JP2002364369A

JP2002364369A - 燃料噴射式内燃機関

Info

Publication number: JP2002364369A
Application number: JP2001165517A
Authority: JP
Inventors: Hidehiko Koyashiki; 秀彦小屋敷; Kazumitsu Kobayashi; 一光小林
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2002-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】一対の吸気ポートを介して燃焼室の中心側寄
りに２方向から燃料を噴射し、点火プラグによる着火性
を高め、燃焼効率を向上できるようにする。【解決手段】噴射弁１４の噴射口１４Ａから一対の吸
気ポート５Ｂ内に向けて燃料を２方向で噴射し、その噴
霧Ｆ，Ｆの中心間距離Ｌ1 を各吸気バルブ１２のバルブ
ステム１２Ａ間の距離Ｌよりも小さくする。そして、各
吸気バルブ１２を開弁したときには、噴射燃料を吸気バ
ルブ１２，１２の間から燃焼室内へとピストン７上のキ
ャビティ１５側に誘導し、濃い混合気をキャビティ１５
の内側部分に確保する。また、キャビティ１５の表面側
には、アルマイト処理またはセラミックコーティングに
よる表面処理層を形成し、燃焼室内での火炎ガス等に対
する輻射率を高める構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば一対の吸気
バルブと排気バルブとを備えた４バルブ式の自動車用エ
ンジン等に好適に用いられる燃料噴射式内燃機関に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用エンジン等の燃料噴射
式内燃機関は、機関の気筒となるシリンダと、該シリン
ダ内に往復動可能に設けられ該シリンダ内に燃焼室を画
成するピストンと、前記シリンダのヘッド側に設けられ
前記燃焼室に対して吸気ポートを開，閉する一対の吸気
バルブと、前記吸気ポート側に設けられ前記燃焼室内に
向けて燃料を噴射する噴射弁とにより構成されている
（例えば、特開平９−３１７５５５号公報等）。

【０００３】そして、この種の従来技術による内燃機関
は、吸気バルブの開弁時に吸気ポート側から噴射弁によ
る噴射燃料と吸入空気とを燃焼室内に向けて吸入し、こ
れらの燃料と吸入空気との混合気を燃焼室内で火花点火
により爆発、燃焼させてクランク軸側から回転出力を取
出すものである。

【０００４】また、従来技術による内燃機関は、シリン
ダのヘッド側に一対の吸気バルブと一対の排気バルブと
を備え、所謂４バルブエンジンを構成している。そし
て、前記ピストンの頂部側には、一対の吸気バルブと一
対の排気バルブとに対応して互いに独立して延びる略長
円形状の凹部を２個設け、これらの凹部によりピストン
頂部への燃料の付着、堆積（所謂、デポジットの発生）
を防止する構成としているものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術は、４バルブエンジンの燃焼改善を図るためにピ
ストンの頂面側に一対の凹部を設ける構成としたもので
あり、噴射弁による燃料の噴射方向との関係で燃焼効率
を向上できるようにしたものではない。

【０００６】即ち、従来技術にあっては、噴射弁から噴
射された燃料、これに伴った混合気が一対の凹部内に供
給されずに、凹部の外側に燃料および混合気が供給され
る場合があり、混合気の燃焼効率を必ずしも向上できな
いという問題がある。

【０００７】また、噴射弁からの燃料を各吸気バルブの
バルブステム周囲に向けて噴射した場合には、噴射燃料
の噴霧がバルブステムの外側を通って燃焼室内に拡が
り、点火プラグから遠い位置に濃い混合気が形成される
ことがあり、混合気に対する効率的な点火を行うのが難
しくなり、燃焼効率が低下するという問題がある。

【０００８】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明の目的は、２方向の噴射弁を用い
て燃焼室の中心側寄りの位置に２方向から燃料を噴射で
き、混合気の燃焼効率を向上できるようにした燃料噴射
式内燃機関を提供することにある。

