JP3982493B2 - 筒内噴射式内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、筒内噴射式内燃機関に関し、詳細には、燃料供給用のインジェクタをピストンの中央部上方において、シリンダヘッドの下面よりも上方にずらして設置した筒内噴射式内燃機関に関する。

燃料供給用のインジェクタを燃焼室に臨ませて設置し、所定の運転領域での燃焼に際し、このインジェクタにより圧縮行程中に燃料を噴射させ、混合気を層状に形成する内燃機関が知られている。この筒内噴射式内燃機関によれば、低負荷域及び中負荷域で混合気を層状化することで、これらの運転領域での燃料消費量を大幅に削減することができる。従来、筒内噴射式内燃機関として、ピストンの中央部上方にインジェクタが設置されるとともに、このインジェクタに隣接させて点火プラグが設置されたものが知られている（特許文献１）。

この筒内噴射式内燃機関では、インジェクタと点火プラグとのレイアウト上の干渉が問題となる。すなわち、インジェクタを気筒中心軸上に設置したものでは、点火プラグは、シリンダヘッドにおいて、吸気ポートとインジェクタ孔との間か、あるいは排気ポートとインジェクタ孔との間に設置されることとなるが、いずれの場合でも、点火プラグの設置スペースは、各ポートとの干渉により限られたものとなる。特に後者の場合は、排気熱からの保護のため、排気ポートから充分に離して点火プラグを設置することが必要となり、干渉の問題がより顕著となる。

ここで、シリンダヘッドにおいて、燃焼室を形成するシリンダヘッドの下面（以下「シリンダヘッドの燃焼室形成面」という。）に対し、インジェクタを上方にずらして配置するとともに、インジェクタ孔に連通し、インジェクタのノズル部先端が収まる凹部が形成された筒内噴射式内燃機関が知られている（特許文献２）。このものでは、凹部は、インジェクタの噴射方向線に垂直な断面による平面で円形に形成されるとともに、燃焼室に近い位置ほど内径が拡大されて、全体としてテーパ状に形成されている。
特開平１１−０８２０２８号公報（段落番号００１０〜００１２） 特開平０６−０４２３５２号公報（図１）

凹部が形成された上記の筒内噴射式内燃機関では、インジェクタと点火プラグとのレイアウト上の干渉が緩和されるとともに、凹部がテーパ状に拡径されたことで、凹部壁面への噴霧の付着の問題が回避されている。
しかしながら、凹部において、噴霧をその壁面に付着させないために必要なテーパを形成した程度のものでは、依然として次のような問題が残る。

すなわち、このものでは、燃料を噴射した際に、噴霧の流れに引かれて凹部内の空気が凹部から流出し、噴霧と壁面との間の空間に負圧が発生することである。発生した負圧が作用して噴霧が壁面の方向に進路を変え、狙いとする形状の噴霧を形成することができなくなるのである。このような負圧の問題は、テーパの角度を増大し、筒内の空気が凹部に流入し易くすることで、解消することが可能である。しかしながら、インジェクタが気筒中心軸上又はその付近に設置されるものでは、吸気ポート及び排気ポートとの干渉のため、この角度をむやみに広げることはできない。

本発明は、燃料供給用のインジェクタを、ピストンの中央部上方で、インジェクタの燃焼室形成面によりも上方にずらして設置した筒内噴射式内燃機関において、凹部内における負圧の発生を抑制して、狙いとする形状の噴霧を形成可能とすることを目的とする。

