JPS601323A - 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、自動車等の串軸に用いられる火花点火式内燃
機関に係わり、特に燃料噴射ノズルより燃料を燃焼室に
直接噴射供給され、該燃料と空気との混合気を火花放電
手段の火花放電により点火し、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わる。

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種であ
り、この種の火花点火式内燃機関は、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づ
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
も火花放電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量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、燃料経済性及び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或いはピストン頂部に段（プら
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、該燃焼室に吸気スワー
ルの如く前記内壁に沿って流れる吸気旋回流を生じ、燃
料噴射ノズルの一つの燃料噴口より前記吸気旋回流を横
切る方向へ一つの噴射主流をもって燃料を噴射供給され
、その燃料の噴霧特性と前記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
比の混合気の領峨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、且燃焼室に生
じる吸気旋回流の強さく流速）が内燃機関の運転状態の
変化に拘わらず一定であれば、燃焼室に於て可燃適正空
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設Ｇノ
られれば良いが、しかし実際には、特に自動車用内燃機
関に於ては、そ１の常用回転数域が大きい１＝めに機関
ノ 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比較的大６く変化し、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
応じて燃料噴射主流の方向が変化し、これに伴ない可燃
適正空燃比の混合気が存在する領域の位置が変動し、こ
のため従来の筒内燃料噴射式火花点火内燃機関は特定の
回転数域でしか良好な成層燃焼を行わない。

筒内燃料噴射式火花点火内燃機関に於ては、燃料噴射ノ
ズルより噴射された燃料の噴霧は円錐状に末広がりに拡
散し、該燃料噴霧とこれの外周囲に存在する空気との混
合により燃料噴射主流に直交する一つの仮想平面で見て
燃料噴射主流の周りに燃料噴射主流より遠去かるほど空
燃比が大きくなる混合気層が成層形成され、これによっ
て前記燃料噴射主流より所定間離れた位置に燃料噴射主
流周りの環状の可燃適正混合気領域が設けられる１上述
の如く形成される可燃適正混合気領域は、吸気旋回流に
よって燃料噴霧束が流されてその燃料噴射主流の方向が
変化することに応じてその変化方向と同方向に平行移動
する。このため、吸気旋回流の強度変化によって前記燃
料噴射主流の方向が変化する方向に延在する仮想平面内
に火花放電手段の火花放電ギャップが位置していると、
燃料噴霧束の移動により火花放電ギャップと燃料噴霧束
とが燃料噴霧束の混合気層を貫層する方向に相対移動す
る。この場合、燃料噴霧束の移動に伴う火花放電ギャッ
プ付近の混合気の空燃比の変化率が高く、このことによ
り火花放電ギャップ付近に可燃適正空燃比が存在するこ
とを保障する燃料噴霧束の許容移動ｍが小さく、この結
果、筒内燃料噴射式火花点火内燃機関が良好な成層燃焼
を行う回転数域が小さくなる。

本発明は、従来の筒内燃料噴射式火花点火内燃機関に於
ける上述の如き不具合に鑑み、燃料噴霧束がかなり移動
しても火花放電手段の火花放電ギャップ付近に可燃適正
空燃比が存在づるＪ：う燃料噴射ノズルより噴射される
燃料の噴射主流と火花放電手段の火花放電ギャップとの
相対位置が適切に定められ、広い回転数域に亙って良好
な成層燃焼行うよう改良された筒内燃料噴射式火花点火
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、前記筒内燃料噴射式火花点火内燃ｉ関より噴射さ
れる燃料の噴射主流を含み且前記吸気旋回流の強度変化
に応じて前記噴射主流の方向が変化する方向に延在する
仮想平面より所定間離れた位置に火花放電ギャップを備
えた火花放電手段を有する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、燃料噴霧束の移動により火花放電
ギャップと燃料噴霧束とがその燃料噴霧束の混合気層の
沿層方向に相対的に移動し、このため従来に比して燃料
噴霧束の移動に伴う火花放電ギャップ付近の混合気の空
燃比の変化率が低く、火花放電ギャップ付近に可燃適正
混合気が存在することを保障する燃料噴霧束の許容移動
量が従来に比して大きくなり、これに伴い筒内燃料噴射
式火花点火内燃機関が良好な成層燃焼を行う回転数域が
増大する。

本発明による筒内燃料噴射式火花点火内燃機関は、機関
本体に渦空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形状の
燃焼室窪みを有するテキサゴ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。

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
に説明する。

第１図乃至第３図は本考案による筒内燃料噴射式火花点
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している。これらの図に於て、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。

シリンダブロック２にはシリンダライナ４が取付けられ
ており、該シリンダライナ４はその内側のシリンダボア
５にピストン６を図にて上下方向に移動可能に受入れて
いる。