【０００９】また、本発明の他の目的は、ピストンの頂
部側に円形の凹部からなるキャビティを形成することに
より、該キャビティ内に濃い混合気を確保して点火プラ
グによる着火性を高めることができ、燃焼効率をより向
上できるようにした燃料噴射式内燃機関を提供すること
にある。

【００１０】さらに、本発明の別の目的は、キャビティ
の表面側に輻射率を高めるための表面処理層を形成する
ことにより、初期燃焼行程における既燃ガスの輻射を利
用して未燃混合気を効果的に加熱でき、燃焼の促進化を
図ることができるようにした燃料噴射式内燃機関を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本発明は、機関の気筒となるシリンダと、該シリ
ンダ内に往復動可能に設けられ該シリンダ内に燃焼室を
画成するピストンと、前記シリンダのヘッド側に設けら
れバルブステムと一体の弁体が前記燃焼室に対して吸気
ポートを開，閉する一対の吸気バルブと、前記吸気ポー
ト側に設けられ前記燃焼室内に向けて燃料を噴射する噴
射弁とからなる燃料噴射式内燃機関に適用される。

【００１２】そして、請求項１の発明が採用する構成の
特徴は、前記噴射弁は、前記各吸気バルブのバルブステ
ムよりも内側となる位置に２方向で燃料を噴射し、その
噴霧の中心間距離を前記バルブステム間の距離よりも小
さくする構成としたことにある。

【００１３】このように構成することにより、噴射弁か
ら２方向に噴射された燃料は、その噴霧の中心間距離が
一対の吸気バルブに対しバルブステム間の距離よりも小
さくなるので、各吸気バルブの開弁時にはバルブステム
よりも内側となる位置から噴射燃料を燃焼室内に吸入で
き、燃焼室の中心側に近い位置に濃い混合気を形成する
ことができる。

【００１４】また、請求項２の発明によると、噴射弁の
噴射口を中心として各吸気バルブのバルブステム間のな
す角度をθa としたときに、前記噴射弁は角度θa より
も小さい噴霧角θb をもって燃料を噴射する構成として
いる。これにより、噴射弁は噴霧角θb の範囲内で燃料
を２方向に噴射することができ、噴射弁の噴射口を中心
として各吸気バルブのバルブステム間のなす角度θa の
範囲よりも外側部位に燃料が噴射され、噴霧が大きく拡
がるのを防止できる。

【００１５】一方、請求項３の発明は、燃焼室に臨むピ
ストンの頂部側に、直径がバルブステム間の距離よりも
大きい円形の凹窪部からなるキャビティを形成してい
る。これにより、ピストンの頂部側に形成したキャビテ
ィ内に向けて燃料と混合気を供給でき、この部分に濃い
混合気を形成することができる。

【００１６】また、請求項４の発明によると、キャビテ
ィは、平面形状が円形の底部と、該底部の外周側から立
上がり該底部の周囲を取囲む周壁部とからなり、該周壁
部は、シリンダのヘッド側に設けられた点火プラグの位
置を基準として形成される凹湾曲状の円弧面により構成
している。

【００１７】この場合には、凹湾曲状の円弧面として形
成したキャビティの周壁部により、点火プラグの周囲を
取り囲むようにして濃い混合気をキャビティの内側に確
保でき、点火プラグによる混合気への着火性を高めるこ
とができる。

【００１８】また、請求項５の発明によると、キャビテ
ィの周壁部に形成した円弧面は、シリンダ内でピストン
が上死点位置にあるときに点火プラグを中心とした円弧
により構成している。これにより、シリンダ内でピスト
ンが上死点位置に達したときに点火プラグを中心とした
円弧面としてキャビティの周壁部を形成でき、点火プラ
グによる着火時に濃い混合気をプラグ周囲に確保するこ
とができる。

【００１９】さらに、請求項６の発明は、キャビティの
表面に、燃焼室内で発生する火炎の輻射率を高めるため
の表面処理層を形成してなる構成としている。これによ
り、キャビティ表面の輻射率を高め、初期燃焼行程では
既燃ガスの輻射を利用して未燃混合気を加熱できると共
に、燃焼を促進でき、混合気の燃焼効率を向上すること
ができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
燃料噴射式内燃機関を、自動車用エンジンに適用した場
合を例に挙げ添付図面の図１ないし図８に従って詳細に
説明する。

