JPH10131756A - 筒内噴射式エンジン - Google Patents
筒内噴射式エンジンInfo
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- JPH10131756A JPH10131756A JP8290933A JP29093396A JPH10131756A JP H10131756 A JPH10131756 A JP H10131756A JP 8290933 A JP8290933 A JP 8290933A JP 29093396 A JP29093396 A JP 29093396A JP H10131756 A JPH10131756 A JP H10131756A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
- F02F1/242—Arrangement of spark plugs or injectors
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- F02F1/24—Cylinder heads
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- F02F1/4214—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
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- F02F3/26—Pistons having combustion chamber in piston head
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- F02B75/12—Other methods of operation
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ピストン上面での燃料の反射を利用して常に
良好な成層燃焼を確保することのできる簡単な構成の筒
内噴射式エンジンの燃焼室構造を得ること。 【解決手段】 ペントルーフ型の燃焼室の頂上ほぼ中央
位置からピストンに向けて燃料噴射する噴射手段１２
と、ピストン１６の上面部の所定位置に凹部３６を設
け、凹部３６内でかつ吸気手段側に偏位した位置に点火
プラグ１８の着火部１８ａを設ける。これにより、上記
噴射された燃料Ｆは、凹部３６内で良好に反射し拡散す
る。更に、燃料Ｆの拡散により形成された混合気は、ピ
ストン１６の上昇動作並びに吸気手段からの空気吸入に
伴うガス流動によって点火プラグ１８側に誘導され集約
され、安定した成層燃焼の確保に貢献する。また、燃料
Ｆが中空円すい形状となるように噴射することによっ
て、拡散をより効果的なものとすることができる。
良好な成層燃焼を確保することのできる簡単な構成の筒
内噴射式エンジンの燃焼室構造を得ること。 【解決手段】 ペントルーフ型の燃焼室の頂上ほぼ中央
位置からピストンに向けて燃料噴射する噴射手段１２
と、ピストン１６の上面部の所定位置に凹部３６を設
け、凹部３６内でかつ吸気手段側に偏位した位置に点火
プラグ１８の着火部１８ａを設ける。これにより、上記
噴射された燃料Ｆは、凹部３６内で良好に反射し拡散す
る。更に、燃料Ｆの拡散により形成された混合気は、ピ
ストン１６の上昇動作並びに吸気手段からの空気吸入に
伴うガス流動によって点火プラグ１８側に誘導され集約
され、安定した成層燃焼の確保に貢献する。また、燃料
Ｆが中空円すい形状となるように噴射することによっ
て、拡散をより効果的なものとすることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料をシリンダ内
に直接噴射する筒内噴射式エンジンの燃焼室に関するも
のである。
に直接噴射する筒内噴射式エンジンの燃焼室に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、エンジンの燃費を向上させる
手法として、理論熱効率の向上、ポンピングロスの低
減、フリクションの低減などが提唱されている。そのう
ち理論熱効率の向上やポンピングロスの低減を図るため
に、燃焼室内の圧縮比または膨脹比を上昇させる方法の
他に、希薄燃焼制御や高ＥＧＲ（exhaust gas recircul
ation ）燃焼制御等を行う方法がある。これら希薄燃焼
制御や高ＥＧＲ制御においては、シリンダ内にタンブ
ル、スワール、スキッシュなどのガス流動を発生させ
て、燃焼室内における混合気の燃焼性の向上を図ってい
る。
手法として、理論熱効率の向上、ポンピングロスの低
減、フリクションの低減などが提唱されている。そのう
ち理論熱効率の向上やポンピングロスの低減を図るため
に、燃焼室内の圧縮比または膨脹比を上昇させる方法の
他に、希薄燃焼制御や高ＥＧＲ（exhaust gas recircul
ation ）燃焼制御等を行う方法がある。これら希薄燃焼
制御や高ＥＧＲ制御においては、シリンダ内にタンブ
ル、スワール、スキッシュなどのガス流動を発生させ
て、燃焼室内における混合気の燃焼性の向上を図ってい
る。
【０００３】そして、このようなエンジンは、吸気行程
において燃焼室内に均一な混合気を形成することを基本
としていたが、一方では燃料の噴射方向や時期を調整す
ることにより混合気の空燃比を局所的に変えることも意
図的に行われていた。すなわち、局所的に空燃比をリッ
チにし、あるいは局所的な部分にだけ混合気を形成する
等により、燃焼室内全体ではトータルとしてリーンな空
燃比で燃焼させる成層燃焼方式などが提案されていた。
において燃焼室内に均一な混合気を形成することを基本
としていたが、一方では燃料の噴射方向や時期を調整す
ることにより混合気の空燃比を局所的に変えることも意
図的に行われていた。すなわち、局所的に空燃比をリッ
チにし、あるいは局所的な部分にだけ混合気を形成する
等により、燃焼室内全体ではトータルとしてリーンな空
燃比で燃焼させる成層燃焼方式などが提案されていた。
【０００４】しかしながら、従来の成層燃焼方式では、
このような燃焼室内における局所的な混合気の形成は十
分なものではなく、混合気形成の自由度の大幅な向上が
望まれていた。そこで、その対策としてシリンダ内に燃
料を直接噴射する筒内噴射式エンジンが種々提案されて
いる。
このような燃焼室内における局所的な混合気の形成は十
分なものではなく、混合気形成の自由度の大幅な向上が
望まれていた。そこで、その対策としてシリンダ内に燃
料を直接噴射する筒内噴射式エンジンが種々提案されて
いる。
【０００５】例えば、特開平５−１５４４号公報には、
吸気バルブ周りの一部に吸気ポートを通過する吸入空気
の流れを方向づけるマスク壁を設け、シリンダ内におい
て強制的に逆タンブル流を発生させ、圧縮行程時に吸気
ポートの下側に設けられた噴射手段からシリンダ軸方向
に対して斜めに噴射される燃料を逆タンブル流に乗せ、
混合気を燃焼室頭頂部に設けられた点火プラグの方向に
導くようにした構成例が示されている。
吸気バルブ周りの一部に吸気ポートを通過する吸入空気
の流れを方向づけるマスク壁を設け、シリンダ内におい
て強制的に逆タンブル流を発生させ、圧縮行程時に吸気
ポートの下側に設けられた噴射手段からシリンダ軸方向
に対して斜めに噴射される燃料を逆タンブル流に乗せ、
混合気を燃焼室頭頂部に設けられた点火プラグの方向に
導くようにした構成例が示されている。
【０００６】また、特開平６−１４６８８６号公報に
は、噴射手段を、上記特開平５−１５４４号公報の技術
と同様に吸気ポートの下側位置に取り付け、吸気ポート
の断面形状をその一方側半分が拡幅された構成としてい
る。そして、吸気流の中心を偏心させて逆タンブル流の
生成を促進し、燃料をシリンダ軸方向に対して斜めに噴
射して逆タンブル流に乗せ、混合気を燃焼室頭頂部に設
けられた点火プラグの方向に導くようにした構成例が示
されている。
は、噴射手段を、上記特開平５−１５４４号公報の技術
と同様に吸気ポートの下側位置に取り付け、吸気ポート
の断面形状をその一方側半分が拡幅された構成としてい
る。そして、吸気流の中心を偏心させて逆タンブル流の
生成を促進し、燃料をシリンダ軸方向に対して斜めに噴
射して逆タンブル流に乗せ、混合気を燃焼室頭頂部に設
