JP2005002840A

JP2005002840A - 内燃機関及び内燃機関の駆動方法

Info

Publication number: JP2005002840A
Application number: JP2003165346A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Komori; 啓介小森; Toshimi Kashiwakura; 利美柏倉; Takashi Hajima; 孝志羽島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】吸気弁の位置によらずに気筒内に燃料を噴射すること。
【解決手段】この内燃機関１０は、吸気弁３６_１、３６_２を備えており、吸気弁３６_１、３６_２側に配設された燃料噴射弁２０によって気筒３０内に燃料Ｆを噴射する。燃料噴射弁２０は、燃料Ｆを噴射する噴孔を２個備えており、両噴孔から噴射される燃料Ｆを衝突させる。燃料Ｆは、衝突方向に対して直交する方向へ略扇形に広がる。この内燃機関１０においては、燃料噴射弁２０が備える２個の噴孔から噴射される燃料Ｆを、吸気弁３６_１、３６_２の傘部３６ａ_１、３６ａ_２の間で衝突させる。衝突後の燃料Ｆは、傘部３６ａ_１、３６ａ_２の間を通過してから、扇形に広がった噴霧流ＦＦとなって気筒３０内へ広がる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、気筒内に直接燃料を噴射して火花点火により着火する内燃機関に関し、さらに詳しくは、燃料の噴霧流と吸気弁との干渉を抑制するとともに、吸気弁の位置によらずに気筒内に燃料を噴射可能な内燃機関及び内燃機関の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
筒内噴射式の内燃機関は、気筒内に燃料を噴射して混合気を形成し、当該気筒に備えられた点火プラグによって前記混合気に点火し、燃焼させることにより運転される。筒内噴射式の内燃機関においては均質な可燃混合気を作ることが重要であるが、筒内に噴射した燃料が筒内壁面に付着すると、均質な可燃混合気の形成を妨げてしまう。このために燃料噴射弁から燃料を適切に噴射することが必要である。特許文献１には、吸気弁の軸部両側を通して筒内に燃料を噴射する燃料噴射装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献】
特開平６−２４９１０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された燃料噴射装置では吸気弁軸部の両側を狙って燃料を噴射する。この方式では、吸気弁の下降途中において吸気弁の傘部へ燃料が衝突しないようにする必要があり、かかる要求を満たすようにすると燃料噴射時期が制限されてしまうという問題がある。一方、吸気弁の傘部を避けて当該傘部の両側へ燃料を噴射することも考えられるが、このようにすると燃料の噴霧が広がりすぎる。その結果、筒内壁面には多量の燃料が付着することになり、正しい燃空比が得られないという問題や、均質な混合気が得られないという問題が発生する。そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、燃料の噴霧流と吸気弁との干渉を抑制するとともに、吸気弁の位置によらずに気筒内に燃料を噴射可能な内燃機関及び内燃機関の駆動方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明に係る内燃機関は、軸部と傘部とを有し、かつ気筒内に燃焼用の空気を導入する少なくとも２個の吸気弁と、前記気筒内に燃料を噴射する噴孔を有し、かつ前記燃料の噴射方向に対して外形寸法が異なる前記燃料の噴霧流を形成するとともに、前記吸気弁の軸部方向から見た場合において前記燃料の噴霧流の外形寸法が最も小さくなる部分を前記吸気弁の傘部間に位置するように燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃料と前記空気との混合気に火花によって点火する点火手段と、を有することを特徴とする。
【０００６】
この内燃機関は、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧流の外形寸法が最も小さくなる部分を、吸気弁の傘部間に位置するようにしてある。これにより、燃料の噴霧流と吸気弁の傘部との干渉を最小限にできる。その結果、当該干渉による混合気の偏在を抑制できる。また、吸気弁の傘部間に燃料噴霧流の外形寸法が最も小さい部分を位置させるので、燃料の噴射時期に依存しないで、気筒内へ混合気を均質に形成することができる。
【０００７】
また、次の本発明に係る内燃機関は、軸部と傘部とを有し、かつ気筒内に燃焼用の空気を導入する少なくとも２個の吸気弁と、前記気筒内に燃料を噴射する複数の噴孔を有するとともに、前記吸気弁の傘部間で前記複数の噴孔から噴射した燃料の噴霧流同士を衝突させて前記燃料の噴霧流を形成する燃料噴射手段と、前記燃料と前記空気との混合気に火花によって点火する点火手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関は、吸気弁側に配設された燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧流が前記吸気弁の傘部間で衝突するようにしてある。これにより、燃料の噴霧流と吸気弁の傘部との干渉を最小限にできる。その結果、当該干渉による混合気の偏在を抑制できる。また、吸気弁の傘部間で燃料を衝突させるので、燃料の噴射時期に依存しないで、気筒内へ混合気を均質に形成することができる。
