JP3903604B2 - 筒内直接噴射式内燃機関 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内直接噴射式内燃機関に関し、特に順タンブル流を利用して噴霧燃料を点火プラグに集める筒内直接噴射式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の筒内直接噴射式内燃機関としては、たとえば特開平９−３１７４７８号公報に開示されたものが知られている。図１１を参照しながらこの直噴式内燃機関を簡単に説明すると、まず燃焼室１３内であって排気口１０ａと点火プラグ３との間の燃焼室壁面には、略Ｃ字形状のヘッド側突出体５１が設けられ、これに対してピストン５冠面には、ヘッド側突出体５１に対向するようにピストン側突出体５２が設けられている。また、このピストン側突出体５２よりも吸気口９ａ側のピストン５冠面には、燃料が噴射されるキャビティ５３が形成されている。
【０００３】
そして、ピストン５の上死点の近傍においては、ヘッド側突出体５１とピストン側突出体５２とが接近することで、燃焼室１３内には排気口１０ａ側からキャビティへ５３向かうスキッシュ流５４が生じ、このスキッシュ流５４によって燃料噴射弁４から噴射された燃料は点火プラグ３の廻りに集約される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来の筒内直接噴射式内燃機関では、スキッシュ流によって噴射燃料を点火プラグに集める構造であり、一度排気口側まで拡散した噴射燃料をスキッシュ流によって点火プラグ側へ戻すため、しかもスキッシュ流を生じさせる突出体は排気口と点火プラグとの間の狭小な部位にしか設定できないため、点火プラグ廻りに集約できる噴射燃料はきわめて少量となって燃料の成層化向上効果が小さくなる可能性が高い。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、着火性および燃料の成層化による出力性能に優れた筒内直接噴射式内燃機関を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１） 上記目的を達成するために、請求項１記載の筒内直接噴射式内燃機関は、燃焼室の吸気口側に設けられた燃料噴射弁により前記燃焼室内へ直接燃料を噴射する筒内直接噴射式内燃機関において、前記燃焼室のシリンダヘッド側の壁面であって点火プラグの気筒列方向の両側に、前記燃焼室へ向かって突出し、前記吸気口の外縁部から前記点火プラグに向かうにしたがって前記点火プラグの両側の壁面間の幅が徐々に狭くなる燃料誘導壁面が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の筒内直接噴射式内燃機関では、吸気口から燃焼室内に吸気を導入する際に当該燃焼室内に生じる順タンブル流を利用して、噴射燃料を点火プラグ廻りに集約させる。
【０００８】
すなわち、吸入行程において吸気口から燃焼室内に吸気を導入すると、燃焼室内には図３に示すような吸気口→排気口→ピストン冠面→吸気口の順タンブル流が生じ、次の圧縮行程において燃料噴射弁から燃焼室内に噴射された燃料は、この順タンブル流に乗って燃焼室のシリンダヘッドの壁面に上昇する。
【０００９】
このシリンダヘッドの壁面には、燃焼室へ向かって突出し、吸気口の外縁部から点火プラグに向かうにしたがって点火プラグの両側の壁面間の幅が徐々に狭くなる燃料誘導壁面が形成されているので、当該シリンダヘッドの壁面に上昇した噴射燃料は、この燃料誘導壁面にそって徐々に点火プラグの方向に集約されることになる。
【００１０】
したがって、本発明の筒内直接噴射式内燃機関によれば、噴射された燃料のほとんどを点火プラグに集約できるので着火性が向上するとともに、燃料の成層化が達成できるので内燃機関の出力が向上することになる。
【００１１】
（２） 上記発明においては特に限定されないが、請求項２記載の筒内直接噴射式内燃機関は、前記燃料誘導壁面の前記吸気口の外縁部における幅が、前記燃料噴射弁による噴霧幅よりも広く形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明では、燃料誘導壁面の吸気口の外縁部における幅、換言すれば燃料誘導壁面の呼び込み幅が燃料噴射弁による噴霧幅よりも広く形成されているので、燃料噴射弁から噴射された燃料のほとんど全てを燃料誘導壁面によって集約することができ、着火性および燃料の成層化がさらに向上する。
【００１３】
（３） 上記発明においては特に限定されないが、請求項３記載の筒内直接噴射式内燃機関は、前記燃料誘導壁面の前記幅が最も狭くなる最狭部が、前記点火プラグの中心よりも吸気口側に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
上述した燃焼室内の順タンブル流は、シリンダヘッドの壁面においては吸気口側から点火プラグに向かって流れるので、燃料誘導壁面の最狭部を点火プラグの中心よりも吸気口側に設けておくことで、燃料誘導壁面によって呼び込まれた燃料が最も集約されたのちに点火プラグへ流れることになり、上述した着火性および燃料の成層化がさらに向上する。
