JPH11336551A - 筒内噴射エンジン用ピストン及びこのピストンを使用した筒内噴射エンジン - Google Patents
筒内噴射エンジン用ピストン及びこのピストンを使用した筒内噴射エンジンInfo
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- JPH11336551A JPH11336551A JP11075535A JP7553599A JPH11336551A JP H11336551 A JPH11336551 A JP H11336551A JP 11075535 A JP11075535 A JP 11075535A JP 7553599 A JP7553599 A JP 7553599A JP H11336551 A JPH11336551 A JP H11336551A
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- 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
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- 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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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 微粒化の良い広い噴霧角を使いながらも成層
化を図り、点火プラグへの移送性が良好で、且つ、空気
との混合を十分に行え、スモーク，ＨＣの発生を抑制で
きるピストン及び筒内噴射エンジンを提供する。 【解決手段】 燃料を燃焼室に燃料噴射装置３１から直
接噴射して燃焼させる筒内噴射エンジンに用いられるピ
ストン２３において、頂部３６に、平面視で鶏卵形状を
呈する凹所であるキャビティ３９を形成し、当該キャビ
ティ３９の鶏卵形状の細り方の先端部３９ａ側を、ピス
トン上面部の中央部に位置させ、当該鶏卵形状の太い方
の基端部３９ｂ側を、前記燃料噴射装置３１の噴射口３
１ａ近傍に配置し、燃料を基端部３９ｂ側から先端部３
９ａ側に向けて噴射するようにした。
化を図り、点火プラグへの移送性が良好で、且つ、空気
との混合を十分に行え、スモーク，ＨＣの発生を抑制で
きるピストン及び筒内噴射エンジンを提供する。 【解決手段】 燃料を燃焼室に燃料噴射装置３１から直
接噴射して燃焼させる筒内噴射エンジンに用いられるピ
ストン２３において、頂部３６に、平面視で鶏卵形状を
呈する凹所であるキャビティ３９を形成し、当該キャビ
ティ３９の鶏卵形状の細り方の先端部３９ａ側を、ピス
トン上面部の中央部に位置させ、当該鶏卵形状の太い方
の基端部３９ｂ側を、前記燃料噴射装置３１の噴射口３
１ａ近傍に配置し、燃料を基端部３９ｂ側から先端部３
９ａ側に向けて噴射するようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料を燃焼室に
燃料噴射装置から直接噴射して燃焼させる筒内噴射エン
ジンに用いられるピストン及びこのピストンを使用した
筒内噴射エンジンに関するものである。
燃料噴射装置から直接噴射して燃焼させる筒内噴射エン
ジンに用いられるピストン及びこのピストンを使用した
筒内噴射エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種のものとしては、例えば図１２及
び図１３に示すようなものがある。図１２，図１３の
（ａ）は筒内噴射エンジンのピストン１の平面図、図１
２，図１３の（ｂ）はピストン１の断面図で、これらの
図に示すように、ピストン１の頂部２には、凹所である
キャビティ３が形成されている。
び図１３に示すようなものがある。図１２，図１３の
（ａ）は筒内噴射エンジンのピストン１の平面図、図１
２，図１３の（ｂ）はピストン１の断面図で、これらの
図に示すように、ピストン１の頂部２には、凹所である
キャビティ３が形成されている。
【０００３】そして、筒内噴射エンジンの圧縮行程にお
いて、燃料噴射装置４から燃料を、キャビティ３の図中
右側端部（基端部３ａ）から斜めに底面３ｂに向けて直
接噴射する。これにより、噴霧Ｇがキャビティ３の先端
部３ｃの縦壁部３ｄにて上方に持ち上げられ、この燃料
が点火プラグ５にて着火されて燃焼される。
いて、燃料噴射装置４から燃料を、キャビティ３の図中
右側端部（基端部３ａ）から斜めに底面３ｂに向けて直
接噴射する。これにより、噴霧Ｇがキャビティ３の先端
部３ｃの縦壁部３ｄにて上方に持ち上げられ、この燃料
が点火プラグ５にて着火されて燃焼される。
【０００４】このようにキャビティ３を設けて、ここに
燃料を噴射することで、空気との混合性を向上させると
共に、上方に持ち上げて着火性を確保するようにしてい
る。
燃料を噴射することで、空気との混合性を向上させると
共に、上方に持ち上げて着火性を確保するようにしてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のものにあっては、図１２に示すように、噴霧
Ｇの噴射角度α１が大きいと、空気との混合は良好で、
ＨＣ，スモークの発生は低く抑えられるが、キャビティ
先端部３ｃで噴霧Ｇが分散し、成層化が得られず、又、
貫徹力も弱く、点火プラグ５への移送も不十分となり、
点火プラグ５の突出し量Ｌ１を大きくして対処せざるを
得ない。その場合、均一混合気の全開出力時には、点火
プラグ５の過度の温度上昇によるプレイグニッションが
発生する。
うな従来のものにあっては、図１２に示すように、噴霧
Ｇの噴射角度α１が大きいと、空気との混合は良好で、
ＨＣ，スモークの発生は低く抑えられるが、キャビティ
先端部３ｃで噴霧Ｇが分散し、成層化が得られず、又、
貫徹力も弱く、点火プラグ５への移送も不十分となり、
点火プラグ５の突出し量Ｌ１を大きくして対処せざるを
得ない。その場合、均一混合気の全開出力時には、点火
プラグ５の過度の温度上昇によるプレイグニッションが
発生する。
【０００６】一方、図１３に示すように、噴射角度α２
が狭い噴霧Ｇで、成層化を図ろうとすると、点火プラグ
５への噴霧Ｇの移送は十分で、点火プラグ５の突出し量
Ｌ２は小さく抑えられるが、空気との混合が不十分で、
スモーク，ＨＣが発生し易くなる、という問題がある。
が狭い噴霧Ｇで、成層化を図ろうとすると、点火プラグ
５への噴霧Ｇの移送は十分で、点火プラグ５の突出し量
Ｌ２は小さく抑えられるが、空気との混合が不十分で、
スモーク，ＨＣが発生し易くなる、という問題がある。
【０００７】また、混合気を上方に持ち上げるようにし
ているが、点火プラグ５は、中心電極４２ａの下側に側
方電極５ｂが回り込むように構成されているため、この
側方電極５ｂに遮られてしまっていた。
ているが、点火プラグ５は、中心電極４２ａの下側に側
方電極５ｂが回り込むように構成されているため、この
側方電極５ｂに遮られてしまっていた。
【０００８】そこで、この発明は、微粒化の良い広い噴
霧角を使いながらも成層化を図り、点火プラグへの移送
性が良好で、且つ、空気との混合を十分に行え、スモー
ク，ＨＣの発生を抑制できるピストン及び筒内噴射エン
ジンを提供することを課題としている。
霧角を使いながらも成層化を図り、点火プラグへの移送
性が良好で、且つ、空気との混合を十分に行え、スモー
ク，ＨＣの発生を抑制できるピストン及び筒内噴射エン
ジンを提供することを課題としている。
【０００９】また、他の課題は、側方電極に遮られるこ
となく、より着火性を向上させることができる筒内噴射
エンジンを提供することにある。
となく、より着火性を向上させることができる筒内噴射
エンジンを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】かかる課題を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、燃料を燃焼室に燃料噴
射装置から直接噴射して燃焼させる筒内噴射エンジンに
用いられるピストンにおいて、頂部に、平面視で鶏卵形
状を呈する凹所であるキャビティを形成し、当該キャビ
ティの鶏卵形状の細い方の先端部側を、ピストン上面部
の中央部に配置させ、当該鶏卵形状の太い方の基端部側
を、前記燃料噴射装置の噴射口近傍に配置し、燃料が前
記基端部側から先端部側に向けて噴射するようにした筒
内噴射エンジン用ピストンとしたことを特徴とする。
めに、請求項１に記載の発明は、燃料を燃焼室に燃料噴
射装置から直接噴射して燃焼させる筒内噴射エンジンに
用いられるピストンにおいて、頂部に、平面視で鶏卵形
状を呈する凹所であるキャビティを形成し、当該キャビ
ティの鶏卵形状の細い方の先端部側を、ピストン上面部
の中央部に配置させ、当該鶏卵形状の太い方の基端部側
を、前記燃料噴射装置の噴射口近傍に配置し、燃料が前
記基端部側から先端部側に向けて噴射するようにした筒
内噴射エンジン用ピストンとしたことを特徴とする。
【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
構成に加え、前記キャビティの底面は、先端部側が高く
なるように傾斜していることを特徴とする。
構成に加え、前記キャビティの底面は、先端部側が高く
なるように傾斜していることを特徴とする。
【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
記載の構成に加え、前記キャビティの先端部側の縦壁
は、鉛直又は鉛直より前方に倒れて上方に向かうに従っ
て開くように形成されると共に、該縦壁と前記底面との
間のＲ形状部の曲率半径より、前記底面と側壁とのＲ形
状部の曲率半径を小さくしたことを特徴とする。
記載の構成に加え、前記キャビティの先端部側の縦壁
は、鉛直又は鉛直より前方に倒れて上方に向かうに従っ
て開くように形成されると共に、該縦壁と前記底面との
間のＲ形状部の曲率半径より、前記底面と側壁とのＲ形
状部の曲率半径を小さくしたことを特徴とする。
【００１３】請求項４に記載の発明は、シリンダブロッ
クにシリンダヘッドが取り付けられ、前記シリンダブロ
ックに請求項１乃至３の何れか一つに記載のピストンが
配設されると共に、前記シリンダヘッドに点火プラグが
配設された筒内噴射エンジンとしたことを特徴とする。
クにシリンダヘッドが取り付けられ、前記シリンダブロ
ックに請求項１乃至３の何れか一つに記載のピストンが
配設されると共に、前記シリンダヘッドに点火プラグが
配設された筒内噴射エンジンとしたことを特徴とする。
【００１４】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の構成に加え、前記シリンダブロックとシリンダヘッド
