JPS59173566A - 筒内燃料噴射式火花点火内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動車等の車輌に用いられる内燃機関に係り
、特に燃料噴射ノズルより燃料を燃焼室内に直接噴射供
給され、その燃料と空気との混合気を火花放電手段によ
り火花点火してこれの燃焼を行う筒内燃料噴射式火花点
火内燃機関に係る。

筒内燃料噴射式火花点火内燃機関は、層状給気機関、ま
たは成層燃焼機関と云われる種類の内燃機関の一掃であ
り、この種の内燃機関は、火花放電手段の火花放電ギャ
ップ付近に可燃適正空燃比の混合気が存在ずれば、他の
部分に存在する混合気が可燃適正空燃比以外の空燃比の
ものであっても、即ち不均一混合気であっても火花点火
による良好な燃焼を行い、しかもディーピル機関の如く
燃料噴射間が制御されることにより負荷制御され、部分
負荷運転時に吸気を絞られる必要がないから、ガソリン
機関とディーゼル機関の長所を兼備え、熱効率が高く、
燃料杼済性、排気ガス性能に優れ、そのうえ燃料の粗悪
化に対応する多燃料性にも優れている。

筒内燃料噴射式火花点火内燃機関は、一般に、球形天井
部を有している如き渦室、またはピストン頂部に段番ノ
られた平断面形状が円形の燃焼室窪みの如く湾曲した内
壁により郭定された燃焼室を有し、該燃焼室内に吸気ス
ワールの如（前記内壁に沿って流れる吸気旋回流を生じ
、燃料噴射ノズルより前記吸気旋回流を横切る方向へ燃
料を噴射供給され、燃料噴霧特性と吸気旋回流との適合
によって火花放電手段の火花放電ギャップ付近に可燃適
正空燃比の混合気の領域を形成するようになっている。

燃料噴射ノズルの燃料噴射特性が一定で、燃焼室内に生
じる吸気旋回流の強さく流速）が内燃機関の運転状態の
変化に拘らず一定であれば、燃焼室内に放て可燃適正空
燃比の混合気が存在する領域の位置は変化しないから、
この場合には、その領域内に一つの火花放電ギャップが
配置されるように点火プラグの如き火花放電手段が５９
（）られれば良いが、しかし、実際は、特に自動Φ用内
燃機関に於ては、内燃機関の常用回転数域が大きいため
に、機関回転数の変化による吸気流速の変化により吸気
スワールの如き吸気旋回流の流速が変化づる変化幅が比
較的大きく、この吸気旋回流により燃料噴射ノズルより
噴射された燃料の噴霧束が流されることにより、該吸気
旋回流の流速の変化に応じて燃料噴射流の方向が変化し
、これに伴い可燃適正空燃比の混合気が存在づる領域の
位置が変動し、このため一つの位置にのみ火花放電ギャ
ップが固定配置されていたのでは、内燃機関は特定運転
域でしか良好な成層燃焼を行わない。

本発明者は、吸気旋回流の強さの変化に起因づる燃料噴
射ノズルよりの燃料噴射流の方向の変動について実験的
研究を行った。これにより、低回転運転時に於て上述の
如き成層燃焼に必要な流速の吸気スワールが生じるよう
に内燃機関が設計されていると、高回転運転時には高速
の吸気旋回流が生じ、低回転運転時には前記吸気旋回流
によって燃料噴射ノズルよりの燃料噴射流が実質的に偏
向されることがなくても高回転運転時には前記吸気旋回
流によって燃料噴射ノズルよりの燃料噴射流が前記燃焼
室の内壁の側へ偏向され、可燃適正空燃比の混合気が存
在する領域の位置が機関回転数の増大に伴って前記内壁
に近（１＜方向へｌｆｔＭＬ、このために一つの位置の
みに火花放電ギャップが設けられていたのでは、内燃機
関は特定の運転域でしか良！２？な成層燃焼を行わない
と云うことが究明された。

