内燃機関
【課題】ペントルーフ型の燃焼室の上部内壁面に燃料噴霧を付着させない。
【解決手段】外開式の燃料噴射弁１９は、燃焼室６の稜線１２に沿って噴射された燃料噴霧の上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度に比べ、燃焼室６を構成する壁面のうちシリンダヘッド３に形成された吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって噴射された燃料噴霧の上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度が小さくなるよう形成されている。ペントルーフ型の燃焼室６の上部内壁面７に、燃料噴射弁１９からの燃料噴霧が接触しないようにすることができ、内燃機関の出力への跳ね返りなく、未燃損失を低減し、燃費を改善することができる。
【解決手段】外開式の燃料噴射弁１９は、燃焼室６の稜線１２に沿って噴射された燃料噴霧の上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度に比べ、燃焼室６を構成する壁面のうちシリンダヘッド３に形成された吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって噴射された燃料噴霧の上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度が小さくなるよう形成されている。ペントルーフ型の燃焼室６の上部内壁面７に、燃料噴射弁１９からの燃料噴霧が接触しないようにすることができ、内燃機関の出力への跳ね返りなく、未燃損失を低減し、燃費を改善することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペントルーフ型の燃焼室を有する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、燃料が噴射される噴孔の下流側に、この噴孔から噴射された中空円錐状の燃料噴霧の噴孔軸方向への到達距離を抑制する流動制限手段が設けられた燃料噴射弁が開示されている。
【０００３】
この流動制限手段は、前記噴孔から噴射される中空円錐形状の燃料噴霧のうち、この中空円錐形状の頂部の周囲を覆うように設けられており、前記噴孔の中心軸と略平行な壁面Ａと、前記噴孔の中心軸と略直交し、前記噴孔から燃料噴霧下流型噴霧の外縁と触れない壁面Ｂと、を有し、これら壁面Ａ及びＢの作用により、燃料の噴射が停止してから一定時間が経過した時点での燃料噴霧の噴孔軸方向への到達距離を抑制するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１２２０５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１に開示される燃料噴射弁をペントルーフ型の燃焼室の上部中央に配置する場合、ピストンやシリンダ壁に対する燃料付着を抑制することはできるものの、中空円錐形状の燃料噴霧の一部が、ペントルーフ型の燃焼室の上部内壁面のうち、吸気ポートが開口する吸気側傾斜面や排気ポートが開口する排気側傾斜面に対して接触してしまい、これら傾斜面に付着した燃料が未燃燃料となり、燃費が悪化してしまう虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明は、ペントルーフ型の燃焼室と、中空円錐形状に燃料噴射可能な外開式の燃料噴射弁と、を備えた内燃機関において、前記燃料噴射弁は、前記燃焼室の稜線に沿って噴射された燃料噴霧の上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度に比べ、前記燃焼室を構成する壁面のうちシリンダヘッドに形成された吸気側傾斜面及び排気側傾斜面に向かって噴射された燃料噴霧の上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度が小さくなるよう構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ペントルーフ型の燃焼室の上部内壁面に、燃料噴射弁からの燃料噴霧が接触しないようにすることができ、内燃機関の出力への跳ね返りなく、未燃損失を低減し、燃費を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る内燃機関の全体構成を模式的に示した説明図。
【図２】本発明に係る内燃機関の斜視図。
【図３】本発明の第１実施形態燃における内燃機関の要部断面図であって、シリンダ軸線及び燃焼室の稜線を含む平面に沿った断面図。
【図４】本発明の第１実施形態燃における内燃機関の要部断面図であって、燃焼室の稜線に直交し、かつシリンダ軸線を含む平面に沿った断面図。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿った断面図
【図６】図５のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図７】図３のＣ−Ｃ線に沿った断面図。
【図８】図７のＤ−Ｄ線に沿った断面図。
【図９】本発明の第２実施形態燃における内燃機関の要部断面図であって、シリンダ軸線及び燃焼室の稜線を含む平面に沿った断面図。
【図１０】本発明の第２実施形態燃における内燃機関の要部断面図であって、燃焼室の稜線に直交し、かつシリンダ軸線を含む平面に沿った断面図。
【図１１】図１０のＥ−Ｅ線に沿った断面図。
【図１２】図１１のＦ−Ｆ線に沿った断面図。
【図１３】図９のＧ−Ｇ線に沿った断面図。
【図１４】図１３のＨ−Ｈ線に沿った断面図。
【図１５】本発明の第３実施形態燃における内燃機関の要部断面図であって、シリンダ軸線及び燃焼室の稜線を含む平面に沿った断面図。
【図１６】本発明の第３実施形態燃における内燃機関の要部断面図であって、燃焼室の稜線に直交し、かつシリンダ軸線を含む平面に沿った断面図。
【図１７】図１６のＩ−Ｉ線に沿った断面図。
【図１８】図１５のＪ−Ｊ線に沿った断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る内燃機関の全体構成を模式的に示した説明図であり、図２は本発明に係る内燃機関の斜視図である。
【００１０】
本実施形態における内燃機関は、圧縮自己着火式内燃機関であって、内燃機関のシリンダブロック１には、複数のシリンダ２が設けられており、その上面を覆うように、シリンダヘッド３が固定されている。シリンダ２内には、冠面にキャビティ５が凹設されたピストン４が摺動可能に嵌合している。
【００１１】
そして、これらシリンダブロック１、シリンダヘッド３、ピストン４により覆われて燃焼室６が構成されている。
【００１２】
この燃焼室６は、いわゆるペントルーフ型に構成されており、この燃焼室６を構成する壁面のうち、シリンダヘッド３に形成された上部内壁面７は、２つの吸気ポート８、８が開口する吸気側傾斜面９と、２つの排気ポート１０、１０が開口する排気側傾斜面１１と、これら吸気側傾斜面９と排気側傾斜面１１とが突き合わせされた部分に形成され、当該燃焼室６の中心を通る直線状の稜線１２と、吸気側傾斜面１１の両側に位置し、シリンダ軸線を含む平面と平行な平面である吸気側側壁面１３、１３と、排気側傾斜面１１の両側に位置し、シリンダ軸線を含む平面と平行な平面である排気側側壁面１４、１４と、吸気側側壁面１３、１３及び排気側側壁面１４、１４の外周側に位置し、シリンダヘッド３の下面を含む平面と平行な平面である第１平面部１５と、吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１の立ち上がり部分の外周側に位置し、シリンダヘッド３の下面を含む平面と平行な平面である第２平面部１６と、を有している。
【００１３】
吸気ポート８の燃焼室６に対する開口部は、吸気弁１７により開閉される。また排気ポート１０の燃焼室６に対する開口部は、排気弁１８により開閉される。 中空円錐形状の燃料噴霧（図１中の領域Ｍを参照）を燃焼室６内に噴射する燃料噴射弁１９は、各気筒の一対の吸気弁１７、１７及び一対の排気弁１８、１８によって囲まれたシリンダ２の略中心位置である燃焼室６の上部中央に、換言すれば、稜線１２上であってその略中央位置に配置されている。