との合い面から燃焼室最高位置までの略半分の高さより
上側に前記点火プラグの先端部が位置していることを特
徴とする。
の構成に加え、前記シリンダブロックとシリンダヘッド
との合い面から燃焼室最高位置までの略半分の高さより
上側に前記点火プラグの先端部が位置していることを特
徴とする。
【００１５】請求項６に記載の発明は、請求項４又は５
に記載の構成に加え、前記燃料噴射装置側に吸気ポート
を配置し、該吸気ポートの吸気口から前記燃焼室内に流
入する空気が、前記ピストンキャビティの先端部を左
側、基端部を右側として燃焼室内を見た場合に、反時計
回りのタンブルを生じるように構成したことを特徴とす
る。
に記載の構成に加え、前記燃料噴射装置側に吸気ポート
を配置し、該吸気ポートの吸気口から前記燃焼室内に流
入する空気が、前記ピストンキャビティの先端部を左
側、基端部を右側として燃焼室内を見た場合に、反時計
回りのタンブルを生じるように構成したことを特徴とす
る。
【００１６】請求項７に記載の発明は、請求項４乃至６
の何れか一つに記載の構成に加え、前記ピストンの頂部
には、中央部が上方に突出するような凸部が形成され、
該凸部の傾斜面と前記燃焼室天井面との間に、スキッシ
ュエリアが設けられたことを特徴とする。
の何れか一つに記載の構成に加え、前記ピストンの頂部
には、中央部が上方に突出するような凸部が形成され、
該凸部の傾斜面と前記燃焼室天井面との間に、スキッシ
ュエリアが設けられたことを特徴とする。
【００１７】請求項８に記載の発明は、請求項４乃至７
の何れか一つに記載の構成に加え、前記点火プラグは、
中心電極が前記キャビティ先端部の上方に位置し、該中
心電極の側方に、側方電極の先端部が対向して位置して
いることを特徴とする。
の何れか一つに記載の構成に加え、前記点火プラグは、
中心電極が前記キャビティ先端部の上方に位置し、該中
心電極の側方に、側方電極の先端部が対向して位置して
いることを特徴とする。
【００１８】請求項９に記載の発明は、燃料を燃焼室に
燃料噴射装置から直接噴射して燃焼させる筒内噴射エン
ジンにおいて、ピストンの頂部には、略中央部において
混合気を上昇させる凹所であるキャビティが形成される
一方、該混合気が上昇される位置に点火プラグの中心電
極を配置し、該点火プラグの側方電極の先端部を前記中
心電極の側方に対向して位置させた筒内噴射エンジンと
したことを特徴とする。
燃料噴射装置から直接噴射して燃焼させる筒内噴射エン
ジンにおいて、ピストンの頂部には、略中央部において
混合気を上昇させる凹所であるキャビティが形成される
一方、該混合気が上昇される位置に点火プラグの中心電
極を配置し、該点火プラグの側方電極の先端部を前記中
心電極の側方に対向して位置させた筒内噴射エンジンと
したことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。
いて説明する。
【００２０】［発明の実施の形態１］
【００２１】図１乃至図５には、この発明の実施の形態
１を示す。
１を示す。
【００２２】まず構成を説明すると、図１中符号２１は
シリンダブロックで、このシリンダブロック２１の上側
には、シリンダヘッド２２が配設される一方、そのシリ
ンダブロック２１にはピストン２３が上下動自在に配設
されている。
シリンダブロックで、このシリンダブロック２１の上側
には、シリンダヘッド２２が配設される一方、そのシリ
ンダブロック２１にはピストン２３が上下動自在に配設
されている。
【００２３】また、シリンダヘッド２２には、図１，図
２等に示すように、２つづつの吸気ポート２４及び排気
ポート２５をそれぞれ開閉する吸気バルブ２６及び排気
バルブ２７が配設されている。これら、吸気バルブ２６
及び排気バルブ２７は吸気側カムシャフト２８及び排気
側カムシャフト２９により所定のタイミングで開閉され
るようになっている。
２等に示すように、２つづつの吸気ポート２４及び排気
ポート２５をそれぞれ開閉する吸気バルブ２６及び排気
バルブ２７が配設されている。これら、吸気バルブ２６
及び排気バルブ２７は吸気側カムシャフト２８及び排気
側カムシャフト２９により所定のタイミングで開閉され
るようになっている。
【００２４】さらに、そのシリンダヘッド２２には、燃
料噴射装置３１及び点火プラグ３２が配設され、その燃
料噴射装置３１の噴射口３１ａ及び点火プラグ３２の先
端部３２ａが燃焼室３３に臨んでいる。その燃料噴射装
置３１は、吸気ポート２４の下側近傍で、斜めに配置さ
れる一方、点火プラグ３２は、燃焼室３３の平面視にお
いて中央で、燃焼室３３の最高位置に上下方向に沿って
配置されている。この点火プラグ３２の先端部３２ａの
位置は、シリンダブロック２１とシリンダヘッド２２と
の合い面Ｐから燃焼室３３の最高位置Ｍまでの略半分の
高さより上側に位置している。この実施の形態では、図
２中、最高位置Ｍから５ｍｍ下方に突出している。
料噴射装置３１及び点火プラグ３２が配設され、その燃
料噴射装置３１の噴射口３１ａ及び点火プラグ３２の先
端部３２ａが燃焼室３３に臨んでいる。その燃料噴射装
置３１は、吸気ポート２４の下側近傍で、斜めに配置さ
れる一方、点火プラグ３２は、燃焼室３３の平面視にお
いて中央で、燃焼室３３の最高位置に上下方向に沿って
配置されている。この点火プラグ３２の先端部３２ａの
位置は、シリンダブロック２１とシリンダヘッド２２と
の合い面Ｐから燃焼室３３の最高位置Ｍまでの略半分の
高さより上側に位置している。この実施の形態では、図
２中、最高位置Ｍから５ｍｍ下方に突出している。
【００２５】一方、前記ピストン２３の頂部３６の形状
は、以下のように形成されている。
は、以下のように形成されている。
【００２６】すなわち、周囲に平面部３７が形成され、
この平面部３７の内側に、上方に突出する凸部３８及び
凹所形状であるキャビティ３９が形成されている。
この平面部３７の内側に、上方に突出する凸部３８及び
凹所形状であるキャビティ３９が形成されている。
【００２７】その凸部３８は、天面３８ａが平面形状に
形成されると共に、その天面３８ａまで至る傾斜面３８
ｂが形成されている。
形成されると共に、その天面３８ａまで至る傾斜面３８
ｂが形成されている。
【００２８】また、前記キャビティ３９は、平面視で鶏
卵形状を呈しており、当該鶏卵形状の細い方の先端部３
９ａが、ピストン２３頂面部の中央部（点火プラグ３２
の下方）に配置され、又、当該鶏卵形状の太い方の基端
部３９ｂが、前記燃料噴射装置３１の噴射口３１ａ近傍
に配置されている。さらに、このキャビティ３９の底面
３９ｃは、図４の（ｂ）等に示すように、先端部３９ａ
側が高くなるように傾斜して形成され、ここでは角度α
°（５°〜７°）に設定されている。さらにまた、先端
部３９ａ側の底面３９ｃから縦壁３９ｄに渡るＲ形状部
３９ｅは、ここでは曲率半径Ｒが１３ｍｍに設定されて
いる。
卵形状を呈しており、当該鶏卵形状の細い方の先端部３
９ａが、ピストン２３頂面部の中央部（点火プラグ３２
の下方）に配置され、又、当該鶏卵形状の太い方の基端
部３９ｂが、前記燃料噴射装置３１の噴射口３１ａ近傍
に配置されている。さらに、このキャビティ３９の底面
３９ｃは、図４の（ｂ）等に示すように、先端部３９ａ
側が高くなるように傾斜して形成され、ここでは角度α
°（５°〜７°）に設定されている。さらにまた、先端
部３９ａ側の底面３９ｃから縦壁３９ｄに渡るＲ形状部
３９ｅは、ここでは曲率半径Ｒが１３ｍｍに設定されて
いる。
【００２９】なお、前記キャビティ底面３９ｃの傾斜角
度とそのＲ形状部３９ｅの曲率半径Ｒとの関係は、その
傾斜角度が０°の場合、つまり傾斜していない場合に
は、曲率半径Ｒが１５ｍｍ乃至３０ｍｍに設定されてお
り、又、底面３９ｃが傾斜している場合には、曲率半径
Ｒが８ｍｍ乃至１５ｍｍに設定するのが良い。
度とそのＲ形状部３９ｅの曲率半径Ｒとの関係は、その
傾斜角度が０°の場合、つまり傾斜していない場合に
は、曲率半径Ｒが１５ｍｍ乃至３０ｍｍに設定されてお
り、又、底面３９ｃが傾斜している場合には、曲率半径
Ｒが８ｍｍ乃至１５ｍｍに設定するのが良い。
【００３０】また、図４の（ｃ）に示すように、キャビ
ティ底面３９ｃと側壁３９ｆとの間のＲ形状部３９ｇ
は、ここでは８ｍｍ乃至１０ｍｍに設定されており、前
記Ｒ形状部３９ｅより小さく形成されている。勿論、両
者を同じに形成することもできる。この場合には、一つ
の工具で両Ｒ形状部３９ｇ，３９ｅを連続して形成でき
る。
ティ底面３９ｃと側壁３９ｆとの間のＲ形状部３９ｇ
は、ここでは８ｍｍ乃至１０ｍｍに設定されており、前
記Ｒ形状部３９ｅより小さく形成されている。勿論、両
者を同じに形成することもできる。この場合には、一つ
の工具で両Ｒ形状部３９ｇ，３９ｅを連続して形成でき
る。
【００３１】次に、作用について説明する。
【００３２】エンジンの圧縮行程において、ピストン２
３が、図２中実線で示す位置に達した時に、燃料噴射装
置３１の噴射口３１ａから燃料が、図４の（ａ）中、噴
射角度θが６０°〜８０°の範囲で噴射されると、この
噴霧の形に対してキャビティ３９の基端部３９ｂ側の幅
Ｈが広くなっているため、図４の（ａ）中矢印Ａに示す
ように、その基端部３９ｂ側に筒内スワール流による空
気が入り噴霧Ｇに空気が混入し易いと共に、前記のよう
に噴射角度θがある程度大きいため、この点でも空気が
混入し易い。
３が、図２中実線で示す位置に達した時に、燃料噴射装
置３１の噴射口３１ａから燃料が、図４の（ａ）中、噴
射角度θが６０°〜８０°の範囲で噴射されると、この
噴霧の形に対してキャビティ３９の基端部３９ｂ側の幅
Ｈが広くなっているため、図４の（ａ）中矢印Ａに示す
ように、その基端部３９ｂ側に筒内スワール流による空
気が入り噴霧Ｇに空気が混入し易いと共に、前記のよう
に噴射角度θがある程度大きいため、この点でも空気が
混入し易い。
【００３３】そして、その噴霧Ｇは、キャビティ３９の
底面３９ｃに当たり、この底面３９ｃにて先端部３９ａ
側に向けて案内されると共に、前記のように片側から流
入する筒内スワール流により側壁３９ｆに押し付けられ
ながら、この側壁３９ｆにて先端部３９ａ側に向けて案
内される。この側壁３９ｆは、従来の図６の（ｂ）等に
示すものより高いと同時に、Ｒ形状部３９ｇの曲率半径
Ｒが小さいため、噴霧Ｇの横漏れを防止することができ
る。
底面３９ｃに当たり、この底面３９ｃにて先端部３９ａ
側に向けて案内されると共に、前記のように片側から流
入する筒内スワール流により側壁３９ｆに押し付けられ
ながら、この側壁３９ｆにて先端部３９ａ側に向けて案
内される。この側壁３９ｆは、従来の図６の（ｂ）等に
示すものより高いと同時に、Ｒ形状部３９ｇの曲率半径
Ｒが小さいため、噴霧Ｇの横漏れを防止することができ
る。
【００３４】次いで、この噴霧Ｇは、キャビティ先端部
