JP5067202B2 - 筒内直接噴射式火花点火エンジン - Google Patents

Description

この発明は筒内直接噴射式火花点火エンジンの改良に関する。

圧縮行程噴射時に成層燃焼を行わせるため、噴孔が筒内（燃焼室内）に突出する２つの燃料噴射弁を燃焼室の周縁に近接して、かつ燃焼室天井のほぼ中央位置に第１点火プラグを、燃料噴射弁の対向側つまり排気弁側に第２点火プラグを偏らせてそれぞれ設けると共に、ピストン冠面にキャビティを設けているものがある（特許文献１参照）。

このものでは、圧縮行程噴射時に燃料噴射弁から燃料をキャビティに向けて噴き、このキャビティ内で混合気塊を形成し、ピストンの上昇によりこの混合気塊を第１点火プラグに導きこの導いた混合気塊に対して第１点火プラグにより火花点火を行い成層燃焼を行わせている。一方、第２点火プラグは圧縮行程噴射時には用いられず、均質燃焼時に第１、第２の２つの点火プラグにより二点で着火させている。
特開２００１−２１４７４４号公報

ところで、最近になって一層の燃費向上のため小さなシリンダボア（例えば大略６５ｍｍ以下）への要求が生じている。これは、シリンダボア径が大きいとそれだけピストンの受ける熱量が大きく、これに対してピストン温度が上昇しすぎないように燃焼室の周りを冷却するので、ピストンの受ける大きな熱量は結局、冷却によって奪われてしまい、動力として取り出すことができていないのであるが、小シリンダボア径であれば、ピストンの受ける熱量がそれだけ小さくなる分、冷却によって失われる熱量が減り、これによって燃費を向上できるためである。

一方、本発明者は、成層燃焼方式として、スプレーガイド式を考えている。ここで、スプレーガイド式とは、上記特許文献１の技術のように燃焼室内のガス流動を利用することなく、燃料噴射弁からの噴流（燃料噴霧）を点火プラグのプラグギャップに直接導く方式のものである。このスプレーガイド式で成層燃焼を行わせるポイントは、燃料噴射弁からの噴流（燃料噴霧）が、点火プラグに到達するまでに気化する時間を稼ぐことであり、この時間に燃料噴射弁の仕様である噴霧到達距離が関係し、噴霧到達時間が長いほど、燃料噴射弁からの噴流（燃料噴霧）の気化促進が行われる。従って、通常のシリンダボア径（例えば８０〜９０ｍｍ程度）を有するシリンダ内でも、点火時期に点火プラグに到達する混合気塊が良好に形成されるように燃料噴射弁の噴霧到達距離が定められている。

こうしたスプレーガイド式の成層燃焼エンジンにおいて、小シリンダボア化の要求に応じると、通常のシリンダボア径の場合より燃料噴射弁の噴孔と点火プラグとが近付いてしまう。この場合に、燃料噴射弁の仕様である噴霧到達距離は物理的にほとんど変えることができないため、小シリンダボアのシリンダを有するエンジンでは、噴霧到達距離が、噴孔からプラグギャップまでの距離がより長くなり過ぎて燃料噴射弁からの噴流による点火プラグへの攻撃性が高まるため、成層燃焼を行わせることができない事態が生じうる。すなわち、噴霧到達距離が、噴孔からプラグギャップまでの距離より長くなり過ぎると、燃料噴射弁からの噴流（燃料噴霧）は勢いをもってプラグ電極に衝突するため、電極間のプラグギャップに火花を生成しても、この生成された火花がプラグ電極に衝突する噴流（燃料噴霧）によって却って吹き消されてしまうのである。

スプレーガイド式の成層燃焼エンジンにおいて小シリンダボア化に伴うこうした火花噴き消しの問題を解決する技術は現在のところ開示されていない。

そこで本発明は、スプレーガイド式の成層燃焼エンジンにおいて小シリンダボア化を行っても火花噴き消しを解消して安定した着火が得られる筒内直接噴射式火花点火エンジンを提供することを目的とする。

本発明は、１つの燃焼室（５）に対して、この燃焼室（５）に一端が開口する１つの吸気ポート（１１）と、この燃焼室（５）に一端が開口する１つの排気ポート（１２）と、前記吸気ポートの燃焼室開口端（１１ａ）を開閉する１つの吸気バルブと、前記排気ポートの燃焼室開口端（１２ａ）を開閉する１つの排気バルブと、２つの点火プラグと、燃焼室（５）の周縁に設けられ、燃焼室（５）内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁（２１）とを有し、前記２つの点火プラグは前記吸気ポートの燃焼室開口端（１１ａ）と前記排気ポートの燃焼室開口端（１２ａ）との間にあるスペースのうち、前記燃料噴射弁の噴孔（２１ａ）から相対的に遠い位置のスペースにある第１点火プラグ（２５）と、前記燃料噴射弁の噴孔（２１ａ）から相対的に近い位置のスペースにある第２点火プラグ（２６）とからなり、前記燃料噴射弁（２１）より圧縮行程噴射を行う際に、前記第１点火プラグ（２５）に向けてスプレー状の燃料を噴射し前記第１点火プラグ（２５）のプラグギャップに火花を飛ばすことにより成層燃焼を行わせる。

