(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に嵌挿されるピストンの上面とシリンダヘッドの下面との間に形成された燃焼室と、
上記シリンダの中心軸線を含む平面を挟んで上記シリンダヘッドの一側に設けられた第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートと、
上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートに対応してそれぞれ配設された第１吸気弁，第２吸気弁及び第３吸気弁と、
上記シリンダの中心軸線を含む平面を挟んで上記シリンダヘッドの他側に設けられた第１排気ポート及び第２排気ポートと、
上記の第１排気ポート及び第２排気ポートに対応してそれぞれ配設された第１排気弁及び第２排気弁と、
上記第１吸気ポートに対して燃料を供給する燃料噴射弁とをそなえ、
上記の第１吸気ポートが直立吸気ポートとして形成されるとともに、
上記の第１吸気ポートから上記燃焼室へ流入する空気と燃料との混合気流と、上記第２吸気ポート及び第３吸気ポートから上記燃焼室へ流入する空気流とが、上記燃焼室内においてそれぞれ独立したタンブル流を形成するように構成されたことを特徴とする、内燃機関の吸気構造。
【請求項２】
シリンダ内に嵌挿されるピストンの上面とシリンダヘッドの下面との間に形成された燃焼室と、
上記シリンダの中心軸線を含む平面を挟んで上記シリンダヘッドの一側に設けられ上記燃焼室内側面に沿う下降ののち上昇を行なうタンブル流を形成可能な第１吸気ポートと、
該第１吸気ポートの軸線を挟んだ両側であって該軸線より上記平面に近い位置に設けられ上記第１吸気ポートにより形成されるタンブル流と逆回りのタンブル流を形成可能な第２吸気ポート及び第３吸気ポートと、
上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートに対応してそれぞれ配設された第１吸気弁，第２吸気弁及び第３吸気弁と、
上記シリンダの中心軸線を含む平面を挟んで上記シリンダヘッドの他側に設けられた第１排気ポート及び第２排気ポートと、
上記の第１排気ポート及び第２排気ポートに対応してそれぞれ配設された第１排気弁及び第２排気弁と、
少なくとも上記第１吸気ポートに対して燃料を供給する燃料噴射弁とをそなえ、
上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートのうちの１以上の吸気ポートが直立吸気ポートとして形成されたことを特徴とする、内燃機関の吸気構造。
【請求項３】
上記燃料噴射弁が、上記直立吸気ポートの軸線を挟んで上記平面と反対側に位置する上記シリンダヘッド部分に設けられたことを特徴とする、請求項２記載の内燃機関の吸気構造。
【請求項４】
上記燃焼室の上面中央部に点火栓が設けられるとともに、
上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートの開口側における上記ピストン上面の一側に凹部が形成されたことを特徴とする、請求項２記載の内燃機関の吸気構造。
【請求項５】
シリンダ内に嵌挿されるピストンの上面とシリンダヘッド下面との間に形成された燃焼室と、
上記シリンダの中心軸線を含む平面を挟んで上記シリンダヘッドの一側に設けられた第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートと、
上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートに対応してそれぞれ配設された第１吸気弁，第２吸気弁及び第３吸気弁と、
上記シリンダの中心軸線を含む平面を挟んで上記シリンダヘッドの他側に設けられた第１排気ポート及び第２排気ポートと、
上記の第１排気ポート及び第２排気ポートに対応してそれぞれ配設された第１排気弁及び第２排気弁と、
上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートのうち中央部に位置する吸気ポートに対して燃料を供給する燃料噴射弁とをそなえ、
上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートのうちの１以上の吸気ポートが直立吸気ポートとして形成されるとともに、
上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートからの吸気流が上記燃焼室内においてそれぞれ同じ方向に回転する独立したタンブル流を形成するように構成され、
且つ、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートのうち中央部に位置する吸気ポートの通路断面積が他の吸気ポートの通路断面積より小さく設定されていることを特徴とする、内燃機関の吸気構造。
【請求項６】
上記燃料噴射弁が、燃料を供給すべき上記吸気ポートの軸線を挟んで上記平面と反対側に位置する上記シリンダヘッド部分に設けられたことを特徴とする、請求項５記載の内燃機関の吸気構造。
【請求項７】
上記燃焼室の上面中央部に点火栓が設けられるとともに、
