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JPH10131758A - 筒内噴射式エンジン - Google Patents

筒内噴射式エンジン

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JPH10131758A
JPH10131758A JP8290935A JP29093596A JPH10131758A JP H10131758 A JPH10131758 A JP H10131758A JP 8290935 A JP8290935 A JP 8290935A JP 29093596 A JP29093596 A JP 29093596A JP H10131758 A JPH10131758 A JP H10131758A
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JP
Japan
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injection
fuel
cylinder
shape
piston
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Application number
JP8290935A
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English (en)
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Toyomasa Yamauchi
豊誠 山内
Koji Morikawa
弘二 森川
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Subaru Corp
Original Assignee
Fuji Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Priority to US08/948,066 priority patent/US5927244A/en
Priority to DE69712155T priority patent/DE69712155T2/de
Priority to EP97308649A priority patent/EP0839997B1/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストン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低・中負荷運転領域において良好
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
射式エンジンを得ること。 【解決手段】 筒内噴射式エンジンは、ペントルーフ型
の燃焼室を有するシリンダヘッドと略カルデラ形状の上
面部を有するピストンとを有する。また、シリンダヘッ
ドにピストンに向けてシリンダ軸方向に燃料噴射する噴
射手段と、吸気手段側からシリンダ軸芯方向に対して斜
めに突出する点火プラグとを有している。更に、ピスト
ンの上面部には、噴射手段の中心よりも吸気手段側にオ
フセットした位置にキャビティを凹設している。したが
って、噴射した燃料は、キャビティで反射し拡散しかつ
燃焼室内に存する弱タンブル流によって点火手段周辺に
移動させることができ、低・中負荷運転時にて成層燃焼
に最適な局所的な濃混合気を形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料をシリンダ内
に直接噴射する筒内噴射式エンジンに関し、特に低・中
負荷運転領域において成層燃焼を行う筒内噴射式エンジ
ン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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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状態が生じ出力性能に影響が出
るおそれがある。
【０００９】また、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。
【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。
【００１１】更に、上述の２つの公報は、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を
開示しているが、この場合、燃料はシリンダ内周壁面に
向かって噴射されるので、運転条件によっては燃料がシ
リンダ内周壁面上に直接付着し、シリンダの冷却作用に
より燃費が悪化する場合がある。
【００１２】また、付着した燃料は、シリンダ内周壁面
上の潤滑油を洗い流してしまうので、潤滑性の低下等の
