(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン冠面とシリンダボア内周面とシリンダヘッド下面との間に形成された燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁から噴射された燃料の混合気に点火する点火プラグとを含んで構成され、
筒内に流入した吸気がピストンの上昇に伴い、シリンダ中心軸を基準とする吸気側から排気側へ向かう順タンブル流を形成する吸気ポートの形状とされた筒内直噴式内燃機関において、
前記点火プラグを、該点火プラグ先端の電極が各気筒毎に２つ設けられた排気バルブ間の燃焼室周縁部において該燃焼室内に露出するように、燃焼室壁に配設し、
前記燃料噴射弁を、その先端噴孔が前記順タンブル流を形成する吸気の流れに関して前記点火プラグの電極の上流側で燃焼室内に露出し、かつ燃料の噴射方向が前記ピストン冠面に向くように、燃焼室壁に配設したことを特徴とする筒内直噴式内燃機関。
【請求項２】
前記燃料噴射弁は、その先端噴孔が燃焼室に対応するシリンダヘッド下面の略中央部において該燃焼室内に露出し、かつ燃料噴霧の中心線がシリンダ中心軸に略平行となるように、燃焼室壁に配設されたことを特徴とする請求項１記載の筒内直噴式内燃機関。
【請求項３】
前記燃料噴射弁は、その先端噴孔が燃焼室に対応するシリンダヘッド下面の略中央部において該燃焼室内に露出し、かつ燃料噴霧の中心線が噴孔部分を中心としてシリンダ中心軸位置から排気側に傾動した位置となるように、燃焼室壁に配設されたことを特徴とする請求項１記載の筒内直噴式内燃機関。
【請求項４】
前記燃料噴射弁は、その先端噴孔が各気筒毎に２つ設けられた吸気バルブ間の燃焼室周縁部において該燃焼室内に露出し、かつ燃料噴霧が噴孔部分と点火プラグ先端の電極とを結ぶ線よりも下側の領域に形成されるように、燃焼室壁に配設されたことを特徴とする請求項１記載の筒内直噴式内燃機関。
【請求項５】
前記ピストン冠面の排気側に内面が凹曲面の凹所を形成すると共に、この凹所から吸気側に隆起してシリンダヘッド下面に近接する隆起部を形成したことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の筒内直噴式内燃機関。
【請求項６】
燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内直噴式内燃機関であって、
燃焼室内において、シリンダ中心軸を基準とする吸気側から排気側へ向かう吸気の順タンブル流が形成され、
各気筒毎に２つ設けられた排気バルブ間の燃焼室周縁部に点火プラグを設置するとともに、
前記順タンブル流を形成する吸気の流れに関して前記点火プラグの電極の上流側で、燃料噴射弁によりピストン冠面に向けて燃料を噴射して、前記点火プラグに対し、噴射された燃料のうち、液滴燃料が前記点火プラグの電極に到達するのが妨げられると共に、気化燃料が前記順タンブル流によって前記点火プラグの電極付近に集められるようにした筒内直噴式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内に燃料噴射弁により燃料を直接噴射し、点火プラグによって火花点火を行う筒内直噴式内燃機関に関し、詳しくは、燃料噴射弁と点火プラグの配置改善による燃焼性向上技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の筒内直噴式内燃機関の構造としては、図６に示すようなものがある（特開昭６２−８２２２２号公報参照）。
