(57)【要約】【課題】シリンダ２内への燃料噴射弁１２を、前記シリンダ２の頂部を塞ぐシリンダヘッド３のうち吸気ポート８側に設けて成る筒内燃料噴射型の内燃機関において、噴射燃料の吸気に対する混合性を、総ての回転域において向上する。【解決手段】低回転域における燃料噴射を、前記シリンダの軸線２ａに対する下向きの噴射角度θ１を小さくした第１燃料噴射口１４と、前記軸線２ａに対する下向きの噴射角度θを大きくした第２燃料噴射口１５とから行う一方、高回転域における燃料噴射を、前記第２燃料噴射口１５から行う。【選択図】                      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックにおけるシリンダの頂部を塞ぐシリンダヘッドに、前記シリンダ内に下向きに開口する吸気ポート及び点火栓を設けて成り、更に、前記シリンダヘッドのうち前記吸気ポート側の部位に前記シリンダ内に向かって斜め下向きに燃料を噴射するようにした燃料噴射弁を設け、この燃料噴射弁による燃料噴射の時期を、中速以下の低回転域においては吸気行程のうち下死点に近づけるように遅角し、中速以上の高回転域においては吸気行程のうち上死点に近づけるように進角して成る筒内燃料噴射型内燃機関において、
前記燃料噴射弁における燃料噴射口を、少なくとも、前記シリンダの軸線に対する下向きの噴射角度を小さくした第１燃料噴射口と、前記シリンダの軸線に対する下向きの噴射角度を大きくした第２燃料噴射口とに構成し、更に、前記低回転域において前記第１燃料噴射口及び前記第２燃料噴射口から燃料噴射し、前記高回転域において前記第１燃料噴射口からの燃料噴射を停止し、前記第２燃料噴射口から燃料噴射するように構成したことを特徴とする筒内燃料噴射型内燃機関。
【請求項２】
シリンダブロックにおけるシリンダの頂部を塞ぐシリンダヘッドに、前記シリンダ内に下向きに開口する吸気ポート及び点火栓を設けて成り、更に、前記シリンダヘッドのうち前記吸気ポート側の部位に前記シリンダ内に向かって斜め下向きに燃料を噴射するようにした燃料噴射弁を設け、この燃料噴射弁による燃料噴射の時期を、中速以下の低回転域においては吸気行程のうち下死点に近づけるように遅角し、中速以上の高回転域においては吸気行程のうち上死点に近づけるように進角して成る筒内燃料噴射型内燃機関において、
前記燃料噴射弁における燃料噴射口を、少なくとも、前記シリンダの軸線に対する下向きの噴射角度を最も小さくした第１燃料噴射口と、前記シリンダの軸線に対する下向きの噴射角度を最も大きくした第２燃料噴射口と、前記シリンダの軸線に対する下向きの噴射角度を前記第１燃料噴射口における下向きの噴射角度及び第２燃料噴射口における下向きの噴射角度の間にした第３燃料噴射口とに構成し、更に、前記低回転域において前記第３燃料噴射口からの燃料噴射を停止して第１燃料噴射口及び第２燃料噴射口から燃料噴射し、前記高回転域において前記第１燃料噴射口及び第２燃料噴射口からの燃料噴射を停止して第３燃料噴射口から燃料噴射するように構成したことを特徴とする筒内燃料噴射型内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼に必要な燃料を、シリンダ内に直接に噴射供給するようにした筒内燃料噴射型の内燃機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先行技術としての特許文献１は、シリンダブロックにおけるシリンダの頂部を塞ぐシリンダヘッドに、前記シリンダ内に下向きに開口する吸気ポート及び点火栓を設けて成り、更に、前記シリンダヘッドのうち前記吸気ポート側の部位に前記シリンダ内に向かって斜め下向きに燃料を噴射するようにした燃料噴射弁を設けて成る筒内燃料噴射型の内燃機関において、前記燃料噴射弁による燃料噴射の時期を、中速以下の低回転域においては吸気行程のうち下死点（終わり）に近い時期に設定する一方、中速以上の高回転域においては吸気行程のうち上死点（始まり）に近づけるように前記低回転域の場合よりも進角することを提案している。
【０００３】
この構成の内燃機関において、そのシリンダ内には、前記吸気ポートから流入する吸気がシリンダの軸線方向に旋回するというタンブル流が存在し、このタンブル流は、吸気量が多い高回転域において強く、吸気量が少ない低回転域において弱い。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１０１１４６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このため、燃料の噴射時期を、高回転域において吸気行程のうち上死点（始まり）に近づけるように進角することは、噴射燃料を、強いタンブル流に素早く乗せることができるから、燃料を吸気の全体に対して均一に混合することができる。
