JP2000230438A - 直噴式火花点火機関 - Google Patents
直噴式火花点火機関Info
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- JP2000230438A JP2000230438A JP11030560A JP3056099A JP2000230438A JP 2000230438 A JP2000230438 A JP 2000230438A JP 11030560 A JP11030560 A JP 11030560A JP 3056099 A JP3056099 A JP 3056099A JP 2000230438 A JP2000230438 A JP 2000230438A
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- exhaust
- cam
- exhaust valve
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
- F02B2275/48—Tumble motion in gas movement in cylinder
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】タンブル流が減衰・崩壊する運転条件におい
て、燃料輸送を促進することにより混合気を成層化し、
安定した成層燃焼を可能とする。 【解決手段】アイドル域を含む低回転時に、圧縮行程に
て燃料噴射前に排気弁８を一時的に開く。この一時的な
開弁は、排気弁作動カム１７を２種類のカムより構成
し、これらを切り換えることによって行われる。一方の
カムには、排気行程にて排気弁８を開くためのカムノー
ズの他、圧縮行程にて排気弁８を開くための小さなカム
ノーズを設ける。また、吸気弁作動カム１５を作動角の
異なる２種類のカムより構成して、圧縮行程にて排気弁
８を開く運転条件にて、吸気弁閉時期を早める。
て、燃料輸送を促進することにより混合気を成層化し、
安定した成層燃焼を可能とする。 【解決手段】アイドル域を含む低回転時に、圧縮行程に
て燃料噴射前に排気弁８を一時的に開く。この一時的な
開弁は、排気弁作動カム１７を２種類のカムより構成
し、これらを切り換えることによって行われる。一方の
カムには、排気行程にて排気弁８を開くためのカムノー
ズの他、圧縮行程にて排気弁８を開くための小さなカム
ノーズを設ける。また、吸気弁作動カム１５を作動角の
異なる２種類のカムより構成して、圧縮行程にて排気弁
８を開く運転条件にて、吸気弁閉時期を早める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直噴式火花点火機
関に関し、より詳細には、アイドル域を含む低回転時に
おける成層燃焼を安定化する技術に関する。
関に関し、より詳細には、アイドル域を含む低回転時に
おける成層燃焼を安定化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、直噴式火花点火機関では、低
中速・低負荷条件における燃費向上のため、超希薄空燃
比による成層燃焼を行っている。このため、吸気や燃焼
室内でのガス流動が改善されており、吸気の縦方向の旋
回流（タンブル流）が形成され易くなっている。噴射さ
れた燃料の噴霧は、このタンブル流によって点火プラグ
近傍へと輸送され、燃料混合気が層状をなす。
中速・低負荷条件における燃費向上のため、超希薄空燃
比による成層燃焼を行っている。このため、吸気や燃焼
室内でのガス流動が改善されており、吸気の縦方向の旋
回流（タンブル流）が形成され易くなっている。噴射さ
れた燃料の噴霧は、このタンブル流によって点火プラグ
近傍へと輸送され、燃料混合気が層状をなす。
【０００３】例えば、特開平７−１９０４６号公報に
は、吸気の旋回流が、燃焼室の排気弁側を下向きに流れ
た後、凹状のピストン冠面にて反転され、燃焼室の吸気
弁側を上向きに流れて燃焼室略中央に配置された点火プ
ラグに向かう順タンブル流を形成するものが開示されて
いる。
は、吸気の旋回流が、燃焼室の排気弁側を下向きに流れ
た後、凹状のピストン冠面にて反転され、燃焼室の吸気
弁側を上向きに流れて燃焼室略中央に配置された点火プ
ラグに向かう順タンブル流を形成するものが開示されて
いる。
【０００４】また、特開平４−１１２９３１号公報に
は、吸気の旋回流が、吸気弁から吸気弁下方に配設され
た燃料噴射弁の噴射方向線を横断するように導入された
後、ピストン冠面にて反転され、点火プラグへ向かう逆
タンブル流を形成するものが開示されている。
は、吸気の旋回流が、吸気弁から吸気弁下方に配設され
た燃料噴射弁の噴射方向線を横断するように導入された
後、ピストン冠面にて反転され、点火プラグへ向かう逆
タンブル流を形成するものが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の直噴式火花点火機関では、機関をアイドル域のように
低速・低負荷条件で運転した場合に、燃焼不良が生じて
発生トルクの変動、延いては失火の発生を来すという問
題が生じていた。
の直噴式火花点火機関では、機関をアイドル域のように
低速・低負荷条件で運転した場合に、燃焼不良が生じて
発生トルクの変動、延いては失火の発生を来すという問
題が生じていた。
【０００６】これは、機関回転数が低いため、慣性によ
り吸気の旋回流動が弱まり、圧縮行程においてタンブル
流が減衰・崩壊することによる。このため、混合気が分
散して成層化せず、燃焼圧が低下するのである。
