JPH1193712A - 筒内噴射式火花点火機関 - Google Patents

筒内噴射式火花点火機関

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JPH1193712A
JPH1193712A JP9255622A JP25562297A JPH1193712A JP H1193712 A JPH1193712 A JP H1193712A JP 9255622 A JP9255622 A JP 9255622A JP 25562297 A JP25562297 A JP 25562297A JP H1193712 A JPH1193712 A JP H1193712A
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intake
timing
combustion
intake port
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 成層燃焼の安定性低下や未燃ＨＣの増大を伴
わずにＮＯx 発生の可及的な低減を図る。 【解決手段】 ２つの吸気弁５Ａ，５Ｂの開弁時期に位
相差が設定されていることにより、一方の吸気弁５Ａの
開弁が先行して内部ＥＧＲが増大されて成層燃焼時のＮ
Ｏx 抑制を行える。ピストン２の冠面には一方の吸気弁
５Ａに対応する部分１２のみ該吸気弁５Ａの干渉を回避
するバルブリセス１３を設けてあるから、成層燃焼の降
機燃焼が行われるキャビティ燃焼室１２のスワール後流
側でスワールおよび噴霧燃料がキャビティ燃焼室１２外
へ逃げるのを抑制できて、成層燃焼の安定性を維持する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃焼室に直接燃料を
噴霧する筒内噴射式火花点火機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】筒内噴射式火花点火機関は、例えば特開
平８−３５４２９号公報に示されているように、高負荷
運転域（以下、単に高負荷域と称する）では燃焼室に略
均質な空燃比の混合気を形成して所謂均質燃焼を行わせ
る一方、低負荷運転域（以下、単に低負荷域と称する）
では点火プラグ周りにのみ比較的濃い混合気を形成し、
平均的な空燃比を非常に大きく（稀薄化）して所謂成層
燃焼を行わせるようにしたものである。
【０００３】このような筒内噴射式火花点火機関は、ペ
ントルーフタイプの燃焼室を形成するシリンダヘッドの
一側部に２つの吸気弁を、および他側部に２つの排気弁
を配設し、燃焼室中央部分に点火プラグを配設すると共
に２つの吸気弁間に燃料噴射弁を配設する一方、ピスト
ン冠面は燃焼室のペントルーフ形状に合わせて山形に形
成して、該ピストン冠面の吸気弁設置側の一側部に偏寄
して、前記点火プラグのプラグ電極を受容できる範囲に
キャビティ燃焼室を凹設してある。
【０００４】吸気弁をそれぞれ配設した吸気ポートは例
えばサイヤミズドポートとしてそれぞれ独立ポートに形
成し、そのうちの一方の吸気ポートは燃焼室で吸気に強
いスワールを付与し得るようにヘリカルポートとして構
成している。
【０００５】そして、低負荷域では圧縮工程でピストン
上死点付近において前記燃料噴射弁から、キャビティ燃
焼室に生成された吸気のスワール（以下、単にスワール
と称する）の上流側に向けて燃料を噴霧することにより
前述した成層燃焼を可能としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】筒内噴射式火花点火機
関にあっては前述のように、低負荷域では平均的な空燃
比を非常に大きく（稀薄化）して成層燃焼を行わせるた
め、排気系に設けられる通常の３元触媒装置ではＮＯx
の浄化機能を十分に果たせなくなってしまう。
【０００７】従って、この筒内噴射式火花点火機関にあ
っては、成層燃焼時におけるＮＯxの発生を如何に抑え
るかが重要な課題となってくるが、この燃焼室でのＮＯ
x 発生を抑制するための有効手段としては吸気弁の開弁
時期を進角させて排気弁とのバルブオーバーラップを拡
大して内部ＥＧＲを増大することが考えられる。
【０００８】このＮＯx 発生の抑制のため吸気弁の開弁
時期を進角させると、２つの吸気弁は１つの動弁機構に
よって同期作動するためピストンの冠面にはこれら２つ
の吸気弁との干渉を回避するために、該ピストン冠面の
両吸気弁に対応する位置にバルブリセスを凹設する必要
がある。
【０００９】一方、ピストン冠面に凹設されるキャビテ
ィ燃焼室は圧縮比の兼ね合いで開口面積をむやみに大き
くすることはできず、自ずとその開口形成エリアが制限
されることから該ピストン冠面にバルブリセスを設けよ
うとすると、該バルブリセスがキャビティ燃焼室の開口
縁に跨るようになってしまう。
【００１０】この結果、成層燃焼時の圧縮行程中に図１
７のａに示すように燃料噴射弁１００からピストン１０
１の冠面に凹設したキャビティ燃焼室１０２に矢印で示
すスワールの上流側に向けて斜線で示すように燃料を噴
霧すると、この燃料噴霧時点では燃料の拡散が進んでい
ないためスワール上流側のバルブリセス１０３からキャ
ビティ燃焼室１０２外へ燃料が逃げることは少ないが、
図１７のｂに示すように燃料噴霧がスワールに乗って点
火プラグ１０５周りに移行し、該点火プラグ１０５によ
り着火されると共に更にスワール下流側へ移行して拡散
混合が促進されて該スワール下流側で後期燃焼が行われ