【０００６】
しかし、その反面、低回転域においては、燃料の噴射時期が吸気行程のうち下死点（終わり）に近いことに加えて、タンブル流が弱いから、燃料の吸気に対する均一な混合性が低くなる。
【０００７】
そこで、最近では、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を、当該燃料噴射弁における略真下に向かう方向への噴射（シリンダの軸線に対する斜め下向きの噴射角度を小さくすること）と、当該燃料噴射弁から離れるように向かう方向への噴射（シリンダの軸線に対する斜め下向きの噴射角度を大きくすること）との二箇所噴射に構成することが行われている。
【０００８】
この二箇所噴射の構成によると、噴射燃料の持つ運動エネルギーを利用した混合促進により、中速以下の低回転域における燃料の均一な混合性を確実に向上することができる。
【０００９】
しかし、その反面、中速以上の高回転域においては、シリンダ内のうち燃料噴射弁の真下付近に燃料が多く集まる傾向を呈するから、燃料の均一な混合性は、むしろ低下することになるのであった。
【００１０】
本発明は、これら問題を解消して、燃料の均一な混合性を、総ての回転域について確実に向上することを技術的課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は、
「シリンダブロックにおけるシリンダの頂部を塞ぐシリンダヘッドに、前記シリンダ内に下向きに開口する吸気ポート及び点火栓を設けて成り、更に、前記シリンダヘッドのうち前記吸気ポート側の部位に前記シリンダ内に向かって斜め下向きに燃料を噴射するようにした燃料噴射弁を設け、この燃料噴射弁による燃料噴射の時期を、中速以下の低回転域においては吸気行程のうち下死点に近づけるように遅角し、中速以上の高回転域においては吸気行程のうち上死点に近づけるように進角して成る筒内燃料噴射型内燃機関において、
前記燃料噴射弁における燃料噴射口を、少なくとも、前記シリンダの軸線に対する下向きの噴射角度を小さくした第１燃料噴射口と、前記シリンダの軸線に対する下向きの噴射角度を大きくした第２燃料噴射口とに構成し、更に、前記低回転域において前記第１燃料噴射口及び前記第２燃料噴射口から燃料噴射し、前記高回転域において前記第１燃料噴射口からの燃料噴射を停止し、前記第２燃料噴射口から燃料噴射するように構成した。」
ことを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の請求項２は、
「シリンダブロックにおけるシリンダの頂部を塞ぐシリンダヘッドに、前記シリンダ内に下向きに開口する吸気ポート及び点火栓を設けて成り、更に、前記シリンダヘッドのうち前記吸気ポート側の部位に前記シリンダ内に向かって斜め下向きに燃料を噴射するようにした燃料噴射弁を設け、この燃料噴射弁による燃料噴射の時期を、中速以下の低回転域においては吸気行程のうち下死点に近づけるように遅角し、中速以上の高回転域においては吸気行程のうち上死点に近づけるように進角して成る筒内燃料噴射型内燃機関において、
前記燃料噴射弁における燃料噴射口を、少なくとも、前記シリンダの軸線に対する下向きの噴射角度を最も小さくした第１燃料噴射口と、前記シリンダの軸線に対する下向きの噴射角度を最も大きくした第２燃料噴射口と、前記シリンダの軸線に対する下向きの噴射角度を前記第１燃料噴射口における下向きの噴射角度及び第２燃料噴射口における下向きの噴射角度の間にした第３燃料噴射口とに構成し、更に、前記低回転域において前記第３燃料噴射口からの燃料噴射を停止して第１燃料噴射口及び第２燃料噴射口から燃料噴射し、前記高回転域において前記第１燃料噴射口及び第２燃料噴射口からの燃料噴射を停止して第３燃料噴射口から燃料噴射するように構成した。」
ことをと特徴としている。
【００１３】
【発明の作用・効果】
前記請求項１の構成において、吸気ポートからのタンブル流が弱い低回転域においては、燃料の噴射が、第１燃料噴射口からの小さい下向き噴射角度での噴射と、第２燃料噴射口からの大きい下向き噴射角度での噴射との二箇所であることにより、噴射燃料の持つ運動エネルギーを利用した混合促進により、高い混合性を確保することができる。
【００１４】
一方、吸気ポートからのタンブル流が強い高回転域においては、燃料の噴射が、前記第１燃料噴射口からの下向き噴射角度と、前記第２燃料噴射口からの大きい下向き噴射角度での噴射であることにより、この第２燃料噴射口から噴射された燃料は、強いタンブル流に素早く乗ることになるから、シリンダ内のうち燃料噴射弁の真下の部分に燃料が多く集まることを回避できて、シリンダ内の全体に略均一の混合気を確実に形成することができる。