り吸気の旋回流動が弱まり、圧縮行程においてタンブル
流が減衰・崩壊することによる。このため、混合気が分
散して成層化せず、燃焼圧が低下するのである。
【０００７】これに対し、噴霧の貫通度を増大して燃料
を強制的に輸送する方法が考えられるが、これではタン
ブル流が発達する高回転時において燃料噴霧が排気弁側
のシリンダ壁面に到達するため、未燃率が上昇し、また
壁面にて液膜化した燃料が潤滑油に混入するといった懸
念がある。
を強制的に輸送する方法が考えられるが、これではタン
ブル流が発達する高回転時において燃料噴霧が排気弁側
のシリンダ壁面に到達するため、未燃率が上昇し、また
壁面にて液膜化した燃料が潤滑油に混入するといった懸
念がある。
【０００８】燃料輸送の観点からも、噴霧の貫通度を過
度に高めることは、成層混合気の形成上不利である。そ
こで、本発明は、これらの問題点に鑑み、アイドル域を
含む低回転時において、燃料輸送を促進することにより
混合気を確実に成層化して、超希薄空燃比による安定し
た燃焼を可能とすることを目的とする。
度に高めることは、成層混合気の形成上不利である。そ
こで、本発明は、これらの問題点に鑑み、アイドル域を
含む低回転時において、燃料輸送を促進することにより
混合気を確実に成層化して、超希薄空燃比による安定し
た燃焼を可能とすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このため、本発明は、燃
焼室略中央に配置された点火プラグと、燃焼室の一側に
配置された吸気弁と、他側に配置された排気弁と、前記
吸気弁近傍から燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射
弁と、を含んで構成した直噴式火花点火機関において、
低回転時に前記排気弁を圧縮行程における燃料噴射前の
所定時期にて一時的に開く補助排気手段を設けた。
焼室略中央に配置された点火プラグと、燃焼室の一側に
配置された吸気弁と、他側に配置された排気弁と、前記
吸気弁近傍から燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射
弁と、を含んで構成した直噴式火花点火機関において、
低回転時に前記排気弁を圧縮行程における燃料噴射前の
所定時期にて一時的に開く補助排気手段を設けた。
【００１０】このことにより、以下の作用が得られる。
アイドリングのように機関を低速運転すると、吸気の旋
回流動が弱まるため、圧縮行程において、燃焼室内の圧
力上昇によりタンブル流が減衰し、崩壊する。
アイドリングのように機関を低速運転すると、吸気の旋
回流動が弱まるため、圧縮行程において、燃焼室内の圧
力上昇によりタンブル流が減衰し、崩壊する。
【００１１】このとき、補助排気手段により排気弁を一
時的に開くことで、燃焼室と排気ポートとの圧力差によ
り燃焼室内ガスが排気ポートへリークし、燃焼室内には
燃料噴射弁先端から点火プラグへ向かう加速度を含むガ
ス流動が誘起する。
時的に開くことで、燃焼室と排気ポートとの圧力差によ
り燃焼室内ガスが排気ポートへリークし、燃焼室内には
燃料噴射弁先端から点火プラグへ向かう加速度を含むガ
ス流動が誘起する。
【００１２】その後噴射された燃料噴霧は、このガス流
動によって点火プラグ近傍へと輸送されて、混合気が成
層化する。ここで、燃料の噴射開始後も排気弁を開いた
ままにしておくと、未燃料が排気ポートへ吹き抜ける恐
れがあるため、排気弁は、その開弁後燃料の噴射開始と
略同期して閉じることが好ましい（請求項２）。
動によって点火プラグ近傍へと輸送されて、混合気が成
層化する。ここで、燃料の噴射開始後も排気弁を開いた
ままにしておくと、未燃料が排気ポートへ吹き抜ける恐
れがあるため、排気弁は、その開弁後燃料の噴射開始と
略同期して閉じることが好ましい（請求項２）。
【００１３】前記補助排気手段の一態様として、前記排
気弁を２種類のカムによって選択的に駆動するように構
成するとともに、一方のカムに、排気行程にて排気弁を
開く第１カムノーズの他、圧縮行程にて排気弁を一時的
に開く第２カムノーズを形成して、補助排気手段を構成
する（請求項３）。
気弁を２種類のカムによって選択的に駆動するように構
成するとともに、一方のカムに、排気行程にて排気弁を
開く第１カムノーズの他、圧縮行程にて排気弁を一時的
に開く第２カムノーズを形成して、補助排気手段を構成
する（請求項３）。
【００１４】また別の態様として、前記排気弁側のカム
に、排気行程にて排気弁を開く第１カムノーズの他、圧
縮行程にて排気弁を一時的に開く第２カムノーズを形成
するとともに、そのカムに対するロッカーアームを可変
バルブラッシュアジャスタによって支持して、補助排気
手段を構成する（請求項４）。
に、排気行程にて排気弁を開く第１カムノーズの他、圧
縮行程にて排気弁を一時的に開く第２カムノーズを形成
するとともに、そのカムに対するロッカーアームを可変
バルブラッシュアジャスタによって支持して、補助排気
手段を構成する（請求項４）。
【００１５】この可変バルブラッシュアジャスタは、可
動部の行程が機関の運転条件に応じて可変であり、該可
動部が機関回転数の上昇に伴ってより深くまで沈み込む
ことで、排気弁の揚程を減少する。
動部の行程が機関の運転条件に応じて可変であり、該可
動部が機関回転数の上昇に伴ってより深くまで沈み込む
ことで、排気弁の揚程を減少する。
【００１６】ところで、通常の機関では、吸気弁閉時期
が慣性効果を考慮して下死点後３０〜５０°に設定され
ており、一般的に、高速機関ほど遅角側へ延期される。
