JPH0533656A - 直接噴射式内燃機関 - Google Patents

直接噴射式内燃機関

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JPH0533656A
JPH0533656A JP3186275A JP18627591A JPH0533656A JP H0533656 A JPH0533656 A JP H0533656A JP 3186275 A JP3186275 A JP 3186275A JP 18627591 A JP18627591 A JP 18627591A JP H0533656 A JPH0533656 A JP H0533656A
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fuel
wall surface
cylinder head
cavity
valve
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JP3186275A
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Koichi Nakae
公一 中江
Toyoichi Umehana
豊一 梅花
Tadashi Fukuyama
正 福山
Takeshi Sato
武 佐藤
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Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 直接噴射式ディーゼル機関において、噴射燃
料の微粒化を向上させると共にシリンダヘッドの弁間部
に亀裂が発生することを防止する。 【構成】 シリンダヘッド内壁面３ａの一側に一対の給
気弁を配置し、シリンダヘッド内壁面３ａの他側に一対
の排気弁を配置する。シリンダヘッド内壁面３ａの中心
部に燃料噴射弁６を配置する。ピストン２頂面の中央部
にキャビティ１４を形成する。給気弁および排気弁の弁
間に位置するシリンダヘッド内壁面の各弁間部３ｂ上に
突起部１８を形成する。ピストン２が上死点付近に位置
するときに燃料噴射弁６の各ノズル口１６から各突起部
１８に向けて燃料Ｆ1 を噴射して、突起部１８に衝突し
て反射した燃料Ｆ2 をキャビティ１４内に拡散させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は直接噴射式内燃機関に関
する。
【０００２】
【従来の技術】シリンダヘッド内壁面の中央部に燃料噴
射弁を配置し、ピストン頂面の中央部にキャビティを形
成し、このキャビティの周縁部に対向するシリンダヘッ
ド内壁面上に全周に亘って断面がほぼ半円状の凹部を形
成し、燃料噴射弁のノズル口を、ピストンが上死点付近
に位置するときのキャビティ側壁面からシリンダヘッド
内壁面上の凹部にかけた領域に向けて放射状に複数個穿
設した直接噴射式ディーゼル機関が公知である（実開平
１−１４２５２５号公報参照）。この直接噴射式ディー
ゼル機関では圧縮行程終了時期付近において燃料噴射弁
からキャビティ側壁面およびシリンダヘッド内壁面上の
凹部に向けて燃料が放射状に噴射され、キャビティ側壁
面に衝突して反射した燃料と凹部に衝突して反射した燃
料とがキャビティの内部において互いにミキシングされ
つつ拡散せしめられ、斯くして噴射燃料と空気との良好
なミキシングが確保されるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、シリンダヘ
ッド内壁面上に給気弁および排気弁を備えた直接噴射式
内燃機関では、良好な給気効率および排気効率が得られ
るように給気弁および排気弁の開口面積ができるだけ大
