JP2000345847A - 直噴火花点火式内燃機関 - Google Patents

直噴火花点火式内燃機関

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JP2000345847A JP11159214A JP15921499A JP2000345847A JP 2000345847 A JP2000345847 A JP 2000345847A JP 11159214 A JP11159214 A JP 11159214A JP 15921499 A JP15921499 A JP 15921499A JP 2000345847 A JP2000345847 A JP 2000345847A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストン３冠面の溝部１１より空気流を一点
に集めて燃料噴射弁１０近傍に導くことにより、燃料噴
霧を点火プラグ９近傍へ層状に確実に輸送する。 【解決手段】 燃焼室４内に、ピストン３冠面の溝部１
１により案内されて燃料噴射弁１０近傍へ向かい、燃料
噴射弁１０近傍から点火プラグ９近傍へ向かう流れとな
る順タンブル流を生成する。ピストン３冠面の溝部１１
は、その幅を排気弁６側を広く、吸気弁５側を狭くし、
また、その深さを排気弁６側を浅く、吸気弁５側を深く
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直噴火花点火式内
燃機関の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の直噴火花点火式内燃機関として、
例えば特開平９−３１７４７９号公報に示されるよう
に、シリンダヘッド燃焼室壁面の中央部から燃焼室内に
臨ませた点火プラグと、シリンダヘッド燃焼室壁面の吸
気弁側の側部から燃焼室内に臨ませた燃料噴射弁と、ピ
ストン冠面に設けられて吸気のタンブル流（縦方向の旋
回流）を助長する溝部（誘導溝）と、を備え、所定の運
転条件にて圧縮行程中に燃料噴射弁から燃料を噴射して
成層燃焼を行わせるようにしたものがある。
【０００３】また、前記公報に示される直噴火花点火式
内燃機関では、旋回流が吸気弁から下方へ燃料噴射弁近
傍を経てピストン冠面側に向かい、該冠面の溝部により
案内されつつ反転して点火プラグに向かう流れとなる逆
タンブル流を生成し、前記溝部は、吸気弁側から中心に
向かって噴霧角と等しい角度で広がる誘導溝としてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の直噴火花点火式内燃機関では、成層燃焼を可能にす
べく、逆タンブル流とピストン冠面の溝部とを用いて、
点火プラグ近傍に燃料を集めようとしているために、噴
射燃料がピストン冠面の溝部に衝突し、燃料が液膜状に
付着して出力不足を来してしまうのみならず、スモーク
や未燃ＨＣの発生原因になったり、付着した燃料がデポ
ジットとして堆積してしまい、燃費や排気が悪化してし
まう可能性がある。
【０００５】また、ピストン冠面の溝部を吸気弁側から
中心に向かって噴霧角と等しい角度で広がる誘導溝とし
ているため、溝部により燃料を案内しても、一点に集中
させることが困難で、燃料が分散してしまい、点火プラ
グ近傍へ燃料を層状に確実に輸送することができず、成
層燃焼性能が悪化する可能性がある。
【０００６】また、ピストン冠面の溝部の排気弁側の溝
端部を高くしているので、圧縮行程時に噴射した燃料が
冠面に衝突しやすくなり、燃費や出力の悪化が起こる可
能性がある。
【０００７】本発明は、このような実状に鑑みてなされ
たもので、順タンブル流を生成することにより、燃料噴
霧のピストン冠面への衝突を回避する一方、ピストン冠
面の溝部の形状を工夫することにより、ピストン冠面の
溝部より空気流を一点に集めて燃料噴射弁近傍に導くこ
とて、燃料噴霧を点火プラグ近傍へ層状に確実に輸送で
きるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明では、シリンダヘッド燃焼室壁面の中央部から燃
焼室内に臨ませた点火プラグと、シリンダヘッド燃焼室
壁面の吸気弁側の側部から燃焼室内に臨ませた燃料噴射
弁と、ピストン冠面に設けられて吸気のタンブル流を助
長する溝部と、を備え、少なくとも所定の運転条件にて
圧縮行程中に燃料噴射弁から燃料を噴射して成層燃焼を
行わせるようにした直噴火花点火式内燃機関において、
燃焼室内に、ピストン冠面の溝部により案内されて燃料
噴射弁近傍へ向かい、燃料噴射弁近傍から点火プラグ近
傍へ向かう流れとなる順タンブル流を生成する一方、前
記溝部の幅を排気弁側を広く、吸気弁側を狭くし、ま
た、前記溝部の深さを排気弁側を浅く、吸気弁側を深く
したことを特徴とする。
【０００９】請求項２に係る発明では、前記溝部のタン
ブル流と直交する方向の断面積を、タンブル流の方向の
所定範囲にわたって、ほぼ同一としたことを特徴とす
