(57)【要約】【課題】燃焼室に直噴された燃料の混合性・気化性に優れたシリンダヘッドを提供する。【解決手段】シリンダヘッド３には、１つのシリンダボア２に対応して２つの吸気ポート６と１つのインジェクタ１５とを設けている。インジェクタ１５は２つの吸気ポート６の間に配置しており、霧化燃料は２つの吸気ポート６から噴出した空気流に向けて噴出する。吸気ポート６には空気の案内手段が設けられており、吸気ポート６の空気は旋回流１７として燃焼室１４に噴出する。２つの旋回流１７は、霧化燃料の噴出方向と対向するように逆向きになっている。燃料を高圧で噴射しても、霧化燃料と旋回流１７とが正面衝突するため、霧化燃料の勢いが削がれて空気との混合性・気化が促進される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つのシリンダボアに対応して２つの吸気ポートと１つのインジェクタとを備えており、前記インジェクタから霧化燃料が燃焼室に向けて直接噴射される構成であって、
前記インジェクタは、霧化燃料が前記２つの吸気ポートから噴出された空気流に向けて噴出するように前記シリンダボアの軸線方向から見て２つの吸気ポートの間の部位に配置されている一方、
前記両吸気ポートのうち少なくともいずれか一方にはその内部に流れる空気に旋回流を付与する案内手段が設けられており、前記旋回流に乗った空気が前記インジェクタに向いた方向に流れるように設定されている、
直噴式内燃機関のシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は直噴式内燃機関のシリンダヘッドに関し、特に、霧化燃料の貫徹力低減、及び霧化燃料と空気との混合性を高める構造を特徴にしている。
【背景技術】
【０００２】
直噴式の内燃機関は圧縮比を高めて出力を向上させたりノッキングを抑制できたりする利点があって普及しているが、問題の１つとして空気との混合性（或いは気化）の悪さが挙げられる。この点については噴射圧力を高くすることで燃料粒子の微細化が考えられているが、噴射圧力を高くすると燃料粒子の直進性が高くなって必ずしも空気との混合性を高くできない問題や、燃料がピストン頂面やシリンダボアの内面に付着して不完全燃焼や潤滑用オイルが燃料により希釈される等の問題が発生しやすくなる。
【０００３】
この点に関して特許文献１では、噴射される霧化燃料に旋回流を付与して、これをピストンの頂面に設けた凹所に噴出させると共に、霧化燃料の回転方向とスワール流の旋回方向とを同じ方向とすることで、霧化燃料をスワール流に乗せて気筒内に分散させることが記載されている。この特許文献１では、２つの吸気ポートに対する空気の送りタイミングを変えることで気筒内にスワール流を形成するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２０５４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ピストンの頂面は高温になっているので、特許文献１のようにピストンの熱を利用して燃料の霧化を促進することに合理性は見られるが、高速で噴出する霧化燃料に旋回流を付与できるのか否か疑問であり、旋回流を付与できるとしてもインジェクタの構造は相当に複雑化せざるを得ないと思われる。
【０００６】
また、特許文献１ではピストンが上死点付近にある状態で燃料を噴射するので、そのタイミングに合わせてスワール流を燃焼室に発生させる必要があるが、燃料噴射タイミングに合わせてタイミング良くスワール流を発生させることが可能であるのか疑問であり、また、霧化燃料は密度が高くて直進性は高いのに対してスワール流は密度が小さい空気の流れに過ぎないため、燃料がスワール流を貫通してピストンやシリンダボア内面に向かうことも予想され、予期した燃料の混合性を期待できないおそれもあると云える。
【０００７】
本願発明はかかる現状に鑑み成されたものであり、燃料によるオイル希釈を低減しつつ、燃料と空気との混合性に優れたシリンダヘッドを提供せんとするものである。 
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明のシリンダヘッドは、１つのシリンダボアに対応して２つの吸気ポートと１つのインジェクタとを備えており、前記インジェクタから霧化燃料が燃焼室に向けて直接噴射される構成であり、前記インジェクタは、霧化燃料が前記２つの吸気ポートから噴出された空気流に向けて噴出するように前記シリンダボアの軸線方向から見て２つの吸気ポートの間の部位に配置されている一方、前記両吸気ポートのうち少なくともいずれか一方にはその内部に流れる空気に旋回流を付与する案内手段が設けられており、前記旋回流に乗った空気が前記インジェクタに向いた方向に流れるように設定されている。 
【発明の効果】
【０００９】
本願発明では、旋回流になっている空気の一部がインジェクタに向いて流れるため、空気流と霧化燃料とが正面衝突する傾向を呈しており、このため、霧化燃料の勢いを削いで貫徹力を減少させ、霧化燃料がピストンやシリンダボア内面に付着することを防止又は著しく抑制でき、その結果、燃料の微細化による出力向上という利点を保持しつつ、排気ガス中に黒煙が発生したりピストンやシリンダヘッドに煤が付着したりすることを防止できる。
【００１０】
また、空気流と霧化燃料とが正面衝突するため燃料を高圧で噴射しても霧化燃料を燃焼室内に分散させることができ、燃焼室内の空気と燃料との混合を促進することができる。
【００１１】
そして、インジェクタは単に霧化燃料を直進させる構成であれば足りる一方、空気に旋回流を付与することの容易性・確実性は高いため、現実性に優れている。
【００１２】
本願発明では、２つの吸気ポートの片方だけの空気に旋回流を付与するだけでも効果を期待できるが、実施形態のように２つの吸気ポートの空気に旋回流を付与すると、空気と霧化燃料との衝突の機会が増えるためより好適である。 
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態を示す図で、（Ａ）は模式的な平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。
