４サイクルエンジン
【課題】吸気系の自由度を高めること。
【解決手段】４サイクルエンジン１は、シリンダヘッド３と、燃料噴射装置１８とを含む。シリンダヘッド３には、燃焼室１２と、燃焼室１２に連通する吸気ポート１３と、燃焼室１２と吸気ポート１３とを連通する収容孔２０とが形成されている。燃料噴射装置１８は、燃焼室１２に向けて燃料のミストを噴射することにより、燃料のミストを燃焼室１２に直接供給する。燃料噴射装置１８の少なくとも一部は、吸気ポート１３および収容孔２０に配置されている。
【解決手段】４サイクルエンジン１は、シリンダヘッド３と、燃料噴射装置１８とを含む。シリンダヘッド３には、燃焼室１２と、燃焼室１２に連通する吸気ポート１３と、燃焼室１２と吸気ポート１３とを連通する収容孔２０とが形成されている。燃料噴射装置１８は、燃焼室１２に向けて燃料のミストを噴射することにより、燃料のミストを燃焼室１２に直接供給する。燃料噴射装置１８の少なくとも一部は、吸気ポート１３および収容孔２０に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、４サイクルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体の燃料を燃焼室に直接供給して、出力および燃費を高める直噴エンジン（direct-injection engine）が知られている。
直噴エンジンでは、シリンダ内で燃料が気化することにより、シリンダ内が冷却される。そのため、シリンダ内への空気の充填量を増加させて、エンジンの出力を高めることができる。さらに、シリンダ内の温度が下がるので、ノッキングを抑制することができる。したがって、混合気の圧縮比を増加させて、燃費を高めることができる。
【０００３】
特許文献１には、液体の燃料を燃焼室に直接供給するエンジンが開示されている。特許文献１記載のエンジンでは、燃料を噴射する燃料噴射装置が吸気ポートの近傍に配置されている。吸気ポートは、シリンダごとに２つずつ設けられている。燃料噴射装置は、２つの吸気ポートの間、または下（シリンダボディ側）に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１１０６６０号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前述のように、特許文献１記載のエンジンでは、燃料噴射装置は、２つの吸気ポートの間、または下に配置されている。しかしながら、燃料噴射装置が２つの吸気ポートの間に配置される場合には、各吸気ポートを大きく湾曲させたり、２つの吸気ポートの間隔を調整して、燃料噴射装置を配置するスペースを設ける必要がある。そのため、吸気ポートの形状やレイアウトが燃料噴射装置によって制約される。燃料噴射装置が２つの吸気ポートの下に配置される場合も同様に、吸気ポートの形状やレイアウトが燃料噴射装置によって制約される。しかしながら、吸気ポートの湾曲が大きい場合には、吸気ポートでの流体抵抗が増加し、燃焼室に向かう吸気の流れが阻害される。そのため、吸気ポートからシリンダ内に充填される空気の流量が減少し、直噴による効果が減少してしまう。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、吸気系の自由度が高い直噴式の４サイクルエンジンを提供することである。
本発明の一実施形態は、燃焼室と、前記燃焼室に連通する吸気ポートと、前記燃焼室と前記吸気ポートとを連通する収容孔とが形成されたシリンダヘッドと、少なくとも一部が前記吸気ポートおよび収容孔に配置されており、前記燃焼室に向けて燃料のミストを噴射することにより、燃料のミストを前記燃焼室に直接供給する燃料噴射装置と、を含む、４サイクルエンジンを提供する。
【０００７】
この構成によれば、燃焼室と吸気ポートとを連通する収容孔がシリンダヘッドに形成されており、燃料噴射装置の少なくとも一部が、吸気ポートおよび収容孔に配置されている。燃料噴射装置は、燃焼室に向けて燃料のミストを噴射する。燃料噴射装置から噴射された燃料のミスト（燃料の液滴）は、燃焼室に直接供給される。したがって、シリンダ内で燃料を気化させて、シリンダ内を冷却することができる。そのため、４サイクルエンジンの出力および燃費を高めることができる。さらに、燃料噴射装置の少なくとも一部が吸気ポートに配置されているので、燃料噴射装置を配置するスペースを設けるために、吸気ポートの形状やレイアウトを変更しなくてもよい。このように、吸気系の自由度が高いので、吸気ポートでの流体抵抗を減少させることができる。したがって、吸気ポートからシリンダに流入する空気量の減少を低減することができる。
【０００８】
前記燃料噴射装置の先端は、前記燃焼室に達していてもよい。
また、前記燃料噴射装置は、前記吸気ポートの内壁を貫通していてもよい。
また、前記吸気ポートは、前記燃焼室に連通する複数の分岐路と、前記複数の分岐路が集合する集合路とを含んでいてもよい。この場合、前記燃料噴射装置は、前記集合路の内壁を貫通していてもよいし、少なくとも一つの前記分岐路に進入していてもよい。
【０００９】
また、前記４サイクルエンジンは、前記燃料噴射装置と前記収容孔との間をシールする第１シール部材をさらに含んでいてもよい。
また、前記４サイクルエンジンは、シリンダを含むシリンダボディをさらに含んでいてもよい。この場合、前記収容孔は、前記シリンダの中心軸線に対して前記吸気ポートよりも離れた位置で前記燃焼室に連通していてもよい。
【００１０】
また、前記シリンダヘッドは、前記吸気ポートと前記シリンダヘッドの外部とを接続する接続孔を含んでいてもよい。この場合、前記燃料噴射装置は、前記接続孔に進入していてもよい。
また、前記４サイクルエンジンは、前記燃料噴射装置と前記接続孔との間をシールする第２シール部材をさらに含んでいてもよい。
【００１１】
また、前記燃料噴射装置は、前記吸気ポートに進入している本体部を含んでいてもよい。
また、前記燃料噴射装置は、前記吸気ポートに進入している先端部を含んでいてもよい。
前記４サイクルエンジンは、シリンダを含むシリンダボディをさらに含んでいてもよい。この場合、前記燃料噴射装置は、前記シリンダの中心軸線に対して傾斜していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンの断面図である。
【図２】図１の一部を拡大した図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る吸気ポートと燃料噴射装置との位置関係を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る吸気ポートと燃料噴射装置との位置関係を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る吸気ポートと燃料噴射装置との位置関係を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るエンジンの断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るエンジンの断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る吸気ポートと燃料噴射装置との位置関係を示す図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る吸気ポートと燃料噴射装置との位置関係を示す図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る吸気ポートと燃料噴射装置との位置関係を示す図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る吸気ポートと燃料噴射装置との位置関係を示す図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る吸気ポートと燃料噴射装置との位置関係を示す図である。