不具合を発生するおそれがある。
【００１３】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。
【００１４】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。
【００１５】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
の反射を利用して低・中負荷運転領域において良好な成
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。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１にかかる筒内噴射式エンジンは、
ペントルーフ型に形成された燃焼室天井部と吸気行程に
て燃焼室内にタンブル流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、シリンダヘッドの燃焼
室天井部の形状と対応した凸形状を基本形状とする上面
部を有するピストンとを具備している。
【００１７】そして、シリンダヘッドの燃焼室天井部に
は、その中央に略直立して設置され、所定タイミングで
シリンダ軸方向に燃料を噴射する燃料噴射手段が設けら
れている。また、燃焼室天井部の吸気手段側から燃焼室
内へシリンダ軸方向に対して斜め方向に突出して設けら
れ燃料噴射手段から噴射した燃料が直接かからない位置
に着火部を有する点火手段とが設置される。
【００１８】また、ピストンの上面部には、ピストンの
上方でかつ噴射手段の噴射中心軸よりも吸気手段側にオ
フセットした位置を中心点とする球面形状に凹設された
凹部であるキャビティが設けられている。
【００１９】したがって、燃料噴射手段より噴射された
燃料は、キャビティ内の排気手段側に位置する球面形状
部分と衝突し、反射、這い回り、跳ね上がりによって拡
散する。ここで、跳ね上がった燃料は、キャビティの曲
面形状によりその勢いが止められずに、主として吸気手
段側に設けられた点火手段側へ向かいながら、ペントル
ーフ型の燃焼室天井部と衝突し拡散して混合気を形成す
る。
【００２０】また、キャビティと燃焼室天井部との間に
形成された混合気は、吸気行程にてシリンダ内に発生し
存するタンブル流によって、点火手段の着火部近傍に誘
導される。したがって、所定のタイミングにてキャビテ
ィ内の吸気手段側に位置する点火手段の着火部近傍に適
切な混合気を形成することができる。
【００２１】したがって、成層燃焼を行う低負荷、中負
荷運転領域において、点火手段の着火部周辺の局所空燃
比を精密にコントロールすることができ、着火性、燃焼
安定性を良好にして安定した成層燃焼を確実に得ること
ができる。
【００２２】請求項２にかかる筒内噴射式エンジンは、
ピストンの上面部は、キャビティの縁部よりピストンの
外周方向に移行するにしたがって、傾斜角度が漸次小さ
くなる略断面２次曲線型の裾野部を有しており、ピスト
ンの上面部断面形状が略カルデラ形状をなしている。
【００２３】したがって、シリンダ内の裾野部の上方に
位置する吸入空気がピストン上昇により裾野部に沿って
ピストンの中心方向上方へ駆け上がることにより、燃焼
室中央へ向かうスキッシュを発生させることができる。
【００２４】これにより、燃料噴射時にキャビティ内に
て反射し、這い回り、跳ね上がることにより縁部より外
方に飛び出した燃料をスキッシュによりキャビティ中心
方向に押し戻すことができる。これにより、シリンダボ
ア外周部への拡散を防止することができる。
【００２５】また、上面部を略断面２次曲線型の裾野部
を有する略カルデラ形状に形成したことにより、圧縮行
程において、燃焼室内に存する弱タンブル流を過度に乱
すことがなく、適切なガス流動を維持することができ
る。
【００２６】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。
【００２７】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への誘導をより確実に行うことがで
きる。
【００２８】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。
【００２９】請求項５にかかる筒内噴射式エンジンは、
キャビティ形状を単一の曲率半径を有する球面形状に形
成したものである。
【００３０】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。
【００３１】請求項６にかかる筒内噴射式エンジンは、
キャビティ形状を複数の曲率半径を有する複合球面形状
に形成したものである。これにより、凹部内を這い回り
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
ができる。したがって、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。
