(57)【要約】【課題】ピストン頂面のキャビティに向けて燃料を噴射する場合でも、キャビティの底面への燃料の付着を抑制し、もってすすの発生や排ガス性能の低下を防止する。【解決手段】圧縮行程でピストン３の頂面のキャビティ１３に燃料を噴射する燃料噴射弁１２を吸気ポート８より燃焼室６の外側に配置する。キャビティ１３の底面には、キャビティ１３の底面と斜めに交差する一対の斜面を稜線の両側に有し、且つ夫々の稜線が燃料噴射弁１２から噴射される燃料の拡がり方向へ放射状に延びる複数のリブ１４を形成する。燃焼室６内の空気を圧縮する方向に移動する際、リブ１４の斜面によって燃焼室６内の空気を押し、互いに隣接するリブ１４の斜面やキャビティ１３の周縁部に隣接するリブ１４の斜面によって空気はキャビティ１３の底面から離れる方向に旋回し、この空気の流れによって噴射された燃料がキャビティ１３の底面から離れる方向に旋回する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関において、
シリンダヘッドのシリンダブロック側面とピストンの頂面との間に形成される燃焼室と、
前記燃焼室の中心上部に配置される点火プラグと、
前記点火プラグを挟んで互いに対向する位置に開口する吸気ポート及び排気ポートと、
前記ピストンの頂面に形成されるキャビティと、
前記吸気ポートより前記燃焼室の外側に配置され、圧縮行程で前記キャビティ内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記キャビティの底面に形成され、前記キャビティの底面と斜めに交差する一対の斜面を稜線の両側に有し、夫々の稜線が前記燃料噴射弁から噴射される燃料の拡がり方向へ放射状に延びる複数のリブと
を備えたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関。
【請求項２】
前記燃料噴射弁は、燃料を円錐状に噴射する燃料噴射口を複数備え、
前記リブのうち少なくとも１つを、前記稜線が前記燃料噴射口から噴射される燃料の中心線の下方に配置した
ことを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関に関し、特にピストンの頂面にキャビティを形成し、このキャビティに向けて燃料を噴射する場合に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
このように燃料噴射のためにピストンの頂面にキャビティを形成するものとしては、例えば下記特許文献１に記載されるものがある。この筒内噴射式内燃機関では、燃料噴射弁の燃料噴射方向に沿って複数のキャビティをピストンの頂面に洗濯板状に形成する。そして、夫々のキャビティの底面とピストン移動方向直交面とのなす角度を、燃料噴射方向下流側に向かうにつれて大きくする。この構成によれば、ピストンと衝突した後も霧化されずに進行する燃料が点火プラグに液滴のまま達することを抑制することができ、それにより点火プラグの燻りを抑制することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５２６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ピストンの頂面に形成されるキャビティには、前記特許文献１に記載されるもの以外にも種々のものがあるが、燃料噴射弁からキャビティに向けて燃料を噴射すると、燃料がキャビティの底面に付着することがある。そして、キャビティの底面に燃料が付着すると、すすが発生したり、排気ガス性能が低下したりすることがある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、ピストン頂面のキャビティに向けて燃料を噴射する場合でも、キャビティの底面への燃料の付着を抑制し、もってすすの発生や排ガス性能の低下を防止することが可能な筒内噴射式内燃機関を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、発明の実施態様は、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関において、シリンダヘッドのシリンダブロック側面とピストンの頂面との間に形成される燃焼