(57)【要約】【課題】直噴の内燃機関において、気筒内へ安定して混合気を形成すること。【解決手段】この内燃機関１００は、ピストンが内部を往復運動する気筒１と、前記気筒１の頂部に設けられるシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの中央部分へ設けられて、前記気筒１内へ燃料を噴射する燃料噴射弁３と、前記燃料噴射弁３の近傍に設けられる点火プラグ７と、前記燃料噴射弁３に対して対向配置されるとともに、吸気弁用カム２３ｉによって駆動される吸気弁４ｉ1、４ｉ2とを含んで構成される。【選択図】        図２−２
2005188346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンが内部を往復運動する気筒と、
前記気筒の頂部に設けられるシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドの中央部分へ設けられて、前記気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁の近傍に設けられる点火プラグと、
前記燃料噴射弁を中心とした同一円上、かつ前記同一円の周方向に対して等間隔で配置される複数の吸気弁と、
を含んで構成されることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
ピストンが内部を往復運動する気筒と、
前記気筒の頂部に設けられるシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドの中央部分へ設けられて、前記気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁の近傍に設けられる点火プラグと、
前記燃料噴射弁に対して対向配置される吸気弁と、
を含んで構成されることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
前記ピストンの頂部は、前記燃料噴射弁から噴射された燃料が衝突するとともに、衝突後拡散した前記燃料を前記シリンダヘッド側へ導く機能を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記ピストン頂部には、
前記燃料噴射弁から噴射される燃料が衝突する突起が形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
さらに、前記突起の周囲に設けられるとともに、前記突起に衝突した燃料の噴霧を前記シリンダヘッド側へ導くキャビティを前記ピストン頂部に備えることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レシプロ式の内燃機関に関し、さらに詳しくは、気筒内に直接燃料を噴射して運転される、いわゆる直噴の内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒内に直接燃料を噴射して点火する、いわゆる直噴の内燃機関は、圧縮行程中に直接燃料を噴射することにより、点火プラグ付近に燃料噴霧をとどめて着火しやすい混合気を形成し、その周りの空気層と分離、すなわち成層化する。この状態で点火プラグ付近の混合気に点火して燃焼させ、いわゆる成層燃焼の下で運転することで、超希薄燃焼運転を実現できる。これにより、内燃機関の燃費を向上させるとともに、ＣＯ2の排出量を低減させることができる。
【０００３】
また、直噴の内燃機関は、吸入行程中に気筒内へ直接燃料を噴射して気筒内へ燃料を拡散させ、均質の混合気を形成して燃焼させる、いわゆる均質燃焼の下で運転することもできる。均質燃焼の領域では、吸入行程中に気筒内へ直接噴射した燃料の気化熱によって吸入空気をより冷却できる。その結果、充填効率を高めることができので、直噴の内燃機関を均質燃焼領域で運転する際には、高出力を得ることもできる。このような利点から、近年、直噴の火花点火式内燃機関が注目されており、実用化されている。