【００１５】
また、請求項２の構成において、吸気ポートからのタンブル流が弱い低回転域においては、燃料の噴射が、第１燃料噴射口からの最も小さい下向き噴射角度での噴射と、第２燃料噴射口からの最も大きい下向き噴射角度での噴射との二箇所であることにより、噴射燃料の吸気に対する接触面積が広いから、高い混合性を確保することができる。
【００１６】
一方、吸気ポートからのタンブル流が強い高回転域においては、燃料の噴射が、前記第１燃料噴射口からの下向き噴射角度と、前記第２燃料噴射口からの下向き噴射角度との間における下向き噴射角度にした第３燃料噴射口からの燃料噴射であることにより、この第３燃料噴射口から噴射された燃料は、強いタンブル流に素早く乗ることになるから、シリンダ内のうち燃料噴射弁の真下の部分に燃料が多く集まることを回避できて、シリンダ内の全体に略均一の混合気を確実に形成することができる。
【００１７】
特に、前記請求項１及び請求項２における各燃料噴射口を、当該各燃料噴射口からの燃料が前記シリンダの軸線と直角の方向から見て厚さが薄くシリンダの軸線方向から見て扇型に広がって噴射するようにしたスリット孔に形成することにより、噴射燃料の吸気に対する混合性を、総ての回転域における更に向上できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。
【００１９】
図１〜図４は、第１の実施の形態を示す。
【００２０】
この図において、符号１は、シリンダ２を備えたシリンダブロックを、符号３は、前記シリンダブロック１の上面に前記シリンダ２の頂部を塞ぐように締結したシリンダヘッドを各々示し、前記シリンダ２内には、図示しないクランク軸の回転に連動して往復動するピストン４を備えており、また、前記シリンダヘッド３の下面には、燃焼室５が、前記シリンダ２内に開口するように凹み形成されている。
【００２１】
前記シリンダヘッド３のうち前記シリンダ２における軸線２ａの方向から見た平面視の図２において前記シリンダ２の中心を通ってクランク軸と平行に延びる長手中心線６を挟んで一方の側には、前記燃焼室５への下向きに開口部に吸気弁７を備えた二つの吸気ポート８が、平面視で前記長手中心線６から離れる方向に延びるように形成され、この両吸気ポート８より前記シリンダ２内に流入する吸気が、矢印Ａで示すように、シリンダ２における軸線２ａの方向に旋回するといタンブル流となるように構成されている。
【００２２】
また、前記シリンダヘッド３のうち前記長手中心線６を挟んで他方の側には、前記燃焼室５への下向きに開口部に排気弁９を備えた二つの排気ポート１０が、平面視で前記長手中心線６から離れる方向に延びるように形成されている。
【００２３】
更にまた、前記シリンダヘッド３には、点火栓１１が、前記燃焼室５内における略中心の部位にのぞむように装着されている。
【００２４】
これに加えて、前記シリンダヘッド３のうち前記両吸気ポート８間の部位には、燃料噴射弁１２が、燃料をシリンダ２内に斜め下向きに噴射するように装着されている。
【００２５】
この燃料噴射弁１２は、クランク軸の回転に関連し、吸気行程中において燃料を噴射するように構成されており、更に、この燃料噴射の時期を、中速以下の低回転域において吸気行程の下死点に近づくように遅角し、中速以上の高回転域において吸気行程の上死点に近づくように進角するというように制御されている。
【００２６】
そして、前記燃料噴射弁１２において、そのニードル弁体１３が開くことで燃料の噴射を行う燃料噴射口を、第１燃料噴射口１４と、第２燃料噴射口１５との二つにして、これら各燃料噴射口のうち、前記第１燃料噴射口１４における前記シリンダ２の軸線２ａに対する下向きの噴射角度θ１を、下死点に位置するときにおける前記ピストン４の頂面のうち平面視で吸気ポート８側の部分に向かって燃料を図１に二点鎖線の矢印Ｂで示す如く噴射するように、小さく設定する一方、前記第２燃料噴射口１５における前記シリンダ２の軸線２ａに対する下向きの噴射角度θ２を、下死点に位置するときにおける前記ピストン４の頂面のうち平面視で排気ポート１０側の部分に向かって燃料を図１に一点鎖線の矢印Ｃで示す如く噴射するように、大きく設定する。
【００２７】
そして、前記燃料噴射弁１２におけるニードル弁体１２には、前記第１燃料噴射口１４を開閉するための切り換え用第１弁棒１７、及び、前記第２燃料噴射口１５を開閉するための切り換え用第２弁棒１８を設けて、これら各切り換え用弁棒１７，１８を、燃料噴射弁１２の外側から内燃機関における回転数に応じて適宜開閉操作することにより、中速以下の低回転域において、第１燃料噴射口１４及び第２燃料噴射口１５を開くように構成する一方、中速以上の高回転域において、第１燃料噴射口１４を閉じて、第２燃料噴射口１５を開くように構成する。
