(57)【要約】【課題】気筒上部周囲の吸気弁側に配置されてシリンダボア上部の排気弁側の略対向位置へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を具備する筒内噴射式火花点火内燃機関において、デトネーションを発生し難くする。【解決手段】燃料噴射弁１は、円錐形状又は気筒中心軸線に垂直な平面と略平行な幅方向に広がる略扇形状Ｆに燃料を噴射し、燃料の各部は、二つの排気弁７のそれぞれに最も近いシリンダボアの二つの母線ｂ１及びｂ２より内側の周方向範囲内に向けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒上部周囲の吸気弁側に配置されてシリンダボア上部の排気弁側の略対向位置へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、前記燃料噴射弁は、円錐形状又は気筒中心軸線に垂直な平面と略平行な幅方向に広がる略扇形状に燃料を噴射し、前記燃料の各部は、二つの排気弁のそれぞれに最も近いシリンダボアの二つの母線より内側の周方向範囲内に向けられることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項２】
前記燃料噴射弁の噴射位置は、シリンダヘッドの下面より下側と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。
【請求項３】
前記燃料噴射弁は、噴孔列を具備し、前記噴孔列により噴射される複数の噴射燃料によって全体として前記幅方向に広がる略扇形状に燃料を噴射することを特徴とする請求項１又は２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する。
【背景技術】
【０００２】
気筒内に均質混合気を形成し、この均質混合気を圧縮行程末期の点火時期に着火燃焼させる均質燃焼において、点火時期に気筒内に乱れ存在させて燃焼速度を速めることが好ましい。そのためには、点火時期直前まで気筒内にタンブル流を持続させてピストンにより押し潰すことが考えられるが、吸気行程において気筒内に生成されたタンブル流はそれほど強くはなく、そのままでは、圧縮行程前半で消滅してしまう。
【０００３】
気筒上部周囲の吸気弁側に配置されてシリンダボア上部の排気弁側の略対向位置へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を具備する筒内噴射式火花点火内燃機関では、吸気下死点近傍において燃料を噴射することにより、気筒内に生成されたタンブル流を点火時期直前まで持続するように強めることができ、また、圧縮行程後半において燃料を噴射することにより、気筒内に新たにタンブル流を生成して点火時期直前まで持続させることができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特許第３６４４０５７号
【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、燃料噴射弁から噴射される燃料の一部は、液状燃料のままシリンダボア上部に衝突して上下に飛散する。こうして上方向に飛散する液状燃料は、近くに排気弁のバルブシートが存在すると、バルブシートのシール位置の直外側における排気弁とバルブシートとの間の隙間に入り込んで高温の排気弁により炭化させられてデポジットとなる。このようなデポジットは、気筒内の熱を保持し易く、特に、点火時期を遅角して排気ガス温度を高めている時にはデポジットが高温度となって、点火時期前に混合気を着火させる異常燃焼、すなわち、デトネーションを発生させることがある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、気筒上部周囲の吸気弁側に配置されてシリンダボア上部の排気弁側の略対向位置へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を具備する筒内噴射式火花点火内燃機関において、デトネーションを発生し難くすることである。
【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、気筒上部周囲の吸気弁側に配置されてシリンダボア上部の排気弁側の略対向位置へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、前記燃料噴射弁は、円錐形状又は気筒中心軸線に垂直な平面と略平行な幅方向に広がる略扇形状に燃料を噴射し、前記燃料の各部は、二つの排気弁のそれぞれに最も近いシリンダボアの二つの母線より内側の周方向範囲内に向けられることを特徴とする。
【０００８】