【０００９】
また、次の本発明に係る内燃機関は、軸部と傘部とを有し、かつ気筒内に燃焼用の空気を導入する少なくとも２個の吸気弁と、気筒内に燃料を噴射するスリット状の噴孔であって、当該前記噴孔の長手方向に向かって前記燃料の噴射方向が異なるとともに、前記吸気弁の軸部方向から見た場合において前記噴孔から噴射された燃料の噴霧流の外形寸法が最も小さくなる部分を前記吸気弁の傘部間に位置するように燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃料と前記空気との混合気に火花によって点火する点火手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
この内燃機関は、燃料の噴霧流の外形寸法が最も小さくなる部分が、吸気弁間へ位置するようにして、燃料の噴霧流が吸気弁間をすり抜けるようにしてある。これによって、燃料の噴霧流と吸気弁の傘部との干渉を最小限にできるので、当該干渉による混合気の偏在を抑制できる。また、吸気弁の傘部間を燃料噴霧流がすり抜けるようにしたので、燃料の噴射時期に依存しないで気筒内へ混合気を均質に形成することができる。さらに、燃料の噴霧流を衝突させないので、混合気の形成過程において衝突という不安定要素を取り除くことができ、その結果として噴霧諸元の設計が容易になる。
【００１１】
また、次の本発明に係る内燃機関は、軸部と傘部とを有し、かつ気筒内に燃焼用の空気を導入する少なくとも２個の吸気弁と、前記気筒内に燃料を噴射する複数の噴孔を有するとともに、前記噴孔から噴射される燃料の噴霧流を前記吸気弁の傘部間で交差させるように燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃料と前記空気との混合気に火花によって点火する点火手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
この内燃機関は、吸気弁間へ燃料の噴霧流が交差する部分、すなわち、燃料の噴霧流の外形が狭くなる部分を位置させて、燃料の噴霧流が吸気弁間をすり抜けるようにしてある。これによって、燃料の噴霧流と吸気弁の傘部との干渉を最小限にできるので、当該干渉による混合気の偏在を抑制できる。また、燃料噴霧流とが吸気弁の傘部間を交差してすり抜けるようにしたので、燃料の噴射時期に依存しないで、気筒内へ混合気を均質に形成することができる。さらに、燃料の噴霧流を衝突させないので、衝突という不安定要素を取り除くことができ、その結果として、噴霧諸元の設計が容易になる。
【００１３】
また、次の本発明に係る内燃機関は、上記内燃機関において、前記燃料噴射手段が前記吸気弁側に配設され、かつ前記吸気弁が２個の場合には、前記噴霧流の外形寸法が最も小さくなる部分、又は前記噴霧同士が衝突する部分、又は前記噴霧流が交差する部分は、２個の前記吸気弁の軸部と軸部とを結んだ線よりも前記燃料噴射手段であることを特徴とする。
【００１４】
この内燃機関では、吸気弁の傘部間であって、２個の吸気弁の吸気弁軸部同士を結ぶ線よりも燃料噴射弁側で燃料を衝突又は交差等させるようにしてある。これにより、燃料の噴霧流の広がり角度を大きくできるので、燃料の微粒化及び均質化を促進できる。その結果、吸入された空気から気化潜熱をより奪いやすくなるので、吸入空気温度を下げることにより吸入空気量を増やすこともできる。
【００１５】
また、次の本発明に係る内燃機関の駆動方法は、軸部と傘部とを有する少なくとも２個の吸気弁から気筒内に吸引した空気と、前記気筒内に噴射する燃料とから形成される混合気を点火、燃焼させる内燃機関を駆動するにあたり、前記吸気弁を開いて前記気筒内に空気を吸引する工程と、前記吸気弁の傘部の間に、前記吸気弁の軸部方向から見た場合における前記燃料の噴霧流の外形寸法が最も小さくなる部分が前記吸気弁の間に位置するように燃料を噴射する燃料噴射工程と、前記燃料と前記空気とによって形成される混合気に点火する着火工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
この内燃機関の駆動方法は、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧流の外形寸法が最も小さくなる部分を、吸気弁の傘部間に位置するように燃料を気筒内に噴射して混合気を形成する。これにより、燃料の噴霧流と吸気弁の傘部との干渉を最小限にできる。その結果、当該干渉による混合気の偏在を抑制できる。また、燃料噴霧流の外形寸法が最小になる部分を吸気弁の傘部間に位置させるので、燃料の噴射時期に依存しないで、気筒内へ混合気を均質に形成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る本発明の内燃機関を示す説明図である。また、図２は、実施の形態１に係る本発明の内燃機関の燃料噴射状態を示す説明図である。この内燃機関は、吸気弁側に配設された燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧流の衝突点、すなわち燃料の噴霧流の外形寸法が最小になる部分が、前記吸気弁の傘部間に位置するように燃料を噴射する点に特徴がある。
【００１９】
