JPS63227920A - 筒内噴射式火花点火機関 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、筒内噴射式火花点火機関の燃焼室および該燃
焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁の構造に関する。

［従来の技術］ 燃料をピストン頂部に形成された燃焼室の壁面へ一旦付
谷させ、その後の壁面からの蒸発によって燃焼が律速さ
れる方式の筒内噴射式火花点火機関は、燃費、騒＆に対
して比較的有利である。このような方式の機関において
は、着火に至るまでに、燃焼室内で燃料の良好な蒸発Ｊ
３よび拡散が望まれ、蒸発、拡散状態を改善するために
、従来から、燃焼室内に高温の蒸発用壁を設けたり、壁
面を粗面にして蒸発しヤ１いＪ、うにしたり、燃焼室内
にスワール流等を生成させたりする等、各種の構造が提
案されている（特開昭５７−１１３４１２号公報１、特
開昭５４−８９１１１号公報、特開昭５９−１９２８２
３号公報、特開昭５９−２２６２２６号公報、実開昭５
７−２０５２８号公報、実開昭５７−２２６２６号公報
等）、。

ところが、従来の燃焼室の形状は、ビス１−ン頂部に単
に凹部（たとえば球面状の形状）を形成しただ【ノのも
のであったので、つぎのような問題がある。

すなわち、とくに高負荷域においては、燃料噴射時開を
甲くし噴射から点火までの１１．１間を艮くすると、燃
料の蒸発、拡散を十分に行うことが可能となるが、着火
後の燃焼が衝撃的となり、騒音ならびに燃焼Ｑ高圧力上
背に伴なう機関の小母増大という問題が生じる。逆に、
噴射時期を遅くすると、蒸発、拡散が不十分となるおそ
れがあり、局所的に空燃比が過激となって、適正なレベ
ルを逸脱してスモークが増大するという問題がある。

一方、軽負荷域においては、少ない噴射量の燃料が燃焼
室内に拡散されるので、空燃比が過薄になり１ぎるおそ
れがあり、ＨＣの低減、燃焼速度の向上が困難になるお
それがある。まＩこ、比較的広い燃焼室内に少ない燃料
が拡散してしまうので、点火プラグによる着火性が問題
となる。

着火性を向上するために、燃焼室内の点火プラグ近傍に
、周囲の燃料噴霧を集めるようにした混合気集合部材を
設（プる提案もなされているが（実開昭６１−３９４２
１公報）、上述の如く、軽負荷域では燃焼室内の空燃比
が過薄になっているので、着火性向上には限度があり、
また、燃焼室内に壁状部材をｉＱｃプることは、着火後
の火炎広幅の面から好ましくないという問題がある。

上述のような種々の問題に対し、先に本出願人により、
筒内噴射式火花点火機関において、ビス、　（−ンＩＬ
ｊ部の燃焼室を形成する凹部を浅皿部と深服部との二重
構造とし、凸負荷域においては、浅皿部に十分に燃料を
拡散さ′ｔ！深皿部で着火して火炎を良好に伝帳さμる
とともに、軽負荷域においては、噴射時期を遅らせて深
皿部に集中して燃料噴霧を噴射し、比較的容積の小さい
深皿部内の空燃比を十分に高くして着火性を向上するよ
うにした構造が提案されている（実開昭６１−１７３７
２８号公報）。

［発明が解決しようとでる問題点］ しかし、上記実開昭６１−１７３７２８号公報に示され
た構造には、以下のＪ、うな問題点が残されている。

１なわら、上記提案構造においては、高負荷域では、燃
料噴射弁からの燃料はまず浅皿部に噴射され、ピストン
上臂に伴なって続いて深皿部ｌ＼と噴射されるのである
が、浅皿部内に噴射された燃料が広範囲に拡散するまで
には比較的時間がかかる。そのため、噴射時期を早くす
ることにより、燃料を浅Ｌ１１１部内に十分に広く拡散
させることが好　。

ましい。しかし、噴射時期を早くしすぎると、燃料の噴
射が深皿部に対して行われる前に終ってしまう可能性が
あり、そうなると深１ｍ部内での着火が行われない。つ
まり、とくに高負荷域において、浅１［１１部での十分
な燃料の拡散と、深皿部での良好な着火性の両立が困難
になるおそれがある。

