(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの吸気弁と、燃焼室中央部分に配置した点火プラグと、２つの吸気弁間で燃焼室の側部から該燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、吸気に順タンブル流を付与した状態で圧縮行程中に燃料噴射を行うことにより成層燃焼を行うようにした筒内噴射式火花点火機関において、ピストン冠面の中央部に、吸気弁配置側から他方の排気弁配置側に向けて平面視で漸次広幅となるランド部を突出形成したことを特徴とする筒内噴射式火花点火機関。
【請求項２】
ランド部の上面を吸気弁配置側から排気弁配置側に向けて上向きに傾斜成形したことを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項３】
ランド部の排気弁配置側の端部に、平面視で該ランド部の吸気弁配置側から排気弁配置側に向けた方向の中心線上に稜線を持ち、該稜線を境に互いに反対方向に傾斜した隆起部を形成したことを特徴とする請求項１，２に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項４】
ランド部の排気弁配置側の端部に、排気弁の略下方位置で平面視でランド部の吸気弁配置側から排気弁配置側に向けた方向の中心線と直交する方向に稜線を持ち、該稜線を境に互いに反対方向に傾斜した隆起部を形成したことを特徴とする請求項１，２に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項５】
ランド部の吸気弁配置側の端部の略吸気弁下方位置に、ランド部上面になだらかに連なる凹曲部を形成したことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項６】
吸気弁の上流側に、順タンブル流を強制的に付与するタンブル強化手段を設けたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項７】
タンブル強化手段が、成層燃焼時に吸気路の略下半部を遮蔽し、均質燃焼時に吸気路を開放する部分遮蔽弁であることを特徴とする請求項６に記載の筒内噴射式火花点火機関。
【請求項８】
タンブル強化手段が、一端がスロットル弁上流に開口し、他端が吸気弁の略直上位置に開口したサブポートであることを特徴とする請求項６に記載の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】
本発明は筒内噴射式火花点火機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
筒内噴射式火花点火機関は周知のように、低負荷運転域では吸気に旋回流を付与した状態で圧縮行程中にピストン冠面に設けたキャビティ燃焼室に向けて燃料を噴射し、点火プラグ周りにのみ比較的濃い混合気を形成させることにより超稀薄な空燃比での成層燃焼を行わせるようにしたものであるが、このような筒内噴射式火花点火機関の中でも、例えば特開平６−８１６５１号公報に示されているように、吸気に付与される旋回流が吸気弁の略下方からピストン冠面側に向かい、該ピストン冠面で反転して燃焼室中央部の点火プラグ側に向かう流れとなる、所謂逆タンブル流を付与するようにしたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように成層燃焼時に吸気に逆タンブル流を付与するようにしたものでは、圧縮行程で吸気ポート開口部近傍の燃焼室側部からキャビティ燃焼室に向けて燃料を噴射すると、この燃料が逆タンブル流に乗ってキャビティ燃焼室に衝突し、該キャビティ燃焼室に燃料が液膜状に付着してスモークや未燃ＨＣの発生要因となると共に、付着した燃料がデポジットとして堆積してしまう可能性がある。
【０００４】
そこで、本発明はスモークや未燃ＨＣの発生を抑制できると共に、ピストン冠面へのデポジットの堆積を抑制できて安定した成層燃焼を行わせることができる筒内噴射式火花点火機関を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にあっては、２つの吸気弁と、燃焼室中央部分に配置した点火プラグと、２つの吸気弁間で燃焼室の側部から該燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、吸気に順タンブル流を付与した状態で圧縮行程中に燃料噴射を行うことにより成層燃焼を行うようにした筒内噴射式火花点火機関において、ピストン冠面の中央部に、吸気弁配置側から他方の排気弁配置側に向けて平面視で漸次広幅となるランド部を突出形成したことを特徴としている。
