(57)【要約】    【課題】  複数の噴孔を有する燃料噴射弁から、ピストンの上死点付近で、燃料を噴射する場合に、噴射燃料がピストン冠面に液膜となって付着するのを最小限に抑える。    【解決手段】  ピストンの上死点での燃料噴射タイミングで、燃料噴霧がピストン冠面に衝突する噴孔に対し、ピストン１０冠面における燃料噴霧の衝突位置に、燃料噴霧を燃焼室の中央側へ案内するガイド溝１１、１２を設ける。これらのガイド溝は、燃焼室の中央側へ向かって燃料噴霧を斜め上方へ案内するように傾斜しており、その終端部はシャープエッジをなしている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の側部に、複数の噴孔を有して該噴孔から燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備える直噴火花点火式内燃機関において、
前記複数の噴孔のうち、ピストンの上死点付近での燃料噴射タイミングで、燃料噴霧がピストン冠面に衝突する少なくとも１つの噴孔に対し、ピストン冠面における燃料噴霧の衝突位置に、燃料噴霧を燃焼室の中央側へ案内するガイド溝を設けたことを特徴とする直噴火花点火式内燃機関。
【請求項２】
前記ガイド溝は、燃焼室の中央側へ向かって燃料噴霧を斜め上方へ案内するように傾斜していることを特徴とする請求項１記載の直噴火花点火式内燃機関。
【請求項３】
前記ガイド溝は、その終端部がシャープエッジをなしていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の直噴火花点火式内燃機関。
【請求項４】
前記ガイド溝の終端部は、段差面を介して、前記ガイド溝より低いピストン冠面の凹部に連なることを特徴とする請求項３記載の直噴火花点火式内燃機関。
【請求項５】
前記ガイド溝の終端部は、ピストン冠面より高く形成し、前記終端部とピストン冠面との間が段差面をなしていることを特徴とする請求項３記載の直噴火花点火式内燃機関。
【請求項６】
複数のガイド溝の全てを、燃焼室の中心部の点火プラグを指向させることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関。
【請求項７】
複数のガイド溝の全てを、燃料噴射弁軸線とピストン中心線とを含む仮想平面に対し、燃焼室内で交差しない方向へ指向させることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関。
【請求項８】
複数のガイド溝のうち、燃料噴射弁軸線とピストン中心線とを含む仮想平面に近い位置のガイド溝を、前記仮想平面に対し燃焼室内で交差する方向へ指向させ、前記仮想平面から遠い位置のガイド溝を、前記仮想平面に対し燃焼室内で交差しない方向へ指向させることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の噴孔を有して該噴孔から燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁（マルチホールインジェクタ）を備える直噴火花点火式内燃機関に関し、特にそのピストン冠面形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、直噴火花点火式内燃機関において、燃焼室周縁部に配置される燃料噴射弁からピストンの冠面に向けて燃料を噴射する場合に、ピストンの冠面上に、燃料噴射時期の変化により噴射燃料の衝突位置が変化する一直線に沿って延びる突条を形成することで、要求される全ての燃料噴射時期に対して噴射燃料の主流を該突条の頂面に衝突させるようにし、噴射燃料を微粒子の形で燃焼室内に拡散させること、及び、突条の頂面（凹面）の終端部（頂面端部壁）で噴射燃料を点火プラグ方向へガイドすることが開示されている。
