(57)【要約】【課題】気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁により吸気下死点近傍と圧縮行程後半とにおいて燃料を噴射して成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、成層燃焼時の失火発生を抑制する。【解決手段】燃料噴射弁１は、排気弁側近傍に配置された点火プラグ２の下側を通過するように燃料を噴射し、成層燃焼を実施する際には、必要燃料量を少なくとも吸気下死点近傍と圧縮行程後半とに分けて噴射し、吸気下死点近傍において燃料噴射弁から噴射される燃料は気筒内の排気弁側を下降して気筒内の吸気弁側を上昇するタンブル流Ｔを強めるようになっており、圧縮行程後半に燃料噴射弁から噴射される燃料はピストン頂面の排気弁側に偏在して形成されたキャビティ５ａに沿って気筒内を旋回するタンブル流によって点火プラグの点火ギャップへ偏向させられるようになっている。【選択図】図３
2007211647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁の排気弁側近傍に配置された点火プラグと、ピストン頂面の排気弁側に偏在して形成されたキャビティとを具備し、前記燃料噴射弁は前記点火プラグの下側を通過するように燃料を噴射し、成層燃焼を実施する際には、必要燃料量を少なくとも吸気下死点近傍と圧縮行程後半とに分けて噴射し、吸気下死点近傍において前記燃料噴射弁から噴射される燃料は気筒内の排気弁側を下降して気筒内の吸気弁側を上昇するタンブル流を強めるようになっており、圧縮行程後半に前記燃料噴射弁から噴射される燃料は前記ピストン頂面の前記キャビティに沿って気筒内を旋回する前記タンブル流によって点火プラグの点火ギャップへ偏向させられるようになっていることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内噴射式火花点火内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒上部略中心に配置されて円錐形状に燃料を噴射する燃料噴射弁により、着火に必要な少量の燃料だけを圧縮行程後半において燃料噴射弁の近傍に配置された点火プラグの点火ギャップを通過するように噴射し、それ以外の燃料を吸気下死点近傍において予め噴射しておくことにより、気筒内全体の空燃比を理論空燃比よりリーンとした成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、圧縮行程後半の燃料噴射量を少量とすることにより、圧縮行程後半の時間が短くなる機関高回転時においても圧縮行程後半の燃料噴射が可能となって低燃費の成層燃焼を実現することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２０２９９
【特許文献２】特開２００３−４９６７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の筒内噴射式火花点火内燃機関において、圧縮行程後半に噴射される燃料は、確実な着火性を確保するために、直接的に点火プラグの点火ギャップを通過するようにされる。この通過に際して液状燃料が点火ギャップを濡らすと、火花が発生し難くなるために、燃料噴射弁から噴射される円錐形状の燃料噴霧の一部の燃料密度を低くし、この低密度部分が点火プラグの点火ギャップを通過するようにしている。しかしながら、依然として液状燃料が直接的に点火ギャップを通過することには変わりなく、やはり、点火ギャップが燃料により濡らされて火花が発生せずに失火を発生させることがある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁により吸気下死点近傍と圧縮行程後半とにおいて燃料を噴射して成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、成層燃焼時の失火発生を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁の排気弁側近傍に配置された点火プラグと、ピストン頂面の排気弁側に偏在して形成されたキャビティとを具備し、前記燃料