JP2005351200A

JP2005351200A - 筒内噴射式火花点火内燃機関

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Publication number: JP2005351200A
Application number: JP2004174039A
Authority: JP
Inventors: Hisao Suzuki; 久雄鈴木; Masato Kawachi; 正人河内
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2005-12-22
Also published as: WO2005121523A1; US7055490B2; EP1753944A1; US20050274351A1; CN1997814A

Abstract

【課題】略縦方向に広がる比較的厚さの薄い略扇形状の燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁を具備して均質燃焼と成層燃焼とを実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、成層燃焼時に燃料噴霧の大部分がキャビティ内へ噴射されることを可能とし、十分に気化させた燃料を可燃混合気として点火プラグ近傍に確実に位置させるようにする。
【解決手段】燃料噴射弁７は気筒上部周囲に配置され、ピストン６頂面にはキャビティ８が形成され、キャビティは、ピストン頂面の燃料噴射弁側とは反対側に偏在し、キャビティの燃料噴射弁対向壁８ａは、成層燃焼時に燃料噴射弁からキャビティ内へ噴射された燃料噴霧を略気筒中心方向へ偏向する。
【選択図】図２

Description

本発明は、筒内噴射式火花点火内燃機関に関する。

燃料を気筒内へ直接的に噴射すると、吸気管壁面への燃料付着が無いために、必要量の燃料を確実に気筒内へ供給することができる。このような筒内噴射式火花点火内燃機関において、燃料噴射弁により燃料を縦方向に広がる比較的厚さの薄い扇形状の燃料噴霧として気筒内へ噴射することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このように縦方向に広がる扇形状の燃料噴霧を吸気行程で噴射すれば、気筒内全体に燃料を分散させ易く、また、このような扇形状の燃料噴霧は、円錐形状の燃料噴霧等に比較して強い貫徹力を有するために、気筒内を飛行中に吸気との間で大きな摩擦力が発生して容易に微粒化され気化し易い。こうして、点火までに十分に均質化された均質混合気を気筒内に形成することができ、良好な均質燃焼が実現可能となる。

ところで、筒内噴射式火花点火内燃機関において、均質燃焼だけでなく、成層燃焼が必要とされることがある。成層燃焼に際して、縦方向に広がる扇形状の燃料噴霧を圧縮行程で噴射し、縦スワールを利用して直接的に点火プラグ近傍に可燃混合気を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２２０４６０号公報

しかしながら、成層燃焼時には、燃料噴射から点火までの時間が短いために、噴射燃料により直接的に点火プラグ近傍に可燃混合気を形成しようとしても気化が不十分となる。また、縦スワールを利用して確実に可燃混合気を点火プラグ近傍に位置させることは難しい。

この問題を解決するために、成層燃焼時に、噴射燃料をピストン頂面に形成されたキャビティを利用して点火プラグ近傍に導くようにすれば、噴射燃料はキャビティからの受熱によって十分に気化され、確実に可燃混合気を点火プラグ近傍に位置させることができる。

しかしながら、ピストン頂面に形成された成層燃焼用の一般的なキャビティでは、縦方向に広がる扇形状の燃料噴霧を全てキャビティ内に噴射することは困難であり、キャビティ外に噴射された比較的多くの燃料は未燃燃料として排出され、排気エミッションを悪化させる。

従って、本発明の目的は、略縦方向に広がる比較的厚さの薄い略扇形状の燃料噴霧を噴射する燃料噴射弁を具備して均質燃焼と成層燃焼とを実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、成層燃焼時に燃料噴霧の大部分がキャビティ内へ噴射されることを可能とし、十分に気化させた燃料を可燃混合気として点火プラグ近傍に確実に位置させるようにすることである。