【特許文献１】特開平６−０８１６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、直噴火花点火式内燃機関において、マルチホールインジェクタを用いて、ピストンの上死点付近で燃料を噴射する場合（低負荷時に圧縮上死点付近で燃料噴射する場合、及び、高負荷時に排気上死点付近で燃料噴射する場合）、噴射燃料の一部がピストン冠面に衝突する結果、ピストン冠面に液膜となって付着し、ＨＣ排出量が増大する。
【０００４】
そこで、噴射燃料の液膜化を防止するため、ピストンに衝突した噴射燃料を燃焼室内へ誘導する必要があるが、特許文献１のような突条では、次のような問題点がある。
【０００５】
（１）突条がガス流動に対する阻害要因となり、特にマルチホールインジェクタに適用するためには、突条を複数設ける必要から、更なるガス流動に対する阻害要因となる。
【０００６】
（２）突条の場合、衝突後に突条の側面からスプラッシングする液滴の方向を制御できず、十分な混合気形成ができない。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、ガス流動を阻害することなく、液膜の生成を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため、本発明では、複数の噴孔のうち、ピストンの上死点付近での燃料噴射タイミングで、燃料噴霧がピストン冠面に衝突する少なくとも１つの噴孔に対し、ピストン冠面における燃料噴霧の衝突位置に、燃料噴霧を燃焼室の中央側へ案内するガイド溝を設ける構成とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ガイドを溝で形成するため、たとえ複数個のガイドを設けても、ガス流動を阻害しない。よって、ガイド溝により、噴射燃料の案内効果が高まり、液膜の形成を最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施形態を示す燃焼室の正面図、図２は同上の燃焼室の平面図、図３は燃料噴射弁の先端面の噴孔配置図である。
【００１２】
内燃機関のペントルーフ型の燃焼室１の上面中央部に点火プラグ２が配置されている。燃焼室１の側部（吸気側の側部）には、燃焼室１内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）３が斜め下向きに配置されている。
【００１３】
燃料噴射弁３の先端面（平面又は半球面）には、図３に示すように、複数の噴孔が形成されている。
【００１４】
先端面の複数の噴孔は、ここでは、３つのグループ（列）に分けられている。すなわち、上側から、１つの噴孔からなる第１列の噴孔Ａ１と、２つの噴孔からなる第２列の噴孔Ａ２、Ａ２と、２つの噴孔からなる第３列の噴孔Ａ３、Ａ３とから構成されている。
【００１５】
第１列の噴孔Ａ１は、これにより形成される噴霧Ｆ１（噴霧中心線Ｃ１）を図１及び図２に示すように、点火プラグ２を指向している。
【００１６】
第２列の噴孔Ａ２、Ａ２は、これにより形成される噴霧Ｆ２、Ｆ２（噴霧中心線Ｃ２、Ｃ２）を図１及び図２に示すように、第１列の噴孔の点火プラグ２を指向する噴霧Ｆ１に対し、角度θａをもって、点火プラグ２より下方位置を指向している（図１）。また、２つの噴孔Ａ２、Ａ２は、燃料噴射弁の先端面の横方向に適当な間隔をあけて設けられ（図３）、噴霧Ｆ２、Ｆ２は平面視で角度θ２の開き角を持っている（図２）。
【００１７】
第３列の噴孔Ａ３、Ａ３は、これにより形成される噴霧Ｆ３、Ｆ３（噴霧中心線Ｃ３、Ｃ３）を図１及び図２に示すように、第２列の噴孔の噴霧Ｆ２、Ｆ２に対し、角度θｂをもって、点火プラグ２より下方位置で、かつ第２列の噴孔の噴霧Ｆ２、Ｆ２より更に下側を指向している。また、２つの噴孔Ａ３、Ａ３は、燃料噴射弁の先端面の横方向に適当な間隔をあけて設けられ（図３）、噴霧Ｆ３、Ｆ３は平面視で角度θ３の開き角を持っている（図２）。
【００１８】
上記の構成によれば、圧縮行程噴射の場合、第１列の噴孔Ａ１からの点火プラグ２を指向する噴霧は、他の噴霧から干渉を受けず、安定して、点火プラグ２周辺の狭い空間に着火のためのリッチ混合気塊を形成することができる。その一方、他の噴霧は、広い空間にてある程度互いに干渉しながら拡散し、合わさった噴霧塊として、前記リッチ混合気塊を囲む大きなリーン混合気塊を形成することができる。