るようになると、該スワール下流側のバルブリセス１０
４から図１７のＣに示すように燃料がキャビティ燃焼室
１０２外へ逃げてしまい、成層燃焼の安定性が損なわれ
てしまうのみならず、未燃ＨＣが増大してしまう可能性
がある。
【００１１】そこで、本発明は成層燃焼の安定性を損な
ったり、未燃ＨＣの増大を招来することなく内部ＥＧＲ
を積極的に行えて、成層燃焼時のＮＯx 発生を可及的に
抑制することができる筒内噴射式火花点火機関を提供す
るものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明にあって
は、２つの吸気弁と、燃焼室に直接燃料を噴射する燃料
噴射弁と、ピストン冠面にキャビティ燃焼室とを備えた
筒内噴射式火花点火機関において、前記２つの吸気弁の
うち一方の吸気弁の開弁時期を他方の吸気弁の開弁時期
よりも進角させて、これら両吸気弁の開弁時期に位相差
を設定すると共に、ピストン冠面に前記一方の吸気弁に
対応する位置にバルブリセスを形成したことを特徴とし
ている。
【００１３】請求項２の発明にあっては、請求項１に記
載の２つの吸気弁のバルブタイミングを同時に進角およ
び遅角させる可変動弁機構を備え、該可変動弁機構によ
り成層燃焼を行う低負荷域では両吸気弁のバルブタイミ
ングを進角側に制御し、均質燃焼を行う高負荷域では両
吸気弁のバルブタイミングを遅角側に制御するようにし
たことを特徴としている。
【００１４】請求項３の発明にあっては、２つの吸気弁
と、燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、ピスト
ン冠面にキャビティ燃焼室とを備えた筒内噴射式火花点
火機関において、前記２つの吸気弁のうち一方の吸気弁
のリフトカーブを切り換え可能な可変動弁機構を備え、
該可変動弁機構により成層燃焼を行う低負荷域では前記
一方の吸気弁の開弁時期が他方の吸気弁の開弁時期より
も進角するリフトカーブに切り換え、均質燃焼を行う高
負荷域では該一方の吸気弁が他方の吸気弁と同一のバル
ブタイミングとなるリフトカーブに切り換えるように
し、かつ、ピストン冠面に前記一方の吸気弁に対応する
位置にバルブリセスを形成したことを特徴としている。
【００１５】請求項４の発明にあっては、２つの吸気弁
と、燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、ピスト
ン冠面にキャビティ燃焼室とを備えた筒内噴射式火花点
火機関において、前記２つの吸気弁のうち一方の吸気弁
のバルブタイミングを切り換え可能な可変動弁機構を備
え、該可変動弁機構により成層燃焼を行う低負荷域では
両吸気弁の閉弁時期を同一にした状態で一方の吸気弁の
開弁時期を他方の吸気弁の開弁時期よりも進角するバル
ブタイミングに切り換え、均質燃焼を行う高負荷域では
一方の吸気弁の開・閉弁時期が他方の吸気弁の開・閉弁
時期と同一となるバルブタイミングに切り換えるように
し、かつ、ピストン冠面に前記一方の吸気弁に対応する
位置にバルブリセスを形成したことを特徴としている。
【００１６】請求項５の発明にあっては、請求項１〜４
に記載の開弁時期が進角される一方の吸気弁を配設した
第１吸気ポートと、他方の吸気弁を配設した第２吸気ポ
ートとを、それぞれ独立したストレートポートとして構
成したことを特徴としている。
【００１７】請求項６の発明にあっては、請求項５に記
載の第２吸気ポートには、成層燃焼時に該第２吸気ポー
トを遮蔽し、均質燃焼時に該第２吸気ポートを開放する
遮蔽弁を設けたことを特徴としている。
【００１８】請求項７の発明にあっては、請求項６に記
載の第１吸気ポートには、遮蔽弁と同期的に作動され
て、成層燃焼時に該第１吸気ポートを部分的に遮蔽し、
均質燃焼時に該第１吸気ポートを開放する部分遮蔽弁を
設けたことを特徴としている。
【００１９】請求項８の発明にあっては、請求項５に記
載の第１吸気ポートと第２吸気ポートの上流側の合流部
には、第１吸気ポートに対応する部分に開口を備えて、
成層燃焼時に第２吸気ポートを遮蔽すると共に第１吸気
ポートを部分的に遮蔽し、均質燃焼時に第２吸気ポート
と第１吸気ポートとを開放する遮蔽弁を設けたことを特
徴としている。
【００２０】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、２つの
吸気弁にはそれらの開弁時期に位相差を設定してあっ
て、一方の吸気弁の開弁時期を他方の吸気弁の開弁時期
よりも進角させてあるため、成層燃焼時にはこの一方の
吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップが大きく積極
的に内部ＥＧＲ量を増大することができて燃焼室でのＮ
Ｏx 発生を抑制することができる。
【００２１】また、これら両吸気弁の開弁時期に位相差
を設定してあることによって、燃焼室で吸気にスワール
を生成させることができると共に、ピストン冠面には一
方の吸気弁に対応する部分にのみバルブリセスを設けて
あって、スワール下流側となる部分にはバルブリセスを
設けていないため、成層燃焼時にスワール下流側でスワ
ールおよび噴霧燃料がキャビティ燃焼室外へ逃げるのを
抑制できて、成層燃焼の安定性を維持することができる
と共に未燃ＨＣの発生を抑制することができる。
【００２２】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の発明の効果に加えて、均質燃焼時には開弁時期に位相
