(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン頂面に形成された凹部を有する燃焼室と、該燃焼室の略中央部に対応する位置のシリンダヘッドに嵌装された点火プラグと、燃焼室に対し下向きに燃料を筒内に直接噴射するようにした高圧燃料噴射弁を有する直接筒内噴射式火花点火機関に於て、
ピストン冠面に形成された凹部を有する燃焼室は、スワール流ガス流動によりピストン冠面全体に分布した燃料を点火プラグ周りに集めるピストン表面形状であって、ピストン冠面に形成された凹状の燃焼室は中央部に向かいその深さが深くなるような形状を有し、且つ、ピストン冠面中央部から外周部に向かってスワール流方向に膨らむ弓状の稜線と谷線とを、ピストン冠面上の円周方向の全域に、前記稜線のスワール流方向の前後に前記谷線が位置するように、交互に形成し、稜線からスワール方向に次の谷線まで緩やかに傾斜する面を形成し、その谷線からスワール流方向に次の稜線まで急激に傾斜する面を有する形状としたことを特徴とする直接筒内噴射式火花点火機関。
【請求項２】
吸気ポート内に機関の運転条件により開閉し、スワール流の形成を制御するスワールコントロールバルブを設け、
機関の運転条件が低中速・低中負荷域の成層燃焼領域ではスワールコントロールバルブを閉じ、且つ燃料噴射時期を圧縮行程早期に設定し、一方機関の運転条件が高速・高負荷域の均質燃焼領域ではスワールコントロールバルブを開き、且つ燃料噴射時期を吸気行程に設定することを特徴とする請求項１に記載の直接筒内噴射式火花点火機関。
【請求項３】
スワール流ガス流動によりピストン冠面全体に分布した燃料を点火プラグ周りに集めるピストン表面形状であって、更に、ピストン冠面に形成された凹状の燃焼室中央部に凹状の小さいキャビティを設けた形状としたことを特徴とする請求項１または２に記載の直接筒内噴射式火花点火機関。
【請求項４】
スワール流ガス流動によりピストン表面全体に分布した燃料を点火プラグ周りに集めるピストン冠面形状であって、ピストン冠面に形成された凹状の燃焼室はシリンダヘッドに嵌装された点火プラグ直下の位置に対応するピストン冠面上の位置に向かい燃焼室の深さが次第に深くなるような形状としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の直接筒内噴射式火花点火機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直接筒内噴射式火花点火機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の直接筒内噴射式火花点火機関としては、例えば図８〜１１に示すような特開平７−１０３０７８号公報がある。
【０００３】
この従来例では図８〜１０に示すように、ピストン１頂面に形成された凹状の燃焼室（キャビティ）２と、ピストン１の上昇に伴い点火時点に於て燃焼室（キャビティ）２の中央部に挿入される点火プラグ３と、高圧燃料噴射弁４を設置し、燃料を少なくとも特定機関運転状態の時に凹状の燃焼室（キャビティ）２内に噴射し、吸気ポート５から吸気弁６を介して燃焼室２に入ってくる吸入空気が、燃焼室上面を吸気側から排気側、そして下向きにピストン方向、更にピストン１表面に沿って、吸気弁方向へと回転するような順方向のタンブル流９を用いて燃料の点火プラグ３周り成層化をし、超希薄空燃比で運転し燃費の向上を図るものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の直接筒内噴射式火花点火機関にあっては、この噴射弁４、点火プラグ３の位置関係の場合、燃料の点火プラグ３周り成層度は燃料噴射時期により大きく異なり、燃料の点火プラグ３周り成層度は高い燃料噴射時期の場合、点火プラグ３への液状燃料付着による失火が起こり易いという問題点があった。すなわち、圧縮行程後期燃料噴射の場合は、ピストン位置が高い状態にあるため噴射燃料の大半は凹状の燃焼室（キャビティ）２内に分布し、上記ガス流動が燃料の点火プラグ３周り成層度は高いが、凹状の燃焼室（キャビティ）２内に噴射された燃料の跳ね返りによる点火プラグ３への液状燃料付着により失火が起こり易く、これに対し圧縮行程早期燃料噴射の場合は、ピストン位置が低い状態にあるため噴射燃料の大半は凹状の燃焼室（キャビティ）２外に分布するので、燃料の跳ね返りによる点火プラグ３への液状燃料付着からくる失火は起こりにくいが、上記ガス流動のみでは燃料の点火プラグ３周り成層度は低くなるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、スワール流ガス流動を形成する吸気系と、このスワール流ガス流動によりピストン表面全体に分布した燃料を点火プラグ周りに集めるようなピストン表面形状を形成するピストンにより、燃料噴射時期を圧縮行程早期に設定することで、噴射された燃料の跳ね返りによる点火プラグへの液状燃料付着からくる失火が起こりにくく、燃料の点火プラグ周り成層度をより一層高めた直接筒内噴射式火花点火機関を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、ピストン頂面に形成された凹部を有する燃焼