３９ａのＲ形状部３９ｅ及び縦壁３９ｄに案内されて噴
霧Ｇが上方に持ち上がる。この場合には、底面３９ｃを
スロープ形状とすることにより、噴霧Ｇを持ち上げ易
く、又、Ｒ形状部３９ｅを大きくすることにより、この
部分での噴霧Ｇの溜まりを抑制できる。
３９ａのＲ形状部３９ｅ及び縦壁３９ｄに案内されて噴
霧Ｇが上方に持ち上がる。この場合には、底面３９ｃを
スロープ形状とすることにより、噴霧Ｇを持ち上げ易
く、又、Ｒ形状部３９ｅを大きくすることにより、この
部分での噴霧Ｇの溜まりを抑制できる。
【００３５】そして、図５の（ａ），（ｂ）に示すよう
に、鶏卵形状の細い方の先端部３９ａにて、噴霧Ｇの一
旦広がった前方部が狭められて集中されることにより、
成層化が図られ、点火プラグ３２へと移送される。
に、鶏卵形状の細い方の先端部３９ａにて、噴霧Ｇの一
旦広がった前方部が狭められて集中されることにより、
成層化が図られ、点火プラグ３２へと移送される。
【００３６】なお、図２中、二点鎖線に示すピストン２
３の位置が上死点である。
３の位置が上死点である。
【００３７】このようにすれば、燃料と空気と混合が十
分に行われることにより、スモークの発生を抑制できる
と同時に、成層化が図られて点火プラグ３２への移送が
良好に行われることにより燃焼が安定する。
分に行われることにより、スモークの発生を抑制できる
と同時に、成層化が図られて点火プラグ３２への移送が
良好に行われることにより燃焼が安定する。
【００３８】しかも、成層化が図られるため、点火プラ
グ３２の燃焼室３３内への突出量を短くしても着火性を
確保できることから、点火プラグ３２の加熱を抑制でき
る。特に、シリンダブロック２１とシリンダヘッド２２
との合い面から燃焼室最高位置Ｍまでの略半分の高さよ
り上側に、前記点火プラグ３２の先端部３２ａを位置さ
せることにより、点火プラグ３２の冷却性を確保でき
る。点火プラグ３２の突出量が大きい（例えば１１ｍｍ
程度）と過熱し易いため、冷え型のプラグを使用する必
要があるが、このプラグを使用すると、いわゆるくすぶ
りが発生し易い。これに対して、この実施の形態のよう
に突出量が小さい（例えば５ｍ程度）とノーマル型のプ
ラグを使用でき、くすぶりを抑制することが出来る。
グ３２の燃焼室３３内への突出量を短くしても着火性を
確保できることから、点火プラグ３２の加熱を抑制でき
る。特に、シリンダブロック２１とシリンダヘッド２２
との合い面から燃焼室最高位置Ｍまでの略半分の高さよ
り上側に、前記点火プラグ３２の先端部３２ａを位置さ
せることにより、点火プラグ３２の冷却性を確保でき
る。点火プラグ３２の突出量が大きい（例えば１１ｍｍ
程度）と過熱し易いため、冷え型のプラグを使用する必
要があるが、このプラグを使用すると、いわゆるくすぶ
りが発生し易い。これに対して、この実施の形態のよう
に突出量が小さい（例えば５ｍ程度）とノーマル型のプ
ラグを使用でき、くすぶりを抑制することが出来る。
【００３９】［発明の実施の形態２］図６乃至図１１に
は、この発明の実施の形態２を示す。
は、この発明の実施の形態２を示す。
【００４０】この実施の形態は、図６に示すように、点
火プラグ４２が実施の形態１と異なっていると共に、図
８に示すように、一対の吸気ポート２４のそれぞれに連
続する吸気通路４３の一方の内部に開閉弁４５が配設さ
れている点でも相違している。
火プラグ４２が実施の形態１と異なっていると共に、図
８に示すように、一対の吸気ポート２４のそれぞれに連
続する吸気通路４３の一方の内部に開閉弁４５が配設さ
れている点でも相違している。
【００４１】その点火プラグ４２は、中心部に中心電極
４２ａが設けられ、この中心電極４２ａの周囲に側方電
極４２ｂが３片、１２０°間隔で、半径方向に沿って配
設されている。これら側方電極４２ｂは、略直角に折曲
され、先端部４２ｃが中心電極４２ａの側方に対向し、
この中心電極４２ａ側面と側方電極先端部４２ｃとの間
が火花ギャップとなっている。この中心電極４２ａ等が
キャビティ先端部３９ａの上方に位置している。
４２ａが設けられ、この中心電極４２ａの周囲に側方電
極４２ｂが３片、１２０°間隔で、半径方向に沿って配
設されている。これら側方電極４２ｂは、略直角に折曲
され、先端部４２ｃが中心電極４２ａの側方に対向し、
この中心電極４２ａ側面と側方電極先端部４２ｃとの間
が火花ギャップとなっている。この中心電極４２ａ等が
キャビティ先端部３９ａの上方に位置している。
【００４２】また、吸気ポート２４は、燃料噴射装置３
１側に斜めに形成され、この吸気ポート２４の吸気口２
４ａの下縁部２４ｂには、図９の（ａ）に示すように、
マスキング４６が設けられ、同図に示すように、吸気バ
ルブ２６を開いた状態では、吸気口２４ａの上縁部２４
ｃ側の方が、下縁部２４ｂ側よりも流入空気量が多くな
るように構成されている。これにより、図９の（ａ）に
示すように、前記ピストンキャビティ３９の先端部３９
ａを左側、基端部３９ｂを右側として燃焼室３３内を見
た場合に、吸気ポート２４の吸気口２４ａから燃焼室３
３内に流入する空気が、図中矢印Ｘに示すように、反時
計回りのタンブルを生じるように構成されている。
１側に斜めに形成され、この吸気ポート２４の吸気口２
４ａの下縁部２４ｂには、図９の（ａ）に示すように、
マスキング４６が設けられ、同図に示すように、吸気バ
ルブ２６を開いた状態では、吸気口２４ａの上縁部２４
ｃ側の方が、下縁部２４ｂ側よりも流入空気量が多くな
るように構成されている。これにより、図９の（ａ）に
示すように、前記ピストンキャビティ３９の先端部３９
ａを左側、基端部３９ｂを右側として燃焼室３３内を見
た場合に、吸気ポート２４の吸気口２４ａから燃焼室３
３内に流入する空気が、図中矢印Ｘに示すように、反時
計回りのタンブルを生じるように構成されている。
【００４３】さらに、ピストン２３の頂部３６には、実
施の形態１も同様であるが、中央部が上方に突出するよ
うな凸部３８が形成され、この凸部３８の傾斜面３８ｂ
と燃焼室天井傾斜面３３ａとの間に、スキッシュエリア
が設けられている。
施の形態１も同様であるが、中央部が上方に突出するよ
うな凸部３８が形成され、この凸部３８の傾斜面３８ｂ
と燃焼室天井傾斜面３３ａとの間に、スキッシュエリア
が設けられている。
【００４４】なお、ピストン２３の形状等は、実施の形
態１と同様である。
態１と同様である。
【００４５】このようなものにあっては、図９の（ａ）
に示すＢＤＣ（下死点）では、開かれた吸気バルブ２６
から、燃焼室３３内に外気が導入され、図中矢印Ｘに示
すような反時計回りのタンブルが生じる。これは、吸気
口２４ａの上縁部２４ｃ側からの空気の吸入量が多いた
め、反時計回りのタンブルが生じるものである。
に示すＢＤＣ（下死点）では、開かれた吸気バルブ２６
から、燃焼室３３内に外気が導入され、図中矢印Ｘに示
すような反時計回りのタンブルが生じる。これは、吸気
口２４ａの上縁部２４ｃ側からの空気の吸入量が多いた
め、反時計回りのタンブルが生じるものである。
【００４６】次に、図９の（ｂ）に示すＢＴＤＣ６０°
では、ピストン２３が上昇し、空気が押し上げられるこ
とから、矢印Ｓに示す流れを生じる。これと共に、図１
０に示すようにＢＴＤＣ６０°乃至５８°で、燃料噴射
装置３１から燃料が実施の形態１と同様に、キャビティ
３９内に燃料が噴射され、キャビティ底面３９ｃに付着
した燃料が気化されて矢印Ｓに示すように上昇する。
では、ピストン２３が上昇し、空気が押し上げられるこ
とから、矢印Ｓに示す流れを生じる。これと共に、図１
０に示すようにＢＴＤＣ６０°乃至５８°で、燃料噴射
装置３１から燃料が実施の形態１と同様に、キャビティ
３９内に燃料が噴射され、キャビティ底面３９ｃに付着
した燃料が気化されて矢印Ｓに示すように上昇する。
【００４７】また、その矢印Ｓに示す流れにより、図９
の（ａ）に示すタンブルの流れＸが矢印Ｘ２に示すよう
に徐々に変化して行く。
の（ａ）に示すタンブルの流れＸが矢印Ｘ２に示すよう
に徐々に変化して行く。
【００４８】このようにタンブルはピストン２３が上昇
するにつれて全体的なタンブルの流れは失われて（タン
ブルが崩壊して）、細かい乱れの流れ成分になる。
するにつれて全体的なタンブルの流れは失われて（タン
ブルが崩壊して）、細かい乱れの流れ成分になる。
【００４９】これにより、空気への燃料の混合が良好に
行われることとなる。
行われることとなる。
【００５０】そして、図９の（ｃ）に示すＢＴＤＣ３０
°では、ピストン凸部３８の傾斜面３８ｂと、燃焼室３
３の天井傾斜面３３ａとの間にスキッシュエリアが形成
されているため、図９の（ｂ）の流れＳは、図９の
（ｃ）中矢印Ｓ１のような流れに変化して行く。この際
のいわゆるスキッシュ効果により、混合気の攪拌がより
良好に行われると共に、ピストンキャビティ３９内の先
端部３９ａにおいて、上向きの流れＹが生じることとな
る。さらに、ＢＴＤＣ２０°における気液混合気の流れ
は図９の（ｄ）に示すようになる。
°では、ピストン凸部３８の傾斜面３８ｂと、燃焼室３
３の天井傾斜面３３ａとの間にスキッシュエリアが形成
されているため、図９の（ｂ）の流れＳは、図９の
（ｃ）中矢印Ｓ１のような流れに変化して行く。この際
のいわゆるスキッシュ効果により、混合気の攪拌がより
良好に行われると共に、ピストンキャビティ３９内の先
端部３９ａにおいて、上向きの流れＹが生じることとな
る。さらに、ＢＴＤＣ２０°における気液混合気の流れ
は図９の（ｄ）に示すようになる。
【００５１】上記のようなタンブル，スキッシュの効果
により、燃料と空気とが良好に混合されると共に、キャ
ビティ３９の形状により、先端部３９ａに集められて他
の部分より燃料の濃い気液混合気が持ち上げられて、図
１０に示すように、ＢＴＤＣ２０°付近で、点火プラグ
３２により着火される。
により、燃料と空気とが良好に混合されると共に、キャ
ビティ３９の形状により、先端部３９ａに集められて他
の部分より燃料の濃い気液混合気が持ち上げられて、図
１０に示すように、ＢＴＤＣ２０°付近で、点火プラグ
３２により着火される。
【００５２】この点火プラグ３２は、図６及び図７に示
すように、中心電極４２ａに対して側方電極４２ｂの先
端部４２ｃが側方で対向しているため、側方に火花が飛
ぶこととなる。従って、上昇してきた混合気が側方電極
４２ｂで遮られることなく、直接火花が飛んでいる部分
に上昇してくるため、着火性能が良好となる。
すように、中心電極４２ａに対して側方電極４２ｂの先
端部４２ｃが側方で対向しているため、側方に火花が飛
ぶこととなる。従って、上昇してきた混合気が側方電極
４２ｂで遮られることなく、直接火花が飛んでいる部分
に上昇してくるため、着火性能が良好となる。
【００５３】一方、一対の吸気通路４３の一方の内部に
開閉弁４５が配設され、低回転域では、その開閉弁４５