本発明は、機関回転数の変化に伴う吸気旋回流の流速の
変化により燃料噴射ノズルの燃料噴射の方向が変化して
可燃適正空燃比の混合気が存在づる領域の位置が上述の
如く変動すると云うことに鑑み、適切な多点火花放電に
より常に確実な火花点火を行い、全運転領域に及っで良
好な成層燃焼を行う改良された筒内撚ＦＩ噴Ｉｆ式火花
点火内燃機関を提供することを目的としている。

かかる目的は、本発明によれば、湾曲した内壁により郭
定された燃焼室を有し、前記燃焼室に前記内壁に沿って
生じる吸気旋回流を横切る方向へ燃料噴射ノズルより燃
料が噴射される筒内燃料噴射式火花点火内燃機関に於て
、前記内壁より互いに異る距離隔たった複数個の位置に
火花放電ギャップを与える火花放電手段を有している如
き筒内燃料噴射式火花点火内燃機関によって達成される
。

かかる構成によれば、可燃適正空燃比の混合気が存在す
る領域の位置が吸気旋回流の流速の変化に応じて変化し
ても、その領域は常に前記複数個の位置にある火花放電
ギレップの少くとも一つを含み、従って、内燃機関の全
運転域に亙って確実な火花点火による良好な成層燃焼が
行われる。

本発明による筒内燃料噴射式火花点火内燃機関は、エン
ジン本体に渦室の如き副室を有するリカルド方式内燃機
関、或いは副室に代えてピストン頂部に円形の平断面状
の燃焼室窪みを有するテ°ヤサゴＴＣＣ８方式内燃機関
を基本とする方式の内燃機関であって良い。

複数個の位置に火花放電ギャップを与える火花放電は、
一つの中心電極と一つの接地電極とによる一つの火花放
電ギャップを有する複数個の点火プラグ、或いは中心電
極と接地電極による火花放電ギャップを複数個有づる少
くとも一つの点火プラグにより構成されていれば良い。

以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳細
に説明Ｊる。

第１図は本発明による筒内燃料噴射式火花点火内燃機関
の一つの実施例をその要部について示す縦断面図である
。第１図に於て、１及び２は筒内燃料噴射式火花点火内
燃機関の機関本体を構成するシリンダヘッド及びシリン
ダブロックを各々示しており、これらはガスケット３を
介して互いに締結されている。シリンダブに１ツク２に
はシリンダライナ４が取イ１けられており、該シリンダ
ライブはその内側のシリンダボア５内にピストン６を図
にて上下方向に往復動可能に受入れている。

シリンダへ・ンド１には渦室７が設けられている。

渦室７は、シリンダヘッド１に形成された窪み部により
直接与えられる半球状の球形天井部８と、シリンダヘッ
ド１の取付孔９内に嵌挿されてシリンダヘッド１に固定
された噴口部材１０により与えられる偏平底部１１とを
有し、噴口部材１０に形成されたシリンダ軸線に対し傾
斜した連絡孔１２によってシリンダボア５内に連通しｌ
ζ〕メット型の渦空であり、その内部に圧縮行程時にピ
ストン６の１胃に伴いシリンダボア５内の吸気が連絡孔
１２を杼で流入することにより、その内壁にて沿って流
れる縦廻りの吸気旋回流Ｓを生じせしめるようになって
いる。

シリンダヘッド１には渦室７の天井部に開口したノズル
取付孔１３が設けられでおり、このノズル取付孔には単
一噴口式燃料噴射ノズル１４がねじ式に取付番ノられて
いる。燃料噴射ノズル１４は、例えばビントル型のもの
であり、連絡孔１２と同方向に傾斜してシリンダヘッド
１に取付けられており、その先端部に燃料噴口１５を有
゛し、該燃料噴口より噴射口１６を経て渦室７内へ該渦
室内に生じる吸気旋回流Ｓを横切る方向へガソリン、ア
ルコール、その他の液体燃料を所定の噴霧拡散角を持っ
て噴射供給するようになっている。

燃料噴射ノズル１４には燃料タンク１７に蓄えられた液
体燃料が、燃料導管１８、燃料ポンプ１９、燃料導＠２
０１燃Ｆｌ噴射ポンプ２１、燃料導管２２を経て供給さ
れるようになっている。燃料噴射ポンプ２１は、ディー
ゼル機関に用いられる一般的な燃料噴射ポンプと実質的
に同−桟道のものであって良く、機関負荷に応じて一行
程当りの燃料量を計量し、この計量された液体燃料を燃
料噴射ノズル１４へ高圧供給するようになっている。