けられた点火プラグの方向に導くようにした構成例が示
されている。
【０００７】更に、特開平６−４２３５２号公報では、
噴射手段を燃焼室の頭頂部中心位置に下方に向けて取り
付け、点火プラグを２つの吸気ポートの間から燃焼室内
に突出させて着火を行うようにした構成が示されてい
る。
噴射手段を燃焼室の頭頂部中心位置に下方に向けて取り
付け、点火プラグを２つの吸気ポートの間から燃焼室内
に突出させて着火を行うようにした構成が示されてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平５−１５４４号公報に開示された筒内噴射式内燃機
関では、マスク壁により強制的に逆タンブル流を発生さ
せる吸気ポートを採用しているので、高速高負荷領域に
おいて吸入抵抗が過大となるおそれがある。これによ
り、吸入空気量の不十分な状態が生じ出力性能に影響が
出るおそれがある。
開平５−１５４４号公報に開示された筒内噴射式内燃機
関では、マスク壁により強制的に逆タンブル流を発生さ
せる吸気ポートを採用しているので、高速高負荷領域に
おいて吸入抵抗が過大となるおそれがある。これによ
り、吸入空気量の不十分な状態が生じ出力性能に影響が
出るおそれがある。
【０００９】次に、特開平６−１４６８８６号公報に開
示された技術では、上述のように吸気ポートの断面形状
の調整による逆タンブル流の生成を行い、ピストン上面
の湾曲部によりこの逆タンブル流の生成を促進するよう
にしている。しかし、湾曲部内のみが燃焼室空間を形成
する構成をとっているので圧縮比が過剰に高くなるおそ
れがある。これにより、通常の実用エンジンで必要な燃
料、いわゆるレギュラーガソリンに見合う圧縮比を設定
するのが困難である。
示された技術では、上述のように吸気ポートの断面形状
の調整による逆タンブル流の生成を行い、ピストン上面
の湾曲部によりこの逆タンブル流の生成を促進するよう
にしている。しかし、湾曲部内のみが燃焼室空間を形成
する構成をとっているので圧縮比が過剰に高くなるおそ
れがある。これにより、通常の実用エンジンで必要な燃
料、いわゆるレギュラーガソリンに見合う圧縮比を設定
するのが困難である。
【００１０】また、燃料噴射弁の噴射口と点火プラグの
電極との間に距離があるために、電極付近の局所空燃比
を精細に制御することが難しく、燃焼の安定性や着火性
が低い。
電極との間に距離があるために、電極付近の局所空燃比
を精細に制御することが難しく、燃焼の安定性や着火性
が低い。
【００１１】更に、上述の２つの公報には、噴射手段が
シリンダ軸方向に対して斜めに燃料噴射を行う旨の技術
が開示されている。しかし、燃料を斜め方向に噴射した
場合、燃料がシリンダ内周壁面上の潤滑油を洗い流すこ
とにより、その部分だけ潤滑性が低下し、シリンダ内周
面の偏摩耗やこれに起因して圧縮漏れ等の機能障害が発
生するという不具合を有する。
シリンダ軸方向に対して斜めに燃料噴射を行う旨の技術
が開示されている。しかし、燃料を斜め方向に噴射した
場合、燃料がシリンダ内周壁面上の潤滑油を洗い流すこ
とにより、その部分だけ潤滑性が低下し、シリンダ内周
面の偏摩耗やこれに起因して圧縮漏れ等の機能障害が発
生するという不具合を有する。
【００１２】次に、特開平６−４２３５２号公報の内燃
機関の燃焼室構造では、点火プラグは燃焼室頭頂部のほ
ぼ中央で真下に向けて設置され、この点火プラグの着火
部分は、噴射手段の噴射領域内に配置されている。しか
し、この従来例は、ピストンの上面に当って反射した燃
料に対して点火するよりも、噴射した燃料の後端側に着
火し、着火後の濃混合気が燃焼室中央に向かい、燃焼室
中央位置にて燃焼を行うようにすることを主眼としてい
る。
機関の燃焼室構造では、点火プラグは燃焼室頭頂部のほ
ぼ中央で真下に向けて設置され、この点火プラグの着火
部分は、噴射手段の噴射領域内に配置されている。しか
し、この従来例は、ピストンの上面に当って反射した燃
料に対して点火するよりも、噴射した燃料の後端側に着
火し、着火後の濃混合気が燃焼室中央に向かい、燃焼室
中央位置にて燃焼を行うようにすることを主眼としてい
る。
【００１３】しかし、この方法では、低噴射領域におい
ては良好な成層燃焼を得ることができるが、噴射量が増
大していく状況では、スモークの発生を抑制することが
困難となる。
ては良好な成層燃焼を得ることができるが、噴射量が増
大していく状況では、スモークの発生を抑制することが
困難となる。
【００１４】本発明は、上記種々の従来技術における課
題を解決するためになされたものであり、その目的はエ
ンジンの種々の動作状態においてピストン上面での燃料
の反射を利用して常に良好な成層燃焼を確保することの
できる簡単な構成の筒内噴射式エンジンを提供すること
にある。
題を解決するためになされたものであり、その目的はエ
ンジンの種々の動作状態においてピストン上面での燃料
の反射を利用して常に良好な成層燃焼を確保することの
できる簡単な構成の筒内噴射式エンジンを提供すること
にある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る筒内噴射式エンジンは、ペントルー
フ型、すなわち切妻屋根型に形成された燃焼室天井部と
所定のガス流動を発生可能な吸気手段と排気手段とを有
するシリンダヘッドと、このシリンダヘッドと対向する
上面部を平面状に形成しその所定位置に所定形状の凹部
を設けたピストンとを有する。そして、ペントルーフ型
の燃焼室天井部の所定位置にピストンに向けてシリンダ
の軸方向に燃料を噴射する噴射手段と、シリンダヘッド
に取付けられ凹部の内方上部位置でかつ凹部の中心から
吸気手段側へ偏位した位置に着火部を具備する点火手段
とを有する。
に、請求項１に係る筒内噴射式エンジンは、ペントルー
フ型、すなわち切妻屋根型に形成された燃焼室天井部と
所定のガス流動を発生可能な吸気手段と排気手段とを有
するシリンダヘッドと、このシリンダヘッドと対向する
上面部を平面状に形成しその所定位置に所定形状の凹部
を設けたピストンとを有する。そして、ペントルーフ型
の燃焼室天井部の所定位置にピストンに向けてシリンダ
の軸方向に燃料を噴射する噴射手段と、シリンダヘッド
に取付けられ凹部の内方上部位置でかつ凹部の中心から
吸気手段側へ偏位した位置に着火部を具備する点火手段
とを有する。
【００１６】これにより、凹部内で反射し拡散した燃料
は、シリンダ内周壁側への拡散を抑制され凹部上方位置
に混合気を形成し、凹部外で反射し拡散した燃料は、ペ
ントルーフ型の燃焼室天井部の傾斜面によって、シリン
ダの略中央に混合気を形成する。そして、これらの混合
気は、吸気手段からの空気の吸入方向及びピストンの上
昇動作によりシリンダ内に存する所定のガス流動によっ
て、所定の方向性を持って点火手段の着火部周辺に集合
するように誘導される。
は、シリンダ内周壁側への拡散を抑制され凹部上方位置
に混合気を形成し、凹部外で反射し拡散した燃料は、ペ
ントルーフ型の燃焼室天井部の傾斜面によって、シリン
ダの略中央に混合気を形成する。そして、これらの混合
気は、吸気手段からの空気の吸入方向及びピストンの上
昇動作によりシリンダ内に存する所定のガス流動によっ
て、所定の方向性を持って点火手段の着火部周辺に集合
するように誘導される。
【００１７】したがって、凹部を中心とするコンパクト
な燃焼室において適切な混合気を着火部の近傍に積極的
に集合させることができ、点火による着火性の向上と安
定した成層燃焼を行うことができる。
な燃焼室において適切な混合気を着火部の近傍に積極的
に集合させることができ、点火による着火性の向上と安
定した成層燃焼を行うことができる。
【００１８】また、噴射燃料の一部が直接シリンダの内
周壁面に衝突することによって生じる冷却作用による燃
焼の悪化や、シリンダとピストンとの間の潤滑性の悪化
を防止することができる。
周壁面に衝突することによって生じる冷却作用による燃
焼の悪化や、シリンダとピストンとの間の潤滑性の悪化
を防止することができる。
【００１９】請求項２にかかる筒内噴射式エンジンは、
凹部はピストンの上面部に略円形形状に形成され、前記
噴射手段のほぼ噴射中心軸上に位置するように設けられ
ている。したがって、上記請求項１における適切な混合
気の所定方向の流れと集合作用をより確実に確保するこ
とができる。
凹部はピストンの上面部に略円形形状に形成され、前記
噴射手段のほぼ噴射中心軸上に位置するように設けられ