本発明による請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、気筒上部略中心に配置された点火プラグと、略縦方向に広がる比較的厚さの薄い略扇形状の燃料噴霧を気筒内へ噴射する燃料噴射弁と、ピストンとを具備し、吸気行程での燃料噴射による均質燃焼と、圧縮行程での燃料噴射による成層燃焼とを切り換えて実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記燃料噴射弁は気筒上部周囲に配置され、ピストン頂面にはキャビティが形成され、前記キャビティは、前記ピストン頂面の燃料噴射弁側とは反対側に偏在し、前記キャビティの燃料噴射弁対向壁は、前記成層燃焼時に前記燃料噴射弁から前記キャビティ内へ噴射された前記燃料噴霧を略気筒中心方向へ偏向することを特徴とする。

また、本発明による請求項２に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記キャビティには、前記ピストン頂面の前記燃料噴射弁側へ前記燃料噴霧の投影に沿って延在する燃料溝が接続されていることを特徴とする。

また、本発明による請求項３に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記燃料噴霧は、前記燃料噴射弁対向壁に繋がる前記キャビティの側壁に衝突した後に前記側壁に沿って前記燃料噴射弁対向壁へ向かうように、平面視において前記側壁と鋭角で衝突することを特徴とする。

また、本発明による請求項４に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記燃料噴射弁対向壁に繋がる前記キャビティの側壁は、前記キャビティの底壁との間に鈍角が形成されるように傾斜しており、前記燃料噴霧は、前記側壁との衝突により前記キャビティの内方向への速度成分が付与されることを特徴とする。

また、本発明による請求項５に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記燃料噴射弁対向壁により略気筒中心方向へ偏向された燃料が通過する前記キャビティの底壁の一部分は、燃料噴射弁対向壁側から気筒中心側へ向けて上方へ傾斜していることを特徴とする。

また、本発明による請求項６に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記燃料噴霧は前記キャビティの底壁へ衝突し、前記燃料噴霧が衝突する前記底壁の一部分は、気筒中心側から燃料噴射弁対向壁側へ向けて上方へ傾斜していることを特徴とする。

また、本発明による請求項７に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記燃料噴射弁から前記キャビティ内へ噴射されて略気筒中心に到達する前記燃料噴霧より先に、もう一つの略縦方向に広がる比較的厚さの薄い略扇形状の燃料噴霧を略気筒中心に到達させるように、前記ピストン頂面には前記もう一つの燃料噴霧を偏向する偏向溝が形成されていることを特徴とする。

本発明による請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、ピストン頂面のキャビティは、ピストン頂面の燃料噴射弁側とは反対側に偏在しているために、成層燃焼時の圧縮行程噴射に際して、燃料噴射弁は、略縦方向に広がる比較的厚さの薄い略扇形状の燃料噴霧の大部分をキャビティ内に噴射することができる。こうして、キャビティ内に噴射された燃料噴霧は、飛行中の微粒化に加えて、キャビティからの受熱によって良好に気化し、キャビティの燃料噴射弁対向壁によって略気筒中心方向へ偏向されるために、気筒上部略中心に配置された点火プラグ近傍に確実に可燃混合気を位置させることができる。それにより、比較的多くの燃料がキャビティ外へ噴射されて未燃燃料として排出されることを抑制することができる。

また、本発明による請求項２に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、キャビティには、ピストン頂面の燃料噴射弁側へ燃料噴霧の投影に沿って延在する燃料溝が接続されているために、燃料噴射弁は、略縦方向にかなり大きく広がる比較的厚さの薄い略扇形状の燃料噴霧でも確実にキャビティ内へ噴射することができる。

また、本発明による請求項３に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、燃料噴霧は、燃料噴射弁対向壁に繋がるキャビティの側壁に衝突した後に側壁に沿って燃料噴射弁対向壁へ向かうように、平面視において側壁と鋭角で衝突するようになっており、それにより、キャビティ内に噴射された燃料噴霧は、確実に燃料噴射弁対向壁へ向かうために、燃料噴射弁対向壁によって略気筒中心方向へ確実に偏向され、気筒上部略中心に配置された点火プラグ近傍にさらに確実に可燃混合気を位置させることができる。