【００１５】
（４） 上記発明においては特に限定されないが、請求項４記載の筒内直接噴射式内燃機関は、前記燃料誘導壁面の最突出部が、前記点火プラグの点火ギャップ位置以上に突出していることを特徴とする。
【００１６】
燃料誘導壁面の最突出部を点火プラグの点火ギャップ位置以上に突出させることで、燃焼室内の順タンブル流によってシリンダヘッドの壁面に上昇した噴射燃料を、高さ方向に逃がすことなく、点火プラグの点火ギャップ位置に集約させることができ、上述した着火性および燃料の成層化がさらに向上する。
【００１７】
（５） 上記発明においては特に限定されないが、請求項５記載の筒内直接噴射式内燃機関は、前記燃焼室のシリンダヘッド側の壁面であって前記点火プラグの排気口側に、前記燃料誘導壁面の最狭部から連続するガス流路壁面が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
吸入行程において生じる、吸気口→排気口→ピストン冠面→吸気口といった順タンブル流により、次の圧縮行程において、燃焼室内に噴射された燃料は、燃焼室のシリンダヘッドの壁面に上昇し、ここで燃料誘導壁面によって点火プラグに向かって集約するが、点火プラグの排気口側に燃料誘導壁面の最狭部から連続するガス流路壁面を形成しておけば、点火プラグを通過するガス流れが円滑になり、したがって燃料誘導壁面に沿って点火プラグに向かうガス流れも円滑になる。これにより、上述した着火性および燃料の成層化がさらに向上する。
【００１９】
（６） 上記発明においては特に限定されないが、請求項６記載の筒内直接噴射式内燃機関は、前記燃焼室のシリンダヘッド側の壁面の吸気口領域および排気口領域のそれぞれが、前記点火プラグ領域で前記燃焼室へ向かって突出する凹曲面に形成され、前記燃料誘導壁面が、前記凹曲面に形成された凹部により構成されることを特徴とする。
【００２０】
点火プラグ領域が燃焼室へ向かって突出する凹曲面を有する燃焼室においては、上述したような燃焼室へ向かって突出する燃料誘導壁面を形成することは困難である。このため、本発明ではこれに代えて、凹曲面に凹部を形成することで燃料誘導壁面としているので、上記発明と同様に、順タンブル流によってシリンダヘッドの壁面に上昇した噴射燃料は、この燃料誘導壁面に沿って徐々に点火プラグの方向に集約されることになる。
【００２１】
したがって、本発明の筒内直接噴射式内燃機関によれば、噴射された燃料のほとんどを点火プラグに集約できるので着火性が向上するとともに、燃料の成層化が達成できるので内燃機関の出力が向上することになる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、噴射された燃料のほとんどを点火プラグに集約できるので、着火性が向上するとともに、燃料が成層化されて内燃機関の出力が向上することになる。
【００２３】
請求項２記載の発明によれば、燃料噴射弁から噴射された燃料のほとんど全てを燃料誘導壁面によって集約することができるので、上述した着火性および燃料の成層化がさらに向上する。
【００２４】
請求項３記載の発明によれば、燃料誘導壁面によって呼び込まれた燃料が最も集約されたのちに点火プラグへ流れることになるので、上述した着火性および燃料の成層化がさらに向上する。
【００２５】
請求項４記載の発明によれば、燃焼室内の順タンブル流によってシリンダヘッドの壁面に上昇した噴射燃料を高さ方向に逃がすことなく点火プラグの点火ギャップ位置に集約させることができるので、上述した着火性および燃料の成層化がさらに向上する。
【００２６】
請求項５記載の発明によれば、点火プラグを通過したガス流れが円滑になり、燃料誘導壁面に沿って点火プラグに向かうガス流れも円滑になるので、上述した着火性および燃料の成層化がさらに向上する。
【００２７】
請求項６記載の発明によれば、噴射された燃料のほとんどを点火プラグに集約できるので、着火性が向上する。また、吸気抵抗が小さくなることにより乱れが少なく且つより多くの新気を吸入できるので、内燃機関の出力が向上することになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第１実施形態を示す縦断面図、図２は同じく平面図、図３および図４は本実施形態の作用を説明するための縦断面図（図１相当図）および平面図（図２相当図）である。
【００２９】
図１において、符号８はシリンダブロックであり、シリンダブロック８内にはピストン５が摺動自在に嵌挿されている。シリンダブロック８の上部にはシリンダヘッド７が取り付けられており、シリンダブロック７の内壁、ピストン５の冠面およびシリンダヘッド７の内壁面により、燃焼室１３が画成される。
【００３０】
シリンダヘッド７には、その概略中央部に点火プラグ３が取り付けられ、またシリンダヘッド７の点火プラグ３の一側位置には、吸気バルブ１によって燃焼室１３に対して選択的に連通される一対の吸気ポート９，９が設けられるとともに、他側位置には排気バルブ２によって燃焼室１３に対して選択的に連通される同じく一対の排気ポート１０，１０が設けられている。これら吸気ポート９および排気ポート１０は、それぞれ吸気口９ａおよび１０ａによって燃焼室１３に連通する。
