JP2000337180A - 筒内噴射式火花点火内燃機関 - Google Patents

筒内噴射式火花点火内燃機関

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 成層燃焼に際して圧縮行程後半の気筒内の乱
れを防止すると共に、均質燃焼時には吸気行程で十分に
燃料を攪拌して気筒内に良好な均質混合気を形成するこ
とである。 【解決手段】 点火プラグ６と、気筒内へ直接的に燃料
を噴射する燃料噴射弁７とを具備して圧縮行程燃料噴射
による成層燃焼と吸気行程燃料噴射による均質燃焼とを
実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、成層燃
焼時には吸気行程で気筒内に形成されるタンブル流を均
質燃焼時に比較して弱くすることを可能とするタンブル
流強弱可変手段１０を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射式火花点
火内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴
射弁を具備する筒内噴射式火花点火内燃機関は、圧縮行
程後半に燃料を噴射して、点火時点において、着火性の
良好な可燃混合気を点火プラグ近傍だけに形成すること
により、気筒内全体としてリーンな混合気を燃焼可能な
成層燃焼を実現するものである。
【０００３】こうして成層燃焼は燃料消費率の低減に有
効であるが、圧縮行程において噴射された燃料を点火ま
での比較的短い時間で気化させなればならず、一般的な
筒内噴射式火花点火内燃機関では、多量の燃料を必要と
する機関高負荷時には成層燃焼を断念し、吸気行程で燃
料を噴射することにより、点火時点において気筒内に均
質混合気を形成する均質燃焼を実施するようになってい
る。
【０００４】このような筒内噴射式火花点火内燃機関を
含めて一般的な火花点火内燃機関では、吸気ポート及び
排気ポートが気筒上部へ接続されており、吸気行程にお
いて吸気弁が開弁されると、吸気は吸気ポート気筒内開
口周囲全体から気筒内へ導入され、気筒内には、全体的
にシリンダボア排気ポート側を下降してシリンダボア吸
気ポート側を上昇するタンブル流が形成される。
【０００５】このような縦方向に旋回するタンブル流
は、気筒上部への吸気ポートの接続方向及び吸気ポート
形状によって強めることも弱めることも可能である。タ
ンブル流を強めると、均質燃焼時において吸気行程で噴
射された燃料はタンブル流によって十分に攪拌され、点
火時点において良好な均質混合気を気筒内に形成するこ
とが可能となる。しかしながら、強いタンブル流は、圧
縮行程となってピストンが上昇しても依然として気筒内
を縦方向に旋回し、圧縮行程後半においても消滅するこ
となく気筒内に乱れをもたらすために、成層燃焼に際し
て点火プラグ近傍の可燃混合気を点火以前に分散させ、
良好な成層燃焼を実現することを難しくする。また、タ
ンブル流を弱めると、成層燃焼時における可燃混合気の
分散の問題は解決されるが、均質燃焼時においてタンブ
ル流による燃料の十分な攪拌が行われず、良好な均質混
合気を形成することができなくなる。
【０００６】特開平１０−２５２４７７号公報には、成
層燃焼に際して、圧縮行程後半に吸気弁側に配置された
燃料噴射弁からピストン頂面に形成されたキャビティ内
へ燃料を噴射する筒内噴射式火花点火内燃機関におい
て、吸気ポート気筒内開口における排気ポート隣接側に
マスク壁を形成し、吸気弁可変リフト機構を使用して、
成層燃焼時には吸気弁のリフト量を減少させることが開
示されている。
【０００７】それにより、成層燃焼時には、吸気は吸気
行程中において吸気ポート気筒内開口のマスク壁の反対
側からのみ気筒内へ導入され、気筒内には、全体的にシ
リンダボア吸気ポート側を下降してシリンダボア排気ポ
ート側を上昇するタンブル流が形成される。このタンブ
ル流は、前述のタンブル流と旋回方向が逆であるため
に、以下、逆タンブル流と称し、前述のタンブル流は正