【０００６】
請求項２の発明にあっては、請求項１に記載のランド部の上面を吸気弁配置側から排気弁配置側に向けて上向きに傾斜成形したことを特徴としている。
【０００７】
請求項３の発明にあっては、請求項１，２に記載のランド部の排気弁配置側の端部に、平面視で該ランド部の吸気弁配置側から排気弁配置側に向けた方向の中心線上に稜線を持ち、該稜線を境に互いに反対方向に傾斜した隆起部を形成したことを特徴としている。
【０００８】
請求項４の発明にあっては、請求項１，２に記載のランド部の排気弁配置側の端部に、排気弁の略下方位置で平面視でランド部の吸気弁配置側から排気弁配置側に向けた方向の中心線と直交する方向に稜線を持ち、該稜線を境に互いに反対方向に傾斜した隆起部を形成したことを特徴としている。
【０００９】
請求項５の発明にあっては、請求項１〜４に記載のランド部の吸気弁配置側の端部の略吸気弁下方位置に、ランド部上面になだらかに連なる凹曲部を形成したことを特徴としている。
【００１０】
請求項６の発明にあっては、請求項１〜５に記載の吸気弁の上流側に、順タンブル流を強制的に付与するタンブル強化手段を設けたことを特徴としている。
【００１１】
請求項７の発明にあっては、請求項６に記載のタンブル強化手段が、成層燃焼時に吸気路の略下半部を遮蔽し、均質燃焼時に吸気路を開放する部分遮蔽弁であることを特徴としている。
【００１２】
請求項８の発明にあっては、請求項６に記載のタンブル強化手段が、一端がスロットル弁上流に開口し、他端が吸気弁の略直上位置に開口したサブポートであることを特徴としている。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ピストン冠面中央部のランド部が吸気弁配置側から排気弁配置側に向けて平面視で漸次広幅に形成されているため、吸気の順タンブル流は圧縮行程において排気弁配置側で容積の広いランド部両側方へ分流して吸気弁配置側へ向うと共に、該吸気弁配置側へ上方へ反転して燃料噴射弁付近において内向きとなって燃焼室中央部へ向うほぼ螺線状の対称形な渦となる。
【００１４】
従って、成層燃焼時にこの圧縮行程で燃料噴射弁から噴射される燃料は、前記ピストン冠面側から上方へ反転されて内向きのほぼ螺線状の対称形な渦となった順タンブル流によって上方へ偏向されてピストン冠面への付着が抑制、軽減されると共に、該ほぼ螺線状の対称形な渦の流れに乗って比較的濃い混合気となって燃焼室中央部分の点火プラグに向けて移送される。
【００１５】
この結果、ピストン冠面への燃料付着に起因するスモーク、未燃ＨＣの発生やデポジットの堆積を抑制できると共に、ガス流動の安定化および燃料の点火プラグへ向けての確実な移送によって安定した成層燃焼を行わせて燃焼のサイクル変動を抑制し出力を高めることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、ランド部の上面を吸気弁配置側から排気弁配置側に向けて上向きに傾斜成形してあるため、成層燃焼時に圧縮行程で燃料噴射弁から噴射された燃料のうちピストン冠面方向へ飛散した燃料噴霧を、このランド部上面の傾斜に沿って上方の燃焼室中央部分の点火プラグ方向へ集めることができ、より安定した成層燃焼を行わせることができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１，２の発明の効果に加えて、ランド部の排気弁配置側の端部には、平面視で該ランド部の吸気弁配置側から排気弁配置側に向けた方向の中心線上に稜線を持ち、該稜線を境に互いに反対方向に傾斜した隆起部を形成してあるため、該隆起部によって圧縮行程で吸気の順タンブル流がランド部両側方へ分流するのを強化することができて、ほぼ螺線状の対称形な渦のガス流動をより一層安定化することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１，２の発明の効果に加えて、ランド部の排気弁配置側の端部には、排気弁の略下方位置で平面視でランド部の吸気弁配置側から排気弁配置側に向けた方向の中心線と直交する方向に稜線を持ち、該稜線を境に互いに反対方向に傾斜した隆起部を形成してあるため、成層燃焼時に圧縮行程で燃料噴射弁から噴射されてピストン冠面方向へ飛散した燃料噴霧を、この隆起部の傾斜に沿って上方の燃