(57)【要約】【課題】内燃機関において、副室で最適な濃度の混合気を生成すると共に燃焼室へ早期に火炎を伝播させることで燃焼効率の向上を図る。【解決手段】燃焼室１７の外周部にインジェクタ１８を装着すると共に中央部に点火プラグ１９を装着し、この点火プラグ１９の電極１９ａをプラグハウジング２０で囲繞することで副室２１を区画し、プラグハウジング２０に連通孔２３を形成して燃焼室１７と副室２１とを連通し、ピストン１５のキャビティ２５にガイド面２５ａを形成することで燃料噴霧を連通孔２３の近傍に誘導可能とすると共に、連通穴２３の下部に水平ノズル２４を形成することで、副室２１で着火した火炎を連通孔２３から水平ノズル２４を通して燃焼室１７の径方向に噴出可能とする。【選択図】        図１
2005264815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室と、該燃焼室から区画して設けられて該燃焼室に連通孔を介して連通する副室と、前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧を前記連通孔の近傍に導く噴霧ガイド部と、前記副室内に設けられた点火プラグと、前記副室内で点火した火炎を前記連通孔を通して前記燃焼室の径方向に噴出させる火炎ガイド部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、前記点火プラグは前記燃焼室の上部に設けられ、該点火プラグの点火源をカバーにより囲繞することで前記副室が形成され、前記カバーの下部に前記連通孔が形成されると共に、該連通孔の下部に前記火炎ガイド部としての水平ノズルが形成さ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、前記燃料噴射弁は前記燃焼室の外周部に設けられ、前記点火プラグは前記燃焼室の上中央部に設けられ、前記噴霧ガイド部は前記燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧を前記点火プラグの先端部に導くようにピストンの頂部にキャビティとして形成されたことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
内燃機関の燃焼室と、該燃焼室から区画して設けられて該燃焼室に連通孔を介して連通する副室と、前記燃焼室及び前記連通孔の近傍に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記副室内に設けられた点火プラグと、前記副室内で点火した火炎を前記連通孔を通して前記燃焼室における燃料噴射方向に噴出させる火炎ガイド部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、前記燃料噴射弁は弁体が前方に突出することで燃料を噴射可能な外開弁であり、前記火炎ガイド部は該燃料噴射弁の先端部に設けられた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成層燃焼を可能とする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の火花点火内燃機関が従来から知られている。この筒内噴射式の火花点火内燃機関では、吸気弁の開閉時に、空気が吸気ポートから燃焼室に吸入してピストンで圧縮され、この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、排気弁の開閉時に、排気ガスが吸気ポートから排出される。
【０００３】
このような筒内噴射式の火花点火内燃機関では、主に圧縮行程中に燃焼室に燃料を噴射してリーンな空燃比で成層燃焼を実行可能となっている。ところが、このような成層燃焼を実行可能な内燃機関では、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧がピストンの頂面により点火プラグに案内され、この点火プラグにより濃い燃料噴霧に点火された後、火炎が周辺の薄い燃料噴霧に伝播される。そのため、火炎伝播を早期に行うことができず、高い燃焼効率を確保することが困難となる。
【０００４】
