JP2007192163A - 筒内噴射式火花点火エンジン及びその燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術におけるよりも燃料噴霧の全体をシリンダ上方へと持ち上げることが可能なエンジン及び燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】１つのシリンダに対して複数の吸気バルブ（９ａ、９ｂ）を備え、シリンダの上方側に相対的に偏った第１の噴霧部（１３ａ）と、シリンダの中心線と直交する方向より、燃料噴射弁の軸を含むシリンダ上下方向の面を中心として左右対称的に所定角度（θａ、θｂ）、シリンダ下方に傾いた方向に扁った第２、第３の噴霧部（１２ｂ、１３ｃ）とを合成した燃料噴霧（１３）を燃料噴射弁によりシリンダ内に噴射可能とすると共に、第１の噴霧部（１３ａ）を、吸気行程においてシリンダ内に突出する複数の吸気バルブ（９ａ、９ｂ）の隙間に位置させ、かつ第２、第３の噴霧部（１３ｂ、１３ｃ）を、同じく吸気行程においてシリンダ内に突出する複数の吸気バルブ（９ａ、９ｂ）と衝突しない範囲でシリンダ上方に位置させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、筒内に燃料を直接噴射する火花点火エンジン（内燃機関）及びその燃料噴射弁に関する。

燃料噴射弁からの燃料噴霧の形状として複数の噴霧部を合成したものがある（特許文献１参照）。
特開２００４−２８０７８公報

ところで、上記の従来技術によれば、第１の扁平な噴霧部が吸気バルブに直撃することがないような角度に設定されているため、シリンダ下方を向いており燃料噴霧の行程距離が短くなってしまう。

これについてさらに説明すると、従来技術では、図７に示したように、１つのシリンダに対して複数の吸気バルブ９ａ、９ｂを備え、シリンダの中心線と直交する方向に扁平な第１の噴霧部１２ａと、第１の噴霧部１２ａに対してシリンダの上方側に相対的に偏った第２の噴霧部１２ｂとを合成した燃料噴霧１２をシリンダ内に噴射可能としている。

このため、吸気行程においてシリンダ内に吸気バルブ９ａ、９ｂが最大に突出した状態でも、第１の扁平な噴霧部１２ａが吸気バルブ９ａ、９ｂに直撃することがないような角度に設定する必要がある。このため、吸気バルブ９ａ、９ｂの最大リフト時に、燃料噴射弁の噴射位置Ｐｉｎとの相対位置関係によっては、図６（ａ）に示したように、第１の噴霧部１２ａがピストン４頂面に向かわざるを得なくなり、ピストン４頂面までの行程距離が短くなる。燃料噴霧の行程距離が短くなると、燃料噴霧が気化する時間が減少し、燃料噴霧のピストン４頂面へ付着量を十分に低減できず、結果として気化潜熱による吸気温度の低下とそれに伴う充填効率の向上という筒内噴射の効果が損なわれる。

また、第１の噴霧部１２ａがシリンダ３下方を向いていることから、シリンダ３内におけるタンブル（ガス流動）を阻害し、シリンダ内の乱れを低減する恐れがある。

そこで本発明は、従来技術におけるよりも燃料噴霧の全体をシリンダ上方へと持ち上げることが可能なエンジン及び燃料噴射弁を提供することを目的とする。

本発明は、１つのシリンダ（３）に対して複数の吸気バルブ（９ａ、９ｂ）を備え、シリンダ（３）の上方側に相対的に偏った第１の噴霧部（１３ａ）と、シリンダ（３）の中心線と直交する方向より、燃料噴射弁（１１）の軸を含むシリンダ（３）上下方向の面を中心として左右対称的に所定角度、シリンダ（３）下方に傾いた方向に扁った第２、第３の噴霧部（１２ｂ、１３ｃ）とを合成した燃料噴霧（１３）を燃料噴射弁（１１）によりシリンダ（３）内に噴射可能とすると共に、前記第１の噴霧部（１３ａ）を、吸気行程においてシリンダ（３）内に突出する前記複数の吸気バルブ（９ａ、９ｂ）の隙間に位置させ、かつ前記第２、第３の噴霧部（１３ｂ、１３ｃ）を、同じく吸気行程においてシリンダ（３）内に突出する前記複数の吸気バルブ（９ａ、９ｂ）と衝突しない範囲でシリンダ（３）上方に位置させる。