焼室中央部分の点火プラグ方向へより付勢した状態で跳ね上げて集めることができると共に、ピストン冠面の燃料膜の剥離を積極的に行わせることができて、スモーク、未燃ＨＣの発生およびデポジットの堆積をより確実に抑制できて安定した成層燃焼を行わせることができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４の発明の効果に加えて、ランド部の吸気弁配置側の端部の略吸気弁下方位置には、ランド部上面になだらかに連なる凹曲部を形成してあるため、圧縮行程で燃料噴射弁から噴射されて略吸気弁下方のピストン冠面方向へ飛散した燃料噴霧を、この凹曲部の曲面に沿って上方の燃焼室中央部分の点火プラグ方向へ更に付勢した状態で跳ね上げて集めることができると共に、ピストン冠面の燃料膜の剥離を積極的に行わせることができて、スモーク、未燃ＨＣの発生およびデポジットの堆積を更に確実に抑制できてより一層安定した成層燃焼を行わせることができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜５の発明の効果に加えて、吸気弁の上流側にはタンブル強化手段を設けてあるため、吸気に強い順タンブル流を付与することができて成層燃焼運転領域を広くすることができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、請求項６の発明の効果に加えて、タンブル強化手段を部分遮蔽弁で構成してあるため、構造が簡単でコスト的に有利に得ることができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明によれば、請求項６の発明の効果に加えて、タンブル強化手段を、一端がスロットル弁上流に開口し、他端が吸気弁の略直上位置に開口したサブポートとして構成してあるため、該サブポートからの吸気によってより強い順タンブル流を形成することができ、従って、順タンブル流が形成しづらい低回転時等でも確実に順タンブル流を形成できて成層燃焼を安定化することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【００２４】
図１〜４において、１はシリンダブロック、２はピストン、３はシリンダヘッド、４はこれらシリンダブロック１，ピストン２およびシリンダヘッド３とで形成された燃焼室を示す。
【００２５】
シリンダヘッド３は２つの吸気弁５と、該吸気弁５と対向配置した２つの排気弁６とを備え、一側の吸気ポート７から吸気して他側の排気ポート８から排気するクロスフローポート構造としてある。
【００２６】
吸気ポート７は排気ポート８と同様に略水平方向に形成して、燃焼室４内で吸気に順タンブル流を形成し易いようにしてある。
【００２７】
また、吸気弁５の上流側、具体的には吸気マニホールド９には成層燃焼時に順タンブル流を強制的に付与するタンブル流強化手段１０を配設してある。
【００２８】
このタンブル強化手段１０として本実施形態では、成層燃焼時に吸気路としての吸気マニホールド９の略下半部を遮蔽し、均質燃焼時に該吸気マニホールド９を開放する部分遮蔽弁１１を用いている。
【００２９】
シリンダヘッド３には燃焼室４の略中央部に点火プラグ１２を配設してあると共に、該燃焼室４の側部に２つの吸気ポート７，７の開口部間近傍に燃料噴射弁１３を配設して、該燃料噴射弁１３から直接燃焼室４に燃料を噴射するようにしてある。
【００３０】
一方、ピストン２の冠面には、その中央部に吸気弁配置側から排気弁配置側に向けて平面視で漸次広幅となるランド部２０を突出して形成してある。
【００３１】
このランド部２０は上面を平坦に形成してあり、本実施形態ではランド部２０の両側部をピストン２の冠面の一般的な基準面に緩やかな曲面で連なるようにしてあるが、該一般的な基準面とは傾斜面で連なるように形成してもよい。
【００３２】
以上の実施形態の構造によれば、図５の（イ）に示すように吸気行程で吸気弁５が開弁することによって燃焼室４に吸気ポート７の燃焼室中央寄りから吸気されて下方に向かう順タンブル流ａが形成されるが、ピストン２の冠面のランド部２０が吸気弁配置側から排気弁配置側に向けて平面視で漸次広幅に形成されているため、この順タンブル流ａは図３に示すように圧縮行程において排気弁配置側で容積の広いランド部２０の両側方へ分流して吸気弁配置側へ向うと共に、該吸気弁配置側で上方へ反転して燃料噴射弁１３付近において内向きとなって燃焼室４の中央部へ向うほぼ螺線状の対称形な渦となる。
【００３３】
