(57)【要約】【課題】順タンブル流が形成される直噴火花点火機関において、良好な成層混合気を安定して形成する。【解決手段】シリンダヘッド内壁面４１上に案内壁９を設け、燃料をこの案内壁９に衝突させて拡散させ、点火プラグ７近傍に滞留させる。案内壁９は、空気の流れに対する対向面９１がシリンダヘッド内壁面４１から滑らかに続く形状とし、シリンダ中心軸Ａａに平行であり、かつ空気の流れの方向に平行な平面による断面で円弧状とする。【選択図】　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気の順タンブル流により成層混合気が形成される直噴火花点火機関であって、
インジェクタ及び点火プラグの各挿入孔の間のシリンダヘッド内壁面上に、燃焼室内に突出する案内壁を備え、この案内壁は、前記順タンブル流の点火プラグへ向かう空気の流れに対する対向面が、シリンダヘッド内壁面から滑らかに続くことを特徴とする直噴火花点火機関。
【請求項２】
前記対向面が、シリンダ中心軸に平行であり、かつ前記空気の流れの方向に平行な平面による断面で円弧状である請求項１に記載の直噴火花点火機関。
【請求項３】
前記対向面にくぼみを有する請求項１に記載の直噴火花点火機関。
【請求項４】
前記対向面が、シリンダ中心軸に直交する平面による断面で半楕円若しくはＶ字状である請求項１〜３のいずれかに記載の直噴火花点火機関。
【請求項５】
前記半楕円又はＶ字の両翼部が円弧状に広げられた請求項４に記載の直噴火花点火機関。
【請求項６】
前記対向面が、シリンダ中心軸に平行であり、かつ前記空気の流れの方向に直交する平面による断面で、その両側が円弧状である請求項１〜５のいずれかに記載の直噴火花点火機関。
【請求項７】
前記案内壁を吸気ポートと点火プラグ挿入孔との間のシリンダヘッド内壁面上に備える請求項１〜６のいずれかに記載の直噴火花点火機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、直噴火花点火機関に関し、詳細には、インジェクタと点火プラグとの間のシリンダヘッド内壁面上に設けられた案内壁により、成層混合気を良好に形成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直噴火花点火機関において、吸気ポートと点火プラグ挿入孔との間のシリンダヘッド内壁面上に案内壁を設けることは、特開平１０−２５２４７７号公報に記載されている。同公報には、この案内壁として断面が矩形のマスク壁を設け、成層燃焼時にこのマスク壁により吸気ポートから燃焼室中央部へ向かう流れを妨げることで逆タンブル流を相対的に強め、点火プラグ近傍に燃料を集中させる技術が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術には、次のような問題がある。第１に、同技術は、筒内で吸入空気の逆タンブル流（吸気ポートからシリンダ側壁付近を通過した後、点火プラグへ向かう流れ）を形成するために適用されるものである。そして、第２に、順タンブル流（吸気ポートから燃焼室中央部を通過した後、点火プラグへ向かう流れ）が形成される直噴火花点火機関に上記マスク壁を設けたとしても、このマスク壁により点火プラグ直前でガス流動がせき止められ、点火位置まで燃料を良好に輸送することができない。
【０００４】
そこで、本発明は、シリンダヘッド内壁面上に設けられる案内壁として、順タンブル流が形成される直噴火花点火機関に適合しうるものを提供し、この案内壁により混合気を拡散及び滞留させて、点火プラグ近傍に良好な混合気を形成することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に記載の発明では、吸入空気の順タンブル流により成層混合気が形成される直噴火花点火機関において、インジェクタ及び点火プラグの各挿入孔の間のシリンダヘッド内壁面上に設けられる案内壁の、前記順タンブル流の点火プラグへ向かう空気の流れに対する対向面を、シリンダヘッド内壁面から滑らかに続く形状とすることとした。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、前記対向面を、シリンダ中心軸に平行であり、かつ前記空気の流れの方向に平行な平面による断面において、円弧状とすることとした。
