(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒毎に配設される２つの吸気弁と、各吸気弁に対応して設けられる独立した２つの吸気ポートと、燃焼室のピストン冠面と対向する壁面の略中央に配設される点火プラグと、前記燃焼室に噴孔を臨ませて燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、機関への吸入空気を分岐して前記吸気ポートに導入する吸気マニホールドと、を含んで構成される直噴火花点火式内燃機関において、
前記２つの吸気ポートの上流側を略直線状に延びる形状としてその直線部分の軸線がシリンダヘッド下面に対して所定角度をなす面に沿うようにし、かつ、両吸気ポート相互の間隔が上流側に向かって拡がって延びるように形成すると共に、前記燃料噴射弁を、その噴孔が前記２つの吸気弁間で燃焼室外周の近傍に位置し、かつ、その軸線が前記シリンダヘッド下面に対して前記所定角度をなす面に沿い、かつ、相互の間隔が上流側に向かって拡がって延びる前記２つの吸気ポートの間に挟まれるように配設したことを特徴とする直噴火花点火式内燃機関。
【請求項２】
前記吸気ポートに連通する吸気マニホールドの分岐形状を、各吸気ポート毎に独立としたことを特徴とする請求項１記載の直噴火花点火式内燃機関。
【請求項３】
前記吸気ポートに連通する吸気マニホールドの分岐形状を、前記燃料噴射弁及び該弁への燃料供給配管との干渉を避けて、途中で分岐する三叉形状としたことを特徴とする請求項１記載の直噴火花点火式内燃機関。
【請求項４】
前記所定角度を略３０度以上９０度以下としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室内に燃料噴射弁から燃料を噴射し、点火プラグによって火花点火を行う直噴火花点火式内燃機関の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の直噴式の火花点火式内燃機関（以下、直噴火花点火式内燃機関という）としては、例えば、特開平６−２０７５４２号公報に開示されるものがある。
図８に基づいて、その概要を説明すると、ピストン３０の冠面に凹み３０ａを形成し、機関の低負荷運転時には圧縮行程末期に凹み３０ａ内に向けて燃料噴射弁３１から燃料を噴射することにより、点火プラグ３２周りの限られた領域内にのみ混合気を形成する。
【０００３】
そして、クランキング開始後機関回転速度が予め定められた速度まで上昇する間は吸気行程と圧縮行程末期の２回に分けて燃料を噴射し、機関回転速度が予め定められた速度を超えた後は、圧縮行程末期に１回燃料を噴射するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の直噴火花点火式内燃機関にあっては、燃料噴射弁３１は吸気ポート３３とシリンダヘッド３４下面の間に横置きに配置され、燃料噴霧は、燃料噴射弁３１の中心軸より下側に偏向噴霧する構成となっていたため、燃料噴射弁３１が水平側に寝かせた状態で取り付けられ、噴霧方向を敢えて偏向させた噴霧偏向タイプとしているため、他の機関との共用化ができない。
【０００５】
従って、燃料噴射弁３１を汎用型の燃料噴射弁として位置づけることが難しく、製造コストが高くつき、また、該偏向噴霧タイプはカーボン付着、取付誤差、加工精度等により信頼性を上げられず、組立方向が指定されるため、組立能率が極めて劣るといった問題があった。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、燃料噴射弁を取り付けるシリンダヘッドの構造を見直すことによって、上記問題点を解決した直噴火花点火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】
このため、請求項１記載の発明は、気筒毎に配設される２つの吸気弁と、各吸気弁に対応して設けられる独立した２つの吸気ポートと、燃焼室のピストン冠面と対向する壁面の略中央に配設される点火プラグと、前記燃焼室に噴孔を臨ませて燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、機関への吸入空気を分岐して前記吸気ポートに導入する吸気マニホールドと、を含んで構成される直噴火花点火式内燃機関において、前記２つの吸気ポートの上流側を略直線状に延びる形状としてその直線部分の軸線がシリンダヘッド下面に対して所定角度をなす面に沿うようにし、かつ、両吸気ポート相互の間隔が上流側に向かって拡がって延びるように形成すると共に、前記燃料噴射弁を、その噴孔が前記２つの吸気弁間で燃焼室外周の近傍に位置し、かつ、その軸線が前記シリンダヘッド下面に対して前記所定角度をなす面に沿い、かつ、相互の間隔が上流側に向かって拡がって延びる前記２つの吸気ポートの間に挟まれるように配設した。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記吸気ポートに連通する吸気マニホールドの分岐形状を、各吸気ポート毎に独立とした。
