(57)【要約】【課題】安定した混合気の形成と噴霧燃料の微粒化を実現することができる直噴型の火花点火式内燃機関を提供する。【解決手段】シリンダヘッド側に燃焼室３を備え、筒内に燃料２を直接噴射して燃焼させる内燃機関であって、筒内に吸入される吸気９の流れを偏向し、燃料噴射弁１に向かう吸気９の流れを生成する吸気流偏向手段８と、偏向された吸気９の流れに対向して燃料を噴射する燃料噴射弁１と、を備えている。吸気９に対向するように燃料２を噴射するので、燃料２が微粒化されて吸気との混合が促進される。【選択図】図１
2005105872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッド側に燃焼室を備え、筒内に燃料を直接噴射して燃焼させる内燃機関であって、
筒内に吸入された吸気の流れを偏向し、燃料噴射弁に向かう吸気の流れを生成する吸気流偏向手段と、
偏向された前記吸気の流れに対向して燃料を噴射する燃料噴射弁と、
を備えていることを特徴とする筒内噴射火花点火内燃機関。
【請求項２】
前記吸気流偏向手段は吸気弁又はその周囲に設けた隔壁であって、該隔壁は、吸気をシリンダボア方向に沿って流れるように偏向することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射火花点火内燃機関。
【請求項３】
少なくとも２つの吸気弁を設けて前記燃料噴射弁を吸気弁間に配設し、該燃料噴射弁の噴射方向に対向する側のシリンダヘッドに、シリンダボア方向に沿った吸気の流れを燃料噴射弁方向に向けるための突部を備えた気流制御壁を形成したことを特徴とする請求項２に記載の筒内噴射火花点火内燃機関。
【請求項４】
ピストンの頂面に吸気流を偏向させる突部を形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の筒内噴射火花点火内燃機関。
【請求項５】
前記点火栓は、燃焼室の上部中央に配設されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の筒内噴射火花点火内燃機関。
【請求項６】
前記吸気流偏向手段は、吸入した吸気を筒内で円周方向に沿うように偏向させ、一方、前記燃料噴射弁による燃料噴射は逆円周方向に向けて行うことを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射火花点火内燃機関。
【請求項７】
前記点火栓を燃料噴射弁に対向する位置に配設したことを特徴とする請求項６に記載の筒内噴射火花点火内燃機関。
【請求項８】
シリンダヘッド側に燃焼室を備え、筒内に燃料を直接噴射して燃焼させる内燃機関であって、
燃料を筒内の周方向に沿って噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁と対向するように配設した点火栓と、を備えたことを特徴とする筒内噴射火花点火内燃機関。
【請求項９】
シリンダヘッドとピストン頂面の間に形成される燃焼室は、シリンダヘッドの周方向に沿って断面積が大きい空間を有し、この空間に沿って吸気が流れることを特徴とする請求項８に記載の筒内噴射火花点火内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内噴射型の火花点火式の内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆる直接噴射の火花点火式内燃機関は、低・中負荷領域では、燃料を圧縮行程で噴射して添加プラグ付近にのみ可燃混合気を層状に形成して成層燃焼を行うものである。
【０００３】
このような内燃機関では、安定した成層混合気を形成することが重要であるが、シリンダヘッド方向に燃料を噴射するために、燃料噴射弁と点火栓との間隔が狭くなり、燃料と空気の混合時間及び混合のための空間が不足しがちである。
【０００４】
また、噴射した燃料がシリンダボアに衝突してボアフラッシングが生じない程度に燃料の噴射圧を低下させざるを得ず、そのため噴霧した燃料の微粒化が促進できない、といった種々の改善すべき点がある。
【０００５】
そのため、例えば、燃焼室を、吸気が吸気弁から燃料噴射弁と離れる方向に流出するようにして、ピストン冠面に沿って燃料噴射弁側に戻るように旋回するダンブル流を生成するように構成し、吸気弁着座部周囲に形成される開口部周壁の燃料噴射弁寄りの部分を、反対側部分よりも吸気弁に近づけて形成したものが公知である（特許文献１参照）。
【０００６】
燃焼室を上記のような構造とした結果、吸気弁外縁部と周壁との隙間が狭くなるため、逆ダンブル流が減少して順ダンブル流が増大するので、燃料の偏在による燃焼性の悪化の防止が実現できるものである。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１２２４７号公報
【特許文献２】特開平１１−６２５９４号公報