【０００４】
このような直噴の火花点火式内燃機関において、使用燃料の多様化及び熱効率の向上を目的として、特許文献１には、内部に凸状衝突部を設けたキャビティを備えるピストンを有する内燃機関であって、下死点近傍にあるピストンの凸状衝突部に向けて燃料を噴射し、キャビティ内へ予混合気を形成させる技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に開示された技術は、ピストンが備える凸状衝突部に向けて燃料を噴射する必要がある。しかし、特許文献１に開示された技術では、燃料を吸気行程で噴射する場合、吸気弁から気筒内へ吸入される空気の流れにより、凸状衝突部へ衝突する前に燃料噴霧が曲げられてしまい、燃料噴霧の衝突位置が安定しないという問題がある。これが原因で、安定して混合気を形成できず、燃焼が不安定になるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、気筒内に直接燃料を噴射するにあたり、気筒内へ安定して混合気を形成できる内燃機関を目的とする。
【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、本発明に係る内燃機関は、ピストンが内部を往復運動する気筒と、前記気筒の頂部に設けられるシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの中央部分へ設けられて、前記気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁の近傍に設けられる点火プラグと、前記燃料噴射弁を中心とした同一円上、かつ前記同一円の周方向に対して等間隔で配置される複数の吸気弁と、を含んで構成されることを特徴とする。
【０００９】
この内燃機関は、燃料噴射弁を中心とする同一円上であって前記同一円の周方向に対して等間隔で複数の吸気弁を配置する。これにより、吸気弁から気筒内へ流入した空気は、燃料噴射弁を中心とした旋回流を形成するように気筒内を流れる。その結果、燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧の偏向が抑制されるので、燃料噴霧はピストンのほぼ一定の位置へ衝突して、安定して混合気を形成できる。
【００１０】
また、次の本発明に係る内燃機関は、ピストンが内部を往復運動する気筒と、前記気筒の頂部に設けられるシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの中央部分へ設けられて、前記気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁の近傍に設けられる点火プラグと、前記燃料噴射弁に対して対向配置される吸気弁と、を含んで構成されることを特徴とする。
【００１１】
この内燃機関は、２個の吸気弁を燃料噴射弁に対して対向配置する。これにより、吸気弁から気筒内へ流入した空気は、燃料噴射弁を中心とした旋回流を形成するように気筒内を流れる。その結果、燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧の偏向が抑制されるので、燃料噴霧はピストンのほぼ一定の位置へ衝突して、安定して混合気を形成できる。
【００１２】
また、次の本発明に係る内燃機関は、上記内燃機関において、前記ピストンの頂部は、前記燃料噴射弁から噴射された燃料が衝突するとともに、衝突後拡散した前記燃料を前記シリンダヘッド側へ導く機能を有することを特徴とする。
【００１３】
この内燃機関は、吸気弁から気筒内へ流入した空気が、燃料噴射弁を中心とした旋回流を形成するように気筒内を流れる。その結果、燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧の偏向が抑制されるので、燃料噴霧はピストンのほぼ一定の位置へ衝突し、安定してシリンダヘッド側へ導かれるので、安定して混合気を形成できる。
