JPH06213053A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 混合気の良好な燃焼を確保する。 【構成】 本発明による内燃機関は一対の吸気弁を備
え、一方の吸気弁に通じる吸気通路に燃料噴射弁を配置
すると共に該吸気通路と他方の吸気弁に通じる吸気通路
とを合流せしめられている。燃焼室内の限定された領域
内に混合気を形成するときには燃料噴射弁を配置した吸
気通路への既燃ガスの吹き返し作用が終了した後の吸気
行程時に燃料を噴射する（Ｆ０）。燃焼室内全体を混合
気により満たすときには燃料噴射弁を配置した吸気通路
への吹き返し作用が生じる前の吸気弁閉弁時に全燃料を
噴射する（Ｆ１）か、または吹き返し作用が生じている
ときに少なくとも一部の燃料を噴射する（Ｆ２）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】一対の吸気弁を備え、一方の吸気弁に通
じる吸気通路に燃料噴射弁を配置すると共に該吸気通路
と他方の吸気弁に通じる吸気通路とを合流せしめた内燃
機関が公知である（特開昭６１−８５５３１号公報参
照）。この内燃機関では、燃料噴射弁を配置した吸気通
路内への吹き返し作用により噴射燃料の気化が促進され
るようにしている。このとき、噴射燃料は気化せしめら
れつつ吸気通路上流に向けて流れ、次いで吹き返し作用
が生じなくなったときに吸入空気と共に燃焼室内に流入
する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の内
燃機関では、吹き返し作用により吸気通路上流に向けて
流れた燃料の大部分は吸気通路の合流部に到達すること
なくこの吸気通路から燃焼室内に流入し、一方他方の吸
気通路からはほとんど燃料が流入しないために燃焼室内
に均質な混合気を形成することができず、その結果燃焼
室内における良好な燃焼を確保することができないため
に多量の未燃ＨＣが排出されるようになるという問題が
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、一対の吸気弁を備え、一方の吸気
弁に通じる吸気通路に燃料噴射弁を配置すると共に該吸
気通路と他方の吸気弁に通じる吸気通路とを合流せしめ
た内燃機関において、燃焼室内の限定された領域内に混
合気を形成するときには燃料噴射弁を配置した吸気通路
への既燃ガスの吹き返し作用が終了した後の吸気行程時
に燃料を噴射し、燃焼室内全体を混合気により満たすと
きには吹き返し作用が生じる前の吸気弁閉弁時に全燃料
を噴射するか、または吹き返し作用が生じているときに
少なくとも一部の燃料を噴射するようにしている。

【０００５】

【作用】燃焼室内の限定された領域内に混合気を形成す
るときには燃料噴射弁を配置した吸気通路への吹き返し
作用が終了した後の吸気行程時に燃料を噴射するために
燃料が一方の吸気通路のみから燃焼室内に流入する。燃
焼室内全体を混合気により満たすときには燃料噴射弁を
配置した吸気通路への吹き返し作用が生じる前の吸気弁
閉弁時に全燃料を噴射するか、または吹き返し作用が生
じているときに少なくとも一部の燃料を噴射するために
少なくとも一部の燃料が吸気通路の合流部まで到り、次
いで両方の吸気通路から燃焼室内に流入する。

【０００６】

【実施例】図１および図２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１内で往復動するピス
トン、３はシリンダブロック１上に固締されたシリンダ
ヘッド、４はピストン２頂面とシリンダヘッド３内壁面
間に形成された燃焼室、５ａは第１吸気弁、５ｂは第２
吸気弁、６ａは第１排気弁、６ｂは第２排気弁、７ａは
第１吸気ポート、７ｂは第２吸気ポート、８ａは第１排
気ポート、８ｂは第２排気ポート、９はシリンダヘッド
３内壁面のほぼ中央部に配置された点火栓をそれぞれ示
す。第１吸気ポート７ａはヘリカル型吸気ポートからな
り、第２吸気ポート７ｂはほぼまっすぐに延びるストレ
ートポートからなる。これら第１および第２吸気ポート
７ａ，７ｂは合流部７ｃにおいて合流し、図示しない吸
気ダクトに接続される。

