(57)【要約】【課題】本発明は、点火プラグ側極の回転位置に拘わらず燃料噴射弁より噴射された燃料噴霧を中心電極近傍に留めて燃焼安定性を十分に確保できる筒内噴射型内燃機関を提供する。【解決手段】燃料噴射弁(40)の軸心から所定の距離Ｘ1の位置にシリンダヘッド(20)の燃料噴射弁部壁面(20a)に対し所定の深さＹ1の凹部を有して循環領域部（窪み部）(22)が形成されており、点火プラグ(50)は、電極部(51,52)が循環領域部に位置するよう配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と前記燃料噴射弁からの燃料噴霧に点火する点火プラグとをシリンダヘッドに備えた筒内噴射型内燃機関において、
前記シリンダヘッドの前記燃焼室に臨む壁面に前記燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧に対し離れる方向に窪み部を備え、
前記点火プラグは、電極部が前記窪み部に位置するように配設されてなることを特徴とする筒内噴射型内燃機関。
【請求項２】
前記窪み部の前記燃料噴射弁側または反対側の少なくとも一方の縁部と前記燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧との距離は、前記電極部と前記燃料噴霧との距離より短くなるように前記燃料噴射弁の噴射口を設定することを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型内燃機関。
【請求項３】
前記燃料噴射弁から前記窪み部までの前記シリンダヘッドの壁面と、前記燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の中心線とが略並行となることを特徴とする請求項１または２に記載の筒内噴射型内燃機関。
【請求項４】
前記窪み部は、前記燃料噴射弁の軸心より所定の距離に前記シリンダヘッドの壁面から所定の深さを有した凹部とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の筒内噴射型内燃機関。
【請求項５】
前記窪み部は、前記燃料噴射弁が設けられる第１壁面に対し角度を有して前記燃料噴霧から離れる方向に屈曲する第２壁面で形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の筒内噴射型内燃機関。
【請求項６】
前記点火プラグに対し前記燃料噴射弁の反対側となる前記シリンダヘッドの壁面より所定の寸法の突出壁を有し、
前記窪み部は、前記シリンダヘッドの壁面、前記突出壁の壁面及び該突出壁の縁部と前記燃料噴射弁の軸心とを結ぶ面で囲まれた領域としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の筒内噴射型内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内噴射型内燃機関に関し、特にスプレーガイド燃焼方式を採用した内燃機関の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内噴射型内燃機関の燃焼方式として、スプレーガイド燃焼方式が知られている。スプレーガイド燃焼方式を採用した内燃機関では、燃料噴射弁から噴射される燃料噴射領域内または燃料噴射領域近傍に電極部が位置するよう点火プラグが設置され、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧により生成された混合気が電極部近傍を通過中に点火が行われる。これにより、電極部近傍を比較的リッチな空燃比とする一方、電極部より離れた位置では超リーンとすることができ、燃焼安定性を確保した上で筒内全体ではリーンな空燃比とした所謂成層リーン燃焼によって、燃費の向上を図ることができる。
【０００３】
一般的な点火プラグの電極部は、中心電極と中心電極側方に配置された棒状の接地電極（以下側極と表記）によって形成されている。上記のスプレーガイド燃焼方式の筒内噴射型内燃機関では、電極部の側方から燃料が噴射されるので、側極の位置によっては側極が燃料噴霧の通過を妨げて電極部へ燃料が供給され難くなるおそれがある。したがって、側極が電極部への燃料輸送を妨げない位置となるように点火プラグの回転位置を固定することが望ましいが、点火プラグは、点火プラグに形成された雄ネジ部と、シリンダヘッドに形成された雌ネジ部が螺合されることで、シリンダヘッドに取り付けられる構造となっているため、側極の位置が一定となるよう、点火プラグの取り付け回転位置を固定することは困難である。ここで、この内燃機関が単気筒である場合では、点火プラグ側極の回転位置が一定とならなくとも燃料噴射時期や点火時期を側極の回転位置に対応して設定することで、燃焼安定性をある程度確保することができるものの、多気筒である場合では、点火プラグ側極の回転位置が各気筒で異なり燃料噴射時期や点火時期が設定し難くなるおそれがある。