本発明は、上記のような先に本出願人が提案した構造の
残された問題点に着目し、ピストン頂部の燃焼室を浅皿
部と深皿部との二重構造にすることによる効果を維持し
つつ、とくに高負荷域にお（プる、燃料の良好な拡散と
着火性との両立を確実に達成することを目的とする。

ｃ問題点を解決するための手段］ この目的に沿う本発明の筒内噴射式火花点火機関は、ピ
ストン頂部に凹部を設けること番こより燃焼室を形成し
、該燃焼室を、浅皿部と、該浅皿部。

の中央部に形成された浅］■部よりも小径の深皿部との
二重構造とし、深皿部に点火プラグを臨まばて、深皿部
の燃料蒸発用側壁からの蒸発燃料を点火ｎ’　Ｚ＞　Ｊ
：うにした筒内噴射式火花点火機関において、上記燃焼
室に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を、複数の噴孔を
有する燃料噴射弁から構成し、該枚数の噴孔のうち少な
くとも一つの噴孔の燃料噴射方向を、該噴孔からの燃料
噴霧が常に深！［１部の燃料蒸発用側壁に付＠す゛る方
向としたものから成る。

ここで、ピストン上下動中（行われる燃料噴射弁からの
燃料噴射の方向は、噴射時期が早い場合には、一部の噴
孔からの燃料噴霧が浅皿部に、残りの一つ以上の噴孔か
らの燃料噴霧が燃料蒸発用側壁を含む深皿部に向けて噴
射されるように設定されるとともに、噴射時期が遅い場
合には、ずべての噴孔からの燃料噴霧が深［［［１部に
向けて噴射され、その中の少なくとも一つが上記燃料蒸
発用側壁に当たるように設定される。

また、深皿部の開口部を、該開口部の径を深皿部内部の
径に対して絞ったスキッシュリップ構造に構成し、ざら
に浅皿開口部も、該開口部の径を浅皿部内部の径に対し
絞ったスキッシュリップ構造に構成づることが望ましい
。

［作　　用］ このような筒内噴射式火花点火機関においては、燃料噴
射弁の噴孔が複数とされ、高負荷域では、噴射当初から
浅皿部と深皿部（とくに燃料蒸発用側壁）の両方に向（
プて燃料噴霧が噴射されるので、浅皿部における良好な
燃料の拡散が確保されるとともに、深皿品番ごおいても
着火に必要な蒸発燃料濃度が十分に確保される。したが
って、たとえ噴射時期を早めても深皿部の空燃比が確保
され、点火プラグにより良好に着火される。そして、高
負荷域においては、噴射期間が長くなるため浅ｔｔｎ部
と深皿部の両方に燃料が噴射され、十分に広い蕉発面積
により燃焼室全体にわたって」−分な燃料の蒸発と拡散
が得られ、局所的に空燃比が過濃となることが防止され
てスモークが低減される。また、着火後の燃焼は深皿部
から浅皿部へと順に行われるため、−気に燃焼が進むこ
とはなく、燃焼衝撃が緩和される。　また、軽負荷域に
おいては、噴孔からの全ての燃料が深皿部に集中して噴
射され、少量の噴射燃料が小さな容積内で蒸発され、過
薄とならないよう局所的に空燃比が適正なレベルに保た
れて、着火性が確保されるとともに、ＨＣの低減および
燃焼速度の増大がはかられる。

［実施例］ 以下に本発明の望ましい実施例を図面を参照して説明覆
る。

第′１図ないし第３図は、本発明の第１実施例を示して
おり、第２図および第３図は、作動の状態を順に示した
ものである。

図中、１はピストンを示しており、ピストン１の頂部に
は、凹部を設けることにより燃焼室２が形成されている
。この燃焼室２には、本実施例では４噴孔を有する燃料
噴射弁３から燃料噴霧４ａ、４ｂ、４Ｃ１４ｄが噴射さ
れ、蒸発、拡散された燃料が点火プラグ５によって着火
される。