本発明による請求項２に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記燃料噴射弁の噴射位置は、シリンダヘッドの下面より下側とされることを特徴とする。
【０００９】
本発明による請求項３に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１又は２に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記燃料噴射弁は、噴孔列を具備し、前記噴孔列により噴射される複数の噴射燃料によって全体として前記幅方向に広がる略扇形状に燃料を噴射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
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、気筒上部周囲の吸気弁側に配置されてシリンダボア上部の排気弁側の略対向位置へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、燃料噴射弁は、円錐形状又は気筒中心軸線に垂直な平面と略平行な幅方向に広がる略扇形状に燃料を噴射し、燃料の各部は、二つの排気弁のそれぞれに最も近いシリンダボアの二つの母線より内側の周方向範囲内に向けられるために、もし、これら二つの母線上において液状燃料がシリンダボアに衝突して上下方向に飛散すると、上方向に飛散する液状燃料は、直ぐ近くにバルブシートが存在するために、容易にバルブシートのシール位置の直外側における排気弁とバルブシートとの間の隙間に入り込んでデポジットとなり、デトネーションが発生し易くなるが、液状燃料は二つの母線上においてシリンダボアに衝突することはなく、シリンダボアとの衝突によって上方向に飛散しても直ぐ近くにはバルブシートが存在せず、排気弁とバルブシートとの間の隙間に入り込み難くなってデポジットの生成が抑制され、デトネーションを発生し難くすることができる。
【００１１】
本発明による請求項２に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、燃料噴射弁の噴射位置は、シリンダヘッドの下面より下側とされるために、燃料噴射位置がそれほど高くはなく、吸気行程において燃料が噴射されても噴射燃料が開弁中の吸気弁に衝突し難くなっている。
【００１２】
本発明による請求項３に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、請求項１又は２に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、燃料噴射弁は、噴孔列を具備し、噴孔列により噴射される複数の噴射燃料によって全体として幅方向に広がる略扇形状に燃料を噴射するようになっており、噴孔列は、略扇形状の燃料を噴射するためのスリット状噴孔より容易に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１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は気筒内平面図である。図１及び２は均質燃焼のための吸気下死点近傍の燃料噴射時期を示している。これらの図において、１は気筒上部周囲の吸気弁側に配置されてシリンダボア上部の排気弁側の略対向位置へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁であり、２は気筒上部略中心に配置された点火プラグである。３はピストン、４は一対の吸気ポート、５は一対の排気ポートであり、吸気ポート４はそれぞれ吸気弁６を介して、排気ポート５はそれぞれ排気弁７を介して気筒内へ通じている。
【００１４】
本筒内噴射式火花点火内燃機関は、気筒内に理論空燃比又は理論空燃比よりリーンな均質混合気を形成し、この均質混合気を点火プラグ２により着火燃焼させる均質燃焼を実施するものである。理論空燃比よりリーンな均質燃焼が実施される場合のリーン空燃比は、ＮＯX生成量が比較的少なくなるように設定される（例えば、約２０）。機関回転数及び機関負荷等により定まる機関運転状態毎に必要燃料量が設定されている。この必要燃料量が設定量以上であって高い機関出力が必要とされる時には、リッチ空燃比（例えば、約１２．５）での均質燃焼を実施するようにしても良い。良好な均質燃焼を実現するためには、圧縮行程末期の点火時期において気筒内に強い乱れを発生させて燃焼速度を速めることが好ましい。
【００１５】
燃料噴射弁１は、図２に実線で示すように、スリット状の噴孔を有して幅方向ｗに広がる略扇形状に燃料Ｆを噴射するか、又は、図２に一点鎖線で示すように、スリット噴孔に代えて噴孔列から噴射される複数の噴射燃料ｆによって全体として幅方向ｗに広がる略扇形状に燃料を噴射するものである。例えば、全体として略扇形状に燃料を噴射するための丸噴孔列は、スリット状噴孔より容易に形成することができる。燃料噴射弁１から噴射される略扇形状の燃料噴霧Ｆは、図１に示すように、厚さ方向ｔにはそれほど広がらない。
