JP4020792B2 - 筒内噴射式内燃機関 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室に臨む燃料噴射弁および点火栓を備え、燃料噴射弁がピストンの頂面に形成されたキャビティに向けて燃料を噴射する火花点火式の筒内噴射式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の筒内噴射式内燃機関として、例えば特許文献１に開示されたものがある。この筒内噴射式内燃機関では、ピストンの頂面に形成された凹溝の底壁面に向けて斜めに噴射された燃料が、その慣性力および流入空気により発生させられる旋回流およびスキッシュの作用により、燃焼室を形成するシリンダヘッドの内壁面の中心に配置された点火栓の下方に向かって流れると共に気化させられる。このため、点火栓の周りに集まる混合気は十分に気化されたものとなり、点火栓の周りに、良好な着火性を確保するうえで適切な混合比の混合気が形成される。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２９３６８０６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来技術では、スキッシュは、燃料噴射弁から凹溝（キャビティに相当）に向けて噴射された燃料に当たって、凹溝の底壁面に沿う旋回流と共に、凹溝内の燃料を底壁面に沿って点火栓の下方に移動させるため、および燃料の気化を促進するために利用される。そのために、凹溝内に入り込んで凹溝底壁面に沿って進むスキッシュは、凹溝内に存在する気化した燃料を凹溝外に押し出して、燃焼室内に拡散させる作用をする。
【０００５】
しかしながら、燃焼室内において、点火栓の近傍領域に可燃混合気を形成し、残りの領域に空気層を形成することにより、希薄混合気の燃焼を可能にすると共に、この空気層の断熱効果で冷却熱損失を低減して熱効率の向上を図る燃焼法である成層燃焼を行う内燃機関では、燃料が燃焼室に広く拡散すると、空気層の厚さが減少するため、断熱効果が低下して、冷却熱損失が増加することになり、成層燃焼による利点を十分に活かすことができない。
【０００６】
また、キャビティ内に燃料を噴射する内燃機関では、ピストン頂面上でキャビティの全周に渡る周囲からその中心に向かうスキッシュにより、キャビティの上方に存在する混合気がキャビティ寄りの混合気とその上方の混合気とに上下に分断されることがある。そのような場合には、点火栓の近傍領域での混合気が可燃範囲を越えて希薄になって、着火性が低下し、極端な場合には失火して、混合気が未燃焼のまま排出されることになり、燃費および排気エミッションの悪化を招来する。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１〜３記載の発明は、筒内噴射式内燃機関において、スキッシュによる混合気の拡散および分断を防止または抑制して、燃費および排気エミッションの改善を図ること、および燃料噴射弁から噴射される混合気である場合に、良好な着火性を確保することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、頂面にキャビティが形成されたピストンとシリンダヘッドとの間に前記シリンダヘッドの下壁面を天井面として形成される燃焼室に燃料噴射弁および点火栓が臨んで配置され、前記燃料噴射弁が前記キャビティ内を指向する噴射中心線を有する噴射流として燃料をノズル部から噴射する筒内噴射式内燃機関において、前記燃料噴射弁は、圧縮行程時に前記噴射流の外周縁が前記キャビティ内に収まるように燃料を噴射し、前記頂面の、前記キャビティの開口よりも外側の環状の周縁部には、その外周縁側から前記噴射中心線に向かうにつれて上方に傾斜するピストン側スキッシュエリアが形成され、前記天井面には、その外周縁側から前記噴射中心線に向かうにつれて上方に傾斜するヘッド側スキッシュエリアが形成され、前記ピストン側スキッシュエリアと前記ヘッド側スキッシュエリアとにより、前記周縁部上で前記噴射中心線に向かうにつれて上方に向かうと共に、上方向で前記開口に対向する前記天井面の対向部に沿う斜めスキッシュが生成され、前記ノズル部からの前記噴射流は燃料と空気との混合気からなり、前記燃料噴射弁は、前記開口を規定する前記周縁部の内周縁と前記噴射流の外周縁との間の距離が前記内周縁の全周に渡ってほぼ等しくなるように混合気を噴射し、平面視で前記開口の中心と重なる位置に配置される前記ノズル部は、前記ノズル部により形成される噴口からの流出直後の前記噴射流が沿って流れることにより前記噴射流の拡がりを抑制する案内部を有し、前記案内部は、前記ピストンが上死点にあるとき、前記開口を規定する前記内周縁の全周よりも下方で前記キャビティ内に位置し、前記点火栓の発火部は、前記内周縁よりも前記ノズル部の近くに位置すると共に、前記ピストンが上死点にあるとき前記キャビティ内に位置し、かつ前記ノズル部よりも下方に位置する筒内噴射式内燃機関である。
