(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る燃焼室と、
前記シリンダヘッドに設けられて燃焼室内に燃料を直接噴射する噴射弁と、
前記噴射弁に形成された噴口の軸線延長線上に同噴射弁から噴射された燃料が衝突する壁面が位置するようにシリンダヘッドの下面に突出して設けられた突設部材と、
を具えた直噴エンジンであって、
前記噴射弁の噴口を同噴射弁の軸線周りに複数形成し、
前記突設部材を噴射弁の先端を囲繞した状態で設けると共に、
前記突設部材壁面の下縁部に先端が突起状に形成されて噴射弁の軸線延長線側を指向したリップを形成したことを特徴とする直噴エンジン。
【請求項２】
前記噴射弁をシリンダの軸線に沿って設け、
前記ピストン上面に燃焼室の一部をなす凹部を形成し、ピストンの上死点位置において突設部材の燃料が衝突する壁面とピストン上面の凹部内面とで燃焼室を形成すると共に、
前記突設部材とピストン上面との合せ面をシリンダ中心に向かって下方に傾斜する傾斜面としたことを特徴とする請求項１記載の直噴エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料をシリンダ内に直接噴射する方式のディーゼルエンジンや火花点火式筒内噴射ガソリンエンジンなどの直噴エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に従来のディーゼルエンジンの燃焼室近傍の断面を示す。
【０００３】
ディーゼルエンジンにおいて、図５に示すように、シリンダブロック１０１上にはシリンダヘッド１０２が図示しないボルトにより締結固定されており、このシリンダブロック１０１に形成されたシリンダ１０３内にはピストン１０４が上下動自在に嵌挿されている。燃焼室１０５はピストン１０４の上面に凹設され、この燃焼室１０５には吸気ポート１０６と排気ポート１０７が接続され、吸気ポート１０６には吸気弁１０８の先端部が臨み、排気ポート１０７には排気弁１０９の先端部が臨んでいる。そして、図示しない吸気カム及び排気カムの駆動によって吸気弁１０８及び排気弁１０９を作動し、燃焼室１０５と各ポート１０６，１０７との開閉を行うことができるようになっている。
【０００４】
また、シリンダヘッド１０２には先端部の複数の噴口１１０が燃焼室１０５内に臨み、この燃焼室１０５内に燃料（軽油）を噴射する燃料噴射弁１１１が装着されている。この燃料噴射弁１１１は図示しない燃料ポンプから供給された高圧の燃料を燃焼室１０５内に噴射することができる。
【０００５】
従って、図示しないクランクシャフトが回転駆動すると、コンロッドを介してピストン１０４がシリンダ１０３内を往復移動する。一方、クランクシャフトの回転駆動力が図示しないカムシャフトに伝達されて同期回転駆動すると、吸気カム及び排気カムによって吸気弁１０８及び排気弁１０９が開閉する。このとき、吸気ポート１０６から燃焼室１０５に吸入された空気がピストン１０４により圧縮され、この高圧空気に燃料噴射弁１１１の噴口１１０から燃料が噴射されると、この燃焼室１０５内で高圧空気と霧状の燃料が混合して自然着火することで、燃焼室１０５内で吸気、圧縮、爆発、排気の各行程が繰り返される。
【０００６】
このようなディーゼルエンジンのような燃料をシリンダ内に直接噴射する方式のエンジンでは、排気ガス特性や出力などの面から、燃焼室内で噴射された燃料と吸入された空気との混合を如何に促進させるかが従来からの問題となっている。
【０００７】