本発明によれば、１つの燃焼室に対して、この燃焼室に一端が開口する１つの吸気ポートと、この燃焼室に一端が開口する１つの排気ポートと、前記吸気ポートの燃焼室開口端を開閉する１つの吸気バルブと、前記排気ポートの燃焼室開口端を開閉する１つの排気バルブと、２つの点火プラグと、燃焼室の周縁に設けられ、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁とを有し、前記２つの点火プラグは前記吸気ポートの燃焼室開口端と前記排気ポートの燃焼室開口端との間にあるスペースのうち、前記燃料噴射弁の噴孔から相対的に遠い位置のスペースにある第１点火プラグと、前記燃料噴射弁の噴孔から相対的に近い位置のスペースにある第２点火プラグとからなり、前記燃料噴射弁より圧縮行程噴射を行う際に、前記第１点火プラグに向けてスプレー状の燃料を噴射し前記第１点火プラグのプラグギャップに火花を飛ばすことにより成層燃焼を行わせるので、燃料噴射弁からの噴流（燃料噴霧）が周りの空気を取り込んで気化しつつ程良い混合気塊となって点火プラグに到達することが可能となり、小さなシリンダボア径の燃焼室構造おいても適切な混合気塊の状態で成層燃焼を行わせることができる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態のエンジン本体１の概略構成図である。詳細には図１は図１（Ａ）と図１（Ｂ）とからなり、図１（Ａ）はエンジン本体１を上から見た上面図、図１（Ｂ）はエンジン本体１を横（吸気ポート側）から見た側面図である。ただし、図１は１気筒分のみを代表して示すもので、実際には図で左右方向に残りのシリンダ４（４気筒エンジンであれば残り３つのシリンダ）がほぼ等間隔で一列に配置されている。

図１（Ａ）に示すように、エンジン本体１には大略６５ｍｍ以下のシリンダボア径（シリンダの内径）を有するシリンダ４がシリンダブロックに複数穿設され、１気筒当たり１つの吸気バルブと、１つの排気バルブとを有している。

シリンダヘッドには、各気筒毎に燃焼室５に開口する吸気ポート１１と排気ポート１２とが設けられている。詳細には、図１（Ａ）においてシリンダ中心軸ａより左斜め下方に吸気ポート１１の一端が、これに対してシリンダ中心軸ａより右斜め上方に排気ポート１２の一端が開口している。図１（Ａ）において吸気ポート１１の他端は下方に位置するシリンダヘッドの一方のシリンダヘッド側壁２に、排気ポート１２の他端は上方に位置するシリンダヘッドの他方のシリンダヘッド側壁３にそれぞれ開口している。すなわち、吸気ポート１１の軸心はシリンダヘッド側壁２、３に直交しシリンダ中心軸を通る線ｂよりも左側に偏り、また排気ポート１２の軸心はシリンダヘッド側壁２、３に直交しシリンダ４の中心軸を通る線ｂよりも右側に偏っている。このため、図１（Ｂ）に示すように吸気マニホールドのフランジ３１もシリンダ中心軸ａより左側に偏っている。

そして、各気筒で図示しない吸気弁が吸気ポートの燃焼室開口端１１ａを、また図示しない排気弁が排気ポートの燃焼室開口端１２ａを所定のタイミングで開閉することとなる。

なお、シリンダヘッドに形成される各気筒の燃焼室５はペントルーフ型で、直線ｅが稜線の位置を表しており、この直線ｅより下側の面は一方のシリンダヘッド側壁２に向かって、また直線ｅより上側の面は他方のシリンダヘッド側壁３に向かって傾斜している。

このように、小シリンダボア径を有する１つのシリンダ４に対して１つの吸気弁と１つの排気弁とを有するものとしたのは、シリンダボア径の小さいシリンダ４を有するエンジンであっても、吸排気バルブのバルブ径を大きく採るためである。

