JPH10299537A - 筒内噴射型火花点火式エンジン - Google Patents

筒内噴射型火花点火式エンジン

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JPH10299537A
JPH10299537A JP9111609A JP11160997A JPH10299537A JP H10299537 A JPH10299537 A JP H10299537A JP 9111609 A JP9111609 A JP 9111609A JP 11160997 A JP11160997 A JP 11160997A JP H10299537 A JPH10299537 A JP H10299537A
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air
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intake
fuel
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JP9111609A
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Hidetoshi Kudo
秀俊 工藤
Hiroyuki Yamashita
洋幸 山下
Muneyuki Oota
統之 太田
Masashi Maruhara
正志 丸原
Akira Kageyama
明 陰山
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Mazda Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼室周縁にインジェクタを配置した筒内噴
射型火花点火式エンジンにおいて、成層燃焼時やリーン
空燃比での均一燃焼時に、吸気流動を効果的に活用して
燃焼性を向上する。 【解決手段】 ピストン４の頂部にキャビティ６を設け
る一方、燃焼室５の周縁部にインジェクタ１２を配置
し、低負荷低回転側の運転領域では圧縮行程噴射により
成層燃焼状態とし、高負荷高回転側の運転領域では吸気
行程噴射により均一燃焼状態とする。また、均一燃焼領
域のうちの低負荷低回転側の領域では空燃比をリーンと
する。そして、成層燃焼領域からリーン空燃比の均一燃
焼領域にかけて、タンブル成分とスワール成分とを含む
斜めスワールを生成させ、かつ、少なくともリーン空燃
比の均一燃焼領域でタンブル比がスワール比よりも大き
くなるように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンの頂部に
キャビティを設けるとともに燃焼室の周縁部にインジェ
クタを配置した筒内噴射型火花点火式エンジンに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば、特開平７−２８６５２０
号公報に示されるように、燃焼室中央部に点火プラグを
配置するとともに、燃焼室の周縁部にインジェクタを配
置し、上記インジェクタから燃焼室に直接燃料を噴射す
るようにした筒内噴射型火花点火式エンジンは知られて
いる。
【０００３】この種のエンジンでは、上記インジェクタ
が燃焼室の周縁部から斜め下方（ピストン側）に向けて
燃料を噴射するように配置されていて、このインジェク
タから圧縮行程で燃料が噴射されると、ピストン頂部で
反射された燃料が点火プラグ周りに送られることで成層
燃焼が行なわれ、また、吸気行程で燃料が噴射される
と、混合気が燃焼室全体に拡散されて均一燃焼が行なわ
れる。
【０００４】そこで、運転状態に応じて燃料噴射形態を
変更し、例えば低負荷低回転領域では圧縮行程噴射によ
り成層燃焼状態とする一方、高負荷領域や高回転領域で
は吸気行程噴射により均一燃焼状態とするというような
制御が行なわれている。また、このような燃料噴射形態
の制御に対応して空燃比が制御され、例えば成層燃焼が
行なわれる運転領域では空燃比が大幅なリーンとされ、
均一燃焼が行なわれる運転領域ではその比較的低負荷側
で空燃比がリーンとされる一方、高負荷側で空燃比がリ
ッチとされるというような制御が行なわれている。
【０００５】なお、このようなエンジンにおいて、成層
化を促進するため、ピストンの頂部に部分的にキャビテ
ィを設け、圧縮行程噴射時にインジェクタから噴射され
た燃料が上記キャビティを経て点火プラグ付近に送られ
るようにした構造も考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のこの種のエンジ
ンでは、上記インジェクタの設置角度（シリンダボア軸
線と直交する平面に対する下向きの傾斜角度）が小さい
と、ピストンの頂部に成層化促進のためのキャビティに
設けておいても、圧縮行程噴射による成層燃焼時には、
噴射燃料がキャビティ外に多く飛散してトラップ性が悪
くなるため成層度が低下し、燃費及び燃焼安定性等が悪
化する。さらに、吸気行程噴射による均一燃焼時には、
シリンダ壁面への燃料付着が増大し、ＨＣ端量の増加す
るとともに潤滑用のオイルの希釈を招くといった問題が
生じる。
【０００７】また、インジェクタの設置角度を大きくす
れば上記の問題が改善されるが、吸気ポートとの干渉防
止等のレイアウト上の制約から、上記の問題を解消され
る程度にインジェクタの設置角度を大きくすることは困
難である。
【０００８】そこで、吸気流動を利用して上記の問題を
改善することが考えられ、例えば、燃焼室内にタンブル
（縦渦）を生成するように吸気系を形成すれば、インジ
ェクタからの噴霧がタンブルによって下方に向けられる
ため、成層燃焼時に上記キャビティによるトラップ性が
改善されるとともに、均一燃焼時にシリンダ壁面への燃
料付着が低減される。
【０００９】しかし、このようなタンブルだけでは、成
層燃焼時に、上記キャビティにトラップされた混合気を
点火プラグ方向に向かわせるような輸送作用が充分に得
られず、点火プラグ周りの混合気の空燃比にバラツキが
生じ易くなる。また、タンブル成分は圧縮行程中に減
衰、崩壊し易いので、燃料噴射量が比較的多い中負荷で
の成層燃焼時に、混合気の適度の拡散を図ることができ
ず、燃費が悪化する。
【００１０】また、スワール（横渦）を生成するように
吸気系を形成することも考えられるが、スワールだけで
は、成層燃焼時やリーン空燃比での均一燃焼時に、混合
気が点火プラグ周りよりも燃焼室周辺に多く偏在してし
まう逆成層状態となることにより、燃焼性の向上が図れ
ないといった問題が生じる。
【００１１】本発明は、上記の事情に鑑み、成層燃焼時
やリーン空燃比での均一燃焼時に、吸気流動を効果的に
活用して燃焼性を向上することができる筒内噴射型火花
点火式エンジンを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ピストンの頂部にキャビティを設ける一
方、燃焼室の周縁部にインジェクタを配置し、低負荷低
回転側の運転領域では、上記インジェクタから圧縮行程
で上記キャビティへ燃料を噴射させて、燃焼室中央部に
配置された点火プラグ周りに混合気を偏在させる成層燃
焼状態とし、高負荷高回転側の運転領域では、上記イン
ジェクタから燃料を吸気行程で噴射して燃焼室全体に混
合気を拡散させる均一燃焼状態とするように構成した筒
内噴射型火花点火式エンジンにおいて、均一燃焼状態と
する運転領域のうちの低負荷低回転側の領域では空燃比