ている。したがって、上記請求項１における適切な混合
気の所定方向の流れと集合作用をより確実に確保するこ
とができる。
【００２０】請求項３にかかる筒内噴射式エンジンは、
噴射手段は、噴射した燃料が噴射手段の噴射中心軸を中
心として噴射方向に漸次広がる略円すい中空形状をなす
ように噴射を行い、その噴射燃料の円すい状の広がり角
は、噴射時にピストンの凹部内に噴射燃料の広がり範囲
が収まるように設定されている。
噴射手段は、噴射した燃料が噴射手段の噴射中心軸を中
心として噴射方向に漸次広がる略円すい中空形状をなす
ように噴射を行い、その噴射燃料の円すい状の広がり角
は、噴射時にピストンの凹部内に噴射燃料の広がり範囲
が収まるように設定されている。
【００２１】したがって、請求項１又は２と同様に適切
な混合気の所定方向の流れと集合作用をより確実に確保
することができる。
な混合気の所定方向の流れと集合作用をより確実に確保
することができる。
【００２２】請求項４にかかる筒内噴射式エンジンは、
噴射手段は、燃料に螺旋回転方向の動きを与えて噴射す
る噴射ノズルを有する。この噴射ノズルを用いて燃料の
噴射を行うことにより燃料噴射形状を略円すい中空形状
に形成することができる。
噴射手段は、燃料に螺旋回転方向の動きを与えて噴射す
る噴射ノズルを有する。この噴射ノズルを用いて燃料の
噴射を行うことにより燃料噴射形状を略円すい中空形状
に形成することができる。
【００２３】請求項５にかかる筒内噴射式エンジンは、
凹部の形状を上面部と平行な底面を有する円形の底部領
域と、この底部領域の周縁部から所定の曲率面を介して
上面部へほぼ垂直に立ち上がる周縁部立ち上がり領域と
を有する略パンケーキ型に形成したものである。
凹部の形状を上面部と平行な底面を有する円形の底部領
域と、この底部領域の周縁部から所定の曲率面を介して
上面部へほぼ垂直に立ち上がる周縁部立ち上がり領域と
を有する略パンケーキ型に形成したものである。
【００２４】これにより、噴射された燃料は凹部内にて
反射し、這い回り、跳ね上ることにより拡散し、縁部立
ち上がり領域の存在により、底部領域から這い回りによ
り流れてきた燃料の噴射による勢いを抑制し、シリンダ
内周壁面側への拡散を防止して、燃料の拡散する方向及
び広がりを適正に制御することができる。したがって、
低負荷及び中負荷運転領域において良好な混合気を点火
手段の着火部近傍に最適な時期に形成することができ、
着火性の向上および良好な成層燃焼を得ることができ
る。
反射し、這い回り、跳ね上ることにより拡散し、縁部立
ち上がり領域の存在により、底部領域から這い回りによ
り流れてきた燃料の噴射による勢いを抑制し、シリンダ
内周壁面側への拡散を防止して、燃料の拡散する方向及
び広がりを適正に制御することができる。したがって、
低負荷及び中負荷運転領域において良好な混合気を点火
手段の着火部近傍に最適な時期に形成することができ、
着火性の向上および良好な成層燃焼を得ることができ
る。
【００２５】請求項６にかかる筒内噴射式エンジンは、
凹部の形状を、噴射手段の噴射中心軸上の所定位置を中
心とする単一の曲率半径を有する球面形状の略浅皿型に
形成したものである。このように構成したことにより、
噴射された燃料は、上述のパンケーキ型と比較して広い
範囲に拡散することができ、所定のガス流動により低負
荷及び中負荷運転領域において良好な成層燃焼を得るこ
とができる。
凹部の形状を、噴射手段の噴射中心軸上の所定位置を中
心とする単一の曲率半径を有する球面形状の略浅皿型に
形成したものである。このように構成したことにより、
噴射された燃料は、上述のパンケーキ型と比較して広い
範囲に拡散することができ、所定のガス流動により低負
荷及び中負荷運転領域において良好な成層燃焼を得るこ
とができる。
【００２６】請求項７にかかる筒内噴射式エンジンは、
凹部の形状を噴射手段の噴射中心軸上の所定位置を中心
とする所定の曲率半径の球面形状を有する中央底領域
と、中央底領域の周縁部に中央底領域の曲率半径よりも
小さな曲率半径の曲面形状をなして上面部へ立ち上がる
立ち上がり領域とからなる略深皿型に形成したものであ
る。
凹部の形状を噴射手段の噴射中心軸上の所定位置を中心
とする所定の曲率半径の球面形状を有する中央底領域
と、中央底領域の周縁部に中央底領域の曲率半径よりも
小さな曲率半径の曲面形状をなして上面部へ立ち上がる
立ち上がり領域とからなる略深皿型に形成したものであ
る。
【００２７】したがって、立ち上がり領域により、底部
領域から這い回りにより流れてきた燃料をスムーズに上
方へ拡散することができ、所定のガス流動を浅皿型より
も強くすることができる。これにより、凹部における燃
料の拡散をより良好な方向に調整することができ、低負
荷及び中負荷運転領域において良好な成層燃焼を得るこ
とができる。
領域から這い回りにより流れてきた燃料をスムーズに上
方へ拡散することができ、所定のガス流動を浅皿型より
も強くすることができる。これにより、凹部における燃
料の拡散をより良好な方向に調整することができ、低負
荷及び中負荷運転領域において良好な成層燃焼を得るこ
とができる。
【００２８】請求項８にかかる筒内噴射式エンジンは、
凹部の形状を上面部と平行な円形底面の底部領域と、こ
の底部領域の周縁部から所定の曲率面を介して上面部へ
移行するにしたがって漸次その径が大きくなる斜面領域
とからなる縦断面が略逆さ台形型に形成する。
凹部の形状を上面部と平行な円形底面の底部領域と、こ
の底部領域の周縁部から所定の曲率面を介して上面部へ
移行するにしたがって漸次その径が大きくなる斜面領域
とからなる縦断面が略逆さ台形型に形成する。
【００２９】したがって、凹部に噴射された燃料は、斜
面領域の存在により、底部領域から這い回りにより流れ
てきた燃料の勢いを抑制すると共に、上方へ拡散するこ
とにより、その方向及び広がりを制御することができ
る。したがって、上記と同様の作用の他に、更に、他の
凹部形状と比較して凹部の容量を大きめに設定すること
ができるので、圧縮比を比較的自由に設定することがで
きる。
面領域の存在により、底部領域から這い回りにより流れ
てきた燃料の勢いを抑制すると共に、上方へ拡散するこ
とにより、その方向及び広がりを制御することができ
る。したがって、上記と同様の作用の他に、更に、他の
凹部形状と比較して凹部の容量を大きめに設定すること
ができるので、圧縮比を比較的自由に設定することがで
きる。
【００３０】請求項９にかかる筒内噴射式エンジンは、
凹部の形状を縦断面が略半楕円形になるように形成す
る。したがって、凹部の表面の形状をなだらかな曲面と
しかつ凹部の深さを深く形成したことにより、燃料の拡
散をより良好な方向に調整することができ、凹部空間の
中央付近に混合気を形成することができる。これによ
り、低負荷及び中負荷運転領域において良好な成層燃焼
を得ることができる。
凹部の形状を縦断面が略半楕円形になるように形成す
る。したがって、凹部の表面の形状をなだらかな曲面と
しかつ凹部の深さを深く形成したことにより、燃料の拡
散をより良好な方向に調整することができ、凹部空間の
中央付近に混合気を形成することができる。これによ
り、低負荷及び中負荷運転領域において良好な成層燃焼
を得ることができる。
【００３１】請求項１０にかかる筒内噴射式エンジン
は、凹部の外周に、ピストン上面部から燃焼室天井部に
向けて突出し、かつピストンが上死点近傍に上昇した位
置で点火手段との干渉を回避した周壁部を設ける。した
がって、吸気手段側に偏位して設けられている点火手段
以外の方向への燃料の拡散を抑制でき、混合気のちぎれ
を減少することができる。
は、凹部の外周に、ピストン上面部から燃焼室天井部に
向けて突出し、かつピストンが上死点近傍に上昇した位
置で点火手段との干渉を回避した周壁部を設ける。した
がって、吸気手段側に偏位して設けられている点火手段
以外の方向への燃料の拡散を抑制でき、混合気のちぎれ
を減少することができる。
【００３２】請求項１１にかかる筒内噴射式エンジン
は、燃焼室内でタンブルガス流動が生じるように吸気手
段を設置しているので、凹部で反射し拡散した燃料がタ
ンブルガス流動により点火手段周辺に集約するように誘
導される。したがって、凹部を中心とするコンパクトな
燃焼室において適切な混合気が点火手段の近傍に積極的
に集まる状況を作り出すことができ、点火による着火性
