JPS63215817A - エンジンの燃焼室構造 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンの燃焼室構造に関し、燃焼室内の混
合気を成層化し、低燃費中高出力化を図るエンジンに関
スル。

（従来技術及びその問題点） エンジンの燃焼室構造としては、従来から種々のものが
提案されているが、一般には、最も燃焼効率の良いとさ
れる半球型燃焼室や、ファンネル型燃焼室が多く用いら
れている。

一方、燃焼室内の点火プラグ近傍に濃い混合気を又その
周囲に希薄混合気を分布させて混合気の成層化を図り、
低い空燃比に於ても良好な燃焼性を確保する為に、燃焼
室の中央上部に点火プラグと隣接して配置される燃料噴
射弁から吸気行程終期の燃焼室内に燃料を直接噴射する
ことが考えられている。

しかし乍ら、燃焼室上部の燃料噴射弁から下方に向けて
燃料を噴射すると、噴射燃料が下方への運動エネルギー
を持って燃焼室内に拡散することとなる。この為、燃焼
室下部に濃混合気層が形成されてしまうこととなり、燃
焼室上部の点火プラグ近傍へ濃混合気を偏在させて成層
化を図ることが非常に困難となってくる。

又、燃料噴射弁を燃焼室上部、即ちシリンダへ一２ドに
設置すると、同じくシリンダヘッドに設置される吸排気
バルブのサイズが制限されることとなり、吸排気効率の
向上を図り得なくなる問題もある。

又、燃料噴射弁が爆発行程時の高温−高圧の火炎に直接
さらされる為、燃料噴射弁の耐久性が悪いという欠点も
ある。

上記の如き問題点を解決せんとして、実開昭５８−５６
１１７号公報開示の如く、シリンダヘッド下面とピスト
ン頂面に形成したキャビティとにより燃焼室を構成し、
バッフル部材を設置して該燃焼室を上下に２分割すると
共に、点火プラグが臨ませられた上部室内に燃料を直接
噴射することにより、上部室内に濃混合気層を形成する
よう構成したものが提案されている。

しかし乍ら、上記構成のものでは、燃焼室内に別部材を
配置することとなるが、燃焼時高温に耐える部材を製造
することは事実上不可能であると共に、例え新素材の８
１１発等により可能となった場合でも、下部室内の希薄
混合気の燃焼性に疑問がある上に、バッフル部材が高温
化してヒートポイントとなり、ノッキングをＭ発すると
いう問題がある。更に、吸・排気バルブのサイズ制限や
燃料噴射弁の耐久性に関しては。

何ら改善されないものである。

（発［ＩＪの目的） 本発明は、上記の如き事情に鑑み、燃焼室内混合気の高
精度での成層化を実現し、低燃費且つ高出力を可能とす
ると共に、１酎久性に優れたエンジンの燃焼室構造の提
供、をその目的とする。

（発明の構成） 上記目的達成の為、本発明に係るエンジンの燃焼室構造
では、シリンダヘッド下面とピストン頂面で形成される
燃焼室に点火プラグを臨ませる一方、ピストン上死点時
にピストン頂面より下方で且つピストンリングより上方
となるシリンダブロック部に、燃料噴射弁を点火プラグ
方向に向けて設置し、燃料噴射弁から点火プラグに向け
て燃料を噴射することにより点火プラグ近傍に濃混合気
層を形成すると共に１点火プラグ爆発時には、燃料噴射
弁がピストン頂面よす下方となって高温会商圧の火炎か
ら保護されるよう構成したものである。

（発明の実施例） 第１乃至３図示エンジンは、吸気パルプｌＯとｖト気バ
ルブ１１を２組備えた４バルブ形式のシリンダ内燃料直
接噴射式４ストロークエンジンであり、シリンダブロッ
ク１に形成したシリンダヘッドにピストンリング２５拳
２６・２７を介して摺動可能に嵌装されたピストン２が
上下に往復運動するよう構成されている。

又、ピストン２のと下方向往復運動は、コンロッド３を
介して図示しないクランクシャフトに回転連動として伝
達されるよう構成されている。

シリンダブロック１の上面には、ガスケット８を介して
シリンダヘッド４が固定されており、該シリンダへラド
４の下面は、シリンダＩＡの中央と対応する位置に略半
球状の凹部であるプラグホール４２が形成され、それ以
外の部分は平面となっている。そして、プラグホール４
２内に先端を突出させて点火プラグ５が設置されると共
に、該点火プラグ５を挟んで前後に吸気パルプ１０と排
気バルブ１１が夫々２つ配置されている。