【図２】図１（Ａ）のII-II 視断面図である。
【図３】図１（Ａ）のIII-III 視断面図である。
【図４】作用を示す模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。内燃機関は、シリンダボア２を有するシリンダブロック１と、その上面に固定されたシリンダヘッド３とを有している。シリンダボア２にはピストン４が摺動自在に嵌まっている。
【００１５】
シリンダヘッド３にはシリンダボア２に向けて開口した台錘状の凹所５が形成されており、凹所５の傾斜面には、２つずつの吸気ポート６と排気ポート７とが開口している。凹所５の中心部には点火プラグ８が配置されている。
【００１６】
吸気ポート６と排気ポート７とはクランク軸の軸心線９を挟んだ両側に配置されており、２つの吸気ポート６は１つの吸気穴６ａに集合してシリンダヘッド３の一側面３ａに開口して、２つの吸気ポート７は１つの出口穴７ａに集合してシリンダヘッド３の他側面３ｂに開口している。図３に一部だけ表示するように、シリンダヘッド３の一側面３ａには吸気マニホールド１０が固定されて、シリンダヘッド３の他側面３ｂには排気マニホールド（図示せず）が固定されている。
【００１７】
各吸気ポート６の終端部は、凹所５の傾斜面と直交した方向に移動する吸気弁１１で開閉される。排気ポート７は排気弁１２で開閉される。シリンダヘッド３の内周部のうち２つの吸気ポート６の下方でかつ、シリンダボア２の軸心線１３の方向から見て１つの吸気ポート６の間に位置した部位には、燃焼室１４に燃料を噴射するためのインジェクタ１５を配置している。インジェクタ１５の先端はシリンダヘッド３の凹所５の内部に露出しているが、凹所５に露出しないように先端を穴の中に後退させてもよい。
【００１８】
また、インジェクタ１５は吸気マニホールド１０と干渉しないようにかなり寝かせた姿勢にしているが、吸気マニホールド１０を貫通させる等して、ピストン４に向かうように傾斜角度を大きくすることも可能である。いずれにしても、インジェクタ１５から噴出された霧化燃料が両吸気ポート６から噴出した空気流に向かうように設定している。
【００１９】
両吸気ポート６の内面には、請求項に記載した案内手段の一例として２条のリブ（フィン）１６を内向き突設している。リブ１６は吸気ポート６の軸心まで届かない高さに設定しているが、軸心と同じ高さにしたり軸心を超える高さとしたりすることも可能である。或いは、吸気ポート６がリブ１６で完全に仕切られた形状に構成して、リブ１６を捩じれた形状にすることも可能である。図２のとおり、両吸気ポート６におけるリブ１６のねじれ方向を逆向きにしている。このため、２つの吸気ポート６から噴出する空気の旋回方向は逆向きになる。
【００２０】
そして、ピストン４が下降する吸気行程において、吸気弁１１が開いて両吸気ポート６から空気が旋回流１７として燃焼室１４に噴出し、両旋回流１７に向けてインジェクタ１５から霧化燃料が噴出するが、２つの旋回流１７は互いに接近した箇所において同じ向きで霧化燃料の噴出方向と対向しているため、霧化燃料と２つの旋回流１７とが正面衝突する。その結果、霧化燃料が高圧噴射によって微細化されていて直進性が高くても、旋回流１７に押し戻されるようにして勢いが削がれ、旋回流１７に分散して吸収されていく。すなわち、霧化燃料と空気との混合性が大きく促進される。
【００２１】
更に、ピストン４の下降動に伴って、旋回流１７は、図１（Ｂ）に示すように、シリンダボア２の内面に沿って下向きに移動してからピストン４の頂面に当たるように方向を変え、次いで、ピストン４の頂面から再びシリンダボア２の内面に沿って上向きに上昇するというタンブル流１８に変化するが、旋回流１７で勢いを削がれて空気に混合された霧化燃料もタンブル流１８に乗って燃焼室１４を移動していく。それから、タンブル流１８はピストン４の上昇によって潰されて微細な無数の渦に分散し、霧化燃料も気化を促進されつつ無数の渦に吸収されていく。
【００２２】
このように、霧化燃料は勢いを削がれて拡散しつつタンブル流１８に乗って燃焼室１４の隅々まで行き亙り、タンブル流１８がピストンの上昇動によって潰されて微細な無数の渦となることで、完全燃焼化と燃焼速度の向上とが図られる。その結果、直噴式のメリットを最大限に活かして出力を向上できる。
【００２３】
本願発明は上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、空気の案内手段はリブには限定されないので、例えば、吸入空気によって回転する羽根車を吸気ポートの内部に配置したり、吸気ポート自体を螺旋構造にしたりすることも可能である。リブを設ける場合、シリンダヘッドとは別の部材として製造して、これを吸気ポートに嵌め込むことも可能である。更に、リブ等の案内手段は、吸気ポートの長手方向の一部のみに設けることも可能である。
【００２４】
２つの吸気ポートのうち片方だけに案内手段を設けて旋回流を生成することも可能であり、この場合は、旋回流はシリンダボアの内面に沿って周方向に流れる傾向を呈するため、スワール流の形成に効果的であると云える。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本願発明は、実際に内燃機関のシリンダヘッドに適用できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００２６】
１  シリンダブロック
２  シリンダボア
３  シリンダヘッド
４  ピストン
５  シリンダヘッドの凹所
６  吸気ポート
１０  吸気マニホールド
１１  吸気弁
１３  シリンダボアの軸心線
１４  燃焼室
１５  インジェクタ（燃料噴射装置）
１６  案内手段の一例としてのリブ
１７  旋回流
１８  タンブル流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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