この内燃機関１０は、吸気弁３６_１、３６_２側に燃料噴射手段である燃料噴射弁２０を備えており、この燃料噴射弁２０から気筒３０内に燃料Ｆが噴射される。この燃料Ｆは噴霧流ＦＦとなり、気筒中心軸Ｚに垂直な平面に投影した場合に略扇形になるように広がって、吸気口３２から吸い込まれた空気と混合しながら蒸発して、気筒３０内に混合気を形成する。この混合気は点火手段である点火プラグ３４によって点火されて、火炎伝播により燃焼する。なお、燃料噴射弁２０を排気弁３７_１、３７_２側に備えるようにしてもよい。次に、本発明に使用する燃料噴射弁２０について説明する。
【００２０】
図３は、実施の形態１に係る本発明の燃料噴射弁の一例を示す説明図である。燃料噴射弁２０は、弁体１に穿設した弁孔３の弁孔入口３ｉから弁針５を挿入し、弁針５が弁体１の中心軸Ａ方向に往復できるように構成してある。なお、弁体１の中心軸Ａ方向は、燃料噴射弁２０の中心軸方向である。弁針５の外径ｄ_１は、弁孔３の内径ｄ_２よりも小さくなっており、これによって弁針５と弁孔内壁３ｗｉとの間には燃料Ｆが流れる環状の燃料通路２が形成される。弁孔３の先端部３ｔ（弁孔入口３ｉの反対側）には、弁針５の先端部５ｔが当接する円錐状の弁座部７とサック部９部とが形成してある。弁体１の先端部１ｔｐには、前記サック部９から弁体１の先端１ｔに開口する一対のスリット状の噴孔５０_１、５０_２が形成されている。
【００２１】
燃料噴射弁２０に供給された燃料Ｆは、燃料通路２に満たされる。燃料Ｆを噴射しない場合には、弁針５の先端部５ｔと弁座部７とが当接して、サック部９に対する燃料Ｆの供給を停止する。燃料Ｆを噴射する場合には、弁針５が弁孔入口３ｉ方向に移動して弁針５の先端部５ｔと弁座部７との当接が解除される。すると、燃料通路２に満たされた燃料Ｆがサック部９に流れ込み、噴孔５０_１、５０_２から燃料Ｆが噴射される。
【００２２】
本発明においては、一対の噴孔５０_１、５０_２から噴射された燃料Ｆの噴霧流同士を衝突させて、噴霧流を扇状に形成する。このため、図３（ｃ）に示すように、それぞれの噴孔５０_１、５０_２から噴射された燃料Ｆが互いに弁体１の中心軸Ａに向かうように、それぞれの噴孔通路６０_１、６０_２が噴孔５０_１、５０_２の出口側で弁体１の中心軸Ａに向かうように形成される。また、一対の噴孔５０_１、５０_２は、内燃機関１０の気筒中心軸Ｚの方向に並べて形成される。このような構成によって、一対の噴孔５０_１、５０_２から噴射された燃料Ｆの噴霧流同士が衝突し、図１（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、衝突させた方向に対して垂直方向に衝突噴霧流が広がる。
【００２３】
図４は、実施の形態１に係る本発明に使用できる燃料噴射弁の他の例を示す説明図である。この燃料噴射弁２１は、弁体１の先端１ｔに一対の円状の噴孔５１_１、５１_２が形成されている点で、スリット状の噴孔５０_１、５０_２が形成されている上記燃料噴射弁２０と異なる。この燃料噴射弁２１では、それぞれの噴孔５１_１、５１_２から噴射された燃料Ｆが互いに弁体１の中心軸Ａに向かうように、それぞれの噴孔通路６１_１、６１_２が噴孔５１_１、５１_２の出口側で弁体１の中心軸Ａに向かって形成される。また、一対の噴孔５１_１、５１_２は、内燃機関１０の気筒中心軸Ｚの方向に並べて形成される。このような構成によって、この燃料噴射弁２１においても、一対の噴孔５１_１、５１_２から噴射された燃料Ｆの噴霧流同士が衝突し、図１（ａ）、図２（ｂ）に示すように、衝突させた方向に対して垂直方向に衝突噴霧流を広げることができる。
【００２４】
このように、燃料Ｆの噴霧流同士を衝突させることにより、燃料Ｆの微細化が促進され、また噴霧流の貫徹力（噴霧流が噴射方向に進もうとする力）を低くできる。また、燃料Ｆの微細化を促進することにより、吸入された空気から気化潜熱をより奪いやすくなるので、吸入空気温度を下げることにより吸入空気量を増やすことができる。
【００２５】
次は、図２を用いて説明する。内燃機関１０の気筒３０内に燃料Ｆを噴射するタイミングは、内燃機関１０の運転条件によって異なる。このため、吸気弁３６_１等のリフト量ｈ（図２（ａ）参照）と燃料Ｆの噴霧流ＦＦの形状との関係によって、燃料Ｆの噴霧流ＦＦが吸気弁３６_１、３６_２の傘部３６ａ_１等に干渉する場合もある。したがって、本発明では、図２（ｂ）に示すように、燃料噴射弁２０の噴孔５０_１、５０_２から噴射される燃料Ｆの噴霧流ＦＦを、吸気弁３６_１、３６_２の傘部３６ａ_１、３６ａ_２の間で衝突させてから広げる。燃料Ｆの衝突点は、燃料Ｆの噴霧流ＦＦの外形寸法が最小になる部分なので、前記傘部３６ａ_１、３６ａ_２に燃料Ｆの噴霧流ＦＦが干渉しない。あるいは前記傘部３６ａ_１、３６ａ_２に燃料Ｆの噴霧流ＦＦが干渉したとしても、その干渉量を最小限に抑えることができる。このような構成によって、燃料Ｆの噴射時期によらず、気筒３０内に混合気を均質に形成することができる。なお、吸気弁３６_１、３６_２が最大リフト量ｈ_ｍａｘのときに、傘部３６ａ_１、３６ａ_２の間で燃料Ｆの噴霧流同士を衝突させる、すなわち、燃料Ｆの噴霧流の外形寸法が最も小さい部分を位置させることが好ましい（以下同様）。このようにすれば、より確実に燃料Ｆの噴霧流ＦＦと前記傘部３６ａ_１、３６ａ_２との干渉を防止あるいは抑制できるので、さらに確実に燃料Ｆの噴射時期によらず、気筒３０内に混合気を均質に形成することができる。次に、燃料Ｆの噴霧流の衝突位置についてより詳しく説明する。