【００２１】図中、１は自動車用エンジンのエンジン本
体を示し、該エンジン本体１は、クランク軸が回転可能
に設けられたクランクケース（いずれも図示せず）と、
後述のシリンダブロック２およびシリンダヘッド４等と
により構成されている。

【００２２】２は前記クランクケース上に設けられたシ
リンダブロックで、該シリンダブロック２には機関の気
筒となる複数のシリンダ３（１気筒のみ図示）が形成さ
れ、これらのシリンダ３内には後述のピストン７が往復
動可能に挿嵌されている。

【００２３】４はシリンダブロック２上に搭載されたシ
リンダヘッドで、該シリンダヘッド４には吸気通路５と
排気通路６とが形成されている。そして、吸気通路５
は、図２に示す如く隔壁５Ａによって一対の吸気ポート
５Ｂに分岐され、該各吸気ポート５Ｂは後述の吸気バル
ブ１２により燃焼室１０に対して連通、遮断されるもの
である。また、シリンダヘッド４の排気通路６も、吸気
通路５と同様に一対の排気ポート６Ａ（一方のみ図示）
を有している。

【００２４】７はシリンダ３内に往復動可能に設けられ
たピストンで、該ピストン７は、ピストンリング８，９
を介してシリンダ３内に摺動可能に挿嵌され、その頂部
側には後述のキャビティ１５が形成されている。そし
て、ピストン７はシリンダヘッド４との間でシリンダ３
内に燃焼室１０を画成し、この燃焼室１０内に発生する
後述の燃焼ガスにより、ピストン７はシリンダ３内を
上，下に駆動されるものである。

【００２５】１１はシリンダヘッド４に設けられた点火
プラグで、該点火プラグ１１は、各吸気ポート５Ｂと各
排気ポート６Ａとの中間に位置して燃焼室１０のほぼ中
心となる位置に配設されている。そして、点火プラグ１
１は、ピストン７がシリンダ３内で下死点から上死点へ
と摺動変位する圧縮行程等で、燃焼室１０内に供給され
た混合気に点火を行うものである。

【００２６】１２，１２はシリンダヘッド４の吸気側に
設けられた吸気バルブで、該各吸気バルブ１２は、バル
ブステム１２Ａと、該バルブステム１２Ａの先端側に一
体に設けられた弁体１２Ｂとからなり、バルブステム１
２Ａはカム軸（図示せず）の回転に従って駆動される。
これにより、吸気バルブ１２の弁体１２Ｂは開，閉弁さ
れ、吸気ポート５Ｂを燃焼室１０に対して開，閉するも
のである。

【００２７】そして、吸気バルブ１２の開弁時には、吸
気ポート５Ｂからの燃料と吸入空気との混合気が燃焼室
１０内に向けて吸入されるものである。また、一対の吸
気バルブ１２，１２は、図２に示すようにバルブステム
１２Ａが距離Ｌをもって配設されている。

【００２８】１３，１３はシリンダヘッド４の排気側に
設けられた排気バルブで、該各排気バルブ１３も、バル
ブステム１３Ａと、該バルブステム１３Ａの先端側に一
体に設けられた弁体１３Ｂとからなり、バルブステム１
３Ａはカム軸（図示せず）の回転に従って駆動される。
そして、排気バルブ１３の開弁時には、燃焼室１０内か
ら排気ポート６Ａに向けて排気ガスが排出されるもので
ある。

【００２９】１４はシリンダヘッド４の吸気通路５側に
設けられた噴射弁で、該噴射弁１４は、図２に示すよう
に噴射口１４Ａを有し、該噴射口１４Ａから一対の吸気
ポート５Ｂ，５Ｂおよび燃焼室１０内に向けて２方向で
燃料を噴射する２方向噴射弁により構成されている。

