(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の中心で垂直線に対して偏心噴射するように設置されるインジェクタと、前記燃焼室の吸気ポートの下部に超希薄燃料の燃焼時に点火が行われるように設置される第１点火プラグと、前記インジェクタの一側に理論空燃比で噴霧された燃料を点火するように設置される第２点火プラグと、前記燃焼室を昇降するピストンの上面中心から第１点火プラグ側に偏って窪んで形成される空洞部とを有して構成され、前記空洞部は、前記第２点火プラグと前記インジェクタの位置に対応するピストンヘッド上の点を連結する線を上面中心線とし、前記インジェクタを中心にしてピストンの前記上面中心線の左側に偏って形成される第１部分と、この第１部分から中心線の右側に前記インジェクタ付近に第１部分より小さく形成される第２部分と、この第２部分の外側周辺に形成されピストンの昇降時に空気を押し上げるスキッシュエリアとを有して構成されることを特徴とする内燃機関の直接噴射式燃焼室構造。
【請求項２】
燃焼室の中心で垂直線に対して偏心噴射するように設置されるインジェクタと、前記燃焼室の吸気ポートの下部に超希薄燃料の燃焼時に点火が行われるように設置される第１点火プラグと、前記インジェクタの一側に理論空燃比で噴霧された燃料を点火するように設置される第２点火プラグと、前記燃焼室を昇降するピストンの上面中心から第１点火プラグ側に偏って窪んで形成される空洞部とを有して構成され、前記空洞部は、前記第２点火プラグと前記インジェクタの位置に対応するピストンヘッド上の点を連結する線を上面中心線とし、前記インジェクタを中心にしてピストンの前記上面中心線の左側に偏って形成される第１部分と、この第１部分から前記上面中心線の右側に第１部分より小さい直径で前記インジェクタの下部に形成される第２部分と、この第２部分の周縁にスキッシュ流動が前記インジェクタの下部まで到達するように拡張形成されるスキッシュエリアとを有して構成されることを特徴とする内燃機関の直接噴射式燃焼室構造。
【請求項３】
燃焼室の中心で垂直線に対して偏心噴射するように設置されるインジェクタと、前記燃焼室の吸気ポートの下部に超希薄燃料の燃焼時に点火が行われるように設置される第１点火プラグと、前記インジェクタの一側に理論空燃比で噴霧された燃料を点火するように設置される第２点火プラグと、空洞部とを有して構成され、前記空洞部は、前記インジェクタを中心にして第１点火プラグの下部まで楕円形に拡張形成される第１部分と、この第１部分の反対側に第１部分と対称的に形成される第２部分と、この第２部分の外側に形成されるスキッシュエリアとを有して構成されることを特徴とする内燃機関の直接噴射式燃焼室構造。
【請求項４】
燃焼室の中心で垂直線に対して偏心噴射するように設置されるインジェクタと、前記燃焼室の吸気ポートの下部に超希薄燃料の燃焼時に点火が行われるように設置される第１点火プラグと、前記インジェクタの一側に理論空燃比で噴霧された燃料を点火するように設置される第２点火プラグと、空洞部とを有して構成され、前記空洞部は前記第２点火プラグと前記インジェクタの位置に対応するピストンヘッド上の点を連結する線を上面中心線とし、前記インジェクタを中心にしてピストンの前記上面中心線の左側に形成される第１部分５４と右側に形成される第２部分５６とを含み、第１部分５４をスキッシュエリアとして形成する楕円形の突出部５２と、前記楕円形の突出部５２の内部が窪んだ空洞部５８とを含むことを特徴とする内燃機関の直接噴射式燃焼室構造。
【請求項５】
燃焼室の中心で垂直線に対して偏心噴射するように設置されるインジェクタと、前記燃焼室の吸気ポートの下部に超希薄燃料の燃焼時に点火が行われるように設置される第１点火プラグと、前記インジェクタの一側に理論空燃比で噴霧された燃料を点火するように設置される第２点火プラグと、前記燃焼室を昇降するピストンの上面中心から第１点火プラグ側に偏って窪んで形成される空洞部とを有して構成され、前記空洞部は、ピストンの上面に突出形成される突出部と、この突出部の中心線上で第１点火プラグ側に近接するように延長形成される第１部分と、前記突出部の中心線上に沿って長く形成され第１部分に連結される第２部分と、前記第１部分と第２部分との連結部分が突出して形成される突出敷居とを有して構成されることを特徴とする内燃機関の直接噴射式燃焼室構造。
【請求項６】