きくとられるので、給気弁および排気弁の弁間に位置す
るシリンダヘッドの弁間部の肉幅がかなり狭く形成され
る。これら肉幅の狭い弁間部では熱が逃げにくいために
弁間部は特に高温を呈し、その結果熱応力によって弁間
部に亀裂が生じやすいという問題がある。この問題を解
決するために弁間部に冷却水を流通させようとしても、
上述のように弁間部の肉幅が狭いので冷却水を流通させ
るための十分なスペースがない。一方、この高温を呈す
るシリンダヘッド内壁面の弁間部に噴射燃料を衝突させ
るようにすれば弁間部を噴射燃料によって冷却すること
ができ、更に噴射燃料は弁間部から熱を受けるために噴
射燃料の微粒化および霧化を向上させることができる。
しかしながら上述の直接噴射式ディーゼル機関ではシリ
ンダヘッド内壁面上に形成された凹部と給気弁および排
気弁との位置関係について何ら示唆しておらず、従って
凹部上における噴射燃料の衝突位置と弁間部との位置関
係についても何ら示唆していない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、シリンダヘッド内壁面上に給気弁
および排気弁を配置し、ピストン頂面の中央部にキャビ
ティを形成すると共にシリンダヘッド内壁面上に配置さ
れた燃料噴射弁からキャビティ内に燃料を供給するよう
にした直接噴射式内燃機関において、給気弁および排気
弁の弁間に位置するシリンダヘッド内壁面の弁間部に突
起部または凹部を設け、燃料噴射弁から突起部または凹
部に向けて燃料を噴射して突起部または凹部に衝突して
反射した燃料をキャビティ内に向かわせるようにしてい
る。
【０００５】更に、上記問題点を解決するために本発明
によればシリンダヘッド内壁面上に給気弁および排気弁
を配置し、ピストン頂面の中央部にキャビティを形成す
ると共にシリンダヘッド内壁面上に配置された燃料噴射
弁からキャビティ内に燃料を供給するようにした直接噴
射式内燃機関において、キャビティの側壁面上またはキ
ャビティの内部に噴射燃料衝突壁面を設け、燃料噴射弁
から噴射燃料衝突壁面に向けて燃料を噴射して噴射燃料
衝突壁面に衝突して反射した燃料の一部を給気弁および
排気弁の弁間に位置するシリンダヘッド内壁面の弁間部
に向かわせると共に噴射燃料衝突壁面に衝突して反射し
た燃料の残りの部分をキャビティ内に向かわせるように
している。
【０００６】
【作用】請求項１に記載の発明では燃料噴射弁から噴射
された燃料がシリンダヘッド内壁面の弁間部に設けられ
た突起部または凹部に衝突して反射し、反射した燃料が
拡散されつつキャビティ内に向かう。請求項２に記載の
発明では、燃料噴射弁から噴射された燃料が噴射燃料衝
突壁面に衝突して反射し、反射した燃料の一部がシリン
ダヘッド内壁面の弁間部に向かうと共に反射した燃料の
残りの部分がキャビティ内に拡散される。
【０００７】
【実施例】図１から図３に本発明を直接噴射式２サイク
ルディーゼル機関に適用し場合を示す。図１および図２
を参照すると、１はシリンダブロック、２はシリンダブ
ロック１内で往復動するピストン、３はシリンダブロッ
ク１上に固定されたシリンダヘッド、４はシリンダヘッ
ド３の内壁面３ａとピストン２間に形成された燃焼室を
夫々示す。シリンダヘッド内壁面３ａの中心部には燃料
噴射弁６が配置される。またシリンダヘッド内壁面３ａ
の一側に一対の給気弁８が配置され、シリンダヘッド内
壁面３ａの他側に一対の排気弁９が配置される。シリン
ダヘッド３内には給気弁８に対して給気ポート１１が形
成され、排気弁９に対して排気ポート１２が形成され
る。
【０００８】一方、ピストン２頂面の中央部にはキャビ
ティ１４が形成される。図１に示されるようにキャビテ
ィ１４の側壁面１４ａは下方に向けてわずかに拡がった
ほぼ円筒状をなし、キャビティ１４の底壁面１４ｂはそ