このことは、低回転時における充填効率の損失を来して
いる。
が慣性効果を考慮して下死点後３０〜５０°に設定され
ており、一般的に、高速機関ほど遅角側へ延期される。
このことは、低回転時における充填効率の損失を来して
いる。
【００１７】そこで、前記排気弁を圧縮行程にて一時的
に開く低回転時に、それ以外のときと比して、吸気弁閉
時期を早める吸気弁閉時期可変手段を設けた（請求項
５）。ここで、前記低回転時の吸気弁閉時期は、下死点
近傍であることが好ましい（請求項６）。
に開く低回転時に、それ以外のときと比して、吸気弁閉
時期を早める吸気弁閉時期可変手段を設けた（請求項
５）。ここで、前記低回転時の吸気弁閉時期は、下死点
近傍であることが好ましい（請求項６）。
【００１８】具体的には、前記吸気弁閉時期可変手段
は、前記吸気弁を２種類のカムによって選択的に駆動す
るように構成するとともに、これらのカムの作動角を異
ならせたものであることを特徴としている（請求項
７）。
は、前記吸気弁を２種類のカムによって選択的に駆動す
るように構成するとともに、これらのカムの作動角を異
ならせたものであることを特徴としている（請求項
７）。
【００１９】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、タンブル
流の崩壊後も、補助排気手段によって燃料噴霧を点火プ
ラグ近傍へ輸送することができるため、アイドル域を含
む低回転時において安定した燃焼が可能となる。
流の崩壊後も、補助排気手段によって燃料噴霧を点火プ
ラグ近傍へ輸送することができるため、アイドル域を含
む低回転時において安定した燃焼が可能となる。
【００２０】また、タンブル流による燃料輸送が可能な
運転条件では、圧縮行程における排気弁の駆動を休止す
ることで、消費エネルギを削減するとともに、圧縮比の
低下を回避することができる。
運転条件では、圧縮行程における排気弁の駆動を休止す
ることで、消費エネルギを削減するとともに、圧縮比の
低下を回避することができる。
【００２１】請求項２に係る発明によれば、未燃量の吹
き抜けを確実に防止して、排気の汚染を回避することが
できる。請求項３に係る発明によれば、第２カムノーズ
を有するカムと、これを有しないカムとを含んで前記補
助排気手段を構成することで、圧縮行程における排気弁
の駆動／休止を、運転条件に応じて容易に切り換えるこ
とができる。
き抜けを確実に防止して、排気の汚染を回避することが
できる。請求項３に係る発明によれば、第２カムノーズ
を有するカムと、これを有しないカムとを含んで前記補
助排気手段を構成することで、圧縮行程における排気弁
の駆動／休止を、運転条件に応じて容易に切り換えるこ
とができる。
【００２２】請求項４に係る発明によれば、タンブル流
による燃料輸送が可能な運転条件では、排気弁の揚程を
減少して燃焼室内ガスのリークを実質的になくすことが
できる。このため、簡易かつ廉価な構成で、圧縮行程に
おける排気弁の駆動／休止を切り換えることができる。
による燃料輸送が可能な運転条件では、排気弁の揚程を
減少して燃焼室内ガスのリークを実質的になくすことが
できる。このため、簡易かつ廉価な構成で、圧縮行程に
おける排気弁の駆動／休止を切り換えることができる。
【００２３】請求項５に係る発明によれば、運転条件に
応じた吸気弁閉時期を設定することで、充填効率を改善
することができる。特に、低回転時における充填効率が
向上することで、リークによる熱効率の低下を補償し
て、出力を増大することができる。また、リークガス流
量を増すこともできるため、燃料噴霧をより確実に輸送
して、燃焼をさらに安定化することもできる。
応じた吸気弁閉時期を設定することで、充填効率を改善
することができる。特に、低回転時における充填効率が
向上することで、リークによる熱効率の低下を補償し
て、出力を増大することができる。また、リークガス流
量を増すこともできるため、燃料噴霧をより確実に輸送
して、燃焼をさらに安定化することもできる。
【００２４】請求項６に係る発明によれば、低回転時の
吸気弁閉時期が最適化され、充填効率がさらに高まるた
め、燃焼室内のガス流動をより活性化して、燃料噴霧を
より確実に、且つ迅速に輸送することができる。
吸気弁閉時期が最適化され、充填効率がさらに高まるた
め、燃焼室内のガス流動をより活性化して、燃料噴霧を
より確実に、且つ迅速に輸送することができる。
【００２５】請求項７に係る発明によれば、作動角の異
なる２種類のカムを含んで吸気弁閉時期可変手段を構成
することで、吸気弁閉時期を、運転条件に応じて容易に
変更することができる。
なる２種類のカムを含んで吸気弁閉時期可変手段を構成
することで、吸気弁閉時期を、運転条件に応じて容易に
変更することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る直噴式火花点火機関の構成を示したものである。
に係る直噴式火花点火機関の構成を示したものである。
【００２７】これを参照すると、１はシリンダブロッ
ク、２はシリンダブロック上に固定されたシリンダヘッ
ド、３はシリンダブロック２内に摺動自在に挿入された
ピストン、４はシリンダブロック１及びシリンダヘッド
２の内壁面とピストン３の冠面との間に形成された燃焼
室を示す。
ク、２はシリンダブロック上に固定されたシリンダヘッ
ド、３はシリンダブロック２内に摺動自在に挿入された
ピストン、４はシリンダブロック１及びシリンダヘッド
２の内壁面とピストン３の冠面との間に形成された燃焼
室を示す。
【００２８】シリンダヘッド２には、略対向して位置す