タンブル流と称する。
【０００８】こうして成層燃焼時に気筒内に形成される
逆タンブル流は、吸気行程全体に渡り形成されるために
比較的強いものである。それにより、この逆タンブル流
は、圧縮行程においても依然として気筒内を縦方向に旋
回し、圧縮行程のピストン上昇に伴ってキャビティ内へ
侵入して、圧縮行程後半においてキャビティ内を縦方向
に旋回する旋回流となる。前述の従来技術では、成層燃
焼時において、この旋回流によってキャビティ内で気化
させた燃料を点火プラグ近傍に導いて可燃混合気を形成
することを意図している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな旋回流は、例えキャビティ内の気化燃料を点火プラ
グ近傍に導いたとしても、点火プラグ近傍の可燃混合気
を点火以前に分散させるようにも機能するために、良好
な成層燃焼を実現できない可能性がある。このように、
成層燃焼時において、少なくとも圧縮行程後半に気筒内
に旋回流による乱れが存在すると、点火プラグ近傍の可
燃混合気を点火以前に分散させる可能性が高く、成層燃
焼には好ましくない。
【００１０】従って、本発明の目的は、成層燃焼と均質
燃焼とを切り換えて実施する筒内噴射式火花点火内燃機
関において、成層燃焼に際して圧縮行程後半の気筒内の
乱れを防止すると共に、均質燃焼時には吸気行程で十分
に燃料を攪拌して気筒内に良好な均質混合気を形成する
ことである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明による請求項１に
記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、点火プラグと、
気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁とを具備し
て圧縮行程燃料噴射による成層燃焼と吸気行程燃料噴射
による均質燃焼とを実施する筒内噴射式火花点火内燃機
関において、前記成層燃焼時には吸気行程で気筒内に形
成されるタンブル流を前記均質燃焼時に比較して弱くす
ることを可能とするタンブル流強弱可変手段を具備する
ことを特徴とする。
【００１２】また、本発明による請求項２に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射
式火花点火内燃機関において、前記タンブル流強弱可変
手段は、吸気弁のリフト量可変機構を有し、前記成層燃
焼時には前記均質燃焼時に比較して前記吸気弁のリフト
量を減少させることを特徴とする。
【００１３】また、本発明による請求項３に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射
式火花点火内燃機関において、前記タンブル流強弱可変
手段は、吸気ポート内の吸気制御弁を有し、前記成層燃
焼時には前記均質燃焼時に比較して前記吸気制御弁の開
度を減少させることを特徴とする。
【００１４】また、本発明による請求項４に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射
式火花点火内燃機関において、前記タンブル流強弱可変
手段は、吸気ポート内を通過する吸気を排気ポート隣接
側に偏向するために吸気ポート内の気筒内開口近傍に設
けられた可動偏向板を有し、前記成層燃焼時には前記均
質燃焼時に比較して前記可動偏向板により前記吸気の偏
向度合いを減少させることを特徴とする。
【００１５】また、本発明による請求項５に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射
式火花点火内燃機関において、前記タンブル流強弱可変
手段は、吸気ポート内へ流入する吸気圧力を変化させる
ための吸気圧可変機構を有し、前記成層燃焼時には前記
均質燃焼時に比較して前記吸気圧可変機構により少なく
とも吸気弁のリフト後半において前記吸気圧力を減少さ
せることを特徴とする。