本発明は、筒内噴射式内燃機関を提供する。
本発明に係る装置は、ピストンと、ピストンとともに燃焼室を形成するシリンダヘッドと、シリンダヘッドにおいて、ピストンの中央部上方に設置され、噴射方向がピストンの移動方向と平行であるインジェクタと、インジェクタにより噴射された燃料を着火させるための点火プラグとを含んで構成される。インジェクタは、シリンダヘッドのインジェクタ孔において、シリンダヘッドの燃焼室形成面よりも上方に位置し、シリンダヘッドは、燃焼室に続く空間を形成する凹部として、インジェクタ孔に連通するとともに、インジェクタの先端部が臨む第１の空間を形成する第１の凹部と、この第１の凹部の外側に設けられ、第１の空間から続く第２の空間を形成する第２の凹部とを有する。第１の凹部は、インジェクタの噴射方向線に垂直な平面による断面で円形であり、他方、第２の凹部は、インジェクタの噴射方向線から壁面までの距離を壁面距離として、この壁面距離がインジェクタの噴射方向線を基準とした周方向で変化する。
一形態では、シリンダヘッドにおいて、インジェクタを基準とした一側に２つの吸気ポートが形成され、第２の凹部は、インジェクタの先端部中央から吸気ポートの間に向かう方向に定められる第１の壁面距離が、それ以外の方向に定められる第２の壁面距離よりも大きい。
また、シリンダヘッドにおいて、インジェクタを基準とした一側に２つの排気ポートが形成され、第２の凹部は、インジェクタの先端部中央から排気ポートの間に向かう方向に定められる第１の壁面距離が、それ以外の方向に定められる第２の壁面距離よりも大きくてもよい。
更に、第２の凹部は、インジェクタの先端部中央から吸気ポート及び排気ポートの間に向かう方向に定められる第１の壁面距離が、それ以外の方向に定められる第２の壁面距離よりも大きくてもよい。
他の形態では、第２の凹部は、インジェクタの先端部中央から点火プラグ孔へ向かう方向に定められる第１の壁面距離が、それ以外の方向に定められる第２の壁面距離よりも大きい。
更に別の形態では、インジェクタが、噴射方向線を基準とした周方向に複数の噴孔を有し、第２の凹部は、インジェクタの先端部中央から隣り合う噴孔の中心軸の間に向かう方向に定められる第１の壁面距離が、噴孔の中心軸に向かう方向に定められる第２の壁面距離よりも大きい。また、隣り合う２つの噴孔を対として、各対の間でそれぞれに含まれる２つの噴孔を異ならせた場合に、インジェクタの先端部中央から各対の噴孔の中心軸の間に向かう方向に定められる第１の壁面距離が、それ以外の方向に定められる第２の壁面距離よりも大きくてもよい。
第１の凹部は、燃焼室に近い位置ほど内径を増大させるとよい。

本発明によれば、シリンダヘッドにおいて、シリンダヘッドの燃焼室形成壁よりも上方にインジェクタを設置したことで、インジェクタと点火プラグとのレイアウト上の干渉が緩和される。また、インジェクタの先端部が収まる第１の空間を形成する第１の凹部と、この第１の空間から続く第２の空間を形成する第２の凹部とを形成するとともに、第２の凹部において、壁面距離を周方向で変化させ、他の部分（例えば、吸気ポート）との干渉が少ない方向に定められる第１の壁面距離を大きくし、その方向に第２の空間を広げることで、干渉による制限がありながらも、第２の空間を最大限確保し、この第２の空間を介して筒内の空気を第１の凹部内（すなわち、第１の空間）に流入させ、負圧の発生を抑制することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る筒内噴射式内燃機関（以下「エンジン」という。）１の構成を、気筒列方向に垂直な平面による、エンジン前面側から見た状態の断面で示している。
シリンダブロック１１には、ピストン１２が挿入されており、ピストン１２の冠面とシリンダヘッド１３の下面１３ａとの間に形成される空間が、燃焼室１４となる。シリンダヘッド１３には、気筒中心軸ｍを基準とした一側に吸気ポート１５が形成されており、吸気ポート１５は、図示しない吸気マニホールドと接続して、吸気通路を形成している。吸気ポート１５は、吸気弁１６により開放及び遮断される。一方、気筒中心軸ｍを基準とした他側に排気ポート１７が形成されており、排気ポート１７は、図示しない排気マニホールドと接続して、排気通路を形成している。排気ポート１７は、排気弁１８により開放及び遮断される。吸気弁１６及び排気弁１８は、吸気カム１９及び排気カム２０により夫々駆動される。

また、シリンダヘッド１３には、ピストン１２の中央部上方に燃料供給用のインジェクタ２１が設置されるとともに、このインジェクタ２１に隣接させて点火プラグ２２が設置されている。
インジェクタ２１は、気筒中心軸ｍに対し、エンジン前面側に若干傾斜させて設置されている。インジェクタ２１は、先端のノズル部において、周方向に複数の噴孔が設けられたマルチホール型のインジェクタであり、各噴孔から噴射された燃料は、全体として中空のコーン状噴霧を形成する。このコーンの中心線がインジェクタ２１の噴射方向線に相当し、この噴射方向線は、気筒中心軸ｍと平行に設定されている。なお、ここでいう「平行」とは、完全な平行に限らず、実質的な平行を含む概念である。すなわち、噴射方向線は、気筒中心軸ｍと平行又はこれに近い状態にあり、ピストンのキャビティ１１２により噴霧を案内して、点火プラグ２２に向かう噴霧の循環流を形成するという、後述する作用が得られる状態にあればよい。インジェクタ２１へは、図示しない燃料ポンプにより加圧された燃料が規定圧力で供給される。点火プラグ２２は、気筒中心軸ｍに対し、インジェクタ２１とは反対側の、エンジン後面側に傾斜させて設置されている。

