JP2020165392A - 筒内噴射エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダーボアの壁面に対して噴射燃料の付着を低減することができる筒内噴射エンジンを提供する。【解決手段】筒内噴射エンジン３１は、シリンダーブロック３２ｂの座面４４に重ねられるガスケット面４６を有し、中央に向かうにつれてガスケット面４６を含む仮想平面ＰＬから遠ざかる天井面４７でピストン４２との間に燃焼室４５を区画するシリンダーヘッド３２ｃと、シリンダーヘッド３２ｃの天井面４７で並んで開口する２つの吸気ポート４８と、シリンダーヘッド３２ｃに取り付けられて、吸気ポート４８の開口およびガスケット面４６で挟まれる位置で燃焼室４５に噴射口７２ａを臨ませる燃料噴射弁７２とを備える。吸気ポート４８は、仮想平面ＰＬに沿って燃焼室４５内に横向きに気流を導入する形状に形成される。【選択図】図３

Description

本発明は、シリンダーブロックの座面に重ねられるガスケット面を有し、中央に向かうにつれてガスケット面を含む仮想平面から遠ざかる天井面でピストンとの間に燃焼室を区画するシリンダーヘッドと、シリンダーヘッドの天井面で並んで開口する２つの吸気ポートと、シリンダーヘッドの天井面で開口する２つの排気ポートと、シリンダーヘッドに取り付けられて、吸気ポートの開口およびガスケット面で挟まれる位置で燃焼室に噴射口を臨ませる燃料噴射弁とを備える筒内噴射エンジンに関する。

特許文献１はガソリン直噴エンジン（筒内噴射エンジン）を開示する。ガソリン直噴エンジンは、シリンダーブロックにガスケット面で重ねられ、ピストンとの間に燃焼室を区画するシリンダーヘッドを備える。シリンダーヘッドは、中央に向かうにつれてガスケット面を含む仮想平面から遠ざかる天井面で燃焼室を塞ぐ。

シリンダーヘッドの天井面では並んで２つの吸気ポートが開口する。吸気ポートの開口には吸気バルブを受け止める環状のバルブシートが固定される。シリンダーヘッドには、バルブシートの中心軸に平行にバルブシートから立ち上がる吸気道が形成される。吸気道は上向きに膨らむように湾曲する。

特許第４００４１７６号公報

シリンダーヘッドには、燃焼室に向かって噴射口から燃料を噴射する燃料噴射弁が取り付けられる。燃料噴射弁の噴射口は吸気ポートの開口およびガスケット面で挟まれる位置で燃焼室に臨む。シリンダーボア内でピストンが下降すると、吸気ポートから燃焼室内に空気は導入される。空気は、ガスケット面を含む仮想平面に対して交差する方向に燃焼室内に縦向きに流入する。燃焼室内では吸気ポート下の限られた範囲でしかタンブル流は生成されない。噴射燃料は気流を突き抜けてシリンダーボアの壁面に付着しやすい。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、シリンダーボアの壁面に対して噴射燃料の付着を低減することができる筒内噴射エンジンを提供することを目的とする。

本発明の第１側面によれば、ピストンの線形往復運動を案内するシリンダーボアを区画し、前記シリンダーボアの開口を囲む座面を有するシリンダーブロックと、前記シリンダーブロックの前記座面に重ねられるガスケット面を有し、中央に向かうにつれて前記ガスケット面を含む仮想平面から遠ざかる天井面で前記ピストンとの間に燃焼室を区画するシリンダーヘッドと、前記シリンダーヘッドの前記天井面で並んで開口する２つの吸気ポートと、前記シリンダーヘッドの前記天井面で並んで開口する２つの排気ポートと、前記シリンダーヘッドに取り付けられて、前記吸気ポートの開口および前記ガスケット面で挟まれる位置で前記燃焼室に噴射口を臨ませる燃料噴射弁とを備える筒内噴射エンジンにおいて、前記吸気ポートは、前記仮想平面に沿って前記燃焼室内に横向きに気流を導入する形状に形成される。

第２側面によれば、第１側面の構成に加えて、前記吸気ポートは前記仮想平面に向かって膨らむように湾曲する。

第３側面によれば、第２側面の構成に加えて、前記吸気ポートは、前記吸気ポートの開口で前記シリンダーヘッドに固定され、吸気バルブを受け止める吸気側バルブシートと、前記シリンダーヘッドに区画されて、前記吸気側バルブシートに前記仮想平面に沿って横方向から接続される吸気道とで形成される。

第４側面によれば、第３側面の構成に加えて、筒内噴射エンジンは、前記排気ポートの開口で前記シリンダーヘッドに固定され、排気バルブを受け止める排気側バルブシートを備え、前記吸気側バルブシートは前記排気側バルブシートに比べて薄く形成される。

第５側面によれば、第１〜第４側面のいずれか１の構成に加えて、前記ピストンの頂面には、前記吸気ポートの開口にそれぞれ向き合わせられる２つの吸気バルブリセスと、前記排気ポートの開口にそれぞれ向き合わせられる２つの排気バルブリセスと、２つの前記吸気バルブリセスおよび２つの前記排気バルブリセスに跨がって外周域まで広がって球面形状で窪む１つの窪みとが形成される。