をリーンとする空燃比制御手段を設けるとともに、一対
の吸気ポートと両吸気ポートの吸気流動を調節する吸気
流動調節手段とにより、スワール成分とタンブル成分と
を含む斜めスワールの生成が可能な吸気系を構成し、上
記成層燃焼状態とされる運転領域からリーン空燃比で均
一燃焼状態とされる運転領域にかけて上記斜めスワール
を生成させ、かつ、少なくともリーン空燃比で均一燃焼
状態とされる運転領域でタンブル比がスワール比よりも
大きくなるように設定したものである。
【００１３】この構成によると、成層燃焼状態とされる
ときには、上記斜めスワールに含まれるタンブル成分で
上記キャビティの噴霧のトラップ性が高められるととも
に、圧縮行程後期にタンブル成分が崩壊してスワール成
分が残されることにより、上記キャビティから点火プラ
グ周りへの混合気の輸送性等が向上され、良好に成層燃
焼が行なわれる。また、リーン空燃比で均一燃焼状態と
されるときには、上記斜めスワールにより、シリンダ壁
への燃料付着が抑制されるとともに、混合気の拡散が良
好に行なわれ、良好に均一燃焼が行なわれる。
【００１４】このエンジンにおいて、少なくともリーン
空燃比で均一燃焼状態とされる運転領域で、インジェク
タの噴射方向よりも燃焼室下方側に向いた方向に斜めス
ワールを生成させるようにし、とくにシリンダボア中心
線と直交する方向の平面に対して４５°以上傾いた方向
に上記斜めスワールを生成させるようにすることが好ま
しい。
【００１５】このようにすると、リーン空燃比で均一燃
焼状態とされるとき、インジェクタから噴霧が上記斜め
スワールで下方に向けらることにより、シリンダ壁への
燃料付着を抑制する等の作用が良好に得られる。
【００１６】また、燃焼室の天井部分をペントルーフ型
とし、ピストン頂部の形状を上記天井部分に対応した形
状とするとともに、上記キャビティをピストン頂部の中
央よりインジェクタに近い側にオフセットした位置に形
成し、このキャビティの周縁に対応する位置に点火プラ
グを配置し、かつ、ピストンの隆起部におけるスワール
方向上流側のキャビティ周縁に、インジェクタからの噴
射燃料をスワール方向にガイドする縦壁を形成すること
が好ましい。
【００１７】このようにすると、成層燃焼時に、上記キ
ャビティにトラップされた噴霧がキャビティ周縁にガイ
ドされて点火プラグ側に送られることにより、点火プラ
グ付近への混合気の輸送性が向上される。
【００１８】上記のようにピストン頂部の形状を燃焼室
天井部分に対応したペントルーフ形状とするとともに、
キャビティの底壁をシリンダボア中心線と略直交する方
向の平坦面としておけば、噴霧をトラップする作用が良
好に得られる。
【００１９】あるいは、キャビティの底壁を点火プラグ
に近い側がピストン周辺側より高くなるようにシリンダ
ボア中心線と直交する面に対して傾斜させておいてもよ
く、このようにすると、成層燃焼時において圧縮行程後
期に斜めスワールのタンブル成分を崩壊する作用、キャ
ビティから点火プラグ周りへ混合気を送る作用が良好に
得られる。
【００２０】上記吸気流動調節手段として一方の吸気ポ
ートに対して吸気の流通、遮断を可能とする制御弁を設
けるとともに、制御弁が全開のときにもタンブルが生成
され、制御弁が閉じられるにつれてスワール成分が強め
られ、かつ、全開から全閉にわたって常にタンブル比が
スワール比以上となるように吸気ポート形状を設定して
おくことが好ましい。このようにすると、傾斜角度の大
きい斜めスワールが確実に得られる。
【００２１】また、この好ましくは、運転状態に応じて
吸気流動調節手段を制御する制御手段を設けて、成層燃
焼状態とされる運転領域では負荷が高くなるにつれてス
ワール成分を強めるように制御する。例えば、運転状態
に応じて上記制御弁の作動を制御する制御手段を設け、
成層燃焼状態とされる運転領域では負荷が高くなるにつ
れて上記制御弁の開度を小さくし、リーン空燃比で均一
燃焼状態とされる運転領域では上記制御弁を全閉とす
る。このようにすると、成層燃焼状態とされる運転領域
の中で比較的燃料噴射量が多くなる領域では適度に混合
気を拡散され、成層燃焼時の混合気分布状態が適切に調
節される。
【００２２】本発明の別の構成としては、ピストンの頂
部にキャビティを設ける一方、燃焼室の周縁部にインジ
ェクタを配置し、低負荷低回転側の運転領域では、上記
インジェクタから圧縮行程で上記キャビティへ燃料を噴
射させて、燃焼室中央部に配置された点火プラグ周りに
混合気を偏在させる成層燃焼状態とし、高負荷高回転側
の運転領域では、上記インジェクタから燃料を吸気行程
で噴射して燃焼室全体に混合気を拡散させる均一燃焼状
態とするように構成した筒内噴射型火花点火式エンジン
において、均一燃焼状態とする運転領域のうちの低負荷
低回転側の領域では空燃比をリーンとする空燃比制御手
段を設けるとともに、一対の吸気ポートと両吸気ポート
の吸気流動を調節する吸気流動調節手段とにより、スワ
ール成分とタンブル成分とを含む斜めスワールの生成が
可能な吸気系を構成し、上記成層燃焼状態とされる運転
領域からリーン空燃比で均一燃焼状態とされる運転領域
にかけて上記斜めスワールを生成させ、かつ、少なくと
もリーン空燃比で均一燃焼状態とされる運転領域で上記
斜めスワールがインジェクタの噴射方向よりも燃焼室下
方側に向くようにしたものである。
【００２３】この構成によっても、成層燃焼状態とされ
るときには上記斜めスワールにより上記キャビティの噴
霧のトラップ性及び上記キャビティから点火プラグ周り
への混合気の輸送性等が向上され、また、リーン空燃比
で均一燃焼状態とされるときには、インジェクタの噴射
方向よりも下方側に向いた斜めスワールにより、シリン
ダ壁への燃料付着が抑制される。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１及び図２は筒内噴射型火花点火式エ
ンジンの構造の一例を示している。これらの図におい
て、１はエンジン本体であって、シリンダブロック２及
びシリンダヘッド３等からなり、複数のシリンダを備え
ており、その各シリンダにはピストン４が嵌挿され、こ
のピストン４の頂面とシリンダヘッド３の下面との間に
燃焼室５が形成されている。上記ピストン４の頂部には
キャビティ６が設けられている。
【００２５】上記シリンダヘッド３には、燃焼室５に開
口する２つの吸気ポート７Ａ，７Ｂと、２つの排気ポー
ト８Ａ，８Ｂとが形成されるとともに、上記両吸気ポー
ト７Ａ，７Ｂをそれぞれ開閉する２つの吸気弁９と、上
記両排気ポート８Ａ，８Ｂをそれぞれ開閉する２つの排
気弁１０と、点火プラグ１１と、インジェクタ１２とが
取付けられている。上記インジェクタ１２は燃焼室５の
周縁部に配置され、この位置から燃焼室５内に直接燃料
を噴射するようになっている。また、上記点火プラグ１
１は燃焼室５の中央部に配置されている。
【００２６】これらの構造を具体的に説明すると、上記
シリンダヘッド３の下面により構成される燃焼室５の天
井部分はペントルーフ型となっており、上記ピストン４
の頂部も上記天井部分に対応して中央部が隆起したペン
トルーフ形状とされている。また、上記キャビティ６
は、図３及び図４にも示すように、ピストン４の頂部を
部分的に凹陥させてなるもので、インジェクタ１２側に
オフセットした位置に設けられている。つまり、ピスト
ン４の頂部においてインジェクタ１２側の周縁付近から
中央部付近にわたる範囲内でキャビティ６が形成され、
このキャビティ６の周縁部のうちのピストン中央部側の
部分と点火プラグ１１とが対応するような位置関係にな
