WO2004067928A1

WO2004067928A1 - 筒内噴射式内燃機関

Info

Publication number: WO2004067928A1
Application number: PCT/JP2004/000445
Authority: WO
Inventors: Kaoru Hanawa; Hiroya Ueda; Shuichi Ishida
Original assignee: Honda Motor Co., Ltd.
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2004-08-12
Also published as: JP4020792B2; EP1589201B1; CN1745232A; EP1589201A1; CN100400816C; EP1589201A4; MY136756A; JP2004263570A; AR042749A1; BRPI0407035B1; ES2532605T3; BRPI0407035A

Abstract

筒内噴射式内燃機関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、ピストン５の頂部のキャビティ51内に収まるように混合気を噴射する。ピストン５の周縁部53に形成されたスキッシュエリア54と、燃焼室８を形成するシリンダヘッド３の天井面30に形成されたスキッシュエリア34との共同により、ピストン５の周縁部53上で、噴射中心線L4に向かうにつれて上方に向かうと共に、キャビティ51の開口に上方向で対向する天井面30の対向部30aに沿う斜めスキッシュ20が生成される。かかる構成により、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が改善される。

Description

筒内噴射式内燃機関 fe 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ヤ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。明背景技術

従来、この種の筒内噴射式内燃機関として、書例えば日本国特許第 2 9 3 6 8 0 6号公報に開示されたものが知られている。この筒内噴射式内燃機関では、ビ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燃料が噴射され、その噴射燃料が、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へ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。

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（キヤビティに相当）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。

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。

また、キヤ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ヤ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、キヤビティの上方に存在する混合気がキヤ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。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その主目的は、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、燃費および排気ェミッションの改善を図ることにある。また、本発明は、さらに、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、および着火性の向上を図ることを目的とする。発明の開示

上記主目的を達成するため、本発明は、頂面にキヤビティが形成されたピストンと、シリンダへッドと、ピストンとシリンダへッドとの間にシリンダへッドの内壁面を天井面として形成される燃焼室と、燃焼室に臨んで配置された燃料噴射弁および点火栓とを備え、燃料噴射弁が前記キヤ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ヤビティ内に収まるように燃料を噴射するように構成され、ピストンの前記頂面の、前記キヤビティの開口よりも外側の環状の周緣部には、その外周緣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部分を有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部分を有するへッド側スキッシュエリァが形成され、前記ピストン側スキッシユエリアと前記へ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上方向で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ることを特徴とする筒内噴射式内燃機関を提供する。

これにより、燃料噴射弁から噴射された噴射流は、キヤビティからはみ出すことなくキヤビティ内に収まる。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、キヤ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、キヤ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。

この結果、次の効果が奏される。すなわち、斜めスキッシュによりキヤ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、燃費および排気ェ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、キヤ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，キヤ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。

本発明では、上記筒内噴射式内燃機関において、前記燃料噴射弁は、燃料と空気の混合気からなる噴射流を噴射する弁とし、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するよう構成することができる。これにより、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つてほぼ等しくなるように噴射されるので、キヤ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。

この結果、次の効果が奏される。すなわち、混合気がキヤ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ヤ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、燃費および排気ェミツションが改善される。

好ましくは、前記燃料噴射弁は、噴射中心線の方向に見て、前記開口の中心と重なる位置に配置され、前記点火栓は、前記開口を規定する前記周縁部の内周縁よりも前記燃料噴射弁の近くに位置する発火部を有するようにすることができるこれにより、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燃料噴射弁の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。

したがって、キヤ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、燃費および排気ェミッションが改善される。

前記点火栓の発火部は、前記ビストンが上死点にあるとき前記キヤビティ内に位置し、前記発火部は前記燃料噴射弁よりもピストン寄りに位置するようにするのが望ましい。

これにより、燃料噴射弁のノズル部は、上死点でのピストンのキヤビティ内に位置することから、キヤビティにより近接した位置を占めることになり、したがつて、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ヤビティ内でノズル部よりも下方に位置することから、キヤ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、キヤ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とになる。

この結果、次の効果が奏される。すなわち、発火部付近に、キヤ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、燃費および排気ェミッションが改善される。前記キヤビティは、前記発火部に対応する部分で最も深くなるような底壁面をもつように構成するのが望ましい。 ·

これにより、燃料噴射弁のノズル部からの燃料噴射流がキヤビティの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もつので、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。

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、怪方向とは、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。図面の簡単な説明

図 1は、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であって、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で示され、シリンダへッドは、図 3の I — I矢視での断面に相当する断面で示される図 2は、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であって、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で示され、シリンダへッドは、図 3 の I I 一 I I矢視での断面に相当する断面で示される。