第６側面によれば、第１〜第５側面のいずれか１の構成に加えて、筒内噴射エンジンは、前記燃料噴射弁に接続されて、所定の範囲で圧力を変化させながら前記燃料噴射弁に燃料を供給する高圧燃料ポンプを備える。

第７側面によれば、第１側面の構成に加えて、筒内噴射エンジンは、クランクシャフトに連動するカムシャフトに連結され、前記ピストンの線形往復運動に対して一定の開閉タイミングで前記吸気ポートの開口を開閉する吸気バルブを備える。

第８側面によれば、第７側面の構成に加えて、筒内噴射エンジンは、前記カムシャフトに同軸に連結される駆動軸を有し、前記カムシャフトの回転に応じて圧力を生成する燃料ポンプを備える。

第９側面によれば、第１〜第４側面のいずれか１の構成に加えて、筒内噴射エンジンは、クランクシャフトに連動するカムシャフトに連結され、前記吸気ポートの開口を開閉する吸気バルブを備え、前記吸気ポートは前記仮想平面に向かって膨らむように湾曲し、前記開口の中心を通って前記カムシャフトの回転軸線に直交する仮想平面内で前記吸気ポートの下側輪郭線の曲率は上側輪郭線の曲率よりも大きい。

第１０側面によれば、第１〜第４側面のいずれか１の構成に加えて、筒内噴射エンジンは、クランクシャフトに連動するカムシャフトに連結され、前記吸気ポートの開口を開閉する吸気バルブを備え、前記吸気ポートは前記仮想平面に向かって膨らむように湾曲し、前記カムシャフトの回転軸線に平行であって前記吸気ポートに下方から外接し前記シリンダーボアの中心で前記仮想平面に交差する第１交差平面と前記仮想平面との角度は、前記カムシャフトの回転軸線に平行であって前記吸気ポートの入り口開口の中心を通って前記シリンダーボアの中心で前記仮想平面に交差する第２交差平面と前記第１交差平面との角度よりも小さく設定される。

第１１側面によれば、第１〜第４側面のいずれか１の構成に加えて、筒内噴射エンジンは、クランクシャフトに連動するカムシャフトに連結され、前記吸気ポートの開口を開閉する吸気バルブを備え、前記カムシャフトの回転軸線に平行であって前記吸気ポートの入り口開口の中心を通って前記シリンダーボアの中心で前記仮想平面に交差する交差平面と前記吸気ポートの中立軸との最大ずれ量は２ｍｍより大きく設定される。

第１側面によれば、シリンダーボア内でピストンが下降すると、吸気ポートから燃焼室内に空気は導入される。流れ込む空気に燃料噴射弁から燃料は噴射される。このとき、空気は燃焼室内に横向きに導入されるので、燃焼室内でタンブル流（縦方向の渦巻き）が形成される。噴射燃料は良好にタンブル流に巻き込まれる。シリンダーボアの壁面に対して噴射燃料の付着は低減されることができる。タンブル流の形成は燃費および出力の向上に寄与することができる。

第２側面によれば、吸気ポートは、ガスケット面を含む仮想平面に向かって膨らむように湾曲することから、吸気ポートから燃焼室に流入する気流には横向きに慣性力が付与される。空気は吸気ポートから良好に横向きに燃焼室内に流入することができる。燃焼室内でタンブル流は確保されることができる。

第３側面によれば、吸気ポートでは吸気道は吸気側バルブシートに横向きに接続されるので、空気は燃焼室内に良好に横向きに流入することができる。燃焼室内でタンブル流は良好に形成されることができる。

第４側面によれば、横向きの流れは吸気側バルブシートで阻害されずに済む。空気は燃焼室内に良好に横向きに流入することができる。燃焼室内でタンブル流は良好に形成されることができる。

第５側面によれば、吸気バルブリセスおよび排気バルブリセスは上死点でピストンと吸気バルブや排気バルブとの干渉を回避する機能を担う。吸気ポートから流入する空気は、吸気ポートの延長上でシリンダーボアの壁面に沿ってピストンに向かって下降し、頂面の窪みに案内されてピストンの頂面を横断する。その結果、タンブル流の衝突や崩壊は抑制されることができる。燃焼室内でタンブル流は良好に形成されることができる。タンブル流の形成は燃費および出力の向上に寄与することができる。

第６側面によれば、スロットルバルブの絞りに応じてエンジンに供給される空気の流速が低下しても、その流速の低下に応じて高圧燃料ポンプから燃料噴射弁に供給される圧力は低下することができる。こうしてシリンダーボアの壁面に対して噴射燃料の付着はさらに低減されることができる。燃費および出力はさらに向上することができる。

第７側面によれば、吸気バルブはピストンの線形往復運動に対して一定の開閉タイミングを確保することから、燃焼室の容積に対して空気の流入量は決められた流量に維持されることができる。タンブル流の巻き上げ効果は安定化することができる。燃費および出力はさらに向上することができる。