【図１３】本発明の第５実施形態に係る吸気ポートと燃料噴射装置との位置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るエンジン１の断面図である。図２は、図１の一部を拡大した図である。以下の説明では、クランクシャフト６の回転軸線Ｌ１が延びる方向（紙面に直交する方向）を前後方向と定義し、回転軸線Ｌ１に直交するシリンダの中心軸線Ｌ２が延びる方向（紙面の上下方向）を上下方向と定義する。ただし、この方向の定義は一例であり、回転軸線Ｌ１が延びる方向は、前後方向以外の方向であってもよい。
【００１４】
エンジン１は、４サイクルエンジン（内燃機関）である。エンジン１は、自動車やモーターサイクルなどの車両に搭載されていてもよいし、船舶に搭載されていてもよいし、その他の装置に搭載されていてもよい。たとえば、船舶を推進させる船舶推進機にエンジン１が搭載されていてもよい。また、エンジン１は、単気筒エンジンであってもよいし、多気筒エンジンであってもよい。エンジン１が多気筒エンジンである場合、エンジン１は、直線状に配列された複数のシリンダを含む直列エンジンであってもよいし、Ｖ字ラインに沿って配置された複数のシリンダを含むＶ型エンジンであってもよいし、その他の形式のエンジンであってもよい。
【００１５】
エンジン１は、シリンダボディ２と、シリンダヘッド３とを含む。シリンダヘッド３は、シリンダボディ２の上方に配置されている。シリンダヘッド３は、シリンダボディ２の上端部に連結されている。シリンダボディ２およびシリンダヘッド３は、シリンダ４を形成している。エンジン１は、シリンダ４内に配置されたピストン５と、回転軸線Ｌ１まわりに回転可能なクランクシャフト６と、ピストン５とクランクシャフト６とを連結するコンロッド７とを含む。さらに、エンジン１は、吸気バルブ８と、排気バルブ９と、吸気バルブ８および排気バルブ９を駆動するバルブ駆動機構１０とを含む。
【００１６】
シリンダヘッド３は、冷却水が流通するウォータージャケット１１を形成している。さらに、シリンダヘッド３は、空気と燃料の混合気が燃焼される燃焼室１２と、燃焼室１２に連通する吸気ポート１３と、燃焼室１２に連通する排気ポート１４とを形成している。吸気ポート１３および排気ポート１４は、それぞれ、吸気バルブ８および排気バルブ９によって開閉される。エンジン１に供給された吸気は、吸気ポート１３が開かれることにより、吸気ポート１３から燃焼室１２に供給される。また、燃焼室１２で生成された排気は、排気ポート１４が開かれることにより、排気ポート１４を介して燃焼室１２からエンジン１の外部に排出される。
【００１７】
吸気ポート１３および排気ポート１４は、シリンダヘッド３の外部と燃焼室１２とを連通している。吸気ポート１３は、シリンダヘッド３の側部から燃焼室１２に延びている。吸気ポート１３は、たとえば、シリンダヘッド３の内部で分岐したＹ字状である（図４参照）。図１に示すように、吸気ポート１３は、シリンダヘッド３の外部からシリンダヘッド３の内部に延びる集合路１５と、集合路１５の端部から燃焼室１２に延びる２つの分岐路１６とを含む。集合路１５は、シリンダヘッド３の外面で開口しており、各分岐路１６は、燃焼室１２で開口している。図１に示すように、吸気ポート１３は、シリンダヘッド３の外面で開口する開口部１３ａと、燃焼室１２で開口する開口部１３ｂとを含む。吸気バルブ８は、分岐路１６ごとに設けられており、燃焼室１２で開口する分岐路１６の開口部１３ｂ（吸気口）は、対応する吸気バルブ８によって開閉される。また、図示はしないが、排気ポート１４も、二箇所で燃焼室１２に連通しており、排気ポート１４の２つの開口部（排気口）にそれぞれ対応する２つの排気バルブ９が設けられている。すなわち、第１実施形態では、同一のシリンダ４に対応する吸気バルブ８および排気バルブ９が、２つずつ設けられている。
【００１８】
エンジン１は、燃焼室１２で火花を発する点火プラグ１７と、燃料（たとえばガソリン）を燃焼室１２に噴霧する燃料噴射装置１８とを含む。シリンダヘッド３は、点火プラグ１７が挿入されたプラグ収容孔１９と、燃料噴射装置１８が挿入された収容孔２０および接続孔２１とを形成している。プラグ収容孔１９は、シリンダ４の中心軸線Ｌ２に沿って延びている。したがって、点火プラグ１７は、シリンダ４の中心軸線Ｌ２に沿って延びている。火花を発する点火プラグ１７の先端は、プラグ収容孔１９から突出しており、燃焼室１２に達している。また、収容孔２０および接続孔２１は、シリンダ４の中心軸線Ｌ２に対して傾いた方向に延びている。したがって、燃料噴射装置１８は、シリンダ４の中心軸線Ｌ２に対して傾斜している。燃料噴射装置１８は、シリンダ４の中心軸線Ｌ２に対して、吸気バルブ８よりも大きな角度で傾斜している。燃料噴射装置１８は、点火プラグ１７よりも外側（シリンダ４の中心軸線Ｌ２から離れる方向）に配置されている。
【００１９】
収容孔２０は、燃焼室１２と吸気ポート１３とを連通しており、接続孔２１は、吸気ポート１３とシリンダヘッド３の外部とを連通している。したがって、収容孔２０は、吸気ポート１３と燃焼室１２との間に配置されており、接続孔２１は、吸気ポート１３に対して収容孔２０とは反対側に配置されている。図２に示すように、収容孔２０は、吸気ポート１３の内壁１３ｃで開口する開口部２０ａと、燃焼室１２で開口する開口部２０ｂとを含む。接続孔２１は、シリンダヘッド３の外面で開口する開口部２１ａと、吸気ポート１３の内壁１３ｃで開口する開口部２１ｂとを含む。収容孔２０および接続孔２１は、吸気ポート１３を介して対向している。収容孔２０および接続孔２１は、シリンダ４の中心軸線Ｌ２に対して傾いた共通の軸線上に配置されている。収容孔２０および接続孔２１は、吸気ポート１３の内壁１３ｃで開口している。燃料噴射装置１８は、収容孔２０の吸気ポート１３に面する開口部２０ａと、接続孔２１の吸気ポート１３に面する開口部２１ｂとに挿入されている。したがって、燃料噴射装置１８は、吸気ポート１３の内壁１３ｃを貫通しており、吸気ポート１３に交差している。燃料噴射装置１８は、シリンダ４の内周面よりも外側で吸気ポート１３に交差している。
【００２０】
燃料噴射装置１８は、たとえば円柱状である。燃料噴射装置１８は、軸方向（燃料噴射装置１８の中心軸線に沿う方向）に延びる円柱状の先端部１８ａおよび本体部１８ｂを含む。先端部１８ａの外径は、本体部１８ｂの外径よりも小さい。先端部１８ａは、本体部１８ｂから燃焼室１２に向かって延びている。先端部１８ａは、たとえば、本体部１８ｂよりも短い。燃料のミストを噴射する噴射口は、先端部１８ａの先端、つまり、燃料噴射装置１８の先端に形成されている。燃料噴射装置１８は、シリンダヘッド３に保持されている。燃料噴射装置１８は、シリンダヘッド３の外側から収容孔２０および接続孔２１に挿入されている。燃料噴射装置１８の先端部１８ａは、収容孔２０に進入しており、燃料噴射装置１８の本体部１８ｂは、接続孔２１に進入している。さらに、燃料噴射装置１８の先端部１８ａおよび本体部１８ｂは、吸気ポート１３に進入している。先端部１８ａおよび本体部１８ｂは、吸気ポート１３における吸気の流れに交差する姿勢で吸気ポート１３内に配置されている。
【００２１】
燃料噴射装置１８の先端は、収容孔２０に配置されている。燃料噴射装置１８の先端と収容孔２０の内壁は、燃焼室１２に連通する凹部２２を形成している。凹部２２は、燃焼室１２から離れる方向に凹んでいる。図２に示すように、凹部２２において燃料噴射装置１８の先端に接する部分は、凹部２２の入口２２ａを形成しており、凹部２２において燃焼室１２に接する部分（収容孔２０の燃焼室１２に面する開口部２０ｂに相当）は、凹部２２の出口２２ｂを形成している。凹部２２の出口２２ｂの面積は、凹部２２の入口２２ａの面積よりも大きい。凹部２２の流路面積は、凹部２２の出口２２ｂに近づくに従って連続的に増加していてもよいし、段階的に増加していてもよい。
【００２２】
