
【０００８】かかる構成とすれば、均質燃焼時（吸気行
程噴射時）において、吸気流速アップによる燃料の気化
促進延いては吸気冷却に伴う吸気充填効率の向上効果延
いては機関出力の向上効果や、吸気流速アップによるシ
リンダ内の空気流動の強化による燃料の混合・均質化促
進効果による燃焼改善効果を、最も良好に発揮でき、同
時に、成層燃焼時（圧縮行程噴射時）においても、吸気
流速のアップによりスワール（スワール強さ、スワール
比）を一層強化することができるので、噴射された燃料
を点火栓近傍に一層良好に輸送することができ、以って
成層燃焼時の燃焼特性を一層改善できる。
【０００９】つまり、上記構成のように、Ｖ／Ａ＝４５
〜５５に設定すれば、均質燃焼時（吸気行程噴射時）の
要求性能（出力向上、燃費向上など）を大幅にアップで
きると共に、成層燃焼時（圧縮行程噴射時）の要求性能
（燃費向上、リーン限界向上、燃焼安定性向上など）を
も高いレベルで達成（両立）させることができる。請求
項２に記載の発明では、前記吸気ポートのうちの少なく
とも１つの吸気ポートに、吸気により生成されるシリン
ダ内スワールを強化するように動作するスワール制御手
段を設けるようにした。
【００１０】かかる構成とすれば、Ｖ／Ａ＝４５〜５５
に設定したことによる吸気流速のアップと、スワール制
御手段によるスワール流の強化と、が相まって、スワー
ル（スワール強さ、スワール比）を一層強化でき、シリ
ンダ内に噴射された燃料を点火栓近傍により一層良好に
輸送することができ、以って例えば成層燃焼時の燃焼特
性等を一層改善できることとなる。
【００１１】請求項３に記載の発明では、吸気流れに対
して略直角な方向の断面積を小さくする絞り部を吸気ポ
ートに設け、当該絞り部の断面積が、前記最小断面積と
なるようにした。かかる構成とすれば、吸気ポートの断
面積を全長に亘って最小断面積Ａとして、Ｖ／Ａ＝４５
〜５５に設定する場合に比べ、前記絞り部のみの断面積
を最小断面積ＡとするだけでＶ／Ａ＝４５〜５５を達成
することができるので、吸気流速アップを図りながら、
吸気ポートの通気抵抗を最小に抑えることができる。即
ち、一層吸気充填効率を高めながら吸気流速をアップさ
せることが可能となり、均質燃焼時の性能と、成層燃焼
時の性能と、を一層高いレベルで達成（両立）させるこ
とができる。
【００１２】請求項４に記載の発明では、シリンダヘッ
ドの吸気ポートの略中央部において、前記絞り部の断面
積が前記最小断面積となるように構成した。かかる構成
とすれば、請求項３に記載の発明による作用効果を奏す
ることができるうえに、空気流の剥離や整流性の悪化等
をも最小に抑制できるので、吸気流速アップによる上記
各種作用効果を最大限効果的に発揮させることができる
ことになる。
【００１３】請求項５に記載の発明では、シリンダヘッ
ド下面に対して吸気ポートの略直線部分の中心軸が、３
０°〜５０°傾斜されて構成されるようにした。かかる
構成とすれば、シリンダ内空気流動の生成に効果的であ
り、また噴射された燃料と吸気流とを良好に衝突させる
ことが可能となるから、吸気流速アップによる上記各種
作用効果を一層効果的に発揮させることが可能となる。
即ち、均質燃焼時において、吸気流速アップによる燃料
の気化促進延いては吸気冷却に伴う吸気充填効率の向上
効果延いては機関出力の向上効果や、吸気流速アップに
よるシリンダ内の空気流動の強化による燃料の混合・均
質化促進効果による燃焼改善効果を一層効果的に発揮で
き、かつ、成層燃焼時に噴射された燃料を点火栓近傍に
一層良好に輸送することができ、以って成層燃焼時の燃
焼特性を一層効果的に改善することができる。
【００１４】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、均質燃焼
時の性能（出力向上、燃費向上など）を大幅にアップで
きると共に、成層燃焼時の性能（燃費向上、リーン限界
向上、燃焼安定性向上など）をも高いレベルで達成（両
立）させることができる。請求項２に記載の発明によれ
ば、Ｖ／Ａ＝４５〜５５に設定したことによる吸気流速
のアップと、スワール制御手段によるスワール流の強化
と、が相まって、スワールを一層強化でき、シリンダ内
に噴射された燃料を点火栓近傍により一層良好に輸送す
ることができ、以って例えば成層燃焼時の燃焼特性等を
一層改善できる。
【００１５】請求項３に記載の発明によれば、吸気流速
アップを図りながら、吸気ポートの通気抵抗を最小に抑
えることができる。即ち、一層吸気充填効率を高めなが
ら吸気流速をアップさせることが可能となり、均質燃焼