上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートの開口側における上記ピストン上面の一側に凹部が形成されたことを特徴とする、請求項５記載の内燃機関の吸気構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料を吸気ポートに噴射する内燃機関（エンジン）の吸気構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料噴射式ガソリンエンジンとしては、インジェクタにより吸気ポートに燃料を噴射して燃料を供給するようなエンジンが多く用いられている。
このようなエンジンでは、吸気ポート内において、吸気された空気と燃料とを混合し、燃焼室内で着火，燃焼している。
【０００３】
また、特開平５−９９１０１号公報に開示されたもののように、吸気ポートで生成された強いタンブル流（縦渦流）により、筒内に独立して供給される混合気と空気とを分離・制御して、ストイキオより希薄な空燃比の混合気により希薄燃焼を安定的に行なわせて、燃費改善とＮＯｘの低減とをはかるようにしたものが提案されている。
【０００４】
さらに、実開平３−９９８３４号公報に開示されているように、吸気３弁を有するエンジンにおいて、中央の吸気ポートに対し両側の吸気ポートをシリンダボア中心寄り位置に設け、且つ、両側の吸気ポートに燃料を供給するようにしたものも提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の技術では、混合気流と空気流との流れ方向が同一で且つ同一流速であるように構成されているため、相の分離が十分に成されず、２相が混合・均一化しやすく、その結果、希薄燃焼限界が伸びず、十分な燃費改善及びＮＯｘの低減を行なうことが難しく、又、吸気ポートが直立ポートではないため、燃料噴射弁（インジェクタ）が吸気バルブシートに近接してしまい、配置位置の自由度が小さくなるという課題がある。
【０００６】
また、後者の技術では、やはり吸気ポートが直立ポートではないため、燃料噴射弁（インジェクタ）の配置位置の自由度が小さいという課題がある。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、十分な燃費改善及びＮＯｘ低減化を実現できるようにしながら、燃料噴射弁を効果的な位置に配置できるようにした、内燃機関の吸気構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の内燃機関の吸気構造は、シリンダ内に嵌挿されるピストンの上面とシリンダヘッドの下面との間に形成された燃焼室と、上記シリンダの中心軸線を含む平面を挟んで上記シリンダヘッドの一側に設けられた第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートと、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートに対応してそれぞれ配設された第１吸気弁，第２吸気弁及び第３吸気弁と、上記シリンダの中心軸線を含む平面を挟んで上記シリンダヘッドの他側に設けられた第１排気ポート及び第２排気ポートと、上記の第１排気ポート及び第２排気ポートに対応してそれぞれ配設された第１排気弁及び第２排気弁と、上記第１吸気ポートに対して燃料を供給する燃料噴射弁とをそなえ、上記の第１吸気ポートが直立吸気ポートとして形成されるとともに、上記の第１吸気ポートから上記燃焼室へ流入する空気と燃料との混合気流と、上記第２吸気ポート及び第３吸気ポートから上記燃焼室へ流入する空気流とが、上記燃焼室内においてそれぞれ独立したタンブル流を形成するように構成されたことを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２記載の本発明の内燃機関の吸気構造は、シリンダ内に嵌挿されるピストンの上面とシリンダヘッドの下面との間に形成された燃焼室と、上記シリンダの中心軸線を含む平面を挟んで上記シリンダヘッドの一側に設けられ上記燃焼室内側面に沿う下降ののち上昇を行なうタンブル流を形成可能な第１吸気ポートと、該第１吸気ポートの軸線を挟んだ両側であって該軸線より上記平面に近い位置に設けられ上記第１吸気ポートにより形成されるタンブル流と逆回りのタンブル流を形成可能な第２吸気ポート及び第３吸気ポートと、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートに対応してそれぞれ配設された第１吸気弁，第２吸気弁及び第３吸気弁と、上記シリンダの中心軸線を含む平面を挟んで上記シリンダヘッドの他側に設けられた第１排気ポート及び第２排気ポートと、上記の第１排気ポート及び第２排気ポートに対応してそれぞれ配設された第１排気弁及び第２排気弁と、少なくとも上記第１吸気ポートに対して燃料を供給する燃料噴射弁とをそなえ、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートのうちの１以上の吸気ポートが直立吸気ポートとして形成されたことを特徴としている。
【０００９】
このとき、上記燃料噴射弁が、上記直立吸気ポートの軸線を挟んで上記平面と反対側に位置する上記シリンダヘッド部分に設けられることがこのましく（請求項３）、更に上記燃焼室の上面中央部に点火栓を設け、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートの開口側における上記ピストン上面の一側に凹部を形成することが好ましい（請求項４）。