また、本発明による請求項４に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、燃料噴射弁対向壁に繋がるキャビティの側壁は、キャビティの底壁との間に鈍角が形成されるように傾斜し、燃料噴霧は、側壁との衝突によりキャビティの内方向への速度成分が付与されるようになっており、それにより、噴射燃料は側壁からキャビティの外方向へ流出し難くなるために、キャビティ内に噴射された燃料をほぼ全てを可燃混合気とすることができる。

また、本発明による請求項５に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、燃料噴射弁対向壁により気筒中心方向へ偏向された燃料が通過するキャビティの底壁の一部分は少なくとも、燃料噴射弁対向壁側から気筒中心側へ向けて上方へ傾斜しているために、燃料は、傾斜に沿って上昇し、気筒上部略中心に配置された点火プラグ近傍へ容易に導かれ、可燃混合気を点火プラグ近傍にさらに確実に位置させることができる。

また、本発明による請求項６に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、燃料噴霧はキャビティの底壁へ衝突し、少なくとも燃料噴霧が衝突する底壁の一部分は、気筒中心側から燃料噴射弁対向壁側へ向けて上方へ傾斜しているために、燃料噴霧は底壁との衝突によって比較的大きく慣性力が失われ、燃料噴射弁対向壁により偏向される時に燃料噴射弁対向壁を越えてキャビティ外へ流出し難くなるために、キャビティ内に噴射された燃料をほぼ全てを可燃混合気とすることができる。

また、本発明による請求項７に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、燃料噴射弁からキャビティ内へ噴射されて略気筒中心に到達する燃料噴霧より先に、もう一つの略縦方向に広がる比較的厚さの薄い略扇形状の燃料噴霧を略気筒中心に到達させるように、ピストン頂面にはもう一つの燃料噴霧を偏向する偏向溝が形成されている。それにより、偏向溝を介して先に略気筒中心に到達するもう一つの燃料噴霧は、点火時点において、点火プラグ回りに比較的広く分散し、一方、キャビティを介して後に略気筒中心に到達する燃料噴霧は、点火時点において、点火プラグ回りからそれほど広く分散することはない。こうして、点火プラグ近傍の可燃混合気と、可燃混合気回りの希薄混合気とが形成され、成層燃焼に際して点火プラグを中心とする気筒内の火炎伝播を確実なものとすることができる。

図１は本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第一実施形態を示す概略縦断面図であり、図２は図１の気筒内概略平面図である。これらの図において、１は吸気弁２を介して気筒内へ通じる一対の吸気通路であり、３は排気弁４を介して気筒内へ通じる一対の排気通路である。

５は気筒上部略中心に配置された点火プラグであり、６はピストンである。７は気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁であり、気筒上部周囲の吸気通路１側に配置されている。

本筒内噴射式火花点火内燃機関は、燃料噴射弁７から吸気行程で気筒内へ燃料を噴射し、圧縮行程末期の点火時期までに気筒内に均質混合気を形成する均質燃焼を実施する。十分に均質化された良好な均質混合気を形成するためには、気筒内に広く噴射燃料を分散させることが望ましい。そのために、本実施形態において、燃料噴射弁７は、図１及び２に示すように、略縦方向に大きく広がる比較的厚さの薄い略扇形状に燃料を噴射するようになっている。ここで略縦方向に広がるとは、気筒軸線と略平行な平面上を先広がりとなることである。図２に示すように、燃料噴射弁７は、この略扇形状の燃料噴霧を二方向に噴射するようになっている。

略扇形状の燃料噴霧は、円錐形状の燃料噴霧に比較して貫徹力が大きくなり、それにより、飛行中において気筒内の吸気との摩擦によって微粒化されるために容易に気化する。こうして、略縦方向に広がる略扇形状の燃料噴霧を使用することにより、気化し易い燃料を気筒内全体に分散させることができ、十分に均質化された均質混合気が形成されて良好な均質燃焼を実現することができる。