また、本発明は、３つの特定方向に偏った燃料噴霧を形成する第１、第２、第３の噴孔部（２６、２７、２８）を備え、前記３つの特定方向のうちの１つがシリンダ（３）の中心線の方向と一致するように、かつ、残り２つの特定方向がシリンダ（３）の中心線と直交する方向より、燃料噴射弁（１１）の軸を含むシリンダ（３）上下方向の面を中心として左右対称的に所定角度、シリンダ（３）下方に傾いた２つの方向と一致するように前記３つの噴孔部（２６、２７、２８）とシリンダ（３）との位置関係を調整する。

本発明によれば、１つのシリンダに対して複数の吸気バルブを備え、シリンダの上方側に相対的に偏った第１の噴霧部と、シリンダの中心線と直交する方向より、燃料噴射弁の軸を含むシリンダ上下方向の面を中心として左右対称的に所定角度、シリンダ下方に傾いた方向に扁った第２、第３の噴霧部とを合成した燃料噴霧を燃料噴射弁によりシリンダ内に噴射可能とすると共に、前記第１の噴霧部を、吸気行程においてシリンダ内に突出する前記複数の吸気バルブの隙間に位置させ、かつ前記第２、第３の噴霧部を、同じく吸気行程においてシリンダ内に突出する前記複数の吸気バルブと衝突しない範囲でシリンダ上方に位置させるので、従来技術における場合よりも、燃料噴霧を全体としてシリンダ上方に持ち上げることが可能となり、この結果、燃料噴霧はシリンダ内に突出する複数の吸気バルブに付着することなく長い行程距離が保たれることから、燃料噴霧の行程距離が増加する分、燃料噴霧の蒸発が促進され、ピストン頂面への燃料付着を従来技術における場合より低減することができる。

また、本発明によれば、３つの特定方向に偏った燃料噴霧を形成する第１、第２、第３の噴孔部を備え、３つの特定方向のうちの１つがシリンダの中心線の方向と一致するように、かつ、残り２つの特定方向がシリンダ３の中心線と直交する方向より、燃料噴射弁１１の軸を含むシリンダ上下方向の面を中心として左右対称的に所定角度、シリンダ下方に傾いた２つの方向と一致するように前記３つの噴孔部とシリンダとの位置関係を調整するので、燃料噴霧はシリンダ内に突出する複数の吸気バルブに付着することなく長い行程距離が保たれることから、燃料噴霧の行程距離が増加する分、蒸発が促進され、ピストン頂面への燃料付着を従来装置の場合より低減することができる。本発明によれば、３つの噴孔部を従来のスリット加工技術によって実現できるため、生産コストを増加させることなく性能の向上が図れる。本発明によれば、第２、第３の噴霧部を独立して設計することができるため、付着する可能性のある複数の吸気バルブが独立の動作をする場合にも対応することができる。

なお、本発明において「シリンダ上方」はシリンダヘッド側に、「シリンダ下方」はクランク室側にそれぞれ対応する。すなわち、本発明において、「シリンダ上方」及び「シリンダ下方」の用語はシリンダの向きを区別するために使用される概念であって、エンジンを車両に搭載した状態における鉛直方向とシリンダの向きとの対応関係を限定するものではない。例えば、シリンダの中心線が鉛直方向に対して斜めに傾けられ、又は水平方向に向けられている場合も本発明の範囲に含まれる。また、「横方向」とは、「シリンダ上下方向」に直交する方向のことである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、シリンダ内に噴射される燃料噴霧の特徴について先に説明し、次いでそのような燃料噴霧を実現するための燃料噴射弁を説明する。