【００１４】
この燃料噴射弁１９は、弁体３３（後述）が本体（後述のノズルボディ３０）の外側に突出することによって燃料を噴射する外開式の噴射弁であって、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２０からの制御信号に基づいて、その弁体３３（後述）のリフト量、噴射パルス幅及び噴射タイミングが制御されている。
【００１５】
ＥＣＵ２０には、吸入吸気量を検出するエアフローメータ２１、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ２２、クランク信号、クランク角位置を検出するクランク角センサ２３等の各種センサからの検出信号が入力されており、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁１９を制御している。
【００１６】
ここで、本実施形態の内燃機関においては、図１に示すように、低負荷運転時には、圧縮上死点のタイミングで燃料噴射弁１９から燃焼室６内に燃料が噴射されるが、噴射された燃料噴霧は、燃焼室６の内壁面にも付着しないようになっている。
【００１７】
図３〜図８は、本発明の第１実施形態における内燃機関の要部断面図及び燃料噴射弁１９の要部断面図を示している。
【００１８】
図３は稜線１２及びシリンダ軸線を含む平面に沿った内燃機関の断面図、図４は稜線１２に直交し、かつシリンダ軸線を含む平面に沿った沿った内燃機関の断面図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿った断面図、図６は図５のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図７は図３のＣ−Ｃ線に沿った断面図、図８は図７のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【００１９】
図５〜図８に示すように、燃料噴射弁１９は、燃料噴射弁１９の軸方向から見たときに円形の燃料噴射口３１が形成されたノズルボディ３０と、燃料噴射口３１の外周に形成され、燃料噴射弁１９の軸を含む断面でみたときにテーパ状のシール面３２と、このシール面３２に着座することで燃料噴射口３１を閉じると共に、シール面３２に着座した状態からノズルボディ３０の外側に向かって移動（リフト）することによって燃料噴射口３１の全周に亙ってシール面３２から離間して燃料噴射口３１の全周から燃料噴射口３１の半径方向（図５、図７における左右方向）に燃料噴射を可能とする弁体３３と、を有している。例えば、ノズルボディ３０と弁体３３は、燃料噴射口３１を通る燃料噴射弁１９の軸線を中心とした円形であり、断面で見たときにテーパ状のシール面３２は、円錐面の一部分である。
【００２０】
また、燃料噴射弁１９は、弁体３３がシール面３２から離間した際に燃料噴射口３１から噴射された燃料を燃焼室６に向かって案内する案内部３４を更に備えている。この案内部３４は、弁体３３がシール面３２から離間した際に、ノズルボディ３０と弁体３３との間に形成される燃料噴射通路３５を有している。
【００２１】
そして、この燃料噴射弁１９は、図３及び図４に示すように、燃料噴霧が上部内壁面７に接触しないように、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度θ１に比べ、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度θ２が小さくなるよう形成されている。換言すれば、この燃料噴射弁１９は、シリンダ軸線方向からみて（図３、図４における上方から下方を見下ろすようにみて）燃料噴射口３１の燃料の噴射方向と稜線１２とのなす角度が大きくなる位置から噴射される燃料噴霧ほど、シリンダ軸線に直交する方向からみて当該燃料噴霧の上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度が小さくなるように、その案内部３４が形成されている。
【００２２】
案内部３４は、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置と、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置とでは、互いに異なる形状に形成されている。換言すれば、燃料噴射弁１９は、ノズルボディ３０と弁体３３との間に形成されるノズル形状が、燃料噴射口３１の周方向で稜線１２に近い位置と、稜線１２から離れた位置とでは異なるように形成されている。
【００２３】
詳述すると、この第１実施形態においては、燃料噴射口３１の下流側に位置する燃料噴射通路３５が、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置と、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置とでは、互いに異なる長さとなるよう、案内部３４が形成されている。より具体的には、この第１実施形態においては、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置において、燃料噴射口３１を通る燃料噴射弁１９の軸線を中心した円形のノズルボディ３０の外周に機械加工等により切欠部３６が形成され、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置における燃料噴射通路３５の通路長Ｌ１に比べて、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置における燃料噴射通路３５の通路長Ｌ２が長くなるよう、案内部３４が形成されている。
【００２４】
そのため、燃料噴射弁１９は、燃料噴射口３１（実質的には、燃料噴射通路３５）から稜線１２に沿って噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた噴霧角θ３に比べ、燃料噴射口３１（実質的には、燃料噴射通路３５）から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた噴霧角θ４が小さくなっている。換言すればシリンダ軸線方向からみて（図３、図４における上方から下方を見下ろすようにみて）燃料噴射口３１における燃料の噴射方向と稜線１２とのなす角度が大きくなる位置から噴射される燃料噴霧ほど、シリンダ軸線に直交する方向からみた燃料噴霧の上部内壁面側の外形線と燃料噴霧のシリンダ軸線側の外形線とのなす角度が小さくなるよう、案内部３４が形成されている。
【００２５】
ここで、燃料噴射通路３５の流路径（通路断面積）をＤ、燃料噴射通路３５の通路長をＬとすると、Ｌ／Ｄで定義される値が大きくなるほど、燃料噴霧の噴霧角は小さくなるため、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置において相対的に燃料噴射通路３５の通路長が長くなり、この位置における噴霧角θ４が相対的に小さくなっている。
【００２６】
そして、弁体３３のシール面３２からの移動量（リフト量）が小さく、燃料噴射弁１９からの燃料噴射量が少ない機関低負荷時においては、燃焼室６の内壁面に噴射された燃料が付着しないよう、燃焼室６内に成層混合気を形成するべく圧縮上死点近傍のタイミングで燃料噴射弁１９から燃料を噴射して、圧縮上死点近傍のタイミングで燃焼室６内に成層混合気を形成し、弁体３３のシール面３２からの移動量（リフト量）が大きく、燃料噴射弁１９からの燃料噴射量が多い機関高負荷時においては、燃焼室６内に均質混合気を形成されるように低負荷運転時によりも燃料噴射のタイミングを進角させたタイミングで燃料噴射弁１９から燃料を噴射して、燃焼室６内に均質混合気が形成する。
【００２７】
つまり、内燃機関は、弁体３３のシール面３２からの移動量をＥＣＵ２０により制御することによって、燃料噴射弁１９から噴射される燃料噴射量と燃焼室６内の混合気分布とが制御されており、機関低負荷時においては、弁体３３のシール面３２からの移動量を、機関高負荷時に比べて小さくなるように制御し、かつ上死点近傍のタイミングで燃焼室６内に燃料を噴射することで、成層混合気を形成する。
