JPH0979039A - 直噴型火花点火式内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スロットル開度の小さい部分負荷時には、燃
料圧力と燃焼室内圧力との差が大きく、ペネトレーショ
ンの強い噴射燃料がシリンダ壁面等に付着して燃料壁流
を生成し、排気エミッションが悪化するおそれがある。 【解決手段】 インダクションポート１３の流出端１３
Ａを、他方の吸気弁７Ｂの弁軸を指向して一方の吸気弁
７Ａの近傍で吸気ポート５に開口させ、ロータリバルブ
１４により燃料噴射時期に同期させてインダクションポ
ート１３から燃焼室４内に吸入空気の一部を噴出させ
る。これにより、噴射燃料Ｂの噴霧方向が噴射軸線Ｆか
ら他方の吸気弁７Ｂ側にずれて、噴射燃料Ｂが他方の吸
気弁７Ｂに衝突するため、ペネトレーションが弱めら
れ、燃料壁流の発生が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内に燃料を
直接噴射し、点火栓によって強制着火する直噴型火花点
火式内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来は、吸気ポートに燃料を噴射して混
合気を形成し、これを燃焼室内に送り込むポート噴射式
の内燃機関が広く用いられてきたが、近年は、燃費の低
減や排気エミッションの減少等を図るべく、燃焼室内に
直接燃料を噴射して混合気を形成し、点火栓によって強
制的に着火するようにした直噴型火花点火式内燃機関が
例えば特開平４−１８７８１９号公報等に示す如く、種
々提案されている。

【０００３】即ち、前記公報に記載のものでは、吸気通
路の下流側をストレート形状の第１吸気ポートとヘリカ
ル形状の第２吸気ポートとに二股に分岐させて形成し、
第１吸気ポートの途中に吸気制御弁を設けている。

【０００４】そして、この従来技術によるものでは、機
関低温時に、吸気制御弁を閉弁して第２吸気ポートのみ
から燃焼室内に吸入空気を流入させることにより、燃焼
室内の旋回流を強めて噴射燃料の霧化を促進し、燃焼の
安定性を図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術によるものでは、ストレート形状の第１吸気ポー
トに設けられた吸気制御弁の開度を制御することによ
り、噴射燃料の霧化を図らんとしているが、燃焼室内に
微粒化した燃料を噴射すべく、その燃料圧力を高く設定
しているため、燃料壁流を生じる可能性があり、排気エ
ミッションが悪化するおそれがある。

【０００６】即ち、従来技術では、高圧の燃料を燃料噴
射弁に供給して微粒化するために、噴射燃料のペネトレ
ーション（貫徹力）が強くなるから、吸気制御弁によっ
て旋回流を生成しても、噴射燃料の一部が対向する壁面
（シリンダ内壁等）に直接衝突して付着してしまい、こ
れにより、燃料壁流を生じて未燃焼のＨＣが発生する可
能性がある。

【０００７】本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みて
なされたもので、その目的は、燃焼室内における燃料壁
流の発生を抑制できるようにした直噴型火花点火式内燃
機関を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、燃焼
室内に噴射された噴射燃料の側方から吸入空気の一部を
吹き付けて噴霧方向を変化させることにより、この噴射
燃料を隣接する吸気弁に衝突させてペネトレーションを
弱め、燃料壁流を低減している。即ち、本発明に係る直
噴型火花点火式内燃機関の採用する構成は、一対の吸気
弁と、これら各吸気弁の間から燃焼室内に向けて燃料を
噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室内に形成された混合
気を強制的に着火する点火栓とを備えた直噴型火花点火
式内燃機関であって、前記一対の吸気弁のうち一方の吸
気弁の近傍に接続され、燃料噴射時期に合わせて他方の
吸気弁側に向けて空気流を噴出させるインダクションポ
ートを設けたことを特徴としている。

【０００９】この請求項１の構成によれば、インダクシ
ョンポートから噴出した空気流が燃料噴射弁からの噴射
燃料に衝突するため、噴射燃料の進行方向（噴霧方向）
が他方の吸気弁側に変化する。これにより、噴射燃料の
一部又は全部が他方の吸気弁に衝突してペネトレーショ
ンが弱められ、燃料壁流の生成が抑制される。

【００１０】また、前記インダクションポートは前記燃
料噴射弁から噴射された燃料に交差するようにして前記
他方の吸気弁の弁軸側に向けて空気流を噴出する構成と
するのが好ましい。

【００１１】この請求項２の構成によれば、インダクシ
ョンポートからの空気流が燃料噴射弁からの噴射燃料に
略横方向から衝突するため、噴射燃料の進行方向が変化
して他方の吸気弁の弁軸や傘部に接触、衝突する。これ
により、噴射燃料のペネトレーションが低下して燃料壁
流の発生が抑制される。

