(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室の中心近傍に点火プラグを備え、かつ、吸気ポート出口近傍の燃焼室周辺部から燃焼室内に燃料をスパライル状に噴霧して中空噴霧を形成する燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃焼室構造において、
前記燃料噴射弁を、燃焼室への非取り付け状態での単体性能として、かつ、噴孔に加わる背圧を大気圧とした条件で燃料噴射したときに、噴霧中心軸と噴霧外周面で形成される円錐面の母線とのなす鋭角側の角度θ１に対し、
前記燃料噴射弁を燃焼室に装着した状態で、噴霧中心軸と前記角度θ１をなす円錐面の母線であって、燃料噴射弁の噴孔と点火プラグとを含みかつシリンダ中心軸と平行な断面と交差する母線と、
噴孔近傍の前記点火プラグ側のシリンダヘッド壁面と前記断面との交差する線と、
のなす角度θを、前記角度θ１より大きくしたことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。
【請求項２】
前記噴孔近傍の前記点火プラグ側のシリンダヘッド壁面に、前記噴孔から点火プラグへ向かって深さが増大するように傾斜する凹部を設け、前記角度θ１をなす円錐面と該凹部の傾斜面とのなす角度を前記θとしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼室構造。
【請求項３】
前記噴霧近傍の前記点火プラグ側のシリンダヘッド壁面の一部に凸部を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の燃焼室構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関に直接燃料を噴射する火花点火式の内燃機関の燃焼室に関し、特に、燃料噴射弁の噴霧が適正な方向に向けられるようにした燃焼室の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の内燃機関の燃焼室構造としては、例えば図５に示すようなものがある。このものでは、燃焼室の中心部の点火プラグによって点火を行い、吸気ポート出口近傍の燃焼室周辺部から燃料噴射弁によって燃料を燃焼室内に直接噴射し、圧縮行程で燃焼室内に発生させたスワールにより前記噴射された燃料を前記点火プラグに近づけて着火燃焼させるようにしている（特開昭６−８１６５１号公報参照) 。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この種の従来の燃焼室構造では、燃料噴射弁がシリンダ壁とシリンダヘッド壁との境界に近い場所に取り付けられているため、上記のように圧縮行程で燃料噴射した場合、空気密度が高いことにより、噴霧とシリンダヘッド壁との隙間に負圧が発達して、シリンダ中心軸を含む断面内でみると、多量の噴霧が燃焼室壁に付着してしまい、その結果、燃焼が不安定化すると共に煤の発生量が増大するという問題を生じていた。
【０００４】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、燃焼室構造を適切に設定することにより、燃料噴霧の燃焼室壁への付着を抑制でき、以て燃焼性を安定化し、煤の発生を抑制できるようにした内燃機関の燃焼室を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
燃焼室の中心近傍に点火プラグを備え、かつ、吸気ポート出口近傍の燃焼室周辺部から燃焼室内に燃料をスパライル状に噴霧して中空噴霧を形成する燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃焼室構造において、
前記燃料噴射弁を、燃焼室への非取り付け状態での単体性能として、かつ、噴孔に加わる背圧を大気圧とした条件で燃料噴射したときに、噴霧中心軸と噴霧外周面で形成される円錐面の母線とのなす鋭角側の角度θ１に対し、
前記燃料噴射弁を燃焼室に装着した状態で、噴霧中心軸と前記角度θ１をなす円錐面の母線であって、燃料噴射弁の噴孔と点火プラグとを含みかつシリンダ中心軸と平行な断面と交差する母線と、
噴孔近傍の前記点火プラグ側のシリンダヘッド壁面と前記断面との交差する線と、
のなす角度θを、前記角度θ１より大きくしたことを特徴とする。
【０００６】