【０００４】
そこで、例えば、燃料噴射弁と点火プラグの中心電極間に噴霧制御縦壁部を設け、燃料噴射弁からの燃料噴霧の少なくとも一部を中心電極側へ導くことで、側極が中心電極を挟んで燃料噴射弁と反対側に配置されたとしても、安定した成層希薄燃焼を実現可能とする技術が開発されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２７０８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１では、燃料噴射弁と点火プラグの中心電極間に離間して並ぶ複数の噴霧制御縦壁からなる噴霧制御部を備えており、噴霧制御縦壁間を通る燃料噴霧は点火プラグの電極部での流速が速く、放電の吹き消えが発生し易いという問題がある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、点火プラグ側極の回転位置に拘わらず燃料噴射弁より噴射された燃料噴霧を中心電極近傍に留めて燃焼安定性を十分に確保できる筒内噴射型内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の筒内噴射型内燃機関は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と前記燃料噴射弁からの燃料噴霧に点火する点火プラグとをシリンダヘッドに備えた筒内噴射型内燃機関において、前記シリンダヘッドの前記燃焼室に臨む壁面に前記燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧に対し離れる方向に窪み部を備え、前記点火プラグは、電極部が前記窪み部に位置するように配設されてなることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の筒内噴射型内燃機関では、請求項１において、前記窪み部の前記燃料噴射弁側または反対側の少なくとも一方の縁部と前記燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧との距離は、前記電極部と前記燃料噴霧との距離より短くなるように前記燃料噴射弁の噴射口を設定することを特徴とする。
また、請求項３の筒内噴射型内燃機関では、請求項１または２において、前記燃料噴射弁から前記窪み部までの前記シリンダヘッドの壁面と、前記燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の中心線とが略並行となることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４の筒内噴射型内燃機関では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記窪み部は、前記燃料噴射弁の軸心より所定の距離に前記シリンダヘッドの壁面から所定の深さを有した凹部とすることを特徴とする。
また、請求項５の筒内噴射型内燃機関では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記窪み部は、前記燃料噴射弁が設けられる第１壁面に対し角度を有して前記燃料噴霧から離れる方向に屈曲する第２壁面で形成されたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項６の筒内噴射型内燃機関では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記点火プラグに対し前記燃料噴射弁の反対側となる前記シリンダヘッドの壁面より所定の寸法の突出壁を有し、前記窪み部は、前記シリンダヘッドの壁面、前記突出壁の壁面及び該突出壁の縁部と前記燃料噴射弁の軸心とを結ぶ面で囲まれた領域としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１の筒内噴射型内燃機関によれば、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の一部は窪み部に入り込み、窪み部内には混合気が一時的に滞留する。そして、このように窪み部内に混合気が滞留した状態で点火プラグにより点火が行われることにより、混合気が良好に燃焼する。
これにより、点火プラグの側極の位置によらず燃焼安定性を十分に確保することができる。
【００１２】
また、窪み部に点火プラグの電極部を設けることで、電極部近傍の燃料噴霧の流速を抑制でき、燃料噴霧による放電アークの吹き消えを防止することができる。