燃焼室の中心で垂直線に対して偏心噴射するように設置されるインジェクタと、前記燃焼室の吸気ポートの下部に超希薄燃料の燃焼時に点火が行われるように設置される第１点火プラグと、前記インジェクタの一側に理論空燃比で噴霧された燃料を点火するように設置される第２点火プラグと、前記燃焼室を昇降するピストンの上面中心から第１点火プラグ側に偏って窪んで形成される空洞部とを有して構成され、前記空洞部は、ピストンの上面に形成される突出部の中心線上で第１点火プラグ側に延長して楕円形に形成される第１部分と、この第１部分に連結される突出部の中心線上で第１部分と連結される円形の第２部分とを有して構成されることを特徴とする内燃機関の直接噴射式燃焼室構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の直接噴射式燃焼室構造に係り、より詳しくは、燃焼室の中央で直接噴射し、吸気ポートの下部及びインジェクタの周囲で２つの点火プラグによって点火するようにして、希薄燃焼における空燃比を大幅に上まわる超希薄燃料の安定した燃焼が行われるようにした内燃機関の直接噴射式燃焼室構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は従来の技術による直接噴射式燃焼室構造を示した図であり、また、図１４は図１３のＸ−Ｘ  線に沿った断面図であって、エンジンの燃焼室２に燃料を直接噴射するインジェクタ４と、噴射された燃料を圧縮することによってスワールを発生させピストン８の上面に、所定の形状に形成される空洞部６とを有している。また、燃焼室２の中心に点火プラグ１０を設置してスワールする燃料を点火する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように構成される直接噴射式燃焼室構造において、インジェクタ４によって中速時に噴射された燃料は、エンジンの回転数に応じて昇降が変化するピストン８の空洞部６によってスワールの発生状況が変わりその噴射方向が変化する。従って、従来の技術で噴霧燃料の噴射方向がエンジンの回転数に応じて変化するため、適正なピストンの形状を選択することが難しいという問題点がある。さらに、中速時に超希薄燃料の噴射方向が変化するため燃焼が難しいという問題点がある。
【０００４】
本発明は前記従来の技術の問題点を解消するためのものであって、本発明の目的は燃焼室の中央で直接噴射し、吸気ポートの下部及びインジェクタの周囲で２つの点火プラグによって点火するようにして超希薄燃料の安定した燃焼が行われるようにした内燃機関の直接噴射式燃焼室構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を実現するための本発明は、燃焼室の中心で垂直線に対して偏心噴射するように設置されるインジェクタと、前記燃焼室の吸気ポートの下部に超希薄燃料の燃焼時に点火が行われるように設置される第１点火プラグと、前記インジェクタの一側に理論空燃比で噴霧された燃料を点火するように設置される第２点火プラグと、前記燃焼室を昇降するピストンの上面中心から第１点火プラグ側に偏って窪んで形成される空洞部とを有して構成され、前記空洞部は、前記第２点火プラグと前記インジェクタの位置に対応するピストンヘッド上の点を連結する線を上面中心線とし、前記インジェクタを中心にしてピストンの前記上面中心線の左側に偏って形成される第１部分と、この第１部分から中心線の右側に前記インジェクタ付近に第１部分より小さく形成される第２部分と、この第２部分の外側周辺に形成されピストンの昇降時に空気を押し上げるスキッシュエリアとを有して構成される内燃機関の直接噴射式燃焼室構造を提供する。
【０００６】
本発明の他の実施の形態によると、燃焼室の中心で垂直線に対して偏心噴射するように設置されるインジェクタと、前記燃焼室の吸気ポートの下部に超希薄燃料の燃焼時に点火が行われるように設置される第１点火プラグと、前記インジェクタの一側に理論空燃比で噴霧された燃料を点火するように設置される第２点火プラグと、前記燃焼室を昇降するピストンの上面中心から第１点火プラグ側に偏って窪んで形成される空洞部とを有して構成され、前記空洞部は、前記第２点火プラグと前記インジェクタの位置に対応するピストンヘッド上の点を連結する線を上面中心線とし、前記インジェクタを中心にしてピストンの前記上面中心線の左側に偏って形成される第１部分と、この第１部分から前記上面中心線の右側に第１部分より小さい直径で前記インジェクタの下部に形成される第２部分と、この第２部分の周縁にスキッシュ流動が前記インジェクタの下部まで到達するように拡張形成されるスキッシュエリアとを有して構成される内燃機関の直接噴射式燃焼室構造を提供する。
【０００７】