即ち、このものは、シリンダヘッド３０の幅方向の中央部に単一のカムシャフト３１を配置し、このカムシャフト３１によりスイングアーム３２を介して各気筒毎に設けられた２つの吸気バルブ３３と２つの排気バルブ３４とを駆動する機関であり、点火プラグ３５を、各排気バルブ３４間を通って、その先端の電極３５ａが燃焼室３６の中央部付近に臨むように設ける一方、燃料噴射弁３７を、各吸気バルブ３３間を通り、かつその先端噴孔３７ａが点火プラグ３５の先端の電極３５ａと対向して燃焼室３６の中央部付近に臨むように設けた構成となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の筒内直噴式内燃機関にあっては、上述したように、点火プラグ３５の電極３５ａが燃焼室３６の中央部付近に臨み、燃料噴射弁３７の噴孔３７ａが前記電極３５ａと対向して燃焼室３６の中央部付近に臨んでいる構成であるため、次のような問題点がある。
【０００４】
即ち、燃焼室３６内のガス流動によって燃料噴射弁３７からの燃料噴霧が排気側に流されることと、燃料噴射弁３７の噴孔３７ａと点火プラグ３５の電極３５ａとの距離が、燃料噴霧のペネトレーションと比較してかなり短いこととにより、十分に気化されていない燃料噴霧が点火プラグ３５の電極３５ａに到達してしまい、該電極３５ａに液滴燃料が付着することによって、くすぶり等が生じる等、燃焼性能の悪化を来し、燃焼が不安定となり易くなると共に、機関出力の低下を来す虞があった。
【０００５】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、筒内直噴式内燃機関における燃料噴射弁と点火プラグの配置の改善により、燃焼性能の向上、燃焼の安定性向上、機関出力の向上を図ることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、ピストン冠面とシリンダボア内周面とシリンダヘッド下面との間に形成された燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁から噴射された燃料の混合気に点火する点火プラグとを含んで構成され、筒内に流入した吸気がピストンの上昇に伴い、シリンダ中心軸を基準とする吸気側から排気側へ向かう順タンブル流を形成する吸気ポートの形状とされた筒内直噴式内燃機関において、前記点火プラグを、該点火プラグ先端の電極が各気筒毎に２つ設けられた排気バルブ間の燃焼室周縁部において該燃焼室内に露出するように、燃焼室壁に配設し、前記燃料噴射弁を、その先端噴孔が前記順タンブル流を形成する吸気の流れに関して前記点火プラグの電極の上流側で燃焼室内に露出し、かつ燃料の噴射方向が前記ピストン冠面に向くように、燃焼室壁に配設した。
【０００７】
かかる請求項１に係る発明において、早期噴射時、燃料噴射弁によって燃焼室内に噴射された燃料、即ち、燃料噴霧は、直接点火プラグの電極には向かわず、ピストンの冠面に向かって進行し、ピストンの冠面で受けられる。
又、燃焼室内に導入された吸気は、順タンブル流となる。
ここで、燃料噴霧のうちの液滴燃料は、ペネトレーションが強いため、ピストンの冠面まで到達して、該冠面で受け止められると共に、順タンブル流の作用により、ピストン冠面に沿って点火プラグの電極方向へ進行するのが妨げられ、更に、排気バルブは比較的高温であるため、燃料の気化が更に促進される。
【０００８】
これらの理由によって、液滴燃料が点火プラグの電極に到達するのが極力抑制される。
一方、燃料噴霧のうち、粒径が小さく噴射後に速やかに気化した気化燃料は、燃焼室内の順タンブル流により流されて点火プラグの電極に到達し、ピストン冠面の熱により気化した気化燃料も順タンブル流によって点火プラグの電極まで到達する。
【０００９】
ここで、燃焼室内に保持される順タンブル流によって噴射された直後の燃料噴霧は排気側に流される傾向にあり、かつシリンダボアはシリンダ中心軸と直交する断面において通常略真円であるため、排気バルブ間の燃焼室周縁部に比較的燃料噴霧が集まり易く、かかる排気バルブ間の燃焼室周縁部において点火プラグ先端の電極を燃焼室内に露出させるようにした結果、全ての条件において、燃焼安定性の向上を図ることができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記燃料噴射弁を、その先端噴孔が燃焼室に対応するシリンダヘッド下面の略中央部において該燃焼室内に露出し、かつ燃料噴霧の中心線がシリンダ中心軸に略平行となるように、燃焼室壁に配設した。