の中央部が周辺部に比べて若干盛り上がった形状をな
す。図１および図２からわかるようにキャビティ１４お
よび燃料噴射弁６は共にシリンダ軸線上に配置されてい
る。
【０００９】また、給気弁８および排気弁９の弁間に位
置するシリンダヘッド内壁面３ａの各弁間部３ｂ上には
ほぼ半球状をなす突起部１８が夫々形成される。これら
４個の突起部１８はピストン２頂面上に形成されたキャ
ビティ１４の周縁部よりも若干内側、即ち燃料噴射弁６
側に位置するように形成されている。燃料噴射弁６の先
端部にはこれら突起部１８に向けて４個のノズル口１６
が放射状に形成されており、これらノズル口１６から対
応する突起部１８に向けて夫々燃料が噴射される。
【００１０】図３に燃料噴射弁６からの燃料噴射時期の
一例を示す。図３においてＩr は燃料噴射量が少ない機
関運転時、例えば機関低回転低負荷運転時における燃料
噴射時期の一例を示しており、Ｉh は燃料噴射量が多い
機関運転時、例えば機関高回転高負荷運転時における燃
料噴射時期の一例を示している。図３から燃料噴射量が
少ない機関運転時における燃料噴射Ｉrは上死点ＴＤＣ
の少し手前の時点において開始され、ほぼ上死点ＴＤＣ
の時点において終了されることがわかる。一方、燃料噴
射量が多い機関運転時における燃料噴射Ｉh では燃料噴
射Ｉr に比べて噴射開始時期が早められると共に噴射終
了時期が遅くされることがわかる。またこの燃料噴射Ｉ
h では上死点前の噴射期間と上死点後の噴射期間とがほ
ぼ等しいことがわかる。
【００１１】図１および図２に示されるようにピストン
２が上死点付近に位置する時期に燃料噴射弁６の各ノズ
ル口１６からシリンダヘッド内壁面の各弁間部３ｂ上に
形成された突起部１８に向けて燃料Ｆ1 が噴射される。
この噴射燃料Ｆ1 は各突起部１８に衝突して図１におい
てＦ2 で示すようにキャビティ１４内に向けて広範囲に
反射せしめられ、斯くして燃料Ｆ2 がキャビティ１４内
の広い領域に亘って拡散される。その結果燃料Ｆ2 とキ
ャビティ１４内の空気とが良好にミキシングされる。
【００１２】ところで、給気弁８の開口面積および排気
弁９の開口面積は良好な給気効率および排気効率を得る
ためにできるだけ大きくとられるので、給気弁８および
排気弁９の弁間に位置するシリンダヘッド３の各弁間部
の肉幅は図２に示されるようにかなり狭く形成されてい
る。これらの肉幅の狭い弁間部では熱が逃げにくいので
弁間部は特に高温を呈する。図１および図２に示す実施
例ではこのように特に高温を呈するシリンダヘッド内壁
面の弁間部３ｂ上に形成された突起部１８に噴射燃料Ｆ
1 を衝突させるようにしているので、噴射燃料は突起部
１８から熱を受け、その結果燃料の微粒化および霧化が
促進される。このように良好に微粒化された燃料が図１
においてＦ2 で示すようにキャビティ１４内に拡散され
るので、キャビティ１４内に良好な混合気を形成するこ
とができる。一方、シリンダヘッド３の弁間部は噴射燃
料Ｆ1 が突起部１８に衝突することによって冷却され、
斯くしてシリンダヘッド３の弁間部に熱応力によって亀
裂が発生することが防止される。
【００１３】図４に第２の実施例を示す。図４に示す実
施例では給気弁８および排気弁９の弁間に位置するシリ
ンダヘッド内壁面３ａの各弁間部３ｂ上に凹部２０が夫
々形成されており、ピストン２が上死点付近に位置する
時期に燃料噴射弁６の各ノズル口１６から各凹部２０に
向けて燃料Ｆ1 が噴射される。図５に第３の実施例を示
す。図５に示す実施例ではシリンダヘッド内壁面３ａ上
に３個の給気弁８と２個の排気弁９とが配置されてお
り、シリンダヘッド内壁面の各弁間部３ｂ上に突起部２
２が形成されている。燃料噴射弁６の先端部にはこれら
突起部２２に向けて５個のノズル口１６が放射状に形成
されており、これらノズル口１６から対応する突起部２