請求項３に記載の発明では、前記対向面にくぼみを設けることとした。
請求項４に記載の発明では、前記対向面を、シリンダ中心軸に直交する平面による断面において、半楕円若しくはＶ字状とすることとした。
【０００７】
請求項５に記載の発明では、シリンダ中心軸に直交する平面による断面において、前記半楕円又はＶ字の両翼部を円弧状に広げることとした。
請求項６に記載の発明では、シリンダ中心軸に平行であり、かつ前記空気の流れの方向に直交する平面による断面において、前記対向面の両側を円弧状とすることとした。
【０００８】
請求項７に記載の発明では、前記案内壁を、吸気ポートと点火プラグ挿入孔との間のシリンダヘッド内壁面上に設けることとした。
【０００９】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、案内壁において、順タンブル流の点火プラグへ向かう空気の流れに対する対向面を、シリンダヘッド内壁面から滑らかに続く形状としたことで、順タンブル流に乗って輸送される燃料をこの対向面により拡散させ、点火プラグ近傍に滞留させることができる。このため、諸条件のばらつきや変化によらず、成層混合気を良好に形成することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明によれば、対向面をシリンダ中心軸に平行であり、かつ点火プラグへ向かう空気の流れの方向に平行な平面による断面で円弧状としたことで、燃料を良好に拡散及び滞留させることができる。
請求項３に係る発明によれば、対向面に設けたくぼみにより燃料を確実に捕え、適度に拡散させることができる。
【００１１】
請求項４に係る発明によれば、対向面をシリンダ中心軸に直交する断面で半楕円若しくはＶ字状としたことで、空気の流れを澱ませずに、燃料を良好に拡散させることができる。
請求項５に係る発明によれば、上記半楕円又はＶ字の両翼部を円弧状に広げたことで、燃料を強く拡散させ、点火プラグ近傍により良好な状態で滞留させることができる。
【００１２】
請求項６に係る発明によれば、シリンダ中心軸に平行であり、かつ点火プラグへ向かう空気の流れの方向に直交する平面による断面で、対向面の両側を円弧状としたことで、対向面に沿って空気を円滑に流すことができ、案内壁に燃料が付着することを防止することができる。
請求項７に係る発明によれば、案内壁を吸気ポートと点火プラグ挿入孔との間のシリンダヘッド内壁面上に設けたことで、燃料を良好に拡散及び滞留させるとともに、順タンブル流を形成する空気が筒内に流入する際にこの案内壁が妨げとならず、円滑に流入させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る直噴火花点火機関としての自動車用エンジン（以下「エンジン」という）１の断面図であり、同エンジン１の燃焼室Ｃの構成を示している。
【００１４】
エンジン１のシリンダブロック２には、ピストン３が挿入されており、このピストン３には、冠面に凹状のくぼみ（以下「ボウル部」という。）３１が形成されている。シリンダブロック２上には、ペントルーフ型内壁面４１を有するシリンダヘッド４が固定されており、このシリンダヘッド４には、吸気ポート４２及び排気ポート４３が気筒配列方向に並んで各２つ形成されている。ここで、吸気ポート４２には、吸気弁５が、排気ポート４３には、排気弁６が介装されている。また、シリンダヘッド４には、シリンダ中心軸Ａａ上にシリンダヘッド４を上下に貫通する孔４４が形成されており、この孔（以下「点火プラグ挿入孔」という。）４４に点火プラグ７が挿入され、固定されている。この点火プラグ７は、ピストン冠面とシリンダヘッド内壁面４１との間に形成される燃焼室Ｃの上部中央に臨んでいる。シリンダヘッド４には、燃料噴射手段としての高圧インジェクタ８が固定されている。このインジェクタ８は、２つの吸気ポート４２，４２の間で、シリンダヘッド側壁を外部から斜め下方に貫通する孔（以下「インジェクタ挿入孔」という。）４５に挿入されており、その噴射口は、燃焼室Ｃの側部に臨んでいる。ここで、シリンダヘッド内壁面上には、インジェクタ挿入孔４５及び点火プラグ挿入孔４４の各開口端の間に、本実施形態に係る案内壁９が設けられている。