【００３１】
また、シリンダヘッド７の吸気口９ａが配置された位置のさらに外側で、一対の吸気ポート９，９の間の部分には、燃焼室１３内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁４が点火プラグ３に対して俯角で取り付けられている。
【００３２】
シリンダブロック８の下部には、図示は省略するが、クランクケースが配置され、このクランクケース内にはピストン５にコネクティングロッドを介して連結されたクランクシャフトが収容されている。
【００３３】
本実施形態のピストン５の冠面の一部には、凹部５ａが形成されている。この凹部５ａの表面形状は、吸気行程において吸気ポート９から燃焼室１３内へ吸気を導入したときに、当該燃焼室１３内に図３に示すような順タンブル流１２が生じるように形成されている。
【００３４】
特に本実施形態では、燃焼室１３のシリンダヘッド７側の内壁面であって、点火プラグ３が設けられた位置の気筒列方向（図２参照）の両側に、２つの吸入口９ａの外縁部６ａから点火プラグ３に近接する最狭部６ｂまで延在する燃料誘導壁面６が、燃焼室１３に向かって突出して形成されている。
【００３５】
この燃料誘導壁面６は、外縁部６ａから最狭部６ｂへ向かうにしたがって、その幅が徐々に狭くなり、かつここに呼び込まれた燃料噴射弁４からの噴射燃料が円滑に点火プラグ３に向かって流れるように、滑らかな曲面で形成されている。
【００３６】
燃料誘導壁面６は、図４に示すようにその外縁部６ａにおける幅Ｗ（平面視）が、燃料噴射弁４から噴射される燃料の噴霧幅Ｗｆよりも広く形成されている。
【００３７】
また、燃料誘導壁面６は、図２に示すようにその最狭部６ｂの平面視における位置Ｐが、点火プラグ３の中心点の位置かあるいはそれよりも吸気口９ａ側に設定されている。図２に示す実施形態では、最狭部６ｂは点火プラグ３の中心点とほぼ等しい位置に設けられている。
【００３８】
さらに本実施形態の燃料誘導壁面６は、図１に示すようにその最突出部（本例では６ａが該当する。）の頂点Ｈが、点火プラグ３の点火ギャップ位置Ｇよりも突出して形成されている。
【００３９】
ちなみに、図１および図２に示す例では、燃料誘導壁面６の最狭部６ｂの排気口１０ａ側は、シリンダヘッド７の内壁面の一般面と同じ高さになるまで次第になだらかに低くなるようにされている。
【００４０】
次に作用を説明する。
図３および図４を参照しながら４サイクル内燃機関の場合で説明すると、まずピストン５が上死点よりわずかに前にあるときに吸気バルブ１が開かれ、ピストン５が下死点に至るまで吸気行程が行われる。このとき、吸気ポート９から燃焼室１３内に導入される吸気は図３に示す順タンブル流となって、シリンダブロック８の内壁近傍からピストン５の冠面の凹部５ａに沿って流れ、再び吸気口９ａに戻されたのち点火プラグ３の近傍に至る。
【００４１】
次の圧縮行程においては、ピストン５の位置がクランク角度で上死点前の所定の角度にあるときに、燃料噴射弁４から燃料が噴射されるが、この燃料噴射弁４から噴射された噴射燃料１１は、上述した燃焼室１３内に生じた順タンブル流に乗って図３に示すようにシリンダヘッド７の内壁面へ上昇する。
【００４２】
このとき、このシリンダヘッドの内壁面には、上述した燃料誘導壁面６が形成されているので、当該シリンダヘッドの内壁面へ上昇した噴射燃料１１は、この燃料誘導壁面６の外縁部６ａから呼び込まれ、最狭部６ｂに至るまで燃料誘導壁面６に沿って徐々に点火プラグ３の方向に集約される。
【００４３】
本実施形態の燃料誘導壁面６は、外縁部６ａの呼び込み幅Ｗが燃料噴射弁４の噴霧幅Ｗｆよりも広く形成されているので、燃料噴射弁４から噴射された燃料１１のほとんど全てを燃料誘導壁６によって集約することができる。また、燃料誘導壁面６の最狭部６ｂが点火プラグ３の中心点よりも吸気口９ａ側に設けられているので、燃料誘導壁面６によって呼び込まれた燃料１１は最も集約されたのちに点火プラグ３へ流れることになる。さらに、本実施形態の燃料誘導壁面６は、その最突出部６ｂを点火プラグ３の点火ギャップ位置Ｇ以上に突出させているので、シリンダヘッド７の内壁面に上昇した噴射燃料１１を、高さ方向に逃がすことなく、点火プラグ３に集約させることができる。
【００４４】
こうして噴射燃料１１は、点火プラグ３に誘導され、点火プラグ３の周辺の限られた領域にのみ可燃混合気が形成される。そして、所定の点火時期になると、点火プラグ３が着火されて燃焼行程が行われ、次に排気バルブ２が開かれて、排気行程が行われる。
【００４５】
以上のように、本実施形態の筒内直接噴射式内燃機関によれば、噴射された燃料１１のほとんどを点火プラグ３に集約できるので、着火性が向上するとともに、燃料の成層化が達成できて内燃機関の出力が向上することになる。
【００４６】
＜第２実施形態＞
図５は本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第２実施形態を示す縦断面図、図６は同じく平面図である。