の向上と安定した成層燃焼を得ることができる。
は、燃焼室内でタンブルガス流動が生じるように吸気手
段を設置しているので、凹部で反射し拡散した燃料がタ
ンブルガス流動により点火手段周辺に集約するように誘
導される。したがって、凹部を中心とするコンパクトな
燃焼室において適切な混合気が点火手段の近傍に積極的
に集まる状況を作り出すことができ、点火による着火性
の向上と安定した成層燃焼を得ることができる。
【００３３】請求項１２にかかる筒内噴射式エンジン
は、吸気手段を燃焼室内でスワールガス流動が生じるよ
うに吸気手段を設置しているので、燃焼室内にはスワー
ル流による渦輪（ドーナツ）状の適切な混合気が生成さ
れ、成層燃焼を確保したトータルとしてリーンな空燃比
の混合気が得られる。したがって、急速な燃焼が得ら
れ、燃料のちぎれやオーバーリーン領域の発生が防止さ
れパーシャルバーンを有効に防ぐことが可能となる。
は、吸気手段を燃焼室内でスワールガス流動が生じるよ
うに吸気手段を設置しているので、燃焼室内にはスワー
ル流による渦輪（ドーナツ）状の適切な混合気が生成さ
れ、成層燃焼を確保したトータルとしてリーンな空燃比
の混合気が得られる。したがって、急速な燃焼が得ら
れ、燃料のちぎれやオーバーリーン領域の発生が防止さ
れパーシャルバーンを有効に防ぐことが可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。本発明にかかる筒内噴射式エンジン
１０は、ペントルーフ型の燃焼室天井部（以下、単に
「天井部」という）１２を有するシリンダヘッド１４
と、上面部１６が基本的に平面形状であるいわゆるフラ
ット型のピストン１８と、ピストン１８が往復動可能に
嵌挿されるシリンダボア２０を有するシリンダ２２とを
基本的な構成要素としている。
て詳細に説明する。本発明にかかる筒内噴射式エンジン
１０は、ペントルーフ型の燃焼室天井部（以下、単に
「天井部」という）１２を有するシリンダヘッド１４
と、上面部１６が基本的に平面形状であるいわゆるフラ
ット型のピストン１８と、ピストン１８が往復動可能に
嵌挿されるシリンダボア２０を有するシリンダ２２とを
基本的な構成要素としている。
【００３５】図１は、本発明の第１の実施の形態におけ
る筒内噴射式エンジン１０を概略的に説明する断面説明
図であり、図２は、ピストン１８の上面図である。図３
は、図１の天井部１２をシリンダボア２０側より見た概
略説明図である。図示したように、天井部１２は２つの
傾斜面１２ａ、１２ｂを屋根状に有した切妻屋根形に似
た形状をなし、シリンダボア２０の中心よりも後述する
排気バルブ２８側に偏心する位置に形成されている。
る筒内噴射式エンジン１０を概略的に説明する断面説明
図であり、図２は、ピストン１８の上面図である。図３
は、図１の天井部１２をシリンダボア２０側より見た概
略説明図である。図示したように、天井部１２は２つの
傾斜面１２ａ、１２ｂを屋根状に有した切妻屋根形に似
た形状をなし、シリンダボア２０の中心よりも後述する
排気バルブ２８側に偏心する位置に形成されている。
【００３６】また、図３に示したように、天井部１２の
２つの傾斜面１２ａ、１２ｂには、シリンダヘッド１４
に設けられた吸気ポート及び排気ポート（図示せず）と
燃焼室２４との間を連通・遮断する吸気手段及び排気手
段である吸気バルブ２６と排気バルブ２８が各２個設け
られている。
２つの傾斜面１２ａ、１２ｂには、シリンダヘッド１４
に設けられた吸気ポート及び排気ポート（図示せず）と
燃焼室２４との間を連通・遮断する吸気手段及び排気手
段である吸気バルブ２６と排気バルブ２８が各２個設け
られている。
【００３７】点火手段である点火プラグ３０は、各吸気
バルブ２６の間からシリンダボア２０の軸方向に対して
傾斜して燃焼室２４内に突出するようにシリンダヘッド
１４に螺合されている。点火プラグ３０は、燃焼室２４
側に突出した先端部分に着火部である電極部３２を有し
ており、電極部３２は点火プラグ３０をシリンダヘッド
１４に螺合させた状態で、ほぼシリンダボア２０の中心
軸上又は若干吸気バルブ２６側に偏位した位置となるよ
うに配置されている。
バルブ２６の間からシリンダボア２０の軸方向に対して
傾斜して燃焼室２４内に突出するようにシリンダヘッド
１４に螺合されている。点火プラグ３０は、燃焼室２４
側に突出した先端部分に着火部である電極部３２を有し
ており、電極部３２は点火プラグ３０をシリンダヘッド
１４に螺合させた状態で、ほぼシリンダボア２０の中心
軸上又は若干吸気バルブ２６側に偏位した位置となるよ
うに配置されている。
【００３８】天井部１２のほぼ中心上方位置には、燃料
噴射手段であるインジェクタ３４がピストンに対して直
立するように設けられている。インジェクタ３４は、燃
料ｆをシリンダボア２０の軸方向に向けて噴射し、その
噴射形状は噴射中心軸ｆｍを中心として漸次広がる略円
すい中空形状を形成する。
噴射手段であるインジェクタ３４がピストンに対して直
立するように設けられている。インジェクタ３４は、燃
料ｆをシリンダボア２０の軸方向に向けて噴射し、その
噴射形状は噴射中心軸ｆｍを中心として漸次広がる略円
すい中空形状を形成する。
【００３９】この噴射燃料の略円すい中空形状の形成
は、例えば噴射の広がり角を４０度〜８０度程度とする
噴射角を設定し、燃料ｆに回転成分を与えつつ噴射する
ことにより容易に形成することができる。具体的には、
スワールノズルを用いたインジェクタ３４によるホロー
コーン噴霧により形成することができる。上記噴射広が
り角の設定は、ピストン１８が所定位置において後述す
るピストンの凹部３６内に噴射範囲がおさまるように設
定されている。
は、例えば噴射の広がり角を４０度〜８０度程度とする
噴射角を設定し、燃料ｆに回転成分を与えつつ噴射する
ことにより容易に形成することができる。具体的には、
スワールノズルを用いたインジェクタ３４によるホロー
コーン噴霧により形成することができる。上記噴射広が
り角の設定は、ピストン１８が所定位置において後述す
るピストンの凹部３６内に噴射範囲がおさまるように設
定されている。
【００４０】そして、吸気バルブ２６により燃焼室２４
と連通・遮断される吸気ポート（図示せず）の形状によ
り、燃焼室２４内には正方向の弱タンブルのガス流動が
生じるように構成されており、そのタンブル比はおよそ
０．５〜２となるように設定されている。
と連通・遮断される吸気ポート（図示せず）の形状によ
り、燃焼室２４内には正方向の弱タンブルのガス流動が
生じるように構成されており、そのタンブル比はおよそ
０．５〜２となるように設定されている。
【００４１】次に、第１の実施の形態の特徴的構成であ
るピストン１８の形状について説明する。図示したよう
に、ピストン１８は、上面部１６の形状をシリンダボア
２０の中心軸ｓｍ方向と直交する平面形状を基本として
いる。そして、上面部１６には縦断面が略長方形型であ
る、いわゆるパンケーキ型の凹部３６を有している。凹
部３６は、上面部１６と平行でかつ所定深さｈに設けら
れた真円の円形底部３８を有し、かつ円形底部３８の周
縁から所定の曲率で連続する曲面３８ａを介在して上面
部１６へほぼ垂直に立ち上がる周壁部４０を有してお
り、上面部１６に真円の開口部３９を形成している。
るピストン１８の形状について説明する。図示したよう
に、ピストン１８は、上面部１６の形状をシリンダボア
２０の中心軸ｓｍ方向と直交する平面形状を基本として
いる。そして、上面部１６には縦断面が略長方形型であ
る、いわゆるパンケーキ型の凹部３６を有している。凹
部３６は、上面部１６と平行でかつ所定深さｈに設けら
れた真円の円形底部３８を有し、かつ円形底部３８の周
縁から所定の曲率で連続する曲面３８ａを介在して上面
部１６へほぼ垂直に立ち上がる周壁部４０を有してお
り、上面部１６に真円の開口部３９を形成している。
【００４２】そして、凹部３６は、シリンダボア２０の
中心軸ｓｍよりも排気バルブ２８側にオフセットした位
置で、凹部３６の中心位置をインジェクタ３４の噴射中
心軸ｆｍとほぼ同軸上となるように凹設されている。ま
た、凹部の開口径ｄは、シリンダボア２０の径Ｄに対し
て３０〜７０％程度の大きさに設定され、凹部３６の深
さｈはシリンダボア２０の径Ｄの１５％程度迄を限界と
して設定されている。
中心軸ｓｍよりも排気バルブ２８側にオフセットした位
置で、凹部３６の中心位置をインジェクタ３４の噴射中