【０００７】第１吸気ポート７ａには燃料噴射弁１０が
配置され、この燃料噴射弁１０は第２吸気弁５ｂ側に位
置する第１吸気弁５ａかさ部に向けて燃料Ｆを噴射す
る。また第２吸気ポート７ｂ内には、例えば負圧式アク
チュエータにより作動される吸気制御弁１１が配置され
る。本実施例において機関低中負荷運転時には吸気制御
弁１１は閉弁される。吸気制御弁１１が閉弁されると吸
入空気は第１吸気ポート７ａのみを通り燃焼室４内に流
入してシリンダボア内壁面１ａに沿いつつ旋回する。そ
の結果燃焼室４内に、図１に示されるような旋回流Ｓが
形成される。一方、機関高負荷運転時には吸気制御弁１
１は開弁される。吸気制御弁１１が開弁されると吸入空
気は吸気ポート７ａ，７ｂを通り燃焼室４内に流入し、
このため多量の吸入空気を燃焼室４内に供給することが
できる。

【０００８】第１吸気弁５ａ、第２吸気弁５ｂ、第１排
気弁６ａおよび第２排気弁６ｂの開弁期間を示す図３を
参照すると、第１吸気弁５ａが第２吸気弁５ｂよりも先
に開弁し、第１吸気弁５ａが第２吸気弁５ｂよりも先に
閉弁することがわかる。これに対し、第１排気弁６ａお
よび第２排気弁６ｂは同時に開弁し、同時に閉弁する。
また、吸気弁５ａ，５ｂが開弁した後に排気弁６ａ，６
ｂが閉弁することがわかる。

【０００９】ところで本実施例では、図３に示されるよ
うに排気行程末期にはピストン２が上昇を開始してい
る。このとき排気弁６ａ，６ｂの開度は小さく、しかも
ピストン２の上昇に伴い燃焼室４の容積が減少するため
に燃焼室４内の圧力が上昇するようになる。この状態で
第１吸気弁５ａが開弁すると燃焼室４内に残留している
既燃ガスが高速度で第１吸気ポート７ａ内に流入し、そ
の結果燃料噴射弁１０が配置された第１吸気ポート７ａ
内には吹き返し作用が生じることとなる。次いで第２吸
気弁５ｂが開弁するが、このとき燃焼室４内と吸気ポー
ト７ａ，７ｂ内との圧力差は小さく、したがって第２吸
気ポート７ｂ内に生じる吹き返し作用は小さくなってい
る。

【００１０】再び図３を参照すると、機関低中負荷運転
時における燃料噴射は、図３においてＦ０で示されるよ
うに第１吸気ポート７ａへの吹き返し作用が終了した後
の吸気行程時に行われる。これに対し機関高負荷運転時
には、図３においてＦ１で示されるように吹き返し作用
が生じる前の吸気弁５ａ，５ｂ閉弁時に全燃料が噴射さ
れるか、あるいは図３においてＦ２で示されるように吹
き返し作用が生じているときに一部の燃料が噴射され
る。なお、図３において燃料噴射Ｆ２は第１吸気弁５ａ
の閉弁時に燃料噴射が開始されるようになっているが、
第１吸気弁５ａの開弁と同時に燃料噴射を開始するよう
にしてもよい。

【００１１】次に図４および図５を参照して機関低中負
荷運転時および機関高負荷運転時における噴射燃料の挙
動を説明する。なお、図４は機関低中負荷運転時におけ
る噴射燃料の挙動を示しており、図５は機関高負荷運転
時における噴射燃料の挙動を示している。

【００１２】機関低中負荷運転時には上述したように吸
気制御弁１１は閉弁しており、その結果第２吸気ポート
７ｂが遮断されている。このとき、第１吸気弁５ａが開
弁すると第１吸気ポート７ａに吹き返し作用が生じる。
次いでこの吹き返し作用が終了しピストン２が下降を開
始すると吸入空気が第１吸気ポート７ａを介して燃焼室
４内に流入するようになる。このとき吸入空気はシリン
ダボア内壁面１ａに沿いつつ燃焼室４内を旋回して旋回
流Ｓを形成する。また、吹き返し作用が終了すると燃料
噴射Ｆが開始される。燃料Ｆは第２吸気弁５ｂ側に位置
する第１吸気弁５ａかさ部に向けて噴射され、しかも吸
入空気はシリンダボア内壁面１ａに沿いつつ燃焼室４の
周縁部を旋回するために、図４に示されるように点火栓
９近傍に比較的濃い混合気Ｇが形成されるようになる。

【００１３】次いで燃料噴射が停止され、吸気弁５ａ，
５ｂが閉弁されると混合気Ｇが着火燃焼せしめられる。
このとき、点火栓９近傍には着火可能な混合気Ｇが形成
されているために燃焼室４内における混合気の良好な燃
焼を確保しつつ燃費を向上することができる。また、こ
のとき燃焼室４内には吹き返し作用により第１吸気ポー
ト７ａ内に流入した既燃ガスが再び流入しているために
燃焼室４内の温度が極度に上昇するのが阻止され、その
結果ＮＯx の発生を低減できる。

