JP2006125333A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室へ導入される空気の温度を低下させて体積効率を向上させるとともに、燃料噴射弁を簡易に燃料分配管へ取り付けることができる内燃機関を提供すること。
【解決手段】この内燃機関１は、２個の吸気弁１０₁、１０₂それぞれの軸部１１を含む平面ＰＶと直交する平行な２枚の平面ＰＳ₁、ＰＳ₂上に、２個のポート噴射弁２₁、２₂をそれぞれ平行に配置する。そして、ポート噴射弁２₁、２₂から扁平状の燃料噴霧Ｆｍを噴射して、これを吸気弁１０₁、１０₂の傘部１２と吸気通路開口部との間を通過させ、燃焼室１ｂ内へ流入させる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、火花点火式の内燃機関に関する。

点火プラグによって燃焼室内の混合気に点火する火花点火式の内燃機関では、いわゆる吸気ポートに燃料を噴射する内燃機関が広く用いられている。このような内燃機関としては、例えば、特許文献１には、吸気通路の下方にインジェクタを備え、吸気弁が開いたときに吸気弁の傘部上方を通過して、点火プラグの近傍に燃料を噴射するものが開示されている。

特開平６−２４９１０８号公報

特許文献１に開示された技術は、吸気弁が開いたときに燃料を燃焼室へ向かって噴射するため、同時に燃焼室へ導入される空気の温度を、燃料の気化潜熱により低下させることができる。これによって、燃焼室へ導入される空気の体積効率を向上させて、内燃機関の性能を向上させることができる。

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、点火プラグ側から見たとき、インジェクタ同士の噴孔形成部が点火プラグに向かうように、すなわち、インジェクタ同士がハの字に配置される。このため、インジェクタへ燃料を分配する燃料分配手段の取り付けが事実上不可能になるという問題点があった。そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、燃焼室へ導入される空気の温度を低下させて体積効率を向上させるとともに、燃料噴射弁を簡易に燃料分配管へ取り付けることができる内燃機関を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、焼室室へ開口する吸気通路開口部を有する吸気通路と、軸部と、前記軸部の一端に形成されるとともに前記吸気通路開口部を開閉する傘部とを有する２個の吸気弁と、前記吸気通路に開口する噴孔を有するとともに、前記噴孔は、前記傘部と前記吸気通路開口部との間を通過して前記燃焼室内へ流入する、扁平形状の燃料噴霧を噴射し、さらに前記吸気弁のそれぞれの軸部を含む平面と直交する平行な２枚の平面上に、それぞれ平行に配置される２個の燃料噴射弁と、を含むことを特徴とする。

この内燃機関は、２個の吸気弁それぞれの軸部を含む平面と直交する、平行な２枚の平面上に、２個の燃料噴射弁をそれぞれ平行に配置する。そして、この燃料噴射弁から扁平状の燃料噴霧を噴射して、これを吸気弁の傘部と吸気通路開口部との間を通過させ、燃焼室内へ流入させる。これによって、燃焼室へ導入される空気の温度を低下させて体積効率を向上させるとともに、燃料噴射弁を簡易に燃料分配管へ取り付けることができる。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記２個の燃料噴射弁は、前記燃焼室の中心軸を通り、かつ前記燃料噴射弁と平行な平面に対して対称に配置されることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記２個の燃料噴射弁は、前記燃焼室の中心軸を通り、かつ前記燃料噴射弁と平行な平面に対して非対称に配置されることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記燃料噴射弁の燃料噴射弁中心軸が、前記吸気弁の前記軸部と交差することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記燃料噴射弁は、少なくとも２本の燃料噴霧を噴射するとともに、それぞれの前記燃料噴霧は、前記吸気弁の前記軸部を避けるように前記傘部と前記吸気通路開口部との間を通過することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記燃料噴霧の貫徹力は、前記噴孔と前記燃焼室の内壁面との距離が大きくなるにしたがって大きくなることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記燃料噴霧の濃度は、前記噴孔と前記燃焼室の内壁面との距離が大きくなるにしたがって高くなることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関では、燃焼室へ導入される空気の温度を低下させて体積効率を向上させるとともに、燃料噴射弁を簡易に燃料分配管へ取り付けることができるという効果を奏する。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。特に本発明は、燃焼室へ空気又は空気と燃料との混合気を導入するための吸気弁を備える内燃機関に対して好適である。また、本発明は、特に乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましく適用できる。

実施例１に係る内燃機関は、次の点に特徴がある。すなわち、２個の燃料噴射手段と２個の吸気弁とを備え、前記ポート噴射弁が有する噴孔は、扁平形状の燃料噴霧を噴射する。この燃料噴霧は、吸気弁の傘部と吸気通路が燃焼室に開口する吸気通路開口部との間を通過して燃焼室内へ流入する。そして、前記２個のポート噴射弁は、両吸気弁のそれぞれの軸部を含む平面と直交する２枚の平行な平面上にそれぞれ平行に配置される。図１は、実施例１に係る内燃機関の一例を示す説明図である。実施例１では、内燃機関が備える単一の気筒を取り出して説明するが、本発明は多気筒の内燃機関、単気筒の内燃機関を問わずに適用できる。なお、「平行」とは、製造上発生する誤差や、製造上必要な公差は含む（以下同様）。

図１に示すように、実施例１に係る内燃機関１は、いわゆるレシプロ式の内燃機関であり、点火プラグ７によって燃焼室１ｂ内の混合気に点火する、火花点火式の内燃機関である。内燃機関１は、気筒１ｓの燃焼室１ｂ内へ、吸気通路の一部である吸気ポート４₁（４₂）へ燃料Ｆを噴射するポート噴射弁２₁（２₂）を備える。ここで、ポート噴射弁が、燃料噴射弁に相当する。なお、前記燃焼室１ｂ内へ直接燃料を噴射する直噴噴射弁をさらに備え、内燃機関１の運転条件に応じて両者の燃料噴射割合を変更して、内燃機関１へ燃料Ｆを供給してもよい。

