(57)【要約】【課題】  十分な出力を得ることのできる筒内直噴連続燃焼エンジンを提供する。【解決手段】  圧縮行程で燃焼室内の着火源３０に向けて燃料を噴射し、噴霧を連続的に着火燃焼させるようにした筒内直噴連続燃焼エンジンにおいて、燃料噴射弁２２を、シリンダ軸線方向から視てその噴霧が並列する吸気弁２７の間方向に噴射されるように配置すると共に、前記着火源３０をほぼシリンダ軸線上に配置し、且つ、前記燃焼室を形成するシリンダヘッド燃焼室面にシリンダ軸線方向から視て並列する排気弁２７の間に要４０Ｔを有するほぼ扇形状の分流土手４０を設けると共に、燃焼室を形成するピストン１８の頂面にほぼ円錐または部分球形状のキャビティ４５を設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮行程で燃焼室内の着火源に向けて燃料を噴射し、噴霧を連続的に着火燃焼させるようにした筒内直噴連続燃焼エンジンにおいて、
燃料噴射弁を、シリンダ軸線方向から視てその噴霧が並列する吸気弁の間方向に噴射されるように配置すると共に、前記着火源をほぼシリンダ軸線上に配置し、且つ、前記燃焼室を形成するシリンダヘッド燃焼室面にシリンダ軸線方向から視て並列する排気弁の間に要を有するほぼ扇形状の分流土手を設けると共に、前記燃焼室を形成するピストン頂面にほぼ円錐または部分球形状のキャビティを設けたことを特徴とする筒内直噴連続燃焼エンジン。
【請求項２】
前記分流土手は、前記要からシリンダ側壁に向かうにつれ、断面が三角形から台形に徐々に変化し、前記排気弁を一部取囲むように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の筒内直噴連続燃焼エンジン。
【請求項３】
さらに、前記ピストンのキャビティ内に、シリンダ軸線方向から視て並列する排気弁の間に要を有するほぼ扇形状の分流土手を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の筒内直噴連続燃焼エンジン。
【請求項４】
前記分流土手は、前記要からシリンダ側壁に向かうにつれ、断面が三角形から台形に徐々に変化するように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の筒内直噴連続燃焼エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内に燃料を噴射供給する筒内燃料噴射式内燃機関、より詳しくは、着火源を有する燃焼室内に燃料を噴射供給して連続火炎燃焼を行わせるようにした筒内直噴連続燃焼エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、かかる筒内直噴連続燃焼エンジンとしては、例えば、特許文献１および非特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１および非特許文献１に記載のものは、２弁エンジンの燃焼室内で一定の円周方向に空気スワールを生じさせておき、点火直前にヘッド側面に取付けた燃料噴射弁から噴射した燃料をスワールに乗せて気化及び混合させ、噴射弁の近傍に偏倚して配置された点火プラグにより連続的に点火することにより連続火炎燃焼を行わせ、ノックフリー燃焼を実現させている。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第２，４８４，００９号明細書
【非特許文献１】論文「ELIMINATION OF COMBUSTION KNOCK −TEXACO COMBUSTION PROCESS」SAE Quarterly Transaction （１９５０年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１および非特許文献１に記載のエンジンにおいては、ヘッド側面に取付けた燃料噴射弁から噴射した燃料は、その噴霧の方向が偏倚して配置された点火プラグに向けられ、そこで点火され燃焼を開始した火炎は噴霧の延長方向に広がり、燃料噴射弁の配置位置とほぼ反対の燃焼室壁側に集中して、円周方向には回り込み難い。そのために、燃料噴射弁が配置された燃焼室壁側への火炎の回り込みが不足し、燃焼室全体の空気を充分に利用できない恐れがある。