第８側面によれば、燃料ポンプの動作タイミングはカムシャフトの回転に合わせ込まれることから、燃料の噴射は吸気バルブの開閉タイミングに合わせ込まれることができる。タンブル流の巻き上げ効果は安定化することができる。燃費および出力はさらに向上することができる。

第９側面によれば、吸気ポートは、ガスケット面を含む仮想平面に向かって膨らむように湾曲し、開口の中心を通ってカムシャフトの回転軸線に直交する仮想平面内で吸気ポートの下側輪郭線の曲率は上側輪郭線の曲率よりも大きいので、吸気ポートから燃焼室に流入する気流には横向きに慣性力が付与される。空気は吸気ポートから良好に横向きに燃焼室内に流入することができる。燃焼室内で良好にタンブル流は形成されることができる。燃料噴霧の気化は促進されることができる。

第１０側面によれば、第１交差平面は、ガスケット面を含む仮想平面に対して吸入ポートの立ち上がり角を規定する。第１交差平面に対して第２交差平面の角度が増大すれば、吸入ポートの曲がり具合は強められる。曲がり具合が強いほど、吸気ポートから燃焼室に流入する気流には横向きに大きな慣性力が付与される。燃焼室内でタンブル流は良好に形成されることができる。燃料噴霧の気化は促進されることができる。

第１１側面によれば、交差平面と吸気ポートの中立軸とのずれ量が増大すればするほど、吸入ポートの曲がり具合は強められる。曲がり具合が強いほど、吸気ポートから燃焼室に流入する気流には横向きに大きな慣性力が付与される。燃焼室内でタンブル流は良好に形成されることができる。燃料噴霧の気化は促進されることができる。

一実施形態に係る自動二輪車の全体構成を概略的に示す側面図である。 クランクシャフトの回転軸線に直交しシリンダー軸線を含む切断面を示す内燃機関の拡大垂直断面図である。 クランクシャフトの回転軸線に直交し吸気バルブおよび排気バルブの軸心を含む切断面を示すシリンダーヘッドの拡大随直断面図である。 カムシャフトの軸心および吸気バルブおよび排気バルブの軸心を含む切断面を示すシリンダーヘッドの拡大随直断面図である。 シリンダーヘッドのガスケット面を示す拡大平面図である。 ピストンの頂面を示す拡大平面図、（Ａ）６Ａ−６Ａ線に沿った断面図、および（Ｃ）６Ｃ−６Ｃ線に沿った断面図である。 燃焼室内で形成されるタンブル流を概略的に示す概念図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。ここで、車体の上下前後左右は自動二輪車に乗車した乗員の目線に基づき規定されるものとする。

図１は本発明の一実施形態に係る鞍乗り型車両である自動二輪車の全体像を概略的に示す。自動二輪車１１の車体フレーム１２は、ヘッドパイプ１８と、ヘッドパイプ１８から斜め後方下方に延びて、後下端にピボットフレーム１９を有する左右１対のメインフレーム２１と、メインフレーム２１の下方の位置でヘッドパイプ１８から下方に延び、後下端でピボットフレーム１９に結合されるダウンフレーム２２と、メインフレーム２１の湾曲域２１ａから後上がりに延びトラス構造を構成する左右のシートフレーム２３とを有する。シートフレーム２３に乗員シートは支持される。

ヘッドパイプ１８には操向自在にフロントフォーク２４が支持される。フロントフォーク２４には車軸２５回りで回転自在に前輪ＷＦが支持される。フロントフォーク２４の上端には操向ハンドル２６が結合される。運転者は自動二輪車１１の運転にあたって操向ハンドル２６の左右端のグリップを握る。

車両の後方で車体フレーム１２にはピボット２７回りで上下に揺動自在にスイングアーム２８が連結される。スイングアーム２８の後端に車軸２９回りで回転自在に後輪ＷＲが支持される。前輪ＷＦと後輪ＷＲとの間で車体フレーム１２には後輪ＷＲに伝達される動力を生成する内燃機関（筒内噴射エンジン）３１が搭載される。内燃機関３１はダウンフレーム２２およびメインフレーム２１に連結されて支持される。内燃機関３１の動力は伝動装置を経て後輪ＷＲに伝達される。

内燃機関３１は、燃焼室内で混合気を燃焼し、回転軸線Ｒｘ回りで動力を生成する機関本体３２を備える。機関本体３２は、メインフレーム２１に連結されながらダウンフレーム２２上に支持され、回転軸線Ｒｘ回りでクランクシャフトから動力を出力するクランクケース３２ａと、クランクケース３２ａの前部に上方から結合されて、回転軸線Ｒｘに直交する鉛直面内に位置して水平面に対して起立するシリンダー軸線Ｃを有するシリンダーブロック３２ｂと、シリンダーブロック３２ｂの上端に結合されて、動弁機構を支持するシリンダーヘッド３２ｃと、シリンダーヘッド３２ｃの上端に結合されて、シリンダーヘッド３２ｃ上の動弁機構を覆うヘッドカバー３２ｄとを有する。