例えば、特開平７−１１９５９号公報に開示された「ディーゼル機関の燃焼室装置」では、シリンダヘッドの下面にスキッシュガイドとしてのリエントラントリングを突設することにより、ピストン上死点におけるスキッシュ流を圧縮乃至集束し、キャビティ内のスワール流と合流させて、燃料噴霧ノズルからの燃料噴霧に強制的に衝突させるようにしている。従って、ピストンの上昇に伴ってピストン上面とシリンダヘッド下面との間の間隙により生成されるスキッシュ流がリエントラントリングにガイドされてキャビティ内に流入することで、燃料と空気との混合が促進される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、燃料の噴射時期はＮＯｘの低減や触媒へのＨＣの供給などの理由で、圧縮上死点近傍のみに限らず、吸気行程や圧縮行程など様々な時期に設定することがある。そのため、上述した「ディーゼル機関の燃焼室装置」において、ピストンが圧縮上死点近傍以外の位置、つまり、ピストンが下降位置にあるときに燃料を噴射すると、この燃料は燃焼室ではなくシリンダライナに向かって噴射されて一部が表面に付着してしまう。すると、燃焼室で燃料と空気の混合が十分に行われず、排気ガス特性や出力に悪影響を及ぼしてしまう虞がある。
【０００９】
本発明はこのような問題を解決するものであって、燃焼室での燃料と空気の混合を促進することで、排気ガス特性や出力の向上を図った直噴エンジンを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための本発明の直噴エンジンは、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る燃焼室と、前記シリンダヘッドに設けられて燃焼室内に燃料を直接噴射する噴射弁と、前記噴射弁に形成された噴口の軸線延長線上に同噴射弁から噴射された燃料が衝突する壁面が位置するようにシリンダヘッドの下面に突出して設けられた突設部材と、を具えた直噴エンジンであって、前記噴射弁の噴口を同噴射弁の軸線周りに複数形成し、前記突設部材を噴射弁の先端を囲繞した状態で設けると共に、前記突設部材壁面の下縁部に先端が突起状に形成されて噴射弁の軸線延長線側を指向したリップを形成したことを特徴とする。
【００１１】
従って、ピストンの移動位置に関係なく如何なる噴射時期であっても、噴射弁の噴口から噴射された燃料は突設部材の壁面に衝突して燃焼室内で拡散することとなり、燃焼室での燃料と空気の混合が促進される一方で、燃料のシリンダ表面への付着が抑制され、排気ガス特性や出力を向上することができる。また、噴射弁の噴口を同噴射弁の軸線周りに複数形成したので、一つの噴口から噴射される燃料量が少なくなって微粒化が図れ、しかも、この微粒化された燃料が突設部材に衝突して拡散することとなり、燃料と空気との混合がより一層促進される。また、噴射燃料が衝突する突設部材壁面の下縁部に先端が突起状に形成されて噴射弁の軸線延長線側を指向したリップを形成したので、更なる噴霧の拡散が促進される。
【００１３】
また、ピストン上面に燃焼室の一部をなす凹部を形成し、ピストンの上死点位置において突設部材が燃料が衝突する壁面とピストン上面の凹部内面とで燃焼室を形成し、且つ、この突設部材とピストン上面との合せ面をシリンダ中心に向かって下方に傾斜する傾斜面とすることが好ましい。この構成により、ピストンの上昇に伴って突設部材とピストン上面との合せ面にピストン上面の凹部に向かうスキッシュ流が発生するため、早期に燃料を噴射した場合には、シリンダ外周部に浮遊する燃料をピストン中心部に集めることができ、しかも、ピストンの上死点位置において、燃焼室内で燃料と空気とを確実に混合させることができ、排気ガス特性や出力の悪化を防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１に本発明の一実施形態に係る直噴エンジンとしてのディーゼルエンジンの燃焼室近傍の断面、図２に図１のＩＩ−ＩＩ断面、図３に燃料の噴射方向を表す概略、図４に本実施形態のディーゼルエンジンのピストン下降位置における燃焼室近傍の断面を示す。
【００１６】
本実施形態の直噴エンジンにおいて、図１及び図２に示すように、シリンダブロック１１上にはシリンダヘッド１２が図示しないボルトにより締結固定されており、このシリンダブロック１１に形成されたシリンダ１３内にはピストン１４が上下動自在に嵌挿されている。そして、ピストン１４の上面には燃焼室１５の一部を構成する凹部１６が形成されている。
【００１７】