その結果、エンジンの全負荷運転時には、この利用空気の不足に起因し、十分な出力が得られないという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、かかる従来の問題を解消し、十分な出力を得ることのできる筒内直噴連続燃焼エンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明の一形態に係る筒内直噴連続燃焼エンジンは、圧縮行程で燃焼室内の着火源に向けて燃料を噴射し、噴霧を連続的に着火燃焼させるようにした筒内直噴連続燃焼エンジンにおいて、燃料噴射弁を、シリンダ軸線方向から視てその噴霧が並列する吸気弁の間方向に噴射されるように配置すると共に、前記着火源をほぼシリンダ軸線上に配置し、且つ、前記燃焼室を形成するシリンダヘッド燃焼室面にシリンダ軸線方向から視て並列する排気弁の間に要を有するほぼ扇形状の分流土手を設けると共に、前記燃焼室を形成するピストン頂面にほぼ円錐または部分球形状のキャビティを設けたことを特徴とする。
【０００７】
ここで、前記分流土手は、前記要からシリンダ側壁に向かうにつれ、断面が三角形から台形に徐々に変化し、前記排気弁を一部取囲むように形成されていることが好ましい。
【０００８】
さらに、前記ピストンのキャビティ内に、シリンダ軸線方向から視て並列する排気弁の間に要を有するほぼ扇形状の分流土手を設けることが好ましい。
【０００９】
前記分流土手は、前記要からシリンダ側壁に向かうにつれ、断面が三角形から台形に徐々に変化するように形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一形態に係る筒内直噴連続燃焼エンジンによれば、圧縮行程において、シリンダ軸線方向から視てその噴霧が並列する吸気弁の間方向に噴射されるように配置された燃料噴射弁から燃焼室内のほぼシリンダ軸線上に配置された着火源に向けて燃料が噴射され、空気と混合された噴霧が連続的に着火燃焼される。そして、この着火燃焼された燃焼火炎は、燃焼室を形成するシリンダヘッド燃焼室面に設けられた、シリンダ軸線方向から視て並列する排気弁の間に要を有するほぼ扇形状の分流土手の要に衝突し、左右に分流される。さらに、分流された燃焼火炎は燃焼室を形成するピストン頂面に形成されたほぼ円錐または部分球形状のキャビティ内に回り込み、燃料噴射弁付近にまで至る。従って、燃焼室全体の空気を十分に利用することができ、全負荷においても十分な出力を得ることができる。
【００１１】
さらに、前記ピストンのキャビティ内に、シリンダ軸線方向から視て並列する排気弁の間に要を有するほぼ扇形状の分流土手を設けた形態によれば、上述の燃焼火炎は、シリンダヘッド燃焼室面とピストンのキャビティ内とに設けられた上下のほぼ扇形状の分流土手によって左右に分流されると共に、縦方向に旋回しつつキャビティ内に回り込み燃料噴射弁直近にまで至る。従って、上述の一形態に比べ、燃焼室全体の空気をさらに十分に利用することができ、さらに十分な出力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る筒内直噴連続燃焼エンジンの実施形態について添付図面に基づいて説明する。  
図１は、本発明を適用する筒内直噴連続燃焼エンジン（以下、エンジンと称す）１０の概略構成を示す要部断面図である。図１に示すエンジン１０は、４サイクルの水冷式ガソリンエンジンである。エンジン１０は、複数の気筒および冷却水路が形成されたシリンダブロック１２と、このシリンダブロック１２の上部に固定されたシリンダヘッド１４とを備えている。シリンダブロック１２には、エンジン出力軸たるクランクシャフト１６が回転自在に支持され、このクランクシャフトは、各気筒内に摺動自在に装填されたピストン１８とコネクティングロッドを介して連結されている。
【００１３】
クランクシャフト１６の端部には、その周縁に複数の歯が形成されたタイミングロータが取り付けられ、タイミングロータ近傍のシリンダブロック１２には、電磁ピックアップが取り付けられている。これらタイミングロータと電磁ピックアップは、機関回転数センサ２０を構成する。
【００１４】
また、各気筒のピストン１８上方には、ピストン１８の頂面とシリンダヘッド１４の内壁面とに囲まれた燃焼室が形成されている。シリンダヘッド１４には、各気筒の燃焼室の中央に向けて臨むように燃料噴射弁２２が取り付けられ、この燃料噴射弁２２は、不図示のコモンレールに連通して接続されており、不図示の燃料タンクから供給される燃料が燃料ポンプにより加圧されて供給される。
【００１５】
さらに、シリンダヘッド１４において各気筒の燃焼室に臨む部位には、吸気ポート２４の開口端が２個並列して形成されると共に、排気ポート２６の開口端も同じく２個並列して形成されている。そして、シリンダヘッド１４には、吸気ポート２４の各開口端を開閉する吸気弁２５と、排気ポート２６の各開口端を開閉する排気弁２７とが進退自在に設けられている。さらに、シリンダヘッド１４において各気筒の燃焼室の上部に臨む部位に点火ギャップが位置された着火源としての点火プラグ３０がほぼシリンダ軸線上に配置されている。