内燃機関１は、その運転を制御するため、クランク角センサ４１、アクセル開度センサ４２、エアフローセンサ４３その他のセンサ類が取り付けられている。機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０は、前記センサ類からの出力を取得して、内燃機関１の点火時期や燃料噴射量を決定したり、前記ポート噴射弁２₁（２₂）の燃料噴射時期を制御したりする。

内燃機関１に供給される燃料Ｆは、前記ポート噴射弁２₁（２₂）から吸気ポート４₁（４₂）内へ噴射され、吸気弁１０₁（１０₂）から流入する空気と混合気を形成する。内燃機関１に供給される空気Ａは、吸気通路の一部であるインテークパイプ８の入口に取り付けられるエアクリーナ８ｃでごみ等が除去されてから、内燃機関１へ送られる。内燃機関１へ供給される空気は、インテークパイプ８に設けられるスロットル弁４５によって流量が調整される。このスロットル弁４５は、バタフライ弁をスロットルアクチュエータで駆動する、いわゆる電子スロットル弁である。

実施例１において、アクセル４２ｐの開度はアクセル開度センサ４２で検出されて、機関ＥＣＵ３０に取り込まれる。機関ＥＣＵ３０は、スロットル弁４５を開閉する。このように、スロットル弁４５の開度は、アクセル４２ｐと連動するように構成される。アクセル４２ｐの開度が大きくなると、スロットル弁４５の開度は大きくなり、アクセル４２ｐの開度が小さくなると、スロットル弁４５の開度は小さくなる。

内燃機関１へ供給される空気は、インテークパイプ８であってスロットル弁４５の上流に設けられるエアフローセンサ４３で流量が計測されて、その計測値は機関ＥＣＵ３０に取り込まれる。機関ＥＣＵ３０は、エアフローセンサ４３により計測される吸入空気量Ｑａと、回転数センサで計測される内燃機関１の機関回転数ＮＥとから、内燃機関１に対する燃料噴射量τを決定する。

燃焼室１ｂ内に導かれた空気と、ポート噴射弁２₁（２₂）から噴射された燃料Ｆとによって形成された混合気は、シリンダヘッド１ｈに取り付けられる点火プラグ７で着火されて燃焼し、燃焼ガスとなる。燃焼ガスの燃焼圧力はピストン５に伝えられ、ピストン５を往復運動させる。ピストン５の往復運動は、コネクティングロッド３を介してクランク軸６へ伝達され、ここで回転運動に変換される。内燃機関１の燃焼室１ｂで燃焼した混合気は、排ガスＥｘとなって排気弁１５₁（１５₂）を通って排気ポート９へ排出される。この排ガスＥｘは、浄化触媒で浄化されてから大気中へ排出される。

実施例１に係る内燃機関１は、２個の吸気弁１０₁（１０₂）と、２個の排気弁１５₁（１５₂）を備える。なお、実施例１に係る内燃機関１は、少なくとも２個の吸気弁を備えていればよく、排気弁は１個でもよい。実施例１に係る内燃機関１において、ポート噴射弁２₁（２₂）は、吸気弁１０₁（１０₂）１個あたり１個配置される。

ポート噴射弁２₁（２₂）には、燃料分配手段であるデリバリパイプ２０から燃料が供給される。図２−１、図２−２は、ポート噴射弁とデリバリパイプとの取り付け状態を示す説明図である。図２−１に示すように、デリバリパイプ２０には、ガスケット２３を介してポート噴射弁２₁（２₂）が差し込まれる。デリバリパイプ２０には、燃料供給管２２から燃料Ｆが供給される。図２−１に示すように、実施例１においては、１の燃焼室（１の気筒）あたり、２個のポート噴射弁２₁、２₂が用いられる。

図２−２に示すように、ポート噴射弁２₁（２₂）は、デリバリパイプ２０に取り付けられるとともに、内燃機関１のシリンダヘッド１ｈに設けられる取り付け孔１ｈｐに挿入される。そして、デリバリパイプ２０を、スペーサ２１を介して締結手段であるボルト２４によってシリンダヘッド１ｈに固定する。これによって、デリバリパイプ２０、及び複数のポート噴射弁２₁（２₂）がシリンダヘッド１ｈに固定される。なお、スペーサ２１は、シリンダヘッド１ｈからデリバリパイプ２０への伝熱を抑制し、デリバリパイプ２０内の燃料Ｆの昇温を抑制するため、熱伝導率の低い材料（例えば樹脂）で製造されている。このようにポート噴射弁２₁（２₂）は内燃機関１に取り付けられて、吸気ポート４₁（４₂）へ燃料を噴射する。

吸気ポート４₁（４₂）が燃焼室１ｂに開口する部分には、バルブシート１ｉｖｓが設けられる。バルブシート１ｉｖｓが燃焼室１ｂに開口している部分が、吸気通路開口部４ｏとなる。吸気弁１０₁（１０₂）は、バルブシート１ｉｖｓに接したり離れたりして、前記吸気通路開口部４ｏを開閉する。これにより、吸気通路である吸気ポート４₁（４₂）から、空気又は空気と燃料との混合気を燃焼室１ｂ内へ導入する。

図３は、吸気弁を示す説明図である。実施例１に係る内燃機関１は、１の燃焼室（１の気筒）あたり２本の吸気弁１０₁、１０₂を備える。吸気弁１０₁（１０₂）は、吸気弁軸ＺＶｉと平行な軸部１１と、この軸部１１の一方の端部に形成される傘部１２とで構成される。傘部１２とは反対側における軸部１１の端部は吸気カムによって押されて、吸気弁１０₁（１０₂）を吸気弁軸ＺＶｉと平行に往復運動させる。これによって、傘部１２が内燃機関１の燃焼室１ｂに開口する吸気通路開口部４ｏを開閉する。次に、実施例１に係るポート噴射弁２₁（２₂）について説明する。

