JPH085306Y2

JPH085306Y2 - 筒内噴射式火花点火機関

Info

Publication number: JPH085306Y2
Application number: JP1988017613U
Authority: JP
Inventors: 英次橋本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-02-15
Filing date: 1988-02-15
Publication date: 1996-02-14
Anticipated expiration: 2003-02-15
Also published as: JPH01124040U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は、筒内噴射式火花点火機関に関する。

［従来の技術］従来、筒内噴射式火花点火機関は、特開昭61−167116
号公報、特開昭61−87127号公報、特開昭61−87169号公
報、特開昭62−139921号公報、実開昭61−1739921号公
報に開示されている。

このうち、特開昭61−167116号公報、特開昭61−8712
7号公報、特開昭61−87169号公報では、燃料噴射弁の多
噴孔のうち１つは点火栓の点火ギャップへ、他はピスト
ンへ指向されており、軽負荷時の着火性の向上がはから
れている。また、特開昭62−139921号公報では、燃料噴
射弁からの噴射燃料はピストンに形成した凸部に衝突反
射して燃焼室全体に拡散され、高負荷時の燃焼性が向上
されている。さらに、実開昭61−1739921号公報では、
ピストンに浅皿部と深皿部が形成されていて、軽負荷時
には深皿部に高負荷時には浅皿部に燃料が噴射されるよ
うになっており、軽負荷時と、高負荷時の燃焼性が両立
がはかられる。

［考案が解決しようとする課題］しかしながら、従来技術には次の問題点があった。

まず、特開昭61−167116号公報、特開昭61−87127号
公報、特開昭61−87169号公報では、点火栓ギャップに
燃料の一部が直接噴射されるので、燃料の蒸発化が悪
く、かつ軽負荷時に良好な燃焼が得られるように合わせ
ておくと高負荷時には燃料過多になり点火栓くすぶりが
生じる。

また、特開昭62−139921号公報では、ピストンに形成
した小さな頂面を有する凸部にそれに対向して設けた燃
料噴射弁から噴射される燃料を衝突、拡散させるので、
ピストン壁面での燃料の蒸発促進がよくない。

また、実開昭61−173728号公報では、点火栓が気筒中
央に設けられていないので、火炎伝幡距離が大になるこ
と、かつ点火栓、燃料噴射弁をシリンダヘッドにコンパ
クトに配設することが難しいという問題があった。

本考案は、高負荷域では燃料の蒸発、拡散を促進し、
軽負荷域では点火栓近傍に過濃混合気を形成して着火性
をよくし、しかも点火栓、燃料噴射弁をコンパクトに配
設した筒内噴射式火花点火機関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、本考案によれば次の筒内噴射式火花点火
機関によって達成される。すなわち、（１）燃料噴射弁からピストン頂部に向けて燃料を噴射
し、点火栓で蒸発燃料を着火して燃焼させる筒内噴射式
火花点火機関において、ピストン頂部のうち、軽負荷時
に燃料噴射弁から噴射された燃料があたる位置に、ピス
トン頂部にあたる燃料の噴射方向に沿って徐々に深くな
り終端近傍でなめらかに湾曲して立上る溝を形成したこ
とを特徴とする筒内噴射式火花点火機関。

上記（１）の筒内噴射式火花点火機関は、次の態様を
とることができる。

（２）ピストン、シリンダヘッド下面、シリンダボアの
壁面とによって形成される燃焼室と；前記燃焼室に開口する２つの吸気ポートと少なくとも
１つの排気ポートと；気筒の横断面方向ほぼ中央に位置し、前記シリンダヘ
ッド下面から前記燃焼室内に突出する点火栓と；前記気筒の横断面外周部位に設けられ、前記ピストン
頂部に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁と；から成り、
前記ピストン頂部には、噴射時期の遅い軽負荷時に燃料
噴射弁から噴射される燃料の少なくとも一部があたる位
置に、あたる燃料を前記点火栓側に向けて、反射させる
溝が形成されている、（１）記載の筒内噴射式火花点火
機関。

（３）前記溝は、溝の延び方向と直交方向に前記点火栓
から遠い溝部分が前記点火栓に近い溝部分より高くなる
ように傾斜している（２）記載の筒内噴射式火花点火機
関。

（４）前記溝は複数個形成されていて、ピストン上昇に
伴ない噴射燃料が順に溝にあたり、断続的に燃焼室内に
燃料が分散する（２）記載の筒内噴射式火花点火機関。

（５）前記ピストンは中心がピストン軸心と一致する円
形でかつ凹状の浅皿部を有しており、この浅皿部の底面
に前記溝が形成されている（２）記載の筒内噴射式火花
点火機関。

（６）前記ピストンの頂部のうち、噴射時期の早い高負
荷時に燃料噴射弁から噴射される燃料の少なくとも一部
があたる頂面部分は平坦な平面とされている（２）記載
の筒内噴射式火花点火機関。