【００１２】さらに、前記インダクションポートは、燃
料噴射時期に同期して開閉するロータリバルブを介して
吸入空気を噴出する構成としてもよい。

【００１３】この請求項３の構成によれば、燃料噴射時
期に合わせてインダクションポートから燃焼室内に空気
流を簡易かつ確実に噴出させることができ、燃料壁流の
発生を簡易に抑制することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図４に基づいて説明する。

【００１５】まず、図１は、本発明の実施の形態に係る
直噴型火花点火式内燃機関の要部を示す構成説明図であ
って、具体的にはシリンダヘッドの底面側から見た構成
説明図である。例えばアルミニウム合金等により鋳造さ
れたシリンダヘッド１は、図２の断面図に示す如く、シ
リンダ２をガスケット３により気液密に施蓋して設けら
れ、これにより、燃焼室４が画成されている。また、シ
リンダヘッド１には、それぞれ先端側（接続端側）が二
股に分岐した吸気ポート５及び排気ポート６が互いに対
向して設けられており、これら各吸気ポート５及び排気
ポート６には、図外の動弁機構により所定のタイミング
で開閉される吸気弁７Ａ，７Ｂ及び排気弁８Ａ，８Ｂが
それぞれ設けられている。

【００１６】ここで、これら各吸気弁７Ａ，７Ｂ及び各
排気弁８Ａ，８Ｂは、図２に示す如く、シリンダヘッド
１に摺動可能に挿通された小径棒状の弁軸９と、弁軸９
の先端側に一体的に形成された傘部１０とを備えてそれ
ぞれ構成されている（吸気弁７Ｂのみ図示）。なお、図
中に示すＯ₁は一方の吸気弁７Ａの中心点、Ｏ₂は他方の
吸気弁７Ｂの中心点である。

【００１７】燃料噴射弁１１は、一対の吸気弁７Ａ，７
Ｂの略中間に位置して吸気ポートの下側に設けられてい
る。この燃料噴射弁１１は、図２にも示す如く、各吸気
弁７Ａ，７Ｂの間から点火栓１２の下側でシリンダ２の
略軸中心を指向するようにして取り付けられ、図外のコ
ントロールユニットからの燃料噴射信号に応じて先端の
噴孔１１Ａから所要の燃料を微粒化しつつ噴射軸線Ｆ方
向に噴射するようになっている。なお、図１中では、単
一の噴孔１１Ａを備えた燃料噴射弁１１を例示している
が、複数の噴孔を備えた燃料噴射弁でも良い。また、こ
こで、前記噴射軸線Ｆは、吸気弁７Ａ，７Ｂの中間点と
シリンダ２の軸中心とを結ぶ略直径方向に、換言すれ
ば、各吸気弁７Ａ，７Ｂの中間点と各排気弁８Ａ，８Ｂ
の中間点とを含むシリンダ２の軸方向の面内に設定され
ている。

【００１８】インダクションポート１３は、一方の吸気
弁７Ａの側方に沿って配設されており、その流入端はス
ロットル弁の上流側で吸気通路（いずれも図示せず）の
途中に接続され、その流出端１３Ａは一方の吸気弁７Ａ
の近傍で吸気ポート５の側面に連通している。このイン
ダクションポート１３の流出端１３Ａは、図１に示す如
く、シリンダ２の略外周側から他方の吸気弁７Ｂの中心
点Ｏ₂（詳しくは弁軸９の軸中心）を指向するように形
成されており、シリンダヘッド１の底面側から見た場合
に、流出端１３Ａの空気流噴射軸線Ａと燃料噴射弁１１
の燃料噴射軸線Ｆとは８０°程度の角度θで交差してい
る。

【００１９】また、インダクションポート１３の途中に
は、燃料噴射時期に同期して開閉するロータリバルブ１
４が設けられている。このロータリバルブ１４は、円柱
状の弁体の直径方向に連通路を穿設して大略構成され、
図示せぬ駆動機構によって連続的に回転することによ
り、燃料噴射時期に達すると、連通路とインダクション
ポート１３とが連通し、これにより、スロットル弁上流
側の吸入空気の一部がインダクションポート１３を介し
て吸気ポート５から燃焼室４内に流れ込むようになって
いる。但し、これに限らず、例えばソレノイドアクチュ
エータや圧電体アクチュエータ等を用いた電気式弁構造
等の如く、燃料噴射時期に同期して開閉できる弁であれ
ば他の形式の弁でも良い。電気式弁構造を採用する場合
は、機関を集中的に管理する「開閉制御手段」としての
コントロールユニットからの制御信号に応じて開弁させ
ればよい。

