(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室（１２ａ）を有するシリンダヘッド（１２）に，燃焼室（１２ａ）内面の略中心部に電極（１４ａ）を臨ませる点火プラグ（１４）を装着すると共に，シリンダボア（１１ａ）の内周面接線方向に向かって燃焼室（１２ａ）に開口する第１吸気ポート（１５1）と，この第１吸気ポート（１５1）を開閉する第１吸気弁（２０1）と，前記電極（１４ａ）に近接して燃焼室（１２ａ）に開口する第２吸気ポート（１５2）と，この第２吸気ポート（１５2）を開閉する第２吸気弁（２０2）と，燃焼室（１２ａ）に開口する排気ポート（１６）と，この排気ポート（１６）を開閉する排気弁（２１とを設け，前記第１吸気ポート（１５1）より希薄混合気もしくは空気を燃焼室（１２ａ）に，また前記第２吸気ポート（１５2）より濃厚混合気を燃焼室（１２ａ）にそれぞれ供給し，排気ポート（１６）より燃焼室（１２ａ）内の燃焼ガスを排出するようにした，成層燃焼式内燃機関において，
前記第２吸気ポート（１５2）の燃焼室（１２ａ）への開口部と前記電極（１４ａ）との間を結ぶ混合気誘導溝（２３）と，前記開口部の，前記混合気誘導溝（２３）と反対側の略半周部分を囲む混合気規制壁（２４）を燃焼室（１２ａ）の内面に形成し，
前記第１吸気弁（２０1）および排気弁（２１）の開閉タイミング間に弁重合期間（Ａ）を設定し，前記第２吸気弁（２０2）の開弁開始時期を前記排気弁（２１）の閉弁終了時期に略合わせるように設定し，前記第１吸気弁（２０1）および第２吸気弁（２０2）の閉弁終了時期を互いに略一致するように設定したことを特徴とする，成層燃焼式内燃機関。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関において，前記第２吸気弁（２０2）の開弁リフトを，前記第１吸気弁（２０1）の開弁リフトよりも小さく設定したことを特徴とする，成層燃焼式内燃機関。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内燃機関において，前記第２吸気ポート（１５2）の燃焼室（１２ａ）への開口部を前記電極（１４ａ）へ指向させたことを特徴とする，成層燃焼式内燃機関。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の内燃機関において，前記第１吸気ポート（１５1 ）の燃焼室（１２ａ）への開口部を，前記第２吸気ポート（１５2）の燃焼室（１２ａ）への開口部よりも燃焼室（１２ａ）の半径方向外方に配置したことを特徴とする，成層燃焼式内燃機関。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の内燃機関において，前記混合気規制壁（２４）を，燃焼室（１２ａ）の周縁部に形成されるスキッシュ壁（２５）に連続的に形成したことを特徴とする，成層燃焼式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，燃焼室を有するシリンダヘッドに，燃焼室内面の略中心部に電極を臨ませる点火プラグを装着すると共に，シリンダボアの内周面接線方向に向かって燃焼室に開口する第１吸気ポートと，前記電極に近接して燃焼室に開口する第２吸気ポートとを設け，前記第１吸気ポートより希薄混合気もしくは空気を燃焼室に，また前記第２吸気ポートより濃厚混合気を燃焼室にそれぞれ供給するようにした成層燃焼式内燃機関の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の内燃機関は，例えば特開昭５６−９６１１８号公報に開示されるように，公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の内燃機関では，第１吸気ポートから燃焼室に供給された希薄混合気又は空気が燃焼室及びシリンダボア内でスワールを発生すること，第２吸気ポートから燃焼室に供給された濃厚混合気が点火プラグの電極周りに集中することにより，成層燃焼が可能となり，燃費の低減及び排気エミッションの向上を図ることができるとされている。