【００１６】
上述の燃料噴射弁２２は、図２に示すように、シリンダ軸線方向から視てその噴霧が並列する吸気弁２５の間方向に噴射されるように配置され、高圧の燃料の噴霧がほぼシリンダ軸線上に配置された点火プラグ３０に到達するようにされている。一方、点火プラグ３０に関して、燃料噴射弁２２と逆側の燃焼室を形成するシリンダヘッド燃焼室面には、シリンダ軸線方向から視て並列する排気弁２７の間に要４０Ｔを有するほぼ扇形状の分流土手４０が設けられている。
【００１７】
このほぼ扇形状の分流土手４０の詳細について、さらに図３を参照して説明する。図３（イ）は、シリンダヘッド燃焼室面をシリンダ軸線方向下側から視た図であり、図３（ロ）は、図３（イ）におけるＡ、ＢおよびＣ位置における分流土手４０の断面を示している。図３（イ）および（ロ）から明らかなように、分流土手４０は、上記要４０Ｔからシリンダ側壁に向かうにつれ、断面がＡ位置の三角形からＢ位置の細目の台形、およびＣ位置の太目の台形に徐々に変化し、排気弁２７を一部取囲むように形成されている。この結果、排気弁２７がリフトされたときには、排気ポート２６の各開口端がこの分流土手４０によって一部が若干マスクされる形態となる。そして、分流土手４０の高さは、シリンダヘッド１４の下面とほぼ等しい。
【００１８】
なお、前記燃焼室を形成するピストン１８の頂面には、図４（イ）および（ロ）に示すように、ほぼ円錐または部分球形状のキャビティ４５が設けられている。
【００１９】
また、燃焼室を形成するピストン１８の頂面の他の形態を図５に示す。この形態は、ピストン１８のキャビティ４５内に、シリンダヘッド燃焼室面の分流土手４０とほぼ鏡面関係で、シリンダ軸線方向から視て並列する排気弁２７の間に要５０Ｔを有するほぼ扇形状の分流土手５０を設けたものである。図５（イ）は、ピストン１８の頂面をシリンダ軸線方向上側から視た図であり、図５（ロ）は、図５（イ）におけるＤおよびＥ位置におけるピストン１８の断面を示し、且つ、図５（ハ）は図５（イ）におけるＦ、ＧおよびＨ位置における分流土手５０の断面を示している。図５（イ）および（ロ）から明らかなように、ピストン１８の頂面のキャビティ４５は部分球（ボール）形状の底を有している。また、分流土手５０は、上記要５０Ｔからシリンダ側壁に向かうにつれ、断面がＦ位置の三角形からＧ位置の細目の台形、およびＨ位置の太目の台形に徐々に変化している。
【００２０】
上述のように構成されたエンジン１０には、該エンジン１０の運転を制御するための電子制御ユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）１００が併設されている。ＥＣＵ１００には、周知の如く運転状態の把握に必要なパラメータ用の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ１００に入力されるようになっている。ここで、ＥＣＵ１００は、双方向性バスによって相互に接続されたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えると共に、入力ポートに接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）を備えたマイクロコンピュータで構成されている。Ａ／Ｄコンバータは、アナログ信号形式の信号を出力するセンサと電気配線を介して接続されており、上記各センサの出力信号をアナログ信号形式からデジタル信号形式に変換した後に入力ポートへ送信する。また、出力ポートは、燃料噴射弁２２、点火プラグ３０等と電気配線を介して接続され、その制御信号をそれぞれへ送信する。
【００２１】
なお、ＲＯＭには、燃料噴射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン、点火プラグ３０への通電時間を制御するための通電時間制御ルーチン等、エンジン１０を制御するに必要な制御ルーチンが記憶されている。ＲＡＭには、各センサの出力信号やＣＰＵの演算結果等が記憶される。該演算結果は、例えば、機関回転数センサ２０の出力信号に基づいて算出されるエンジン回転数や機関負荷等である。ＲＡＭに記憶される各種のデータは、機関回転数センサ２０が信号を出力する度に最新のデータに書き換えられる。なお、バックアップＲＡＭは、エンジン１０の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリであり、各種制御に係る学習値や、異常を発生した箇所を特定する情報等を記憶する。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し、燃料噴射制御等の周知の制御に加え、点火プラグ３０への通電制御を実行する。