【００１０】
また、請求項５に記載の本発明の内燃機関の吸気構造は、シリンダ内に嵌挿されるピストンの上面とシリンダヘッド下面との間に形成された燃焼室と、上記シリンダの中心軸線を含む平面を挟んで上記シリンダヘッドの一側に設けられた第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートと、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートに対応してそれぞれ配設された第１吸気弁，第２吸気弁及び第３吸気弁と、上記シリンダの中心軸線を含む平面を挟んで上記シリンダヘッドの他側に設けられた第１排気ポート及び第２排気ポートと、上記の第１排気ポート及び第２排気ポートに対応してそれぞれ配設された第１排気弁及び第２排気弁と、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートのうち中央部に位置する吸気ポートに対して燃料を供給する燃料噴射弁とをそなえ、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートのうちの１以上の吸気ポートが直立吸気ポートとして形成されるとともに、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートからの吸気流が上記燃焼室内においてそれぞれ同じ方向に回転する独立したタンブル流を形成するように構成され、且つ、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートのうち中央部に位置する吸気ポートの通路断面積が他の吸気ポートの通路断面積より小さく設定されていることを特徴としている。
【００１１】
このとき、上記燃料噴射弁が、燃料を供給すべき上記吸気ポートの軸線を挟んで上記平面と反対側に位置する上記シリンダヘッド部分に設けらることが好ましく（請求項６）、更に上記燃焼室の上面中央部に点火栓を設け、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートの開口側における上記ピストン上面の一側に凹部を形成することが好ましい（請求項７）。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施形態について説明する。
（ａ）第１実施形態の説明
図１〜６は本発明の第１実施形態としての内燃機関の吸気構造を示すもので、図１はその要部構成を模式的に示す縦断面図、図２はそのシリンダヘッド下面を示す模式的正面図、図３はその作動状態を示す模式的斜視図、図４はその作動状態を示す模式的断面図、図５，６はその燃焼特性を示すグラフである。
【００１３】
図１に示すように、この内燃機関は、シリンダヘッド１とシリンダブロック３とによりエンジン本体が構成されており、シリンダブロック３のシリンダ３Ａにはピストン２が嵌挿されている。また、この内燃機関のシリンダヘッド１は、各気筒とも吸気３弁，排気２弁をそなえた５弁式内燃機関として構成されている。
【００１４】
そして、このピストン２の上面とシリンダヘッド１の下面との間には、燃焼室７が形成されており、この燃焼室７のシリンダヘッド１部には、吸気通路の３つの吸気ポート（これら３つの吸気ポートを特に区別したい時には、第１吸気ポートを４１，第２吸気ポートを４２，第３吸気ポートを４２と記載し、特に区別しなくても良い場合には、吸気ポート４或いは吸気ポート４（４１，４２，４３）と記載する）が連通接続されるとともに、排気通路の２つの排気ポート（これら２つの排気ポートについても特に区別したい時には、第１排気ポートを５１，第２排気ポートを５２と記載し、特に区別しなくても良い場合には、排気ポート５或いは排気ポート５（５１，５２）と記載する）とが連通接続されている。
【００１５】
また、これらの吸排気ポート４，５の燃焼室開口４Ａ，５Ａには、それぞれ吸気弁（各吸気弁を特に区別したい時には、第１吸気弁を９１，第２吸気弁を９２，第３吸気弁を９３と記載し、特に区別しなくても良い場合には、吸気弁９或いは吸気弁９（９１，９２，９３）と記載する）及び排気弁（各排気弁についても特に区別したい時には、第１排気弁を８１，第２排気弁を８２と記載し、特に区別しなくても良い場合には、排気弁８或いは排気弁８（８１，８２）と記載する）が設置されており、これらの吸排気弁９，８により燃焼室開口４Ａ，５Ａが開閉されるようになっている。
【００１６】
ここで、吸気ポート４（４１，４２，４３）及び吸気弁９（９１，９２，９３）は、シリンダ３Ａの中心軸線を含む平面Ｐを挟んで、シリンダヘッド１の一側に設けられている。
また、排気ポート５（５１，５２）及び排気弁８（８１，８２）は、シリンダ３Ａの中心軸線を含む平面Ｐを挟んで、シリンダヘッド１の他側に設けられている。
【００１７】
さらに、吸気ポート４（４１，４２，４３）の１以上が直立吸気ポートとして形成され、各吸気ポート４（４１，４２，４３）からの吸気流が、燃焼室７内においてそれぞれ独立したタンブル流を形成するように構成されている。
すなわち、第１吸気ポート４１が直立吸気ポートとして形成されており、燃焼室７内側面に沿う下降ののち、平面Ｐにほぼ沿うような上昇を行なうタンブル流を形成しうるように構成されている。