【００２６】
図５は、燃料の噴霧流の衝突位置を説明する平面図である。図５（ａ）は、吸気弁軸部３６ｚ_１、３６ｚ_２方向から燃料Ｆの噴霧流を見た状態を示す平面図であり、吸気弁軸部３６ｚ_１、３６ｚ_２に垂直な平面に、燃料Ｆの噴霧流と両吸気弁３６_１、３６_２の傘部３６ａ_１、３６ａ_２とを投影したものである。また、図５（ｂ）は、気筒３０内を、図５（ａ）の矢印Ｃ方向から見たものである。上述したように、本発明においては燃料Ｆの噴霧流ＦＦを、吸気弁３６_１、３６_２の傘部３６ａ_１、３６ａ_２の間で衝突させる。
【００２７】
ここで、傘部３６ａ_１、３６ａ_２の間とは、燃料噴射弁２０側における傘部３６ａ_１と傘部３６ａ_２との外周を接線で結んだ接線ｌ_１と、気筒中心軸Ｚ側における傘部３６ａ_１と傘部３６ａ_２との外周を接線で結んだ接線ｌ_２と、傘部３６ａ_１と傘部３６ａ_２とが対向する側における傘部外周３６ａｏ_１、３６ａｏ_２とで囲まれる領域（図５（ａ）のＳで示す領域）をいう。かかる領域Ｓ内に燃料Ｆの噴霧流の衝突位置Ｘが位置すれば、傘部３６ａ_１、３６ａ_２に燃料Ｆの噴霧流が干渉しないように、あるいは前記傘部３６ａ_１、３６ａ_２に燃料Ｆの噴霧流が干渉したとしても、その干渉量を最小限に抑えることができる。なお、前記傘部３６ａ_１、３６ａ_２の間は、単なる平面の領域のみならず、吸気弁３６_１、３６_２の吸気弁軸部３６ｚ_１、３６ｚ_２方向における当該領域も含むものとする。なお、燃料Ｆの噴霧流の衝突位置Ｘは、当該噴霧流の外形寸法が最小になる部分である。
【００２８】
図６は、燃料噴霧流の衝突位置について説明する平面図である。図６（ａ）に示すように、傘部３６ａ_１、３６ａ_２の間であって、吸気弁３６_１、３６_２の吸気弁軸部３６ｚ_１、３６ｚ_２同士を結ぶ線ｌ_３よりも燃料噴射弁２０側で燃料Ｆを衝突させれば、噴霧流ＦＦの広がり角度αが大きくなるので燃料Ｆの微粒化及び均質化を促進できる。これにより、吸入された空気から気化潜熱をより奪いやすくなるので、吸入空気温度を下げることにより吸入空気量を増やすこともできる。一方、図６（ｂ）に示すように、吸気弁軸部３６ｚ_１、３６ｚ_２同士を結ぶ線ｌ_３よりも気筒中心軸Ｚ側で燃料Ｆを衝突させれば、噴霧流ＦＦがあまり広がらずに形成されるので、傘部３６ａ_１、３６ａ_２に燃料Ｆの噴霧流が干渉し難くなる。傘部３６ａ_１、３６ａ_２の間における燃料Ｆの衝突位置Ｘは、本発明を適用する内燃機関の仕様に応じて適宜変更することができる。
【００２９】
図７は、燃料の噴霧流の衝突位置を説明する側面図である。図７（ａ）、（ｂ）は、吸気弁軸部３６ｚ_１、３６ｚ_２に対して垂直の方向から燃料Ｆの噴霧流を見た状態を示す側面図である。ピストン３８（図１参照）のストロークが短い、いわゆるショートストローク型の内燃機関においては、気筒中心軸Ｚ方向における気筒３０内の寸法が小さくなる。このため、ピストン３８に燃料Ｆが付着しないように、燃料Ｆの噴射角θを小さくして気筒３０内全域に燃料Ｆの噴霧流を広げるようにすることが好ましい。
【００３０】
一方、ピストン３８のストロークが長い、いわゆるロングストローク型の内燃機関においては、ショートストローク型の内燃気関よりも気筒中心軸Ｚ方向（図１参照）における気筒３０内の寸法が大きくなる。この場合には、気筒３０内全体に均一に混合気を形成するため、燃料Ｆの噴射角θを大きくして気筒３０内全域に燃料Ｆの噴霧流を広げるようにすることが好ましい。ここで、噴射角θとは、燃料噴射弁２０の中心軸Ａと吸気弁３６_１、３６_２の傘部面３６ａｐ_１、３６ａｐ_２と燃料Ｆの噴霧流との角度をいう。
【００３１】
吸気弁軸部３６ｚ_１、３６ｚ_２方向における燃料Ｆの噴霧流の衝突位置Ｘは、噴霧流ＦＦの外形寸法が最も小さくなる位置になる。したがって、当該衝突位置Ｘ（噴霧流ＦＦの外形寸法が最も小さくなる位置）は、吸気弁３６_１、３６_２の最大リフト時において、吸気弁３６_１、３６_２の傘部面３６ａｐ_１、３６ａｐ_２を含む平面（図７参照）内にあることが好ましい。しかし、本発明においては、衝突前あるいは衝突後における燃料Ｆの噴霧流が吸気弁３６_１、３６_２の傘部３６ａ_１、３６ａ_２に干渉しない範囲、あるいは干渉を最小限に抑えることができればよい。したがって、かかる範囲であれば、燃料Ｆの噴霧流の衝突位置Ｘを吸気弁軸部３６ｚ_１、３６ｚ_２の方向に対して最も適当な位置に設定することができる。
【００３２】
以上、実施の形態１に係る本発明では、吸気弁側に配設された燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧流を前記吸気弁の傘部間で衝突されるようにした。これにより、燃料Ｆの噴霧流ＦＦと吸気弁の傘部との干渉を防止、あるいは最小限にできるので、当該干渉による混合気の偏在を抑制できる。また、吸気弁の傘部間に、燃料Ｆの衝突位置、すなわち燃料Ｆの噴霧流ＦＦの外形寸法が最小になる部分を位置させたので、燃料Ｆの噴射時期に依存しないで、気筒内へ混合気を均質に形成することができる。さらに、混合気の偏在に起因する気筒内壁への燃料付着も抑制できるので、混合気の燃空比が狂う危険性を低減でき、潤滑油の燃料希釈も抑制できる。なお、実施の形態１で開示した本発明の各構成は、以下の実施の形態においても適宜適用できるものとする。
