(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン頂面とシリンダヘッド内壁との間に形成された燃焼室の吸気側壁面に燃料噴射弁を配設し、該燃料噴射弁により燃焼室内に燃料を直接噴射し、前記燃焼室のピストン頂面と対向するシリンダヘッド内壁下面の略中心部に点火プラグを配設し、該点火プラグによって火花点火を行う筒内直噴式内燃機関において、
前記燃焼室の内周壁に沿う吸気のスワール流を発生させるスワール流発生手段を吸気通路に設ける一方、
前記ピストン頂面であって、前記燃料噴射弁と前記点火プラグとを結ぶ線の下方位置に開口部が上面に形成された略円筒形状の陥凹部を形成し、
該陥凹部の内底面を、前記燃焼室の内周壁に沿いかつ前記燃焼室内で前記開口部上方を流れる前記吸気スワール流の下流方向に低位となる傾斜面に形成したことを特徴とする筒内直噴式内燃機関。
【請求項２】
前記開口部は円形に形成されたことを特徴とする請求項１記載の筒内直噴式内燃機関。
【請求項３】
前記開口部は楕円形に形成されたことを特徴とする請求項１記載の筒内直噴式内燃機関。
【請求項４】
前記スワール流発生手段は、吸気通路に配設されたスワールコントロールバルブから構成され、該スワールコントロールバルブは、バルブ本体と該バルブ本体を吸気通路壁に回動自由に支承する回動支軸とから構成され、バルブ本体には、その一部を切除して形成した開口部が形成されたことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の筒内直噴式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内に燃料を直接噴射し、点火プラグによって火花点火を行う筒内直噴式内燃機関に関し、詳しくは、ピストンの頂面形状改善による燃焼性向上技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の筒内直噴式内燃機関における燃焼室の構造としては、図９に示すようなものがある（特開平６−８１６５１号公報参照）。
即ち、このものは、ピストン１の頂面１Ａとシリンダヘッド２下面との間に形成される燃焼室３内における、吸気ポート７からの吸気の逆タンブル渦流６の発生を助長するため、ピストン頂面１Ａの一側（例えば吸気側）部分に、下に凸の曲面を有した凹所４を形成すると共に、この凹所４からなだらかに隆起してピストン１の上死点においてシリンダヘッド２下面に近接する隆起部５を形成したものであり、前記吸気の逆タンブル渦流６の作用と、ピストン頂面１Ａの凹所４の作用との相乗作用により、圧縮行程にて燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が点火プラグに効率良く移送されるようにして、混合気の成層化を図り、希薄燃焼を可能としたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の筒内直噴式内燃機関における燃焼室構造にあっては、燃焼室３に流入する吸気流は、その旋回方向が、吸気弁→ピストン１→排気弁という順序となる、所謂逆タンブル渦流であるため、このような逆タンブル渦流を生じさせるべく、吸気ポート７の燃焼室に対する連通方向がシリンダヘッド２上方から下向き成分の強い方向となる。
【０００４】
このため、吸気ポートの燃焼室に対する連通方向がシリンダヘッド側方からである一般的なレイアウトと比較して、機関の全高が高くなる等の問題点があった。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、筒内直噴式内燃機関におけるピストン頂面形状の改善を図り、このピストン頂面形状と燃料噴射弁並びに点火プラグとの関係により、従来の問題点を解消しつつ、混合気の成層化を図って希薄燃焼を可能とすることを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
ピストン頂面とシリンダヘッド内壁下面との間に形成された燃焼室の吸気側壁面に燃料噴射弁を配設し、該燃料噴射弁により燃焼室内に燃料を直接噴射し、前記燃焼室のピストン頂面と対向するシリンダヘッド内壁下面の略中心部に点火プラグを配設し、該点火プラグによって火花点火を行う筒内直噴式内燃機関において、
前記燃焼室の内周壁に沿う吸気のスワール流を発生させるスワール流発生手段を吸気通路に設ける一方、
前記ピストン頂面であって、前記燃料噴射弁と前記点火プラグとを結ぶ線の下方位置に開口部が上面に形成された略円筒形状の陥凹部を形成し、
該陥凹部の内底面を、前記燃焼室の内周壁に沿いかつ前記燃焼室内で前記開口部上方を流れる前記吸気スワール流の下流方向に低位となる傾斜面に形成した。
【０００６】
かかる請求項１に係る発明の作用を説明すると、吸気流は燃焼室内周壁に沿うスワール流となって旋回するが、該スワール流の一部は略円筒形状の陥凹部に導かれ、該陥凹部内でその内周面に沿う小さな旋回流を生じる。従って噴射供給された燃料噴霧は始めから有していた運動量とスワール流の影響を受けて陥凹部のスワール流下流側、即ち内底面の低位側に偏在して燃料蒸気となり、始めから有していた運動量と陥凹部内の空気の旋回運動の相互作用により、陥凹部内底面付近を陥凹部の内周面に沿って旋回しながら点火プラグに達する。