【００１８】
さらに、第１吸気ポート４１の軸線Ｌを挟んだ両側であって、軸線Ｌより平面Ｐに近い位置に、第２吸気ポート４２及び第３吸気ポート４３が設けられ、これらは、第１吸気ポート４１により形成されるタンブル流Ｔ１と逆回りのタンブル流Ｔ２，Ｔ３を形成しうるように構成されている。
また、排気ポート５（５１，５２）が、シリンダ中心軸線を含む平面Ｐを挟んで、シリンダヘッド１の他側に設けられている。
【００１９】
さらに、第１吸気ポート４１には、この第１吸気ポート４１に対して燃料を供給する燃料噴射弁（インジェクタ）１０が付設されている。
すなわち、燃料噴射弁１０は、第１吸気ポート４１の軸線Ｌを挟んで平面Ｐと反対側に位置するシリンダヘッド部分に設けられている。
さらに、燃焼室７の上面中央部に点火栓１１が設けられるとともに、各吸気ポート４（４１，４２，４３）の開口側におけるピストン２上面の一側に凹部１２が形成されている。
【００２０】
上述のような構成により、次のような作動が行なわれる。
まず、図３に示すように、第１吸気ポート４１では、燃料噴射弁１０による燃料噴射が行なわれるため、第１吸気ポート４１を通じて燃焼室７へ流入する空気は、燃料と混合された混合気となって流入する。
そして、第１吸気ポート４１から流入した混合気は、シリンダブロック３の内壁３Ａに沿い下降し、その後、ピストン２の上面における凹部１２により案内されて、上昇する。これにより、混合気の逆タンブル流（時計回り縦渦流）Ｔ１が形成されることとなる。
【００２１】
一方、第２吸気ポート４２及び第３吸気ポート４３においては、空気又は空気とＥＧＲ流（排気還流流）とを混合したものが流通し、燃焼室７内へ流入する。
この流れは、図３に示すように、燃焼室７内において下降するが、その下降位置は、第２吸気ポート４２及び第３吸気ポート４３が、シリンダ中心軸線を含む平面Ｐ側に配設されているため、平面Ｐ近傍において行なわれる。
【００２２】
この後、ピストン２の凹部１２に案内されて反転し、上昇して順タンブル流（反時計回り縦渦流）Ｔ２，Ｔ３を形成することとなる。
このとき、順タンブル流Ｔ２と順タンブル流Ｔ３とは、逆タンブル流Ｔ１がその相互間に存在するため、独立した混合されないタンブル流を形成する。
なお、このような流れの旋回状態は、図４に示すようになり、混合気が点火栓１１の位置へ誘導される。
【００２３】
また、誘導された混合気に反対方向から空気が衝突し、効率の良い燃焼が行なわれる。
このようにして、両端の順タンブル流Ｔ２，Ｔ３と、中央の逆タンブル流Ｔ１とは、各々分離・独立して吸気行程中に燃焼室７内に供給される。
空気流Ｔ２，Ｔ３と混合気流Ｔ１とは逆方向のベクトルをもつため、混合・均一化し難く、分離状態のまま圧縮行程から点火まで流動状態を保持されて、効率の良い燃焼が行なわれる。
【００２４】
そして、中央部の混合気流Ｔ１は、可燃空燃比の状態を保ったままで、燃焼室７中央に配置された点火栓１１を通過する流れを形成し、シリンダ３Ａ内に供給された全空気量が希薄領域の状態であっても、点火栓１１近傍の流れは、層状化されて十分可燃領域に保たれ、燃焼が安定的に成立する。
また、両端の供給空気に大量のＥＧＲを付加しても、上記同様にして、燃焼安定性は良好となる。
【００２５】
このような燃焼状態の特性として、図５に示すような結果が得られる。
まず、最下の特性は、縦軸に図示平均有効圧をとり、横軸に空燃比をとって、燃焼の空燃比依存特性を示しており、実線で示す本実施形態構造の特性Ａは、点線で示す従来構造の特性ａに対し、よりリーン側での運転について安定した燃焼状態を実現していることを示している。
【００２６】
そして、最上の特性は、縦軸に燃焼変動率をとり、横軸に空燃比をとって、燃焼変動の空燃比依存特性を示しており、実線で示す本実施形態にかかる構造の特性Ｂは、点線で示す従来構造の特性ｂに対し、よりリーン側での運転について安定した燃焼状態を実現していることを示している。
また、中間の特性は、縦軸にＮＯｘ量をとり、横軸に空燃比をとって、ＮＯｘ発生量の空燃比依存特性を示しており、実線で示す本実施形態にかかる構造の特性Ｃは、点線で示す従来構造の特性ｃに対し、リーン側に移行するほどＮＯｘ量の少ない安定した燃焼状態を実現していることを示している。
【００２７】
さらに、燃焼状態の特性として、図６に示すような結果が得られる。
まず、最下の特性は、縦軸に図示平均有効圧をとり、横軸にＥＧＲ率をとって、燃焼のＥＧＲ依存特性を示しており、実線で示す本実施形態にかかる構造の特性Ｄは、点線で示す従来構造の特性ｄに対し、より大量ＥＧＲ付加での運転について安定した燃焼状態を実現していることを示している。
【００２８】
そして、最上の特性は、縦軸に燃焼変動率をとり、横軸にＥＧＲ率をとって、燃焼変動のＥＧＲ依存特性を示しており、実線で示す本実施形態にかかる構造の特性Ｅは、点線で示す従来構造の特性ｅに対し、より大量ＥＧＲ付加での運転について安定した燃焼状態を実現していることを示している。
また、中間の特性は、縦軸にＮＯｘ量をとり、横軸にＥＧＲ率をとって、ＮＯｘ発生量のＥＧＲ依存特性を示しており、実線で示す本実施形態構造の特性Ｆは、点線で示す従来構造の特性ｆに対し、大量ＥＧＲ付加に移行するほどＮＯｘ量の少ない安定した燃焼状態を実現していることを示している。
【００２９】