【００２８】
このような第１実施形態においては、ペントルーフ型の燃焼室６の上部内壁面７に、燃料噴射弁１９からの燃料噴霧が接触しないようにすることができ、内燃機関の出力への跳ね返りなく、未燃損失を低減し、燃費を改善するとともに、排気性能を向上させることができる。
【００２９】
また、案内部３４により、噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度θ１、θ２や、噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた噴霧角θ３、θ４が上述のように規定されているので、燃焼室６の設計を変更することなく、燃料噴射弁１９の案内部３４の形状の変更のみで、ペントルーフ型の燃焼室６の上部内壁面７に、燃料噴射弁１９から燃料噴霧が接触しないようにすることができる。
【００３０】
さらに、ノズルボディ３０の切欠部３６は、機械加工等により容易に形成することができるので、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置と、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置とで、案内部３４の形状を容易に異なる形状に形成することができる。
【００３１】
ここで、本実施形態においては、ノズルボディ３０にのみ切欠部３６が形成されているので、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置において、弁体３３が切欠部３６よりも外側に張り出すことになる。つまり、この第１実施形態においては、ノズルボディ３０に切欠部３６が形成されることで、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置において、弁体３３に張り出し部３７が形成されることになる。
【００３２】
このように、弁体３３に張り出し部３７が形成されると、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置において、この張り出し部３７の作用により、シリンダ軸線に直交する方向からみた燃料噴霧の上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角θ５を相対的に大きくすることができる。
【００３３】
そして、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置では、燃料噴射通路３５が相対的に短くなるので、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置に比べて、燃料噴霧の噴霧角が大きくなるものの、燃料噴霧のペネトレーション（噴霧の到達距離）が短くなるので、燃料噴霧の燃焼室６の上部内壁面７への付着を抑制することができる。
【００３４】
燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置においては、燃料噴射通路３５が相対的に長くなり、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置に比べて、燃料噴霧の噴霧角が小さくなるので、燃料噴霧のペネトレーション（噴霧の到達距離）が長くなるものの、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度が相対的に小さくなるよう形成されているので、燃料噴霧の燃焼室６の上部内壁面７への付着を抑制することができる。
【００３５】
また、相対的に燃料噴射量が少ない機関低負荷時には、ペントルーフ型の燃焼室６の上部内壁面７に燃料噴射弁１９から燃料噴霧が接触しないようにしつつ、燃焼室６内の成層混合気を自着火させることで、温度の低い燃焼室６の上部内壁面７との間に形成された空気層による断熱により冷却損失を低減することが可能となる。そして、相対的に燃料噴射量が多い機関高負荷時には、燃料噴射弁１９の実質的な開口面積が最大となるので、噴射パルスの増大（燃料噴射弁１９の開弁時間）を抑制し、燃料噴霧の混合時間を確保することで、均質燃焼を安定して実施することが可能となる。
【００３６】
尚、この第１実施形態においては、ノズルボディ３０側を切り欠くことで燃料噴射通路３５の通路長を燃料噴射口３１の周方向で変化させているが、弁体側を切り欠くことで燃料噴射通路３５の通路長を燃料噴射口３１の周方向で変化させることも可能である。
【００３７】
以下、本発明の他の実施形態について説明するが、上述した第１実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３８】
図９〜図１４は、本発明の第２実施形態における内燃機関の要部断面図及び燃料噴射弁１９の要部断面図を示している。
【００３９】
この第２実施形態における内燃機関は、上述した第１実施形態の内燃機関と略同一構成となっているが、この第２実施形態においては、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置において、断面円形のノズルボディ３０及び弁体３３の外周に機械加工等によりそれぞれ切欠部３６、４１が形成されている。つまり、この第２実施形態は、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置において、弁体３３がノズルボディ３０の外側に張り出しておらず、弁体３３が前述した張り出し部３７に相当する構成を具備しない以外は、第１実施形態と同一構成となっている。
【００４０】
尚、この第２実施形態においても、燃料噴射弁１９は、図９及び図１０に示すように、燃料噴霧が上部内壁面７に接触しないように、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度θ１に比べ、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度θ２が小さくなるよう形成されている。
【００４１】
このような第２実施形態においても、上述した第１実施形態と略同様の作用効果を得ることができる。
【００４２】
次に、図１５〜図１８を用いて、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態における内燃機関は、上述した第１実施形態の内燃機関と略同一構成となっているが、この第３実施形態においては、図１８に示すように、燃料噴射弁１９の案内部３４が、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する燃料噴射弁１９の周方向位置に、燃料噴射通路３５から燃焼室６への燃料噴霧を妨げることが可能な遮蔽壁５１を有している。
【００４３】
この遮蔽壁５１は、図１８に示すように、燃料噴射通路３５の燃焼室側の開口に近接する弁体３３に近づくように延びてノズルボディ３０と弁体３３の間の隙間寸法を狭くするようにノズルボディ３０の先端に設けられたシリンダ軸線と略平行な壁面であって、機関低負荷時の燃料噴射量を噴射する際の弁体３３のシール面３２からの移動量（リフト量）では、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置において燃料噴射通路３５から燃焼室６への燃料噴霧を妨げ、機関高負荷時の燃料噴射量を噴射する際の弁体３３のシール面３２からの移動量（リフト量）では、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置において燃料噴射通路３５から燃焼室６への燃料噴霧を許容するよう形成されている。
【００４４】
具体的には、機関低負荷時における弁体３３のシール面３２からの移動量（リフト量）では、燃料噴射通路３５の燃焼室側の開口が遮蔽壁５１によって全て覆われた状態となって燃料噴射が妨げられるが、機関高負荷時における弁体３３のシール面３２からの移動量（リフト量）では、燃料噴射通路３５の燃焼室側の開口が遮蔽壁５１の外側まで拡大することによって燃料噴射が許容されように、遮蔽壁５１が形成されている。
【００４５】