差が設定された２つの吸気弁のバルブタイミングが可変
動弁機構によって同時に遅角側へ制御されるため、該均
質燃焼時に吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップを
小さくして均質燃焼の安定性を向上することができる。
【００２３】請求項３に記載の発明によれば、２つの吸
気弁のうち一方の吸気弁は可変動弁機構によって成層燃
焼時には開弁時期が他方の吸気弁の開弁時期よりも進角
するリフトカーブに切り換えられるため、該一方の吸気
弁と排気弁とのバルブオーバーラップが拡大され、積極
的に内部ＥＧＲ量を増大することができて燃焼室でのＮ
Ｏx 発生を抑制することができる。
【００２４】また、この成層燃焼時には一方の吸気弁と
他方の吸気弁の開弁時期に位相差が生じることによっ
て、燃焼室で吸気にスワールを生成させることができる
と共に、ピストン冠面には一方の吸気弁に対応する部分
にのみバルブリセスを設けてあって、スワール下流側と
なる部分にはバルブリセスを設けていないため、該成層
燃焼時にスワール下流側でスワールおよび噴霧燃料がキ
ャビティ燃焼室外へ逃げるのを抑制できて、成層燃焼の
安定性を維持することができると共に未燃ＨＣの発生を
抑制することができる。
【００２５】一方、均質燃焼時には可変動弁機構によっ
て一方の吸気弁が他方の吸気弁と同一のバルブタイミン
グとなるリフトカーブに切り換えられるため、該均質燃
焼時に吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップを小さ
くして均質燃焼の安定性を向上することができると共
に、特に吸気弁の閉弁時期が過遅角とならないため、低
回転域における吸気体積効率が向上して高トルクを得る
ことができる。
【００２６】請求項４に記載の発明によれば、２つの吸
気弁のうち一方の吸気弁は可変動弁機構によって成層燃
焼時には他方の吸気弁と閉弁時期を同一にした状態で開
弁時期が該他方の吸気弁の開弁時期よりも進角するバル
ブタイミングに切り換えられるため、該一方の吸気弁と
排気弁とのバルブオーバーラップが拡大され、積極的に
内部ＥＧＲ量を増大することができて燃焼室でのＮＯx
発生を抑制することができる。
【００２７】また、この成層燃焼時には一方の吸気弁と
他方の吸気弁の開弁時期に位相差が生じることによっ
て、燃焼室で吸気にスワールを生成させることができる
と共に、ピストン冠面には一方の吸気弁に対応する部分
にのみバルブリセスを設けてあって、スワール下流側と
なる部分にはバルブリセスを設けていないため、該成層
燃焼時にはスワール下流側でスワールおよび噴霧燃料が
キャビティ燃焼室外へ逃げるのを抑制できて、成層燃焼
の安定性を維持することができると共に未燃ＨＣの発生
を抑制することができる。
【００２８】更に、この成層燃焼時に両吸気弁の閉弁時
期が一致して一方の吸気弁の閉弁時期が他方の吸気弁の
閉弁時期よりも遅角側となることがないため、当該成層
燃焼時に実圧縮比が高められて燃焼効率を改善すること
ができる。
【００２９】一方、均質燃焼時には可変動弁機構によっ
て一方の吸気弁の開・閉弁時期が他方の吸気弁の開・閉
弁時期と同一となるバルブタイミングに切り換えられる
ため、該均質燃焼時に吸気弁と排気弁とのバルブオーバ
ーラップを小さくして均質燃焼の安定性を向上すること
ができると共に、特に吸気弁の閉弁時期が過遅角となら
ないため、低回転域における吸気体積効率が向上して高
トルクを得ることができる。
【００３０】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
〜４の発明の効果に加えて、吸気弁をそれぞれ配設した
第１吸気ポートおよび第２吸気ポートの何れも独立した
ストレートポートとして形成してあって、従来のように
スワール生成のため一方の吸気ポートをヘリカルポート
としてポート径を絞らなくてもよいから、均質燃焼時に
吸気体積効率が向上して高トルクを得ることができる。
【００３１】請求項６に記載の発明によれば、請求項５
の発明の効果に加えて、成層燃焼時には遮蔽弁によって
第２吸気ポートを遮蔽することで、第１吸気ポートから
燃焼室に吸入される吸気に強いスワールを生成させるこ
とができて、成層燃焼の燃焼効率を改善することができ
る。
【００３２】請求項７に記載の発明によれば、請求項６
の発明の効果に加えて、成層燃焼時に第１吸気ポートを
部分遮蔽弁により部分的に遮蔽することで該第１吸気ポ
ートから吸入される吸気の流速が増大し、燃焼室でより
強いスワールを生成することができる。
【００３３】請求項８に記載の発明によれば、請求項５
の発明の効果に加えて、吸気ポートの合流部および部分
開口を有する遮蔽弁を２つの吸気弁の近くに設定するこ
とができ、成層燃焼時にこの１つの遮蔽弁により第２吸
気ポートを遮蔽すると共に、第１吸気ポートを吸気弁近
くで部分的に遮蔽することによって、該第１吸気ポート
から吸入される吸気の流速をより一層増大させて燃焼室
でより強いスワールを生成することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
と共に詳述する。
【００３５】図１，２において、１はシリンダブロッ
ク、２はピストン、３はシリンダヘッド、４はこれらシ
リンダブロック１，ピストン２およびシリンダヘッド３
とで形成された燃焼室を示す。
【００３６】燃焼室４はペントルーフタイプの燃焼室形
状に形成してあって、前記ピストン２の冠面はこの燃焼
