JPH0826772B2 - 火花点火筒内噴射エンジン - Google Patents

火花点火筒内噴射エンジン

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JPH0826772B2
JPH0826772B2 JP63042133A JP4213388A JPH0826772B2 JP H0826772 B2 JPH0826772 B2 JP H0826772B2 JP 63042133 A JP63042133 A JP 63042133A JP 4213388 A JP4213388 A JP 4213388A JP H0826772 B2 JPH0826772 B2 JP H0826772B2
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piston
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スキッシュ流によって燃焼を安定させた火
花点火筒内噴射エンジンに関する。
〔従来の技術〕
従来、筒内に直接燃料を噴射しピストン壁面にて燃料
を蒸発させ、蒸発燃料に着火して燃焼させる、壁面蒸発
式火花点火筒内噴射エンジンは、特開昭62−82222号公
報、実開昭61−173728号公報により知られている。
また、筒内噴射式火花点火機関ではないが、点火栓近
傍位置迄拡大されたスキッシュ部は、実開昭55−59136
号公報、実開昭56−92717号公報によって知られてい
る。このうち、実開昭55−59136号公報はスキッシュ部
郭定面に形成されたくぼみを開示している。さらに、実
開昭58−142326号公報は、ピストン上死点付近で点火プ
ラグ下端を迎入するプラグポケット部を開示している。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の壁面蒸発式の燃焼法は着火の安定性において極
めて有利であるが、これを実現する手段として強力なス
ワール流が必要である。そのため、 （イ）吸入ポートをスワール発生用としなくてはなら
ず、その結果体積効率が低下し、とくに高速時の出力が
低下する。
（ロ）スワール流は低流速のため、燃料蒸発に時間がか
かり、かなり早期に噴射しなければスモークが発生す
る。一方早期噴射では、燃料の分散過剰となり、未燃HC
が増大する。
等の問題があった。
また、従来の筒内噴射でない、拡大されたスキッシュ
部によって混合気の乱れと火炎伝播性を向上させた火花
点火機関では、均質混合気を点火栓にふきつけるだけな
ので、軽負荷時にはスキッシュ流が強過ぎて点火直後に
消炎される場合が生じるという問題があった。逆にスキ
ッシュ流の弱い燃焼室形状とすると、火炎伝播が遅くな
ってしまう。
本発明は、スワールに依存することなく、軽負荷時か
ら全負荷時迄の全領域において安定した燃焼が得られ、
かつ軽負荷時の着火性が向上された、火花点火筒内噴射
エンジンを提供することを課題とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題は、本発明によれば、次の（１）の火花点火
筒内噴射エンジンによって達成される。
（１） 燃焼室に臨む点火栓と； ピストン頂面の一部およびシリンダヘッド下面の一部
から成る２つのスキッシュ部郭定面間に郭成され、開放
端部と閉塞端部を有し、前記開放端部が前記点火栓位置
に近傍しているスキッシュ部と； 前記スキッシュ部の前記閉塞端部近傍に設けられ、ピ
ストン上死点位置近傍で噴射する燃料の一部または全部
を前記２つのスキッシュ部郭定面の何れか一方に向けて
噴射するインジェクタと； を有することを特徴とする火花点火筒内噴射エンジン。