図４−１〜図４−３は、実施例１に係るポート噴射弁を示す説明図である。図４−１〜図４−３に示すように、実施例１に係るポート噴射弁２₁（２₂）は、燃料噴射弁中心軸ＺＩと直交する断面が略円形の円筒形状である。図４−２に示すように、実施例１に係るポート噴射弁２₁（２₂）は、吸気通路である吸気ポート４₁（４₂）に開口するスリット状の噴孔２ｏを備える。そして、図４−１、図４−２に示すように、この噴孔２ｏから燃料Ｆが噴射されて、燃料噴霧Ｆｍが形成される。

実施例１に係るポート噴射弁２₁（２₂）から噴射される燃料噴霧Ｆｍは、図４−１、図４−３に示すように偏平形状であり、より具体的には扁平形状かつ扇形状である。そして、燃料噴霧Ｆｍは、広がり角度αをもって燃焼室１ｂの内壁面（ボア壁面）１ｔｗに向かって広がる。また、燃料噴霧Ｆｍの広がり方向に直交する方向の厚さｔは、広がり方向の寸法に対して小さい。これによって、吸気弁１０₁（１０₂）の傘部１２と吸気通路開口部４ｏ（図２−２）との間に燃料噴霧Ｆｍを通過させる際においては、吸気ポート４₁（４₂）の壁面や傘部１２に対する衝突が低減される。その結果、吸気ポート４₁（４₂）の壁面や傘部１２に燃料Ｆが付着することによる燃料の潜熱の消費が抑制されるので、燃焼室１ｂへ導入される空気の冷却効果の低下を抑制することができる。また、吸気ポート４₁（４₂）の壁面に燃料Ｆが付着することによる燃料消費も抑制できる。

実施例１において、燃料噴霧Ｆｍの広がり方向と直交する方向から見た場合、ポート噴射弁２₁（２₂）の燃料噴射弁中心軸ＺＩと、燃料噴霧中心軸ＺＦとは一致する（図４−３）。一方、燃料噴霧Ｆｍの厚さ方向と直交する方向から見た場合、燃料噴射弁中心軸ＺＩと、燃料噴霧中心軸ＺＦとは角度をもつ（図４−１）。燃料噴射弁中心軸ＺＩと燃料噴霧中心軸ＺＦとの関係は、ポート噴射弁２₁（２₂）とシリンダヘッド１ｈとの取り付け方や吸気弁１０₁（１０₂）の配置その他の仕様によって、適宜変更できる。次に、ポート噴射弁２₁（２₂）と、吸気弁１０₁（１０₂）との関係について説明する。

図５は、実施例１に係る内燃機関を、そのシリンダヘッド側から見た平面図である。図６は、実施例１に係る内燃機関を、そのピストンの往復方向に直交する方向から見た断面図である。図５、図６に示すように、実施例１に係る内燃機関１では、２個のポート噴射弁２₁、２₂はそれぞれ平行で、かつ２個の吸気弁１０₁、１０₂のそれぞれの軸部１１を含む平面ＰＶと直交する２枚の平行な平面ＰＳ₁、ＰＳ₂上に、それぞれ２個のポート噴射弁２₁、２₂が配置される。ここで、２個のポート噴射弁２₁、２₂の燃料噴射弁中心軸ＺＩ（図４−１、図４−２、図６）はそれぞれ平行で、かつ２個の吸気弁１０₁、１０₂それぞれの吸気弁軸ＺＶｉを含む平面ＰＶと直交する平行な２枚の平面ＰＳ₁、ＰＳ₂上に、それぞれ２個の前記燃料噴射弁中心軸ＺＩが配置されることが好ましい。

このようにポート噴射弁２₁、２₂を配置すれば、図６に示すように、ポート噴射弁２₁、２₂の噴孔２ｏから扁平形状の燃料噴霧Ｆｍを噴射した場合に、この燃料噴霧Ｆｍが吸気弁１０₁、１０₂の傘部１２と吸気通路開口部４ｏとの間を通過して燃焼室１ｂ内へ流入する。この場合、図１に示すように、ポート噴射弁２₁、２₂は、吸気ポート４₁、４₂のクランク軸６に配置することが好ましい。このようにすれば、ポート噴射弁２₁、２₂の噴孔２ｏから噴射した燃料噴霧Ｆｍを、吸気弁１０₁、１０₂の傘部１２と吸気通路開口部４ｏとの間を通過させる構成を実現しやすくなる。

図７は、２個のポート噴射弁が平行でない場合を示す平面図である。図７に示すように、２個のポート噴射弁２₁、２₂が平行でない場合には、共通のデリバリパイプ２０に２個のポート噴射弁２₁、２₂を取り付けることができない。この場合には、各ポート噴射弁２₁、２₂に対してそれぞれ燃料供給配管を用意する必要があるため、燃料配管系が複雑となり、また、組み立ても複雑になる。

一方、実施例１に係る内燃機関１のように、２個のポート噴射弁２₁、２₂が平行である場合には、共通のデリバリパイプ２０に２個のポート噴射弁２₁、２₂を取り付けることができる。この場合には、各ポート噴射弁２₁、２₂に対して共通のデリバリパイプ２０で燃料を供給できるので燃料配管系が簡略化でき、また、組み立ても簡単になる。その結果、内燃機関１の信頼性が向上するとともに、整備性も向上し、また、製造コストも低減できる。なお、内燃機関が複数の燃焼室を備える場合、共通のデリバリパイプ２０にすべてのポート噴射弁を取り付ける観点から、各燃焼室が備えるすべてのポート噴射弁を平行に配置することが好ましい。