【００１６】また、本発明による請求項６に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、請求項５に記載の筒内噴射
式火花点火内燃機関において、前記タンブル流強弱可変
手段は、前記成層燃焼時には前記均質燃焼時に比較して
前記吸気圧可変機構により少なくとも前記吸気弁のリフ
ト前半において前記吸気圧力を増加させることを特徴と
する。
【００１７】また、本発明による請求項７に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、点火プラグと、気筒内へ直
接的に燃料を噴射する燃料噴射弁とを具備して圧縮行程
燃料噴射による成層燃焼と吸気行程燃料噴射による均質
燃焼とを実施する筒内噴射式火花点火内燃機関におい
て、前記均質燃焼時には吸気行程初期に燃料が噴射さ
れ、吸気行程初期にだけ強い筒内流動を形成するための
筒内流動形成手段を具備することを特徴とする。
【００１８】また、本発明による請求項８に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、請求項７に記載の筒内噴射
式火花点火内燃機関において、前記筒内流動形成手段
は、吸気ポート気筒内開口回りの一部分に形成されたマ
スク壁を有し、前記吸気行程初期においては前記吸気ポ
ート気筒内開口回りの前記マスク壁が形成されていない
部分からのみ気筒内へ吸気を導入することを特徴とす
る。
【００１９】また、本発明による請求項９に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、請求項８に記載の筒内噴射
式火花点火内燃機関において、前記マスク壁は、前記吸
気ポート気筒内開口回りの排気ポート隣接側に設けられ
ていることを特徴とする。
【００２０】また、本発明による請求項１０に記載の筒
内噴射式火花点火内燃機関は、請求項８に記載の筒内噴
射式火花点火内燃機関において、前記マスク壁は、前記
吸気ポート気筒内開口回りの排気ポート反対側に設けら
れていることを特徴とする。
【００２１】また、本発明による請求項１１に記載の筒
内噴射式火花点火内燃機関は、請求項８から１０のいず
れかに記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前
記筒内噴射式火花点火内燃機関は、ピストン下降のため
のクランク角度範囲をピストン上昇のためのクランク角
度範囲より小さく設定したオフセットクランク機構を有
することを特徴とする。
【００２２】また、本発明による請求項１２に記載の筒
内噴射式火花点火内燃機関は、請求項７に記載の筒内噴
射式火花点火内燃機関において、前記筒内流動形成手段
は、隣接する二つの吸気ポートであり、前記二つの吸気
ポートが、互いに逆方向の旋回力を吸気に付与するヘリ
カルポートとされていることを特徴とする。
【００２３】また、本発明による請求項１３に記載の筒
内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１２に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関において、前記二つの吸気ポー
トは、それぞれ、吸気に旋回力を付与するための旋回力
付与部分を吸気弁直上流側に有し、前記旋回力付与部分
を除いて前記二つの吸気ポートの間には隔壁が設けられ
ていないことを特徴とする。
【００２４】また、本発明による請求項１４に記載の筒
内噴射式火花点火内燃機関は、請求項７に記載の筒内噴
射式火花点火内燃機関において、前記筒内流動形成手段
は、吸気ポートから気筒内へ導入される吸気に略吸気ポ
ート軸線回りの旋回力を付与するために吸気弁の傘裏に
形成されたフィンであることを特徴とする。
【００２５】また、本発明による請求項１５に記載の筒
内噴射式火花点火内燃機関は、請求項７に記載の筒内噴
射式火花点火内燃機関において、前記筒内流動形成手段
は、吸気ポートから気筒内へ導入される吸気に略吸気ポ