が閉じられているため、燃焼室３３内へは、他方の吸気
通路４３から、つまり、燃焼室３３に対して偏った位置
から空気が流入してくることから、燃焼室３３内におい
ては、スワールが発生することとなる。従って、ここで
は、上記のようなタンブルとスワールが合わさった流れ
となり、より気液混合性能が向上することとなる。この
開閉弁４５は、成層燃焼又は均一希薄燃焼時の要求に応
じて筒内のスワール流をコントロールするために電子制
御される。
開閉弁４５が配設され、低回転域では、その開閉弁４５
が閉じられているため、燃焼室３３内へは、他方の吸気
通路４３から、つまり、燃焼室３３に対して偏った位置
から空気が流入してくることから、燃焼室３３内におい
ては、スワールが発生することとなる。従って、ここで
は、上記のようなタンブルとスワールが合わさった流れ
となり、より気液混合性能が向上することとなる。この
開閉弁４５は、成層燃焼又は均一希薄燃焼時の要求に応
じて筒内のスワール流をコントロールするために電子制
御される。
【００５４】ちなみに、図１１には、空燃比を変えたと
きの吸入空気量と回転数との関係のグラフ図を示すが、
上記のような燃焼が行われるのは、図中斜線部、つま
り、空燃比（Ａ／Ｆ）が３０〜７０の範囲である。
きの吸入空気量と回転数との関係のグラフ図を示すが、
上記のような燃焼が行われるのは、図中斜線部、つま
り、空燃比（Ａ／Ｆ）が３０〜７０の範囲である。
【００５５】この実施の形態２のピストン２３のキャビ
ティ３９等の構成は、実施の形態１と同様であるので、
重複した作用効果の説明を省略する。
ティ３９等の構成は、実施の形態１と同様であるので、
重複した作用効果の説明を省略する。
【００５６】
【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１に記
載された発明によれば、ピストンの頂部に、平面視で鶏
卵形状を呈する凹所であるキャビティを形成し、当該鶏
卵形状の細い方の先端部側を、ピストン上面部の中央部
に配置し、当該鶏卵形状の太い方の基端部側を、燃料噴
射装置の噴射口近傍に配置したことにより、微粒化の良
い広い噴霧角を持った噴霧が十分に空気を含みながら、
キャビティ先端部に向けて進行するため、スモーク，Ｈ
Ｃの発生が少ないと共に、先細りとなったキャビティ先
端部にて、噴霧が集められ、点火プラグへと移送される
ため、成層化を実現することができる。
載された発明によれば、ピストンの頂部に、平面視で鶏
卵形状を呈する凹所であるキャビティを形成し、当該鶏
卵形状の細い方の先端部側を、ピストン上面部の中央部
に配置し、当該鶏卵形状の太い方の基端部側を、燃料噴
射装置の噴射口近傍に配置したことにより、微粒化の良
い広い噴霧角を持った噴霧が十分に空気を含みながら、
キャビティ先端部に向けて進行するため、スモーク，Ｈ
Ｃの発生が少ないと共に、先細りとなったキャビティ先
端部にて、噴霧が集められ、点火プラグへと移送される
ため、成層化を実現することができる。
【００５７】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
効果に加え、キャビティの底面は、先端部側が高くなる
ように傾斜しているため、この傾斜に沿って噴霧が進行
することから、より成層化を実現し易い。
効果に加え、キャビティの底面は、先端部側が高くなる
ように傾斜しているため、この傾斜に沿って噴霧が進行
することから、より成層化を実現し易い。
【００５８】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
記載の効果に加え、キャビティの先端部側の縦壁は、鉛
直又は鉛直より前方に倒れて上方に向かうに従って開く
ように形成されると共に、縦壁と底面との間のＲ形状部
の曲率半径より、底面と側壁とのＲ形状部の曲率半径を
小さくしたため、縦壁と底面との間のＲ形状部での噴霧
の溜まりを防止でき成層化が得られ易いと共に、底面と
側壁とのＲ形状部の曲率半径が小さいことから噴霧の横
漏れを防止できる。
記載の効果に加え、キャビティの先端部側の縦壁は、鉛
直又は鉛直より前方に倒れて上方に向かうに従って開く
ように形成されると共に、縦壁と底面との間のＲ形状部
の曲率半径より、底面と側壁とのＲ形状部の曲率半径を
小さくしたため、縦壁と底面との間のＲ形状部での噴霧
の溜まりを防止でき成層化が得られ易いと共に、底面と
側壁とのＲ形状部の曲率半径が小さいことから噴霧の横
漏れを防止できる。
【００５９】請求項５に記載された発明によれば、請求
項１乃至３の何れか一つに記載のピストンが配設された
筒内噴射エンジンにおいて、シリンダブロックとシリン
ダヘッドとの合い面から燃焼室最高位置までの略半分の
高さより上側に点火プラグの先端部を位置させることに
より、点火プラグの冷却性を確保でき、いわゆるくすぶ
りを抑制することができる。
項１乃至３の何れか一つに記載のピストンが配設された
筒内噴射エンジンにおいて、シリンダブロックとシリン
ダヘッドとの合い面から燃焼室最高位置までの略半分の
高さより上側に点火プラグの先端部を位置させることに
より、点火プラグの冷却性を確保でき、いわゆるくすぶ
りを抑制することができる。
【００６０】請求項６に記載された発明によれば、請求
項１乃至３の何れか一つに記載のピストンが配設された
筒内噴射エンジンにおいて、燃料噴射装置側に吸気ポー
トを配置し、吸気ポートの吸気口から燃焼室内に流入す
る空気が、ピストンキャビティの先端部を左側、基端部
を右側として燃焼室内を見た場合に、反時計回りのタン
ブルを生じるように構成したため、成層化を実現した上
で、気液混合性能をより向上させることができる。
項１乃至３の何れか一つに記載のピストンが配設された
筒内噴射エンジンにおいて、燃料噴射装置側に吸気ポー
トを配置し、吸気ポートの吸気口から燃焼室内に流入す
る空気が、ピストンキャビティの先端部を左側、基端部
を右側として燃焼室内を見た場合に、反時計回りのタン
ブルを生じるように構成したため、成層化を実現した上
で、気液混合性能をより向上させることができる。
【００６１】請求項７に記載された発明によれば、請求
項１乃至３の何れか一つに記載のピストンが配設された
筒内噴射エンジンにおいて、ピストンの凸部の傾斜面と
燃焼室天井面との間に、スキッシュエリアを設けたた
め、スキッシュ効果により、成層化を実現した上で、混
合気の攪拌をより良好に行うことができる。
項１乃至３の何れか一つに記載のピストンが配設された
筒内噴射エンジンにおいて、ピストンの凸部の傾斜面と
燃焼室天井面との間に、スキッシュエリアを設けたた
め、スキッシュ効果により、成層化を実現した上で、混
合気の攪拌をより良好に行うことができる。
【００６２】請求項８，９に記載された発明によれば、
点火プラグは、中心電極の側方に、側方電極の先端部が
対向して位置しているため、上昇してきた混合気が側方
電極で遮られることなく、直接火花が飛んでいる部分に
上昇してくるため、着火性能が良好となる。
点火プラグは、中心電極の側方に、側方電極の先端部が
対向して位置しているため、上昇してきた混合気が側方
電極で遮られることなく、直接火花が飛んでいる部分に
上昇してくるため、着火性能が良好となる。
【図１】この発明の実施の形態１に係る筒内噴射エンジ
ンの縦断面図である。
ンの縦断面図である。
【図２】同実施の形態１に係る筒内噴射エンジンの図１
とは異なる位置の縦断面図である。
とは異なる位置の縦断面図である。
【図３】同実施の形態１に係るシリンダヘッドの裏面図
である。
である。
【図４】同実施の形態１に係るピストンを示す図で、
（ａ）は同ピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ
線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＢーＢ線に沿う断面
図である。
（ａ）は同ピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ
線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＢーＢ線に沿う断面
図である。
【図５】同実施の形態１に係るピストンを示す図で、
（ａ）は図４の（ａ）に相当する平面図、（ｂ）は図４
の（ｂ）に相当する断面図である。
（ａ）は図４の（ａ）に相当する平面図、（ｂ）は図４
の（ｂ）に相当する断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る筒内噴射エンジ
ンの縦断面図である。
ンの縦断面図である。
【図７】同実施の形態２に係るピストンの平面図であ
る。
る。
【図８】同実施の形態２に係るシリンダヘッドの裏面図
である。
である。
【図９】同実施の形態２に係るピストンの位置と混合気
等の流れとの関係を示す説明図で、（ａ）は同ピストン
がＢＤＣ、（ｂ）はＢＴＤＣ６０°、（ｃ）はＢＴＤＣ
３０°、（ｄ）はＢＴＤＣ２０°の状態における説明図
である。
等の流れとの関係を示す説明図で、（ａ）は同ピストン
がＢＤＣ、（ｂ）はＢＴＤＣ６０°、（ｃ）はＢＴＤＣ
３０°、（ｄ）はＢＴＤＣ２０°の状態における説明図
である。
【図１０】同実施の形態２に係る噴射タイミング等を示
すダイヤグラム図である。
すダイヤグラム図である。
【図１１】同実施の形態２に係る空燃比を変えたときの
吸入空気量と回転数との関係を示すグラフ図である。
吸入空気量と回転数との関係を示すグラフ図である。
【図１２】従来のピストン等を示す図で、（ａ）はピス
トンの平面図、（ｂ）はピストンの断面図である。
トンの平面図、（ｂ）はピストンの断面図である。
【図１３】同従来のピストン等を示す図で、（ａ）は図
１２の（ａ）に相当する平面図、（ｂ）は図１２の
（ｂ）に相当する断面図である。
１２の（ａ）に相当する平面図、（ｂ）は図１２の
（ｂ）に相当する断面図である。
21 シリンダブロック 22 シリンダヘッド 23 ピストン 31 燃料噴射装置 31a 噴射口 32 点火プラグ 32a 先端部 33 燃焼室 33a 天井傾斜面 36 頂部 39 キャビティ 39a 先端部 39b 基端部 39c 底面 39d 縦壁 39e Ｒ形状部 39f 側壁 42 点火プラグ 42a 中心電極 42b 側方電極 42c 先端部 Ｇ 噴霧 Ｐ 合い面 Ｍ 最高位置
【手続補正書】
【提出日】平成１１年４月２１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 筒内噴射エンジン用ピストン及びこの
ピストンを使用した筒内噴射エンジン
ピストンを使用した筒内噴射エンジン
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料を燃焼室に
燃料噴射装置から直接噴射して燃焼させる筒内噴射エン