図１は本発明が適用されるエンジンの一実施形態のシリンダ上端部付近の縦断面図、図２はシリンダ内を下方からシリンダ軸線の方向に沿って上方をみた図、図３はシリンダ内に噴射される燃料噴霧１３と複数の吸気バルブ９ａ、９ｂとの関係を示す図である。

図１において、エンジン１は４サイクルガソリンエンジンとして構成されており、シリンダブロック２には複数のシリンダ３が紙面に直交する方向に連続して形成され（図１では一つのみ示す。）、各シリンダ３にピストン４が上下動自在に挿入される。

各シリンダ３の上方開口部はシリンダヘッド５にて閉じられ、シリンダヘッド５には点火プラグ６がその電極部（スパーク形成部）を各シリンダ３の略中心線上に位置させて取付けられている。

シリンダヘッド５には、点火プラグ６を挟むようにして、図で上方よりシリンダ３に向けて開口する吸気通路７及び排気通路８がシリンダ３毎に形成され、図２にも示したように、吸気通路７を開閉する２本の吸気バルブ９ａ、９ｂと、排気通路８を開閉する２本の排気バルブ１０ａ、１０ｂとが１つのシリンダ３に対して取付けられている。ただし、図１では手前側の吸気バルブ９ｂ及び排気バルブ１０ｂのみを示している。

吸気通路７はポート近くで隔壁７ｃによって上部通路７ａと下部通路７ｂとに分割され、下部通路７ｂには下部通路７ｂの開口面積を変化させ得るガス流動制御弁７ｄが設けられている。ガス流動制御弁７ｄを閉じたときには専ら上部通路７ａからシリンダ３の中心付近に吸気が導入され、図１に矢印で示したように、シリンダ３内をシリンダ３の中心線と平行な面に沿って旋回するタンブル（ガス流動）が形成される。ガス流動制御弁７ｄを開くと上部通路７ａと下部通路７ｂの両方からシリンダ３内に均等に吸気が導入され、タンブルが相対的に弱められる。このように、ガス流動制御弁７ｄはシリンダ３内のタンブルの強弱を制御する手段として機能する。ただし、ガス流動制御弁７ｄは下部通路７ｂに代えて上部通路７ａに設けられてもよい。ガス流動制御弁７ｄとは異なる手段によりタンブルを制御してもよい。なお、図１においてピストン４の頂面にはタンブルを損なわないように凹部４ａが形成されている。ただし、ピストン４の頂面は凹部４ａを有しないフラットな形状であってもよい。

燃料噴射弁１１は、吸気バルブ９ａ、９ｂよりもシリンダ３の外周側においてそのノズル部１１ａをシリンダ３の中心線側に向けた状態で、かつ、燃料噴射弁１１からの燃料噴射方向が図１において右斜め下方となるようにシリンダ３の中心線に直交する線より所定角度傾けてシリンダヘッド５に取り付けられている。

図３に示すように、燃料噴射弁１１から、第１の噴射部１３ａ、第２の噴射部１２ｂ及び第３の噴射部１３ｃの３つの噴射部を合成した燃料噴霧１３をシリンダ３内に噴射可能である。すなわち、第１の噴射部１３ａは、シリンダ３の上方側（シリンダヘッド５側）に相対的に偏って配置され、かつ、シリンダ３の中心線の方向に扁平な噴霧部となっている。これに対して、第２、第３の噴射部１３ｂ、１３ｃは、シリンダ３の中心線と直交する方向（図３においてＺで示す方向）より、燃料噴射弁１１の軸を含むシリンダ３上下方向の面（図２で基準線Ｘを含んで紙面に直交する面）を中心として左右対称的に所定角度θａ、θｂ、シリンダ３下方に傾いた方向に扁平な噴霧部となっている。