ところで、機関始動時においては、機関排気系に配置された触媒装置を一刻も早く暖機して、触媒装置によって排気ガスの浄化を開始しなければならない。そのためには、点火時期を膨張行程の中期以降等に大幅に遅角して、排気ガス温度を非常に高めることが望ましい。

しかしながら、均質混合気では、このように点火時期を大幅遅角すると、失火が発生する。それにより、本実施形態において、機関始動開始から又は機関始動直後から触媒装置の暖機完了までの間は、成層燃焼を実施するようにしている。成層燃焼は、圧縮行程後半で燃料を噴射し、燃料を点火プラグ５近傍に集中させて可燃混合気を形成するものであり、この可燃混合気は点火時期を大幅遅角しても確実に着火燃焼させることができる。

この成層燃焼に際して、燃料噴射から点火までの時間が比較的短いために、噴射燃料を点火までに確実に気化させるためには、ピストン頂面に形成されたキャビティ内へ噴射して、飛行中の微粒化に加えて、キャビティから受熱するようにすることが好ましい。本実施形態において、ピストン６の頂面には、そのためのキャビティ８が設けられている。一般的な筒内噴射式火花点火内燃機関において、キャビティはピストン頂面の燃料噴射弁側に偏在するように形成されるが、本実施形態のように、気筒内へ略縦方向に広がる略扇形状の燃料噴霧が使用される場合には、多くの燃料がキャビティ外へ噴射されてしまう。

キャビティ外へ噴射された燃料は、キャビティによって点火プラグ近傍へ導かれることがないために、燃焼せずに未燃燃料として排出され、排気エミッションを悪化させる。また、その分、多量に燃料を噴射しなければならず、成層燃焼時の燃料消費率も悪化する。本実施形態では、噴射燃料のほぼ全てがキャビティ８内へ噴射されるようにするために、図１及び２に示すように、キャビティ８は、ピストン頂面の燃料噴射弁側とは反対側に形成されている。それにより、略縦方向に広がる略扇形状の燃料噴霧を確実にキャビティ８内へ噴射することができる。

しかしながら、キャビティ８内へ燃料が噴射されても、この噴射燃料を気筒上部略中心に配置された点火プラグ５近傍に集中させないと、成層燃焼を実現することができない。本実施形態において、キャビティ８の燃料噴射弁対向壁８ａには略気筒中心へ向けて突出する突出部８ｂが形成されている。それにより、キャビティ内に噴射された燃料噴霧は、キャビティからの受熱によって良好に気化し、図２に一点鎖線矢印で示すように、キャビティの燃料噴射弁対向壁８ａに沿って突出部８ｂにより略気筒中心方向へ偏向されるために、気筒上部略中心に配置された点火プラグの下方にドットで示すように可燃混合気を形成することができる。この可燃混合気は、圧縮上死点において、点火プラグ近傍に位置し、その後の膨張行程においても点火プラグ近傍からそれほど分散することはない。こうして、点火時期を大幅遅角させても可燃混合気を確実に着火燃焼させることができる。

図３は、図２のＡ−Ａ断面に相当するキャビティの変形例を示している。図２に示す第一実施形態では、キャビティ８内に噴射された燃料は、キャビティ８の底壁８ｄに衝突した後に、キャビティ８の側壁８ｃ及び燃料噴射弁対向壁８ａに沿って進行して突出部８ｂに達するように移動する。しかしながら、本変形例では、燃料噴射弁対向壁に繋がるキャビティの側壁８ｃ’は、キャビティの底壁８ｄ’との間に鈍角が形成されるように傾斜しており、キャビティ内へ噴射された燃料は、この側壁８ｃ’に衝突し、その後、第一実施形態と同様に、側壁８ｃ’及び燃料噴射弁対向壁に沿って進行して突出部により気筒中心方向へ偏向される。燃料噴霧は、側壁８ｃ’との衝突によりキャビティの内方向への速度成分が付与され、噴射燃料は側壁８ｃ’からキャビティの外方向へ流出し難くなるために、キャビティ内に噴射された燃料をほぼ全てを可燃混合気とすることができる。

