(57)【要約】【課題】内燃機関において、全ての運転領域での圧縮行程噴射を可能として良好な燃焼を確保可能とする。【解決手段】燃焼室１５に連通する吸気ポート１６及び排気ポート１７を吸気弁１８及び排気弁１９により開閉自在とし、この吸気ポート１６を水平方向に傾斜させることで、空気を旋回流として燃焼室１５に導入可能とし、燃料噴射弁２０から燃焼室１５の外周部に向けて燃料を噴射（燃料噴霧Ａ）可能とすると共に、燃焼室１５の中心部に向けて燃料を噴射（燃料噴霧Ｂ）可能とし、燃焼室１５の所定の位置に各燃料噴霧Ａ，Ｂに対応して点火プラグ２１，２２を設ける。【選択図】        図１
2006063862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室と、該燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、該吸気ポートに流入する空気を旋回流として前記燃焼室に導入するスワール生成手段と、前記吸気ポート及び前記排気ポートをそれぞれ開閉可能な吸気弁及び排気弁と、前記燃焼室の外周部に設けられてピストンの圧縮行程時に前記燃焼室の外周部から中心部までの領域に前記旋回流の下流側に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室に設けられた点火プラグとを具えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関において、前記燃焼噴射弁は、前記燃焼室の外周部及び中心部の２方向に向けて燃料を噴射可能であり、前記点火プラグは、前記２方向に噴射された燃料噴霧の上方にそれぞれ設けられたことを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関において、前記燃焼噴射弁は、前記燃焼室の外周部及び中心部の２方向に向けて燃料を噴射可能であり、前記点火プラグは、前記２方向に噴射された燃料噴霧の間の上方に設けられたことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
燃焼室と、該燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、該吸気ポートに流入する空気を旋回流として前記燃焼室に導入するスワール生成手段と、前記吸気ポート及び前記排気ポートをそれぞれ開閉可能な吸気弁及び排気弁と、前記燃焼室の中心部に設けられてピストンの圧縮行程時に前記燃焼室における前記点火プラグより前記旋回流の上流側の複数箇所に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室に設けられた点火プラグとを具えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項４記載の内燃機関において、前記燃料噴射弁は、前記燃焼室における前記点火プラグから遠ざかる位置ほど多量の燃料を噴射することを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項４記載の内燃機関において、前記燃料噴射弁は、前記燃焼室における前記排気ポート側に向けて燃料を噴射することを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を直接燃焼室に噴射してから直ちに点火して拡散燃焼を実行する筒内噴射式の火花点火内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料を吸気ポートではなく、燃焼室に直接噴射する筒内噴射式内燃機関が従来から知られている。この筒内噴射式内燃機関では、吸気弁の開放時に空気が吸気ポートから燃焼室に吸入され、ピストンの上昇によりこの空気が圧縮され、吸入空気または圧縮された高圧空気に対して、燃料噴射弁から燃料が直接噴射される。すると、燃焼室にて、高圧空気と霧状の燃料とが混合し、この混合気が点火プラグに導かれて着火して爆発し、排気弁の開放時に、排気ガスが吸気ポートから排出される。
【０００３】
即ち、この筒内噴射式内燃機関では、内燃機関の運転状態に応じて燃料の噴射時期を変えて燃焼形態を変更している。つまり、内燃機関の低負荷時には、圧縮行程時に高圧空気に対して燃料噴射を行って燃焼室内の限定された領域内に混合気を形成し、この高圧の混合気を点火プラグにより着火させて成層燃焼を行う。一方、内燃機関の中・高負荷時に吸気行程及び圧縮行程時に１回目の燃料噴射を行ってこの噴射燃料により燃焼室内全体に分散した混合気を形成し、圧縮行程時に２回目の燃料噴射を行ってこの噴射燃料により燃焼室内の限定された領域内に混合気を形成し、この限定された領域内の混合気を点火プラグにより着火させ、この着火混合気を火種として燃焼室全体に分散した混合気を燃焼する均質燃焼を行う。
【０００４】