【００１４】一方、機関高負荷運転時には図５に示され
るように吸気制御弁１１が開弁されている。燃料噴射が
図３に示されるＦ１のように行われるときには吸気弁５
ａ、５ｂの閉弁時に第１吸気ポート７ａ内に向けて全燃
料が噴射される。次いで、第１吸気弁５ａが第２吸気弁
５ｂよりも先に開弁されると、図５において矢印Ｒで示
されるように第１吸気ポート７ａへの既燃ガスの吹き返
し作用により燃料が気化せしめられつつ吸気ポート合流
部７ｃに向けて流れるようになる。

【００１５】吹き返し作用が生じなくなると、図５にお
いて矢印Ａで示されるように燃料は吸入空気および吹き
返し作用による既燃ガスと共に吸気ポート７ａ，７ｂ内
に流入する。このとき吸気弁５ａは開弁しており、吸気
制御弁１１および吸気弁５ｂも開弁しているために燃料
は両方の吸気ポート７ａ，７ｂを通って燃焼室４内に流
入するようになる。したがって、燃焼室４内全体を混合
気で満たすことができる。

【００１６】また燃料噴射を図３に示されるＦ２のよう
に行うと、吹き返し作用が生じる前の吸気弁５ａ，５ｂ
閉弁時の噴射燃料および吹き返し作用が生じているとき
の噴射燃料が第１吸気ポート７ａ内への吹き返し作用に
より気化せしめられつつ吸気ポート合流部７ｃに向けて
流れるようになる（図５の矢印Ｒ）。次いで吹き返し作
用が生じなくなると、燃料噴射Ｆ１のときと同様に燃料
が吸入空気および吹き返し作用による既燃ガスと共に吸
気ポート７ａ，７ｂ内に流入する（図５の矢印Ａ）。し
たがって、燃焼室４内全体を混合気で満たすことができ
る。なお、吹き返し作用が生じなくなった後に噴射され
た燃料は第１吸気ポート７ａから吸入空気と共に燃焼室
４内に流入する。

【００１７】燃料噴射が図３に示されるＦ１であっても
Ｆ２であっても、次いで吸気弁５ａ，５ｂが閉弁される
と混合気が着火燃焼せしめられる。このとき、燃焼室４
内には均質な混合気が形成されているために混合気を良
好に燃焼せしめることができる。したがって、高い機関
出力トルクを得ることができる。またこのとき、燃焼室
４内には吹き返し作用により吸気ポート７ａ，７ｂ内に
流入した既燃ガスが再び流入しているために燃焼室４内
の温度が極度に上昇するのが阻止され、その結果ＮＯx
の発生を低減できる。

【００１８】図６には別の実施例を示す。図６を参照す
ると、１２はシリンダブロック、１３はシリンダブロッ
ク１２内で往復動するピストン、１４はシリンダブロッ
ク１２上に固締されたシリンダヘッド、１５はピストン
１３頂面とシリンダヘッド１４内壁面間に形成された主
燃焼室、１６はシリンダヘッド３内に形成された副燃焼
室、１７は副燃焼室１６の噴口、１８ａは第１吸気弁、
１８ｂは第２吸気弁、１９は排気弁、２０ａは第１吸気
ポート、２０ｂは第２吸気ポート、２１は排気ポート、
２２は副燃焼室１６に臨んで配置された点火栓をそれぞ
れ示す。

【００１９】第１吸気ポート２０ａは第１吸気弁１８ａ
を介して副燃焼室１６に連結され、第２吸気ポート２０
ｂは第２吸気弁１８ｂを介して主燃焼室１５に連結され
る。これら第１および第２吸気ポート２０ａ，２０ｂは
合流部２０ｃにおいて合流し、図示しない吸気ダクトに
接続される。また、第１吸気ポート２０ａには燃料噴射
弁２３が配置され、この燃料噴射弁２３は第１吸気ポー
ト２０ａ内に向けて燃料Ｆを噴射する。

【００２０】第１吸気弁１８ａ、第２吸気弁１８ｂおよ
び排気弁１９の開弁期間を示す図７を参照すると、第１
吸気弁１８ａが第２吸気弁１８ｂよりも先に開弁し、第
１吸気弁１８ａが第２吸気弁１８ｂよりも先に閉弁する
ことがわかる。また、吸気弁１８ａ，１８ｂが開弁した
後に排気弁１９が閉弁することがわかる。