【００１５】
図２は、エンジン１のシリンダヘッド４を下方から見た、インジェクタ８、案内壁９及び点火プラグ７の配置図である。
このように、案内壁９は、インジェクタ８と点火プラグ７との間で、吸気ポート４２，４２と点火プラグ挿入孔４４（点火プラグ７）との間のシリンダヘッド内壁面上に設けられている。すなわち、この案内壁９は、エンジン実装時において、シリンダヘッド４を下方から見て概略Ｖ字状である（形状について後述する。）。このＶ字の各翼部は、２つの吸気ポート４２，４２の間から、これらの吸気ポート４２，４２と点火プラグ挿入孔４４との間のシリンダヘッド内壁面４１上を延伸し、シリンダ中心軸Ａａを含む気筒配列方向と平行な面で終結して、点火プラグ７のインジェクタ８側の半分を包囲している。ここで、この案内壁９の点火プラグ７に対する位置は、後述する燃料の拡散及び滞留を良好に実現するために設定されるべきであるが、筒内への空気の流入が妨げられることのないよう、点火プラグ挿入孔４４に極力近接して配置されている。
【００１６】
図３は、シリンダヘッド内壁面４１の斜視図であり、本実施形態に係る案内壁９の概観を示している。
図４は、案内壁９の形状を詳細に示す、シリンダヘッド内壁面４１の部分拡大図である。
図４を主に参照して、案内壁９の構造について具体的に説明する。ここで、シリンダ中心軸を改めてＡａで示すとともに、このシリンダ中心軸Ａａに直交する、気筒配列方向に平行な軸（以下「横方向軸」という。）をＡｂ、シリンダ中心軸Ａａ及びこの横方向軸Ａｂのいずれとも直交する軸（以下「縦方向軸」という。）をＡｃで示す。また、縦方向軸Ａｃ上で、シリンダ中心軸Ａａを基準にインジェクタ８側を前方、その反対側を後方とし、この前後方向を基準に左右及び上下方向を定める。なお、図３，４から明らかなように、この前後方向は、順タンブル流を形成する空気の点火プラグ７へ向かう流れの方向に相当する。
【００１７】
本実施形態において、案内壁９の表面（「対向面」に相当する。）９１がシリンダヘッド４の下方、すなわち、図４で上方からシリンダ中心軸Ａａに沿って見た状態で概略Ｖ字状であり、２つの吸気ポート４２，４２と点火プラグ挿入孔４４との間に位置することは、前述の通りである。
ここで、対向面９１は、シリンダ中心軸Ａａ及び縦方向軸Ａｃを含む第１の断面で概ね円弧状をなしており、この第１の断面において、シリンダヘッド内壁面４１から滑らかに続き、点火プラグ７に近づくに従ってシリンダヘッド内壁面４１に対する傾斜を増している。また、シリンダ中心軸Ａａに直交する第２の断面において、Ｖ字状をなす対向面９１は、前方から流線形的に滑らな曲線を描くとともに、その翼部９１１ａ，９１１ｂが円弧状に広がっている（図２）。なお、本実施形態では、案内壁９の横幅ｗは、吸気ポート４２，４２の内端部間距離Ｄに等しく、その高さｈは、点火プラグ７の電極位置高さに等しく設定されている。
【００１８】
図５は、図４のｂ−ｂ断面図である。本実施形態では、対向面９１が、この断面で円弧状とされているが（図５（ａ））、これ以外にも、例えば、図５（ｂ）のように、前方よりシリンダヘッド内壁面４１に対してなだらかな傾斜で延伸させ、点火プラグ７の直前でシリンダ中心軸Ａａに沿うほどに急激に湾曲させて、対向面９１の全体でくぼみを形成することもできる。また、同図（ｃ）のように、全体として円弧状であるが、一部にくぼみ９１２を形成してもよい。
【００１９】
図６は、図４のｃ−ｃ断面図である。対向面９１の翼部９１１ａ，９１１ｂは、この断面で円弧状であり、上端から下方へ、すなわち、シリンダヘッド内壁面４１に近づくに従ってシリンダ中心軸Ａａに対する傾斜を増し、左右に広がっている。
図７は、以上に述べた案内壁９を備えるエンジン１における混合気形成の説明図である。
【００２０】
エンジン１には、制御手段としてのエンジンコントローラ（図示せず）が備えられており、このエンジンコントローラは、エンジン１の運転状態に応じて、燃焼方式を成層燃焼と均質燃焼とで切り換える機能を有している。成層燃焼では、エンジンコントローラからの指令に基づいて、インジェクタ８が圧縮行程に燃料を噴射する。一方、均質燃焼では、エンジンコントローラからの指令に基づいて、インジェクタ８が吸気行程に燃料を噴射する。以下に、成層燃焼の場合について説明する。