このような構成において、燃料噴射弁からの燃料噴霧とシリンダヘッド壁との隙間が小さいときには、大気圧より高く空気密度が高い圧縮行程で燃料噴射すると、燃料噴霧に引きずられて発生する空気流動により前記隙間内に負圧が発達し、その結果、噴霧をシリンダヘッド壁に引き寄せる力が発生する。前記隙間が大きいときには、空気流動速度が小さく負圧が燃料噴霧を引き寄せるほどには発達しない。
【０００７】
そして、上記のように燃料噴射弁を配置した場合、前記燃料噴霧とシリンダヘッド壁との隙間に発生する負圧によって燃料の引き寄せが発生する前記隙間の大きさが以下のように決定されることが、実験的に確かめられた。
即ち、燃料噴射弁を燃焼室から外した状態で、かつ、噴孔に加わる背圧を大気圧とした条件で燃料噴射したときに、噴霧中心軸と噴霧外周面とのなす角度θ１に対し、前記燃料噴射弁を燃焼室に装着した状態で、噴霧中心軸と前記角度θ１をなす円錐面と噴孔近傍の前記点火プラグ側のシリンダヘッド壁面とのなす角度θを前記角度θ１に略等しくしたときが、燃料噴霧のシリンダヘッド壁への引き寄せを発生する限界であり、θをθ１より小さくすると、燃料噴霧のシリンダヘッド壁への引き寄せが発生する。また、大気圧より高い条件では、前記噴霧とシリンダヘッド壁面との隙間に生じる負圧が増大するが、噴霧の内側に空気流動によって生じる負圧も増大するので、略相殺される。
【０００８】
したがって、θをθ１より大きくしておけば、圧縮行程で空気密度が高い条件で燃料噴射した場合でも、前記燃料噴霧のシリンダヘッド壁への引き寄せを防止して燃料噴霧のシリンダヘッド壁面への付着を防止でき、以て、燃焼性を安定化でき、煤の発生を抑制できる。
また、請求項２に係る発明は、
前記噴孔近傍の前記点火プラグ側のシリンダヘッド壁面に、前記噴孔から点火プラグへ向かって深さが増大するように傾斜する凹部を設け、前記角度θ１をなす円錐面と該凹部の傾斜面とのなす角度を前記θとしたことを特徴とする。
【０００９】
吸気ポート，点火プラグ等の取り付けを考慮すると、シリンダヘッド壁とシリンダ壁とのなす角度範囲において、上記のような角度設定で燃料噴射弁を装着すると、今度は、噴霧中心軸とシリンダ壁とのなす角度が狭くなって、噴霧がシリンダ壁に付着しやすくなり、また、点火プラグから離れる噴霧領域が広くなって燃焼性に影響を与える可能性がある。
【００１０】
そこで、噴孔近傍の前記点火プラグ側のシリンダヘッド壁面に、前記噴孔から点火プラグに向かって深さが増大するように傾斜する凹部を設け、前記角度θ１をなす円錐面と該凹部の傾斜面とのなす角度を前記θとすることにより、燃料噴霧のシリンダヘッド壁面への引き寄せを防止しつつ、噴霧中心軸とシリンダ壁とのなす角度を拡げて燃料噴霧とシリンダ壁との接近を抑制できる。
【００１１】
また、請求項３に係る発明は、
前記噴霧近傍の前記点火プラグ側のシリンダヘッド壁面の一部に凸部を設けたことを特徴とする。
このように凸部を設ければ、全体的には該凸部を除く部分の前記基本的な角度設定（θ＞θ１) とすることで、燃料噴霧のシリンダヘッド壁面への付着を防止しつつ、該凸部に部分的にシリンダヘッド壁面への引き寄せ力が作用することにより、燃料噴霧の方向に凸部側に偏向させることができ、凸部の大きさ, 位置を適切に設定することにより、燃料噴霧を所望の方向に偏向させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す。
図において、内燃機関の燃焼室１の中心近傍に点火プラグ２を備え、吸気ポート３近傍の燃焼室１周辺部、具体的には２本の吸気ポート３の間で、シリンダヘッド壁面６とシリンダ壁７との境界部分に燃料噴射弁４を備える。該燃料噴射弁４は、図示しないが、噴孔内に弁軸に対して傾斜する複数のスパイラル流生成溝を形成したスパイラル流生成板が嵌入して設けられ、該スパイラル流生成溝を通過した燃料をスパイラル状に噴霧する構造を有している。
【００１５】
前記内燃機関として、例えば、近年開発の盛んな、可能な限り層状燃焼を行い空燃比の大幅なリーン化により、排気浄化性能及び燃費向上を図った機関に適用した場合には、層状燃焼を行うときには圧縮行程で燃料噴射するので、噴霧角を拡げる効果が増大し、微粒化が促進されると共に、壁面への燃料の付着量を低減でき、燃焼安定性を向上でき、かつ、煤の排出量を低減できる効果が飛躍的に向上する。
【００１６】