【０００７】
以上のような陥凹部の働きにおいて、陥凹部の内底面と内周面との境界線は、これに沿って燃料蒸気が運動するため重要な要素である。即ち、前記陥凹部の内底面と内周面との境界線は、燃料蒸気をガイドする役割を担っている。
かかる発明では、陥凹部の内底面を、燃焼室内壁に沿いかつ前記燃焼室内で前記開口部上方を流れる吸気スワール流の下流方向に低位となる傾斜面に形成することで、陥凹部内底面に達した燃料噴霧が、始めから有していた運動量と陥凹部内の空気のスワール運動の相互作用により、陥凹部内底面付近を陥凹部の低位側内周面に沿って旋回しながら点火プラグに至る際に、燃料蒸気が点火プラグによる点火時期近くまで陥凹部からはみ出し難くなり、かつ点火時期近くにおいて、陥凹部内周壁の案内を受けて、燃料蒸気がより点火プラグを指向し効率よく移送される。
【０００８】
請求項２及び３に係る発明は、
前記開口部を円形或いは楕円形に形成した。
請求項４に係る発明は、
前記スワール流発生手段を、吸気ポートに配設されたスワールコントロールバルブから構成し、該スワールコントロールバルブを、バルブ本体と該バルブ本体を吸気ポート壁に回動自由に支承する回動支軸とから構成し、バルブ本体には、その一部を切除して形成した開口部を形成した。
【０００９】
請求項５に係る発明は、
ピストン頂面に形成した陥凹部の内底面を吸気スワール流の下流方向に低位となる傾斜面に形成するにより、陥凹部内底面に達した燃料蒸気が、陥凹部内底面付近を陥凹部の内周面に沿って旋回しながら点火プラグに至る際に、点火時期近くまで陥凹部からはみ出し難くし、かつ点火時期近くにおいて燃料蒸気が点火プラグを指向して運動し易くした。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、
機関の圧縮行程にて燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が点火プラグに効率良く移送されるようになり、燃料噴霧がより集中的に点火プラグ周りに集められて成層燃焼が効果的に行われ、希薄燃焼が可能となる。
【００１１】
従って、例えば、機関のアイド運転時やリーン運転領域での機関安定性を高める効果を奏することができる。
又、吸気スワール流により、陥凹部内に吸気旋回流を形成し、これにより燃料噴霧を点火プラグに移送する構成を可能としたため、逆タンブル渦流を生じさせる必要をなくせ、吸気ポートの燃焼室に対する連通方向をシリンダヘッド上方とする必要もなく、機関の全高が高くなる等の問題点も発生しない。
【００１２】
請求項２及び３に係る発明によれば、
陥凹部内底面に達した燃料噴霧が、陥凹部内底面付近を陥凹部の内周面に沿って効率良く旋回しながら点火プラグに至り、燃料蒸気がより集中的に点火プラグ周りに集められる。
請求項４に係る発明によれば、
スワール流を燃焼室内に簡単な構成で生成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１〜図３は、本発明の筒内直噴式内燃機関の一実施形態を示すシリンダ構造の断面図であり、ピストン１０の頂面１０Ａとシリンダヘッド１１下面との間には燃焼室１２が形成され、この燃焼室１２の上部のシリンダヘッド１１壁、即ち、シリンダヘッド１１下部に形成されたシリンダヘッド燃焼室１２Ａの壁には並列する２つの吸気ポート１３と並列する２つの排気ポート１４とが設けられ、各吸気ポート１３には吸気弁１５が、各排気ポート１４には排気弁（図示せず）が、夫々配設されている。
【００１４】
シリンダヘッド１１の吸気ポート１３形成側壁面の両吸気ポート１３間には、燃料噴射弁１７がピストン頂面１０Ａに対して適切な角度を持つように配設され、燃焼室１２のピストン頂面１０Ａと対向するシリンダヘッド１１の内壁下面、即ち、燃焼室１２Ａの上壁面の略中心部には、点火プラグ１８が配設されている。
【００１５】
ここで、本発明においては、図１及び図３に示すように、燃焼室１２内において吸気のスワール流を発生させるスワール流発生手段を吸気通路１９に設ける。このスワール流発生手段は、吸気通路１９に配設されたスワールコントロールバルブ２０から構成される。このスワールコントロールバルブ２０は、バルブ本体２０Ａと該バルブ本体２０Ａを吸気通路１９壁に回動自由に支承する回動支軸２０Ｂとから構成され、バルブ本体２０Ａには、その一部を切除して形成した開口部２０ａが形成されている。
【００１６】
又、本発明においては、図に示すように、ピストン頂面１０ａであって燃料噴射弁１７と点火プラグ１８とを結ぶ線の下方の位置に略円形若しくは略楕円形の開口部２１Ａ（本実施形態では円形の開口部）が上面に形成された略円筒形状の陥凹部２１を形成し、この陥凹部２１の内底面を、前記吸気通路１９のスワールコントロールバルブ２０により燃焼室１２の内壁に沿いかつ前記開口部上方を流れる吸気スワール流（図１の矢印Ｓ）の下流方向に向け低位となる傾斜面２１Ｂに形成するようにしている。