【００１４】
また、次の本発明に係る内燃機関は、上記内燃機関において、前記ピストン頂部には、前記燃料噴射弁から噴射される燃料が衝突する突起が形成されることを特徴とする。
【００１５】
この内燃機関は、吸気弁から気筒内へ流入した空気が、燃料噴射弁を中心とした旋回流を形成するように気筒内を流れる。その結果、燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧の偏向が抑制されるので、燃料噴霧は安定してピストンに設けられた突起へ衝突するので、安定して混合気を形成できる。
【００１６】
また、次の本発明に係る内燃機関は、上記内燃機関において、さらに、前記突起の周囲に設けられるとともに、前記突起に衝突した燃料の噴霧を前記シリンダヘッド側へ導くキャビティを前記ピストン頂部に備えることを特徴とする。
【００１７】
この内燃機関は、吸気弁から気筒内へ流入した空気が、燃料噴射弁を中心とした旋回流を形成するように気筒内を流れる。その結果、燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧の偏向が抑制されるので、燃料噴霧は安定してピストンに設けられた突起へ衝突し拡散する。そして、拡散した燃料噴霧は、キャビティに沿って流れてシリンダヘッド側へ導かれるので、安定して混合気を形成できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る内燃機関は、気筒内へ直接燃料を噴射するにあたって、安定して混合気を気筒内へ形成できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、本発明はレシプロ式の内燃機関に対して好適に適用でき、特に乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましい。
【実施例１】
【００２０】
実施例１に係る内燃機関は、筒内に直接燃料を噴射するいわゆる直噴の内燃機関であって、気筒の頂部に設けられるシリンダヘッドの中心部分に配置される燃料噴射弁に対して吸気弁が対向配置されるとともに、前記燃料噴射弁の近傍に点火プラグを備える点に特徴がある。また、前記燃料噴射弁を中心とした同一円上、かつ前記同一円の周方向に対して等間隔で、吸気弁が複数配置される点にも特徴がある。
【００２１】
図１−１は、実施例１に係る内燃機関を示す断面図である。図１−２は、実施例１に係る内燃機関のシリンダヘッド部分を示す一部断面図である。図２−１は、実施例１に係る内燃機関をシリンダヘッド側から見た状態を示す平面図である。図２−２は、実施例１に係る内燃機関の弁配置を示す説明図である。この内燃機関１００は、ガソリンを燃料としたレシプロ式の内燃機関であり、図２−１に示すように、燃料噴射弁３は、ピストン５の運動方向に対して垂直な断面内におけるシリンダヘッド２の中心部分、すなわち、気筒１の中心軸Ｚ上に配置される。このとき、燃料噴射弁３の噴射中心が、前記中心軸Ｚ上に位置するように燃料噴射弁３を配置することが好ましい。このような構成により、燃料噴射弁３から燃料噴霧５０が気筒１内へ直接噴射される。前記燃料噴霧は前記中心軸Ｚに沿ってほぼ対称に広がる。
【００２２】
シリンダヘッド２は、気筒１の頂部に設けられており、気筒１内の気密を確保する。このため、シリンダヘッド２と気筒１との間には、ガスケット１０を介在させている。シリンダヘッド２には、吸気弁４ｉと排気弁４ｅとが取り付けられている。実施例１において、吸気弁４ｉの個数は２個であり、図２−２に示すように、２個の吸気弁４ｉ1、４ｉ2は、燃料噴射弁３に対して対向配置される。すなわち、燃料噴射弁３を中心とした同一円ＣＲ1上、かつこの同一円ＣＲ1の周方向に対して等間隔で配置される。また、排気弁４ｅの個数も２個であり、２個の排気弁４ｅ1、４ｅ2は吸気弁４ｉと同様に、燃料噴射弁３に対して対向配置される。