っている。
【００２７】当実施形態において上記キャビティ６は、
図４に示すように平面視で長円形状とされるとともに、
図３の断面図に示すように底面が水平方向（シリンダボ
ア中心線と直交する方向）、周囲壁面が垂直方向（シリ
ンダボア中心線と平行な方向）に形成されている。
【００２８】上記吸気ポート７Ａ，７Ｂは互いに独立に
形成されており、その縦断面（軸線に沿った断面）の形
状としては図１に示すように、上流側がシリンダヘッド
３の一側壁上部に位置し、上流端から所定範囲の部分７
１が斜め下方に直線状に延び、その斜め方向直線状部分
７１の下流側に、水平方向（シリンダ軸心と直交する方
向）に対する傾斜が最も緩やかになった区間７２を有
し、この緩傾斜区間７２より下流側の部分７３（下流端
近傍のスロート部から下流端までの部分）は水平方向に
対する傾斜角度が次第に大きくなり、その下流端がペン
トルーフ型の燃焼室天井部分に開口している。
【００２９】上記両吸気ポート７Ａ，７Ｂの横断面（軸
線の直交する断面）の形状は、互いに対称であって、上
記斜め方向直線状部分７１で図５に示すような異形断面
形状となっている。すなわち、図５において、両吸気ポ
ート７Ａ，７Ｂの横断面形状は、シリンダヘッド下面か
ら遠い側に位置する上辺部７４と、吸気ポート間側とは
反対側に位置する外側辺部７５と、吸気ポート間側であ
る内側から下側にかけての斜辺部７６とを有する概略三
角形状とされ、より詳細には上記上辺部７４、外側辺部
７５及び斜辺部７６に加えて上辺部７４と斜辺部７６と
の間の短い内側辺部７７及び外側辺部７５と斜辺部７６
との間の短い下辺部７８を有する略五角形状とされてい
る。
【００３０】そして、吸気ポート７Ａ，７Ｂの横方向の
最大幅の中心で、かつ、縦方向の最大幅の中心となる位
置を軸心Ｏとし、この軸心Ｏを通って互いに直交する横
方向及び縦方向の２直線をそれぞれの方向の中心線Ｌ
ｘ，Ｌｙと呼び、吸気ポート７Ａ，７Ｂの横方向または
縦方向の最大幅に相当する径の円を基準円Ｃ（吸気ポー
トが円形断面の場合の横断面形状に相当）と呼ぶと、ポ
ート断面は上記基準円Ｃと比べ、横方向中心線Ｌｘより
上側及び横方向中心線Ｌｙより外側で断面積が増大して
いる。つまり、上辺部７４及び外側辺部７５はそれぞれ
中心線Ｌｘ，Ｌｙの両側の部分が基準円Ｃよりも径方向
外方に拡張されており、このようにすることで吸気ポー
トの上側及び外側を空気が多く流れ、タンブル成分及び
スワール成分を強化に有利となる。また、上記斜辺部７
６は基準円Ｃよりも軸心Ｏ側に入り込んでいる。
【００３１】ポート形状の説明図である図６にも示すよ
うに、上記斜め方向直線状部分７１では概略三角形状で
一定断面とされ、一方、吸気ポート下流側のスロート部
から燃焼室５への開口部にわたる部分７３では吸気弁形
状に対応する円形断面とされ、その間の上記緩傾斜区間
７２で異形断面から円形断面へ断面形状が次第に変化す
るように形成されている。
【００３２】上記インジェクタ１２は、燃焼室周縁部か
ら燃焼室５内の斜め下方に向けて燃料を噴射するように
傾斜した状態で、上記両吸気ポート７Ａ，７Ｂの間の下
方に設けられたインジェクタ取付孔１３に取付けられて
いる。
【００３３】また、吸気ポート７Ａ，７Ｂの緩傾斜区間
７２の上部壁には、吸気弁９の弁軸を摺動自在に支持す
るバルブガイド１４が設けられている。こうして両吸気
ポート７Ａ，７Ｂとインジェクタ１２及び吸気弁９のバ
ルブガイド１３が互いに干渉しないようにレイアウトさ
れている。とくに、両吸気ポート７Ａ，７Ｂは斜め方向
直線状部分７１において上記のように内側から下側にか
けての斜辺部７６が基準円Ｃより軸心側に入り込んだ異
形断面形状とされていることにより、この両吸気ポート
７Ａ，７Ｂの間の下方にインジェクタ１２の配置スペー
スが確保されている。
【００３４】上記エンジン本体１の一側部には吸気マニ
ホールド１５が連結され、この吸気マニホールド１５に
は、サージタンク１６の下流にシリンダ別の分岐管１７
が設けられるとともに、その分岐管１７に、上記両吸気
ポート７Ａ，７Ｂに通じる一対の吸気通路１７Ａ，１７
Ｂが形成されている。また、両吸気ポート７Ａ，７Ｂの
吸気流動を調節する吸気流動調節手段として、一方の吸
気ポート７Ａに対して吸気の流通、遮断を可能とする制
御弁１８が、この吸気ポート７Ａに通じる吸気通路１７
Ａに設けられている。この制御弁１８はステップモータ
等のアクチュエータ１９により作動されるようになって
いる。
【００３５】上記両吸気ポート７Ａ，７Ｂと制御弁１８
とにより、スワール成分とタンブル成分とを有する斜め
スワールの生成が可能で、かつ、上記スワール成分及び
タンブル成分の調節が可能な吸気系が構成されている。
【００３６】すなわち、上記制御弁１８が全閉もしくは
部分開（全開と全閉との間の開度）とされることによっ
て一方の吸気ポート７Ａの吸気流通が制限された状態で
は他方の吸気ポート７Ｂに多く流れる吸気によって燃焼
室５内にスワール成分（渦流の水平方向成分）を有する
渦流が生成される。また、吸気ポート７Ａ，７Ｂは斜め
方向直線状部分７１及び下流端側の部分７３が比較的大
きな傾斜角を有し、かつ、緩傾斜部分７２が比較的短く
されることにより、吸気ポート７Ａ，７Ｂから燃焼室５
に流入する吸気流がタンブル成分（渦流の垂直方向成
分）を含むように形成されている。従って、制御弁が非
全開状態（全閉もしくは部分開の状態）のときは上記ス
ワール成分とタンブル成分との両方が得られ、図７に示
すような斜めスワールＳが燃焼室５内に生成される。
【００３７】そして、上記スワール成分は制御弁１８が
全閉状態のときに最も強くなるが、好ましくはこのとき
にもタンブル比がスワール比以上となって、水平面（シ
リンダボア中心線と直交する面）に対する傾斜角θが４
５°以上の斜めスワールが生成されるように吸気ポート
形状が設定されている。また、上記制御弁１８が全閉か
ら開かれていくとその開度が大きくなるにつれて両吸気
ポート７Ａ，７Ｂからの気流の衝突によりスワール成分
が弱くなり、制御弁１８が全開のときにスワール成分が
略０となるが、このときにもタンブル成分は残されるよ
うになっている。
【００３８】図８はエンジンの制御系統を示し、この図
において、マイクロコンピュータ等からなるＥＣＵ（コ
ントロールユニット）２０には、エンジン回転数を検出
する回転数センサ２１、アクセル開度（アクセルペダル
踏み込み量）を検出するアクセルセンサ２２、吸入空気
量を検出するエアフローメータ２３等からの信号が入力
されている。
【００３９】上記ＥＣＵ２０は、燃料噴射制御手段２
５、空燃比制御手段２６及び吸気流動制御手段２７を含
んでいる。上記燃料噴射制御手段２５は、運転状態に応
じ、成層燃焼状態とすべく圧縮行程で燃料を噴射する圧
縮行程噴射と、均一燃焼状態とすべく吸気行程で燃料を
噴射する吸気行程噴射とに、インジェクタ１２からの燃
料噴射の形態を変更するようになっている。上記空燃比
制御手段２６は、後述のように運転状態に応じて空燃比
を変更すべく、燃料噴射制御手段２５を介してインジェ
クタ１２からの燃料噴射量を制御するとともに、エレキ
スロットル（電気的なアクチュエータで作動されるスロ
ットル弁）等の吸入空気量調節手段２８を制御するよう
になっている。
【００４０】また、上記吸気流動制御手段２７は、後述
のように運転状態に応じて吸気流動状態を変更すべく、
アクチュエータ１９を介して上記制御弁１８を制御する
ようになっている。
【００４１】図９は横軸をエンジン回転数、縦軸をエン
ジン負荷（例えば平均有効圧力Ｐｅ）として、燃料噴射