ジンに用いられるピストン及びこのピストンを使用した
筒内噴射エンジンに関するものである。
燃料噴射装置から直接噴射して燃焼させる筒内噴射エン
ジンに用いられるピストン及びこのピストンを使用した
筒内噴射エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種のものとしては、例えば図１２及
び図１３に示すようなものがある。図１２，図１３の
（ａ）は筒内噴射エンジンのピストン１の平面図、図１
２，図１３の（ｂ）はピストン１の断面図で、これらの
図に示すように、ピストン１の頂部２には、凹所である
キャビティ３が形成されている。
び図１３に示すようなものがある。図１２，図１３の
（ａ）は筒内噴射エンジンのピストン１の平面図、図１
２，図１３の（ｂ）はピストン１の断面図で、これらの
図に示すように、ピストン１の頂部２には、凹所である
キャビティ３が形成されている。
【０００３】そして、筒内噴射エンジンの圧縮行程にお
いて、燃料噴射装置４から燃料を、キャビティ３の図中
右側端部（基端部３ａ）から斜めに底面３ｂに向けて直
接噴射する。これにより、噴霧Ｇがキャビティ３の先端
部３ｃの縦壁部３ｄにて上方に持ち上げられ、この燃料
が点火プラグ５にて着火されて燃焼される。
いて、燃料噴射装置４から燃料を、キャビティ３の図中
右側端部（基端部３ａ）から斜めに底面３ｂに向けて直
接噴射する。これにより、噴霧Ｇがキャビティ３の先端
部３ｃの縦壁部３ｄにて上方に持ち上げられ、この燃料
が点火プラグ５にて着火されて燃焼される。
【０００４】このようにキャビティ３を設けて、ここに
燃料を噴射することで、空気との混合性を向上させると
共に、上方に持ち上げて着火性を確保するようにしてい
る。
燃料を噴射することで、空気との混合性を向上させると
共に、上方に持ち上げて着火性を確保するようにしてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のものにあっては、図１２に示すように、噴霧
Ｇの噴射角度α１が大きいと、空気との混合は良好で、
ＨＣ，スモークの発生は低く抑えられるが、キャビティ
先端部３ｃで噴霧Ｇが分散し、成層化が得られず、又、
貫徹力も弱く、点火プラグ５への移送も不十分となり、
点火プラグ５の突出し量Ｌ１を大きくして対処せざるを
得ない。その場合、均一混合気の全開出力時には、点火
プラグ５の過度の温度上昇によるプレイグニッションが
発生する。
うな従来のものにあっては、図１２に示すように、噴霧
Ｇの噴射角度α１が大きいと、空気との混合は良好で、
ＨＣ，スモークの発生は低く抑えられるが、キャビティ
先端部３ｃで噴霧Ｇが分散し、成層化が得られず、又、
貫徹力も弱く、点火プラグ５への移送も不十分となり、
点火プラグ５の突出し量Ｌ１を大きくして対処せざるを
得ない。その場合、均一混合気の全開出力時には、点火
プラグ５の過度の温度上昇によるプレイグニッションが
発生する。
【０００６】一方、図１３に示すように、噴射角度α２
が狭い噴霧Ｇで、成層化を図ろうとすると、点火プラグ
５への噴霧Ｇの移送は十分で、点火プラグ５の突出し量
Ｌ２は小さく抑えられるが、空気との混合が不十分で、
スモーク，ＨＣが発生し易くなる、という問題がある。
が狭い噴霧Ｇで、成層化を図ろうとすると、点火プラグ
５への噴霧Ｇの移送は十分で、点火プラグ５の突出し量
Ｌ２は小さく抑えられるが、空気との混合が不十分で、
スモーク，ＨＣが発生し易くなる、という問題がある。
【０００７】そこで、この発明は、微粒化の良い広い噴
霧角を使いながらも成層化を図り、点火プラグへの移送
性が良好で、且つ、空気との混合を十分に行え、スモー
ク，ＨＣの発生を抑制できるピストン及び筒内噴射エン
ジンを提供することを課題としている。
霧角を使いながらも成層化を図り、点火プラグへの移送
性が良好で、且つ、空気との混合を十分に行え、スモー
ク，ＨＣの発生を抑制できるピストン及び筒内噴射エン
ジンを提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】かかる課題を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、燃料を燃焼室に燃料噴
射装置から直接噴射して燃焼させる筒内噴射エンジンに
用いられるピストンにおいて、頂部に、平面視で鶏卵形
状を呈する凹所であるキャビティを形成し、当該キャビ
ティの鶏卵形状の細い方の先端部側を、ピストン上面部
の中央部に配置させ、当該鶏卵形状の太い方の基端部側
を、前記燃料噴射装置の噴射口近傍に配置し、燃料が前
記基端部側から先端部側に向けて噴射するようにした筒
内噴射エンジン用ピストンとしたことを特徴とする。
めに、請求項１に記載の発明は、燃料を燃焼室に燃料噴
射装置から直接噴射して燃焼させる筒内噴射エンジンに
用いられるピストンにおいて、頂部に、平面視で鶏卵形
状を呈する凹所であるキャビティを形成し、当該キャビ
ティの鶏卵形状の細い方の先端部側を、ピストン上面部
の中央部に配置させ、当該鶏卵形状の太い方の基端部側
を、前記燃料噴射装置の噴射口近傍に配置し、燃料が前
記基端部側から先端部側に向けて噴射するようにした筒
内噴射エンジン用ピストンとしたことを特徴とする。
【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
構成に加え、前記キャビティの底面は、先端部側が高く
なるように傾斜していることを特徴とする。
構成に加え、前記キャビティの底面は、先端部側が高く
なるように傾斜していることを特徴とする。
【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
記載の構成に加え、前記キャビティの先端部側の縦壁
は、鉛直又は鉛直より前方に倒れて上方に向かうに従っ
て開くように形成されると共に、該縦壁と前記底面との
間のＲ形状部の曲率半径より、前記底面と側壁とのＲ形
状部の曲率半径を小さくしたことを特徴とする。
記載の構成に加え、前記キャビティの先端部側の縦壁
は、鉛直又は鉛直より前方に倒れて上方に向かうに従っ
て開くように形成されると共に、該縦壁と前記底面との
間のＲ形状部の曲率半径より、前記底面と側壁とのＲ形
状部の曲率半径を小さくしたことを特徴とする。
【００１１】請求項４に記載の発明は、シリンダブロッ
クにシリンダヘッドが取り付けられ、前記シリンダブロ
ックに請求項１乃至３の何れか一つに記載のピストンが
配設されると共に、前記シリンダヘッドに点火プラグが
配設された筒内噴射エンジンとしたことを特徴とする。
クにシリンダヘッドが取り付けられ、前記シリンダブロ
ックに請求項１乃至３の何れか一つに記載のピストンが
配設されると共に、前記シリンダヘッドに点火プラグが
配設された筒内噴射エンジンとしたことを特徴とする。
【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の構成に加え、前記シリンダブロックとシリンダヘッド
との合い面から燃焼室最高位置までの略半分の高さより
上側に前記点火プラグの先端部が位置していることを特
徴とする。
の構成に加え、前記シリンダブロックとシリンダヘッド
との合い面から燃焼室最高位置までの略半分の高さより
上側に前記点火プラグの先端部が位置していることを特
徴とする。
【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項４又は５
に記載の構成に加え、前記燃料噴射装置側に吸気ポート
を配置し、該吸気ポートの吸気口から前記燃焼室内に流
入する空気が、前記ピストンキャビティの先端部を左
側、基端部を右側として燃焼室内を見た場合に、反時計
回りのタンブルを生じるように構成したことを特徴とす
る。
に記載の構成に加え、前記燃料噴射装置側に吸気ポート
を配置し、該吸気ポートの吸気口から前記燃焼室内に流
入する空気が、前記ピストンキャビティの先端部を左
側、基端部を右側として燃焼室内を見た場合に、反時計
回りのタンブルを生じるように構成したことを特徴とす
る。
【００１４】請求項７に記載の発明は、請求項４乃至６
の何れか一つに記載の構成に加え、前記ピストンの頂部
には、中央部が上方に突出するような凸部が形成され、
該凸部の傾斜面と前記燃焼室天井面との間に、スキッシ
ュエリアが設けられたことを特徴とする。
の何れか一つに記載の構成に加え、前記ピストンの頂部
には、中央部が上方に突出するような凸部が形成され、
該凸部の傾斜面と前記燃焼室天井面との間に、スキッシ
ュエリアが設けられたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。
いて説明する。
【００１６】［発明の実施の形態１］図１乃至図５に
は、この発明の実施の形態１を示す。
は、この発明の実施の形態１を示す。
【００１７】まず構成を説明すると、図１中符号２１は
シリンダブロックで、このシリンダブロック２１の上側
には、シリンダヘッド２２が配設される一方、そのシリ
ンダブロック２１にはピストン２３が上下動自在に配設
されている。
シリンダブロックで、このシリンダブロック２１の上側
には、シリンダヘッド２２が配設される一方、そのシリ
ンダブロック２１にはピストン２３が上下動自在に配設
されている。
【００１８】また、シリンダヘッド２２には、図１，図
２等に示すように、２つづつの吸気ポート２４及び排気
ポート２５をそれぞれ開閉する吸気バルブ２６及び排気
バルブ２７が配設されている。これら、吸気バルブ２６
及び排気バルブ２７は吸気側カムシャフト２８及び排気
側カムシャフト２９により所定のタイミングで開閉され
るようになっている。
２等に示すように、２つづつの吸気ポート２４及び排気
ポート２５をそれぞれ開閉する吸気バルブ２６及び排気
バルブ２７が配設されている。これら、吸気バルブ２６
及び排気バルブ２７は吸気側カムシャフト２８及び排気
側カムシャフト２９により所定のタイミングで開閉され
るようになっている。
【００１９】さらに、そのシリンダヘッド２２には、燃
料噴射装置３１及び点火プラグ３２が配設され、その燃
料噴射装置３１の噴射口３１ａ及び点火プラグ３２の先
端部３２ａが燃焼室３３に臨んでいる。その燃料噴射装
置３１は、吸気ポート２４の下側近傍で、斜めに配置さ
れる一方、点火プラグ３２は、燃焼室３３の平面視にお
いて中央で、燃焼室３３の最高位置に上下方向に沿って
配置されている。この点火プラグ３２の先端部３２ａの
位置は、シリンダブロック２１とシリンダヘッド２２と
の合い面Ｐから燃焼室３３の最高位置Ｍまでの略半分の
高さより上側に位置している。この実施の形態では、図
２中、最高位置Ｍから５ｍｍ下方に突出している。
料噴射装置３１及び点火プラグ３２が配設され、その燃
料噴射装置３１の噴射口３１ａ及び点火プラグ３２の先