【００３０】そして、噴射弁１４は、各吸気バルブ１２
のバルブステム１２Ａよりも内側となる位置に２方向の
噴霧Ｆ，Ｆとして燃料を噴射し、それぞれの噴霧Ｆを形
成する燃料は、吸気通路５の隔壁５Ａとバルブステム１
２Ａとの間に噴射されるものである。このため、噴射弁
１４の噴射口１４Ａから２方向に噴射された燃料の噴霧
Ｆ，Ｆは、その中心間距離Ｌ1 がバルブステム１２Ａ間
の距離Ｌよりも小さく（Ｌ1 ＜Ｌ）なっている。

【００３１】また、図３に示すように噴射口１４Ａの中
心点ａに対し、各バルブステム１２Ａの中心点ｂ，ｃ間
で規定される角度をθa とすると、燃料の噴霧Ｆ，Ｆに
よる噴霧角θb は、この角度θa よりも小さい角度（θ
b ＜θa ）に設定されているものである。

【００３２】１５は燃焼室１０に臨むピストン７の頂部
側に形成されたキャビティで、該キャビティ１５は、図
１、図２に示すように円形の凹窪部として形成され、そ
の直径Ｄは、バルブステム１２Ａ間の距離Ｌよりも大き
い寸法（Ｄ＞Ｌ）となっている。そして、図５に示すよ
うにキャビティ１５は、平面形状が円形の平坦面として
形成された底部１５Ａと、該底部１５Ａの外周側から上
向きに立上がり底部１５Ａの周囲を取囲む周壁部１５Ｂ
とにより構成されている。

【００３３】また、キャビティ１５の周壁部１５Ｂは、
点火プラグ１１のポイント１１Ａを基準とした凹湾曲状
の円弧面により形成されている。即ち、キャビティ１５
の周壁部１５Ｂは、図５に示す如くピストン７が上死点
位置にあるときに、点火プラグ１１のポイント１１Ａを
中心とした半径Ｒの円弧からなる凹湾曲面により形成さ
れている。

【００３４】１６はキャビティ１５の表面側に形成され
た表面処理層で、該表面処理層１６は、燃焼室１０内で
発生する火炎の輻射率を高めるため、例えば黄褐色アル
マイト処理をキャビティ１５の表面に施すことにより形
成されている。また、表面処理層１６は、例えばアルミ
ナ（酸化アルミニウム）等のセラミックコーティングを
キャビティ１５の表面に施すことにより形成してもよ
い。

【００３５】この場合、図６中に二点鎖線で示す特性線
１７は、表面処理を行っていないもので（例えば、アル
ミニウムの金属面）、照射光の波長を２〜１０μｍの範
囲で変えても輻射率は、例えば０．３以下の低い輻射率
となってしまう。

【００３６】これに対し、図６中に実線で示す特性線１
８は、例えば黄褐色アルマイト処理による表面処理層１
６をキャビティ１５の表面に形成した場合で、この場合
には輻射率を０．４〜１．０の範囲まで高くすることが
できる。

【００３７】また、図６中に点線で示す特性線１９は、
例えばアルミナ（酸化アルミニウム）のセラミックコー
ティングによる表面処理層１６をキャビティ１５の表面
に形成した場合で、この場合も輻射率を０．３〜１．０
の範囲まで高くすることができる。

【００３８】本実施の形態による自動車用エンジンは上
述の如き構成を有するもので、次にその作動について説
明する。

【００３９】まず、シリンダ３内のピストン７は、上死
点と下死点との間を往復動することにより、吸気行程→
圧縮行程→燃焼（膨脹）行程→排気行程を繰返す。そし
て、吸気バルブ１２が開弁する前に、噴射弁１４は噴射
口１４Ａから一対の吸気ポート５Ｂ，５Ｂ内に向けて２
方向で燃料を噴射する。

【００４０】この場合、噴射弁１４からの燃料は、図２
に例示するように２方向の噴霧Ｆ，Ｆとなって各吸気バ
ルブ１２のバルブステム１２Ａよりも内側となる位置
で、吸気通路５の隔壁５Ａとバルブステム１２Ａとの間
に噴射される。