【特許文献３】特開平７−２６９３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の燃焼室の構造では、燃焼室の壁面に沿ったスワール流が強化されるが、上述した燃料の混合及び微粒化の促進が不足する点は、依然として充分には解決されていない。
【０００９】
そこで、燃焼室の構造等をさらに改善して、より安定した混合気形成が実現できるようにすることが望まれる。
【００１０】
本発明は上記のような事情に鑑みてされたものであり、その課題は、安定した混合気の形成と噴霧燃料の微粒化を実現することができる直噴型の火花点火式内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するため、以下のような発明の特定事項を備えている。
【００１２】
本発明の特徴は、吸気流偏向手段により偏向、強化した吸気の流れを形成し、偏向された吸気流に対向するように燃料噴射弁から燃料を噴射することである。
【００１３】
すなわち、シリンダヘッド側に燃焼室を備え、筒内に燃料を直接噴射して燃焼させる内
燃機関であって、筒内に吸入される吸気の流れを偏向し、燃料噴射弁に向かう吸気の流れを生成する吸気流偏向手段と、偏向された吸気の流れに対向して燃料を噴射する燃料噴射弁と、を備えていることを特徴とする。
【００１４】
このような構成とすれば、吸気に対向するように燃料を噴射するため、吸気が抵抗となり噴射圧力を上昇させることができる。したがって、噴霧した燃料が微粒化されて吸気との混合が促進される。
【００１５】
本発明は、少なくとも２つの吸気弁を設け、前記吸気流偏向手段は吸気弁又はその周囲に設けた隔壁であって、該隔壁は、吸気をシリンダボア方向に沿って流れるように偏向させるようにすることが好適である。吸気ポートから筒内に吸入された吸気は、隔壁に衝突して流れ方向が偏向させられる。
【００１６】
前記燃料噴射弁を吸気弁間に配設し、該燃料噴射弁の噴射方向に対向する側のシリンダヘッドに、シリンダボア方向に沿った吸気の流れを燃料噴射弁方向に向けるための突部を備えた気流制御壁を形成することが望ましい。
【００１７】
このようにすれば、シリンダボア方向に沿って流れた吸気を確実に燃料噴射弁方向に集中させることができる。
【００１８】
また、筒内のピストンの頂面に吸気流を偏向させる突部を形成することが好適である。このようにすれば、シリンダヘッドの上記構造に加えてピストンの突部によって吸気の方向をより確実に偏向させることが可能である。
【００１９】
本発明の上記のような構成では、点火栓は、燃焼室の上部中央に配設することが好ましい。
【００２０】
前記吸気流偏向手段は、吸入した吸気を筒内で円周方向に沿うように偏向させ、一方、前記燃料噴射弁による燃料噴射は逆円周方向に向けて行うようにしてもよい。
【００２１】
このような構成では、点火栓を燃料噴射弁に対向する排気弁側のシリンダヘッドに配設することが好ましい。
【００２２】
第２の発明は、シリンダヘッド側に燃焼室を備え、筒内に燃料を直接噴射して燃焼させる内燃機関であって、
燃料を筒内の周方向に沿って噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁と対向するように配設した点火栓と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
この第２の発明では、シリンダヘッドとピストン頂面の間に形成される燃焼室は、シリンダヘッドの周方向に沿って断面積が大きい空間を有し、この空間に沿って吸気が流れるようにすることが好適である。このような空間を形成するには、ピストンの頂面の中央に突面を形成することが例示できる。
【００２４】
上記のような構成とすれば、吸気に対向するように燃料を噴射するため、吸気が抵抗となり噴射圧力を上昇させることができる。
【００２５】
上述したように本発明では、吸気の流れに対向するように燃料を噴射することによって、狭い空間でも安定した混合気の形成が可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、噴霧燃料の微粒化及び吸気と燃料の混合の促進等によって安定した混合気が形成できるので、筒内噴射火花点火内燃機関の燃焼性の向上が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
（実施の態様１）
図１に示すように、この実施の形態に係る内燃機関の燃焼室３には、その一端に燃料噴射弁１が配置され、この燃料噴射弁１に近接して２個の吸気弁４，４が設けられている。燃料噴射弁１は、２つの吸気弁４，４の中間に向けて燃料噴射が可能な位置に設けられている。それぞれの吸気弁４，４には、シリンダボア側でない中央よりには、弧状に形成された隔壁７，７が左右対称に設けられている。この隔壁７が吸気弁４に設けられた状態を図２に示す。隔壁７は、吸気弁４の傘部の上面端部に立設される。
【００２９】