【０００９】
これにより、燃料噴射弁から噴射された噴射流は、キャビティからはみ出すことなくキャビティ内に収まる。そして、ピストン側スキッシュエリアとヘッド側スキッシュエリアとの間で生成された斜めスキッシュは、周縁部上を噴射中心線に向かうので、キャビティから周縁部上を外周縁側に向かう混合気の拡散を防止または抑制して、混合気が燃焼室全体に広く拡散することを防止し、さらに斜めスキッシュは、噴射中心線に向かうにつれて上方に向かうと共に天井面の対向部に沿う気流となるので、キャビティの上方に存在する混合気を分断することがなく、分断の発生により点火栓付近の混合気が可燃範囲を超えて希薄になることが防止される。
【００１０】
この結果、請求項１記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、斜めスキッシュによりキャビティ内の燃料が燃焼室全体に広く拡散することおよび混合気の上下方向での分断が防止または抑制されるので、良好な着火性が確保されて、混合気が未燃焼のまま排出されることが防止されて、燃費および排気エミッションが改善されるうえ、キャビティを中心とした燃焼室の周辺部の全周に渡って厚い空気層を形成することが可能になって、冷却熱損失が低減して熱効率が向上し、燃費が改善される。また、キャビティからの混合気の径方向での拡散を防止または抑制するために、キャビティの壁面を上下方向に高くする必要がないので、火炎の伝播が良好に行われるうえ、キャビティの容積を減少させることが可能になって、この容積減少により圧縮比を高めて、熱効率を向上させることができ、この点でも燃費が改善される。
【００１２】
また、噴射流が燃料のみからなる場合に比べて燃焼しやすい状態にある混合気が、周縁部の内周縁と噴射流の外周縁との間の距離が内周縁の全周に渡ってほぼ等しくなるように噴射されるので、キャビティの開口の中心部を中心に混合気を存在させることができて、斜めスキッシュにより、混合気の拡散および分断が効果的に防止または抑制される。
【００１３】
この結果、混合気がキャビティ内に噴射される内燃機関において、噴射流が混合気であることにより燃焼性が向上すると共に、斜めスキッシュによりキャビティ内に噴射された混合気の拡散および分断が確実に防止または抑制されるので、良好な着火性が確保されて、燃費および排気エミッションが改善される。
また、発火部は、開口を規定する内周縁よりも、平面視で開口の中央部に位置するノズル部に近いので、発火部がノズル部よりも周縁部の近くに位置する場合に比べて、発火部付近の混合気が斜めスキッシュによる希薄化の影響を受けにくくなる。この結果、キャビティの開口に中央部に混合気を存在させると共に、斜めスキッシュによる希薄化の影響を少なくして、発火部付近に着火性の良好な混合比の混合気を存在させることができるので、着火性が向上して、燃費および排気エミッションが改善される。
ノズル部は、上死点でのピストンのキャビティ内に位置することから、キャビティにより近接した位置を占めるので、混合気の拡散が抑制されるうえ、発火部は、上死点でのピストンのキャビティ内でノズル部よりも下方に位置することから、キャビティにさらに近接した位置を占めるので、発火部付近には、キャビティからの混合気の拡散の程度が比較的小さく、着火性の良好な混合気が存在する。この結果、発火部付近に、キャビティからの混合気の拡散の程度が比較的小さために着火性が良好な混合気を存在させることができるので、着火性が向上して、燃費および排気エミッションが改善される。
噴口から噴射された噴射流は、案内部に沿って流れるので、前記噴口からの流出直後の拡がりが抑制されて、その拡がり角が小さくなる。