これについて図２を参照して説明すると、図２左半分に１つの燃焼室に対して２つの吸気弁バルブ２つの排気バルブとを有する、従来の４弁エンジンについて１気筒分を示している。この場合、４弁エンジンのシリンダボア径は８０〜９０ｍｍ程度と大きく、１つの燃焼室５に対して、２つの燃焼室開口端４１ａ、４１ｂを有するサイアミーズ型の吸気ポート４１と、同じく２つの燃焼室開口端４２ａ、４２ｂを有するサイアミーズ型の排気ポート４２とが開口し、吸気ポートの２つの燃焼室開口端４１ａ、４１ｂを２つの吸気バルブが、また排気ポートの２つの燃焼室開口端４２ａ、４２ｂを２つの排気バルブが開閉する。このように、８０〜９０ｍｍ程度の大きなシリンダボア径のシリンダを有する４弁エンジンでは、１つの燃焼室５に対して吸排気バルブとも２弁とすることによってバルブ面積を大きく採ることができる。また、燃焼室５天井のほぼ中央の位置（シリンダ中心軸上）に点火プラグ４５が、これに対して燃焼室５に臨んで設けられる燃料噴射弁４６が燃焼室５の周縁であってシリンダ４とシリンダヘッドの一方のシリンダヘッド側壁２との間に取り付けられている。

４弁エンジンで成層燃焼を行わせるため、燃料噴射弁４６の噴霧到達距離が、燃料噴射弁の噴孔４６ａから点火プラグ４５のプラグギャップまでの距離Ａより余裕を持って長くなるように、燃料噴射弁４６の取付位置が設定されている。

噴孔４６ａから噴射されたスプレー状の燃料は噴流ｄとして円錐状に広がってゆく。この場合に、噴霧到達距離とは、噴流ｄ全体の到達距離、つまり噴孔４６ａから噴流ｄ全体の最先端ｄ１までの距離のことである。実際には、余裕を持たせて、つまり図２左半分の上図に示すように、噴流ｄが停止する直前で最大に膨らむ位置がプラグギャップ位置と重なるように燃料噴射弁４６の噴霧到達距離と噴霧形状とを定めている。このため、成層燃焼域において、圧縮行程後半の時期に燃料噴射弁４６からスプレー状に噴射された燃料噴霧は噴流ｄとなり燃焼室５内で気化しながら点火プラグ４５のプラグギャップに向かい、プラグギャップに到達するタイミングでは可燃域の空燃比を有する、ほぼ静止した噴流（混合気塊）を形成しており、この噴流（混合気塊）に点火プラグ４５により火花を飛ばすことで成層燃焼を行わせることができる。

成層燃焼を行わせるのに噴霧到達距離が必要となる理由は、次の通りである。すなわち、燃料噴射弁４６から噴射される燃料噴霧は噴流となり燃焼室５内の空気中を飛んでいる間に周囲の空気と混じり合って気化してゆく。成層燃焼を行わせるためには点火時期に点火プラグ４５のプラグギャップの付近に静止した噴流（混合気塊）を到達させる必要がある。従って、燃料噴射弁４６からの噴流を燃焼室５内の空気中に漂わせつつ気化させて静止状態の混合気塊を形成するには、所定の距離つまり噴霧到達距離が必要となるのである。

また、燃料噴射弁４６の噴霧到達距離が、噴孔４６ａから点火プラグ４５のプラグギャップまでの距離Ａより短いと、点火時期にプラグギャップに噴流（混合気塊）を到達させることができないし、噴霧到達距離が、噴孔４６ａから点火プラグ４５のプラグギャップまでの距離Ａより長過ぎることになっても問題が生じる。すなわち、この場合には、プラグギャップ位置を通過する噴流に勢いがあるために、点火プラグ４５によりプラグギャップに生成される火花を却って吹き消すことになり、成層燃焼を行わせることができなくなってしまうのである。これに対して、噴霧到達距離が、噴孔４６ａから点火プラグ４５のプラグギャップまでの距離Ａより余裕を持って少しだけ長くなるようにしていれば、プラグギャップに到達した噴流（混合気塊）はその位置でほぼ静止するのであり、従って点火プラグ４５によりプラグギャップに生成される火花を吹き消すことにならない。

さて、最近、一層の燃費向上のため小シリンダボア化の要求が生じている。小シリンダボア化によって燃費が向上する理由は次の通りである。シリンダボア径が大きいとそれだけピストンの受ける熱量が大きく、これに対してピストン温度が上昇しすぎないように燃焼室の周りを冷却しているので、ピストンの受ける大きな熱量は結局、冷却によって奪われてしまい、動力として取り出すことができていない。これに対して、小シリンダボア径であれば、ピストンの受ける熱量がそれだけ小さくなる分、冷却によって失われる熱量が減り、これによって燃費を向上できるためである。しかも、小シリンダボア化に加えて、ピストンストロークをロングストローク化することによって動力を取り出す際の効率が良くなりさらに燃費を向上することができるというメリットが生じる。

そこで、従来の４弁エンジンに対して、４弁のまま小シリンダボア化を行ったものを図２右半分に示している。すなわち、４弁のまま小シリンダボア化を行う際には次の２つの課題が生じる。