形態及び空燃比の制御マップを示している。この図にお
いて、所定負荷以下かつ所定回転数以下の領域が成層燃
焼領域Ａとされ、この領域Ａで圧縮行程噴射が行なわれ
るとともに空燃比が例えばＡ／Ｆ＝４０程度というよう
に理論空燃比より大幅にリーンとされる。一方、所定負
荷より高負荷側と所定回転数より高回転側とにわたる領
域が均一燃焼領域Ｂとされ、この領域Ｂで吸気行程噴射
が行なわれる。この均一燃焼領域Ｂのうちで低負荷低回
転側の、成層燃焼領域Ａに近い領域Ｂ１では、空燃比が
理論空燃比よりリーン（λ＞１）とされ、例えばＡ／Ｆ
＝２０程度とされる。また、均一燃焼領域Ｂのうちでも
とくに高負荷側及び高回転側の領域Ｂ２では、空燃比が
理論空燃比もしくはこれよりリッチ（λ≦１）とされ、
例えばＡ／Ｆ＝１３〜１４．７とされる。
【００４２】また、吸気流動の制御としては、成層燃焼
領域Ａからリーン空燃比の均一燃焼領域Ｂ１にかけて斜
めスワールが生成され、かつ、少なくともリーン空燃比
の均一燃焼領域Ｂ１でタンブル比がスワール比よりも大
きくなるとともに、このときにインジェクタ１２の噴射
方向よりも燃焼室下方側に向いた方向に斜めスワールが
生成されるようになっている。具体的には、吸気ポート
７Ａ，７Ｂとの干渉防止等のレイアウト上の制約から水
平面に対するインジェクタ１２の設置角が３５°±５°
とされ、このインジェクタ１２の中心線の延長線方向に
インジェクタ１２から所定噴射角で円錐状に燃料が噴射
される一方、少なくともリーン空燃比の均一燃焼領域Ｂ
１で斜めスワールＳの傾斜角度θが上記インジェクタの
設置角αよりも大きくされる。
【００４３】当実施形態では、上記のように制御弁１８
が全閉状態のときにもタンブル比がスワール比よりも大
きくなって斜めスワールの傾斜角度θが４５°以上とな
るように吸気ポート形状を設定した上で、図１０及び図
１１のように運転状態に応じて吸気流動を制御するよう
にしている。
【００４４】すなわち、図１０は上記各運転領域でのエ
ンジン負荷に応じた吸気流動制御の特性を示している。
この図のように、成層燃焼領域Ａでは、上記制御弁１８
が部分開とされるとともに、低負荷側で制御弁１８の開
度が比較的大きくされ、負荷が高くなるにつれ、適度に
混合気を拡散させるべく、制御弁１８の開度が小さくさ
れることでスワール比ＳＲｉ及びタンブル比ＴＲｉが大
きくされる。均一燃焼領域Ｂのうちでリーン空燃比とさ
れる領域Ｂ１では、制御弁１８が全閉とされることによ
り、スワール比ＳＲｉ及びタンブル比ＴＲｉが最も大き
くされる。また、均一燃焼領域Ｂのうちで空燃比がリッ
チとされる領域Ｂ２では、制御弁１８が全開とされるこ
とにより、スワール比ＳＲｉが０とされる。
【００４５】図１１は上記各運転領域でのエンジン回転
数に応じた吸気流動制御の特性の一例を示している。こ
の図のように、成層燃焼領域Ａでは、上記制御弁１８が
部分開とされるとともに、エンジン回転数が高くなるに
つれ、吸気流速そのものが早くなる傾向に対する調整の
ため、制御弁１８の開度が大きくされることでスワール
比ＳＲｉ及びタンブル比ＴＲｉが小さくされる。均一燃
焼領域Ｂのうちの領域Ｂ１で制御弁が全閉、領域Ｂ２で
制御弁が全開とされるのは、負荷に応じた制御の場合
（図１０）と同様である。
【００４６】ここで、タンブル比及びスワール比の定義
とその測定の方法を、図１２及び図１３を参照しつつ説
明する。
【００４７】上記タンブル比とは、吸気流縦方向角速度
をバルブリフト毎に測定して積分した値を、エンジン角
速度で除した値であり、その吸気流縦方向角速度は図１
２に示す計測装置を用いた測定に基づいて求められる。
すなわち、同図に示す装置は、シリンダヘッド３を横向
きに設置した状態で、測定のための吸気供給装置３１を
シリンダヘッド３の吸気ポートに接続する一方、シリン
ダヘッド３の燃焼室側に、短い接続部を介してタンブル
測定用チューブ３２を接続し、そのチューブ３２に一端
に、ハニカム状ロータ３３を有するインパルスメータ３
４を接続し、チューブ３２に一端にダミーハニカム状ロ
ータ３５を接続してなる。
【００４８】そしてこの装置により、吸気供給に応じて
上記チューブ３２内に生じるタンブル（矢印）により上
記ハニカム状ロータ３３に作用するトルクをインパルス
メータ３４で計測し、それに基づいて吸気流縦方向角速
度を求める。なお、この装置において、計測の安定性及
び精度を確保するため、チューブ径をシリンダボア系と
同一とするとともに、チューブ長さはチューブ径に対し
て充分に大きくし、例えばチューブ径の１０倍程度とす
る。
【００４９】また、上記スワール比とは、吸気流横方向
角速度をバルブリフト毎に測定して積分した値を、エン
ジン角速度で除した値であり、その吸気流横方向角速度
は図１３に示す計測装置を用いた測定に基づいて求めら
れる。すなわち、同図に示す装置は、基台にシリンダヘ
ッド３を上下反転して設置して、吸気ポートを図外の吸
気供給装置接続する一方、そのシリンダヘッド３上にシ
リンダ３６を設置するとともに、その上端にハニカム状
ロータ３７を有するインパルスメータ３８を接続してな
り、シリンダヘッド３とシリンダブロックとの合わせ面
から１．７５Ｄ（Ｄはシリンダボア径）の位置にインパ
ルスメータ３４の下面を位置させている。
【００５０】そしてこの装置により、吸気供給に応じて
上記シリンダ３６内に生じるスワール（矢印）によりハ
ニカム状ロータ３７に作用するトルクをインパルスメー
タ３８で計測し、それに基づいて吸気流横方向角速度を
求める。
【００５１】次に、当実施形態のエンジンの作用を説明
する。
【００５２】低負荷低回転側の成層燃焼領域では、燃焼
室５の周縁に配置されたインジェクタ１２から圧縮行程
で燃料が噴射されて、点火プラグ１１周りに混合気が偏
在するように成層化されることにより、空燃比が大幅に
リーンな状態で着火、燃焼が可能となる。また、高負荷
側の領域や高回転側の領域は均一燃焼領域Ｂとされ、こ
の領域Ｂでは吸気行程で燃料が噴射されて燃焼室全体に
混合気が拡散されるが、この均一燃焼領域Ｂのうちの低
負荷側や低回転側の領域Ｂ１では空燃比がリーンとされ
ることにより、この領域Ｂ１でも燃費改善が図られる。
【００５３】このように運転状態に応じて燃焼の形態や
空燃比が変えられるが、これ対応して、成層燃焼領域Ａ
からリーン空燃比の均一燃焼領域Ｂ１にかけて斜めスワ
ールが生成されるように吸気流動状態が調節されること
により、成層燃焼及びリーン空燃比で均一燃焼に対して
それぞれ燃焼性を向上する作用が得られる。
【００５４】このような作用を具体的に説明すると、先
ず成層燃焼時に、圧縮行程途中まではタンブル成分を含
む斜めスワールが維持されて、インジェクタ１２から斜
めに噴射された燃料の方向が上記斜めスワールのタンブ
ル成分によって下方に向けられるため、噴射燃料の多く
が上記キャビティ６内に入り、キャビティ６による燃料
のトラップ性が高められる。
【００５５】この場合、タンブルだけでは燃料のトラッ
プ性は高められるものの混合気をキャビティから点火プ
ラグ周りに向かわせる混合気輸送作用が充分に得られ
ず、点火プラグ周りの混合気の空燃比にバラツキが生じ
易い。これに対し、当実施形態の構造によると、噴霧が
キャビティ６内にトラップされた後においてピストン４
がさらに上死点に近づく圧縮行程後期に、上記斜めスワ
ールのうちのタンブル成分がピストン４頂部のキャビテ
ィ外の隆起部により崩壊されて主にスワール成分が残る
状態となり、このスワール成分で混合気がキャビティ６
の周縁に沿って燃焼室中央側に流されつつ、上方へ舞い