従って、成層燃焼時にこの圧縮行程で図５の（ロ），（ハ）および図１に示すように燃料噴射弁１３から噴射される燃料は、前記ピストン２の冠面側から上方へ反転されて内向きのほぼ螺線状の対称形な渦となった順タンブル流によって上方へ偏向されるようになってピストン２の冠面への付着が回避されると共に、該ほぼ螺線状の対称形な渦の流れに乗って燃焼室中央部分の点火プラグ１２に向けて移送され図５の（ニ）に示すように該点火プラグ１２周りに比較的濃い空燃比の混合気を分布させることができて、全体としては超稀薄な空燃比での成層燃焼を行わせることができる。
【００３４】
この結果、ピストン２冠面への燃料付着に起因するスモーク、未燃ＨＣの発生やデポジットの堆積を抑制できると共に、ガス流動の安定化および燃料の点火プラグ１２へ向けての確実な移送によって安定した成層燃焼を行わせて燃焼サイクル変動を抑制し出力を高めることができる。
【００３５】
特に、本実施形態では吸気マニホールド９に成層燃焼時に順タンブル流を強制的に付与するタンブル強化手段１０を配設してあるため、吸気に強い順タンブル流を付与することができて成層燃焼運転領域を広くすることができる。
【００３６】
しかも、このタンブル強化手段１０は前述のように、成層燃焼時に吸気マニホールド９の略下半部を遮蔽して該吸気マニホールド９の略上半部より吸気の流通を行わせ、均質燃焼時には該吸気マニホールド９を開放する部分遮蔽弁１１で構成してあるため、構造が簡単でコスト的に有利に得ることができる。
【００３７】
一方、高負荷域を始めとしてエンジン始動時やエンジン冷間時は吸気行程で燃料噴射弁１３より燃料を噴射させ、気化の促進と混合気の均質化を行わせて均質燃焼を行わせるが、この均質燃焼時にあっては前述のように吸気ポート７の配置構成によって燃焼室４に吸気ポート７の燃焼室中央寄りから吸入されて下方に向かう順タンブル流ａが形成されることによって、該吸気行程で燃料噴射弁１３から燃料を噴射した場合に、燃料噴霧は下向きの順タンブル流に乗るため点火プラグ１２の燃料被りを回避し、くすぶりを防止して未燃ＨＣの排出を抑制できることは勿論、圧縮行程では順タンブル流ａがピストン２冠面のランド部２０によって内向きのほぼ螺線状の対称形な渦となることから混合気の均質化を良好に行わせることができて、均質燃焼の安定化を図ることができる。
【００３８】
図６〜１２はピストン冠面のランド部２０の各異なる例を示すもので、図６に示す実施形態にあっては、ピストン２の冠面に突出して形成したランド部２０の上面を、吸気弁配置側から排気弁配置側に向けて上向きに傾斜成形してある。
【００３９】
従って、この実施形態の構造によれば、成層燃焼時に圧縮行程で燃料噴射弁１３から噴射された燃料は前述のように内向きのほぼ螺線状の対称形な渦となった順タンブル流ａにより、全体として点火プラグ１２側へ偏向される傾向となるものの、この噴射された燃料のうちピストン冠面方向へ飛散した燃料噴霧はランド部２０の上面の傾斜によって上方の燃焼室４中央部分の点火プラグ１２方向へ積極的に集めることができて、より安定した成層燃焼を行わせることができる。
【００４０】
図７，８に示す実施形態にあっては、ランド部２０の排気弁配置側の端部に、平面視で該ランド部２０の吸気弁配置側から排気弁配置側に向けた方向の中心線上に稜線を持ち、該稜線を境に互いに反対方向に、即ち、エンジン前後方向に傾斜した隆起部２１を形成してある。
【００４１】
この実施形態の構造によれば、前記隆起部２１によって圧縮行程で吸気の順タンブル流ａがランド部２０の左右両側方へ分流するのを強化することができるため、ウイング状の双子渦のガス流動をより一層安定化することができて成層燃焼時の出力向上に大きく寄与することができる。
【００４２】
図９，１０に示す実施形態にあっては、ランド部２０の排気弁配置側の端部に、排気弁６の略下方位置で平面視してランド部２０の吸気弁配置側から排気弁配置側に向けた方向の中心線と直交する方向に稜線を持ち、該稜線を境に互いに反対方向に、即ち、エンジン左右方向に傾斜した隆起部２２を形成してある。
【００４３】
この実施形態の構造によれば、成層燃焼時に圧縮行程で燃料噴射弁１３から噴射されてピストン冠面方向へ飛散した燃料噴霧を、前記隆起部２２の図で示す左側の面の傾斜に沿って上方の燃焼室４中央部分の点火プラグ１２方向へより付勢した状態で跳ね上げて集めることができると共に、ピストン冠面の燃料膜の剥離を積極的に行わせることができ、スモーク、未燃ＨＣの発生およびデポジットの堆積をより確実に抑制できて安定した成層燃焼を行わせることができる。