【００２１】ところで本実施例においても、図７に示さ
れるように排気行程末期にはピストン１３が上昇を開始
している。このとき排気弁１９の開度は小さく、しかも
ピストン１３の上昇に伴い主燃焼室１５の容積が減少す
るために主燃焼室１５内および副燃焼室１６内の圧力が
上昇するようになる。この状態で第１吸気弁１８ａが開
弁すると副燃焼室１６内に残留している既燃ガスが高速
度で第１吸気ポート２０ａ内に流入し、その結果燃料噴
射弁２３が配置された第１吸気ポート２０ａ内には吹き
返し作用が生じることとなる。次いで第２吸気弁２０ｂ
が開弁するが、このとき副燃焼室１６内と吸気ポート２
０ａ，２０ｂ内との圧力差は小さく、したがって第２吸
気ポート２０ｂ内に生じる吹き返し作用は小さくなって
いる。

【００２２】再び図７を参照すると、機関低中負荷運転
時における燃料噴射は図７においてＦ０で示されるよう
に第１吸気ポート２０ａへの吹き返し作用が終了した後
の吸気行程時に行われる。これに対し機関高負荷運転時
には、図７においてＦ１で示されるように吹き返し作用
が生じる前の吸気弁１８ａ，１８ｂ閉弁時に全燃料が噴
射されるか、あるいは図７においてＦ２で示されるよう
に吹き返し作用が生じているときに一部の燃料が噴射さ
れる。なお、図７において燃料噴射Ｆ２は第１吸気弁１
８ａの閉弁時に燃料噴射が開始されるようになっている
が、第１吸気弁１８ａの開弁と同時に燃料噴射を開始す
るようにしてもよい。

【００２３】次に図８および図９を参照して機関低中負
荷運転時および機関高負荷運転時における噴射燃料の挙
動を説明する。なお、図８は機関低中負荷運転時におけ
る噴射燃料の挙動を示しており、図９は機関高負荷運転
時における噴射燃料の挙動を示している。

【００２４】機関低中負荷運転時には、上述したように
第１吸気ポート２０ａへの吹き返し作用が終了した後の
吸気行程時に燃料噴射Ｆが行われる。このとき燃料Ｆは
第１吸気ポート２０ａ内に向けて噴射され、その結果第
１吸気ポート２０ａを通って副燃焼室１６内に燃料、吸
入空気および吹き返し作用による既燃ガスが流入する。
したがって、図４に示されるように副燃焼室１６内に混
合気Ｇが形成されるようになる。一方、第２吸気ポート
２０ｂからは吸入空気および吹き返し作用による既燃ガ
スのみが主燃焼室１５内に流入する。

【００２５】次いで燃料噴射が停止され、吸気弁１８
ａ，１８ｂが閉弁されると副燃焼室１６内において混合
気Ｇが着火燃焼せしめられる。このとき、副燃焼室１６
内には着火可能な混合気Ｇが形成されるために副燃焼室
１６内における混合気Ｇの良好な燃焼を確保しつつ燃費
を向上することができる。また、このとき副燃焼室１６
内には吹き返し作用により第１吸気ポート２０ａ内に流
入した既燃ガスが再び流入しているために副燃焼室１６
内の温度が極度に上昇するのが阻止され、その結果ＮＯ
x の発生を低減できる。

【００２６】次いで副燃焼室１６内の既燃ガスおよび残
存混合気が噴口１７を介して主燃焼室１５内に流入し、
その結果混合気の完全燃焼が達成される。

【００２７】一方、機関高負荷運転時において燃料噴射
が図７に示されるＦ１のように行われるときには吸気弁
１８ａ、１８ｂの閉弁時に第１吸気ポート２０ａ内に向
けて全燃料が噴射される。次いで、第１吸気弁１８ａが
第２吸気弁１８ｂよりも先に開弁されると、図９におい
て矢印Ｒで示されるように第１吸気ポート２０ａへの既
燃ガスの吹き返し作用により燃料が気化せしめられつつ
吸気ポート合流部２０ｃに向けて流れるようになる。

【００２８】吹き返し作用が生じなくなると、図９にお
いて矢印Ａで示されるように燃料は吸入空気および吹き
返し作用による既燃ガスと共に吸気ポート２０ａ，２０
ｂ内に流入する。このため燃料は第１吸気ポート２０ａ
を通って副燃焼室１６内に流入すると共に第２吸気ポー
ト２０ｂを通って主燃焼室１５内に流入するようにな
る。したがって、燃焼室１５，１６内全体を混合気で満
たすことができる。