る吸気ポート５と排気ポート６とが設けられている。吸
気ポート５は、吸気行程にて気筒列方向と直交する方向
の一側より吸気を導入し、排気ポート６は、膨張行程
後、排気行程にて他側より排気を排出する。
る吸気ポート５と排気ポート６とが設けられている。吸
気ポート５は、吸気行程にて気筒列方向と直交する方向
の一側より吸気を導入し、排気ポート６は、膨張行程
後、排気行程にて他側より排気を排出する。
【００２９】また、吸気ポート５は、燃焼室４内に吸気
の縦方向（矢印Ｔ）の旋回流動を形成し易い角度をもっ
て燃焼室４と連通しており、成層燃焼に際して強いタン
ブル流が生成され、混合気が成層化する。
の縦方向（矢印Ｔ）の旋回流動を形成し易い角度をもっ
て燃焼室４と連通しており、成層燃焼に際して強いタン
ブル流が生成され、混合気が成層化する。
【００３０】吸気ポート５の開口部には吸気弁７が、排
気ポート６の開口部には排気弁８が介装されている。こ
れら吸気弁７及び排気弁８は、各弁軸がシリンダヘッド
２に埋設された弁ガイド９i 及び９e に摺動自在に挿入
されており、当該弁軸の端部には、二割りコレット１０
i 及び１０e を介して弁スプリングリテーナ１１i 及び
１１e が固着されている。
気ポート６の開口部には排気弁８が介装されている。こ
れら吸気弁７及び排気弁８は、各弁軸がシリンダヘッド
２に埋設された弁ガイド９i 及び９e に摺動自在に挿入
されており、当該弁軸の端部には、二割りコレット１０
i 及び１０e を介して弁スプリングリテーナ１１i 及び
１１e が固着されている。
【００３１】また、弁スプリングリテーナ１１i 及び１
１e には、シリンダヘッド２との間に圧縮状態で装着さ
れる弁スプリング１２i 及び１２e の作用力が、吸気弁
７及び排気弁８の閉弁方向に作用している。
１e には、シリンダヘッド２との間に圧縮状態で装着さ
れる弁スプリング１２i 及び１２e の作用力が、吸気弁
７及び排気弁８の閉弁方向に作用している。
【００３２】吸気弁７の弁軸端部は、アジャストシム１
３i を介してロッカーアーム１４に当接しており、吸気
弁７は、ロッカーアーム１４の上面にて摺接する吸気弁
作動カム１５の機能により往復運動して、吸気ポート５
を開閉する。
３i を介してロッカーアーム１４に当接しており、吸気
弁７は、ロッカーアーム１４の上面にて摺接する吸気弁
作動カム１５の機能により往復運動して、吸気ポート５
を開閉する。
【００３３】弁すきまは、図示しないバルブラッシュア
ジャスタによってロッカーアーム１４を支持することに
より、調整してもよい。一方、排気弁８の弁軸端部は、
アジャストシム１３e を介して後述する可変ロッカーア
ーム１６に当接している。
ジャスタによってロッカーアーム１４を支持することに
より、調整してもよい。一方、排気弁８の弁軸端部は、
アジャストシム１３e を介して後述する可変ロッカーア
ーム１６に当接している。
【００３４】前記可変ロッカーアーム１６の上面には、
後述する排気弁作動カム１７が摺接しており、排気弁８
は、排気弁作動カム１７の機能により往復運動して、排
気ポート６を開閉する。
後述する排気弁作動カム１７が摺接しており、排気弁８
は、排気弁作動カム１７の機能により往復運動して、排
気ポート６を開閉する。
【００３５】前記可変ロッカーアーム１６の制御は、エ
ンジンコントロールユニット１８の出力信号に基づい
て、行われる。エンジンコントロールユニット１８は、
機関回転数、負荷及び水温に基づいて、圧力制御弁１９
により、オイルポンプ２０から供給される油圧を調整す
る。
ンジンコントロールユニット１８の出力信号に基づい
て、行われる。エンジンコントロールユニット１８は、
機関回転数、負荷及び水温に基づいて、圧力制御弁１９
により、オイルポンプ２０から供給される油圧を調整す
る。
【００３６】シリンダヘッド２にはまた、点火プラグ２
１が燃焼室４の略中央に位置するように埋設されるとと
もに、燃料噴射弁２２が吸気弁７近傍の側部に埋設さ
れ、該燃料噴射弁２２から燃焼室４内に燃料を斜め下向
きに直接噴射するようにしてある。
１が燃焼室４の略中央に位置するように埋設されるとと
もに、燃料噴射弁２２が吸気弁７近傍の側部に埋設さ
れ、該燃料噴射弁２２から燃焼室４内に燃料を斜め下向
きに直接噴射するようにしてある。
【００３７】次に、排気弁８の動弁機構について説明す
る。図２を参照すると、（ａ）に一気筒に対する排気弁
作動カムを、また（ｂ）及び（ｃ）に、それぞれ（ａ）
のＢ−Ｂ断面図及びＣ−Ｃ断面図を示す。
る。図２を参照すると、（ａ）に一気筒に対する排気弁
作動カムを、また（ｂ）及び（ｃ）に、それぞれ（ａ）
のＢ−Ｂ断面図及びＣ−Ｃ断面図を示す。
【００３８】このように、本実施形態では、排気弁側に
可変式動弁機構が設けられており、排気弁作動カム１７
は、第１排気カム３１及び第２排気カム３２が排気側カ
ムシャフト３３に一体的に形成された構造となってい
る。
可変式動弁機構が設けられており、排気弁作動カム１７
は、第１排気カム３１及び第２排気カム３２が排気側カ
ムシャフト３３に一体的に形成された構造となってい
る。
【００３９】これら第１排気カム３１及び第２排気カム
３２のうち、第１排気カム３１には、排気行程にて排気
弁８を開く第１カムノーズ３１a の他、圧縮行程にて排
気弁８を一時的に開く第２カムノーズ３１b が設けられ
ている。一方、第２排気カム３２には、前記第１排気カ
ムの第１カムノーズ３１a と同一のプロファイルを有す
る第１カムノーズ３２a のみが設けられている。
３２のうち、第１排気カム３１には、排気行程にて排気