この燃焼室１５にはそれぞれ２つの吸気ポート１７と排気ポート１８が接続され、各吸気ポート１７には吸気弁１９の先端部が臨み、各排気ポート１８には排気弁２０の先端部が臨んでいる。そして、図示しない吸気カム及び排気カムの駆動によって吸気弁１９及び排気弁２０を作動し、燃焼室１５と各ポート１７，１８との開閉を行うことができるようになっている。また、シリンダヘッド１２の下部には燃料噴射弁２１が装着されており、先端部に形成された４つの噴口２２が燃焼室１５内に臨み、燃料（軽油）を噴射することができるようになっている。なお、この燃料噴射弁２１は図示しない燃料ポンプから供給された高圧の燃料を燃焼室１５内に噴射することができる。
【００１８】
そして、シリンダヘッド１２の下部には、ピストン１４の凹部１６に対向するように各ポート１７，１８の間に位置して突設部材としてのリップ部２３が下方に突出するように一体に形成されている。即ち、燃料噴射弁２１の下端部には４つの噴口２２がこの燃料噴射弁２１の軸線Ｏ１  周りにほぼ均等間隔で形成され、燃料噴射弁２１はシリンダ１３の軸線Ｏ１  に沿ってシリンダヘッド１２に取付けられている。一方、シリンダヘッド１２において、リップ部２３は燃料噴射弁２１の各噴口２２を囲繞し、且つ、対向した４つの位置に形成されており、各リップ部２３の下縁先端がシリンダ１３の中心寄りに突起状となることで湾曲面（壁面）２３ａを有している。
【００１９】
つまり、図３に詳細に示すように、燃料噴射弁２１の４つの噴口２２の軸線Ｏ２  の延長線上に４つのリップ部２３を設けることで、この燃料噴射弁２１の各噴口２２から噴射された燃料が各リップ部２３の湾曲面２３ａに衝突するようになっている。そして、ピストン１４が上昇して上死点位置に移動したときには、ピストン１４の凹部１６と各リップ部２３の湾曲面２３ａとで燃焼室１５を形成するようになっている。
【００２０】
また、このピストン１４が上死点位置にあるとき、ピストン１４の上面（凹部１６の周囲の面）１４ａとシリンダヘッド１２の各リップ部２３の下面２３ｂとの合せ面が、シリンダ１３の中心に向かって下方に傾斜する傾斜面となっており、この傾斜面にピストン１４の凹部１６に向かうスキッシュ流が発生するようになっている。
【００２１】
ここで、上述した本実施形態の直噴エンジンの作用について説明する。
【００２２】
図１に示すように、図示しないクランクシャフトが回転駆動すると、コンロッドを介してピストン１４がシリンダ１３内を往復移動する。一方、クランクシャフトの回転駆動力が図示しないカムシャフトに伝達されて同期回転駆動すると、吸気カム及び排気カムによって吸気弁１９及び排気弁２０が開閉する。このとき、吸気ポート１７から燃焼室１５に吸入された空気がピストン１４により圧縮され、この高圧空気に燃料噴射弁２１の各噴口２２から燃料が噴射されると、この燃焼室１５内で高圧空気と霧状の燃料が混合して自然着火することで、燃焼室１５内で吸気、圧縮、爆発、排気の各行程が繰り返される。
【００２３】
この場合、ピストン１４の上死点位置で、燃料噴射弁２１の各噴口２２から燃焼室１５に燃料が噴射されると、燃料噴霧は各リップ部２３の湾曲面２３ａに向かって噴射されてこの湾曲面２３ａに衝突して拡散すると共に、吸気ポート１７からの吸気によってスワールが形成されることとなり、燃焼室１５での燃料と空気の混合が促進され、確実に自然着火することができる。そして、このときに燃料が４つの噴口２２から噴射されるため、一つの噴口２２から噴射される燃料量が少なくなって微粒化が図れ、このことによっても燃焼室１５での燃料と空気の混合を促進できる。更に、噴射燃料が衝突するリップ部２３の湾曲面２３ａの下縁部がシリンダ１３の中心寄りに湾曲しているため、更なる燃料噴霧の拡散の促進が可能となる。
【００２４】
また、図３に示すように、ピストン１４の上死点位置以外の位置で、燃料噴射弁２１の各噴口２２から燃焼室１５に燃料が噴射（例えば、パイロット噴射）されても、前述と同様に、燃料噴霧は各リップ部２３の湾曲面２３ａに向かって噴射されてこの湾曲面２３ａに衝突して拡散することとなり、シリンダ１３の内面への付着が防止される。その後、ピストン１４が上昇するとピストン１４の凹部１６内で予混合燃焼が発生し、上死点位置では燃料噴射弁２１の各噴口２２から各リップ部２３の湾曲面２３ａに向かって燃料が噴射され、燃料噴霧がこの湾曲面２３ａに衝突して拡散し、燃焼室１５で燃料と空気の混合が促進されて自然着火し、燃焼が開始される。
