JPH1122469A - 筒内噴射式火花点火機関 - Google Patents

筒内噴射式火花点火機関

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JPH1122469A
JPH1122469A JP9176775A JP17677597A JPH1122469A JP H1122469 A JPH1122469 A JP H1122469A JP 9176775 A JP9176775 A JP 9176775A JP 17677597 A JP17677597 A JP 17677597A JP H1122469 A JPH1122469 A JP H1122469A
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JP
Japan
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piston
fuel
cavity
cylinder head
wall surface
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Pending
Application number
JP9176775A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshihiro Sukegawa
義寛 助川
Yusuke Kihara
裕介 木原
Ryuhei Kawabe
隆平 川部
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH1122469A publication Critical patent/JPH1122469A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/12Other methods of operation
    • F02B2075/125Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】エンジンの回転数が高い場合でも、燃料が希薄
な混合気に安定に着火できる筒内直接噴射式火花点火機
関を提供する。 【解決手段】ピストンの円周部に凹溝5と凹溝5と連通
したキャビティ6を設ける。凹溝5の直上のシリンダヘ
ッド内壁面に凸部14を設ける。シリンダヘッド内壁面
周縁部に燃料噴射弁1,シリンダヘッド内壁面の中央に
点火プラグ3を設ける。キャビティ6の側面6aを点火
プラグ3の下方に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は気筒内に直接燃料を
供給する火花点火機関に関し、特に機関高速運転時の着
火性を改善する筒内噴射式火花点火機関に関する。
【0002】
【従来の技術】火花点火式内燃機関では燃費の向上や排
気ガスの低公害化を目的として、シリンダ内に直接燃料
を噴射する筒内噴射方式が注目されている。図5,図6
に代表的な筒内噴射機関の構成図を示す。この方式では
点火プラグ3は通常のシリンダヘッド12aの内壁面中
央に配置し、ピストン11の頂部には浅皿形状のキャビ
ティ6を設ける。キャビティ6は、通常のピストン11
の吸気ポート7側に偏って設置され、キャビティ6aの
側面位置は、点火プラグ3の下方に設置される。燃料噴
射弁1はシリンダヘッド12aの周縁部に設置される。
運転者が希薄燃焼を要求した場合には、圧縮行程の後半
で燃料噴射弁1より数+μm程度に微粒化したガソリン
をキャビティ6内へ向かって噴射する。燃料噴霧4と燃
焼室16内の空気との間に働く摩擦力により、キャビテ
ィ6の底面近傍から点火プラグ3の方向へ向かう空気の
流れTFが生じる。この空気の流れによって、キャビテ
ィ6内で燃料噴霧4の蒸発により生成された燃料蒸気2
が、キャビティ6から点火プラグ3の電極周りに輸送さ
れる。これによって、点火プラグ3の電極周りには、比
較的燃料濃度の高い混合気が形成され、混合気へ確実に
点火することができる。このような方式の筒内噴射式火
花点火機関は例えば特開平3−160452 号公報に記載され
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、燃費を向上
するにはできるだけ広範囲のエンジン回転数で希薄燃焼
を行う必要がある。前述した筒内噴射機関では、圧縮行
程の後半で燃料を噴射エンジンの回転数が上がると、燃
料の噴射開始から点火までの時間間隔が短くなる。この
ため、点火時期において点火プラグ周りに燃料蒸気を到
達させるには、燃料噴射時期を早くするか、噴射弁から
噴霧される燃料の初速度を上げてキャビティから点火プ
ラグ方向へ上昇する空気の速度を早める必要がある。し