燃焼室２は、上部側の大径の浅皿部６と、浅皿？ＪＳ６
の中央部に形成された下部側の深皿部７との二重構造に
構成され、深皿部７は浅皿部６よりも小径に形成されて
いる。

深皿部７の内周面には、燃料噴射弁３からの噴射燃料を
点火プラグ５のギャップ位置へと導くためのエツジ８が
δＱけられている。また、深皿部７の開口部は、該開口
部の径を深皿部７内部の径に対し、若干絞った、つまり
開口部における内周面が半径方向内側へ若干張り出した
スキフシ１リツ１部９に形成されている。浅皿部６の開
口部においても、略同様のスキッシュリップ部１０が形
成されている。

燃料噴射弁３とビス１〜ン１との相対位置関係は、ピス
トン１の上下動に伴なって変化するが、噴射時期が早い
場合には第１図の位置Ａから燃料噴射が開始され、噴射
時期が遅い場合には位置Ｂにて噴射される。

この燃料噴射弁３には、前述の如く４つの噴孔が設Ｃノ
られているが、そのうち少なくとも一つの噴孔の燃料噴
射方向が、常に、つまり図の位置Ａにおいでも位置Ｂ（
、：おいて−も、深皿部７の燃料蒸発用側壁１１に噴射
燃料４ｂが付着される方向に設定されている。残りの噴
孔の噴射燃料のうち、燃料１４Ｇの噴射方向は深皿部７
内に向Ｇプられており、燃料４ａ、４ｄの噴ｑ４方向は
、噴射初期にＪ３いて浅皿部６内に向くように設定され
ている。噴射後期においては、ピストン１が上方に移動
するため、全ての燃料噴霧４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが深
皿部７内に向（プられ、かつその中の１つ、たとえば哨
Ｎ４ａが燃料蒸発用側壁１１に当てられる。

上記のように構成された実施例装置の作用について以下
に説明づる。

燃料噴射時期か比較的早い場合〈第１図の位置Ａ）では
、噴霧４ａ、４ｄはスワール流１２あるいはスキッシュ
流１３とともに浅皿部６内において空気と混合し、また
噴霧４ｂ（，１燃料蒸発用壁而１１に沿って点火プラグ
５のギャップ位置に導かれ、噴霧４Ｇは深皿部７内で拡
散覆る。一方噴射時期か遅い場合（第１図装置Ｂ）では
、噴霧４ａが燃料蒸発用側壁１１に沿って点火プラグ５
のギャップ位置に導かれ、噴霧４ｂ、４ｃ、４ｄが深皿
部７内で拡散づる。

第２図おにび第３図は、本装置におＣプる高負荷域での
作用を順に示したものである。第２図の（イ）ないしく
ホ）は、第３図の（イ）ないしくホ）に対応している。

第２図（イ）および第３図（イ）は、噴射初期の状態を
示したものであり、燃料噴割弁３から噴射された燃料の
うち４ａ、４ｄは浅皿部６に向Ｃノて噴射され、ここで
スワール１２とともに蒸発、拡散、混合する。また噴Ｎ
１４ｂ、４Ｃは、深皿部７内に向ｃノで噴射され、その
うち噴霧４ｂは燃料蒸発用側壁１１に付着し、スワール
流１２とともに点火プラグ５のギレップ部まで移動する
。次に第２図（ロ）および第３図（ロ）に示すように、
クランク回転に伴ないビス１−ン１が矢印１４で示す方
向に移動する間に、噴霧４ａ、４ｄにより形成された混
合気１５は浅皿部６内において、スキッシュ流１３及び
スワール流１２とともに拡散され、混合気の均質化を進
行させる。また一方、噴射後期に噴射される一部の燃料
は、深皿部７の側壁によって行く手をさえぎられるため
、深皿部７内に拡散する。なお、噴射時期が遅く、第２
図（ロ）のピストン位置から混合気形成が開始される場
合には、噴霧４ａｈｌ蒸発面１１に付着する相対位置関
係となるため、噴霧４ａの燃料が噴火プラグ５のギＡ・
ツブ位置まで運ばれる。