ノズル部の案内部が、上死点でのピストンに対して、内周縁の全周よりも下方でキャビティ内に位置することにより、噴射時期における案内部は、案内部が上死点でのピストンのキャビティ外に位置するものに比べて、キャビティにより近接した位置を占めるので、噴射流の先端での混合気の広がりは、より小さなものとなって、拡散による混合気の希薄化が抑制される。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の筒内噴射式内燃機関において、前記ピストン側スキッシュエリアは、吸気弁または排気弁との衝突を回避するためのリセスを除いた前記周縁部に形成され、前記ピストン側スキッシュエリアおよび前記ヘッド側スキッシュエリアには、それぞれ対応する吸気側エリアと排気側エリアと２箇所の中間エリアとが、平面視でほぼ十字状に配置され、４方面から前記噴射中心線に向かう前記斜めスキッシュが生成されるものである。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の筒内噴射式内燃機関において、前記内周縁は、シリンダ軸線に交差する１つの平面上にほぼ位置し、前記キャビティの底壁面は、前記噴射中心線に対して前記発火部が位置する側が次第に深くなるように傾斜する傾斜平面から構成されるものである。
【００１８】
これにより、底壁面がこのような傾斜平面から構成されることで、ノズル部からの噴射流が底壁面に衝突した後の反射流は発火部に向かう速度成分を持つので、発火部の周囲に着火性が良好な混合気が一層集まりやすくなる。
【００２０】
なお、この明細書において、特に断らない限り、上方向は、シリンダ軸線の方向において、ピストンの下死点に対してその上死点が位置する方向であるとする。また、径方向とは、シリンダ軸線を中心とする放射方向を意味する。また、平面視とは、シリンダ軸線の方向から見ることを意味する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１から図５を参照して説明する。
図１，図２を参照すると、本発明が適用される筒内噴射式内燃機関Ｅは、火花点火式の４ストローク単気筒内燃機関であり、クランク軸７を回転可能に支持するクランクケース１に結合されるシリンダ２と、シリンダ２の上端に結合されるシリンダヘッド３と、シリンダヘッド３の上端に結合されるヘッドカバー４とを備える。シリンダ２のシリンダ孔2aに往復動可能に嵌合するピストン５は、コンロッド６を介してクランク軸７を回転駆動する。そして、内燃機関Ｅは、図１に示されるように、クランク軸７に対して車両の前方に位置するシリンダ２が、僅かに車両の上方に傾斜する状態で自動二輪車に搭載される。
【００２２】
シリンダ２とシリンダヘッド３との間であって、ピストン５とシリンダヘッド３との間には、ピストン５の往復運動により容積が変化する可変容積空間でもある燃焼室８が形成される。したがって、ここでは、燃焼室８は、シリンダヘッド側においてシリンダヘッド３の下壁面から構成される天井面30により規定され、ピストン側においてピストン５の頂面50および該頂面50に形成されるキャビティ51の壁面52により規定される。
【００２３】
図３を併せて参照すると、シリンダヘッド３には、天井面30に開口する１対の吸気口31aにて燃焼室８に連通する吸気ポート31と、天井面30に開口する１つの排気口32aにて燃焼室８に連通する排気ポート32とが形成され、また１対の吸気口31aをそれぞれ開閉する１対の吸気弁９と排気口32aを開閉する排気弁10とが設けられ、さらに燃料噴射弁60および点火栓70が取り付けられる。
【００２４】
燃料噴射弁60は、燃焼室８の中心軸線でもあるシリンダ軸線L1とほぼ同軸の中心軸線L2を有し、天井面30におけるシリンダ軸線L1の周囲近傍範囲である中心部に配置されて、図５（Ａ）に示されるように、キャビティ51内を指向する噴射中心線L4を有する噴射流63の形態で燃料をノズル部62aから噴射する。ノズル部62aは、その先端に向かって燃焼室８に向けて突出する回転体形状の案内部62a1を有する。そして、案内部62a1が駆動手段により駆動されて下方に移動したとき、案内部62a1の上部と小径部62bとの間に形成される噴口から噴射された噴射流63は、案内部62a1に沿って流れるので、前記噴口からの流出直後の拡がりが抑制される結果、その拡がり角は小さく、ほぼ回転体形状を呈し、噴射中心線L4は中心軸線L2と同軸である。
【００２５】
また、１対の吸気弁９、排気弁10および点火栓70は、燃料噴射弁60の周囲に、シリンダ軸線L1に対して周方向に間隔をおいて配置される。そして、１対の吸気弁９は、シリンダ軸線L1を通りクランク軸７の回転中心線と平行な基準面Ｈにより二分される天井面30の吸気側に配置され、排気弁10は、基準面Ｈの排気側に配置される。点火栓70において、電極間での放電により火花が発生する部分である発火部71は前記排気側に配置される。
【００２６】