かし、燃料噴射時期を早めると、燃料液滴がキャビティ
外部に大量にはみ出して、未燃の炭化水素として排出さ
れたり、燃料蒸気の拡散により、空燃比を上げることが
できないなどの問題がある。また、燃料噴霧の初速度を
上げるには高圧の燃料ポンプが必要になるため、コスト
がかかるなどの問題がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の課題を克服するた
めに本発明では、ピストンの円周部に凹溝と、この凹溝
と連通したキャビティを設ける。凹溝の直上のシリンダ
ヘッドには、凹溝とはめあいとなる凸部を設ける。シリ
ンダヘッド内壁面周縁部に、燃料噴射弁を設け、シリン
ダヘッド内壁面の中央に点火プラグを設ける。キャビテ
ィの燃焼室中央側の側面を点火プラグの下方に配置す
る。圧縮行程の後半で、キャビティに向けて燃料噴射弁
により微粒化した燃料を噴射する。噴射された燃料はキ
ャビティの表面近傍で蒸発し蒸気が生成される。圧縮行
程が進みピストンがシリンダヘッドに近づくと、ピスト
ン円周部の凹溝と凹溝上部のシリンダヘッドの凸部によ
ってピストン周縁部に空気流路が形成される。
【0005】この空気流路の断面積はピストンの上昇に
伴い狭くなるため、流路内部の空気はこの流路と連通し
たキャビティ内へ吹き出す。この吹き出した空気によっ
てキャビティ表面近傍に生成された蒸気がキャビティの
側面に沿って点火プラグの方向へ輸送され、点火プラグ
周りに燃料濃度の高い混合気を生成することができる。
ピストン円周の流路からキャビティへ吹き出す空気流の
速度はエンジンの回転速度に比例して速くなるため、エ
ンジン回転数が高い場合でも、低速時と同様に点火時期
に間に合うように燃料蒸気を点火プラグへ輸送すること
ができる。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
例を説明する。図1は本発明による筒内噴射式火花点火
機関のシリンダを側面から見た縦断面図、図2は同シリ
ンダをシリンダヘッド側から見た横断面図である。また
図3はシリンダ内のピストンの模式図である。図1と図
2において、シリンダヘッド12aとシリンダブロック
12bからなるシリンダにはピストン11が挿入され、
燃焼室16が形成されている。吸気ポート7と排気ポー
ト8は燃焼室16に連通している。吸気ポート7には吸
気弁9が開閉可能に設置されている。同様に排気ポート
8には排気弁10が開閉可能に設置されている。燃焼室
16の内壁面上部中心には点火プラグ3が設置されてい
る。ピストン11の吸気ポート7側には、キャビティ6
が設けられている。キャビティの側面6aは点火プラグ
3の概ね下方に位置している。
【0007】燃料噴射弁1はシリンダヘッド12aの内
壁面周縁部の吸気ポート7側に設置されている。燃料噴
射弁1は平均粒径数十μm程度に微粒化した燃料を燃焼
室16内に円錐状に噴射するものであって、圧縮行程の
後半に設定された所定のクランク角度においてピストン
11の表面に設けられたキャビティ6内に燃料が供給さ
れるよう燃料の噴射方向が決められている。ピストン1
1の上面円周部には全周に渡って凹溝5が設けられてい
る。また、凹溝5の直上のシリンダヘッド12aの内壁
面は、ピストン11が上死点にあるときに、凹溝5とは
めあいになるように凸部14が形成されている。この凸
部14の高さは、ピストン11が上死点にあるときに、
凹溝5の底面と凸部14との間に微小な隙間が生じるよ
うに決められている。また、図3に示すように、円周部
の凹溝5はキャビティ6と連通しており、キャビティ6
の底面高さは円周部の凹溝5の底面高さと同一になって
いる。
【0008】本実施例において希薄燃焼運転時の動作を
説明する。吸気弁9と排気弁10が閉じ、ピストン11
が上死点位置にある状態から、吸気弁9が開くとともに
ピストン11が下死点に向けて下降する。これに伴い、
吸気ポート7から燃焼室16内へ新気が導入される。ピ
ストン11が下死点を過ぎると吸気弁9が閉じ、新気の
導入が停止するとともに、燃焼室16内の空気が圧縮さ
れる。圧縮行程後半に、微粒化した燃料が燃料噴射弁3
によって燃焼室16内へ噴射される。このときの燃料噴
射量は吸入した空気の質量の1/20〜1/50となる
よう、燃料制御手段(図示せず)によって制御される。
噴射された燃料噴霧4はキャビティ6の内部で気化し、
キャビティ4の表面近傍に燃料蒸気2が生成される。
【0009】一方、ピストン11が上昇するとピストン
11の周縁部の凹溝5の底面と側面及びシリンダヘッド
凸部14の表面,シリンダブロック12bの内壁面で囲
まれた流路5aがピストン11の周縁に形成される。こ
の流路5aは、ピストン11の周縁部を1周し、キャビ
ティ6へ連通している。さらにピストン11が上昇する