図２に示されるように、機関本体３２は、クランクシャフト３６から動力を取り出す動力伝達機構３７を含む。動力伝達機構３７は、クランクケース３２ａに回転自在に支持されるクランクシャフト３６に接続される多段変速機３７ａを備える。多段変速機３７ａは、クラッチ（図示されず）を介してクランクシャフト３６に接続されるメインシャフト３８と、複数段で切り替えられる変速ギア３９を介してメインシャフト３８に接続されるカウンターシャフト４１とを備える。クランクシャフト３６の動力はカウンターシャフト４１から伝動装置に伝達される。

シリンダーブロック３２ｂには、シリンダー軸線Ｃに沿ってピストン４２の線形往復運動を案内するシリンダーボア４３が区画される。シリンダーボア４３の開口はシリンダーヘッド３２ｃを受け止める座面４４で囲まれる。座面４４はシリンダー軸線Ｃに直交する平面内で広がる。ピストン４２の頂面４２ａとシリンダーヘッド３２ｃとの間には燃焼室４５が区画される。

シリンダーヘッド３２ｃは、シリンダーブロック３２ｂの座面４４に重ねられるガスケット面４６を有する。シリンダーブロック３２ｂの座面４４とシリンダーヘッド３２ｃのガスケット面４６との間にはガスケット（図示されず）が挟まれる。シリンダーヘッド３２ｃには、ガスケット面４６に囲まれて、中央に向かうにつれてガスケット面４６を含む仮想平面ＰＬから遠ざかる天井面４７が形成される。天井面４７とピストン４２の頂面４２ａとの間に燃焼室４５は区画される。

図３に示されるように、シリンダーヘッド３２ｃには、天井面４７で並んで開口する２つの吸気ポート４８と、天井面４７で並んで開口する２つの排気ポート４９とが形成される。吸気ポート４８は、ガスケット面４６を含む仮想平面ＰＬに沿って燃焼室４５内に横向きに気流を導入する形状に形成される。吸気ポート４８は仮想平面ＰＬに向かって膨らむように湾曲する。

吸気ポート４８は、吸気ポート４８の開口でシリンダーヘッド３２ｃに固定される吸気側バルブシート５２と、シリンダーヘッド３２ｃに区画されて、吸気側バルブシート５２に仮想平面ＰＬに沿って横方向から接続される吸気道５３とで形成される。排気ポート４９は、排気ポート４９の開口でシリンダーヘッド３２ｃに固定される排気側バルブシート５４と、シリンダーヘッド３２ｃに区画されて、排気側バルブシート５４に仮想平面ＰＬに交差する縦方向から接続される排気道５５とで形成される。吸気側バルブシート５２は排気側バルブシート５４に比べて薄く形成される。

動弁機構５１は、軸方向に変位自在にシリンダーヘッド３２ｃに支持されて、燃焼室４５に臨んで吸気ポート４８の開口を開閉する吸気バルブ５６と、軸心回りで回転自在にシリンダーヘッド３２ｃに支持されて、吸気バルブ５６の軸方向変位を引き起こすカム５７ａを有するカムシャフト５７と、軸方向に変位自在にシリンダーヘッド３２ｃに支持されて、燃焼室４５に臨んで排気ポート４９の開口を開閉する排気バルブ５８と、揺動自在にロッカーアームシャフト５９に支持されて、カムシャフト５７のカム５７ａの形状に応じてロッカーアームシャフト５９回りで揺動し、排気バルブ５８の軸方向変位を引き起こすロッカーアーム６１とを備える。

吸気バルブ５６は、軸方向に変位自在に案内されて、上端でカムシャフト５７のカム５７ａに連結されるバルブステム５６ａと、バルブステム５６ａの下端に結合されて、燃焼室４５内で吸気側バルブシート５２に着座するバルブヘッド５６ｂとを備える。バルブステム５６ａの上端にはコッターの働きでリテーナー６２が取り付けられる。シリンダーヘッド３２ｃとリテーナー６２との間には圧縮状態で弦巻ばね６３が挟まれる。弦巻ばね６３は閉じ位置にバルブヘッド５６ｂを保持する弾性力を発揮する。カムシャフト５７の回転に応じて開閉する吸気バルブ５６の働きで燃焼室４５に混合気が導入される。

ここでは、図３に示されるように、吸気ポート４８の開口の中心Ｃｔを通ってカムシャフト５７の回転軸線に直交する仮想平面内で吸気ポート４８の下側輪郭線４８ｂの曲率は上側輪郭線４８ａの曲率よりも大きい。加えて、カムシャフト５７の回転軸線に平行であって吸気ポート４８に下方から外接しシリンダーボア４３の中心（シリンダー軸線Ｃ）で仮想平面ＰＬに交差する第１仮想交差平面Ｐｆと仮想平面ＰＬとの角度αは、カムシャフト５７の回転軸線に平行であって吸気ポート４８の入り口開口の中心を通ってシリンダーボア４３の中心で仮想平面ＰＬに交差する第２交差平面Ｐｓと第１交差平面Ｐｆとの角度βよりも大きく設定される。第２交差平面Ｐｓと吸気ポート４８の中立軸ＣＬとの最大ずれ量は２ｍｍ未満に設定される。