請求項２の筒内噴射型内燃機関によれば、窪み部の燃料噴射弁側または反対側の少なくとも一方の縁部と燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧との距離が電極部と燃料噴霧との距離より短くなるように燃料噴射弁の噴射口は設定されている。
【００１３】
これにより、燃料噴霧が直接電極部に吹き付けられることによる放電アークの吹き消えを防止することができる。
請求項３の筒内噴射型内燃機関によれば、燃料噴射弁から窪み部までのシリンダヘッドの壁面と、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の中心線とが略並行となるため、燃料噴霧は、窪み部に到達するまでにシリンダヘッドの壁面から受ける影響が変化せず、窪み部に到達したときシリンダヘッドの壁面から受ける影響が変化することになり、燃料噴霧の一部が窪み部に入り込みやすくなり、点火プラグの側極の位置によらず燃焼安定性を十分に確保することができる。
【００１４】
請求項４の筒内噴射型内燃機関によれば、窪み部はシリンダヘッドに形成された凹部からなるので、簡単な構成で窪み部を形成することができ、燃料噴霧の一部を良好に窪み部に取り込むことができ、点火プラグの側極の位置によらず燃焼安定性を十分に確保することができる。
請求項５の筒内噴射型内燃機関によれば、窪み部は、燃料噴射弁が設けられる第１壁面に対し角度を有して燃料噴霧から離れる方向に屈曲する第２壁面で形成されるため、簡単な構成で窪み部を形成でき、燃料噴霧の一部を良好に窪み部に取り込むことができ、ディフューザ効果及びコアンダ効果によって点火プラグの側極の位置によらず燃焼安定性を十分に確保することができる。
【００１５】
請求項６の筒内噴射型内燃機関によれば、窪み部はシリンダヘッドに設けた突出壁により形成される領域からなるので、簡単な構成で窪み部を形成することができ、燃料噴霧が突出壁の縁部から影響を受けるものの該縁部と接触しないように燃料を噴射することで、燃料噴霧の一部を良好に窪み部に取り込むことができ、点火プラグの側極の位置によらず燃焼安定性を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る第１実施例に係るエンジンの概略内部構造図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る燃焼室内上部の構造図である。
【図３】側極の位置と噴射時期及び点火時期の安定燃焼領域との関係を示すグラフであり、（Ａ）は本発明の第１実施例、（Ｂ）は従来例での関係を示すものである。
【図４】本発明に係る第２実施例に係るエンジンの概略内部構造図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る燃焼室内上部の構造図である。
【図６】本発明に係る第３実施例に係るエンジンの概略内部構造図である。
【図７】本発明の第３実施例に係る燃焼室内上部の構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の第１実施例に係る筒内噴射型内燃機関の概略内部構造図である。
図１に示すように、本実施形態の筒内噴射型内燃機関（以下、エンジン）１は、スプレーガイド燃焼方式を採用した多気筒の筒内燃料噴射型エンジンであり、シリンダヘッド２０には、燃焼室２１に臨んで燃料を噴射する燃料噴射弁４０と点火プラグ５０とが気筒毎に設けられている。エンジン１のピストン６０の上面には、略中央部に円筒状の窪みであるキャビティ６１が形成されている。
【００１８】
燃料噴射弁４０は、燃料を放射状に噴射する噴射口４１を有している。噴射口４１は、燃料噴射方向に指向性を有しており、少なくとも燃料の一部が燃焼室２１の上壁に沿って噴射され、点火プラグ５０の先端部近傍を通過するように設定されている。
点火プラグ５０は、シリンダヘッド２０に設けられた雌ねじに螺合して固定されている。また、点火プラグ５０には、中心電極５１の側方に電極部の一部をなす棒状の側極５２が形成されている。
【００１９】
点火プラグ５０及び燃料噴射弁４０は図示しないＥＣＵと電気的に接続されている。ＥＣＵは、エンジン１の回転速度を検出する図示しない回転速度センサ、スロットル開度を検出する図示しないスロットルセンサ、アクセル操作量を検出する図示しないアクセルポジションセンサ等のセンサ類とも電気的に接続されており、これらのセンサ類からの情報に基づき、燃料噴射弁４０による燃料噴射量や燃料噴射時期及び点火プラグ５０による点火時期等を制御する。
【００２０】
図２は、本発明の第１実施例に係る燃焼室内上部の構造を示す。
本実施形態では、図２に示すように、燃料噴射弁４０の軸心から所定の距離Ｘ1の位置にシリンダヘッド２０の燃料噴射弁部壁面２０ａに対し所定の深さＹ1を有して循環領域部（窪み部）２２が形成されている。循環領域部２２は、壁面２２ａ、２２ｂ及び２２ｃからなり、点火プラグ５０の中心電極５１及び側極５２は、循環領域部２２に配置されている。