上がることにより、点火プラグ１１周りへの混合気の輸
送性も良好となる。
【００５６】さらに成層燃焼領域では、図１０のように
負荷が高くなるにつれてスワール及びタンブルが強めら
れるように制御弁１８が調節されることにより、成層燃
焼領域Ａのうちで比較的燃料噴射量が多い中負荷域では
適度に混合気が拡散され、点火プラグ１１周りの混合気
の空燃比が適正に保たれ、燃焼性が向上される。つま
り、タンブルのみが生成される吸気系による場合と斜め
スワールが生成される当実施形態による場合とにつき、
成層燃焼領域での燃費率ｂｅを比較すると、図１４のよ
うに、タンブルのみが生成される場合はこれが圧縮行程
後期に減衰、崩壊されて、燃料噴射量が多くなっても混
合気の拡散が図れないため、成層燃焼領域内のうちの高
負荷側の領域である中負荷域で燃費が悪化する（破線）
の対し、斜めスワールが生成される場合は上記のように
適度の拡散作用が得られるため上記中負荷域での燃費が
改善される（実線）。
【００５７】また、リーン空燃比での均一燃焼時は、上
記制御弁１８が全閉とされることでスワール成分及びタ
ンブル成分が強められ、かつ、この状態でタンブル成分
がスワール成分よりも強くて傾斜角度θの大きい斜めス
ワールが生成されることにより、良好な均一燃焼状態が
得られる。すなわち、燃焼室の周縁部に配置されるイン
ジェクタ１２は吸気ポート７Ａ，７Ｂとの干渉防止等の
制約から設置角度が比較的小さく、この設置角度に対応
した方向に燃料が噴射されるので、燃焼室５内の気流が
弱いと噴射燃料がインジェクタ１２に対向する側のシリ
ンダ壁面に付着し易くなるが、上記のように斜めスワー
ルが生成され、とくにインジェクタ１２の噴射方向より
も燃焼室下方側に向いた方向に斜めスワールが生成され
ることにより、インジェクタ１２から噴射された燃料が
上記斜めスワールにより下方に向けられて、シリンダ壁
面への付着が防止されつつ、燃焼室５全体に拡散され、
燃焼性が向上される。
【００５８】ここで、リーン空燃比での均一燃焼時の渦
強さと燃焼期間との関係を、スワール傾斜角度θを種々
変えた場合について、図１５に示す。この図のようにス
ワール傾斜角度θが小さい場合（θ＝１２°の場合やθ
＝３８°の場合）、混合気が燃焼室周辺に偏在する逆成
層状態となって混合気が均一に拡散し難くなり、このよ
うな混合気分布状態の悪化がスワールの燃焼促進作用を
妨げるため、渦強さを大きくしても燃焼期間はあまり短
縮されない。これに対し、スワール傾斜角度θを大きく
した場合（図示の例ではθ＝５２°の場合）は、上記の
ような逆成層が防止されて燃焼室５全体に混合気が均一
に拡散されるため、この拡散性の向上とスワールによる
乱流強化との相乗作用により、渦強さが大きくなるにつ
れて燃焼が促進されて大幅に燃焼期間が短縮される。
【００５９】このようなリーン空燃比での均一燃焼時の
燃焼促進作用は、タンブル比をスワール比よりも大きく
して、スワール傾斜角度θが４５°以上の斜めスワール
を生成することにより有効に得られる。
【００６０】また、均一燃焼のうちで空燃比がリッチ
（λ≦１）とされる高負荷、高回転の領域では、制御弁
が全開とされることで吸気ポート開口面積が大きされる
とともにスワール成分が打ち消されるが、この状態でも
タンブル成分が残されることにより混合気の拡散及び燃
焼が良好に行なわれる。
【００６１】なお、キャビティを有するピストン４の頂
部の形状は上記基本実施形態に限定されず、種々変更可
能であり、その数例を以下に説明する。
【００６２】図１６は平面視によるキャビティの形状の
各種例を示すものであって、同図の（ａ）は上記基本実
施形態に相当するものでキャビティ６が長円形となって
いるが、噴射燃料は主にキャビティのうちでスワール方
向（矢印）の上流側の部分にトラップされるので、変形
例として同図（ｂ）のように、同図の（ａ）のものと比
べてスワール方向下流側（図で下半部側）が小さくなっ
た非対称形状にキャビティ６１を形成してもよい。ある
いは、圧縮比を下げるために上記の変形例とは逆にスワ
ール方向下流側が大きくなった形状にキャビティを形成
してもよい（図示せず）。
【００６３】また、トラップを容易にするため、同図
（ｃ）のように、キャビティ６２のインジェクタ側の周
縁をピストン４の周面に達するまで広げ、あるいは、同
図（ｄ）のように、同図（ｃ）の変形例としてこれより
スワール方向下流側が小さくなった非対称形状にキャビ
ティ６３を形成してもよい。また、キャビティにトラッ
プした混合気をスワールでキャビティ周縁に沿って燃焼
室中央部側に送るときの流速を高めることにより点火プ
ラグ周りへの輸送を促進すべく、同図（ｅ）のようにキ
ャビティ６４をハート型に形成してもよい。
【００６４】また、上記キャビティの周縁部の壁面は上
記基本実施形態のような垂直壁面（図３参照）であって
もよいが、トラップ性を高めるため、図１７のように燃
焼室中央部側ではキャビティ６５の壁面を鋭角的に形成
してもよい。
【００６５】ピストン４頂部のおけるキャビティ外の部
分は、前述のように圧縮行程後期にタンブル成分の崩壊
を促す形状とし、そのためには上記基本実施形態のよう
なペントルーフ形状であってもよいが、図１８（ａ）の
ように隆起部の上端を水平な平坦面７１とし、あるいは
同図（ｂ）のような球面７２としてもよい。圧縮行程後
期のタンブル成分の崩壊のためには図１８（ａ）のよう
な構造が最も有利であるが、圧縮比の低下をきたさない
ようにこのようなピストン頂部の形状に対応して燃焼室
天井部分を形成しようとすると形状が複雑になる。これ
と比べ、上記基本実施形態によると比較的簡単な形状で
圧縮比を確保し、かつ、圧縮行程後期にタンブル成分を
崩壊する作用も得られる。
【００６６】また、図１９のようにキャビティ６６の底
面はピストン周縁側よりピストン中央部側が高くなるよ
うに傾斜させておいてもよく、このようにすると、圧縮
行程後期にキャビティ６６内でピストン周縁側に向かう
タンブル（破線矢印）を崩壊する作用が得られるととも
に、キャビティ内でピストン中央部側へ流れる燃料（矢
印）を点火プラグ１１に向けて舞い上げらせる作用が高
められる。ただし、基本実施形態のようにキャビティ６
の底面を水平面としておく方が噴霧のトラップ性は高め
られる。
【００６７】
【発明の効果】以上のように本発明は、ピストンの頂部
にキャビティを設けるとともに燃焼室の周縁部にインジ
ェクタを配置した筒内噴射型火花点火式エンジンにおい
て、均一燃焼状態とする運転領域のうちの低負荷低回転
側の領域では空燃比をリーンとし、成層燃焼状態とされ
る運転領域からリーン空燃比で均一燃焼状態とされる運
転領域にかけて斜めスワールを生成させ、かつ、少なく
ともリーン空燃比の均一燃焼領域でタンブル比がスワー
ル比よりも大きくなるように設定しているため、成層燃
焼時には上記キャビティのトラップ性及びキャビティか
ら点火プラグ周りへの混合気輸送性を高めることがで
き、またリーン空燃比の均一燃焼時にはシリンダ壁面へ
の燃料付着を抑制し、かつ混合気の拡散を良好に行なわ
れることができる。従って、成層燃焼時及びリーン空燃
比の均一燃焼時にそれぞれ、燃焼性を高め、燃費改善及
び燃焼安定性向上等の効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による筒内噴射型火花点火
式エンジンの断面図である。
【図２】上記エンジンの燃焼室及び吸気系の概略平面図
である。
【図３】上記エンジンの燃焼室の断面図である。
【図４】ピストンの頂部の平面図である。