室と、燃焼室の略中央部に対応する位置のシリンダヘッドに嵌装された点火プラグと、燃焼室に対し下向きに燃料を筒内に直接噴射するようにした高圧燃料噴射弁を有する直接筒内噴射式火花点火機関に於て、ピストン冠面に形成された凹部を有する燃焼室は、スワール流ガス流動によりピストン冠面全体に分布した燃料を点火プラグ周りに集めるピストン表面形状であって、ピストン冠面に形成された凹状の燃焼室は中央部に向かいその深さが深くなるような形状を有し、且つ、ピストン冠面中央部から外周部に向かってスワール流方向に膨らむ弓状の稜線と谷線とを、ピストン冠面上の円周方向の全域に、前記稜線のスワール流方向の前後に前記谷線が位置するように、交互に形成し、稜線からスワール方向に次の谷線まで緩やかに傾斜する面を形成し、その谷線からスワール流方向に次の稜線まで急激に傾斜する面を有する形状とした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００８】
（第１の実施の形態）
図１〜５は、本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【０００９】
まずこの第１の実施の形態の構成を説明する。図１，２に示すように、ピストン１頂面に形成された皿状の燃焼室２と、ピストン１の上昇に伴い点火時点に於てこの燃焼室２の中央部に挿入される点火プラグ３と、燃焼室２に対し下向きに高圧燃料噴射弁４を設置する直接筒内噴射式火花点火機関に於て、吸気ポート５内に、スワール流１１を形成するスワールコントロールバルブ１０を設け、機関の運転条件により開閉させる。
【００１０】
また、図３に示すように、ピストン１頂面に形成された皿状の燃焼室２は、中央部１２に向かいその深さ１４が深くなるような形状で且つ、燃焼室中央部１２から外周部１３に向かってスワール流方向に膨らむ数本の弓状の稜線１５とその直前に同数の谷線１６を形成し、その稜線１５ａからスワール流方向に次の谷線１６ａまで緩やかに傾斜する面１７を形成し、その谷線１６ａからスワール流方向に次の稜線１５ｂまで急激に傾斜する面１８を形成する形状で、すなわちスワール方向の断面Ａ−Ａで見ると階段状形状となる。
【００１１】
次に本発明の実施の形態の作用を説明する。
【００１２】
機関の運転条件が、図４Ａに示すように、低中速・低中負荷域の成層燃焼領域では、吸気ポート５内のスワール流を形成するスワールコントロールバルブ１０を閉じることにより、筒内のガス流動はスワール流１１を形成し、更に圧縮行程早期から後期にかけてピストンが下死点から上死点に上昇するにつれて前記ピストン形状により、スワール流を強めると共に燃焼室中央部に向かう流れを形成し、燃料を圧縮行程早期に噴射することで、該スワール流ガス流動によりピストン表面全体に分布した燃料を点火プラグ周りに集め（図５参照）、燃料の点火プラグ周り成層化をし、超希薄空燃比で運転し燃費の向上を図る。この時、すなわち、圧縮行程早期燃料噴射の場合は、ピストン位置が低い状態にあるため噴射燃料の大半はピストン表面全体に分布するので、噴射された燃料の跳ね返りにより点火プラグ３への液状燃料付着からくる失火は起こりにくくなり、安定して運転できるようになる。
【００１３】
さらに機関の運転条件が、図４Ｂに示すように、高速・高負荷域の均質燃焼領域では、スワールコントロールバルブ１０を開くことにより、ポート面積を大きくすると共に、燃料を少なくとも吸気行程時に噴射することで、均質混合気を作り、出力領域も十分な性能を確保できる。
【００１４】
（第２の実施の形態）
図６には、第２の実施の形態を示す。
【００１５】
本実施の形態は、図６に示すように、ピストン１頂面に形成された皿状の燃焼室２と、ピストン１の上昇に伴い点火時点に於てこの燃焼室２の中央部に挿入される点火プラグ３と、燃焼室２に対し下向きに高圧燃料噴射弁４を設置する直接筒内噴射式火花点火機関に於て、吸気ポート５内に、スワール流１１を形成するスワールコントロールバルブ１０を設け、機関の運転条件により開閉させる。
【００１６】
また、ピストン１頂面に形成された皿状の燃焼室２は、中央部１２に向かいその深さ１４が深くなるような形状で且つ、燃焼室中央部１２から外周部１３に向かってスワール流方向に膨らむ数本の弓状の稜線１５とその直前に同数の谷線１６を形成し、その稜線１５ａからスワール流方向に次の谷線１６ａまで緩やかに傾斜する面１７を形成し、その谷線１６ａからスワール流方向に次の稜線１５ｂまで急激に傾斜する面１８を形成する形状である。更に、前記ピストン１頂面に形成された皿状の燃焼室２中央部には凹状の小さいキャビティ１９を設けてある。
【００１７】
これにより機関の運転条件が、低中速・低中負荷域の成層燃焼領域では、スワールコントロールバルブ１０を閉じることにより、スワール流１１を形成し、更に前記ピストン形状により、スワール流を強めると共に燃焼室中央部に向かう流れを形成し、燃料を圧縮行程早期に噴射することで、該スワール流ガス流動によりピストン表面全体に分布した燃料を皿状の燃焼室中央部の凹状の小さいキャビティ１９に集め、燃料の点火プラグ周り成層度をより一層高め、超希薄空燃比で安定して運転し燃費の向上を図る。また、この構成によっても前述の第１の実施の形態と同様に、成層燃焼時、すなわち、圧縮行程早期燃料噴射の場合は、ピストン位置が低い状態にあるため噴射燃料の大半はピストン表面全体に分布するので、噴射された燃料の跳ね返りによる点火プラグ３への液状燃料付着からくる失火は起こりにくくなり、安定して運転できるようになる。