室４のペントルーフ形状に合わせて冠面中央部に稜線を
有する頂部を持つ山形に形成して周縁部にスキッシュエ
リアＳを形成してある。
【００３７】シリンダヘッド３は２つの吸気弁５と、該
吸気弁５と対向配置した２つの排気弁６を備え、一側の
吸気ポート７から吸気して他側の排気ポート８から排気
するクロスフローポート構造としてある。
【００３８】吸気弁５を配設した第１吸気ポート７Ａと
第２吸気ポート７Ｂは、何れも独立したストレートポー
トとして構成してあり、下流側を２股に分岐させてサイ
ヤミズド構造とした吸気マニホールド９に連通接続して
ある。
【００３９】シリンダヘッド３には燃焼室４の略中央部
にプラグ電極１０ａを臨ませて点火プラグ１０を配設し
てあると共に、２つの吸気弁５Ａ，５Ｂの間に直接燃料
を燃焼室４に噴霧する燃料噴射弁１１を設けてある。
【００４０】この燃料噴射弁１４は成層燃焼時に後述す
るキャビティ燃焼室１２に向けて燃料を噴霧し得る任意
の角度で取付けてある。
【００４１】ピストン２の冠面には頂部の稜線を境に前
記吸気弁５を設置した側に偏寄した略半部にキャビティ
燃焼室１２を形成してある。
【００４２】ここで、前記２つの吸気弁５のうち、第１
吸気ポート７Ａに配設した吸気弁５Ａは、図３のバルブ
開閉特性図に示すようにその開弁時期を、第２吸気ポー
ト７Ｂに配設した吸気弁５Ｂの開弁時期よりも所要角度
進角させて、これら吸気弁５Ａ，５Ｂの開弁時期に位相
差を設定してある。
【００４３】この吸気弁５Ａ，５Ｂの開弁時期の位相差
の設定は、例えば図３の吸気弁開閉特性図に併記した吸
気弁動弁系のカム配置によって行うことができる。
【００４４】即ち、同一の吸気弁駆動用カムシャフト２
０に固設した２つのカム２１，２２のうち、吸気弁５Ａ
側のカム２１を吸気弁５Ｂ側のカム２２よりも前記所要
の進角分だけカム回転方向に位相をずらして設けること
によって、前記開弁時期の位相差を容易に設定すること
ができる。同図において、２３は吸気弁５Ａおよびカム
２１に対応するロッカーアーム、２４は吸気弁５Ｂおよ
びカム２２に対応するロッカーアームで、何れも同一の
ロッカーシャフト２５に回転自在に軸支してある。
【００４５】一方、前記ピストン２の冠面には前記一方
の吸気弁５Ａに対応する位置に、該吸気弁５Ｂとの干渉
を避けるバルブリセス１３を凹設してある。
【００４６】このバルブリセス１３は前述のように吸気
弁５Ａの対応位置に所要深さで凹設されるため、キャビ
ティ燃焼室１２に部分的に跨り、従って、キャビティ燃
焼室１２の開口縁はこのバルブリセス１３によって部分
的に切欠かれた状態となっている。
【００４７】以上の実施形態の構造によれば、吸気弁５
Ａと５Ｂにはそれらの開弁時期に位相差を設定してあっ
て、吸気弁５Ａの開弁時期を吸気弁５Ｂの開弁時期より
も進角させてあるため、成層燃焼を行う低負荷域では吸
気弁５Ａと排気弁６とのバルブオーバーラップが図３に
示すように大きく、積極的に内部ＥＧＲ量を増大するこ
とができて燃焼室４でのＮＯx 発生を抑制することがで
きる。
【００４８】また、これら吸気弁５Ａ，５Ｂの開弁時期
に位相差を設定してあって、初めに第１吸気ポート７Ａ
から吸気が行われ、続いて第２吸気ポート７Ｂから吸気
が行われることによって、図４のａに矢印で示すように
燃焼室４で吸気にスワールを付与することができる。
【００４９】従って、成層燃焼時に圧縮工程の上死点付
近で燃料噴射弁１１からキャビティ燃焼室１２に図４の
斜線で示すように燃料を噴霧すると、この燃料の噴霧は
キャビティ燃焼室１２内のスワールに乗って吸気弁５Ａ
側のスワール上流側から吸気弁５Ｂ側のスワール下流側
へ拡散混合しながら移行し、点火プラグ１０周りに濃い
混合気を形成させることができて確実な着火を行わせる
ことができると共にスワール下流側で燃焼を継続させる
ことができて、平均的な空燃比を非常に大きく（稀薄
化）した状態での成層燃焼が可能となる。
【００５０】ここで、ピストン冠面には吸気弁５Ａに対
応する位置にキャビティ燃焼室１２に跨ってバルブリセ
ス１３を設けて吸気弁５Ａとの干渉を回避するようにし
てあるが、前記成層燃焼時に燃料噴射弁１１からキャビ
ティ燃焼室１２に燃料を噴霧した初期時点では、噴霧燃
料はキャビティ燃焼室１２内のスワール流によってバル
ブリセス１３を設けた側の周壁面に衝突するようになる
が、この時点では燃料の拡散が進んでいないため燃料が
バルブリセス１３からキャビティ燃焼室１２外へ逃げ出
ることはなく、図４のｂに示すように燃料の全てをスワ
ールに乗せて点火プラグ１０側へ移行させることができ
る。
【００５１】そして、噴霧燃料の拡散混合と気化が促進
されて前記点火プラグ１０による着火後に後期燃焼が行
われる吸気弁５Ｂ側のスワール下流側では、ピストン冠
面にキャビティ燃焼室１２に跨るバルブリセスを設けて
いないため、該スワール下流側で図４のＣに示すように
燃料をキャビティ燃焼室１２内に確保して燃料がキャビ
ティ燃焼室１２外へ逃げるのを抑制することができ、従
って、成層燃焼の安定性を維持することができると共に
未燃ＨＣの発生を抑制することができる。
【００５２】また、第１吸気ポート７Ａおよび第２吸気
ポート７Ｂは何れもストレートポートとして構成してあ
り、従来のようにスワール生成のため第１吸気ポート７
Ａをヘリカルポートとしてポート径を絞らなくてもよい
から、成層燃焼、均質燃焼の何れの燃焼時にも吸気体積
効率が向上して高トルクを得ることができる。
【００５３】一方、均質燃焼を行う高負荷域にも前記吸