課題１：バルブ径の低下代が大きいこと、かつバルブリフタ径が確保できなくなるため バルブリフト量を大きくできないことにより、バルブ開口面積が低下してしまう 。

課題２：図２左半分に示す４弁エンジンでは燃料噴射弁の噴霧到達距離が、噴孔４６ａ からプラグギャップまでの距離Ａより余裕を持って長くなるようにしていたもの が、図２右半分に示す小シリンダボア化を図った４弁エンジンになると、燃料噴 射弁４６の噴霧到達距離が、噴孔４６ａからプラグギャップまでの距離Ｂより長 くなり過ぎるため、噴流による点火プラグへの攻撃性が高まる。すなわち、噴流 ｄの最先端ｄ１は排気ポートの２つの燃焼室開口端４２ａ、４２ｂの中心を結ん だ線近くまで到達しており、プラグギャップ位置で噴流の勢いが止まらないため 、点火プラグ４５によりプラグギャップに生成される火花を吹き消すように働い てしまうのである。

上記課題１に対しての対策は、１つの燃焼室に対して、１つの吸気バルブと１つの排気バルブを有する２弁エンジンとすることであり、これによって小シリンダボア径のシリンダを有するエンジンであっても、バルブ開口面積を大きく確保することができる。そして、そのための吸排気ポートの配置及び吸排気バルブについては既に前述した。

上記課題２に対しての対策は小シリンダボア径のシリンダを有する２弁エンジンであっても燃料噴射弁の噴霧到達距離が、噴孔から点火プラグのプラグギャップまでの距離より余裕を持って長くなるように点火プラグを配置することである。これについては、図１（Ａ）、（Ｂ）に戻って説明する。

図１（Ａ）において、各気筒の燃焼室５に臨んで、つまり噴孔２１ａが燃焼室５内に突出して設けられる燃料噴射弁２１の取付け位置は、図２に示した４弁エンジンと同じである。すなわち、燃焼室５の周縁であってシリンダ４と下方に位置するシリンダヘッド側壁２との間に、軸心をシリンダ４の中心軸ａに向けて燃料噴射弁２１が設けられ、各気筒の燃料噴射弁２１に燃料を供給するための燃料チューブ２２がシリンダヘッド側壁２に沿って配置されている。

この燃料チューブ２２は、吸気ポート側から見ると図１（Ｂ）に示したように吸気ポートのシリンダヘッド側壁開口端１１ｂ下方のスペースに配置されている。なお、吸気ポートのシリンダヘッド側壁開口端１１ｂには吸気マニホールドを接続するが、その吸気マニホールドの吸気ポート側開口端にフランジを形成している。３１は吸気ポートのシリンダヘッド側壁開口端１１ｂと接続される吸気マニホールドの、このフランジを示しており、吸気マニホールドの吸気ポート側開口端が吸気ポートのシリンダヘッド側壁開口端１１ｂとちょうど重なっている。

また、吸気ポートのシリンダヘッド側壁開口端１１ｂが燃料噴射弁２１に覆い被さるようにして燃料噴射弁２１の近傍に位置し、吸気マニホールドのフランジ３１がさらに吸気ポートのシリンダヘッド側壁開口端１１ｂと燃料噴射弁２１との間のスペースを奪うので、吸気ポートのシリンダヘッド側壁開口端１１ｂと燃料噴射弁２１との間に燃料チューブ２２を締結するためのボルト孔を設けることができない。このため、燃料チューブ２２の補強部材２３のうち燃料噴射弁２１を中心として同じ距離だけ左右に離れた２箇所に燃料チューブ２２を締結するためのボルト孔２４ａ、２４ｂが設けられている。これらボルト孔２４ａ、２４ｂに締結ボルトを挿通して締め付けることで、燃料チューブ２２がシリンダヘッドに固定される。ここで、１つの気筒当たり２本の燃料チューブ締結ボルト孔２４ａ、２４ｂが設けられるため、気筒数×２本が燃料チューブ締結ボルトの総数となる。