なお、このような筒内噴射式内燃機関としては、下記特許文献１に記載されたものがある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１８８４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の内燃機関にあっては、内燃機関の低負荷時に、圧縮行程噴射を行って成層燃焼を実現するが、中・高負荷時には、吸気行程噴射を行って均質燃焼を実行している。一般に、筒内噴射式内燃機関による成層燃焼は、動力損失や熱損失の面で有利であると共に、熱効率を向上することができ、また、ノッキングを抑制する面でも有利とされている。そのため、筒内噴射式内燃機関における成層燃焼領域を中・高負荷領域まで広げることが望まれている。
【０００７】
ところが、従来の筒内噴射式内燃機関にて、高負荷時に圧縮行程で燃料を噴射すると、低負荷時に比べて噴射する燃料量が多いため、燃料噴射弁の噴射口の近傍では燃料噴霧が周辺の高圧空気と良好に混合することができるものの、噴射口から離れた燃料噴霧の内部では周辺の高圧空気を取り込むことができず、燃料と空気が良好に混合することができずに、燃焼が悪化してしまい、スモークが発生したり、失火してしまう可能性がある。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、全ての運転領域での圧縮行程噴射を可能として良好な燃焼を確保した内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関は、燃焼室と、該燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、該吸気ポートに流入する空気を旋回流として前記燃焼室に導入するスワール生成手段と、前記吸気ポート及び前記排気ポートをそれぞれ開閉可能な吸気弁及び排気弁と、前記燃焼室の外周部に設けられてピストンの圧縮行程時に前記燃焼室の外周部から中心部までの領域に前記旋回流の下流側に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室に設けられた点火プラグとを具えたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の内燃機関では、前記燃焼噴射弁は、前記燃焼室の外周部及び中心部の２方向に向けて燃料を噴射可能であり、前記点火プラグは、前記２方向に噴射された燃料噴霧の上方にそれぞれ設けられたことを特徴としている。
【００１１】
本発明の内燃機関では、前記燃焼噴射弁は、前記燃焼室の外周部及び中心部の２方向に向けて燃料を噴射可能であり、前記点火プラグは、前記２方向に噴射された燃料噴霧の間の上方に設けられたことを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の内燃機関は、燃焼室と、該燃焼室に連通する吸気ポート及び排気ポートと、該吸気ポートに流入する空気を旋回流として前記燃焼室に導入するスワール生成手段と、前記吸気ポート及び前記排気ポートをそれぞれ開閉可能な吸気弁及び排気弁と、前記燃焼室の中心部に設けられてピストンの圧縮行程時に前記燃焼室における前記点火プラグより前記旋回流の上流側の複数箇所に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室に設けられた点火プラグとを具えたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の内燃機関では、前記燃料噴射弁は、前記燃焼室における前記点火プラグから遠ざかる位置ほど多量の燃料を噴射することを特徴としている。
【００１４】
本発明の内燃機関では、前記燃料噴射弁は、前記燃焼室における前記排気ポート側に向けて燃料を噴射することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の内燃機関によれば、スワール生成手段により吸気ポートに流入する空気を旋回流として燃焼室に導入可能とすると共に、燃焼室の外周部に設けられた燃料噴射弁がピストンの圧縮行程時に燃焼室の外周部から中心部までの領域に旋回流の下流側に向けて燃料を噴射可能としたので、燃料噴霧が燃焼室の外周部から中心部までの領域に広がることで、周辺の空気を十分に取り込んで空気利用率が向上し、また、吸気ポートから導入されたスワールと衝突することで混合が促進され、燃料の微粒化及び気化を促進することができ、この燃料噴霧に点火されると火炎が早期に燃焼室全体に伝播されることとなり、予混合燃焼と拡散燃焼を順次行いながら燃焼期間を短縮化して早期に燃焼を終了させることで、ノックの発生を抑制することができ、その結果、全ての運転領域で圧縮行程噴射を可能として良好な燃焼を確保することができる。
【００１６】