ここで、機関低負荷時における弁体３３のシール面３２からの移動によって生じるシール部の幅（ノズルボディ３０と弁体３３の間の断面高さ／隙間寸法）は、２０ミクロン程度である。仮に燃料噴射通路３５の幅（ノズルボディ３０と弁体３３の間の断面高さ／隙間寸法）がシール面３２の下流側で徐々に拡大するものであった場合、燃料噴射通路３５の燃焼室側の開口が完全に塞がれていなくても、この開口を覆うように遮蔽壁５１を弁体３３に近接させ、例えば、燃料噴射通路３５の燃焼室側の開口の隙間を２０ミクロン程度にすれば、燃料噴射通路３５の燃焼室側の開口からの燃料噴射を妨げることができる。また、仮に燃料噴射通路３５の幅（ノズルボディ３０と弁体３３の間の断面高さ／隙間寸法）がシール面３２の下流側で略一定であった場合にも、燃料噴射通路３５の燃焼室側の開口を覆うように遮蔽壁５１を弁体３３近接させることで、この開口が完全に塞がれていなくても、燃料噴射を妨げることができる。
【００４６】
尚、この第３実施形態においても、機関低負荷時においては、圧縮上死点のタイミングで燃料噴射口３１から稜線１２に向かって燃料が噴射されるが、この第３実施形態における燃料噴射弁１９においても、このとき噴射された燃料噴霧が上部内壁面７に接触しないように形成されており、燃焼室６の内壁面にも付着しないようになっている。
【００４７】
このような第３実施形態においては、燃料噴射量が少ない機関低負荷時には、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料が噴射されないので、相対的に燃料噴射量が少ない機関低負荷時には、ペントルーフ型の燃焼室６の上部内壁面７に、燃料噴射弁１９から燃料噴霧が接触しないので、内燃機関の出力への跳ね返りなく、未燃損失を低減し、燃費を改善することができる。
【００４８】
また燃料噴射量が多い機関高負荷時には、燃料噴射口３１の全周から燃料が噴射されることになり、燃料噴射弁１９の実質的な開口面積が最大となるので、噴射パルスの増大（燃料噴射弁１９の開弁時間）を抑制し、燃料噴霧の混合時間を確保することで、均質燃焼を安定して実施することができる。
【００４９】
尚、上述した各実施形態における燃料噴射弁１９は、いわゆるピエゾ式燃料噴射弁であり、弁体３３の駆動用アクチュエータとしてピエゾ素子が用いられているが、駆動用アクチュエータとしてソレノイドを用いソレノイド式燃料噴射弁にも適用可能である。
【００５０】
また、上述した第１及び第２実施形態においては、ノズルボディ３０に切欠部３６を設けることで、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置における燃料噴射通路３５の通路長Ｌ１が、燃料噴射口３５から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置における燃料噴射通路３５の通路長Ｌ２よりも短くなるようにしているが、燃料噴射口３１の周方向で、燃料噴射通路３５の長さが変化するように、ノズルボディ３０先端、燃料噴射口３１、弁体３３の形状をそれぞれ円形もしくは楕円形に適宜設定することで、切欠部３６を設けることなく、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置における燃料噴射通路３５の通路長Ｌ１が、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置における燃料噴射通路３５の通路長Ｌ２よりも短くなるようにすることも可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１…シリンダブロック
２…シリンダ
３…シリンダヘッド
６…燃焼室
７…上部内壁面
９…吸気側傾斜面
１１…排気側傾斜面
１２…稜線
１９…燃料噴射弁
３０…ノズルボディ
３１…燃料噴射口
３２…シール面
３３…弁体
３４…案内部
３５…燃料噴射通路
３６…切欠部
３７…張り出し部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペントルーフ型の燃焼室を有する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、燃料が噴射される噴孔の下流側に、この噴孔から噴射された中空円錐状の燃料噴霧の噴孔軸方向への到達距離を抑制する流動制限手段が設けられた燃料噴射弁が開示されている。
【０００３】
この流動制限手段は、前記噴孔から噴射される中空円錐形状の燃料噴霧のうち、この中空円錐形状の頂部の周囲を覆うように設けられており、前記噴孔の中心軸と略平行な壁面Ａと、前記噴孔の中心軸と略直交し、前記噴孔から燃料噴霧下流型噴霧の外縁と触れない壁面Ｂと、を有し、これら壁面Ａ及びＢの作用により、燃料の噴射が停止してから一定時間が経過した時点での燃料噴霧の噴孔軸方向への到達距離を抑制するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１２２０５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１に開示される燃料噴射弁をペントルーフ型の燃焼室の上部中央に配置する場合、ピストンやシリンダ壁に対する燃料付着を抑制することはできるものの、中空円錐形状の燃料噴霧の一部が、ペントルーフ型の燃焼室の上部内壁面のうち、吸気ポートが開口する吸気側傾斜面や排気ポートが開口する排気側傾斜面に対して接触してしまい、これら傾斜面に付着した燃料が未燃燃料となり、燃費が悪化してしまう虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明は、ペントルーフ型の燃焼室と、中空円錐形状に燃料噴射可能な外開式の燃料噴射弁と、を備えた内燃機関において、前記燃料噴射弁は、前記燃焼室の稜線に沿って噴射された燃料噴霧の上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度に比べ、前記燃焼室を構成する壁面のうちシリンダヘッドに形成された吸気側傾斜面及び排気側傾斜面に向かって噴射された燃料噴霧の上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度が小さくなるよう構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ペントルーフ型の燃焼室の上部内壁面に、燃料噴射弁からの燃料噴霧が接触しないようにすることができ、内燃機関の出力への跳ね返りなく、未燃損失を低減し、燃費を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る内燃機関の全体構成を模式的に示した説明図。
【図２】本発明に係る内燃機関の斜視図。
【図３】本発明の第１実施形態燃における内燃機関の要部断面図であって、シリンダ軸線及び燃焼室の稜線を含む平面に沿った断面図。
【図４】本発明の第１実施形態燃における内燃機関の要部断面図であって、燃焼室の稜線に直交し、かつシリンダ軸線を含む平面に沿った断面図。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿った断面図
【図６】図５のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図７】図３のＣ−Ｃ線に沿った断面図。
【図８】図７のＤ−Ｄ線に沿った断面図。
【図９】本発明の第２実施形態燃における内燃機関の要部断面図であって、シリンダ軸線及び燃焼室の稜線を含む平面に沿った断面図。
【図１０】本発明の第２実施形態燃における内燃機関の要部断面図であって、燃焼室の稜線に直交し、かつシリンダ軸線を含む平面に沿った断面図。
【図１１】図１０のＥ−Ｅ線に沿った断面図。
【図１２】図１１のＦ−Ｆ線に沿った断面図。
【図１３】図９のＧ−Ｇ線に沿った断面図。
【図１４】図１３のＨ−Ｈ線に沿った断面図。
【図１５】本発明の第３実施形態燃における内燃機関の要部断面図であって、シリンダ軸線及び燃焼室の稜線を含む平面に沿った断面図。
【図１６】本発明の第３実施形態燃における内燃機関の要部断面図であって、燃焼室の稜線に直交し、かつシリンダ軸線を含む平面に沿った断面図。
【図１７】図１６のＩ−Ｉ線に沿った断面図。
