(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒毎に２個の吸気弁を備えるとともに、該２個の吸気弁の間で燃焼室周壁寄りの位置から燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、かつ吸気が吸気弁から前記燃料噴射弁と離れる方向に流出した後、ピストン冠面に沿って燃料噴射弁側に戻るように旋回するタンブル流を生成するように構成された内燃機関の燃焼室において、
吸気弁着座部周囲に形成される開口部周壁を、その中心軸が、吸気弁の中心軸に対し、燃料噴射弁の噴孔と吸気弁の中心とを結ぶ方向で、かつ、燃料噴射弁から離れる方向にオフセットするように形成し、該開口部周壁の前記燃料噴射弁寄りの部分を、反対側部分より吸気弁に近づけたことを特徴とする内燃機関の燃焼室。
【請求項２】
一方の吸気弁に連なる吸気ポートにスワール生成用の開閉弁が介装されたものにおいて、２個の吸気ポートに対応して形成される２個の開口部周壁が、前記中心軸のオフセット量が相互に相違するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼室。
【請求項３】
気筒毎に２個の吸気弁を備えるとともに、該２個の吸気弁の間で燃焼室周壁寄りの位置から燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、かつ吸気が吸気弁から前記燃料噴射弁と離れる方向に流出した後、ピストン冠面に沿って燃料噴射弁側に戻るように旋回するタンブル流を生成するように構成された内燃機関の燃焼室において、
吸気弁着座部周囲に形成される開口部周壁を、シートカッターの中心軸を吸気弁の中心軸に対して燃料噴射弁の噴孔と吸気弁の中心とを結ぶ方向に傾斜して加工することにより、バルブシート装着孔周壁の燃料噴射弁寄りの非加工部分が吸気弁に接近するように形成したことを特徴とする内燃機関の燃焼室。
【請求項４】
一方の吸気弁に連なる吸気ポートにスワール生成用の開閉弁が介装されたものにおいて、２個の吸気ポートに対応して形成される２個の開口部周壁が、前記シートカッターの傾斜方向が相互に相違するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼室。
【請求項５】
ピストン冠面にタンブル流を助長するキャビティが形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼室。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室に直接燃料を噴射する内燃機関に関し、特に混合性を高めて燃焼性を安定化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年ガソリン機関等の火花点火式機関において、燃料を燃焼室内に直接噴射し、低・中負荷領域では、燃料を圧縮行程で噴射することにより点火プラグ付近のみに可燃混合気を層状に生成して成層燃焼を行い、これにより、空燃比を大幅にリーンとした燃焼を可能として燃費，排気浄化性能を大きく改善した技術が開発されている。
【０００３】
但し、該成層燃焼を行なう内燃機関でも、所定以上の高負荷領域では、限られたシリンダ容積で要求トルクを確保するためには、燃料を吸気行程で噴射して均質に混合した混合気を形成し、均質燃焼を行なう必要があり、したがって、成層燃焼と均質燃焼とを運転状態に応じて切り換えるようにしている（特開平１０−１６９４４６号公報参照）。
【０００４】