また、本発明の内燃機関によれば、スワール生成手段により吸気ポートに流入する空気を旋回流として燃焼室に導入可能とすると共に、燃焼室の中心部に設けられた燃料噴射弁がピストンの圧縮行程時に燃焼室における点火プラグより旋回流の上流側の複数箇所に向けて燃料を噴射可能としたので、燃料噴霧が燃焼室の中心部から全体に広がることで、周辺の空気を十分に取り込んで空気利用率が向上し、また、吸気ポートから導入されたスワールと衝突することで混合が促進され、燃料の微粒化及び気化を促進することができ、この燃料噴霧に点火されると火炎が早期に燃焼室全体に伝播されることとなり、予混合燃焼と拡散燃焼を順次行いながら燃焼期間を短縮化して早期に燃焼を終了させることで、ノックの発生を抑制することができ、その結果、全ての運転領域での圧縮行程噴射を可能として良好な燃焼を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかる内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関としての筒内噴射式火花点火エンジンにおける燃焼室の水平断面図、図２は、実施例１の筒内噴射式火花点火エンジンにおける燃焼室の縦断面図、図３は、実施例１の筒内噴射式火花点火エンジンの燃料噴射時期を表すタイムチャートである。
【００１９】
実施例１において、図１及び図２に示すように、内燃機関としてのエンジンは、筒内噴射式の火花点火エンジンである。このエンジンにて、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部に図示しないクランクシャフトが回転自在に支持されており、ピストン１４はコネクティングロッドを介してこのクランクシャフトにそれぞれ連結されている。
【００２０】
燃焼室１５は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とピストン１４により構成されており、上部（シリンダヘッド１３の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１５の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面にそれぞれ２つの吸気ポート１６及び排気ポート１７が対向して形成されており、この吸気ポート１６及び排気ポート１７に対して吸気弁１８及び排気弁１９の下端部がそれぞれ位置している。従って、この吸気弁１８及び排気弁１９が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１６及び排気ポート１７を開閉し、吸気ポート１６と燃焼室１５、燃焼室１５と排気ポート１７とをそれぞれ連通することができる。なお、図示しないが、吸気ポート１６にはインテークマニホールドを介して吸気管が連結される一方、排気ポート１７にはエギゾーストマニホールドを介して排気管が連結されている。
【００２１】
また、この各吸気ポート１６は、流入する空気を旋回流として燃焼室１５に導入可能とするように、その向きが規定されている。即ち、吸気ポート１６は燃焼室１５の中心に対して水平方向に所定角度傾斜して形成されており、燃焼室１５内に上面視で反時計周り方向のスワールＳを生成することができる。この場合、吸気ポート１６の形状によりスワール生成手段が構成されている。
【００２２】
燃焼室１５の外周部、つまり、吸気ポート１６側のシリンダヘッド１２の下面には、この燃焼室１５に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２０が装着されている。この燃料噴射弁２０は、２つの吸気ポート１６の間で、先端部が下方を向くように所定角度傾斜すると共に、水平方向に所定角度傾斜した状態で設けられている。そのため、この燃料噴射弁２０は、燃焼室１５の外周部から中心部までの領域に吸気ポート１６から導入される旋回流の下流側に向けて燃料を噴射することができる。具体的には、燃料噴射弁２０は、先端部に２つの噴射口が形成されており、一方の噴射口からは燃焼室１５の外周部に向けて円錐形状に角度θａで拡散する霧状の燃料を噴射（燃料噴霧Ａ）することができ、他方の噴射口からは燃焼室１５の中心部に向けて円錐形状に角度θｂで拡散する霧状の燃料を噴射（燃料噴霧Ｂ）することができる。なお、この燃料噴射弁２０には、図示しないデリバリパイプを介して燃料噴射ポンプ及び燃料タンクが連結されている。
【００２３】
また、燃焼室１５の上部には、燃料噴射弁２０から噴射される２つの燃料噴霧Ａ，Ｂに対応して２つの点火プラグ２１，２２が設けられている。即ち、燃焼室１５における一方の吸気ポート１６と排気ポート１７との間（燃焼室１５の外周部）に点火プラグ２１が装着され、燃焼室１５における中心部に点火プラグ２２が装着されている。そして、この点火プラグ２１，２２は、燃料噴射弁２０からの燃料噴霧Ａ，Ｂが着火部（電極部）へ直接付着しないように、燃料噴霧Ａ，Ｂの角度θａ，θｂの領域よりも上方に位置している。