図６（ｂ）に示すように、第１の噴霧部１３ａのシリンダ３の上下方向拡がり角をθｖ１、第２、第３の噴霧部１３ｂ、１３ｃを合わせた噴霧部のシリンダ３の上下方向拡がり角をθｖ２、図２に示すように、第１の噴霧部１３ａの横方向拡がり角をθｈ１、第２、第３の噴霧部１３ｂ、１３ｃを合わせた噴霧部の横方向拡がり角をθｈ２とすれば、シリンダ３の上下方向拡がり角θｖ１のほうがシリンダ３の上下方向拡がり角θｖ２より小さくなるように、横方向拡がり角θＨ１より横方向拡がり角θＨ２のほうが大きくなるように定められている。上記の「横方向」とは、シリンダ３の上下方向に直交する方向のことである。上記図６（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線断面図である。

このようにして、３つの各噴射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃはいずれも扁平円錐状であり、これら３つの噴射部１３ａ、１３ｂ、１３ｃを合成した燃料噴霧１３をシリンダ３内に噴射可能としている。

本発明における「扁平」の概念は、各噴霧部１３ａ、１３ｂ、１３ｃの横断面形状（円錐状燃料噴霧の中心線の方向と直交する方向の断面形状）が、楕円状、長円状のように特定方向に長くその特定方向と直交する方向には幅が狭い形状であれば「扁平」の範疇に含まれる。

図２あるいは図５（ｂ）に示すように、燃料噴霧１３は燃料噴射弁１１の軸を含むシリンダ上下方向の面に関して左右対称な形状を有している。さらに、図３、図５（ｂ）に示すように、シリンダ３内に突出する吸気バルブ９ａ，９ｂと第１の噴霧部１３ａとが衝突しない程度に、第１の噴霧部１３ａの横方向拡がり角θｈ１が制限されている。これにより、吸気行程中に燃料を噴射しても第１の噴霧部１３ａはシリンダ３内に突出した２つの吸気バルブ９ａ，９ｂの隙間を介して、ノズル１１ａが位置するのとは反対側のシリンダ３のへと向かうようになる。また、第２、第３の噴霧部１３ｂ、１３ｃを合わせた噴霧部の横方向拡がり角θｈ２は、同一方向に関する第１の噴霧部１３ａの横方向拡がり角θｈ１よりも大きく、排気バルブ１０ａ、１０ｂの下方まで達したとき、図５（ｂ）に示すように２つの排気バルブ１０ａ，１０ｂのエリアと十分に重なり合う程度に、第２、第３の噴霧部１３ｂ、１３ｃを合わせた噴霧部が拡大されている。上記図５（ｂ）は図２のＡ−Ａ線断面図である。

図６（ｂ）に示すように、シリンダ３の中心線の方向（シリンダ上下方向）に関しては、第１の噴霧部１３ａはその上端がシリンダヘッド５の下面、つまりは燃焼室の上側の壁面に接しない範囲で可能な限り点火プラグ６側に寄せて配置されている。これは、シリンダヘッド５とシリンダ３とにより画成される燃焼室はペントルーフ型であり、シリンダヘッド５の下面壁の最もへこんだ位置に点火プラグ６が設けられているため、この点火プラグ６に燃料噴霧が到達し易くするためである。

他方、第２、第３の噴霧部１３ｂ、１３ｃを合わせた噴霧部は、シリンダ３内に突出する吸気バルブ９ａ，９ｂと衝突しない範囲でシリンダ３上方側に寄せて配置されている。結果として、第２、第３の噴霧部１３ｂ、１３ｃの横断面の長手方向の各上端側母線が第１の噴霧部１３ａの横断面の長手方向の下端側母線と接し、燃料噴霧１３は全体としてほぼ三ツ葉状の横断面形状を呈している。そして、全体としてほぼ三ツ葉状の横断面形状を有するこの燃料噴霧１３が、シリンダ３内に突出する吸気バルブ９ａ，９ｂと衝突することのない空間を貫通することとなる。

なお、吸気行程における吸気バルブ９ａ、９ｂと各噴霧部１３ａ、１３ｂ、１３ｃとの関係については、燃料噴射時期における吸気バルブ９ａ、９ｂのシリンダ３内への突出量（リフト量）を特定し、その特定された突出量を与えたときの吸気バルブ９ａ、９ｂの位置を基準として各噴霧部１３ａ、１３ｂ、１３ｃの形状や配置を定めればよい。吸気行程における燃料噴射の開始時期、継続時間が可変であるときは、最も早い開始時期から最も遅い終了時期までの吸気バルブ９ａ、９ｂの突出範囲を特定し、その突出範囲を避けて３つの各噴霧部１３ａ、１３ｂ、１３ｃを形成すればよい。