心軸ｆｍとほぼ同軸上となるように凹設されている。ま
た、凹部の開口径ｄは、シリンダボア２０の径Ｄに対し
て３０〜７０％程度の大きさに設定され、凹部３６の深
さｈはシリンダボア２０の径Ｄの１５％程度迄を限界と
して設定されている。
【００４３】また、点火プラグ３０の電極部３２は、ピ
ストン１８が上死点の際に、凹部３６内上方でかつ凹部
３６の中心から吸気バルブ２６側へオフセットした位置
となるようにセッティングされている。
ストン１８が上死点の際に、凹部３６内上方でかつ凹部
３６の中心から吸気バルブ２６側へオフセットした位置
となるようにセッティングされている。
【００４４】次に、上記構成を有する筒内噴射式エンジ
ンの動作及び作用効果について説明する。図４は、エン
ジン１０が低・中負荷運転の場合における圧縮行程中の
混合気の移動状態を示した説明図である。なお、本発明
が適用される筒内噴射式エンジン１０は、エンジン動作
状態が高負荷運転領域にある場合には、吸気行程中に燃
料を噴射することにより、エンジン出力を増加させるも
のであるが、その詳細な説明は省略する。
ンの動作及び作用効果について説明する。図４は、エン
ジン１０が低・中負荷運転の場合における圧縮行程中の
混合気の移動状態を示した説明図である。なお、本発明
が適用される筒内噴射式エンジン１０は、エンジン動作
状態が高負荷運転領域にある場合には、吸気行程中に燃
料を噴射することにより、エンジン出力を増加させるも
のであるが、その詳細な説明は省略する。
【００４５】図示のように、圧縮行程において、ピスト
ン１８が所定位置まで上昇した時点でインジェクタ３４
から燃料ｆがホローコーン形状に噴射される。そして、
燃料ｆは、更に上昇を続けるピストン１８の凹部３６の
底部３８と衝突する。その際に、形成されていたホロー
コーン形状が崩壊し、凹部３６内において反射、這い回
り、跳ね上がりなどによる燃料ｆの効率的な拡散を生ぜ
しめる。
ン１８が所定位置まで上昇した時点でインジェクタ３４
から燃料ｆがホローコーン形状に噴射される。そして、
燃料ｆは、更に上昇を続けるピストン１８の凹部３６の
底部３８と衝突する。その際に、形成されていたホロー
コーン形状が崩壊し、凹部３６内において反射、這い回
り、跳ね上がりなどによる燃料ｆの効率的な拡散を生ぜ
しめる。
【００４６】そして、周壁部４０では、上記反射等によ
り拡散した燃料ｆの勢いが抑制され、燃料ｆの広がり方
向がコントロールされる。また、ピストン１８の上昇動
作に伴って凹部３６の外側に飛び出した燃料ｆは傾斜面
１２ａ、１２ｂと衝突して再び燃焼室２４の中心側へ跳
ね返り、拡散する。したがって、燃料ｆは、シリンダ内
周壁面４２側に拡散することなく、天井部１２と凹部３
６との間に形成されたコンパクトな燃焼空間に効率よく
拡散して、燃焼空間内に混合気を形成する。
り拡散した燃料ｆの勢いが抑制され、燃料ｆの広がり方
向がコントロールされる。また、ピストン１８の上昇動
作に伴って凹部３６の外側に飛び出した燃料ｆは傾斜面
１２ａ、１２ｂと衝突して再び燃焼室２４の中心側へ跳
ね返り、拡散する。したがって、燃料ｆは、シリンダ内
周壁面４２側に拡散することなく、天井部１２と凹部３
６との間に形成されたコンパクトな燃焼空間に効率よく
拡散して、燃焼空間内に混合気を形成する。
【００４７】そして、燃焼室２４内には吸気行程時に生
成された弱タンブル流（図中、矢印Ｃ）が存しているの
で、混合気は弱タンブル流Ｃに乗って点火プラグ３０側
に誘導され、電極部３２周辺に集合することとなり、所
定の点火時期において電極部３２周辺に着火性の良い最
適な濃混合気を集中形成することができる。
成された弱タンブル流（図中、矢印Ｃ）が存しているの
で、混合気は弱タンブル流Ｃに乗って点火プラグ３０側
に誘導され、電極部３２周辺に集合することとなり、所
定の点火時期において電極部３２周辺に着火性の良い最
適な濃混合気を集中形成することができる。
【００４８】したがって、成層燃焼に適した混合気を形
成することができ、かつ着火性が向上する。この結果、
火炎伝播が遮られる混合気のちぎれやオーバーリーン領
域の発生を防ぐことができ、全体としてリーンな空燃比
で適切かつ急速な燃焼を得ることができ、パーシャルバ
ーンの発生を防止することができる。したがって、低負
荷、中負荷領域の広い運転条件で上記のような良好な成
層燃焼を得ることができる。
成することができ、かつ着火性が向上する。この結果、
火炎伝播が遮られる混合気のちぎれやオーバーリーン領
域の発生を防ぐことができ、全体としてリーンな空燃比
で適切かつ急速な燃焼を得ることができ、パーシャルバ
ーンの発生を防止することができる。したがって、低負
荷、中負荷領域の広い運転条件で上記のような良好な成
層燃焼を得ることができる。
【００４９】なお、ペントルーフ型の天井部１２の傾斜
面１２ａ、１２ｂにより、圧縮行程においても弱タンブ
ル流Ｃが維持され、上死点付近では燃料の拡散に寄与す
る適度なタンブル流の乱れが発生し燃焼改善に寄与する
ことができる。
面１２ａ、１２ｂにより、圧縮行程においても弱タンブ
ル流Ｃが維持され、上死点付近では燃料の拡散に寄与す
る適度なタンブル流の乱れが発生し燃焼改善に寄与する
ことができる。
【００５０】上記種々の作用により、低負荷、中負荷領
域で行われる成層燃焼をより良好に行うことができ、そ
の結果として良好な運転性、ＨＣの低減 ＮＯｘの低減
さらに燃費の向上も達成される。また、凹部３６とペン
トルーフ型の天井部１２とにより形成されるコンパクト
は燃焼室２４を確保することにより圧縮比は高くならな
いので、通常の燃料、いわゆるレギュラーガソリンを使
用することができる。
域で行われる成層燃焼をより良好に行うことができ、そ
の結果として良好な運転性、ＨＣの低減 ＮＯｘの低減
さらに燃費の向上も達成される。また、凹部３６とペン
トルーフ型の天井部１２とにより形成されるコンパクト
は燃焼室２４を確保することにより圧縮比は高くならな
いので、通常の燃料、いわゆるレギュラーガソリンを使
用することができる。
【００５１】また、燃料ｆは、その噴射方向及び凹部３
６の作用によってシリンダ内周壁面４２側には拡散しに
くいので、シリンダ内周壁面４２に対して燃料ｆが付着
することによる潤滑性の低下を防止でき、ピストン動作
における機能障害の発生も有効に防止することができ
る。
６の作用によってシリンダ内周壁面４２側には拡散しに
くいので、シリンダ内周壁面４２に対して燃料ｆが付着
することによる潤滑性の低下を防止でき、ピストン動作
における機能障害の発生も有効に防止することができ
る。
【００５２】次に、本発明の第２の実施の形態について
以下に説明する。図５は、第２の実施の形態の概略構成
図であり、図６はこの第２の実施の形態に用いられるピ
ストン１８の上面説明図である。図中において、第１の
実施の形態と同様の構成要素には、同一の符号を付する
ことでその詳細な説明を省略する。
以下に説明する。図５は、第２の実施の形態の概略構成
図であり、図６はこの第２の実施の形態に用いられるピ
ストン１８の上面説明図である。図中において、第１の
実施の形態と同様の構成要素には、同一の符号を付する
ことでその詳細な説明を省略する。
【００５３】本実施の形態において上記第１の実施の形
態と異なる特徴的構成は、上面部１６に設けられた凹部
３６の形状にある。すなわち、凹部３６の形状がインジ
ェクタ３４の噴射中心軸ｆｍ上の所定位置を中心とする
単一の曲率半径Ｒを有する球面形状の略浅皿型に形成さ
れていることである。
態と異なる特徴的構成は、上面部１６に設けられた凹部
３６の形状にある。すなわち、凹部３６の形状がインジ
ェクタ３４の噴射中心軸ｆｍ上の所定位置を中心とする
単一の曲率半径Ｒを有する球面形状の略浅皿型に形成さ
れていることである。
【００５４】本実施の形態における凹部３６は、単一の
曲率半径を有する球面に構成されており、この曲率半径
Ｒはシリンダボア２０の径Ｄの５０〜１００％程度の半
径を有し、開口部３９の径ｄは、シリンダボア２０の径
Ｄに対して３０〜７０％程度の直径に設定され、凹部３
６の深さｈはシリンダボア２０の径Ｄの１５％程度迄を
限界として設定されている。
曲率半径を有する球面に構成されており、この曲率半径
Ｒはシリンダボア２０の径Ｄの５０〜１００％程度の半
径を有し、開口部３９の径ｄは、シリンダボア２０の径
Ｄに対して３０〜７０％程度の直径に設定され、凹部３