本発明の他の実施の形態によると、燃焼室の中心で垂直線に対して偏心噴射するように設置されるインジェクタと、前記燃焼室の吸気ポートの下部に超希薄燃料の燃焼時に点火が行われるように設置される第１点火プラグと、前記インジェクタの一側に理論空燃比で噴霧された燃料を点火するように設置される第２点火プラグと、空洞部とを有して構成され、前記空洞部は、前記インジェクタを中心にして第１点火プラグの下部まで楕円形に拡張形成される第１部分と、この第１部分の反対側に第１部分と対称的に形成される第２部分と、この第２部分の外側に形成されるスキッシュエリアとを有して構成される内燃機関の直接噴射式燃焼室構造を提供する。
【０００８】
本発明の他の実施の形態によると、燃焼室の中心で垂直線に対して偏心噴射するように設置されるインジェクタと、前記燃焼室の吸気ポートの下部に超希薄燃料の燃焼時に点火が行われるように設置される第１点火プラグと、前記インジェクタの一側に理論空燃比で噴霧された燃料を点火するように設置される第２点火プラグと、空洞部とを有して構成され、前記空洞部は前記第２点火プラグと前記インジェクタの位置に対応するピストンヘッド上の点を連結する線を上面中心線とし、前記インジェクタを中心にしてピストンの前記上面中心線の左側に形成される第１部分５４と右側に形成される第２部分５６とを含み、第１部分５４をスキッシュエリアとして形成する楕円形の突出部５２と、前記楕円形の突出部５２の内部が窪んだ空洞部５８とを含む内燃機関の直接噴射式燃焼室構造を提供する。
【０００９】
本発明の他の実施の形態によると、燃焼室の中心で垂直線に対して偏心噴射するように設置されるインジェクタと、前記燃焼室の吸気ポートの下部に超希薄燃料の燃焼時に点火が行われるように設置される第１点火プラグと、前記インジェクタの一側に理論空燃比で噴霧された燃料を点火するように設置される第２点火プラグと、前記燃焼室を昇降するピストンの上面中心から第１点火プラグ側に偏って窪んで形成される空洞部とを有して構成され、前記空洞部は、ピストンの上面に突出形成される突出部と、この突出部の中心線上で第１点火プラグ側に近接するように延長形成される第１部分と、前記突出部の中心線上に沿って長く形成され第１部分に連結される第２部分と、前記第１部分と第２部分との連結部分が突出して形成される突出敷居とを有して構成される内燃機関の直接噴射式燃焼室構造を提供する。
【００１０】
本発明の他の実施の形態によると、燃焼室の中心で垂直線に対して偏心噴射するように設置されるインジェクタと、前記燃焼室の吸気ポートの下部に超希薄燃料の燃焼時に点火が行われるように設置される第１点火プラグと、前記インジェクタの一側に理論空燃比で噴霧された燃料を点火するように設置される第２点火プラグと、前記燃焼室を昇降するピストンの上面中心から第１点火プラグ側に偏って窪んで形成される空洞部とを有して構成され、前記空洞部は、ピストンの上面に形成される突出部の中心線上で第１点火プラグ側に延長して楕円形に形成される第１部分と、この第１部分に連結される突出部の中心線上で第１部分と連結される円形の第２部分とを有して構成される内燃機関の直接噴射式燃焼室構造を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の好ましい第１の実施の形態による内燃機関の直接噴射式燃焼室構造を示した図面であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って得られた断面図である。図示されているように、インジェクタ２４が実質的に燃焼室２２の中央に配置され、燃料のインジェクション方向が燃焼室２２の長手方向軸線から僅かに外れるように傾いている。吸気及び排気ポート２６、２５がインジェクタ２４の両側で燃焼室２２と連通するようにシリンダヘッド１に形成されている。
【００１２】
第１点火プラグ２８がシリンダヘッド１内に装着され、その点火チップは吸入ポート２６が燃焼室２２と連通する地点の下に位置する。前記第１点火プラグ２８は電子制御システムＥＣＳから伝達される電気信号によって制御され、超希薄燃料の燃焼時に、電子制御装置の電気的信号によって混合気を点火する。第２点火プラグ３０が前記シリンダヘッド１のインジェクタ２４の一側に装着され、インジェクタ２４と吸気ポート２６から理論空燃比で噴霧された混合気を電子制御装置の電気的信号によって点火する。
【００１３】
シリンダブロック（図示省略）のシリンダに配置されるピストン３１のピストンヘッド３２上には、空洞部３３が形成されており、前記第２点火プラグ３０と前記インジェクタ２４の位置と対応するピストンヘッド３２上の点を連結する仮想線Ｌを基準にして、前記空洞部３３は前記仮想線Ｌの左側の第１部分３５と右側の第２部分３６とを有する。前記空洞部３３の第１部分３５は前記第１点火プラグ２８の位置と対応するピストンヘッド３２の部分まで延長する。
【００１４】