【０００４】
しかしながら，従来のものでは，点火プラグの電極周りへの濃厚混合気の集中化が充分に行われているとは言い難い。
【０００５】
本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，点火プラグの電極周りへの濃厚混合気の集中化を的確に行うことができて，燃費と排気エミッションの低減に寄与し得る，前記成層燃焼式内燃機関を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために，本発明は，燃焼室を有するシリンダヘッドに，燃焼室内面の略中心部に電極を臨ませる点火プラグを装着すると共に，シリンダボアの内周面接線方向に向かって燃焼室に開口する第１吸気ポートと，この第１吸気ポートを開閉する第１吸気弁と，前記電極に近接して燃焼室に開口する第２吸気ポートと，この第２吸気ポートを開閉する第２吸気弁と，燃焼室に開口する排気ポートと，この排気ポートを開閉する排気弁とを設け，前記第１吸気ポートより希薄混合気もしくは空気を燃焼室に，また前記第２吸気ポートより濃厚混合気を燃焼室にそれぞれ供給し，排気ポートより燃焼室内の燃焼ガスを排出するようにした，成層燃焼式内燃機関において，前記第２吸気ポートの燃焼室への開口部と前記電極との間を結ぶ混合気誘導溝と，前記開口部の，前記混合気誘導溝と反対側の略半周部分を囲む混合気規制壁を燃焼室の内面に形成し，前記第１吸気弁および排気弁の開閉タイミング間に弁重合期間を設定し，前記第２吸気弁の開弁開始時期を前記排気弁の閉弁終了時期に略合わせるように設定し，前記第１吸気弁および第２吸気弁の閉弁終了時期を互いに略一致するように設定したことを第１の特徴とする。
【０００７】
この第１の特徴によれば，第１吸気弁および排気弁の開閉タイミング間に両弁が共に開弁する弁重合期間が設けられるので，該弁重合期間では，第１吸気ポートから燃焼室に吸入された空気が，排気ポートから排出される排気の慣性効果により燃焼室に残留した燃焼ガスを伴って排気ポートへ排出され，その際，第１吸気ポートが下流端をシリンダボアの内周面接線方向に指向させていることで，上記空気は燃焼室でスワールを起こして掃気効果を高めることができる。また，排気弁が閉じると，第１吸気ポートを通過した空気と，第１燃料噴射弁から噴射された燃料とがスワールを起こしながらシリンダボア内に吸入されていき，混合状態が良好な希薄混合気をつくると共に，排気弁が閉弁する時期に略合わせて第２吸気弁が開弁し，第２吸気ポートを通過した空気と，第２燃料噴射弁から噴射された燃料とがシリンダボア内に吸入されて濃厚混合気をつくり，その結果，エンジンの吸気行程時，第１吸気ポートからシリンダボアに吸入された希薄混合気又は空気はシリンダボアの内周面に沿ってスワールを生起し，一方，第２吸気ポートからシリンダボアに吸入された濃厚混合気は点火プラグの電極周りに集まる。その際，特に，濃厚混合気は，混合気誘導溝による誘導と，混合気規制壁による進路規制とにより点火プラグの電極周りに効果的に集中することができる。
【０００８】
したがって，その後，圧縮行程の終期に点火プラグが点火されると，先ず濃厚混合気が着火，燃焼し，火炎が希薄混合気に広がってそれを燃焼させる。こうして成層燃焼が確実に行われ，燃費と排気エミッションの低減を図ることができる。
【０００９】
また本発明は，上記特徴に加えて，前記第２吸気弁の開弁リフトを，前記第１吸気弁の開弁リフトよりも小さく設定したことを第２の特徴とする。
【００１０】
また本発明は，第１又は第２の特徴に加えて，前記第２吸気ポートの燃焼室への開口部を前記電極へ指向させたことを第３の特徴とする。
【００１１】
この第３の特徴によれば，第２吸気ポートを通過した濃厚混合気を点火プラグの電極へスムーズに向かわせることができ，該電極での濃厚混合気の集中化を促進することができる。
【００１２】
さらに本発明は，第１〜第３の何れかの特徴に加えて，前記第１吸気ポートの燃焼室への開口部を，前記第２吸気ポートの燃焼室への開口部よりも燃焼室の半径方向外方に配置したことを第４の特徴とする。