ところで、気筒毎に２個の吸気弁を備えるとともに、該２個の吸気弁の間で燃焼室周壁寄りの位置から燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、吸気弁から流出した吸気が前記燃料噴射弁と離れる方向に流出した後ピストン冠面に沿って燃料噴射弁側に戻る方向のタンブル流を生成するようにしたものが提案されており、該タンブル流によって、上記成層燃焼時には、圧縮行程で噴射された燃料を点火プラグ近傍に巻き上げ輸送するとともに、均質燃焼時には噴射燃料と空気とを十分に混合する。
【０００５】
ここで、前記タンブル流は、吸気ポートの曲率中心から離れた外側では内側より空気流速が大きいため、該外側から燃焼室内に流出した空気が内側に向かって渦を巻くように垂直面内を旋回するように生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際には、吸気弁の開弁により吸気ポート曲率中心から離れた外側から流出する順方向のタンブル流（順タンブル流）が、吸気ポート曲率中心寄りの内側から流出する逆方向のタンブル流（逆タンブル流）によって打ち消されて弱められていた。
【０００７】
また、燃料噴射弁が２個の吸気弁の間で燃焼室周壁寄りの位置に配設されているため、２個の吸気弁からの逆タンブル流が合流する位置に燃料が噴射され、本来順タンブル流によって噴射燃料を点火プラグ方向に巻き上げるべきところが、逆タンブル流の影響を受けて相当量の噴射燃料が下方に流れて偏在してしまい、燃焼性能が損なわれ、ひいては出力、燃費、排気浄化性能を悪化させてしまうことがあった。
【０００８】
従来より、吸気ポート形状の設定や吸気ポートにバルブを介在させるなどの方法で、吸気ポートの順タンブル流を助長する側からの流出量を多くするような試みもなされているが、通気抵抗の増大を伴うものであり、また、吸気ポート形状やバルブ設置のためにレイアウトが難しくなりコストも高くなる。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、燃焼室の一部の加工を変更するだけで、通気抵抗の増大やレイアウト、コストにも影響を与えることなく、逆タンブル流を効果的に抑制でき、以って燃焼性が大きく改善された内燃機関の燃焼室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】
このため、請求項１に係る発明は、
気筒毎に２個の吸気弁を備えるとともに、該２個の吸気弁の間で燃焼室周壁寄りの位置から燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、かつ吸気が吸気弁から前記燃料噴射弁と離れる方向に流出した後、ピストン冠面に沿って燃料噴射弁側に戻るように旋回するタンブル流を生成するように構成された内燃機関の燃焼室において、
吸気弁着座部周囲に形成される開口部周壁を、その中心軸が、吸気弁の中心軸に対し、燃料噴射弁の噴孔と吸気弁の中心とを結ぶ方向で、かつ、燃料噴射弁から離れる方向にオフセットするように形成し、該開口部周壁の前記燃料噴射弁寄りの部分を、反対側部分より吸気弁に近づけたことを特徴とする。
また、請求項３に係る発明は、
気筒毎に２個の吸気弁を備えるとともに、該２個の吸気弁の間で燃焼室周壁寄りの位置から燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、かつ吸気が吸気弁から前記燃料噴射弁と離れる方向に流出した後、ピストン冠面に沿って燃料噴射弁側に戻るように旋回するタンブル流を生成するように構成された内燃機関の燃焼室において、
吸気弁着座部周囲に形成される開口部周壁を、シートカッターの中心軸を吸気弁の中心軸に対して燃料噴射弁の噴孔と吸気弁の中心とを結ぶ方向に傾斜して加工することにより、バルブシート装着孔周壁の燃料噴射弁寄りの非加工部分が吸気弁に接近するように形成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項１または請求項３に係る発明によると、