燃料噴射装置１８の外端部１８ｃは、シリンダヘッド３の外面から突出している。燃料噴射装置１８の外端部１８ｃは、吸気ポート１３に対してシリンダボディ２とは反対側に配置されている。したがって、吸気ポート１３は、燃料噴射装置１８の外端部１８ｃとシリンダボディ２との間に配置されている。燃料噴射装置１８に燃料を供給する燃料供給管２３の端部は、燃料噴射装置１８の外端部１８ｃに接続されている。燃料噴射装置１８は、燃料供給管２３から供給された燃料をその先端から燃焼室１２に向けて円錐状に噴射する。燃料噴射装置１８から噴射された燃料のミストは、凹部２２の入口２２ａおよび出口２２ｂを順に通って燃焼室１２に直接供給される。凹部２２の出口２２ｂの面積が凹部２２の入口２２ａの面積よりも大きいから、燃料噴射装置１８の先端から燃焼室１２に向かって広がる燃料のミストが凹部２２内で収容孔２０の内壁に衝突して、燃料の広がりが狭められることを防止することができる。
【００２３】
図１に示すように、収容孔２０は、シリンダ４の中心軸線Ｌ２に対して吸気ポート１３よりも離れた位置で燃焼室１２に連通している。収容孔２０の燃焼室１２に面する開口部２０ｂは、吸気ポート１３の燃焼室１２に面する開口部１３ｂ（分岐路１６の開口部）よりも外側に配置されており、吸気ポート１３の開口部１３ｂよりもシリンダ４の中心軸線Ｌ２から離れている。したがって、収容孔２０の燃焼室１２に面する開口部２０ｂは、吸気ポート１３の燃焼室１２に面する開口部１３ｂよりもシリンダ４の内周面に近い。吸気ポート１３の開口部１３ｂと収容孔２０の開口部２０ｂは、シリンダ４の中心軸線Ｌ２とクランクシャフト６の回転軸線Ｌ１とを含む平面に対して同じ側に配置されている。したがって、吸気ポート１３の開口部１３ｂと燃料噴射装置１８の先端は、シリンダ４の中心軸線Ｌ２とクランクシャフト６の回転軸線Ｌ１とを含む平面に対して同じ側に配置されている。
【００２４】
エンジン１は、第１シール部材２４および第２シール部材２５を含む。第１シール部材２４および第２シール部材２５は、たとえば、耐熱材料によって形成されたＯリングである。耐熱材料としては、たとえば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂が挙げられる。第１シール部材２４は、燃料噴射装置１８の先端部１８ａに設けられた環状溝に取り付けられており、先端部１８ａを同心円状に取り囲んでいる。先端部１８ａと収容孔２０の内壁との間の隙間は、第１シール部材２４によってシールされている。これにより、燃焼室１２から吸気ポート１３に流体が漏れることを防止できる。同様に、第２シール部材２５は、燃料噴射装置１８の本体部１８ｂを同心円状に取り囲んでおり、本体部１８ｂと接続孔２１の内壁との間の隙間は、第２シール部材２５によってシールされている。これにより、吸気ポート１３からシリンダヘッド３の外部に吸気が漏れたり、シリンダヘッド３の外部から吸気ポート１３に空気が流入することを防止できる。第２シール部材２５は、図１に示すように、シリンダヘッド３の外部に配置されていてもよいし、接続孔２１内に配置されていてもよい（図６参照）。
【００２５】
図３〜図５は、本発明の第１実施形態に係る吸気ポート１３と燃料噴射装置１８との位置関係を示す図である。
前述のように、吸気ポート１３は、燃焼室１２に連通する２つ分岐路１６と、２つの分岐路１６が集合する集合路１５とを含む。２つ分岐路１６は、集合路１５の端部で分岐している。２つ分岐路１６は、幅方向Ｄ１に間隔を空けてＶ字状に配置されている。２つの分岐路１６の間隔は、燃料噴射装置１８の幅（幅方向Ｄ１への長さ）よりも小さい。シリンダヘッド３の外面で開口する集合路１５の開口部１３ａは、たとえば、幅方向Ｄ１に長い楕円形である。また、燃焼室１２で開口する分岐路１６の開口部１３ｂは、たとえば、円形である。集合路１５の開口部１３ａは、吸気の入口であり、各分岐路１６の開口部１３ｂは、吸気の出口である。集合路１５の開口部１３ａの面積は、分岐路１６の開口部１３ｂの面積よりも大きい。さらに、集合路１５の流路面積は、分岐路１６の流路面積よりも大きい。
【００２６】
燃料噴射装置１８は、幅方向Ｄ１に関する集合路１５の中間部で集合路１５の内壁を貫通している。吸気の入口側から吸気ポート１３および燃料噴射装置１８を見ると、燃料噴射装置１８は、吸気ポート１３を幅方向Ｄ１に二等分する位置に配置されている。さらに、吸気の入口側から吸気ポート１３および燃料噴射装置１８を見ると、燃料噴射装置１８は、２つの分岐路１６と重なり合っている。集合路１５の開口部１３ａから吸気ポート１３に流入した吸気は、集合路１５と２つの分岐路１６との結合部で２つに分岐され、各分岐路１６の開口部１３ｂから燃焼室１２に供給される。吸気の入口側から吸気ポート１３および燃料噴射装置１８を見たときに、燃料噴射装置１８が一方の分岐路１６側に偏っていないので、集合路１５に流入した吸気は、ほぼ等しい流量で２つに分岐され、各分岐路１６に流れ込む。
【００２７】
以上のように第１実施形態では、燃焼室１２と吸気ポート１３とを連通する収容孔２０がシリンダヘッド３に形成されている。さらに、吸気ポート１３とシリンダヘッド３の外部とを接続する接続孔２１がシリンダヘッド３に形成されている。燃料噴射装置１８の一部は、吸気ポート１３、収容孔２０、および接続孔２１に配置されている。燃料噴射装置１８は、燃焼室１２に向けて燃料のミストを噴射する。燃料噴射装置１８から噴射された燃料のミストは、燃焼室１２に直接供給される。したがって、シリンダ４内で燃料を気化させて、シリンダ４内を冷却することができる。そのため、４サイクルエンジン１の出力および燃費を高めることができる。さらに、燃料噴射装置１８の一部が吸気ポート１３に配置されているので、燃料噴射装置１８を配置するスペースを設けるために、吸気ポート１３の形状やレイアウトを変更しなくてもよい。このように、吸気系の自由度が高いので、吸気ポート１３での流体抵抗を減少させることができる。したがって、吸気ポート１３からシリンダ４に流入する空気量の減少を低減することができる。また、吸気系の自由度が高いので、たとえば、吸気ポート１３の形状を、吸気ポートに燃料を噴射する構成（いわゆる、ポート噴射）と共通化できる。
【００２８】
また第１実施形態では、吸気ポート１３が２つの分岐路１６と集合路１５とを含んでおり、燃料噴射装置１８が集合路１５の内壁を貫通している。燃料噴射装置１８が吸気ポート１３を貫通している場合、燃料噴射装置１８が吸気ポート１３を貫通している部分（貫通部）の流路面積が減少する。そのため、貫通部での流体抵抗が増加する。しかしながら、集合路１５の流路面積が分岐路１６の流路面積よりも大きいので、吸気ポート１３が分岐路１６を貫通している場合よりも、貫通部での流路面積の減少割合が小さい。そのため、吸気ポート１３が分岐路１６を貫通している場合よりも、燃焼室１２に向かって流れる吸気に及ぶ影響を小さくすることができる。
【００２９】
また第１実施形態では、燃料噴射装置１８の先端が収容孔２０に配置されている。燃料噴射装置１８の先端が燃焼室１２に配置されている場合には、燃料噴射装置１８の先端が高温の排気に晒される。そのため、この場合には、燃料噴射装置１８の先端の温度が高まる。したがって、燃料噴射装置１８の先端を収容孔２０に配置することにより、燃料噴射装置１８の先端の温度上昇を低減することができる。これにより、カーボンの堆積物であるすすによって燃料噴射装置１８の先端が詰まることを防止できる。
【００３０】
具体的には、すすは、燃料の濃度が高く、高温の雰囲気で発生し易い。燃料を噴射する噴射口が燃料噴射装置１８の先端に形成されているので、燃料噴射装置１８の先端近傍は燃料の濃度が高い。したがって、燃料噴射装置１８の先端近傍の温度が高いと、すすが発生し易い。しかしながら、第１実施形態では、燃料噴射装置１８が高温になることが防止されているので、燃料噴射装置１８の先端近傍の温度が低い。したがって、すすの発生を防止できる。これにより、燃料噴射装置１８の先端が詰まることを防止できる。
【００３１】