【００１９】
また、吸気行程噴射の場合は、燃料噴射から点火時期まで間に、各噴孔からの噴霧が混合し、燃焼室内に均質な混合気を形成することができる。
【００２０】
ところで、低負荷運転時に成層燃焼のため、圧縮上死点付近（圧縮行程終期）で燃料を噴射する場合、あるいは、高負荷運転時に均質燃焼のため、排気上死点付近（吸気行程初期）で燃料を噴射する場合、前記第２列及び第３列の噴孔Ａ２、Ａ３からの噴霧は、ピストン冠面に衝突し、液膜を生成する。
【００２１】
そこで、本発明では、図４、図５又は図６に示すように、複数の噴孔のうち、ピストンの上死点での燃料噴射タイミングで、燃料噴霧がピストン冠面に衝突する少なくとも１つの噴孔に対し、ピストン冠面における燃料噴霧の衝突位置に、燃料噴霧を燃焼室の中央側へ案内するガイド溝を設ける。
【００２２】
ここでは、第２列の噴孔Ａ２、Ａ２からの噴霧と第３列の噴孔Ａ３、Ａ３からの噴霧がピストン冠面に衝突するものとして、第２列の噴孔Ａ２、Ａ２に対し、ピストン１０冠面における燃料噴霧の衝突位置に、燃料噴霧を燃焼室１の中央側へ案内するガイド溝１１、１１を設け、第３列の噴孔Ａ３、Ａ３に対し、ピストン１０冠面における燃料噴霧の衝突位置に、燃料噴霧を燃焼室１の中央側へ案内するガイド溝１２、１２を設けている。
【００２３】
図７は図４〜図６のＡ−Ａ断面でのガイド溝１２の形状例（１）を示す図である。また、図８は図４〜図６のＡ−Ａ断面でのガイド溝１２の形状例（２）を示す図である。尚、ここでは、ガイド溝１２について形状例を示すが、ガイド溝１１についても同様である。
【００２４】
図７の例について説明すると、ガイド溝１２は、燃焼室１の中央側へ向かって燃料噴霧を斜め上方へ案内するように傾斜している。
【００２５】
そして、ガイド溝１２の終端部は、段差面１３を介して、ガイド溝１２より低いピストン冠面の凹部（ここではバルブリセス）１４に連なっていて、これにより、ガイド溝１２の終端部がシャープエッジＥをなしている。すなわち、ガイド溝１２の終端部の底面が段差面１３を介して燃焼室空間に開放されており、終端部の底面（１２）と段差面１３とのなす角部がシャープエッジＥをなしている。尚、前記凹部１４は、バルブリセスの他、キャビティでもよい。
【００２６】
図８の例について説明すると、ガイド溝１２は、燃焼室１の中央側へ向かって燃料噴霧を斜め上方へ案内するように傾斜している。
【００２７】
そして、ガイド溝１２の終端部は、ピストン冠面よりわずかながら高く形成し、前記終端部とピストン冠面との間が段差面１３をなしていて、これにより、ガイド溝１２の終端部がシャープエッジＥをなしている。すなわち、ガイド溝１２の終端部の底面が段差面１３を介して燃焼室空間に開放されており、終端部の底面（１２）と段差面１３とのなす角部がシャープエッジＥをなしている。
【００２８】
尚、ガイド溝１１、１２の長さは、ピストンの上死点位置からクランク角度で３０度前後の範囲で燃料噴霧がはみ出さない最小限の長さとする。これにより、液膜が形成される範囲を最小限にすることができる。
【００２９】
上記構成のガイド溝１１、１２を設けることにより、ピストン冠面へ衝突する燃料噴霧を燃焼室の中央側へ案内でき、液膜の形成を最小限（ガイド溝の部分だけ）に抑えることができる。また、ガイドを溝で形成するため、たとえ複数個のガイドを設けても、ガス流動を阻害しない。
【００３０】
また、前記ガイド溝１１、１２は、燃焼室の中央側へ向かって燃料噴霧を斜め上方へ案内するように傾斜していることにより、噴射燃料をピストン冠面から離れるように案内できる。
【００３１】
また、前記ガイド溝１１、１２は、その終端部がシャープエッジＥをなしていることにより、言い換えれば、その終端部の底面が段差面１３を介して燃焼室空間に開放されており、終端部の底面と段差面とのなす角部がシャープエッジＥをなしていることにより、エッジ部で液膜を剥離させ、気化を促進することができる。
【００３２】