端部３２ａが燃焼室３３に臨んでいる。その燃料噴射装
置３１は、吸気ポート２４の下側近傍で、斜めに配置さ
れる一方、点火プラグ３２は、燃焼室３３の平面視にお
いて中央で、燃焼室３３の最高位置に上下方向に沿って
配置されている。この点火プラグ３２の先端部３２ａの
位置は、シリンダブロック２１とシリンダヘッド２２と
の合い面Ｐから燃焼室３３の最高位置Ｍまでの略半分の
高さより上側に位置している。この実施の形態では、図
２中、最高位置Ｍから５ｍｍ下方に突出している。
【００２０】一方、前記ピストン２３の頂部３６の形状
は、以下のように形成されている。
は、以下のように形成されている。
【００２１】すなわち、周囲に平面部３７が形成され、
この平面部３７の内側に、上方に突出する凸部３８及び
凹所形状であるキャビティ３９が形成されている。
この平面部３７の内側に、上方に突出する凸部３８及び
凹所形状であるキャビティ３９が形成されている。
【００２２】その凸部３８は、天面３８ａが平面形状に
形成されると共に、その天面３８ａまで至る傾斜面３８
ｂが形成されている。
形成されると共に、その天面３８ａまで至る傾斜面３８
ｂが形成されている。
【００２３】また、前記キャビティ３９は、平面視で鶏
卵形状を呈しており、当該鶏卵形状の細い方の先端部３
９ａが、ピストン２３頂面部の中央部（点火プラグ３２
の下方）に配置され、又、当該鶏卵形状の太い方の基端
部３９ｂが、前記燃料噴射装置３１の噴射口３１ａ近傍
に配置されている。さらに、このキャビティ３９の底面
３９ｃは、図４の（ｂ）等に示すように、先端部３９ａ
側が高くなるように傾斜して形成され、ここでは角度α
°（５°〜７°）に設定されている。さらにまた、先端
部３９ａ側の底面３９ｃから縦壁３９ｄに渡るＲ形状部
３９ｅは、ここでは曲率半径Ｒが１３ｍｍに設定されて
いる。
卵形状を呈しており、当該鶏卵形状の細い方の先端部３
９ａが、ピストン２３頂面部の中央部（点火プラグ３２
の下方）に配置され、又、当該鶏卵形状の太い方の基端
部３９ｂが、前記燃料噴射装置３１の噴射口３１ａ近傍
に配置されている。さらに、このキャビティ３９の底面
３９ｃは、図４の（ｂ）等に示すように、先端部３９ａ
側が高くなるように傾斜して形成され、ここでは角度α
°（５°〜７°）に設定されている。さらにまた、先端
部３９ａ側の底面３９ｃから縦壁３９ｄに渡るＲ形状部
３９ｅは、ここでは曲率半径Ｒが１３ｍｍに設定されて
いる。
【００２４】なお、前記キャビティ底面３９ｃの傾斜角
度α°とそのＲ形状部３９ｅの曲率半径Ｒとの関係は、
その傾斜角度が０°の場合、つまり傾斜していない場合
には、曲率半径Ｒが１５ｍｍ乃至３０ｍｍに設定されて
おり、又、底面３９ｃが傾斜している場合には、曲率半
径Ｒが８ｍｍ乃至１５ｍｍに設定するのが良い。
度α°とそのＲ形状部３９ｅの曲率半径Ｒとの関係は、
その傾斜角度が０°の場合、つまり傾斜していない場合
には、曲率半径Ｒが１５ｍｍ乃至３０ｍｍに設定されて
おり、又、底面３９ｃが傾斜している場合には、曲率半
径Ｒが８ｍｍ乃至１５ｍｍに設定するのが良い。
【００２５】また、図４の（ｃ）に示すように、キャビ
ティ底面３９ｃと側壁３９ｆとの間のＲ形状部３９ｇ
は、ここでは８ｍｍ乃至１０ｍｍに設定されており、前
記Ｒ形状部３９ｅより小さく形成されている。勿論、両
者を同じに形成することもできる。この場合には、一つ
の工具で両Ｒ形状部３９ｇ，３９ｅを連続して形成でき
る。
ティ底面３９ｃと側壁３９ｆとの間のＲ形状部３９ｇ
は、ここでは８ｍｍ乃至１０ｍｍに設定されており、前
記Ｒ形状部３９ｅより小さく形成されている。勿論、両
者を同じに形成することもできる。この場合には、一つ
の工具で両Ｒ形状部３９ｇ，３９ｅを連続して形成でき
る。
【００２６】次に、作用について説明する。
【００２７】エンジンの圧縮行程において、ピストン２
３が、図２中実線で示す位置に達した時に、燃料噴射装
置３１の噴射口３１ａから燃料が、図４の（ａ）中、噴
射角度θが６０°〜８０°の範囲で噴射されると、この
噴霧の形に対してキャビティ３９の基端部３９ｂ側の幅
Ｈが広くなっているため、図４の（ａ）中矢印Ａに示す
ように、その基端部３９ｂ側に筒内スワール流による空
気が入り噴霧Ｇに空気が混入し易いと共に、前記のよう
に噴射角度θがある程度大きいため、この点でも空気が
混入し易い。
３が、図２中実線で示す位置に達した時に、燃料噴射装
置３１の噴射口３１ａから燃料が、図４の（ａ）中、噴
射角度θが６０°〜８０°の範囲で噴射されると、この
噴霧の形に対してキャビティ３９の基端部３９ｂ側の幅
Ｈが広くなっているため、図４の（ａ）中矢印Ａに示す
ように、その基端部３９ｂ側に筒内スワール流による空
気が入り噴霧Ｇに空気が混入し易いと共に、前記のよう
に噴射角度θがある程度大きいため、この点でも空気が
混入し易い。
【００２８】そして、その噴霧Ｇは、キャビティ３９の
底面３９ｃに当たり、この底面３９ｃにて先端部３９ａ
側に向けて案内されると共に、前記のように片側から流
入する筒内スワール流により側壁３９ｆに押し付けられ
ながら、この側壁３９ｆにて先端部３９ａ側に向けて案
内される。この側壁３９ｆは、従来の図１２の（ｂ）等
に示すものより高いと同時に、Ｒ形状部３９ｇの曲率半
径Ｒが小さいため、噴霧Ｇの横漏れを防止することがで
きる。
底面３９ｃに当たり、この底面３９ｃにて先端部３９ａ
側に向けて案内されると共に、前記のように片側から流
入する筒内スワール流により側壁３９ｆに押し付けられ
ながら、この側壁３９ｆにて先端部３９ａ側に向けて案
内される。この側壁３９ｆは、従来の図１２の（ｂ）等
に示すものより高いと同時に、Ｒ形状部３９ｇの曲率半
径Ｒが小さいため、噴霧Ｇの横漏れを防止することがで
きる。
【００２９】次いで、この噴霧Ｇは、キャビティ先端部
３９ａのＲ形状部３９ｅ及び縦壁３９ｄに案内されて噴
霧Ｇが上方に持ち上がる。この場合には、底面３９ｃを
スロープ形状とすることにより、噴霧Ｇを持ち上げ易
く、又、Ｒ形状部３９ｅを大きくすることにより、この
部分での噴霧Ｇの溜まりを抑制できる。
３９ａのＲ形状部３９ｅ及び縦壁３９ｄに案内されて噴
霧Ｇが上方に持ち上がる。この場合には、底面３９ｃを
スロープ形状とすることにより、噴霧Ｇを持ち上げ易
く、又、Ｒ形状部３９ｅを大きくすることにより、この
部分での噴霧Ｇの溜まりを抑制できる。
【００３０】そして、図５の（ａ），（ｂ）に示すよう
に、鶏卵形状の細い方の先端部３９ａにて、噴霧Ｇの一
旦広がった前方部が狭められて集中されることにより、
成層化が図られ、点火プラグ３２へと移送される。
に、鶏卵形状の細い方の先端部３９ａにて、噴霧Ｇの一
旦広がった前方部が狭められて集中されることにより、
成層化が図られ、点火プラグ３２へと移送される。
【００３１】なお、図２中、二点鎖線に示すピストン２
３の位置が上死点である。
３の位置が上死点である。
【００３２】このようにすれば、燃料と空気と混合が十
分に行われることにより、スモークの発生を抑制できる
と同時に、成層化が図られて点火プラグ３２への移送が
良好に行われることにより燃焼が安定する。
分に行われることにより、スモークの発生を抑制できる
と同時に、成層化が図られて点火プラグ３２への移送が
良好に行われることにより燃焼が安定する。
【００３３】しかも、成層化が図られるため、点火プラ
グ３２の燃焼室３３内への突出量を短くしても着火性を
確保できることから、点火プラグ３２の加熱を抑制でき
る。特に、シリンダブロック２１とシリンダヘッド２２
との合い面から燃焼室最高位置Ｍまでの略半分の高さよ
り上側に、前記点火プラグ３２の先端部３２ａを位置さ
せることにより、点火プラグ３２の冷却性を確保でき
る。点火プラグ３２の突出量が大きい（例えば１１ｍｍ
程度）と過熱し易いため、冷え型のプラグを使用する必
要があるが、このプラグを使用すると、いわゆるくすぶ
りが発生し易い。これに対して、この実施の形態のよう
に突出量が小さい（例えば５ｍ程度）とノーマル型のプ
ラグを使用でき、くすぶりを抑制することが出来る。
グ３２の燃焼室３３内への突出量を短くしても着火性を
確保できることから、点火プラグ３２の加熱を抑制でき
る。特に、シリンダブロック２１とシリンダヘッド２２
との合い面から燃焼室最高位置Ｍまでの略半分の高さよ
り上側に、前記点火プラグ３２の先端部３２ａを位置さ
せることにより、点火プラグ３２の冷却性を確保でき
る。点火プラグ３２の突出量が大きい（例えば１１ｍｍ
程度）と過熱し易いため、冷え型のプラグを使用する必
要があるが、このプラグを使用すると、いわゆるくすぶ
りが発生し易い。これに対して、この実施の形態のよう
に突出量が小さい（例えば５ｍ程度）とノーマル型のプ
ラグを使用でき、くすぶりを抑制することが出来る。
【００３４】［発明の実施の形態２］図６乃至図１１に
は、この発明の実施の形態２を示す。
は、この発明の実施の形態２を示す。
【００３５】この実施の形態は、図６に示すように、点
火プラグ４２が実施の形態１と異なっていると共に、図
８に示すように、一対の吸気ポート２４のそれぞれに連
続する吸気通路４３の一方の内部に開閉弁４５が配設さ
れている点でも相違している。
火プラグ４２が実施の形態１と異なっていると共に、図
８に示すように、一対の吸気ポート２４のそれぞれに連
続する吸気通路４３の一方の内部に開閉弁４５が配設さ
れている点でも相違している。
【００３６】その点火プラグ４２は、中心部に中心電極
４２ａが設けられ、この中心電極４２ａの周囲に側方電
極４２ｂが３片、１２０°間隔で、半径方向に沿って配
設されている。これら側方電極４２ｂは、略直角に折曲
され、先端部４２ｃが中心電極４２ａの側方に対向し、
この中心電極４２ａ側面と側方電極先端部４２ｃとの間
が火花ギャップとなっている。この中心電極４２ａ等が
キャビティ先端部３９ａの上方に位置している。
４２ａが設けられ、この中心電極４２ａの周囲に側方電
極４２ｂが３片、１２０°間隔で、半径方向に沿って配
設されている。これら側方電極４２ｂは、略直角に折曲
され、先端部４２ｃが中心電極４２ａの側方に対向し、
この中心電極４２ａ側面と側方電極先端部４２ｃとの間
が火花ギャップとなっている。この中心電極４２ａ等が
キャビティ先端部３９ａの上方に位置している。
【００３７】また、吸気ポート２４は、燃料噴射装置３
１側に斜めに形成され、この吸気ポート２４の吸気口２
４ａの下縁部２４ｂには、図９の（ａ）に示すように、
マスキング４６が設けられ、同図に示すように、吸気バ
ルブ２６を開いた状態では、吸気口２４ａの上縁部２４
ｃ側の方が、下縁部２４ｂ側よりも流入空気量が多くな
るように構成されている。これにより、図９の（ａ）に
示すように、前記ピストンキャビティ３９の先端部３９
ａを左側、基端部３９ｂを右側として燃焼室３３内を見
た場合に、吸気ポート２４の吸気口２４ａから燃焼室３