かかる構成においては、燃料噴射弁から噴射された燃料が排気バルブ間の燃焼室周縁部に配設された点火プラグの電極へ集中し易くなる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、
前記燃料噴射弁を、その先端噴孔が燃焼室に対応するシリンダヘッド下面の略中央部において該燃焼室内に露出し、かつ燃料噴霧の中心線が噴孔部分を中心としてシリンダ中心軸位置から排気側に傾動した位置となるように、燃焼室壁に配設した。
【００１２】
かかる構成においては、燃料噴射弁から噴射された燃料が排気バルブ間の燃焼室周縁部に配設された点火プラグの電極へより集中し易くなる。
請求項４に係る発明は、前記燃料噴射弁を、その先端噴孔が各気筒毎に２つ設けられた吸気バルブ間の燃焼室周縁部において該燃焼室内に露出し、かつ燃料噴霧が噴孔部分と点火プラグ先端の電極とを結ぶ線よりも下側の領域に形成されるように、燃焼室壁に配設した。
【００１３】
かかる構成においては、燃料噴射弁と点火プラグとの距離が長く、燃料噴霧が噴孔部分と点火プラグの電極とを結ぶ線よりも下側の領域に形成されるため、燃料の点火プラグの電極への到達時間を長くすることができる。
請求項５に係る発明は、
前記ピストン冠面の排気側に内面が凹曲面の凹所を形成すると共に、この凹所から吸気側に隆起してシリンダヘッド下面に近接する隆起部を形成した。
【００１４】
かかる構成においては、ピストンの上死点付近での燃焼室は主として排気側に形成され、混合気温度が比較的高いことに伴い燃焼速度が速くなり、機関出力の向上を図ることができ、又、上死点付近にて吸気側でのスキッシュ流が生じ易く、順タンブル流の発生を更に助長させることができる。
請求項６に係る発明は、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内直噴式内燃機関であって、燃焼室内において、シリンダ中心軸を基準とする吸気側から排気側へ向かう吸気の順タンブル流が形成され、各気筒毎に２つ設けられた排気バルブ間の燃焼室周縁部に点火プラグを設置するとともに、前記順タンブル流を形成する吸気の流れに関して前記点火プラグの電極の上流側で、燃料噴射弁によりピストン冠面に向けて燃料を噴射して、前記点火プラグに対し、噴射された燃料のうち、液滴燃料が前記点火プラグの電極に到達するのが妨げられると共に、気化燃料が前記順タンブル流によって前記点火プラグの電極付近に集められるようにした。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１及び６に係る発明によれば、
燃焼性能の向上を図ることができ、燃焼安定性が向上すると共に、機関出力の向上を図ることができる。
請求項２に係る発明によれば、
燃焼安定性の向上をより図ることができる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、
燃焼安定性の向上を更により図ることができる。
請求項４に係る発明によれば、
順タンブル流によってより多くの気化燃料を点火プラグの電極に供給することができ、又、排気ポートの設計自由度を大きくとることができる。
【００１７】
請求項５に係る発明によれば、
機関出力の向上、燃焼安定性の向上という効果が更に大きくなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１，図２及び図３は、本発明の筒内直噴式内燃機関の一実施形態を示すシリンダ部分の断面図及び平面図であり、ピストン１２の冠面とシリンダボア９ｂ内周面とシリンダヘッド１下面との間には燃焼室８が形成され、この燃焼室８の上部のシリンダヘッド１壁、即ち、シリンダヘッド１下部に形成されたシリンダヘッド燃焼室８Ａの壁には並列する２つの吸気ポート４と並列する２つの排気ポート５とが設けられ、各吸気ポート４には吸気バルブ２が、各排気ポート５には排気バルブ３が、夫々配設され、各吸気ポート４及び各排気ポート５には、夫々吸気マニホールド１９及び排気マニホールド２０が接続される。