燃料噴霧の貫徹力については、図６（ｂ）に示すように３つの各噴霧部１３ａ、１３ｂ、１３ｃの貫徹力がノズル１１ａが位置するのとは反対側のシリンダ３の近くまで達するように設定することが好ましい。吸気行程時には均質混合気を早期に形成する必要から、シリンダ３内に燃料噴霧を十分に拡散させ得る貫徹力が求められるからである。

次に、本発明の燃料噴霧１３を実現するための燃料噴射弁１１を説明する。

燃料噴射弁１１は、公知（特開２２４−２８０７８公報参照）のようにバルブボディと、そのバルブボディの中空部に摺動自在に挿入されたニードル弁と、ニードル弁を先端側に押し付けるコイルばねと、コイルばねに抗してニードル弁を後方に駆動する磁力を発生する電磁コイルとを備えている。コイルばねによって押されたニードル弁がバルブボディ内の弁座と密着することにより、ニードル弁の内部流路から中空部を介して噴孔に至る燃料の供給経路が遮断される。電磁コイルが励磁されるとニードル弁が弁座から離れ、燃料の供給経路が連通して燃料が噴孔から霧状に噴射される。

図４（ａ）は、図３に示した燃料噴霧１３を形成するための燃料噴射弁１１のノズル部１１ａ先端の噴孔２５を示している。噴孔２５は、ニードル弁２１（図４（ｂ）参照）の中心より図で上方向に延びる縦長のスリット状の第１の噴孔部２６と、ニードル弁２１の中心より図で左下方向に延びる横長のスリット状の第２の噴孔部２７と、ニードル弁２１の中心より図で右下方向に延びる横長のスリット状の第３の噴孔部２８とを備えている。第１の噴孔部２６の長手方向に沿った断面形状を図４（ｂ）に、第２の噴孔部２７の長手方向に沿った断面形状を図４（ｃ）に、第３の噴孔部２８の長手方向に沿った断面形状を図４（ｄ）にそれぞれ示す。これら図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）の図から明らかなように、３つの各噴孔部２６、２７、２８はノズル部１１ａの内側から外側に向かって徐々に拡大する扇状に形成されている。

このように噴孔２５は、第１の噴孔部２６の下端で第２の噴孔部２７の右上端と第３の噴孔部２８の左上端とが交差して全体で逆Ｙ字状の単一の噴孔２５を形成しているので、第１の噴孔部２６からの燃料噴霧によって第１の噴霧部１３ａを、第２の噴孔部２７からの燃料噴霧によって第２の噴霧部１３ｂを、第３の噴孔部２８からの燃料噴霧によって第３の噴霧部１３ｃをそれぞれ形成することができる。

３つの各噴孔部２６、２７、２８の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３、幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、角度θ１、θ２及び図４（ｂ）、図４（ｃ）、図４（ｄ）に示した角度θＡ、θＢ、θＣは、求められる燃料噴霧１３の形状、貫徹力、燃料量に応じて適宜に調整すればよい。例えば、第１と第３の噴孔部の間の角度θ１、第１と第２の噴孔部の間の角度θ２や３つの各噴孔部の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３を変化させることにより、３つの各噴霧部１３ａ、１３ｂ、１３ｃの横断面の長手方向の拡がり角を調整することができる。一方、３つの各噴孔部２６、２７の幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３を変化させることにより、各噴霧部１３ａ、１３ｂ、１３ｃの横断面の長手方向と直交する方向の拡がり角を調整することができる。