【図１８】図１５のＪ−Ｊ線に沿った断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る内燃機関の全体構成を模式的に示した説明図であり、図２は本発明に係る内燃機関の斜視図である。
【００１０】
本実施形態における内燃機関は、圧縮自己着火式内燃機関であって、内燃機関のシリンダブロック１には、複数のシリンダ２が設けられており、その上面を覆うように、シリンダヘッド３が固定されている。シリンダ２内には、冠面にキャビティ５が凹設されたピストン４が摺動可能に嵌合している。
【００１１】
そして、これらシリンダブロック１、シリンダヘッド３、ピストン４により覆われて燃焼室６が構成されている。
【００１２】
この燃焼室６は、いわゆるペントルーフ型に構成されており、この燃焼室６を構成する壁面のうち、シリンダヘッド３に形成された上部内壁面７は、２つの吸気ポート８、８が開口する吸気側傾斜面９と、２つの排気ポート１０、１０が開口する排気側傾斜面１１と、これら吸気側傾斜面９と排気側傾斜面１１とが突き合わせされた部分に形成され、当該燃焼室６の中心を通る直線状の稜線１２と、吸気側傾斜面１１の両側に位置し、シリンダ軸線を含む平面と平行な平面である吸気側側壁面１３、１３と、排気側傾斜面１１の両側に位置し、シリンダ軸線を含む平面と平行な平面である排気側側壁面１４、１４と、吸気側側壁面１３、１３及び排気側側壁面１４、１４の外周側に位置し、シリンダヘッド３の下面を含む平面と平行な平面である第１平面部１５と、吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１の立ち上がり部分の外周側に位置し、シリンダヘッド３の下面を含む平面と平行な平面である第２平面部１６と、を有している。
【００１３】
吸気ポート８の燃焼室６に対する開口部は、吸気弁１７により開閉される。また排気ポート１０の燃焼室６に対する開口部は、排気弁１８により開閉される。 中空円錐形状の燃料噴霧（図１中の領域Ｍを参照）を燃焼室６内に噴射する燃料噴射弁１９は、各気筒の一対の吸気弁１７、１７及び一対の排気弁１８、１８によって囲まれたシリンダ２の略中心位置である燃焼室６の上部中央に、換言すれば、稜線１２上であってその略中央位置に配置されている。
【００１４】
この燃料噴射弁１９は、弁体３３（後述）が本体（後述のノズルボディ３０）の外側に突出することによって燃料を噴射する外開式の噴射弁であって、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２０からの制御信号に基づいて、その弁体３３（後述）のリフト量、噴射パルス幅及び噴射タイミングが制御されている。
【００１５】
ＥＣＵ２０には、吸入吸気量を検出するエアフローメータ２１、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ２２、クランク信号、クランク角位置を検出するクランク角センサ２３等の各種センサからの検出信号が入力されており、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁１９を制御している。
【００１６】
ここで、本実施形態の内燃機関においては、図１に示すように、低負荷運転時には、圧縮上死点のタイミングで燃料噴射弁１９から燃焼室６内に燃料が噴射されるが、噴射された燃料噴霧は、燃焼室６の内壁面にも付着しないようになっている。
【００１７】
図３〜図８は、本発明の第１実施形態における内燃機関の要部断面図及び燃料噴射弁１９の要部断面図を示している。
【００１８】
図３は稜線１２及びシリンダ軸線を含む平面に沿った内燃機関の断面図、図４は稜線１２に直交し、かつシリンダ軸線を含む平面に沿った沿った内燃機関の断面図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿った断面図、図６は図５のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図７は図３のＣ−Ｃ線に沿った断面図、図８は図７のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【００１９】
図５〜図８に示すように、燃料噴射弁１９は、燃料噴射弁１９の軸方向から見たときに円形の燃料噴射口３１が形成されたノズルボディ３０と、燃料噴射口３１の外周に形成され、燃料噴射弁１９の軸を含む断面でみたときにテーパ状のシール面３２と、このシール面３２に着座することで燃料噴射口３１を閉じると共に、シール面３２に着座した状態からノズルボディ３０の外側に向かって移動（リフト）することによって燃料噴射口３１の全周に亙ってシール面３２から離間して燃料噴射口３１の全周から燃料噴射口３１の半径方向（図５、図７における左右方向）に燃料噴射を可能とする弁体３３と、を有している。例えば、ノズルボディ３０と弁体３３は、燃料噴射口３１を通る燃料噴射弁１９の軸線を中心とした円形であり、断面で見たときにテーパ状のシール面３２は、円錐面の一部分である。
【００２０】
また、燃料噴射弁１９は、弁体３３がシール面３２から離間した際に燃料噴射口３１から噴射された燃料を燃焼室６に向かって案内する案内部３４を更に備えている。この案内部３４は、弁体３３がシール面３２から離間した際に、ノズルボディ３０と弁体３３との間に形成される燃料噴射通路３５を有している。
【００２１】
そして、この燃料噴射弁１９は、図３及び図４に示すように、燃料噴霧が上部内壁面７に接触しないように、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度θ１に比べ、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度θ２が小さくなるよう形成されている。換言すれば、この燃料噴射弁１９は、シリンダ軸線方向からみて（図３、図４における上方から下方を見下ろすようにみて）燃料噴射口３１の燃料の噴射方向と稜線１２とのなす角度が大きくなる位置から噴射される燃料噴霧ほど、シリンダ軸線に直交する方向からみて当該燃料噴霧の上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度が小さくなるように、その案内部３４が形成されている。
【００２２】
案内部３４は、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置と、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置とでは、互いに異なる形状に形成されている。換言すれば、燃料噴射弁１９は、ノズルボディ３０と弁体３３との間に形成されるノズル形状が、燃料噴射口３１の周方向で稜線１２に近い位置と、稜線１２から離れた位置とでは異なるように形成されている。
【００２３】
詳述すると、この第１実施形態においては、燃料噴射口３１の下流側に位置する燃料噴射通路３５が、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置と、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置とでは、互いに異なる長さとなるよう、案内部３４が形成されている。より具体的には、この第１実施形態においては、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置において、燃料噴射口３１を通る燃料噴射弁１９の軸線を中心した円形のノズルボディ３０の外周に機械加工等により切欠部３６が形成され、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置における燃料噴射通路３５の通路長Ｌ１に比べて、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置における燃料噴射通路３５の通路長Ｌ２が長くなるよう、案内部３４が形成されている。
【００２４】