噴射弁は前記点火プラグの下側を通過するように燃料を噴射し、成層燃焼を実施する際には、必要燃料量を少なくとも吸気下死点近傍と圧縮行程後半とに分けて噴射し、吸気下死点近傍において前記燃料噴射弁から噴射される燃料は気筒内の排気弁側を下降して気筒内の吸気弁側を上昇するタンブル流を強めるようになっており、圧縮行程後半に前記燃料噴射弁から噴射される燃料は前記ピストン頂面の前記キャビティに沿って気筒内を旋回する前記タンブル流によって点火プラグの点火ギャップへ偏向させられるようになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、燃料噴射弁は点火プラグの下側を通過するように燃料を噴射するために、燃料噴射弁から噴射される液状燃料は直接的に点火プラグの点火ギャップを通過して点火ギャップを濡らすことはない。成層燃焼を実施する際には、必要燃料量を少なくとも吸気下死点近傍と圧縮行程後半とに分けて噴射し、吸気下死点近傍において噴射される燃料は気筒内の排気弁側を下降して気筒内の吸気弁側を上昇するタンブル流を強めるようになっており、こうして強められたタンブル流は圧縮行程においてピストン頂面の排気弁側に偏在するキャビティに沿って気筒内を旋回し、確実に圧縮行程後半まで持続する。圧縮行程後半に噴射される燃料は、この時にキャビティに沿って気筒内を上昇するタンブル流と衝突して偏向され、タンブル流と共に気化しながら点火プラグへ到達するために、点火ギャップを濡らすことはなく、点火ギャップにおいて確実に発生する火花によって確実に着火させられる。この火炎が吸気下死点近傍において噴射されて圧縮行程後半には気筒内に分散する燃料に伝播し、失火発生が十分に抑制された良好な成層燃焼を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１及び３は本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の実施形態を示す概略縦断面図であり、図２はピストン側から見たシリンダヘッドの底面図である。図１は吸気下死点を示し、図３は圧縮行程後半を示している。これらの図において、１は気筒上部略中心に配置されて気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁であり、２は燃料噴射弁５の排気弁側近傍に配置された点火プラグである。３は一対の吸気弁、４は一対の排気弁である。吸気弁３に比較して排気弁４の方が小さく、点火プラグ２は二つの排気弁４の間のスペースに配置されている。５はピストンである。ピストン５の頂面には排気弁側に偏在するキャビティ５ａが形成されている。
【００１０】
本筒内噴射式火花点火内燃機関は、必要燃料量を吸気下死点近傍と圧縮行程後半とに分けて噴射して気筒内全体としては理論空燃比よりリーンな混合気を燃焼させる成層燃焼を主に実施するものである。しかしながら、必要燃料量が多量となる高負荷時には、吸気行程において燃料を噴射して、理論空燃比又はリッチ空燃比での均質燃焼を実施するようにしても良い。
【００１１】
成層燃焼に際して圧縮行程後半に噴射される燃料量を着火可能な最小量とすることにより、圧縮行程後半の時間が短くなる高回転時においても圧縮行程後半での燃料噴射が可能となり、低燃費の成層燃焼の運転領域を高回転側へ拡大することができる。また、必要燃料量の残りは吸気下死点近傍において噴射され、この吸気下死点近傍の燃料噴射量を増量することにより、成層燃焼の運転領域を高負荷側へも拡大することが可能となる。この燃料噴射量の増量に関しては、燃料噴射開始時期を吸気行程側へ早めることが好ましい。
【００１２】
燃料噴射弁１は、点火プラグ２の下側を噴射燃料が通過するように、シリンダボアの排気弁側へ向けて斜め下方向に燃料を噴射するものである。吸気行程において気筒内へ供給された吸気は、シリンダボアの排気弁側を下降して吸気弁側を上昇するタンブル流Ｔを気筒内に形成する。図１に示すように、成層燃焼時に吸気下死点近傍において燃料噴射弁１から噴射される燃料Ｆ１は、自身の貫徹力を利用してタンブル流を強めた後、タンブル流と共に吸気弁側を含めて気筒内全体に分散する。
【００１３】
