(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッド燃焼室壁面の略中央より燃焼室に臨ませた点火プラグと、シリンダヘッド燃焼室壁面の側部で吸気ポート下側より燃焼室に直接斜め下向きに燃料を噴射するように臨ませた燃料噴射弁と、を備え、機関運転条件に応じて、圧縮行程にて燃料を噴射して成層燃焼を行わせる成層運転と吸気行程にて燃料を噴射して均質燃焼を行わせる均質運転とを切換える直噴火花点火式内燃機関において、
燃料噴射弁を、圧縮行程にて燃料を噴射する成層運転時の燃料噴霧の外形の一部が点火プラグ近傍に届くように設定し、
燃料噴射弁の噴口部に対し点火プラグとは反対方向のシリンダヘッド燃焼室壁面に、吸気行程にて燃料を噴射する均質運転時の燃料噴霧の外形の一部が近接するように、湾曲面を有する突出部を設けたことを特徴とする直噴火花点火式内燃機関。
【請求項２】
前記燃料噴射弁として、燃料噴霧の方向及び密度が偏るキャスティング型燃料噴射弁を用いて、燃料噴霧が点火プラグ側に偏るように取付け、圧縮行程にて燃料を噴射する成層運転時の燃料噴霧の外形の一部が点火プラグ近傍に届くように設定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】
前記湾曲面を有する突出部は、シリンダヘッド燃焼室壁面の周方向に沿って、燃料噴射弁の噴口部に対し左右方向に延長し、均質運転時の燃料噴霧の左右側面が近接するようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２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、直噴火花点火式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の直噴火花点火式内燃機関として、シリンダヘッド燃焼室壁面の略中央より燃焼室に臨ませた点火プラグと、シリンダヘッド燃焼室壁面の側部で吸気ポート下側より燃焼室に直接斜め下向きに燃料を噴射するように臨ませた燃料噴射弁と、を備え、機関運転条件に応じて、圧縮行程にて燃料を噴射して成層燃焼を行わせる成層運転と吸気行程にて燃料を噴射して均質燃焼を行わせる均質運転とを切換えるようにしたものがある（特開平４−１１２９３１号公報、特開平７−１９０４６号公報参照）。
【０００３】
ここで、吸気ポートの設定により、燃焼室内に順タンブル流動（燃料噴射弁から直接点火プラグへ向かう方向のタンブル流）を生成することで、成層運転時に、燃料の拡散を防止しつつ燃料を点火プラグ近傍へ確実に輸送して、燃料の成層化を可能にし、超希薄空燃比で運転して燃費の向上を図ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の直噴火花点火式内燃機関にあっては、アイドル時のような低回転時に、吸気ポートで形成する通常の順タンブル流動が弱まり、成層運転時に燃料が点火プラグ方向へ届きづらくなる。
【０００５】
また、成層運転時の圧縮行程噴射時（背圧下）に、燃料を直接点火プラグ方向へ向かわせるため、燃料噴射弁の噴霧角を大きく設定し、噴霧の上端角が点火プラグ近傍に届くようにする方法があるが、この場合には、成層運転時には、噴霧が直接点火プラグ方向へ届くものの、噴霧角が広過ぎて分散しやすくなり（図１３(a) 参照）、また、均質運転時の吸気行程噴射時（大気圧下）には、噴霧角が更に広くなりすぎてシリンダヘッド燃焼室壁面に燃料が付着し（図１３(b) 参照）、成層・均質運転条件ともに性能が悪化することになる。
【０００６】
そこで、燃料噴射弁の取付角度を寝かせ、かつ成層運転時（背圧下）に燃料を直接点火プラグ方向へ向かわせるため、噴霧角を小さく設定し、成層運転時（背圧下）に噴霧の上端角が点火プラグ近傍に届くようにする方法があるが、この場合には、小噴霧角のため、成層運転時の噴霧分散は防止でき（図１４(a) 参照）、均質運転時（大気圧下）の噴霧角の広がり度合も小さいのでシリンダヘッド燃焼室壁面への燃料付着も少なくなるものの、逆に均質運転時に噴霧角が狭すぎて燃料混合気の混合度合いが悪化し（図１４(b) 