弁８を開く第１カムノーズ３１a の他、圧縮行程にて排
気弁８を一時的に開く第２カムノーズ３１b が設けられ
ている。一方、第２排気カム３２には、前記第１排気カ
ムの第１カムノーズ３１a と同一のプロファイルを有す
る第１カムノーズ３２a のみが設けられている。
【００４０】第１排気カム３１及び第２排気カム３２の
切り換えは、図３に示す可変ロッカーアーム１６によ
り、上述のごとく機関の運転条件に応じて行われる。本
実施形態に係る可変ロッカーアーム１６は、中央に位置
して第１排気カム３１と摺接する第１ロッカーアーム４
１と、その両側に配置して第２排気カムと摺接する第２
ロッカーアーム４２とを含み、これらがロッカーシャフ
ト４３に回動自在に装着された構成となっている。
切り換えは、図３に示す可変ロッカーアーム１６によ
り、上述のごとく機関の運転条件に応じて行われる。本
実施形態に係る可変ロッカーアーム１６は、中央に位置
して第１排気カム３１と摺接する第１ロッカーアーム４
１と、その両側に配置して第２排気カムと摺接する第２
ロッカーアーム４２とを含み、これらがロッカーシャフ
ト４３に回動自在に装着された構成となっている。
【００４１】尚、排気弁８は、第２ロッカーアーム４２
に当接している。第１排気カム３１或いは第２排気カム
３２の選択は、第１ロッカーアーム４１及び第２ロッカ
ーアーム４２の連結／分離により行われる。
に当接している。第１排気カム３１或いは第２排気カム
３２の選択は、第１ロッカーアーム４１及び第２ロッカ
ーアーム４２の連結／分離により行われる。
【００４２】これらを連結して駆動する場合は、ロッカ
ーシャフト油路４４に供給される切換用油圧によって油
圧プランジャー４５が押され、レバー４６が第１排気カ
ムと第２排気カム４２とを結合する。
ーシャフト油路４４に供給される切換用油圧によって油
圧プランジャー４５が押され、レバー４６が第１排気カ
ムと第２排気カム４２とを結合する。
【００４３】一方、分離して駆動する場合は、レバーが
リターンスプリング４７によって押し戻される。ここ
で、第２カムノーズ３１b の作用はロストモーション機
構４８によって吸収され、排気弁８は、第２排気カム３
２によって駆動する。
リターンスプリング４７によって押し戻される。ここ
で、第２カムノーズ３１b の作用はロストモーション機
構４８によって吸収され、排気弁８は、第２排気カム３
２によって駆動する。
【００４４】図４は、アイドル域を含む低回転時におけ
る吸排気弁開期間を示す線図である。図中Ａi1、Ａi2及
びＡigは、それぞれ燃料噴射開始時期、燃料噴射終了時
期及び点火時期を示す。
る吸排気弁開期間を示す線図である。図中Ａi1、Ａi2及
びＡigは、それぞれ燃料噴射開始時期、燃料噴射終了時
期及び点火時期を示す。
【００４５】機関を超希薄空燃比で運転する場合、燃料
噴射時期（Ａi1〜Ａi2）は、燃料輸送及び噴霧形状の要
求から、図示のごとく圧縮行程後期となる。このとき、
アイドル域を含む低回転時には、吸気の旋回流動が弱ま
り、圧縮行程の途中でタンブル流が減衰・崩壊するた
め、噴射された燃料は燃焼室４内に分散し、混合気が成
層化されない。
噴射時期（Ａi1〜Ａi2）は、燃料輸送及び噴霧形状の要
求から、図示のごとく圧縮行程後期となる。このとき、
アイドル域を含む低回転時には、吸気の旋回流動が弱ま
り、圧縮行程の途中でタンブル流が減衰・崩壊するた
め、噴射された燃料は燃焼室４内に分散し、混合気が成
層化されない。
【００４６】このことは、異常燃焼の原因となる。この
ため、本実施形態では、アイドル域を含む低回転時に、
第２カムノーズによって、排気弁８を圧縮行程における
燃料噴射時期前の所定時期（以下、補助排気期間θexh
′と称す。）にて一時的に開く。
ため、本実施形態では、アイドル域を含む低回転時に、
第２カムノーズによって、排気弁８を圧縮行程における
燃料噴射時期前の所定時期（以下、補助排気期間θexh
′と称す。）にて一時的に開く。
【００４７】これが補助排気手段に相当する。ここで、
噴射された未燃料の排気ポート６への吹き抜けを防止す
るため、補助排気期間θexh ′の終端は、燃料噴射開始
時期Ａi1と略一致させる。
噴射された未燃料の排気ポート６への吹き抜けを防止す
るため、補助排気期間θexh ′の終端は、燃料噴射開始
時期Ａi1と略一致させる。
【００４８】このように、圧縮行程において排気弁８を
一時的に開くと、燃焼室４内に、図５の矢印で示すよう
なガス流動が発生する。このガス流動は、燃焼室４と排
気ポート６との圧力差により、燃焼室内ガスが排気ポー
ト６へリークして生じるものであり、圧力変動は燃焼室
４内全体に及ぶため、燃料噴射弁２２から噴射された燃
料の噴霧に対して、燃料噴射弁２２先端から点火プラグ
２１へ向かう加速度が付される（矢印Ｆ）。
一時的に開くと、燃焼室４内に、図５の矢印で示すよう
なガス流動が発生する。このガス流動は、燃焼室４と排
気ポート６との圧力差により、燃焼室内ガスが排気ポー
ト６へリークして生じるものであり、圧力変動は燃焼室
４内全体に及ぶため、燃料噴射弁２２から噴射された燃
料の噴霧に対して、燃料噴射弁２２先端から点火プラグ
２１へ向かう加速度が付される（矢印Ｆ）。
【００４９】これにより、燃料が点火プラグ２１近傍へ
と輸送され、混合気を成層化することができる。機関回
転数が上昇し、吸気の旋回流動が発達してタンブル流に
よる混合気の成層化が可能な運転条件では、圧縮行程に
て排気弁８を開くと、充填効率が悪化するため圧縮比の
低下を来し、却って燃費を損する。
と輸送され、混合気を成層化することができる。機関回
