(57)【要約】【課題】シリンダボアの内径が小さくなった場合であっても、噴射された燃料を効率的に空気と混合させることができ、小型化を図る上で有利な内燃機関を提供すること。【解決手段】内燃機関１０は、燃焼室１２の一部を形成するピストン１４と、ピストン１４の頂部１４２に対向するヘッド面１８０を有し燃焼室１２の一部を形成するシリンダヘッド１８と、ヘッド面１８０に設けられ複数の噴孔２０２からピストン１４の頂面に周方向に間隔をおいて燃料の噴霧Ｆを噴射するインジェクタ２０と、を備える。シリンダヘッド１８のヘッド面１８０には、インジェクタ２０を中心とし各々の噴孔２０２に対応して燃料の噴射方向に沿って延在する凹溝４０が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の一部を形成するピストンと、前記ピストンの頂部に対向するヘッド面を有し前記燃焼室の一部を形成するシリンダヘッドと、前記ヘッド面に設けられ複数の噴孔から前記ピストンの頂面に周方向に間隔をおいて燃料の噴霧を噴射するインジェクタと、を備える内燃機関であって、
前記ヘッド面に、前記インジェクタを中心とし各々の前記噴孔に対応して前記燃料の噴射方向に沿って延在する凹溝が設けられている、
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記凹溝は、前記インジェクタから離れるにつれて前記ヘッド面に対する深さが次第に減少する、
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記ヘッド面に、吸気ポートが開口する吸気用開口と、排気ポートが開口する排気用開口とが設けられており、
前記凹溝は、前記吸気用開口および前記排気用開口に重ならない位置に設けられている、
ことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関。
【請求項４】
複数の前記凹溝はその形状、長さが同一である、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室内に燃料を直接噴射する直接噴射式の内燃機関では、燃焼後の煤等の発生を抑制するために、噴射した燃料と周囲の空気とを均一に混合させるための技術が開発されている。
例えば、下記特許文献１では、インジェクタからキャビティに向けて噴射された燃料の噴霧が、キャビティの壁面に衝突した後にシリンダヘッドに到達して、燃焼室の周方向に広がり、隣り合う噴霧同士が干渉することによる燃料の過濃領域の形成を抑制すると共に、燃料から燃焼室への熱損失を低減することを目的として、シリンダヘッドのヘッド面の、インジェクタから噴射された噴霧がキャビティの壁面に衝突した後に到達する部分に、燃焼室の内外方向に沿って形成された複数のヘッド用溝を設けている。
【０００３】
また、下記特許文献２では、噴射された燃料の分散（不均一な分布）を抑制し、排気ガス中に含まれるＮＯｘ及び煤の量を低減することを目的として、燃料噴射ノズルの近傍で且つ燃料噴射軸に沿って配置した整流通路を有すると共に、整流通路が、燃料噴射ノズルに固定されて、燃料噴射ノズルから噴射された噴霧燃料が、整流通路内を通過するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１５８４４号公報
【特許文献２】特開２０１３−９２１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、内燃機関の小型化の要請が高まっている。
ここで、小型化にともないシリンダボアの内径が小さくなると、インジェクタの噴孔と燃焼室との距離が短くなり、燃料と空気の混合を効率良く行なう上で不利となる。
上述した従来技術は、内燃機関の小型化については考慮されておらず、改善の余地がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、シリンダボアの内径が小さくなった場合であっても、噴射された燃料を効率的に空気と混合させることができ、小型化を図る上で有利な内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、請求項１の発明にかかる内燃機関は、燃焼室の一部を形成するピストンと、前記ピストンの頂部に対向するヘッド面を有し前記燃焼室の一部を形成するシリンダヘッドと、前記ヘッド面に設けられ複数の噴孔から前記ピストンの頂面に周方向に間隔をおいて燃料の噴霧を噴射するインジェクタと、を備える内燃機関であって、前記ヘッド面に、前記インジェクタを中心とし各々の前記噴孔に対応して前記燃料の噴射方向に沿って延在する凹溝が設けられている、ことを特徴とする。