また第１実施形態では、燃料噴射装置１８の先端が収容孔２０に配置されていると共に、冷却水が供給されるウォータージャケット１１がシリンダヘッド３に形成されている。シリンダヘッド３は、ウォータージャケット１１に供給された冷却水によって冷却されており、燃料噴射装置１８は、シリンダヘッド３によって冷却されている。したがって、燃料噴射装置１８の先端が燃焼室１２に配置されている場合には、燃料噴射装置１８の先端がシリンダヘッド３から離れているので、燃料噴射装置１８の先端が収容孔２０に配置されている場合よりも燃料噴射装置１８の先端の温度が上昇する。したがって、燃料噴射装置１８の先端を収容孔２０に配置することにより、燃料噴射装置１８の先端の温度上昇を低減し、燃料噴射装置１８の先端がすすによって詰まることを防止できる。
【００３２】
この発明の実施の形態の説明は以上であるが、この発明は、前述の第１実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
たとえば、前述の第１実施形態では、燃料噴射装置１８の先端部１８ａおよび本体部１８ｂが集合路１５に進入している場合について説明した。しかし、本体部１８ｂだけが、集合路１５に進入していてもよい。また、図６に示す第２実施形態に係るエンジン２０１のように、燃料噴射装置２１８は、本体部２１８ｂよりも長い先端部２１８ａを備えており、この先端部２１８ａだけが集合路１５に進入していてもよい。
【００３３】
また、前述の第１実施形態では、燃料噴射装置１８の先端が収容孔２０内に配置されている場合について説明した。しかし、燃料噴射装置１８は、燃料噴射装置１８の先端面と燃焼室１２の内壁面とが連続するように配置されていてもよい。すなわち、燃焼室１２の内壁面における収容孔２０の周囲の部分と燃料噴射装置１８の先端面とが同一平面上に配置されていてもよい。また、図７に示す第３実施形態に係るエンジン３０１のように、燃料噴射装置１８の先端が燃焼室１２に達するように収容孔３２０が形成されており、燃料噴射装置１８が収容孔３２０から突出していてもよい。この構成によれば、燃料噴射装置１８の先端が収容孔３２０から突出しているので、燃料噴射装置１８から噴射された燃料のミストが、収容孔３２０の内壁に衝突して、燃料の広がりが狭められることを防止することができる。
【００３４】
また、前述の第１実施形態では、燃料噴射装置１８が、吸気ポート１３を貫通している場合について説明した。すなわち、前述の第１実施形態では、燃料噴射装置１８の全周が吸気ポート１３によって取り囲まれている場合について説明した。しかし、図８〜図１３に示すように、燃料噴射装置１８の一部が吸気ポート４１３、５１３に進入していてもよい。すなわち、燃料噴射装置１８の周囲が吸気ポート４１３、５１３によって部分的に取り囲まれており、軸方向に直交する燃料噴射装置１８の断面において、吸気ポート４１３、５１３に進入している部分と、吸気ポート４１３、５１３から露出している部分とが含まれていてもよい。
【００３５】
具体的には、図８〜図１０に示す第４実施形態に係る吸気ポート４１３のように、燃料噴射装置１８の一部が、２つの分岐路４１６の間に配置されていてもよい。第４実施形態では、本体部１８ｂは、集合路４１５に進入していると共に、各分岐路４１６に進入している。また、図示はしないが、第４実施形態において、先端部１８ａが、集合路４１５および各分岐路４１６に進入していてもよい。
【００３６】
また、図１１〜１３に示す第５実施形態に係る吸気ポート５１３のように、燃料噴射装置１８が、２つの分岐路５１６の間に配置されており、本体部１８ｂの一部が各分岐路５１６に進入していてもよい。また、図示はしないが、第５実施形態において、先端部１８ａが、各分岐路５１６に進入していてもよい。さらに、第５実施形態において、２つの分岐路５１６は、共通の集合路に結合されていてもよいし、互いに独立していてもよい。すなわち、互いに独立した２つの吸気ポートが設けられており、これらの吸気ポートの間に燃料噴射装置１８が配置されていてもよい。
【００３７】
また、前述の第１実施形態では、吸気ポート１３が２つの分岐路１６を有している場合について説明した。しかし、吸気ポート１３は、３つ以上の分岐路１６を有していてもよい。また、吸気ポート１３は、分岐していなくてもよい。この場合、同一のシリンダ４に対応する吸気ポート１３の数は、１つであってもよいし、２つ以上であってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【００３８】
以下に、特許請求の範囲に記載された構成要素と前述の実施形態における構成要素との対応関係を示す。
燃焼室：燃焼室１２
吸気ポート：吸気ポート１３、４１３、５１３
収容孔：収容孔２０
シリンダヘッド：シリンダヘッド３
燃料噴射装置：燃料噴射装置１８、２１８
４サイクルエンジン：エンジン１、２０１、３０１
吸気ポートの内壁：吸気ポートの内壁１３ｃ
分岐路：分岐路１６、４１６、５１６
集合路：集合路１５、４１５
第１シール部材：第１シール部材２４
シリンダ：シリンダ４
シリンダボディ：シリンダボディ２
シリンダの中心軸線：シリンダの中心軸線Ｌ２
接続孔：接続孔２１
第２シール部材：第２シール部材２５
本体部：本体部１８ｂ
先端部：先端部１８ａ、２１８ａ
【符号の説明】
【００３９】
１ エンジン
２ シリンダボディ
３ シリンダヘッド
４ シリンダ
１２ 燃焼室
１３ 吸気ポート
１３ｃ 吸気ポートの内壁
１５ 集合路
１６ 分岐路
１８ 燃料噴射装置
１８ａ 先端部
１８ｂ 本体部
２０ 収容孔
２１ 接続孔
２４ 第１シール部材
２５ 第２シール部材
２０１ エンジン
２１８ａ 先端部
２１８ 燃料噴射装置
３０１ エンジン
４１３ 吸気ポート
４１５ 集合路
４１６ 分岐路
５１３ 吸気ポート
５１６ 分岐路
Ｌ２ シリンダの中心軸線
【技術分野】
【０００１】
この発明は、４サイクルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体の燃料を燃焼室に直接供給して、出力および燃費を高める直噴エンジン（direct-injection engine）が知られている。
直噴エンジンでは、シリンダ内で燃料が気化することにより、シリンダ内が冷却される。そのため、シリンダ内への空気の充填量を増加させて、エンジンの出力を高めることができる。さらに、シリンダ内の温度が下がるので、ノッキングを抑制することができる。したがって、混合気の圧縮比を増加させて、燃費を高めることができる。
【０００３】
特許文献１には、液体の燃料を燃焼室に直接供給するエンジンが開示されている。特許文献１記載のエンジンでは、燃料を噴射する燃料噴射装置が吸気ポートの近傍に配置されている。吸気ポートは、シリンダごとに２つずつ設けられている。燃料噴射装置は、２つの吸気ポートの間、または下（シリンダボディ側）に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１１０６６０号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前述のように、特許文献１記載のエンジンでは、燃料噴射装置は、２つの吸気ポートの間、または下に配置されている。しかしながら、燃料噴射装置が２つの吸気ポートの間に配置される場合には、各吸気ポートを大きく湾曲させたり、２つの吸気ポートの間隔を調整して、燃料噴射装置を配置するスペースを設ける必要がある。そのため、吸気ポートの形状やレイアウトが燃料噴射装置によって制約される。燃料噴射装置が２つの吸気ポートの下に配置される場合も同様に、吸気ポートの形状やレイアウトが燃料噴射装置によって制約される。しかしながら、吸気ポートの湾曲が大きい場合には、吸気ポートでの流体抵抗が増加し、燃焼室に向かう吸気の流れが阻害される。そのため、吸気ポートからシリンダ内に充填される空気の流量が減少し、直噴による効果が減少してしまう。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、吸気系の自由度が高い直噴式の４サイクルエンジンを提供することである。
本発明の一実施形態は、燃焼室と、前記燃焼室に連通する吸気ポートと、前記燃焼室と前記吸気ポートとを連通する収容孔とが形成されたシリンダヘッドと、少なくとも一部が前記吸気ポートおよび収容孔に配置されており、前記燃焼室に向けて燃料のミストを噴射することにより、燃料のミストを前記燃焼室に直接供給する燃料噴射装置と、を含む、４サイクルエンジンを提供する。