る。請求項３に係る発明では、吸気弁側から排気弁側へ
の前記溝部の幅角度を、燃料噴射弁の噴霧角より大きく
したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、燃料噴射
弁から噴射された燃料が直接点火プラグ近傍に向かうよ
うに順タンブル流を生成することで、燃料のピストン冠
面への衝突を回避できる。そして、タンブル流を誘導す
るピストン冠面の溝部の幅を排気弁側を広く、吸気弁側
を狭くし、また、溝部の深さを排気弁側を浅く、吸気弁
側を深くすることにより、排気弁側から溝部に入ったタ
ンブル流をはみ出させることなく吸気弁側（燃料噴射弁
下方）へ誘導し、かつ一点に集中させて流れを強くする
ことができ、効果的に燃料噴射弁からの噴霧を持ち上げ
て点火プラグ方向へ導くことが可能となり、より安定し
た燃焼を行わせることができる。また、強化されたタン
ブル流により噴霧が流れに乗り損ねることなく点火プラ
グに輸送されるため、未燃ＨＣの発生や、噴霧がピスト
ン冠面等に付いてデポジットが堆積するのを抑制でき、
一層の燃費、排気の向上を図ることができる。
【００１１】請求項２に係る発明によれば、前記溝部の
タンブル流と直交する方向の断面積を、タンブル流の方
向の所定範囲にわたって、ほぼ同一とすることで、溝部
からのタンブル流のはみ出しをより確実に防止して、誘
導効果をより高めることができる。
【００１２】請求項３に係る発明によれば、前記溝部の
幅角度を、燃料噴射弁の噴霧角より大きくすることで、
噴霧を冠面に当てることなく、タンブル流に確実に乗せ
ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す
直噴火花点火式内燃機関の断面図、図２はピストン冠面
の平面図、図３はピストン冠面の斜視図である。
【００１４】図１を参照し、１はシリンダブロック、２
はシリンダヘッド、３はピストン、４はこれらシリンダ
ブロック１、シリンダヘッド２及びピストン３により形
成される燃焼室を示している。
【００１５】シリンダヘッド２には、２つの吸気弁５
と、該吸気弁５と対向配置した２つの排気弁６とを備
え、吸気ポート７から吸気して排気ポート８から排気す
るクロスフローポート構造としてある。
【００１６】また、シリンダヘッド２には、シリンダヘ
ッド１燃焼室壁面の中央部から燃焼室４内に臨ませた点
火プラグ９と、シリンダヘッド１燃焼室壁面の吸気弁５
側の側部（２つの吸気弁間でかつ下側）から燃焼室４内
に臨ませた燃料噴射弁１０と、が取付けられている。
【００１７】ここで、吸気ポート７の設定により、燃焼
室４内に吸気のタンブル流（縦方向の旋回流）として、
図１に矢印ａで示す順タンブル流（すなわち、燃料噴射
弁１０近傍から直接点火プラグ９近傍へ向かう流れ）を
生成するようにしてある。
【００１８】そして、ピストン３の冠面には、タンブル
流を助長する溝部（スロープ溝）１１が形成されてい
る。従って、前記タンブル流ａは、ピストン３の冠面の
溝部１１により案内されて燃料噴射弁１０近傍へ向か
い、燃料噴射弁１０近傍から点火プラグ９近傍へ向かう
流れとなる。
【００１９】以下に溝部１１について詳しく説明する。
溝部１１は、図１のように、側面から見た状態におい
て、吸気のタンブル流ａの流れ方向に円弧となる形状に
する一方、排気弁６側を浅くし、吸気弁５側を深くして
ある。
【００２０】本実施形態では、溝部１１の一番深い所α
は、ピストン３の中心部より、吸気弁５側ヘシリンダボ
ア直径の５〜２０％オフセットさせてあり、深さはシリ
ンダボア直径の５〜２０％とする。これは、スロープ深
さを浅くしすぎると、タンブル流の形成がうまくでき
ず、逆に深くしすぎると、冠面厚さが厚くなってしま
い、ピストンヘッドが重くなってしまうためである。
尚、α部にて、排気側の曲線Ｒ１と吸気側の曲線Ｒ２と
が同一接線上でつながるようにする。
【００２１】溝部１１の始端及び終端からピストン３冠
面周縁部までの各距離βは、吸気、排気側共に、シリン
ダボア直径の５〜１５％とする。ピストン３の強度上の
理由から、下限が定まると共に、排気側はこの値が大き
いとタンブル流が溝部１１内に入りにくくなり、ペント
ルーフ側から来たタンブル流を阻害することになるため
であり、吸気側はこの値が大きいとタンブル流を燃料噴
射弁１０近傍へ導くことができなくなるためである。
【００２２】また、溝部１１は、図２のように、上面か
ら見た状態において、排気弁６側を広く、吸気弁５側を
狭くしてある。本実施形態では、ピストン３の中心部で
の溝部１１の幅γはシリンダボア直径の５０〜７０％と
し、ピストン３の中心部から吸気、排気側へそれぞれシ
リンダボア直径の５〜２０％の所定範囲ｓにおいて、溝
部１１のタンブル流と直交する方向の断面積が中心部の
断面積とほぼ同等になるように曲率を決めている。
【００２３】また、上記のようにして、溝部１１の幅を
排気弁６側を広く、吸気弁５側を狭くするが、溝部１１