次に、燃料蒸発用側壁１１に導かれた混合気は、第２図
（ハ）Ｊ３よび第３図（ハ）に承りように、点火プラグ
５によって点火され火炎１６を発生させる。次に第２図
（ニ）および第３図（ニ）に示すように、点火により発
生した火炎１６は、スワール１２によって深ｆｆｌ１部
７内を拡散する一方、その一部は矢印１７で承り方向へ
のピストン１の移動に伴なって発生づる逆スキッシュ１
８の作用により、浅聞部６に導かれる。その結果、初期
に噴射され、浅凹部６内に拡散した混合気に火炎が伝帳
し、深皿部内の混合気１９が燃焼を開始し、第２図（ホ
）　Ｊ３よび第３図（ボ）に示すように、浅皿部６にお
いても深皿部７と同様の空気流動を伴なう火炎の拡散が
行われ、一部は、燃焼室外へ出てデッドボリューム内の
空気も利用しながら燃焼を完了覆る。

このように高負荷域にａ３いては、燃料噴射期間が哨割
ωに応じて比較的長くとられるか、浅朋部６１＼の噴射
燃料による浅皿部６内での十分な拡散を維持しつつ、噴
射当初から深皿部７、とくにその燃料蒸発用側１１１に
向けて燃料が噴射されるため、深皿部７内での十分な蒸
発燃料濃度も同時に確保され、噴射時期を早めた場合に
も点火プラグ５による着火が確実に確保される。燃料の
十分な拡散により、燃焼室２内で局所的に空燃比過濃と
なることも防止され、スモークの発生が抑制される。ま
た、着火後の火炎の伝帳も、燃焼室２内全域に一気に行
われるのではなく、深皿部７から浅■部６へと順に行わ
れるので、燃焼衝撃も緩和される。

軽負荷域においては、噴射開始時期が遅いので、燃お１
噴匍弁３からの燃料は全て深皿部７内に噴射され、少な
い噴射母であってもその仝母が深皿部７内に集中される
ことにより深皿部７内は十分に溌い蒸発燃料濃度とされ
、良好な着火性が確４２される。

また、本実施例ではスキッシュリップ部９を設けたため
、深皿部７内からの蒸発燃料の散逸か抑制され、混合気
形成が促進されて、−図着火性は向上される。また、浅
皿部６に対してスキッシュリップ部１０を設りることに
より、浅■部６内での混合気形成も促進される。

つぎに、第４図Ｊ３よび第５図に本発明の第２実施例を
示す。第４図の（イ）ないしくホ）は、第５図の（イ）
ないしくボ）に対応している。

本実施例においては、燃料噴射弁２１が３噴孔タイプの
噴射弁とされ、噴孔からの噴射燃料のうちの一つが深皿
部７の燃料蒸発用側壁に指向されている。その他の構成
は、実質的に第１実施例と同一であるので、第４図およ
び第５図の第２図および第３図と対応する部位に、第２
図および第３図と同一の符号を付すことにより説明を省
略する。

このように、燃料噴射弁２１の噴孔の数は、２つ以上で
あれば、エンジンの回転範囲、スワール比、燃料噴射弁
の配置の制約等に応じて任意の数に設定できる。ただし
３噴孔以上とし、その内２噴孔以上を浅皿部６に向ける
ことにより、高負荷域の噴射初期において浅皿部６内で
のより均一な拡散を達成できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の筒内噴射式火花点火機関
によるときは、燃焼室を浅皿部と深皿部との二重構造と
し、燃料噴射弁の噴孔を複数にして、その内生なくとも
一つは常１１Ｎ深ｍ１部の燃料蒸発用側壁に向けて燃料
を噴射プるようにしたので、とくに高負荷域における、
燃焼室内全域にわたる良好で均一な燃料の拡散と、深皿
部にお（プる良好な着火性との両方を同時に達成するこ
とができる。

多噴孔とすることにより、燃焼室内の水平方向および浅
皿部と深皿部との２層とすることによる垂直方向の十分
な燃料の拡散効果を得ることができ、局所的過濃域の発
生を回避し、スモークリミットを向上させることができ
るとともに、燃焼を深皿部から浅皿部へ段階的に行わせ
ることができるので、多噴霧燃焼特有の燃焼の衝撃性を
緩和覆ることができる。