【００３３】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る本発明の内燃機関は、実施の形態１に係る本発明の内燃機関と略同様の構成であるが、３以上の噴孔を有する燃料噴射弁を用いて燃料の噴霧を円錐状に形成する点が異なる。その他の構成は実施の形態１と略同様なのでその説明を省略するとともに、同一の構成要素に対しては同一の符号を付す。
【００３４】
図８は、実施の形態２に係る本発明の内燃機関に用いる燃料噴射弁を示す説明図である。また、図９は、実施の形態２に係る燃料噴射弁による燃料の噴霧流の形状を示す斜視図である。この燃料噴射弁２２を構成する弁体１の先端１ｔには、サック部９から弁体１の先端１ｔに開口する、二対で計４個のスリット状の噴孔５０_１、５０_２及び５０_３、５０_４が形成されている。この燃料噴射弁２２は、噴孔５０_１、５０_２、５０_３、５０_４から噴射された燃料Ｆの噴霧流同士を衝突位置Ｘで衝突させて、噴霧流を円錐状に形成する。このため、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、それぞれの噴孔５０_１、５０_２、５０_３、５０_４から噴射された燃料Ｆが互いに衝突位置Ｘで衝突するように、それぞれの噴孔通路６０_１、６０_２、６０_３、６０_４は、噴孔５０_１〜５０_４の出口側で弁体１の中心軸Ａに向かうように形成される。
【００３５】
また、一対の噴孔５０_１、５０_２は、内燃機関１０の気筒中心軸Ｚの方向に並べて形成され、もう一対の噴孔５０_３、５０_４は、内燃機関１０の気筒中心軸Ｚに対して垂直方向に並べて形成される。このような構成によって、図９（ａ）に示すように、噴孔５０_１〜５０_４から噴射された燃料Ｆの噴霧流同士が衝突し、円錐状に燃料Ｆの噴霧流ＦＦが広がる。なお、前記衝突位置Ｘは、燃料噴霧流の外形寸法が最小になる位置である。
【００３６】
図１０は、実施の形態２に係る本発明に使用できる燃料噴射弁の他の例を示す説明図である。この燃料噴射弁２３は、弁体１の先端１ｔに、二対で計４個の円状の噴孔５１_１、５１_２、５１_３、５１_４が形成されている点で、スリット状の噴孔５０_１〜５０_４が形成されている上記燃料噴射弁２２と異なる。この燃料噴射弁２３では、それぞれの噴孔５１_１〜５１_４から噴射された燃料Ｆが衝突位置Ｘで衝突するように、それぞれの噴孔通路６１_１、６１_２、６１_３、６１_４は、噴孔５１_１〜５１_４の出口側で弁体１の中心軸Ａに向かって形成される。また、一対の噴孔５１_１、５１_２は、内燃機関１０の気筒中心軸Ｚの方向に並べて形成され、もう一対の噴孔５１_３、５１_４は、内燃機関１０の気筒中心軸Ｚに対して垂直方向に並べて形成される。このような構成によって、この燃料噴射弁２３では、噴孔５１_１〜５１_４から噴射された燃料Ｆの噴霧流同士が衝突位置Ｘで衝突し、図９（ｂ）に示すように、燃料Ｆの噴霧流ＦＦを円錐状に形成する。
【００３７】
上記燃料噴射弁２２、２３によって形成される噴霧流の衝突位置Ｘは、吸気弁３６_１、３６_２の傘部３６ａ_１、３６ａ_２の間（図５参照）であり、実施の形態１と同様である。このため、実施の形態２に係る本発明では、上記実施の形態１に係る本発明の奏する作用・効果と同様の作用・効果を奏する。さらに、実施の形態２に係る本発明では、燃料噴射弁によって円錐状に噴霧流ＦＦを形成するので、気筒３０内へさらに均一に混合気を形成できるとともに、燃料Ｆの微細化もさらに促進できる。なお、実施の形態２で開示した本発明の各構成は、以下の実施の形態においても適宜適用できるものとする。また、上記燃料噴射弁２２、２３いずれにおいても、スリット状あるいは円状の噴孔の個数は４個に限定されるものではない。また、噴孔の形状もスリット状や円形に限定されるものではない。
【００３８】
（変形例）
実施の形態２の変形例に係る本発明の内燃機関は、実施の形態２に係る本発明の内燃機関と略同様の構成であるが、二対以上の噴孔を有する燃料噴射弁を用いて、それぞれの噴孔対から燃料を噴射して、それぞれの噴孔対では異なる位置で燃料Ｆを衝突させて噴霧流ＦＦを形成する点が異なる。その他の構成は実施の形態２と略同様なのでその説明を省略するとともに、同一の構成要素に対しては同一の符号を付す。
【００３９】
図１１は、実施の形態２の変形例に係る本発明に使用できる燃料噴射弁を示す説明図である。図１２は、気筒内における燃料の噴霧状態を示す平面図である。この燃料噴射弁２４は、弁体１の先端１ｔに、二対で計４個の円状の噴孔５２_１、５２_２、及び５２_３、５２_４が形成されている。この燃料噴射弁２４では、一対の噴孔５２_１、５２_２から噴射された燃料Ｆは衝突位置Ｘ１で、もう一対の噴孔５２_３、５２_４から噴射された燃料Ｆは衝突位置Ｘ２で衝突する。このため、それぞれの噴孔対の噴孔通路６２_１、６２_２、及び６２_３、６２_４は、それぞれ衝突位置Ｘ１、Ｘ２に向かうように形成される。また、それぞれの噴孔対を構成する噴孔５２_１、５２_２、及び噴孔５２_３、５２_４は、内燃機関１０の気筒中心軸Ｚ（図１参照）の方向に並べて配置され、それぞれの噴孔対は前記気筒中心軸Ｚに対して垂直方向に並べて配置される。なお、前記衝突位置Ｘ１、Ｘ２は、燃料噴霧流の外形寸法が最小になる位置である。
【００４０】
（実施の形態３）
実施の形態３に係る本発明の内燃機関は、実施の形態１に係る本発明の内燃機関と略同様の構成であるが、単独の噴孔を有する燃料噴射弁を複数用いて、これらの燃料噴射弁から噴射される燃料同士を衝突させることにより燃料の噴霧流を形成する点が異なる。その他の構成は実施の形態１と略同様なのでその説明を省略するとともに、同一の構成要素に対しては同一の符号を付す。