６の深さｈはシリンダボア２０の径Ｄの１５％程度迄を
限界として設定されている。
【００５５】上記構成によれば、インジェクタ３４より
凹部３６内に噴射された燃料ｆは、単一の曲率半径Ｒを
有する曲率面４４で受け止められ、反射、這い回り、跳
上りなどによる燃料の効率的な拡散が生起される。した
がって、全体としてはある規則性をもって勢いを止める
ことなく上記のような拡散動作が得られる。
凹部３６内に噴射された燃料ｆは、単一の曲率半径Ｒを
有する曲率面４４で受け止められ、反射、這い回り、跳
上りなどによる燃料の効率的な拡散が生起される。した
がって、全体としてはある規則性をもって勢いを止める
ことなく上記のような拡散動作が得られる。
【００５６】そして、凹部３６を単一の曲率面Ｒとした
ことによりピストン１８の上昇動作と燃焼室２４内に生
じている弱タンブル流Ｃとによる点火プラグ３０の電極
部３２側への混合気の流れ作用をより良好なものとする
ことができる。したがって、良好な成層燃焼が達成さ
れ、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を得ること
ができる。
ことによりピストン１８の上昇動作と燃焼室２４内に生
じている弱タンブル流Ｃとによる点火プラグ３０の電極
部３２側への混合気の流れ作用をより良好なものとする
ことができる。したがって、良好な成層燃焼が達成さ
れ、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を得ること
ができる。
【００５７】次に、本発明の第３の実施の形態について
以下に説明する。図７は、第３の実施の形態の概略構成
図であり、図８は本実施の形態に用いられるピストン１
８の上面説明図である。図中において、第１の実施の形
態と同様の構成要素には、同一の符号を付することでそ
の詳細な説明を省略する。
以下に説明する。図７は、第３の実施の形態の概略構成
図であり、図８は本実施の形態に用いられるピストン１
８の上面説明図である。図中において、第１の実施の形
態と同様の構成要素には、同一の符号を付することでそ
の詳細な説明を省略する。
【００５８】本実施の形態において特徴的な構成は、凹
部３６の形状が２種類の曲率半径を含む複合的球面によ
り構成された縦断面形状がいわゆる深皿型となっている
ことである。すなわち、凹部３６は、インジェクタ３４
の噴射中心軸ｆｍ上の所定位置を中心とする曲率半径Ｒ
１の球面形状を有する中央底領域である球面底４６と、
その周縁から曲率半径Ｒ１よりも小さい曲率半径Ｒ２の
曲面形状を有して上面部１６へ立ち上る立ち上がり領域
である曲面壁４８とにより構成されており、上面部１６
の開口形状を真円形状に形成していることである。
部３６の形状が２種類の曲率半径を含む複合的球面によ
り構成された縦断面形状がいわゆる深皿型となっている
ことである。すなわち、凹部３６は、インジェクタ３４
の噴射中心軸ｆｍ上の所定位置を中心とする曲率半径Ｒ
１の球面形状を有する中央底領域である球面底４６と、
その周縁から曲率半径Ｒ１よりも小さい曲率半径Ｒ２の
曲面形状を有して上面部１６へ立ち上る立ち上がり領域
である曲面壁４８とにより構成されており、上面部１６
の開口形状を真円形状に形成していることである。
【００５９】ここで、曲率半径Ｒ１はシリンダボア２０
の径Ｄの５０〜８０％程度の半径に、曲率半径Ｒ２はシ
リンダボア２０の径Ｄの１０〜３０％程度の半径に設定
されている。また、開口部３９の径ｄは、シリンダボア
２０の径Ｄに対して３０〜７０％程度に設定され、凹部
３６の深さｈはシリンダボア２０の径Ｄの１５％程度迄
を限界として設定されている。
の径Ｄの５０〜８０％程度の半径に、曲率半径Ｒ２はシ
リンダボア２０の径Ｄの１０〜３０％程度の半径に設定
されている。また、開口部３９の径ｄは、シリンダボア
２０の径Ｄに対して３０〜７０％程度に設定され、凹部
３６の深さｈはシリンダボア２０の径Ｄの１５％程度迄
を限界として設定されている。
【００６０】上記構成によれば、その作用効果は上述の
実施の形態とほぼ同様であり、燃料の効率的な拡散と点
火プラグ３０の電極部３２側への混合気の流れ作用とを
良好なものとすることができる。
実施の形態とほぼ同様であり、燃料の効率的な拡散と点
火プラグ３０の電極部３２側への混合気の流れ作用とを
良好なものとすることができる。
【００６１】次に、本発明の第４の実施の形態について
以下に説明する。図９は、第４の実施の形態の概略構成
図であり、図１０は本実施の形態に用いられるピストン
１８の上面説明図である。図中において、第１の実施の
形態と同様の構成要素には、同一の符号を付することで
その詳細な説明を省略する。
以下に説明する。図９は、第４の実施の形態の概略構成
図であり、図１０は本実施の形態に用いられるピストン
１８の上面説明図である。図中において、第１の実施の
形態と同様の構成要素には、同一の符号を付することで
その詳細な説明を省略する。
【００６２】本実施の形態において特徴的な構成は、凹
部３６の形状が上面部１６と平行でかつ所定深さｈに設
けられた真円形状の円形底部５０を有し、かつ円形底部
５０の周縁から上面部１６へ移行するにしたがって漸次
その径が直線的に大きくなる斜面部５２とにより構成さ
れた縦断面が略逆さ台型となっていることである。
部３６の形状が上面部１６と平行でかつ所定深さｈに設
けられた真円形状の円形底部５０を有し、かつ円形底部
５０の周縁から上面部１６へ移行するにしたがって漸次
その径が直線的に大きくなる斜面部５２とにより構成さ
れた縦断面が略逆さ台型となっていることである。
【００６３】すなわち、この実施の形態における凹部３
６は、斜面部５２の傾斜が上面部１６に対して９０度〜
１５０度の傾きに形成され、円形底部５０の周縁と斜面
部５２とのつながり部分は滑かな曲面で連続形成されて
いる。そして、凹部３６の開口部３９の径ｄは、シリン
ダボア２０の径Ｄに対して３０〜７０％程度の大きさに
設定され、凹部３６の深さｈはシリンダボア２０の径Ｄ
の１５％程度迄を限界として設定されている。
６は、斜面部５２の傾斜が上面部１６に対して９０度〜
１５０度の傾きに形成され、円形底部５０の周縁と斜面
部５２とのつながり部分は滑かな曲面で連続形成されて
いる。そして、凹部３６の開口部３９の径ｄは、シリン
ダボア２０の径Ｄに対して３０〜７０％程度の大きさに
設定され、凹部３６の深さｈはシリンダボア２０の径Ｄ
の１５％程度迄を限界として設定されている。
【００６４】上記構成によれば、その作用効果は上述の
実施の形態とほぼ同様であるが、他の実施の形態よりも
凹部容積を大きめに確保することができるので、圧縮比
の調整が容易に行えるという効果も有するものである。
実施の形態とほぼ同様であるが、他の実施の形態よりも
凹部容積を大きめに確保することができるので、圧縮比
の調整が容易に行えるという効果も有するものである。
【００６５】次に、本発明の第５の実施の形態について
以下に説明する。図１１は、第５の実施の形態の概略構
成図であり、図１２は本実施の形態に用いられるピスト
ン１８の上面説明図である。図中において、第１の実施
の形態と同様の構成要素には、同一の符号を付すること
でその詳細な説明を省略する。
以下に説明する。図１１は、第５の実施の形態の概略構
成図であり、図１２は本実施の形態に用いられるピスト
ン１８の上面説明図である。図中において、第１の実施
の形態と同様の構成要素には、同一の符号を付すること
でその詳細な説明を省略する。
【００６６】本実施の形態において特徴的な構成は、凹
部３６の形状がその縦断面形状を半楕円形状となるよう
に形成していること、及び点火プラグ３０の電極部３２
の位置をより吸気バルブ２６側へ偏位させて、インジェ
クタ１２により噴射したホローコーン形状の燃料ｆが直
接電極部３２に付着しない位置にセッティングしたこと
である。その他の構成は、上述の実施の形態とほぼ同様
である。
部３６の形状がその縦断面形状を半楕円形状となるよう
に形成していること、及び点火プラグ３０の電極部３２
の位置をより吸気バルブ２６側へ偏位させて、インジェ
クタ１２により噴射したホローコーン形状の燃料ｆが直
接電極部３２に付着しない位置にセッティングしたこと
である。その他の構成は、上述の実施の形態とほぼ同様
である。
【００６７】本実施の形態における凹部３６は、開口部
３９の径ｄがシリンダボア２０の径Ｄに対して３０〜７
