(57)【要約】【課題】吸気行程において生成されたタンブル流が相対的に弱いときであっても、タンブル流を十分に強化して点火時期の直前まで維持することができ、常に良好な均質燃焼を実現する。【解決手段】吸気行程において、吸気ポート１５から供給された空気により、燃焼室１０内には、吸気ポート１５側では上昇し排気ポート１６側では下降するように旋回するタンブル流Ｔが生成される。シリンダヘッド１４の吸気ポート１５の近傍に設けた燃料噴射弁２１により、圧縮行程の後半に、燃焼室１０内に燃料を噴射する。この燃料噴霧は、ピストン頂面１９の吸気ポート側に形成されたガイド部に衝突して反射し、タンブル流Ｔの流動方向に偏向する。これによりタンブル流Ｔが強化される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドの吸気ポートの近傍に設けられ、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃焼室内において吸気ポート側では上昇し、排気ポート側では下降するように旋回するタンブル流を生成する手段と、
ピストン頂面の前記吸気ポート側の部分に形成され、ピストンが圧縮行程にあるときに前記燃料噴射弁によって噴射された燃料噴霧を前記タンブル流の流動方向に偏向させるガイド部と
を備える筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項２】
前記燃料噴霧が、前記ガイド部に衝突することによって前記タンブル流の流動方向に偏向することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項３】
燃料噴射が圧縮行程の後半に行われることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項４】
前記ガイド部に、前記燃料噴射弁側から点火プラグへ向かって延びる仕切り壁が設けられることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項５】
シリンダヘッドの底面であって排気ポートの近傍に、前記燃料噴霧をタンブル流に沿う方向に偏向させる反り返り部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の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し、特に、燃焼室内に生成されるタンブル流を強化するための構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内噴射式火花点火内燃機関において混合気の均質燃焼を実現するために、燃焼室内に供給される吸気によってタンブル流を形成することが知られている。タンブル流が圧縮行程末期まで持続されると、点火時期においてタンブル流の崩壊により発生する乱れによって均質混合気が生成され、燃焼速度が高められて良好な均質燃焼が実現される。
【０００３】
タンブル流は、吸気ポート側では上昇し排気ポート側では下降するように旋回する渦であり、このタンブル渦はピストンの上昇によって点火時期よりも早期に崩壊しやすい。特許文献１には、ピストン頂面とシリンダヘッド壁面により圧縮行程の上死点付近においてスキッシュ流を発生し、タンブル流を強化することが提案されている。
【特許文献１】特開２００６−３２２３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スキッシュ流によるタンブル流の強化は圧縮行程の上死点付近で行われ、この時点までタンブル流が維持されているような状態であれば効果的である。しかし上死点付近までタンブル流を維持するのが困難な運転条件の場合には、スキッシュ流によってタンブル流を強化することができない。
【０００５】
本発明は、吸気行程において生成されたタンブル流が相対的に弱いときであっても、タンブル流を十分に強化して点火時期の直前まで維持することができ、常に良好な均質燃焼を実現できる筒内噴射式火花点火内燃機関を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る筒内噴射式火花点火内燃機関は、シリンダヘッドの吸気ポートの近傍に設けられ、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃焼室内において吸気ポート側では上昇し、排気ポート側では下降するように旋回するタンブル流を生成する手段と、ピストン頂面の吸気ポート側の部分に形成され、ピストンが圧縮行程にあるときに燃料噴射弁によって噴射された燃料噴霧をタンブル流の流動方向に偏向させるガイド部とを備えることを特徴としている。
【０００７】