室と、前記燃焼室の中心上部に配置される点火プラグと、前記点火プラグを挟んで互いに対向する位置に開口する吸気ポート及び排気ポートと、前記ピストンの頂面に形成されるキャビティと、前記吸気ポートより前記燃焼室の外側に配置され、圧縮行程で前記キャビティ内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記キャビティの底面に形成され、前記キャビティの底面と斜めに交差する一対の斜面を稜線の両側に有し、夫々の稜線が前記燃料噴射弁から噴射される燃料の拡がり方向へ放射状に延びる複数のリブとを備えたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関である。
【０００７】
また、前記燃料噴射弁は、燃料を円錐状に噴射する燃料噴射口を複数備え、前記リブのうち少なくとも１つを、前記稜線が前記燃料噴射口から噴射される燃料の中心線の下方に配置した。
【発明の効果】
【０００８】
而して、発明の実施態様によれば、ピストンの頂面にキャビティを形成し、圧縮行程でキャビティに燃料を噴射する燃料噴射弁を吸気ポートより燃焼室の外側に配置する。そして、キャビティの底面には、キャビティの底面と斜めに交差する一対の斜面を稜線の両側に有し、且つ夫々の稜線が燃料噴射弁から噴射される燃料の拡がり方向へ放射状に延びる複数のリブを形成する。そのため、燃焼室内の空気を圧縮する方向に移動する際、リブの斜面によって燃焼室内の空気を押すことができる。その際、互いに隣接するリブの斜面やキャビティの周縁部に隣接するリブの斜面によって空気はキャビティの底面或いはピストンの上面から離れる方向に旋回させられる。このような空気の流れによって、噴射された燃料をキャビティの底面或いはピストンの上面から離れる方向に旋回させ、燃料がキャビティの底面に付着することを抑制することができる。その結果、すすの発生と排気ガス性能の低下を防止することができる。また、各リブの稜線を燃料の拡がり方向に放射状に延ばしたため、斜面の法線方向に流れる空気を燃料の到達範囲全域に生成することができ、燃料がキャビティの底面に付着することをより確実に抑制することができる。
【０００９】
また、燃料噴射弁は燃料を円錐状に噴射する燃料噴射口を複数備え、リブの稜線を燃料噴射口から噴射される燃料の中心線の下方に配置した。そのため、リブの稜線に対し、燃料を対称に旋回させることができる。その結果、燃料がキャビティの底面に付着するのを抑制しながら、混合気の濃度が極端に異なる領域が燃焼室内に生成されるのを抑制することができ、内燃機関として燃焼安定性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の筒内噴射式内燃機関の一実施形態を示すポート中心での縦断面図である。
【図２】図１の筒内噴射式内燃機関の燃焼室中心での縦断面図である。
【図３】図１の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁及びピストンの斜視図である。
【図４】図１の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁及びピストンの平面図である。
【図５】図１の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁及びピストンの側面図である。
【図６】図１の筒内噴射式内燃機関のピストンの平面図である。
【図７】図６のピストンの縦断面図である。
【図８】図６のピストンのキャビティ内における燃料の流れを示す説明図である。
【図９】従来のピストンのキャビティ内における燃料の流れを示す説明図である。
【図１０】図８の燃料の流れの模式図である。
【図１１】図９の燃料の流れの模式図である。
【図１２】キャビティの底面への燃料付着量の説明図である。
【図１３】本発明の筒内噴射式内燃機関の他の実施例を示すピストンの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の筒内噴射式内燃機関の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の筒内噴射式内燃機関のポート中心での縦断面図、図２は、図１の筒内噴射式内燃機関の燃焼室中心での縦断面図である。これらの図では、シリンダブロックの図示を省略し、そのシリンダブロック部分では、シリンダブロック内に挿入固定されているスリーブ（シリンダ）１だけを示している。スリーブ１の内部には、気筒、所謂シリンダボアが形成される。