転数が上昇し、吸気の旋回流動が発達してタンブル流に
よる混合気の成層化が可能な運転条件では、圧縮行程に
て排気弁８を開くと、充填効率が悪化するため圧縮比の
低下を来し、却って燃費を損する。
【００５０】そこで、アイドル域を含む低回転時以外の
運転条件では、上述の可変式動弁機構により、排気弁８
を第２排気カム３２によって駆動する。次に、本発明の
第２の実施形態に係る直噴式火花点火機関について説明
する。
運転条件では、上述の可変式動弁機構により、排気弁８
を第２排気カム３２によって駆動する。次に、本発明の
第２の実施形態に係る直噴式火花点火機関について説明
する。
【００５１】本実施形態は、第１の実施形態と比較し
て、排気弁側の動弁機構が異なる構造を有することが特
徴である。以下、図６を参照して、その基本構成を示
す。本実施形態に係る排気弁作動カム６１は、第２カム
ノーズ３１b を有する第１排気カム３１から構成されて
おり、対するロッカーアーム６２には、通常のＹ字型の
ものが採用されている。
て、排気弁側の動弁機構が異なる構造を有することが特
徴である。以下、図６を参照して、その基本構成を示
す。本実施形態に係る排気弁作動カム６１は、第２カム
ノーズ３１b を有する第１排気カム３１から構成されて
おり、対するロッカーアーム６２には、通常のＹ字型の
ものが採用されている。
【００５２】ロッカーアーム６２は、可変バルブラッシ
ュアジャスタ６３によって支持されている。可変バルブ
ラッシュアジャスタ６３には、図示しないクランクシャ
フトに取り付けられたオイルポンプ２０から常時オイル
が供給され、弁すきまが常に０に保たれている。前記オ
イルは、圧力制御弁１９によって最適な圧力に調整され
ている。
ュアジャスタ６３によって支持されている。可変バルブ
ラッシュアジャスタ６３には、図示しないクランクシャ
フトに取り付けられたオイルポンプ２０から常時オイル
が供給され、弁すきまが常に０に保たれている。前記オ
イルは、圧力制御弁１９によって最適な圧力に調整され
ている。
【００５３】また、可変バルブラッシュアジャスタ６３
内部の高圧室には、外部と連通する油孔が設けられてお
り、該油孔から流出するオイル流出量は、流量制御弁６
４によって機関の運転条件に応じて調整される。
内部の高圧室には、外部と連通する油孔が設けられてお
り、該油孔から流出するオイル流出量は、流量制御弁６
４によって機関の運転条件に応じて調整される。
【００５４】即ち、図７に示すように、高圧室からのオ
イル流出量を、アイドル域を含む低回転時では、弁すき
まを０に保つために必要な流出量 =Ｑloとし、それ以外
の運転条件では、例えばエンジン油圧Ｐs を閥値とし
て、流出量 =Ｑhiに切り換えるのである。
イル流出量を、アイドル域を含む低回転時では、弁すき
まを０に保つために必要な流出量 =Ｑloとし、それ以外
の運転条件では、例えばエンジン油圧Ｐs を閥値とし
て、流出量 =Ｑhiに切り換えるのである。
【００５５】このことにより、タンブル流による混合気
の成層化が可能な運転条件（設例では、エンジン油圧≧
Ｐs の範囲）では、可変バルブラッシュアジャスタ６３
の可動部がより深くまで沈み込む（リークダウンする）
ため、その分だけ排気弁８の揚程が減少し、第２カムノ
ーズによるリフトを実質的になくすことができる。
の成層化が可能な運転条件（設例では、エンジン油圧≧
Ｐs の範囲）では、可変バルブラッシュアジャスタ６３
の可動部がより深くまで沈み込む（リークダウンする）
ため、その分だけ排気弁８の揚程が減少し、第２カムノ
ーズによるリフトを実質的になくすことができる。
【００５６】尚、本実施形態ではオイル流出量を段階的
に切り換える例を示したが、流量制御弁６３によれば無
段階に変動させることもできる。この場合も、オイル流
出量を機関回転数の上昇方向に増量することは言うまで
もない。
に切り換える例を示したが、流量制御弁６３によれば無
段階に変動させることもできる。この場合も、オイル流
出量を機関回転数の上昇方向に増量することは言うまで
もない。
【００５７】以上述べたように、第２の実施形態によれ
ば、簡易かつ廉価な構成で、圧縮行程における排気弁の
駆動／休止を切り換えることができる。次に、本発明の
第３の実施形態について説明する。
ば、簡易かつ廉価な構成で、圧縮行程における排気弁の
駆動／休止を切り換えることができる。次に、本発明の
第３の実施形態について説明する。
【００５８】本実施形態は、吸気弁側に可変式動弁機構
を設けたことが特徴である。以下、図８を参照して、そ
の基本構成を示す。本実施形態に係る吸気弁作動カム８
１は、作動角の異なる２種類のカムを有する。即ち、低
回転時用吸気カム８２及び高回転時用吸気カム８３であ
る。
を設けたことが特徴である。以下、図８を参照して、そ
の基本構成を示す。本実施形態に係る吸気弁作動カム８
１は、作動角の異なる２種類のカムを有する。即ち、低
回転時用吸気カム８２及び高回転時用吸気カム８３であ
る。
【００５９】これら低回転時用吸気カム８２と高回転時
用吸気カム８３の切り換えは、前述のものと同様の構造
を有する可変ロッカーアーム８４によって行われる。図
９に、前記各吸気カム８２及び８３による吸気弁開期間
θint 、排気弁開期間θexh 及び補助排気期間θexh ′
を示す。
用吸気カム８３の切り換えは、前述のものと同様の構造
を有する可変ロッカーアーム８４によって行われる。図
９に、前記各吸気カム８２及び８３による吸気弁開期間
θint 、排気弁開期間θexh 及び補助排気期間θexh ′
を示す。