図４は、図２のＢ−Ｂ断面に相当するキャビティのもう一つの変形例を示している。本変形例においても、燃料噴霧は、キャビティの底壁に衝突し、その後、側壁及び燃料噴射弁対向壁に沿って進行する。本変形例においては、燃料噴霧が衝突する底壁８ｄ''の一部分又は底壁８ｄ''の全体が、気筒中心側から燃料噴射弁対向壁８ａ''側へ向けて上方へ傾斜している。それにより、燃料噴霧は底壁８ｄ''との衝突によって比較的大きく慣性力が失われ、燃料噴射弁対向壁８ａ''により偏向される時に燃料噴射弁対向壁８ａ''を越えてキャビティ外へ流出し難くなるために、キャビティ内に噴射された燃料をほぼ全てを可燃混合気とすることができる。

図５は、図２のＣ−Ｃ断面に相当するキャビティのさらにもう一つの変形例を示している。本変形例においても、燃料噴霧は、キャビティの底壁に衝突し、その後、側壁及び燃料噴射弁対向壁に沿って進行し、最終的に突出部によって気筒中心方向へ偏向される。本変形例においては、燃料噴射弁対向壁の突出部８ｂ'''により気筒中心方向へ偏向された燃料が通過するキャビティの底壁８ｄ'''の一部分又は底壁８ｄ'''の全体が、燃料噴射弁対向壁８ａ'''側から気筒中心方向へ向けて上方へ傾斜している。それにより、燃料は、傾斜に沿って上昇するために、気筒上部略中心に配置された点火プラグ近傍へ容易に導かれ、可燃混合気を点火プラグ近傍にさらに確実に位置させることができる。

図６は、本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第二実施形態を示す図２に相当する平面図である。本実施形態において、キャビティ８０には、ピストン頂面の燃料噴射弁側へ燃料噴霧の投影に沿って延在する燃料溝８０ｅが接続されているために、燃料噴射弁７が、縦方向にさらに大きく広がる（扇挟角の大きな）比較的厚さの薄い略扇形状の燃料噴霧を噴射するものであっても、噴射燃料の全てをキャビティ内へ確実に噴射することができる。第一実施形態と同様に、キャビティ８０内に噴射された燃料は、側壁８０ｃ及び燃料噴射弁対向壁８０ａに沿って進行して突出部８０ｄに達し、突出部８０ｄによって気筒中心方向へ偏向され、キャビティ８０内の点火プラグ５の下方に可燃混合気を形成する。このように大きく広がる扇形状の燃料噴霧は、吸気行程噴射において、さらに気筒内全体に分散し易く、さらに良好な均質燃焼の形成を可能とする。本実施形態のような燃料溝８０ｅを形成せずに、もし、キャビティ８０全体をピストン頂面の燃料噴射弁側へ延在させると、噴射燃料の全てをキャビティ内に噴射することは可能となるが、これでは、突出部８０ｄによって気筒中心方向に偏向された燃料が点火プラグ５の下方を通り過ぎてしまうために、点火プラグ近傍に可燃混合気を位置させることはできない。

図７は、本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第三実施形態を示す図２に相当する平面図である。本実施形態において、燃料噴霧は、キャビティ８１の側壁８１ｃに衝突した後に側壁８１ｃに沿って燃料噴射弁対向壁８１ａへ向かうようになっている。この衝突に際して、燃料の慣性力が大きく損なわれないようにして、燃料が、自身慣性力によって突出部８１ｂを介して確実に点火プラグ５の下方へ移動するようにしなければならず、そのために、側壁８１は、燃料噴霧が平面視において鋭角ＴＨで衝突するように形成されている。こうして、点火プラグ近傍に確実に可燃混合気を位置させることが可能となる。また、このような鋭角ＴＨでの側壁８１ｃへの衝突により、燃料噴霧の一部が燃料噴射弁対向壁８１ａとは反対方向に側壁８１ｃに沿って移動するようなことはない。