【００１９】
ここで、点火プラグ６は、該点火プラグ６先端の電極７が２つの排気バルブ３間の燃焼室８周縁部において該燃焼室８内に露出するように、燃焼室８のピストン１２の冠面と対向するシリンダヘッド１壁、即ち、シリンダヘッド燃焼室８Ａの壁に配設される。この場合、点火プラグ６は、シリンダ中心軸９ａに対して所定の角度をなすように配設される。
【００２０】
一方、燃料噴射弁１０は、その先端噴孔１０ａが燃焼室８に対応するシリンダヘッド１下面の略中央部において該燃焼室８内に露出し、かつ燃料噴霧１１の中心線１１ａがシリンダ中心軸９ａに略平行となるように、シリンダヘッド燃焼室８Ａの壁に配設される。
更に、ピストン１２の冠面は、燃料噴射弁１０から排気側に噴射された燃料の噴霧を受けて、該燃料噴霧が排気バルブ３間に配設された点火プラグ６の電極７方向に向かわしめる形状に形成される。
【００２１】
具体的には、ピストン１２の冠面の排気側に内面が凹曲面の凹所１３が形成され、この凹所１３から吸気側に隆起してシリンダヘッド１下面に近接する隆起部１４が形成される。
又、吸気ポート４は、該吸気ポート４からの吸気が燃焼室８内において順タンブル流１５となるような形状、例えば、下向きに若干湾曲して燃焼室８に連通される形状に形成される。
【００２２】
次に、かかる構成の作用について説明する。
図２及び図３において、早期噴射時、燃料噴射弁１０によって燃焼室８内に噴射された燃料、即ち、燃料噴霧１１は、直接点火プラグ６の電極７には向かわず、ピストン１２の冠面に向かって進行し、ピストン１２の冠面に形成された凹所１３で受けられる。
【００２３】
又、吸気ポート４から燃焼室８内に導入された吸気は、吸気ポート４の形状による作用で、図２及び図３の矢印で示す順タンブル流１５となる。
ここで、図１において、
（１）燃料噴霧１１のうちの液滴燃料１６は、ペネトレーションが強いため、ピストン１２の冠面まで到達して、凹所１３で受け止められる。
（２）液滴燃料１７は、順タンブル流１５の作用により、凹所１３内底面に沿って点火プラグ６の電極７方向へ進行するのが妨げられる。
（３）凹所１３は、排気側に位置しており、実質的な燃焼室８を構成する凹所１３並びに排気バルブ３は共に比較的高温であるため、燃料の気化が更に促進される。
【００２４】
等の理由によって、液滴燃料１７が点火プラグ６の電極７に到達するのが極力抑制される。
これにより、十分に気化されていない燃料噴霧が点火プラグ６の電極７に到達して、該電極７に液滴燃料が付着することによるくすぶり等の発生を抑制でき、燃焼性能の向上を図ることができる。
【００２５】
一方、燃料噴霧のうち、粒径が小さく噴射後に速やかに気化した気化燃料１７は、燃焼室８内の順タンブル流１５により流されて点火プラグ６の電極７に到達し、又、ピストン１２冠面に形成された凹所１３によって、圧縮行程においても順タンブル流１５をピストン１２の上死点付近において保持できるため、ピストン１２冠面の熱により気化した気化燃料１７も順タンブル流１５によって点火プラグ６の電極７まで到達し、これらにより、燃焼安定性が向上する。
【００２６】
ここで、実際には、燃料噴射期間は、機関運転条件によって変化させるようにしているため、この全ての条件で全ての燃料噴霧を凹所１３に受けることはできないが、燃焼室８内に保持される順タンブル流１５によって噴射された直後の燃料噴霧１１は排気側に流される傾向にあり、かつシリンダボア９ｂはシリンダ中心軸と直交する断面において通常略真円であるため、排気バルブ３間の燃焼室８周縁部に比較的燃料噴霧１１が集まり易く、かかる排気バルブ３間の燃焼室８周縁部において点火プラグ６先端の電極７を燃焼室８内に露出させるようにした結果、燃料噴霧１１を凹所１３に受けることはできない条件においても、燃焼安定性の向上を図ることができる。