ピストン１２の冠面には、噴霧を案内するためのキャビティ１１２が形成されている。このキャビティ１１２は、冠面の中央部に形成された内側キャビティ１１２ａと、その周囲に形成された外側キャビティ１１２ｂとから構成される。内側キャビティ１１２ａは、気筒中心軸ｍに垂直な平面による断面で、気筒中心軸ｍを中心とした円形に形成されており、外側キャビティ１１２ｂは、同じ断面で環状に、内側キャビティ１１２ａと同心に形成されている。また、内側キャビティ１１２ａの底面は、気筒中心軸ｍに垂直な面内で平坦に形成されており、外側キャビティ１１２ｂの底面は、内側キャビティ１１２ａの底面に対して傾斜させて形成され、気筒中心軸ｍから離れるに従い外側キャビティ１１２ｂの深さを増大させている。

図２（ａ）は、シリンダヘッド１３の構成を、気筒列方向に平行な平面による断面で示しており、同図（ｂ）は、シリンダヘッド１３の燃焼室形成面１３ａを示している。
シリンダヘッド１３には、気筒中心軸ｍに対して若干傾斜する軸ｎを中心として、シリンダヘッド１３をエンジン１の内外方向に貫通する孔が形成されている。この貫通孔は、一側で燃焼室１４に連通し、他側でエンジン１外に連通している。この貫通孔のうち、燃焼室１４側の端部を形成する壁面１３１は、燃焼室１４に近い位置ほど内径が拡大されて、テーパ状に形成されたうえで、更に所定の方向に拡大されている。貫通孔は、この拡大された端部以外の部分でインジェクタ孔１２１を形成している。なお、インジェクタ２１がインジェクタ孔１２１に取り付けられた状態で、この端部を形成する壁面１３１は、シリンダヘッド１３の第１及び第２の凹部を形成する。

インジェクタ２１は、インジェクタ孔１２１において、軸（噴射方向線に一致する。）ｎ上に設置されている。インジェクタ２１は、噴孔が形成されたノズル部先端２１ａが、凹部１３１内に臨み、かつシリンダヘッド１３のシリンダブロック１１に対する合わせ面（以下「ブロック合わせ面」という。）１３ｂを基準として、燃焼室形成面１３ａよりも高い位置にある。なお、本実施形態では、インジェクタの噴射方向線ｎが気筒中心軸ｍに対して傾斜しているが、この傾斜の大きさは、噴霧の循環流を形成する作用を損なわない程度の僅かなものである。

ｈｃ＜ｈｉ ・・・（１）
ｈｃ：ブロック合わせ面１３ｂに対する燃焼室形成面１３ａの高さ
ｈｉ：ブロック合わせ面１３ｂに対するノズル部先端２１ａの高さ
他方、点火プラグ２２は、シリンダヘッド１３において、気筒中心軸ｍを挟んでインジェクタ２１とは反対側に設置されている。点火プラグ２２は、プラグギャップ２２ａの位置が燃焼室形成面１３ａよりも下方に設定されており、プラグキャップ２２の位置は、インジェクタのノズル先端部２１ａよりも下方である。

図１に戻り、エンジン１の運転は、コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という。）３１により統合的に制御される。エンジン１には、吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ４１からの信号、クランク角センサ４２からの信号（これをもとに、エンジン回転数Ｎｅを算出する。）、及び冷却水温度Ｔｗを検出する温度センサ４３からの信号等が入力される。ＥＣＵ３１は、これらの信号をもとに、インジェクタ２１の燃料噴射量及び噴射時期、並びに点火プラグ２２の点火時期を演算し、設定する。

また、ＥＣＵ３１は、エンジン１の運転状態に応じ、拡散燃焼と成層燃焼との間で燃焼形態を切り換える。拡散燃焼では、空燃比を理論空燃比に設定するとともに、燃料噴射時期を吸気行程中に設定し、噴霧を燃焼室１４全体に拡散させて混合気を形成する。成層燃焼では、空燃比を理論空燃比よりも大きな値に設定するとともに、燃料噴射時期を圧縮行程中に設定し、点火プラグ２２近傍の領域に噴霧を集中させ、混合気を層状に形成する。