このように、本実施形態の構造によれば、希薄燃焼限界をよりリーン側に設定できるようになるとともに、ＥＧＲ限界の向上による大幅な燃費改善とＮＯｘ低減が達成される。
また、燃料を供給される第１吸気ポート４１が直立吸気ポートとして構成されているので、インジェクタ１０をバルブシート近傍位置（この位置は、インジェクタ１０から第１吸気ポート４１に燃料を供給する際のポート内液膜付着を極力少なくし、燃料の輸送遅れをなくし、過渡燃料増量を低減できるので、最も効果的な位置と言える）に配置することができ、効率の良い希薄燃焼を実現することができる。
【００３０】
（ｂ）第２実施形態の説明
図７〜１３は本発明の第２実施形態としての内燃機関の吸気構造を示すもので、図７はその要部構成を模式的に示す縦断面図、図８はそのシリンダヘッド下面を示す模式的正面図、図９はその吸気通路面積を示す模式図、図１０はその作動状態を示す模式的斜視図、図１１はその作動状態を示す模式的断面図、図１２，１３はその燃焼特性を示すグラフである。
【００３１】
図７に示すように、この内燃機関も、第１実施形態と同様に、シリンダヘッド１、ピストン２、シリンダブロック３をそなえ、シリンダヘッド１は、各気筒とも吸気３弁，排気２弁をそなえた５弁式内燃機関として構成されている。
【００３２】
そして、このピストン２上面とシリンダヘッド１下面との間には、燃焼室７が形成されており、この燃焼室７のシリンダヘッド１部には吸気通路の吸気ポート４（４１，４２，４３）と排気通路の排気ポート５（５１，５２）とが連通接続されている。
また、これらの吸排気ポート４，５の燃焼室開口４Ａ，５Ａには、それぞれ吸気弁９（９１，９２，９３）及び排気弁８（８１，８２）が設置されており、これらの吸排気弁９，８により燃焼室開口４Ａ，５Ａが開閉されるようになっている。
【００３３】
ここで、吸気ポート４（４１，４２，４３）と吸気弁９（９１，９２，９３）とは、シリンダ３Ａの中心軸線を含む平面Ｐを挟んで、シリンダヘッド１の一側に設けられている。
また、排気ポート５（５１，５２）と排気弁８（８１，８２）とは、シリンダ３Ａの中心軸線を含む平面Ｐを挟んで、シリンダヘッド１の他側に設けられている。
【００３４】
さらに、第１吸気ポート４１は直立吸気ポートとして形成されており、燃焼室７の内側面に沿う下降ののち、平面Ｐにほぼ沿うような上昇を行なうタンブル流Ｔ１を形成しうるように構成されている。
そして、第１吸気ポートの軸線ｌを挟んだ両側であって、軸線ｌより平面Ｐに近い位置に、第２吸気ポート４２及び第３吸気ポート４３が設けられ、これらも直立吸気ポートとして形成されて、燃焼室７の内側面に沿う下降ののち、平面Ｐにほぼ沿うような上昇を行なうタンブル流Ｔ２，Ｔ３を形成しうるように構成されている。
【００３５】
また、図９に示すように、３つの吸気ポート４（４１，４２，４３）のうち中央部に位置するポート４１は、その通路断面積を他の吸気ポートの通路断面積より小さく設定されており、タンブル流Ｔ１がタンブル流Ｔ２，Ｔ３より強くなるように構成されている。
そして、排気ポート５（５１，５２）が、シリンダ中心軸線を含む平面Ｐを挟んで、シリンダヘッド１の他側に設けられている。
【００３６】
さらに、第１の吸気ポート４１には、第１吸気ポート４１に対して燃料を供給する燃料噴射弁（インジェクタ）１０が付設されている。
すなわち、燃料噴射弁１０は、第１吸気ポート４１の軸線ｌを挟んで平面Ｐと反対側に位置するシリンダヘッド部分に設けられている。
さらに、燃焼室７の上面中央部に点火栓１１が設けられるとともに、各吸気ポート４（４１，４２，４３）の開口側におけるピストン２上面の一側に凹部１２が形成されている。
【００３７】
すなわち、ピストン２の上面に吸気の渦流を助長すべく、シリンダ軸線との直交面視において下凸の曲面を呈する凹所１３が形成され、混合気が凹所１３に向かって流入した後、凹部１２は混合気を反射し案内して、混合気を点火栓１１に向かわせるように配設されている。
したがって、吸気弁９（９１，９２，９３）により開閉される吸気系が、燃焼室７内に導入される吸気流をシリンダ３下面からピストン２上面を経由して点火栓１１に向かう縦渦流（逆タンブル流）を形成させるべく構成されている。
【００３８】
上述のような構成により、次のような作動が行なわれる。
まず、図１０に示すように、第１吸気ポート４１では、燃料噴射弁１０による燃料噴射が行なわれるため、第１吸気ポート４１を通じて燃焼室７へ流入する空気は、燃料と混合された混合気となって流入する。
そして、第１吸気ポート４１から流入した混合気は、シリンダブロック３の内壁３Ａに沿い下降し、その後、ピストン２の上面における凹部１２により案内されて、上昇する。これにより、混合気の逆タンブル流（時計回り縦渦流）Ｔ１が形成されることとなる。
【００３９】
すなわち、凹所１３に達した後には、凹部１２に案内されるとともに鋭角に反発して、図１１に示すように、混合気が点火栓１１の位置に誘導され、点火直前には濃い混合気を形成する。この状態で、点火栓１１による点火動作が行なわれることにより、効率の良い燃焼が行なわれる。
ここで、第１吸気ポート４１は、その通路断面積を小さく設定されているため、タンブル流Ｔ１は、強い混合気流を形成している。
【００４０】
一方、第２吸気ポート４２及び第３吸気ポート４３においては、空気又は空気ととＥＧＲ流とを混合したものが流通し、燃焼室７内へ流入する。
