JP7112998B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼室に接続されて燃焼室に流入する空気を案内する吸気ポートと、弁本体よりも縮小する径で弁本体から軸方向に延びて、吸気ポート内の空間に先端の噴口から燃料を噴射する燃料噴射弁と、軸方向に弁本体を受けて、ノズルの通過孔を形成する環状体と、吸気ポートの内面から窪んで、環状体の前方でノズルの外周に空間を形成しながら部分的にノズルを収容する窪みとを備えるシリンダーヘッドを含む内燃機関に関する。

吸気ポート内の空間に先端の噴口から燃料を噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関は一般に知られる。こうした内燃機関ではできるだけ吸気通路の中心線に近い位置から燃料は噴射されることが望まれる。とはいえ、燃料噴射弁が気流の経路に進入すればするほど、気流に乱れは生じてしまう。気流の乱れは吸気ポートの内面に対して噴霧燃料の付着を助長してしまう。

特開２０１２－１８８９３７号公報

特許文献１は、吸気ポートの内面から窪んで、燃料噴射弁のノズルの外周に空間を形成しながら部分的にノズルを収容する窪みを開示する。こうした構造が吸気ポートの湾曲と組み合わせられると、円錐形状の噴霧燃料の経路は吸気ポートに同軸に合わせ込まれることができる。しかしながら、窪みは気流の乱れを引き起こしてしまう。また、吸気ポートの内面から大きく突き出す燃料噴射弁のノズルも気流の乱れを引き起こしてしまう。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、吸気ポートで気流の乱れを抑制して吸気ポートの内面における噴霧燃料の付着を減少させることができる内燃機関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、燃焼室に接続されて前記燃焼室に流入する空気を案内する吸気ポートと、弁本体よりも縮小する径で前記弁本体から軸方向に延びるノズルを有し、前記吸気ポート内の空間に前記ノズル先端の噴口から燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記軸方向に前記弁本体を受けて、前記ノズルの通過孔を形成する環状体と、前記吸気ポートの内面から窪んで、前記環状体の前方で前記ノズルの外周との間に空間を形成しながら部分的に前記ノズルを収容する窪みとを備えるシリンダーヘッドを含む内燃機関において、前記吸気ポートは、前記環状体の一部を構成して前記吸気ポートの内面から前記通過孔の外縁に沿って膨らむ膨出部を、前記窪みの上流に備え、前記ノズルは、当該ノズルの一部を前記吸気ポートの基準流路を越えて前記吸気ポートの内方に突出させる。なお、「吸気ポートの基準流路」とは、膨らみや窪みなく滑らかな湾曲面で形成される吸気ポートの仮想的な空気の流路をいう。

第２側面によれば、第１側面の構成に加えて、円錐形状に前記噴口から噴射される噴霧燃料の経路を避けて前記吸気ポートの内面に形成される逃げ面を有する。

第１側面によれば、環状体が吸気ポートの内面に膨出部を作り出すことで、燃料噴射弁のノズルは吸気ポートの中心に近づき配置されることができる。しかも、窪み内でノズルの外周に空間が確保されることで、吸気ポート内の気流が膨出部を乗り越えて窪みに流入すると、気流の乱れは抑制されることが見出された。したがって、吸気ポート内では内面に対して噴霧燃料の付着は抑制されることができる。燃焼室内で良好な燃焼は実現されることができる。粒子状物質（ＰＭ）の生成は低減されることができる。

第２側面によれば、逃げ面の働きで吸気ポート内では内面に対して噴霧燃料の付着は抑制されることができる。燃焼室内で良好な燃焼は実現されることができる。粒子状物質（ＰＭ）の生成は低減されることができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の部分断面図であって、吸気弁および排気弁の軸心を含む断面の構造を概略的に示す図である。 図１の２－２線に沿った断面図である。 吸気ポートを象った中子の形状を示す側面図および上面図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。

図１は本発明の実施形態に係る内燃機関を概略的に示す概念図である。内燃機関１１は、シリンダー軸線Ｃに同軸の円筒空間を区画するシリンダーボア（シリンダー）１２を有するシリンダーブロック１３と、シリンダーブロック１３の上端に結合されて、動弁機構１４を支持するシリンダーヘッド１５とを備える。シリンダーヘッド１５には動弁機構１４を覆うヘッドカバー（図示されず）が結合される。

シリンダーブロック１３には、シリンダー軸線Ｃに沿って往復運動自在にシリンダーボア１２に案内されるピストン１６が収容される。ピストン１６は、シリンダーヘッド１５に向き合う冠面１７でシリンダーヘッド１５との間に燃焼室１８を形成する。シリンダーボア１２の開口はシリンダーヘッド１５を受け止める座面１９で囲まれる。座面１９はシリンダー軸線Ｃに直交する平面ＳＰ内で広がる。シリンダーブロック１３は例えばアルミニウム合金といった金属材料から鋳造されて成形される。