気弁５Ａと５Ｂは開弁時期に位相差をもったまま開閉す
ることになるが、吸気弁５Ａの開弁時期の進角度を排気
ポート８で生じる排気脈動の負圧サイクルに整合し得る
ように任意に調整しておけば、この均質燃焼時には吸気
弁５Ａと排気弁６とのバルブオーバーラップが拡大され
ることによって掃気効果が助長されて吸気体積効率を高
めることができる。
【００５４】図５は前記実施形態における開弁時期に位
相差を設定した吸気弁５Ａと５Ｂのバルブタイミング
を、後述する可変動弁機構３０によって成層燃焼時には
同時に進角側へ制御し、均質燃焼時には同時に遅角側へ
制御するようにした例を示している。
【００５５】このように吸気弁５Ａと５Ｂとを開弁時期
に位相差をもったまま可変動弁機構３０によりバルブタ
イミングを同時に進角側あるいは遅角側へ制御すること
によって、成層燃焼時にはバルブタイミングの進角側へ
の制御（図５のａ）によって前記第１実施形態と同様の
効果を得ることができる一方、均質燃焼時にはバルブタ
イミングが遅角側へ制御される（図５のｂ）ことによっ
て、吸気弁５Ａと排気弁６とのバルブオーバーラップが
小さくなり均質燃焼の安定性を向上することができる。
【００５６】前記吸気弁５Ａ，５Ｂのバルブタイミング
を同時に進角側、遅角側へ制御する可変動弁機構３０と
しては、例えば図６に示す公知（特開平５−３３２１１
２号公報参照）の可変バルブタイミング装置を用いるこ
とができる。
【００５７】この可変バルブタイミング装置３０は、吸
気弁駆動用カムシャフト２０とその軸端のカムプーリー
３１との軸装部分の間に、これら両者にヘリカルギヤ３
３で噛合したプランジャ３２を内装し、前記吸気弁駆動
用カムシャフト２０の油孔２０ａに連通したドレーン孔
２０ｂに設けられた制御バルブ３４を、機関運転状態に
応じてコントロールユニット３５を介してＯＮ・ＯＦＦ
制御される可変バルブタイミング制御用ソレノイド３６
によって駆動し、シリンダブロックオイルギャラリ３７
から前記プランジャ３２の一端側への油圧供給制御を行
うことにより、吸気弁駆動用カムシャフト２０をタイミ
ングベルトとの相対位置関係が固定的なカムプーリー３
１に対して周方向へ回動させて相対位置を変化させ、該
吸気弁駆動用カムシャフト２０に所謂ひねりを付与する
ものである。
【００５８】従って、この可変バルブタイミング装置３
０によって、成層燃焼を行う低負荷域では吸気弁駆動用
カムシャフト２０に吸気弁５Ａ，５Ｂのバルブタイミン
グが進角側へ移行する方向にひねりを与え、均質燃焼を
行う高負荷域ではこれら吸気弁５Ａ，５Ｂのバルブタイ
ミングが遅角側へ移行するように吸気弁駆動用カムシャ
フト２０をイニシャル位置へ復元させることによってバ
ルブタイミングを適切に可変制御することができる。
【００５９】図７は前記２つの吸気弁５Ａ，５Ｂのう
ち、一方の吸気弁５Ａのリフトカーブを後述する可変動
弁機構４０によって、成層燃焼時に図７のａに示すよう
に該一方の吸気弁５Ａの開弁時期が他方の吸気弁５Ｂの
開弁時期よりも進角するリフトカーブに切り換え、均質
燃焼時に図７のｂに示すように該一方の吸気弁５Ａが他
方の吸気弁５Ｂと同一のバルブタイミングとなるリフト
カーブに切り換えるようにした例を示している。
【００６０】この実施形態のように、可変動弁機構４０
によって成層燃焼時に一方の吸気弁５Ａのリフトカーブ
を開弁時期が他方の吸気弁５Ｂの開弁時期よりも進角す
るリフトカーブ（図７のａ）に切り換えることにより、
前記第１実施形態と同様の効果を得ることができる一
方、均質燃焼時には該可変動弁機構４０によって前記一
方の吸気弁５Ａが他方の吸気弁５Ｂと同一のバルブタイ
ミングとなるリフトカーブ（図７のｂ）に切り換えられ
ることによって、当該均質燃焼時に一方の吸気弁５Ａと
排気弁６とのバルブオーバーラップを小さくして均質燃
焼の安定性を向上することができることに加えて、特に
該均質燃焼時に吸気弁５Ａの閉弁時期が過遅角とならな
いため、低回転域における吸気体積効率が向上して高ト
ルクを得ることができる。この吸気弁５Ａのリフトカー
ブを切り換え制御する可変動弁機構４０としては、例え
ば図８〜１０に示す公知（特開平５−３３２１１２号公
報，特開平６−１２３２０７号公報参照）の可変バルブ
リフト装置を用いることができる。
【００６１】この可変バルブリフト装置４０にあって
は、一方の吸気弁５Ａに対応して平面略方形のメインロ
ッカーアーム２３Ａが設けられている。このメインロッ
カーアーム２３Ａの基端はロッカーシャフト２５を介し
てシリンダヘッド３に揺動自在に支持され、その先端に
は吸気弁５Ａのステム頂部を当接させるアジャストスク
リュー４１を配設してある。
【００６２】吸気弁駆動用カムシャフト２０には前記メ
インロッカーアーム２３Ａに対応して２つのカム２１Ａ
と２１Ｂとを設けてある。
【００６３】カム２１Ａは他方の吸気弁５Ｂのカム２２
と同一のカムプロフィルに形成してある一方、カム２１
Ｂはカム２１Ａよりもバルブリフト量が大きくなり、か
つ、開弁時期を進角させ得るバルブ作動角の所要のカム
プロフィルに形成してある。
【００６４】メインロッカーアーム２３Ａにはカム２１
Ａに対応する位置にローラー４２を回転自在に軸支し
て、該ローラー４２をカム２１Ａに転接させている。
【００６５】メインロッカーアーム２３Ａのカム２１Ｂ
に対応する位置にはサブロッカーアーム４３を支軸４４
を介してメインロッカーアーム２３Ａと相対回転可能に
軸支してある。
【００６６】このサブロッカーアーム４３は吸気弁５Ａ