３内に流入する空気が、図中矢印Ｘに示すように、反時
計回りのタンブルを生じるように構成されている。
１側に斜めに形成され、この吸気ポート２４の吸気口２
４ａの下縁部２４ｂには、図９の（ａ）に示すように、
マスキング４６が設けられ、同図に示すように、吸気バ
ルブ２６を開いた状態では、吸気口２４ａの上縁部２４
ｃ側の方が、下縁部２４ｂ側よりも流入空気量が多くな
るように構成されている。これにより、図９の（ａ）に
示すように、前記ピストンキャビティ３９の先端部３９
ａを左側、基端部３９ｂを右側として燃焼室３３内を見
た場合に、吸気ポート２４の吸気口２４ａから燃焼室３
３内に流入する空気が、図中矢印Ｘに示すように、反時
計回りのタンブルを生じるように構成されている。
【００３８】さらに、ピストン２３の頂部３６には、実
施の形態１も同様であるが、中央部が上方に突出するよ
うな凸部３８が形成され、この凸部３８の傾斜面３８ｂ
と燃焼室天井傾斜面３３ａとの間に、スキッシュエリア
が設けられている。
施の形態１も同様であるが、中央部が上方に突出するよ
うな凸部３８が形成され、この凸部３８の傾斜面３８ｂ
と燃焼室天井傾斜面３３ａとの間に、スキッシュエリア
が設けられている。
【００３９】なお、ピストン２３の形状等は、実施の形
態１と同様である。
態１と同様である。
【００４０】このようなものにあっては、図９の（ａ）
に示すＢＤＣ（下死点）では、開かれた吸気バルブ２６
から、燃焼室３３内に外気が導入され、図中矢印Ｘに示
すような反時計回りのタンブルが生じる。これは、吸気
口２４ａの上縁部２４ｃ側からの空気の吸入量が多いた
め、反時計回りのタンブルが生じるものである。
に示すＢＤＣ（下死点）では、開かれた吸気バルブ２６
から、燃焼室３３内に外気が導入され、図中矢印Ｘに示
すような反時計回りのタンブルが生じる。これは、吸気
口２４ａの上縁部２４ｃ側からの空気の吸入量が多いた
め、反時計回りのタンブルが生じるものである。
【００４１】次に、図９の（ｂ）に示すＢＴＤＣ６０°
では、ピストン２３が上昇し、空気が押し上げられるこ
とから、矢印Ｓに示す流れを生じる。これと共に、図１
０に示すようにＢＴＤＣ６３°乃至５８°で、燃料噴射
装置３１から燃料が実施の形態１と同様に、キャビティ
３９内に燃料が噴射され、キャビティ底面３９ｃに付着
した燃料が気化されて上昇する。
では、ピストン２３が上昇し、空気が押し上げられるこ
とから、矢印Ｓに示す流れを生じる。これと共に、図１
０に示すようにＢＴＤＣ６３°乃至５８°で、燃料噴射
装置３１から燃料が実施の形態１と同様に、キャビティ
３９内に燃料が噴射され、キャビティ底面３９ｃに付着
した燃料が気化されて上昇する。
【００４２】また、その矢印Ｓに示す流れにより、図９
の（ａ）に示すタンブルの流れＸが図９の（ｂ）中、矢
印Ｘ１に示すように徐々に変化して行く。
の（ａ）に示すタンブルの流れＸが図９の（ｂ）中、矢
印Ｘ１に示すように徐々に変化して行く。
【００４３】このようにタンブルはピストン２３が上昇
するにつれて全体的なタンブルの流れは失われて（タン
ブルが崩壊して）、細かい乱れの流れ成分になる。
するにつれて全体的なタンブルの流れは失われて（タン
ブルが崩壊して）、細かい乱れの流れ成分になる。
【００４４】これにより、空気への燃料の混合が良好に
行われることとなる。
行われることとなる。
【００４５】そして、図９の（ｃ）に示すＢＴＤＣ３０
°では、ピストン凸部３８の傾斜面３８ｂと、燃焼室３
３の天井傾斜面３３ａとの間にスキッシュエリアが形成
されているため、図９の（ｂ）の流れＳは、図９の
（ｃ）中矢印Ｓ１のような流れに変化して行く。この際
のいわゆるスキッシュ効果により、混合気の攪拌がより
良好に行われると共に、ピストンキャビティ３９内の先
端部３９ａにおいて、上向きの流れＹが生じることとな
る。さらに、ＢＴＤＣ２０°における気液混合気の流れ
は図９の（ｄ）に示すようになる。
°では、ピストン凸部３８の傾斜面３８ｂと、燃焼室３
３の天井傾斜面３３ａとの間にスキッシュエリアが形成
されているため、図９の（ｂ）の流れＳは、図９の
（ｃ）中矢印Ｓ１のような流れに変化して行く。この際
のいわゆるスキッシュ効果により、混合気の攪拌がより
良好に行われると共に、ピストンキャビティ３９内の先
端部３９ａにおいて、上向きの流れＹが生じることとな
る。さらに、ＢＴＤＣ２０°における気液混合気の流れ
は図９の（ｄ）に示すようになる。
【００４６】上記のようなタンブル，スキッシュの効果
により、燃料と空気とが良好に混合されると共に、キャ
ビティ３９の形状により、先端部３９ａに集められて他
の部分より燃料の濃い気液混合気が持ち上げられて、図
１０に示すように、ＢＴＤＣ２０°付近で、点火プラグ
４２により着火される。
により、燃料と空気とが良好に混合されると共に、キャ
ビティ３９の形状により、先端部３９ａに集められて他
の部分より燃料の濃い気液混合気が持ち上げられて、図
１０に示すように、ＢＴＤＣ２０°付近で、点火プラグ
４２により着火される。
【００４７】この点火プラグ４２は、図６及び図７に示
すように、中心電極４２ａに対して側方電極４２ｂの先
端部４２ｃが側方で対向しているため、側方に火花が飛
ぶこととなる。従って、上昇してきた混合気が側方電極
４２ｂで遮られることなく、直接火花が飛んでいる部分
に上昇してくるため、着火性能が良好となる。
すように、中心電極４２ａに対して側方電極４２ｂの先
端部４２ｃが側方で対向しているため、側方に火花が飛
ぶこととなる。従って、上昇してきた混合気が側方電極
４２ｂで遮られることなく、直接火花が飛んでいる部分
に上昇してくるため、着火性能が良好となる。
【００４８】一方、一対の吸気通路４３の一方の内部に
開閉弁４５が配設され、低回転域では、その開閉弁４５
が閉じられているため、燃焼室３３内へは、他方の吸気
通路４３から、つまり、燃焼室３３に対して偏った位置
から空気が流入してくることから、燃焼室３３内におい
ては、スワールが発生することとなる。従って、ここで
は、上記のようなタンブルとスワールが合わさった流れ
となり、より気液混合性能が向上することとなる。この
開閉弁４５は、成層燃焼又は均一希薄燃焼時の要求に応
じて筒内のスワール流をコントロールするために電子制
御される。
開閉弁４５が配設され、低回転域では、その開閉弁４５
が閉じられているため、燃焼室３３内へは、他方の吸気
通路４３から、つまり、燃焼室３３に対して偏った位置
から空気が流入してくることから、燃焼室３３内におい
ては、スワールが発生することとなる。従って、ここで
は、上記のようなタンブルとスワールが合わさった流れ
となり、より気液混合性能が向上することとなる。この
開閉弁４５は、成層燃焼又は均一希薄燃焼時の要求に応
じて筒内のスワール流をコントロールするために電子制
御される。
【００４９】ちなみに、図１１には、空燃比を変えたと
きの吸入空気量と回転数との関係のグラフ図を示すが、
上記のような燃焼が行われるのは、図中斜線部、つま
り、空燃比（Ａ／Ｆ）が３０〜７０の範囲である。
きの吸入空気量と回転数との関係のグラフ図を示すが、
上記のような燃焼が行われるのは、図中斜線部、つま
り、空燃比（Ａ／Ｆ）が３０〜７０の範囲である。
【００５０】この実施の形態２のピストン２３のキャビ
ティ３９等の構成は、実施の形態１と同様であるので、
重複した作用効果の説明を省略する。
ティ３９等の構成は、実施の形態１と同様であるので、
重複した作用効果の説明を省略する。
【００５１】
【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１に記
載された発明によれば、ピストンの頂部に、平面視で鶏
卵形状を呈する凹所であるキャビティを形成し、当該鶏
卵形状の細い方の先端部側を、ピストン上面部の中央部
に配置し、当該鶏卵形状の太い方の基端部側を、燃料噴
射装置の噴射口近傍に配置したことにより、微粒化の良
い広い噴霧角を持った噴霧が十分に空気を含みながら、
キャビティ先端部に向けて進行するため、スモーク，Ｈ
Ｃの発生が少ないと共に、先細りとなったキャビティ先
端部にて、噴霧が集められ、点火プラグへと移送される
ため、成層化を実現することができる。
載された発明によれば、ピストンの頂部に、平面視で鶏
卵形状を呈する凹所であるキャビティを形成し、当該鶏
卵形状の細い方の先端部側を、ピストン上面部の中央部
に配置し、当該鶏卵形状の太い方の基端部側を、燃料噴
射装置の噴射口近傍に配置したことにより、微粒化の良
い広い噴霧角を持った噴霧が十分に空気を含みながら、
キャビティ先端部に向けて進行するため、スモーク，Ｈ
Ｃの発生が少ないと共に、先細りとなったキャビティ先
端部にて、噴霧が集められ、点火プラグへと移送される
ため、成層化を実現することができる。
【００５２】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
効果に加え、キャビティの底面は、先端部側が高くなる
ように傾斜しているため、この傾斜に沿って噴霧が進行
することから、より成層化を実現し易い。
効果に加え、キャビティの底面は、先端部側が高くなる
ように傾斜しているため、この傾斜に沿って噴霧が進行
することから、より成層化を実現し易い。
【００５３】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
記載の効果に加え、キャビティの先端部側の縦壁は、鉛
直又は鉛直より前方に倒れて上方に向かうに従って開く
ように形成されると共に、縦壁と底面との間のＲ形状部
の曲率半径より、底面と側壁とのＲ形状部の曲率半径を
小さくしたため、縦壁と底面との間のＲ形状部での噴霧
の溜まりを防止でき成層化が得られ易いと共に、底面と
側壁とのＲ形状部の曲率半径が小さいことから噴霧の横
漏れを防止できる。
記載の効果に加え、キャビティの先端部側の縦壁は、鉛
直又は鉛直より前方に倒れて上方に向かうに従って開く
ように形成されると共に、縦壁と底面との間のＲ形状部
の曲率半径より、底面と側壁とのＲ形状部の曲率半径を
小さくしたため、縦壁と底面との間のＲ形状部での噴霧
の溜まりを防止でき成層化が得られ易いと共に、底面と
側壁とのＲ形状部の曲率半径が小さいことから噴霧の横
漏れを防止できる。
【００５４】請求項５に記載された発明によれば、請求
項１乃至３の何れか一つに記載のピストンが配設された
筒内噴射エンジンにおいて、シリンダブロックとシリン
ダヘッドとの合い面から燃焼室最高位置までの略半分の
高さより上側に点火プラグの先端部を位置させることに
より、点火プラグの冷却性を確保でき、いわゆるくすぶ
りを抑制することができる。
項１乃至３の何れか一つに記載のピストンが配設された
筒内噴射エンジンにおいて、シリンダブロックとシリン
ダヘッドとの合い面から燃焼室最高位置までの略半分の
高さより上側に点火プラグの先端部を位置させることに