ート軸線回りの旋回力を付与するために前記吸気ポート
の内壁に形成されたフィンであることを特徴とする。
【００２６】また、本発明による請求項１６に記載の筒
内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１４又は１５に記
載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、隣接する少
なくとも二つの前記吸気ポートが設けられていることを
特徴とする。
【００２７】また、本発明による請求項１７に記載の筒
内噴射式火花点火内燃機関は、請求項７から１６のいず
れかに記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前
記筒内流動形成手段は、前記吸気弁の開弁時期を可変と
する開弁時期可変機構を有し、前記均質燃焼時には前記
成層燃焼時に比較して前記吸気弁の開弁時期を遅角する
ことを特徴とする。
【００２８】また、本発明による請求項１８に記載の筒
内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１から１７に記載
の筒内噴射式火花点火内燃機関において、ピストン頂面
にはキャビティが形成され、前記キャビティは、底壁と
前記燃料噴射弁に対向する対向側壁とを有し、前記成層
燃焼時には、前記燃料噴射弁から噴射された燃料を前記
キャビティの前記底壁上を進行させて前記対向側壁によ
って前記点火プラグ近傍に導くようになっていることを
特徴とする。
【００２９】また、本発明による請求項１９に記載の筒
内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１から１８に記載
の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記燃料噴射
弁は、燃料を厚さの薄い略扇状に噴射することを特徴と
する。
【００３０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による筒内噴射式
火花点火内燃機関の第一実施形態を示す概略縦断面図で
ある。同図において、１は吸気ポート、２は排気ポート
である。吸気ポート１は吸気弁３を介して、排気ポート
２は排気弁４を介して、それぞれ気筒内へ通じている。
５はピストンであり、６は気筒上部略中心に配置された
点火プラグであり、７は気筒上部周囲から気筒内へ直接
的に燃料を噴射する燃料噴射弁である。燃料噴射弁７
は、燃料のベーパを防止するために、燃焼室内において
吸気流により比較的低温度となる吸気ポート１側に配置
されている。
【００３１】図２はピストン５の平面図である。図１及
び２に示すように、ピストン５頂面には、凹状のキャビ
ティ８が形成されている。キャビティ８は、ピストン５
頂面の燃料噴射弁７側に偏在している。燃料噴射弁７
は、スリット状の噴孔を有し、燃料を厚さの薄い扇状に
噴射するものである。成層燃焼を実施するためには、図
１及び２に示すように、圧縮行程末期において燃料をピ
ストン５頂面に形成されたキャビティ８内へ噴射する。
斜線で示す噴射直後の燃料は液状であるが、キャビティ
８の底壁８ａに沿って進行してキャビティ８の燃料噴射
弁対向側壁８ｂによって点火プラグ６近傍に導かれるま
でに気化し、点火時点においては、ドットで示す着火性
の良好な可燃混合気となる。こうして、点火プラグ６近
傍にだけに可燃混合気を形成することにより、気筒内全
体としてはリーンな混合気を燃焼可能とする成層燃焼を
実現することが意図されている。
【００３２】厚さの薄い扇状の燃料噴霧は、キャビティ
８の底壁８ａに沿って進行する際に幅方向に拡がるため
に、キャビティ８の底壁８ａの広範囲部分から良好に熱
を吸収することができる。キャビティ８の底壁８ａ上を
幅方向に拡がった燃料において、燃料中央部は、キャビ
ティ８の燃料噴射弁に対向する対向側壁８ｂによって上
方向へ向かう速度成分が付与され点火プラグ６近傍へ向