【００１３】
この第４の特徴によれば，シリンダボア内で生じさせる希薄混合気又は空気のスワールを，点火プラグの電極周りの濃厚混合気集合部から極力離して，濃厚混合気の拡散を少なく抑えることができる。その結果，比較的少量の濃厚混合気でも成層燃焼が可能となり，燃費と排気エミッションの更なる低減を図ることができる。
【００１４】
さらにまた本発明は，第１〜第４の何れかの特徴に加えて，前記混合気規制壁を，燃焼室の周縁部に形成されるスキッシュ壁に連続的に形成したことを第５の特徴とする。
【００１５】
この第５の特徴によれば，混合気規制壁は，圧縮行程時，スキッシュ壁と協働して，希薄混合気にスキッシュを与えることができ，これにより点火時，火炎の伝播速度を速め，燃焼効率の向上を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の一実施例に基づいて以下に説明する。
【００１７】
図１は本発明に係る成層燃焼式内燃機関のシリンダヘッドの底面図，図２は図１の２−２線に沿う同内燃機関の縦断面図，図３は図１の３−３線に沿う同内燃機関の縦断面図，図４は同内燃機関の吸気及び排気弁の開閉タイミング線図である。
【００１８】
先ず，図１〜図３において，成層燃焼式内燃機関１０は，シリンダブロック１１と，このシリンダブロック１１の上端面に接合されるシリンダヘッド１２とを備える。シリンダヘッド１２は，シリンダブロック１１のシリンダボア１１ａに連なる燃焼室１２ａを有しており，この燃焼室１２ａに上端面を対面させるピストン１３がシリンダボア１１ａ内を摺動する。
【００１９】
シリンダヘッド１２には点火プラグ１４が，その電極１４ａを燃焼室１２ａ内面の略中心部に臨ませるようにして螺着される。
【００２０】
またシリンダヘッド１２には，それぞれ燃焼室１２ａに開口する第１吸気ポート１５1，第２吸気ポート１５2及び排気ポート１６が設けられると共に，これらポート１５1，１５2，１６の燃焼室１２ａへの開口部に形成された弁座１７1，１７2，１８と協働して，これらのポート１５1，１５2，１６を開閉する第１吸気弁２０1，第２吸気弁２０2及び排気弁２１が設けられる。
【００２１】
第１及び第２吸気ポート１５1，１５2には，それぞれの弁座１７1，１７2に向けて燃料を噴射し得る第１及び第２燃料噴射弁２２1，２２2がそれぞれ設けられる。第１燃料噴射弁２２1の燃料噴射量は，第１吸気ポート１５1を通る吸入空気と混合して希薄混合気をつくるように設定され，第２燃料噴射弁２２2の燃料噴射量は，第２吸気ポート１５2を通る吸入空気と混合して濃厚混合気をつくるように設定される。
【００２２】
第１吸気ポート１５1は，その燃焼室１２ａへの開口部がシリンダボア１１ａの内周面接線方向に指向するように形成される。また第２吸気ポート１５2は，その燃焼室１２ａへの開口部が前記電極１４ａに近接し，且つそれを指向するように形成される。その際，第１及び第２吸気ポート１５1，１５2は，図１に示すように，平面視で互いに平行し，且つ第１吸気ポート１５1の燃焼室１２ａへの開口部が第２吸気ポート１５2の燃焼室１２ａへの開口部より燃焼室１２ａの半径方向外方にくるように配置される。
【００２３】
排気ポート１６は，前記電極１４ａを挟んで第２吸気ポート１５2と反対側に配置される。
【００２４】
燃焼室１２ａの内面には，第２吸気ポート１５2の燃焼室１２ａへの開口部と前記電極１４ａとの間を結ぶ混合気誘導溝２３と，第２吸気ポート１５2の燃焼室１２ａへの開口部の，前記混合気誘導溝２３と反対側の略半周部分を囲む混合気規制壁２４とが形成される。またこの混合気規制壁２４は，燃焼室１２ａの周縁部に形成されるスキッシュ壁２５に連続的に形成される。
【００２５】
前記第１，第２吸気弁２０1，２０2及び排気弁２１は，図示しない周知の動弁機構により開閉駆動されるもので，その開閉タイミングを図４に示す。同図において，Ｉ1は第１吸気弁２０1，Ｉ2は第２吸気弁２０2，Ｅは排気弁２１のそれぞれの開閉タイミングを示すもので，Ｅ及びＩ1には弁重合期間Ａが設けられ，Ｉ2の開弁開始時期はＥの閉弁終了時期に略合わせられ，Ｉ1及びＩ2の閉弁終了時期は互いに略一致させられる。またＩ2の開弁リフトは，Ｉ1のそれより小さく設定される。