シリンダヘッド１には各々渦室７の天井部に開口した二
つのプラグ取付孔２３と２４が設けられており、このプ
ラグ取イ］孔の各々には点火プラグ２５と２６がねじ式
に取付けられている。点火プラグ２５と２６は、各々火
花点火内燃機関に用いられる一般的な点火プラグと実質
的に同一のものであって良く、それぞれ中心電極２７．
２９と接地電極２８．３０とを有し、自火プラグ２５は
中心電極２７と接地電極２８とによって一つの火花放電
ギャップ３１を構成しており、点火プラグ２６は中心電
極２９と接地電極３０とによってもう一つの火花放電ギ
ャップ３２を構成している。点火プラグ２５と２６とが
シリンダヘッド１に正規に取付けられている時には、火
花放電ギャップ３１と３２は共に燃料噴射ノズル１４よ
りの燃料噴射流の前方位置であってその燃料噴射主軸よ
り一方の側に偏倚し、このうちギャップ３１は球形天井
部８の内壁より比較的大きく隔たった位置にあり、これ
に対しもう一つのギＩＩツブ３２は天井部８の内壁より
さほど隔たっておらずその内壁に極く接近した位置にあ
る。

点火プラグ２５の中心電極２７と接地電極２８との間及
び点火プラグ２６の電極２９との接地電極３０との間に
は点火コイル３３によって誘起された高電圧が印加され
るようになっている９１点火コイル３３はイブナイタ３
４よりトリガ或いはパルス的な信号を与えられた時に間
歇的に高電圧を誘起づるようになっており、またイブナ
イタ３４は、クランク内反検出用円板３５に対向して設
けられたクランク角度センサ３６よりクランク角度に関
する電気信号を与えられ、所定のクランク角度時に点火
−］コイル３へ前記電気信号を出力するようになってい
る。

従って、点火プラグ２５及び２６は各々所定のクランク
回転角時に高電圧を印加され、火花放電ギ１？ツブ３１
及び３２に各々火花放電を生じる。

次に第２図及び第３図を参照して燃料噴射ノズル１４よ
り噴射される燃料の噴霧の挙動と点火プラグの火花放電
ギャップの位置関係について説明する。第２図は機関回
転数が比較的低い時の状態を示している。機関回転数が
比較的低い時には、ピストン４の移動速度がさほど速く
ないので、吸気旋回流はさほど速くなく、従ってこの時
には燃料噴射ノズル１４の燃料噴口１５より噴射された
液体燃料の噴霧は吸気旋回流Ｓによって実質的に流され
ることがなく、核燃料噴霧は燃料噴射ノズル１４の燃料
噴射主４＠ＩＡの周りに円錐状に末広がりに拡散する。

可燃適正空燃比の混合気は前記燃料噴霧とその周りにあ
る空気との混合により形成され、この可燃適正空燃比の
混合気は前記燃料噴霧の束の外周領域に存在する。この
す燃適正空燃比の混合気が存在する領域には点火プラグ
２５の火花放電ギｌｌツブ３１があり、従ってこの時に
は前記可燃適正空燃比の混合気は火花放電ギャップ３１
に於番ノる火花放電により点火される。

第３図は機関回転数が比較的高い時の状態を示している
。ピストン４の移動速度は機関回転数の増大に伴い速く
なるｆ）ｓ　＋ら、それに伴い渦室７内の吸気旋回流Ｓ
の流速が速くなり、この吸気旋回流によって燃料噴口１
５．より噴射された燃お１の噴霧が流され、その燃料噴
霧束が燃＄３１噴射ノズル１４の燃料噴射主軸Ａの一方
の側に偏り、これにより前記燃料噴霧とでの周りにある
空気との混合により形成される可燃適正空燃比の混合気
が存在する領域が機関回転数の増大に伴い渦室７の天井
部内壁に近付く方向へ移動する。従って、機関回転数が
所定値以上になると、点火プラグ２５の火花放電ギＶツ
ブ３１の位置は可燃適正空燃比の混合気が存在づる領域
より外れ、このためこの時には、混合気は点火プラグ２
５によっては点火されなくなるが、可燃適正空燃比の混
合気が存在する領域が点火プラグ２６の火花放電ギャッ
プ３２を含むようになり、この火花１１ｉ電ギヤツプ３
２に於ＧＪる火花放電によってその混合気の点火が確実
に行われるようになる。