【００２４】
そして、電子制御ユニットは、燃料噴射弁２０の燃料噴射タイミングや点火プラグ２１，２２の点火時期などを制御可能となっており、検出した吸入空気量、スロットル開度（またはアクセル開度）、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量、噴射時期（開弁時間）、点火時期などを決定している。本実施例のエンジンは、燃焼室１５に直接燃料を噴射する筒内噴射式エンジンであり、エンジンの低・中・高負荷の全ての領域で、圧縮行程時に燃料を噴射して拡散燃焼を実現可能としている。
【００２５】
ここで、本実施例の筒内噴射式火花点火エンジンの作動について説明する。
【００２６】
エンジンの全ての負荷領域での運転状態にて、吸気弁１８が駆動して吸気ポート１６が所定時間開放されてピストン１４が下降すると、空気が吸気ポート１６を通して燃焼室１５に吸入される。このとき、所定角度傾斜した吸気ポート１６を通って燃焼室１５に導入された空気は、燃焼室１５の内周面に沿って旋回するスワールＳとなり、ピストン１４の上昇時にこの燃焼室１５内の空気が圧縮され、この圧縮行程時に高圧のスワールＳに対して、燃料噴射弁２０から燃焼室１５の外周部に向けて燃料が噴射（燃料噴霧Ａ）されると共に、燃焼室１５の中心部に向けて燃料が噴射（燃料噴霧Ｂ）される。すると、２つの燃料噴霧Ａ，Ｂが周辺の空気を効率良く取り込み、高圧空気と所定量の燃料噴霧が良好に混合する。そして、各点火プラグ２１，２２の火花によりこの可燃混合気に着火されると、火炎が旋回流にのって燃焼室１５内全体に伝播し、リーンな混合気が燃焼して拡散燃焼を実現することができる。その後、排気弁１９が駆動して排気ポート１７が所定時間開放されると、適正に燃焼された排ガスが燃焼室１５から排気ポート１７を通して排気通路に排出される。
【００２７】
なお、図３に示すように、圧縮行程時の燃料噴射時期は、ピストンのＴＤＣの手前、つまり、圧縮行程の後期に行うことが望ましい。そして、圧縮行程での燃料噴射の開始時期とほぼ同時期に点火が開始され、所定の点火期間にわたって連続点火が実行される。また、圧縮行程時における燃料噴射量は、エンジンの運転状態により設定されるものであるが、燃料噴射弁２０から燃焼室１５の外周部に向かう燃料噴霧Ａと、中心部に向かう燃料噴霧Ｂとは、ほぼ同量とするか、燃料噴霧Ａの方を若干多くすることが望ましい。
【００２８】
このように実施例１の内燃機関にあっては、燃焼室１５に連通する吸気ポート１６及び排気ポート１７を吸気弁１８及び排気弁１９により開閉自在とし、この吸気ポート１６を水平方向に傾斜させることで、空気を旋回流として燃焼室１５に導入可能とし、燃料噴射弁２０から燃焼室１５の外周部に向けて燃料を噴射（燃料噴霧Ａ）可能とすると共に、燃焼室１５の中心部に向けて燃料を噴射（燃料噴霧Ｂ）可能とし、燃焼室１５の所定の位置に各燃料噴霧Ａ，Ｂに対応して点火プラグ２１，２２を設けている。
【００２９】
従って、吸気ポート１６を通して燃焼室１５に吸入された空気は、燃焼室１５の内周面に沿って旋回するスワールＳとなり、圧縮行程時に燃料噴射弁２０から燃焼室１５の外周部と中心部に向けて燃料を噴射（燃料噴霧Ａ，Ｂ）されると、各燃料噴霧Ａ，Ｂは周辺の空気を十分に取り込みながらスワールＳと衝突することとなる。そのため、燃焼室１５内で空気と燃料との混合が促進され、この燃料の微粒化及び気化が促進されることとなり、このときに点火プラグ２１，２２により燃料噴霧に点火されると、火炎が早期に燃焼室１５の全体領域に伝播されることとなり、予混合燃焼と拡散燃焼を順次行いながら燃焼期間を短縮化して早期に燃焼を終了させることで、ノックの発生を抑制することができる。即ち、全ての運転領域での圧縮行程噴射が可能となり、且つ、良好な燃焼状態を得ることができる。
【００３０】
また、実施例１にて、燃料噴射弁２０は、エンジンの圧縮行程で燃料を噴射するものであり、このとき、燃焼室１５の外周部に向かう燃料噴霧Ａと、中心部に向かう燃料噴霧Ｂとをほぼ同量か、または、燃料噴霧Ａを若干多量となるように設定している。従って、燃焼室１５の外周部に向かう燃料噴霧Ａが主体となってスワールＳに衝突して点火されることで、火炎が燃焼室１５内を旋回方向に拡散して良好な拡散燃焼を実現することができる。
【００３１】
更に、点火プラグ２１，２２が燃料噴射弁２０から噴射される燃料噴霧Ａ，Ｂの領域の外側に設けられている。従って、点火プラグ２１，２２の着火部に直接燃料が付着することはなく、カーボンデポジットの付着を防止し、微粒化された燃料噴霧の混合気に対して確実に着火することができる。
【実施例２】
【００３２】
図４は、本発明の実施例２に係る内燃機関としての筒内噴射式火花点火エンジンにおける燃焼室の水平断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３３】