【００４７】
本実施形態の筒内直接噴射式内燃機関では、シリンダヘッド７の内壁面に形成される燃料誘導壁面６は上述した第１実施形態と同じ構成であるが、これに加えて、燃焼室１３のシリンダヘッド７の内壁面であって、点火プラグ３の排気口１０ａ側に、燃料誘導壁面６の最狭部６ｂから連続するようにガス流路壁面６ｃが形成されている。このガス流路壁面６ｃは、その間がガスの流路となるように適宜の形状で構成される。
【００４８】
このようにした筒内直接噴射式内燃機関にあっては、点火プラグ３の排気口１０ａ側に燃料誘導壁面６の最狭部６ｂから連続するガス流路壁面６ｃが形成されているので、上述した順タンブル流１２の点火プラグ３を通過するガス流れが円滑になり、これにより燃料誘導壁面６に沿って点火プラグ３に向かうガス流れも円滑になる。この結果、上述した第１実施形態の着火性および燃料の成層化がさらに向上することになる。
【００４９】
＜第３実施形態＞
図７は本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第３実施形態を示す縦断面図、図８は同じく平面図、図９は図８の IX-IX線に沿う断面図、図１０は図８の X-X線に沿う断面図である。
【００５０】
本実施形態の筒内直接噴射式内燃機関では、燃焼室１３のシリンダヘッド７の内壁面の形状が上述した第１および第２実施形態と相違している。すなわち、本実施形態の燃焼室１３では、シリンダヘッド７の内壁が、図９および図１０に示されるように、吸気口９ａおよび排気口１０ａのそれぞれにおいて凹曲面１３ａとされており、この凹曲面１３ａは点火プラグ３の領域が最も燃焼室１３へ向かって突出するようになっている。つまり、同図に示すように吸入口９ａおよび排気口１０ａの最も燃焼室１３側へ突出したテーパ面を延長したときの円錐面にて構成されている。
【００５１】
また、このような形状の燃焼室１３に燃料誘導壁面６を形成するにあたっては、シリンダヘッド７の内壁面のうち点火プラグ３の周囲が燃焼室１３へ向かって最も突出しているので、本実施形態では、凹曲面１３ａに凹部６ｄを形成することで燃料誘導壁面６を形成することとしている。
【００５２】
こうした筒内直接噴射式内燃機関にあっても、順タンブル流１２によってシリンダヘッド７の内壁面へ上昇した噴射燃料は、燃料誘導壁面６の外縁部６ａから呼び込まれ、最狭部６ｂに至るまで燃料誘導壁面６に沿って徐々に点火プラグ３の方向に集約されることになる。したがって、噴射された燃料１１のほとんどを点火プラグ３に集約できるので、着火性が向上するとともに、燃料の成層化が達成できて内燃機関の出力が向上することになる。
【００５３】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第１実施形態を示す平面図である。
【図３】第１実施形態の作用を説明するための縦断面図（図１相当図）である。
【図４】第１実施形態の作用を説明するための平面図（図２相当図）である。
【図５】本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第２実施形態を示す縦断面図である。
【図６】本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第２実施形態を示す平面図である。
【図７】本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第３実施形態を示す縦断面図である。
【図８】本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第３実施形態を示す平面図である。
【図９】図８の IX-IX線に沿う断面図である。
【図１０】図８の X-X線に沿う断面図である。
【図１１】従来の筒内直接噴射式内燃機関を示す平面図および斜視図である。
【符号の説明】
１…吸気バルブ
２…排気バルブ
３…点火プラグ
４…燃料噴射弁
５…ピストン
５ａ…凹部
６…燃料誘導壁
６ａ…外縁部
６ｂ…最狭部
６ｃ…ガス流路壁
７…シリンダヘッド
８…シリンダブロック
９…吸入ポート
９ａ…吸入口
１０…排気ポート
１０ａ…排気口
１２…順タンブル流
１３…燃焼室
１３ａ…凹曲面
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内直接噴射式内燃機関に関し、特に順タンブル流を利用して噴霧燃料を点火プラグに集める筒内直接噴射式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の筒内直接噴射式内燃機関としては、たとえば特開平９−３１７４７８号公報に開示されたものが知られている。図１１を参照しながらこの直噴式内燃機関を簡単に説明すると、まず燃焼室１３内であって排気口１０ａと点火プラグ３との間の燃焼室壁面には、略Ｃ字形状のヘッド側突出体５１が設けられ、これに対してピストン５冠面には、ヘッド側突出体５１に対向するようにピストン側突出体５２が設けられている。また、このピストン側突出体５２よりも吸気口９ａ側のピストン５冠面には、燃料が噴射されるキャビティ５３が形成されている。