【００２３】
実施例１において、吸気弁４ｉ及び排気弁４ｅは、２本のカムシャフト２１、２２よって駆動される。ここで、Ｃ1、Ｃ2は、それぞれ前記カムシャフト２１、２２の回転軸である。この内燃機関１００は、カムシャフト２１、２２の長手方向に向かって吸気弁４ｉと排気弁４ｅとが交互に配置される。このような配置の吸排気弁を駆動するため、吸気弁用カム２３ｉと排気弁用カム２３ｅとが、カムシャフト２１、２２の長手方向に向かって交互に設けられ、それぞれのカムによって吸排気弁が駆動される。具体的には、吸気弁４ｉ1及び排気弁４ｅ2は、吸気弁用カム２３ｉ及び排気弁用カム２３ｅを備えるカムシャフト２１によって駆動され、吸気弁４ｉ2及び排気弁４ｅ1は、吸気弁用カム２３ｉ及び排気弁用カム２３ｅを備えるカムシャフト２２によって駆動される。
【００２４】
吸気通路８から気筒１内に導入される空気Ａは、吸気弁４ｉを通って気筒１内へ導入される。気筒１内には、内燃機関１００の負荷ＫＬや回転数ＮＥに応じた時期に燃料噴射弁３から燃料Ｆが噴射される。燃料噴射弁３から噴射された燃料噴霧５０は、ピストン５の頂部５ｔ（図１−２）へ衝突して拡散した後、シリンダヘッド２側へ巻き上げられて、気筒１内に導入される空気Ａと混合気を形成する。このように、燃料噴霧５０がピストン５の頂部５ｔへ衝突することで、燃料Ｆの霧化が促進される。前記混合気は、燃料噴射弁３の近傍に設けられる点火プラグ７で着火されて燃焼する。ここで、燃料噴射弁３の近傍に設けるとは、図２−１に示す、吸気弁４ｉ１と排気弁４ｅ１とが最も接近する部分、吸気弁４ｉ１と４ｅ２とが最も接近する部分、吸気弁４ｉ２と排気弁４ｅ１とが最も接近する部分、吸気弁４ｉ２と排気弁４ｅ２とが最も接近する部分を、それぞれ点火プラグ７がまたがないように配置することを意味する。すなわち、内燃機関に備えられる隣接する弁（吸気弁、あるいは排気弁）同士が最も接近する部分を、それぞれ点火プラグ７がまたがないように配置することを意味する。
【００２５】
混合気の燃焼圧力はピストン５に伝えられ、ピストン５を往復運動させる。燃焼後の混合気は排ガスＥｘとなり、排気弁４ｅを通って排気通路９へ排出される。ピストン５の往復運動はクランク軸６で回転運動に変換されて、内燃機関１００の出力として取り出される。内燃機関１００の運転は、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０によって制御される。エンジンＥＣＵ３０は、アクセル開度センサ４２、エアフローセンサ４３その他の各種センサ類からの出力を取得して、内燃機関１００の運転を制御する。また、クランク軸６にはクランク角センサ４４が取り付けられており、クランク角センサ４４の出力をエンジンＥＣＵ３０が取得して、点火時期の制御や燃料噴射弁３に燃料を噴射させる時期の制御に使用する。
【００２６】
次に、図２−２を用いて、吸気弁４ｉ1、４ｉ2の配置について、より詳細に説明する。実施例１の内燃機関１００は、燃料噴射弁３が気筒１の中心軸Ｚ上に配置されているので、以下の説明において、燃料噴射弁３の中心は気筒１の中心軸Ｚと一致するものとして取り扱う。この内燃機関１００では、吸気弁４ｉ1の中心Ｖ1と気筒１の中心軸Ｚ（図１−２参照）との距離ｒ1と、吸気弁４ｉ2の中心Ｖ2と気筒１の中心軸Ｚとの距離ｒ2とが等しくなる。また、線分Ｖ1Ｚと線分Ｖ2Ｚとのなす角θ1＝θ2＝１８０度となる。
【００２７】
これにより、吸気弁４ｉ1と４ｉ2とは、燃料噴射弁３（あるいは気筒１の中心軸Ｚ）を中心とした同一円ＣＲ1の周上、かつ前記同一円ＣＲ1の周方向に対して等間隔で配置される。ここで、線分Ｖ1Ｚは、吸気弁４ｉ1の中心Ｖ1と気筒１の中心軸Ｚとの間隔であり、線分Ｖ2Ｚは、吸気弁４ｉ2の中心Ｖ2と気筒１の中心軸Ｚとの間隔である。また、「等間隔」とは、吸気弁４ｉ1と４ｉ2との間隔が厳密に等しいことのみならず、製造上許容される誤差の範囲も含む（以下同様）。この範囲は、線分Ｖ1Ｚと線分Ｖ2Ｚとのなす角θ1（θ2）で±５度程度の範囲をいう（以下同様）。