燃料噴霧の貫徹力については３つの各噴孔部の幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３と相関し、幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３を大きくするほど貫徹力を増加させることができる。また、燃料量は３つの各噴孔部２６、２７、２８の開口面積と相関関係があり、開口面積が大きいほど燃料量も増加する。本発明において、３つの各噴霧部１３ａ，１３ｂ、１３ｃの貫徹力（燃料噴霧の到達距離）及び燃料量は３つの各噴霧部１３ａ、１３ｂ、１３ｃに要求される特性に応じて適宜に設定してよい。

このように、本発明では燃料噴射弁１１のノズル部１１ａ先端の噴孔２５を逆Ｙ字型にスリット加工することによって、図３や図５（ｂ）に示したように、３つの噴霧部１３ａ、１３ｂ、１３ｃを有する燃料噴霧１３を実現する。

ここで、本実施形態の作用効果を説明する。

従来技術において、２つの吸気バルブ９ａ、９ｂヘの燃料付着を避けようとすれば、図６（ａ）に示したように、第１の噴霧部１２ａを最大リフト時の吸気バルブ９ａ、９ｂの下端よりもシリンダ３上方には位置させることができないのであるが、本実施形態では、第２の噴霧部１３ｂ及び第３の噴霧部１３ｃがそれぞれ独立に生成されるので、第２の噴霧部１３ｂ及び第３の噴霧部１３ｃを合わせた噴霧部は図３に示したように横断面形状がへの字状に折れ曲がっているため、第２、第３の噴霧部１３ｂ、１３ｃを合わせた噴霧部の一部が最大リフト時の吸気バルブ９ａ、９ｂの下端よりもシリンダ３上方に位置することとなる。この結果、燃料噴霧１３は、全体でみれば従来技術におけるよりもシリンダ３上方に位置することになり、そのぶん第２、第３の噴霧部１３ｂ、１３ｃを合わせた噴霧部の行程距離が、図６（ｂ）に示したように長くなり、ピストン４頂面への燃料付着量を低減することができる。

また、吸気バルブ９ａ、９ｂ、ピストン４等への燃料付着量が低減されると、均質度の高い混合気がシリンダ３内に形成されると共に、気化潜熱による吸気温度の低下とそれに伴う充填効率の向上を図ることができる。

このように本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、１つのシリンダ３に対して複数の吸気バルブ９ａ、９ｂを備え、シリンダ３の上方側に相対的に偏った第１の噴霧部１３ａと、シリンダ３の中心線と直交する方向より、燃料噴射弁１１の軸を含むシリンダ３上下方向の面を中心として左右対称的に所定角度θａ、θｂ、シリンダ３下方に傾いた方向に扁った第２、第３の噴霧部１２ｂ、１３ｃとを合成した燃料噴霧１３を燃料噴射弁１１によりシリンダ３内に噴射可能とすると共に、第１の噴霧部１３ａを、吸気行程においてシリンダ３内に突出する複数の吸気バルブ９ａ、９ｂの隙間に位置させ、かつ第２、第３の噴霧部１３ｂ、１３ｃを、同じく吸気行程においてシリンダ３内に突出する複数の吸気バルブ９ａ、９ｂと衝突しない範囲でシリンダ３上方に位置させているので、従来技術における場合よりも、燃料噴霧１３を全体としてシリンダ３上方に持ち上げることが可能となり、この結果、燃料噴霧１３はシリンダ３内に突出する複数の吸気バルブ９ａ、９ｂに付着することなく長い行程距離が保たれることから、燃料噴霧１３の行程距離が増加する分、燃料噴霧１３の蒸発が促進され、ピストン４頂面への燃料付着を従来技術における場合より低減することができる。

特に、吸気バルブ９ａ、９ｂとピストン４との間の隙間が狭くなる吸気上死点付近の燃料噴射時においても、その隙間に適合するように３つの各噴霧部１３ａ、１３ｂ、１３ｃを形成してピストン４への燃料付着を抑え、燃料の気化潜熱による充填効率の向上効果を十分に発揮させることができる。このため、全負荷均質燃焼時、特には吸気上死点付近で燃料を噴射する中高速域において均質度の高い燃料混合気を形成することができる。