２に向けて夫々燃料Ｆ1 が噴射される。
【００１４】図６から図８に第４の実施例を示す。図１
および図２に示す実施例、図４に示す実施例および図５
に示す実施例ではシリンダヘッド内壁面の弁間部３ｂ上
に突起部１８，２２または凹部２０が形成されている
が、この図６から図８に示す実施例ではシリンダヘッド
内壁面の弁間部３ｂ上に突起部または凹部は形成されて
おらず、シリンダヘッド内壁面３ａは全面に亘って平坦
をなす。一方、ピストン２頂面上に形成されたキャビテ
ィ１４の側壁面１４ａの上方部分上には噴射燃料衝突壁
面を構成する４個のほぼ半球状の突起部２４が形成され
ている。各突起部２４はシリンダヘッド内壁面の各弁間
部３ｂの直下に位置している。燃料噴射弁６の先端部に
はピストン２が上死点付近に位置するときの突起部２４
に向けて４個のノズル口１６が放射状に形成されてお
り、これらノズル口１６から対応する突起部２４に向け
て夫々燃料が噴射される。
【００１５】燃料噴射量が少ない機関運転時、例えば機
関低回転低負荷運転時には図３に示されるように上死点
ＴＤＣの少し手前の時点において燃料噴射Ｉr が開始さ
れ、ほぼ上死点ＴＤＣの時点において燃料噴射Ｉr が終
了される。このときの燃料噴射の様子が図６に示されて
いる。このとき燃料噴射弁６の各ノズル口１６から噴射
された燃料Ｆ1 は図６に示されるように半球状をなす各
突起部２４の中心よりも下側部分に衝突する。従って、
各突起部２４に衝突した各噴射燃料Ｆ1 はキャビティ１
４の外部に向けて反射せしめられることなく、図６にお
いてＦ3 で示されるようにすべての燃料がキャビティ１
４内に向けて広範囲に反射せしめられる。このように噴
射燃料が突起部２４に衝突することにより燃料の微粒化
が促進されると共に燃料がキャビティ１４内の広い領域
に亘って拡散されるので、燃料とキャビティ１４内の空
気とが良好にミキシングされる。
【００１６】一方、燃料噴射量が多い機関運転時、例え
ば機関高回転高負荷運転時には図３においてＩh で示さ
れるように、燃料噴射量が少ない機関運転時に比べて噴
射開始時期が早められると共に噴射終了時期が遅くされ
る。この燃料噴射時期Ｉh の初期および末期、即ちピス
トン２が上死点よりもやや下方に位置するときの燃料噴
射の様子が図７に示されている。なお、燃料噴射時期Ｉ
h の中期、即ちピストン２がほぼ上死点に位置するとき
の燃料噴射の様子は図６に示すように燃料噴射量が少な
い機関運転時の燃料噴射Ｉr の場合と同様である。
【００１７】燃料噴射時期Ｉh の初期および末期に燃料
噴射弁６の各ノズル口１６から噴射された燃料Ｆ1 は図
７に示されるように半球状をなす各突起部２４の中心よ
りもやや上側の位置を中心にして突起部２４に衝突す
る。従って突起部２４に衝突した噴射燃料の一部は図７
においてＦ4 で示されるようにシリンダヘッド内壁面の
弁間部３ｂに向けて拡散しつつ反射せしめられ、突起部
２４に衝突した噴射燃料の残りの部分は図７においてＦ
5 で示されるようにキャビティ１４内に向けて拡散しつ
つ反射せしめられる。反射した燃料部分Ｆ4 はシリンダ
ヘッド内壁面の弁間部３ｂに衝突して反射し、次いでキ
ャビティ１４内に向けて拡散しつつ進行する。このとき
シリンダヘッド内壁面の弁間部３ｂは上述のように特に
高温を呈するので、燃料部分Ｆ4 は弁間部３ｂに衝突し
たときに弁間部３ｂから熱を受け、その結果燃料の微粒
化および霧化が促進される。一方、シリンダヘッド３の
弁間部は燃料部分Ｆ4 によって冷却され、斯くしてシリ
ンダヘッド３の弁間部に熱応力によって亀裂が発生する
ことが阻止される。
【００１８】ところで、本実施例では上述のように燃料
噴射量が少ない機関運転時には燃料噴射Ｉr の噴射期間
全体に亘って突起部２４に衝突したすべての噴射燃料が