排気バルブ５８は、軸方向に変位自在に案内されて、上端でロッカーアーム６１に連結されるバルブステム５８ａと、バルブステム５８ａの下端に結合されて、燃焼室４５内で排気側バルブシート５４に着座するバルブヘッド５８ｂとを備える。バルブステム５８ａの上端にはコッターの働きでリテーナー６４が取り付けられる。シリンダーヘッド３２ｃとリテーナー６４との間には圧縮状態で弦巻ばね６５が挟まれる。弦巻ばね６５は閉じ位置にバルブヘッド５８ｂを保持する弾性力を発揮する。

ロッカーアーム６１には、カムシャフト５７の回転時にカム５７ａに接触し続けるスリッパー６１ａが形成される。カム５７ａはバルブステム５８ａの上端にロッカーアーム６１の先端を押し付ける。カムシャフト５７の回転に応じてロッカーアーム６１はロッカーアームシャフト５９の軸心回りで揺動する。ロッカーアーム６１はカムシャフト５７の回転に応じて排気バルブ５８の開閉動作を引き起こす。カムシャフト５７の回転に応じて開閉する排気バルブ５８の働きで燃焼室４５から排ガスは排気される。

図４に示されるように、カムシャフト５７には、カムチェーン室６６内に配置されるカムスプロケット６７が結合される。カムスプロケット６７にはカムチェーン６８が巻き掛けられる。カムチェーン６８は、カムチェーン室６６内でクランクシャフト３６に結合される駆動スプロケット（図示されず）に巻き掛けられる。こうしてカムシャフト５７はクランクシャフト３６に連動する。クランクシャフト３６の回転はカムチェーン６７の働きでカムシャフト５７に伝達される。吸気バルブ５６は、ピストン４２の線形往復運動に対して一定の開閉タイミングで吸気ポート４８の開口を開閉する。

内燃機関３１は、図２に示されるように、燃料タンク内のフィードポンプ（図示されず）に接続されて、フィードポンプから供給される燃料を高圧で出力する高圧燃料ポンプ７１と、シリンダーヘッド３２ｃに取り付けられて燃焼室４５に噴射口７２ａを臨ませ、高圧燃料ポンプ７１に接続される燃料噴射弁７２とを備える。高圧燃料ポンプ７１は、図４に示されるように、カムシャフト５７に同軸に連結される駆動軸７３を有する。駆動軸７３には、ポンプ室７４の容積を増減するプランジャー７５に接続されるカム７３ａが形成される。カム７３ａの働きでプランジャー７５はポンプ室７４の容積を増減し圧力を生成する。圧力は、ポンプ室７４に流入する燃料の流量を制御する電磁弁７６の働きで調整される。高圧燃料ポンプ７１は、所定の範囲で圧力を変化させながら燃料噴射弁７２に燃料を供給する。

高圧燃料ポンプ７１の駆動軸７３とカムシャフト５７との間にはジョイント７７が配置される。ジョイント７７には、第１直径線上で延びて、駆動軸７３の一端の溝に嵌め合わせられる第１突起７７ａと、第１直径線から軸心回りに１８０度の角度でずれる第２直径線上で延びて、カムシャフト５７の一端の溝に嵌め合わせられる第２突起７７ｂとが形成される。こうして駆動軸７３とカムシャフト５７との軸心同士のずれは許容されながらカムシャフト５７の回転は駆動軸７３に伝達される。

図５に示されるように、燃料噴射弁７２の噴射口７２ａは、吸気ポート４８の開口およびガスケット面４６で挟まれる位置で燃焼室４５に臨む。燃料噴射弁７２は、図２に示されるように、ガスケット面４６を含む仮想平面ＰＬに対して吸気ポート４８の傾斜角よりも小さい角度で交差する軸心を有する。ここでは、吸気ポート４８の傾斜角は、仮想平面ＰＬに対して、吸気側バルブシート５２と吸気ポート４８の下壁との接続位置で計測される角度に相当する。燃料噴射弁７２は、高圧燃料ポンプ７１で生成される高圧に基づき燃焼室４５内に燃料を噴射する。燃焼室４５内で燃料の噴射に応じて混合気は生成される。

図６に示されるように、ピストン４２の頂面４２ａには、吸気ポート４８の開口にそれぞれ向き合わせられる２つの吸気バルブリセス７８ａと、排気ポート４９の開口にそれぞれ向き合わせられる２つの排気バルブリセス７８ｂと、２つの吸気バルブリセス７８ａおよび２つの排気バルブリセス７８ｂに跨がって外周域まで広がって球面形状で窪む１つの窪み７９とが形成される。個々の吸気バルブリセス７８ａは、バルブヘッド５６ｂの投影像に対応した円形で仕切られて、外周に向かうにつれて燃焼室４５の天井面４７から遠ざかる平面で形成される。個々の排気バルブリセス７８ｂは、バルブヘッド５８ｂの投影像に対応した円形で仕切られて、外周に向かうにつれて燃焼室４５の天井面４７から遠ざかる平面で形成される。吸気バルブリセス７８ａおよび排気バルブリセス７８ｂは上死点でピストン４２と吸気バルブ５６や排気バルブ５８との干渉を回避する機能を担う。