【００４１】そして、燃料の噴射が終了し、吸気行程で
吸気バルブ１２が開弁すると、各吸気ポート５Ｂから燃
焼室１０内に向けて燃料と吸入空気との混合気が吸入さ
れ、このときの燃料と混合気は、燃焼室１０内でピスト
ン７上のキャビティ１５側へと誘導されるようになる。

【００４２】即ち、前述の如く各吸気バルブ１２のバル
ブステム１２Ａよりも内側に噴射された燃料は、各吸気
バルブ１２が開弁したときに図４中に示す斜線部分２０
のように、吸気バルブ１２，１２の間から燃焼室１０内
でピストン７上のキャビティ１５側へと誘導され、この
斜線部分２０に濃い混合気を形成する。

【００４３】そして、吸気行程または圧縮行程の途中等
において、混合気がシリンダ３内での空気流動の影響を
受けても、混合気の大半はキャビティ１５内またはその
周囲に確保されるようになり、濃い混合気がキャビティ
１５から流出するの抑えることができる。

【００４４】次に、この状態で圧縮行程から燃焼行程に
入ると、ピストン７のキャビティ１５により濃い混合気
は点火プラグ１１の周囲に導かれるようになり、点火プ
ラグ１１による混合気への着火性を向上できる。

【００４５】また、キャビティ１５の表面側では表面処
理層１６により火炎ガスに対する輻射率を高めているか
ら、初期燃焼行程ではキャビティ１５の表面による既燃
ガスの輻射を利用して未燃混合気を加熱することがで
き、これにより混合気の燃焼を促進することができる。

【００４６】そして、燃焼行程における混合気の燃焼エ
ネルギによって、ピストン７はシリンダ３内で下死点側
へと駆動されるので、このときの駆動力をクランク軸か
ら回転出力として取出すことにより、エンジンのプロペ
ラシャフト等を高トルクで回転駆動することができる。

【００４７】かくして、本実施の形態によれば、噴射弁
１４の噴射口１４Ａから２方向に噴射する燃料は、その
噴霧Ｆ，Ｆの中心間距離Ｌ1 がバルブステム１２Ａ間の
距離Ｌよりも小さくなるように構成しているので、噴射
弁１４からの燃料を、図２に示す如く２方向の噴霧Ｆ，
Ｆとして各吸気バルブ１２のバルブステム１２Ａと吸気
通路５の隔壁５Ａとの間に噴射でき、各吸気バルブ１２
のバルブステム１２Ａよりも内側となる位置に濃い混合
気を形成することができる。

【００４８】この結果、各吸気バルブ１２が開弁したと
きには、図４中に示す斜線部分２０のように噴射燃料
を、吸気バルブ１２，１２の間から燃焼室１０内でピス
トン７上のキャビティ１５側に誘導でき、この斜線部分
２０に濃い混合気を形成することができる。

【００４９】このため、従来技術で述べた如く、吸気バ
ルブ１２の外側（吸気バルブ１２を挟んで斜線部分２０
とは反対側）に濃い混合気の一部が流込むようなことは
なくなり、濃い混合気をキャビティ１５の内側部分に確
保し続けることができる。そして、吸気行程または圧縮
行程の途中で混合気がシリンダ３内での空気流動の影響
を受けても、混合気がキャビティ１５から流出するの抑
えることができる。

【００５０】また、この状態で圧縮行程から燃焼行程に
入ったときには、ピストン７のキャビティ１５により濃
い混合気を点火プラグ１１の周囲に導くことができ、点
火プラグ１１による混合気への着火性を向上できる。

【００５１】また、キャビティ１５の表面側には、例え
ばアルマイト処理またはセラミックコーティングによる
表面処理層１６を形成し、燃焼室１０内での火炎ガス等
に対する輻射率を高める構成としているので、燃焼行程
の初期段階ではキャビティ１５の表面による既燃ガスの
輻射を利用して未燃混合気を加熱でき、混合気の燃焼を
促進することができる。