本実施形態（請求項２に記載の発明）によれば、第１の噴霧部１３ａはシリンダ３の中心線の方向に扁平な円錐状であるので、シリンダ３内に突出する複数の吸気バルブ９ａ、９ｂと第１の噴霧部１３ａとの衝突をさらに避けることができる。

本実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、第２、第３の噴霧部１３ｂ、１３ｃは所定角度θａ、θｂ下方に傾いた方向に扁平な円錐状であるので、シリンダ３内に突出する複数の吸気バルブ９ａ、９ｂと第１、第２の噴霧部１３ｂ、１３ｃとの衝突をさらに避けることができる。

本実施形態（請求項６に記載の発明）によれば、ガス流動制御弁７ｄを備え、タンブルが必要となる運転域でガス流動制御弁７ｄを働かせてシリンダ内にタンブルを生じさせるのであるが、本実施形態の燃料噴霧は、上記のように従来技術における場合よりも全体としてシリンダ３上方に持ち上がっているので、従来技術に比べてタンブルを阻害する要素が軽減され、シリンダ３内での乱れの悪化が軽減されると期待できる。

本実施形態（請求項７に記載の発明）によれば、燃料噴射弁１１のノズル部１１ａ先端に３つの特定方向に偏った燃料噴霧１３を形成する第１、第２、第３の噴孔部２６、２７、２８を備え、３つの特定方向のうちの１つがシリンダ３の中心線の方向と一致するように、かつ、残り２つの特定方向がシリンダ３の中心線と直交する方向より、燃料噴射弁１１の軸を含むシリンダ上下方向の面を中心として左右対称的に所定角度θａ、θｂ、シリンダ下方に傾いた２つの方向と一致するように３つの噴孔部２６、２７、２８とシリンダ３との位置関係を調整するので、燃料噴霧１３はシリンダ３内に突出する複数の吸気バルブ９ａ、９ｂに付着することなく長い行程距離が保たれることから、燃料噴霧１３の行程距離が増加する分、蒸発が促進され、ピストン４頂面への燃料付着を従来技術における場合より低減することができる。

本実施形態（請求項７に記載の発明）によれば、３つの噴孔部２６、２７、２８を従来のスリット加工技術によって実現できるため、生産コストを増加させることなく性能の向上が図れる。

本実施形態（請求項７に記載の発明）によれば、図４（ａ）に示される第１の噴孔部２６と第２、第３の噴孔部２７、２８とがなす角θ１、θ２は、それぞれ自由に決定することができるため、燃料噴霧１３が付着する可能性のある複数の吸気バルブ９ａ、９ｂが独立に動作するときにも対応することができる。

実施形態では、複数の吸気バルブ９ａ、９ｂがシリンダ３内に突出する吸気行程において燃料噴射を実行する場合で説明したが、吸気バルブ９ａ、９ｂがシリンダ３内に突出しない圧縮行程において燃料噴射を実行する場合に対応させることもできる。このときには、３つの各噴霧部１３ａ、１３ｂ、１３ｃの貫徹力及び燃料量は、好ましくは、次のように設定する。まず、燃料噴霧の貫徹力については、第２、第３の噴霧部１３ｂ、１３ｃの貫徹力が第１の噴霧部の１３ａの貫徹力よりも大きくなるように設定することが好ましい。第１の噴霧部１３ａは圧縮行程時に燃料噴霧を点火プラグ６の付近に供給できる程度の貫徹力を備えていれば十分であり、その一方、第２、第３の噴霧部１３ｂ、１３ｃに対しては、吸気行程時に均質混合気を早期に形成する必要から、シリンダ３内に燃料噴霧を十分に拡散させ得る貫徹力が求められるからである。

次に、各噴霧部の燃料量については、第１の噴霧部１３ａの燃料量が第２、第３の噴霧部１３ｂ、１３ｃの燃料量よりも大きくなるように設定することが好ましい。このように設定すれば、第１の噴霧部１３ａにより点火プラグ６の周辺に十分な量の燃料を供給して、成層燃焼時におけるオーバーリーン領域を減らして安定した成層燃焼を実現できる。他方、均質燃焼時には、第２、第３の噴霧部１３ｂ、１３ｃによって供給される燃料を第１の噴霧部１３ａの燃料で補って良好な均質燃焼を維持することができる。