０％程度の直径に設定され、凹部３６の深さｈがシリン
ダボア２０の径Ｄの１５％程度迄を限界として設定され
ている。
３９の径ｄがシリンダボア２０の径Ｄに対して３０〜７
０％程度の直径に設定され、凹部３６の深さｈがシリン
ダボア２０の径Ｄの１５％程度迄を限界として設定され
ている。
【００６８】上記構成によれば、その作用効果は上述の
実施の形態とほぼ同様であるが、他の実施の形態と比較
して、凹部がより滑かな曲面を形成しているので、上述
のようにシリンダ内周壁面４２への燃料の流れを抑制し
つつ混合気の均質化を図るのが容易である。
実施の形態とほぼ同様であるが、他の実施の形態と比較
して、凹部がより滑かな曲面を形成しているので、上述
のようにシリンダ内周壁面４２への燃料の流れを抑制し
つつ混合気の均質化を図るのが容易である。
【００６９】次に、本発明の第６の実施の形態について
以下に説明する。図１３は、第６の実施の形態の概略構
成図であり、図１４は、本実施の形態に用いられるピス
トン１８の上面説明図である。図中において、第１の実
施の形態と同様の構成要素には、同一の符号を付するこ
とでその詳細な説明を省略する。
以下に説明する。図１３は、第６の実施の形態の概略構
成図であり、図１４は、本実施の形態に用いられるピス
トン１８の上面説明図である。図中において、第１の実
施の形態と同様の構成要素には、同一の符号を付するこ
とでその詳細な説明を省略する。
【００７０】本実施の形態において特徴的な構成は、凹
部３６の外周に、上面部１６から天井部１２に向けて突
出し、かつピストン１８が上死点近傍に上昇した位置で
点火プラグ３０との干渉を回避した周壁部５４が設けら
れていることである。
部３６の外周に、上面部１６から天井部１２に向けて突
出し、かつピストン１８が上死点近傍に上昇した位置で
点火プラグ３０との干渉を回避した周壁部５４が設けら
れていることである。
【００７１】図示したように、周壁部５４は、高さ方向
の形状が天井部１４と対応するように形成され、周壁部
５４の大きさは、ピストン１８が上死点の際に燃焼室２
４内に収容されかつ吸気バルブ２６及び排気バルブ２８
のバルブリセスを考慮した大きさに設定されている。
の形状が天井部１４と対応するように形成され、周壁部
５４の大きさは、ピストン１８が上死点の際に燃焼室２
４内に収容されかつ吸気バルブ２６及び排気バルブ２８
のバルブリセスを考慮した大きさに設定されている。
【００７２】また、第５の実施の形態と同様に、点火プ
ラグ３０は、その配置位置をインジェクタ３４から噴射
された燃料ｆが直接電極部３２に付着しない位置に設
け、かつ電極部３２を凹部３６の曲面部６２側へ向けて
いる。
ラグ３０は、その配置位置をインジェクタ３４から噴射
された燃料ｆが直接電極部３２に付着しない位置に設
け、かつ電極部３２を凹部３６の曲面部６２側へ向けて
いる。
【００７３】したがって、上記構成によれば、ピストン
１８が上死点の際には、凹部１６は吸気バルブ２６側に
大きく開放することとなり、その作用効果は上述の実施
の形態の作用の他に、更に点火プラグ３０の電極部３２
以外の方向への燃料の拡散を抑制することができ、混合
気のちぎれをより一層減少させることができる。
１８が上死点の際には、凹部１６は吸気バルブ２６側に
大きく開放することとなり、その作用効果は上述の実施
の形態の作用の他に、更に点火プラグ３０の電極部３２
以外の方向への燃料の拡散を抑制することができ、混合
気のちぎれをより一層減少させることができる。
【００７４】なお、本実施の形態は、上記の凹部３６の
形状に限られるものではなく、他の実施の形態の凹部３
６の形状、例えば浅皿型、深皿型等の凹部形状を用いる
ことができ、本実施の形態と同様の効果を得ることがで
きる。
形状に限られるものではなく、他の実施の形態の凹部３
６の形状、例えば浅皿型、深皿型等の凹部形状を用いる
ことができ、本実施の形態と同様の効果を得ることがで
きる。
【００７５】以上説明した、上記各実施の形態は、燃焼
室２４に弱タンブル流のガス流動が存する場合について
説明したが、ガス流動はこのようなタンブル流に限定さ
れるものではなく、スワールガス流動を生じさせるよう
に吸気バルブ２６を構成した場合にも応用することがで
きる。
室２４に弱タンブル流のガス流動が存する場合について
説明したが、ガス流動はこのようなタンブル流に限定さ
れるものではなく、スワールガス流動を生じさせるよう
に吸気バルブ２６を構成した場合にも応用することがで
きる。
【００７６】スワールガス流動の場合、各実施の形態に
おけるピストン上面の形状は平面状に形成されているの
で、スワール流を乱すことがなく、このスワール流によ
って燃料ｆがシリンダ内周壁面４２側へ拡散することを
抑制することができ、また円周方向での混合気の均一化
も図ることができる。
おけるピストン上面の形状は平面状に形成されているの
で、スワール流を乱すことがなく、このスワール流によ
って燃料ｆがシリンダ内周壁面４２側へ拡散することを
抑制することができ、また円周方向での混合気の均一化
も図ることができる。
【００７７】このようなスワールガス流動を利用するこ
とにより、凹部３６によるコンパクトな燃焼室２４内に
おいてドーナツ状の適度な混合気が形成され、上述の実
施の形態のように全体としてリーンな空燃比での成層燃
焼に適した混合気状態を得ることができる。この実施の
形態によるその他の作用効果については上述の各実施の
形態と同様でありその説明を省略する。
とにより、凹部３６によるコンパクトな燃焼室２４内に
おいてドーナツ状の適度な混合気が形成され、上述の実
施の形態のように全体としてリーンな空燃比での成層燃
焼に適した混合気状態を得ることができる。この実施の
形態によるその他の作用効果については上述の各実施の
形態と同様でありその説明を省略する。
【００７８】なお、本発明は、上述の各実施の形態の構
成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種
々の変形が可能である。例えば、上記各実施の形態では
ピストン１６の上面１６ａに設けられた凹部３６の形状
を種々説明したが、上記のような形状に限定されるもの
ではなく、凹部３６により形成されるコンパクトな燃焼
領域内に噴射された燃料ｆをスムーズに拡散動作させる
ことのできる形状であれば種々の形状を採用することが
可能である。
成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種
々の変形が可能である。例えば、上記各実施の形態では
ピストン１６の上面１６ａに設けられた凹部３６の形状
を種々説明したが、上記のような形状に限定されるもの
ではなく、凹部３６により形成されるコンパクトな燃焼
領域内に噴射された燃料ｆをスムーズに拡散動作させる
ことのできる形状であれば種々の形状を採用することが
可能である。
【００７９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る筒内
噴射式エンジンによれば、エンジンの燃焼室内の所定位
置に局部的に濃い混合気をより適切に形成することがで
きる。すなわち、低負荷、中負荷領域の広い運転条件に
おいて、成層燃焼を実施するのに適した混合気の状態を
全体としてリーンな空燃比を確保しつつ達成することが
できる。これにより、排気ミッションの向上、運転性の
向上さらには燃費の向上にも貢献することができる。
噴射式エンジンによれば、エンジンの燃焼室内の所定位
置に局部的に濃い混合気をより適切に形成することがで
きる。すなわち、低負荷、中負荷領域の広い運転条件に
おいて、成層燃焼を実施するのに適した混合気の状態を
全体としてリーンな空燃比を確保しつつ達成することが
できる。これにより、排気ミッションの向上、運転性の
向上さらには燃費の向上にも貢献することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態における筒内噴射式
エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
【図２】図１のピストンの上面説明図である。
【図３】図１の天井部１２をシリンダボア２０側より見
た概略説明図である。
た概略説明図である。
【図４】本発明が適用される筒内噴射式エンジンの低・
中負荷運転時における混合気の移動状態を示した説明図
である。