この流れは、図１０，１１に示すように、燃焼室７内において下降するが、その下降位置は、第２吸気ポート４２及び第３吸気ポート４３が、シリンダ中心軸線を含む平面Ｐ側に配設されているため、平面Ｐ近傍において行なわれる。
【００４１】
この後、ピストン２の凹部１２に案内されて反転し、上昇して逆タンブル流（時計回り縦渦流）Ｔ２，Ｔ３を形成することとなる。
ここで、第２吸気ポート４２及び第３吸気ポート４３は、その通路断面積を大きく設定されているため、タンブル流Ｔ２，Ｔ３は、弱い流れを形成する。すなわち、タンブル流Ｔ１とタンブル流Ｔ２，Ｔ３とは流速差を持つため、混合・均一化し難く、分離状態のまま圧縮行程から点火まで流動性が保たれる。
【００４２】
また、タンブル流Ｔ２とタンブル流Ｔ３とは、タンブル流Ｔ１がその相互間に存在するため、独立した混合されないタンブル流を形成する。
なお、このような流れの旋回状態は、図１１に示すようになり、混合気が点火栓１１の位置へ誘導される。
このようにして、両端のタンブル流Ｔ２，Ｔ３と、中央のタンブル流Ｔ１とは、各々分離・独立して吸気行程中に燃焼室７内に供給される。
【００４３】
空気流Ｔ２，Ｔ３と混合気流Ｔ１とは流速差をもつため、混合・均一化し難く、分離状態のまま圧縮行程から点火まで流動状態を保持されて、効率の良い燃焼が行なわれる。
そして、中央部の混合気流Ｔ１は、可燃空燃比の状態を保ったままで、燃焼室７中央に配置された点火栓１１を通過する流れを形成し、シリンダ３Ａ内に供給された全空気量が希薄領域の状態であっても、点火栓１１近傍の流れは層状化されて十分可燃領域状態に保たれ、燃焼が安定的に成立する。
【００４４】
また、両端の供給空気に大量のＥＧＲを付加しても、上記同様にして、燃焼安定性は良好となる。
このような燃焼状態の特性として、図１２に示すような結果が得られる。
まず、最下の特性は、縦軸に図示平均有効圧をとり、横軸に空燃比をとって、燃焼の空燃比依存特性を示しており、実線で示す本実施形態にかかる構造の特性Ａ′は、点線で示す従来構造の特性ａ′に対し、よりリーン側での運転について安定した燃焼状態を実現していることを示している。
【００４５】
そして、最上の特性は、縦軸に燃焼変動率をとり、横軸に空燃比をとって、燃焼変動の空燃比依存特性を示しており、実線で示す本実施形態にかかる構造の特性Ｂ′は、点線で示す従来構造の特性ｂ′に対し、よりリーン側での運転について安定した燃焼状態を実現していることを示している。
また、中間の特性は、縦軸にＮＯｘ量をとり、横軸に空燃比をとって、ＮＯｘ発生量の空燃比依存特性を示しており、実線で示す本実施形態にかかる構造の特性Ｃ′は、点線で示す従来構造の特性ｃ′に対し、リーン側に移行するほどＮＯｘ量の少ない安定した燃焼状態を実現していることを示している。
【００４６】
さらに、燃焼状態の特性として、図１３に示すような結果が得られる。
まず、最下の特性は、縦軸に図示平均有効圧をとり、横軸にＥＧＲ率をとって、燃焼のＥＧＲ依存特性を示しており、実線で示す本実施形態にかかる構造の特性Ｄ′は、点線で示す従来構造の特性ｄ′に対し、より大量ＥＧＲ付加での運転について安定した燃焼状態を実現していることを示している。
【００４７】
そして、最上の特性は、縦軸に燃焼変動率をとり、横軸にＥＧＲ率をとって、燃焼変動のＥＧＲ依存特性を示しており、実線で示す本実施形態にかかる構造の特性Ｅ′は、点線で示す従来構造の特性ｅ′に対し、より大量ＥＧＲ付加での運転について安定した燃焼状態を実現していることを示している。
また、中間の特性は、縦軸にＮＯｘ量をとり、横軸にＥＧＲ率をとって、ＮＯｘ発生量のＥＧＲ依存特性を示しており、実線で示す本実施形態にかかる構造の特性Ｆ′は、点線で示す従来構造の特性ｆ′に対し、大量ＥＧＲ付加に移行するほどＮＯｘ量の少ない安定した燃焼状態を実現していることを示している。
【００４８】
このように、本実施形態の構造によれば、希薄燃焼限界をよりリーン側に設定できるようになるとともに、ＥＧＲ限界の向上による大幅な燃費改善とＮＯｘ低減が達成される。
そして、本実施形態の構造でも、第１吸気ポート４１が直立ポートとして形成されているため、燃料噴射弁１０を吸気弁９１のバルブシート直近に配設することができるようになり、効率の良い希薄燃焼が実現される。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の内燃機関の吸気構造によれば、シリンダ内に嵌挿されるピストンの上面とシリンダヘッドの下面との間に形成された燃焼室と、上記シリンダの中心軸線を含む平面を挟んで上記シリンダヘッドの一側に設けられた第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートと、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートに対応してそれぞれ配設された第１吸気弁，第２吸気弁及び第３吸気弁と、上記シリンダの中心軸線を含む平面を挟んで上記シリンダヘッドの他側に設けられた第１排気ポート及び第２排気ポートと、上記の第１排気ポート及び第２排気ポートに対応してそれぞれ配設された第１排気弁及び第２排気弁と、上記第１吸気ポートに対して燃料を供給する燃料噴射弁とをそなえ、上記の第１吸気ポートが直立吸気ポートとして形成されるとともに、上記の第１吸気ポートから上記燃焼室へ流入する空気と燃料との混合気流と、上記第２吸気ポート及び第３吸気ポートから上記燃焼室へ流入する空気流とが、上記燃焼室内においてそれぞれ独立したタンブル流を形成するように構成されるという簡素な構成で、希薄燃焼限界をよりリーン側に設定しうるようになるとともに、ＥＧＲ限界の向上による大幅な燃費改善とＮＯｘ低減とを実現しうるようになるほか、第１吸気ポートが直立ポートとして形成されているため、燃料噴射弁を吸気弁のバルブシート直近に配設することができるようになり、上記構造が形成可能になって、効率の良い希薄燃焼を実現しうる利点がある。