【００２８】
ここで、燃料の噴射時期と燃焼状態との関係について説明する。図３−１、図３−２は、ピストン位置と燃料の噴射時期との関係を示す説明図である。内燃機関１００の運転条件に応じて、燃料Ｆの噴射時期が変更される。例えば、均質燃焼の下で内燃機関１００を運転する場合には空気Ａと燃料Ｆとを十分に混合させるため、図３−１に示すように、吸気行程（ピストン５は図３−１の矢印Ｐ１方向へ動く）で燃料噴射弁３から燃料Ｆを噴射して、燃料噴霧５０を形成する。また、成層燃焼の下で内燃機関１００を運転する場合には、点火プラグ７の周辺に濃い混合気を形成するため、図３−２に示すように、圧縮行程（ピストン５は図３−２の矢印Ｐ２方向へ動く）、特に点火上死点の直前で燃料噴射弁３から燃料Ｆを噴射して、燃料噴霧５０を形成する。
【００２９】
図３−３は、成層燃焼の下で内燃機関を運転する場合の他の例を示す説明図である。これは、いわゆるスプレーガイドにより成層燃焼をさせるものであり、燃料噴射弁３による噴霧形成プロセスを工夫することにより、燃料Ｆの噴霧を点火プラグ７の点火部７ｐへ導くようにしたものである。燃料噴射弁３から噴射した燃料は、円錐状の燃料噴霧５１ｉとなる。この燃料噴霧５１ｉの周囲における空気、及び、点火上死点近傍では祈祷内の温度が高くなることにより、円錐状の燃料噴霧５１ｉの外側には円環状の混合気層５１ｒが形成される。この混合気層５１ｒが、点火プラグ７の点火部７ｐに位置するようにして、点火プラグ７で混合気層５１ｒへ着火する。本発明は、上記均質燃焼、成層燃焼いずれでも適用できる。
【００３０】
図４−１、図４−２は、従来例に係る内燃機関の気筒内へ形成される吸入空気の流れを示す模式図である。従来例に係る内燃機関２００では、吸気行程において吸気弁２０４ｉ1、２０４ｉ2から流入した空気Ａは、それぞれ図４−１の矢印Ｓ1、Ｓ2の方向に流れる。このように、吸気弁２０４ｉ1、２０４ｉ2から流入した空気Ａが、燃料噴射弁２０３に対して平行かつ同一方向に流れるので、燃料噴射弁２０３によって形成された燃料噴霧２５０は、図４−２に示すように、排気弁２０４ｅの方向に偏向する。その結果、混合気が気筒２０１内に偏って形成されてしまい、安定して混合気を形成しにくくなる結果、安定した燃焼状態を維持しにくくなる。
【００３１】
図５−１、図５−２は、実施例１に係る内燃機関の気筒内へ流入する空気の流れを示す模式図である。ここで、図５−２は、図５−１のＲ−Ｒ矢視図である。実施例１に係る内燃機関１００では、吸気行程において吸気弁４ｉ1、４ｉ2から流入した空気Ａは、それぞれ図５−１、図５−２の矢印Ｓ1、Ｓ2の方向に流れる。このように、吸気弁４ｉ1、４ｉ2から流入した空気Ａは、燃料噴射弁３を中心とした旋回流を形成するように流れる。これにより、燃料噴射弁３によって形成された燃料噴霧５０は、図５−２に示すように、気筒１の中心軸Ｚ方向に沿って流れる。
【００３２】
このように、実施例１の内燃機関１００では、燃料噴霧５０の偏向が抑制されるので、燃料噴霧５０はピストン５のほぼ一定の位置へ衝突して、安定して混合気を形成できる。また、燃料噴霧５０がピストン５のほぼ一定の位置へ衝突する結果、混合気が気筒１内のほぼ定まった位置に形成されるので、点火プラグ７により安定して混合気に着火できる。さらに、空気の流れが燃料噴射弁３を中心とした旋回流となる結果、衝突前における燃料噴霧５０の分散を抑制できるため、燃料噴霧５０の衝突による微細化効果を有効に発揮させて、燃料が十分に微細化した良好な混合気を形成することができる。また、吸気弁４ｉ1、４ｉ2から流入した空気Ａが、燃料噴射弁３を中心とした旋回流を形成するように流れるので、ピストン５に衝突して拡散した燃料噴霧５０と空気Ａとの混合が促進される。これらの作用により、この内燃機関１００では、安定した燃焼状態を維持することができる。
【００３３】