に当接する部位は持たず、その先端上面にはカム２１Ｂ
に当接するカムフオロワ４５を設けてあり、その下側に
は該カムフオロワ４５をカム２１Ｂに押し付けるロスト
モーションスプリング４６を配設してある。
【００６７】また、サブロッカーアーム４３の先端には
サブロッカーアーム４３のメインロッカーアーム２３Ａ
に対する相対回転を停止（ロック）させるための連結手
段４７を設けてある。
【００６８】この連結手段４７はサブロッカーアーム４
３とメインロッカーアーム２３Ａとに跨って同軸上に隣
接配置した複数個のプランジャを備え、ロッカーシャフ
ト２５の中心部に設けたオイルギャラリ４８を介して該
プランジャ連の一端側に作動油圧が供給されることによ
りロック作動してサブロッカーアーム４３の相対回転を
停止（ロック）し、作動油圧が解除されることによって
ロック解除作動するもので、この作動油圧の切換制御は
図外のソレノイドバルブによって行われ、成層燃焼を行
う低負荷域で前記連結手段４７への油圧供給を行い、均
質燃焼を行う高負荷域では油圧解除を行わせるようにし
てある。
【００６９】即ち、この可変バルブリフト装置４０は成
層燃焼を行う低負荷域ではサブロッカーアーム４３が連
結手段４７によってロックされることにより、２つのカ
ム２１Ａ，２１Ｂのうちカム２１Ｂによるバルブタイミ
ングが優先され（ローラー４２はカム２１Ａから離間す
る）、該カム２１Ｂのカムプロフィルによって吸気弁５
Ａのバルブリフト量が拡大されると共にその開弁時期が
進角される。
【００７０】そして、均質燃焼を行う高負荷域では前記
連結手段４７がロック解除作動することによってサブロ
ッカーアーム４３の相対回転が許容されるから、カム２
１Ｂの回転によってもサブロッカーアーム４３が空振り
回転するだけで、吸気弁５Ａはカム２１Ａのカムプロフ
ィルで設定されたバルブタイミングに，即ち、他方の吸
気弁５Ｂと同一のバルブタイミングとなるリフトカーブ
に切り換えられ、従って、前述のように成層燃焼と均質
燃焼の何れの燃焼時にあっても安定性を向上することが
できる。
【００７１】図１１は前記２つの吸気弁５Ａ，５Ｂのう
ち、一方の吸気弁５Ａのバルブタイミングを後述する可
変動弁機構５０によって、成層燃焼時に図１１のａに示
すように両吸気弁５Ａ，５Ｂの閉弁時期を同一にした状
態で該一方の吸気弁５Ａの開弁時期が他方の吸気弁５Ｂ
の開弁時期よりも進角するバルブタイミングに切り換
え、均質燃焼時に図１１のｂに示すように該一方の吸気
弁５Ａの開・閉弁時期が他方の吸気弁５Ｂの開・閉弁時
期と同一となるバルブタイミングに切り換えるようにし
た例を示している。
【００７２】この実施形態のように、可変動弁機構５０
によって成層燃焼時に一方の吸気弁５Ａをその閉弁時期
を他方の吸気弁５Ｂの閉弁時期と同一にした状態で、該
一方の吸気弁５Ａの開弁時期を他方の吸気弁５Ｂの開弁
時期よりも進角するバルブタイミング（図１１のａ）に
切り換えることにより、前記実施形態と同様の効果が得
られる他、該成層燃焼時に両吸気弁５Ａ，５Ｂの閉弁時
期が一致して一方の吸気弁５Ａの閉弁時期が他方の吸気
弁５Ｂの閉弁時期よりも遅角側となることがないため、
当該成層燃焼時に実圧縮比が高められて燃焼効率が改善
され、より一層成層燃焼の安定性の向上と出力の向上と
を図ることができる。
【００７３】また、均質燃焼時には可変動弁機構５０に
よって前記第３実施形態と同様に、一方の吸気弁５Ａの
開・閉弁時期が他方の吸気弁５Ｂの開・閉弁時期と同一
となるバルブタイミング（図１１のｂ）に切り換えるこ
とによって、該均質燃焼時に吸気弁５Ａと排気弁６との
バルブオーバーラップを小さくして均質燃焼の安定性を
向上することができると共に、特に吸気弁５Ａの閉弁時
期が過遅角とならないため、低回転域における吸気体積
効率が向上して高トルクを得ることができる。
【００７４】この吸気弁５Ａのバルブタイミングを切り
換える可変動弁機構５０としては、例えば図１２，１３
に示す可変バルブタイミング装置を用いることができ
る。
【００７５】この可変バルブタイミング装置５０は、一
方の吸気弁５Ａのロッカーアーム２３に転接するカム２
１をカムシャフト２０に対して回転自在に軸支してあっ
て、このカム２１の一側には周側に突出するフォーク部
２１Ｃを一体に形成してある。
【００７６】カムシャフト２０にはフォーク部２１Ｃに
隣接して該フォーク部２１Ｃと反対側に突出するフォー
ク部材５１を固設してあって、フォーク部２１Ｃとフォ
ーク部材５１との間に円環状のディスク５２を配置して
ある。
【００７７】ディスク５２はピン５３，５４を介してフ
ォーク部２１Ｃとフォーク部材５１とに係合連結してあ
って、該ディスク５２はその外周が制御リング５５に回
転自在に支持されている。
【００７８】制御リング５５は外周の下側の突起５６を
介してシリンダヘッド３に揺動自在に支持されていて、
外周の上側に形成した歯車部５７を前記ロッカーアーム
２３を回転自在に軸支するロッカーシャフト２５に設け
た歯車環５８に噛合させている。
【００７９】歯車環５８は図外の駆動機構により機関運
転状態に応じて正逆回転され、以て、制御リング５５を
突起５６の支持点を中心に揺動させるようにしてある。
【００８０】ディスク５２の中心Ｐが図１２に示すよう
にカムシャフト２０の中心と一致していると、ディスク
５２はカムシャフト２０と同期回転し、カム２１をカム
シャフト２０と同期回転させる。
【００８１】制御リング５５が一方向に揺動されるとデ
ィスク５２の中心Ｐがカムシャフト２０の中心に対して