前記周壁の燃料噴射弁寄りの部分が吸気弁に近づけられる結果、この部分の吸気弁外縁部と周壁との隙間が減少するため、逆タンブル流が減少し、順タンブル流は増大する。この結果、順方向のタンブル流が強化されるとともに、逆タンブル流による噴射燃料の下方への流れが抑制され、燃料の偏在による燃焼性の悪化を防止でき、ひいては、出力、燃費、排気浄化性能が改善される。
また、吸気ポートの形状の変更やバルブを介装するような必要もないので、通気抵抗が増大することがなく、レイアウトを難しくすることも無い。
また、請求項１に記載の発明では、前記周壁形成用のカッターの中心軸をオフセットして加工するだけで、所望の周壁を容易に得ることができる。また、該周壁の燃料噴射弁から遠い側は、該オフセット分吸気弁との距離が増大するため、順タンブル流をより増大でき、請求項３に係る発明では、前記シートカッターの中心軸を傾斜させて加工するだけで、バルブシート装着孔の吸気弁に近い周壁が、燃料噴射弁に近い側は前記シートカッターに切削されないまま残され、反対側は切削されて吸気弁から離れた周壁が形成されることにより、所望の開口部周壁を容易に得ることができる。
【００１７】
また、前記開口部周壁のオフセット方向又はシートカッターの傾斜方向は、燃料噴射弁の噴孔と吸気弁の中心とを結ぶ方向としたことにより、燃料噴射弁に最も近い側を中心として、その近傍の周壁部分を吸気弁に近づけることができるため、逆タンブル流による噴射燃料の下方への流れを、より効果的に抑制できる。因みに、燃料噴射弁を吸気ポートに備えるもので、２個の吸気弁着座部周囲の開口部周壁を、排気弁に近づく方向に平行移動させたものがあるが（特開平７−１５０９４５号参照）、この場合には、仮に２個の吸気弁の間から燃料を噴射するように燃料噴射弁を配設したとしても、開口部周壁の吸気弁間の部分が吸気弁には近づかず、若しくは吸気弁から却って離れてしまうので、この部分に生じる噴射燃料の下方への流れを抑制することはできない。
【００１８】
また、請求項４に係る発明は、
一方の吸気弁に連なる吸気ポートにスワール生成用の開閉弁が介装されたものにおいて、２個の吸気ポートに対応して形成される２個の開口部周壁が、前記中心軸のオフセット量又はシートカッターの傾斜量が相互に相違するように形成されることを特徴とする
【００１９】
請求項４に係る発明によると、
低負荷時等でスワールを生成する場合には、前記一方の吸気ポートに介装された開閉弁を閉じて、他方の吸気ポートのみを開通することにより、該他方の吸気ポートからのみ流出する吸気により燃焼室内にスワールを生成する。
【００２０】
例えば、両吸気ポートを開通する高負荷時等において、各吸気ポートからのタンブル流を十分大きくできるのに必要な前記中心軸のオフセット量又は傾斜量を確保した上で、前記スワール生成時に開通される他方の吸気ポート側の周壁については、更に中心軸のオフセット量又は傾斜量を大きく設定することで、スワールを強化できる。
【００２１】
また、請求項５に係る発明は、
ピストン冠面にタンブル流を助長するキャビティが形成されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項５に係る発明によると、
ピストン冠面にキャビティを備えることにより、タンブル流が助長される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１〜図６は、本発明の第１の実施の形態を示す。
図において、直噴火花点火式の内燃機関１は、気筒毎に２個の吸気弁２Ａ，２Ｂと、該各吸気弁２Ａ，２Ｂに連なる２個の吸気ポート３Ａ，３Ｂを備え、該２個の吸気弁２Ａ，２Ｂの間で燃焼室４の周壁寄りの位置に燃料噴射弁５が配設され、該燃料噴射弁５から燃焼室４内に斜め下方に燃料が噴射される。また、燃焼室４頂壁の略中心には点火栓６が配設され、火花点火を行う。さらに、ピストン７の冠面には、後述するタンブル流を助長する形状のキャビティ８が形成されている。