ここで、上記図３−１に示した均質燃焼においては、吸気行程で燃料Ｆを噴射するので、燃料噴射弁３から噴射した燃料噴霧５０は吸気弁４ｉ1、４ｉ2から流入した空気Ａの影響を受けやすい。このため、均質燃焼において、燃料噴霧５０の偏向を抑制する効果は顕著に現れる。しかし、圧縮行程であっても吸気弁４ｉ1、４ｉ2から流入した空気Ａの流れの影響は残存する。したがって、圧縮行程で燃料Ｆを噴射する成層燃焼（図３−２、図３−３）においても、燃料噴霧５０の偏向を抑制して混合気を常に気筒１内のほぼ定まった位置に形成できるので、成層燃焼においても、安定した燃焼状態を維持することができる。
【００３４】
図６−１、図６−２は、吸排気弁の他の配置例を示す説明図である。図６−１に示す内燃機関１０１は、２個の吸気弁４ｉ1、４ｉ2と、１個の排気弁４ｅを備えている。そして、吸気弁４ｉ1は、吸気弁用カム２３ｉを備えるカムシャフト２１'によって駆動される。吸気弁４ｉ2及び排気弁４ｅは、吸気弁用カム２３ｉ及び排気弁用カム２３ｅを備えるカムシャフト２２'によって駆動される。吸気弁４ｉ1と吸気弁４ｉ2とは、燃料噴射弁３に対して対向配置されている。
【００３５】
また、この内燃機関１０１では、吸気弁４ｉ1の中心Ｖ1と気筒１の中心軸Ｚとの距離ｒ1と、吸気弁４ｉ2の中心Ｖ2と気筒１の中心軸Ｚとの距離ｒ2とが等しくなる。また、吸気弁４ｉ1の中心Ｖ1と気筒１の中心軸Ｚとによる線分Ｖ1Ｚと、吸気弁４ｉ2の中心Ｖ2と気筒１の中心軸Ｚとによる線分Ｖ2Ｚとのなす角θ1＝θ2＝１８０度となる。これにより、吸気弁４ｉ1と４ｉ2とは、燃料噴射弁３（あるいは気筒１の中心軸Ｚ）を中心とした同一円ＣＲ1上、かつ前記同一円ＣＲ1の周方向に対して等間隔で配置される。
【００３６】
このような吸気弁配置であっても、吸気弁４ｉ1、４ｉ2から流入した空気Ａは、燃料噴射弁３を中心とした旋回流を形成するように流れる。これにより、燃料噴射弁３からピストン５に向かい、気筒１の中心軸Ｚに沿って噴射された燃料噴霧５０は偏向が抑制される。その結果、燃料噴霧５０はピストン５のほぼ一定の位置へ衝突するようになるので、安定して混合気を形成できる。
【００３７】
図６−２に示す内燃機関１０２は、３個の吸気弁４ｉ1、４ｉ2及び４ｉ3と、２個の排気弁４ｅ1、４ｅ2を備えている。そして、吸気弁４ｉ1、４ｉ2は、吸気弁用カム２３ｉを１気筒あたり２個備えるカムシャフト２１''によって駆動される。吸気弁４ｉ3及び排気弁４ｅ1、４ｅ2は、１個の吸気弁用カム２３ｉ及び２個の排気弁用カム２３ｅを備えるカムシャフト２２''によって駆動される。
【００３８】
この内燃機関１０２では、吸気弁４ｉ1の中心Ｖ1と気筒１の中心軸Ｚとの距離ｒ1と、吸気弁４ｉ2の中心Ｖ2と気筒１の中心軸Ｚとの距離ｒ2と、吸気弁４ｉ3の中心Ｖ2と気筒１の中心軸Ｚとの距離ｒ3とが等しくなる。また、線分Ｖ1Ｚと線分Ｖ2Ｚとのなす角θ1と、線分Ｖ2Ｚと線分Ｖ3Ｚとのなす角θ2と、線分Ｖ3Ｚと線分Ｖ1Ｚとのなす角θ3とが等しくなる。これにより、吸気弁４ｉ1と４ｉ2と４ｉ3とは、燃料噴射弁３（あるいは気筒１の中心軸Ｚ）を中心とした同一円ＣＲ2上から等距離、かつ前記同一円ＣＲ2の周方向に対して等間隔で配置される。ここで、線分Ｖ1Ｚは吸気弁４ｉ1の中心Ｖ1と気筒１の中心軸Ｚとによる線分であり、線分Ｖ2Ｚは吸気弁４ｉ2の中心Ｖ2と気筒１の中心軸Ｚとによる線分であり、線分Ｖ3Ｚは吸気弁４ｉ3の中心Ｖ3と気筒１の中心軸Ｚとによる線分である。
【００３９】
このように、３以上の吸気弁を備える内燃機関であっても、上記弁配置により吸気弁４ｉ1、４ｉ2及び４ｉ3から流入した空気Ａは、燃料噴射弁３を中心とした旋回流を形成するように流れる。これにより、燃料噴射弁３からピストン５に向かい、気筒１の中心軸Ｚに沿って噴射された燃料噴霧５０は偏向が抑制される。その結果、燃料噴霧５０はピストン５のほぼ一定の位置へ衝突するようになるので、安定して混合気を形成できる。
【００４０】