と流路5aの断面積が減少するため、流路5a内で圧縮
された空気が流路5a内を流れキャビティ6内へ空気流
SF2となって吹き出してくる。空気流SF2はキャビ
ティ6の底面近傍を吸気ポート7側から燃焼室16の中
心へ向かう流れとなるため、キャビティ6の底面近傍に
生成した燃料蒸気2がこの空気流SF2によって燃焼室
16の中心方向へ押し流される。燃料蒸気2はキャビテ
ィ6の側面に到達すると、キャビティ側面6aに沿って
上方に持ち上げられ、上部に設置された点火プラグ3の
電極周りに到達する。点火プラグ3の電極周りに燃料蒸
気2が到達した直後に点火制御手段(図示せず)によっ
て点火プラグ3の電極にスパークを発生させることによ
り、燃料が希薄な運転条件においても混合気に安定に着
火することができる。
【0010】なお、図4で示すように、ピストン周縁の
凹溝の底面にさらに凹溝17bを設け、シリンダヘッド
の凸部14に凹溝17bとはめあいになるように凸部1
7aを設けることも考えられる。このような構成にする
ことによって、ピストン周縁の流路からキャビティへ吹
き出す空気流SF2をより強くすることができる。
【0011】
【発明の効果】図7に本発明と従来法による、燃料希薄
条件で運転した場合の点火時期における点火プラグ周り
の燃空比のエンジン回転数に対する変化を示す。従来法
では燃料蒸気を点火プラグ近傍へ輸送するための空気流
動は燃料噴霧が空気中を貫通するときの摩擦力によって
のみ生成されるため、その速度はエンジンの回転数に関
わらずほぼ一定となる。このため、エンジン回転数が高
速になり燃料噴射開始から点火時期までの時間間隔が短
くなると、点火時期までに点火プラグ近傍まで燃料蒸気
を運ぶことができなくなり、点火プラグ周りの混合気濃
度が低くなる。これにより、回転数が上がると混合気へ
の着火が困難となる。
【0012】一方、本発明によれば、燃料蒸気は燃料噴
霧の貫通力によって生じた空気流動に加え、シリンダヘ
ッドとピストン円周部の間で圧縮されることによって生
じる空気流動で点火プラグ近傍へ輸送される。このうち
後者の空気流動はピストンの上昇速度、すなわちエンジ
ン回転数に比例して速くなるため、エンジン回転数が上
がると、燃料蒸気の点火プラグ近傍への到達時間を短く
できる。従って、従来法に比べより高回転側で、点火プ
ラグ周りに着火可能な濃度の混合気を生成することがで
きる。これによって、幅広いエンジン回転数に渡って燃
料希薄燃焼が可能となり、燃費が向上すると共に、排ガ
ス中の炭酸ガス,窒素酸化物,未燃炭化水素などの有害
物質の量を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す筒内噴射式火花点火機
関の縦断面図。
【図2】本発明の一実施例を示す筒内噴射式火花点火機
関の横断面図。
【図3】本発明の一実施例を示す筒内噴射式火花点火機
関のピストン形状の模式図。
【図4】ピストン周縁部の空気流路を生成するための構
造を示す図。
【図5】従来法による筒内噴射式火花点火機関の縦断面
図。
【図6】従来法による筒内噴射式火花点火機関の縦断面
図。
【図7】本発明と従来法による点火プラグ周りの燃空比
の比較を示す特性図。
【符号の説明】
1…燃料噴射弁、2…燃料蒸気、3…点火プラグ、4…
燃料噴霧、5…凹溝、5a…ピストン周縁部の空気流
路、6…キャビティ、7…吸気ポート、8…排気ポー
ト、9…吸気バルブ、10…排気バルブ、11…ピスト
ン、12a…シリンダヘッド、12b…シリンダブロッ
ク、13…ピストンリング、14…凸部、15…コンロ
ッド、16…燃焼室、SF1…凹溝内の空気流、SF
2,TF…空気流。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02F 3/28 F02F 3/28 B

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリンダヘッド内壁面の中心部に点火プラ
    グを配置し、シリンダヘッド内壁面の周縁部に燃料噴射
    弁を配置し、前記燃料噴射弁の対面部のピストン表面に
    周縁の一部が点火プラグの下方に位置する浅皿状のキャ
    ビティを形成し、ピストンの周縁部に前記キャビティと
    連通した凹溝を形成し、ピストンが上死点位置にあると
    きに前記凹溝の底面と凹溝の直上のシリンダヘッド内壁
    面とに微小な隙間が生じるように凹溝の直上のシリンダ
    ヘッド内壁面に凸部を設けたことを特徴とする筒内噴射
    式火花点火機関。
JP9176775A 1997-07-02 1997-07-02 筒内噴射式火花点火機関 Pending JPH1122469A (ja)

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