かい、燃料両側部は、ピストン平面視において円弧状と
されたキャビティ８の対向側壁８ｂに対してそれぞれ鋭
角に衝突して、上方向へ向かう速度成分が付与されると
共に中央方向へ向かう速度成分も付与され、点火プラグ
６近傍へ向かう。こうして、厚さの薄い扇状の燃料噴霧
は、従来の円錐状の燃料噴霧に比較して、点火プラグ６
近傍に気化程度の良好な可燃混合気を形成することがで
きる。それにより、成層燃焼時の燃料噴射量を増加させ
ることが可能となり、燃料消費率の低い成層燃焼を高負
荷側へ拡大することができる。しかしながら、本発明
は、このような扇状の燃料噴霧を実現する燃料噴射弁を
必須の構成要素として有するものではなく、円錐状又は
柱状等の燃料噴霧を実現する燃料噴射弁も使用可能であ
る。
【００３３】扇状の燃料噴霧によっても、機関高負荷時
となって多量の燃料が必要とされる時には、圧縮行程末
期だけで燃料を噴射することが難しくなり、吸気行程で
燃料を噴射して均質燃焼が実施される。
【００３４】良好な成層燃焼を実現するためには、点火
時点において、点火プラグ６近傍に可燃混合気を維持す
ることが必要である。一般的に、吸気行程において吸気
弁３が開弁されると、吸気は吸気ポート１の気筒内開口
周囲全体から気筒内へ導入され、気筒内には、全体的に
シリンダボア排気ポート側を下降してシリンダボア吸気
ポート側を上昇する正タンブル流が形成される。この正
タンブル流は、気筒上部への吸気ポート１の接続方向及
び吸気ポート１形状等によって強めることも弱めること
も可能であるが、常に強くすると、圧縮行程後半におい
ても気筒内に持続され気筒内に乱れを発生させるため
に、成層燃焼時において点火プラグ６近傍に形成した可
燃混合気を着火以前に分散させ、良好な成層燃焼の実現
が困難となる。また、常に弱くすると、均質燃焼時にお
いて吸気行程で噴射される燃料を十分に攪拌させること
ができず、良好な均質燃焼の実現が困難となる。
【００３５】この問題を解決するために、本実施形態で
は、吸気弁３及び排気弁４を駆動するために、一般的な
カムではなく、電磁式又は油圧式のアクチュエータ１
０，１１が使用されている。このようなアクチュエータ
１０，１１は、作動ストロークを容易に変化させること
ができる。本実施形態において、特に、吸気弁３のアク
チュエータ１０は、図３に一点鎖線で示すように、吸気
弁３の大きなリフト量を実現する第一作動位置と、これ
に対して図３に実線で示すように、吸気弁３の小さなリ
フト量を実現する第二作動位置との少なくとも二段階の
作動が可能となっている。
【００３６】本実施形態において、均質燃焼時には、ア
クチュエータ１０を第一作動位置として吸気弁３を大き
なリフト量で開弁させ、この時に、気筒内には強い正タ
ンブル流が形成されるように吸気ポート１の形状及び気
筒上部への接続方向が選択されている。こうして、均質
燃焼時には、強い正タンブル流によって吸気行程で噴射
された燃料は十分に攪拌され、点火時点においては、気
筒内に十分に均一化された均質混合気が形成されるため
に、良好な均質燃焼が実現可能である。この強い正タン
ブル流は、前述したように、圧縮行程後半においても持
続して気筒内に乱れを発生させ、この乱れは、均質燃焼
における燃焼速度を増加させるために、さらに均一燃焼
を良好なものとすることができる。
【００３７】一方、成層燃焼時には、アクチュエータ１
９を第二作動位置として吸気弁３を小さなリフト量で開
弁させるようになっている。それにより、吸気導入に際
して吸入空気量はかなり低減するために、気筒内には弱
いタンブル流しか形成されない。こうして、弱いタンブ
ル流は少なくとも圧縮行程前半には消滅し、圧縮行程後
半には気筒内の乱れが発生しないために、点火プラグ６
近傍に形成された可燃混合気が点火以前に分散させられ
ることはなく、良好な成層燃焼が実現可能である。
【００３８】図４は、本発明による筒内噴射式火花点火
内燃機関の第二実施形態を示す概略縦断面図である。同
図において、前述した実施形態と比較して同じ参照番号