再度、図１，図２を参照すると、吸気弁９および排気弁10をクランク軸７の回転に同期して開閉する動弁装置Ｖは、径方向でのシリンダ２の側部に回転可能に支持されて吸気カム11aおよび排気カム11bを有するカム軸11と、シリンダ２に固定された１対の支持軸12（図２には排気カムフォロア13の支持軸が示されている。）に揺動可能にそれぞれ支持されて吸気カム11aに接触する吸気カムフォロアおよび排気カム11bに接触する排気カムフォロア13と、シリンダヘッド３に固定された１対のロッカ軸14に揺動可能にそれぞれ支持されて、１対の吸気弁９の弁ステムの先端に当接する吸気ロッカアーム15および排気弁10の弁ステムの先端に当接する排気ロッカアーム16と、前記吸気カムフォロアおよび排気カムフォロア13と吸気ロッカアーム15および排気ロッカアーム16にそれぞれ両端部で当接して、該吸気カムフォロアおよび排気カムフォロア13の揺動運動を吸気ロッカアーム15および排気ロッカアーム16それぞれ伝達する１対のロッド17とを備える。
【００２７】
カム軸11は、カムスプロケット18およびタイミングチェーン19を含む伝動機構を介して、クランク軸７の動力によりその１／２の回転速度で回転駆動される。そして、カム軸11と共に回転する吸気カム11aおよび排気カム11bが、前記吸気カムフォロアおよび排気カムフォロア13をそれぞれ揺動させ、揺動する該吸気カムフォロアおよび排気カムフォロア13が、１対のロッド17を介して吸気ロッカアーム15および排気ロッカアーム16をそれぞれ揺動させ、揺動する吸気ロッカアーム15および排気ロッカアーム16が、弁ばねにより閉弁方向に付勢されている１対の吸気弁９および排気弁10を、それぞれ、クランク軸７の回転に同期して所定の開閉時期に開閉する。
【００２８】
図１，図４，図５（Ｃ）を参照すると、キャビティ51は、燃料噴射弁60の中心軸線L2と同軸の中心軸線L3を有するほぼ円柱状の凹部であり、底壁面52aおよび周壁面52bからなる壁面52により規定される。ピストン５の頂面50において、キャビティ51の開口51aよりも外側の環状、ここではほぼ一定の径方向での幅を有すると共にほぼ円環状の周縁部53には、後述するスキッシュエリア34とシリンダ軸線方向（上下方向）で対面するピストン側スキッシュエリア54が形成される。キャビティ51の開口51aは、周縁部53の内周縁53aにより規定され、この実施例では平面視で噴射中心線L4またはキャビティ51の中心軸線L3を中心とするほぼ円形を呈し、さらにシリンダ軸線L1に直交する直交平面上にほぼ位置する。
【００２９】
スキッシュエリア54は、吸気弁９および排気弁10との衝突を回避するためのリセス55，56を除いた周縁部53の部分に形成されて、周縁部53の外周縁53b側から噴射中心線L4または内周縁53aに向かうにつれて上方に傾斜する部分であり、シリンダ軸線L1を軸線とする円錐面の一部で構成される。そして、内周縁53aは、シリンダ軸線L1に交差する１つの平面上、この実施例ではシリンダ軸線L1に直交する１つの直交平面上にほぼ位置する。
【００３０】
図１，図３，図５（Ｃ）を参照すると、燃焼室８の天井面30には、周縁部53と上下方向で対面する部分であって、スキッシュエリア54と共同して後述する斜めスキッシュ20を生成するヘッド側スキッシュエリア34が形成される。スキッシュエリア34は、天井面30の外周縁30b側から噴射中心線L4または天井面30の前記中央部に向かうにつれて上方に傾斜する部分であり、周方向に配置された１対の吸気口31a，排気口32aおよび点火栓70の周方向での間に、周方向に間隔をおいて形成されて、それぞれスキッシュエリア54の傾斜と同じまたはほぼ同じ傾斜を有するように、同一またはほぼ同一の円錐面の一部で構成される。
【００３１】
具体的には、スキッシュエリア34は、基準面Ｈに対して、吸気口31aが位置する吸気側エリア34aと、排気口32aが位置する排気側エリア34bと、基準面Ｈと交差して、前記吸気側および前記排気側に跨る第１，第２中間エリア34c，34dとから構成される。そして、スキッシュエリア34に対応するスキッシュエリア54は、吸気側エリア34a、排気側エリア34b、第１中間エリア34cおよび第２中間エリア34dにそれぞれ対応するエリアである吸気側エリア54a、排気側エリア54b、第１中間エリア54cおよび第２中間エリア54dから構成される。
【００３２】
そして、圧縮行程の後半においてピストン５が上死点に近づく過程で、図５（Ｂ）に示されるように、傾斜する両スキッシュエリア34，54により、それらスキッシュエリア34，54の間に挟まれた空気がシリンダ軸線L1に向かって押し出され、周縁部53上でほぼ同じ傾斜で、シリンダ軸線L1とほぼ同軸の噴射中心線L4に向かうにつれて上方に向かう気流である斜めスキッシュ20が生成される。そして、この斜めスキッシュ20は、天井面30において上方向で開口51aに対向する部分である対向部30aに沿う気流となる。
【００３３】