【０００３】
そして、ピストン５の上死点の近傍においては、ヘッド側突出体５１とピストン側突出体５２とが接近することで、燃焼室１３内には排気口１０ａ側からキャビティへ５３向かうスキッシュ流５４が生じ、このスキッシュ流５４によって燃料噴射弁４から噴射された燃料は点火プラグ３の廻りに集約される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来の筒内直接噴射式内燃機関では、スキッシュ流によって噴射燃料を点火プラグに集める構造であり、一度排気口側まで拡散した噴射燃料をスキッシュ流によって点火プラグ側へ戻すため、しかもスキッシュ流を生じさせる突出体は排気口と点火プラグとの間の狭小な部位にしか設定できないため、点火プラグ廻りに集約できる噴射燃料はきわめて少量となって燃料の成層化向上効果が小さくなる可能性が高い。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、着火性および燃料の成層化による出力性能に優れた筒内直接噴射式内燃機関を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（１） 上記目的を達成するために、請求項１記載の筒内直接噴射式内燃機関は、燃焼室の吸気口側に設けられた燃料噴射弁により前記燃焼室内へ直接燃料を噴射する筒内直接噴射式内燃機関において、前記燃焼室のシリンダヘッド側の壁面であって点火プラグの気筒列方向の両側に、前記燃焼室へ向かって突出し、前記吸気口の外縁部から前記点火プラグに向かうにしたがって前記点火プラグの両側の壁面間の幅が徐々に狭くなる燃料誘導壁面が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の筒内直接噴射式内燃機関では、吸気口から燃焼室内に吸気を導入する際に当該燃焼室内に生じる順タンブル流を利用して、噴射燃料を点火プラグ廻りに集約させる。
【０００８】
すなわち、吸入行程において吸気口から燃焼室内に吸気を導入すると、燃焼室内には図３に示すような吸気口→排気口→ピストン冠面→吸気口の順タンブル流が生じ、次の圧縮行程において燃料噴射弁から燃焼室内に噴射された燃料は、この順タンブル流に乗って燃焼室のシリンダヘッドの壁面に上昇する。
【０００９】
このシリンダヘッドの壁面には、燃焼室へ向かって突出し、吸気口の外縁部から点火プラグに向かうにしたがって点火プラグの両側の壁面間の幅が徐々に狭くなる燃料誘導壁面が形成されているので、当該シリンダヘッドの壁面に上昇した噴射燃料は、この燃料誘導壁面にそって徐々に点火プラグの方向に集約されることになる。
【００１０】
したがって、本発明の筒内直接噴射式内燃機関によれば、噴射された燃料のほとんどを点火プラグに集約できるので着火性が向上するとともに、燃料の成層化が達成できるので内燃機関の出力が向上することになる。
【００１１】
（２） 上記発明においては特に限定されないが、請求項２記載の筒内直接噴射式内燃機関は、前記燃料誘導壁面の前記吸気口の外縁部における幅が、前記燃料噴射弁による噴霧幅よりも広く形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明では、燃料誘導壁面の吸気口の外縁部における幅、換言すれば燃料誘導壁面の呼び込み幅が燃料噴射弁による噴霧幅よりも広く形成されているので、燃料噴射弁から噴射された燃料のほとんど全てを燃料誘導壁面によって集約することができ、着火性および燃料の成層化がさらに向上する。
【００１３】
（３） 上記発明においては特に限定されないが、請求項３記載の筒内直接噴射式内燃機関は、前記燃料誘導壁面の前記幅が最も狭くなる最狭部が、前記点火プラグの中心よりも吸気口側に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
上述した燃焼室内の順タンブル流は、シリンダヘッドの壁面においては吸気口側から点火プラグに向かって流れるので、燃料誘導壁面の最狭部を点火プラグの中心よりも吸気口側に設けておくことで、燃料誘導壁面によって呼び込まれた燃料が最も集約されたのちに点火プラグへ流れることになり、上述した着火性および燃料の成層化がさらに向上する。
【００１５】
（４） 上記発明においては特に限定されないが、請求項４記載の筒内直接噴射式内燃機関は、前記燃料誘導壁面の最突出部が、前記点火プラグの点火ギャップ位置以上に突出していることを特徴とする。
【００１６】
燃料誘導壁面の最突出部を点火プラグの点火ギャップ位置以上に突出させることで、燃焼室内の順タンブル流によってシリンダヘッドの壁面に上昇した噴射燃料を、高さ方向に逃がすことなく、点火プラグの点火ギャップ位置に集約させることができ、上述した着火性および燃料の成層化がさらに向上する。
【００１７】
（５） 上記発明においては特に限定されないが、請求項５記載の筒内直接噴射式内燃機関は、前記燃焼室のシリンダヘッド側の壁面であって前記点火プラグの排気口側に、前記燃料誘導壁面の最狭部から連続するガス流路壁面が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