この場合に、燃料噴射弁２１の噴霧到達距離は、シリンダボアを小さくするからといって、燃料噴射弁２１からの噴流（燃料噴霧）が燃焼室５内を進行する間に周りの空気を取り込んで気化する時間を稼ぐためにも短くすることができない。従って、燃料噴射弁２１の噴霧到達距離が、噴孔２１ａから点火プラグのプラグギャップまでの距離より余裕を持って長くなるように点火プラグを配置する必要がある。吸気ポートの燃焼室開口端１１ａと排気ポートの燃焼室開口端１２ａの間にあって点火プラグを設けることのできるスペースは、図１（Ａ）においてシリンダ中心軸ａを中心として左上のスペースと右側のスペースの２つであり、このうち、噴孔２１ａから遠いほうのスペースに第１点火プラグ２５が設けられている。すなわち、吸気ポートの燃焼室開口端１１ａと排気ポートの燃焼室開口端１２ａの間のスペースのうち噴孔２１ａから遠いほうのスペースであって、噴孔２１ａからプラグギャップまでの距離Ｃより燃料噴射弁２１の噴霧到達距離が余裕を持って（余裕分だけ）長くなるように第１点火プラグ２５が設けられている。このシリンダ４壁面の近くに偏って設けられた第１点火プラグ２５のプラグギャップに向けて噴孔２１ａからの噴流（燃料噴霧）を到達させる必要があるため、燃料噴射弁２１の噴霧方向は、シリンダ４の中心軸方向ではなく、第１点火プラグ２５のプラグギャップの方向に傾けられている。すなわち、噴孔４６ａから噴射されたスプレー状の燃料は噴流ｄとして円錐状に広がってゆく。ただし、噴流ｄが広がりすぎないようにしており、噴流ｄが停止する直前で最大に膨らむ位置が第１点火プラグ２５のプラグギャップ位置と重なっている。噴孔２１ａから噴流ｄの最先端ｄ１までの距離が噴霧到達距離であり、噴霧到達距離は噴孔２１ａから第１点火プラグ２５のプラグギャップまでの距離Ｃより余裕を持って長くなっている。こうした噴霧到達距離は、後述する低負荷域の全域において維持させる。これを図１（Ｂ）でみると、直線ｃがスパークギャップ高さを示しており、その下方にある噴孔２１ａから少し上方のスパークギャップに向けて噴流ｄが到達している。

ここで、本発明の成層燃焼方式は、燃焼室５内のガス流動を全く利用しない、いわゆるスプレーガイド式といわれるもので、燃焼室内のガス流動を利用する、いわゆるウォールガイド式やエアーガイド式とは異なるものである。

また、第１点火プラグ２５がシリンダ４壁面の近くに偏って設けられると、燃焼室５の全体に均質な混合気を形成しこの均質な混合気に対し点火を行って燃焼させる、いわゆる均質燃焼時には、第１点火プラグ２５により点火するだけだと第１点火プラグ２５により形成される火炎が遠い側のシリンダ壁面に到達するまでの時間が長くなり好ましくないので、吸気ポートの燃焼室開口端１１ａと排気ポートの燃焼室開口端１２ａの間のスペースのうち噴孔２１ａから近いほうのスペースに第２点火プラグ２６が設けられ、均質燃焼時には、これら２つの点火プラグ２５、２６により二点点火を行わせる。

なお、図１（Ａ）において、シリンダ４の周囲にはシリンダヘッドボルトが挿通される４つの孔２７が設けられている。

図示しないエンジンコントロールユニットには、エンジンの負荷と回転速度の信号が入力されている。また、エンジンの運転域が低負荷域と高負荷域とに大きく区分けされており、エンジンコンロトールユニットでは、上記エンジンの負荷と回転速度の信号に基づいて運転条件が低負荷域にあるのかそれとも高負荷域にあるのかを判定し、低負荷域にあると判定されたときには各気筒の燃料噴射弁２１を制御し圧縮行程噴射を行わせて成層燃焼が得られるようにし、高負荷域にあると判定されたときには各気筒の燃料噴射弁２１を制御し吸気行程噴射を行わせて均質燃焼が得られるようにしている。また、エンジンコントロールユニットでは低負荷域で第１点火プラグ２５により火花点火を行わせ（第２点火プラグ２６による火花点火は行わせない）、高負荷域になると第１、第２の点火プラグ２５、２６により二点で火花点火を行わせる。

また、冷間始動時にも各気筒の燃料噴射弁２１を制御し圧縮行程噴射を行わせて成層燃焼が得られるようにしている。この場合に、本実施形態の成層燃焼方式はスプレーガイド式であるため、燃料噴射時期によって第１点火プラグ２５のプラグギャップに燃料噴射弁２１からの噴流（混合気塊）が到達する時期を制御できる（燃料噴射時期を遅らせれば第１点火プラグ２５のプラグギャップに噴流（混合気塊）到達する時期を遅らせることができる）ことから、燃料噴射時期と点火時期とを共に大幅にリタードさせることにより、冷間始動時におけるＨＣの大幅低減が可能となる。

これに対して上記特許文献１の技術では、ピストンキャビティ内に形成した混合気塊をピストンの上方への動作によって点火プラグのプラグギャップに導くようにしているため、ピストンの動きによってプラグギャップに混合気塊が到達する時期が一義的に定まってしまい、燃料噴射時期によってはプラグギャップに混合気塊が到達する時期を変えることができない。