【００２５】
そして、このピストン１４の上死点位置では、ピストン１４の凹部１６と各リップ部２３の湾曲面２３ａとで燃焼室１５を形成し、ピストン１４の上面１４ａと各リップ部２３の下面２３ｂとの合せ面がシリンダ１３の中心に向かって下方に傾斜する傾斜面となっているため、ピストン１４の上昇に伴ってピストン１４とリップ部２３との合せ面からピストン１４の凹部１６に向かうスキッシュ流が発生することとなる。そのため、パイロット噴射されてシリンダ１３の外周部に浮遊している燃料噴霧をピストン１４の凹部１６の中心部に集めることができ、しかも、燃焼室１５内で燃料と空気とを確実に混合させることができ、排気ガス特性や出力の悪化を防止できる。
【００２６】
このように本実施形態のディーゼルエンジンにあっては、燃料噴射弁２１の噴口２２の軸線延長線上に、この燃料噴射弁２１から噴射された燃料が衝突する湾曲面２３ａが位置するように、シリンダヘッド１３の下面にリップ部２３を形成してある。従って、ピストン１４の移動位置に関係なく如何なる噴射時期であっても、燃料噴射弁２１の噴口２２から噴射された燃料はリップ部２３の湾曲面２３ａに衝突して燃焼室１５内で拡散することとなり、燃焼室１５での燃料と空気の混合が促進される一方で、燃料のシリンダ１３の表面への付着が抑制され、排気ガス特性や出力を向上できる。
【００２７】
なお、上述した本実施形態では、燃料噴射弁２１の噴口２２を軸線周りに４つ形成したが、その位置と数はこれに限定されるものではない。また、突設部材として、燃料噴射弁２１の噴口２２の軸線Ｏ２  の延長線上に噴射燃料が衝突する湾曲面２３ａが位置するようにシリンダヘッド１１の下面にリップ部２３を一体に形成したが、リップ部２３を別部材として形成し、シリンダヘッド１１の下面に固定するようにしてもよい。また、その形状も湾曲面２３ａを有するものに限らず、噴射燃料が衝突する壁面であればよい。
【００２８】
また、パイロット噴射を実施するエンジンに限らず、燃料噴射をピストンの圧縮上死点位置以外（例えば、吸気、爆発、排気）の位置で実施するエンジンも、本発明を適用することができ、当然のごとく、前述した左右効果を奏することができる。そして、本実施形態では、本発明をディーゼルエンジンに適用して説明しているが、筒内噴射型ガソリンエンジンにも適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように本発明の直噴エンジンによれば、ピストンの移動位置に関係なく如何なる噴射時期であっても、噴射弁の噴口から噴射された燃料は突設部材の壁面に衝突して燃焼室内で拡散させ、燃焼室での燃料と空気の混合を促進する一方で、燃料のシリンダ表面への付着を抑制し、排気ガス特性や出力を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る直噴エンジンとしてのディーゼルエンジンの燃焼室近傍の断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】燃料の噴射方向を表す概略図である。
【図４】本実施形態のディーゼルエンジンのピストン下降位置における燃焼室近傍の断面図である。
【図５】従来のディーゼルエンジンの燃焼室近傍の断面図である。
【符号の説明】
１１  シリンダブロック
１２  シリンダヘッド
１３  シリンダ
１４  ピストン
１５  燃焼室
１６  凹部
２１  燃料噴射弁
２２  噴口
２３  リップ部（突設部材）
２３ａ  湾曲面（壁面）
【図１】
0003613054.tif 000002
【図２】
0003613054.tif 000003
【図３】
0003613054.tif 000004
【図４】
0003613054.tif 000005
【図５】
0003613054.tif 000006