他方、２つの排気弁５，５は、燃料噴射弁１とは反対側に並んで設けられている。この排気弁５，５が設けられた側、すなわち燃料噴射弁１とは反対側のシリンダヘッド１０には、周面に沿って中央に突部８ａを備えた気流制御壁８が形成されている。この気流制御壁８の突部８ａは、燃焼室の中心に向かって突出している。また、点火栓６が燃焼室の上部中心に設けられている。
【００３０】
このような構造の燃焼室３では、吸気弁４，４が開いて吸気９が燃焼室３内に導入されると、隔壁７，７によって吸気９はボア方向、すなわち燃焼室３の外周方向に案内される、この吸気９はさらに前記気流制御壁８に衝突して、その流れの向きを燃焼室３の中央方向に変えられる。
【００３１】
このような状態で、燃料噴射弁１が作動すると、燃焼室３の中央に向かって流れてきた吸気９に対向するように燃料２が噴射され、吸気９と燃料２の混合性が向上し、安定した混合気が形成される。
【００３２】
また、上記のように、吸気９に対向するように燃料２を噴射すると、吸気９の流れが燃料噴射の抵抗となる。したがって、燃料２がボアに付着するボアフラッシングを回避しつつ、燃料噴射の圧力を上昇させることが可能となるので、噴霧された燃料２の微粒化が促進され、吸気９との混合性が良好となる。
【００３３】
この実施の形態の燃焼室３では、ピストン形状とは無関係に、上記の構造によって安定した混合気の形成が可能である。
【００３４】
なお、前記隔壁７は、上述のように吸気弁４の傘部に形成したが、これを吸気弁４により開閉される吸気ポートの周囲に立設するようにしてもよい。
【００３５】
（実施の態様２）
図３に示すように、この実施の形態の燃焼室２３には、２つの吸気弁２４，２４と二つの排気弁２５，２５が設けられている。また、点火栓２６が燃料噴射弁２１と反対側のシリンダヘッド上部に配設されている。
【００３６】
他方、吸気弁２４，２４には、実施の形態１と同様に隔壁２７，２７が設けられるが、この隔壁２７，２７は、実施の形態１とは異なり、共に吸気弁２４，２４の傘部の上面において同一側に設けられる。すなわち、吸気を同一方向に案内可能なように、吸気ポートの一側を塞ぎ、他側を開放するように設けられる。
【００３７】
燃料噴射弁２１は、吸気弁２４，２４側から燃焼室３に臨み、燃料２２を燃焼室３の外周に沿って噴射可能なように燃焼室３の中心方向から傾けるようにして配置されている。このとき、燃料噴射弁２１は、上記の隔壁２７，２７によって吸気２９が案内される方向とは逆の方向に燃料２２を噴射するように設けられる。したがって、燃料２２は、図中の矢印Ｂで示す円周方向（時計回り方向）に流れる。
【００３８】
このような構造の燃焼室２３では、吸気弁２４，２４が開いて吸気２９が燃焼室２３内に導入されると、矢印Ａで示すように、隔壁２７，２７によって吸気２９はボア方向、すなわち燃焼室２３の外周方向（図では反時計回り方向）に案内される。
【００３９】
このような状態で、燃料噴射弁２１が作動すると、ボア方向に沿って流れてきた吸気２９に対向するように燃料２２が噴射されるので、吸気２９と燃料２２が点火栓２６の近傍で衝突し、これらの混合性が向上し、安定した混合気が形成される。
【００４０】
また、吸気２９に対向するように燃料２２を噴射するので、吸気２９の流れが燃料噴射をする際の抵抗となる。したがって、ボアフラッシングを回避しつつ、燃料噴射の圧力を上昇させることが可能となるので、噴霧された燃料２２の微粒化が促進され、吸気２９との混合性が良好となる。
【００４１】
この実施の形態の燃焼室では、ピストン形状とは無関係に、上記の構造によって安定した混合気の形成が可能である。
【００４２】
（実施の態様３）
この実施の形態は、吸気弁に隔壁を設けない構造である。
【００４３】
図４に示すように、この実施の形態の燃焼室３３では、点火栓３６と燃料噴射弁３１を、これらが互いに対向する位置に設ける。この燃料噴射弁３１は、燃料噴射孔が多孔であるタイプを採用し、互いに反対の方向に燃料が同時に噴射できるものとする。この場合の燃料の噴射方向は、図４に示すように、ボア方向に沿ったものとし、噴射された燃料はボアに沿って互いに反対方向に流れるようにする。
【００４４】
また、図５に示すようにピストン３０の頂面は、円周部を除いて中央に突面３０ａが形成された形状となっている。ピストン１０をこのような形状とすることで、燃焼室の円周部に、その中央部に比べて大きな断面の空間３７が形成される。
【００４５】
このような構造の燃焼室３３では、吸気弁３４，３４が開いて、それぞれの吸気ポートから吸気が燃焼室３３内に導入されると、吸気はボアに沿って流れる。図示のように、一方の流れは時計回り方向であり、他方は反時計回り方向である。このとき、燃料噴射弁３１から噴射された燃料３８、３８と吸気が混ざり合った混合気３２、３２が、燃料噴射弁３６の反対側に設置された点火栓３６付近で衝突する。
【００４６】
この衝突によって、吸気と燃料３８，３８の混合性がさらに向上し、安定した混合気が３２，３２形成される。