【００５０】
また、請求項２記載の本発明の内燃機関の吸気構造は、シリンダ内に嵌挿されるピストンの上面とシリンダヘッドの下面との間に形成された燃焼室と、上記シリンダの中心軸線を含む平面を挟んで上記シリンダヘッドの一側に設けられ上記燃焼室内側面に沿う下降ののち上昇を行なうタンブル流を形成可能な第１吸気ポートと、該第１吸気ポートの軸線を挟んだ両側であって該軸線より上記平面に近い位置に設けられ上記第１吸気ポートにより形成されるタンブル流と逆回りのタンブル流を形成可能な第２吸気ポート及び第３吸気ポートと、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートに対応してそれぞれ配設された第１吸気弁，第２吸気弁及び第３吸気弁と、上記シリンダの中心軸線を含む平面を挟んで上記シリンダヘッドの他側に設けられた第１排気ポート及び第２排気ポートと、上記の第１排気ポート及び第２排気ポートに対応してそれぞれ配設された第１排気弁及び第２排気弁と、少なくとも上記第１吸気ポートに対して燃料を供給する燃料噴射弁とをそなえ、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートのうちの１以上の吸気ポートが直立吸気ポートとして形成されているので、両端の順タンブル流と、中央の逆タンブル流とが、各々分離・独立して吸気行程中に燃焼室内に供給されるようになり、空気流と混合気流とは逆方向のベクトルをもつため、混合・均一化し難く、分離状態のまま圧縮行程から点火まで流動状態を保持されて、効率の良い燃焼を実現できる利点があるほか、１以上の吸気ポートが直立ポートとして形成されているため、燃料噴射弁を吸気弁のバルブシート直近に配設することができるようになり、上記構造が形成可能になって、効率の良い希薄燃焼を実現しうる利点がある。
【００５１】
さらに、請求項３記載の内燃機関の吸気構造によれば、請求項２記載の構造について、上記燃料噴射弁が、上記直立吸気ポートの軸線を挟んで上記平面と反対側に位置する上記シリンダヘッド部分に設けられるという簡素な構成で、第１吸気ポートが直立ポートとして形成されていることと相まって、燃料噴射弁を第１吸気弁のバルブシート直近に配設することができるようになり、上記構造を形成可能になって、効率の良い希薄燃焼を実現しうる利点がある。
【００５２】
そして、請求項４記載の内燃機関の吸気構造によれば、請求項２記載の構造について、上記燃焼室の上面中央部に点火栓が設けられるとともに、各吸気ポート開口側における上記ピストン上面の一側に凹部が形成されるという簡素な構成で、中央部の混合気流は、可燃空燃比の状態を保ったままで、燃焼室中央に配置された点火栓を通過する流れを形成し、シリンダ内に供給された全空気量が希薄領域の状態であっても、点火栓近傍の流れは、層状化されて十分可燃領域に保たれ、燃焼が安定的に成立するほか、両端の供給空気に大量のＥＧＲを付加しても、前項の効果により、燃焼安定性は良好となる利点がある。
【００５３】
また、請求項５に記載の本発明の内燃機関の吸気構造は、シリンダ内に嵌挿されるピストンの上面とシリンダヘッド下面との間に形成された燃焼室と、上記シリンダの中心軸線を含む平面を挟んで上記シリンダヘッドの一側に設けられた第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートと、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートに対応してそれぞれ配設された第１吸気弁，第２吸気弁及び第３吸気弁と、上記シリンダの中心軸線を含む平面を挟んで上記シリンダヘッドの他側に設けられた第１排気ポート及び第２排気ポートと、上記の第１排気ポート及び第２排気ポートに対応してそれぞれ配設された第１排気弁及び第２排気弁と、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートのうち中央部に位置する吸気ポートに対して燃料を供給する燃料噴射弁とをそなえ、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートのうちの１以上の吸気ポートが直立吸気ポートとして形成されるとともに、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートからの吸気流が上記燃焼室内においてそれぞれ同じ方向に回転する独立したタンブル流を形成するように構成され、且つ、上記の第１吸気ポート，第２吸気ポート及び第３吸気ポートのうち中央部に位置する吸気ポートの通路断面積が他の吸気ポートの通路断面積より小さく設定されているので、簡素な構成で、両端のタンブル流と、中央のタンブル流とは、各々分離・独立して燃焼室内に供給され、供給された全空気量が希薄領域の状態であっても、流れは層状化されて十分可燃領域状態に保たれ、燃焼が安定的に成立するという利点があり、更に、両端のタンブル流と中央のタンブル流とは流速差を持つため、混合・均一化し難く、分離状態のまま圧縮行程から点火まで流動性が保たれ、効率の良い燃焼が行なわれるほか、１以上の吸気ポートが直立ポートとして形成されているため、燃料噴射弁を吸気弁のバルブシート直近に配設することができるようになり、上記構造が形成可能になって、効率の良い希薄燃焼を実現しうる利点がある。