前記（１）記載の火花点火筒内噴射エンジンは次の態
様をとることができる。
（２） 前記スキッシュ部郭定面のうち前記インジェク
タからの燃料が噴射される側のスキッシュ部郭定面は、
前記燃焼室に向って凹状に形成されかつ噴射燃料が衝突
する位置から前記点火栓側に向って延び表面が前記スキ
ッシュ部郭定面の一部を構成するくぼみ部を有する
（１）記載の火花点火筒内噴射エンジン。
（３） 前記インジェクタは、燃料噴射方向が前記スキ
ッシュ部に生成されるスキッシュ流の上流側より下流に
向かう方向となるようにその噴射ノズル位置と噴射方向
が設定された（１）記載の火花点火筒内噴射エンジン。
（４） 前記ピストンは、ピストン上死点付近で前記点
火栓の下端部を迎入可能な凹部から成るプラグポケット
部を有している（１）記載の火花点火筒内噴射エンジ
ン。
（５） 前記ピストンは、前記スキッシュ部によって生
成されるスキッシュ流の流れ方向にて、前記プラグポケ
ット部より下流側に、比較的大きな容積の凹部を有する
（４）記載の火花点火筒内噴射エンジン。
（６） 前記インジェクタはその燃料噴射方向が前記ピ
ストン側のスキッシュ部郭定面に指向されており、前記
くぼみ部が前記ピストン側のスキッシュ部郭定面に形成
されている（２）記載の火花点火筒内噴射エンジン。
（７） 前記くぼみ部は底面と両側面を有し、前記底面
と前記シリンダヘッドの下面とはスキッシュ流れ方向最
終端部で前記点火栓に向って開口し、前記両側面はスキ
ッシュ流れ方向下流に向って間隔が拡開し最終端部で間
隔か絞られている（６）記載の火花点火筒内噴射エンジ
ン。
（８） 前記ピストンは、燃料噴射の極く早い時期に噴
射燃料が衝突する位置に急勾配で立ち上る立上り面を有
する切欠部を有する（６）記載の火花点火筒内噴射エン
ジン。
（９） 前記くぼみ部、前記凹部、前記切欠部は、噴射
時期の極く早期に噴射燃料が前記切欠部にあたり、比較
的早期に前記凹部にあたり、遅い時期に前記くぼみ部に
あたるように、それぞれ配置されている（８）記載の火
花点火筒内噴射エンジン。
（10） 前記インジェクタはその燃料噴射方向が前記シ
リンダヘッド側のスキッシュ部郭定面に指向されてお
り、前記くぼみ部が前記シリンダヘッド側のスキッシュ
部郭定面に形成されている（２）記載の火花点火筒内噴
射エンジン。
（11） 前記くぼみ部は、スキッシュ流れ方向最終端部
の少なくとも一部に、前記点火栓の点火ギャップに適量
の蒸発燃料を導く、なめらかに下方に湾曲した湾曲面を
有する（10）記載の火花点火筒内噴射エンジン。
上記において、（１）〜（５）は後述する第１実施例
と第２実施例との共通構成に関し、（６）〜（９）は第
１実施例の構成に関し、（10）〜（11）は第２実施例の
構成に関する。
〔作用〕
上記（１）の構成のエンジンは、次の如く作用する。
まず、筒内の壁面に付着した燃料の蒸発に必要な気流
は、従来のスワールに代えてスキッシュ流によって得ら
れる。スキッシュ流はスワールに比べて強く、ピストン
上昇時ピストン上死点近傍で作用し、短期間で効率よく
燃料を蒸発させる。スキッシュ部はその開放端部が点火
栓位置に近接するところまで拡大されているのでスキッ
シュは極めて強い。また拡大されたスキッシュ部のスキ
ッシュ郭定面に向けて燃料噴射が行なわれるので、強い
スキッシュ流を燃料蒸発に直接利用でき、かつそこで発
生した濃い混合気を、噴射時期の早遅に合せて、筒内全
体または点火栓に効率よく最適に供給できる。特に、点
火栓に向かうスキッシュ流は着火に適した濃混合気であ
るため、着火時に強力な火炎核が得られ、着火後も単に
均質混合気をふき付ける場合に比べて消炎されにくくな
る。さらにインジェクタのスキッシュ上流側配置によっ
て、点火栓を気筒中央に配置でき、ポートとのスペース