【００２７】
又、上記の構成によると、ピストン１２冠面には、排気側に形成された凹所１３から吸気側に隆起してシリンダヘッド１下面に近接する隆起部１４を形成するようにしたから、上死点付近にて吸気側でのスキッシュ流が生じ易く、順タンブル流１５の発生を更に助長させることができ、前述した順タンブル流１５による効果、即ち、気化燃料が順タンブル流１５によって点火プラグ６の電極７まで到達して、燃焼安定性が向上するという効果が更に大きくなる。
【００２８】
更に、ピストン１２冠面の排気側に内面が凹曲面の凹所１３が形成されているため、ピストン１２の上死点付近での燃焼室８は主として排気側に形成され、混合気温度が比較的高いことに伴い燃焼速度が速くなり、機関出力の向上を図ることができる。
図４は、本発明の筒内直噴式内燃機関の他の実施形態を示すシリンダ部分の断面図であり、この実施形態においては、燃料噴射弁１０を、その先端噴孔１０ａが燃焼室８に対応するシリンダヘッド１下面の略中央部において該燃焼室８内に露出し、かつ燃料噴霧１１の中心線１１ａが噴孔１０ａ部分を中心としてシリンダ中心軸９ａ位置から排気側に傾動した位置となるように、シリンダヘッド燃焼室８Ａの壁に配設するようにしている。
【００２９】
かかる構成によれば、燃料噴射弁１０から噴射された燃料が排気バルブ３間の燃焼室８周縁部に配設された点火プラグ６の電極７へより集中し易くなり、燃焼安定性の向上をより図ることができる。
図５は、本発明の筒内直噴式内燃機関の更に他の実施形態を示すシリンダ部分の断面図であり、この実施形態においては、燃料噴射弁１０を、その先端噴孔１０ａが各気筒毎に２つ設けられた吸気バルブ２間の燃焼室８周縁部において該燃焼室８内に露出し、かつ燃料噴霧が噴孔１０ａ部分と点火プラグ６先端の電極７とを結ぶ線２３よりも下側の領域に形成されるように、シリンダヘッド燃焼室８Ａの壁に配設するようにしている。
【００３０】
かかる構成によれば、燃料噴射弁１０と点火プラグ６との距離が長く、燃料噴霧１１が噴孔１０ａ部分と点火プラグ６の電極７とを結ぶ線２３よりも下側の領域に形成されるため、燃料の点火プラグ６の電極７への到達時間を長くすることができ、この長い時間にて順タンブル流１５によってより多くの気化燃料１７を点火プラグ６の電極７に供給することができる。
【００３１】
尚、上述した全ての実施形態においては、夫々点火プラグ６を２つ設けられた排気バルブ３間の位置に配設するようにしているため、点火プラグ６の組み付け性の悪化を来す虞はない。
又、図５の実施形態においては、燃料噴射弁１０を排気ポート５から離れた吸気バルブ２側の位置に配設しているため、排気ポート５の設計自由度を大きくとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の筒内直噴式内燃機関の一実施形態を示すシリンダ部分の断面図
【図２】  本発明の筒内直噴式内燃機関の一実施形態を示すシリンダ部分の断面図
【図３】  同上の平面図
【図４】  他の実施形態を示すシリンダ部分の断面図
【図５】  更に他の実施形態を示すシリンダ部分の断面図
【図６】  従来の筒内直噴式内燃機関のを示す断面図
【符号の説明】
１  シリンダヘッド
２  吸気バルブ
３  排気バルブ
４  吸気ポート
５  排気ポート
６  点火プラグ
７  電極
８  燃焼室
９ｂ  シリンダボア
１０  燃料噴射弁
１０ａ  噴孔
１２  ピストン
【図１】
0003867319.tif 000002
【図２】
0003867319.tif 000003
【図３】
0003867319.tif 000004
【図４】
0003867319.tif 000005
【図５】
0003867319.tif 000006
【図６】
0003867319.tif 000007