シリンダヘッド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＃１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
傾斜された連絡孔１２によってシリンダボア５内に連通
したコメット型の渦室であり、該渦室には圧縮行程時に
ピストン６の上昇に伴いシリンダボア５内の吸気が連絡
孔１２を経て流入することによりｔの内壁に沿って流れ
る縦周りの吸気旋回流Ｓが生じるようになっている。

シリンダヘッド１には渦室７の天井部に間口したノズル
取付孔１３が段番ノられており、該ノズル取付孔には単
−噴口式の燃料噴射ノズル１４がねじ式に取付りられて
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、その先端部に一つの燃料噴口１
５を有し、該燃料噴口より噴射孔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
、アルコール或いはその他の液体燃料を所定の噴霧拡散
角をもって噴射供給するようになっている。

燃料噴射ノズル１４には図示されていない燃料タンクに
蓄えられた液体燃料が燃料噴射ポンプより供給されるよ
うになっている。燃料噴射ポンプは、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一構造
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１＝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には渦室７の天７１部に開口したプラ
グ取付孔１７が設けられており、該プラグ取付孔には点
火プラグ１８がねじ式に取付【ノられている。点火プラ
グ１８は、火花点火式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構造のものであって良く、中心
電極１９と接地電極２０とを有し、その二つの電極によ
って一つの火花放電ギャップ２１を構成している。火花
放電ギャップ２１は、点火プラグ１８がシリンダヘッド
１に正規の状態にて取付けられると、燃料噴口１５より
噴射される燃料の噴射主流Ａを含み且吸気旋回流Ｓの強
度変化に応じて前記燃料噴射主流の方向が変化する方向
に延在づる仮想１１ｊｉｉｊＰ（第３図参照）より所定
ｆｌＥだけ離れた位置に位置するようになっている。点
火プラグ１８は周知の点火回路によってその中心電極１
９と接地電極２０との間に高電圧を間歇的に印加される
ことにより火花放電ギャップ２１に間歇的に火花ｆＩｉ
電を生じる。

次に第４図乃至第９図を参照して燃料噴射ノズルの燃料
噴口より噴射される燃料の噴霧の挙動と点火プラグの火
花放電ギャップの燃料噴霧に対する位置関係について説
明する。第４図及び第５図は、機関回転数が比較的低く
、ピストン４の移動速度がさほど速くないことにより渦
室７の吸気旋回流Ｓの流速がさほど速くなく、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
霧が吸気旋回流Ｓによって実質的に流されることがない
時の状態を示しており、第６図及び第７図は機関回転数
が比較的高く、ピストン４の移動速度が比較的速いこと
により渦室７に生じる吸気旋回流Ｓが比較的速く、燃料
噴口１５より噴射された液体燃料の噴霧が吸気旋回流Ｓ
によって流されている時の状態を示している。燃料噴霧
が吸気旋回流Ｓにより流されることによる燃料噴射主流
Ａは前記仮想平面Ｐ内にて生じる。

燃料噴射ノズル１４の燃料噴口１５より噴射された液体
燃料の噴霧は燃料噴射主流Ａの周りに円錐状に末広りに
拡散し、該燃料噴霧とこれの外周囲に存在する空気との
混合により、第８図及び第９図に示されている如く、燃
料噴射主流に直交する一つの仮想平面で見て燃料噴射主
流の周りに燃料噴射主流より遠ざかるほど空燃比が大き
くなる混合気が成層形成され、これににって前記燃料噴
射主流より所定開離れた位置に燃料噴射主流周りの環状
の可燃適正混合気領域Ｒが段けられる。上述の如く形成
される可燃適正空燃比領域Ｒは、吸気旋回流Ｓによって
燃料噴霧束が流されてその燃料噴射主流の方向が上述の
如く変化することに応じてその変化方向と同方向に、即
ち前記仮想平面Ｐに沿って平行移動する。点火プラグ１
８の火花放電ギャップ２１は前記仮想平面Ｐより所定石
離れた位置に設けられている供とにより火花／ｉ３［Ｙ
ｊｉギ、　ヤップ２１と燃料噴霧束とが該燃料噴霧束の
上述の如き移動に伴いその燃料噴霧束の混合気層の沿層
方向に相対的に移動し、即ち火花故電ギ亀・ツブ２１と
燃料噴霧束とがその燃料噴霧束の内の可燃適正混合気領
域の延在方向に沿って相対移動し、このため従来に比し
て燃料噴霧束の移動に伴う火−花放電ギャップ２１付近
の混合気の空燃比の変化率が−低く、火花放電ギャップ
付近に可燃適正混合気が存在することを保障する燃料噴
霧束の許容移動ｍが従来に比して太き（なり、これに伴
い筒内燃料噴射式火花点火内燃機関が良好な成層燃焼を
行う回転数域が増大する。