時の性能と、成層燃焼時の性能と、を一層高いレベルで
達成（両立）させることができる。請求項４に記載の発
明によれば、請求項３に記載の発明による作用効果を奏
することができるうえに、空気流の剥離や整流性の悪化
等をも最小に抑制できるので、吸気流速アップによる上
記各種作用効果を最大限効果的に発揮させることができ
る。
【００１６】請求項５に記載の発明によれば、シリンダ
内空気流動の生成に効果的であると共に、噴射された燃
料と吸気流とを良好に衝突させることができるから、吸
気流速アップによる上記各種作用効果を一層効果的に発
揮させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施の形態
を、添付の図面に基づいて説明する。図１は、本発明の
一実施形態に係るシリンダヘッド及び吸気管の縦断面図
であり、同時に吸気ポート及び吸気管の各部の断面形状
を示している。また、図２は、吸気ポート、シリンダ、
燃料噴射弁、点火栓等の配置を説明するための斜視図で
ある。
【００１８】シリンダヘッド１には、その下面中央部の
凹部（燃焼室）２が形成されている。この凹部（燃焼
室）２は、図２に示すように、下方においてシリンダに
連通されている。なお、凹部２部分と、シリンダと、を
合わせて燃焼室或いはシリンダ（燃焼が行なわれる容積
部分）と言う場合がある。また、シリンダヘッド１に
は、燃焼室２（シリンダ）に連ねて、２つずつ吸気ポー
ト３及び排気ポート４が形成され、それぞれの燃焼室開
口部に吸気弁及び排気弁が装着されるようになってい
る。尚、５は吸気弁取付部、６は排気弁取付部である。
【００１９】また、シリンダヘッド１には、燃焼室２の
略中心部に位置させて、点火栓取付孔７が形成され、こ
こに点火栓が装着されるようになっている。また、シリ
ンダヘッド１には、吸気ポート３，３の近傍に、詳しく
は、２つの吸気ポート３，３間で、吸気ポート３，３よ
り燃焼室２周縁部側に、燃料噴射弁取付孔８が形成さ
れ、ここに燃料噴射弁が装着されるようになっている。
燃料噴射弁は、この燃料噴射弁取付孔８に取付られて、
シリンダ内に直接、斜め下向きに燃料を噴射するように
なっている（図１に示した噴射燃料を参照）。噴射時期
は、均質燃焼の場合は吸気行程、成層燃焼の場合は圧縮
行程に設定される。
【００２０】また、一方の吸気ポート３に連なる吸気管
９の途中部分に、スワール制御手段として機能するスワ
ール制御弁１０が設けてある。スワール制御弁１０は、
例えば成層燃焼時に閉弁され、シリンダ内に旋回ガス流
動（所謂スワール流）を生成する｛図２（Ａ）参照｝。
一方、例えば均質燃焼時に開弁され、シリンダ内に縦流
れガス流動（所謂タンブル流）を生成することができる
ようになっている｛図２（Ｂ）参照｝。
【００２１】ところで、本実施形態においては、均質燃
焼時（吸気行程中に燃料を噴射する場合）におけるシリ
ンダ内での燃料気化による吸気冷却効果延いては吸気充
填効率の向上効果を最大限発揮させるために、速やかに
燃料を気化させることができるように、空気のシリンダ
内への流入速度（吸気流速）ｖをアップさせるようにな
っている。
【００２２】なお、この吸気流速ｖは、Ｖ／Ａ｛Ｖ；行
程容積ｃｍ3 ，Ａ；吸気ポート最小断面積ｃｍ2 （断面
積は、１気筒当たりの吸気ポートの吸気流れに直角な方
向の断面積を言う。以下、同様）｝で代表することがで
きる。従って、Ｖが一定の場合（例えば同一機種などの
場合）には、吸気流速ｖをアップさせるためには、吸気
ポート３の最小断面積Ａを小さくする必要がある。
【００２３】しかし、吸気流速ｖをアップさせるべく吸
気ポート３の最小断面積Ａを小さくすると、吸気ポート
３の通気抵抗が増加することになるから、吸気流速アッ
プによる吸気冷却効果に伴う吸気充填効率の向上代と、
通気抵抗が増加することによる吸気充填効率の低下代
と、を考慮して、吸気ポート３の最小断面積Ａ延いては
Ｖ／Ａを設定する必要がある。
【００２４】そこで、本願発明者等は、種々実験等を繰
り返し、その結果、以下のようなＶ／Ａの最適値を見出
した。即ち、図３に示すように、均質燃焼時（吸気行程
噴射時）においては、Ｖ／Ａ＞５５では、吸気流速ｖは
アップできるものの吸気ポート３の通気抵抗（吸気管を
外しシリンダヘッド１に吸気弁を組み付けた状態での測
定結果である）が大きくなり過ぎて、吸気充填効率が低
下し機関軸トルクの低下が大きくなる。一方、Ｖ／Ａ＜
４５では、吸気ポート３の通気抵抗は小さくできるが、
吸気流速ｖを十分にアップさせることができず、吸気冷