中負荷運転時における混合気の移動状態を示した説明図
である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における筒内噴射式
エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
【図６】図５のピストンの上面説明図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態における筒内噴射式
エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
【図８】図７のピストンの上面説明図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態における筒内噴射式
エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
【図１０】図９のピストンの上面説明図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態における筒内噴射
式エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
式エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
【図１２】図１１のピストンの上面説明図である。
【図１３】本発明の第６の実施の形態における筒内噴射
式エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
式エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
【図１４】図１３のピストンの上面説明図である。
１２ 燃焼室天井部 １４ シリンダヘッド １８ ピストン ２２ シリンダ ２４ 燃焼室 ２６ 吸気バルブ（吸気手段） ２８ 排気バルブ（排気手段） ３０ 点火プラグ（点火手段） ３２ 電極部（着火部） ３４ インジェクタ（噴射手段） ３６ 凹部 ４２ シリンダ内周壁面 ｆ 燃料 Ｃ 弱タンブル流（ガス流動）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｆ 3/26 Ｆ０２Ｆ 3/26 Ｃ 3/28 3/28 Ｂ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ｄ ３１０Ｓ 61/18 ３６０ 61/18 ３６０Ｊ Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０１ Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０１Ａ (72)発明者 秋本 晃 東京都三鷹市大沢三丁目９番６号 株式会 社スバル研究所内 (72)発明者 山地 敏雄 東京都三鷹市大沢三丁目９番６号 株式会 社スバル研究所内 (72)発明者 森川 弘二 東京都三鷹市大沢三丁目９番６号 株式会 社スバル研究所内
Claims (12)
- 【請求項１】 ペントルーフ型に形成された燃焼室天井
部と所定のガス流動を発生可能な吸気手段と排気手段と
を有するシリンダヘッドと、 該シリンダヘッドと対向する上面部を平面状に形成しか
つ該上面部の所定位置に所定形状の凹部を設けたピスト
ンと、 前記燃焼室天井部の所定位置からピストンに向けてシリ
ンダの軸方向に燃料を噴射する噴射手段と、 前記シリンダヘッドに取付けられ、前記凹部の内方上部
位置でかつ凹部の中心から吸気手段側へ偏位した位置に
着火部を有する点火手段と、 を有することを特徴とする筒内噴射式エンジン。 - 【請求項２】 前記凹部は、 前記ピストンの上面部に略円形形状を形成するように設
けられ、 前記凹部の中心が、前記噴射手段のほぼ噴射中心軸上に
位置するように設けられることを特徴とする請求項１に
記載の筒内噴射式エンジン。 - 【請求項３】 前記噴射手段は、 噴射した燃料が前記噴射手段の噴射中心軸を中心として
噴射方向に漸次広がる略円すい中空形状をなすように噴
射を行い、当該噴射した燃料の広がり角度は噴射時に前
記凹部内に前記噴射燃料の広がり範囲が収まるように設
定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内噴
射式エンジン。 - 【請求項４】 前記噴射手段は、 燃料に螺旋回転方向の動きを与えて噴射する噴射ノズル
を有することを特徴とする請求項３に記載の筒内噴射式
エンジン。 - 【請求項５】 前記凹部の形状は、 前記上面部と平行な円形底面を有する底部領域と、 該底部領域の周縁部から所定の曲率面を介して前記上面
部へほぼ垂直に立ち上がる周縁部立ち上がり領域とから
なる略パンケーキ型に凹設されたことを特徴とする請求
項１〜４に記載の筒内噴射式エンジン。 - 【請求項６】 前記凹部の形状は、 前記噴射中心軸上の所定位置を中心とする単一の曲率半
径を有する球面形状の略浅皿型に形成されたことを特徴
とする請求項１〜４に記載の筒内噴射式エンジン。 - 【請求項７】 前記凹部の形状は、 前記噴射中心軸上の所定位置を中心とする所定の曲率半
径の球面形状を有する中央底領域と、 該中央底領域の外周に前記中央底領域の曲率半径よりも
小さな曲率半径の曲面形状を有して前記上面部へ立ち上
がる立ち上がり領域とからなる略深皿型に形成されたこ
とを特徴とする請求項１〜４に記載の筒内噴射式エンジ
ン。 - 【請求項８】 前記凹部の形状は、 前記上面部と平行な円形底面を有する底部領域と、 該底部領域の周縁部から所定の曲率面を介して前記上面
部へ移行するにしたがって漸次その径が大きくなる斜面
領域とからなる縦断面が略逆さ台形型に形成されたこと
を特徴とする請求項１〜４に記載の筒内噴射式エンジ
ン。 - 【請求項９】 前記凹部の形状は、 縦断面が略半楕円形となるように構成されたことを特徴
とする請求項１〜４に記載の筒内噴射式エンジン。 - 【請求項１０】 前記凹部の外周に、前記ピストン上面
部から前記燃焼室天井部に向けて突出し、かつ前記ピス
トンが上死点近傍に上昇した位置で前記点火手段との干
渉を回避する周壁部を設けたことを特徴とする請求項１
〜９に記載の筒内噴射式エンジン。 - 【請求項１１】 前記吸気手段は、 燃焼室内でタンブルガス流動を生ぜしめるように構成設
置されたことを特徴とする請求項１〜１０に記載の筒内
噴射式エンジン。 - 【請求項１２】 前記吸気手段は、 燃焼室内でスワールガス流動を生ぜしめるように構成設
置されたことを特徴とする請求項１〜１０に記載の筒内
噴射式エンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29093396A JP3741494B2 (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 筒内噴射式エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29093396A JP3741494B2 (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 筒内噴射式エンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10131756A true JPH10131756A (ja) | 1998-05-19 |
| JP3741494B2 JP3741494B2 (ja) | 2006-02-01 |
Family
ID=17762388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29093396A Expired - Fee Related JP3741494B2 (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 筒内噴射式エンジン |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3741494B2 (ja) |
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-
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