【００５２】これにより、混合気の燃焼効率を向上で
き、排気ガス中の有害成分を低減できると共に、燃料消
費量を減らしてリーンバーン制御等を安定して行うこと
ができる。また、エンジンの低温時には、例えば点火時
期の遅延化（遅角制御）が可能となり、排気ガス中の炭
化水素（ＨＣ）を低減でき、排気温度の上昇も図ること
ができる。

【００５３】また、図７に示すように、噴射弁１４によ
る燃料噴射の終了時期をクランク角の０度（上死点）を
基準として、クランク角の−１００〜＋１００度の範囲
に亘り排気ガス中のＨＣ濃度を実際に調べてみた。

【００５４】これによると、ピストン７に設けたキャビ
ティ１５の表面側に、例えばアルミナ等のセラミックコ
ーティングを表面処理層１６として形成した本実施の形
態では、図７中に実線で示す特性線２１の如くＨＣ濃度
を、２５００ｐｐｍ以下まで低減できることが確認され
た。

【００５５】これに対し、ピストン７にキャビティ１５
を形成するだけで、例えばセラミックコーティングから
なる表面処理層１６を省略した場合には、図７中に点線
で示す特性線２２のようにＨＣ濃度が、２５００ｐｐｍ
よりも高くなり、例えば燃料噴射の終了時期がクランク
角０度から１００度の範囲では３０００ｐｐｍを越える
値までＨＣ濃度が高くなっている。

【００５６】また、ピストン７にキャビティ１５を形成
することなく従来品のピストンを用いた場合には、図７
中に一点鎖線で示す特性線２３のようにＨＣ濃度が、３
０００ｐｐｍよりも高くなり、燃料噴射の終了時期がク
ランク角７０度付近では、例えば３４００ｐｐｍ程度ま
でＨＣ濃度が高くなってしまう。

【００５７】このように、本実施の形態では、ピストン
７にキャビティ１５を形成すると共に、例えばセラミッ
クコーティングからなる表面処理層１６をキャビティ１
５の表面に形成することにより、図７中に実線で示す特
性線２１のようにＨＣ濃度を２５００ｐｐｍ以下まで低
減でき、排気ガス中の有害成分を減らしエミッション性
能を向上することができる。

【００５８】また、図８に示すように排気温度について
も調べてみると、本実施の形態の場合には、実線で示す
特性線２４の如く燃料噴射の終了時期がクランク角−１
００〜＋１００度の範囲に亘って排気温度を、例えば５
００℃に近い温度まで高めることができ、混合気の燃焼
効率を向上できることが確認された。

【００５９】これに対し、ピストン７にキャビティ１５
を形成するだけで、例えばセラミックコーティングから
なる表面処理層１６を省略した場合には、図８中に点線
で示す特性線２５のように排気温度が、例えば４８０℃
前，後の温度まで下がる。

【００６０】また、ピストン７にキャビティ１５を形成
することなく従来品のピストンを用いた場合には、一点
鎖線で示す特性線２６のように排気温度が、例えば４６
０℃以下まで低下してしまう。

【００６１】このように、本実施の形態では、ピストン
７にキャビティ１５を形成すると共に、例えばセラミッ
クコーティングからなる表面処理層１６をキャビティ１
５の表面に形成することにより、図８中に実線で示す特
性線２４のように排気温度を５００℃に近い温度まで上
昇でき、混合気の燃焼効率を向上できると共に、高温の
排気ガスを排気管途中の触媒装置等に供給でき、触媒の
活性時間を短縮することができる。

【００６２】従って、本実施の形態によれば、２方向の
噴射弁１４から噴射した燃料を、燃焼室１０の中心側寄
りの位置に２つの噴霧Ｆ，Ｆとして供給することがで
き、例えば点火プラグ１１の周囲に濃い混合気を形成で
きると共に、混合気の着火性を向上でき、燃焼室１０内
での混合気の燃焼効率を高めることができる。