図８は、実施例１に係る内燃機関において、ポート噴射弁側から吸気弁及びバルブシートを見た状態を示す説明図である。実施例１においてポート噴射弁２₁、２₂から燃料Ｆを噴射する場合、吸気非同期、すなわち吸気行程を避けて燃料Ｆを噴射する場合と、吸気同期、すなわち吸気行程で燃料Ｆを噴射する場合がある。前者は、燃料の均質化が促進させることができ、後者では、燃焼室１ｂに導入される空気Ａの温度を低下させて体積効率を向上させることができる。

吸気同期でポート噴射弁２₁、２₂から燃料Ｆを噴射する場合、図６に示すように吸気弁１０₁（１０₂）の傘部１２と吸気通路開口部４ｏとの間に燃料噴霧Ｆｍを通過させる。上述したように、実施例１に係るポート噴射弁２₁、２₂からは、偏平形状の燃料噴霧Ｆｍが形成されるため（図４−３）、吸気ポート４₁（４₂）の壁面や傘部１２に対する衝突が低減される。また、図５、図６に示すように、実施例１では、吸気弁１０₁（１０₂）の吸気弁１０₁（１０₂）の軸部１１と、ポート噴射弁２₁（２₂）の燃料噴射弁中心軸ＺＩとが交差するように配置される。

このようにすると、図８に示すように、ポート噴射弁２₁（２₂）側から見た場合における、吸気弁１０₁（１０₂）の傘部１２とバルブシート１ｉｖｓとの間に形成される開口面積Ｓを最も大きくとることができる。これによって、同じ吸気弁のリフト量でも前記開口面積Ｓが大きくなるので、吸気ポート４₁（４₂）の壁面や傘部１２に対する燃料Ｆの付着量を低減できる。その結果、より多くの燃料を燃焼室１ｂ内に導いて燃焼室１ｂ内へ導入される空気の冷却に供することができるので、体積効率をより向上させ、より高い出力を得ることができる。また、前記燃料付着による燃料消費も抑制できる。かかる観点からは、吸気弁１０₁（１０₂）の吸気弁軸ＺＶｉと、ポート噴射弁２₁（２₂）の燃料噴射弁中心軸ＺＩとが交差するように配置することがより好ましい。

なお、前記燃料噴射弁中心軸ＺＩと、前記軸部１１（又は前記吸気弁軸ＺＶｉ）とが交差する場合、前記開口面積Ｓを大きくするという観点からは、必ずしも２個のポート噴射弁２₁、２₂を、燃焼室１ｂの中心軸Ｚを通り、かつポート噴射弁２₁（２₂）と平行な平面ＰＰに対して対称に配置する必要はない。例えば、２個のポート噴射弁２₁、２₂が前記平面ＰＰに対して非対称であり、かつ２個の吸気弁１０₁、１０₂も前記平面ＰＰに対して非対称であるような場合でも、前記開口面積Ｓを大きくするという目的は達成できる。しかし、燃焼室１ｂ内全体に均質な混合気を形成するという点では、２個のポート噴射弁２₁、２₂を、燃焼室１ｂの中心軸Ｚを通り、かつポート噴射弁２₁（２₂）と平行な平面ＰＰに対して対称に配置することが好ましい。

また、実施例１では、各吸気弁１０₁（１０₂）に対してポート噴射弁２₁（２₂）がそれぞれ１個づつ配置される。これによって、図５に示すように、大量の燃料噴霧Ｆｍが点火プラグ７に衝突することを避けて燃焼室１ｂ内へ燃料噴霧Ｆｍを噴射することができる。その結果、いわゆる、点火プラグ７のかぶりを抑制して確実に点火プラグ７から放電させて、確実に燃焼室１ｂ内の混合気へ着火することができる。

また、実施例１に係る内燃機関１では、各吸気弁１０₁（１０₂）に対してポート噴射弁２₁（２₂）をそれぞれ１個づつ配置する。これによって、燃料噴霧Ｆｍの広がり角度を大きくしないでポート噴射弁２₁（２₂）を吸気弁１０₁（１０₂）の近傍に配置しても、燃焼室１ｂ内全体の混合気の均質性を維持できる。そして、ポート噴射弁２₁（２₂）と吸気弁１０₁（１０₂）との距離を近づけることにより、燃料噴霧Ｆｍが吸気ポート４₁（４₂）内を飛行する時間が短くなるので、燃料Ｆは気化潜熱の消費が抑えられて燃焼室１ｂ内へ導入される。これにより、燃焼室１ｂ内へ導入される空気をより効率よく冷却できるので、体積効率をより向上させ、より高い出力を得ることができる。

（変形例１）
実施例１の第１変形例に係る内燃機関は、実施例１の内燃機関と略同様の構成であるが、ポート噴射弁の燃料噴射弁中心軸が、吸気弁の軸部と離れている点が異なる。すなわち、ポート噴射弁の燃料噴射弁中心軸が、吸気弁の軸部とオフセットして配置される点が異なる。他の構成は実施例１と同様なので、同一の構成には同一の符号を付す。図９、図１０は、実施例１の変形例に係る内燃機関を、そのシリンダヘッド側から見た平面図である。

図９、図１０に示す内燃機関１Ａ、１Ｂは、２個の吸気弁１０₁、１０₂それぞれの軸部１１を含む平面ＰＶと直交する２枚の平面ＰＳ₁、ＰＳ₂上に、それぞれ２個のポート噴射弁２₁、２₂が配置される。この２個のポート噴射弁２₁、２₂は両者が平行になるように配置されるとともに、ポート噴射弁２₁、２₂の燃料噴射弁中心軸ＺＩは、吸気弁１０₁、１０₂の吸気弁軸ＺＶｉと交差せず、ＺＩとＺＶｉとは一定の距離ｘ（あるいはｙ）をもって離れて配置される。すなわち、ポート噴射弁２₁、２₂の燃料噴射弁中心軸ＺＩは、吸気弁１０₁、１０₂の吸気弁軸ＺＶｉに対してオフセットして配置される。