【００２０】なお、図中に示す１５は冷却水通路を示
し、この冷却水通路１５は、主としてシリンダ２の周囲
等に形成されている（図中では一部のみ図示）。

【００２１】次に、このように構成される直噴型火花点
火式内燃機関の作用について、図３及び図４を参照しつ
つ説明する。

【００２２】まず、部分負荷時には、スロットル弁のス
ロットル開度が小さく、燃料圧力と燃焼室４内の圧力
（負圧）との差が大きくなっている。そして、この状態
で吸入行程中の所定の燃料噴射時期に到達すると、ロー
タリバルブ１４が開弁し、これにより、吸入空気の一部
がインダクションポート１３から吸気ポート５を経て燃
焼室４内に噴出される。また、これと略同時に、燃料噴
射弁１１からは機関の運転条件に応じた量の燃料が負圧
下の燃焼室４内に向けて強いペネトレーションを有して
微粒化しつつ噴射される。

【００２３】そして、図３及び図４に示す如く、燃料噴
射弁１１から噴射された噴射燃料Ｂの側方に、インダク
ションポート１３からある広がりをもって噴出した空気
流が衝突するため、噴射燃料Ｂは、その噴霧方向が本来
の噴射軸線Ｆから他方の吸気弁７Ｂ側に変位して、該吸
気弁７Ｂの弁軸９、傘部１０に衝突し、これにより、そ
のペネトレーションが弱まると共に霧化が促進されて燃
料噴霧Ｃとなる。ここで、傘部１０の方が弁軸９よりも
面積が広い等の理由により、噴射燃料Ｂは主として傘部
１０に衝突する。このようにしてペネトレーションが低
下した燃料噴霧Ｃは、燃焼室４内で混合気を形成し、点
火栓１２により着火される。

【００２４】一方、高負荷時には、スロットル開度が大
きく、燃焼室４内の圧力が大気圧に近づくため、燃料圧
力と燃焼室４内の圧力との差が低下して、噴射燃料Ｂの
ペネトレーションは比較的弱くなっている。従って、燃
焼室４内の圧力が大気圧近傍に達する高負荷時にはイン
ダクションポート１３から噴出する空気流も弱まり、噴
射燃料Ｂの噴霧方向を十分に他方の吸気弁７Ｂに向けて
変位させることができなくなるが、この場合は、上述の
ようにペネトレーションが小さいため、燃料壁流の生じ
る可能性が小さく、噴射燃料Ｂを他方の吸気弁７Ｂに衝
突させる必要性もない。

【００２５】このように構成される本実施例によれば、
以下の効果を奏する。

【００２６】第１に、一対の吸気弁７Ａ，７Ｂのうち一
方の吸気弁７Ａの近傍に接続され、燃料噴射時期に合わ
せて他方の吸気弁７Ｂ側に向けて空気流を噴出させるイ
ンダクションポート１３を設ける構成のため、各吸気弁
７Ａ，７Ｂの中間から燃焼室４内に噴射された噴射燃料
に対してインダクションポート１３からの空気流を衝突
させることができ、噴射燃料の噴霧方向を本来の軌道で
ある噴射軸線Ｆから他方の吸気弁７Ｂ側に変化させるこ
とができる。

【００２７】この結果、噴射燃料の一部又は実質的な全
部を他方の吸気弁７Ｂに衝突させてペネトレーションを
効果的に弱めることができるため、燃料圧力と燃焼室４
内の圧力との差が大きく初期のペネトレーションが強い
部分負荷時に、図３中に範囲Ｓで示す如く、噴射燃料が
対向するシリンダ２の壁面等に付着して燃料壁流となる
のを大幅に抑制でき、未燃焼ＨＣの発生を低減できる。
ここで、範囲Ｓは、インダクションポート１３からの空
気流がない場合に、強いペネトレーションを備えた噴射
燃料Ｂが衝突して燃料壁流が生じ得る範囲を示してい
る。

【００２８】特に、機関冷却水温が低い冷間始動時に
は、シリンダ２の壁面の温度も低くなっているため、強
いペネトレーションによって低温のシリンダ壁面に付着
した燃料壁流は、シリンダ２から気化に必要な熱量を得
ることができず、未燃焼ＨＣとして排気ポート６に排出
され易い。しかし、本実施例では、上述の如く、インダ
クションポート１３からの空気流によって、噴射燃料を
他方の吸気弁７に衝突させてペネトレーションを弱める
ため、燃料壁流の発生を予防することができ、冷間始動
時における排気エミッションの改善効果が高い。

【００２９】また、シリンダ２は冷却水通路１５によっ
て冷却されているが、吸気弁７Ａ，７Ｂの近傍には冷却
水通路１５が形成されていないため（特に、燃焼室４内
に臨む傘部１０の周囲には通常冷却水通路１５を形成で
きない。）、吸気弁７Ａ，７Ｂの温度はシリンダ２に比
べて低下しにくい。従って、この熱を保持し易い吸気弁
７Ｂに噴射燃料を衝突させることにより、該吸気弁７Ｂ
の熱を与えて燃料の気化を促進することができ、この結
果、始動時には、ペネトレーション低下効果と相俟っ
て、燃焼状態を一層改善することができる。