請求項２の発明にかかる内燃機関は、前記凹溝は、前記インジェクタから離れるにつれて前記ヘッド面に対する深さが次第に減少する、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかる内燃機関は、前記ヘッド面に、吸気ポートが開口する吸気用開口と、排気ポートが開口する排気用開口とが設けられており、前記凹溝は、前記吸気用開口および前記排気用開口に重ならない位置に設けられている、ことを特徴とする。
請求項４の発明にかかる内燃機関は、複数の前記凹溝はその形状、長さが同一である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明によれば、インジェクタを中心として各々の噴孔に対応して燃料の噴射方向に沿って延在する凹溝が設けられているので、凹溝内の空気（ガス）が噴霧の流動によって噴霧内に流れこみ、燃料と空気との混合が促進される。
また、凹溝により各噴孔からの噴霧の拡散方向が規制されるため、異なる噴孔から噴射された噴霧間の干渉を防止し、燃焼室内の燃料分布を適切に保つことができる。
したがって、小型化にともないシリンダボアの内径が小さくなった場合であっても、燃料と空気との混合を促進する上で有利となり、この結果、噴霧中の当量比が低下し、燃焼後の煤の発生を抑制する上で有利となる。
また、凹溝によって噴霧の流れがガイドされるため、インジェクタをヘッド面よりも奥まった位置（燃焼箇所から遠い位置）に配置することができ、インジェクタに対する熱の影響を軽減し、耐久性を向上させる上で有利となる。
請求項２の発明によれば、凹溝の深さはインジェクタから離れるにつれて次第に減少するので、噴霧と空気との混合効率をさらに向上させる上で有利となる。
請求項３の発明によれば、凹溝がヘッド面に設けられた吸気用開口および排気用開口に重ならない位置に設けられているので、凹溝により吸気バルブおよび排気バルブの動きを妨げることがなく、燃焼室への吸気および排気を円滑に行うことができる。
請求項４の発明によれば、複数の凹溝の形状、長さが同一であるので、各噴孔からの噴霧を均一に拡散することができ、燃焼室内の燃料分布を適切に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態にかかる内燃機関１０の構成を示す説明図である。
【図２】インジェクタ２０が組み込まれ吸気バルブ２６および排気バルブ２８を取り除いた状態のヘッド面１８０をシリンダボア１５側から見た図である。
【図３】ヘッド面１８０の中央部の拡大斜視図である。
【図４】凹溝４０の断面図である。
【図５】ヘッド面１８０の中央部の拡大正面図である。
【図６】インジェクタ２０からの燃料噴射状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる内燃機関の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
（実施の形態）
図１は、実施の形態にかかる内燃機関１０の構成を示す説明図であり、より詳細には、内燃機関１０の燃焼室１２周辺の断面図、図２はシリンダボア側から見たヘッド面１８０の図である。
内燃機関１０は、燃焼室１２内に直接燃料を噴射する直噴エンジンであり、例えばディーゼルエンジンやガソリン直噴エンジン等である。
シリンダブロック１６のシリンダボア１５にピストン１４が組み込まれ、ピストン１４の頂部１４２にキャビティ１３が形成されている。
シリンダヘッド１８のうちシリンダボア１５の内側に位置する部分であるヘッド面１８０の中央に、インジェクタ２０が配置されている。