図３（ａ）〜（ｄ）は、第１の凹部１３１ａの形状を示している。本実施形態では、シリンダヘッド１３の凹部として、第１の凹部１３１ａに加え、第２の凹部１３１ｂが設けられるが、ここでは、便宜上、第１の凹部１３１ａのみの形状を示す。なお、いずれの場合でも、第１の凹部１３１ａが形成する空間（「第１の空間」に相当する。）は、噴射方向線ｎに垂直な平面による断面で円形である。

第１の凹部１３１ａは、インジェクタのノズル部先端２１ａを収めるものである。本実施形態では、第１の凹部１３１ａの内径を燃焼室１４に近い位置ほど広げ、インジェクタ２１から噴射された噴霧に対する逃げを形成している。（ａ）は、噴射方向線ｎを含む平面による断面で、壁面を直線状に形成するとともに、噴射方向線ｎに対して傾斜させたものを示している。（ｂ）は、同じ断面で、壁面を湾曲させて形成するとともに、壁面の噴射方向線ｎに対する傾斜の大きさを、燃焼室１４に近い位置ほど緩やかにしたものを示している。（ｃ）は、同じ断面で、壁面を湾曲させて形成するととするが、（ｂ）の場合とは逆に、壁面の噴射方向線ｎに対する傾斜の大きさを、燃焼室１４に近い位置ほど急にしたものを示している。（ｄ）は、同じ断面で、壁面を屈曲させて形成し、第１の凹部１３１ａを全体として円柱状に形成したものを示している。

図４は、シリンダヘッドの燃焼室形成面１３ａを示している。同図により第２の凹部１３１ｂについて説明する。
第２の凹部１３１ｂは、インジェクタ２１の収納部として設けられた第１の凹部１３１ａと一体となって、インジェクタ孔１２１と燃焼室１４とを連通させる１つの空間を形成するものであり、第１の凹部１３１ａが形成する空間を所定の方向に拡大させる。凹部１３１が形成する空間全体のうち、第２の凹部１３１ｂにより拡大された部分が「第２の空間」に相当する。本実施形態では、インジェクタの噴射方向線ｎから第２の凹部１３１ｂの壁面までの距離（以下「壁面距離」という。）ｄを、噴射方向線ｎを基準とした周方向で変化させ、第１の凹部１３１ａが形成する空間を２つの吸気ポート１５，１５の間、２つの排気ポート１７，１７の間、及び点火プラグ２２が位置する側とは反対側の吸気ポート１５及び排気ポート１７の間に拡大させることとしている。すなわち、これらの方向に定められる各壁面距離ｄ１〜ｄ３を、第１の凹部１３１ａの内径ｒよりも大きな値に設定している。

第２の凹部１３１ｂは、第１の凹部１３１ａが形成する空間を、上記の３つの方向にうち、いずれかの方向に拡大させるものであってもよい。図５は、インジェクタの先端部中央２１ｂから、２つの吸気ポート１５，１５の間に向かう方向に定められる壁面距離ｄ１を拡大したものを、図６は、インジェクタの先端部中央２１ｂから、２つの排気ポート１７，１７の間に向かう方向に定められる壁面距離ｄ２を拡大したものを、図７は、インジェクタの先端部中央２１ｂから、吸気ポート１５及び排気ポート１７の間に向かう方向に定められる壁面距離ｄ３を拡大したものを、夫々示している。

次に、シリンダヘッド１３において、第１の凹部１３１ａに加え、第２の凹部１３１ｂを形成したことにより得られる効果について説明する。
図８は、燃料噴射直後における噴霧Ｓの挙動を模式的に示している。インジェクタ２１の各噴孔から噴射された燃料は、全体として中空のコーン状噴霧Ｓを形成する。ここで、第１の凹部１３１ａの容積が小さく、噴霧Ｓが第１の凹部１３１ａの壁面近傍を通過して燃焼室１４に流入するものでは、第１の凹部１３１ａ内の空気Ｆ１が噴霧Ｓに引かれて、噴霧Ｓとともに燃焼室１４に流れ込むものの、燃焼室１４側からは第１の凹部１３１ａ内に空気が流れ込み難いため、第１の凹部１３１ａ内（特に、噴霧Ｓと壁面との間の空間）に負圧Ｐｎｅｇが発生する。そして、噴霧Ｓは、発生した負圧Ｐｎｅｇにより壁面の方向に引き寄せられ、進路を変えることとなるので、噴霧Ｓの形状が崩れ、狙いとする形状の噴霧Ｓを形成することができなくなる。成層燃焼に際し、ピストン１２に設けられたキャビティ１１２を利用して混合気を層状化させるものでは、ピストン１２に対し、冠面上の適切な部位に噴霧Ｓを衝突させることが必要となるが、噴霧Ｓの形状が崩れてしまうと、これができなくなる。これに対し、第１の凹部１３１ａを燃焼室１４に近い位置ほど広げ、噴霧Ｓに対する逃げを設けたうえ、第２の凹部１３１ｂにより凹部１３１全体が形成する空間を拡大させることとすれば、燃焼室１４内の空気Ｆ２が凹部１３１内に流れ込むための通路を確保することができ、凹部１３１内における負圧Ｐｎｅｇの発生を抑制して、噴霧Ｓの形状が崩れるのを防止することができる。