制御リング５５の揺動方向に偏心し、カムシャフト２０
の１回転毎にカム２１の回転位相がディスク５２に対し
て変化し、ディスク５２のカムシャフト２０に対する位
相差の２倍の位相差で回転するようにしてある。
【００８２】従って、成層燃焼を行う低負荷域でディス
ク５２を一方の吸気弁５Ａの開弁時にカムシャフト２０
に対して偏心させ、閉弁時に復元させることによって、
該吸気弁５Ａの開弁時期のみが進角され、閉弁時期が他
方の吸気弁５Ｂと一致するバルブタイミングに切り換え
られる。
【００８３】また、均質燃焼を行う高負荷域では、ディ
スク５２とカムシャフト２０とを同心状態に維持するこ
とにより、両方の吸気弁５Ａ，５Ｂの開・閉時期が同一
となるバルブタイミングに切り換えられる。
【００８４】図１４〜１６に示す実施形態は、何れも成
層燃焼時に燃焼室４内で強いスワールを生成させるよう
にした例を示している。
【００８５】これらの実施形態では何れも前記第１実施
形態と同様に、第１吸気ポート７Ａおよび第２吸気ポー
ト７Ｂは何れも独立したストレートポートとして構成し
てあって、図１４に示す実施形態にあっては前記第２吸
気ポート７Ｂに、成層燃焼を行う低負荷域では該第２吸
気ポート７Ｂを遮蔽し、均質燃焼を行う高負荷域では運
転状態に合わせて弁開度が制御されて該第２吸気ポート
７Ｂを開放する遮蔽弁６０を配設してある。
【００８６】従って、この実施形態の構造によれば、成
層燃焼時には前記各実施形態のように吸気弁５Ａと吸気
弁５Ｂの開弁時期の位相差で吸気にスワールを付与する
のではなくこの位相差で内部ＥＧＲ量の増大を図り、該
成層燃焼時には遮蔽弁６０によって第２吸気ポート７Ｂ
を遮蔽し、第１吸気ポート７Ａからのみ吸気を行わせて
図１４の矢印で示すように燃焼室４で吸気に強いスワー
ルを生成することができるため、前記各実施形態の効果
に加えて、燃焼のサイクル変動が低減する他、吸気およ
び噴霧燃料の筒内流動が強化されて圧縮上死点付近での
乱れ強さが大きくなって燃焼が促進され、従って、成層
燃焼の燃焼効率を一段と改善することができる。
【００８７】図１５に示す実施形態にあっては、前記図
１４に示した構造を基本構造として、第１吸気ポート７
Ａに遮蔽弁６０と同期的に作動されて、成層燃焼時に該
第１吸気ポート７Ａを部分的に遮蔽し、均質燃焼時に該
第１吸気ポート７Ａを開放する部分遮蔽弁６１を設けた
ものである。
【００８８】従って、この実施形態によれば前記図１４
に示した第５実施形態に較べて、成層燃焼時には部分遮
蔽弁６１により第１吸気ポート７Ａの開口面積を小さく
することによって吸気流速が増大し、燃焼室４でより強
いスワールを生成することができる。
【００８９】図１６に示す実施形態は、第１吸気ポート
７Ａと第２吸気ポート７Ｂの上流側の合流部に、第１吸
気ポート７Ａに対応する部分に開口６３を備えて、成層
燃焼時に第２吸気ポート７Ｂを遮蔽すると共に第１吸気
ポート７Ａを部分的に遮蔽し、均質燃焼時には第２吸気
ポート７Ｂと第１吸気ポート７Ａとを開放する遮蔽弁６
２を設けたものである。
【００９０】この実施形態によれば、前記第５，６実施
形態に較べて、吸気ポート７の合流部および遮蔽弁６２
を２つの吸気弁５Ａ，５Ｂの近くに設定することがで
き、成層燃焼時にこの１つの遮蔽弁６２によって第２吸
気ポート７Ｂを遮蔽すると共に第１吸気ポート７Ａを吸
気弁５Ａの近くで部分的に遮蔽して開口面積を小さくす
ることで、該第１吸気ポート７Ａから吸入される吸気の
流速を更に高めて燃焼室４でより強いスワールを生成さ
せることができる。
【００９１】なお、前述の各実施形態では吸気ポート７
の第１吸気ポート７Ａおよび吸気ポート７Ｂを何れも独
立したストレートポートとした構造を示したが、従来の
ように第１吸気ポート７Ａをヘリカルポートとし、スト
レートポートの第２吸気ポート７Ｂにスワールコントロ
ールバルブを設けた吸気系構造としても所期の目的を達
成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る筒内噴射式火花点火機関を示す断
面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図。
【図３】本発明の第１実施形態のバルブ開閉特性図。
【図４】同実施形態の吸気ポート構造およびピストン冠
面構造を示す平面図。
【図５】本発明の第２実施形態のバルブ開閉特性図。
【図６】同実施形態に用いられる可変動弁機構の説明
図。
【図７】本発明の第３実施形態のバルブ開閉特性図。
【図８】同実施形態に用いられる可変動弁機構の平面
図。
【図９】図８のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図１０】図８のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図１１】本発明の第４実施形態のバルブ開閉特性図。
【図１２】同実施形態に用いられる可変動弁機構の説明
図。
【図１３】図１２のＤ−Ｄ線に沿う断面図。
【図１４】本発明の第５実施形態の吸気ポート構造およ
びピストン冠面構造を示す平面図。
【図１５】本発明の第６実施形態の吸気ポート構造およ
びピストン冠面構造を示す平面図。
【図１６】本発明の第７実施形態の吸気ポート構造およ
びピストン冠面構造を示す平面図。
【図１７】２つのバルブリセスを設けたピストン冠面の
構造例を示す平面図。
【符号の説明】