【００２１】
また、燃料噴射弁４０の噴射口４１は、燃料噴霧の中心線と燃料噴射弁部壁面２０ａとの距離が、燃料噴霧がシリンダヘッド２０の燃料噴射弁部壁面２０ａから影響を受けるものの燃料噴射弁部壁面２０ａと接触しない程度の所定の寸法Ｙ2となるように設定されると共に、燃料噴霧の境界と循環領域部２２の縁部との距離Ｚ1に対し、燃料噴霧の境界と中心電極５１及び側極５２との距離Ｚ2が長く設定されている。
【００２２】
以上の構成により、本実施形態では、図２に示すように燃料噴射弁４０より噴射された燃料噴霧は、シリンダヘッド２０の燃料噴射弁部壁面２０ａの影響を受けながら、循環領域部２２に達する。そして、燃料噴霧が循環領域部２２を通過時には、燃料噴霧の一部が、循環領域部２２に入り込んで混合気の渦流７１を形成し、一時的に循環領域部２２内に滞留する。この状態において中心電極５１と側極５２間で放電アークを発生させると、中心電極５１付近に滞留する混合気が点火されて燃焼する。
【００２３】
このように、本実施形態では、燃料噴射弁４０から噴射された燃料噴霧の一部を循環領域部２２に取り込み、循環領域部２２において混合気の渦流７１を形成させて滞留させることができ、さらに、循環領域部２２の縁部まで延びる燃料噴射弁部壁面２０ａを燃料噴霧の中心線と略並行にすることにより、燃料噴霧が循環領域部２２に到達するまでは、燃料噴射弁部壁面２０ａから受ける影響がなるべく変化しないようにし、循環領域部２２に到達したときに燃料噴射弁部壁面２０ａからの影響がなくなり、燃料噴霧の一部が循環領域部２２側に広がりやすくできる。
【００２４】
したがって、循環領域部２２において混合気の渦流７１を容易に形成させて滞留させることができ、点火プラグ５０の側極５２の回転位置によらず燃焼安定性を十分に確保することができる。
また、燃料噴射中も循環領域部２２内で火炎は保たれるので、燃焼に必要なエネルギを供給し続けることができ、噴射進角側及び噴射遅角側での安定燃焼領域を拡大させることができる。
【００２５】
また、燃料噴霧の境界と循環領域部２２の縁部との距離Ｚ1に対し、燃料噴霧の境界と中心電極５１及び側極５２との距離Ｚ2を長く設定することにより、燃料噴霧が直接点火プラグ５０の中心電極５１へ吹き付けられるのを抑制でき、燃料噴霧による放電アークの吹き消えを防止することができる。
図３は、側極５２の回転位置と噴射時期及び点火時期に対する安定燃焼領域との関係を示すグラフであり、（Ａ）は側極５２の回転位置を燃料噴射弁４０の噴射口４１側とした場合の本発明の第１実施例と従来例とを比較して示した図であり、（Ｂ）は側極５２の回転位置を種々変えた従来例を比較例として示した図である。図中、側極５２の回転位置は０、９０、１８０、２７０degとして示されているが、ここでは、側極５２が中心電極５１と燃料噴射弁４０の噴射口４１とを結ぶ線上に位置する場合、すなわち側極５２の回転位置が噴射口４１側である場合を１８０degとし、側極５２が噴射口４１に対し中心電極５１を挟んで反対方向に位置する場合を０degとしている。
【００２６】
図３（Ｂ）に示すように、従来では、側極５２の回転位置が１８０degであるときには側極５２により燃料噴霧の通過が遮られるため、燃料噴霧が中心電極５１に到達し難くなり、安定燃焼領域が狭くなっていることがわかる。さらに、従来は、多気筒エンジンにおいて側極５２の回転位置がいかなる場合でも安定した燃焼を図ろうとすると、図中ハッチング部で示すように極めて狭い範囲に噴射時期及び点火時期を設定しなければならず、実用的ではないことがわかる。
【００２７】
一方、本実施形態では、図３（Ａ）に示すように、側極５２の回転位置が１８０degにあるときに於いても広い範囲で燃焼安定性が確保できることがわかる。
すなわち、本発明の筒内噴射型内燃機関によれば、点火プラグ５０の側極５２の回転位置によらず安定燃焼領域を拡大して燃焼安定性を十分に確保することができ、噴射時期及び点火時期の設定が容易となる。
【００２８】
図４は、本発明の第２実施例に係るエンジン１の概略内部構造図である。
図５は、本発明の第２実施例に係る燃焼室内上部の構造を示す。
図５に示すように、本実施形態では、燃料噴射弁４０の軸心から所定の距離Ｘ2の位置にシリンダヘッド２０の燃料噴射弁部壁面２０ａ（第１壁面）に対し所定の角度θ1を有し凹んだディフューザ部２３（第２壁面）からなる循環領域部（窪み部）１２２が形成されている。そして、点火プラグ５０の中心電極５１及び側極５２は、循環領域部１２２に配置されている。
【００２９】
また、燃料噴射弁４０の噴射口４１は、燃料噴霧の中心線と燃料噴射弁部壁面２０ａとの距離が、燃料噴霧がシリンダヘッド２０の燃料噴射弁部壁面２０ａから影響を受けるものの燃料噴射弁部壁面２０ａと接触しない程度の所定の寸法Ｙ3となるように設定されると共に、燃料噴霧の境界と循環領域部１２２の縁部との距離Ｚ3に対し、燃料噴霧の境界と中心電極５１及び側極５２との距離Ｚ4が長く設定されている。