本実施形態により得られる効果をまとまると、次のようである。
第１に、シリンダヘッド１３において、シリンダヘッドの燃焼室形成面１３ａよりも上方にインジェクタ２１を設置したことで、インジェクタ２１と点火プラグ２２とのレイアウト上の干渉が緩和される。
第２に、インジェクタのノズル部先端２１ａが収まる第１の凹部１３１ａに加え、第１の凹部１３１ａが形成する空間を拡大し、第１の凹部１３１ａとともに燃焼室１４に続く一体の空間を形成する第２の凹部１３１ｂを設けたので、燃料噴射時に凹部１３１内に負圧Ｐｎｅｇが発生するのを抑制し、狙いとする形状の噴霧Ｓを形成することができる。

第３に、第１の凹部１３１ａが形成する空間を第２の凹部により拡大させる方向を、吸気ポート１５，１５同士の間等に特定したので、シリンダヘッド１３の他の部分との干渉がありながらも、空気の通路を最大限確保し、負圧の発生を抑制することができる。
なお、この第３の効果に付随して、拡大方向を吸気ポート１５，１５同士の間とすれば、排気ポート１７，１７周辺に設けられる冷却水通路の形状を変更する必要がない、という効果が得られる。また、拡大方向を排気ポート１７，１７同士の間とすれば、凹部１３１内での燃焼を安定化させることができる、という効果が得られる。

以下に、本発明の他の実施形態について説明する。
図９は、本発明の第２の実施形態に係るシリンダヘッドの構成を、気筒列方向に平行な平面による断面で示している。
本実施形態では、壁面距離（すなわち、インジェクタの噴射方向線ｎから第２の凹部１３１ｂの壁面までの距離）ｄのうち、噴射方向線ｎから点火プラグ孔１２２の中心軸に向かう方向に定められるものを、第１の凹部１３１ａの内径ｒよりも大きな値に設定し、シリンダヘッドの凹部１３１を点火プラグ孔１２２に向けて拡大させるとともに、第１の凹部１３１ａが形成する空間と点火プラグ孔１２２とを、第２の凹部１３１ｂが形成する空間により連通させている。

図１０は、本実施形態に係るシリンダヘッドの燃焼室形成面１３ａを示している。第２の凹部１３１ｂのうち、第１の凹部１３１ａと点火プラグ孔１２２との間で向かい合う壁面同士が、互いに内向きに湾曲しており、凹部１３１の断面が、全体として８字状に形成されている。
本実施形態によれば、シリンダヘッドの凹部１３１を点火プラグ孔１２２に向けて拡大させたことで、インジェクタ孔１２１と点火プラグ孔１２２との間で、シリンダヘッド１３の端部が鋭角に形成されるのを回避することができるので、シリンダヘッド１３への局所的な熱負荷を緩和することができる。また、本実施形態によれば、シリンダヘッドの凹部１３１を吸気ポート１５，１５同士の間等に向けて拡大させる第１の実施形態と比較して、第２の凹部１３１ｂを設けるためのスペースを確保し易い、という利点も得られる。

図１１，１２は、本実施形態に係るシリンダヘッド１３の他の例を示している。第２の凹部１３１ｂの向かい合う壁面同士を平行に形成し、凹部１３１の断面を全体として長円状に形成したり（図１１）、あるいはこれらの壁面同士を互いに外向きに湾曲させ、第１の凹部１３１ａと点火プラグ孔１２２との間で、凹部１３１が形成する空間を膨出させてもよい（図１２）。前者の例によれば、凹部１３１の形状が単純化されるため、シリンダヘッドの鋳造に際し、凹部１３１を形成する型を容易に抜き出すことができる。後者の例によれば、鋳造により第１の凹部１３１ａのみを設けたうえで、第２の凹部１３１ｂを簡単な機械加工により形成することができる。