【図５】図１のＡ−Ａ線部分での吸気ポートの断面形状
を示す図である。
【図６】ポート形状についての説明図である。
【図７】斜めスワールを示す説明図である。
【図８】制御系統を示すブロック図である。
【図９】燃料噴射形態及び空燃比の制御マップを示す図
である。
【図１０】エンジン負荷に応じた吸気流動の制御を示す
図である。
【図１１】エンジン回転数に応じた吸気流動の制御を示
す図である。
【図１２】タンブル比測定のための装置の概略図であ
る。
【図１３】スワール比測定のための装置の概略図であ
る。
【図１４】吸気流動がタンブルの場合と斜めスワールの
場合とにつき、エンジン負荷に応じた燃費率の変化を示
す図である。
【図１５】渦強さと燃焼期間との関係を、スワール傾斜
角を種々変えた場合について示す図である。
【図１６】（ａ）〜（ｅ）はピストン頂部に設けられる
キャビティの平面形状の種々の変形例を示す図である。
【図１７】上記キャビティの断面形状の変形例を示す断
面図である。
【図１８】（ａ）（ｂ）はピストン頂部形状の変形例を
示す断面図である。
【図１９】上記キャビティの断面形状のさらに別の例を
示す断面図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体 ３ シリンダヘッド ４ ピストン ５ 燃焼室 ６ キャビティ ７Ａ，７Ｂ 吸気ポート １１ 点火プラグ １２ インジェクタ １８ 制御弁 ２０ ＥＣＵ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１０ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１０Ｈ (72)発明者 丸原 正志 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 陰山 明 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ピストンの頂部にキャビティを設ける一
    方、燃焼室の周縁部にインジェクタを配置し、低負荷低
    回転側の運転領域では、上記インジェクタから圧縮行程
    で上記キャビティへ燃料を噴射させて、燃焼室中央部に
    配置された点火プラグ周りに混合気を偏在させる成層燃
    焼状態とし、高負荷高回転側の運転領域では、上記イン
    ジェクタから燃料を吸気行程で噴射して燃焼室全体に混
    合気を拡散させる均一燃焼状態とするように構成した筒
    内噴射型火花点火式エンジンにおいて、均一燃焼状態と
    する運転領域のうちの低負荷低回転側の領域では空燃比
    をリーンとする空燃比制御手段を設けるとともに、一対
    の吸気ポートと両吸気ポートの吸気流動を調節する吸気
    流動調節手段とにより、スワール成分とタンブル成分と
    を含む斜めスワールの生成が可能な吸気系を構成し、上
    記成層燃焼状態とされる運転領域からリーン空燃比で均
    一燃焼状態とされる運転領域にかけて上記斜めスワール
    を生成させ、かつ、少なくともリーン空燃比で均一燃焼
    状態とされる運転領域でタンブル比がスワール比よりも
    大きくなるように設定したことを特徴とする筒内噴射型
    火花点火式エンジン。
  2. 【請求項２】 少なくともリーン空燃比で均一燃焼状態
    とされる運転領域で、インジェクタの噴射方向よりも燃
    焼室下方側に向いた方向に斜めスワールを生成させるよ
    うにしたことを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型火
    花点火式エンジン。
  3. 【請求項３】 少なくともリーン空燃比で均一燃焼状態
    とされる運転領域で、シリンダボア中心線と直交する方
    向の平面に対して４５°以上傾いた方向に上記斜めスワ
    ールを生成させるようにしたことを特徴とする請求項２
    記載の筒内噴射型火花点火式エンジン。
  4. 【請求項４】 燃焼室の天井部分をペントルーフ型と
    し、ピストン頂部の形状を上記天井部分に対応した形状
    とするとともに、上記キャビティをピストン頂部の中央
    よりインジェクタに近い側にオフセットした位置に形成
    し、このキャビティの周縁に対応する位置に点火プラグ
    を配置し、かつ、ピストンの隆起部におけるスワール方
    向上流側のキャビティ周縁に、インジェクタからの噴射
    燃料をスワール方向にガイドする縦壁を形成したことを
    特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の筒内噴射型
    火花点火式エンジン。
  5. 【請求項５】 キャビティの底壁をシリンダボア中心線
    と略直交する方向の平坦面としたことを特徴とする請求
    項４記載の筒内噴射型火花点火式エンジン。
  6. 【請求項６】 キャビティの底壁を点火プラグに近い側
    がピストン周辺側より高くなるようにシリンダボア中心
    線と直交する面に対して傾斜させたことを特徴とする請
    求項４記載の筒内噴射型火花点火式エンジン。
  7. 【請求項７】 上記吸気流動調節手段として一方の吸気
    ポートに対して吸気の流通、遮断を可能とする制御弁を
    設けるとともに、制御弁が全開のときにもタンブルが生
    成され、制御弁が閉じられるにつれてスワール成分が強
    められ、かつ、全開から全閉にわたって常にタンブル比
    がスワール比以上となるように吸気ポート形状を設定し
    たことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の筒
    内噴射型火花点火式エンジン。
  8. 【請求項８】 運転状態に応じて吸気流動調節手段を制
    御する制御手段を設け、成層燃焼状態とされる運転領域
    では負荷が高くなるにつれてスワール成分を強めるよう
    に制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに
    記載の筒内噴射型火花点火式エンジン。
  9. 【請求項９】 運転状態に応じて上記制御弁の作動を制
    御する制御手段を設け、成層燃焼状態とされる運転領域
    では負荷が高くなるにつれて上記制御弁の開度を小さく
    し、リーン空燃比で均一燃焼状態とされる運転領域では
    上記制御弁を全閉とすることを特徴とする請求項７記載
    の筒内噴射型火花点火式エンジン。
  10. 【請求項１０】 ピストンの頂部にキャビティを設ける
    一方、燃焼室の周縁部にインジェクタを配置し、低負荷
    低回転側の運転領域では、上記インジェクタから圧縮行
    程で上記キャビティへ燃料を噴射させて、燃焼室中央部
    に配置された点火プラグ周りに混合気を偏在させる成層
    燃焼状態とし、高負荷高回転側の運転領域では、上記イ
    ンジェクタから燃料を吸気行程で噴射して燃焼室全体に
    混合気を拡散させる均一燃焼状態とするように構成した
    筒内噴射型火花点火式エンジンにおいて、均一燃焼状態
    とする運転領域のうちの低負荷低回転側の領域では空燃
    比をリーンとする空燃比制御手段を設けるとともに、一
    対の吸気ポートと両吸気ポートの吸気流動を調節する吸
    気流動調節手段とにより、スワール成分とタンブル成分