吸入行程において生じる、吸気口→排気口→ピストン冠面→吸気口といった順タンブル流により、次の圧縮行程において、燃焼室内に噴射された燃料は、燃焼室のシリンダヘッドの壁面に上昇し、ここで燃料誘導壁面によって点火プラグに向かって集約するが、点火プラグの排気口側に燃料誘導壁面の最狭部から連続するガス流路壁面を形成しておけば、点火プラグを通過するガス流れが円滑になり、したがって燃料誘導壁面に沿って点火プラグに向かうガス流れも円滑になる。これにより、上述した着火性および燃料の成層化がさらに向上する。
【００１９】
（６） 上記発明においては特に限定されないが、請求項６記載の筒内直接噴射式内燃機関は、前記燃焼室のシリンダヘッド側の壁面の吸気口領域および排気口領域のそれぞれが、前記点火プラグ領域で前記燃焼室へ向かって突出する凹曲面に形成され、前記燃料誘導壁面が、前記凹曲面に形成された凹部により構成されることを特徴とする。
【００２０】
点火プラグ領域が燃焼室へ向かって突出する凹曲面を有する燃焼室においては、上述したような燃焼室へ向かって突出する燃料誘導壁面を形成することは困難である。このため、本発明ではこれに代えて、凹曲面に凹部を形成することで燃料誘導壁面としているので、上記発明と同様に、順タンブル流によってシリンダヘッドの壁面に上昇した噴射燃料は、この燃料誘導壁面に沿って徐々に点火プラグの方向に集約されることになる。
【００２１】
したがって、本発明の筒内直接噴射式内燃機関によれば、噴射された燃料のほとんどを点火プラグに集約できるので着火性が向上するとともに、燃料の成層化が達成できるので内燃機関の出力が向上することになる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、噴射された燃料のほとんどを点火プラグに集約できるので、着火性が向上するとともに、燃料が成層化されて内燃機関の出力が向上することになる。
【００２３】
請求項２記載の発明によれば、燃料噴射弁から噴射された燃料のほとんど全てを燃料誘導壁面によって集約することができるので、上述した着火性および燃料の成層化がさらに向上する。
【００２４】
請求項３記載の発明によれば、燃料誘導壁面によって呼び込まれた燃料が最も集約されたのちに点火プラグへ流れることになるので、上述した着火性および燃料の成層化がさらに向上する。
【００２５】
請求項４記載の発明によれば、燃焼室内の順タンブル流によってシリンダヘッドの壁面に上昇した噴射燃料を高さ方向に逃がすことなく点火プラグの点火ギャップ位置に集約させることができるので、上述した着火性および燃料の成層化がさらに向上する。
【００２６】
請求項５記載の発明によれば、点火プラグを通過したガス流れが円滑になり、燃料誘導壁面に沿って点火プラグに向かうガス流れも円滑になるので、上述した着火性および燃料の成層化がさらに向上する。
【００２７】
請求項６記載の発明によれば、噴射された燃料のほとんどを点火プラグに集約できるので、着火性が向上する。また、吸気抵抗が小さくなることにより乱れが少なく且つより多くの新気を吸入できるので、内燃機関の出力が向上することになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第１実施形態を示す縦断面図、図２は同じく平面図、図３および図４は本実施形態の作用を説明するための縦断面図（図１相当図）および平面図（図２相当図）である。
【００２９】
図１において、符号８はシリンダブロックであり、シリンダブロック８内にはピストン５が摺動自在に嵌挿されている。シリンダブロック８の上部にはシリンダヘッド７が取り付けられており、シリンダブロック７の内壁、ピストン５の冠面およびシリンダヘッド７の内壁面により、燃焼室１３が画成される。
【００３０】
シリンダヘッド７には、その概略中央部に点火プラグ３が取り付けられ、またシリンダヘッド７の点火プラグ３の一側位置には、吸気バルブ１によって燃焼室１３に対して選択的に連通される一対の吸気ポート９，９が設けられるとともに、他側位置には排気バルブ２によって燃焼室１３に対して選択的に連通される同じく一対の排気ポート１０，１０が設けられている。これら吸気ポート９および排気ポート１０は、それぞれ吸気口９ａおよび１０ａによって燃焼室１３に連通する。
【００３１】
また、シリンダヘッド７の吸気口９ａが配置された位置のさらに外側で、一対の吸気ポート９，９の間の部分には、燃焼室１３内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁４が点火プラグ３に対して俯角で取り付けられている。
【００３２】
シリンダブロック８の下部には、図示は省略するが、クランクケースが配置され、このクランクケース内にはピストン５にコネクティングロッドを介して連結されたクランクシャフトが収容されている。
【００３３】
本実施形態のピストン５の冠面の一部には、凹部５ａが形成されている。この凹部５ａの表面形状は、吸気行程において吸気ポート９から燃焼室１３内へ吸気を導入したときに、当該燃焼室１３内に図３に示すような順タンブル流１２が生じるように形成されている。