以上では、マルチホール型のインジェクタ２１を採用した場合を例に説明したが、本発明は、これに限らず、燃料の微粒化を促すためのスワールチップを備えるタイプのインジェクタを採用してもよい。
図１３は、本発明の第３の実施形態に係るシリンダヘッドを、気筒中心軸ｍに沿って下方から見た状態で示している。

本実施形態では、インジェクタ２１として、噴射方向線ｎを基準とした周方向に６つの噴孔２１１ａ〜２１１ｆが等間隔に設けられたマルチホール型のものが採用されている。各噴孔２１１ａ〜２１１ｆから噴射された燃料は、それぞれで噴霧Ｓ１〜Ｓ６を形成し、これらの噴霧Ｓ１〜Ｓ６は、全体として中空のコーン状噴霧を形成する。また、本実施形態では、壁面距離ｄのうち、隣り合う噴孔（ここでは、２１１ｃ及び２１１ｄ）の中心軸の間に向かう方向に定められるものを、第１の凹部１３１ａの内径ｒよりも大きな値に設定し、シリンダヘッドの凹部１３１を、これらの中心軸の間に向けて拡大させている。

本実施形態によれば、シリンダヘッドの凹部１３１を、インジェクタ２１の隣り合う噴孔の中心軸の間に向けて拡大させたので、燃料を噴射する際に、燃焼室１４内の空気を噴霧（ここでは、Ｓ３及びＳ４）の間の空間を介して凹部１３１内に取り込むことができ、負圧Ｐｎｅｇの発生を効果的に回避することができる。なお、この効果は、隣り合う噴孔２１１ａ〜２１１ｆの各対に対し、各対の噴孔の中心軸の間に向けて計６箇所で凹部１３１を拡大させることで最大限得ることができる。しかしながら、凹部１３１を拡大させる箇所を噴孔の数の半数（ここでは、３）とし、これらの箇所を等間隔に設定することで、燃焼室１４内の空気を凹部１３１内にほぼ一様に取り込み、負圧による影響を噴霧Ｓ全体で回避することができる（図１４）。

以上では、第１の凹部１３１ａを燃焼室１４に近い位置ほど広げ、凹部１３１の壁面に噴霧Ｓに対する逃げを形成することとしたが、凹部１３１内における負圧Ｐｎｅｇの発生を抑制するという効果は、第１の凹部１３１ａに関してそのような構成を採用せず、単に第２の凹部１３１ｂにより凹部１３１を拡大させただけでも得ることができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの構成 同上エンジンのシリンダヘッドの構成 第１の凹部の形状 第２の凹部の形状の第１の例 第２の凹部の形状の第２の例 第２の凹部の形状の第３の例 第２の凹部の形状の第４の例 燃焼噴射時における噴霧及び空気の挙動 本発明の他の実施形態に係るシリンダヘッドの構成 同上シリンダヘッドに設けられる第２の凹部の第１の例 同上シリンダヘッドに設けられる第２の凹部の第２の例 同上シリンダヘッドに設けられる第２の凹部の第３の例 本発明の更に別の実施形態に係るシリンダヘッドの構成 同上シリンダヘッドの他の例

符号の説明

１…エンジン、１１…シリンダブロック、１２…ピストン、１１２…キャビティ、１３…シリンダヘッド、１３ａ…燃焼室形成面、１３ｂ…ブロック合わせ面、１３１…凹部、１３１ａ…第１の凹部、１３１ｂ…第２の凹部、１４…燃焼室、１５…吸気ポート、１６…吸気弁、１７…排気ポート、１８…排気弁、１９…吸気カム、２０…排気カム、２１…インジェクタ、２１ａ…ノズル部先端、２１ｂ…先端部中央、２１１…噴孔、１２１…インジェクタ孔、２２…点火プラグ、２２ａ…プラグギャップ、１２２…点火プラグ孔、３１…コントロールユニット、ｍ…気筒中心軸、ｎ…噴射方向線、Ｓ…噴霧。

Claims (13)