    とを含む斜めスワールの生成が可能な吸気系を構成し、
    上記成層燃焼状態とされる運転領域からリーン空燃比で
    均一燃焼状態とされる運転領域にかけて上記斜めスワー
    ルを生成させ、かつ、少なくともリーン空燃比で均一燃
    焼状態とされる運転領域で上記斜めスワールがインジェ
    クタの噴射方向よりも燃焼室下方側に向くようにしたこ
    とを特徴とする筒内噴射型火花点火式エンジン。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000073772A (ja) * 1998-08-27 2000-03-07 Yamaha Motor Co Ltd 筒内噴射式エンジン
WO2000077359A1 (en) * 1999-06-11 2000-12-21 Hitachi, Ltd. Cylinder injection engine and method of combusting the engine
WO2000077360A1 (en) * 1999-06-11 2000-12-21 Hitachi, Ltd. Cylinder injection engine and fuel injection nozzle used for the engine

Families Citing this family (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19713030C2 (de) * 1996-04-01 2000-02-24 Avl List Gmbh Viertakt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung
JP3768296B2 (ja) * 1996-08-05 2006-04-19 三菱自動車工業株式会社 筒内噴射型火花点火式内燃エンジンの制御装置
JP3233039B2 (ja) * 1996-08-28 2001-11-26 三菱自動車工業株式会社 筒内噴射型火花点火式内燃エンジンの制御装置
AT1922U3 (de) * 1997-03-14 1998-06-25 Avl List Gmbh Verfahren zur einbringung von kraftstoff in den brennraum einer direkteinspritzenden otto-brennkraftmaschine
JP3514083B2 (ja) * 1997-07-31 2004-03-31 日産自動車株式会社 筒内直接噴射式火花点火エンジン
KR100306600B1 (ko) * 1998-05-22 2002-03-08 이계안 직접분사식가솔린엔진의피스톤
US6035823A (en) * 1998-06-15 2000-03-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Spark-ignition type engine
DE29810897U1 (de) * 1998-06-18 1999-11-18 FEV Motorentechnik GmbH, 52078 Aachen Fremdgezündete Kolbenbrennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung
DE19827463A1 (de) * 1998-06-19 1999-12-23 Fev Motorentech Gmbh Direkteinspritzender Dieselmotor mit tumblegestütztem Brennverfahren
DE19851647A1 (de) * 1998-11-10 2000-05-11 Opel Adam Ag Verfahren zur Optimierung der Gemischbildung eines schnellaufenden direkteinspritzenden Dieselmotors sowie ein nach diesem Verfahren betriebener Dieselmotor
FR2786221B1 (fr) * 1998-11-20 2000-12-22 Renault Moteur a combustion interne a allumage commande et a injection directe
JP3903657B2 (ja) 1998-12-02 2007-04-11 トヨタ自動車株式会社 筒内噴射式火花点火内燃機関
JP3840823B2 (ja) * 1998-12-10 2006-11-01 マツダ株式会社 筒内噴射式エンジン
DE19962293A1 (de) * 1999-12-23 2001-06-28 Fev Motorentech Gmbh Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Kraftstoffdirekteinspritzung über einen einlassseitig angeordneten Injektor
US6234141B1 (en) 2000-01-11 2001-05-22 Ford Global Technologies, Inc. Method of controlling intake manifold pressure during startup of a direct injection engine
JP4415497B2 (ja) * 2000-03-29 2010-02-17 マツダ株式会社 火花点火式直噴エンジン
US6588396B1 (en) * 2002-02-01 2003-07-08 General Motors Corporation Spark ignition direct injection engine with oval fuel spray into oblong piston bowl
JP4342481B2 (ja) * 2005-06-28 2009-10-14 トヨタ自動車株式会社 筒内噴射式火花点火内燃機関
GB0522982D0 (en) * 2005-11-10 2005-12-21 Kennedy Roger Induction regulator block
US7726282B2 (en) * 2006-08-04 2010-06-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Direct injection spark ignition internal combustion engine and fuel injection method for same
DE102007056555A1 (de) * 2007-11-23 2009-05-28 Robert Bosch Gmbh Kraftstoffeinspritzvorrichtung
CN101929411B (zh) * 2009-06-23 2016-08-17 百佳车辆有限公司 改进的内燃机及包含该内燃机的车辆
JP5569100B2 (ja) * 2010-03-31 2014-08-13 マツダ株式会社 エンジンの制御装置
US8459229B2 (en) 2010-04-20 2013-06-11 Southwest Research Institute Piston bowl with spray jet targets