実施例２において、図４に示すように、燃焼室１５の外周部、つまり、吸気ポート１６側のシリンダヘッド１２の下面に設けられた燃料噴射弁２０は、燃焼室１５の外周部から中心部までの領域に吸気ポート１６から導入される旋回流（スワールＳ）の下流側に向けて、且つ、燃焼室１５の外周部及び中心部に向けて霧状の燃料を噴射（燃料噴霧Ａ，Ｂ）することができる。
【００３４】
そして、燃焼室１５の上部には、燃料噴射弁２０から噴射される２つの燃料噴霧Ａ，Ｂの間に対応して点火プラグ３１が設けられている。即ち、燃焼室１５における２つの吸気ポート１６の間にこの点火プラグ３１が装着され、燃料噴射弁２０からの燃料噴霧Ａ，Ｂが着火部（電極部）へ直接付着しないように、燃料噴霧Ａ，Ｂの角度θａ，θｂの領域よりも上方に位置している。
【００３５】
従って、吸気弁１８が駆動して吸気ポート１６が所定時間開放されてピストン１４が下降すると、空気が吸気ポート１６を通して燃焼室１５に吸入される。このとき、所定角度傾斜した吸気ポート１６を通って燃焼室１５に導入された空気は、燃焼室１５の内周面に沿って旋回するスワールＳとなり、ピストン１４の上昇時にこの燃焼室１５内の空気が圧縮され、この圧縮行程時に高圧のスワールＳに対して、燃料噴射弁２０から燃焼室１５の外周部に向けて燃料が噴射（燃料噴霧Ａ）されると共に、燃焼室１５の中心部に向けて燃料が噴射（燃料噴霧Ｂ）される。すると、２つの燃料噴霧Ａ，Ｂが周辺の空気を効率良く取り込み、高圧空気と所定量の燃料噴霧が良好に混合する。そして、点火プラグ３１の火花によりこの可燃混合気に着火されると、火炎が旋回流にのって燃焼室１５内全体に伝播し、リーンな混合気が燃焼して拡散燃焼を実現することができる。その後、排気弁１９が駆動して排気ポート１７が所定時間開放されると、適正に燃焼された排ガスが燃焼室１５から排気ポート１７を通して排気通路に排出される。
【００３６】
このように実施例２の内燃機関にあっては、吸気ポート１６を水平方向に傾斜させることで、空気を旋回流として燃焼室１５に導入可能とし、燃料噴射弁２０から燃焼室１５の外周部に向けて燃料を噴射（燃料噴霧Ａ）可能とすると共に、燃焼室１５の中心部に向けて燃料を噴射（燃料噴霧Ｂ）可能とし、燃焼室１５における各燃料噴霧Ａ，Ｂの間に位置して点火プラグ３１を設けている。
【００３７】
従って、吸気ポート１６を通して燃焼室１５に吸入された空気は、燃焼室１５の内周面に沿って旋回するスワールＳとなり、圧縮行程時に燃料噴射弁２０から燃焼室１５の外周部と中心部に向けて燃料を噴射（燃料噴霧Ａ，Ｂ）されると、各燃料噴霧Ａ，Ｂは周辺の空気を十分に取り込みながらスワールＳと衝突することとなる。そのため、燃焼室１５内で空気と燃料との混合が促進され、この燃料の微粒化及び気化が促進されることとなり、点火プラグ２１，２２により燃料噴霧に点火されると、火炎が早期に燃焼室１５の全体領域に伝播されることとなり、予混合燃焼と拡散燃焼を順次行いながら燃焼期間を短縮化して早期に燃焼を終了させることで、ノックの発生を抑制することができる。即ち、全ての運転領域での圧縮行程噴射が可能となり、且つ、良好な燃焼状態を得ることができる。また、１つの点火プラグ３１により２つの燃料噴霧Ａ，Ｂに対して点火することができ、低コスト化を図ることができる。
【実施例３】
【００３８】
図５は、本発明の実施例３に係る内燃機関としての筒内噴射式火花点火エンジンにおける燃焼室の水平断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３９】
実施例３において、図５に示すように、燃焼室１５の外周部、つまり、吸気ポート１６側のシリンダヘッド１２の下面には、この燃焼室１５に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３２が装着されている。この燃料噴射弁３２は、２つの吸気ポート１６の間で、先端部が下方を向くように所定角度傾斜すると共に、水平方向に所定角度傾斜した状態で設けられている。そのため、この燃料噴射弁３２は、燃焼室１５の外周部から中心部までの領域に吸気ポート１６から導入される旋回流の下流側に向けて円錐形状に角度θｃで拡散する霧状の燃料を噴射（燃料噴霧Ｃ）することができる。そして、燃焼室１５の上部には、燃料噴射弁３２から噴射される燃料噴霧Ｃに対応して２つの点火プラグ２１，２２が設けられている。
【００４０】