そのため、燃料噴射弁１９は、燃料噴射口３１（実質的には、燃料噴射通路３５）から稜線１２に沿って噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた噴霧角θ３に比べ、燃料噴射口３１（実質的には、燃料噴射通路３５）から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた噴霧角θ４が小さくなっている。換言すればシリンダ軸線方向からみて（図３、図４における上方から下方を見下ろすようにみて）燃料噴射口３１における燃料の噴射方向と稜線１２とのなす角度が大きくなる位置から噴射される燃料噴霧ほど、シリンダ軸線に直交する方向からみた燃料噴霧の上部内壁面側の外形線と燃料噴霧のシリンダ軸線側の外形線とのなす角度が小さくなるよう、案内部３４が形成されている。
【００２５】
ここで、燃料噴射通路３５の流路径（通路断面積）をＤ、燃料噴射通路３５の通路長をＬとすると、Ｌ／Ｄで定義される値が大きくなるほど、燃料噴霧の噴霧角は小さくなるため、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置において相対的に燃料噴射通路３５の通路長が長くなり、この位置における噴霧角θ４が相対的に小さくなっている。
【００２６】
そして、弁体３３のシール面３２からの移動量（リフト量）が小さく、燃料噴射弁１９からの燃料噴射量が少ない機関低負荷時においては、燃焼室６の内壁面に噴射された燃料が付着しないよう、燃焼室６内に成層混合気を形成するべく圧縮上死点近傍のタイミングで燃料噴射弁１９から燃料を噴射して、圧縮上死点近傍のタイミングで燃焼室６内に成層混合気を形成し、弁体３３のシール面３２からの移動量（リフト量）が大きく、燃料噴射弁１９からの燃料噴射量が多い機関高負荷時においては、燃焼室６内に均質混合気を形成されるように低負荷運転時によりも燃料噴射のタイミングを進角させたタイミングで燃料噴射弁１９から燃料を噴射して、燃焼室６内に均質混合気が形成する。
【００２７】
つまり、内燃機関は、弁体３３のシール面３２からの移動量をＥＣＵ２０により制御することによって、燃料噴射弁１９から噴射される燃料噴射量と燃焼室６内の混合気分布とが制御されており、機関低負荷時においては、弁体３３のシール面３２からの移動量を、機関高負荷時に比べて小さくなるように制御し、かつ上死点近傍のタイミングで燃焼室６内に燃料を噴射することで、成層混合気を形成する。
【００２８】
このような第１実施形態においては、ペントルーフ型の燃焼室６の上部内壁面７に、燃料噴射弁１９からの燃料噴霧が接触しないようにすることができ、内燃機関の出力への跳ね返りなく、未燃損失を低減し、燃費を改善するとともに、排気性能を向上させることができる。
【００２９】
また、案内部３４により、噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度θ１、θ２や、噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた噴霧角θ３、θ４が上述のように規定されているので、燃焼室６の設計を変更することなく、燃料噴射弁１９の案内部３４の形状の変更のみで、ペントルーフ型の燃焼室６の上部内壁面７に、燃料噴射弁１９から燃料噴霧が接触しないようにすることができる。
【００３０】
さらに、ノズルボディ３０の切欠部３６は、機械加工等により容易に形成することができるので、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置と、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置とで、案内部３４の形状を容易に異なる形状に形成することができる。
【００３１】
ここで、本実施形態においては、ノズルボディ３０にのみ切欠部３６が形成されているので、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置において、弁体３３が切欠部３６よりも外側に張り出すことになる。つまり、この第１実施形態においては、ノズルボディ３０に切欠部３６が形成されることで、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置において、弁体３３に張り出し部３７が形成されることになる。
【００３２】
このように、弁体３３に張り出し部３７が形成されると、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置において、この張り出し部３７の作用により、シリンダ軸線に直交する方向からみた燃料噴霧の上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角θ５を相対的に大きくすることができる。
【００３３】
そして、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置では、燃料噴射通路３５が相対的に短くなるので、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置に比べて、燃料噴霧の噴霧角が大きくなるものの、燃料噴霧のペネトレーション（噴霧の到達距離）が短くなるので、燃料噴霧の燃焼室６の上部内壁面７への付着を抑制することができる。
【００３４】
燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置においては、燃料噴射通路３５が相対的に長くなり、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置に比べて、燃料噴霧の噴霧角が小さくなるので、燃料噴霧のペネトレーション（噴霧の到達距離）が長くなるものの、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度が相対的に小さくなるよう形成されているので、燃料噴霧の燃焼室６の上部内壁面７への付着を抑制することができる。
【００３５】
また、相対的に燃料噴射量が少ない機関低負荷時には、ペントルーフ型の燃焼室６の上部内壁面７に燃料噴射弁１９から燃料噴霧が接触しないようにしつつ、燃焼室６内の成層混合気を自着火させることで、温度の低い燃焼室６の上部内壁面７との間に形成された空気層による断熱により冷却損失を低減することが可能となる。そして、相対的に燃料噴射量が多い機関高負荷時には、燃料噴射弁１９の実質的な開口面積が最大となるので、噴射パルスの増大（燃料噴射弁１９の開弁時間）を抑制し、燃料噴霧の混合時間を確保することで、均質燃焼を安定して実施することが可能となる。
【００３６】
尚、この第１実施形態においては、ノズルボディ３０側を切り欠くことで燃料噴射通路３５の通路長を燃料噴射口３１の周方向で変化させているが、弁体側を切り欠くことで燃料噴射通路３５の通路長を燃料噴射口３１の周方向で変化させることも可能である。
【００３７】
以下、本発明の他の実施形態について説明するが、上述した第１実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３８】
図９〜図１４は、本発明の第２実施形態における内燃機関の要部断面図及び燃料噴射弁１９の要部断面図を示している。
【００３９】
この第２実施形態における内燃機関は、上述した第１実施形態の内燃機関と略同一構成となっているが、この第２実施形態においては、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置において、断面円形のノズルボディ３０及び弁体３３の外周に機械加工等によりそれぞれ切欠部３６、４１が形成されている。つまり、この第２実施形態は、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置において、弁体３３がノズルボディ３０の外側に張り出しておらず、弁体３３が前述した張り出し部３７に相当する構成を具備しない以外は、第１実施形態と同一構成となっている。
【００４０】
尚、この第２実施形態においても、燃料噴射弁１９は、図９及び図１０に示すように、燃料噴霧が上部内壁面７に接触しないように、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度θ１に比べ、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度θ２が小さくなるよう形成されている。