【００３４】
特に本実施形態では、燃焼室１３のシリンダヘッド７側の内壁面であって、点火プラグ３が設けられた位置の気筒列方向（図２参照）の両側に、２つの吸入口９ａの外縁部６ａから点火プラグ３に近接する最狭部６ｂまで延在する燃料誘導壁面６が、燃焼室１３に向かって突出して形成されている。
【００３５】
この燃料誘導壁面６は、外縁部６ａから最狭部６ｂへ向かうにしたがって、その幅が徐々に狭くなり、かつここに呼び込まれた燃料噴射弁４からの噴射燃料が円滑に点火プラグ３に向かって流れるように、滑らかな曲面で形成されている。
【００３６】
燃料誘導壁面６は、図４に示すようにその外縁部６ａにおける幅Ｗ（平面視）が、燃料噴射弁４から噴射される燃料の噴霧幅Ｗｆよりも広く形成されている。
【００３７】
また、燃料誘導壁面６は、図２に示すようにその最狭部６ｂの平面視における位置Ｐが、点火プラグ３の中心点の位置かあるいはそれよりも吸気口９ａ側に設定されている。図２に示す実施形態では、最狭部６ｂは点火プラグ３の中心点とほぼ等しい位置に設けられている。
【００３８】
さらに本実施形態の燃料誘導壁面６は、図１に示すようにその最突出部（本例では６ａが該当する。）の頂点Ｈが、点火プラグ３の点火ギャップ位置Ｇよりも突出して形成されている。
【００３９】
ちなみに、図１および図２に示す例では、燃料誘導壁面６の最狭部６ｂの排気口１０ａ側は、シリンダヘッド７の内壁面の一般面と同じ高さになるまで次第になだらかに低くなるようにされている。
【００４０】
次に作用を説明する。
図３および図４を参照しながら４サイクル内燃機関の場合で説明すると、まずピストン５が上死点よりわずかに前にあるときに吸気バルブ１が開かれ、ピストン５が下死点に至るまで吸気行程が行われる。このとき、吸気ポート９から燃焼室１３内に導入される吸気は図３に示す順タンブル流となって、シリンダブロック８の内壁近傍からピストン５の冠面の凹部５ａに沿って流れ、再び吸気口９ａに戻されたのち点火プラグ３の近傍に至る。
【００４１】
次の圧縮行程においては、ピストン５の位置がクランク角度で上死点前の所定の角度にあるときに、燃料噴射弁４から燃料が噴射されるが、この燃料噴射弁４から噴射された噴射燃料１１は、上述した燃焼室１３内に生じた順タンブル流に乗って図３に示すようにシリンダヘッド７の内壁面へ上昇する。
【００４２】
このとき、このシリンダヘッドの内壁面には、上述した燃料誘導壁面６が形成されているので、当該シリンダヘッドの内壁面へ上昇した噴射燃料１１は、この燃料誘導壁面６の外縁部６ａから呼び込まれ、最狭部６ｂに至るまで燃料誘導壁面６に沿って徐々に点火プラグ３の方向に集約される。
【００４３】
本実施形態の燃料誘導壁面６は、外縁部６ａの呼び込み幅Ｗが燃料噴射弁４の噴霧幅Ｗｆよりも広く形成されているので、燃料噴射弁４から噴射された燃料１１のほとんど全てを燃料誘導壁６によって集約することができる。また、燃料誘導壁面６の最狭部６ｂが点火プラグ３の中心点よりも吸気口９ａ側に設けられているので、燃料誘導壁面６によって呼び込まれた燃料１１は最も集約されたのちに点火プラグ３へ流れることになる。さらに、本実施形態の燃料誘導壁面６は、その最突出部６ｂを点火プラグ３の点火ギャップ位置Ｇ以上に突出させているので、シリンダヘッド７の内壁面に上昇した噴射燃料１１を、高さ方向に逃がすことなく、点火プラグ３に集約させることができる。
【００４４】
こうして噴射燃料１１は、点火プラグ３に誘導され、点火プラグ３の周辺の限られた領域にのみ可燃混合気が形成される。そして、所定の点火時期になると、点火プラグ３が着火されて燃焼行程が行われ、次に排気バルブ２が開かれて、排気行程が行われる。
【００４５】
以上のように、本実施形態の筒内直接噴射式内燃機関によれば、噴射された燃料１１のほとんどを点火プラグ３に集約できるので、着火性が向上するとともに、燃料の成層化が達成できて内燃機関の出力が向上することになる。
【００４６】
＜第２実施形態＞
図５は本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第２実施形態を示す縦断面図、図６は同じく平面図である。
【００４７】
本実施形態の筒内直接噴射式内燃機関では、シリンダヘッド７の内壁面に形成される燃料誘導壁面６は上述した第１実施形態と同じ構成であるが、これに加えて、燃焼室１３のシリンダヘッド７の内壁面であって、点火プラグ３の排気口１０ａ側に、燃料誘導壁面６の最狭部６ｂから連続するようにガス流路壁面６ｃが形成されている。このガス流路壁面６ｃは、その間がガスの流路となるように適宜の形状で構成される。
【００４８】
このようにした筒内直接噴射式内燃機関にあっては、点火プラグ３の排気口１０ａ側に燃料誘導壁面６の最狭部６ｂから連続するガス流路壁面６ｃが形成されているので、上述した順タンブル流１２の点火プラグ３を通過するガス流れが円滑になり、これにより燃料誘導壁面６に沿って点火プラグ３に向かうガス流れも円滑になる。この結果、上述した第１実施形態の着火性および燃料の成層化がさらに向上することになる。
【００４９】
＜第３実施形態＞