【０００７】
この構成によれば、燃焼室と吸気ポートとを連通する収容孔がシリンダヘッドに形成されており、燃料噴射装置の少なくとも一部が、吸気ポートおよび収容孔に配置されている。燃料噴射装置は、燃焼室に向けて燃料のミストを噴射する。燃料噴射装置から噴射された燃料のミスト（燃料の液滴）は、燃焼室に直接供給される。したがって、シリンダ内で燃料を気化させて、シリンダ内を冷却することができる。そのため、４サイクルエンジンの出力および燃費を高めることができる。さらに、燃料噴射装置の少なくとも一部が吸気ポートに配置されているので、燃料噴射装置を配置するスペースを設けるために、吸気ポートの形状やレイアウトを変更しなくてもよい。このように、吸気系の自由度が高いので、吸気ポートでの流体抵抗を減少させることができる。したがって、吸気ポートからシリンダに流入する空気量の減少を低減することができる。
【０００８】
前記燃料噴射装置の先端は、前記燃焼室に達していてもよい。
また、前記燃料噴射装置は、前記吸気ポートの内壁を貫通していてもよい。
また、前記吸気ポートは、前記燃焼室に連通する複数の分岐路と、前記複数の分岐路が集合する集合路とを含んでいてもよい。この場合、前記燃料噴射装置は、前記集合路の内壁を貫通していてもよいし、少なくとも一つの前記分岐路に進入していてもよい。
【０００９】
また、前記４サイクルエンジンは、前記燃料噴射装置と前記収容孔との間をシールする第１シール部材をさらに含んでいてもよい。
また、前記４サイクルエンジンは、シリンダを含むシリンダボディをさらに含んでいてもよい。この場合、前記収容孔は、前記シリンダの中心軸線に対して前記吸気ポートよりも離れた位置で前記燃焼室に連通していてもよい。
【００１０】
また、前記シリンダヘッドは、前記吸気ポートと前記シリンダヘッドの外部とを接続する接続孔を含んでいてもよい。この場合、前記燃料噴射装置は、前記接続孔に進入していてもよい。
また、前記４サイクルエンジンは、前記燃料噴射装置と前記接続孔との間をシールする第２シール部材をさらに含んでいてもよい。
【００１１】
また、前記燃料噴射装置は、前記吸気ポートに進入している本体部を含んでいてもよい。
また、前記燃料噴射装置は、前記吸気ポートに進入している先端部を含んでいてもよい。
前記４サイクルエンジンは、シリンダを含むシリンダボディをさらに含んでいてもよい。この場合、前記燃料噴射装置は、前記シリンダの中心軸線に対して傾斜していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンの断面図である。
【図２】図１の一部を拡大した図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る吸気ポートと燃料噴射装置との位置関係を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る吸気ポートと燃料噴射装置との位置関係を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る吸気ポートと燃料噴射装置との位置関係を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るエンジンの断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るエンジンの断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る吸気ポートと燃料噴射装置との位置関係を示す図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る吸気ポートと燃料噴射装置との位置関係を示す図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る吸気ポートと燃料噴射装置との位置関係を示す図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る吸気ポートと燃料噴射装置との位置関係を示す図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る吸気ポートと燃料噴射装置との位置関係を示す図である。
【図１３】本発明の第５実施形態に係る吸気ポートと燃料噴射装置との位置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るエンジン１の断面図である。図２は、図１の一部を拡大した図である。以下の説明では、クランクシャフト６の回転軸線Ｌ１が延びる方向（紙面に直交する方向）を前後方向と定義し、回転軸線Ｌ１に直交するシリンダの中心軸線Ｌ２が延びる方向（紙面の上下方向）を上下方向と定義する。ただし、この方向の定義は一例であり、回転軸線Ｌ１が延びる方向は、前後方向以外の方向であってもよい。
【００１４】
エンジン１は、４サイクルエンジン（内燃機関）である。エンジン１は、自動車やモーターサイクルなどの車両に搭載されていてもよいし、船舶に搭載されていてもよいし、その他の装置に搭載されていてもよい。たとえば、船舶を推進させる船舶推進機にエンジン１が搭載されていてもよい。また、エンジン１は、単気筒エンジンであってもよいし、多気筒エンジンであってもよい。エンジン１が多気筒エンジンである場合、エンジン１は、直線状に配列された複数のシリンダを含む直列エンジンであってもよいし、Ｖ字ラインに沿って配置された複数のシリンダを含むＶ型エンジンであってもよいし、その他の形式のエンジンであってもよい。
【００１５】
エンジン１は、シリンダボディ２と、シリンダヘッド３とを含む。シリンダヘッド３は、シリンダボディ２の上方に配置されている。シリンダヘッド３は、シリンダボディ２の上端部に連結されている。シリンダボディ２およびシリンダヘッド３は、シリンダ４を形成している。エンジン１は、シリンダ４内に配置されたピストン５と、回転軸線Ｌ１まわりに回転可能なクランクシャフト６と、ピストン５とクランクシャフト６とを連結するコンロッド７とを含む。さらに、エンジン１は、吸気バルブ８と、排気バルブ９と、吸気バルブ８および排気バルブ９を駆動するバルブ駆動機構１０とを含む。
【００１６】
シリンダヘッド３は、冷却水が流通するウォータージャケット１１を形成している。さらに、シリンダヘッド３は、空気と燃料の混合気が燃焼される燃焼室１２と、燃焼室１２に連通する吸気ポート１３と、燃焼室１２に連通する排気ポート１４とを形成している。吸気ポート１３および排気ポート１４は、それぞれ、吸気バルブ８および排気バルブ９によって開閉される。エンジン１に供給された吸気は、吸気ポート１３が開かれることにより、吸気ポート１３から燃焼室１２に供給される。また、燃焼室１２で生成された排気は、排気ポート１４が開かれることにより、排気ポート１４を介して燃焼室１２からエンジン１の外部に排出される。
【００１７】
吸気ポート１３および排気ポート１４は、シリンダヘッド３の外部と燃焼室１２とを連通している。吸気ポート１３は、シリンダヘッド３の側部から燃焼室１２に延びている。吸気ポート１３は、たとえば、シリンダヘッド３の内部で分岐したＹ字状である（図４参照）。図１に示すように、吸気ポート１３は、シリンダヘッド３の外部からシリンダヘッド３の内部に延びる集合路１５と、集合路１５の端部から燃焼室１２に延びる２つの分岐路１６とを含む。集合路１５は、シリンダヘッド３の外面で開口しており、各分岐路１６は、燃焼室１２で開口している。図１に示すように、吸気ポート１３は、シリンダヘッド３の外面で開口する開口部１３ａと、燃焼室１２で開口する開口部１３ｂとを含む。吸気バルブ８は、分岐路１６ごとに設けられており、燃焼室１２で開口する分岐路１６の開口部１３ｂ（吸気口）は、対応する吸気バルブ８によって開閉される。また、図示はしないが、排気ポート１４も、二箇所で燃焼室１２に連通しており、排気ポート１４の２つの開口部（排気口）にそれぞれ対応する２つの排気バルブ９が設けられている。すなわち、第１実施形態では、同一のシリンダ４に対応する吸気バルブ８および排気バルブ９が、２つずつ設けられている。