【００１８】
図７には、第３の実施の形態を示す。
【００１９】
本実施の形態は、図７に示すように、ピストン１頂面に形成された皿状の燃焼室２と、ピストン１の上昇に伴い点火時点に於てこの燃焼室２のおよそ中央部に挿入される点火プラグ３と、燃焼室２に対し下向きに高圧燃料噴射弁４を設置する直接筒内噴射式火花点火機関に於て、吸気ポート５内に、スワール流１１を形成するスワールコントロールバルブ１０を設け、機関の運転条件により開閉させる。
【００２０】
また、ピストン１頂面に形成された皿状の燃焼室２は、前述の第１、第２の実施の形態において、ピストン上の点火プラグ直下の位置２０に向かいその深さ１４が深くなるような形状で且つ、ピストン上の点火プラグ直下の位置２０から外周部１３に向かってスワール流方向に膨らむ数本の弓状の稜線１５とその直前に同数の谷線１６を形成し、その稜線１５ａからスワール流方向に次の谷線１６ａまで緩やかに傾斜する面１７を形成し、その谷線１６ａからスワール流方向に次の稜線１５ｂまで急激に傾斜する面１８を形成する形状となるようにしたため、成層燃焼領域で点火プラグ位置にかかわらず、このスワール流ガス流動によりピストン表面全体に分布した燃料を点火プラグ周りに集め、燃料の点火プラグ周り成層化をし、超希薄空燃比で運転し燃費の向上を図る事ができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、その構成をピストン頂面に形成された皿状の燃焼室と、ピストンの上昇に伴い点火時点に於て燃焼室の中央部に挿入される点火プラグと、燃焼室に対し下向きに高圧燃料噴射弁を設置する直接筒内噴射式火花点火機関に於て、吸気ポート内に、スワール流を形成するスワールコントロールバルブを設け、機関の運転条件により開閉させ、また、ピストン頂面に形成された皿状の燃焼室は、スワール流ガス流動によりピストン表面全体に分布した燃料を点火プラグ周りに集めるようなピストン表面形状を形成し、機関の運転条件が、低中速・低中負荷域の成層燃焼領域では、スワールコントロールバルブを閉じ、燃料噴射時期を圧縮行程早期に設定し、機関の運転条件が、高速・高負荷域の均質燃焼領域では、スワールコントロールバルブを開き、燃料噴射時期を吸気行程に設定したため、機関の運転条件が低中速・低中負荷域の成層燃焼領域では、スワールコントロールバルブが閉じるので、筒内のガス流動はスワール流を形成し、ピストン形状により、スワール流を強めると共に燃焼室中央部に向かう流れを形成し、燃料は圧縮行程早期に噴射されるので、スワール流ガス流動によりピストン表面全体に分布した燃料が点火プラグ周りに集まり、燃料の点火プラグ周り成層化ができ、超希薄空燃比で運転し燃費の向上が図れる。また、燃料噴射時は、ピストン位置が低い状態にあるため噴射燃料の大半はピストン表面全体に分布するので、噴射された燃料の跳ね返りによる点火プラグへの液状燃料付着からくる失火は起こりにくくなり、安定して運転できるようになる。さらに、機関の運転条件が、高速・高負荷域の均質燃焼領域では、スワールコントロールバルブが開くことにより、ポート面積が大きくなり、燃料を少なくとも吸気行程時に噴射することで、均質混合気を作り、出力領域も十分な性能を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【図４】本発明の作用を示す図である。
【図５】本発明の作用を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態を示す図である。
【図８】従来の直接筒内噴射式火花点火機関を示す図である。
【図９】従来の直接筒内噴射式火花点火機関を示す図である。
【図１０】従来の直接筒内噴射式火花点火機関を示す図である。
【図１１】従来の直接筒内噴射式火花点火機関を示す図である。
【符号の説明】
１    ピストン
２    燃焼室
３    点火プラグ
４    高圧燃料噴射弁
５    吸気ポート
６    吸気バルブ
７    排気バルブ
８    排気ポート
９    タンブル流
１０    スワールコントロールバルブ
１１    スワール流
１２    燃焼室中央部
１３    燃焼室外周部
１４    燃焼室中央部深さ
１５    燃焼室稜線
１６    燃焼室谷線
１７    燃焼室傾斜面（緩傾斜）
１８    燃焼室傾斜面（急傾斜）
１９    燃焼室中央部小キャビティ
２０    燃焼室の点火プラグ直下位置
２１    スワールコントロールバルブ可動アクチエータ
２２    制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003692604.tif 000009
【図９】
0003692604.tif 000010
【図１０】
0003692604.tif 000011
【図１１】
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