は同じ構成要素を示している。本実施形態では、吸気ポ
ート１内に吸気制御弁２０が配置されている。
【００３９】本実施形態において、均質燃焼時には、吸
気制御弁２０を一点鎖線で示すように全開とし、この時
に、全体気筒内には強い正タンブル流が形成されるよう
に吸気ポート１の形状及び気筒上部への接続方向が選択
されている。こうして、均質燃焼時には、強い正タンブ
ル流によって吸気行程で噴射された燃料は十分に攪拌さ
れ、点火時点においては、気筒内に十分に均一化された
均質混合気が形成されるために、良好な均質燃焼が実現
可能である。この強い正タンブル流は、前述したよう
に、圧縮行程後半においても持続して気筒内に乱れを発
生させ、この乱れは、均質燃焼における燃焼速度を増加
させるために、さらに均一燃焼を良好なものとする。
【００４０】一方、成層燃焼時には、吸気制御弁２０の
開度は、実線で示すように、均質燃焼時に比較して小さ
くされる。それにより、吸気導入に際して吸入空気量は
かなり低減するために、気筒内には弱いタンブル流しか
形成されない。こうして、弱いタンブル流は少なくとも
圧縮行程前半には消滅し、圧縮行程後半には気筒内の乱
れが発生しないために、点火プラグ６近傍に形成された
可燃混合気が点火以前に分散させられることはなく、良
好な成層燃焼が実現可能である。
【００４１】図５は、本発明による筒内噴射式火花点火
内燃機関の第三実施形態を示す概略縦断面図である。同
図において、前述した実施形態と比較して同じ参照番号
は同じ構成要素を示している。本実施形態では、吸気ポ
ート１内の気筒内開口近傍における排気ポート２反対側
には、可動偏向板２１が配置されている。この可動偏向
板２１は、吸気ポート１内へ突出して作動軸２１ａ回り
に回動可能となっており、吸気ポート１の気筒内開口近
傍における横断面図である図６（Ａ）に示すように、吸
気ポート内を通過する吸気を排気ポート隣接側へ偏向す
るように吸気に対する対向面積を大きくする第一位置
と、同様な図６（Ｂ）に示すように、吸気ポート内を通
過する吸気を排気ポート隣接側へ偏向しないように吸気
に対する対向面積を小さくする第二位置との少なくとも
二段階の作動が可能となっている。このような可動偏向
板２０の回動には、スロットル弁下流側の吸気負圧を利
用する負圧アクチュエータ又はステップモータ等が使用
可能である。
【００４２】本実施形態において、成層燃焼時には、可
動偏向板２１を図６（Ｂ）に示す第二位置とする。この
時に、全体気筒内には弱い正タンブル流が形成されるよ
うに吸気ポート１の形状及び気筒上部への接続方向が選
択されている。こうして形成される弱いタンブル流は少
なくとも圧縮行程前半には消滅し、圧縮行程後半には気
筒内の乱れが発生しないために、点火プラグ６近傍に形
成された可燃混合気が点火以前に分散させられることは
なく、良好な成層燃焼が実現可能である。
【００４３】この成層燃焼時には、吸気ポート１内を通
過する吸気は排気ポート隣接側へ偏向されることなく、
吸気は吸気ポート１の気筒内開口周囲全体から気筒内へ
導入されるために、全ての吸気が正タンブル流を形成す
るように機能するのではなく、図５に白抜き矢印で示す
ように、吸気の一部Ｂは、シリンダボアボア吸気ポート
側を下降してシリンダボアボア排気ポート側を上昇する
逆タンブル流を形成しようとする。しかしながら、吸気
の主流Ａは、気筒内に正タンブル流を形成するものであ
り、気筒内には結果的に正タンブル流が形成されること
となる。
【００４４】一方、均質燃焼時には、可動偏向板２１を
図６（Ａ）に示す第一位置とする。それにより、吸気ポ
ート１内を通過する吸気は排気ポート隣接側へ偏向され
て気筒内へ導入される。それにより、全ての吸気は主流
Ａとなって気筒内に正タンブルを形成するように機能す
るために、気筒内に形成される正タンブル流を成層燃焼
時に比較して強くすることができる。こうして、均質燃
焼時には、強い正タンブル流によって吸気行程で噴射さ
れた燃料は十分に攪拌され、点火時点においては、気筒
内に十分に均一化された均質混合気が形成されるため