1. ピストンと、
   ピストンとともに燃焼室を形成するシリンダヘッドと、
   シリンダヘッドにおいて、ピストンの中央部上方に設置され、噴射方向がピストンの移動方向と平行であるインジェクタと、
   インジェクタにより噴射された燃料を着火させるための点火プラグと、を含んで構成され、
   インジェクタは、シリンダヘッドのインジェクタ孔において、シリンダヘッドの燃焼室形成面よりも上方に位置し、
   シリンダヘッドは、燃焼室に続く空間を形成する凹部として、インジェクタ孔に連通するとともに、インジェクタの先端部が臨む第１の空間を形成する第１の凹部と、この第１の凹部の外側に設けられ、第１の空間から続く第２の空間を形成する第２の凹部と、を有し、
   シリンダヘッドにおいて、インジェクタを基準とした一側に２つの吸気ポートが形成され、
   第１の凹部は、インジェクタの噴射方向線に垂直な平面による断面で円形であり、
   第２の凹部は、インジェクタの噴射方向線から壁面までの距離を壁面距離として、この壁面距離が、インジェクタの噴射方向線を基準とした周方向で変化し、インジェクタの先端部中央から吸気ポートの間に向かう方向に定められる第１の壁面距離が、それ以外の方向に定められる第２の壁面距離よりも大きい筒内噴射式内燃機関。
2. ピストンと、
   ピストンとともに燃焼室を形成するシリンダヘッドと、
   シリンダヘッドにおいて、ピストンの中央部上方に設置され、噴射方向がピストンの移動方向と平行であるインジェクタと、
   インジェクタにより噴射された燃料を着火させるための点火プラグと、を含んで構成され、
   インジェクタは、シリンダヘッドのインジェクタ孔において、シリンダヘッドの燃焼室形成面よりも上方に位置し、
   シリンダヘッドは、燃焼室に続く空間を形成する凹部として、インジェクタ孔に連通するとともに、インジェクタの先端部が臨む第１の空間を形成する第１の凹部と、この第１の凹部の外側に設けられ、第１の空間から続く第２の空間を形成する第２の凹部と、を有し、
   シリンダヘッドにおいて、インジェクタを基準とした一側に２つの排気ポートが形成され、
   第１の凹部は、インジェクタの噴射方向線に垂直な平面による断面で円形であり、
   第２の凹部は、インジェクタの噴射方向線から壁面までの距離を壁面距離として、この壁面距離が、インジェクタの噴射方向線を基準とした周方向で変化し、インジェクタの先端部中央から排気ポートの間に向かう方向に定められる第１の壁面距離が、それ以外の方向に定められる第２の壁面距離よりも大きい筒内噴射式内燃機関。
3. ピストンと、
   ピストンとともに燃焼室を形成するシリンダヘッドと、
   シリンダヘッドにおいて、ピストンの中央部上方に設置され、噴射方向がピストンの移動方向と平行であるインジェクタと、
   インジェクタにより噴射された燃料を着火させるための点火プラグと、を含んで構成され、
   インジェクタは、シリンダヘッドのインジェクタ孔において、シリンダヘッドの燃焼室形成面よりも上方に位置し、
   シリンダヘッドは、燃焼室に続く空間を形成する凹部として、インジェクタ孔に連通するとともに、インジェクタの先端部が臨む第１の空間を形成する第１の凹部と、この第１の凹部の外側に設けられ、第１の空間から続く第２の空間を形成する第２の凹部と、を有し、
   第１の凹部は、インジェクタの噴射方向線に垂直な平面による断面で円形であり、
   第２の凹部は、インジェクタの噴射方向線から壁面までの距離を壁面距離として、この壁面距離が、インジェクタの噴射方向線を基準とした周方向で変化し、インジェクタの先端部中央から吸気ポート及び排気ポートの間に向かう方向に定められる第１の壁面距離が、それ以外の方向に定められる第２の壁面距離よりも大きい筒内噴射式内燃機関。
4. ピストンと、
   ピストンとともに燃焼室を形成するシリンダヘッドと、
   シリンダヘッドにおいて、ピストンの中央部上方に設置され、噴射方向がピストンの移動方向と平行であるインジェクタと、
   インジェクタにより噴射された燃料を着火させるための点火プラグと、を含んで構成され、
   インジェクタは、シリンダヘッドのインジェクタ孔において、シリンダヘッドの燃焼室形成面よりも上方に位置し、
   シリンダヘッドは、燃焼室に続く空間を形成する凹部として、インジェクタ孔に連通するとともに、インジェクタの先端部が臨む第１の空間を形成する第１の凹部と、この第１の凹部の外側に設けられ、第１の空間から続く第２の空間を形成する第２の凹部と、を有し、