ピストン２の頂部中央には、所定深さの略半球状のキャ
ビティ２２が形成され、圧縮行程終期にシリンダヘッド
下面４１とキャビティ２２とにより燃焼室Ｘを形成する
よう構成されている。

燃焼室Ｘ側方のシリンダブロック１頂部には、燃料噴射
方向を燃焼室Ｘ中央上部の点火プラグ５に向けるよう水
平からやや上方に傾けて燃料噴射弁６が設置されている
。又、シリンダブロック１内壁に形成される燃料噴射弁
用開口部ＩＢも、同様に点火プラグ５に向かって傾斜開
口されており、燃料噴射弁６から噴射された燃料は、シ
リンダブロックｌの燃料噴射弁用開口部ＩＢから点火プ
ラグ５に向けて噴射されることとなる。

上記燃料噴射弁用開口部ＩＢは、ピストン２の上死点時
の頂面位置より下方で且つ最上部のピストンリング２５
（ファーストリング）より上方となる位置に形成されて
いる。

上記の如く構成するものでは、噴射燃料の連動エネルギ
ーの方向が斜め上方となっている為、吸気行程終期又は
圧縮行程時の初期、或いは両行程に亘る所定期間、燃料
噴射ｊｒ６を開口して燃料を噴射すると、シリンダブロ
ックの点火プラグ５近傍に儂混合気層が形成され、シリ
ンダＩＡ内が成層化されることとなる。

そして、ｒ＆層化を保持した状態で圧縮行程が進行し、
ピストン２の上死点近傍に於て所定のタイミングで点火
プラグ５により周辺の濃混合気に点火し、混合気を燃焼
させて爆発行程となる。

又、ピストン２の上死点到達以前に燃料噴射を実行した
燃料噴射弁６は、圧縮行程終了時、即ち点火プラグ５に
点火されて混合気が爆発的に燃焼する爆発行程への移行
瞬間には、燃料噴射弁用開口部ＩＢの開口位置がピスト
ン２の頂面２１より下方となっている為、燃料噴射弁６
が高温・高圧の火炎に直接さらされることが防止される
ものである。

尚、燃料噴射時期は、低負荷・低回転時のような混合気
の成層化による低燃費化の効果を期待出来る運転域に於
ては、上記の如く吸気行程終期から圧縮行程初期とする
のが望ましいが、高出力を必要とする高負荷会商回転時
には、燃焼室内の混合ｌｉ、濃度を均一化して燃焼性を
向上させる為、吸気行程中とするよう夫々の運転状況に
応じて制御するのが理想的である。

又、上記の如く、吸気行程終期から圧縮行程初期にかけ
て燃料噴射を実行すると、燃焼室上部に燃料が偏在・滞
留化することとなる為、噴射燃料の霧化・気化の問題が
生じてくるが、燃焼室内には、該燃焼室内を円周方向に
回転する吸入空気のスワールが生じており、しかも燃焼
室上部が平面となっている為当該域におけるスクールの
減衰収束が生じないので、該スワールにより噴射燃料が
霧化φ気化されて混合気の生成が促進されることとなる
。尚、スワールは燃焼室内を円μｍ方向に回転している
為、高さ方向の攪拌効果は殆ど無い、従って、高さ方向
の成層化に対・しては殆ど影響を与えないものである。

第４図は１本発明に係るエンジンの燃焼室構造の別の実
施例であり、燃料噴射弁６をシリンダブロック１の排気
バルブｌｌ側に設置し、その燃料噴射方向を、高温化し
てヒートポイント化し易い排気バルブ１１の下面１１ａ
、又は、２つの排気バルブ１１のブリッジ域に向けて傾
斜配置したものである。

このように構成すると、燃料噴射弁６からの噴射燃ＮＹ
が所定の角度で円錐状に拡散する為１点火プラグ５も噴
射範囲内に入ると共に、エンジン運転中に高温化する排
気バルブｔｉ及びそのブリッジ部に燃料が接触して、燃
料の霧化・気化を促進出来る上に、排気バルブ１１及び
そのブリッジ部が冷却され、該高温部分がヒートポイン
トとなって混合気に自然着火させるノッキングを防止出
来ることとなる。