【００４１】
図１３は、実施の形態３に係る本発明の内燃機関を示す平面図である。図１４は、実施の形態３に係る本発明の内燃機関に用いる燃料噴射弁を示す説明図である。この燃料噴射弁２５を構成する弁体１の先端１ｔには、サック部９から弁体１の先端１ｔに開口する円形の噴孔５３が形成されている。なお、噴孔５３の形状は円形に限らずスリット状やその他の形状でもよい。
【００４２】
実施の形態３に係る内燃機関１５は、この燃料噴射弁２５を２個備えており、図１３に示すように、両方の燃料噴射弁２５から燃料Ｆを噴射するとともに、吸気弁３６_１、３６_２の傘部３６ａ_１、３６ａ_２の間で両方の燃料噴射弁２５からの噴霧流を衝突させる。これによって、実施の形態１に係る本発明と同様に、吸気弁３６_１、３６_２の傘部３６ａ_１、３６ａ_２に燃料Ｆの噴霧流ＦＦが干渉しないように、あるいは前記傘部３６ａ_１、３６ａ_２に燃料Ｆの噴霧流ＦＦが干渉したとしても、その干渉量を最小限に抑えることができる。これにより、燃料Ｆの噴霧流ＦＦの干渉による混合気の偏在を抑制できるとともに、燃料Ｆの噴射時期に依存しないで、気筒３０内へ混合気を均質に形成することができる。
【００４３】
（変形例）
図１５は、実施の形態３の変形例に係る本発明の内燃機関を示す平面図である。この変形例は、吸気弁を３個備えた内燃機関１６に対して本発明を適用したものである。内燃機関１５は、３個の吸気弁３６_１、３６_２、３６_３を備えている。２個の燃料噴射弁２５は、吸気弁３６_１と吸気弁３６_３との間、及び吸気弁３６_２と吸気弁３６_３との間に備えられている。両方の燃料噴射弁２５から噴射された燃料Ｆの噴霧流は、傘部３６ａ_１、３６ａ_３の間、及び傘部３６ａ_２、３６ａ_３の間を通って、吸気弁３６_１、３６_２の間における衝突位置Ｘで衝突する。衝突後の噴霧流ＦＦは、気筒３０内に混合気を形成する。
【００４４】
この変形例に係る本発明においては、燃料噴射弁２５から噴射される燃料Ｆの噴霧流ＦＦが吸気弁の傘部３６ａ_１、３６ａ_３の間、及び傘部３６ａ_２、３６ａ_３の間を通過した後、衝突して広がる。これにより、燃料Ｆの噴霧流ＦＦと前記傘部３６ａ_１〜３６ａ_３との干渉を防止でき、あるいは前記傘部３６ａ_１〜３６ａ_３に燃料Ｆの噴霧流が干渉したとしても、その干渉量を最小限に抑えることができる。その結果、当該干渉による混合気の偏在を抑制できるとともに、燃料Ｆの噴射時期に依存しないで、気筒内へ混合気を均質に形成することができる。なお、実施の形態３及びその変形例で開示した本発明の各構成は、以下の実施の形態においても適宜適用できるものとする。
【００４５】
（実施の形態４）
実施の形態４の本発明に係る内燃機関は、実施の形態１〜３に係る本発明の内燃機関と略同様の構成であるが、次の点でこれらと異なる。すなわち、噴孔の長手方向に向かって燃料の噴射方向を変更したスリット状の噴孔を備えた燃料噴射弁を用いることにより、燃料の噴霧流をねじるように形成して、吸気弁軸部方向から見た場合に前記噴霧流の幅が狭くなる部分を形成する。そして、前記噴霧流の外形寸法が最も小さくなる部分が前記吸気弁間へ位置するようにして、燃料の噴霧流が吸気弁間をすり抜けるようにする。その他の構成は実施の形態１と略同様なのでその説明を省略するとともに、同一の構成要素に対しては同一の符号を付す。
【００４６】
図１６は、実施の形態４に係る本発明の内燃機関の気筒内に対する燃料の噴射状態を示す説明図である。図１７は、実施の形態４に係る本発明の内燃機関に用いる燃料噴射弁を示す説明図である。この内燃機関１６が備える燃料噴射弁２６は、スリット状の噴孔５４を備えている。図１７に示すように、噴孔５４は長手方向（図１７中矢印Ｌで示す方向）に向かって燃料Ｆの噴射方向を変更してある。すなわち、図１７（ｂ）〜（ｃ）に示すように、Ｅ−Ｅ断面においては矢印Ｅ方向に、Ｆ−Ｆ断面においては矢印Ｆ方向に、Ｇ−Ｇ断面においては矢印Ｇ方向に燃料Ｆが噴射される。このように燃料Ｆを噴射するため、噴孔５４の長手方向に向かって、噴孔通路６４_Ｅ、６４_Ｆ、６４_Ｇは、それぞれ矢印Ｅ、Ｆ、Ｇ方向に向かって形成されている。
【００４７】
図１８は、実施の形態４の変形例に係る本発明の内燃機関に用いる燃料噴射弁を示す説明図である。この燃料噴射弁２６’は、スリット状の噴孔５４の代わりに、燃料Ｆの噴射方向が異なる複数の噴孔５５_１〜５５_５を備える。図１８（ｂ）に示すように、各噴孔から噴射された燃料Ｆは、それぞれ矢印Ｆ_１〜Ｆ_５方向に向かって噴射され、噴孔５５_１〜５５_５の配列方向に向かって燃料Ｆの噴射方向を変更できるようになっている。このような構成によれば、スリット状の噴孔５４の長手方向に向かって燃料Ｆの噴射方向を変更する場合と比較して、容易に加工できる。なお、噴孔の個数は一例であり、５個に限定されるものではない。
【００４８】
図１６（ｂ）に示すように、燃料Ｆは、噴孔５４から噴射されるが、上述の通り噴孔５４は長手方向に向かって燃料Ｆの噴射方向を変更してある。これによって、燃料Ｆの噴霧流ＦＦはねじられたように形成されながら広がる。ここで、燃料Ｆの噴霧流ＦＦがねじられるように形成される過程で、吸気弁軸部３６ｚ_１、３６ｚ_２の方向から見た場合における燃料Ｆの噴霧流ＦＦの外形寸法が最も小さくなる最小位置Ｘ３が存在する（図１６参照）。したがって、図１６に示すように、この最小位置Ｘ３が吸気弁３６_１、３６_２の傘部３６ａ_１、３６ａ_２の間に存在するようにすれば、燃料Ｆの噴霧流ＦＦは前記傘部３６ａ_１、３６ａ_２に干渉することなく当該傘部間を通過する。あるいは、前記傘部３６ａ_１〜３６ａ_３に燃料Ｆの噴霧流が干渉したとしても、その干渉量を最小限に抑えることができる。