【００２９】また燃料噴射を図７に示されるＦ２のよう
に行うと、第１吸気ポート２０ａ内への吹き返し作用が
生じる前の吸気弁１８ａ，１８ｂ閉弁時の噴射燃料およ
び吹き返し作用が生じているときの噴射燃料が吹き返し
作用により気化せしめられつつ吸気ポート合流部７ｃに
向けて流れるようになる（図９の矢印Ｒ）。次いで吹き
返し作用が生じなくなると、燃料噴射Ｆ１のときと同様
に燃料が吸入空気および吹き返し作用による既燃ガスと
共に吸気ポート２０ａ，２０ｂ内に流入する（図９の矢
印Ａ）。その結果、燃料は第１吸気ポート２０ａを通っ
て副燃焼室１６内に流入すると共に第２吸気ポート２０
ｂを通って主燃焼室１５内に流入するようになる。した
がって、燃焼室１５，１６内全体を混合気で満たすこと
ができる。なお、吹き返し作用が生じなくなった後に噴
射された燃料は第１吸気ポート２０ａから吸入空気と共
に副燃焼室１６内に流入する。

【００３０】燃料噴射が図７に示されるＦ１であっても
Ｆ２であっても、次いで吸気弁１８ａ，１８ｂが閉弁さ
れると副燃焼室１６内の混合気が着火燃焼せしめられ
る。副燃焼室１６内における着火火炎は噴口１７を介し
て主燃焼室１５に伝播され、その結果燃焼室１５，１６
内の混合気が良好に燃焼せしめられる。したがって、高
い機関出力トルクを得ることができる。またこのとき、
燃焼室１５，１６内には吹き返し作用により吸気ポート
２０ａ，２０ｂ内に流入した既燃ガスが再び流入してい
るために燃焼室１５，１６内の温度が極度に上昇するの
が阻止され、その結果ＮＯx の発生を低減できる。

【００３１】

【発明の効果】機関低中負荷運転時には燃料噴射弁が配
置された吸気通路内への吹き返し作用が終了した後の吸
気行程時に燃料噴射するために混合気を燃焼室内の限定
された領域内に形成することができ、その結果燃焼室内
における混合気の良好な燃焼を確保しつつ燃費を向上す
ることができる。また、機関高負荷運転時には吹き返し
作用が生じる前の吸気弁閉弁時に全燃料を噴射するか、
あるいは吹き返し作用が生じているときに少なくとも一
部の燃料を噴射するために燃焼室全体を混合気によって
満たすことができ、その結果混合気の良好な燃焼を確保
しつつ高い機関出力トルクを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例を示すシリンダヘッドの平面断面図
である。

【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿ってみた内燃機関の側
面断面図である。

【図３】吸気弁および排気弁の開弁時期と燃料噴射時期
を示す線図である。

【図４】機関低中負荷運転時における混合気の挙動を示
す図である。

【図５】機関高負荷運転時における混合気の挙動を示す
図である。

【図６】第２実施例を示す内燃機関の側面断面図であ
る。

【図７】第２実施例における吸気弁および排気弁の開弁
時期と燃料噴射時期を示す線図である。

【図８】機関低中負荷運転時における混合気の挙動を示
す図である。

【図９】機関高負荷運転時における混合気の挙動を示す
図である。

【符号の説明】

４；１５，１６…燃焼室 ５ａ；１８ａ…第１吸気弁 ５ｂ；１８ｂ…第２吸気弁 ７ａ；２０ａ…第１吸気ポート ７ｂ；２０ｂ…第２吸気ポート ７ｃ；２０ｃ…吸気ポート合流部 １０；２３…燃料噴射弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の吸気弁を備え、一方の吸気弁に通
   じる吸気通路に燃料噴射弁を配置すると共に該吸気通路
   と他方の吸気弁に通じる吸気通路とを合流せしめた内燃
   機関において、燃焼室内の限定された領域内に混合気を
   形成するときには燃料噴射弁を配置した吸気通路への既
   燃ガスの吹き返し作用が終了した後の吸気行程時に燃料
   を噴射し、燃焼室内全体を混合気により満たすときには
   吹き返し作用が生じる前の吸気弁閉弁時に全燃料を噴射
   するか、または吹き返し作用が生じているときに少なく
   とも一部の燃料を噴射するようにした内燃機関。