また、前記ガイド溝１１、１２の終端部は、段差面１３を介して、前記ガイド溝より低いピストン冠面の凹部（バルブリセス、キャビティ）１４に連なる構成とするか、ピストン冠面より高く形成し、前記終端部とピストン冠面との間が段差面１３をなす構成とすることにより、良好な液膜剥離のためのシャープエッジＥを実現することができる。
【００３３】
次に図４〜図６の例について違いを説明する。
【００３４】
図４の例は、複数のガイド溝１１、１２の全てを、燃焼室の中心部の点火プラグを指向させている。
【００３５】
これによれば、スプラッシングした燃料液滴が点火プラグ回りに集中し、着火性が向上する。また、ピストンに衝突した噴霧により液滴が形成されるが、ガイド溝の底面の範囲内であり、かつ噴霧によって生じた流動によりシャープエッジ部から剥離し、再度噴霧に変化する。このため、未燃ＨＣの原因である液滴の量が最小限に抑えられる。従って、コールドスタート時の混合気の着火性向上とＨＣ低減に有効である。
【００３６】
図５の例は、複数のガイド溝１１、１２の全てを、燃焼室の周辺部（排気弁側）を指向させている。すなわち、複数のガイド溝１１、１２の全てを、燃料噴射弁軸線とピストン中心線とを含む仮想平面Ｐに対し、燃焼室１内で交差しない方向へ指向させている。尚、各ガイド溝は、それぞれ点線より外側へ指向させればよい。
【００３７】
これによれば、スプラッシングした燃料液滴が燃焼室内に均等に広がり、スモークの原因である局所過濃混合気の存在を抑止できる。また、均質度が向上するため、燃焼速度の遅いリッチ混合気の存在も抑止でき、耐ノック性が向上する。よって特に、高回転高負荷時の均質度向上によるノック性改善及びスモーク防止効果が得られる。
【００３８】
図６の例は、複数のガイド溝１１、１２のうち、ガイド溝１１を燃焼室の中心部の点火プラグを指向させ、ガイド溝１２を燃焼室の周辺部（排気弁側）を指向させている。すなわち、複数のガイド溝１１、１２のうち、燃料噴射弁軸線とピストン中心線とを含む仮想平面Ｐに近い位置のガイド溝１１を、前記仮想平面Ｐに対し燃焼室内で交差する方向へ指向させ、前記仮想平面Ｐから遠い位置のガイド溝１２を、前記仮想平面Ｐに対し燃焼室内で交差しない方向へ指向させている。尚、ガイド溝１１はそれぞれの点線より内側を指向させればよく、ガイド溝１２はそれぞれの点線より外側を指向させればよい。
【００３９】
これによれば、コールドスタート時の混合気の着火性向上及びＨＣ低減と、高回転高負荷時の均質度向上によるノック低減及びスモーク防止効果とを両立させることができる。
【００４０】
尚、図４〜図６のいずれの例においても、燃料噴射弁軸線とピストン中心線とを含む仮想平面を挟んで、燃料噴霧が対称をなす、少なくとも一対の噴孔に対し、それぞれ設けられる少なくとも一対のガイド溝を、前記仮想平面を挟んで対称に配置することにより、燃焼室内での偏りを防止している。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態を示す燃焼室の正面図
【図２】同上の燃焼室の平面図
【図３】燃料噴射弁の先端面の噴孔配置図
【図４】同上のピストン冠面上のガイド溝の配置例（１）を示す図
【図５】同上のピストン冠面上のガイド溝の配置例（２）を示す図
【図６】同上のピストン冠面上のガイド溝の配置例（３）を示す図
【図７】図４〜図６のＡ−Ａ断面でのガイド溝の形状例（１）を示す図
【図８】図４〜図６のＡ−Ａ断面でのガイド溝の形状例（２）を示す図
【符号の説明】
【００４２】
１  燃焼室
２  点火プラグ
３  燃料噴射弁
Ａ１〜Ａ３  第１〜第３列の噴孔
Ｆ１〜Ｆ３  第１〜第３列の噴孔からの噴霧
Ｃ１〜Ｃ３  第１〜第３列の噴孔からの噴霧の噴霧中心線
１０  ピストン
１１、１２  ガイド溝
１３  段差面
１４  凹部（バルブリセス）
Ｅ  シャープエッジ
【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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