【００４９】
以上、実施の形態４に係る本発明によれば、燃料Ｆの噴霧流と吸気弁の傘部との干渉を防止、あるいは最小限にできるので、当該干渉による混合気の偏在を抑制できる。また、燃料Ｆの噴霧流ＦＦの外形寸法が最小の部分を吸気弁の傘部間に位置させるので、燃料Ｆの噴射時期に依存しないで、気筒内へ混合気を均質に形成することができる。さらに、実施の形態１〜３のようには燃料Ｆの噴霧流を衝突させないので、混合気の形成過程において衝突という不安定要素を取り除くことができ、その結果として噴霧諸元の設計が容易になる。また、噴霧流の貫徹力が強いので、吸気口３２（図１参照）から吸い込まれる空気の影響を受け難くなる。また、混合気の偏在に起因する気筒内壁への燃料付着も抑制できるので、混合気の燃空比が狂う危険性を低減でき、潤滑油の燃料希釈も抑制できる。なお、実施の形態４で開示した本発明の各構成は、以下の実施の形態においても適宜適用できるものとする。
【００５０】
（実施の形態５）
実施の形態５の本発明に係る内燃機関は、実施の形態４に係る本発明の内燃機関と略同様の構成であるが、次の点でこと異なる。すなわち、燃料の噴射方向が異なる複数の噴孔が円状に配置された燃料噴射弁を用いることにより、燃料の噴霧流全体の形状を略鼓形状に形成する。そして、前記吸気弁間へ前記噴霧流が交差する部分（前記噴霧流の外形が狭くなる部分）を位置させて、燃料の噴霧流が吸気弁間をすり抜けるようにする。その他の構成は実施の形態１と略同様なのでその説明を省略するとともに、同一の構成要素に対しては同一の符号を付す。
【００５１】
図１９は、実施の形態５に係る本発明の内燃機関の気筒内に対する燃料の噴射状態を示す説明図である。図２０は、実施の形態５に係る本発明の内燃機関に用いる燃料噴射弁を示す説明図である。図２０に示すように、この内燃機関１７が備える燃料噴射弁２７は、燃料Ｆの噴射方向が異なる複数の噴孔５６_１〜５６_８を備えている。これらは、弁体１の先端１ｔへ円状に配置されている。なお、本実施の形態では噴孔の個数は８個であるが、これに限定されるものではなく、燃料噴射弁２７や内燃機関１７の仕様によって噴孔の個数は適宜変更できる。
【００５２】
図２０（ｂ）に示すように、複数の噴孔５６_１〜５６_８から噴射された燃料Ｆは、線状の噴霧流Ｆ_１〜Ｆ_８となってそれぞれ異なる方向に噴射される。このとき、各噴孔５６_１〜５６_８から噴射されるそれぞれの噴霧流は互いに干渉しない。このように燃料Ｆを噴射することによって、各噴孔５６_１〜５６_８から噴射された燃料Ｆの噴霧流Ｆ_１〜Ｆ_８は、互いに干渉することなしに交差位置Ｘ４で交差して広がっていき、全体として略鼓状となる。また、交差位置Ｘ４を通過した後における燃料Ｆの噴霧流Ｆ_１〜Ｆ_８は、全体として円錐状になる。なお、この交差位置Ｘ４は、燃料Ｆの噴霧流全体の外形が最も小さくなる位置である（図１９（ａ）参照）。したがって、図１９（ａ）に示すように、この交差位置Ｘ４が吸気弁３６_１、３６_２の傘部３６ａ_１、３６ａ_２の間に存在するようにすれば、燃料Ｆの噴霧流は前記傘部３６ａ_１、３６ａ_２に干渉することなく当該傘部間を通過する。あるいは、前記傘部３６ａ_１〜３６ａ_３に燃料Ｆの噴霧流が干渉したとしても、その干渉量を最小限に抑えることができる。
【００５３】
実施の形態５に係る本発明によれば、燃料Ｆの噴霧流と吸気弁の傘部との干渉を防止、あるいは最小限にできるので、当該干渉による混合気の偏在を抑制できる。また、燃料Ｆの噴霧流が吸気弁の傘部間をすり抜けるので、燃料Ｆの噴射時期に依存しないで、気筒内へ混合気を均質に形成することができる。そして、燃料Ｆの噴霧流ＦＦを衝突させないので、衝突という不安定要素を取り除くことができ、その結果として、噴霧諸元の設計が容易になる。また、噴霧流の貫徹力が強いので、吸気口３２（図１参照）から吸い込まれる空気の影響を受け難くなる。さらに、吸気弁間を通過した後における燃料Ｆの噴霧流ＦＦは全体として円錐状に広がるので、気筒３０内全体に混合気を均一に形成することができる。また、混合気の偏在に起因する気筒内壁への燃料付着も抑制できるので、混合気の燃空比が狂う危険性を低減でき、潤滑油の燃料希釈も抑制できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る内燃機関では、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧流の外形寸法が最も小さくなる部分を、吸気弁の傘部間に位置するようにした。これにより、燃料の噴霧流と吸気弁の傘部との干渉を最小限にできる。その結果、当該干渉による混合気の偏在を抑制できる。また、燃料の噴霧流の外形寸法が最も小さい部分を吸気弁の傘部間に位置させたので、燃料の噴射時期に依存することなく、気筒内へ混合気を均質に形成することができる。
【００５５】
また、この発明に係る内燃機関の駆動方法は、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧流の外形寸法が最も小さくなる部分を、吸気弁の傘部間に位置するように燃料を気筒内に噴射して混合気を形成するようにした。これにより、燃料の噴霧流と吸気弁の傘部との干渉を最小限にできるとともに、当該干渉による混合気の偏在を抑制できる。また、燃料の噴霧流の外形が最小になる部分は吸気弁の傘部間に位置するので、燃料の噴射時期に依存せず、気筒内へ混合気を均質に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る本発明の内燃機関を示す説明図である。