一方で、筒内噴射式の内燃機関に副室トーチ点火方法を採用することで、点火後の火炎伝播を良好にしたものが考えられており、例えば、下記特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された「筒内噴射式内燃機関」は、燃焼室の上部に燃料噴射弁と点火プラグを近接して設けると共に、これらを覆うように孔を有するノズルを配置し、燃料噴流を孔から燃焼室に噴射して全体に希薄予混合気を形成する一方、残余の燃料噴流でノズル内に着火用混合気を形成し、この着火用混合気に着火した燃焼ガスを孔を通過して希薄予混合気に噴出し、燃焼室に火炎を拡散するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２８２８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上述した特許文献１の「筒内噴射式内燃機関」にあっては、燃料噴射弁及び点火プラグを覆うようにノズルを配置し、このノズルの内部の背升空間部に燃料を噴射することから、ノズル内面に燃料が付着しやすくなって燃焼効率が良くない。また、ノズル内の燃料噴流を孔を通して燃焼室に噴射すると同時に、燃焼室内の空気を別の孔を通してノズル内に入れて着火用混合気を形成しているが、ノズル内の圧力変化だけでこのノズル内に空気を取り込むのは困難であり、適正濃度の着火用混合気を形成できず、点火不良が生じる可能性がある。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するものであって、副室で最適な濃度の混合気を生成すると共に燃焼室へ早期に火炎を伝播させることで燃焼効率の向上を図っ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】
【０００８】
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、該燃焼室から区画して設けられて該燃焼室に連通孔を介して連通する副室と、前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧を前記連通孔の近傍に導く噴霧ガイド部と、前記副室内に設けられた点火プラグと、前記副室内で点火した火炎を前記連通孔を通して前記燃焼室の径方向に噴出させる火炎ガイド部とを具えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の内燃機関では、前記点火プラグは前記燃焼室の上部に設けられ、該点火プラグの点火源をカバーにより囲繞することで前記副室が形成され、前記カバーの下部に前記連通孔が形成されると共に、該連通孔の下部に前記火炎ガイド部としての水平ノズルが形成されたことを特徴としている。
【００１０】
本発明の内燃機関では、前記燃料噴射弁は前記燃焼室の外周部に設けられ、前記点火プラグは前記燃焼室の上中央部に設けられ、前記噴霧ガイド部は前記燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧を前記点火プラグの先端部に導くようにピストンの頂部にキャビティとして形成されたことを特徴としている。
【００１１】
本発明の内燃機関は、内燃機関の燃焼室と、該燃焼室から区画して設けられて該燃焼室に連通孔を介して連通する副室と、前記燃焼室及び前記連通孔の近傍に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記副室内に設けられた点火プラグと、前記副室内で点火した火炎を前記連通孔を通して前記燃焼室における燃料噴射方向に噴出させる火炎ガイド部とを具えたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の内燃機関では、前記燃料噴射弁は弁体が前方に突出することで燃料を噴射可能な外開弁であり、前記火炎ガイド部は該燃料噴射弁の先端部に設けられたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の内燃機関によれば、燃焼室と連通孔を介して連通する副室を設け、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁を設けると共に、燃料噴霧を連通孔の近傍に導く噴霧ガイド部を設ける一方、副室内に点火プラグを設けると共に、副室内で点火した火炎を連通孔を通して燃焼室の径方向に噴出させる火炎ガイド部を設けたので、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧は噴霧ガイド部により連通孔の近傍に導かれ、この連通穴を通して副室内に入って最適な濃度の混合気を形成し、この混合気は点火プラグにより着火されて火炎となり、副室から連通孔を通して火炎ガイド部により燃焼室の径方向に噴出し、火炎が燃焼室の濃い混合気を貫通することで早期に火炎を伝播させることができ、その結果、燃焼効率の向上を図ることができる。
【００１４】
また、本発明の内燃機関によれば、燃焼室と連通孔を介して連通する副室を設け、燃焼室及び連通孔の近傍に燃料を噴射する燃料噴射弁を設ける一方、副室内に点火プラグを設けると共に、副室内で点火した火炎を連通孔を通して燃焼室における燃料噴射方向に噴出させる火炎ガイド部を設けたので、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧は燃焼室及び連通孔の近傍に噴射され、この連通穴を通して副室内に入って最適な濃度の混合気を形成し、この混合気は点火プラグにより着火されて火炎となり、副室から連通孔を通して火炎ガイド部により燃焼室における燃料噴射方向に噴出し、火炎が燃焼室の濃い混合気を貫通することで早期に火炎を伝播させることができ、その結果、燃焼効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関を表す燃焼室の断面図、図２は、実施例１の内燃機関における副室の構造を表す断面図、図３は、図２のIII−III断面図、図４は、図２のIV−IV断面図、図５及び図６は、実施例１の内燃機関における作用を表す燃焼室の断面図である。