ここで、前記燃料噴射弁４の噴孔近傍の前記点火プラグ２側のシリンダヘッド壁面６に凹部５を設ける。該凹部５は、噴孔から点火プラグに向かう方向に深さが増大するように、シリンダヘッド壁面６との間に傾斜角δθを有して傾斜する壁面を有して形成され、該傾斜角δθが以下のように設定されている。
前記燃料噴射弁４を燃焼室１から外した状態で、かつ、噴孔に加わる背圧を大気圧とした条件で燃料噴射したときに、噴霧中心軸と噴霧外周面とのなす角度をθ１とし、また、該燃料噴射弁４を燃焼室１に装着した状態で前記凹部を除くシリンダヘッド壁面６と、前記噴霧外周面とのなす角をθ０とする。このとき、前記燃料噴射弁を燃焼室に装着した状態で、噴霧中心軸と前記角度θ１をなす円錐面と噴孔近傍の前記点火プラグ２側のシリンダヘッド壁面６とのなす角度θ、つまりθ＝δθ＋θ０を、前記角度θ１より大きくなるように設定する。
【００１７】
このようにθ＝δθ＋θ０をθ１より大きく設定することにより、成層燃焼を行う内燃機関のように圧縮行程で空気密度が高い条件で燃料噴射した場合でも、シリンダヘッド壁面６と燃料噴霧外周面との間に空気流動に伴う負圧の発達を抑制でき、この結果、燃料噴霧のシリンダヘッド壁面６への引き寄せを防止して燃料噴霧のシリンダヘッド壁面６への付着を防止でき、以て、燃焼性を安定化できるとともに、煤の発生を抑制でき、燃料噴射弁４まわりのデポジットの堆積も防止できる。
【００１８】
δθ＋θ０／θ１＜１の条件つまりδθ＋θ０＜θ１の条件では燃料噴霧のシリンダヘッド壁面への引き寄せが防止される。
また、図２は、δθ＋θ０とθ１との大小関係に対する煤の発生量の大小を示したデータであり、図示のように、δθ＋θ０／θ１＜１の条件つまりδθ＋θ０＜θ１の条件では燃料噴霧のシリンダヘッド壁面への引き寄せが発生に伴い煤の発生量が急増するのに対して、δθ＋θ０／θ１＞１の条件つまりδθ＋θ０＞θ１の条件では燃料噴霧のシリンダヘッド壁面への引き寄せが防止される結果、煤の発生量を低い値に抑えることができる。
【００１９】
図３，図４は、本発明の第２の実施の形態を示す。
本実施の形態では、前記同様に燃料噴射弁４近傍のシリンダヘッド壁面６の点火プラグ２側のシリンダヘッド壁面６に凹部11を設け、該凹部11の壁面の傾斜角δθと、前記角度θ１をなす円錐面とシリンダヘッド壁面とのなす角度θ０と、を加えた角度θが、前記θ１より大きくなるように設定する一方、該凹部11壁面の一部に凸部12を設け、前記角度θ１をなす円錐面と前記凸部12壁面とのなす角度θ３を、前記角度θ１より小さく設定する。
【００２０】
このように角度設定した凸部12を一部に設けることにより、全体的には前記凹部11を角度設定（θ＞θ１) とすることで、燃料噴霧のシリンダヘッド壁面６への付着を防止しつつ、該凸部12に部分的にシリンダヘッド壁面６への引き寄せ力が作用することにより、燃料噴霧の方向に凸部12側に偏向させることができ、凹部11と凸部12との大きさ, 位置を適切に設定することにより、燃料噴霧を所望の方向に偏向させることができる。
【００２１】
また、以上示した実施の形態では、シリンダヘッド壁面に凹部を設け、該凹部の壁面と前記角度θ１の円錐面とのなす角度θがθ１より大きくなるように設定したため、特別吸気ポート形状等を変更することなく燃料噴射弁の噴霧中心軸とシリンダ壁とのなす角度も十分に確保して燃料噴霧とシリンダ壁との接近ひいては付着を抑制できる。ただし、可能であれば、凹部を設けることなく、シリンダヘッド壁面と前記角度θ１の円錐面とのなす角度θが、θ１より大きくなるように設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す縦断面図及び横断面図。
【図２】δθ＋θ０とθ１との大小関係に対する煤の発生量の大小を示したデータ図。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す縦断面図及び横断面図。
【図４】図４のＡ−Ａ矢視断面図。
【図５】従来の内燃機関の燃焼室構造を示す断面図。
【符号の説明】
１    燃焼室
２    点火プラグ
３    吸気ポート
４    燃料噴射弁
５    凹部
６    シリンダヘッド壁面
７    シリンダ壁
11    凹部
12    凸部
【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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