【００１２】
スリーブ１を内装するシリンダブロックの上方にはシリンダヘッド２が搭載される。シリンダヘッド２の上方には、一般的に、図示しないシリンダヘッドカバーが取付けられる。また、シリンダブロックの下方にはクランクケースが形成され、一般的には、このクランクケースの下方にオイルパンが取付けられる。なお、内燃機関は、種々の向きで車両に搭載されるが、凡そシリンダブロックに対してシリンダヘッドが上方になるように搭載されるので、その方向を内燃機関の上方、逆方向を内燃機関の下方と定義する。
【００１３】
気筒内にはピストン３がスリーブ１の軸線方向、つまり内燃機関の上下方向にスライド自在に収納されている。また、シリンダブロック下方のクランクケース内には、クランク軸４が回転自在に支持されている。クランク軸４の軸線は、スリーブ１の軸線上を通り、図１、図２の紙面垂直方向に配置されている。このクランク軸４の軸線から偏心した部分にクランクピンが形成されており、このクランクピンとピストン３がコンロッド（コネクティングロッド）５によって連結されている。従って、ピストン３の内燃機関上下方向への往復運動はクランク軸４の回転運動に変換され、車両の駆動力として取り出される。なお、ピストン３の頂面の中心部には、キャビティ（窪み）１３が形成されている。
【００１４】
本実施形態の内燃機関では、既存の内燃機関と同様に、シリンダヘッド２のシリンダブロック側面とピストン３の頂面との間に燃焼室６が形成される。本実施形態の燃焼室６は、所謂ペントルーフ型の燃焼室であり、この燃焼室６の中心上部に点火プラグ７が配置されている。また、燃焼室６の上面には、吸気ポート８及び排気ポート９が点火プラグ７を挟んで互いに対向する位置に開口している。本実施形態では、各燃焼室６に対して吸気ポート８及び排気ポート９が夫々２つずつ配置されているので、吸気ポート８及び排気ポート９の夫々は点火プラグ７に対してクランク軸線方向にずれている。そして、吸気ポート８は吸気バルブ１０によって開閉され、排気ポート９は排気バルブ１１によって開閉され、吸気バルブ１０は図示しない吸気カムによって駆動され、排気バルブ１１は図示しない排気カムによって駆動される。
【００１５】
本実施形態では、前記吸気ポート８より燃焼室６の外側に燃料噴射弁１２が配置されている。この燃料噴射弁１２は、各気筒の圧縮行程で、前記ピストン３のキャビティ１３に向けて燃料を噴射するものであり、そのため、本実施形態のような内燃機関を筒内噴射式内燃機関と呼んでいる。燃料噴射弁１２には、種々の形態のものがあるが、本実施形態の燃料噴射弁１２は、後述のように、燃料を円錐状、つまり先方拡がりに噴射する燃料噴射口を複数備えている。
【００１６】
図３は、図１の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁及びピストンの斜視図、図４は、図３の燃料噴射弁及びピストンの平面図、図５は、図３の燃料噴射弁及びピストンの側面図、図６は、図１の筒内噴射式内燃機関のピストンの平面図、図７は、図６のピストンの縦断面図である。これらの図から明らかなように、本実施形態のピストン３には、キャビティ１３の底面に放射状のリブ１４が複数形成されている。これらのリブ１４は、夫々の稜線が燃料噴射弁１２から噴射される燃料の拡がり方向へ放射状に延びるように配置され、且つ各稜線の両側には、キャビティ１３の底面と斜めに交差する一対の斜面が形成されている。また、前述したように、燃料噴射弁１２は、燃料を円錐状に噴射する燃料噴射口を複数備えている。この燃料噴射口は、図では認識しにくいが、例えば図３、図４で噴射されている燃料の円錐形状が複数存在することから明らかである。そして、本実施形態では、各リブ１４の稜線が各燃料噴射口から噴射される燃料の中心線の下方に配置されている。なお、ピストン３の頂面のうち、キャビティ１３の周囲には、吸気バルブ１０との干渉を回避するための吸気リセス（凹部）１５及び排気バルブ１１との干渉を回避するための排気リセス（凹部）１６が形成されている。
【００１７】