インジェクタ２０の周囲のシリンダヘッド１８の箇所には、２つの吸気ポート２２と２つの排気ポート２４が設けられ、吸気ポート２２は吸気バルブ２６により開閉され、排気ポート２４は排気バルブ２８により開閉される。なお、図１および図２において、符号３０は吸気ポート２２が開口する吸気用開口、符号３２は排気ポート２４が開口する排気用開口、符号３４，３６はバルブシート、符号２３，２５は吸気バルブ２６、排気バルブ２８のステムの挿通孔を示している。
【００１１】
燃焼室１２は、シリンダボア１５と、ピストン１４の頂部１４２と、ヘッド面１８０により形成されている。
ピストン１４の頂部１４２に形成されたキャビティ１３は、ピストン１４の中心軸の箇所が最も高位に位置する円錐面状の底面１３２と、底面１３２の外周部から起立する湾曲面状側面部１３４と、湾曲面状側面部１３４の上部から次第に拡径しつつ端面１３５に接続する傾斜面状側面部１３６とで構成されている。なお、キャビティ１３の形状は、図１に示したリエントラント型に限らず、トロイダル型等の従来公知の様々な形状を適用可能である。
本実施の形態では、ピストン１４の頂部１４２の壁面であるピストン頂面は、端面１３５と、キャビティ１３の壁面である底面１３２と、湾曲面状側面部１３４と、傾斜面状側面部１３６とで構成されている。
図５に示すように、燃焼室１２に配置されたインジェクタ２０のノズル２０４には、湾曲面状側面部１３４の上部の周方向に間隔をおいた複数箇所に燃料の噴霧Ｆ（図６参照）を噴射する複数の噴孔２０２が設けられている。
各々の噴孔２０２から噴射される燃料の噴霧Ｆは燃焼室１２の周方向に噴射される。
なお、図１に示すように、インジェクタ２０は大部分がシリンダヘッド１８内に収納されており、ノズル２０４のみがヘッド面１８０から露出している。これは、内燃機関１０の小型化に伴ってインジェクタ２０周辺の温度が高温になりやすくなっていることから、熱によるインジェクタ２０の傷みを軽減するために、燃焼室１２への露出面積を小さくしたものである。
【００１２】
ヘッド面１８０は円形の平坦面で形成されている。
シリンダボア１５の中心軸上に位置するヘッド面１８０の中心部には、インジェクタ２０が挿入されるインジェクタ挿入孔１８４が形成されている。
インジェクタ挿入孔１８４の内周面とヘッド面１８０とが交差する箇所に面取り１８６が施されている。
そして、インジェクタ挿入孔１８４に組み込まれたインジェクタ２０の８つの噴孔２０２に対応した箇所に、図３に示すように、インジェクタ挿入孔１８４の内周面からヘッド面１８０にわたって凹溝４０が形成されている。
本実施の形態では８つの噴孔２０２に対応して８つの凹溝４０が設けられている。各凹溝４０は同一形状で、その長さＬ（図６参照）はすべての凹溝４０において同一である。
凹溝４０を同一形状とすることで、インジェクタ２０の噴孔２０２から噴射された燃料空気との混合を偏り無く均等に促進することができる。
【００１３】
図６に示すように、凹溝４０は、インジェクタ側に位置する始端部４０２と、始端部４０２からインジェクタ挿入孔１８４の半径方向外側に延在する中間部４０４と、ヘッド面１８０に接続する終端部４０６とを備えている。
凹溝４０の延在方向は、それぞれの噴孔２０２からの燃料の噴出方向と一致している。
【００１４】
図４Ａは図６のＡ−Ａ断面図（始端部４０２付近）であり、図４Ｂは図６のＢ−Ｂ断面図（中間部４０４付近）であり、図４Ｃは図６のＣ−Ｃ断面図（終端部４０６付近）である。
凹溝４０は、湾曲面で形成され、ヘッド面１８０に対する凹溝４０の深さＤはインジェクタ２０から離れるにつれて次第に減少するように形成されている。すなわち、図４において深さＤ１＞Ｄ２＞Ｄ３となっている。
また、凹溝４０の幅Ｗは、凹溝４０の延在方向の中間部４０４が最も広くなるように形成されている。すなわち、図４において幅Ｗ２＞Ｗ１，Ｗ３となっている。
それら凹溝４０の深さＤと幅Ｗは、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、噴孔２０２から噴射される燃料の噴霧形状に対応して形成されている。
詳細には、図４Ａに示すように、インジェクタ２０寄りの凹溝４０の箇所（始端部４０２付近）では、噴孔２０２から噴射された噴霧Ｆ１が凹溝４０の壁面との間に隙間Ｓ１を確保した状態で凹溝４０の内側に位置する。