   第１の凹部は、インジェクタの噴射方向線に垂直な平面による断面で円形であり、
   第２の凹部は、インジェクタの噴射方向線から壁面までの距離を壁面距離として、この壁面距離が、インジェクタの噴射方向線を基準とした周方向で変化し、インジェクタの先端部中央から点火プラグ孔へ向かう方向に定められる第１の壁面距離が、それ以外の方向に定められる第２の壁面距離よりも大きい筒内噴射式内燃機関。
5. 第１の空間と点火プラグ孔内とが、第２の空間を介して連通する請求項４に記載の筒内噴射式内燃機関。
6. 第１の凹部と点火プラグ孔との間で、第２の凹部の向かい合う壁面が平行に形成された請求項５に記載の筒内噴射式内燃機関。
7. 第１の凹部と点火プラグ孔との間で、第２の凹部の向かい合う壁面がともに湾曲させて形成され、第２の空間が外側に膨出する請求項５に記載の筒内噴射式内燃機関。
8. インジェクタが、燃料の微粒化を促すためのスワールチップを備える請求項１〜７のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。
9. インジェクタが、噴射方向線を基準とした周方向に複数の噴孔を有する請求項１〜７のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。
10. 第２の凹部は、インジェクタの先端部中央から、隣り合う噴孔の中心軸の間に向かう方向に定められる第１の壁面距離が、噴孔の中心軸に向かう方向に定められる第２の壁面距離よりも大きい請求項９に記載の筒内噴射式内燃機関。
11. ピストンと、
    ピストンとともに燃焼室を形成するシリンダヘッドと、
    シリンダヘッドにおいて、ピストンの中央部上方に設置され、噴射方向がピストンの移動方向と平行であるインジェクタと、
    インジェクタにより噴射された燃料を着火させるための点火プラグと、を含んで構成され、
    インジェクタは、噴射方向線を基準とした周方向に複数の噴孔を有するものであって、シリンダヘッドのインジェクタ孔において、シリンダヘッドの燃焼室形成面よりも上方に位置し、
    シリンダヘッドは、燃焼室に続く空間を形成する凹部として、インジェクタ孔に連通するとともに、インジェクタの先端部が臨む第１の空間を形成する第１の凹部と、この第１の凹部の外側に設けられ、第１の空間から続く第２の空間を形成する第２の凹部と、を有し、
    第１の凹部は、インジェクタの噴射方向線に垂直な平面による断面で円形であり、
    第２の凹部は、インジェクタの噴射方向線から壁面までの距離を壁面距離として、この壁面距離が、インジェクタの噴射方向線を基準とした周方向で変化し、インジェクタの先端部中央から隣り合う噴孔の中心軸の間に向かう方向に定められる第１の壁面距離が、噴孔の中心軸に向かう方向に定められる第２の壁面距離よりも大きい筒内噴射式内燃機関。
12. ピストンと、
    ピストンとともに燃焼室を形成するシリンダヘッドと、
    シリンダヘッドにおいて、ピストンの中央部上方に設置され、噴射方向がピストンの移動方向と平行であるインジェクタと、
    インジェクタにより噴射された燃料を着火させるための点火プラグと、を含んで構成され、
    インジェクタは、噴射方向線を基準とした周方向に複数の噴孔を有するものであって、シリンダヘッドのインジェクタ孔において、シリンダヘッドの燃焼室形成面よりも上方に位置し、
    シリンダヘッドは、燃焼室に続く空間を形成する凹部として、インジェクタ孔に連通するとともに、インジェクタの先端部が臨む第１の空間を形成する第１の凹部と、この第１の凹部の外側に設けられ、第１の空間から続く第２の空間を形成する第２の凹部と、を有し、
    第１の凹部は、インジェクタの噴射方向線に垂直な平面による断面で円形であり、
    第２の凹部は、インジェクタの噴射方向線から壁面までの距離を壁面距離として、この壁面距離が、インジェクタの噴射方向線を基準とした周方向で変化し、隣り合う２つの噴孔を対として、各対の間でそれぞれに含まれる２つの噴孔を異ならせた場合に、インジェクタの先端部中央から各対の噴孔の中心軸の間に向かう方向に定められる第１の壁面距離が、それ以外の方向に定められる第２の壁面距離よりも大きい筒内噴射式内燃機関。
13. 第１の凹部は、燃焼室に近い位置ほど内径が大きい請求項１〜１２のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関。

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