ピストン１６には回転軸線Ｒｘ回りで回転自在にクランクケースに支持されるクランクシャフト２２が接続される。コネクティングロッド２３はピストン１６とクランクシャフト２２のクランクピンとを連結する。ピストン１６の線形運動はコネクティングロッド２３の働きでクランクシャフト２２の回転運動に変換される。

シリンダーヘッド１５には、燃焼室１８に接続されて燃焼室１８に流入する空気を案内する吸気ポート２４と、燃焼室１８に接続されて燃焼室１８から流出する空気を案内する排気ポート２５とが形成される。吸気ポート２４は、シリンダーボア１２ごとに燃焼室１８に向かって延びる１本の導入ポート２４ａと、導入ポート２４ａの先端で二股に分岐して燃焼室１８の天井面で並んで開口する個別ポート２４ｂとを有する。排気ポート２５は、天井面で並んで開口する２つの個別ポート２５ａと、個別ポート２５ａから合流して延びる集合ポート２５ｂとを有する。吸気ポート２４の開口および排気ポート２５の開口にはそれぞれバルブシート２６、２７が固定される。

動弁機構１４は、軸方向に変位自在にシリンダーヘッド１５に支持されて、燃焼室１８に臨んで吸気ポート２４の開口を開閉する吸気弁２８と、軸方向に変位自在にシリンダーヘッド１５に支持されて、燃焼室１８に臨んで排気ポート２５の開口を開閉する排気弁２９とを備える。シリンダーヘッド１５には、吸気ポート２４の開口に設置されるバルブシート２６に同軸に配置されて、吸気弁２８の軸方向変位を案内する軸ガイド３１と、排気ポート２５の開口に設置されるバルブシート２６に同軸に配置されて、排気弁２９の軸方向変位を案内する軸ガイド３２とが埋め込まれる。吸気ポート２４の個別ポート２４ｂには、軸ガイド３１から吸気ポート２４の開口に向かって延びて、吸気ポート２４の基準流路３３に接続される収容空間３４が形成される。収容空間３４の形状は軸ガイド３１に同軸の円筒面で仕切られる。ここでは、基準流路３３は、膨らみや窪みなく滑らかな湾曲面で形成される仮想的な空気の流路をいうものとする。吸気弁２８および排気弁２９はそれぞれ吸気ポート２４および排気ポート２５の閉鎖時にバルブシート２６、２７に着座する。

動弁機構１４は、クランクシャフト２２の回転軸線Ｒｘに平行な軸心回りで回転自在にシリンダーヘッド１５に支持されるカムシャフト（図示されず）の働きで、吸気弁２８および排気弁２９の軸方向変位を引き起こす。吸気弁２８および排気弁２９の軸方向変位にあたって吸気弁２８および排気弁２９とカムシャフトとの間にはロッカーアーム（図示されず）が介在することができる。

シリンダーヘッド１５には、吸気ポート２４内の空間に先端の噴口３５を臨ませる燃料噴射弁３６が取り付けられる。燃料噴射弁３６は、弁本体３６ａと、弁本体３６ａから軸方向に前方に延びて、前端に噴口３５を有するノズル３６ｂとを備える。ここでは、導入ポート２４ａごとに２つの燃料噴射弁３６は取り付けられる。個々の燃料噴射弁３６は導入ポート２４ａに取り付けられて個々の個別ポート３５ｂに向かって指向する。燃料噴射弁３６は、吸気ポート２４の開口に向かって、ノズル３６ｂに同軸の円錐形状に噴口３５から燃料を噴霧する。

シリンダーヘッド１５には、燃料噴射弁３６の弁本体３６ａを受け入れる円柱空間の取付孔３７が形成される。取付孔３７の前端には、軸方向に弁本体３６ａを受け止めて、ノズル３６ｂの通過孔３８を形成する環状体３９が配置される。環状体３９はシリンダーヘッド１５の金属体に一体化される。環状体３９は、取付孔３７周りに、燃料噴射弁３６を保持する剛性の肉厚を確保する外径を有する。

環状体３９の前方には、吸気ポート２４の内面から窪む窪み４１が形成される。窪み４１は、環状体３９の前方でノズル３６ｂの外周に空間を形成しながら部分的にノズル３６ｂを収容する。窪み４１の形状はノズル３６ｂに同軸の円筒面で仕切られる。窪み４１は基準流路３３から膨らむ空間を形成する。ノズル３６ｂは、その一部を吸気ポート２４の基準流路３３を越えて吸気ポート２４の内方に突出させる。