【００１７】
実施例１の内燃機関は、図１乃至図４に示すように、筒内噴射式のトーチ点火エンジン１１であって、シリンダブロック１２上にシリンダヘッド１３が締結され、このシリンダブロック１２に形成されたシリンダボア１４にピストン１５が上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１２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、各ピストン１５はコネクティングロッド１６を介してこのクランクシャフトに連結されている。
【００１８】
燃焼室１７は、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１３とピストン１５により構成されており、燃焼室１７の上部に図示しない吸気ポート及び排気ポートが連通し、吸気バルブ及び排気バルブにより開閉可能となっている。シリンダヘッド１３には、燃焼室１７の外周部に位置してこの燃焼室１７内に直接ガソリン燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）１８が装着されている。
【００１９】
また、点火プラグ１９はプラグハウジング（カバー）２０内に下向きに装着されており、このプラグハウジング２０内の下部には副室２１が形成されており、この副室２１に点火プラグ１９の電極（点火源）１９ａが位置している。このプラグハウジング２０は、シリンダヘッド１３に燃焼室１７の上方に位置して、その中心に対してインジェクタ１８からやや離間する位置に装着されている。また、プラグハウジング２０は、下部にインジェクタ１８側が開口するＵ字形状をするガイド壁２２が形成され、このガイド壁２２の内側に連通孔２３が形成されると共に、この連通孔２３の下部に火炎ガイド部としての水平ノズル２４が形成されている。
【００２０】
即ち、燃焼室１７に対して、点火プラグ１９の電極１９ａがプラグハウジング２０により囲繞されることで副室２１が区画して設けられ、この燃焼室１７と副室２１とが連通孔２３を介して連通している。一方、ピストン１５の頂面には、噴霧ガイド部としてのキャビティ２５が形成されており、このキャビティ２５は、インジェクタ１８の下方からプラグハウジング２０の下方まで形成され、ピストン１５の上昇位置でプラグハウジング２０の下部がキャビティ２５内に侵入する位置となっている。そのため、インジェクタ１８から噴射された燃料噴霧を、このキャビティ２５のガイド面２５ａに沿って流動させ、プラグハウジング２０の連通孔２３の近傍に導くことができる。そして、燃料噴霧が混合気として連通孔２３を通して副室２１内に入り込むと、点火プラグ１９により混合気に点火することができ、この火炎を連通孔２３を通して水平ノズル２４により燃焼室１７の径方向に噴出することができる。
【００２１】
なお、車両にはエンジン１１などを制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）が設けられ、このＥＣＵはこのエンジン１１の総合的な制御を行う。即ち、ＥＣＵは、検出したエンジン回転数、吸入空気量、スロットル開度、アクセル開度、エンジン冷却水温などのエンジン１１の運転状態に基づいて燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定し、インジェクタ１８及び点火プラグ１９などを制御可能となっている。具体的には、エンジン回転数と吸入空気量に基づいて燃料噴射量が設定され、スロットル開度、アクセル開度、エンジン冷却水温などの運転状態変化に基づいて補正される。
【００２２】
ここで、上述したエンジン１１における燃料噴射から火炎伝播までの作用について説明する。
【００２３】
図５に示すように、ピストン１５が上昇するエンジン１１の圧縮行程時に、インジェクタ１８からガソリン燃料が燃焼室１７に噴射されると、この噴射されたガソリン燃料は霧状となってキャビティ２５に向けられる。そして、この燃料噴霧はキャビティ２５のガイド面２５ａに沿って流動し、プラグハウジング２０（点火プラグ１９）に向けて上方に流動し、プラグハウジング２０の連通孔２３の近傍に導かれる。このとき、燃料噴霧は空気と混合気することで、連通孔２３の近傍に最適な濃度の混合気が滞留することとなり、ピストン１５が上昇して燃焼室１７の圧力上昇することで、滞留する混合気が連通孔２３を通して副室２１内に流入する。そして、図６に示すように、副室２１内の混合気は点火プラグ１９により着火されると、圧力上昇により火炎が副室２１から連通孔２３を通して燃焼室１７に送出され、水平ノズル２４によりトーチ火炎として燃焼室１７の径方向、つまり、インジェクタ１８側に噴出される。このとき、トーチ火炎は燃焼室１７にインジェクタ１８側へ向けて噴出されるため、このトーチ火炎が濃い混合気を貫通して進むこととなり、燃焼室１７に火炎が早期に伝播することとなり、最適な成層燃焼が実行される。