窪み７９は、排気バルブリセス７８ｂに比べて吸気バルブリセス７８ａ側に偏って配置される。したがって、窪み７９の最深部はピストン４２の中心軸線（シリンダー軸線Ｃ）よりも燃料噴射弁７２側に位置する。窪み７９は、第１曲率半径の円弧に沿って吸気バルブリセス７８ａを仕切る外縁７９ａと、第１曲率半径より大きい第２曲率半径の円弧に沿って排気バルブリセス７８ｂを仕切る外縁７９ｂとを有する。

次に本実施形態の動作を説明する。内燃機関３１の動作中、燃焼室４５では吸気行程、圧縮行程、燃焼行程および排気行程が繰り返される。吸気行程では、排気バルブ５８は閉じたまま吸気バルブ５６は開く。クランクシャフト３６の回転に応じてピストン４２が下降する。燃焼室４５の容積が増大し吸気ポート４８から燃焼室４５内に空気は導入される。流れ込む空気に燃料噴射弁７２から燃料は噴射される。燃焼室４５内で混合気が生成される。燃料噴射弁７２には高圧燃料ポンプ７１から高圧下で液体の燃料が供給される。圧力の生成にあたって高圧燃料ポンプ７１にはカムシャフト５７から駆動力が伝達される。

図７に示されるように、吸気ポート４８の形状に基づき空気は燃焼室４５内に横向きに導入される。燃焼室４５内でタンブル流（縦方向の渦巻き）Ｔｒが形成される。噴射燃料ＦＵは良好にタンブル流Ｔｒに巻き込まれる。シリンダーボア４７の壁面に対して噴射燃料ＦＵの付着は低減されることができる。タンブル流Ｔｒの形成は燃費および出力の向上に寄与する。

吸気ポート４８から流入する空気は、吸気ポート４８の延長上でシリンダーボア４７の壁面に沿ってピストン４２に向かって下降し、頂面４２ａの窪み７９に案内されてピストン４２の頂面４２ａを横断する。ピストン４２の頂面４２ａには窪み７９が形成されることから、タンブル流Ｔｒの衝突や崩壊は抑制される。燃焼室４５内でタンブル流Ｔｒは良好に形成されることができる。

圧縮行程では、吸気バルブ５６および排気バルブ５８は閉じたまま、クランクシャフト３６の回転に応じてピストン４２が上昇する。燃焼室４５の容積が減少し燃焼室４５内で混合気は圧縮される。

燃焼行程では、吸気バルブ５６および排気バルブ５８は閉じたまま、燃焼室４５内で圧縮された混合気に点火される。混合気は点火に応じて膨張する。混合気の膨張に応じて燃焼室４５の容積は増大しピストン４２は下降する。ピストン４２の下降に応じてクランクシャフト３６には駆動力が付与される。

排気行程では、吸気バルブ５６は閉じたまま排気バルブ５８は開く。クランクシャフト３６の回転に応じてピストン４２が上昇する。燃焼室４５の容積が減少し排気ポート４９から燃焼後の排ガスが排出される。

本実施形態に係る内燃機関３１では吸気ポート４８は仮想平面ＰＬに向かって膨らむように湾曲する。したがって、吸気ポート４８から燃焼室４５に流入する気流には横向きに慣性力が付与される。空気は吸気ポート４８から良好に横向きに燃焼室４５内に流入する。燃焼室４５内でタンブル流は確保される。特に、吸気ポート４８の開口の中心Ｃｔを通ってカムシャフト５７の回転軸線に直交する仮想平面内で吸気ポート４８の下側輪郭線４８ｂの曲率は上側輪郭線４８ａの曲率よりも大きいので、吸気ポート４８から燃焼室４５に流入する気流には横向きに慣性力が付与される。空気は吸気ポート４８から良好に横向きに燃焼室４５内に流入する。燃焼室４５内で良好にタンブル流は形成される。燃料噴霧の気化は促進される。

加えて、吸気ポート４８は、吸気ポート４８の開口でシリンダーヘッド３２ｃに固定され、吸気バルブ５６のバルブヘッド５６ｂを受け止める吸気側バルブシート５２と、シリンダーヘッド３２ｃに区画されて、吸気側バルブシート５２に仮想平面ＰＬに沿って横方向から接続される吸気道５３とで形成される。吸気ポート４８では吸気道５３は吸気側バルブシート５２に横向きに接続されるので、空気は燃焼室４５内に良好に横向きに流入する。燃焼室４５内でタンブル流は良好に形成される。

本実施形態に係る内燃機関３１では吸気側バルブシート５２は排気側バルブシート５４に比べて薄く形成される。したがって、横向きの流れは吸気側バルブシート５２で阻害されずに済む。空気は燃焼室４５内に良好に横向きに流入する。燃焼室４５内でタンブル流は良好に形成される。