これによって、燃料噴霧Ｆｍが燃焼室１ｂ内へ流入する位置を変更できるので、燃料噴霧Ｆｍを燃焼室１ｂ内へ導入する際には、吸気弁１０₁、１０₂の軸部１１や傘部１２と燃料噴霧Ｆｍとの干渉を回避しやすくなる。その結果、燃料Ｆは気化潜熱の損失をより抑えることができるので、燃焼室１ｂ内へ導入される空気をより効率よく冷却できる。その結果、体積効率をより向上させ、より高い出力を得ることができる。また、燃料噴霧Ｆｍが燃焼室１ｂ内へ流入する位置を変更できるので、燃焼室１ｂ内における混合気の濃度分布を変更して、好ましい混合気分布を形成しやすくなる。

ここで、図９に示す内燃機関１Ａでは、ポート噴射弁２₁、２₂の燃料噴射弁中心軸ＺＩは、吸気弁１０₁、１０₂の吸気弁軸ＺＶｉよりも、燃焼室１ｂの径方向外側に配置される。一方、図１０に示す内燃機関１Ｂでは、ポート噴射弁２₁、２₂の燃料噴射弁中心軸ＺＩは、吸気弁１０₁、１０₂の吸気弁軸ＺＶｉよりも、燃焼室１ｂの径方向内側、すなわち、吸気弁１０₁、１０₂の吸気弁軸ＺＶｉ間に配置される。

また、図９、図１０に示す例において、吸気弁軸ＺＶｉとポート噴射弁の燃料噴射弁中心軸ＺＩとの距離ｘ（あるいはｙ）は、２個のポート噴射弁２₁、２₂の間でそれぞれ等しくしてある。すなわち、燃焼室１ｂの中心軸Ｚを通り、かつポート噴射弁２₁、２₂に平行な平面ＰＰに対して、２個のポート噴射弁２₁、２₂を対称に配置してある。しかし、これに限られず、前記距離ｘ（あるいはｙ）を２個のポート噴射弁２₁、２₂でそれぞれ異ならせてもよい。すなわち、前記平面ＰＰに対して、２個のポート噴射弁２₁、２₂を非対称に配置してもよい。このようにすれば、燃焼室１ｂ内へ燃料噴霧を形成する自由度が向上する。

（変形例２）
実施例１の第２変形例に係る内燃機関は、実施例１の内燃機関と略同様の構成であるが、ポート噴射弁から噴射される燃料噴霧が少なくとも二股に分岐して、吸気弁の軸部を避けて燃焼室へ流入させる点が異なる。他の構成は実施例１と同様なので、同一の構成には同一の符号を付す。図１１は、実施例１の変形例に係る内燃機関を、そのシリンダヘッド側から見た平面図である。図１２は、実施例１の第２変形例に係るポート噴射弁を示す正面図である。

図１１に示す内燃機関１Ｃは、２個のポート噴射弁２ａ₁、２ａ₂は両者が平行になるように配置されるとともに、２個の吸気弁１０₁、１０₂それぞれの軸部１１を含む平面ＰＶと直交する２枚の平行な平面ＰＳ₁、ＰＳ₂上に、それぞれ２個のポート噴射弁２ａ₁、２ａ₂が配置される。また、２個のポート噴射弁２ａ₁、２ａ₂の燃料噴射弁中心軸ＺＩは、吸気弁１０₁、１０₂の軸部１１（あるいは吸気弁軸ＺＶｉ）と交差している。すなわち、２個のポート噴射弁２ａ₁、２ａ₂は、燃焼室１ｂの中心軸Ｚを通り、かつポート噴射弁２ａ₁、２ａ₂に平行な平面ＰＰに対して略対称となるように配置されている。

第２変形例に係るポート噴射弁２ａ₁（２ａ₂）は、２個のスリット状の噴孔２ａｏ₁、２ａｏ₂を備えている。この２個の噴孔２ａｏ₁、２ａｏ₂は、前記平面ＰＳ₁、ＰＳ₂に対して対称であるとともに、噴孔２ａｏ₁、２ａｏ₂のそれぞれの長手方向が一直線上に位置するように配置される。この２個の噴孔２ａｏ₁、２ａｏ₂から燃料を噴射すると、図１１に示すように、燃料噴霧Ｆｍが二股に分かれて噴射される。そして、この燃料噴霧Ｆｍは、吸気弁１０₁（１０₂）の軸部１１を回避して燃焼室１ｂ内へ流入する。これによって、燃料噴霧Ｆｍの軸部１１に対する衝突が極めて低減されるので、燃料Ｆの気化潜熱損失が極めて低減される。その結果、燃焼室１ｂ内へ導入される空気をさらに効率よく冷却できるので、体積効率をさらに向上させ、より高い出力を得ることができる。また、燃料噴霧Ｆｍが少なくとも二股に分かれて燃焼室１ｂへ流入するので、点火プラグ７への燃料噴霧Ｆｍの直撃を抑制しつつ、燃焼室１ｂ内における混合気分布を均一にしやすくなる。

図１３−１は、第２変形例の他の例に係るポート噴射弁を示す正面図である。図１３−２は、第２変形例の他の例に係るポート噴射弁を用いた場合において、ポート噴射弁側から吸気弁及び吸気通路開口部を見た状態を示す説明図である。この例に係るポート噴射弁２ｂ₁（２ｂ₂）は、前記平面ＰＳ₁、ＰＳ₂に対して対称に配置される、２個のスリット状の噴孔２ｂｏ₁、２ｂｏ₂を備えている。この２個の噴孔２ｂｏ₁、２ｂｏ₂は、燃料噴射弁中心軸ＺＩを中心として、中心角θ（≠１８０度）で配置されている。