より、点火プラグの冷却性を確保でき、いわゆるくすぶ
りを抑制することができる。
【００５５】請求項６に記載された発明によれば、請求
項１乃至３の何れか一つに記載のピストンが配設された
筒内噴射エンジンにおいて、燃料噴射装置側に吸気ポー
トを配置し、吸気ポートの吸気口から燃焼室内に流入す
る空気が、ピストンキャビティの先端部を左側、基端部
を右側として燃焼室内を見た場合に、反時計回りのタン
ブルを生じるように構成したため、成層化を実現した上
で、気液混合性能をより向上させることができる。
項１乃至３の何れか一つに記載のピストンが配設された
筒内噴射エンジンにおいて、燃料噴射装置側に吸気ポー
トを配置し、吸気ポートの吸気口から燃焼室内に流入す
る空気が、ピストンキャビティの先端部を左側、基端部
を右側として燃焼室内を見た場合に、反時計回りのタン
ブルを生じるように構成したため、成層化を実現した上
で、気液混合性能をより向上させることができる。
【００５６】請求項７に記載された発明によれば、請求
項１乃至３の何れか一つに記載のピストンが配設された
筒内噴射エンジンにおいて、ピストンの凸部の傾斜面と
燃焼室天井面との間に、スキッシュエリアを設けたた
め、スキッシュ効果により、成層化を実現した上で、混
合気の攪拌をより良好に行うことができる。
項１乃至３の何れか一つに記載のピストンが配設された
筒内噴射エンジンにおいて、ピストンの凸部の傾斜面と
燃焼室天井面との間に、スキッシュエリアを設けたた
め、スキッシュ効果により、成層化を実現した上で、混
合気の攪拌をより良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る筒内噴射エンジ
ンの縦断面図である。
ンの縦断面図である。
【図２】同実施の形態１に係る筒内噴射エンジンの図１
とは異なる位置の縦断面図である。
とは異なる位置の縦断面図である。
【図３】同実施の形態１に係るシリンダヘッドの裏面図
である。
である。
【図４】同実施の形態１に係るピストンを示す図で、
（ａ）は同ピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ
線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＢーＢ線に沿う断面
図である。
（ａ）は同ピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ
線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のＢーＢ線に沿う断面
図である。
【図５】同実施の形態１に係るピストンを示す図で、
（ａ）は図４の（ａ）に相当する平面図、（ｂ）は図４
の（ｂ）に相当する断面図である。
（ａ）は図４の（ａ）に相当する平面図、（ｂ）は図４
の（ｂ）に相当する断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る筒内噴射エンジ
ンの縦断面図である。
ンの縦断面図である。
【図７】同実施の形態２に係るピストンの平面図であ
る。
る。
【図８】同実施の形態２に係るシリンダヘッドの裏面図
である。
である。
【図９】同実施の形態２に係るピストンの位置と混合気
等の流れとの関係を示す説明図で、（ａ）は同ピストン
がＢＤＣ、（ｂ）はＢＴＤＣ６０°、（ｃ）はＢＴＤＣ
３０°、（ｄ）はＢＴＤＣ２０°の状態における説明図
である。
等の流れとの関係を示す説明図で、（ａ）は同ピストン
がＢＤＣ、（ｂ）はＢＴＤＣ６０°、（ｃ）はＢＴＤＣ
３０°、（ｄ）はＢＴＤＣ２０°の状態における説明図
である。
【図１０】同実施の形態２に係る噴射タイミング等を示
すダイヤグラム図である。
すダイヤグラム図である。
【図１１】同実施の形態２に係る空燃比を変えたときの
吸入空気量と回転数との関係を示すグラフ図である。
吸入空気量と回転数との関係を示すグラフ図である。
【図１２】従来のピストン等を示す図で、（ａ）はピス
トンの平面図、（ｂ）はピストンの断面図である。
トンの平面図、（ｂ）はピストンの断面図である。
【図１３】同従来のピストン等を示す図で、（ａ）は図
１２の（ａ）に相当する平面図、（ｂ）は図１２の
（ｂ）に相当する断面図である。
１２の（ａ）に相当する平面図、（ｂ）は図１２の
（ｂ）に相当する断面図である。
【符号の説明】 21 シリンダブロック 22 シリンダヘッド 23 ピストン 31 燃料噴射装置 31a 噴射口 32 点火プラグ 32a 先端部 33 燃焼室 33a 天井傾斜面 36 頂部 39 キャビティ 39a 先端部 39b 基端部 39c 底面 39d 縦壁 39e Ｒ形状部 39f 側壁 42 点火プラグ 42a 中心電極 42b 側方電極 42c 先端部 Ｇ 噴霧 Ｐ 合い面 Ｍ 最高位置
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
Claims (9)
- 【請求項１】 燃料を燃焼室に燃料噴射装置から直接噴
射して燃焼させる筒内噴射エンジンに用いられるピスト
ンにおいて、 頂部に、平面視で鶏卵形状を呈する凹所であるキャビテ
ィを形成し、当該キャビティの鶏卵形状の細い方の先端
部側を、ピストン上面部の中央部に配置させ、当該鶏卵
形状の太い方の基端部側を、前記燃料噴射装置の噴射口
近傍に配置し、燃料が前記基端部側から先端部側に向け
て噴射するようにしたことを特徴とする筒内噴射エンジ
ン用ピストン。 - 【請求項２】 前記キャビティの底面は、先端部側が高
くなるように傾斜していることを特徴とする請求項１記
載の筒内噴射エンジン用ピストン。 - 【請求項３】 前記キャビティの先端部側の縦壁は、鉛
直又は鉛直より前方に倒れて上方に向かうに従って開く
ように形成されると共に、該縦壁と前記底面との間のＲ
形状部の曲率半径より、前記底面と側壁とのＲ形状部の
曲率半径を小さくしたことを特徴とする請求項１又は２
記載の筒内噴射エンジン用ピストン。 - 【請求項４】 シリンダブロックにシリンダヘッドが取
り付けられ、前記シリンダブロックに請求項１乃至３の
何れか一つに記載のピストンが配設されると共に、前記
シリンダヘッドに点火プラグが配設されたことを特徴と
する筒内噴射エンジン。 - 【請求項５】 前記シリンダブロックとシリンダヘッド
との合い面から燃焼室最高位置までの略半分の高さより
上側に前記点火プラグの先端部が位置していることを特
徴とする請求項４記載の筒内噴射エンジン。 - 【請求項６】 前記燃料噴射装置側に吸気ポートを配置
し、該吸気ポートの吸気口から前記燃焼室内に流入する
空気が、前記ピストンキャビティの先端部を左側、基端
部を右側として燃焼室内を見た場合に、反時計回りのタ
ンブルを生じるように構成したことを特徴とする請求項
４又は５記載の筒内噴射エンジン。 - 【請求項７】 前記ピストンの頂部には、中央部が上方
に突出するような凸部が形成され、該凸部の傾斜面と前
記燃焼室天井面との間に、スキッシュエリアが設けられ
たことを特徴とする請求項４乃至６の何れか一つに記載
の筒内噴射エンジン。 - 【請求項８】 前記点火プラグは、中心電極が前記キャ
ビティ先端部の上方に位置し、該中心電極の側方に、側
方電極の先端部が対向して位置していることを特徴とす
る請求項４乃至７の何れか一つに記載の筒内噴射エンジ
ン。 - 【請求項９】 燃料を燃焼室に燃料噴射装置から直接噴
射して燃焼させる筒内噴射エンジンにおいて、 ピストンの頂部には、略中央部において混合気を上昇さ
せる凹所であるキャビティが形成される一方、該混合気
が上昇される位置に点火プラグの中心電極を配置し、該
点火プラグの側方電極の先端部を前記中心電極の側方に
対向して位置させたことを特徴とする筒内噴射エンジ
ン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07553599A JP4004176B2 (ja) | 1998-03-23 | 1999-03-19 | 筒内噴射エンジン用ピストン及びこのピストンを使用した筒内噴射エンジン |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-93972 | 1998-03-23 | ||
| JP9397298 | 1998-03-23 | ||
| JP07553599A JP4004176B2 (ja) | 1998-03-23 | 1999-03-19 | 筒内噴射エンジン用ピストン及びこのピストンを使用した筒内噴射エンジン |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11353999A Division JP4004179B2 (ja) | 1998-03-23 | 1999-04-21 | 筒内噴射エンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11336551A true JPH11336551A (ja) | 1999-12-07 |
| JP4004176B2 JP4004176B2 (ja) | 2007-11-07 |
Family
ID=26416662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07553599A Expired - Lifetime JP4004176B2 (ja) | 1998-03-23 | 1999-03-19 | 筒内噴射エンジン用ピストン及びこのピストンを使用した筒内噴射エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4004176B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006257943A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Mazda Motor Corp | 火花点火式直噴エンジン |
-
1999
- 1999-03-19 JP JP07553599A patent/JP4004176B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006257943A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Mazda Motor Corp | 火花点火式直噴エンジン |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4004176B2 (ja) | 2007-11-07 |
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