これまで説明した実施形態において、燃料噴射弁７は、均質燃焼時に、気筒内の水平方向にも燃料を良好に分散させるために、二つの縦方向に広がる扇形状の燃料噴霧を燃料噴射弁中心軸線と点火プラグ中心軸線とを通る中心垂直平面に対して略対称に噴射している。それにより、ピストン頂面に形成したキャビティは、これら二つの燃料噴霧を点火プラグ５に下方で合流させて一塊の可燃混合気とするために、中心垂直平面に対して略対称に形成されている。しかしながら、二つの燃料噴霧は、本願発明を限定するものではない。例えば、一つの燃料噴霧だけしか噴射されない場合には、キャビティの燃料噴射弁対向壁に特に突出部を形成しなくても良く、燃料をキャビティの一方の側壁、燃料噴射弁対向壁、そして他方の側壁の順に沿わせて点火プラグ５の下方へ移動させるようにすれば良い。

図８は、本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第四実施形態を示す図２に相当する平面図である。本実施形態において、燃料噴射弁７は、少なくとも二つの略縦方向に広がる略扇形状の燃料噴霧を噴射する。一方の燃料噴霧は、前述した一つの燃料噴霧だけしか噴射されない場合と同様に、一方の側壁８２ｃと、特に突出部を有さない燃料噴射弁対向壁８２ａと、他方の側壁８２ｃ’とを有して、ピストン頂面の燃料噴射弁側とは反対側に形成されたキャビティ８２内へ噴射される。

こうして噴射された一方の燃料噴霧Ｆ１は、一点鎖線矢印で示すように、キャビティの一方の側壁８２ｃ、燃料噴射弁対向壁８２ａ、そして他方の側壁８２ｃ’の順に沿って点火プラグ５の下方へ移動してドットで示す可燃混合気となる。また、他方の燃料噴霧Ｆ２は、一方の燃料噴霧Ｆ１より先に略気筒中心へ到達することが意図される。そのために、ピストン頂面には、他方の燃料噴霧Ｆ２の投影に沿った部分８３ｂと燃料噴霧を略気筒中心へ偏向する短い湾曲部分８３ａとを有する偏向溝８３が形成されている。特に湾曲部分８３ａの深さは徐々に浅くされ、湾曲部分８３ａを通過後において、燃料噴霧はピストン頂面に流出するようになっている。

他方の燃料噴霧Ｆ２は、一方の燃料噴霧Ｆ１が比較的大きなキャビティ８２に沿って略気筒中心へ到達するのに比較して、比較的短い偏向溝８３に沿って略気筒中心へ到達するために、他方の燃料噴霧Ｆ２は、一方の燃料噴霧Ｆ１に比較して先に略気筒中心に到達する。それにより、他方燃料噴霧Ｆ２は、点火時点において、点火プラグ５回りに比較的広く分散する。これに対して、一方の燃料噴霧Ｆ１は、点火時点において、点火プラグ回りからそれほど広く分散することはない。こうして、点火プラグ近傍には可燃混合気が形成され、また、この可燃混合気回りには希薄混合気が形成され、成層燃焼に際して点火プラグを中心とする気筒内の火炎伝播を確実なものとすることができる。

吸気行程で燃料を噴射することにより、点火プラグ近傍の可燃混合気の回りに希薄な混合気を形成することも可能であるが、このように、気筒内全体に希薄混合気を形成すると、シリンダボア近傍の希薄混合気は温度低下して燃焼し難く、未燃燃料として排出され易い。しかしながら、本実施形態のように、点火プラグ近傍の可燃混合気の回りにだけ希薄混合気を形成することにより、このような未燃燃料の排出を抑制することができる。