ここで、本実施形態の作用効果を説明する。

本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、１つの燃焼室５に対して、この燃焼室５に一端が開口する１つの吸気ポート１１と、この燃焼室５に一端が開口する１つの排気ポート１２と、吸気ポートの燃焼室開口端１１ａを開閉する１つの吸気バルブと、排気ポートの燃焼室開口端１２ａを開閉する１つの排気バルブと、２つの点火プラグ２５、２６と、燃焼室５の周縁に設けられ、燃焼室５内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２１とを有し、前記２つの点火プラグは吸気ポートの燃焼室開口端１１ａと排気ポートの燃焼室開口端１２ａとの間にあるスペースのうち、燃料噴射弁の噴孔２１ａから相対的に遠い位置のスペースにある第１点火プラグ２５と、燃料噴射弁の噴孔２１ａから相対的に近い位置のスペースにある第２点火プラグ２６とからなり、燃料噴射弁２１より圧縮行程噴射を行う際に、第１点火プラグ２５に向けてスプレー状の燃料を噴射し第１点火プラグ２５のプラグギャップに火花を飛ばすことにより成層燃焼を行わせるので、燃料噴射弁２５からの噴流（燃料噴霧）が周りの空気を取り込んで気化しつつ程良い混合気塊となって点火プラグに到達することが可能となり、小さなシリンダボア径の燃焼室構造おいても適切な混合気塊の状態で成層燃焼を行わせることができる。

燃料噴射弁２１の噴霧到達距離が、噴孔２１ａから第１点火プラグ２５のプラグギャップまでの距離より短ければ燃料噴射弁からの噴流が第１点火プラグ２５のプラグギャップに到達できないため成層燃焼を行わせることができないし、燃料噴射弁２１の噴霧到達距離が、噴孔２１ａから第１点火プラグ２５のプラグギャップまでの距離より長過ぎても成層燃焼に失敗することがある。すなわち、燃料噴射弁２１の噴霧到達距離が、噴孔２１ａから第１点火プラグ２５のプラグギャップまでの距離より長過ぎるときには、噴流が第１点火プラグ２５のプラグギャップ位置に到達したタイミングで、噴流（混合気塊）が静止できずにある速度で第１点火プラグ２５の電極に衝突するため第１点火プラグ２５によりプラグギャップに生成される火花が却って吹き消されることとなり、成層燃焼に失敗することがある。

これに対して、本実施形態（請求項２に記載の発明）によれば、燃料噴射弁２１の噴霧到達距離が、噴孔２１ａから第１点火プラグ２５のプラグギャップまでの距離より余裕分だけ長くなるように第１点火プラグ２５を配置するので、燃料噴射弁２１からの噴流が第１点火プラグ２５のプラグギャップ位置に到達したタイミングで噴流（混合気塊）がほぼ静止し、これによって第１点火プラグ２５によりプラグギャップに生成される火花が吹き消されることがなく、良好に成層燃焼を行わせることができる。

高負荷域での吸気行程噴射の際には、燃焼室５内圧力が大気圧に近く燃料噴射弁２１の噴霧到達距離が低負荷域より伸びる傾向にあり、低負荷域での圧縮行程噴射時よりも燃料噴射弁２１からの噴流による第１点火プラグ２５への攻撃性が高まる（第１点火プラグ２５によりプラグギャップに生成される火花が燃料噴射弁２１からの噴流により吹き消され易くなる）ことが考えられるが、本実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、燃料噴射弁２１と第１点火プラグ２５の間に吸気ポートの燃焼室開口端１１ａが位置するので、吸気行程噴射中には第１点火プラグ２５の手前に吸気バルブが突出して立ちはだかり、燃料噴射弁２１からの噴流の勢いを弱めるように働くことから、第１点火プラグ２５へ直接指向する噴霧を低減できる。

図３は第２実施形態のエンジン本体１の概略構成図である。詳細には図３は図３（Ａ）と図３（Ｂ）とからなり、図３（Ａ）はエンジン本体１を上から見た上面図、図３（Ｂ）はエンジン本体１を横（吸気ポート側）から見た側面図である。ただし、図３（Ａ）、（Ｂ）は一気筒分のみを代表して示すもので、実際には図で左右方向に残りのシリンダ４（４気筒エンジンであれば残り３つのシリンダ）がほぼ等間隔で一列に配置されている。なお、図３（Ａ）、図３（Ｂ）において図１（Ａ）、図１（Ｂ）と同一部分には同一の番号を付している。

第２実施形態は、第１実施形態と同じシリンダボア径（大略６５ｍｍ以下）である場合に、燃料噴射弁５１の噴孔５１ａから第１点火プラグ２５のプラグギャップまでの距離Ｄが、第１実施形態の場合の燃料噴射弁２１の噴孔２１ａから第１点火プラグ２５のプラグギャップまでの距離Ｃ（≒Ａ）より長くなるようにしたものである。すなわち、図３（Ａ）に示したように第１点火プラグ２５の位置が、第１実施形態の場合よりも燃料噴射弁の噴孔５１ａから離れる位置（図で上方）へと変更され、シリンダ中心軸を通る線ｂに近づいている。言い替えると、第１点火プラグ２５の位置が、シリンダ中心軸ａを中心として時計方向に第１実施形態の場合より回転している。