第１０図及びｗ５１１図は本発明による筒内燃料噴射式
火花点火内燃機関を副室を有していない単室式内燃機関
に適用した一つの実施例を示している。これらの図に於
て、３ｏはシリンダヘッドを、−＝３１はシリンダブロ
ックを、３２はピストンを各々示してＪ３す、ピストン
３２はその頂部に円形の平断面形状を有するトロイダル
型の燃料室窪み３３を有している。シリンダヘッド３ｏ
には吸気ポート３４とＪＩＩ気ボート３５とが設けられ
ており、吸気ポート３４より燃焼室内に吸入される空気
流によって燃焼室窪み３３内に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３０には燃料噴射ノズル３６が取付けら
れている。燃料噴射ノズル３６は、例えばホール型のも
のであり、先端部に−っの燃料噴口３７を有し、ピスト
ン３２が上死点位置近くにあるとき前記燃料噴口より燃
焼室窪み３３内へ向けて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供給すること
によっている。尚、図に於て、符号Ａは燃料噴口３７よ
り噴射される燃料の噴射主流を示している。

シリンダヘッド３ｏには点火プラグ３８が取付けられて
いる。点火プラグ３８は、中心電極３９と接地電極４ｏ
とを有し、その二つの電極によって火花放電ギャップ４
１を構成している。火花放電ギャップ４１は点火プラグ
３８がシリンダヘッド３０に正規の状態にて取付けられ
ると、燃料噴口３７より噴射される燃料の噴射主流Ａを
含み且吸気旋回流Ｓの強度変化に応じて前記燃料噴射主
流の方向が変化する方向に延在する仮想平面より所定量
Ｅだけ離れた位置に位置するようになっている。

従って、この実施例に於ても、火花放電ギャップ４１と
燃料噴霧束とが該燃料噴霧束の移動に伴いその燃料噴霧
束の混合気層の沿層方向に沿って相対的に移動し、この
ため従来に比して燃料噴霧束の移動に伴う火花放電ギャ
ップ２１付近の混合気の空燃比の変化率が低く、火花放
電ギャップ２１付近に可燃適正混合気が存在することを
保障する燃料噴霧束のＶ［容移動ｍが従来に比して大き
くなり、これに伴い筒内燃料噴射式火花点火内燃機関が
良好な成層燃焼を行う回転数域が増大づる。

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ｔ８者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

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
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
ついて承り１１ｉＦｉ面図、第２図は第１図の線■−■
に沿う断面図、第３図は第１図に示された本発明による
筒内燃料噴射式火花点火内燃機関の敷部について示す解
重的斜視図、第４図乃至第７図は第１図に示された筒内
燃料噴射式火花点火内燃機関に於ける燃料噴霧の挙動と
点火プラグに位置関係について示す縦断面図であり、こ
のうち第５図は第４図の線ｖ−■に沿う断面図、第７図
は第６図の線ｖｎ−ｖｎに沿う断面図、第８図は第４図
及び第５図に示された状態に於番プる混合気層と点火プ
ラグの火花放電ギャップどの位置関係を示ず拡大図、第
９図は第６図及び第７図に示された状態に於ける混合気
層と点火プラグの火花放電ギャップとの関係を示す拡大
図、第１０図は本発明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重的平面図、第１１図は第１０図の
４ｉ１ＸＩ−ＸＩ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・・・シリンダヘッド、５・・
・シリンダポア、６・・・ピストン、７・・・渦室、８
・・・球形天り 弁部、９・・・取付孔、１０・・・噴口部材、１１・・
・扁平底部、１２・・・連絡孔、１３・・・ノズル取付
孔、１４゛°燃料噴射ノズル・１５　゛°°燃料噴口・
１６°°゛η射孔、１７・・・プラグ取付孔、１８・・
・点火プラ・グ、１９・・・中心電極、２０・・・接地
ｆｆｉ極、２１・・・火花放電ギャップ、３０・・・シ
リンダヘッド、３１・・・シリンダブロック、３２・・
・ピストン、３３・・・燃焼空窪み。 ３４・・・吸気ポート、３５・・・排気ボート、３６・
・・燃料噴射ノズル、３７・・・燃料噴口、３８・・・
点火プラグ、３９・・・中心Ｎ極、４０・・・接地電極
、４１・・・火花放電ギャップ 特許出願人　トヨタ自動車株式会社 代　理　人　弁理士　明石　昌毅

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、前記燃料噴射ノズル
   より噴射される燃料の噴射主流を含み且前記吸気旋回流
   の強反変化に応じて前記噴射主流の方向が変化する方向
   に延在する仮想平面より所定聞難れた位置に火花放電ギ
   ャップを備えた火花放電手段を有している筒内燃料噴射
   式火花点火内燃側Ｌ （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
   部に設け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。