【００２４】
このように実施例１の内燃機関にあっては、燃焼室１７の外周部にインジェクタ１８を装着すると共に中央部に点火プラグ１９を装着し、この点火プラグ１９の電極１９ａをプラグハウジング２０で囲繞することで副室２１を区画し、プラグハウジング２０に連通孔２３を形成して燃焼室１７と副室２１とを連通し、ピストン１５のキャビティ２５にガイド面２５ａを形成することで燃料噴霧を連通孔２３の近傍に誘導可能とすると共に、連通穴２３の下部に水平ノズル２４を形成することで、副室２１で着火した火炎を連通孔２３から水平ノズル２４を通して燃焼室１７の径方向に噴出可能としている。
【００２５】
従って、インジェクタ１８からの燃料噴霧はキャビティ２５のガイド面２５ａに沿ってプラグハウジング２０の連通孔２３の近傍に導かれ、最適な濃度の混合気として連通孔２３を通して副室２１内に流入することができる。また、この混合気は副室２１内で点火プラグ１９により着火された後、トーチ火炎として連通孔２３から水平ノズル２４により燃焼室１７のインジェクタ１８側に、濃い混合気を貫通するように噴出することができる。
【００２６】
その結果、最適濃度の混合気を確実に副室２１に供給することができ、点火プラグ１９による高い着火性能を確保することができると共に、副室２１からのトーチ火炎を濃い混合気を貫通するように噴出するため、燃焼室１７内に早期に火炎を伝播させることができ、確実に燃焼期間を短縮して燃焼効率の向上を図ることができる。
【００２７】
なお、この実施例１にて、プラグハウジング２０の下部に形成した連通孔２３に対して一つの水平ノズル２４を設けたが、この水平ノズル２４、つまり、混合気に噴射するトーチ火炎の噴口を複数設けることで、火炎の拡散を向上するようにしても良い。また、インジェクタ１８及び点火プラグ１９の配設位置は実施例に限定されるものではなく、インジェクタ１８からの燃料噴霧がキャビティ２５により連通孔２３の近傍に導かれるような配置であればよい。
【実施例２】
【００２８】
図７は、本発明の実施例２に係る内燃機関を表す燃焼室の断面図、図８は、実施例２の内燃機関におけるインジェクタ先端部の断面図、図９は、実施例２の内燃機関における作用を表す燃焼室の断面図である。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。
【００２９】
実施例２の内燃機関は、図７及び図８に示すように、筒内噴射式のトーチ点火エンジン３１であって、シリンダヘッド１３には、燃焼室１７の上方の略中央部に位置してこの燃焼室１７内に直接ガソリン燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）３２が装着されている。点火プラグ１９はプラグハウジング（カバー）３３内に下向きに装着されており、このプラグハウジング３３内の下部には副室３４が形成されており、この副室３４に点火プラグ１９の電極１９ａが位置している。このプラグハウジング３３は、シリンダヘッド１３に燃焼室１７の上方に位置し、且つ、インジェクタ３２に近接する位置に装着されている。また、プラグハウジング３３は、下部のインジェクタ３２側に連通孔３５が形成されている。また、インジェクタ３２は外開弁であり、ハウジング３２ａに対して内部の弁体３２ｂが前方に突出することで、ガソリン燃料を燃焼室１７に噴射可能となっており、この弁体３２ｂの先端部に火炎ガイド部として凹んだ傘状の湾曲反射面３６が形成されている。
【００３０】
即ち、燃焼室１７に対して、点火プラグ１９の電極１９ａがプラグハウジング３３で囲繞されることで副室３４が区画され、この燃焼室１７と副室３４が連通する連通孔３５をインジェクタ３２側に形成している。そのため、インジェクタ３２から噴射された燃料噴霧を、連通孔３５を通して直接副室３４内に流入して最適な濃度の混合気とすることができ、その後、点火プラグ１９によりこの混合気に点火すると、トーチ火炎が連通孔３５から噴出され、このトーチ火炎が湾曲反射面３６に反射されて燃焼室１７における燃料噴射方向に噴出することができる。
【００３１】
ここで、上述したエンジン３１における燃料噴射から火炎伝播までの作用について説明する。
【００３２】