参照）、均質運転性能が悪化するという問題点があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、成層運転時の圧縮行程噴射時（背圧下）に噴霧が直接点火プラグ方向に届き、かつ分散も防止できる一方、均質運転時の吸気行程噴射時（大気圧下）には噴霧角を点火プラグとは反対方向に広げて燃料混合気の混合度合いを改善できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、シリンダヘッド燃焼室壁面の略中央より燃焼室に臨ませた点火プラグと、シリンダヘッド燃焼室壁面の側部で吸気ポート下側より燃焼室に直接斜め下向きに燃料を噴射するように臨ませた燃料噴射弁と、を備え、機関運転条件に応じて、圧縮行程にて燃料を噴射して成層燃焼を行わせる成層運転と吸気行程にて燃料を噴射して均質燃焼を行わせる均質運転とを切換える直噴火花点火式内燃機関において、燃料噴射弁を、圧縮行程にて燃料を噴射する成層運転時の燃料噴霧の外形の一部が点火プラグ近傍に届くように設定し、燃料噴射弁の噴口部に対し点火プラグとは反対方向のシリンダヘッド燃焼室壁面に、吸気行程にて燃料を噴射する均質運転時の燃料噴霧の外形の一部が近接するように、湾曲面を有する突出部を設けたことを特徴とする。
【０００９】
すなわち、前記湾曲面を有する突出部を設けることで、均質運転時に燃料噴射弁の噴口部に対し点火プラグとは反対方向の燃料噴霧の側面（外形角度）をコアンダ効果で外側に広げるのである。
【００１０】
ここで、コアンダ効果とは、湾曲面を有する突出部により、該湾曲面に近接した燃料噴霧が、該湾曲面に沿って流れる作用のことで、この効果が発揮されることにより該湾曲面に近接した噴霧の噴霧角は拡大されることになる。
【００１１】
請求項２に係る発明では、前記燃料噴射弁として、燃料噴霧の方向及び密度が偏るキャスティング型燃料噴射弁を用いて、燃料噴霧が点火プラグ側に偏るように取付け、圧縮行程にて燃料を噴射する成層運転時の燃料噴霧の外形の一部が点火プラグ近傍に届くように設定したことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明では、前記湾曲面を有する突出部は、シリンダヘッド燃焼室壁面の周方向に沿って、燃料噴射弁の噴口部に対し左右方向に延長し、均質運転時の燃料噴霧の左右側面が近接するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、燃料噴射弁を、圧縮行程にて燃料を噴射する成層運転時の燃料噴霧の外形の一部が点火プラグ近傍に届くように設定したので、成層運転時の燃焼性能を確保でき、このときは、燃料噴射弁の噴口部に対し点火プラグとは反対方向のシリンダヘッド燃焼室壁面に設けられた湾曲面を有する突出部に燃料噴霧が接近しないため、コアンダ効果による噴霧外形角のさらなる拡大もないので、噴霧外形角度が広くなり過ぎず、分散も少ないため、安定して運転できる。
【００１４】
一方、吸気行程にて燃料を噴射する均質運転時は、大気圧下にて燃料噴射するため、成層運転時に対し噴霧外形角は広がり、燃料噴射弁の噴口部に対し点火プラグとは反対方向のシリンダヘッド燃焼室壁面に設けられた湾曲面を有する突出部に近接するようになるため、コアンダ効果が発生し、噴霧外形角はさらに下端側に拡大する。従って、噴霧外形角が下端側に広がることで、混合気の均質度合いが向上し、性能向上が図れる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、燃料噴霧の方向及び密度が偏るキャスティング型燃料噴射弁を用いて、燃料噴霧が点火プラグ側に偏るように取付けることで、成層運転時の燃料噴霧をより確実に点火プラグ近傍へ輸送することができる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、湾曲面を有する突出部を、シリンダヘッド燃焼室壁面の周方向に沿って延長して、均質運転時の燃料噴霧の左右側面を近接させることで、コアンダ効果をより一層発揮させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示している。
【００１８】
シリンダヘッド１とピストン２との間に燃焼室３が形成され、また、ピストン２の頂面には凹部４が形成されている。５は吸気ポート、６は排気ポート、７は吸気弁、８は排気弁である。
【００１９】
そして、シリンダヘッド１燃焼室壁面の略中央より燃焼室３に臨ませた点火プラグ９と、シリンダヘッド１燃焼室壁面の側部で吸気ポート５下側（かつ２本の吸気ポート５，５間）より燃焼室３に直接斜め下向きに燃料を噴射するように臨ませた燃料噴射弁１０と、を備えている。
【００２０】