（７）前記燃料噴射弁は多噴孔燃料噴射弁から成り、そ
の複数個の噴孔の一部は燃料をピストン頂部に向けて噴
射し、残りは燃料を燃焼室内空間に向けて噴射するよう
に指向されている（２）記載の筒内噴射式火花点火機
関。

（８）前記点火栓が、気筒横断面方向に、前記２つの吸
気ポートと前記少なくとも１つの排気ポートとで囲まれ
た位置にあり、前記燃料噴射弁が前記２つの吸気ポート
の間に位置する（１）記載の筒内噴射式火花点火機関。

（９）前記点火栓はピストン軸心に平行に前記燃焼室か
ら上方に延び、前記燃料噴射弁は前記燃焼室の外周部か
ら斜め上方、外方に向って延びている（１）記載の筒内
噴射式火花点火機関。

（10）前記浅皿部はピストン軸心と直角方向に延びる平
坦な底面と該底面の外周部からなめらかに湾曲して立上
がる側面とを有している（５）記載の筒内噴射式火花点
火機関。

（11）前記吸気ポートは前記燃焼室に接線方向に吸気を
導入するスワールポートを含む（２）記載の筒内噴射式
火花点火機関。

（12）前記吸気ポートは前記燃焼室に該燃焼室の中心に
向って吸気を導入するポートを含む（２）記載の筒内噴
射式火花点火機関。

（13）前記排気ポートは平面視で真直に延びている
（２）記載の筒内噴射式火花点火機関。

［作用］筒内噴射式火花点火機関では、高負荷時には燃料の分
散を良くし、軽負荷域では燃料を分散させずに成層度を
増して燃焼させることが理想であり、これにより出力、
燃費の良好な機関を提供できるわけであるが、従来これ
らを両立させることは難しいものであった。

本考案では、燃料噴射弁から噴射される燃料はピスト
ンの頂部に向う噴射燃料と燃焼室の空間に噴射される噴
射燃料からなっている。ピストン頂部に向う噴射燃料は
噴射時期が早い場合にはピストン頂部に衝突しピストン
頂面に広がり蒸発して混合気が形成される。徐々に噴射
時期を遅らすとピストンに向う噴射燃料はピストン頂部
の溝内に入って点火栓の方に方向を変えられて空中で蒸
発し、混合気を形成し、点火栓によって点火され、燃焼
が行われる。ここで、筒内噴射機関では噴射量が多い高
負荷域では、噴射時期を早くして蒸発時間を稼ぐ必要が
あり、噴射量の少ない軽負荷域では混合気の分散を防止
し成層度を上げるために噴射時期を遅くすることが必要
である。本考案では噴射量の多い高負荷域では、噴射時
期を早くしてピストン頂部に燃料を広げ蒸発面積を大き
くして混合気形成を促進することで出力を向上させ、噴
射量の少ない軽負荷域では、噴射時期を遅らし噴射され
た燃料速度が減衰する前に溝によって点火栓方向に燃料
を向け空中にて蒸発させ、これによって成層度の高い混
合気を点火栓付近に形成することができ、着火性の安定
と燃費の改善をはかることができる。

［実施例］以下に、本考案に係る筒内噴射式火花点火機関の望ま
しい実施例の構成、作用を、図面を参照して説明する。

第１図は本考案実施例の筒内噴射式火花点火機関のピ
ストン、点火栓、燃料噴射弁、燃焼室近傍の断面視を、
第２図はピストン、燃焼噴射弁とそれから噴射された噴
射燃料の平面視を、第３図は溝の断面視を、噴射燃料の
溝による反射を含めて、それぞれ示している。また、第
４図は本考案実施例の筒内噴射式火花点火機関の断面視
を、第５図はそのシリンダヘッド部の平面視を、それぞ
れ示しており、さらに、第６図は燃料噴射弁の一例を示
している。

第４図、第５図中、筒内噴射式火花点火機関のシリン
ダロック12に形成されたシリンダボア14の壁面、シリン
ダヘッド13の下方に向って凹状の下面、ピストン８とに
よって囲まれる空間から燃焼室15は形成される。ピスト
ン８は、上方に向って浅く凹状に形成された外径が円形
の浅皿部10を有する。ただし、浅皿部10はなくてもよ
い。浅皿部10によって郭定される凹状空間は燃焼室15の
一部を構成している。燃焼室15には、２つの吸気ポート
2a、2bから成る吸気ポート２が開口し、かつ少くとも１
つの排気ポート５が開口している。図示例では排気ポー
ト５が２個の場合を示している。２個の吸気ポート２に
はそれぞれ吸気弁３がポートを開閉可能に装着され、排
気ポート５には排気弁４がポートを開閉可能に装着され
ている。気筒の横断面方向（気筒の軸心と直角方向）の
ほぼ中央部には、点火栓１が位置し、気筒軸心と平行に
延びている。点火栓１はシリンダヘッド13の下面から燃
焼室15内に突出している。気筒の横断面方向外周部位に
は燃料噴射弁６が配設されている。燃料噴射弁６はピス
トン頂部に向けて、機関の軽負荷時は遅く、高負荷時は
早く燃料を噴射するように、その噴射時期が定められて
いる。