吸気ポート２４の内面には、環状体３９の一部を構成して窪み４１の上流で吸気ポート２４の内面から通過孔３８の外縁に沿って膨らむ膨出部４２が形成される。膨出部４２は吸気ポート２４の基準流路３３に凹みを形成する。図２に示されるように、膨出部４２の形状は環状体３９の形状を反映する。

個々の窪み４１と対応する収容空間３４との間で吸気ポート２４の内面には円錐形状に噴口３５から噴射される噴霧燃料の経路４３を避ける逃げ面４４が形成される。逃げ面４４は、基準流路３３から後退する導入ポート２４ａの壁面で形成される。逃げ面４４の形状は例えば円錐形状の噴霧燃料の経路を反映する。

図３はシリンダーヘッド１５の鋳造にあたって用いられる中子４６を示す。中子４６は、吸気ポート２４の基準流路３３を象る本体４７と、本体４７から膨らんで個々に窪み４１を象る２つの第１突起４８と、第１突起４８の下流で本体４７から膨らんで個々の収容空間３４を象る２つの第２突起４９とを備える。本体４７の外表面には、第１突起４８の上流で本体４７の表面から凹んで膨出部４２を象る２つの凹部５１が形成される。第２突起４９の上流で本体４７から盛り上がって第２突起４９に接続される膨らみ５２が形成される。

次に本実施形態の動作を説明する。ピストン１６が下降して吸気弁２８が吸気ポート２４の開口を開放すると、個々の個別ポート２４ｂから燃焼室１８に空気は流入する。このとき、燃焼室１８に流入する空気には燃料噴射弁３６から燃料が噴射される。燃料はノズル３６ｂに同軸の円錐形状の経路に沿って噴口３５から噴霧される。吸気ポート２４内で混合気は生成される。

本実施形態では、環状体３９が吸気ポート２４の内面に膨出部４２を作り出すことで、燃料噴射弁３６のノズル３６ｂは吸気ポート２４の中心に近づき配置されることができる。しかも、窪み４１内でノズル３６ｂの外周に空間が確保されることで、図１に示されるように吸気ポート２４内の気流が膨出部４２を乗り越えて窪み４１に流入すると、気流の乱れは抑制されることが見出された。したがって、吸気ポート２４内では内面に対して噴霧燃料の付着は抑制されることができる。燃焼室１８内で良好な燃焼は実現されることができる。粒子状物質（ＰＭ）の生成は低減されることができる。

本実施形態に係るシリンダーヘッド１５では、円錐形状に噴口３５から噴射される噴霧燃料の経路を避けて吸気ポート２４の内面に逃げ面４４が形成される。逃げ面４４の働きで吸気ポート２４内では内面に対して噴霧燃料の付着は抑制されることができる。燃焼室１８内で良好な燃焼は実現されることができる。粒子状物質（ＰＭ）の生成は低減されることができる。

１１…内燃機関、１５…シリンダーヘッド、１８…燃焼室、２４…吸気ポート、３３…（吸気ポート）の基準流路、３５…噴口、３６…燃料噴射弁、３６ａ…弁本体、３６ｂ…ノズル、３８…通過孔、３９…環状体、４１…窪み、４２…膨出部、４３…（噴霧燃料の）経路、４４…逃げ面。

Claims (1)

1. 燃焼室（１８）に接続されて前記燃焼室（１８）に流入する空気を案内する吸気ポート（２４）と、
   弁本体（３６ａ）よりも縮小する径で前記弁本体（３６ａ）から軸方向に延びるノズル（３６ｂ）を有し、前記吸気ポート（２４）内の空間に前記ノズル（３６ｂ）先端の噴口（３５）から燃料を噴射する燃料噴射弁（３６）と、
   前記軸方向に前記弁本体（３６ａ）を受けて、前記ノズル（３６ｂ）の通過孔（３８）を形成する環状体（３９）と、
   前記吸気ポート（２４）の内面から窪んで、前記環状体（３９）の前方で前記ノズル（３６ｂ）の外周との間に空間を形成しながら部分的に前記ノズル（３６ｂ）を収容する窪み（４１）と
   を備えるシリンダーヘッド（１５）を含む内燃機関（１１）において、
   前記吸気ポート（２４）は、前記環状体（３９）の一部を構成して前記吸気ポート（２４）の内面から前記通過孔（３８）の外縁に沿って膨らむ膨出部（４２）を、前記窪み（４１）の上流に備え、
   前記ノズル（３６ｂ）は、当該ノズル（３６ｂ）の一部を前記吸気ポート（２４）の基準流路（３３）を越えて前記吸気ポート（２４）の内方に突出させることを特徴とする内燃機関。

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