に、良好な均質燃焼が実現可能である。この強い正タン
ブル流は、前述したように、圧縮行程後半においても持
続して気筒内に乱れを発生させ、この乱れは、均質燃焼
における燃焼速度を増加させるために、さらに均一燃焼
を良好なものとする。本実施形態において、可動偏向板
２１は回動するものとしたが、もちろん、直線動作させ
るようにしても良い。
【００４５】図７は、本発明による筒内噴射式火花点火
内燃機関の第四実施形態を示す全体構成図である。同図
において、１００は前述同様な内部構造の気筒を四つ有
する機関本体であり、１０１は吸気系であり、１０２は
排気系である。排気系１０２は、各気筒から排出された
排気ガスを排気集合部を介して大気中へ放出するように
なっている。一方、吸気系１０１は、サージタンク２０
１と、サージタンク２０１の上流側の吸気通路３０１
と、サージタンク２０１と各気筒とを連通する吸気ポー
ト４０１とを有している。
【００４６】サージタンク２０１には、サージタンク２
０１内の吸気圧力を増減するためにスピーカ２０２が配
置されている。スピーカ２０２は、金属等の比較的強い
強度を有する材料から形成された振動板２０２ａと、振
動板２０２ａを加振するための加振器２０２ｂとを有し
ている。１０３は、スピーカ２０２へ加振信号を提供す
るための制御装置であり、サージタンク２０１内の吸気
圧力を検出するための圧力センサ２０３が接続されてい
る。図８は、吸気弁のリフト量に対する気筒内に発生す
る気流の強さを示すグラフである。このグラフに示すよ
うに、吸気弁のリフト量が大きくなるほど気筒内に形成
される気流が強くなることが判る。
【００４７】本実施形態では、成層燃焼時において、少
なくともリフト量が大きくなる吸気弁のリフト後半にス
ピーカ２０２によってサージタンク２０１の容積を増大
させてサージタンク２０２内の吸気圧力を減少するよう
になっている。それにより、吸気弁のリフト後半に気筒
内に発生する気流を弱くして、気筒内に弱いタンブル流
を形成する。こうして形成される弱いタンブル流は少な
くとも圧縮行程前半には消滅し、圧縮行程後半には気筒
内の乱れが発生しないために、点火プラグ近傍に形成さ
れた可燃混合気が点火以前に分散させられることはな
く、良好な成層燃焼が実現可能である。
【００４８】各気筒毎にサージタンクのような容積部を
有し、各容積部にスピーカ２０２のような吸気圧可変手
段が設けられている場合には、もちろん、各気筒の吸気
行程全体に渡り対応するスピーカによって対応する容積
部の容積を増大させ、気筒内に形成されるタンブル流を
さらに弱くすることも可能である。この場合には、各気
筒の次回の吸気行程に備えて、それまでにスピーカによ
って容積室の容積を基に戻せば良い。しかしながら、本
実施形態のように、各気筒共通の容積部であるサージタ
ンク２０１に吸気圧可変手段が設けられている場合に
は、次に吸気行程を迎える気筒に備えて、吸気行程終了
直前又は直後にサージタンク２０１の容積を戻す必要が
ある。こうして、各気筒の吸気行程において、主に吸気
弁のリフト後半だけにサージタンク２０１内の吸気圧力
が減少させられる。
【００４９】また、こうして、吸気圧力が減少させられ
ると、気筒内へ導入される吸気量が減少することとなる
ために、これを防止するために、図９に示すように、気
筒内に強い気流が発生し難い吸気弁のリフト前半には、
スピーカ２０２によって逆にサージタンク２０１の容積
を減少させて吸気圧力を増加させるようにしても良い。
【００５０】一方、均質燃焼時には、逆に、少なくとも
リフト量が大きくなる吸気弁のリフト後半にスピーカ２
０２によってサージタンク２０１の容積を減少させてサ
ージタンク２０２内の吸気圧力を増加するようになって
いる。それにより、吸気弁のリフト後半に気筒内に発生
する気流をさらに強くして、気筒内に強いタンブル流を
形成する。こうして形成される強い正タンブル流は、吸
気行程で噴射された燃料を十分に攪拌し、点火時点にお
いて、気筒内に十分に均一化された均質混合気が形成さ