第５及６図は、本発明に係るエンジンの燃焼室構造の更
に別の実施例を示し、上記第１ｒｉｌｌ示実施例のシリ
ンダヘッド下面４１に、燃料噴射弁６から点火プラグ５
に向けて適宜１１Ｊで且つ適宜深さのガイド溝４１ａを
形成し、噴射燃料Ｙを点火プラグ５に強制的に導くよう
構成したものである。このように構成するものでは、噴
射燃料Ｙの不要な拡散を防止出来、より一層の成層化を
図ることが可能となるものである。

尚、この場合、点火プラグ５の燃料被りを防止する為、
シリンダブロックｌの側壁内に形成したアシスト通路１
ｃから、噴射燃料の霧化赤気化促進の為のアシストエア
な供給するよう構成することが好ましい。

第７図は、上記第１図示実施例のものに於て、燃料噴射
弁６に水平方向の角度を付けて設置し、吸気行程時の流
入吸気によりシリンダＩＡ内に発生するスワールＷに対
し、その上流側から燃料噴射を実行するよう構成したも
のである、このように構成することによりスワールＷを
乱すことなく噴射燃料を該スワールＷに乗せることが出
来、成層化を一層促進することが出来る。

又、第８図は、第７図示実施例とは逆方向に角度を付け
て燃料噴射弁６を設置し、スワールＷに対向してその下
流側から燃料Ｙを噴射するよう構成したものである。こ
のように構成する場合には、スワールＷは減衰するもの
の噴射燃料の霧化・気化が一層促進されるものである。

又、第９図は、上記第７図示実施例のものに於て、圧縮
行程末期にピストン頂面２１のショルダ一部２１ａとシ
リンダヘッド下面４１との間隔が狭くなることにより発
生するスキッシュ流により混合気の成層化に乱れが生じ
ることを防止する為に、キャビティ２２の底面２２ａに
半球状の突起部２３を形成すると共に、該突起部２３と
他の底面域２２ａとの連続部分及びキャビティ２２の側
周面２２ｂとショルダ一部２１ａとの連続部分を、夫々
緩やかな曲線によりなだらかに連続させて構成したもの
である。

このように構成するものでは、圧縮行程末期に、シリン
ダヘッド下面４１とピストン頂面２１とが接近すること
により発生するスキッシュ流Ｓが、燃焼室上部では中央
域に向かう流れとなる一方、下部では、キャビティ２２
の側周面２２ｂに沿って進行し、底面域２２ａを経て突
起部２３に到達すると、該突起部２３の外周面傾斜に沿
って上方に向かう流れが形成される。即ち、突起部２３
により、燃焼室下部から燃焼室上部の点火プラグ５設置
域に向かう流れが形成されるものであり、その結果、ス
キッシュ流Ｓは、成層化した混合気を下方から点火プラ
グ５に向けて押し上げるよう作用することとなる。

一方、点火プラグ５により混合気が点火されて燃焼行程
に入ると、点火位置から放射状に燃焼室内に波笈する火
炎は、突起部２３の外周面傾斜に沿って底部域２２ａに
導かれた後、側周面２２ｂ方向に伝播されることとなり
、燃焼室Ｘの周縁域の混合気燃焼を促進させることとな
る。

第１０ｒ！４は、本発明に係る燃焼室構造の他の実施例
を示し、シリンダヘッド下面４１に逆じょうご型凹部４
５を設けて燃焼室としたファンネル型燃焼室のエンジン
に対し、木発り１を適用した場合の実施例である。この
場合、ピストン２の頂面２１とシリンダヘッド下面４１
との間には、ピスントン２が上死点位こにきた場合でも
所定の逆じょうご型スペース４５が維持されることとな
るので、ピストン２の頂面２１に形成するキャビティ２
２を底浅に形成することとなる。

第１１７ｉ１２図は、上記第１０図示実施例の変形例を
示し、噴射燃料Ｙが点火プラグ５を通り越して排気ポー
ト２１側に集中するのを防止する為、燃料噴射弁６と対
向する側のピストン頂面２１突出させてピストン２の上
死点時にシリンダヘッド下面４１と近接するスキッシュ
生成部Ｚを形成し、該スキッシュ生成部Ｚにより生成さ
れるスキッシュ流Ｔにより噴射燃料を点火プラグ５近傍
に濃混合気層を形成するよう構成したものである。

第１３図は１本発明に係る燃焼室構造の更に他の実施例
を示し、圧縮行程中の高温φ高圧混合気を加圧空気とし
て使用する２流体インジェクタを燃料噴射弁６として採
用したものである。