【００２８】
この場合において、前記各燃料噴射口１４，１５の各々を、図４に示すように、互いに平行で、且つ、平面視で前記長手中心線６と平行の方向に細長く延びるスリット孔に構成するすることにより、当該各燃料噴射口１４，１５からの燃料が前記シリンダ２の軸線２ａと直角の方向から見た図１において厚さが薄くて、シリンダ２の軸線２ａの方向から見て角度α１，α２の扇型に広がって噴射するように構成している。
【００２９】
中速以下の低回転域において、両吸気ポート８から流入する吸気のタンブル流は弱いが、この低回転域においては、燃料噴射弁１２における第１燃料噴射口１４及び第２燃料噴射口１５が開くことで、燃料の噴射が、第１燃料噴射口１４からの小さい下向き噴射角度θ１での噴射と、第２燃料噴射口１５からの大きい下向き噴射角度θ２での噴射との二箇所であることにより、噴射燃料の持つ運動エネルギーを利用した混合促進により、高い混合性を確保することができる。
【００３０】
中速以上の高回転域においては、両吸気ポート８から流入する吸気のタンブル流は強い。一方、この高回転域においては、燃料噴射弁１２における第１燃料噴射口１４が閉じて第２燃料噴射口１５が開くことで、燃料噴射が、前記第２燃料噴射口１５からのみ行われることにより、この第２燃料噴射口１５から噴射された燃料は、強いタンブル流に素早く乗ることになるから、シリンダ内のうち燃料噴射弁１２の真下の部分に燃料が多く集まることを回避できて、シリンダ２内の全体に略均一の混合気を形成することができる。
【００３１】
また、前記第１燃料噴射口１４及び第２燃料噴射口１５を、当該各燃料噴射口からの燃料が前記シリンダ２の軸線２ａと直角の方向から見て厚さが薄くシリンダ２の軸線２ａの方向から見て角度α１，α２の扇型に広がって噴射するようにしたスリット孔に形成することにより、噴射燃料の吸気に対する接触面積が増大するから、混合性を、総ての回転域において更に向上できる。
【００３２】
なお、前記第１燃料噴射口１４及び第２燃料噴射口１５は、その各々を一個にした場合に限らず、その各々を複数個に構成しても良いことはいうまでもない。
【００３３】
次に、図５〜図８は、第２の実施の形態を示す。
【００３４】
この第２の実施の形態は、前記燃料噴射弁１２における燃料噴射口を、第１燃料噴射口１４と、第２燃料噴射口１５とに加えて、これら第１及び第２燃料噴射口１４，１５の間に位置する第３燃料噴射口１６との三つにして、これら各燃料噴射口のうち、前記第１燃料噴射口１４における前記シリンダ２の軸線２ａに対する下向きの噴射角度θ１を、下死点に位置するときにおける前記ピストン４の頂面のうち平面視で吸気ポート８側の部分に向かって燃料を図１に二点鎖線の矢印Ｂで示す如く噴射するように、最も小さく設定する一方、前記第２燃料噴射口１５における前記シリンダ２の軸線２ａに対する下向きの噴射角度θ２を、下死点に位置するときにおける前記ピストン４の頂面のうち平面視で排気ポート１０側の部分に向かって燃料を図１に一点鎖線の矢印Ｃで示す如く噴射するように、最も大きく設定する。
【００３５】
また、前記各燃料噴射口のうち、前記第３燃料噴射口１６における前記シリンダ２の軸線２ａに対する下向きの噴射角度θ３を、下死点に位置するときにおける前記ピストン４の頂面のうち平面視で吸気ポート８と排気ポート１０との間の部分に向かって燃料を図１に実線矢印Ｄで示す如く噴射するように、前記第１燃料噴射口１４における下向きの噴射角度θ１及び第２燃料噴射口１５における下向きの噴射角度θ２の間に設定する。
【００３６】
そして、前記燃料噴射弁１２におけるニードル弁体１２には、前記第１燃料噴射口１４を開閉するための切り換え用第１弁棒１７、前記第２燃料噴射口１５を開閉するための切り換え用第２弁棒１８、及び、前記第３燃料噴射口１６を開閉するための切り換え用第３弁棒１９を設けて、これら各切り換え用弁棒１７，１８，１９を、燃料噴射弁１２の外側から内燃機関における回転数に応じて適宜開閉操作することにより、中速以下の低回転域において、第３燃料噴射口１６を閉じて、第１燃料噴射口１４及び第２燃料噴射口１５を開くように構成する一方、中速以上の高回転域において、第１燃料噴射口１４及び第２燃料噴射口１５を閉じて、第３燃料噴射口１６を開くように構成する。
【００３７】