【００５４】
さらに、請求項６記載の内燃機関の吸気構造によれば、請求項５記載の構造について、上記燃料噴射弁が、上記第１吸気ポートの軸線を挟んで上記平面と反対側に位置する上記シリンダヘッド部分に設けられるという簡素な構成で、第１吸気ポートが直立ポートとして形成されていることと相まって、燃料噴射弁を第１吸気弁のバルブシート直近に配設することができるようになり、上記構造を形成可能になって、効率の良い希薄燃焼を実現しうる利点がある。
【００５５】
そして、請求項７記載の内燃機関の吸気構造によれば、請求項５記載の構造について、上記燃焼室の上面中央部に点火栓が設けられるとともに、各吸気ポート開口側における上記ピストン上面の一側に凹部が形成されるという簡素な構成で、中央部の混合気流は、可燃空燃比の状態を保ったままで、燃焼室中央に配置された点火栓を通過する流れを形成し、シリンダ内に供給された全空気量が希薄領域の状態であっても、点火栓近傍の流れは、層状化されて十分可燃領域に保たれ、燃焼が安定的に成立するほか、両端の供給空気に大量のＥＧＲを付加しても、前項の効果により、燃焼安定性は良好となる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としての内燃機関の吸気構造について、その要部構成を模式的に示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態としての内燃機関の吸気構造について、そのシリンダヘッド下面を示す模式的正面図である。
【図３】本発明の第１実施形態としての内燃機関の吸気構造について、その作動状態を示す模式的斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態としての内燃機関の吸気構造について、その作動状態を示す模式的断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態としての内燃機関の吸気構造について、その燃焼特性を示すグラフである。
【図６】本発明の第１実施形態としての内燃機関の吸気構造について、その燃焼特性を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態としての内燃機関の吸気構造について、その要部構成を模式的に示す縦断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態としての内燃機関の吸気構造について、そのシリンダヘッド下面を示す模式的正面図である。
【図９】本発明の第２実施形態としての内燃機関の吸気構造について、その吸気通路面積を示す模式図である。
【図１０】本発明の第２実施形態としての内燃機関の吸気構造について、その作動状態を示す模式的斜視図である。
【図１１】本発明の第２実施形態としての内燃機関の吸気構造について、その作動状態を示す模式的断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態としての内燃機関の吸気構造について、その燃焼特性を示すグラフである。
【図１３】本発明の第２実施形態としての内燃機関の吸気構造について、その燃焼特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１  シリンダヘッド
１Ａ  シリンダ内壁
２  ピストン
３  シリンダブロック
３Ａ  シリンダ
４  吸気ポート
４１  第１吸気ポート
４２  第２吸気ポート
４３  第２吸気ポート
４Ａ  吸気通路燃焼室開口
５  排気ポート
５１  第１排気ポート
５２  第２排気ポート
５Ａ  排気通路燃焼室開口
７  燃焼室
８  排気弁
８１  第１排気弁
８２  第２排気弁
９  吸気弁
９１  第１吸気弁
９２  第２吸気弁
９３  第３吸気弁
１０  燃料噴射弁
１０Ａ  燃料噴射孔
１１  点火栓
１２，１３  凹所
【図１】
0003635730.tif 000002
【図２】
0003635730.tif 000003
【図３】
0003635730.tif 000004
【図４】
0003635730.tif 000005
【図５】
0003635730.tif 000006
【図６】
0003635730.tif 000007
【図７】
0003635730.tif 000008
【図８】
0003635730.tif 000009
【図９】
0003635730.tif 000010
【図１０】
0003635730.tif 000011
【図１１】
0003635730.tif 000012
【図１２】
0003635730.tif 000013
【図１３】
0003635730.tif 000014