ここで、吸気側エリア34aおよび排気側エリア34b、第１中間エリア34cおよび第２中間エリア34d、吸気側エリア54aおよび排気側エリア54b、第１中間エリア54cおよび第２中間エリア54dは、それぞれ噴射中心線L4を挟んで位置する１対のエリアである。そして、スキッシュエリア34の４つのエリア34a，34b，34c，34dおよびスキッシュエリア54の４つのエリア54a，54b，54c，54dは、平面視でほぼ十字状に配置されて、４方面から噴射中心線L4に向かう斜めスキッシュ20が生成される。
【００３４】
図２を参照すると、一部がシリンダヘッド３に取り付けられ、残りの部分がヘッドカバー４に取り付けられる燃料噴射弁60は、燃料と高圧空気とにより形成された混合気として燃料を燃焼室８内のキャビティ51に向けて噴射する混合気噴射弁である。そして、燃料噴射弁60は、内燃機関Ｅの負荷や回転速度、吸入空気量などの機関運転状態に応じて設定される所定の噴射時期および所定の燃料量で、混合気を燃焼室８内に噴射するように、図示されない電子制御装置により制御される。そのうち、噴射時期は、内燃機関Ｅの無負荷運転域または低・中負荷運転域では、成層燃焼を行うべく圧縮行程での所定時期に設定され、内燃機関Ｅの高負荷運転域では、均質燃焼を行うべく吸気行程での所定時期に設定される。
【００３５】
燃料噴射弁60は、ヘッドカバー４に形成された第１収納筒40に収納されて、燃料のみを噴射する第１噴射弁61と、シリンダヘッド３に形成された第２収納筒33に大部分が収納されて、第１噴射弁61から噴射された燃料と高圧空気との混合気を、ノズル部62aからキャビティ51内を指向する噴射中心線L4を有する噴射流63の形態で噴射する第２噴射弁62とから構成される。
【００３６】
このノズル部62aは、図３に示されるように、平面視で、開口51aの中心、すなわち開口51aにおいて中心軸線L3が通る点と重なる位置に配置される。図５（Ａ）を参照すると、噴射流63は、開口51aにおいて内周縁53aと噴射流63の外周縁63aとの間の距離が内周縁53aの全周に渡ってほぼ等しくなるように噴射される。
【００３７】
第２噴射弁62は、その上端部に形成される空気導入部62cが第１収納筒40に収納され、残りの部分が第２収納筒33に収納される。そして、シリンダヘッド３の貫通孔に挿入される小径部62bの先端部に形成されるノズル部62aが、燃焼室８内に臨む。第１噴射弁61は、その中心軸線が中心軸線L2を有する第２噴射弁62と同軸になるように、ノズル部61aが空気導入部62cに連なって配置される。
【００３８】
第１収納筒40と、第２噴射弁62の空気導入部62cおよび第１噴射弁61のノズル部61aとの間には、１対の管状のシール41，42により密閉される環状の空気室44が第１，第２噴射弁61，62を囲んで形成され、さらに空気室44の上方に隣接して、第１収納筒40と第１噴射弁61との間には、シール42および環状のシール43により密閉される環状の燃料室45が第１，第２噴射弁61，62を囲んで形成される。
【００３９】
図１，図２を参照すると、空気室44には、カム軸11から伝達されるクランク軸７の動力で駆動される空気ポンプPaにより圧縮されて、圧力調整装置により大気圧よりも高圧の所定の一定圧力に設定された高圧空気が供給される。一方、燃料室45には、電動式の燃料ポンプ（図示されず）により圧送されて、圧力調整装置により高圧の所定の一定圧力に設定された高圧の燃料が供給される。
【００４０】
図３，図５（Ｃ）を参照すると、第２噴射弁62のノズル部62aの案内部62a1および点火栓70の発火部71は、ピストン５が上死点にあるとき、内周縁 53a の全周よりも下方でキャビティ51内に位置して、内周縁53aよりも下方である底壁面52a寄りに位置する。さらに、発火部71は、天井面30の前記中央部で燃焼室８に臨むノズル部62aの案内部62a1よりも下方で、しかも平面視でノズル部62aと内周縁53aとの間において、内周縁53aよりもノズル部62aに近接した位置にある。そして、発火部71は、最進角時の点火時期において、開口51aまたは内周縁53aとほぼ同一の高さ位置または開口51aよりもやや上方の位置を占めるように配置される。したがって、内燃機関Ｅの運転域のうち、運転頻度が高い運転域である低・中負荷運転域において、点火栓70は、発火部71がキャビティ51内にあるときに混合気への点火を行う。
【００４１】