前記ピストンヘッド３２は前記空洞部３３の第１部分３５の周縁が、左側に傾斜面３４を形成するように前記仮想線Ｌから左側に傾斜しており、前記空洞部３３の第２部分３６の周囲にスキッシュエリア３８を形成するように仮想線Ｌから右側に傾斜している。前記スキッシュエリア３８はピストン３１が圧縮行程を行う間に燃焼室２２で空気を上側に押し上げる役割を果す。前記第１点火プラグ２８が位置する部分に対応するピストンヘッド３２部は、前記空洞部３３の第１部分３５の外側上の傾斜面３４に位置する。
【００１５】
前記のように構成される本発明の作用は、エンジンが低速または中速時であることを電子制御装置が検知して、インジェクタ２４によって超希薄燃料を噴射した後、第１点火プラグ２８で点火して燃焼させる。
【００１６】
前記インジェクタ２４によって噴射された超希薄燃料は圧縮行程によって昇降するピストン３１の空洞部３３の第２部分３６に噴射されるようになっているが、スキッシュエリア３８によってインジェクタ２４側に押し上げられる空気によって、噴射方向が第１部分３５側に偏りながらスワールを発生させて第１点火プラグ２８で超希薄燃料を燃焼させる。これによって、インジェクタ２４によって噴射された超希薄燃料は、第１点火プラグ２８の火花によって容易に燃焼が行われる。
【００１７】
また、前記電子制御装置は理論空燃比で走行することを判断すると、インジェクタ２４に理論空燃比に合う燃料を噴射させる。これによって、燃料は上昇するピストン３１のスキッシュエリア３８によって押し上げられる空気により、空洞部３３の第１部分３５側に噴射方向が変化しながらスワールを発生させ、第２点火プラグ３０側に流動するようになり、電子制御装置の信号によって第２点火プラグ３０が点火するようになる。
【００１８】
また、図３は本発明の好ましい第２の実施の形態を示した図であり、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿って得られた断面図であって、区別される点として、空洞部３３は、第２点火プラグ３０とインジェクタ２４の位置と対応するピストンヘッド３２上の点を連結する前記仮想線Ｌを基準にして、前記仮想線Ｌの左側に偏って形成される第１部分と、この第１部分から前記仮想線Ｌの右側に第１部分４０より小さい直径を有してインジェクタ２４の下部に形成される第２部分４２を有しており、この第２部分４２の周囲にスキッシュ流動がインジェクタ２４の下部まで到達するようにスキッシュエリア４４が拡張形成されている。
【００１９】
また、前記第２部分４２から離れた位置に第２点火プラグ３０が設置されている。前記スキッシュエリア４４がインジェクタ２４の下部まで拡張形成されることによってピストン３１の上昇時に強いスキッシュ流動が得られる。
【００２０】
図５は本発明の好ましい第３の実施の形態を示した図であり、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線に沿って得られた断面図であって、前記実施の形態と区別される点として、空洞部３３はインジェクタ２４を中心にして第１点火プラグ２８の下部まで楕円形に延長して形成される第１部分４６と、この第１部分４６の右側に第１部分４６と対称的に形成される第２部分４８とを有しており、前記第２部分４８の外側にスキッシュエリア５０が形成されることにより、インジェクタ２４の下部で渦流が再循環する。
【００２１】
図７は本発明の好ましい第４の実施の形態を示した図であり、図８は図７のＶＩＩＩ  −ＶＩＩＩ  線に沿って得られた断面図であり、第４の実施の形態では、第１の実施の形態と同様にインジェクタ２４がシリンダヘッド１内の燃焼室２２の中央に配置される。しかし、第１点火プラグ２８がシリンダヘッド１内に装着されて、その点火チップが第１の実施の形態の場合よりインジェクタ２４のチップにさらに近く燃焼室２２内に位置する。また、前記インジェクタ２４を通過する中心線上の一側に、理論空燃比で噴霧された燃料を点火するように第２点火プラグ３０が設置されている。
【００２２】
また、突出部５２がピストンヘッド３２上に一体形成される。この突出部５２は、楕円形に形成されその大部分が仮想線Ｌの右側に偏って位置する。この突出部５２は、仮想線Ｌの左側に下向きに傾いて形成される第１部分５４と、仮想線Ｌの右側に下向きに傾いて形成される第２部分５６とを有する。前記突出部５２内にはキャビティ５８が提供される。このキャビティ５８は所定の深さを有して形成され、前記第１、第２点火プラグ２８、３０の位置に対応する突出部５２上の点が前記キャビティ５８の内に位置するように形成される。
【００２３】