【００１８】
エンジン１は、燃焼室１２で火花を発する点火プラグ１７と、燃料（たとえばガソリン）を燃焼室１２に噴霧する燃料噴射装置１８とを含む。シリンダヘッド３は、点火プラグ１７が挿入されたプラグ収容孔１９と、燃料噴射装置１８が挿入された収容孔２０および接続孔２１とを形成している。プラグ収容孔１９は、シリンダ４の中心軸線Ｌ２に沿って延びている。したがって、点火プラグ１７は、シリンダ４の中心軸線Ｌ２に沿って延びている。火花を発する点火プラグ１７の先端は、プラグ収容孔１９から突出しており、燃焼室１２に達している。また、収容孔２０および接続孔２１は、シリンダ４の中心軸線Ｌ２に対して傾いた方向に延びている。したがって、燃料噴射装置１８は、シリンダ４の中心軸線Ｌ２に対して傾斜している。燃料噴射装置１８は、シリンダ４の中心軸線Ｌ２に対して、吸気バルブ８よりも大きな角度で傾斜している。燃料噴射装置１８は、点火プラグ１７よりも外側（シリンダ４の中心軸線Ｌ２から離れる方向）に配置されている。
【００１９】
収容孔２０は、燃焼室１２と吸気ポート１３とを連通しており、接続孔２１は、吸気ポート１３とシリンダヘッド３の外部とを連通している。したがって、収容孔２０は、吸気ポート１３と燃焼室１２との間に配置されており、接続孔２１は、吸気ポート１３に対して収容孔２０とは反対側に配置されている。図２に示すように、収容孔２０は、吸気ポート１３の内壁１３ｃで開口する開口部２０ａと、燃焼室１２で開口する開口部２０ｂとを含む。接続孔２１は、シリンダヘッド３の外面で開口する開口部２１ａと、吸気ポート１３の内壁１３ｃで開口する開口部２１ｂとを含む。収容孔２０および接続孔２１は、吸気ポート１３を介して対向している。収容孔２０および接続孔２１は、シリンダ４の中心軸線Ｌ２に対して傾いた共通の軸線上に配置されている。収容孔２０および接続孔２１は、吸気ポート１３の内壁１３ｃで開口している。燃料噴射装置１８は、収容孔２０の吸気ポート１３に面する開口部２０ａと、接続孔２１の吸気ポート１３に面する開口部２１ｂとに挿入されている。したがって、燃料噴射装置１８は、吸気ポート１３の内壁１３ｃを貫通しており、吸気ポート１３に交差している。燃料噴射装置１８は、シリンダ４の内周面よりも外側で吸気ポート１３に交差している。
【００２０】
燃料噴射装置１８は、たとえば円柱状である。燃料噴射装置１８は、軸方向（燃料噴射装置１８の中心軸線に沿う方向）に延びる円柱状の先端部１８ａおよび本体部１８ｂを含む。先端部１８ａの外径は、本体部１８ｂの外径よりも小さい。先端部１８ａは、本体部１８ｂから燃焼室１２に向かって延びている。先端部１８ａは、たとえば、本体部１８ｂよりも短い。燃料のミストを噴射する噴射口は、先端部１８ａの先端、つまり、燃料噴射装置１８の先端に形成されている。燃料噴射装置１８は、シリンダヘッド３に保持されている。燃料噴射装置１８は、シリンダヘッド３の外側から収容孔２０および接続孔２１に挿入されている。燃料噴射装置１８の先端部１８ａは、収容孔２０に進入しており、燃料噴射装置１８の本体部１８ｂは、接続孔２１に進入している。さらに、燃料噴射装置１８の先端部１８ａおよび本体部１８ｂは、吸気ポート１３に進入している。先端部１８ａおよび本体部１８ｂは、吸気ポート１３における吸気の流れに交差する姿勢で吸気ポート１３内に配置されている。
【００２１】
燃料噴射装置１８の先端は、収容孔２０に配置されている。燃料噴射装置１８の先端と収容孔２０の内壁は、燃焼室１２に連通する凹部２２を形成している。凹部２２は、燃焼室１２から離れる方向に凹んでいる。図２に示すように、凹部２２において燃料噴射装置１８の先端に接する部分は、凹部２２の入口２２ａを形成しており、凹部２２において燃焼室１２に接する部分（収容孔２０の燃焼室１２に面する開口部２０ｂに相当）は、凹部２２の出口２２ｂを形成している。凹部２２の出口２２ｂの面積は、凹部２２の入口２２ａの面積よりも大きい。凹部２２の流路面積は、凹部２２の出口２２ｂに近づくに従って連続的に増加していてもよいし、段階的に増加していてもよい。
【００２２】
燃料噴射装置１８の外端部１８ｃは、シリンダヘッド３の外面から突出している。燃料噴射装置１８の外端部１８ｃは、吸気ポート１３に対してシリンダボディ２とは反対側に配置されている。したがって、吸気ポート１３は、燃料噴射装置１８の外端部１８ｃとシリンダボディ２との間に配置されている。燃料噴射装置１８に燃料を供給する燃料供給管２３の端部は、燃料噴射装置１８の外端部１８ｃに接続されている。燃料噴射装置１８は、燃料供給管２３から供給された燃料をその先端から燃焼室１２に向けて円錐状に噴射する。燃料噴射装置１８から噴射された燃料のミストは、凹部２２の入口２２ａおよび出口２２ｂを順に通って燃焼室１２に直接供給される。凹部２２の出口２２ｂの面積が凹部２２の入口２２ａの面積よりも大きいから、燃料噴射装置１８の先端から燃焼室１２に向かって広がる燃料のミストが凹部２２内で収容孔２０の内壁に衝突して、燃料の広がりが狭められることを防止することができる。
【００２３】
図１に示すように、収容孔２０は、シリンダ４の中心軸線Ｌ２に対して吸気ポート１３よりも離れた位置で燃焼室１２に連通している。収容孔２０の燃焼室１２に面する開口部２０ｂは、吸気ポート１３の燃焼室１２に面する開口部１３ｂ（分岐路１６の開口部）よりも外側に配置されており、吸気ポート１３の開口部１３ｂよりもシリンダ４の中心軸線Ｌ２から離れている。したがって、収容孔２０の燃焼室１２に面する開口部２０ｂは、吸気ポート１３の燃焼室１２に面する開口部１３ｂよりもシリンダ４の内周面に近い。吸気ポート１３の開口部１３ｂと収容孔２０の開口部２０ｂは、シリンダ４の中心軸線Ｌ２とクランクシャフト６の回転軸線Ｌ１とを含む平面に対して同じ側に配置されている。したがって、吸気ポート１３の開口部１３ｂと燃料噴射装置１８の先端は、シリンダ４の中心軸線Ｌ２とクランクシャフト６の回転軸線Ｌ１とを含む平面に対して同じ側に配置されている。
【００２４】
エンジン１は、第１シール部材２４および第２シール部材２５を含む。第１シール部材２４および第２シール部材２５は、たとえば、耐熱材料によって形成されたＯリングである。耐熱材料としては、たとえば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂が挙げられる。第１シール部材２４は、燃料噴射装置１８の先端部１８ａに設けられた環状溝に取り付けられており、先端部１８ａを同心円状に取り囲んでいる。先端部１８ａと収容孔２０の内壁との間の隙間は、第１シール部材２４によってシールされている。これにより、燃焼室１２から吸気ポート１３に流体が漏れることを防止できる。同様に、第２シール部材２５は、燃料噴射装置１８の本体部１８ｂを同心円状に取り囲んでおり、本体部１８ｂと接続孔２１の内壁との間の隙間は、第２シール部材２５によってシールされている。これにより、吸気ポート１３からシリンダヘッド３の外部に吸気が漏れたり、シリンダヘッド３の外部から吸気ポート１３に空気が流入することを防止できる。第２シール部材２５は、図１に示すように、シリンダヘッド３の外部に配置されていてもよいし、接続孔２１内に配置されていてもよい（図６参照）。
【００２５】
図３〜図５は、本発明の第１実施形態に係る吸気ポート１３と燃料噴射装置１８との位置関係を示す図である。
前述のように、吸気ポート１３は、燃焼室１２に連通する２つ分岐路１６と、２つの分岐路１６が集合する集合路１５とを含む。２つ分岐路１６は、集合路１５の端部で分岐している。２つ分岐路１６は、幅方向Ｄ１に間隔を空けてＶ字状に配置されている。２つの分岐路１６の間隔は、燃料噴射装置１８の幅（幅方向Ｄ１への長さ）よりも小さい。シリンダヘッド３の外面で開口する集合路１５の開口部１３ａは、たとえば、幅方向Ｄ１に長い楕円形である。また、燃焼室１２で開口する分岐路１６の開口部１３ｂは、たとえば、円形である。集合路１５の開口部１３ａは、吸気の入口であり、各分岐路１６の開口部１３ｂは、吸気の出口である。集合路１５の開口部１３ａの面積は、分岐路１６の開口部１３ｂの面積よりも大きい。さらに、集合路１５の流路面積は、分岐路１６の流路面積よりも大きい。