点火栓１は、気筒横断面方向に、２つの吸気ポート2
a、2bと少なくとも１つの排気ポート５とで囲まれた位
置にあり、燃料噴射弁６は２つの吸気ポート2a、2bの間
に位置する。点火栓１は気筒軸心に平行に上方に延び、
燃料噴射弁６は燃焼室15の外周部位から吸気ポート2a、
2bの間を通って斜め上方、外方に延びる。点火栓１の位
置は、吸、排気ポート２、５の存在しない位置であるか
ら吸、排気ポート２、５に干渉せずに設けることができ
る。燃料噴射弁６は吸気ポート2a、2bの間の従来デッド
スペースであった位置を利用して、吸気ポート２に干渉
せずに、かつ比較的低温の位置に設けることができる。
気筒のほぼ中央に位置する点火栓１の軸心と外周部の燃
料噴射弁６の軸心とピストン軸心とは、気筒軸心を含む
同一平面内にあり、燃料噴射弁６の軸心はピストン軸心
に対して点火栓１の軸心と反対側にある。

上記構成によって、多弁式機関において、点火栓１、
燃料噴射弁６をスペース上無理なく配置でき、かつ燃焼
室内にスワールを生成させて良好な蒸発燃料燃焼特性を
得る。また、点火栓１の気筒のほぼ中央位置配設は、火
炎伝幡距離を最短とし、燃焼特性の向上、ノッキングの
防止がはかられる。

ピストン８の頂部の浅皿部10の底面10a（浅皿部10が
形成されない場合はピストン頂面）には、第１図、第２
図に示すように、溝20が形成されている。溝20は、機関
の軽負荷時に燃料噴射弁６から噴射される噴射燃料7a、
7b、7cのうち少なくとも１つ、図では噴射燃料7b、7cの
２個があたる位置に形成されている。噴射燃料7b、7cは
噴射時期の早い機関高負荷時には、ピストン８が十分に
上昇していないので、溝20にあたらず、ピストン８の平
坦な頂面、浅皿部10が形成される場合は浅皿部10の平坦
な底面10aに、あたる。残りの噴射燃料7aは燃焼室15内
の空間に向けて噴射される。溝20は溝20にあたった噴射
燃料7b、7cを点火栓１側に向けて反射させるスロープを
有する。

さらに、具体的には、溝20は、第１図に示すように、
長手方向に、燃料の噴射方向に徐々に深くなり終端近傍
でなめらかに湾曲して立上ってピストン頂面に、浅皿部
10が形成される場合は浅皿部10の平坦な底面10aに、接
続する。また、溝20は、第３図に示すように溝長手方向
と直交する方向に、点火栓１から遠い溝部分が点火栓１
に近い溝部分より高くなるように傾斜されている。これ
は反射燃料を点火栓１側に向けることを助ける。

溝20は、第２図に示すように、ピストン頂面に、浅皿
部10が形成される場合は浅皿部10の底面10aに深数個形
成されていて、ピストン上昇に伴ない、噴射燃料7b、7c
が順に溝20にあたり、断続的に燃焼室内に燃料が分散す
るようになっている。

浅皿部10はピストン軸心と直角方向に延びる平坦な底
面10aと底面10aの外周部位から底面10aに対して直角に
立上る側面10bを有している。面10a、10b、溝20の表面
は燃料蒸発面であり、とくに浅皿部10の側面10bは燃料
がシリンダボア壁面に飛散するのを防止する。

燃焼室15に開口する２つの吸気ポート２はスワールポ
ート2aを含むことが望ましい。スワール生成によって燃
料の蒸発性および燃焼性がよくなる。スワールポート2a
は燃焼室15に接線方向に吸気を導入するポートから成
り、望ましくは、流量が大になったときに抵抗を増すヘ
リカルポートを用いない。スワールポート2aによって燃
焼室15内に吸気抵抗を増さずにスワールを生成できる。

燃焼室15に開口する２つの吸気ポート２は、気筒の中
心に向って吸気を導入するポート2bを含むことが望まし
い。ポート2bから導入された吸気は、スワールポート2a
から導入された燃焼室15内でスワールするスワール流に
直角にあたるので、スワールポート2aによって生成され
たスワールを弱めずにマイクロタービュランスを生じさ
せることができ、燃焼性が向上できる。