このポート噴射弁２ｂ₁（２ｂ₂）は、図１３−２に示すように、燃料噴霧Ｆｍが二股に分岐して吸気弁１０₁（１０₂）の軸部１１を回避するとともに、吸気通路開口部４ｏと傘部１２との開口の傾きに沿って流れる。これによって、燃料噴霧Ｆｍが吸気通路開口部４ｏと傘部１２との開口を通過する際においては、バルブシート１ｉｖｓや傘部１２に対する燃料噴霧Ｆｍの衝突が効果的に抑制できるので、燃料Ｆの気化潜熱損失は極めて低減される。その結果、燃焼室１ｂ内へ導入される空気をさらに効率よく冷却できるので、体積効率をさらに向上させ、より高い出力を得ることができる。なお、バルブシート１ｉｖｓや傘部１２に対する燃料噴霧Ｆｍの衝突を効果的に抑制するという観点からは、吸気通路開口部４ｏと傘部１２との開口部の傾き角度θ１と、噴孔２ｂｏ₁、２ｂｏ₂同士の中心角θとは、略等しいことが好ましい。

以上、実施例１及びその変形例によれば、２個の吸気弁それぞれの軸部を含む平面と直交する平行な２枚の平面上に、２個の燃料噴射弁をそれぞれ平行に配置する。そして、燃料噴射弁から扁平状の燃料噴霧を噴射して、これを吸気弁の傘部と吸気通路開口部との間を通過させ、燃焼室内へ流入させる。これによって、燃焼室へ導入される空気の温度を低下させて体積効率を向上させるとともに、燃料噴射弁を簡易に燃料分配管へ取り付けることができる。なお、実施例１で開示した構成は、以下の実施例に対しても必要に応じて適宜適用することができる。また、実施例１で開示した構成と同様の構成を備えれば、実施例１と同様の作用、効果を奏する。

実施例２に係る内燃機関は、燃焼室内における燃料噴霧の貫徹力又は燃料噴霧の濃度のうち少なくとも一方を、ポート噴射弁の噴孔から燃焼室の内壁面（ボア壁面）までの距離が大きくなるほど大きく（あるいは高く）する点に特徴がある。他の構成は実施例１と同様なのでその説明を省略するとともに、同一の構成には同一の符号を付す。

図１４は、実施例２に係る内燃機関において、噴孔からボア壁面までの距離を説明する平面図である。なお、次の説明では、２個のポート噴射弁２ｃ₁、２ｃ₂のうち、ポート噴射弁２ｃ₂のみについて説明するが、ポート噴射弁２ｃ₁でも同様である。ポート噴射弁２ｃ₂（２ｃ₁）の噴孔２ｃｏから、内燃機関１Ｄの燃焼室１ｂのボア壁面１ｔｗまでの距離は、Ｌで表される（ｏ、ｃは添え字）。ここで、点火プラグ７側、すなわち、燃焼室１ｂの中心軸Ｚを通り、かつポート噴射弁２ｃ₁、２ｃ₂に平行な平面ＰＰ側における噴孔２ｃｏからボア壁面１ｔｗまでの距離がＬｃである。また、前記平面ＰＰと対向するボア壁面１ｔｗ側における噴孔２ｃｏからボア壁面１ｔｗまでの距離がＬｏである。図１４に示すように、前記平面ＰＰ側から前記平面ＰＰと対向するボア壁面１ｔｗ側にしたがって、噴孔２ｃｏからボア壁面１ｔｗまでの距離は小さくなる。次に、燃料噴霧の貫徹力Ｗの変更について説明する。

（貫徹力の変更）
図１５は、噴孔からボア壁面までの距離と貫徹力との関係を示す説明図である。図１６は、ボア壁面までの距離に応じて貫徹力を変更した状態を示す概念図である。ここで、燃料噴霧の貫徹力Ｗは、噴孔から噴射された燃料噴霧の到達可能な距離を表す尺度である。吸気弁１０₁（１０₂）の軸部１１や傘部１２等との干渉を回避して燃料噴霧を燃焼室１ｂへ導入すると、その背反として、空気と燃料との混合が不十分となり、燃焼室１ｂ内における混合気が不均質となることがある。

実施例２においては、燃料と空気との混合距離に応じて、燃料の飛行距離を増減し、燃焼室１ｂ内の混合気の不均質を抑制する。より具体的には、図１５に示すように、燃料噴霧の貫徹力Ｗを、ポート噴射弁２ｃ₂（２ｃ₁）の噴孔２ｃｏから、燃焼室１ｂのボア壁面１ｔｗまでの距離Ｌが大きくなるほど大きく、すなわち、前記距離が小さくなるほど小さくする。これにより、ポート噴射弁２ｃ₂（２ｃ₁）の噴孔２ｃｏから噴射された燃料噴霧Ｆｍの到達距離は、噴孔からボア壁面までの距離Ｌが大きくなるにしたがって大きくなる。その結果、噴孔２ｃｏからボア壁面１ｔｗまでの距離Ｌが大きい場合でも、十分に燃料噴霧を到達させることができるので、燃焼室１ｂ内の混合気の不均質を抑制できる。

また、ポート噴射弁の噴孔から、燃焼室１ｂのボア壁面１ｔｗまでの距離Ｌが小さいにもかかわらず燃料噴霧の貫徹力Ｗが大きい場合には、ボア壁面１ｔｗへ燃料が付着して、燃料Ｆの気化潜熱損失が大きくなる。また、付着した燃料はほとんど燃焼せずに排出されるため、燃料消費も増加する。実施例２では、ポート噴射弁の噴孔から、燃焼室１ｂのボア壁面１ｔｗまでの距離Ｌが小さくなるほど燃料噴霧の貫徹力Ｗを小さくすることにより、ボア壁面１ｔｗへの燃料付着を抑制できる。その結果、燃料Ｆの気化潜熱損失を抑制して、空気を効率よく冷却できるので、体積効率を向上させて高い出力を得ることができる。また、燃焼に供されない燃料の量を低減できるので、燃料を効率的に燃焼させて燃料消費を抑制できる。さらに、点火プラグ７近傍の混合気がリーンになることを抑制して、混合気への着火性を十分に確保できる。次に、燃料噴霧の貫徹力Ｗを変更する手段について説明する。