従って、吸気弁１８が駆動して吸気ポート１６が所定時間開放されてピストン１４が下降すると、空気が吸気ポート１６を通して燃焼室１５に吸入される。このとき、所定角度傾斜した吸気ポート１６を通って燃焼室１５に導入された空気は、燃焼室１５の内周面に沿って旋回するスワールＳとなり、ピストン１４の上昇時にこの燃焼室１５内の空気が圧縮され、この圧縮行程時に高圧のスワールＳに対して、燃料噴射弁３２から燃焼室１５の外周部から中心部に向けて燃料が噴射（燃料噴霧Ｃ）される。すると、この燃料噴霧Ｃが周辺の空気を効率良く取り込み、高圧空気と所定量の燃料噴霧が良好に混合する。そして、点火プラグ２１，２２の火花によりこの可燃混合気に着火されると、火炎が旋回流にのって燃焼室１５内全体に伝播し、リーンな混合気が燃焼して拡散燃焼を実現することができる。その後、排気弁１９が駆動して排気ポート１７が所定時間開放されると、適正に燃焼された排ガスが燃焼室１５から排気ポート１７を通して排気通路に排出される。
【００４１】
このように実施例３の内燃機関にあっては、吸気ポート１６を水平方向に傾斜させることで、空気を旋回流として燃焼室１５に導入可能とし、燃料噴射弁３２から燃焼室１５の外周部から中心部に向けて所定の角度θｃで燃料を噴射（燃料噴霧Ｃ）可能とし、燃焼室１５における燃料噴霧Ｃに対応して２つの点火プラグ２１，２２を設けている。
【００４２】
従って、吸気ポート１６を通して燃焼室１５に吸入された空気は、燃焼室１５の内周面に沿って旋回するスワールＳとなり、圧縮行程時に燃料噴射弁３２から燃焼室１５の外周部から中心部に向けて燃料を噴射（燃料噴霧Ｃ）されると、この表面積が拡大された燃料噴霧Ｃは、周辺の空気を十分に取り込みながらスワールＳと衝突することとなる。そのため、燃焼室１５内で空気と燃料との混合が促進され、この燃料の微粒化及び気化が促進されることとなり、燃焼室１５内に確実に火炎が伝播して良好な拡散燃焼を得ることができる。このとき、２つの点火プラグ２１，２２により燃料噴霧Ｃに対して点火することとなり、良好な点火性を確保することができる。
【００４３】
なお、上述した各実施例にて、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧に対応して１つまたは２つの点火プラグを設けたが、この点火プラグの数はこれらに限定されるものではなく、燃焼室１５の大きさ、つまり、燃料噴霧の領域の大きさなどにより点火プラグを１つとしたり、３つ以上としても良い。また、各実施例にて、１つの燃料噴射弁から複数の領域または大きな領域に燃料を噴射したが、燃料噴射弁を複数設けて対応しても良い。
【実施例４】
【００４４】
図６は、本発明の実施例４に係る内燃機関としての筒内噴射式火花点火エンジンにおける燃焼室の水平断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４５】
実施例４において、図６に示すように、燃焼室１５の中心部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に、この燃焼室１５に直接燃料を噴射する燃料噴射弁４１が装着され、この燃料噴射弁４１は先端部が下方を向くようにほぼ鉛直状態で設けられている。そして、この燃料噴射弁４１は、燃焼室１５の中心部から外周部に吸気ポート１６から導入される旋回流に向けて燃料を噴射することができる。具体的には、燃料噴射弁４１は、先端部に４つの噴射口が形成されており、各噴射口からは燃焼室１５の外周部に向けて円錐形状に角度θａ，θｂ，θｃ，θｄで拡散する霧状の燃料を噴射（燃料噴霧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）することができる。
【００４６】
また、燃焼室１５の上部には、２つの吸気ポート１６の間に点火プラグ４２が装着されている。この場合、上述した燃料噴射弁４１は、この点火プラグ４２よりスワールＳの上流側の複数箇所に向けて燃料を噴射することができる。この場合、燃焼室１５の中心部に位置する燃料噴射弁４１から所定量の燃料を複数箇所に噴射するため、一つの燃料噴霧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける燃料量は少量となり、燃料噴霧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが燃焼室１５の内壁に付着することはない。
【００４７】
従って、吸気弁１８が駆動して吸気ポート１６が所定時間開放されてピストン１４が下降すると、空気が吸気ポート１６を通して燃焼室１５に吸入される。このとき、所定角度傾斜した吸気ポート１６を通って燃焼室１５に導入された空気は、燃焼室１５の内周面に沿って旋回するスワールＳとなり、ピストン１４の上昇時にこの燃焼室１５内の空気が圧縮され、この圧縮行程時に高圧のスワールＳに対して、燃料噴射弁４１から燃焼室１５の外周部の複数箇所に向けて燃料が噴射（燃料噴霧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）される。すると、各燃料噴霧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが周辺の空気を効率良く取り込み、高圧空気と所定量の燃料噴霧が良好に混合する。そして、点火プラグ４２の火花によりこの可燃混合気に着火されると、火炎が旋回流にのって燃焼室１５内全体に伝播し、リーンな混合気が燃焼して拡散燃焼を実現することができる。その後、排気弁１９が駆動して排気ポート１７が所定時間開放されると、適正に燃焼された排ガスが燃焼室１５から排気ポート１７を通して排気通路に排出される。