第４図は、機関回転数が比較的低い運転領域に於ては点
火プラグ２５によって混合気の点火が行われ、機関回転
数が比較的高い運転領域に於ては点火プラグ２６によっ
て混合気の点火が行われることを示している。

−ｈ述の如く、火花放電ギャップの配設位置が互いに巽
っだ二つの点火プラグが用いられることにより、内燃機
関はその全運転域に亙って失火を生じることなく安定し
た成層燃焼を行う。

第５図乃至第８図は第１図に示された実施例と同様の渦
室を有する筒内燃料噴射式火花点火内燃機関の他の実施
例を示している。尚、第５図乃至第８図に於て第１図に
対応する部分は第１図に（すした符号と同一の符号によ
り示されている。

第５図に示された実施例に於ては、点火プラグ２５のシ
リンダヘッド１に対する取付姿勢が第１図に示された実
施例のそれに対し変更されている。

第５図に示された実施例に於ては、燃料噴射ノズル１４
の両側に点火プラグ２５と２６とが取付りられており、
この場合には、第′１図に示された実施例の如く、燃料
噴射ノズル１４の一方の側に点火プラグ２５と２６とが
配設される場合に比してそれらの取付姿勢の設計上の自
由度が増大する。

第６図に示された実施例に於ては、シリンダヘッド１に
設ｃ）られた一つのプラク取付孔３７に複合点火プラグ
３８が取付けられている。複合点火プラグ３８は、各々
対をなり二つの中心電極３９、４０と、二つの接地電極
４１．４２とを有し、中心電極３９と接地電極４１との
間に一つの火花放電ギャップ４２を構成し、また中心電
極４０と接地電極４２との間にもう一つの火花１１１電
ギヤツプ４４を構成している。点火プラグ３８が、図示
されている如く、シリンダヘッド１に正規に取付けられ
ている時には、火花放電ギャップ４３は渦室７の内壁よ
り比較的大きく隔たった位置にあり、これに対し火花放
電ギャップ４２は渦室７の内壁に極く接近した位置にあ
る。

この実施例に於ても、第１図に示された実施例に於ける
点火時期制御装置によって所定のクランク角時に中心電
極３９と接地電極４１どの間及び中心電極４０と接地電
極４２との間に高電圧が印加され、火花放電ギャップ４
３ど４４とに火花放電が生じることにより上述した実施
例と同様の作用効果が得られることが理解されよう。

第７図及び第８図に示された実施例に於ては、点火プラ
グ２５と２６とが第１図乃至第６図に示された実施例に
於けるそれの配列方向とは９０度異った方向に配列され
ている。この実施例に於ても、点火プラグ２５の火花放
電ギｔ・ツノご３１は渦室７の内壁より比較的大きく遠
去かった位置にあり、これに対し点火プラグ２６の火花
放電ギｔ・ツノ３２は前記内壁に接近した位置にある。

従って、この実施例に於ても、前記二つの火花放電ギャ
ップ３１と３２とで火花放電が行われることにより、内
燃機関はその全運転域に亙っで安定した成層燃焼を行う
。またこの実施例に於ける如く、点火プラグが配置され
ることにより一つの気筒に対して二本の点火プラグを容
易に取（ｄけることが可能である。

第１０図及び第１１図は本発明による筒内燃９１３１噴
射式火花点火内燃機関を副室を有していない中室式内燃
機関に適応した一つの実施例を示している。第１０図及
び第１１図に於て、５０はシリンダヘッドを、５１はシ
リンダブ［ｌツクを、５２はピストンを各々示しており
、ピストン５２はその頂部に円形の平断面形状を有する
トロイダル型の燃焼室窪み５３を有している。シリンダ
ヘッド５Ｏには吸気ボート５４と排気ボート５５とが設
けられており、吸気ボート５４より燃焼室内に吸入され
る吸気流、即ら吸気スワールによって燃焼室窪み５３内
に第９図に於て矢印で示されている如き吸気旋回流Ｓが
生じるようになっている。