【００３０】第２に、インダクションポート１３は燃料
噴射弁１１から噴射された燃料に交差するようにして他
方の吸気弁７Ｂの弁軸９に向けて空気流を噴出する構成
としたため、噴射燃料の略横方向から空気流を衝突させ
て、より効果的に噴霧方向を他方の吸気弁側に変位させ
ることができ、ペネトレーションを弱めて燃料壁流の発
生を防止することができる。

【００３１】第３に、インダクションポート１３は、燃
料噴射時期に同期して開閉するロータリバルブを介して
吸入空気を噴出する構成としたため、燃料噴射時期に合
わせて容易かつ確実に空気流を燃焼室４内に導入するこ
とができる。

【００３２】なお、前記実施例では、空気流噴射軸線Ａ
と燃料噴射軸線Ｆとを底面側から見た場合に８０°程度
の角度θで交差させる等として述べたが、本発明はこれ
に限らず、噴射燃料を他方の吸気弁７Ｂの主として傘部
１０に衝突させることが可能な位置関係であれば良い。

【００３３】また、前記実施例では、インダクションポ
ート１３を吸気ポート５と別体に形成する如く図示した
が、これに限らず、インダクションポート１３を吸気ポ
ート５の側面に一体形成してもよい。

【００３４】さらに、前記インダクションポート１３は
例えば吸入空気の一部を燃焼室内に噴出させる「空気流
噴出手段」又は「空気流導入手段」として把握すること
ができ、前記ロータリバルブ１４は例えば「燃料噴射時
期に同期して開閉する開閉手段」として把握することが
できる。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明に係る直噴型
火花点火式内燃機関によれば、一対の吸気弁のうち一方
の吸気弁の近傍に接続され、燃料噴射時期に合わせて他
方の吸気弁側に向けて空気流を噴出させるインダクショ
ンポートを設けたため、インダクションポートからの空
気流を燃料噴射弁からの噴射燃料に衝突させて、噴射燃
料の噴霧方向を他方の吸気弁側に変化させることがで
き、これにより、噴射燃料の一部又は全部を他方の吸気
弁に衝突させてペネトレーションを弱めつつ気化を促進
し、燃料壁流の生成を抑制することができ、未燃焼ＨＣ
の発生量を低減することができる。

【００３６】また、インダクションポートは燃料噴射弁
から噴射された燃料に交差するようにして他方の吸気弁
の弁軸側に向けて空気流を噴出するため、インダクショ
ンポートからの空気流を燃料噴射弁からの噴射燃料に略
横方向から衝突させて噴霧方向を変化させることがで
き、他方の吸気弁の弁軸や傘部に衝突させて燃料壁流の
発生を防止することができる。

【００３７】さらに、インダクションポートは、燃料噴
射時期に同期して開閉するロータリバルブを介して吸入
空気を噴出するため、燃料噴射時期に合わせてインダク
ションポートから燃焼室内に空気流を簡易かつ確実に噴
出させることができ、燃料壁流の発生を簡易に抑制する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る直噴型火花点火式内燃機
関の要部を示し、シリンダヘッドの底面側から見た構成
説明図である。

【図２】図１中の矢示ＩＩ−ＩＩ方向断面図である。

【図３】噴射燃料の噴霧方向が空気流によって変化した
状態を示す図１と同様の構成説明図である。

【図４】図３中の矢示ＩＶ−ＩＶ方向断面図である。

【符号の説明】

１…シリンダヘッド ４…燃焼室 ５…吸気ポート ７Ａ…一方の吸気弁 ７Ｂ…他方の吸気弁 ９…弁軸 １０…傘部 １１…燃料噴射弁 １３…インダクションポート １４…ロータリバルブ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の吸気弁と、これら各吸気弁の間か
   ら燃焼室内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記
   燃焼室内に形成された混合気を強制的に着火する点火栓
   とを備えた直噴型火花点火式内燃機関であって、 前記一対の吸気弁のうち一方の吸気弁の近傍に接続さ
   れ、燃料噴射時期に合わせて他方の吸気弁側に向けて空
   気流を噴出させるインダクションポートを設けたことを
   特徴とする直噴型火花点火式内燃機関。
2. 【請求項２】 前記インダクションポートは前記燃料噴
   射弁から噴射された燃料に交差するようにして前記他方
   の吸気弁の弁軸側に向けて空気流を噴出することを特徴
   とする請求項１に記載の直噴型火花点火式内燃機関。
3. 【請求項３】 前記インダクションポートは、燃料噴射
   時期に同期して開閉するロータリバルブを介して吸入空
   気を噴出することを特徴とする請求項１又は請求項２に
   記載の直噴型火花点火式内燃機関。