US9279361B2 (en) 2010-04-20 2016-03-08 Southwest Research Institute Piston bowl with spray jet targets
US8555854B2 (en) * 2010-04-26 2013-10-15 Southwest Research Institute Piston bowl with deflecting features
CN101858245A (zh) * 2010-04-28 2010-10-13 大连理工大学 大型气体燃料发动机燃烧系统
US8677974B2 (en) 2010-05-04 2014-03-25 Southwest Research Institute Piston bowl with flat bottom
EP2418365B1 (en) * 2010-08-12 2012-07-18 C.R.F. Società Consortile per Azioni Combustion chamber for diesel engines with inclined engine valves
TWI655362B (zh) * 2012-05-23 2019-04-01 葛寧能源及資源私人有限公司 用於發動壓縮點火引擎的燃料及方法、該燃料之用途、及使用該燃料之發電系統
BR112017013464B1 (pt) * 2014-12-22 2023-01-31 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Unidade de motor
JP2016164402A (ja) * 2015-03-06 2016-09-08 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
KR101795168B1 (ko) * 2015-11-23 2017-11-10 현대자동차주식회사 차량의 엔진 구조
JPWO2018096592A1 (ja) * 2016-11-22 2019-10-17 マツダ株式会社 ディーゼルエンジン
CN106594147B (zh) * 2017-01-12 2018-10-23 江苏科技大学 基于凸轮气阀机构的可调控空气弹簧及其控制方法
JP6714771B2 (ja) * 2017-03-30 2020-06-24 本田技研工業株式会社 内燃機関
JP6555309B2 (ja) 2017-08-25 2019-08-07 マツダ株式会社 エンジンの燃料噴射装置
JP6536640B2 (ja) 2017-08-25 2019-07-03 マツダ株式会社 エンジンの燃料噴射装置
CN111188692A (zh) * 2018-11-15 2020-05-22 日立汽车系统(苏州）有限公司 改善机油稀释的装置
CN112377347B (zh) * 2020-10-28 2021-08-13 黄河交通学院 发动机压缩空气供给系统、发动机及发动机控制方法
CN113565644B (zh) * 2021-07-30 2024-10-22 江门市大长江集团有限公司 一种摩托车发动机及其缸头进气结构
CN115653777A (zh) * 2022-10-27 2023-01-31 天津大学 具有复合气道结构和棚顶形缸盖的发动机燃烧系统
CN115750071B (zh) * 2022-11-09 2024-05-03 重庆长安汽车股份有限公司 一种汽油机燃烧系统、发动机及车辆

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02125911A (ja) * 1988-11-04 1990-05-14 Toyota Motor Corp 筒内直接噴射内燃機関
JP2591280B2 (ja) * 1990-08-16 1997-03-19 日産自動車株式会社 直噴式ディーゼルエンジン
JPH04370319A (ja) * 1991-06-20 1992-12-22 Toyota Motor Corp 筒内噴射式内燃機関
JP2531322B2 (ja) * 1991-09-13 1996-09-04 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
US5305720A (en) * 1992-02-28 1994-04-26 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Internal combustion engine
JP3426296B2 (ja) * 1993-08-27 2003-07-14 ヤマハ発動機株式会社 エンジンの吸気装置
US5671712A (en) * 1994-01-25 1997-09-30 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Induction system for engine
JP3300910B2 (ja) * 1994-02-04 2002-07-08 マツダ株式会社 直噴式ディーゼルエンジン
JP3189564B2 (ja) * 1994-04-19 2001-07-16 トヨタ自動車株式会社 筒内噴射式火花点火機関
JPH0914104A (ja) * 1995-06-26 1997-01-14 Yamaha Motor Co Ltd 内燃機関の燃料供給装置
JPH108971A (ja) * 1996-06-19 1998-01-13 Yamaha Motor Co Ltd 筒内燃料噴射式エンジン
US6009849A (en) * 1996-08-12 2000-01-04 Mazda Motor Corporation Direct fuel injection engine

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000073772A (ja) * 1998-08-27 2000-03-07 Yamaha Motor Co Ltd 筒内噴射式エンジン
WO2000077359A1 (en) * 1999-06-11 2000-12-21 Hitachi, Ltd. Cylinder injection engine and method of combusting the engine
WO2000077360A1 (en) * 1999-06-11 2000-12-21 Hitachi, Ltd. Cylinder injection engine and fuel injection nozzle used for the engine
US6659075B1 (en) 1999-06-11 2003-12-09 Hitachi, Ltd. Cylinder injection engine and method of combusting engine
US6722340B1 (en) 1999-06-11 2004-04-20 Hitachi, Ltd. Cylinder injection engine and fuel injection nozzle used for the engine

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CN1198506A (zh) 1998-11-11

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