【００３２】請求項７にかかる筒内噴射式エンジンは、
キャビティ形状を噴射手段の噴射中心軸に対して点火手
段側に下降傾斜して平面状に形成した底部領域と、底部
領域の周縁部から上方に立ち上がる周縁部立ち上がり領
域とからなる略船底型に形成したものである。
【００３３】また、請求項８にかかる筒内噴射式エンジ
ンは、底部領域の形状をピストンの上方でかつ噴射手段
の噴射中心軸よりも吸気手段側にオフセットした位置を
中心点とする所定の曲率半径を有する球面形状に形成し
たものである。
【００３４】したがって、底部領域と衝突した燃料は、
下降傾斜した底部領域により主として点火手段の着火部
方向へ向かいながら燃焼室天井部と衝突して拡散する。
また、底部領域から這い回りにより流れてきた燃料は、
周縁部立ち上がり領域の存在により、噴射による勢いが
抑制され、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かつより精細に制
御することができる。
【００３５】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。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態について説明する。図１は、本発明にかかる筒
内噴射式エンジンの第１の実施の形態を概略的に示した
断面説明図であり、図２は、燃焼室天井部の説明図、図
３は、ピストンの上面図である。
【００３７】本発明にかかる筒内噴射式エンジンは、図
１に示したように、シリンダヘッド１０とシリンダ部１
１とによりエンジン本体１２を構成しており、シリンダ
部１１のシリンダ１３内には、ピストン２０が往復動可
能に嵌挿されている。また、シリンダヘッド１０は燃料
噴射手段であるインジェクタ５０と点火手段である点火
プラグ７０を具備しており、ピストン２０は上面部２１
にキャビティ６０を有している。
【００３８】ピストン２０とシリンダヘッド１０との間
には燃焼室３０が形成され、燃焼室３０のシリンダヘッ
ド１０側に設けられた天井部３１は、図２に示したよう
に、２つの傾斜面３２、３３を対向させて組み合わせ
た、いわゆるペントルーフ型に形成されている。各傾斜
面３２、３３には、吸気手段及び排気手段である吸気バ
ルブ４０及び排気バルブ４１が各々２個づつ設けられて
おり、シリンダヘッド１０に連通接続されている吸気通
路の吸気ポート４２及び排気通路の排気ポート４３と燃
焼室３０との間を連通、遮断する。
【００３９】吸気ポート４２は、吸気行程において吸気
バルブ４０が開弁時にシリンダ１３内に正方向の弱タン
ブル流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。
【００４０】ここで、シリンダヘッド１０の天井部３１
には、図１に示したように、大径側が開口するテーパ上
の凹部３４がシリンダ１３の軸芯ｃよりも、排気バルブ
４１側にオフセットした位置に形成されている。そし
て、凹部３４の上方には、燃焼室３０内に燃料ｆを噴射
する燃料噴射手段であるインジェクタ５０が設けられて
いる。
【００４１】インジェクタ５０は、ピストン２０に対し
てシリンダ１３の軸方向に噴射中心軸ｉｃを中心として
漸次広がる略円すい中空形状に燃料ｆを噴射する。燃料
ｆの噴射形状の形成は、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５０によるホローコーン噴霧により形成することがで
きる。
【００４２】点火プラグ７０は、図１及び図２に示した
ように、吸気バルブ４０の間から燃焼室内に突出し、シ
リンダ１３の軸芯ｃに対して斜めに設けられている。ま
た、点火プラグ７０の着火部である電極部７１は、イン
ジェクタ５０により噴射した燃料ｆが直接かからない位
置に配置されている。
【００４３】ピストン２０は、図１及び図２に示したよ
うに、天井部３１の形状と対応する凸形状に形成された
上面部２１を有している。上面部２１は、ピストン２０
の平面部２３と、平面部２３から上方へ移行するにした
がって傾斜角度が漸次大きくなる断面が略２次曲線的な
形状を有する裾野部２２とにより構成されている。
【００４４】したがって、ピストン２０が上死点付近に
位置する際には、平面部２３とシリンダヘッド１０とが
対向する領域には、スキッシュ空間ｓが形成される。
【００４５】次に、ピストン２０の上面部２１に凹設さ
れたキャビティ６０の形状について説明する。キャビテ
ィ６０は、図１及び図３に示したように、上面部２１の
上方でかつインジェクタ５０の燃料噴射中心軸ｉｃより
も点火プラグ７０側にオフセットした位置を中心として
単一の球面形状に凹設されており、上面部２１上に点火
プラグ７０側にオフセットしかつ傾斜した略楕円形の縁
部６２を有している。
【００４６】縁部６２は、吸気バルブ４０から排気バル
ブ４１方向に亘る径方向の大きさをシリンダ１３のボア
径ｄの約５０％となるように形成されている。また、凹
部６１の最深部６３は、シリンダ１３の軸芯ｃよりも点
火プラグ７０側にオフセットして位置しており、その深