図１７は、実施例２に係るポート噴射弁を示す正面図である。噴孔の間隔が密の部分では、噴孔から噴射された燃料の粒子が合体する。これによって、合体した後の燃料粒子は、合体前よりも運動量が増えるので、このような燃料粒子を多く含む燃料噴霧は貫徹力Ｗが増加する。図１７に示すポート噴射弁２ｃ₂（２ｃ₁）は、燃料噴霧の貫徹力Ｗを小さくしたい部分よりも大きくしたい部分の方が噴孔２ｃｏを密に配置する。実施例２では、点火プラグ７側、すなわち、燃焼室１ｂの中心軸Ｚを通り、かつポート噴射弁２ｃ₁、２ｃ₂に平行な平面ＰＰ側にしたがって、噴孔２ｃｏが密に配置される。これによって、燃料噴霧の貫徹力Ｗを、ポート噴射弁２ｃ₂（２ｃ₁）の噴孔２ｃｏから、燃焼室１ｂのボア壁面１ｔｗまでの距離が大きくなるほど大きくできる。

図１８−１、実施例２に係るポート噴射弁の他の例を示す正面図である。図１８−２は、実施例２に係るポート噴射弁の他の例を示す側面図である。このポート噴射弁２ｄ₂（２ｄ₁）は、二つの噴孔２ｄｏ＿ａ、２ｄｏ＿ｂから噴射される燃料をＣ点で衝突させることによって、扁平形状の燃料噴霧Ｆｍを形成する。二つの噴孔２ｄｏ＿ａ、２ｄｏ＿ｂから噴射される燃料の衝突角度β（図１８−２）を大きくすると、これによって形成される燃料噴霧Ｆｍの貫徹力Ｗは小さくなる。一方、二つの噴孔２ｄｏ＿ａ、２ｄｏ＿ｂから噴射される燃料の衝突角度βを小さくすると、これによって形成される燃料噴霧Ｆｍの貫徹力Ｗは大きくなる。

このポート噴射弁２ｄ₂（２ｄ₁）は、二つの噴孔２ｄｏ＿ａ、２ｄｏ＿ｂから噴射される燃料の衝突角度βを、点火プラグ７側、すなわち、燃焼室１ｂの中心軸Ｚを通り、かつポート噴射弁２ｃ₁、２ｃ₂に平行な平面ＰＰ側（図１４）にしたがって小さくする。これによって、燃料噴霧の貫徹力Ｗを、ポート噴射弁２ｄ₂（２ｄ₁）の噴孔２ｄｏ＿ａ、２ｄｏ＿ｂから、燃焼室１ｂのボア壁面１ｔｗまでの距離Ｌが大きくなるほど大きくすることができる。次に、燃料噴霧の濃度の変更について説明する。

（濃度の変更）
図１９は、噴孔からボア壁面までの距離と燃料噴霧の濃度との関係を示す説明図である。図２０は、ボア壁面までの距離に応じて燃料噴霧の濃度を変更した状態の一例を示す概念図である。吸気弁１０₁（１０₂）の軸部１１や傘部１２等との干渉を回避して燃料噴霧を燃焼室１ｂへ導入すると、その背反として、空気と燃料との混合が不十分となり、燃焼室１ｂ内における混合気が不均質となることがある。

実施例２においては、図１９、図２０に示すように、燃料噴霧Ｆｍの濃度ρを、ポート噴射弁２ｅ₂（２ｅ₁）の噴孔２ｅｏから、燃焼室１ｂのボア壁面１ｔｗまでの距離Ｌが大きくなるほど高く、すなわち、前記距離Ｌが小さくなるほど低くする。これにより、噴孔２ｅｏからボア壁面１ｔｗまでの距離Ｌが変化しても、燃料と空気との混合気の濃度を略一定に保つことができるので、燃焼室１ｂ内の混合気の不均質を抑制できる。また、点火プラグ７近傍の混合気がリーンになることを抑制して、混合気への着火性を十分に確保できる。

例えば、図２０に示す例では、複数の噴孔を備えるポート噴射弁２ｅ₂（２ｅ₁）を用いている。そして、それぞれの噴孔から噴射される燃料噴霧Ｆｍの角度を調整して燃料噴霧を重ねる。そして、燃料噴霧Ｆｍ同士の重なり量を変更することにより、ポート噴射弁２ｅ₂（２ｅ₁）の噴孔２ｅｏから、燃焼室のボア壁面までの距離が大きくなるにしたがって、燃料噴霧Ｆｍの濃度ρを高くすることができる。次に、燃料噴霧の濃度ρを変更する他の手段について説明する。

図２１−１は、実施例２に係る他のポート噴射弁を示す正面図である。噴孔の開口面積が大きくなれば、その噴孔からはより多くの燃料が噴射されるので、燃料噴霧の濃度ρは高くなる。図２１−１に示すポート噴射弁２ｆ₂（２ｆ₁）は、燃料噴霧の濃度ρを低くしたい部分よりも高くしたい部分の方が、噴孔２ｆｏの開口面積が大きくなるようにしてある。実施例２では、スリット状の噴孔２ｆｏを用い、点火プラグ７側にしたがって、噴孔２ｆｏの開口面積が大きくなるようにしてある。これによって、燃料噴霧の濃度ρを、ポート噴射弁２ｆ₂（２ｆ₁）の噴孔２ｆｏから、燃焼室１ｂのボア壁面１ｔｗまでの距離が大きくなるほど高くできる。

図２１−２は、実施例２に係るポート噴射弁の他の例を示す正面図である。このポート噴射弁２ｇ₂（２ｇ₁）は、異なる径の噴孔２ｇｏを備え、点火プラグ７側にしたがって、噴孔２ｇｏの開口面積のより大きい噴孔を配置している。これによって、燃料噴霧の濃度を、ポート噴射弁２ｇ₂（２ｇ₁）の噴孔２ｇｏから、燃焼室１ｂのボア壁面１ｔｗまでの距離が大きくなるほど高くできる。