【００６０】吸気弁閉時期は、アイドル域を含む低回転
時には、下死点近傍（ =Ｉvc1 ）に設定され、それ以外
の運転条件では、吸気の慣性を考慮した最適なタイミン
グ（=Ｉvch ）に設定されている。
時には、下死点近傍（ =Ｉvc1 ）に設定され、それ以外
の運転条件では、吸気の慣性を考慮した最適なタイミン
グ（=Ｉvch ）に設定されている。
【００６１】これが、吸気弁閉時期可変手段に相当す
る。このように、吸気弁開期間θint を機関の運転条件
に応じて切り換えることで、特に、低回転時における充
填効率を改善することができる。従って、燃焼室内ガス
が排気ポート６へリークすることによる熱効率の低下を
補償して、出力を増大することができる。また一方で、
リークガス流量を増すこともできるため、燃料噴霧をよ
り確実に輸送して、燃焼をさらに安定化することもでき
る。
る。このように、吸気弁開期間θint を機関の運転条件
に応じて切り換えることで、特に、低回転時における充
填効率を改善することができる。従って、燃焼室内ガス
が排気ポート６へリークすることによる熱効率の低下を
補償して、出力を増大することができる。また一方で、
リークガス流量を増すこともできるため、燃料噴霧をよ
り確実に輸送して、燃焼をさらに安定化することもでき
る。
【００６２】以上述べてきたように、本発明によれば、
機関を超希薄空燃比で運転する場合に、タンブル流が崩
壊した後も燃料噴霧を点火プラグ近傍へと確実に輸送す
ることができるため、アイドル域を低回転化することが
でき、また、燃焼をより安定なものとすることができ
る。
機関を超希薄空燃比で運転する場合に、タンブル流が崩
壊した後も燃料噴霧を点火プラグ近傍へと確実に輸送す
ることができるため、アイドル域を低回転化することが
でき、また、燃焼をより安定なものとすることができ
る。
【００６３】尚、以上の説明では、カム駆動式の動弁機
構を有する機関に適用した例について示したが、電磁駆
動式の動弁機構を有する機関に適用しても、本発明を構
成することができる。
構を有する機関に適用した例について示したが、電磁駆
動式の動弁機構を有する機関に適用しても、本発明を構
成することができる。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る直噴式火花点火
機関の概略構成図
機関の概略構成図
【図２】同上直噴式火花点火機関の排気弁作動カムを示
す図
す図
【図３】可変ロッカーアームの一例を示す図
【図４】本発明の第１の実施形態における吸排気弁開期
間を示す線図
間を示す線図
【図５】低回転時の燃料噴射直前における燃焼室内ガス
の挙動を示す図
の挙動を示す図
【図６】本発明の第２の実施形態に係る直噴式火花点火
機関の排気弁側動弁機構を示す図
機関の排気弁側動弁機構を示す図
【図７】可変バルブラッシュアジャスタの特性を示す図
【図８】本発明の第３の実施形態に係る直噴式火花点火
機関の吸気弁側動弁機構を示す図
機関の吸気弁側動弁機構を示す図
【図９】同上実施形態における吸排気弁開期間を示す線
図
図
１ シリンダブロック ２ シリンダヘッド ３ ピストン ４ 燃焼室 ５ 吸気ポート ６ 排気ポート ７ 吸気弁 ８ 排気弁 ９ 弁ガイド １２ 弁スプリング １４ ロッカーアーム １５ 吸気弁作動カム １６ 可変ロッカーアーム １７ 排気弁作動カム １８ エンジンコントロールユニット １９ 圧力制御弁 ２０ オイルポンプ ２１ 点火プラグ ２２ 燃料噴射弁 ３１ 第１排気カム ３２ 第２排気カム ６３ 可変バルブラッシュアジャスタ ８２ 低回転時用吸気カム ８３ 高回転時用吸気カム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 泰之 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G016 AA08 AA19 BA28 BA36 BA39 BB12 BB18 DA22 GA08 GA09 3G023 AA01 AB01 AC04 AD06 AG01 AG02 3G092 AA01 AA06 AA09 AA10 AA11 DA01 DA02 DA04 DE03S DF04 DF06 DG02 DG05 EA03 EA08 EA11 EA26 EA27 FA02 FA15 FA24 FA50 GA04 GA05
Claims (7)
- 【請求項１】燃焼室略中央に配置された点火プラグと、
燃焼室の一側に配置された吸気弁と、他側に配置された
排気弁と、前記吸気弁近傍から燃焼室内に燃料を直接噴
射する燃料噴射弁と、を含んで構成した直噴式火花点火
機関において、 低回転時に前記排気弁を圧縮行程における燃料噴射前の
所定時期にて一時的に開く補助排気手段を設けたことを
特徴とする直噴式火花点火機関。 - 【請求項２】前記補助排気手段が、前記排気弁を、その
開弁後燃料の噴射開始と略同期して閉じることを特徴と
する請求項１記載の直噴式火花点火機関。 - 【請求項３】前記排気弁を２種類のカムによって選択的
に駆動するように構成するとともに、一方のカムに、排
気行程にて排気弁を開く第１カムノーズの他、圧縮行程
にて排気弁を一時的に開く第２カムノーズを形成して、
前記補助排気手段を構成したことを特徴とする請求項１
又は請求項２記載の直噴式火花点火機関。 - 【請求項４】前記排気弁側のカムに、排気行程にて排気
弁を開く第１カムノーズの他、圧縮行程にて排気弁を一
時的に開く第２カムノーズを形成するとともに、そのカ
ムに対するロッカーアームを機関回転数の上昇に伴って