また、図５（Ｃ）に示されるように、キャビティ51は、着火性が良好な混合比の混合気がキャビティ51内に存在しやすくなるように、平面視で発火部71と重なる部分の近傍が深くされる。そのために、底壁面52aは、平面視で中心軸線L3（図４参照）または噴射中心線L4に対して発火部71が位置する側が次第に深くなるように傾斜する傾斜平面から構成される。さらに、底壁面52aがこのような傾斜平面から構成されることで、ノズル部62aからの噴射流63が底壁面52aに衝突した後の反射流は発火部71に向かう速度成分を持つので、発火部71の周囲に着火性が良好な混合気が一層集まりやすくなる。
【００４２】
次に、図５を参照して、成層燃焼を行う運転域での燃料噴射弁60から噴射された混合気および斜めスキッシュ20に関連して説明する。
図５（Ａ）を参照すると、燃料噴射弁60は、圧縮行程の前半の後期から後半の前期に属する時期に、混合気を、その噴射中心線L4がキャビティ51の中心軸線L3と一致するように噴射する。このとき、混合気は、噴射流63の外周縁63aがキャビティ51内に収まるように、または平面視で噴射流63の外周縁63aがキャビティ51の開口51a内の収まるように噴射されるので、混合気が周縁部53に当たることはなく、平面視で、開口51aを含むキャビティ51における中心軸線L3の周囲近傍範囲である中心部を中心に存在する。
【００４３】
また、ノズル部62aの案内部62a1が上死点でのピストン５のキャビティ51内に位置することにより、噴射時期における案内部62a1は、案内部62a1が上死点でのピストン５のキャビティ51外に位置するものに比べて、キャビティ51により近接した位置を占めるので、噴射流63の先端での混合気の広がりは、より小さなものとなって、拡散による混合気の希薄化が抑制される。
【００４４】
図５（Ｂ）を参照して、その後、ピストン５が上死点に近づくにつれて、両スキッシュエリア34，54により、周縁部53上でほぼ同じ傾斜で、噴射中心線L4に向かって上方に向かう斜めスキッシュ20が生成される。そして、この斜めスキッシュ20は、混合気（図中、クロスハッチングでその概略の形状が示されている。）がキャビティ51内から径方向外方に拡散するのを抑制し、さらにキャビティ51外の混合気が径方向に拡散するのを抑制する。しかも、斜めスキッシュ20は、天井面30の対向部30aに沿う流れとなるため、キャビティ51外であって、その上方で噴射中心線L4の周囲に存在する混合気が斜めスキッシュ20により分断されることは殆どない。
【００４５】
その後、ピストン５が上死点（図５（Ｃ）参照）に達する前に、点火栓70により点火された混合気が燃焼を開始する。点火直前のピストン５の位置において、混合気は、斜めスキッシュ20により拡散および分断が防止または抑制されるので、図５（Ｃ）に二点鎖線のクロスハッチングで示されるように、キャビティ51内にほぼ収まった状態になっている。そして、着火性が良好な混合気が発火部71の周囲に存在することに加えて、発火部71が、上死点でのピストン５のキャビティ51内に位置するノズル部62aの案内部62a1よりも下方にあることにより、点火時期においてキャビティ51に一層近接した位置であるために、混合気の拡散の程度が比較的小さい部分での着火が可能となることから、確実に着火が行われる。また、上死点では、スキッシュエリア54を含む周縁部53上にはエンドガスが殆ど存在しないので、ノッキングの発生が回避される。
【００４６】
次に、前述のように構成された実施例の作用および効果について説明する。
内燃機関Ｅの燃料噴射弁60は、圧縮行程時に噴射流63の外周縁63aがキャビティ51内に収まるように混合気を噴射し、ピストン５の周縁部53にはスキッシュエリア54が形成され、燃焼室８の天井面30にはスキッシュエリア34が形成され、両スキッシュエリア34，54の共同により周縁部53上で噴射中心線L4に向かうにつれて上方に向かう斜めスキッシュ20が生成されることにより、スキッシュエリア54とスキッシュエリア34との間で、生成された斜めスキッシュ20は、周縁部53上で、シリンダ軸線L2とほぼ同軸の噴射中心線L4に向かうので、キャビティ51から周縁部53上を外周縁53b側に向かう混合気の拡散を防止または抑制して、混合気が燃焼室８全体に広く拡散することを防止し、さらに斜めスキッシュ20は、噴射中心線L4に向かうにつれて上方に向かうと共に天井面30の対向部30aに沿う気流となるので、キャビティ51の上方に存在する混合気を分断することがなく、したがって、発火部71が開口51aよりも上方に位置する時期が点火時期となる場合にも、この分断の発生により点火栓70付近の混合気が可燃範囲を超えて希薄になることが防止される。
【００４７】