図 3は、シリンダヘッドについての図 1の I I I— I I I矢視図である。図 4は、ピストンについての図 1の I V— I V矢視図である。

図 5 Aは、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であって、燃料噴射時期での状態を示す。

図 5 Bは図 5 Aと同様な図であって、スキッシュが生成されている時期での状態を示す。

図 5 Cは図 5 Aと同様な図であって、ピストンの上死点で.の状態を示す。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施例を図面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ストロ一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と、同クランクケース 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へッド 3と、シリンダへッド 3の上端に結合されるへッドカバー 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。

シリンダ 2とシリンダへッド 3との間であって、ピストン 5とシリンダへッド 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、シリンダへッド側においてシリンダへッド 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に凹状に形成されるキヤビティ 5 1の壁面 52により規定される。

図 3を併せて参照すると，シリンダへッド 3には、天井面 30に開口する 1対の吸気口 31 a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 31 a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 1 0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。

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 L 1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、キヤビティ 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内に突出する回転体形状の案内部 62alを有する。そして、案内部 62al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 62al の上部と小径部 62bとの間に形成される環状の噴口から噴射流 63が噴射され、この噴射流 63は、案内部 62alに沿って流れるため、前記噴口からの流出直後における噴射流 63の拡がりが抑制される。その結果、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 L 2と同軸である。

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。

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が設けられ、この動弁装置 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 1 1 aおよび排気カム l i bを有するカム軸 1 1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ァ 1 3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 1 1 a に接触する吸気力ムフォロアおよび排気力ム 1 1 bに接触する排気力ムフォロア 13 と、シリンダへッド 3に固定された 1対の口ッカ軸 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口ッカアーム 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 1 5および排気口ッ力アーム 16 にそれぞれ両端部で当接して、該吸気力ムフォロアおよび排気力ムフォロア 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。カム軸 1 1は、力ムスプロケット 1 8およびタイミングチェ一ン 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 1 1と共に回転する吸気カム 1 1 aおよび排気カム l i bが、前記吸気力ムフォロアおよび排気力ムフォロア 13をそれぞれ揺動させ、揺動する該吸気力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を介して吸気口ッカァ一ム 1 5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 1 5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。

図 1 , 図 4 , 図 5 Cを参照すると、キヤビティ 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、キヤビティ 51の開口 51 a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。キヤビティ 51の開口 51 a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またはキヤビティ 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 L 1に直交する直交平面上にほぼ位置する。

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 L 1に交差する 1つの平面上、この実施例ではシリンダ軸線 L 1に直交する 1つの直交平面上にほぼ位置する。

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 (図 5 B ) を生成するヘッド側スキッシュエリア 34が形成される。スキッシュエリァ 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 31 a, 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。

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 31 a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 3 4d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中間エリァ 54cおよび第 2中間エリァ 54dから構成される。

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、それらスキッシユエリア 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において上方向でキヤビティ開口 51 aに対向する部分である対向部 30aに沿う気流となる。

ここで、吸気側ェリァ 34aおよび排気側ェリァ 34b、第 1中間ェリァ 34cおよび第 2中間エリァ 34d、吸気側エリァ 54aおよび排気側エリァ 54b、第 1中間エリァ 5 4cおよび第 2中間エリア 54dは、それぞれ噴射中心線を挟んで対をなして位置するエリアである。そして、スキッシユエリア 34の 4つのエリア 34a, 34b, 34c, 3 4d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。

図 2を参照すると、燃料噴射弁 60は、その一部がシリンダヘッド 3に取り付けられ、残りの部分がへッド力バー 4に取り付けられており、この燃料噴射弁 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内のキヤビティ 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。

燃料噴射弁 60は、ヘッドカバ一 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、シリンダへッド 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からキヤピティ 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。このノズル部 62aは、図 3に示されるように、平面視で、キヤビティ開口 51 aの中心、すなわち同開口 51 a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、キヤビティ開口 51 aにおいて内周縁 53aと噴射流 63の外周緣 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。

第 2噴射弁 62は、その上端部に形成される空気導入部 62b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の貫通孔に揷入される小径部 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 61 aが空気導入部 62bに連なって配置される。

第 1収納筒 40と、第 2噴射弁 62の空気導入部 62bおよび第 1噴射弁 61のノズル部 61 a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。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。

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 62al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、キヤビティ 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 62al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 51 aまたは内周縁 53aとほぼ同一の高さ位置または開口 51 a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。

また、図 5 Cに示されるように、キヤビティ 51は、着火性が良好な混合比の混合気がキヤビティ 51内に存在しやすくするように、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）または噴流中心線 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。

次に、図 5 A、図 5 B、図 5 C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、その噴流中心線 L4がキヤビティ 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がキヤビティ 51内に収まるように、または平面視で噴射流 63の外周縁 63 aがキャビティ 51の開口 51 a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 51 aを含むキヤビティ 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。