【００１７】
次に、かかる構成の作用について説明する。
図１〜図３は、成層燃焼を狙って機関の圧縮行程の後半に燃料を燃料噴射弁１７から噴射した場合における噴射終了時点の燃焼室１２の状況を示している。
燃料噴射弁１７から噴射された燃料噴霧は、吸気通路１９の内部に設けられたスワールコントロールバルブ２０の作用により燃焼室１２内部に生成された吸気の燃焼室周壁に沿うスワール流によって、スワール流の下流方向に流れながら、ピストン頂面１０Ａに形成された陥凹部２１に流入する。
【００１８】
前記陥凹部２１に流入した燃料は、燃焼室１２内の空気によって、或いはピストン１０壁面との熱交換によって直ちに気化し、燃料蒸気となる。
図７及び図８はこのときのピストン１０の陥凹部２１における内部の燃料蒸気Ｆの位置を示している。
図７は本発明の陥凹部２１の内底面を傾斜面２１Ｂに形成するようにした場合、図８は陥凹部２１の内底面を平坦面２１Ｃに形成するようにした場合であり、燃焼室１２内のスワール流に搬送されて燃料蒸気Ｆは陥凹部２１内において該スワール流の下流側に偏在しながら陥凹部２１内底面に達する。
【００１９】
図４〜図６は、この後のＴＤＣ付近の燃料蒸気Ｆの位置を示しており、燃料蒸気Ｆは陥凹部２１内底面に達した後、燃料噴霧が始めから有していた運動量と燃焼室１２内のスワール流によって生じ陥凹部２１内の空気の旋回運動の相互作用により、陥凹部２１内底面付近を陥凹部２１の内周面に沿ってピストン上面から見て図で反時計廻りに旋回しながら点火プラグ１８に達する。
【００２０】
以上のような陥凹部２１の働きにおいて、陥凹部２１内底面と内周面との境界線Ｂは、これに沿って燃料蒸気が運動するため重要な要素である。即ち、境界線Ｂは、燃料蒸気Ｆをガイドする役割を担っている。
ここで、本発明では、陥凹部２１の内底面を、図８の平坦面に対し図７に示すように、傾斜面２１Ｂに形成するようにして、陥凹部２１内底面と内周面との境界線Ｂが持つ燃料蒸気Ｆのガイド作用を強化するようにしている。
【００２１】
即ち、図７に示すように、陥凹部２１の内底面を、燃焼室内周壁に沿いかつ前記燃焼室内で前記開口部上方を流れる吸気スワール流の下流方向に低位となる傾斜面２１Ｂに形成することで、陥凹部２１の内底面において、吸気スワール流の上流側の深さｈ1 に対して下流側の深さｈ2 を大きくすることにより、陥凹部２１内底面に達した燃料蒸気Ｆが、燃料噴霧が始めから有していた運動量と陥凹部２１内の空気の旋回運動の相互作用により、陥凹部２１内底面付近を陥凹部２１の内周面に沿って図で反時計方向に旋回しながら点火プラグ１８に導かれる際に、点火プラグ１８による点火時期近くまで陥凹部２１からはみ出し難くなり、かつ点火時期近くにおいて燃料蒸気がより点火プラグ１８を指向して運動し易くなる。
以上
【００２２】
この結果、圧縮行程にて燃料噴射弁１７から噴射された燃料噴霧が点火プラグ１８に効率良く移送されるようになり、燃料噴霧がより集中的に点火プラグ１８周りに集められて成層燃焼が効果的に行われ、希薄燃焼が可能となる。
従って、例えば、機関のアイドル運転時やリーン運転領域での機関安定性を高める効果を奏することができる。
【００２３】
又、スワール流及び該スワール流によって生じる陥凹部２１内の内周壁並びに内底面により、燃料噴霧を点火プラグ１８に移送する構成を可能としたため、逆タンブル渦流を生じさせる必要をなくせ、吸気通路の燃焼室に対する連通方向をシリンダヘッド上方とする必要もなく、機関の全高が高くなる等の問題点も発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す平面図
【図２】同正面図
【図３】同側面図
【図４】ＴＤＣ付近の燃料蒸気の位置を示す平面図
【図５】同正面図
【図６】同側面図
【図７】本発明の陥凹部の内底面を傾斜面に形成するようにした場合の図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図
【図８】陥凹部の内底面を平坦面に形成するようにした場合の図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図
【図９】従来の筒内直噴式内燃機関の燃焼室構造を示す概略図
【符号の説明】
１０  ピストン
１０Ａ  ピストン頂面
１１  シリンダヘッド
１２  燃焼室
１７  燃料噴射弁
１８  点火プラグ
２１  陥凹部
２１Ａ  開口部
２１Ｂ  傾斜面
【図１】
0003580026.tif 000002
【図２】
0003580026.tif 000003
【図３】
0003580026.tif 000004
【図４】
0003580026.tif 000005
【図５】
0003580026.tif 000006
【図６】
0003580026.tif 000007
【図７】
0003580026.tif 000008
【図８】
0003580026.tif 000009
【図９】
0003580026.tif 000010