以上、実施例２では、燃焼室内における燃料噴霧の貫徹力又は燃料噴霧の濃度のうち少なくとも一方を、燃料噴射弁の噴孔から燃焼室の内壁面までの距離が大きくなるほど大きく（あるいは高く）する。吸気弁の軸部や傘部等との干渉を回避して燃料噴霧を燃焼室へ導入すると、その背反として、空気と燃料との混合が不十分となり、燃焼室内における混合気が不均質となることがある。実施例２では、上記構成によって、吸気弁の軸部や傘部等との干渉を回避して燃料噴霧を燃焼室へ導入するとともに、燃焼室内の混合気の不均質を抑制することができる。

以上のように、本発明に係る内燃機関は、いわゆるポート噴射弁を備える内燃機関に有用であり、特に、燃焼室へ導入される空気の温度を低下させて体積効率を向上させるとともに、ポート噴射弁を簡易に燃料分配管へ取り付けることに適している。

実施例１に係る内燃機関の一例を示す説明図である。 ポート噴射弁とデリバリパイプとの取り付け状態を示す説明図である。 ポート噴射弁とデリバリパイプとの取り付け状態を示す説明図である。 吸気弁を示す説明図である。 実施例１に係るポート噴射弁を示す説明図である。 実施例１に係るポート噴射弁を示す説明図である。 実施例１に係るポート噴射弁を示す説明図である。 実施例１に係る内燃機関を、そのシリンダヘッド側から見た平面図である。 実施例１に係る内燃機関を、そのピストンの往復方向に直交する方向から見た断面図である。 ２個のポート噴射弁が平行でない場合を示す平面図である。 実施例１に係る内燃機関において、ポート噴射弁側から吸気弁及びバルブシートを見た状態を示す説明図である。 実施例１の変形例に係る内燃機関を、そのシリンダヘッド側から見た平面図である。 実施例１の変形例に係る内燃機関を、そのシリンダヘッド側から見た平面図である。 実施例１の変形例に係る内燃機関を、そのシリンダヘッド側から見た平面図である。 実施例１の第２変形例に係るポート噴射弁を示す正面図である。 第２変形例の他の例に係るポート噴射弁を示す正面図である。 第２変形例の他の例に係るポート噴射弁を用いた場合において、ポート噴射弁側から吸気弁及び吸気通路開口部を見た状態を示す説明図である。 実施例２に係る内燃機関において、噴孔からボア壁面までの距離を説明する平面図である。 噴孔からボア壁面までの距離と貫徹力との関係を示す説明図である。 ボア壁面までの距離に応じて貫徹力を変更した状態を示す概念図である。 実施例２に係るポート噴射弁を示す正面図である。 実施例２に係るポート噴射弁の他の例を示す正面図である。 実施例２に係るポート噴射弁の他の例を示す側面図である。 噴孔からボア壁面までの距離と燃料噴霧の濃度との関係を示す説明図である。 ボア壁面までの距離に応じて燃料噴霧の濃度を変更した状態の一例を示す概念図である。 実施例２に係る他のポート噴射弁を示す正面図である。 実施例２に係るポート噴射弁の他の例を示す正面図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 内燃機関
１ｈ シリンダヘッド
１ｔｗ ボア壁面
１ｂ 燃焼室
１ｓ 気筒
２₁、２₂、２ｂ₁、２ｂ₂、２ｃ₁、２ｃ₂、２ｄ₁、２ｄ₂、２ｅ₁、２ｅ₂、２ｆ₁、２ｆ₂、２ｇ₁、２ｇ₂ ポート噴射弁
２ｏ、２ａｏ₁、２ａｏ₂、２ｂｏ₁、２ｂｏ₂、２ｃｏ、２ｄｏ＿ａ、２ｄｏ＿ｂ、２ｅｏ、２ｆｏ、２ｇｏ 噴孔
４₁、４₂、吸気ポート
４ｏ 吸気通路開口部
５ ピストン
６ クランク軸
７ 点火プラグ
１０₁、１０₂ 吸気弁
１１ 軸部
１２ 傘部
２０ デリバリパイプ

Claims (7)

1. 燃焼室へ開口する吸気通路開口部を有する吸気通路と、
   軸部と、前記軸部の一端に形成されるとともに前記吸気通路開口部を開閉する傘部とを有する２個の吸気弁と、
   前記吸気通路に開口する噴孔を有するとともに、前記噴孔は、前記傘部と前記吸気通路開口部との間を通過して前記燃焼室内へ流入する、扁平形状の燃料噴霧を噴射し、さらに前記吸気弁のそれぞれの軸部を含む平面と直交する平行な２枚の平面上に、それぞれ平行に配置される２個の燃料噴射弁と、
   を含むことを特徴とする内燃機関。
2. 前記２個の燃料噴射弁は、前記燃焼室の中心軸を通り、かつ前記燃料噴射弁と平行な平面に対して対称に配置されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記２個の燃料噴射弁は、前記燃焼室の中心軸を通り、かつ前記燃料噴射弁と平行な平面に対して非対称に配置されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
4. 前記燃料噴射弁の燃料噴射弁中心軸が、前記吸気弁の前記軸部と交差することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
5. 前記燃料噴射弁は、少なくとも２本の燃料噴霧を噴射するとともに、それぞれの前記燃料噴霧は、前記吸気弁の前記軸部を避けるように前記傘部と前記吸気通路開口部との間を通過することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
6. 前記燃料噴霧の貫徹力は、前記噴孔と前記燃焼室の内壁面との距離が大きくなるにしたがって大きくなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。
7. 前記燃料噴霧の濃度は、前記噴孔と前記燃焼室の内壁面との距離が大きくなるにしたがって高くなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。

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