【００２６】
次に，この実施例の作用について説明する。
【００２７】
排気弁２１が閉じ終わる手前で第１吸気弁２０1が開き始め，両弁２１，２０1が共に開弁している弁重合期間Ａでは，排気慣性により燃焼室１２ａが掃気される。即ち，慣性効果により第１吸気ポート１５1から燃焼室１２ａに吸入された空気が燃焼室１２ａに残留した燃焼ガスを伴って排気ポート１６へ排出されるのであるが，第１吸気ポート１５1は，下流端をシリンダボア１１ａの内周面接線方向に指向させているから，上記空気は燃焼室１２ａ内でスワールを起こして掃気効果を高めることができる。
【００２８】
その後，排気弁２１が閉じると，吸気行程の進行に伴い，第１吸気ポート１５1を通過した空気と，第１燃料噴射弁２２1から噴射された燃料とが，上記の場合と同様にスワールを起こしながらシリンダボア１１ａ内に吸入されていき，混合状態が良好な希薄混合気Ｌをつくる。
【００２９】
第１吸気弁２０1が開くと，間もなく第２吸気弁２０2が開くので，第２吸気ポート１５2を通過した空気と，第２燃料噴射弁２２2から噴射された燃料とがシリンダボア１１ａ内に吸入され，濃厚混合気Ｒをつくる。
【００３０】
ところで，第２吸気ポート１５2は，その下流端を点火プラグ１４の電極１４ａに向けて配置され，また燃焼室１２ａの内壁には，第２吸気ポート１５2の下流端と点火プラグ１４とを結ぶ混合気誘導溝２３と，第２吸気ポート１５2の下流端の，点火プラグ１４と反対側の略半周を取り囲む混合気規制壁２４が形成されているから，上記濃厚混合気Ｒは，第２吸気ポート１５2及び混合気誘導溝２３による誘導と，混合気規制壁２４による進路規制とにより，図３に示すように，点火プラグ１４の電極１４ａ周りに濃厚混合気集合領域Ｃを効果的につくる。しかもこの濃厚混合気集合領域Ｃは，燃焼室１２ａの略中心部に位置するから，濃厚混合気Ｒが希薄混合気Ｌのスワールによって拡散されることが少ない。特に，第１吸気ポート１５1の燃焼室１２ａへの開口部が，第２吸気ポート１５2の燃焼室１２ａへの開口部よりも燃焼室１２ａの半径方向外方に配置されているので，希薄混合気Ｌのスワールを，濃厚混合気集合領域Ｃから極力離して，濃厚混合気の拡散を少なく抑えることができる。
【００３１】
その結果，第１及び第２吸気弁２０1，２０2の閉弁後，圧縮行程の終期に点火プラグ１４が点火されると，先ず濃厚混合気集合領域Ｃで着火，燃焼が的確に起こり，その火炎が周囲に広がって希薄混合気を燃焼させる。こうして成層燃焼が確実に行われ，燃費と排気エミッションの低減を図ることができる。
【００３２】
また上記圧縮行程時には，前記混合気規制壁２４がスキッシュ壁２５と協働して，希薄混合気にスキッシュ効果を与えることゝなり，これにより点火時，火炎の伝播速度を速め，燃焼効率の向上を図ることができる。
【００３３】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，第１燃料噴射弁２２1を廃止して，第１吸気ポート１５1からは燃焼室１２ａに空気のみを供給するようにしてもよい。その場合は，シリンダボア１１ａ内で起こる空気のみのスワールに濃厚混合気の一部が拡散することにより，濃厚混合気集合域Ｃの周りに希薄混合気がつくられるのである。