吸気下死点近傍において噴射される燃料Ｆ１は、点火プラグ２の下側を通過し、直接的に点火プラグ２の点火ギャップを通過することはなく、点火ギャップが液状燃料により濡らされてアークの発生が阻害されるようなことはない。
【００１４】
吸気下死点近傍において燃料Ｆ１により強められたタンブル流Ｔは、圧縮行程においてピストン５が上昇するとピストン５により押圧されるが、圧縮行程末期においても消滅するようなことはない。ピストン頂面に形成されたキャビティ５ａは、特に、部分円弧形状等の断面を有し、タンブル流Ｔがキャビティ５ａに沿う際の抵抗が小さくなっている。それにより、圧縮行程においては、タンブル流Ｔはピストン頂面の排気弁側に偏在するキャビティ５ａに沿って気筒内を旋回するようになり、依然としてシンリダボアの排気弁側に沿って下降するが、シリンダボアの吸気弁側ではなく、気筒内中央部を上昇するものとなる。
【００１５】
それにより、図３に示すように、圧縮行程後半において噴射される燃料Ｆ２は、タンブル流Ｔと衝突して偏向され、タンブル流Ｔと共に気化しながら点火プラグ２へ到達するために点火ギャップを濡らすことはなく、点火ギャップを通過している間に、燃料Ｆ２は、点火ギャップにおいて確実に発生する火花によって確実に着火させられる。この火炎が吸気下死点近傍において噴射されて圧縮行程後半には気筒内全体に分散する燃料Ｆ１に伝播して成層燃焼が実現される。こうして、点火プラグ２の点火ギャップを直接的に液状燃料が通過して点火ギャップを濡らす場合に比較して、失火発生が十分に抑制された成層燃焼を実現することができる。
【００１６】
点火プラグ２は、一般的に、中心電極と、Ｌ字形の板状電極とを有している。本実施形態においては、板状電極の幅方向がタンブル流と略平行となるように点火プラグ２が配置されている。それにより、板状電極の幅方向がタンブル流Ｔに対向する場合（本実施形態に対して左回り又は右回りに９０度回転させた点火プラグ配置の場合）のように、タンブル流が板状電極に衝突して減衰することは抑制される。
【００１７】
本点火プラグ配置においては、板状電極の厚さ方向がタンブル流Ｔに対向することとなるが、板状電極の厚さは薄いためにタンブル流Ｔを殆ど減衰させることはない。この点火プラグ配置によれば、二つの電極の間、すなわち、点火ギャップを通過する際に着火された燃料Ｆ２は、点火プラグ２の板状電極に衝突することなく、タンブル流Ｔと共に気筒内を移動するために、気筒内全体に分散する燃料Ｆ１を良好に燃焼させることができる。
【００１８】
燃料噴射弁１は、例えば、スリット状噴孔を有して、燃料を比較的厚さの薄い略扇形状に燃料を噴射するものである。この扇形状燃料噴霧は、一対の排気弁４（又は一対の吸気弁３）の隣接方向を幅方向として大きく広がるように噴射されるものであり、図１及び３の断面には、この燃料噴霧の厚さ方向が図示されることとなる。燃料噴射弁１から噴射される燃料噴霧の形状は、任意に設定可能であり、例えば、中実又は中空円錐形状、又は、中実柱形状としても良い。いずれにしても燃料噴霧が比較的大きな貫徹力を有して、吸気下死点近傍での噴射時に気筒内のタンブル流Ｔを加速させることが好ましい。
【００１９】
圧縮行程後半に噴射された燃料Ｆ２は、噴射後にタンブル流Ｔと共に点火プラグ２の点火ギャップを通過している間に圧縮行程末期の点火時期となって点火が実施されるようになっていなければならない。それにより、圧縮行程後半の噴射開始時期は、圧縮行程後半の燃料噴射量（燃料噴射時間）と機関回転数とに基づき設定される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の実施形態の吸気下死点における概略縦断面図である。
【図２】図１の筒内噴射式火花点火内燃機関のピストン側から見たシリンダヘッドの底面図である。
【図３】図１の筒内噴射式火花点火内燃機関の圧縮行程後半における概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    燃料噴射弁
２    点火プラグ
５    ピストン
５ａ    キャビティ
Ｔ    タンブル流
【図１】
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【図２】
2007211647.tif 000004
【図３】
2007211647.tif 000005