【００２２】
そこで、本実施の形態のエンジン１０における制御の一形態を、図６を参照して説明する。図６に示す制御形態は、吸入行程にシリンダ内に導入された空気に対し、その圧縮行程において燃料噴射弁２２から高圧燃料の噴射を開始するのとほぼ同じ時期に、点火プラグ３０の点火を開始する。燃料の噴射は機関の負荷に対応する要求出力に応じた燃料量が得られる期間、継続される。点火プラグ３０は上述の燃料噴射の期間の途中もしくは期間経過後でＴＤＣ（上死点）前まで、連続的に点火される。
【００２３】
上記のように制御されたエンジン１０では、圧縮行程において、シリンダ軸線方向から視てその噴霧が並列する吸気弁２５の間方向に噴射されるように配置された燃料噴射弁２２から燃焼室内のほぼシリンダ軸線上に配置された点火プラグ３０に向けて燃料が噴射される。そこで、連続的に点火されている点火プラグ３０によって、空気と混合され着火可能な混合気を形成した噴霧が、連続的に着火燃焼される。そして、この着火燃焼された燃焼火炎（図１および２に点描で示す）は、燃焼室を形成するシリンダヘッド燃焼室面に設けられた、シリンダ軸線方向から視て並列する排気弁２７の間に要４０Ｔを有するほぼ扇形状の分流土手４０の要４０Ｔに衝突し、左右に分流される。さらに、分流された燃焼火炎は排気弁２７周辺を流れ、燃焼室を形成するピストン１８の頂面に形成されたほぼ円錐または部分球形状のキャビティ４５内に回り込み、燃料噴射弁２２付近にまで至る。従って、燃焼室全体の空気を十分に利用することができ、十分な出力を得ることができる。
【００２４】
さらに、ピストン１８のキャビティ４５内に、シリンダ軸線方向から視て並列する排気弁２７の間に要５０Ｔを有するほぼ扇形状の分流土手５０を設けた形態によれば、上述の燃焼火炎は、シリンダヘッド燃焼室面とピストン１８のキャビティ４５内とに設けられた上下のほぼ扇形状の分流土手４０および５０によって左右に分流されると共に、排気弁２７の周辺を流れ、縦方向に旋回しつつキャビティ４５内に回り込み燃料噴射弁２２の直近にまで至る。従って、上述の形態に比べ、燃焼室全体の空気をさらに十分に利用することができ、さらに十分な出力を得ることができるのである。
【００２５】
なお、上述した点火プラグ３０に代えて、熱面着火源のグロープラグを用いることも可能である。この場合は、図７に示すように、グロープラグへは常時通電し、このグロープラグの着火熱面に対し燃料噴射弁２２から燃料が噴射されることになる。この場合は、点火プラグ３０に比べ、より確実に着火が行われる。
【００２６】
また、上述の実施形態においては、ガソリンを燃料とするエンジンにつき説明したが、燃料の形態はこれに限定されず、軽油、メタノール等の他の燃料を用いることができ、それらのオクタン価やセタン価にかかわらず、ノックフリーの燃焼が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態を示す要部断面図である。
【図２】本発明の実施形態のシリンダ軸線方向下側から視たシリンダヘッド燃焼室面の底面図である。
【図３】（イ）は、本発明の実施形態のシリンダヘッド燃焼室面をシリンダ軸線方向下側から視た底面図であり、（ロ）は、（イ）のＡ、ＢおよびＣ位置における分流土手４０の断面図である。
【図４】（イ）は、本発明におけるピストンの一実施形態をシリンダ軸線方向上側から視た平面図、（ロ）はその中心線断面図である。
【図５】（イ）は、本発明におけるピストンの他の実施形態をシリンダ軸線方向上側から視た平面図、（ロ）は、（イ）のＤおよびＥ位置における断面図、および（ハ）は、（イ）のＦ、ＧおよびＨ位置における分流土手５０の断面図である。
【図６】本発明の実施形態の制御の一形態を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の実施形態の制御の他の形態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００２８】
１０    エンジン
２２    燃料噴射弁
３０    点火プラグ（グロープラグ）
４０    分流土手（シリンダヘッド側）
４０Ｔ  要
５０    分流土手（ピストン側）
５０Ｔ  要
【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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