以上、実施例１に係る内燃機関では、２個の吸気弁を燃料噴射弁に対して対向配置、あるいは燃料噴射弁を中心とする円周上であって前記円周の周方向に対して等間隔で複数の吸気弁を配置する。これにより、吸気弁から気筒内へ流入した空気は、燃料噴射弁を中心とした旋回流を形成するように気筒内を流れる。その結果、燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧の偏向が抑制されるので、燃料噴霧はピストンのほぼ一定の位置へ衝突して、安定して混合気を形成できる。また、燃料噴霧がピストンのほぼ一定の位置へ衝突する結果、混合気が気筒内のほぼ定まった位置に形成されるので、点火プラグにより安定して混合気に着火できる。
【００４１】
さらに、吸気弁から流入した空気の流れが旋回流を形成する結果、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が衝突前に分散することを抑制できるため、燃料噴霧の衝突による微細化効果を有効に発揮させて、燃料が十分に微細化した良好な混合気を形成することができる。これらの作用により、実施例１の内燃機関では、均質燃焼、成層燃焼いずれにおいても、安定して混合気を形成して、安定した燃焼状態を維持することができる。なお、実施例１で開示した構成は、以下の実施例に対しても適用でき、また、実施例１に開示した構成と同様の構成を備えていれば、実施例１に係る内燃機関と同様の作用・効果を奏する。
【実施例２】
【００４２】
図７−１は、実施例２に係る内燃機関を示す平面図である。図７−２は、実施例２に係る内燃機関を示す一部断面図であり、図７−１のＲ−Ｒ矢視図である。図７−３は、実施例２に係る内燃機関が備えるピストンを示す側面図である。この内燃機関は、実施例１に係る内燃機関と略同様の構成であるが、燃料噴射弁から噴射された燃料が衝突するピストンの頂部には、当該燃料を巻き上げるとともに点火プラグの近傍に燃料と空気との混合気を導くためのキャビティが形成される点が異なる。他の構成は実施例１と同様なのでその説明を省略するとともに、同様の構成には同一の符号を付す。
【００４３】
図７−１〜図７−３に示すように、この内燃機関１０３は、突起４０と、この突起４０の周囲に形成されるキャビティ４１とが頂部５ｔに形成されたピストン５ａを備えている。燃料噴射弁３から噴射された燃料噴霧５０を、気筒１内へ偏りを抑制して拡散させるため、突起４０の中心と燃料噴射弁３の噴射中心とを、同軸上に配置することが好ましい（ここでは、気筒１の中心軸Ｚ上に両者を配置している）。
【００４４】
燃料噴射弁３から気筒１内へ噴射された燃料噴霧５０は、前記突起４０に衝突して拡散した後、キャビティ４１の立壁４１ｗに沿って気筒１の上方へ巻き上がる（図７−２の矢印５０ａ）。そして、吸気弁４ｉから気筒１内へ流入した空気Ａと混合気を形成する。この内燃機関１０３では、吸気弁４ｉ1、４ｉ2が、燃料噴射弁３に対して対向配置されている。これにより、吸気弁４ｉ1、４ｉ2から気筒１内へ導入される空気Ａは、図７−１、図７−２の矢印Ｓ1、Ｓ2に示すように気筒１内を流れ、燃料噴射弁３を中心とした旋回流を形成する。実施例２に係る内燃機関１０３のように、ピストン５ａの頂部に設けた突起４０へ燃料噴霧５０を衝突させる方式のものは、燃料噴霧５０の衝突位置がずれると安定して混合気を形成できない。その結果、良好な燃焼状態を維持できないことがあり、安定した運転を継続できないことがある。
【００４５】
しかし、この内燃機関１０３では、吸気弁４ｉ1、４ｉ2を対向配置することにより形成される空気の旋回流により、突起４０に衝突する前における燃料噴霧５０の偏向を抑制できる。これにより、突起４０へ安定して燃料噴霧５０を衝突させることができるので、燃料噴霧５０と空気Ａとを十分に混合して、良好に混合気を形成できる。その結果、安定した燃焼状態を維持して、安定して内燃機関１０３を運転することができる。
【００４６】