即ち、ワンウェイバルブ５１を介して連通路５２により
シリンダＩＡ内部と連通した貯溜室５０内に、圧縮行程
中の高温φ高圧混合気を導入・貯溜すると共に、エアレ
ギュレータ５４と連通路５６を介してミキシングユニッ
ト５３に高温−高圧混合気を供給し、この高温・高圧混
合気を燃料通路５７から供給される高圧燃料と該ミキシ
ングユニット５３内で混合した後、連通路５８・・・か
ら各気筒の燃料噴射弁６に混合済み燃料を供給するよう
構成されているものである。

尚、上記エアレギュレータ５４には別の連通路５５が設
けられており、図示しない吸気通路のスロットルバルブ
上流にも高温・高圧混合気を供給して、吸気過給圧を生
じさせるようになっている。

このように構成するものでは、燃料噴射弁６として２流
体インジェクタを用いる場合に必要となるエア加圧用の
コンプレー、すが不要となり、従って又、エンジン出力
を利用して該コンプレッサを駆動することにより生じる
駆動損失がなくなるので、エンジン出力の向上にも寄与
するものである。

（発明の効果） 本発明に係るエンジンの燃焼室構造によれば、シリンダ
ブロック部に燃料噴射弁を設置して、点火プラグの側方
から燃料を噴射するよう構成したことにより、噴射燃料
自体が上方への運動エネルギーを有することとなって、
燃焼室内での混合気成層化が促進されることとなる。

従って、低い空燃比域に於ても安定した燃焼が可能とな
り、燃料消費量を大幅に削減出来る上に有害なｔ３気ガ
スの生成が抑えられる。又。

ノッキングの発生が抑えらる為高圧縮比とすることが可
能となり、出力向上に寄与することが出来る。更に、シ
リンダヘッド上での燃料噴射弁による吸排気パルプサイ
ズの制限が無くなり、吸排気効率を上げて高出力化を図
ることも可能となる。

更に又、燃料噴射弁をピストン上死点時に於けるピスト
ン頂面より下方に配置したので、爆発行程時にはピスト
ンによって隠蔽されることとなり、高温・高圧の火炎か
ら遮蔽・保護されることとなる為、燃料噴射弁の耐久性
が格段に向上する。一方、最上部のピストンリング（フ
ァーストリング）より上方に配置したことにより、燃料
噴射弁のオイルによる目づまりも防止出来、従ってシリ
ンダブロックの噴射通路内に侵入したオイルを燃料と共
に噴出することに起因するオイル消費量の増大も防げる
ものである。

即ち、高出力且つ低燃費という相矛盾する２つの！！！
！題を高い次元に於て両立し得るのみならず、耐久性も
高いエンジンの燃焼室構造と為し得たものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエンジンの燃焼室構造の実施例を
示す要部縦断面図、第２図は第１図示実施例のピストン
上死点時の要部縦断面図。 第３図は第１図の要部概略平面図、第４図は燃料噴射弁
の設置位置を変えた実施例の要部縦断面図、ｔＩＳ５図
は噴射燃料ガイド溝をシリンダヘッド下面に形成した実
施例の要部縦断面図、第６図はその要部概略平面図、第
７図は燃料噴射方向をスワールに合わせた実施例の要部
概略平面図、第８図は燃料噴射方向をスワールに対向さ
せた実施例を示す要部概略平面図、第９図はキャビティ
内に突起一部を設けた実施例の要部縦断面図、第１０図
はファンネル型燃焼室形状に本発明を適用した場合の実
施例を示す要部縦断面図、第１１図は第１０図示実施例
の要部概略縦断面図、第１２図は５’）１０図示実施例
の要部概略平面図、第１３図は燃料噴射弁として２流体
インジェクタを使用した実施例を示すシステム構成図で
める。 ｌ・・・シリンダブロック ２・・・ピストン ２１・・・ピストン頂面 ２５・２６・２７・・・ピストンリング４・・・シリン
ダヘッド ４１・・・シリンダヘッド下面 ５・・・点火プラグ ６・・・燃料噴射弁 Ｘ・・・燃焼室 Ｙ・・・噴射燃料 第１図 第２図 第７図　　　　第３図 第１０図 第４図 第１２図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 シリンダヘッド下面とピストン頂面とで形 成される燃焼室に点火プラグを臨ませると共に、ピスト
   ン上死点時に上記ピストン頂面より下方で且つピストン
   リングより上方となるシリンダブロック部に、燃料噴射
   弁を上記点火プラグ方向に向けて設置したこと、を特徴
   とするエンジンの燃焼室構造。