【００６３】また、ピストン７にキャビティ１５を形成
すると共に、輻射率を高めるための表面処理層１６をキ
ャビティ１５の表面に形成することにより、排気ガス中
の有害成分（ＨＣ）を低減でき、燃料消費量を減らすこ
とができる。

【００６４】そして、エンジンの低温時には、例えば点
火時期の遅延化（遅角制御）が可能となり、排気ガス中
のＨＣを減らし、排気温度の上昇化も図ることができ
る。また、エンジンの暖気後にはリーンバーン制御等を
安定して行うことができる。

【００６５】なお、前記実施の形態では、シリンダヘッ
ド４側に吸気通路５を一体に設ける構成とした場合を例
に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば吸
気マニホールド等からなる吸気管をシリンダヘッドの吸
気側に接続する構成としてもよいことは勿論である。

【００６６】また、前記実施の形態では、一対の吸気バ
ルブ１２と一対の排気バルブ１３とを備えた４バルブエ
ンジンを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限ら
ず、例えば排気バルブ１３を１個または３個以上備える
自動車用エンジン等の内燃機関に適用してもよい。

【００６７】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１に記載の発
明によれば、噴射弁は、各吸気バルブのバルブステムよ
りも内側となる位置に２方向で燃料を噴射し、その噴霧
の中心間距離を前記バルブステム間の距離よりも小さく
する構成としたので、噴射弁から２方向に噴射された燃
料を、各吸気バルブの開弁時にバルブステムよりも内側
となる位置から燃焼室内に吸入でき、燃焼室の中心側に
近い位置に濃い混合気を形成することができる。従っ
て、燃焼室の中心側に設ける点火プラグの周囲に濃い混
合気を形成でき、混合気への着火性を高めることができ
ると共に、燃焼室内での混合気の燃焼効率を向上するこ
とができる。

【００６８】また、請求項２に記載の発明によると、噴
射弁は噴射口を中心として各吸気バルブのバルブステム
間のなす角度θa よりも小さい噴霧角θb をもって燃料
を噴射する構成としているため、噴射口を中心として各
吸気バルブのバルブステム間のなす角度θa の範囲より
も外側部位に燃料が噴射され、噴霧が大きく拡がるのを
防止でき、燃焼室の中心側に濃い混合気を形成すること
ができる。

【００６９】一方、請求項３に記載の発明は、燃焼室に
臨むピストンの頂部側に、直径がバルブステム間の距離
よりも大きい円形の凹窪部からなるキャビティを形成し
ているので、ピストンの頂部側に形成したキャビティ内
に向けて燃料と混合気を供給でき、キャビティの内側と
なる部分に濃い混合気を形成することができる。

【００７０】また、請求項４に記載の発明は、キャビテ
ィの周壁部を、シリンダのヘッド側に設けられた点火プ
ラグの位置を基準として形成される凹湾曲状の円弧面に
より構成しているので、キャビティの内側となる部分に
は点火プラグの周囲を取り囲むように濃い混合気を確保
することができ、点火プラグによる混合気への着火性を
高めることができる。

【００７１】また、請求項５に記載の発明は、キャビテ
ィの周壁部に形成した円弧面を、シリンダ内でピストン
が上死点位置にあるときに点火プラグを中心とした円弧
により形成しているので、シリンダ内でピストンが上死
点位置に達したときに点火プラグを中心とした円弧面と
してキャビティの周壁部を形成でき、点火プラグによる
着火時に濃い混合気を点火プラグ周囲に確保することが
できる。これにより、混合気への着火性を高めることが
でき、燃焼室内での混合気の燃焼効率を向上することが
できる。