上記のように燃料噴射弁の噴孔５１ａから第１点火プラグ２５のプラグギャップまでの距離Ｄを第１実施形態の場合より長くしたことに対応して、燃料噴射弁５１の噴霧到達距離が、噴孔５１ａから第１点火プラグ２５のプラグギャップまでの距離Ｄより余裕を持って（余裕代だけ）長くなるような燃料噴射弁５１が採用されている。このように第２実施形態の燃料噴射弁５１は、第１実施形態の燃料噴射弁２１とは噴霧到達距離が相違するので、第１実施形態の燃料噴射弁２１と区別するため燃料噴射弁に付ける番号を「５１」としている。

第２実施形態によれば、噴霧到達距離が第１実施形態の場合より長くなり、それだけ燃料噴射弁５１からの噴流ｄ中の燃料噴霧の気化が促進されることとなり、第１実施形態よりも良好な混合気塊を第１点火プラグ２５のプラグギャップ近傍に到達させることができる。

上記点火プラグ２５の位置変更を受けて、排気ポートの燃焼室開口端１２ａと吸気ポートの燃焼室開口端１１ａの位置が、図３（Ａ）に示したようにシリンダ中心軸ａを中心として時計方向に回転した位置に移っている。言い替えると、第１点火プラグ２５と吸気ポートの燃焼室開口端１１ａとが、燃料噴射弁の噴孔５１ａと第１点火プラグ２５のプラグギャップとをつないだ直線ｆ上から吸気ポートの燃焼室開口端１１ａが離れるように配置されている。このため、吸気行程噴射を行う際には、燃焼室５内に吸気バルブが突出しても燃料噴射弁５１からの噴流がその突出した吸気バルブに干渉するのを抑制できる。

なお、第２実施形態でも各気筒の燃焼室５はペントルーフ型であるが、上記排気ポートの燃焼室開口端１２ａと吸気ポートの燃焼室開口端１１ａの位置変更を受け、稜線の位置が変更されている。すなわち、第１実施形態では、図１（Ａ）に示したように稜線ｅが気筒列方向（図で水平方向）にあったものが、第２実施形態では、図３（Ａ）に示したように、第２実施形態における稜線ｅは、第１実施形態における稜線ｅをシリンダ中心軸ａを中心として時計方向に所定の角度θだけ回転した位置にきている。

また、上記点火プラグ２５の位置変更を受けて、吸気ポート１１、排気ポート１２は第１実施形態の場合より湾曲して形成されることとなり、特に吸気ポート１１のうちシリンダヘッド側壁２に近い部分が、燃料噴射弁５１と上下方向（シリンダ軸方向）に重ならない位置へとずれている。この結果、吸気ポート側から見ると図３（Ｂ）に示したように、燃料噴射弁５１の真上（近傍）にスペースが生じており、これを受けて燃料チューブ２２の補強部材２３のうち燃料噴射弁５１のすぐ真上（近傍）のスペースに、燃料チューブ２２を締結するためのボルト孔２４ｃを設けることができている。このように、燃料噴射弁５１のすぐ真上（近傍）に燃料チューブ締結ボルト孔２４ｃを設けることができると、次の２つのメリットが生じる。

第１メリット：燃料噴射弁５１の近傍でボルトを締結することで第１実施形態の場合よ り燃料チューブ２２の変形を防止できる。

第２メリット：第１のメリットに伴うものである。燃料噴射弁５１近傍でのボルト締結 により燃料チューブ２２の変形を第１実施形態の場合より防止できること から、燃料チューブ２２の下方に設けるボルト孔２４ｄは、燃料噴射弁２ １の直ぐ真上に設けるボルト孔２４ｃと、隣接する気筒用の燃料噴射弁５ １の真上に設けるボルト孔（図示しない）とのほぼ中間の位置に１つ設け るだけでよい。すなわち、第１実施形態では、１気筒当たり２本の燃料チ ューブ締結ボルトが必要であったのに対して、第２実施形態では２気筒当 たり３本の燃料チューブ締結ボルトでよくなり、第１実施形態の場合より 燃料チューブ締結ボルトの総本数を減らすことができる。

ここで、第２実施形態の作用効果を説明する。

第２実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、第１点火プラグ２５と吸気ポートの燃焼室開口端１１ａとを、燃料噴射弁の噴孔５１ａと第１点火プラグ２５のプラグギャップとをつないだ直線ｆ上から吸気ポートの燃焼室開口端１１ａが離れるように配置するので、吸気行程噴射を行う際には、燃焼室５内に吸気バルブが突出しても燃料噴射弁５１からの噴流がその突出した吸気バルブに干渉するのを抑制できる。