この結果、良好な着火性が確保されて、混合気が未燃焼のまま排出されることが防止されて、燃費および排気エミッションが改善されるうえ、キャビティ51を中心とした燃焼室８の周辺部の全周に渡って厚い空気層を形成することが可能になって、冷却熱損失が低減して熱効率が向上し、燃費が改善される。また、キャビティ51からの混合気の径方向での拡散を防止または抑制するために、キャビティ51の壁面52を上下方向に高くする必要がないので、火炎の伝播が良好に行われるうえ、キャビティ51の容積を減少させることが可能になって、この容積減少により圧縮比を高めて、熱効率を向上させることができ、この点でも燃費が改善される。
【００４８】
噴射流63は燃料と空気との混合気からなり、燃料噴射弁60は、内周縁53aと噴射流63の外周縁63aとの間の距離が内周縁53aの全周に渡ってほぼ等しくなるように混合気を噴射することにより、噴射流63が燃料のみからなる場合に比べて燃焼しやすい状態にある混合気が、内周縁53aと噴射流63の外周縁63aとの間の距離が内周縁53aの全周に渡ってほぼ等しくなるように噴射されるので、キャビティ51の開口51aの前記中心部を中心に混合気を存在させることができて、斜めスキッシュ20により、混合気の拡散および分断が効果的に防止または抑制される。この結果、混合気がキャビティ51内に噴射される内燃機関Ｅにおいて、噴射流63が混合気であることにより燃焼性が向上すると共に、斜めスキッシュ20によりキャビティ51内に噴射された混合気の拡散および分断が確実に防止または抑制されるので、良好な着火性が確保されて、燃費および排気エミッションが改善される。
【００４９】
ノズル部62aは平面視で開口51aの中心と重なる位置に配置され、発火部71は内周縁53aよりもノズル部62aの近くに位置することにより、発火部71は、平面視で、内周縁53aよりも開口51aの前記中央部に位置するノズル部62aに近いので、発火部71がノズル部62aよりも周縁部53の近くに位置する場合に比べて、発火部71付近の混合気が斜めスキッシュ20による希薄化の影響を受けにくくなる。この結果、キャビティ51の開口51aに中央部に混合気を存在させると共に、斜めスキッシュ20による希薄化の影響を少なくして、発火部71付近に着火性の良好な混合比の混合気を存在させることができるので、着火性が向上して、燃費および排気エミッションが改善される。
【００５０】
発火部71は、ピストン５が上死点にあるときキャビティ51内に位置し、発火部71はノズル部62aの案内部62a1よりも下方に位置することにより、案内部62a1はキャビティ51により近接した位置を占めるので、混合気の拡散が抑制されるうえ、発火部71は上死点でのピストン５のキャビティ51内でノズル部62aよりも下方に位置することから、キャビティ51にさらに近接した位置を占めるので、発火部71付近には、キャビティ51からの混合気の拡散の程度が比較的小さく、着火性の良好な混合気が存在する。この結果、着火性が向上して、燃費および排気エミッションが改善される。
【００５１】
以下、前述した実施例の一部の構成を変更した例について、変更した構成に関して説明する。
周縁部53は、前記実施例では、円錐面の一部からなり、シリンダ軸線L1と同軸の軸線を通る断面で外周縁53bから内周縁53aの範囲で径方向に一様に傾斜していたが、場合によっては、軸線を通る断面で、内周縁53a側が傾斜し、外周縁53b側は傾斜していない回転面の一部、または外周縁53b側が傾斜し、内周縁53a側は傾斜していない回転面の一部であってもよい。さらに、周縁部53は、軸線を通る断面で、外周縁53b側から内周縁53aに向かうにつれて、傾斜角度が不連続に大きくなる複合傾斜面または傾斜角度が連続的に大きくなる曲面を含む回転面の一部であってもよい。
【００５２】
前記実施例では、燃料噴射弁60は混合気噴射弁であり、燃料噴射弁60からは燃料と空気との混合気が噴射されたが、燃料噴射弁から燃料のみが噴射流として噴射されてもよい。また、混合気からなる噴射流または燃料のみからなる噴射流が、ノズル部の先端に設けられる噴口から噴射されてもよい。
【００５３】
内燃機関は多気筒内燃機関であってもよい。また、内燃機関は、自動二輪車以外の車両に搭載されてもよく、さらに車両以外に、船外機やその他の器機に使用されるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である筒内噴射式内燃機関において、ピストンが上死点にあるときの断面図を示し、クランクケース、シリンダおよびピストンは、クランク軸の回転中心線に直交すると共にシリンダ軸線を通る平面での断面図であり、シリンダヘッドは、図３のＩ−Ｉ矢視での断面に相当する断面図である。