請求項３記載の発明は、前記吸気ポートに連通する吸気マニホールドの分岐形状を、前記燃料噴射弁及び該弁への燃料供給配管との干渉を避けて、途中で分岐する三叉形状とした。
【０００８】
請求項４記載の発明は、前記所定角度を略３０度以上９０度以下とした。
【０００９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、吸気ポートは独立した形状をなしており、かつ、両吸気ポート相互の間隔が上流側に向かって拡がっているので、燃料噴射弁のシリンダヘッド下面に対する傾き角度を大きくすることができる。そして、相互間隔が上流側に向かって拡がって延びる２つの吸気ポートの間に挟まれるように、燃料噴射弁が配設されているので、吸気ポートと燃料噴射弁の軸線とがシリンダヘッド下面に対して所定角度をなす面に沿うこととなり、噴霧偏向タイプ等の特殊な機能を有する燃料噴射弁の必要がなく、構造の簡素化及び製造コストの低減化が図れ、また、組立の方向性管理が不要となるので組立能率も高められる。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、車両に機関を組み付けた状態で、容易に燃料噴射弁の交換が可能となり、組立整備時間の短縮が図れる。
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明の作用・効果に加えて、吸気マニホールドの分岐部の充分な断面積確保や吸気マニホールドの軽量化を図ると共に、周辺スペースの改善が図れる。
【００１１】
請求項４記載の発明によれば、燃料噴射弁から噴射された燃料が、直接ピストン外周のクレビス部に到達する機会が低減し、火炎の未達や低温状態であることに起因する未燃焼のＨＣ等のエミッション排出量の低減化が図れる。
【００１２】
【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５は、本発明に係る直噴火花点火式内燃機関の一実施形態を示す。
まず、構成から説明すると、シリンダヘッド１には、燃焼室２、吸気ポート３及び排気ポート４が形成され、この吸気ポート３及び排気ポート４の燃焼室２への開口部には、夫々吸気バルブシート５及び排気バルブシート６が配設されている。また、燃焼室２の略中央には、点火プラグ取付部７が形成されている。さらに、シリンダヘッド１の相対する側面には、吸気ポート３及び排気ポート４が開口すると共に、吸気マニホールド２０及び図示しない排気マニホールドとの接続部となる吸気マニホールド取付部８及び排気マニホールド取付部９が形成されている。
【００１３】
吸気ポート３は、各吸気バルブシート５から吸気マニホールド取付部８まで夫々独立した形状をなしており、吸気バルブシート間Ｌに対して吸気ポートセンタ３ａが広がり、かつ、略直線状に延びるような形状に形成されている。一方、排気ポート４は、各排気バルブシート６から排気マニホールド取付部９に向かう途中で、合流するように形成されている。
【００１４】
また、吸気マニホールド取付部８には、吸気マニホールド２０から各吸気ポートに独立して分岐するブランチ部（分岐部）２０ａの端面に形成されたフランジ部（図示せず）が接続され、吸気マニホールド２０、ブランチ部２０ａ及び吸気ポート３を介して、空気が吸入されるようになっている。
図２に示すように、シリンダヘッド１に形成した点火プラグ取付部７の先端には、ネジ部７ａが形成されており、図示しない点火プラグをこのネジ部７ａに嵌合することで、点火プラグの先端部が燃焼室２を臨むようになっている。また、シリンダヘッド１の吸気マニホールド３の近傍には、燃焼室２に直接燃料を噴射供給する燃料噴射弁（図示せず）を取り付ける燃料噴射弁取付部１０が形成されている。この燃料噴射弁取付部１０は、シリンダヘッド１下面に対する傾き角度θが所定値（後述するように、θ≧３０°）となっている。
【００１５】
図３に示すように、独立した各吸気ポート３は、図２における燃料噴射弁取付部１０と略同一の傾き角度を有するように、吸気バルブシート５からバルブスプリングシート座面１１に沿って形成されている。即ち、２つの吸気ポート３及び燃料噴射弁取付部の中心線１０ａは、シリンダヘッド１下面と所定角度θをなす面に沿って設けられている。
【００１６】
また、シリンダヘッド１には、図示しないバルブガイドやバルブリフタを組み込むためのバルブガイド取付部１２及びバルブリフタ取付部１３、シリンダヘッド１を冷却する冷却水通路１４等が形成されている。
図４に示すように、シリンダヘッド１には、シリンダヘッドボルト挿通孔１５が形成され、ここに図示しないヘッドボルトを挿通することで、図示しないシリンダブロックと固定する。
【００１７】