上の干渉をうまく避けて比較的大径の点火栓をシリンダ
ヘッドに配置でき、かつ火炎伝播距離を最短にできる。
〔実施例〕
以下に、本発明の火花点火筒内噴射エンジンの実施例
を、図面を参照して説明する。
第１図から第10図迄は本発明の第１実施例（噴射がピ
ストンに向けて行なわれる場合）に対応し、第12図、第
13図は本発明の第２実施例（噴射がシリンダヘッド下面
に向けて行なわれる場合）に対応し、第11図は第１実施
例、第２実施例の両方に適用される。
まず、第１実施例、第２実施例の共通構成を説明す
る。
第１図、第２図および第12図、第13図において、本発
明の火花点火筒内噴射エンジンは、点火栓２と、スキッ
シュ部10と、インジェクタ１を有する。点火栓２は、燃
焼室12に臨み、望ましくは、燃焼室12の、気筒軸心と直
交する断面内のほぼ中央部に設けられている。スキッシ
ュ部10は、ピストン３の頂面の一部11とシリンダヘッド
下面の一部13から成る２つのスキッシュ部郭定面11、13
間に郭成され、開放端部14と閉塞端部15を有し、開放端
部14は点火栓位置に近接するところ迄拡大されている。
インジェクタ１は、スキッシュ部10の閉塞端部15近傍に
設けられ、噴射する燃料６の一部または全部を、２つの
スキッシュ部郭定面11、13の何れか一方に向けて噴射す
る。シリンダヘッド側のスキッシュ部郭定面13は上方に
凹状にほぼコーン状に凹んだシリンダヘッド下面の一部
に形成され、ピストン側のスキッシュ部郭定面11はピス
トン頂面のうちシリンダヘッド側のスキッシュ部郭定面
13にほぼ平行に形成された部分からなる。ピストン上死
点位置またはその近傍で２つのスキッシュ部郭定面11、
13は互いに近接し強いスキッシュ流を発生させる狭い空
間、すなわちスキッシュ部10を二者の間に形成する。
この構成では、従来のスワールの代りにスキッシュ流
によって燃焼室12内に強い気流が生成する。しかもスキ
ッシュ部10が点火栓２に近接するところ迄拡大されてい
るので、スキッシュは極めて強い。スキッシュ流はスワ
ールに比べて強力な流れであり、短期間に効率よく燃料
を蒸発させる。また、インジェクタ１はスキッシュ部10
のスキッシュ部郭定面11、13の一方に燃料噴射するの
で、蒸発燃料を燃焼室内の必要な部分に運ぶことの制御
が容易となる。すなわち、高負荷時には燃焼室12内の比
較的広い範囲に蒸発燃料を拡散させ、軽負荷時には濃い
混合気を点火栓２に向けて運ぶことが容易になる。イン
ジェクタ１のスキッシュ部10の閉塞端側配設は、点火栓
２を気筒中央位置に配設することを可能にし、ポートと
の取り合わせを容易にする他、火炎伝播距離を最短化し
て燃焼改善をはかることができる。また、スキッシュ流
方式の採用により、スワール方式のように点火栓２を燃
焼室12に長く突出させる必要がなく、点火栓２の耐久性
を向上できる。
インジェクタ１から噴射される燃料噴霧６が衝突する
側のスキッシュ部郭定面11または13には、燃焼室12から
退く方向に凹み燃料噴霧６があたる位置近傍から点火栓
２に向って延びる凹状のくぼみ部５が形成されている。
くぼみ部５の表面はスキッシュ部郭定面の一部を構成す
る。
くぼみ部５は、まわりのスキッシュ部郭定面から段状
に凹み、これによってピストン上昇時にまわりからくぼ
み部５に入ろうとする気流を生じさせ、濃い混合気がく
ぼみ部５からまわりに出ることが抑制される。
インジェクタ１は、燃料噴射方向がスキッシュ部10に
生成されるスキッシュ流４の上流側から下流に向かう方
向となるように、その噴射ノズル位置と噴射方向が設定
されている。インジェクタ１は、たとえば第11図に示す
ような、多孔インジェクタ１から成ることが望ましい。
多孔から噴射される燃料の一部または全部がスキッシュ