キャビティ１４内部に向けて反射される（図６参照）の
で、シリンダヘッド３の弁間部は燃料によって冷却され
ないことになる。これは、燃料噴射量が少ない機関運転
時にはシリンダヘッド３の弁間部は亀裂が発生するほど
高温にはならないので弁間部を冷却しなくても構わない
からである。
【００１９】図９に第５の実施例を示す。図９に示す実
施例では噴射燃料衝突壁面を構成する４個のほぼ半球状
の凹部２６がキャビティ側壁面１４ａの上方部分上に形
成されている。各凹部２６はシリンダヘッド内壁面の各
弁間部３ｂの直下に位置している。図９に示されるよう
にピストン２が上死点付近に位置するときに燃料噴射弁
６の各ノズル口１６から各凹部２６に向けて燃料Ｆ1 が
噴射される。各凹部２６に衝突した噴射燃料の一部は図
９においてＦ4 で示されるようにシリンダヘッド内壁面
の弁間部３ｂに向けて拡散しつつ反射せしめられ、各凹
部２６に衝突した噴射燃料の残りの部分は図９において
Ｆ5 で示されるようにキャビティ１４内に向けて拡散し
つつ反射せしめられる。図６から図８に示す実施例では
上述のように燃料噴射量が少ない機関運転時には突起部
２４に衝突して反射した燃料がシリンダヘッド内壁面の
弁間部３ｂに当たらないようになっている（図６参照）
が、この実施例では図９からわかるように燃料噴射量が
少ない機関運転時にも凹部２６に衝突して反射した燃料
の一部Ｆ4 がシリンダヘッド内壁面の弁間部３ｂに衝突
するようにしている。
【００２０】図１０に第６の実施例を示す。図１０に示
す実施例ではシリンダヘッド内壁面３ａ上に３個の給気
弁８と２個の排気弁９とが配置されている。また、噴射
燃料衝突壁面を構成するリング状の突起部２８がキャビ
ティ側壁面１４ａの上方部分上に形成されている。この
リング状の突起部２８はその全周に亘ってほぼ半円状の
断面形状をなす。燃料噴射弁６の先端部にはシリンダヘ
ッド内壁面の各弁間部３ｂの直下に位置する突起部２８
部分に向けて５個のノズル口１６が放射状に形成されて
おり、ピストン２が上死点付近に位置するときに各ノズ
ル口１６から各弁間部３ｂの直下に位置する突起部２８
部分に向けて燃料Ｆ1 が噴射される。
【００２１】図１１に第７の実施例を示す。図１１に示
す実施例ではキャビティ１４内部の上方部分にリング状
をなすリング部材３０が配置され、このリング部材３０
は複数個の支持ロッド３１を介してキャビティ底壁面１
４ｂ上に固定される。図１１からわかるようにリング部
材３０はシリンダ軸線上に配置されており、噴射燃料衝
突壁面を構成するリング部材３０の内周壁面は全周に亘
ってほぼ半円状の断面形状をなす。図１１に示されるよ
うにピストン２が上死点付近に位置するときに燃料噴射
弁６の各ノズル口１６から、シリンダヘッド内壁面の各
弁間部３ｂの直下に位置するリング部材３０の内周壁面
部分に向けて燃料Ｆ1 が噴射される。リング部材３０の
各内周壁面部分に衝突した噴射燃料の一部は図１１にお
いてＦ4 で示されるようにシリンダヘッド内壁面の弁間
部３ｂに向けて拡散しつつ反射せしめられ、リング部材
３０の各内周壁面部分に衝突した噴射燃料の残りの部分
は図１１において、Ｆ5 で示されるようにキャビティ１
４内に向けて拡散しつつ反射せしめられる。
【００２２】なお、これまで本発明を直接噴射式２サイ
クルディーゼル機関に適用した場合について説明してき
たが本発明を直接噴射式４サイクルディーゼル機関にも
適用することができる。
【００２３】
【発明の効果】高温を呈するシリンダヘッド内壁面の弁
間部に噴射燃料を衝突させることにより、燃料の微粒化
および霧化を向上させることができる。また、シリンダ
ヘッドの弁間部が噴射燃料によって冷却されるので、弁
間部に亀裂が発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】直接噴射式２サイクルディーゼル機関の側面断