さは、平面部２３よりも下方にシリンダ１３のボア径の
約１５％の深さを有している。
【００４７】また、キャビティ６０と電極部７１との位
置関係は、図１に示したように、ピストン２０が上死点
付近に位置する場合に、凹部６１内でかつ吸気バルブ４
０側に電極部７１が位置するように配置されている。ま
た、インジェクタ５０による燃料の噴射広がり角は、ピ
ストン２０が所定位置において後述するピストン２０の
キャビティ６０内に噴射範囲がおさまるように設定され
ている。
【００４８】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。本発明にかか
る筒内噴射式エンジンは、低・中負荷運転時に成層燃焼
を行い、高負荷運転時には均一燃焼を行うように、燃焼
噴射量、燃料噴射タイミング、点火時期が制御される。
しかし、ここでは、本発明の特徴である低・中負荷運転
時における成層燃焼について説明し、高負荷運転時にお
ける均一燃焼の説明は省略する。
【００４９】まず最初に、圧縮行程終了直前において所
定位置まで上昇したピストン２０のキャビティ６０内に
インジェクタ５０からホローコーン状に燃料ｆが噴射さ
れる。ここで、キャビティ６０はその中心点がピストン
２０の上方でかつ点火プラグ７０側にオフセット配置さ
れているので、インジェクタ５０より噴射された燃料ｆ
は、その殆どが凹部６１の排気バルブ４１側の球面形状
部分、すなわち点火手段側に下降傾斜した球面形状部分
（以下、単に「燃料衝突面」という）６１ｂに斜めに衝
突する。
【００５０】したがって、形成されていた燃料ｆのホロ
ーコーン形状は崩壊し、キャビティ６０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。すなわち、凹部６１より跳ね上がっ
た燃料ｆは、燃料衝突面６１ａにより点火プラグ７０側
へ方向づけされ、キャビティ６０の単一の球面形状によ
り噴射の勢いが維持され、天井部３１の傾斜面３２と衝
突して拡散する。
【００５１】そして、這い回りにより縁部６２より凹部
６１の外方に飛び出した燃料ｆは、天井部３１の傾斜面
３２、３３と衝突して燃焼室３０の中心へ拡散する。ま
た、ピストン２０の上昇により、スキッシュ空間ｓから
燃焼室中央に向かって裾野部２２を駆け上がるようにス
キッシュが発生する。したがって、スキッシュが内周壁
面１４方向への燃料ｆの拡散を有効に防止することがで
きる。
【００５２】更に、キャビティ６０内に拡散した燃料ｆ
は、燃焼室３０内に存する弱タンブル流により点火プラ
グ７０側に誘導される。
【００５３】したがって、所定の点火時期において電極
部７１周辺に局所的な濃混合気、すなわち燃焼安定性及
び着火性の良好な混合気を形成することができる。そし
て、電極部７１で着火することにより成層燃焼を行うこ
とができる。
【００５４】その結果、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・中負荷領域の広い運転領域で上
記のような成層燃焼を得ることができる。
【００５５】また、上面部２１及び天井部３１の傾斜面
３２、３３により、圧縮行程においても燃焼室３０内に
弱タンブル流が乱されることなく維持され、燃料ｆの拡
散に寄与する適度な弱タンブル流により燃焼改善に寄与
することができる。
【００５６】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、キャビティ６０
とペントルーフ型の天井部３１とにより形成されるコン
パクトな燃焼室３０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。
【００５７】また、燃料ｆは、その噴射方向とキャビテ
ィの作用によって内周壁面１４側には拡散しにくいの
で、燃料ｆの一部が直接内周壁面１４に衝突することに
よる冷却作用で燃焼が悪化するという不具合を防止する
ことができる。また、同様にＨＣの排出量の増加や潤滑
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。
【００５８】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４は、第２の実施の形態の概略構成
図であり、図５は第２の実施の形態に用いられるピスト
ン２０の上面説明図である。なお、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。
【００５９】本実施の形態において上述の第１の実施の
形態と異なる特徴的構成は、ピストン２０のキャビティ
６０の形状にある。すなわち、本実施の形態におけるキ
ャビティ６０は、図４に示したように、小・大の２種類
の曲率半径Ｒ１、Ｒ２を有する球面を吸・排気バルブ４
０、４１方向にそれぞれ配置して組み合わせた複合球面
形状に形成したことである。また、縁部６２の形状は、
略楕円形に形成されている。
【００６０】キャビティ６０は、図４に示したように、