コントロールユニット１１には、アクセル開度センサ１２により検出される機関負荷、クランク角センサ１３により検出される機関回転数、水温センサ１４により検出される水温等が入力されている。そして、コントロールユニット１１は、これらにより検出される機関運転条件に応じて、燃料噴射弁１０の噴射時期、噴射量、図示しないプレッシャレギュレータにより調圧される燃料噴射弁１０への燃圧、及び、点火プラグ９の点火時期を制御して、圧縮行程にて燃料を噴射して成層燃焼を行わせる成層運転と、吸気行程にて燃料を噴射して均質燃焼を行わせる均質運転と、を切換える。
【００２１】
ここにおいて、燃料噴射弁１０の取付角度を寝かせ、かつ噴霧外形角を小さくして、圧縮行程（背圧下）にて燃料を噴射する成層運転時の燃料噴霧の外形の一部（噴霧外形上端）が点火プラグ９近傍に届くように設定してある。
【００２２】
また、燃料噴射弁１０の噴口部に対し点火プラグ９とは反対方向のシリンダヘッド１燃焼室壁面に、吸気行程（大気圧下）にて燃料を噴射する均質運転時の燃料噴霧の外形の一部（噴霧外形下端）が近接するように、湾曲面１５ａを有する突出部１５を設けてある。
【００２３】
次に第１実施形態の作用を説明する。
図２〜図５は第１の実施形態の作用を説明する図である。
一般に燃料噴霧特性として、図２に大気圧下、背圧下での噴霧外形の変化を示すように、大気圧下の噴霧外形角に対し、背圧下では噴霧外形角が狭くなる。また、図３に噴霧外形角による大気圧下、背圧下での噴霧外形角の変化度合いを示すように、大気気圧下と背圧下との噴霧外形角差は、噴霧外形角が小さいほど小さくなる。
【００２４】
この特性を考慮して、本発明においては、燃料噴射弁１０の取付角度を寝かせ、かつ、圧縮行程中（背圧下）に燃料噴射する成層運転時に燃料を直接点火プラグ９方向へ向かわせるために噴霧外形角を小さく設定し、成層運転時の噴霧外形上端角が点火プラグ９近傍に届くように設定してあるので、機関の運転条件が、成層運転領域では、図４に示すように、噴霧外形上端角が点火プラグ９を指向する。一方、噴霧外形下端角は、燃料噴射弁１０の取付角度が小さくかつ噴霧外形角が小さいため、燃料噴射弁１０の噴口部に対し点火プラグ９とは反対方向のシリンダヘッド１燃焼室壁面に設けられた湾曲面１５ａを有する突出部１５に接近しないため、コアンダ効果による噴霧外形下端角のさらなる拡大もないので、噴霧外形角が広くなり過ぎず、分散も少ないため、安定して運転できる。
【００２５】
また、機関の運転条件が、均質運転領域では、図５に示すように、吸気行程中（大気圧下）に燃料噴射するため、成層運転時に対し噴霧外形角は広がり、噴霧外形上端角・下端角共に広がる。このとき、噴霧外形角自体は小さいので、前述の噴霧特性より噴霧外形角の広がり代は少なく、噴霧外形上端側の燃料噴霧の点火プラグ９ヘのかぶり等は問題ない。一方、噴霧外形下端角は、広がることにより、燃料噴射弁１０の噴口部に対し点火プラグ９とは反対方向のシリンダヘッド１燃焼室壁面に設けられた湾曲面１５ａを有する突出部１５に近接するようになるため、コアンダ効果が発生することにより、噴霧外形下端角はさらに拡大する。従って、噴霧外形角が噴霧外形下端側に広がることで、混合気の均質度合いが向上し、性能向上が図れる。
【００２６】
図６は本発明の第２実施形態を示している。
この実施形態は、燃料噴射弁として、燃料噴霧の方向及び密度が偏るいわゆるキャスティング噴霧を生成するキャスティング型燃料噴射弁１０’を用いて、燃料噴霧が点火プラグ９側にキャスティングする（偏る）ように取付け、圧縮行程（背圧下）にて燃料を噴射する成層運転時の燃料噴霧の外形の一部（噴霧外形上端）が点火プラグ９近傍に届くようにしてある。そして、燃料噴射弁１０’の噴口部に対し点火プラグ９とは反対方向のシリンダヘッド１燃焼室壁面に、吸気行程（大気圧下）にて燃料を噴射する均質運転時の燃料噴霧の非キャスティング側（噴霧外形下端）が近接するように、湾曲面１５ａを有する突出部１５を設けてある。
【００２７】
尚、キャスティング型燃料噴射弁１０’は、例えば図７に示すように、燃料噴射弁の先端面を斜めにカットして、噴口までの距離を変えることにより、実現できる。
【００２８】
次に第２実施形態の作用を説明する。
図８〜図１０は第２実施形態の作用を説明する図である。
一般にキャスティング噴霧では、図８に示すように、大気圧下の噴霧外形角に対し、背圧下では噴霧外形角が狭くなる特性において、非キャスティング側の噴霧は狭くなるが、キャスティング側の噴霧は変わらないという特性がある。