却効果が低下し延いては吸気充填効率が低下し、更には
シリンダ内の空気流動（例えば縦流れ）を十分に強化で
きず、燃料の混合延いては均質化を十分に促進できない
ため、機関軸トルクの低下が大きくなる。
【００２５】つまり、均質燃焼時（吸気行程噴射時）に
おいて、吸気流速アップによる燃料の気化促進延いては
吸気冷却に伴う吸気充填効率の向上効果延いては機関出
力の向上効果や、吸気流速アップによるシリンダ内の空
気流動（例えば縦流れ）の強化による燃料の混合・均質
化促進効果による燃焼改善効果は、Ｖ／Ａ＝４５〜５５
の範囲にあるときに良好に発揮されることが確認され
た。
【００２６】次に、成層燃焼時（圧縮行程噴射時）に、
スワール制御弁１０を閉弁して、シリンダ内のスワール
流を強化した場合における実験結果を、図４に示す。即
ち、図４に示されるように、Ｖ／Ａ＝４５〜５５に設定
すれば、成層燃焼時においても、吸気流速がアップさ
れ、これとスワール制御弁１０によるスワール流の強化
とが相まって、従来のように吸気流速アップを考慮しな
い場合（Ｖ／Ａ＜４５）に比べて、スワール（スワール
強さ、スワール比）が一層強化され、噴射された燃料を
点火栓近傍に一層良好に輸送することができ、以って成
層燃焼時の燃焼特性（燃費など）を一層改善できること
が確認された。
【００２７】つまり、本実施形態のように、Ｖ／Ａ＝４
５〜５５に設定すれば、均質燃焼時（吸気行程噴射時）
の要求性能（出力向上、燃費向上など）を大幅にアップ
できると共に、成層燃焼時（圧縮行程噴射時）の要求性
能（燃費向上、リーン限界向上、燃焼安定性向上など）
をも高いレベルで達成させることが可能となる。なお、
図１中斜線部で示すように、各吸気ポート３に、断面積
を徐々に小さくする絞り部３Ａを設けるようにしてもよ
い。
【００２８】このようにすると、吸気ポート３全長に亘
って断面積を最小断面積Ａとして、Ｖ／Ａ＝４５〜５５
に設定する場合に比べ、前記絞り部３Ａのみの断面積を
最小断面積Ａとするだけで（他の部分を比較的大きな断
面積としておいても）Ｖ／Ａ＝４５〜５５を達成するこ
とができるので、吸気ポート３の通気抵抗をより小さく
維持することができる。従って、一層吸気充填効率を高
めながら吸気流速をアップ（Ｖ／Ａ＝４５〜５５を達
成）させることが可能となり、均質燃焼時（吸気行程噴
射時）の要求性能と、成層燃焼時（圧縮行程噴射時）の
要求性能と、を一層高いレベルで達成することができ
る。
【００２９】ところで、図５に示すように、絞り部３Ａ
の最小断面積部分を、シリンダヘッド１の吸気ポート３
の略中央部分（図１において点ｂの位置）に配設するこ
とが、上流側（点ａの位置）や下流側（点ｃの位置）に
配設する場合に比べて、通気抵抗を小さく維持しなが
ら、空気流の剥離や整流性の悪化等をも抑制できるの
で、吸気流速アップによる各種効果を最も効果的に発揮
させることができる点で好ましい。
【００３０】また、図６に示すように、吸気ポート３の
略直線部分の中心軸と、ヘッド下面と、の交角（ヘッド
下面に対する吸気ポート３の略直線部分の中心軸の傾斜
角）θを３０°〜５０°（４０°±１０°）とすれば、
シリンダ内空気流動の生成に効果的であると共に、燃料
噴射弁から噴射された燃料と吸気流とを良好に衝突させ
ることができるので、均質燃焼時（吸気行程噴射時）に
おいて、吸気流速アップによる燃料の気化促進延いては
吸気冷却に伴う吸気充填効率の向上効果延いては機関出
力の向上効果や、吸気流速アップによるシリンダ内の空
気流動（例えば縦流れ）の強化による燃料の混合・均質
化促進効果による燃焼改善効果を効果的に発揮でき、か
つ、成層燃焼時（圧縮行程噴射時）に噴射された燃料を
点火栓近傍に一層良好に輸送することができ、以って成
層燃焼時の燃焼特性（燃費など）を一層改善できる点で
好ましいものである。
【００３１】なお、上記では、燃料噴射弁を、１気筒当
たり２つ設けられる吸気ポート間で、その下方に配設す
る構成を代表として説明してが、本発明はかかる構成に
限定されるものではなく、他の配列の場合にも適用可能
である。また、スワール制御弁１０を備える構成として
説明したが、本発明によれば、均質燃焼時の燃焼特性の
改善や出力向上を図れるという利点があるので、備えな
い場合にも適用可能なものである。
【００３２】そして、スワール制御手段を備える場合に
は、前記スワール制御弁１０に限定されるものではな
く、スワールを制御することができるものであれば、他
の公知の構造・方式のもの（例えば特開平７−１１９４
７２号公報に開示されるようなもの）を採用することが