また、深皿部を比較的小径とすることによって、軽口荷
載の燃料の過度の分散を避け、噴霧間の火炎伝帳を容易
にすることができ、軽負荷域での燃焼の安定性向上なら
びに燃焼効率の向上をはかることができ、トＩＣ等の低
減をはかることができる。

さらに、着火用として燃料蒸発用側壁に何着させる燃料
を噴射する噴孔を、噴射方向の異なる複数個とすること
もできるので、着火可能な噴射時期範囲が広がり、エン
ジンへの適合が容易になるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１実施例に係る筒内噴射式火花点火
機関の燃焼室の一部切り欠いて示した斜視図、 第２図は第１図の装置の縦断面図で、（イ）ないしくホ
）は高負荷域の燃料噴射から燃焼後期までの状態を順に
示した図、 第３図は第２図の装置の平面図で、（イ）ないしくボ）
は第２図の（イ）ないしくホ）にそれぞれ対応した状態
を順に示した図、 第４図は本発明の第２実施例に係る筒内噴射式火花点火
機関の部分断面図で、（イ）ないしくホ）は高負荷域の
燃料噴射から燃焼後期までの状態を順に示した図、 第５図は第４図の装置の平面図で、（イ）ないしくホ）
は第４図の（イ）ないしくホ）にそれぞれ対応した状態
を順に示した図、 である。 １・・・・・・ピストン ２・・・・・・燃焼室 ３・・・・・・燃料噴射弁 ４ａ、４　ｂ、　４　Ｇ、　４　ｄ−−−−−・噴射燃
料５・・・・・・点火プラグ ６・・・・・・浅皿部 ７・・・・・・深皿部 ８・・・・・・エツジ ９．１０・・・・・・スキッシュリップ部１１・・・・
・・燃料蒸発用側壁 １２・・・・・・スワール流 １３・・・・・・スキッシュ流 特許出願人　　トヨタ自動車株式会社 第１図 第２図 （イ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（ニ）（・・） （ロ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（ポ）第４図 （イ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（ニ）（ロ）　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　（ホ）（・・） （イ）　第５図　　（私

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ピストン頂部に凹部を設けることにより燃焼室
   を形成し、該燃焼室を、浅皿部と、該浅皿部の中央部に
   形成された浅皿部よりも小径の深皿部との二重構造とし
   、前記深皿部に点火プラグを臨ませて、前記深皿部の燃
   料蒸発用側壁からの蒸発燃料を点火するようにした筒内
   噴射式火花点火機関において、前記燃焼室に向けて燃料
   を噴射する燃料噴射弁を、複数の噴孔を有する燃料噴射
   弁から構成し、該複数の噴孔のうち少なくとも一つの噴
   孔の燃料噴射方向を、該噴孔からの燃料噴霧が常に深皿
   部の燃料蒸発用側壁に付着する方向としたことを特徴と
   する筒内噴射式火花点火機関。
2. （２）　ピストン上下動中に行われる前記燃料噴射弁か
   らの燃料噴射の方向を、噴射時期が早い場合には、一部
   の噴孔からの燃料噴霧が前記浅皿部に、残りの一つ以上
   の噴孔からの燃料噴霧が前記燃料蒸発用側壁を含む前記
   深皿部に向けて噴射されるように設定するとともに、噴
   射時期が遅い場合には、すべての噴孔からの燃料噴霧が
   前記深皿部に向けて噴射され、その中の少なくとも一つ
   が前記燃料蒸発用側壁に当たるように設定した特許請求
   の範囲第１項記載の筒内噴射式火花点火機関。
3. （３）　前記深皿部の開口部を、該開口部の径を深皿部
   内部の径に対して絞ったスキッシュリップ構造に構成し
   た特許請求の範囲第１項記載の筒内噴射式火花点火機関
   。
4. （４）　前記浅皿部の開口部も、該開口部の径を浅皿部
   内部の径に対し絞ったスキッシュリップ構造に構成した
   特許請求の範囲第３項記載の筒内噴射式火花点火機関。