【００４１】
このような第２実施形態においても、上述した第１実施形態と略同様の作用効果を得ることができる。
【００４２】
次に、図１５〜図１８を用いて、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態における内燃機関は、上述した第１実施形態の内燃機関と略同一構成となっているが、この第３実施形態においては、図１８に示すように、燃料噴射弁１９の案内部３４が、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する燃料噴射弁１９の周方向位置に、燃料噴射通路３５から燃焼室６への燃料噴霧を妨げることが可能な遮蔽壁５１を有している。
【００４３】
この遮蔽壁５１は、図１８に示すように、燃料噴射通路３５の燃焼室側の開口に近接する弁体３３に近づくように延びてノズルボディ３０と弁体３３の間の隙間寸法を狭くするようにノズルボディ３０の先端に設けられたシリンダ軸線と略平行な壁面であって、機関低負荷時の燃料噴射量を噴射する際の弁体３３のシール面３２からの移動量（リフト量）では、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置において燃料噴射通路３５から燃焼室６への燃料噴霧を妨げ、機関高負荷時の燃料噴射量を噴射する際の弁体３３のシール面３２からの移動量（リフト量）では、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置において燃料噴射通路３５から燃焼室６への燃料噴霧を許容するよう形成されている。
【００４４】
具体的には、機関低負荷時における弁体３３のシール面３２からの移動量（リフト量）では、燃料噴射通路３５の燃焼室側の開口が遮蔽壁５１によって全て覆われた状態となって燃料噴射が妨げられるが、機関高負荷時における弁体３３のシール面３２からの移動量（リフト量）では、燃料噴射通路３５の燃焼室側の開口が遮蔽壁５１の外側まで拡大することによって燃料噴射が許容されように、遮蔽壁５１が形成されている。
【００４５】
ここで、機関低負荷時における弁体３３のシール面３２からの移動によって生じるシール部の幅（ノズルボディ３０と弁体３３の間の断面高さ／隙間寸法）は、２０ミクロン程度である。仮に燃料噴射通路３５の幅（ノズルボディ３０と弁体３３の間の断面高さ／隙間寸法）がシール面３２の下流側で徐々に拡大するものであった場合、燃料噴射通路３５の燃焼室側の開口が完全に塞がれていなくても、この開口を覆うように遮蔽壁５１を弁体３３に近接させ、例えば、燃料噴射通路３５の燃焼室側の開口の隙間を２０ミクロン程度にすれば、燃料噴射通路３５の燃焼室側の開口からの燃料噴射を妨げることができる。また、仮に燃料噴射通路３５の幅（ノズルボディ３０と弁体３３の間の断面高さ／隙間寸法）がシール面３２の下流側で略一定であった場合にも、燃料噴射通路３５の燃焼室側の開口を覆うように遮蔽壁５１を弁体３３近接させることで、この開口が完全に塞がれていなくても、燃料噴射を妨げることができる。
【００４６】
尚、この第３実施形態においても、機関低負荷時においては、圧縮上死点のタイミングで燃料噴射口３１から稜線１２に向かって燃料が噴射されるが、この第３実施形態における燃料噴射弁１９においても、このとき噴射された燃料噴霧が上部内壁面７に接触しないように形成されており、燃焼室６の内壁面にも付着しないようになっている。
【００４７】
このような第３実施形態においては、燃料噴射量が少ない機関低負荷時には、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料が噴射されないので、相対的に燃料噴射量が少ない機関低負荷時には、ペントルーフ型の燃焼室６の上部内壁面７に、燃料噴射弁１９から燃料噴霧が接触しないので、内燃機関の出力への跳ね返りなく、未燃損失を低減し、燃費を改善することができる。
【００４８】
また燃料噴射量が多い機関高負荷時には、燃料噴射口３１の全周から燃料が噴射されることになり、燃料噴射弁１９の実質的な開口面積が最大となるので、噴射パルスの増大（燃料噴射弁１９の開弁時間）を抑制し、燃料噴霧の混合時間を確保することで、均質燃焼を安定して実施することができる。
【００４９】
尚、上述した各実施形態における燃料噴射弁１９は、いわゆるピエゾ式燃料噴射弁であり、弁体３３の駆動用アクチュエータとしてピエゾ素子が用いられているが、駆動用アクチュエータとしてソレノイドを用いソレノイド式燃料噴射弁にも適用可能である。
【００５０】
また、上述した第１及び第２実施形態においては、ノズルボディ３０に切欠部３６を設けることで、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置における燃料噴射通路３５の通路長Ｌ１が、燃料噴射口３５から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置における燃料噴射通路３５の通路長Ｌ２よりも短くなるようにしているが、燃料噴射口３１の周方向で、燃料噴射通路３５の長さが変化するように、ノズルボディ３０先端、燃料噴射口３１、弁体３３の形状をそれぞれ円形もしくは楕円形に適宜設定することで、切欠部３６を設けることなく、燃料噴射口３１から稜線１２に沿って燃料を噴射する位置における燃料噴射通路３５の通路長Ｌ１が、燃料噴射口３１から吸気側傾斜面９及び排気側傾斜面１１に向かって燃料を噴射する位置における燃料噴射通路３５の通路長Ｌ２よりも短くなるようにすることも可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１…シリンダブロック
２…シリンダ
３…シリンダヘッド
６…燃焼室
７…上部内壁面
９…吸気側傾斜面
１１…排気側傾斜面
１２…稜線
１９…燃料噴射弁
３０…ノズルボディ
３１…燃料噴射口
３２…シール面
３３…弁体
３４…案内部
３５…燃料噴射通路
３６…切欠部
３７…張り出し部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックに設けられたシリンダの上方に位置し、吸気ポートが開口する吸気側傾斜面と、排気ポートが開口する排気側傾斜面と、前記吸気側傾斜面と前記排気側傾斜面とが突き合わされた部分に形成された直線状の稜線と、を有するシリンダヘッドの上部内壁面で構成されたペントルーフ型の燃焼室と、
前記稜線上に配置され、燃料噴射口が形成されたノズルボディと、前記燃料噴射口の外周に形成されたテーパ状のシール面と、このシール面に着座することで前記燃料噴射口を閉じると共に、前記ノズルボディの外側に向かって移動することによって前記シール面から離間する弁体と、を備え、前記燃焼室内に中空円錐形状に燃料噴射を行う外開式の燃料噴射弁と、を有する内燃機関において、
前記燃料噴射弁は、前記稜線に沿って噴射された燃料噴霧の前記上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度に比べ、前記吸気側傾斜面及び前記排気側傾斜面に向かって噴射された燃料噴霧の前記上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度が小さくなるよう構成されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記燃料噴射弁は、前記弁体が前記シール面から離間した際に前記燃料噴射口から噴射された燃料を前記燃焼室に向かって案内する案内部を有し、
前記案内部は、前記稜線に沿って燃料を噴射する位置と、前記吸気側傾斜面及び前記排気側傾斜面に向かって燃料を噴射する位置とでは、互いに異なる形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記案内部は、前記ノズルボディと前記弁体とに挟まれた燃料噴射通路を有し、
前記燃料噴射口から前記稜線に沿って燃料を噴射する位置における前記燃料噴射通路に比べて、前記燃料噴射口から前記吸気側傾斜面及び前記排気側傾斜面に向かって燃料を噴射する位置における前記燃料噴射通路が長くなるよう形成されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記ノズルボディと弁体は、燃料噴射口を通る燃料噴射弁の軸線を中心とした円形であり、