【００３０】
以上の構成により、本実施形態では、図５に示すように燃料噴射弁４０より噴射された燃料噴霧は、シリンダヘッド２０の燃料噴射弁部壁面２０ａの影響を受けながら、ディフューザ部２３からなる循環領域部１２２に達する。そして、循環領域部１２２に到達した燃料噴霧の一部は、ディフューザ効果及びコアンダ効果により循環領域部１２２において混合気の渦流７１を形成し滞留する。この状態において中心電極５１と側極５２間で放電アークを発生させると、中心電極５１付近に滞留する混合気が点火されて燃焼する。このように、本実施形態では、燃料噴射弁４０から噴射された燃料噴霧の一部を循環領域部１２２に取り込み、循環領域部１２２において混合気の渦流７１を形成させて滞留させることができる。したがって、上記第１実施例の場合と同様、点火プラグ５０の側極５２の回転位置によらず燃焼安定性を十分に確保することができ、燃料噴射中も循環領域部１２２内で火炎が保たれて燃焼に必要なエネルギを供給し続けることができるため、噴射進角側及び噴射遅角側での安定燃焼領域を拡大させることができる。
【００３１】
さらに、ディフューザ効果及びコアンダ効果を多く得るために燃料噴霧が循環領域部１２２の縁部を通過するような設定とした場合でも、燃料噴霧が直接点火プラグ５０の中心電極５１へ吹き付けられることを抑制でき、燃料噴霧による放電アークの吹き消えを防止することができる。
図６は、本発明に第３実施例に係るエンジン１の概略内部構造図である。
【００３２】
図７は、本発明の第３実施例に係る燃焼室内上部の構造を示す。
図７に示すように、本実施形態では、燃料噴射弁４０の軸心から所定の距離Ｘ3の位置にシリンダヘッド２０の燃料噴射弁部壁面２０ａに対し所定の高さＹ4の循環領域部壁（突出壁）２２２ｄを有して循環領域部（窪み部）２２２が形成されている。
詳しくは、循環領域部２２２は、シリンダヘッド２０の燃料噴射弁部壁面２０ａ、循環領域部壁２２２ｄ及び循環領域部壁２２２ｄの縁部２２２ｅと燃料噴射弁４０の軸心とを結ぶ面で囲まれた領域からなり、点火プラグ５０の中心電極５１及び側極５２は、循環領域部２２２に配置されている。
【００３３】
また、燃料噴射弁４０の噴射口４１は、燃料噴霧の中心線とシリンダヘッド２０の循環領域部壁２２２ｄの縁部２２２ｅとの距離が、燃料噴霧がシリンダヘッド２０の循環領域部壁２２２ｄの縁部２２２ｅから影響を受けるものの接触しない程度の所定の寸法Ｌとなるように設定されている。
以上の構成により、本実施形態では、図７に示すように燃料噴射弁４０より噴射された燃料噴霧は、シリンダヘッド２０の循環領域部壁２２２ｄの縁部２２２ｅの影響を受けながら、循環領域部２２２に達する。そして、循環領域部２２２に到達した燃料噴霧の一部は、循環領域部２２２において混合気の渦流７１を形成し滞留する。この状態において中心電極５１と側極５２間で放電アークを発生させると、中心電極５１付近に滞留する混合気が点火されて燃焼する。
【００３４】
このように、本実施形態では、燃料噴射弁４０から噴射された燃料噴霧の一部を循環領域部２２２に取り込み、循環領域部２２２において混合気の渦流を形成させて滞留させることができる。したがって、上記第１、２実施例の場合と同様、点火プラグ５０の側極５２の回転位置によらず燃焼安定性を十分に確保することができ、燃料噴射中も循環領域部２２２内で火炎が保たれて燃焼に必要なエネルギを供給し続けることができるため、噴射進角側及び噴射遅角側での安定燃焼領域を拡大させることができる。
【００３５】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の形態はこの実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では燃料を放射状に噴射するようにしているが、少なくとも燃料の一部が燃焼室２１の上壁に沿って噴射されれば放射状でなくても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１  エンジン
２０  シリンダヘッド
２０ａ  シリンダヘッドの燃料噴射弁部壁面（第１の壁面）
２１  燃焼室
２２  循環領域部（窪み部）
２２２ｄ  循環領域部壁（突出壁）
２２２ｅ  循環領域部壁の縁部
２３  ディフューザ部（第２壁面）
４０  燃料噴射弁
４１  噴射口
５０  点火プラグ
５１  中心電極
５２  側極
７１  渦流
【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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