部郭定面11、13のくぼみ部５の底面5aに向けて噴射され
る。第11図においてインジェクタ１は、弁ボデー61の先
端に多噴孔を有し、電歪式アクチュエータ等62によって
ニードル63を開いて燃料タンク64からの燃料を噴射す
る。噴射量はニードル63開時間によって制御される。噴
射時期は、エンジンスピード、エンジン負荷を検知して
その信号をエンジンコントロールコンピュータに導き、
このコンピュータによって全負荷の場合は、噴射量を増
すとともに噴射時期を早め、軽負荷時の場合は噴射量を
低減するとともに噴射時期を遅くするように、電歪式ア
クチュエータ62の通電を制御する。これらのインジェク
タの構造自体および制御自体は、実願昭62−58756号
（実開昭63−166664号）、特願昭61−260621号（特開昭
63−117150号）に既に提案済みのものに準じるが、構造
自体、制御自体がこの発明の趣旨ではないので、詳述は
省略する。
ピストン３は、ピストン上死点付近で、点火栓２の下
端部（点火ギャップ部）を迎入可能な凹部から成るプラ
グポケット部７を有する。プラグポケット部７は点火栓
２とピストン３との干渉を防ぐとともに、スキッシュ部
10のくぼみ部５から誘導された濃い混合気が点火栓２直
近に滞留することを助け、とくに軽負荷時の点火栓２に
よる着火性を向上させることを助ける。
ピストン３は、スキッシュ流４の流れ方向にてプラグ
ポケット部７よりさらに下流側に、比較的大きな容積の
凹部８を有する。凹部８は、スキッシュ部形成用のピス
トン盛り上り部16を避けて形成され、その横断面はほぼ
円形をピストン盛り上り部16によって切断した形状とな
っており、前記ほぼ円形の中心は点火栓２の中心とほぼ
一致している。プラグポケット部７は凹部８に開口して
いる。凹部８の深さはピストン上面のうちで最も下方に
凹んでいる。この比較的大きな容積の凹部８は、そこに
燃料が導入されたときの燃料蒸発壁面を構成する。
第９図、第10図は機関全体を示し、２つの吸気ポート
17、18と少なくとも１つの排気ポート19、20を有する。
点火栓２はこれらのポートで囲まれた部位に位置し、イ
ンジェクタ１は、２つの吸気ポート17、18または２つの
排気ポート19、20間に位置する。点火栓２は燃焼室12に
スワール方式に比べて短かく突入し、上方に気筒軸心に
ほぼ平行に延びる。スキッシュの利用によって点火栓の
燃焼室への突出量が少量で済み、点火栓の耐久性を向上
できる。点火栓２の気筒ほぼ中央配設とインジェクタ１
との気筒外周部配設は、点火栓２、インジェクタ１とポ
ートとの取り合せを容易にし、エンジンをコンパクトに
している。
次に、第１実施例と第２実施例によって異なる構成を
説明する。
第１実施例では、第１図、第２図にとくに示すよう
に、インジェクタ１はその噴射方向がピストン側のスキ
ッシュ部郭定面11に向けられており、くぼみ部５はピス
トン側のスキッシュ部郭定面11に形成されている。くぼ
み部５は底面5aと左右側壁面5b、5cを有する。底面5aは
噴射燃料６があたる位置近傍から始まって点火栓２に向
って徐々に深くなりやがてスキッシュ部郭定面11にほぼ
平行に延び点火栓２近傍で点火栓２に向って開口して終
る。両側面5b、5cは燃料噴霧６があたる位置近傍でなめ
らかに互いに連なってそこから点火栓２に向って噴射方
向左右に次第に拡がり終端近傍でなめらかに互いに接近
するように湾曲し終端で点火栓２に向って開放口を残し
て終っている。上記くぼみ部５の構成は、とくに軽負荷
時に蒸発燃料を点火栓２に運ぶことを助ける。
ピストン３は、スキッシュ部10によるスキッシュ流４
の流れ方向にて、凹部８よりさらに下流側に、ピストン
頂面に切欠部９を有している。この切欠部９は極く早い
噴射時期の燃料噴射があたるピストン頂面位置から始ま