図５に示すように、独立した各吸気ポート３の吸気ポートセンタ３ａ間距離ＬA が吸気バルブシート間Ｌより広く形成されており、燃料噴射弁取付部１０が各吸気ポート３の間に挟まれるように、両吸気ポート下面を結ぶ線３ｂと、燃料噴射弁取付部１０の上端部との距離ＬB を確保するように形成されている。
次に、作用を説明する。
【００１８】
吸入空気は、吸気マニホールド２０、ブランチ部２０ａからシリンダヘッド１内の吸気ポート３を介して、吸気バルブシート５より燃焼室２内に吸い込まれる。
また、燃料は、図示しない燃料配管及び燃料噴射弁を通過して、図示しないコントロールユニットからの制御信号により、燃料噴射弁の噴孔部から超微粒化した燃料が直接燃焼室２に噴霧される。
【００１９】
そして、図示しないピストンの圧縮と共に、図示しない点火プラグの点火により着火燃焼する。
ここで、上述したように吸気ポート３は、各吸気バルブシート５から吸気マニホールド取付部８まで夫々独立した形状をなしており、かつ、吸気バルブシート間Ｌに対して吸気ポートセンタ３ａが拡がるように形成されているので、従来の直噴火花点火式内燃機関と比べて、シリンダヘッド下面と燃料噴射弁取付部１０の中心線１０ａ、すなわち、シリンダヘッド下面と燃料噴射弁の軸線とがなす傾き角度θ（図２参照）を大きくすることができる。さらに、吸気ポートが燃料噴射弁の軸線と略同一の傾き角度を有しているので、噴霧偏向タイプ等の特殊な機能を有する燃料噴射弁の必要がなく、低コストで製造でき、組立の方向性を管理する必要がないので組立能率も高められる。
【００２０】
また、吸気マニホールドのブランチ部は、各吸気ポート毎に独立しているので、車両に機関を組み付けた状態で、容易に燃料噴射弁の交換が可能となり、組立整備時間の短縮が図れる。
ところで、この傾き角度θは、図７に示すように、ＨＣやスモーク等のエミッションの排出量と密接な関連があり、θが小さいとエミッションが増大し、θが大きくなるにつれエミッションが低減する。このように、θが小さいときにエミッションが増大する要因は、燃料噴射弁から噴射された燃料が、直接ピストン外周のクレビス部に到達する機会が増大し、火炎の未達や低温状態であることに起因して、未燃焼のＨＣ等が増大するからである。すなわち、急激なエミッションの排出量の増加を防止するためには、θ≧３０°が望ましい。
【００２１】
しかし、傾き角度θは３０°以上で、かつ、レイアウト上バルブ挟角αで決まるバルブシート面βの外端部η（図３参照）と干渉せずに肉厚を確保できる角度を上限とされる。
従って、本発明を適用すると、シリンダヘッド下面と燃料噴射弁の軸線とがなす傾き角度θを前記範囲内で大きくすることができるので、ＨＣやスモーク等のエミッションの排出量を低減することもできる。
【００２２】
次に、本発明に係る直噴火花点火式内燃機関の他の実施形態を、図６に基づいて説明する。
このものは、吸気マニホールド２０のブランチ形状（分岐形状）を変更したもので、シリンダヘッド１側の独立した吸気ポート３の端面に合わされる２つのブランチ部２０ａを、図示しない燃料噴射弁及び該弁への燃料供給配管に干渉しないように途中で１つのブランチ部２０ｃに合流させた三叉形状とし、これをコレクタ部２０ｂに連通させる構成としたものである。
【００２３】
すなわち、このような構成を採用することで、吸気マニホールドの分岐部の充分な断面積確保や吸気マニホールドの軽量化を図ると共に、周辺スペースの改善を図ることができる。
【００２４】
また、本実施形態では、吸気弁及び排気弁を夫々２つずつ有する４弁式の内燃機関に適用したが、排気弁の数は２つに限らず、１つ或いは３つの排気弁を有する３弁式、５弁式等の内燃機関に適用することも可能である。
さらに、本発明は、直噴火花点火式内燃機関であれば、直列４気筒、直列６気筒、Ｖ型６気筒、Ｖ型８気筒等の任意の形式の内燃機関に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態の構成を示す底面図
【図２】  図１のＡ−Ａ断面図
【図３】  図１のＢ−Ｂ断面図
【図４】  図１のＣ−Ｃ断面図
【図５】  図２のＤ−Ｄ断面図
【図６】  本発明の他の一実施形態を示す底面図
【図７】  本発明の効果及び従来技術の問題点を示す線図
【図８】  従来例を示す断面図
【符号の説明】
１  シリンダヘッド
２  燃焼室
３  吸気ポート
３ａ  吸気ポートセンタ
３ｂ  両吸気ポート下面を結ぶ線
７  点火プラグ取付部
１０  燃料噴射弁取付部
１０ａ  燃料噴射弁取付部の中心線
２０  吸気マニホールド
２０ａ  ブランチ部
２０ｂ  コレクタ部
２０ｃ  ブランチ部
【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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