さらに、内燃機関３１では、カムシャフト５７の回転軸線に平行であって吸気ポート４８に下方から外接しシリンダーボア４３の中心（シリンダー軸線Ｃ）で仮想平面ＰＬに交差する第１仮想交差平面Ｐｆと仮想平面ＰＬとの角度αは、カムシャフト５７の回転軸線に平行であって吸気ポート４８の入り口開口の中心を通ってシリンダーボア４３の中心で仮想平面ＰＬに交差する第２仮想交差平面Ｐｓと第１仮想交差平面Ｐｆとの角度βよりも小さく設定される。第１仮想交差平面Ｐｆは、ガスケット面４６を含む仮想平面ＰＬに対して吸入ポート４８の立ち上がり角を規定する。第１仮想交差平面Ｐｆに対して第２仮想交差平面Ｐｓの角度βが増大すれば、吸入ポート４８の曲がり具合は強められる。曲がり具合が強いほど、吸気ポート４８から燃焼室４５に流入する気流には横向きに大きな慣性力が付与される。燃焼室４５内でタンブル流は良好に形成される。燃料噴霧の気化は促進される。しかも、第２仮想交差平面Ｐｓと吸気ポート４８の中立軸ＣＬとのずれ量ｅが増大すればするほど、吸入ポート４８の曲がり具合は強められる。曲がり具合が強いほど、吸気ポート４８から燃焼室４５に流入する気流には横向きに大きな慣性力が付与される。燃焼室４５内でタンブル流は良好に形成される。燃料噴霧の気化は促進される。

本実施形態では、高圧燃料ポンプ７１は、燃料噴射弁７２に接続されて、所定の範囲で圧力を変化させながら燃料噴射弁７２に燃料を供給する。スロットルバルブの絞りに応じて内燃機関３１に供給される空気の流速が低下しても、その流速の低下に応じて高圧燃料ポンプ７１から燃料噴射弁７２に供給される圧力は低下する。こうしてシリンダーボア４３の壁面に対して噴射燃料の付着はさらに低減される。燃費および出力はさらに向上する。

吸気バルブ５６は、クランクシャフト３６に連動するカムシャフト５７に連結され、ピストン４２の線形往復運動に対して一定の開閉タイミングで吸気ポート４８の開口を開閉する。吸気バルブ５６はピストン４２の線形往復運動に対して一定の開閉タイミングを確保することから、燃焼室４５の容積に対して空気の流入量は決められた流量に維持されることができる。タンブル流の巻き上げ効果は安定化する。燃費および出力はさらに向上する。しかも、高圧燃料ポンプ７１の動作タイミングはカムシャフト５７の回転に合わせ込まれることから、燃料の噴射は吸気バルブ５６の開閉タイミングに合わせ込まれる。タンブル流の巻き上げ効果は安定化する。燃費および出力はさらに向上する。

３１…筒内噴射エンジン（内燃機関）、３２ｂ…シリンダーブロック、３２ｃ…シリンダーヘッド、３６…クランクシャフト、４２…ピストン、４２ａ…頂面、４３…シリンダーボア、４４…（シリンダーブロックの）座面、４５…燃焼室、４６…ガスケット面、４７…天井面、４８…吸気ポート、４８ａ…上側輪郭線、４８ｂ…下側輪郭線、４９…排気ポート、５２…吸気側バルブシート、５３…吸気道、５４…排気側バルブシート、５６…吸気バルブ、５７…カムシャフト、５８…排気バルブ、７１…高圧燃料ポンプ（燃料ポンプ）、７２…燃料噴射弁、７２ａ…噴射口、７８ａ…吸気バルブリセス、７８ｂ…排気バルブリセス、７９…窪み、ＣＬ…（吸気ポートの）中立軸、Ｃｔ…（開口の）中心、ｅ…最大ずれ量、Ｐｆ…第１交差平面（第１仮想交差平面）、ＰＬ…（ガスケット面を含む）仮想平面、Ｐｓ…第２交差平面（第２仮想交差平面）、α…（ＰＬと下側接線との）角度、β…（下側接線と上側接線との）角度。

Claims (11)