燃料噴射弁によって噴射された燃料噴霧はガイド部に衝突することによってタンブル流の流動方向に偏向する。すなわち燃料噴霧は、横方向に広がろうとするが、ガイド部に衝突することによって、タンブル流が生成される範囲に対応した角度の扇形等に成形され、タンブル流を効果的に強化する。
【０００８】
燃料噴射は圧縮行程の後半に行われることが好ましく、これによれば、燃料噴霧はピストン頂面のガイド部に衝突して上方へ偏向され、タンブル流の吸気ポート側から排気ポート側へ向かう成分を十分に強化する。
【０００９】
ガイド部には例えば、燃料噴射弁側から点火プラグへ向かって延びる仕切り壁が設けられる。仕切り壁により、燃料噴霧が２つに分離されて、点火プラグへ向くことが阻止され、点火プラグが燃料によって濡れることが防止される。
【００１０】
シリンダヘッドの底面であって排気ポートの近傍に、燃料噴霧をタンブル流に沿う方向に偏向させる反り返り部が形成されることが好ましい。この構成によれば、燃料噴霧はタンブル流の吸気ポート側から排気ポート側へ向かう成分を強化するだけでなく、反り返り部に衝突して反り返り部に沿って偏向することにより、排気ポート側におけるタンブル流の下向き成分をも強化する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、吸気行程において生成されたタンブル流が相対的に弱いときであっても、タンブル流を十分に強化して点火時期の直前まで維持することができ、常に良好な均質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】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関の第１の実施形態を示す縦断面図である。
【００１３】
シリンダブロック１１に形成されたシリンダボア１２内にはピストン１３が摺動自在に設けられ、シリンダブロック１１の上に設けられたシリンダヘッド１４には吸気ポート１５と排気ポート１６が形成される。吸気ポート１５は吸気弁１７によって開閉され、排気ポート１６は排気弁１８によって開閉される。ピストン頂面１９には、円弧状に凹陥する断面形状のキャビティ２０が形成されている。シリンダボア１２の壁面とシリンダヘッド１４の底面とピストン頂面１９によって燃焼室１０が区画形成される。
【００１４】
シリンダヘッド１４において、吸気ポート１５の下側近傍には燃料噴射弁２１が設けられ、また、ほぼ中央には点火プラグ２２が設けられる。燃料噴射弁２１は斜め下方を向き、ピストン１３が圧縮行程後半にあるときにピストン頂面１９の周縁部に対して燃料を噴射するように配設されている。燃料噴射弁２１には、燃料タンク（図示せず）に貯留された燃料が燃料噴射ポンプ（図示せず）により加圧されて供給される。
【００１５】
図２と図３を参照してピストン頂面１９の形状について詳述する。ピストン頂面１９の周縁部２５は、ピストン１３の中心側が高くなるように緩やかに傾斜する円錐状の斜面であり、周縁部２５の吸気ポート１５側の部分にはガイド部３０が形成されている。ガイド部３０は周縁部２５よりも窪み、周縁部２５にほぼ平行な平面であり、キャビティ２０側に開放している。ガイド部３０は、ピストン頂面１９を上から見ると扇形を呈し、扇形の中心角すなわちガイド部３０の２つの側壁３１、３２のなす角は例えば６０〜８０°である。
【００１６】
燃料噴射弁２１は燃料を、横方向には拡散するが上下方向にはほとんど拡散しないように、燃焼室１０内に直接噴射するように構成されている。この燃料噴射は圧縮行程の後半（例えばクランク角２０〜９０°ＢＴＤＣ）で行われ、燃料噴霧Ｆはガイド部３０に衝突して、反射すなわち偏向する。このとき燃料噴霧Ｆは横方向に広がろうとするが、ガイド部３０の側壁３１、３２により案内されて、側壁３１、３２のなす角とほぼ同じ中心角の扇形に成形される。この扇形の角度は、タンブル流が生成される範囲に対応しており、燃料噴霧はタンブル流の強化のために効果的に作用する。
【００１７】
図４を参照して本実施形態の作用を説明する。図４は圧縮行程の後半の状態を示し、吸気弁１７と排気弁１８は共に閉塞している。図示しない吸気行程において、吸気ポート１５から供給された空気によって、燃焼室１０内には、吸気ポート１５側では上昇し排気ポート１６側では下降するように旋回するタンブル流Ｔが生成される。圧縮行程の後半ではタンブル流Ｔが弱まるが、本実施形態では燃料噴霧Ｆによってタンブル流Ｔが強化される。すなわち圧縮行程の後半では、燃料噴射弁２１によって燃料が噴射され、燃料噴霧Ｆはピストン頂面１９のガイド部３０に衝突して偏向され、斜め上方すなわちシリンダヘッド１４の底面（ペントルーフ）に沿って進む。この燃料噴霧Ｆはガイド部３０によって、中心角が比較的小さい扇形に成形されており、タンブル流Ｔの吸気ポート１５側から排気ポート１６側へ向かって流動する成分を付勢するように作用する。これによりタンブル流Ｔは強化され、上死点直前まで維持されるので、点火時期にタンブル流の大きな渦が崩壊して乱れ（小さな多数の渦）に変化し、混合気が均一になって火炎の伝播速度が高められ、良好な均質燃焼が実現される。