【００２４】
前記各吸気ポート３Ａ，３Ｂは、曲率中心が燃料噴射弁５側にあるように湾曲して形成されている。これにより、各吸気ポート３Ａ，３Ｂから湾曲の外側部分から流出する吸気の流速が湾曲の内側部分から流出する吸気の流速より大きいため、該湾曲の外側部分からの吸気流が主流となって、燃料噴射弁５から離れる方向に流出した後、前記キャビティ８に沿って燃料噴射弁５側に戻るタンブル流が形成される。
【００２５】
前記順方向のタンブル流に対し、吸気ポート３Ａ，３Ｂから湾曲の内側部分から流出する吸気は、該順方向のタンブル流を阻害する逆タンブル流を生成し、特に、２個の吸気弁２Ａ，２Ｂの間の部分は、それぞれの吸気弁２Ａ，２Ｂから流出した逆タンブル流が合流して強め合う。そこで、該逆タンブル流を抑制するため、以下の構成を備える。
【００２６】
即ち、前記各吸気弁２Ａ，２Ｂの着座部となるバルブシート９の周囲が、吸気流出時の通気抵抗軽減のため、ロータリー式のシートカッターＣにより拡開された開口部が形成され、通常は該シートカッターの加工中心軸を吸気弁の中心軸と同心上にして加工するが、本実施形態では、図４、図６に示すように、シートカッターの加工中心軸Ｏｃを、燃料噴射弁５の噴孔と各吸気弁２Ａ，２Ｂの中心軸Ｏｖとを結ぶ方向に、燃料噴射弁５から離れる側に所定量Ｇずつオフセットして加工する。
【００２７】
これにより、各バルブシート９の周囲に拡開して形成される開口部周壁１０は、それぞれ、燃料噴射弁５に近い部分が吸気弁２Ａ，２Ｂの外縁部に接近し、反対側の部分は吸気弁２Ａ，２Ｂの外縁部から離れる。
【００２８】
前記開口部周壁１０の燃料噴射弁５寄りの部分が吸気弁２Ａ，２Ｂに近づけられる結果、この部分の吸気弁２Ａ，２Ｂの外縁部と開口部周壁１０との隙間が減少するため、逆タンブル流が減少し、一方反対側の部分は、吸気弁２Ａ，２Ｂの外縁部と開口部周壁１０との隙間が増大するため、順タンブル流は増大する。この結果、吸気弁２Ａ，２Ｂから流出直後の順タンブル流が増大することに加えて、該順タンブル流を衝突によって阻害する逆タンブル流が減少することにより、全体として順方向のタンブル流が大きく強化される。
【００２９】
また、逆タンブル流による噴射燃料の下方への流れが抑制され、吸気弁２Ａ，２Ｂ下方部分への燃料の偏在を抑制できる。特に、２個の吸気弁２Ａ，２Ｂの間の部分は、それぞれの吸気弁２Ａ，２Ｂから流出した逆タンブル流が合流して強め合うが、図５に示すように、この部分で開口部周壁１０を吸気弁２Ａ，２Ｂ（の外縁部）に十分接近させることができるので、逆タンブル流を十分に低減することができ、燃料の偏在を抑制できる効果が大きい。
【００３０】
したがって、燃料と空気が良好に混合して燃焼性の悪化を防止でき、ひいては、出力、燃費、排気浄化性能が改善される。
また、吸気ポートの形状の変更やバルブを介装するような必要もないので、通気抵抗が増大することがなく、レイアウトを難しくすることも無い。
【００３１】
なお、本実施形態におけるタンブル流は、均質燃焼時に吸気行程で噴射された燃料と空気とを燃焼室４内で十分に攪拌して混合させる機能を有すると共に、成層燃焼時に圧縮行程で下方向に噴射された燃料をピストン７の冠面に付着させることなく巻き上げて点火栓６近傍に運ぶ機能を有するものであるから、該タンブル流の強化により、均質燃焼、成層燃焼共に改善される。
【００３２】
また、各開口部周壁を２個の吸気弁の中心軸を結ぶ方向で相互に遠ざかる側にオフセットした場合が、開口部周壁の吸気弁間部分を各吸気弁の外縁部に最も接近させることができ、この部分の逆タンブル流を抑制する効果が最も高いのでそのようにしてもよいが、開口部周壁がシリンダボア壁に接近しすぎて強度上の問題が発生しやすい。この点、本実施形態のように燃料噴射弁５の噴孔５ａと各吸気弁２Ａ，２Ｂの中心軸とを結ぶ方向に、燃料噴射弁５から離れる側にオフセットすれば、開口部周壁１０がシリンダボア壁に殆ど接近しないので、強度上の問題を発生することなく、逆タンブル流を十分に低減することができる。