面図である。
【図２】シリンダヘッドの底面図である。
【図３】燃料噴射時期を示す線図である。
【図４】第２の実施例を示す直接噴射式２サイクルディ
ーゼル機関の側面断面図である。
【図５】第３の実施例を示すシリンダヘッドの底面図で
ある。
【図６】第４の実施例においてピストンが上死点に位置
するときの燃料噴射の様子を示す直接噴射式２サイクル
ディーゼル機関の側面断面図である。
【図７】ピストンが上死点よりもやや下方に位置すると
きの燃料噴射の様子を示す直接噴射式２サイクルディー
ゼル機関の側面断面図である。
【図８】シリンダヘッドの底面図である。
【図９】第５の実施例を示す直接噴射式２サイクルディ
ーゼル機関の側面断面図である。
【図１０】第６の実施例を示すシリンダヘッドの底面図
である。
【図１１】第７の実施例を示す直接噴射式サイクルディ
ーゼル機関の側面断面図である。
【符号の説明】
２…ピストン ３…シリンダヘッド ３ａ…シリンダヘッド内壁面 ３ｂ…シリンダヘッド内壁面の弁間部 ６…燃料噴射弁 ８…給気弁 ９…排気弁 １４…キャビティ １４ａ…キャビティ側壁面 １８…突起部 ２０…凹部 ２２…突起部 ２４…突起部 ２６…凹部 ２８…突起部 ３０…リング部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 武 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダヘッド内壁面上に給気弁および
    排気弁を配置し、ピストン頂面の中央部にキャビティを
    形成すると共にシリンダヘッド内壁面上に配置された燃
    料噴射弁から該キャビティ内に燃料を供給するようにし
    た直接噴射式内燃機関において、給気弁および排気弁の
    弁間に位置するシリンダヘッド内壁面の弁間部に突起部
    または凹部を設け、燃料噴射弁から上記突起部または凹
    部に向けて燃料を噴射して突起部または凹部に衝突して
    反射した燃料を該キャビティ内に向かわせるようにした
    直接噴射式内燃機関。
  2. 【請求項２】 シリンダヘッド内壁面上に給気弁および
    排気弁を配置し、ピストン頂面の中央部にキャビティを
    形成すると共にシリンダヘッド内壁面上に配置された燃
    料噴射弁から該キャビティ内に燃料を供給するようにし
    た直接噴射式内燃機関において、該キャビティの側壁面
    上または該キャビティの内部に噴射燃料衝突壁面を設
    け、該燃料噴射弁から該噴射燃料衝突壁面に向けて燃料
    を噴射して噴射燃料衝突壁面に衝突して反射した燃料の
    一部を給気弁および排気弁の弁間に位置するシリンダヘ
    ッド内壁面の弁間部に向かわせると共に噴射燃料衝突壁
    面に衝突して反射した燃料の残りの部分を該キャビティ
    内に向かわせるようにした直接噴射式内燃機関。
JP3186275A 1991-07-25 1991-07-25 直接噴射式内燃機関 Pending JPH0533656A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013072321A (ja) * 2011-09-27 2013-04-22 Toyota Motor Corp 内燃機関

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JP2013072321A (ja) * 2011-09-27 2013-04-22 Toyota Motor Corp 内燃機関

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