【００１８】
図５と図６は本発明の第２の実施形態を示している。これらの図はピストン頂面１９に形成されたガイド部３０を示し、その他の構成は第１の実施形態と同じである。
【００１９】
第２の実施形態では、ガイド部３０のキャビティ２０側に、燃料噴射弁側から点火プラグ２２へ向かって延びる仕切り壁３３が設けられている。仕切り壁３３は、ガイド部３０のキャビティ２０側に形成され、上方から見ると、側壁３１、３２に平行な２辺を有する二等辺三角形を呈している。仕切り壁３３の上面は周縁部２５と同じ高さである。
【００２０】
したがって燃料噴霧Ｆは仕切り壁３３により、２つに分離して点火プラグ２２へ向くことが阻止されるので、点火プラグ２２が燃料によって濡れることが防止され、点火が阻害されることはない。その他の作用は第１の実施形態と同様である。
【００２１】
図７と図８は本発明の第３の実施形態を示している。図７はシリンダヘッド１４を下から見た図であり、図８は圧縮行程の後半において実行される燃料噴射を示し、第１の実施形態における図４に対応する。また第３の実施形態では、第２の実施形態と同様に、ピストン頂面１９には仕切り壁（図示せず）が設けられている。
【００２２】
図７に示されるように、シリンダヘッド１４には、２つの吸気ポート１５と２つの排気ポート１６が形成され、また中央部には点火プラグ２２が配設されている。またシリンダヘッド１４の底面であって排気ポート１６、１６の近傍には、それぞれ反り返り部３４が形成されている。反り返り部３４は、図８に示されるように、底面の他の部分よりも下方へ突出して、その下端面はシリンダブロック１１との境界面とほぼ同じ高さ位置にある。また反り返り部３４は、図７において排気ポート１６の輪郭に沿った円弧状を呈し、排気ポート１６よりもシリンダボア１２の壁面側に位置している。
【００２３】
したがって燃料噴霧Ｆは仕切り壁（図示せず）により点火プラグ２２を避けるように２つに分離された後、排気弁１８に沿って流れ、反り返り部３４において反射すなわち偏向され、タンブル流Ｔの流動方向に沿ってピストン頂面１９側へ向かう。このように燃料噴霧Ｆは反り返り部３４において下方へ偏向されるので、タンブル流Ｔの吸気ポート１５側から排気ポート１６側へ向かう成分を強化するだけでなく、反り返り部３４に衝突して反り返り部３４に沿って偏向することにより、排気ポート１６側におけるタンブル流Ｔの下向き成分をも強化する。さらに、第１および第２の実施形態と比較して、反り返り部３４へ衝突する程度に燃料噴射圧を高めることができるので、タンブル流Ｔをより強化することができる。また第２の実施形態と同様に、点火プラグ２２が燃料によって濡れることが防止され、点火が阻害されることはない。
【００２４】
なお上記各実施形態では、ガイド部３０の形状を扇形として説明したが、燃料噴霧をタンブル流が存在する領域に向けるような形状を有していれば、如何なる形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関の第１の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】ピストン頂面に形成されたガイド部を示す横断面図である。
【図３】ピストン頂面に形成されたガイド部を示す平面図である。
【図４】圧縮行程における燃料噴霧を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態におけるガイド部を示す横断面図である。
【図６】第２の実施形態におけるガイド部を示す横断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態におけるシリンダヘッドを下から見た図である。
【図８】第３の実施形態の圧縮行程における燃料噴霧を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  燃焼室
１３  ピストン
１５  吸気ポート
１６  排気ポート
２１  燃料噴射弁
３０  ガイド部
Ｔ  タンブル流
【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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【図８】
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