【００２１】
成層燃焼時において、吸気行程では、図７（ａ）に示すように、吸気ポート４２から筒内に空気が流入する（矢印ｆ１）。このとき、案内壁９の対向面９１がシリンダヘッド内壁面４１から滑らかに続く形状とされ、吸気ポート４２付近での案内壁９の高さが低く抑えられているので、空気の流入が妨げられることがない。従って、空気は、吸気ポート４２から燃焼室中央に向かって充分な強さで流れる。
【００２２】
圧縮工程では、図７（ｂ）に示すように、ピストン３のボウル部３１により空気の流れが反転されるとともに、インジェクタ８から燃料が噴射される。噴射された燃料Ｍは、このように形成された空気の順タンブル流（矢印ｆ２，ｆ３）により、点火プラグ７に向かって輸送される。そして、燃料Ｍは、同図（ｃ）に示すように、案内壁９の対向面９１に衝突して拡散され（矢印ｆ４）、点火プラグ７近傍で滞留する。
【００２３】
以上のように、本実施形態では、インジェクタ８と点火プラグ７との間に設けられる案内壁９において、第１に、順タンブル流ｆ２，ｆ３の点火プラグ７に向かう流れｆ３に対する対向面９１を、シリンダヘッド内壁面４１から滑らかに続く形状とした。このため、インジェクタ８から噴射された燃料Ｍをこの対向面９１により拡散させ、点火プラグ７近傍で良好な状態で滞留させることができる。エンジン１等の直噴エンジンでは、筒内圧力、ガス流動強さ（タンブル流動強さ）、燃料噴射圧力、燃料噴射量及びインジェクタ噴射口構造ばらつき等のため、成層燃焼時に常に一定の噴霧形態が得られるとは限らず、良好な成層混合気が形成されずに燃焼が不安定化したり、燃料Ｍが点火プラグ７に付着して、失火及びくすぶりを生じたりする。本実施形態に係るエンジン１では、案内壁９を設けたことで、上記筒内圧力等の変動因子による影響が軽減され、良好な成層混合気を安定して形成することができる。また、燃料Ｍが点火プラグ７に直接付着することがないので、失火等の発生を防止することもできる。
【００２４】
第２に、対向面９１を、シリンダ中心軸Ａａ及び縦方向軸Ａｃを含む平面による第１の断面で円弧状とするとともに、図４で上方から見て概略Ｖ字状とし、シリンダ中心軸Ａａに直交する第２の断面で、このＶ字の両翼部９１１ａ，９１１ｂを円弧状に広げた。このため、案内壁９により燃料Ｍを横方向にも拡散させ、全体として強く拡散させることができる。
【００２５】
第３に、図４，６に示すように、対向面９１の翼部９１１ａ，９１１ｂを上下に円弧状とし、シリンダヘッド内壁面４１に対して左右方向に滑らかに接続させた。このため、燃料Ｍを拡散させながら案内壁９を円滑に通過させ、案内壁９に付着することを防止することができる。
なお、図５に示すように、対向面９１にくぼみ９１２を形成することで、このくぼみ９１２により燃料Ｍを確実に捕え、適度に拡散させて、点火プラグ７近傍に滞留させることができるという効果が得られる。このようなくぼみ付きの案内壁９においても、シリンダ内壁面４１に対し、対向面９１を左右方向に滑らかに接続させるとよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る直噴火花点火機関としての自動車用エンジンの断面図
【図２】同上エンジンにおけるインジェクタ、案内壁及び点火プラグの配置図
【図３】同上エンジンのシリンダヘッド内壁面の概観
【図４】同上シリンダヘッド内壁面の部分拡大図
【図５】図４のｂ−ｂ断面図
【図６】図４のｃ−ｃ断面図
【図７】本発明の一実施形態に係る自動車用エンジンの動作説明図
【符号の説明】
１…直噴火花点火機関としての自動車用エンジン、２…シリンダブロック、３…ピストン、４…シリンダヘッド、４１…シリンダヘッド内壁面、４２…吸気ポート、４３…排気ポート、４４…点火プラグ挿入孔、４５…インジェクタ挿入孔、７…点火プラグ、８…インジェクタ、９…案内壁、９１…対向面、９１２…くぼみ、９１１ａ，９１１ｂ…対向面の翼部、Ａａ…シリンダ中心軸、Ｃ…燃焼室Ｍ…燃料。
【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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