吸気バルブ４０側に小さな曲率半径Ｒ１を有する燃料衝
突面６１ａと、排気バルブ４１側に大きな曲率半径Ｒ２
を有する複合球面形状（以下、単に「燃料誘導面」とい
う）６１ｂとにより構成されている。そして、燃料衝突
面６１ａと燃料誘導面６１ｂとの間は段差なく滑らかな
曲面により接続されている。また、曲率半径Ｒ１、Ｒ２
の中心は、インジェクタ５０の噴射中心軸ｉｃよりも点
火プラグ７０側にオフセットした上方位置に設けられて
いる。
【００６１】縁部６２は、吸気バルブ４０から排気バル
ブ４１方向に亘る径方向の大きさをシリンダ１３のボア
径ｄの約５０％となるように形成されている。最深部６
３は、平面部２３よりも下方にシリンダ１３のボア径ｄ
の約１５％の深さを有している。電極部７１は、図４に
示したように、燃料衝突面６１ａの上方位置に、点火プ
ラグ７０の電極部７１が位置している。
【００６２】上記構成によれば、第１の実施の形態と比
較して電極部７１への混合気の集中形成の制御性をより
向上させることができる。
【００６３】なお、本実施の形態では、キャビティ６０
の形状を２つの小・大の曲率半径を有する球面を組み合
わせて構成しているが、更に複数の曲率半径を有する球
面を組み合わせても良い。
【００６４】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６は、第３の実施の形態の概略構成
図であり、図７は第３の実施の形態に用いられるピスト
ンの上面説明図である。なお、図中において、第１及び
第２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。
【００６５】本実施の形態の特徴的構成は、ピストン２
０のキャビティ６０が、図６に示したように、噴射中心
軸ｉｃ方向に対して点火プラグ７０側に傾斜した断面が
直線状の傾斜底６４とその周縁部６５より傾斜底６４に
対して所定の角度で立ち上がる周壁面６６とにより構成
されており、略真円形状に形成された縁部６２が点火プ
ラグ側にオフセット配置されていることである。
【００６６】傾斜底６４は、図７に示したように略真円
形に形成され、また、図６に示したように天井部３１の
吸気バルブ４０側の傾斜部３２とほぼ平行となる角度に
形成されている。
【００６７】そして、インジェクタ５０より噴射された
燃料ｆを受け止める位置、すなわちインジェクタ５０の
噴射中心軸ｉｃ上に傾斜底６４の中心がほぼ来るように
形成されている。更に、図示していないが、傾斜底６４
は、吸・排気バルブ４０、４１方向と直交する方向の断
面形状がピストン２０の平面部２３と平行となるように
形成されている。
【００６８】周壁面６６は、図６に示したように、傾斜
底６４の周縁部６５から上方へ移行するにしたがって漸
次拡径するように構成されている。吸気バルブ４０側の
周壁面６６ａと排気バルブ４１側の周壁面６６ｂは、そ
の断面形状及び傾斜底６４に対する傾斜角度がそれぞれ
異なって構成されている。吸気バルブ４０側の周壁面６
６ａは、断面が大きな曲率半径を有する曲面形状に形成
されており、上死点付近において電極部７１に沿うよう
に形成されている。
【００６９】排気バルブ４１側の周壁面６６ｂは、断面
が直線状に形成され、その傾斜角度は排気バルブ４１側
の傾斜部３３とほぼ直交するように形成されている。ま
た、傾斜底６４と周壁面６６との間は、滑らかな曲面で
接続されている。
【００７０】上記構成によれば、第１及び第２の実施の
形態と比較してインジェクタ５０より噴射された燃料ｆ
が衝突するキャビティの傾斜底６４を平面状に形成でき
るので、拡散により発生する混合気を均質にするのが容
易となる。したがって、より精細に混合気の制御を行う
ことができる。
【００７１】なお、本実施の形態では、傾斜底６４を平
面状となるように形成しているが、インジェクタ５０の
噴射中心軸ｉｃよりも点火プラグ７０側にオフセットし
た位置の上方、所定位置を中心とした大きな曲率半径を
有する球面形状に形成した場合でも、本実施の形態と同
様の作用効果を有することができる。また、周壁面６６
の吸気バルブ４０側と排気バルブ４１側の断面形状を両
者ともに直線状又は大きな曲率半径を有する曲面形状に
形成しても、同様の作用効果を有することができる。
【００７２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる筒
内噴射式エンジンによれば、インジェクタより噴射され
た燃料は、キャビティ内の点火プラグ側に傾斜した部分
と衝突し、点火手段側に反射し拡散する。また、キャビ
ティ内にて反射して跳ね上がった燃料は、ペントルーフ
型の燃焼室天井と衝突し拡散し、吸気行程にてシリンダ
内に発生し存するタンブル流によって、キャビティと天
井部により形成されたコンパクトな燃焼室内の点火プラ
グ側に誘導され、電極部周辺に集合させることができ
る。
【００７３】したがって、所定のタイミングにてキャビ
ティ内の吸気手段側に位置する点火手段の着火部近傍に
適切な混合気を形成することができる。
【００７４】これにより、成層燃焼を行う低負荷、中負