の幅角度δは、圧縮行程噴射時の燃料噴射弁１０の噴霧
角θを考慮して、δ＞θとする。例えば、噴霧角θ＝５
０°とすれば、幅角度δ＝６０°程度とする。
【００２４】以上の実施形態の構造によれば、所定の運
転条件にて圧縮行程中に燃料噴射弁１０から燃料を噴射
して成層燃焼を行わせる際に、燃料噴射弁１０から噴射
された燃料が直接点火プラグ９近傍に向かうように順タ
ンブル流を生成することで、燃料のピストン３冠面への
衝突を回避できる。
【００２５】そして、ピストン３冠面上のタンブル流を
誘導する溝部１１の幅を、排気弁６側を広く、吸気弁５
側を狭くし、溝部１１の深さを、排気弁６側を浅く、吸
気弁５側を深くすることにより、図３に示すように、排
気弁６側から溝部１１に入ったタンブル流をはみ出させ
ることなく吸気弁５側（燃料噴射弁１０下方）へ誘導
し、かつ一点に集中させることで流れを強くすることが
できる。
【００２６】従って、成層燃焼運転時に圧縮行程で燃料
噴射弁１０から噴射された燃料をこのタンブル流に乗せ
て、効果的に持ち上げることで、点火プラグ９へ層状に
確実に輸送でき、安定した燃焼を行わせることができ
る。
【００２７】図４は、本発明の溝部を備えるものと、通
常の溝部を備えるものとについて、空燃比（Ａ／Ｆ）を
変化させた場合の、図示平均有効圧の変動率を示したも
ので、本発明によれば、極リーン空燃比においても、図
示平均有効圧の変動率を小さく抑え、安定度を向上させ
ることができ、リーン限界を拡大することができる。
【００２８】また、強化されたタンブル流により噴霧が
流れに乗り損ねることなく点火プラグ９に輸送されるた
め、未燃ＨＣの発生や、噴霧がピストン３冠面等に付着
してデポジットが堆積するのを抑制でき、一層の燃費、
排気の向上を図ることができる。
【００２９】また、溝部１１のタンブル流と直交する方
向の断面積を、タンブル流の方向の所定範囲ｓにわたっ
て、ほぼ同一とすることで、溝部１１からのタンブル流
のはみ出しをより確実に防止して、誘導効果をより高め
ることができる。
【００３０】また、溝部１１の幅角度δを、燃料噴射弁
１０の噴霧角θより大きくすることで、噴霧を冠面に当
てることなく、タンブル流に確実に乗せることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示す直噴火花点火式内
燃機関の断面図
【図２】 ピストン冠面の平面図
【図３】 ピストン冠面の斜視図
【図４】 本発明によるリーン限界改善効果を示す図
【符号の説明】
１ シリンダブロック ２ シリンダヘッド ３ ピストン ４ 燃焼室 ５ 吸気弁 ６ 排気弁 ７ 吸気ポート ８ 排気ポート ９ 点火プラグ １０ 燃料噴射弁 １１ 溝部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 入矢 祐一 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 福田 隆 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AA04 AA15 AB03 AC05 AD02 AD03 AD04 AD06 AD09 AD14 AG01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】シリンダヘッド燃焼室壁面の中央部から燃
    焼室内に臨ませた点火プラグと、シリンダヘッド燃焼室
    壁面の吸気弁側の側部から燃焼室内に臨ませた燃料噴射
    弁と、ピストン冠面に設けられて吸気のタンブル流を助
    長する溝部と、を備え、少なくとも所定の運転条件にて
    圧縮行程中に燃料噴射弁から燃料を噴射して成層燃焼を
    行わせるようにした直噴火花点火式内燃機関において、 燃焼室内に、ピストン冠面の溝部により案内されて燃料
    噴射弁近傍へ向かい、燃料噴射弁近傍から点火プラグ近
    傍へ向かう流れとなる順タンブル流を生成する一方、前
    記溝部の幅を排気弁側を広く、吸気弁側を狭くし、ま
    た、前記溝部の深さを排気弁側を浅く、吸気弁側を深く
    したことを特徴とする直噴火花点火式内燃機関。
  2. 【請求項２】前記溝部のタンブル流と直交する方向の断
    面積を、タンブル流の方向の所定範囲にわたって、ほぼ
    同一としたことを特徴とする請求項１記載の直噴火花点
    火式内燃機関。
  3. 【請求項３】吸気弁側から排気弁側への前記溝部の幅角
    度を、燃料噴射弁の噴霧角より大きくしたことを特徴と
    する請求項１又は請求項２記載の直噴火花点火式内燃機
    関。
JP15921499A 1999-06-07 1999-06-07 直噴火花点火式内燃機関 Expired - Lifetime JP3598880B2 (ja)

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