【図２】図１の筒内噴射式内燃機関において、ピストンが上死点にあるときの断面図を示し、シリンダおよびピストンは、クランク軸の回転中心線に平行であると共にシリンダ軸線を通る平面での断面図であり、シリンダヘッドは、図３のＩＩ−ＩＩ矢視での断面に相当する断面図である。
【図３】シリンダヘッドについての図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。
【図４】ピストンについての図１のＩＶ−ＩＶ矢視図である。
【図５】圧縮行程における図２と同じ断面での筒内噴射式内燃機関の要部断面図を示し、（Ａ）は燃料噴射時期での状態を、（Ｂ）はスキッシュが生成されている時期での状態を、（Ｃ）はピストンの上死点での状態を、それぞれ示す。
【符号の説明】
１…クランクケース、２…シリンダ、３…シリンダヘッド、４…ヘッドカバー、５…ピストン、６…コンロッド、７…クランク軸、８…燃焼室、９…吸気弁、10…排気弁、11…カム軸、12…支持軸、13…排気カムフォロア、14…ロッカ軸、15，16…ロッカアーム、17…ロッド、20…斜めスキッシュ、
30…天井面、30a…対向部、31…吸気ポート、33…収納筒、34…スキッシュエリア、40…収納筒、41，42，43…シール、44…空気室、45…燃料室、50…頂面、51…キャビティ、51a…開口、52…壁面、53…周縁部、53a…内周縁、54…スキッシュエリア、55，56…リセス、60…燃料噴射弁、61…第１噴射弁、62…第２噴射弁、62a…ノズル部、63…噴射流、63a…外周縁、70…点火栓、71…発火部、
Ｅ…内燃機関、L1…シリンダ軸線、L2，L3…中心軸線、L4…噴射中心線、Ｈ…基準面、Ｖ…動弁装置、Pa…空気ポンプ。

Claims (3)

1. 頂面にキャビティが形成されたピストンとシリンダヘッドとの間に前記シリンダヘッドの下壁面を天井面として形成される燃焼室に燃料噴射弁および点火栓が臨んで配置され、前記燃料噴射弁が前記キャビティ内を指向する噴射中心線を有する噴射流として燃料をノズル部から噴射する筒内噴射式内燃機関において、
   前記燃料噴射弁は、圧縮行程時に前記噴射流の外周縁が前記キャビティ内に収まるように燃料を噴射し、
   前記頂面の、前記キャビティの開口よりも外側の環状の周縁部には、その外周縁側から前記噴射中心線に向かうにつれて上方に傾斜するピストン側スキッシュエリアが形成され、
   前記天井面には、その外周縁側から前記噴射中心線に向かうにつれて上方に傾斜するヘッド側スキッシュエリアが形成され、
   前記ピストン側スキッシュエリアと前記ヘッド側スキッシュエリアとにより、前記周縁部上で前記噴射中心線に向かうにつれて上方に向かうと共に、上方向で前記開口に対向する前記天井面の対向部に沿う斜めスキッシュが生成され、
   前記ノズル部からの前記噴射流は燃料と空気との混合気からなり、
   前記燃料噴射弁は、前記開口を規定する前記周縁部の内周縁と前記噴射流の外周縁との間の距離が前記内周縁の全周に渡ってほぼ等しくなるように混合気を噴射し、
   平面視で前記開口の中心と重なる位置に配置される前記ノズル部は、前記ノズル部により形成される噴口からの流出直後の前記噴射流が沿って流れることにより前記噴射流の拡がりを抑制する案内部を有し、
   前記案内部は、前記ピストンが上死点にあるとき、前記開口を規定する前記内周縁の全周よりも下方で前記キャビティ内に位置し、
   前記点火栓の発火部は、前記内周縁よりも前記ノズル部の近くに位置すると共に、前記ピストンが上死点にあるとき前記キャビティ内に位置し、かつ前記ノズル部よりも下方に位置することを特徴とする筒内噴射式内燃機関。
2. 前記ピストン側スキッシュエリアは、吸気弁および排気弁との衝突を回避するためのリセスを除いた前記周縁部の部分に形成され、
   前記ピストン側スキッシュエリアおよび前記ヘッド側スキッシュエリアには、それぞれ対応する吸気側エリアと排気側エリアと２箇所の中間エリアとが、平面視でほぼ十字状に配置され、４方面から前記噴射中心線に向かう前記斜めスキッシュが生成されることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射式内燃機関。
3. 前記内周縁は、シリンダ軸線に交差する１つの平面上にほぼ位置し、
   前記キャビティの底壁面は、前記噴射中心線に対して前記発火部が位置する側が次第に深くなるように傾斜する傾斜平面から構成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の筒内噴射式内燃機関。

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