【００４７】
また、燃料噴射が吸気の流れに沿って行われるので、燃料噴射の圧力を上昇させても燃料がボアに付着する度合いがきわめて少なく、ボアフラッシングを回避することができ、噴霧された燃料の微粒化が促進され、吸気との混合性が良好となる。
【００４８】
（実施の態様４）
図６に示すように、この実施の形態に係る内燃機関の燃焼室４５には、燃料噴射弁４１
が燃焼室の一端に臨むように配置されている。
【００４９】
この燃料噴射弁１に近接して２個の吸気弁４４，４４が設けられている。燃料噴射弁４１は、２個の吸気弁４４，４４の中間に向けて燃料噴射が可能な位置となっている。それぞれの吸気弁４４，４４において、シリンダボア側でない中央よりの内側には、弧状に形成された隔壁７が左右対称に設けられている。
【００５０】
他方、２個の排気弁４５，４５は、燃料噴射弁４１とは反対側に並んで設けられている。この排気弁４５，４５が配置された側、すなわち燃料噴射弁４１とは反対側のシリンダヘッドには、周面に沿って中央に突部４８ａを有する気流制御壁４８が形成されている。この気流制御壁４８の突部４８ａは燃焼室４３の中心に向かって突出している。
【００５１】
一方、図７及び図８に示すように、ピストン４０の頂面の中央には、略Ｕ字形の壁部４０ａが形成されている。筒内に該ピストン４０が嵌入されたとき、この壁部４０ａは、燃焼室内において燃料噴射弁４１が配設された側の反対側、すなわち気流制御壁８が設けられた側に「Ｕ」の開口部  が位置するように構成される（図８）。
【００５２】
また、図７に示すように、点火栓４６と壁部４０ａ の凹部５０に向けて配置され、突
部４８ａは、開口部５１に向かって突出している。
【００５３】
上記のような構造の燃焼室では、吸気弁４４，４４が開いて吸気４９が燃焼室４３内に導入されると、矢印Ａで示すように、隔壁４７，４７によって吸気４９がボア方向、すなわち燃焼室４３の外周方向に案内される、この吸気４９は、さらに前記気流制御壁８に衝突して流れの向きを燃焼室４３の中央方向へと変えられる。
【００５４】
他方、ピストン４０の上昇時には、壁部４０ａの存在によって燃焼室４３内にスキッシュ流が発生するので、前記吸気４９の流れがさらに加速される。
【００５５】
このような状態で、燃料噴射弁４１が作動すると、図６に示すように、燃焼室４３の中央に向かって流れてきた加速された吸気４９に対向するように、矢印Ｂ方向に燃料４２が噴射されるので、吸気４９と燃料４２の混合性がさらに向上し、安定した混合気が形成される。
【００５６】
また、吸気に対向するように燃料４２を噴射するので、吸気４９の流れが燃料噴射の抵抗となる。したがって、ボアフラッシングを回避しつつ、燃料噴射の圧力を上昇させることが可能であり、噴霧された燃料４２の微粒化が促進され、吸気４９との混合性が良好となる。
【００５７】
以上のように、オイル希釈、または燃料と空気の混合時間、混合空間の不足による安定した混合気が形成しにくいといった問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃焼室の概略構成を示す図である。
【図２】吸気弁の傘部に隔壁を設けた状態を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る燃焼室の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る燃焼室の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３におけるピストン及び燃焼室を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係る燃焼室の概略構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態４における点火栓、ピストン及び燃焼室を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態４におけるピストンの頂面を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５９】
１，２１，３１，４１      燃料噴射弁
３，２３，３３，３４      燃焼室
４，２４，３４，４４      吸気弁
６，２６，３６，４６      点火栓
７，２７，３７，４７      隔壁
８    気流制御壁
【図１】
2005105872.tif 000003
【図２】
2005105872.tif 000004
【図３】
2005105872.tif 000005
【図４】
2005105872.tif 000006
【図５】
2005105872.tif 000007
【図６】
2005105872.tif 000008
【図７】
2005105872.tif 000009
【図８】
2005105872.tif 000010