1. ピストン（４２）の線形往復運動を案内するシリンダーボア（４３）を区画し、前記シリンダーボア（４３）の開口を囲む座面（４４）を有するシリンダーブロック（３２ｂ）と、
   前記シリンダーブロック（３２ｂ）の前記座面（４４）に重ねられるガスケット面（４６）を有し、中央に向かうにつれて前記ガスケット面（４６）を含む仮想平面（ＰＬ）から遠ざかる天井面（４７）で前記ピストン（４２）との間に燃焼室（４５）を区画するシリンダーヘッド（３２ｃ）と、
   前記シリンダーヘッド（３２ｃ）の前記天井面（４７）で並んで開口する２つの吸気ポート（４８）と、
   前記シリンダーヘッド（３２ｃ）の前記天井面（４７）で並んで開口する２つの排気ポート（４９）と、
   前記シリンダーヘッド（３２ｃ）に取り付けられて、前記吸気ポート（４８）の開口および前記ガスケット面（４６）で挟まれる位置で前記燃焼室（４５）に噴射口（７２ａ）を臨ませる燃料噴射弁（７２）と
   を備える筒内噴射エンジン（３１）において、
   前記吸気ポート（４８）は、前記仮想平面（ＰＬ）に沿って前記燃焼室（４５）内に横向きに気流を導入する形状に形成される
   ことを特徴とする筒内噴射エンジン。
2. 請求項１に記載の筒内噴射エンジンにおいて、前記吸気ポート（４８）は前記仮想平面（ＰＬ）に向かって膨らむように湾曲することを特徴とする筒内噴射エンジン。
3. 請求項２に記載の筒内噴射エンジンにおいて、前記吸気ポート（４８）は、前記吸気ポート（４８）の開口で前記シリンダーヘッド（３２ｃ）に固定され、吸気バルブ（５６）を受け止める吸気側バルブシート（５２）と、前記シリンダーヘッド（３２ｃ）に区画されて、前記吸気側バルブシート（５２）に前記仮想平面（ＰＬ）に沿って横方向から接続される吸気道（５３）とで形成されることを特徴とする筒内噴射エンジン。
4. 請求項３に記載の筒内噴射エンジンにおいて、前記排気ポート（４９）の開口で前記シリンダーヘッド（３２ｃ）に固定され、排気バルブ（５８）を受け止める排気側バルブシート（５４）を備え、前記吸気側バルブシート（５２）は前記排気側バルブシート（５４）に比べて薄く形成されることを特徴とする筒内噴射エンジン。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の筒内噴射エンジンにおいて、前記ピストン（４２）の頂面（４２ａ）には、前記吸気ポート（４８）の開口にそれぞれ向き合わせられる２つの吸気バルブリセス（７８ａ）と、前記排気ポート（４９）の開口にそれぞれ向き合わせられる２つの排気バルブリセス（７８ｂ）と、２つの前記吸気バルブリセス（７８ａ）および２つの前記排気バルブリセス（７８ｂ）に跨がって外周域まで広がって球面形状で窪む１つの窪み（７９）とが形成されることを特徴とする筒内噴射エンジン。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の筒内噴射エンジンにおいて、前記燃料噴射弁（７２）に接続されて、所定の範囲で圧力を変化させながら前記燃料噴射弁（７２）に燃料を供給する高圧燃料ポンプ（７１）を備えることを特徴とする筒内噴射エンジン。
7. 請求項１に記載の筒内噴射エンジンにおいて、クランクシャフト（３６）に連動するカムシャフト（５７）に連結され、前記ピストン（４２）の線形往復運動に対して一定の開閉タイミングで前記吸気ポート（４８）の開口を開閉する吸気バルブ（５６）を備えることを特徴とする筒内噴射エンジン。
8. 請求項７に記載の筒内噴射エンジンにおいて、前記カムシャフト（５７）に同軸に連結される駆動軸（７３）を有し、前記カムシャフト（５７）の回転に応じて圧力を生成する燃料ポンプ（７１）を備えることを特徴とする筒内噴射エンジン。
9. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の筒内噴射エンジンにおいて、クランクシャフト（３６）に連動するカムシャフト（５７）に連結され、前記吸気ポート（４８）の開口を開閉する吸気バルブ（５６）を備え、前記吸気ポート（４８）は前記仮想平面（ＰＬ）に向かって膨らむように湾曲し、前記開口の中心（Ｃｔ）を通って前記カムシャフト（５７）の回転軸線に直交する仮想平面内で前記吸気ポート（４８）の下側輪郭線（４８ｂ）の曲率は上側輪郭線（４８ａ）の曲率よりも大きいことを特徴とする筒内噴射エンジン。
10. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の筒内噴射エンジンにおいて、クランクシャフト（３６）に連動するカムシャフト（５７）に連結され、前記吸気ポート（４８）の開口を開閉する吸気バルブ（５６）を備え、前記吸気ポート（４８）は前記仮想平面（ＰＬ）に向かって膨らむように湾曲し、前記カムシャフト（５７）の回転軸線に平行であって前記吸気ポート（４８）に下方から外接し前記シリンダーボア（４３）の中心で前記仮想平面（ＰＬ）に交差する第１交差平面（Ｐｆ）と前記仮想平面（ＰＬ）との角度（α）は、前記カムシャフト（５７）の回転軸線に平行であって前記吸気ポート（４８）の入り口開口の中心を通って前記シリンダーボア（４３）の中心で前記仮想平面（ＰＬ）に交差する第２交差平面（Ｐｓ）と前記第１交差平面（Ｐｆ）との角度（β）よりも小さく設定されることを特徴とする筒内噴射エンジン。
11. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の筒内噴射エンジンにおいて、クランクシャフト（３６）に連動するカムシャフト（５７）に連結され、前記吸気ポート（４８）の開口を開閉する吸気バルブ（５６）を備え、前記カムシャフト（５７）の回転軸線に平行であって前記吸気ポート（４８）の入り口開口の中心を通って前記シリンダーボア（４３）の中心で前記仮想平面（ＰＬ）に交差する交差平面（Ｐｓ）と前記吸気ポート（４８）の中立軸（ＣＬ）との最大ずれ量（ｅ）は２ｍｍより大きく設定されることを特徴とする筒内噴射エンジン。