図７に示すように、ピストン１５が上昇するエンジン１１の圧縮行程時に、インジェクタ３２からガソリン燃料が燃焼室１７に噴射されると、この噴射されたガソリン燃料は霧状となって燃焼室１７に拡散する。このとき、燃料噴霧の一部が連通孔３５を通して副室３４内に流入し、内部の空気と混合して最適な濃度の混合気を生成することができる。そして、図９に示すように、副室３４内の混合気は点火プラグ１９により着火されると、圧力上昇により火炎が副室３４から連通孔３５を通して燃焼室１７に送出される。すると、このトーチ火炎はインジェクタ３２の湾曲反射面３６に反射し、インジェクタ３２からの燃料噴射方向に噴出されることとなり、このトーチ火炎が濃い混合気を貫通して進むことで、燃焼室１７に火炎が早期に伝播することとなり、最適な成層燃焼が実行される。
【００３３】
このように実施例２の内燃機関にあっては、燃焼室１７の中央部にインジェクタ３２及び点火プラグ１９を近接して装着し、この点火プラグ１９の電極１９ａをプラグハウジング３３で囲繞することで副室３４を区画し、プラグハウジング２０のインジェクタ３２側に連通孔３５を形成して燃焼室１７と副室３４とを連通し、インジェクタ３２の先端部に湾曲反射面３６を形成することで、副室２１で着火した火炎を連通孔２３から噴出し、湾曲反射面３６で反射して燃焼室１７における燃料噴射方向に噴出可能としている。
【００３４】
従って、インジェクタ３２からの燃料噴霧は連通孔３５から直接副室３４内に流入し最適な濃度の混合気とすることができる。また、この混合気は副室３４内で点火プラグ１９により着火された後、トーチ火炎として連通孔３５から噴出し、湾曲反射面３６に反射して燃焼室１７における燃料噴射方向に、濃い混合気を貫通するように噴出することができる。
【００３５】
その結果、最適濃度の混合気を確実に副室３４に供給することができ、点火プラグ１９による高い着火性能を確保することができると共に、副室３４からのトーチ火炎を濃い混合気を貫通するように噴出するため、燃焼室１７内に早期に火炎を伝播させることができ、確実に燃焼期間を短縮して燃焼効率の向上を図ることができる。
【００３６】
また、インジェクタ３２からの燃料噴射後には、最後の吹き残り燃料がインジェクタ３２の先端部に付着したまま残り、この残った燃料が加熱されることでカーボンなどの残留物となり、燃料噴射に悪影響を及ぼす可能性があるが、本実施例では、インジェクタ３２の先端部に湾曲反射面３６を形成したため、この湾曲反射面３６に向けて噴射されるトーチ火炎により残った燃料が吹き飛ばされることとなり、インジェクタ３２の先端部に付着する残留物をなくして高精度な燃料噴射制御を可能とすることができる。
【００３７】
なお、この実施例２では、インジェクタ３２を外開式としたが、内開式であっても良い。また、インジェクタ３２の先端部に湾曲反射面３６を形成したが、燃焼室１７の壁面に設けても良い。更に、インジェクタ３２及び点火プラグ１９の配設位置は実施例に限定されるものではなく、インジェクタ１８からの燃料噴霧が連通孔３５を通して直接副室３４に導かれるような配置であればよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明にかかる内燃機関は、筒内噴射式で成層燃焼が可能なトーチ点火内燃機関にて、副室への最適濃度の混合気の供給と、トーチ火炎の高濃度混合気の貫通との両立を図ったものであり、いずれの内燃機関に適用して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関を表す燃焼室の断面図である。
【図２】実施例１の内燃機関における副室の構造を表す断面図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】図２のIV−IV断面図である。
【図５】実施例１の内燃機関における作用を表す燃焼室の断面図である。
【図６】実施例１の内燃機関における作用を表す燃焼室の断面図である。
【図７】本発明の実施例２に係る内燃機関を表す燃焼室の断面図である。
【図８】実施例２の内燃機関におけるインジェクタ先端部の断面図である。
【図９】実施例２の内燃機関における作用を表す燃焼室の断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１１，３１  エンジン
１５  ピストン
１７  燃焼室
１８，３２  インジェクタ（燃料噴射弁）
１９  点火プラグ
２０，３３  プラグハウジング（カバー）
２１，３４  副室
２３，３５  連通孔
２４  水平ノズル（噴霧ガイド部）
２５  キャビティ（火炎ガイド部）
３６  湾曲反射面（火炎ガイド部）
【図１】
2005264815.tif 000003
【図２】
2005264815.tif 000004
【図３】
2005264815.tif 000005
【図４】
2005264815.tif 000006
【図５】
2005264815.tif 000007
【図６】
2005264815.tif 000008
【図７】
2005264815.tif 000009
【図８】
2005264815.tif 000010
【図９】
2005264815.tif 000011