２ ピストン ４ 燃焼室 ５Ａ 一方の吸気弁 ５Ｂ 他方の吸気弁 ６ 排気弁 ７Ａ 第１吸気ポート ７Ｂ 第２吸気ポート １１ 燃料噴射弁 １２ キャビティ燃焼室 １３ バルブリセス ３０，４０，５０ 可変動弁機構 ６０，６２ 遮蔽弁 ６１ 部分遮蔽弁 ６３ 開口
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｂ 29/08 Ｆ０２Ｂ 29/08 Ｅ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２０ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２０ Ｆ０２Ｆ 3/26 Ｆ０２Ｆ 3/26 Ａ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２つの吸気弁と、燃焼室に直接燃料を噴
    射する燃料噴射弁と、ピストン冠面にキャビティ燃焼室
    とを備えた筒内噴射式火花点火機関において、前記２つ
    の吸気弁のうち一方の吸気弁の開弁時期を他方の吸気弁
    の開弁時期よりも進角させて、これら両吸気弁の開弁時
    期に位相差を設定すると共に、ピストン冠面に前記一方
    の吸気弁に対応する位置にバルブリセスを形成したこと
    を特徴とする筒内噴射式火花点火機関。
  2. 【請求項２】 ２つの吸気弁のバルブタイミングを同時
    に進角および遅角させる可変動弁機構を備え、該可変動
    弁機構により成層燃焼を行う低負荷域では両吸気弁のバ
    ルブタイミングを進角側に制御し、均質燃焼を行う高負
    荷域では両吸気弁のバルブタイミングを遅角側に制御す
    るようにしたことを特徴とする請求項１に記載の筒内噴
    射式火花点火機関。
  3. 【請求項３】 ２つの吸気弁と、燃焼室に直接燃料を噴
    射する燃料噴射弁と、ピストン冠面にキャビティ燃焼室
    とを備えた筒内噴射式火花点火機関において、前記２つ
    の吸気弁のうち一方の吸気弁のリフトカーブを切り換え
    可能な可変動弁機構を備え、該可変動弁機構により成層
    燃焼を行う低負荷域では前記一方の吸気弁の開弁時期が
    他方の吸気弁の開弁時期よりも進角するリフトカーブに
    切り換え、均質燃焼を行う高負荷域では該一方の吸気弁
    が他方の吸気弁と同一のバルブタイミングとなるリフト
    カーブに切り換えるようにし、かつ、ピストン冠面に前
    記一方の吸気弁に対応する位置にバルブリセスを形成し
    たことを特徴とする筒内噴射式火花点火機関。
  4. 【請求項４】 ２つの吸気弁と、燃焼室に直接燃料を噴
    射する燃料噴射弁と、ピストン冠面にキャビティ燃焼室
    とを備えた筒内噴射式火花点火機関において、前記２つ
    の吸気弁のうち一方の吸気弁のバルブタイミングを切り
    換え可能な可変動弁機構を備え、該可変動弁機構により
    成層燃焼を行う低負荷域では両吸気弁の閉弁時期を同一
    にした状態で一方の吸気弁の開弁時期を他方の吸気弁の
    開弁時期よりも進角するバルブタイミングに切り換え、
    均質燃焼を行う高負荷域では一方の吸気弁の開・閉弁時
    期が他方の吸気弁の開・閉弁時期と同一となるバルブタ
    イミングに切り換えるようにし、かつ、ピストン冠面に
    前記一方の吸気弁に対応する位置にバルブリセスを形成
    したことを特徴とする筒内噴射式火花点火機関。
  5. 【請求項５】 開弁時期が進角される一方の吸気弁を配
    設した第１吸気ポートと、他方の吸気弁を配設した第２
    吸気ポートとを、それぞれ独立したストレートポートと
    して構成したことを特徴とする請求項１〜４の何れかに
    記載の筒内噴射式火花点火機関。
  6. 【請求項６】 第２吸気ポートには、成層燃焼時に該第
    ２吸気ポートを遮蔽し、均質燃焼時に該第２吸気ポート
    を開放する遮蔽弁を設けたことを特徴とする請求項５に
    記載の筒内噴射式火花点火機関。
  7. 【請求項７】 第１吸気ポートには、遮蔽弁と同期的に
    作動されて、成層燃焼時に該第１吸気ポートを部分的に
    遮蔽し、均質燃焼時に該第１吸気ポートを開放する部分
    遮蔽弁を設けたことを特徴とする請求項６に記載の筒内
    噴射式火花点火機関。
  8. 【請求項８】 第１吸気ポートと第２吸気ポートの上流
    側の合流部には、第１吸気ポートに対応する部分に開口
    を備えて、成層燃焼時に第２吸気ポートを遮蔽すると共
    に第１吸気ポートを部分的に遮蔽し、均質燃焼時に第２
    吸気ポートと第１吸気ポートとを開放する遮蔽弁を設け
    たことを特徴とする請求項５に記載の筒内噴射式火花点
    火機関。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006077769A (ja) * 2004-09-06 2006-03-23 Robert Bosch Gmbh 排気ガス再循環装置付き直接噴射式内燃機関の運転方法及び装置
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CN106555714A (zh) * 2015-09-29 2017-04-05 日立汽车系统(苏州）有限公司 具有废气再循环系统的发动机系统及其控制方法

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