前記燃料噴射口から前記稜線に沿って燃料を噴射する位置において前記ノズルボディと前記弁体のうち少なくとも一方が切り欠かれていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記燃料噴射弁は、前記燃料噴射口から前記稜線に沿って噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた噴霧角に比べ、前記燃料噴射口から前記吸気側傾斜面及び前記排気側傾斜面に向かって噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた噴霧角が小さくなるよう形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項６】
前記案内部は、前記ノズルボディと前記弁体とに挟まれ、前記燃料噴射口の下流側に位置する燃料噴射通路と、前記燃料噴射口から前記吸気側傾斜面及び前記排気側傾斜面に向かって燃料を噴射する位置において前記燃料噴射通路から燃焼室への燃料噴霧を妨げることが可能な遮蔽壁と、を有することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記遮蔽壁は、機関低負荷時の燃料噴射量を噴射する際の前記弁体の前記シール面からの移動量では、前記燃料噴射口から前記吸気側傾斜面及び前記排気側傾斜面に向かって燃料を噴射する位置において前記燃料噴射通路から燃焼室への燃料噴霧を妨げ、機関高負荷時の燃料噴射量を噴射する際の前記弁体の前記シール面からの移動量では、前記燃料噴射口から前記吸気側傾斜面及び前記排気側傾斜面に向かって燃料を噴射する位置において前記燃料噴射通路から燃焼室への燃料噴霧を許容するよう形成されていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記燃料噴射弁が燃料噴射する際に、前記弁体の前記シール面からの移動量が小さい場合には、上死点近傍のタイミングで前記燃焼室内に成層混合気を形成し、圧縮自己着火により前記燃焼室内の成層混合気を燃焼させていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項９】
前記弁体の前記シール面からの移動量を制御することによって、前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量と燃焼室内の混合気分布とが制御され、
機関低負荷時においては、前記弁体の前記シール面からの移動量を、機関高負荷時に比べて小さくなるように制御し、上死点近傍のタイミングで前記燃焼室内に成層混合気を形成することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１】
シリンダブロックに設けられたシリンダの上方に位置し、吸気ポートが開口する吸気側傾斜面と、排気ポートが開口する排気側傾斜面と、前記吸気側傾斜面と前記排気側傾斜面とが突き合わされた部分に形成された直線状の稜線と、を有するシリンダヘッドの上部内壁面で構成されたペントルーフ型の燃焼室と、
前記稜線上に配置され、燃料噴射口が形成されたノズルボディと、前記燃料噴射口の外周に形成されたテーパ状のシール面と、このシール面に着座することで前記燃料噴射口を閉じると共に、前記ノズルボディの外側に向かって移動することによって前記シール面から離間する弁体と、を備え、前記燃焼室内に中空円錐形状に燃料噴射を行う外開式の燃料噴射弁と、を有する内燃機関において、
前記燃料噴射弁は、前記稜線に沿って噴射された燃料噴霧の前記上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度に比べ、前記吸気側傾斜面及び前記排気側傾斜面に向かって噴射された燃料噴霧の前記上部内壁面側の外形線とシリンダ軸線とのなす角度が小さくなるよう構成されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記燃料噴射弁は、前記弁体が前記シール面から離間した際に前記燃料噴射口から噴射された燃料を前記燃焼室に向かって案内する案内部を有し、
前記案内部は、前記稜線に沿って燃料を噴射する位置と、前記吸気側傾斜面及び前記排気側傾斜面に向かって燃料を噴射する位置とでは、互いに異なる形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記案内部は、前記ノズルボディと前記弁体とに挟まれた燃料噴射通路を有し、
前記燃料噴射口から前記稜線に沿って燃料を噴射する位置における前記燃料噴射通路に比べて、前記燃料噴射口から前記吸気側傾斜面及び前記排気側傾斜面に向かって燃料を噴射する位置における前記燃料噴射通路が長くなるよう形成されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記ノズルボディと弁体は、燃料噴射口を通る燃料噴射弁の軸線を中心とした円形であり、
前記燃料噴射口から前記稜線に沿って燃料を噴射する位置において前記ノズルボディと前記弁体のうち少なくとも一方が切り欠かれていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記燃料噴射弁は、前記燃料噴射口から前記稜線に沿って噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた噴霧角に比べ、前記燃料噴射口から前記吸気側傾斜面及び前記排気側傾斜面に向かって噴射された燃料噴霧のシリンダ軸線に直交する方向からみた噴霧角が小さくなるよう形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項６】
前記案内部は、前記ノズルボディと前記弁体とに挟まれ、前記燃料噴射口の下流側に位置する燃料噴射通路と、前記燃料噴射口から前記吸気側傾斜面及び前記排気側傾斜面に向かって燃料を噴射する位置において前記燃料噴射通路から燃焼室への燃料噴霧を妨げることが可能な遮蔽壁と、を有することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記遮蔽壁は、機関低負荷時の燃料噴射量を噴射する際の前記弁体の前記シール面からの移動量では、前記燃料噴射口から前記吸気側傾斜面及び前記排気側傾斜面に向かって燃料を噴射する位置において前記燃料噴射通路から燃焼室への燃料噴霧を妨げ、機関高負荷時の燃料噴射量を噴射する際の前記弁体の前記シール面からの移動量では、前記燃料噴射口から前記吸気側傾斜面及び前記排気側傾斜面に向かって燃料を噴射する位置において前記燃料噴射通路から燃焼室への燃料噴霧を許容するよう形成されていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記燃料噴射弁が燃料噴射する際に、前記弁体の前記シール面からの移動量が小さい場合には、上死点近傍のタイミングで前記燃焼室内に成層混合気を形成し、圧縮自己着火により前記燃焼室内の成層混合気を燃焼させていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項９】
前記弁体の前記シール面からの移動量を制御することによって、前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量と燃焼室内の混合気分布とが制御され、
機関低負荷時においては、前記弁体の前記シール面からの移動量を、機関高負荷時に比べて小さくなるように制御し、上死点近傍のタイミングで前記燃焼室内に成層混合気を形成することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−４７３４１（Ｐ２０１１−４７３４１Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９７６５７（Ｐ２００９−１９７６５７）
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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