できるものである。なお、前記絞り部３Ａは、例えば１
気筒につき２つ設けられた吸気ポート３の何れか一方に
設ける構成とすることも可能である。
【００３３】また、複数ポートの場合、各吸気ポートに
ついて、最小断面積を同一値に設定せず、Ｖ／Ａ＝４５
〜５５の範囲内で、各吸気ポートの最小断面積をふるこ
とができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態にかかるシリンダヘッ
ド及び吸気管の縦断面図である。
【図２】 同上実施形態にかかる吸気ポート、シリン
ダ、燃料噴射弁、点火栓等の配置を説明するための斜視
図である。
【図３】 同上実施形態にかかる均質燃焼時のＶ／Ａに
対する通気抵抗、軸トルクの変化を示す特性図である。
【図４】 同上実施形態にかかる成層燃焼時のＶ／Ａに
対するスワール強さ、燃料消費率の変化を示す特性図で
ある。
【図５】 同上実施形態にかかる絞り部最小断面積位置
に対する充填効率又は軸トルクの変化を示す特性図であ
る。
【図６】 同上実施形態にかかる交角に対する充填効率
又は軸トルクの変化を示す特性図である。
【符号の説明】
１ シリンダヘッド ２ 凹部（燃焼室） ３ 吸気ポート ４ 排気ポート ５ 吸気弁取付部 ６ 排気弁取付部 ７ 点火栓取付孔 ８ 燃料噴射弁取付孔 ９ 吸気管 10 スワール制御弁（スワール制御手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１Ａ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】１気筒につき少なくとも１つの吸気ポート
    が接続される直噴火花点火式内燃機関において、 機関の１気筒当たりの行程容積をＶ（ｃｍ3 ）とし、１
    気筒当たりの吸気ポートの吸気流れに対して略直角な方
    向の最小断面積をＡ（ｃｍ01）としたときに、 Ｖ／Ａ＝４５〜５５となるように構成されたことを特徴
    とする直噴火花点火式内燃機関。
  2. 【請求項２】前記吸気ポートのうちの少なくとも１つの
    吸気ポートに、吸気により生成されるシリンダ内スワー
    ルを強化するように動作するスワール制御手段を設けた
    ことを特徴とする請求項１に記載の直噴火花点火式内燃
    機関。
  3. 【請求項３】吸気流れに対して略直角な方向の断面積を
    小さくする絞り部を吸気ポートに設け、当該絞り部の断
    面積が、前記最小断面積となるようにしたことを特徴と
    する請求項１又は請求項２に記載の直噴火花点火式内燃
    機関。
  4. 【請求項４】シリンダヘッドの吸気ポートの略中央部に
    おいて、前記絞り部の断面積が前記最小断面積となるよ
    うに構成されたことを特徴とする請求項３に記載の直噴
    火花点火式内燃機関。
  5. 【請求項５】シリンダヘッド下面に対して吸気ポートの
    略直線部分の中心軸が、３０°〜５０°傾斜されて構成
    されたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１
    つに記載の直噴火花点火式内燃機関。
JP34876597A 1997-12-18 1997-12-18 直噴火花点火式内燃機関 Expired - Lifetime JP3733721B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34876597A JP3733721B2 (ja) 1997-12-18 1997-12-18 直噴火花点火式内燃機関
EP98124022A EP0924403B1 (en) 1997-12-18 1998-12-17 Direct-injection spark-ignition engine
DE69807640T DE69807640T2 (de) 1997-12-18 1998-12-17 Fremgezündete Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung
US09/215,253 US6065444A (en) 1997-12-18 1998-12-18 Direct-injection spark-ignition engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP34876597A JP3733721B2 (ja) 1997-12-18 1997-12-18 直噴火花点火式内燃機関