燃焼室15に開口する少なくとも１つの排気ポート５、
図示例では２つの排気ポート５、５は、その間に点火栓
１を位置させる必要がないので従来のように湾曲させる
必要がなく、平面視で真直に延びている。これによって
排気抵抗が湾曲ポートに比べて低減し、エンジンの出力
増大がはかられる。

燃料噴射弁６は多噴孔燃料噴射弁から成っている。第
１図、第２図は３噴孔の場合を示している。噴射7a、7
b、7cのうち7b、7cが軽負荷時に溝20にあたる噴射とな
り、噴射7aが燃焼室15内の空中に向けて噴射される燃料
噴射を示す。

燃料噴射弁６は、第６図に示す如く弁ボデー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高負荷の場合は、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。これらの燃料噴射弁６の
構造自体および制御自体は、実願昭62−58756号、特願
昭61−260621号に既に提案済みのものに準じるが、構造
自体、制御自体がこの考案の趣旨ではないので、詳述は
省略する。

つぎに主な作用について説明する。

噴射量の多い高負荷時は、噴射開始時期が早いため、
その噴射燃料7a、7b、7cのうちピストン頂部に向けて噴
射される燃料噴射7b、7cは、ピストンの平坦な頂面、浅
皿部10が形成される場合は浅皿部10の平坦な底面10aに
噴射され、そこで衝突して面全体に広がり燃焼室15の全
体に蒸発される。吸気ポート２がスワールポート2aを含
む場合は、スワールポート2aによって生成されたスワー
ルによって蒸発を促進され、分散されるとともに噴射燃
料7aもスワールにのって分散し点火栓１近傍に過濃混合
気を生成せず、点火栓１のくすぶりやスモークを発生さ
せない。

噴射量の少ない軽負荷時は、噴射時期が遅いため、噴
射燃料7a、7b、7cのうちピストン頂部に向けて噴射され
る燃料噴射7b、7cは、溝20にあたり、ピストン上昇につ
れて複数の溝20に断続的にあたり、溝20の傾斜によって
噴射燃料7b、7cは点火栓１側に向けて反射され、かつ蒸
発され、点火栓１近傍の混合気は過リーンにならず、良
好な着火性が得られる。

すなわち、高負荷時も軽負荷時も良好な燃焼が得られ
る。

また、溝を燃料噴射方向に徐々に深くし終端でなめら
かに湾曲させて立上らせたので、噴射の入射角（燃料噴
霧と溝底面とのなす角）が小さく、溝底面にあたった燃
料の大部分が燃料噴射方向に進行でき、燃料噴射方向に
逆行して溝内にとじ込められることが防止され、燃料と
じ込めの場合に生じるスモークの発生やデポジットの堆
積が防止される。

［考案の効果］本考案によれば、次の効果を得る。

前記課題を解決するための手段（１）のように構成し
たので、高負荷時の点火栓１近傍の混合気の過濃防止、
軽負荷時の良好な着火性が得られる。

なお、課題を解決するための手段で記載した（２）か
ら（15）の各構成をとった場合には、それぞれ次の付加
的効果を得る。

（２）の構成の点火栓１のほぼ気筒中央位置配設と燃料
噴射弁６の外周部配設により、エンジンのコンパクト
化、配設の円滑化が達成されるとともに、火炎伝幡距離
の最短化が達成される。

（３）の構成により、噴射燃料反射を円滑化できる。

（４）の構成により、軽負荷時噴射燃料反射を断続的に
継続化できる。

（５）の浅皿部10の形成により、燃料のシリンダボアへ
の付着を最小にできる。

（６）の構成により軽負荷時、高負荷時の両立を促進で
きる。

（７）の構成により燃料の微粒化が促進できる。（８）
〜（13）の構成により点火栓１、燃料噴射弁６、吸気ポ
ート２、排気ポート５の配設関係をスペース上最適化で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る筒内噴射式火花点火機関の要部断
面図、第２図は第１図のピストン部の平面図、第３図は第２図のIII−III線に沿う溝近傍断面図、第４図は本考案に係る筒内噴射式火花点火機関の縦断面
図、第５図は第１図の平面図、第６図は燃料噴射弁の一例の断面図、である。１……点火栓２……吸気ポート５……排気ポート６……燃料噴射弁８……ピストン 10……浅皿部 15……燃焼室 20……溝

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】燃料噴射弁からピストン頂部に向けて燃料
を噴射し、点火栓で蒸発燃料を着火して燃焼させる筒内
噴射式火花点火機関において、ピストン頂部のうち、軽
負荷時に燃料噴射弁から噴射された燃料があたる位置
に、ピストン頂部にあたる燃料の噴射方向に沿って徐々
に深くなり終端近傍でなめらかに湾曲して立上る溝を形
成したことを特徴とする筒内噴射式火花点火機関。