【００４４】
図１１，１２に示す実施形態にあっては、ランド部２０の吸気弁配置側の端部の略吸気弁下方位置に、ランド部２０の上面になだらかに連なる凹曲部２３を形成してある。
【００４５】
この実施形態の構造によれば、成層燃焼時に圧縮行程で燃料噴射弁１３から噴射された燃料のうち、略吸気弁５の下方のピストン冠面方向へ飛散した燃料噴霧を、前記凹曲部２３の曲面に沿って上方の燃焼室４中央部分の点火プラグ１２方向へ更に付勢して跳ね上げて集めることができると共に、この実施形態の場合もピストン冠面の燃料膜の剥離を積極的に行わせることができ、スモーク、未燃ＨＣの発生およびデポジットの堆積をより確実に抑制できて安定した成層燃焼を行わせることができる。
【００４６】
前記ピストン冠面のランド部２０の構造は前記各実施形態のものに限定されることはなく、請求項に記載した範囲で任意に組合わせることができる。
【００４７】
図１３，１４はタンブル強化手段１０の異なる実施形態を示している。
【００４８】
この実施形態にあっては、吸気マニホールド９から吸気ポート７に亘って、一端がスロットル弁１４の上流に開口し、他端が吸気弁５の略直上位置に開口したサブポート２４を設けて、該サブポート２４をタンブル強化手段１０としている。
【００４９】
この実施形態の構造によれば、成層燃焼を行う低負荷域ではスロットル弁１４の上流と吸気ポート７の吸気弁５近傍との間に生じる比較的大きな差圧によって、吸気弁５の略直上位置に開口したサブポート２４から流速の高い吸気が行われることから、燃焼室４でより強い順タンブル流ａを形成することができ、従って、順タンブル流ａが形成しづらい低回転時等でも確実に順タンブル流ａを形成できて成層燃焼を安定化することができる。尚、サブポート２４の上流側開口部をスロットル弁下流とし、前記サブポート上流側開口部の下流側の各吸気ポート部に、通路の開閉を行うごく一般的な開閉弁を設けた場合でも同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る筒内噴射式火花点火機関を示す断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図。
【図３】ピストン冠面に設けたランド部の第１実施形態を示す平面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図５】同実施形態における成層燃焼時の燃料噴霧の挙動を表す模式図で、（イ）は吸気行程を、（ロ），（ハ）は圧縮行程における燃料噴射時期を、（ニ）は点火時期を示す。
【図６】ランド部の第２実施形態を示す断面図。
【図７】ランド部の第３実施形態を示す平面図。
【図８】図７のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図９】ランド部の第４実施形態を示す平面図。
【図１０】図９のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図１１】ランド部の第５実施形態を示す平面図。
【図１２】図１１のＥ−Ｅ線に沿う断面図。
【図１３】タンブル強化手段の異なる実施形態を示す断面図。
【図１４】図１３のＦ−Ｆ線矢視図。
【符号の説明】
２  ピストン
４  燃焼室
５  吸気弁
６  排気弁
７  吸気ポート（吸気路）
９  吸気マニホールド（吸気路）
１０  タンブル強化手段
１１  遮蔽弁
１２  点火プラグ
１３  燃料噴射弁
１４  スロットル弁
２０  ランド部
２１  エンジン前後方向に傾斜した隆起部
２２  エンジン左右方向に傾斜した隆起部
２３  凹曲部
２４  サブポート
【図１】
0003937545.tif 000002
【図２】
0003937545.tif 000003
【図３】
0003937545.tif 000004
【図４】
0003937545.tif 000005
【図５】
0003937545.tif 000006
【図６】
0003937545.tif 000007
【図７】
0003937545.tif 000008
【図８】
0003937545.tif 000009
【図９】
0003937545.tif 000010
【図１０】
0003937545.tif 000011
【図１１】
0003937545.tif 000012
【図１２】
0003937545.tif 000013
【図１３】
0003937545.tif 000014
【図１４】
0003937545.tif 000015