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11182329A true JPH11182329A (ja) 1999-07-06
JP3733721B2 JP3733721B2 (ja) 2006-01-11

Family

ID=18399219

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP34876597A Expired - Lifetime JP3733721B2 (ja) 1997-12-18 1997-12-18 直噴火花点火式内燃機関

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6065444A (ja)
EP (1) EP0924403B1 (ja)
JP (1) JP3733721B2 (ja)
DE (1) DE69807640T2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000077359A1 (fr) * 1999-06-11 2000-12-21 Hitachi, Ltd. Moteur a injection directe et procede de combustion destine audit moteur
KR100476193B1 (ko) * 2001-12-10 2005-03-16 현대자동차주식회사 엔진의 흡기포트 구조
US8113157B2 (en) 2008-09-01 2012-02-14 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Variable valve control apparatus

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE519767C2 (sv) * 1997-11-26 2003-04-08 Volvo Car Corp Förbränningssystem
JPH11182249A (ja) 1997-12-18 1999-07-06 Nissan Motor Co Ltd 直噴火花点火式内燃機関
JP3939864B2 (ja) * 1998-08-27 2007-07-04 ヤマハ発動機株式会社 筒内噴射式エンジン
AUPQ604000A0 (en) * 2000-03-03 2000-03-30 Orbital Engine Company (Australia) Proprietary Limited Internal combustion engines and control
JP4342481B2 (ja) * 2005-06-28 2009-10-14 トヨタ自動車株式会社 筒内噴射式火花点火内燃機関
JP5928934B2 (ja) * 2011-05-24 2016-06-01 ヤマハ発動機株式会社 ４サイクルエンジンおよび船外機
US9657633B2 (en) * 2012-04-25 2017-05-23 International Engine Intellectual Property Company, Llc. Swirl-inducing intake valve arrangement
JP2016041915A (ja) * 2014-08-18 2016-03-31 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
WO2017177992A1 (en) * 2016-04-13 2017-10-19 Alkoma Trade A.S. Charged internal combustion engine
US11143149B2 (en) * 2016-08-31 2021-10-12 Cummins Inc. Cobra head air intake ports
US11098681B2 (en) * 2016-08-31 2021-08-24 Cummins Inc. Cobra head air intake ports and intake manifolds
US10711708B2 (en) * 2017-08-25 2020-07-14 Mazda Motor Corporation Control device for engine
JP6680822B2 (ja) * 2018-03-30 2020-04-15 本田技研工業株式会社 鞍乗型車両用内燃機関の吸気構造
FR3087225B1 (fr) * 2018-10-16 2021-01-22 Renault Sas Systeme d'admission d'air equipe d'un moyen de limitation du debit d'air
CN109538368A (zh) * 2018-12-14 2019-03-29 力帆实业(集团)股份有限公司 进气道带挡圈的发动机气缸头
US11739681B2 (en) * 2021-09-07 2023-08-29 Southwest Research Institute Far square tumble flow engine
US11655777B2 (en) 2021-09-07 2023-05-23 Southwest Research Institute Parallel intake valve tumble flow engine