全ての実施形態において、燃料噴射弁７は、気筒上部周囲の比較的低温度となる吸気弁側に配置され、それにより、燃料噴射弁７内での燃料ベーパの発生を抑制している。それにより、ピストン頂面の燃料噴射弁側の反対側とは排気弁側になるが、もちろん、燃料噴射弁７が気筒上部周囲の排気弁側に配置されるのであれば、ピストン頂面の燃料噴射弁側の反対側とは吸気弁側となる。

本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第一実施形態を示す概略縦断面図である。図１の筒内概略平面図である。図２のＡ−Ａ断面に相当するキャビティの変形例を示す断面図である。図２のＢ−Ｂ断面に相当するキャビティのもう一つの変形例を示す断面図である。図２のＣ−Ｃ断面に相当するキャビティのさらにもう一つの変形例を示す断面図である。本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第二実施形態を示す図２に相当する筒内概略平面図である。本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第三実施形態を示す図２に相当する筒内概略平面図である。本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第四実施形態を示す図２に相当する筒内概略平面図である。

符号の説明

１…吸気通路
３…排気通路
５…点火プラグ
６…ピストン
７…燃料噴射弁
８，８０，８１，８２…キャビティ
８ａ，８０ａ，８１ａ，８２ａ…燃料噴射弁対向壁
８ｂ，８０ｂ，８１ｂ，８ｂ'''…突出部
８ｃ，８０ｃ，８１ｃ，８２ｃ…側壁

Claims

気筒上部略中心に配置された点火プラグと、略縦方向に広がる比較的厚さの薄い略扇形状の燃料噴霧を気筒内へ噴射する燃料噴射弁と、ピストンとを具備し、吸気行程での燃料噴射による均質燃焼と、圧縮行程での燃料噴射による成層燃焼とを切り換えて実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記燃料噴射弁は気筒上部周囲に配置され、ピストン頂面にはキャビティが形成され、前記キャビティは、前記ピストン頂面の燃料噴射弁側とは反対側に偏在し、前記キャビティの燃料噴射弁対向壁は、前記成層燃焼時に前記燃料噴射弁から前記キャビティ内へ噴射された前記燃料噴霧を略気筒中心方向へ偏向することを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。
前記キャビティには、前記ピストン頂面の前記燃料噴射弁側へ前記燃料噴霧の投影に沿って延在する燃料溝が接続されている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内燃機関。
前記燃料噴霧は、前記燃料噴射弁対向壁に繋がる前記キャビティの側壁に衝突した後に前記側壁に沿って前記燃料噴射弁対向壁へ向かうように、平面視において前記側壁と鋭角で衝突する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内燃機関。
前記燃料噴射弁対向壁に繋がる前記キャビティの側壁は、前記キャビティの底壁との間に鈍角が形成されるように傾斜しており、前記燃料噴霧は、前記側壁との衝突により前記キャビティの内方向への速度成分が付与される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内燃機関。
前記燃料噴射弁対向壁により略気筒中心方向へ偏向された燃料が通過する前記キャビティの底壁の一部分は、燃料噴射弁対向壁側から気筒中心側へ向けて上方へ傾斜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火花点火内燃機関。
前記燃料噴霧は前記キャビティの底壁へ衝突し、前記燃料噴霧が衝突する前記底壁の一部分は、気筒中心側から燃料噴射弁対向壁側へ向けて上方へ傾斜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火花点火内燃機関。
前記燃料噴射弁から前記キャビティ内へ噴射されて略気筒中心に到達する前記燃料噴霧より先に、もう一つの略縦方向に広がる比較的厚さの薄い略扇形状の燃料噴霧を略気筒中心に到達させるように、前記ピストン頂面には前記もう一つの燃料噴霧を偏向する偏向溝が形成されている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内燃機関。