【００２９】
この特性を考慮して、本発明においては、成層運転時の背圧下噴射のキャスティング側の噴霧（噴霧外形上端）が点火プラグ９近傍に届くように設定してあるので、機関の運転条件が、成層運転領域では、図９に示すように、キャスティング側の噴霧（噴霧外形上端）は点火プラグ９を指向する。一方、非キャスティング側の噴霧（噴霧外形下端）は、大気圧下の噴霧外形角に対しては狭く、燃料噴射弁１０’の噴口部に対し点火プラグ９とは反対方向のシリンダヘッド１燃焼室壁面に設けられた湾曲面１５ａを有する突出部１５に接近しないため、コアンダ効果による噴霧外形下端角のさらなる拡大もないので、噴霧外形角が広くなり過ぎず、分散も少ないため、安定して運転できる。
【００３０】
また、機関の運転条件が、均質運転領域では、図１０に示すように、吸気行程中（大気圧下）に燃料噴射するため、成層運転時に対し噴霧外形角は広がるものの、前述のキャスティング噴霧の特性により、キャスティング側の噴霧（噴霧外形上端）は広がらない（変化なし）のため、キャスティング側の噴霧の点火プラグ９ヘのかぶり等は問題ない。一方、非キャスティング側の噴霧（噴霧外形下端）は、成層運転時に対し広がることにより、燃料噴射弁１０’の噴口部に対し点火プラグ９とは反対方向のシリンダヘッド１燃焼室壁面に設けられた湾曲面１５ａを有する突出部１５に近接するようになるため、コアンダ効果が発生することにより、噴霧外形下端角はさらに拡大する。従って、噴霧外形角が噴霧外形下端側に広がることで、混合気の均質度合いが向上し、性能向上が図れる。
【００３１】
図１１及び図１２は本発明の第３実施形態を示している。
この実施形態は、第１及び第２実施形態において、燃料噴射弁１０（１０’）の噴口部に対し点火プラグ９とは反対方向のシリンダヘッド１燃焼室壁面に均質運転時の大気圧下噴射の噴霧（噴霧外形下端）が近接するように設けた湾曲面１５ａを有する突出部１５を、図１１(a) に示すような略円筒面形状から、図１１(b) に示すように、シリンダヘッド１燃焼室壁面の周方向に沿って、燃料噴射弁１０の噴口部に対し左右方向に延長して（延長部１６）、均質運転時の大気圧下噴射の噴露の左右側面が近接するようにしたものである。
【００３２】
こうすることにより、図１２に示すように、コアンダ効果をより一層発揮させて、均質運転時の噴霧をより広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態を示す図
【図２】  燃料噴射弁の大気圧下及び背圧下での噴霧特性図
【図３】  燃料噴射弁の噴霧外形角による噴霧特性図
【図４】  第１実施形態の成層運転時の噴霧形状を示す図
【図５】  第１実施形態の均質運転時の噴霧形状を示す図
【図６】  本発明の第２実施形態を示す図
【図７】  キャスティング型燃料噴射弁の構成例を示す図
【図８】  キャスティング型燃料噴射弁の噴霧特性図
【図９】  第２実施形態の成層運転時の噴霧形状を示す図
【図１０】  第２実施形態の均質運転時の噴霧形状を示す図
【図１１】  本発明の第３実施形態を示す図
【図１２】  第３実施形態の均質運転時の噴霧形状を示す図
【図１３】  従来例（１）の噴霧形状を示す図
【図１４】  従来例（２）の噴霧形状を示す図
【符号の説明】
１  シリンダヘッド
２  ピストン
３  燃焼室
４  凹部
５  吸気ポート
６  排気ポート
９  点火プラグ
１０  燃料噴射弁
１０’  キャスティング型燃料噴射弁
１１  コントロールユニット
１５  突出部
１５ａ  湾曲面
１６  延長部
【図１】
0003823607.tif 000002
【図２】
0003823607.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003823607.tif 000006
【図６】
0003823607.tif 000007
【図７】
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【図８】
0003823607.tif 000009
【図９】
0003823607.tif 000010
【図１０】
0003823607.tif 000011
【図１１】
0003823607.tif 000012
【図１２】
0003823607.tif 000013
【図１３】
0003823607.tif 000014
【図１４】
0003823607.tif 000015