【００３３】
図７は、第２の実施の形態を示す。
本実施の形態では、前記シートカッターの加工中心軸を、吸気弁２Ａ，２Ｂの中心軸に対し、下方側が燃料噴射弁５から離れる方向に所定量θ傾斜させて加工する。これにより、バルブシート装着孔の吸気弁に近い周壁部分２１が、燃料噴射弁５に近い側は前記シートカッターに切削されないまま残され、反対側は切削されて吸気弁２Ａ，２Ｂから離れた周壁部分２２が形成される。
【００３４】
これら周壁部分２１と周壁部分２２とで構成される開口部周壁を備えることにより、第１の実施の形態と同様、吸気弁２Ａ，２Ｂから離れた周壁部分２２によって、強い順タンブル流を確保できると共に、燃料噴射弁５寄りの吸気弁２Ａ，２Ｂに近い周壁部分２１によって、逆タンブル流を十分に低減することができ、ひいては出力、燃費、排気浄化性能が改善される。
【００３５】
図８は、第３の実施の形態を示す。
本実施の形態では、一方（図示下側）の吸気弁に連なる吸気ポートに、スワール生成用の開閉弁が介装され、低負荷等所定の運転時に、該開閉弁を閉じて（図示上側）の吸気弁に連なる他方の吸気ポートのみから吸気を行うことにより、燃焼室内にスワールを生成するものにおいて、第１の実施の形態と同様にして、２個の開口部周壁１０Ａ，１０Ｂを吸気弁中心軸に対してオフセットして形成するが、前記スワール生成時に開通する他方の吸気ポート側の開口部周壁１０Ａのオフセット量Ｆを、もう一方の開口部周壁１０Ｂの第１の実施の形態と同様に設定されたオフセット量Ｇより、大きく設定したものである。
【００３６】
即ち、前記スワール生成時に開通する吸気ポート側の開口部周壁１０Ａのオフセット量の調整により、該スワール流の強さを調整することも可能であり、オフセット量を大きくすることでスワールを強化できる。該スワールは、タンブル流とともに、成層燃焼時に濃混合気層を成層化する上で有効に機能する。そこで、開口部周壁１０Ａ，１０Ｂのオフセット量をＧ以上として高負荷時等に両吸気ポートが開通するときに要求されるタンブル流を十分大きく確保して直噴式機関における均質燃焼性能を可及的に高めつつ、開口部周壁１０Ａのオフセット量を、より大きいオフセット量Ｆとして、スワールを強化することにより、成層燃焼性能をより高めることができる。
【００３７】
また、前記オフセット量を異ならせる代わりに、第２の実施の形態のようにシートカッターの加工中心軸の傾斜量を異ならせる（スワール時に吸気流出側の開口部周壁の加工時の傾斜量をより大とする）構成としても、同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る直噴火花点火式内燃機関の燃焼室の縦断面図。
【図２】図１のＢ矢視図。
【図３】図１のＡ部拡大図。
【図４】同上実施の形態の燃焼室の横断面図。
【図５】図４のＤ−Ｄ断面図。
【図６】図４のＣ−Ｃ断面図。
【図７】第２の実施の形態の要部縦断面図。
【図８】第３の実施の形態の要部横断面図。
【符号の説明】
１    内燃機関
２Ａ，２Ｂ    吸気弁
３Ａ，３Ｂ    吸気ポート
４    燃焼室
５    燃料噴射弁
６    点火栓
７    ピストン
８    キャビティ
Ｆ，Ｇ    オフセット量
θ    傾斜量
【図１】
0003575337.tif 000002
【図２】
0003575337.tif 000003
【図３】
0003575337.tif 000004
【図４】
0003575337.tif 000005
【図５】
0003575337.tif 000006
【図６】
0003575337.tif 000007
【図７】
0003575337.tif 000008
【図８】
0003575337.tif 000009