荷運転領域において、点火手段の着火部周辺の局所空燃
比を精密にコントロールすることができ、着火性、燃焼
安定性を良好にして安定した成層燃焼を確実に得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる筒内噴射式エンジンの第１の実
施の形態を概略的に示した断面説明図である。
【図２】燃焼室天井部の説明図である。
【図３】第１の実施の形態に用いられるピストンの上面
図である。
【図４】第２の実施の形態の概略構成図である。
【図５】第２の実施の形態に用いられるピストンの上面
説明図である。
【図６】第３の実施の形態の概略構成図である。
【図７】第３の実施の形態に用いられるピストンの上面
説明図である。
【符号の説明】
１０ シリンダヘッド １１ シリンダ部 ２０ ピストン ２１ 上面部 ３０ 燃焼室 ３１ 燃焼室天井部 ４０ 吸気手段（吸気バルブ） ４１ 排気手段（排気バルブ） ５０ 噴射手段（インジェクタ） ６０ キャビティ ７０ 点火手段（点火プラグ） ７１ 着火部（電極部）
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｂ 23/08 Ｆ０２Ｂ 23/08 Ｒ Ｆ０２Ｆ 3/26 Ｆ０２Ｆ 3/26 Ａ 3/28 3/28 Ｂ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ｄ 61/18 ３１０ 61/18 ３１０Ｚ ３６０ ３６０Ｊ Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０１ Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０１Ａ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ペントルーフ型に形成された燃焼室天井
    部と吸気行程にて燃焼室内にタンブル流を発生可能な吸
    気手段と排気手段とを有するシリンダヘッドと、 該シリンダヘッドの前記燃焼室天井部の形状と対応した
    凸形状を基本形状とする上面部を有するピストンと、 前記燃焼室天井部の中央寄り位置に所定タイミングでシ
    リンダ軸方向に燃料を噴射するように設置した燃料噴射
    手段と、 前記燃焼室天井部の吸気手段側から前記燃焼室内へ前記
    シリンダ軸方向に対して斜め方向に突出して設けられ、
    前記燃料噴射手段から噴射した燃料が直接かからない位
    置に着火部を有する点火手段と、 前記ピストンの前記上面部に形成され前記ピストンの上
    方でかつ前記噴射手段の噴射中心軸よりも前記吸気手段
    側にオフセットした位置を中心点とする球面形状に凹設
    された凹部であるキャビティと、を具備することを特徴
    とする筒内噴射式エンジン。
  2. 【請求項２】 前記上面部は、前記キャビティの縁部よ
    り前記ピストンの外周方向に移行するにしたがって、傾
    斜角度が漸次小さくなる断面略２次曲線形状の裾野部を
    有し、 前記上面部の断面形状が略カルデラ形状をなしているこ
    とを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式エンジン。
  3. 【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前記ピスト
    ンの上下動作時における所定タイミングにおいて前記キ
    ャビティ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。
  4. 【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。
  5. 【請求項５】 前記キャビティの凹部形状は、 単一の曲率半径を有する球面形状とすることを特徴とす
    る請求項１〜４に記載の筒内噴射式エンジン。
  6. 【請求項６】 前記キャビティの凹部形状は、 複数の曲率半径を有する複合球面形状とすることを特徴
    とする請求項１〜４に記載の筒内噴射式エンジン。
  7. 【請求項７】 前記キャビティの凹部形状は、 前記噴射手段の噴射中心軸に対して前記点火手段側に下
    降傾斜して平面状に形成された底部領域と該底部領域の
    周縁部から上方に立ち上がる周縁部立ち上がり領域とか
    らなる断面形状が略船底型をなすように形成されたこと
    を特徴とする請求項１〜４に記載の筒内噴射式エンジ
    ン。
  8. 【請求項８】 前記底部領域の形状は、 前記ピストンの上方でかつ前記噴射手段の噴射中心軸よ
    りも前記吸気手段側にオフセットした位置を中心点とす
    る所定の曲率半径を有する球面形状に形成されたことを
    特徴とする請求項７に記載の筒内噴射式エンジン。
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