前記のような構成によって、前記インジェクタ２４によって燃焼室２２の内に噴霧された燃料は、前記キャビティ５８に接触した後に前記第１点火プラグ２８に向う方向にタンブルして、前記第１点火プラグ２８によって点火される。
【００２４】
また、図９は本発明の好ましい第５の実施の形態による内燃機関の燃焼室構造におけるピストンを示した斜視図であり、図１０は図９の平面図であり、符号６０はピストンを指称する。このピストン６０のピストンヘッド６２は、その上面に、上側に突出した突出部６４を有している。また、ピストンヘッド６２は平面で見たとき実質的に長方形に形成されており、その表面に対してドーム形態を成している。即ち、前記突出部６４の幅の中心で長さに沿って形成されるライン（Ｌ）は、この突出部６４を第１部分６８と第２部分６９に分割し、この２つの部分はピストンヘッド６２の表面に向って下向きに傾斜している。図示されているように、空洞部６５が前記突出部６４に形成されており、この空洞部６５の大部分は前記突出部６４の第１部分６８に形成されており、前記突出部の中央に形成される大幅部６６と前記第１部分６８の一面に延長する小幅部６７とを含む。前記空洞部６５の大幅部６６と小幅部６７との間には前記空洞部６５内に尖って突出するコーナー７０が形成されている。
【００２５】
図１１は本発明の好ましい第６の実施の形態による内燃機関の燃焼室構造におけるピストンを示した斜視図であり、図１２は図１１の平面図であって、符号７１はピストンを示している。ピストン７１のピストンヘッド７３にはドーム形状の突出部７５が形成されている。前記突出部７５の長手方向の端部はピストンヘッド７３の外周まで延長している。また、突出部７５の幅方向の端部は、実質的に直線形態に形成されており、ピストンヘッド７３の外周と一定距離ほど離れた部位まで形成される。突出部７５の幅に沿って形成された線（Ｌ）は、この突出部７５を第１部分７６と第２部分７７とに半分し、前記第１及び第２部分７６、７７はピストンヘッド７３の表面に向って下向きに傾斜している。また、図面に示されているように、空洞部８０が前記突出部７５に形成され、これは前記第１及び第２部分７６、７７の両側に存在する。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明のように本発明においては、エンジン回転数に左右されずに超希薄燃料又は理論空燃比による燃料噴射において安定した燃焼ができるように、第１、第２点火プラグを選択制御するので円滑なエンジン駆動によって走行が行われるようになる。また、燃焼室を形成するピストンの上面に多様な部分である空洞部を形成することにより、超希薄燃料又は理論空燃比で噴射される燃料の燃焼を効果的に図ることのできるすぐれた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい第１の実施の形態による内燃機関の直接噴射式燃焼室構造を示した図面である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って得られた断面図である。
【図３】本発明の好ましい第２の実施の形態を示した図面である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿って得られた断面図である。
【図５】本発明の好ましい第３の実施の形態を示した面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿って得られた断面図である。
【図７】本発明の好ましい第４の実施の形態を示した図面である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿って得られた断面図である。
【図９】本発明の好ましい第５の実施の形態におけるピストンを示した斜視図である。
【図１０】図９の平面図である。
【図１１】本発明の好ましい第６の実施の形態におけるピストンを示した斜視図である。
【図１２】図１１の平面図である。
【図１３】従来の技術による直接噴射式燃焼室構造を示した図面である。
【図１４】図１３のＸ−Ｘ  線に沿って得られた断面図である。
【符号の説明】
１  シリンダヘッド
２２  燃焼室
２４  インジェクタ
２５  排気ポート
２６  吸気ポート
２８  第１点火プラグ
３０  第２点火プラグ
３１  ピストン
３２  ピストンヘッド
３３  空洞部
３５  第１部分
３６  第２部分
３４  傾斜面
３８  スキッシュエリア
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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