第２実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、各燃焼室５が一列に並んで形成されるシリンダヘッドのうち一方のシリンダヘッド側壁２に、吸気ポートの他端をそれぞれ開口すると共に、各吸気ポートの燃焼室開口端１１ａとこのシリンダヘッド側壁２との間に各燃料噴射弁５１を設け、各燃料噴射弁５１に燃料を供給するための燃料チューブ２２をシリンダヘッド側壁２に沿ってかつ各吸気ポートのシリンダヘッド側壁開口端１１ｂの下方に配置し、さらに各吸気ポートのシリンダヘッド側壁開口端１１ｂを燃料量噴射弁５１の真上にスペースが生じるように位置させ、燃料チューブ２２を、少なくともこの生じたスペースに配置する締結ボルトにより締結するので、第１実施形態のように吸気ポートのシリンダヘッド側壁開口端１１ｂが燃料量噴射弁２１に覆い被さるようにして燃料噴射弁２１の近傍にあるために吸気ポートのシリンダヘッド側壁開口端１１ｂと燃料噴射弁２１との間にスペースがなく燃料量噴射弁２１の近傍に燃料チューブ締結ボルトを配置することができず、燃料噴射弁２１から離れた位置で締結ボルトにより燃料チューブを締結する場合よりも、燃料チューブ２２の変形抑制効果が高くなると共に、燃料チューブ締結ボルトの本数を１気筒当たり２本の燃料チューブ締結ボルト数から２気筒当たり３本の燃料チューブ締結ボルト数へと削減できる。

本発明の第１実施形態のエンジン本体の概略構成図。 従来の４弁エンジンの概略構成図。 本発明の第２実施形態のエンジン本体の概略構成図。

符号の説明

１ エンジン本体
２ シリンダヘッド側壁
４ シリンダ
５ 燃焼室
１１ 吸気ポート
１１ａ 吸気ポートの燃焼室開口端
１２ 排気ポート
１２ａ 排気ポートの燃焼室開口端
２１ 燃料噴射弁
２１ａ 噴孔
２５ 第１点火プラグ
２６ 第２点火プラグ
５１ 燃料噴射弁
５１ａ 噴孔

Claims (5)

1. １つの燃焼室に対して、この燃焼室に一端が開口する１つの吸気ポートと、
   この燃焼室に一端が開口する１つの排気ポートと、
   前記吸気ポートの燃焼室開口端を開閉する１つの吸気バルブと、
   前記排気ポートの燃焼室開口端を開閉する１つの排気バルブと、
   ２つの点火プラグと、
   燃焼室の周縁に設けられ、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と
   を有し、
   前記２つの点火プラグは前記吸気ポートの燃焼室開口端と前記排気ポートの燃焼室開口端との間にあるスペースのうち、前記燃料噴射弁の噴孔から相対的に遠い位置のスペースにある第１点火プラグと、前記燃料噴射弁の噴孔から相対的に近い位置のスペースにある第２点火プラグとからなり、
   前記燃料噴射弁より圧縮行程噴射を行う際に、前記第１点火プラグに向けてスプレー状の燃料を噴射し前記第１点火プラグのプラグギャップに火花を飛ばすことにより成層燃焼を行わせることを特徴とする筒内直接噴射式火花点火エンジン。
2. 前記燃料噴射弁の噴霧到達距離が、前記噴孔から前記第１点火プラグのプラグギャップまでの距離より余裕を持って長くなるように前記第１点火プラグを配置することを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。
3. 前記燃料噴射弁と前記第１点火プラグの間に前記吸気ポートの燃焼室開口端が位置し、前記圧縮行程噴射を低負荷域で行い、高負荷域になると、前記燃料噴射弁より吸気行程噴射を行うことを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。
4. 前記第１点火プラグと前記吸気ポートの燃焼室開口端とを、前記燃料噴射弁の噴孔と前記第１点火プラグのプラグギャップとをつないだ直線上から前記吸気ポートの燃焼室開口端が離れるように配置することを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。
5. 各燃焼室が一列に並んで形成されるシリンダヘッドのうち一方のシリンダヘッド側壁に、前記吸気ポートの他端をそれぞれ開口すると共に、
   各吸気ポートの燃焼室開口端とこのシリンダヘッド側壁との間に各燃料噴射弁を設け、
   各燃料噴射弁に燃料を供給するための燃料チューブを前記シリンダヘッド側壁に沿ってかつ各吸気ポートのシリンダヘッド側壁開口端の下方に配置し、
   さらに各吸気ポートのシリンダヘッド側壁開口端を燃料量噴射弁の真上にスペースが生じるように位置させ、
   前記燃料チューブを、少なくともこの生じたスペースに配置する締結ボルトにより締結することを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。

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