【図２】実施の形態１に係る本発明の内燃機関の燃料噴射状態を示す説明図である。
【図３】実施の形態１に係る本発明の燃料噴射弁の一例を示す説明図である。
【図４】実施の形態１に係る本発明に使用できる燃料噴射弁の他の例を示す説明図である。
【図５】燃料の噴霧流の衝突位置を説明する平面図である。
【図６】燃料噴霧流の衝突位置について説明する平面図である。
【図７】燃料の噴霧流の衝突位置を説明する側面図である。
【図８】実施の形態２に係る本発明の内燃機関に用いる燃料噴射弁を示す説明図である。
【図９】実施の形態２に係る燃料噴射弁による燃料の噴霧流の形状を示す斜視図である。
【図１０】実施の形態２に係る本発明に使用できる燃料噴射弁の他の例を示す説明図である。
【図１１】実施の形態２の変形例に係る本発明に使用できる燃料噴射弁を示す説明図である。
【図１２】気筒内における燃料の噴霧状態を示す平面図である。
【図１３】実施の形態３に係る本発明の内燃機関を示す平面図である。
【図１４】実施の形態３に係る本発明の内燃機関に用いる燃料噴射弁を示す説明図である。
【図１５】実施の形態３の変形例に係る本発明の内燃機関を示す平面図である。
【図１６】実施の形態４に係る本発明の内燃機関の気筒内に対する燃料の噴射状態を示す説明図である。
【図１７】実施の形態４に係る本発明の内燃機関に用いる燃料噴射弁を示す説明図である。
【図１８】実施の形態４の変形例に係る本発明の内燃機関に用いる燃料噴射弁を示す説明図である。
【図１９】実施の形態５に係る本発明の内燃機関の気筒内に対する燃料の噴射状態を示す説明図である。
【図２０】実施の形態５に係る本発明の内燃機関に用いる燃料噴射弁を示す説明図である。
【符号の説明】
１０、１５、１６、１７内燃機関
２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７燃料噴射弁
３０気筒
３４点火プラグ
３６ａ_１、３６ａ_２傘部
３６ｚ_１、３６ｚ_１吸気弁軸部
３８ピストン
３６_１、３６_２、３６_３吸気弁
Ｚ気筒中心軸

Claims

軸部と傘部とを有し、かつ気筒内に燃焼用の空気を導入する少なくとも２個の吸気弁と、
前記気筒内に燃料を噴射する噴孔を有し、かつ前記燃料の噴射方向に対して外形寸法が異なる前記燃料の噴霧流を形成するとともに、前記吸気弁の軸部方向から見た場合において前記燃料の噴霧流の外形寸法が最も小さくなる部分を前記吸気弁の傘部間に位置するように燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記燃料と前記空気との混合気に火花によって点火する点火手段と、
を有することを特徴とする内燃機関。
軸部と傘部とを有し、かつ気筒内に燃焼用の空気を導入する少なくとも２個の吸気弁と、
前記気筒内に燃料を噴射する複数の噴孔を有するとともに、前記吸気弁の傘部間で前記複数の噴孔から噴射した燃料の噴霧流同士を衝突させて前記燃料の噴霧流を形成する燃料噴射手段と、
前記燃料と前記空気との混合気に火花によって点火する点火手段と、
を有することを特徴とする内燃機関。
軸部と傘部とを有し、かつ気筒内に燃焼用の空気を導入する少なくとも２個の吸気弁と、
気筒内に燃料を噴射するスリット状の噴孔であって、当該前記噴孔の長手方向に向かって前記燃料の噴射方向が異なるとともに、前記吸気弁の軸部方向から見た場合において前記噴孔から噴射された燃料の噴霧流の外形寸法が最も小さくなる部分を前記吸気弁の傘部間に位置するように燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記燃料と前記空気との混合気に火花によって点火する点火手段と、
を有することを特徴とする内燃機関。
軸部と傘部とを有し、かつ気筒内に燃焼用の空気を導入する少なくとも２個の吸気弁と、
前記気筒内に燃料を噴射する複数の噴孔を有するとともに、前記噴孔から噴射される燃料の噴霧流を前記吸気弁の傘部間で交差させるように燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記燃料と前記空気との混合気に火花によって点火する点火手段と、
を有することを特徴とする内燃機関。
前記燃料噴射手段が前記吸気弁側に配設され、かつ前記吸気弁が２個の場合には、前記噴霧流の外形寸法が最も小さくなる部分、又は前記噴霧同士が衝突する部分、又は前記噴霧流が交差する部分は、２個の前記吸気弁の軸部と軸部とを結んだ線よりも前記燃料噴射手段であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
軸部と傘部とを有する少なくとも２個の吸気弁から気筒内に吸引した空気と、前記気筒内に噴射する燃料とから形成される混合気を点火、燃焼させる内燃機関を駆動するにあたり、
前記吸気弁を開いて前記気筒内に空気を吸引する工程と、
前記吸気弁の傘部の間に、前記吸気弁の軸部方向から見た場合における前記燃料の噴霧流の外形寸法が最も小さくなる部分が前記吸気弁の間に位置するように燃料を噴射する燃料噴射工程と、
前記燃料と前記空気とによって形成される混合気に点火する着火工程と、
を含むことを特徴とする内燃機関の駆動方法。