図４Ｂに示すように、凹溝４０の延在方向の中間部４０４付近では、噴孔２０２から噴射された噴霧Ｆ２の上半部が凹溝４０の壁面との間に隙間Ｓ２を確保した状態で凹溝４０の内側に位置する。
図４Ｃに示すように、凹溝４０の延在方向の終端部４０６付近では、噴孔２０２から噴射された噴霧Ｆ３は、凹溝４０の壁面との間に隙間Ｓ３を確保した状態で凹溝４０及びヘッド面１８０の下方に位置する。
【００１５】
また、図２に示すように、凹溝４０は、ヘッド面１８０に設けられた吸気用開口３０および排気用開口３２に重ならない位置に設けられている。本実施の形態では、バルブシート３４，３６にも重ならない位置に凹溝４０が設けられている。
さらに好適には、凹溝４０の長さＬは、インジェクタ２０の噴口２０２と吸気用開口３０および排気用開口３２との距離のうち最短の距離と等しい長さに形成される。これにより、各々の凹溝４０を同一形状としつつ凹溝４０の長さＬを最長とすることができる。そのため、インジェクタ２０の噴口２０２から噴射された燃料と空気との混合を更に促進する事ができる。
【００１６】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
図６に示すように、インジェクタ２０の噴孔２０２から燃料の噴霧Ｆが噴射されると、噴霧Ｆは噴孔２０２を頂点とする円錐形に拡散しながら凹溝４０内を通過し湾曲面状側面部１３４の上部に到達する。
ここで、ヘッド面１８０の近傍に位置する空気（ガス）および凹溝４０内の空気は、噴霧Ｆの流動によって噴霧Ｆ内に流れこみ、燃料と空気との混合が促進される。この空気の流れ込みを図４、図６において矢印で示している。この場合、噴霧Ｆ１の上流寄りでは、図４Ａに示すように噴霧Ｆ１が凹溝４０の壁面と隙間Ｓ１を確保した状態で凹溝４０内に位置し、あるいは、図４Ｂに示すように噴霧Ｆ２の上部が凹溝４０の壁面と隙間Ｓ２を確保した状態で凹溝４０内に位置しているため、燃料と空気との混合がより促進される。
したがって、小型化にともないシリンダボア１５の内径が小さくなり、噴孔２０２からキャビティ１３の壁面までの距離が短くなった場合であっても、燃料と空気との混合を促進する上で有利となり、この結果、噴霧中の当量比が低下して燃焼後の煤の発生を抑制する上で有利となる。
また、凹溝４０により各噴孔２０２からの噴霧Ｆの拡散方向が規制されるため、各噴孔２０２から噴射された噴霧Ｆ間の干渉を防止し、燃焼室１２内の燃料分布を適切に保つ上で有利となる。
さらに、噴孔２０２から凹溝４０内に燃料が噴射されるため、インジェクタ２０をヘッド面１８０よりも奥まった位置（燃焼箇所から遠い位置）に配置することができ、インジェクタ２０に対する熱の影響を軽減し、耐久性を向上させることができる。
【００１７】
また、噴孔２０２から噴射される燃料の噴霧形状に対応させ、凹溝４０の深さＤはインジェクタ２０から離れるにつれて次第に減少するので、噴霧Ｆと空気との混合効率を向上させる上で有利となる。
また、凹溝４０は、ヘッド面１８０に設けられた吸気用開口３０および排気用開口３２に重ならない位置に設けられているので、凹溝４０により吸気バルブ２６および排気バルブ２８の動きを妨げることがなく、燃焼室１２への吸気および排気を円滑に行うことができる。
また、複数の凹溝４０の形状、長さＬが同一であるので、各噴孔２０２からの噴霧Ｆを均一に拡散することができ、燃焼室１２内の燃料分布を適切に保つことができる。
【符号の説明】
【００１８】
１０  内燃機関
１２  燃焼室
１３  キャビティ
１３２  底面
１３４  湾曲面状側面部
１３６  傾斜面状側面部
１４  ピストン
１４２  頂部
１５  シリンダボア
１６  シリンダブロック
１８  シリンダヘッド
２０  インジェクタ
２０２  噴孔
２０４  ノズル
２２  吸気ポート
２４  排気ポート
２６  吸気バルブ
２８  排気バルブ
３０  吸気用開口
３２  排気用開口
３４，３６  バルブシート
４０  凹溝
４０２  始端部
４０４  中間部
４０６  終端部
１８０  ヘッド面
１８４  インジェクタ挿入孔
Ｆ（Ｆ１〜Ｆ３）  噴霧
【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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