【００２６】
燃料噴射装置１８は、幅方向Ｄ１に関する集合路１５の中間部で集合路１５の内壁を貫通している。吸気の入口側から吸気ポート１３および燃料噴射装置１８を見ると、燃料噴射装置１８は、吸気ポート１３を幅方向Ｄ１に二等分する位置に配置されている。さらに、吸気の入口側から吸気ポート１３および燃料噴射装置１８を見ると、燃料噴射装置１８は、２つの分岐路１６と重なり合っている。集合路１５の開口部１３ａから吸気ポート１３に流入した吸気は、集合路１５と２つの分岐路１６との結合部で２つに分岐され、各分岐路１６の開口部１３ｂから燃焼室１２に供給される。吸気の入口側から吸気ポート１３および燃料噴射装置１８を見たときに、燃料噴射装置１８が一方の分岐路１６側に偏っていないので、集合路１５に流入した吸気は、ほぼ等しい流量で２つに分岐され、各分岐路１６に流れ込む。
【００２７】
以上のように第１実施形態では、燃焼室１２と吸気ポート１３とを連通する収容孔２０がシリンダヘッド３に形成されている。さらに、吸気ポート１３とシリンダヘッド３の外部とを接続する接続孔２１がシリンダヘッド３に形成されている。燃料噴射装置１８の一部は、吸気ポート１３、収容孔２０、および接続孔２１に配置されている。燃料噴射装置１８は、燃焼室１２に向けて燃料のミストを噴射する。燃料噴射装置１８から噴射された燃料のミストは、燃焼室１２に直接供給される。したがって、シリンダ４内で燃料を気化させて、シリンダ４内を冷却することができる。そのため、４サイクルエンジン１の出力および燃費を高めることができる。さらに、燃料噴射装置１８の一部が吸気ポート１３に配置されているので、燃料噴射装置１８を配置するスペースを設けるために、吸気ポート１３の形状やレイアウトを変更しなくてもよい。このように、吸気系の自由度が高いので、吸気ポート１３での流体抵抗を減少させることができる。したがって、吸気ポート１３からシリンダ４に流入する空気量の減少を低減することができる。また、吸気系の自由度が高いので、たとえば、吸気ポート１３の形状を、吸気ポートに燃料を噴射する構成（いわゆる、ポート噴射）と共通化できる。
【００２８】
また第１実施形態では、吸気ポート１３が２つの分岐路１６と集合路１５とを含んでおり、燃料噴射装置１８が集合路１５の内壁を貫通している。燃料噴射装置１８が吸気ポート１３を貫通している場合、燃料噴射装置１８が吸気ポート１３を貫通している部分（貫通部）の流路面積が減少する。そのため、貫通部での流体抵抗が増加する。しかしながら、集合路１５の流路面積が分岐路１６の流路面積よりも大きいので、吸気ポート１３が分岐路１６を貫通している場合よりも、貫通部での流路面積の減少割合が小さい。そのため、吸気ポート１３が分岐路１６を貫通している場合よりも、燃焼室１２に向かって流れる吸気に及ぶ影響を小さくすることができる。
【００２９】
また第１実施形態では、燃料噴射装置１８の先端が収容孔２０に配置されている。燃料噴射装置１８の先端が燃焼室１２に配置されている場合には、燃料噴射装置１８の先端が高温の排気に晒される。そのため、この場合には、燃料噴射装置１８の先端の温度が高まる。したがって、燃料噴射装置１８の先端を収容孔２０に配置することにより、燃料噴射装置１８の先端の温度上昇を低減することができる。これにより、カーボンの堆積物であるすすによって燃料噴射装置１８の先端が詰まることを防止できる。
【００３０】
具体的には、すすは、燃料の濃度が高く、高温の雰囲気で発生し易い。燃料を噴射する噴射口が燃料噴射装置１８の先端に形成されているので、燃料噴射装置１８の先端近傍は燃料の濃度が高い。したがって、燃料噴射装置１８の先端近傍の温度が高いと、すすが発生し易い。しかしながら、第１実施形態では、燃料噴射装置１８が高温になることが防止されているので、燃料噴射装置１８の先端近傍の温度が低い。したがって、すすの発生を防止できる。これにより、燃料噴射装置１８の先端が詰まることを防止できる。
【００３１】
また第１実施形態では、燃料噴射装置１８の先端が収容孔２０に配置されていると共に、冷却水が供給されるウォータージャケット１１がシリンダヘッド３に形成されている。シリンダヘッド３は、ウォータージャケット１１に供給された冷却水によって冷却されており、燃料噴射装置１８は、シリンダヘッド３によって冷却されている。したがって、燃料噴射装置１８の先端が燃焼室１２に配置されている場合には、燃料噴射装置１８の先端がシリンダヘッド３から離れているので、燃料噴射装置１８の先端が収容孔２０に配置されている場合よりも燃料噴射装置１８の先端の温度が上昇する。したがって、燃料噴射装置１８の先端を収容孔２０に配置することにより、燃料噴射装置１８の先端の温度上昇を低減し、燃料噴射装置１８の先端がすすによって詰まることを防止できる。
【００３２】
この発明の実施の形態の説明は以上であるが、この発明は、前述の第１実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
たとえば、前述の第１実施形態では、燃料噴射装置１８の先端部１８ａおよび本体部１８ｂが集合路１５に進入している場合について説明した。しかし、本体部１８ｂだけが、集合路１５に進入していてもよい。また、図６に示す第２実施形態に係るエンジン２０１のように、燃料噴射装置２１８は、本体部２１８ｂよりも長い先端部２１８ａを備えており、この先端部２１８ａだけが集合路１５に進入していてもよい。
【００３３】
また、前述の第１実施形態では、燃料噴射装置１８の先端が収容孔２０内に配置されている場合について説明した。しかし、燃料噴射装置１８は、燃料噴射装置１８の先端面と燃焼室１２の内壁面とが連続するように配置されていてもよい。すなわち、燃焼室１２の内壁面における収容孔２０の周囲の部分と燃料噴射装置１８の先端面とが同一平面上に配置されていてもよい。また、図７に示す第３実施形態に係るエンジン３０１のように、燃料噴射装置１８の先端が燃焼室１２に達するように収容孔３２０が形成されており、燃料噴射装置１８が収容孔３２０から突出していてもよい。この構成によれば、燃料噴射装置１８の先端が収容孔３２０から突出しているので、燃料噴射装置１８から噴射された燃料のミストが、収容孔３２０の内壁に衝突して、燃料の広がりが狭められることを防止することができる。
【００３４】
また、前述の第１実施形態では、燃料噴射装置１８が、吸気ポート１３を貫通している場合について説明した。すなわち、前述の第１実施形態では、燃料噴射装置１８の全周が吸気ポート１３によって取り囲まれている場合について説明した。しかし、図８〜図１３に示すように、燃料噴射装置１８の一部が吸気ポート４１３、５１３に進入していてもよい。すなわち、燃料噴射装置１８の周囲が吸気ポート４１３、５１３によって部分的に取り囲まれており、軸方向に直交する燃料噴射装置１８の断面において、吸気ポート４１３、５１３に進入している部分と、吸気ポート４１３、５１３から露出している部分とが含まれていてもよい。
【００３５】
具体的には、図８〜図１０に示す第４実施形態に係る吸気ポート４１３のように、燃料噴射装置１８の一部が、２つの分岐路４１６の間に配置されていてもよい。第４実施形態では、本体部１８ｂは、集合路４１５に進入していると共に、各分岐路４１６に進入している。また、図示はしないが、第４実施形態において、先端部１８ａが、集合路４１５および各分岐路４１６に進入していてもよい。
【００３６】
また、図１１〜１３に示す第５実施形態に係る吸気ポート５１３のように、燃料噴射装置１８が、２つの分岐路５１６の間に配置されており、本体部１８ｂの一部が各分岐路５１６に進入していてもよい。また、図示はしないが、第５実施形態において、先端部１８ａが、各分岐路５１６に進入していてもよい。さらに、第５実施形態において、２つの分岐路５１６は、共通の集合路に結合されていてもよいし、互いに独立していてもよい。すなわち、互いに独立した２つの吸気ポートが設けられており、これらの吸気ポートの間に燃料噴射装置１８が配置されていてもよい。
【００３７】