ってスキッシュ流４の流れ方向に次第に深くなり、ピス
トン最外周近傍で急激に立上って終っている。この立上
り面9aは、衝突した燃料がシリンダボア壁面に流れるの
を防いでいる。
くぼみ部５、凹部８、切欠部９の配置はインジェクタ
１からの噴射時期が、遅い場合は噴射燃料がくぼみ部５
にあたり、比較的早い場合は噴射燃料が比較的大きな容
積の凹部８に噴射され、極く早い場合ひは噴射燃料が切
欠部９にあたるように、それぞれ配設されている。
第２実施例では、第12図、第13図に示すように、イン
ジェクタ１はその噴射方向がシリンダヘッド下面側のス
キッシュ部郭定面13に向けられており、くぼみ部５はシ
リンダヘッド側のスキッシュ部郭定面13に形成されてい
る。このくぼみ部５は底面5aと、側壁面5b、5cと、スキ
ッシュ流れ方向最終端部のなめらかな下方に向かう湾曲
面5dを有する。底面5aは噴射燃料があたる位置近傍から
始まり次第に深くなって湾曲面5dにつらなる。側壁面5
b、5cはスキッシュ流れ方向にいったん広くなってそれ
から狭くなり湾曲面5dにつらなっていく。湾曲面5dはそ
の傾斜の接線方向が点火栓２の点火ギャップより下方に
指向されており、適量の蒸発燃料を点火ギャップへと向
けるように形成されている。
次に作用について説明する。
まず、第１実施例、第２実施例の共通の作用について
述べる。
本発明のエンジンでは、従来のスワールに代えてスキ
ッシュが気流生成に利用される。スキッシュ流はスワー
ル流に比べて強く、かつ短期間で作用する。この高速の
スキッシュ流を利用することによって蒸発時間を短縮
し、これによって噴射→点火の期間を短縮し、スモー
ク、HCを低減する。また、スワール流によらないため、
点火栓２をボア中心付近に配することができ（スワール
は外周程強いので外周部に点火栓を配設したいという要
求が従来のものにはあった）、バルブ、ポート配置の構
成が楽になる。さらに、噴射量の多い高負荷時の場合
は、大部分の燃料を凹部８等筒内に拡散できる。一方噴
射の少ない軽負荷時の場合は集中して点火栓２の位置に
濃い混合気を運ぶ。
つぎに、各実施例における具体的作用を説明する。
まず、第１実施例における作用を説明する。
（ａ） 燃料が極く早期に噴射された場合は、第７図、
第８図に示すように、燃料噴霧６は比較的長い距離飛行
するため、その一部は貫徹力を失い筒内に浮遊し、一部
は切欠部９の立上り面9aに衝突して飛散し、筒内に広く
分散する。
（ｂ） 上記（ａ）より遅く噴射された場合は、第５
図、第６図に示すように、燃料６は前記比較的大きな凹
部８内に侵入し、ここで混合気を形成する。なお、
（ａ）、（ｂ）とも、ピストンが上死点付近に達する際
に生じるスキッシュ流４によって燃料の分散が促進さ
れ、また壁面に残留した一部の燃料が壁面から剥離され
る。
（ｃ） 上記（ｂ）よりさらに遅く、極く後期に噴射さ
れた場合は、第３図、第４図に示すように、スキッシュ
部郭定面11、さらに正確にはスキッシュ部郭定面11に形
成されたくぼみ部５の底面5a、からなる蒸発壁面に噴射
されて付着した燃料は、強いスキッシュ流４によって点
火栓２側に、前記比較的大きな容積の凹部８方向に吹き
とばされ、比較的濃混合気から成る、着火源となる火炎
核を形成する。高負荷域では、噴射期間の長大化あるい
は分割噴射によって上記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）あるい
は（ａ）、（ｃ）の組み合せで安定した燃焼が可能とな
り、中負荷、低負荷では（ｂ）、（ｃ）の組み合せ、ま
た極く低負荷では（ｃ）により安定した燃焼が行なわれ
る。
また、第２実施例の場合は次のように作用する。
インジェクタ１から噴射された燃料６は、シリンダヘ