シリンダヘッド５０には燃料噴射ノズル５６が取イ」け
られている。燃料噴射ノズル５６は１例えばホール型の
ものであり、先端部に燃料噴口５７　′を有し、ピスト
ン５２が上死点位置近くにある時に燃焼室窪み５３内へ
該燃焼室窪み内に生じている吸気旋回流Ｓを横切る方向
へ液体燃料を噴射するようになっている。

シリンダヘッド５０には点火プラグ５８が取付けられて
いる。点火プラグ５８は、中心電極５９と、接地電極６
０と、中間電極６１とを有し、接地電極６０と中間電極
６１の一端部との間に一゛っの火花放電ギャップ６２を
構成し、また中心電極５９と中間電極６１の他端部との
間にもう一つの火花放電ギャップ６３を構成している。

この点火プラグ５８は二つの火花放電ギャップ６２と６
３とを互いに異った位置に電気的に直列にイｊしており
、該点火プラグがシリンダヘッド５０に正規に取付けら
れている時にはギャップ６２と６３は各々燃料噴射ノズ
ル５６よりの燃料噴射流の前り位置にあり、このうち火
花／７電ギトツノ６２は燃焼室窪み５３の内壁より比較
的大きく隔たった位置にあり、これに対し火花放電ギｔ
・ツブ６３は前記内壁に接近し、た位置に位置している
。点火プラグ５８は中心電極５つと接地電極６０との間
に高電圧を印加されることにより火花放電ギＡ７ツプ６
２ど６３とに各々火花放電を生じる。燃焼Ｖ窪み５３内
に発生づる吸気旋回流Ｓの流速は機関回転数の増大トニ
伴い吸気流速が速まる←二従って速くなり、従って、こ
の実施例に於ても吸気旋回流の流速の増大に伴い燃料噴
射ノズル５６より噴射された燃料の噴霧束が吸気旋回流
により燃焼室窪み５３の内壁に近付（側へ流され、その
燃料噴霧とその周りに存在する空気との混合により得ら
れる適正可燃空燃比の混合気が存在する領域が機関回転
数の増大に伴い燃料噴射ノズル５６の燃料噴射主軸△よ
り燃焼室窪み５３の一方の内壁面に近付く方向へ＆ｉ倚
する。

このため、ＩｊＩＰＡ回転数が比較的低い時には、火花
放電ギャップ６２の配設位置付近に可燃適正空燃比の混
合気が存在する領域が位置し、この時には火花放電ギャ
ップ６２に於ける火花放電によってその混合気の点火が
行われる。これに対しｌｌｌ四回転数比較的高い時には
、可燃適正空燃比の混合気が存在りる領域が火花放電ギ
ャップ６２の配設位置より外れ、もう一つの火花放電ギ
ャップ６３の配設位置付近に位置するようになり、従っ
て、この時には火花放電ギャップ６３に於ける火花放電
によってその混合気の点火が行われる。従ってこの実施
例に於ても内燃機関はその全運転域に亙って良好な成層
燃焼を行う。