図７は本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第３実施形態を示す縦断面図、図８は同じく平面図、図９は図８の IX-IX線に沿う断面図、図１０は図８の X-X線に沿う断面図である。
【００５０】
本実施形態の筒内直接噴射式内燃機関では、燃焼室１３のシリンダヘッド７の内壁面の形状が上述した第１および第２実施形態と相違している。すなわち、本実施形態の燃焼室１３では、シリンダヘッド７の内壁が、図９および図１０に示されるように、吸気口９ａおよび排気口１０ａのそれぞれにおいて凹曲面１３ａとされており、この凹曲面１３ａは点火プラグ３の領域が最も燃焼室１３へ向かって突出するようになっている。つまり、同図に示すように吸入口９ａおよび排気口１０ａの最も燃焼室１３側へ突出したテーパ面を延長したときの円錐面にて構成されている。
【００５１】
また、このような形状の燃焼室１３に燃料誘導壁面６を形成するにあたっては、シリンダヘッド７の内壁面のうち点火プラグ３の周囲が燃焼室１３へ向かって最も突出しているので、本実施形態では、凹曲面１３ａに凹部６ｄを形成することで燃料誘導壁面６を形成することとしている。
【００５２】
こうした筒内直接噴射式内燃機関にあっても、順タンブル流１２によってシリンダヘッド７の内壁面へ上昇した噴射燃料は、燃料誘導壁面６の外縁部６ａから呼び込まれ、最狭部６ｂに至るまで燃料誘導壁面６に沿って徐々に点火プラグ３の方向に集約されることになる。したがって、噴射された燃料１１のほとんどを点火プラグ３に集約できるので、着火性が向上するとともに、燃料の成層化が達成できて内燃機関の出力が向上することになる。
【００５３】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第１実施形態を示す平面図である。
【図３】第１実施形態の作用を説明するための縦断面図（図１相当図）である。
【図４】第１実施形態の作用を説明するための平面図（図２相当図）である。
【図５】本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第２実施形態を示す縦断面図である。
【図６】本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第２実施形態を示す平面図である。
【図７】本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第３実施形態を示す縦断面図である。
【図８】本発明の筒内直接噴射式内燃機関の第３実施形態を示す平面図である。
【図９】図８の IX-IX線に沿う断面図である。
【図１０】図８の X-X線に沿う断面図である。
【図１１】従来の筒内直接噴射式内燃機関を示す平面図および斜視図である。
【符号の説明】
１…吸気バルブ
２…排気バルブ
３…点火プラグ
４…燃料噴射弁
５…ピストン
５ａ…凹部
６…燃料誘導壁
６ａ…外縁部
６ｂ…最狭部
６ｃ…ガス流路壁
７…シリンダヘッド
８…シリンダブロック
９…吸入ポート
９ａ…吸入口
１０…排気ポート
１０ａ…排気口
１２…順タンブル流
１３…燃焼室
１３ａ…凹曲面
Claims (6)
- 燃焼室の吸気口側に設けられた燃料噴射弁により前記燃焼室内へ直接燃料を噴射する筒内直接噴射式内燃機関において、
前記燃焼室のシリンダヘッド側の壁面であって点火プラグの気筒列方向の両側に、前記燃焼室へ向かって突出し、前記吸気口の外縁部から前記点火プラグに向かうにしたがって前記点火プラグの両側の壁面間の幅が徐々に狭くなる燃料誘導壁面が形成されていることを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関。 - 前記燃料誘導壁面の前記吸気口の外縁部における幅が、前記燃料噴射弁による噴霧幅よりも広く形成されていることを特徴とする請求項１記載の筒内直接噴射式内燃機関。
- 前記燃料誘導壁面の前記幅が最も狭くなる最狭部が、前記点火プラグの中心よりも吸気口側に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の筒内直接噴射式内燃機関。
- 前記燃料誘導壁面の最突出部が、前記点火プラグの点火ギャップ位置以上に突出していることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
- 前記燃焼室のシリンダヘッド側の壁面であって前記点火プラグの排気口側に、前記燃料誘導壁面の最狭部から連続するガス流路壁面が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
- 前記燃焼室のシリンダヘッド側の壁面の吸気口領域および排気口領域のそれぞれが、前記点火プラグ領域で前記燃焼室へ向かって突出する凹曲面に形成され、前記燃料誘導壁面が、前記凹曲面に形成された凹部により構成されることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
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