ッド下面のスキッシュ部郭定面13にあたり、さらに詳し
くはくぼみ部５壁面から成る燃料蒸発壁面にあたって、
一部は蒸発面上に付着し、その他は蒸発壁面の下流端に
至り、下方に大きく湾曲した蒸発壁面下流端湾曲面5dで
誘導されて送り出され、直接点火栓ギャップ部に接する
ことなく筒内に広く飛散する。壁面に付着した燃料はそ
の場で蒸発しながらピストン３の上昇に伴なって発生す
るスキッシュ流４によって点火栓２の近傍まで運ばれ
て、プラグポケット部７等によって滞留し、上死点付近
で点火され着火源となる。
一方、筒内に飛散した燃料はスキッシュ流４によって
キャビティ８に押し込められ燃焼する。
〔発明の効果〕
本発明による効果は次の通りである。
（イ）スキッシュ部郭定面に燃料を噴射しそれを強力な
スキッシュ流によって蒸発させて点火栓に運ぶので、点
火栓に向かうスキッシュ流は着火に適した濃混合気とな
り着火時に強力な火炎核が得られ、着火後も単に均質混
合気に吹き付ける場合に比べて消炎されにくくなるた
め、スキッシュ流を火炎伝播に有効に活用できる。また
スキッシュ流はピストン上死点位置近傍で発生するた
め、比較的早期に噴射された燃料は、スキッシュ流に規
制されることなく筒内の広い部分に適度に分散させてお
くことができる。これによって、高負荷、軽負荷ともに
安定した燃焼が得られる。
（ロ）スキッシュ流の利用によって、スワールに比べて
蒸発時間を短縮でき、これによって噴射→点火の期間を
短縮でき、スモーク、HCを低減できる。
（ハ）スキッシュ部の開放端部が点火栓位置に近接して
いるので、点火栓近傍に確実に混合気を分布させること
ができる。また、インジェクタはスキッシュ部閉塞部近
傍に設けられスキッシュ部郭定面に向けて燃料を噴射す
るので、スキッシュ流はスキッシュ部郭定面に付着した
燃料の蒸発を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施例に係る火花点火筒内噴射エ
ンジンのピストン部平面図、 第２図は第１図のエンジンの燃焼室近傍の断面図、 第３図は第１図のエンジンの極く早い噴射時期の平面
図、 第４図は第３図の断面図、 第５図は第１図のエンジンの比較的早い噴射時期の平面
図、 第６図は第５図の断面図、 第７図は第１図のエンジンの遅い噴射時期の平面図、 第８図は第７図の断面図、 第９図は第１図および第２図の構造を具備したエンジン
の一例の断面図、 第10図は第９図のエンジンのシリンダヘッド部の平面
図、 第11図はインジェクタの一例の断面図、 第12図は本発明の第２実施例に係る火花点火筒内噴射エ
ンジンのピストン部平面図、 第13図は第12図のエンジンの燃焼室近傍の断面図、 である。 １……インジェクタ ２……点火栓 ３……ピストン ４……スキッシュ流 ５……くぼみ部 ６……噴射燃料 ７……プラグポケット部 ８……凹部 ９……切欠部 10……スキッシュ部 11、13……スキッシュ部郭定面 12……燃焼室

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】燃焼室に臨む点火栓と； ピストン頂面の一部およびシリンダヘッド下面の一部か
    ら成る２つのスキッシュ部郭定面間に郭成され、開放端
    部と閉塞端部を有し、前記開放端部が点火栓位置に近接
    しているスキッシュ部と； 前記スキッシュ部の前記閉塞端部近傍に設けられ、ピス
    トン上死点位置近傍で噴射する燃料の一部または全部を
    前記２つのスキッシュ部郭定面の何れか一方に向けて噴
    射するインジェクタと； を有することを特徴とする火花点火筒内噴射エンジン。
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