また、前述の第１実施形態では、吸気ポート１３が２つの分岐路１６を有している場合について説明した。しかし、吸気ポート１３は、３つ以上の分岐路１６を有していてもよい。また、吸気ポート１３は、分岐していなくてもよい。この場合、同一のシリンダ４に対応する吸気ポート１３の数は、１つであってもよいし、２つ以上であってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【００３８】
以下に、特許請求の範囲に記載された構成要素と前述の実施形態における構成要素との対応関係を示す。
燃焼室：燃焼室１２
吸気ポート：吸気ポート１３、４１３、５１３
収容孔：収容孔２０
シリンダヘッド：シリンダヘッド３
燃料噴射装置：燃料噴射装置１８、２１８
４サイクルエンジン：エンジン１、２０１、３０１
吸気ポートの内壁：吸気ポートの内壁１３ｃ
分岐路：分岐路１６、４１６、５１６
集合路：集合路１５、４１５
第１シール部材：第１シール部材２４
シリンダ：シリンダ４
シリンダボディ：シリンダボディ２
シリンダの中心軸線：シリンダの中心軸線Ｌ２
接続孔：接続孔２１
第２シール部材：第２シール部材２５
本体部：本体部１８ｂ
先端部：先端部１８ａ、２１８ａ
【符号の説明】
【００３９】
１ エンジン
２ シリンダボディ
３ シリンダヘッド
４ シリンダ
１２ 燃焼室
１３ 吸気ポート
１３ｃ 吸気ポートの内壁
１５ 集合路
１６ 分岐路
１８ 燃料噴射装置
１８ａ 先端部
１８ｂ 本体部
２０ 収容孔
２１ 接続孔
２４ 第１シール部材
２５ 第２シール部材
２０１ エンジン
２１８ａ 先端部
２１８ 燃料噴射装置
３０１ エンジン
４１３ 吸気ポート
４１５ 集合路
４１６ 分岐路
５１３ 吸気ポート
５１６ 分岐路
Ｌ２ シリンダの中心軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室と、前記燃焼室に連通する吸気ポートと、前記燃焼室と前記吸気ポートとを連通する収容孔とが形成されたシリンダヘッドと、
少なくとも一部が前記吸気ポートおよび収容孔に配置されており、前記燃焼室に向けて燃料のミストを噴射することにより、燃料のミストを前記燃焼室に直接供給する燃料噴射装置と、を含む、４サイクルエンジン。
【請求項２】
前記燃料噴射装置の先端は、前記燃焼室に達している、請求項１記載の４サイクルエンジン。
【請求項３】
前記燃料噴射装置は、前記吸気ポートの内壁を貫通している、請求項１または２記載の４サイクルエンジン。
【請求項４】
前記吸気ポートは、前記燃焼室に連通する複数の分岐路と、前記複数の分岐路が集合する集合路とを含み、
前記燃料噴射装置は、前記集合路の内壁を貫通している、請求項３記載の４サイクルエンジン。
【請求項５】
前記吸気ポートは、前記燃焼室に連通する複数の分岐路と、前記複数の分岐路が集合する集合路とを含み、
前記燃料噴射装置は、少なくとも一つの前記分岐路に進入している、請求項１または２記載の４サイクルエンジン。
【請求項６】
前記燃料噴射装置と前記収容孔との間をシールする第１シール部材をさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の４サイクルエンジン。
【請求項７】
前記４サイクルエンジンは、シリンダを含むシリンダボディをさらに含み、
前記収容孔は、前記シリンダの中心軸線に対して前記吸気ポートよりも離れた位置で前記燃焼室に連通している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の４サイクルエンジン。
【請求項８】
前記シリンダヘッドは、前記吸気ポートと前記シリンダヘッドの外部とを接続する接続孔を含み、
前記燃料噴射装置は、前記接続孔に進入している、請求項１〜７のいずれか一項に記載の４サイクルエンジン。
【請求項９】
前記燃料噴射装置と前記接続孔との間をシールする第２シール部材をさらに含む、請求項８記載の４サイクルエンジン。
【請求項１０】
前記燃料噴射装置は、前記吸気ポートに進入している本体部を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の４サイクルエンジン。
【請求項１１】
前記燃料噴射装置は、前記吸気ポートに進入している先端部を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の４サイクルエンジン。
【請求項１２】
前記４サイクルエンジンは、シリンダを含むシリンダボディをさらに含み、
前記燃料噴射装置は、前記シリンダの中心軸線に対して傾斜している、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の４サイクルエンジン。
【請求項１】
燃焼室と、前記燃焼室に連通する吸気ポートと、前記燃焼室と前記吸気ポートとを連通する収容孔とが形成されたシリンダヘッドと、
少なくとも一部が前記吸気ポートおよび収容孔に配置されており、前記燃焼室に向けて燃料のミストを噴射することにより、燃料のミストを前記燃焼室に直接供給する燃料噴射装置と、を含む、４サイクルエンジン。
【請求項２】
前記燃料噴射装置の先端は、前記燃焼室に達している、請求項１記載の４サイクルエンジン。
【請求項３】
前記燃料噴射装置は、前記吸気ポートの内壁を貫通している、請求項１または２記載の４サイクルエンジン。
【請求項４】
前記吸気ポートは、前記燃焼室に連通する複数の分岐路と、前記複数の分岐路が集合する集合路とを含み、
前記燃料噴射装置は、前記集合路の内壁を貫通している、請求項３記載の４サイクルエンジン。
【請求項５】
前記吸気ポートは、前記燃焼室に連通する複数の分岐路と、前記複数の分岐路が集合する集合路とを含み、
前記燃料噴射装置は、少なくとも一つの前記分岐路に進入している、請求項１または２記載の４サイクルエンジン。
【請求項６】
前記燃料噴射装置と前記収容孔との間をシールする第１シール部材をさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の４サイクルエンジン。
【請求項７】
前記４サイクルエンジンは、シリンダを含むシリンダボディをさらに含み、
前記収容孔は、前記シリンダの中心軸線に対して前記吸気ポートよりも離れた位置で前記燃焼室に連通している、請求項１〜６のいずれか一項に記載の４サイクルエンジン。
【請求項８】
前記シリンダヘッドは、前記吸気ポートと前記シリンダヘッドの外部とを接続する接続孔を含み、
前記燃料噴射装置は、前記接続孔に進入している、請求項１〜７のいずれか一項に記載の４サイクルエンジン。
【請求項９】
前記燃料噴射装置と前記接続孔との間をシールする第２シール部材をさらに含む、請求項８記載の４サイクルエンジン。
【請求項１０】
前記燃料噴射装置は、前記吸気ポートに進入している本体部を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の４サイクルエンジン。
【請求項１１】
前記燃料噴射装置は、前記吸気ポートに進入している先端部を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の４サイクルエンジン。
【請求項１２】
前記４サイクルエンジンは、シリンダを含むシリンダボディをさらに含み、
前記燃料噴射装置は、前記シリンダの中心軸線に対して傾斜している、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の４サイクルエンジン。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２４１６９８（Ｐ２０１２−２４１６９８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１６２５４（Ｐ２０１１−１１６２５４）
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
【Ｆターム（参考）】
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