このようにして、圧縮行程中に燃料を噴射したときには第１の噴霧部１３ａにより点火プラグ６の回りに濃厚な混合気を形成して良好な成層燃焼を実現することができる。また、第２、第３の噴霧部１３ｂ、１３ｃが設けられていることにより、第１の噴霧部１３ａのみで必要な燃料量を確保する場合と比較して燃料噴霧の下端を上方（点火プラグ６の側）に寄せることができ、それにより、成層燃焼時のピストン４への燃料の付着を抑えてＨＣ、スモーク、ＰＭ等の排出量を低減することができる。

本発明の第１の実施形態のエンジンにおけるシリンダ上端部付近の縦断面図。 シリンダ下方よりシリンダの中心線の方向に沿って見上げた図。 第１実施形態の燃料噴霧と複数の吸気バルブとの関係を示す図。 第１実施形態のノズル部先端に設けられる噴孔を示す図。 図２のＡ−Ａ線断面図。 図２のＢ−Ｂ線断面図。 従来技術の燃料噴霧と複数の吸気バルブとの関係を示す図。

符号の説明

１ 筒内噴射式火花点火内燃機関
３ シリンダ
７ 吸気通路
９ 吸気バルブ
１０ 排気バルブ
１１ 燃料噴射弁
１１ａ ノズル部
１３ 燃料噴霧
１３ａ 第１の噴霧部
１３ｂ 第２の噴霧部
１３ｃ 第３の噴霧部
２５ 噴孔
２６ 第１の噴孔部
２７ 第２の噴孔部
２８ 第３の噴孔部

Claims (7)

1. １つのシリンダに対して複数の吸気バルブを備え、
   シリンダの上方側に相対的に偏った第１の噴霧部と、シリンダの中心線と直交する方向より、燃料噴射弁の軸を含むシリンダ上下方向の面を中心として左右対称的に所定角度、シリンダ下方に傾いた方向に扁った第２、第３の噴霧部とを合成した燃料噴霧を燃料噴射弁によりシリンダ内に噴射可能とすると共に、
   前記第１の噴霧部を、吸気行程においてシリンダ内に突出する前記複数の吸気バルブの隙間に位置させ、かつ前記第２、第３の噴霧部を、同じく吸気行程においてシリンダ内に突出する前記複数の吸気バルブと衝突しない範囲でシリンダ上方に位置させる
   ことを特徴とする筒内噴射式火花点火エンジン。
2. 前記第１の噴霧部はシリンダの中心線の方向に扁平な円錐状であることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火エンジン。
3. 前記第２、第３の噴霧部は前記所定角度、下方に傾いた方向に扁平な円錐状であることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火エンジン。
4. 前記第１の噴霧部のシリンダ上下方向拡がり角のほうが前記第２、第３の噴霧部を合わせた噴霧部のシリンダ上下方向拡がり角より小さくなるようにすることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火エンジン。
5. 前記第１の噴霧部の横方向拡がり角より前記第２、第３の噴霧部を合わせた噴霧部の横方向拡がり角のほうが大きくなるようにすることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火エンジン。
6. ガス流動制御弁を備え、
   タンブルが必要となる運転域で前記ガス流動制御弁を働かせてシリンダ内にタンブルを生じさせることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火エンジン。
7. ３つの特定方向に偏った燃料噴霧を形成する第１、第２、第３の噴孔部を備え、
   前記３つの特定方向のうちの１つがシリンダの中心線の方向と一致するように、かつ、残り２つの特定方向がシリンダの中心線と直交する方向より、燃料噴射弁１１の軸を含むシリンダ上下方向の面を中心として左右対称的に所定角度、シリンダ下方に傾いた２つの方向と一致するように前記３つの噴孔部とシリンダとの位置関係を調整する
   ことを特徴とする燃料噴射弁。