【００１６】
図１及び２に示すように、燃料噴射弁１から噴射される略扇形状の燃料の幅方向ｗは、気筒中心軸線Ｃに垂直な平面（例えば図１のＰ）に略平行とされる。また、燃料噴射弁１は、シリンダボア上部の排気弁側の略対向位置へ向けて燃料を円錐形状に噴射するものでも良い。
【００１７】
吸気下死点近傍において、前述のような略扇形状又は円錐形状の燃料が噴射されると、排気ポート５側を下降して吸気ポート４側を上昇するように吸気行程において気筒内に形成されたタンブル流Ｔを強めることができ、こうして強められたタンブル流Ｔは圧縮行程末期の点火時期直前まで気筒内に維持され、ピストン３により押し潰されることにより点火時期において気筒内に乱れを発生させることができ、燃焼速度の速い良好な均質燃焼を実現することができる。
【００１８】
また、圧縮行程後半において、前述のような略扇形状又は円錐形状の燃料が噴射されると、噴射燃料は気筒内の吸気を引き連れて移動するために、この時に吸気行程において形成されたタンブル流が消滅していても、新たに気筒内にタンブル流Ｔを形成することができ、こうして形成されたタンブル流は点火時期直前までの短時間では消滅することなく維持され、ピストン３により押し潰されることにより点火時期において気筒内に乱れを発生させることができ、燃焼速度の速い良好な均質燃焼を実現することができる。
【００１９】
いずれの時期に燃料が噴射されても、噴射燃料の一部は液状燃料のままシリンダボア上部の排気弁側に衝突して上下に飛散する。図３は、気筒中心軸線Ｃ及び一方の排気弁７の中心軸線ｃ１（又はｃ２）を通る垂直平面ｐ１（又はｐ２）で切った本筒内噴射式火花点火内燃機関の拡大縦断面図であり、垂直平面ｐ１（又はｐ２）とシリンダボアとが交差するシリンダボアの母線ｂ１（又はｂ２）近傍を示している。図３に示すように、これらの母線ｂ１及びｂ２上において、液状燃料がシリンダボアに衝突して上方向に飛散すると、最も近く（距離Ｌ）に排気弁７のバルブシート８が存在するために、バルブシート８のシール位置８ａの直外側における排気弁７とバルブシート８との間の隙間に、飛散液状燃料Ｆ’が容易に入り込んで高温の排気弁７により炭化させられてデポジットとなる。このようなデポジットは、気筒内の熱を保持し易く、特に、点火時期を遅角して排気ガス温度を高めている時にはデポジットが高温度となって、点火時期前に混合気を着火させる異常燃焼、すなわち、デトネーションを発生させることがある。
【００２０】
本実施形態では、略扇形状又は円錐形状の噴射燃料の各部は、シリンダボア上部において、二つの排気弁７のそれぞれに最も近いシリンダボアの二つの母線ｂ１及びｂ２より内側の周方向範囲内に向けられる。それにより、噴射燃料の一部の液状燃料がシリンダボア上部に衝突して上方向に飛散しても、それほど近くは排気弁７のバルブシート８は存在せず、飛散液状燃料は排気弁７とバルブシート８との間の隙間に入り込み難くなってデポジットの生成が抑制され、デトネーションを発生し難くすることができる。
【００２１】
本実施形態において、燃料噴射弁１の噴射位置は、シリンダヘッドの下面より下側とされるために、燃料噴射位置がそれほど高くはなく、図１に示すように、吸気行程においてシリンダボア上部の排気弁側の略対向位置へ向けて燃料が噴射されても、噴射燃料が開弁中の吸気弁６に衝突し難くなっている。
【００２２】
本筒内噴射式火花点火内燃機関において、二つのタンブル流Ｔを確実に発生させるために、噴射燃料Ｆの貫徹力は、例えば、噴射開始から１ｍｓ後の燃料先端が６０ｍｍ以上に達するように強くすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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を示す概略縦断面図であり、吸気下死点近傍の燃料噴射時期を示している。
【図２】図１の筒内噴射式火花点火内燃機関の気筒内平面図である。
【図３】図１の筒内噴射式火花点火内燃機関の図２の垂直平面ｐ１（又はｐ２）で切ったシリンダボアの母線ｂ１（又はｂ２）近傍の拡大縦断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    燃料噴射弁
２    点火プラグ
３    ピストン
４    吸気ポート
５    排気ポート
６    吸気弁
７    排気弁
Ｆ    噴射燃料
Ｔ    タンブル流
【図１】
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【図２】
2009121246.tif 000004
【図３】
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