尚、上述した実施例に於ては、火花放電ギャップは２個
であるが、これは２個以Ｊ〕の複数個の設けられていて
も良いことは勿論のことである。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、
本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であることは当
業者にとって明らかぐあろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による筒内燃斜唱用式火花点火内燃機関
を副室式内燃機関に適用した一つの実施例をその要部に
ついて示寸縦断面図、第２図及び第３図は第１図に示さ
れた筒内燃制噴射式火花蝿大内燃機関に於ける燃料噴霧
の挙動と点火プラグの位置関係についてを示１ｆｆｌａ
面図、第４図は二つの点火プラグの点火範囲を承りグラ
フ、第５図乃至第７図は各々本発明による筒内燃Ｆ３＋
噴射式火花点火内燃機関を副室式筒内燃料噴射式に適用
した実施例を示す縦断面図、第８図は第７図の線Ｖｍ−
ｖ　ｎｒに沿う断面図、第９図は水元を月による筒内燃
料噴射式火花点火内燃機関を単室式内燃機関に適用した
一つの実施例をその要部について示す解図的平面図、第
１０図は第９図の線ｘ−ｘに沿う断面図である。 １・・・シリンダヘッド、２・・・シリンダブロック。 ゛　　３・・・ガスケット、４・・・シリンダライブ−
５５・・・シーノンダボア、６・・・ピストン、７・・
・渦室、８・・・球形天ハ部、９・・・取イ４孔、１０
・・・噴口部拐、１１・・・偏平底部、１２・・・［１
孔、１３・・・ノズル取伺゛イＬ、１４・・・燃料噴射
ノズル、１５＝−燃料噴口、１６・・・噴射口、１７・
・・燃料タンク、１８・・・燃料導管、１９・・・燃料
ポンプ、２０・・・燃Ｆ３１導管、２１・・・燃穿３１
噴胴ポンプ、２２・・・燃料導管、２３．２４・・・プ
ラグ取イ寸孔、２５．２６・・・点火プラグ、２７・・
・中心−電極。 ２８・・・接地電極、２つ・・・中心電４Ｌ３０・・・
）妾ｊｌｊｌ電極、３．１．３２・・・火花放電ギ１１
ツブ、３３・・・点火コイル、３４・・・イブナイタ、
３５・・・クランク角度検出用円板、３６・・・クラン
ク角度センサ、３７・・・プラグ取付孔、３８・・・複
合点火プラグ、３９．４０・・・孔心電極、４１．４２
・・・接地電極、４３．．４４・・・火花放電ギャップ
、５０・・・シ１ノンダヘ・ン；ｚ。 ５１・・・シリンダブロック、５２・・・ピストン、５
３・・・燃焼室窪み、５４・・・吸気４ミート、５５・
・・すＶ気４く−ト、５６・・・燃料噴射ノズル、５７
・・・燃１［噴口。 ５８・・・点火プラグ、５９・・・中心電極、６０・・
・ｉ妄１１！１電極、６１・・・中間電極、６２．６３
・・・火花放電ギャップ 特　訂　出　翰　人　　１−コタ自動ｒｌｊ株式会社代
　　　理　　　人　　弁理士　　明石　昌毅第６図 第７図 第　８　図 １＋１Ｊ１２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）湾曲した内壁により郭定された燃焼室を有し、前
   記燃焼室に前記内壁に沿って生じる吸気旋回流を横切る
   方向へ燃料噴射ノズルより燃料が噴射供給される筒内燃
   料噴射式火花点火内燃機関に於て、前記内壁より互いに
   異る距離隔たった複数個の位置に火花放電ギャップを有
   づる火花放電手段を有していることを特徴とする筒内燃
   料噴射式％式％ （２、特許請求の範囲第１項に記載された筒内燃料噴射
   式火花点火内燃機関に於て、前記燃焼室は機関本体に設
   けられた渦室であることを特徴とする筒内燃料噴射式火
   花点火内燃機関。 （３）特許請求の範囲第１項に記載された筒内燃料噴射
   式火花点火内燃機関に於て、前記燃焼室はピストンの頂
   部に設【プられた燃焼室窪みであることを特徴とする筒
   内燃料噴射式火花点火内燃機関。 （４）特許請求の範囲８Ｆ！１項乃至第３項の何れかに
   記載された筒内燃料噴射式火花点火内燃機関に於て、前
   記火花放電手段は中心電極と接地電極とによる火花放電
   ギャップを有する複数個の点火プラグにより構成されて
   いることを特徴とげる筒内燃料噴射式火花点火内燃機関
   。 （５）特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れかに記載
   された筒内燃料噴射式火花点火内燃機関に於て、前記火
   花放電手段は中心電極と接地電極とによる火花放電ギャ
   ップを複数個有する少くとも一つの点火プラグにより構
   成されていることを特徴とする筒内燃料噴射式火花点火
   内燃機関。