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62191622A (ja) 1986-02-19 1987-08-22 Toyota Motor Corp 筒内直接噴射式火花点火機関
JPH02169834A (ja) 1988-12-23 1990-06-29 Toyota Motor Corp 筒内直接噴射式火花点火機関
DE3940838C1 (ja) * 1989-12-11 1991-06-20 Dr.Ing.H.C. F. Porsche Ag, 7000 Stuttgart, De
US5115774A (en) * 1990-12-26 1992-05-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Internal combustion engine
KR950001338B1 (ko) * 1991-03-28 1995-02-17 미쯔비시지도오샤고오교오 가부시기가이샤 내연기관의 흡기포트구조
US5394845A (en) * 1991-10-15 1995-03-07 Mazda Motor Corporation Intake system for engine
JP3003339B2 (ja) * 1991-12-06 2000-01-24 トヨタ自動車株式会社 燃料噴射式内燃機関の吸気装置
JPH07119472A (ja) * 1993-10-19 1995-05-09 Fuji Heavy Ind Ltd エンジンの吸気装置
JP3517957B2 (ja) * 1994-06-10 2004-04-12 マツダ株式会社 エンジンの吸気ポート構造およびその設定方法
US5836284A (en) * 1995-05-15 1998-11-17 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Intake system construction for internal combustion engine and manufacturing process of intake passage section of internal combustion engine

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000077359A1 (fr) * 1999-06-11 2000-12-21 Hitachi, Ltd. Moteur a injection directe et procede de combustion destine audit moteur
US6659075B1 (en) 1999-06-11 2003-12-09 Hitachi, Ltd. Cylinder injection engine and method of combusting engine
KR100476193B1 (ko) * 2001-12-10 2005-03-16 현대자동차주식회사 엔진의 흡기포트 구조
US8113157B2 (en) 2008-09-01 2012-02-14 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Variable valve control apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
DE69807640T2 (de) 2003-01-02
EP0924403A1 (en) 1999-06-23
US6065444A (en) 2000-05-23
DE69807640D1 (de) 2002-10-10
JP3733721B2 (ja) 2006-01-11
EP0924403B1 (en) 2002-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH11182329A (ja) 直噴火花点火式内燃機関
JPH11200866A (ja) 筒内噴射式火花点火機関
JP4702249B2 (ja) 火花点火式直噴ガソリンエンジン
JP3840823B2 (ja) 筒内噴射式エンジン
JPH0979038A (ja) 筒内噴射型内燃機関及び筒内噴射型内燃機関用ピストン
JPH10317975A (ja) 筒内直接噴射式火花点火機関
JPH11182330A (ja) 直噴火花点火式内燃機関
JP3956503B2 (ja) 筒内噴射式火花点火機関
US7325525B2 (en) Piston for internal combustion engine
JP3612874B2 (ja) 筒内噴射型エンジン
JP2000130171A (ja) 直噴火花点火式内燃機関
EP1088972B1 (en) In-cylinder direct-injection spark-ignition engine
JPH1136959A (ja) 火花点火式筒内噴射型内燃機関
JPH11324679A (ja) 筒内噴射式火花点火機関
JP2501556Y2 (ja) 内燃機関の吸気装置
US6378488B1 (en) Direct injection spark ignition engine
JP3146936B2 (ja) 筒内噴射型内燃機関
JPH06147022A (ja) 筒内噴射型内燃機関
JPH10299497A (ja) エンジンの吸気装置
JP3500942B2 (ja) 筒内噴射式火花点火機関
JP4291423B2 (ja) 筒内燃料噴射式内燃機関
JP2003090249A (ja) 火花点火式直噴内燃機関
JP3804315B2 (ja) 筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射弁
JP2002364371A (ja) 火花点火式直噴エンジンの制御装置
JP3800727B2 (ja) 筒内燃料噴射式内燃機関

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050314

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050329

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050527

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050719

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050816

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20050829

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20050927

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20051010

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091028

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091028

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101028

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111028

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121028

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121028

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131028

Year of fee payment: 8

EXPY Cancellation because of completion of term