【００４８】
なお、圧縮行程時の燃料噴射時期は、ピストンのＴＤＣの手前、つまり、圧縮行程の後期に行うことが望ましく、圧縮行程での燃料噴射の開始時間より若干早い同時期に点火が開始され、所定の点火期間にわたって多重点火または連続点火が実行される。また、圧縮行程時における燃料噴射量は、エンジンの運転状態により設定されるものであるが、燃料噴射弁４１から燃焼室１５の外周部に向かう各燃料噴霧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、点火プラグ４２から遠ざかるほど多量、つまり、燃料噴霧Ａよりも燃料噴霧Ｄを多くすることが望ましい。
【００４９】
このように実施例４の内燃機関にあっては、吸気ポート１６を水平方向に傾斜させることで、空気を旋回流として燃焼室１５に導入可能とし、燃焼室１５の中心部に設けられた燃料噴射弁４１から外周部にある点火プラグ４２よりスワールＳの上流側の複数箇所に向けて燃料を噴射（燃料噴霧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）可能としている。
【００５０】
従って、吸気ポート１６を通して燃焼室１５に吸入された空気は、燃焼室１５の内周面に沿って旋回するスワールＳとなり、圧縮行程時に燃料噴射弁４１から燃焼室１５の外周部の複数箇所に向けて燃料を噴射（燃料噴霧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）されると、各燃料噴霧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは周辺の空気を十分に取り込みながらスワールＳと衝突することとなる。そのため、燃焼室１５内で空気と燃料との混合が促進され、この燃料の微粒化及び気化が促進されることとなり、その後、点火プラグ２１，２２により燃料噴霧に点火されると、火炎が早期に燃焼室１５の全体領域に伝播されることとなり、予混合燃焼と拡散燃焼を順次行いながら燃焼期間を短縮化して早期に燃焼を終了させることで、ノックの発生を抑制することができる。即ち、全ての運転領域での圧縮行程噴射が可能となり、且つ、良好な燃焼状態を得ることができる。
【００５１】
また、燃料噴射弁３２は、エンジンの圧縮行程で燃料を噴射するものであり、このとき、燃料噴射弁４１からの各燃料噴霧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの量は、点火プラグ４２から遠ざかるほど多量となるように設定している。従って、点火プラグ４２から遠ざかる燃料噴霧Ｄほど周辺空気と混合する時間が多くなり、燃料と空気とを適正に混合して良好な拡散燃焼とすることができる。
【実施例５】
【００５２】
図７は、本発明の実施例５に係る内燃機関としての筒内噴射式火花点火エンジンにおける燃焼室の水平断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５３】
実施例５において、図７に示すように、燃焼室１５の中心部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に、この燃焼室１５に直接燃料を噴射する燃料噴射弁５１が装着され、この燃料噴射弁５１は、燃焼室１５の中心部から外周部に吸気ポート１６から導入される旋回流に向けて燃料を噴射（燃料噴霧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）することができる。また、燃焼室１５の上部には、一方の吸気ポート１６と排気ポート１７との間に点火プラグ５２が装着されている。この場合、燃料噴射弁５１は、この点火プラグ５２よりスワールＳの上流側の複数箇所に向けて燃料を噴射することができ、具体的には、排気ポート１７側に向けて燃料を噴射することができる。
【００５４】
従って、吸気弁１８が駆動して吸気ポート１６が所定時間開放されてピストン１４が下降すると、空気が吸気ポート１６を通して燃焼室１５に吸入される。このとき、所定角度傾斜した吸気ポート１６を通って燃焼室１５に導入された空気は、燃焼室１５の内周面に沿って旋回するスワールＳとなり、ピストン１４の上昇時にこの燃焼室１５内の空気が圧縮され、この圧縮行程時に高圧のスワールＳに対して、燃料噴射弁５１から燃焼室１５の外周部の複数箇所に向けて燃料が噴射（燃料噴霧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）される。すると、各燃料噴霧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが周辺の空気を効率良く取り込み、高圧空気と所定量の燃料噴霧が良好に混合する。そして、点火プラグ５２の火花によりこの可燃混合気に着火されると、火炎が旋回流にのって燃焼室１５内全体に伝播し、リーンな混合気が燃焼して拡散燃焼を実現することができる。