図８は、実施例２に係る内燃機関が備えるピストンの他の例を示す側面図である。このピストン５ｂは、燃料噴射弁３からの燃料噴霧５０が衝突する衝突面４０ａｔを凹面に形成した突起４０ａが、ピストン５の頂部５ｔに設けられている。この突起４０ａの衝突面４０ａｔへ燃料噴霧５０が衝突して拡散する過程で、凹面に形成された衝突面４０ａｔに沿って燃料噴霧５０が気筒１の上方へ巻き上がる（図７−２の矢印５０ａ）。このように、燃料噴霧５０を衝突させ、拡散、巻き上げ機能を発揮させてもよい。
【００４７】
以上、実施例２に係る内燃機関では、２個の吸気弁を燃料噴射弁に対して対向配置、あるいは燃料噴射弁を中心とする円周上であって前記円周の周方向に対して等間隔で複数の吸気弁を配置する。これにより、吸気弁から気筒内へ流入した空気は、燃料噴射弁を中心とした旋回流を形成するように気筒内を流れる。その結果、燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧の偏向が抑制されるので、燃料噴霧はピストンに設けられた突起へ確実に衝突する。これにより、燃料噴霧の突起による拡散が十分に促進されるので、安定して混合気を形成できる。また、燃料噴霧が前記突起へ確実に衝突する結果、混合気が気筒内のほぼ定まった位置に形成されるので、点火プラグにより安定して混合気に着火できる。これらの作用により、実施例２の内燃機関では、均質燃焼、成層燃焼いずれにおいても、安定して混合気を形成して、安定した燃焼状態を維持することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、本発明に係る内燃機関は、気筒内へ直接燃料を噴射する内燃機関に有用であり、特に、気筒内へ安定して混合気を形成することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１−１】実施例１に係る内燃機関を示す断面図である。
【図１−２】実施例１に係る内燃機関のシリンダヘッド部分を示す一部断面図である。
【図２−１】実施例１に係る内燃機関をシリンダヘッド側から見た状態を示す平面図である。
【図２−２】実施例１に係る内燃機関の弁配置を示す説明図である。
【図３−１】ピストン位置と燃料の噴射時期との関係を示す説明図である。
【図３−２】ピストン位置と燃料の噴射時期との関係を示す説明図である。
【図３−３】成層燃焼の下で内燃機関を運転する場合の他の例を示す説明図である。
【図４−１】従来例に係る内燃機関の気筒内へ形成される吸入空気の流れを示す模式図である。
【図４−２】従来例に係る内燃機関の気筒内へ形成される吸入空気の流れを示す模式図である。
【図５−１】実施例１に係る内燃機関の気筒内へ流入する空気の流れを示す模式図である。
【図５−２】実施例１に係る内燃機関の気筒内へ流入する空気の流れを示す模式図である。
【図６−１】吸排気弁の他の配置例を示す説明図である。
【図６−２】吸排気弁の他の配置例を示す説明図である。
【図７−１】実施例２に係る内燃機関を示す平面図である。
【図７−２】実施例２に係る内燃機関を示す一部断面図であり、図７−１のＲ−Ｒ矢視図である。
【図７−３】実施例２に係る内燃機関が備えるピストンを示す側面図である。
【図８】実施例２に係る内燃機関が備えるピストンの他の例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１、２０１  気筒
２  シリンダヘッド
３、２０３  燃料噴射弁
４ｉ、４ｉ1、４ｉ2、４ｉ3、２０４ｉ1、２０４ｉ2  吸気弁
４ｅ、４ｅ1、４ｅ2、２０４ｅ  排気弁
５、５ａ、５ｂ  ピストン
５ｔ  頂部
７  点火プラグ
エンジンＥＣＵ  ３０
４０、４０ａ  突起
４１  キャビティ
５０、５１ｉ、２５０  燃料噴霧
１００、１０１、１０２、１０３、２００  内燃機関
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図７−３】
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【図８】
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