可動部の行程が増す可変バルブラッシュアジャスタによ
って支持して、前記補助排気手段を構成したことを特徴
とする請求項１又は請求項２記載の直噴式火花点火機
関。 - 【請求項５】前記排気弁を圧縮行程にて一時的に開く低
回転時に、それ以外のときと比して、吸気弁閉時期を早
める吸気弁閉時期可変手段を設けたことを特徴とする請
求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の直噴式火花点
火機関。 - 【請求項６】前記吸気弁閉時期可変手段が、前記低回転
時の吸気弁閉時期を下死点近傍に設定することを特徴と
する請求項５記載の直噴式火花点火機関。 - 【請求項７】前記吸気弁閉時期可変手段は、前記吸気弁
を２種類のカムによって選択的に駆動するように構成す
るとともに、これらのカムの作動角を異ならせたもので
あることを特徴とする請求項５又は請求項６記載の直噴
式火花点火機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03056099A JP3823580B2 (ja) | 1999-02-08 | 1999-02-08 | 直噴式火花点火機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03056099A JP3823580B2 (ja) | 1999-02-08 | 1999-02-08 | 直噴式火花点火機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000230438A true JP2000230438A (ja) | 2000-08-22 |
| JP3823580B2 JP3823580B2 (ja) | 2006-09-20 |
Family
ID=12307208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03056099A Expired - Lifetime JP3823580B2 (ja) | 1999-02-08 | 1999-02-08 | 直噴式火花点火機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3823580B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002020957A1 (en) * | 2000-09-04 | 2002-03-14 | Hitachi, Ltd. | Cylinder injection type spark ignition engine |
| WO2003029633A1 (en) * | 2001-09-06 | 2003-04-10 | Yanmar Co., Ltd. | Method of controlling internal combustion engine |
| KR20040029519A (ko) * | 2002-10-01 | 2004-04-08 | 현대자동차주식회사 | 엔진의 배기밸브 개폐 제어 장치 및 방법 |
| JP2016014363A (ja) * | 2014-07-03 | 2016-01-28 | 大豊工業株式会社 | エンジンの潤滑油供給機構 |
| JP2016089634A (ja) * | 2014-10-29 | 2016-05-23 | 大豊工業株式会社 | 内燃機関の潤滑油供給機構 |
| JP2023167850A (ja) * | 2022-05-13 | 2023-11-24 | トヨタ自動車株式会社 | 車両制御装置 |
-
1999
- 1999-02-08 JP JP03056099A patent/JP3823580B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002020957A1 (en) * | 2000-09-04 | 2002-03-14 | Hitachi, Ltd. | Cylinder injection type spark ignition engine |
| WO2003029633A1 (en) * | 2001-09-06 | 2003-04-10 | Yanmar Co., Ltd. | Method of controlling internal combustion engine |
| CN1314890C (zh) * | 2001-09-06 | 2007-05-09 | 洋马株式会社 | 内燃机的控制方法 |
| KR20040029519A (ko) * | 2002-10-01 | 2004-04-08 | 현대자동차주식회사 | 엔진의 배기밸브 개폐 제어 장치 및 방법 |
| JP2016014363A (ja) * | 2014-07-03 | 2016-01-28 | 大豊工業株式会社 | エンジンの潤滑油供給機構 |
| JP2016089634A (ja) * | 2014-10-29 | 2016-05-23 | 大豊工業株式会社 | 内燃機関の潤滑油供給機構 |
| JP2023167850A (ja) * | 2022-05-13 | 2023-11-24 | トヨタ自動車株式会社 | 車両制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3823580B2 (ja) | 2006-09-20 |
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