【００５５】
このように実施例５の内燃機関にあっては、吸気ポート１６を水平方向に傾斜させることで、空気を旋回流として燃焼室１５に導入可能とし、燃焼室１５の中心部に設けられた燃料噴射弁５１から外周部にある点火プラグ５２よりスワールＳの上流側、つまり、排気ポート１７側の複数箇所に向けて燃料を噴射（燃料噴霧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）可能としている。
【００５６】
従って、吸気ポート１６を通して燃焼室１５に吸入された空気は、燃焼室１５の内周面に沿って旋回するスワールＳとなり、圧縮行程時に燃料噴射弁５１から燃焼室１５の外周部の複数箇所に向けて燃料を噴射（燃料噴霧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）されると、各燃料噴霧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは周辺の空気を十分に取り込みながらスワールＳと衝突することとなる。そのため、燃焼室１５内で空気と燃料との混合が促進され、この燃料の微粒化及び気化が促進されることとなり、その後、点火プラグ５２により着火された火炎が燃焼室１５内に確実に伝播して良好な拡散燃焼を得ることができる。
【００５７】
また、燃料噴射弁５１から吸気ポート１６側より高温状態にある排気ポート１７側に向けて燃料を噴射するため、噴射燃料が霧化しやすく空気との混合を促進することができる。一方、燃料噴霧Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにより高温となった燃焼室１８の排気ポート１７側を冷却することとなり、自己着火を防止することでノッキングを抑制することができる。
【００５８】
なお、上述した各実施例では、スワール生成手段を吸気ポート１６の傾斜形状により構成したが、この方法に限定されるものではなく、吸気ポートの形状や位置を変更したり、吸気弁にシュラウドを設けたり、吸気ポートにスワールコントロール弁を設けたり、吸気ポートとは別にスワールポートを設けたりしても良い。
【００５９】
また、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の形状は円錐形状に限らず、燃料噴射弁の噴射口を横スリットや縦スリットとして横噴霧形状や縦噴射形状としたり、中空のラッパ形状としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明にかかる内燃機関は、燃料噴射弁から大きな領域に向けて燃料を噴射してスワールと衝突させることで良好な拡散燃焼を実現するものであり、筒内噴射式の内燃機関であればいずれの種類の内燃機関にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関としての筒内噴射式火花点火エンジンにおける燃焼室の水平断面図である。
【図２】実施例１の筒内噴射式火花点火エンジンにおける燃焼室の縦断面図である。
【図３】実施例１の筒内噴射式火花点火エンジンの燃料噴射時期を表すタイムチャートである。
【図４】本発明の実施例２に係る内燃機関としての筒内噴射式火花点火エンジンにおける燃焼室の水平断面図である。
【図５】本発明の実施例３に係る内燃機関としての筒内噴射式火花点火エンジンにおける燃焼室の水平断面図である。
【図６】本発明の実施例４に係る内燃機関としての筒内噴射式火花点火エンジンにおける燃焼室の水平断面図である。
【図７】本発明の実施例５に係る内燃機関としての筒内噴射式火花点火エンジンにおける燃焼室の水平断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１５  燃焼室
１６  吸気ポート
１７  排気ポート
１８  吸気弁
１９  排気弁
２０，３２，４１，５１  燃料噴射弁
２１，２２，３１，４２，５２  点火プラグ
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ  燃料噴霧
Ｓ  スワール
【図１】
2006063862.tif 000003
【図２】
2006063862.tif 000004
【図３】
2006063862.tif 000005
【図４】
2006063862.tif 000006
【図５】
2006063862.tif 000007
【図６】
2006063862.tif 000008
【図７】
2006063862.tif 000009