【００７２】さらに、請求項６に記載の発明は、キャビ
ティの表面に、燃焼室内で発生する火炎の輻射率を高め
るための表面処理層を形成しているため、キャビティ表
面の輻射率を高めることができ、初期燃焼行程では火炎
の輻射を利用して未燃混合気を加熱できると共に、燃焼
を促進でき、混合気の燃焼効率を向上できる。これによ
り、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）を低減でき、燃料消
費率を向上することができる。そして、エンジンの低温
時には、例えば点火時期の遅延化が可能となり、排気ガ
ス中のＨＣを減らし、排気温度の上昇化も図ることがで
きると共に、エンジンの暖気後にはリーンバーン制御等
を安定して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による自動車用エンジンの
要部を示す縦断面図である。

【図２】シリンダヘッド側の吸気ポートおよび吸気バル
ブ等を図１中の矢示II−II方向から示す断面図である。

【図３】図２中の噴射弁による燃料の噴射角と一対の吸
気バルブとの関係を示す説明図である。

【図４】ピストンの頂部側に形成したキャビティに対す
る噴射燃料の流動状態を説明するための平面図である。

【図５】ピストンの頂部側に形成したキャビティと点火
プラグとの関係を示す要部拡大断面図である。

【図６】表面処理層に照射した照射光の波長と輻射率と
の関係を示す特性線図である。

【図７】燃料噴射終了クランク角とＨＣ濃度との関係を
示す特性線図である。

【図８】燃料噴射終了クランク角と排気温度との関係を
示す特性線図である。

【符号の説明】

１エンジン本体２シリンダブロック３シリンダ４シリンダヘッド５吸気通路５Ａ隔壁５Ｂ吸気ポート７ピストン１０燃焼室１１点火プラグ１２吸気バルブ１２Ａバルブステム１４噴射弁１４Ａ噴射口１５キャビティ１５Ａ底部１５Ｂ周壁部１６表面処理層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｆ 3/26 Ｆ０２Ｆ 3/26 ＣＦ０２Ｍ 69/00 ３１０Ｆ０２Ｍ 69/00 ３１０Ｐ 69/04 69/04 ＲＦターム(参考） 3G023 AA01 AA02 AA04 AB01 AC05 AD05 AD09 AE04 AE06 AG01 AG02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関の気筒となるシリンダと、該シリン
ダ内に往復動可能に設けられ該シリンダ内に燃焼室を画
成するピストンと、前記シリンダのヘッド側に設けられ
バルブステムと一体の弁体が前記燃焼室に対して吸気ポ
ートを開，閉する一対の吸気バルブと、前記吸気ポート
側に設けられ前記燃焼室内に向けて燃料を噴射する噴射
弁とからなる燃料噴射式内燃機関において、前記噴射弁は、前記各吸気バルブのバルブステムよりも
内側となる位置に２方向で燃料を噴射し、その噴霧の中
心間距離を前記バルブステム間の距離よりも小さくする
構成としたことを特徴とする燃料噴射式内燃機関。
【請求項２】前記噴射弁の噴射口を中心として前記各
吸気バルブのバルブステム間のなす角度をθa としたと
きに、前記噴射弁は角度θa よりも小さい噴霧角θb を
もって燃料を噴射する構成としてなる請求項１に記載の
燃料噴射式内燃機関。
【請求項３】前記燃焼室に臨む前記ピストンの頂部側
には、直径が前記バルブステム間の距離よりも大きい円
形の凹窪部からなるキャビティを形成してなる請求項１
または２に記載の燃料噴射式内燃機関。
【請求項４】前記キャビティは、平面形状が円形の底
部と、該底部の外周側から立上がり該底部の周囲を取囲
む周壁部とからなり、該周壁部は、前記シリンダのヘッ
ド側に設けられた点火プラグの位置を基準として形成さ
れる凹湾曲状の円弧面により構成してなる請求項３に記
載の燃料噴射式内燃機関。
【請求項５】前記キャビティの周壁部に形成した円弧
面は、前記シリンダ内でピストンが上死点位置にあると
きに前記点火プラグを中心とした円弧により構成してな
る請求項４に記載の燃料噴射式内燃機関。
【請求項６】前記キャビティの表面には、前記燃焼室
内で発生する火炎の輻射率を高めるための表面処理層を
形成してなる請求項３，４または５に記載の燃料噴射式
内燃機関。