また、ノズル部 62aの案内部 62alが上死点でのビストン 5のキヤビティ 51内に位置することにより、噴射時期における案内部 62alは、案内部 62alが上死点でのピストン 5のキヤビティ 51外に位置するものに比べて、キヤビティ 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。

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に向かつ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、さらにキヤビティ 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、キヤビティ 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。

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、キヤビティ内にほぼ収まつ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のキヤビティ 51内に位置するノズル部 62aの案内部 62alよりも下方にあることにより、点火時期においてキヤビティ 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、スキッシュエリァ 54を含む周縁部 53上にはェ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。

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がキヤビティ 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には環状のスキッシュエリァ 54が形成され、燃焼室 8の天井面 30にはスキッシュエリァ 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、スキッシュェリア 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 Uとほぼ同軸の噴射中心線 L4に向かう。したがって、キヤビティ 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 30 aに沿う気流となるので、キヤビティ 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 51 a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。

その結果、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、燃費および排気ェミッションが改善されるうえ、キヤビティ 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、キヤビティ 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、キヤビティ 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、キヤビティ 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。

噴射流 fi3は燃料と空気との混合気からなり、燃料噴射弁 60は、内周緑 53aと噴射流 63の外周緣 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。したがって、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、キヤビティ 5 1の開口 5 ί a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、混合気がキヤビティ 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によりキヤビティ 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、燃費および排気ェミッションが改善される。ノズル部 62 aは平面視でキャビティ開口 51 a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 51 a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、キヤビティ 51の開口 51 a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。

発火部 71は、ピストン 5が上死点にあるときキヤビティ 51内に位置し、発火部 71はノズル部 62aの案内部 62alよりも下方に位置することにより、案内部 62alはキヤビティ 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のキヤビティ 51内でノズル部 62aよりも下方に位置することから、キヤピティ 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、キヤビティ 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。

以下、前述した実施例の一部の構成を変更した実施例について、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 53M則から内周縁 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。

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。

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。

Claims

1 . 頂面にキヤビティ（51)が形成されたピストン（5)と、シリンダヘッド（3)と、ピストン（5)とシリンダへッド（3)との間にシリンダへッドの下壁面を天井面（3 0)として形成される燃焼室 (8)と、燃焼室 (8)に臨んで配置された燃料噴射弁（60) および点火栓 (70)とを備え、燃料噴射弁（60)が前記キヤビティ（51)内を指向する噴射中心線 (L4)を有する噴射流 (63)として燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関に請

おいて、

前記燃料噴射弁（60)は、圧縮行程時に前記噴射流 (63)の外周縁 (63a)が前記キャピティ（51)内に収まるように燃料を噴の射するように構成され、ピストン（5)の前記頂面の、前記キヤビティ（51)の開口（51 a)よりも外側の環状の周縁部（53)には、その外周縁（53b)側から前記噴射中心線 (L4)囲に向かうにつれて上方に傾斜する部分を有するビストン側スキッシュエリァ（54)が形成され、前記天井面（30)には、その外周縁（30b)側から前記噴射中心線 (L4)に向かうにつれて上方に傾斜する部分を有するへッド側スキッシュエリア（34)が形成され、前記ピストン側スキッシユエリア（54)と前記へッド側スキッシュエリア（34)とにより、前記周縁部（5 3)上で前記噴射中心線 (L4)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（51 a)に上方向で対向する前記天井面（30)の対向部（30a)に沿う斜めスキッシュ（20)が生成されることを特徴とする筒内噴射式内燃機関。

2 . 前記燃料噴射弁（60)は、燃料と空気の混合気からなる噴射流 (63)を噴射する弁であり、前記燃料噴射弁（60)は、前記開口（51 a)を規定する前記周縁部（53) の内周縁（53a)と前記噴射流（63)の外周縁（63a)との間の距離が前記内周縁（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よう構成されてい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 . 前記燃料噴射弁（60)は、噴射中心線 (L4)の方向に見て、前記開口（51 a)の中心と重なる位置に配置され、前記点火栓 (70)は、前記開口（51 a)を規定する前記周縁部（53)の内周縁 (53a)よりも前記燃料噴射弁 (60)の近くに位置する発火部（ 71)を有す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。

4 . 前記点火栓（70)の発火部（71)は、前記ピストン（5)が上死点にあるとき前記キヤピティ（51)内に位置し、前記発火部 (71)は前記燃料噴射弁（60)よりもピストン（5)寄りに位置することを特徴とする請求項 2記載の筒内噴射式内燃機関。

5 . 前記キヤビティ（51)は、前記発火部 (71)に対応する部分で最も深くなるような底壁面（52a)を有す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