図８は、本実施形態のピストン３のキャビティ１３内における燃料の流れを示す説明図である。図中の小さな矢印が燃料の流れを示している。これに対し、図９は、従来のピストン３のキャビティ１３内における燃料の流れを示す説明図である。ここでは、本実施形態と同じ符号を用いる。この従来のピストン３は、キャビティ１３の底面にリブがなく、平坦である。図１０は、図８の燃料の流れの模式図であり、図１１は、図９の燃料の流れの模式図である。
【００１８】
例えば図１０に表れるように、ピストン３が燃焼室６内の空気を圧縮する方向に移動する際、リブ１４の斜面によって燃焼室６内の空気を押すことができる。その際、キャビティ１３の周縁部とそれにリブ１４の斜面、或いは互いに隣接するリブ１４の斜面によって空気はキャビティ１３の底面或いはピストン３の上面から離れる方向に旋回させられる。このような空気の流れによって、噴射された燃料Ｆをキャビティ１３の底面或いはピストン３の上面から離れる方向に旋回させ、燃料Ｆがキャビティ１３の底面に付着することを抑制することができる。その結果、すすの発生と排気ガス性能の低下を防止することができる。また、各リブ１４の稜線を燃料の拡がり方向に放射状に延ばしたため、斜面の法線方向に流れる空気を燃料の到達範囲全域に生成することができ、燃料がキャビティ１３の底面に付着することをより確実に抑制することができる。
【００１９】
これに対し、キャビティ１３の底面にリブが形成されていない従来のピストン３では、例えば図１１に示すように、ピストン３が燃焼室６内の空気を圧縮する方向に移動するときの空気を押す方向と燃料Ｆの噴射方向とが単に逆向きになる。このとき、ピストン３の上面又はキャビティ１３の底面の移動速度の方が燃料Ｆの噴射速度より大きいので、燃料Ｆがキャビティ１３の底面に付着する。燃料Ｆが液体としてキャビティ１３の底面に付着すると、混合気としての理想的な燃焼が得られず、排気ガス性能が低下するし、場合によっては燃料中の炭素成分が燃え残ってすすとなる。図１２は、キャビティ１３の底面に付着する燃料の付着量の説明図である。同図から明らかなように、圧縮上死点前にキャビティ１３の底面に付着する燃料の付着量は、リブのないものよりもリブのあるものの方が少ない。このことからも、キャビティ１３の底面にリブ１４を形成し、そのリブ１４の稜線の両側にキャビティ１３の底面と斜めに交差する一対の斜面を形成し、リブ１４の稜線を燃料噴射弁１２から噴射される燃料の拡がり方向へ放射状に設定することによって、キャビティ１３の底面への燃料の付着を抑制することが可能となる。
【００２０】
更に本実施形態では、燃料噴射弁１２は燃料を円錐状に噴射する燃料噴射口を複数備え、リブ１４の稜線を燃料噴射口１２から噴射される燃料の中心線の下方に配置した。そのため、リブ１４の稜線に対し、燃料を対称に旋回させることができる。その結果、燃料がキャビティ１３の底面に付着するのを抑制しながら、混合気の濃度が極端に異なる領域が燃焼室６内に生成されるのを抑制することができ、内燃機関として燃焼安定性を向上することができる。
【００２１】
図１３は、本発明の筒内噴射式内燃機関の他の実施形態を示すピストン３の頂面の平面図である。この実施形態では、燃焼室６の中心上部に燃料噴射弁１２を配置し、その燃料噴射弁１２からスリーブ（シリンダ）１の軸線方向に向けて燃料を噴射する。そのため、本実施形態のピストン３では、キャビティ１３のピストン中心部に次第に先細りとなる突起１７が形成されている。このように、燃焼室６の中心上部から気筒の中心に向けて燃料を噴射する場合には、キャビティ１３のピストン中心部に設けた突起１７によって空気の旋回流が発生し、前述の実施形態と同様に、キャビティ１３の底面への燃料の付着を抑制することができる。
【符号の説明】
【００２２】
１はスリーブ（シリンダ）
２はシリンダヘッド
３はピストン
４はクランク軸
５はコンロッド
６は燃焼室
７は点火プラグ
８は吸気ポート
９は排気ポート
１０は吸気バルブ
１１は排気バルブ
１２は燃料噴射弁
１３はキャビティ
１４はリブ
１５は吸気リセス
１６は排気リセス
１７は突起
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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