この場合において、前記各燃料噴射口１４，１５，１６の各々を、図４に示すように、互いに平行で、且つ、平面視で前記長手中心線６と平行の方向に細長く延びるスリット孔に構成するすることにより、当該各燃料噴射口１４，１５，１６からの燃料が前記シリンダ２の軸線２ａと直角の方向から見た図１において厚さが薄くて、シリンダ２の軸線２ａの方向から見て角度α１，α２，α３の扇型に広がって噴射するように構成している。
【００３８】
中速以下の低回転域において、両吸気ポート８から流入する吸気のタンブル流は弱いが、この低回転域においては、燃料噴射弁１２における第３燃料噴射口１６が閉じて第１燃料噴射口１４及び第２燃料噴射口１５が開くことで、燃料の噴射が、第１燃料噴射口１４からの最も小さい下向き噴射角度θ１での噴射と、第２燃料噴射口１５からの最も大きい下向き噴射角度θ２での噴射との二箇所であることにより、噴射燃料の持つ運動エネルギーを利用した混合促進により、高い混合性を確保することができる。
【００３９】
中速以上の高回転域においては、両吸気ポート８から流入する吸気のタンブル流は強い。一方、この高回転域においては、燃料噴射弁１２における第１燃料噴射口１４及び第２燃料噴射口１５が閉じて第３燃料噴射口１６が開くことで、燃料噴射が、前記第３燃料噴射口１６からのみ、前記第１燃料噴射口１４からの下向き噴射角度θ１と前記第２燃料噴射口１５からの下向き噴射角度θ２との間における下向き噴射角度θ３で行われることにより、この第３燃料噴射口１６から噴射された燃料は、強いタンブル流に素早く乗ることになるから、シリンダ内のうち燃料噴射弁１２の真下の部分に燃料が多く集まることを回避できて、シリンダ２内の全体に略均一の混合気を形成することができる。
【００４０】
また、この第２の実施の形態の場合においても、前記第１燃料噴射口１４、第２燃料噴射口１５及び第３燃料噴射口１６を、当該各燃料噴射口からの燃料が前記シリンダ２の軸線２ａと直角の方向から見て厚さが薄くシリンダ２の軸線２ａの方向から見て角度α１，α２，α３の扇型に広がって噴射するようにしたスリット孔に形成することにより、噴射燃料の吸気に対する接触面積が増大するから、混合性を、総ての回転域において更に向上できる。
【００４１】
なお、前記第１燃料噴射口１４、第２燃料噴射口１５及び第３燃料噴射口１６は、その各々を一個にした場合に限らず、その各々を複数個に構成しても良いことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す要部縦断正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ底面図である。
【図３】前記第１の実施の形態の燃料噴射弁における先端部の拡大断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ底面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す要部縦断正面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ視底面図である。
【図７】前記第２の実施の形態の燃料噴射弁における先端部の拡大断面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ視底面図である。
【符号の説明】
１                        シリンダブロック
２                        シリンダ
２ａ                      シリンダの軸線
３                        シリンダヘッド
４                        ピストン
５                        燃焼室
７                        吸気弁
８                        吸気ポート
９                        排気弁
１０                      排気ポート
１１                      点火栓
１２                      燃料噴射弁
１４                      第１燃料噴射口
１５                      第２燃料噴射口
１６                      第２燃料噴射口
１７，１８，１９          切り換え用弁棒
【図１】
2005042586.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005042586.tif 000007
【図６】
2005042586.tif 000008
【図７】
2005042586.tif 000009
【図８】
2005042586.tif 000010