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明の第１の特徴によれば，燃焼室を有するシリンダヘッドに，燃焼室内面の略中心部に電極を臨ませる点火プラグを装着すると共に，シリンダボアの内周面接線方向に向かって燃焼室に開口する第１吸気ポートと，この第１吸気ポートを開閉する第１吸気弁と，前記電極に近接して燃焼室に開口する第２吸気ポートと，この第２吸気ポートを開閉する第２吸気弁と，燃焼室に開口する排気ポートと，この排気ポートを開閉する排気弁とを設け，前記第１吸気ポートより希薄混合気もしくは空気を燃焼室に，また前記第２吸気ポートより濃厚混合気を燃焼室にそれぞれ供給し，排気ポートより燃焼室内の燃焼ガスを排出するようにした，成層燃焼式内燃機関において，前記第２吸気ポートの燃焼室への開口部と前記電極との間を結ぶ混合気誘導溝と，前記開口部の，前記混合気誘導溝と反対側の略半周部分を囲む混合気規制壁を燃焼室の内面に形成し，前記第１吸気弁および排気弁の開閉タイミング間に弁重合期間を設定し，前記第２吸気弁の開弁開始時期を前記排気弁の閉弁終了時期に略合わせるように設定し，前記第１吸気弁および第２吸気弁の閉弁終了時期を互いに略一致するように設定したので，前記弁重合期間では，第１吸気ポートから燃焼室に吸入された空気が，排気ポートから排出される排気の慣性効果により燃焼室に残留した燃焼ガスを伴って排気ポートへ排出され，その際，第１吸気ポートが下流端をシリンダボアの内周面接線方向に指向させていることで，上記空気は燃焼室でスワールを起こして掃気効果を高めることができる。また，排気弁が閉じると，第１吸気ポートを通過した空気と，第１燃料噴射弁から噴射された燃料とがスワールを起こしながらシリンダボア内に吸入されていき，混合状態が良好な希薄混合気をつくると共に，排気弁が閉弁する時期に略合わせて第２吸気弁が開弁し，第２吸気ポートを通過した空気と，第２燃料噴射弁から噴射された燃料とがシリンダボア内に吸入されて濃厚混合気をつくるので，エンジンの吸気行程時，第１吸気ポートからシリンダボアに吸入された空気又は希薄混合気がシリンダボア内でスワールを起こす中で，第２吸気ポートからシリンダボアに吸入された濃厚混合気を，混合気誘導溝による誘導と，混合気規制壁による進路規制とにより点火プラグの電極周りに効果的に集中させることができ，これにより成層燃焼を確実にし，燃費と排気エミッションの低減を図ることができる。
【００３５】
また本発明の第３の特徴によれば，前記第２吸気ポートの燃焼室への開口部を前記電極へ指向させたので，第２吸気ポートを通過した濃厚混合気を点火プラグの電極へスムーズに向かわせことができ，該電極での濃厚混合気の集中化を促進することができる。
【００３６】
さらに本発明の第４の特徴によれば，前記第１吸気ポートの燃焼室への開口部を，前記第２吸気ポートの燃焼室への開口部よりも燃焼室の半径方向外方に配置したので，シリンダボア内で生じさせる希薄混合気又は空気のスワールを，点火プラグの電極周りの濃厚混合気集合部から極力離して，濃厚混合気の拡散を少なく抑えることができ，したがって比較的少量の濃厚混合気でも成層燃焼が可能となり，燃費と排気エミッションの更なる低減を図ることができる。
【００３７】
さらにまた本発明の第５の特徴によれば，前記混合気規制壁を，燃焼室の周縁部に形成されるスキッシュ壁に連続的に形成したので，混合気規制壁とスキッシュ壁との協働により，希薄混合気にスキッシュを与えることができ，これにより点火時，火炎の伝播速度を速め，燃焼効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成層燃焼式内燃機関のシリンダヘッドの底面図。
【図２】図１の２−２線に沿う上記内燃機関の断面図。
【図３】図１の３−３線に沿う上記内燃機関の断面図。
【図４】同内燃機関の吸気及び排気弁の開閉タイミング線図。
【符号の説明】
Ａ・・・・・・弁重合期間
１０・・・・・成層燃焼式内燃機関
１１ａ・・・・シリンダボア
１２・・・・・シリンダヘッド
１２ａ・・・・燃焼室
１４・・・・・点火プラグ
１４ａ・・・・電極
１５1 ・・・・第１吸気ポート
１５2 ・・・・第２吸気ポート
１６・・・・・排気ポート
２０1 ・・・・第１吸気弁
２０2 ・・・・第２吸気弁
２１・・・・・排気弁
２３・・・・・混合気誘導溝
２４・・・・・混合気規制壁
２５・・・・・スキッシュ壁
【図１】
0004381500.tif 000002
【図２】
0004381500.tif 000003
【図３】
0004381500.tif 000004
【図４】
0004381500.tif 000005