れるために、良好な均質燃焼が実現可能である。この強
い正タンブル流は、前述同様に、圧縮行程後半において
も持続して気筒内に乱れを発生させ、この乱れは、均質
燃焼における燃焼速度を増加させるために、さらに均一
燃焼を良好なものとする。
【００５１】成層燃焼時で説明したと同様に、各気筒毎
に容積部を有して各容積部にスピーカ２０２のような吸
気圧可変手段が設けられている場合には、もちろん、各
気筒の吸気行程全体に渡り対応するスピーカによって対
応する容積部の容積を減少させ、気筒内に形成されるタ
ンブル流をさらに強くすることも可能である。この場合
には、各気筒の次回の吸気行程に備えて、それまでにス
ピーカによって容積室の容積を基に戻せば良い。しかし
ながら、本実施形態のように、各気筒共通の容積部であ
るサージタンク２０１に吸気圧可変手段が設けられてい
る場合には、次に吸気行程を迎える気筒に備えて、吸気
行程終了直前又は直後にサージタンク２０１の容積を戻
す必要がある。こうして、図１０に示すように、各気筒
の吸気行程において、主に吸気弁のリフト後半だけにサ
ージタンク２０１内の吸気圧力が増加させられる。
【００５２】図１１は、本発明による筒内噴射式火花点
火内燃機関の第五実施形態を示す概略縦断面図であり、
図１２は、この第五実施形態の気筒上部の平面図であ
る。これらの図において、前述した実施形態と比較して
同じ参照番号は同じ構成要素を示している。本実施形態
では、吸気弁３及び排気弁４は、一般的な内燃機関のよ
うにカムによって駆動され、大きなリフト量が実現され
る。但し、シリンダヘッドにおいて、吸気ポート１の気
筒内開口回りにおける排気ポート隣接側には、下方向に
突出するマスク壁９が形成されており、図１１に示すよ
うに、このマスク壁９によって、吸気弁３の開弁初期、
すなわち、吸気行程初期においてだけ吸気弁１は部分的
に取り囲まれるようになっている。
【００５３】このようなマスク壁９が形成されていない
場合には、吸気弁１の開弁によって、吸気は吸気ポート
１の気筒内開口周囲全体から気筒内へ導入される。この
時、前述したように、全ての吸気が正タンブル流を形成
するように機能するのではなく、吸気の一部は、シリン
ダボアボア吸気ポート側を下降してシリンダボアボア排
気ポート側を上昇する逆タンブル流を形成しようとする
が、吸気の主流は、気筒内に正タンブル流を形成するも
のであり、気筒内には結果的に正タンブル流が形成され
る。
【００５４】本実施形態において、吸気弁１の開弁初期
には、マスク壁９によって、図１１に白抜き矢印で示す
ように、逆タンブル流を形成する気流のみが発生し、こ
の気流が主流となるために、この時に気筒内に形成され
る逆タンブル流は比較的強いものとなる。しかしなが
ら、吸気弁１がマスク壁９を越えて開弁されれば、前述
のように正タンブル流を形成する主流が発生し、気筒内
には正タンブル流が形成されるために、吸気弁１の開弁
初期に形成された逆タンブル流は、この正タンブル流と
衝突していずれも減衰して少なくとも圧縮行程前半には
消滅し、圧縮行程後半には気筒内の乱れが発生しないた
めに、点火プラグ６近傍に形成された可燃混合気が点火
以前に分散させられることはなく、良好な成層燃焼が実
現可能である。
【００５５】また、均質燃焼時には、吸気行程初期に燃
料を噴射するようになっており、それにより、噴射され
た燃料は、この時に気筒内に形成されている強い逆タン
ブル流によって十分に攪拌される。こうして、点火時点
において、気筒内に十分に均質化された混合気を形成し
て良好な均質燃焼を実現することができる。
【００５６】また、均質燃焼時において、吸気行程初期
から燃料噴射を開始すると、一部の燃料は、成層燃焼時
と同様に、ピストン頂面に形成されたキャビティ８内に
侵入して、キャビティ８の底壁８ａと燃料噴射弁対向側
壁８ｂとの境界部分に液状燃料として溜まることがあ
る。この液状燃料は、点火までに気化せずにスモークの
発生要因となる。本実施形態においては、吸気行程初期
にマスク壁９によって発生する逆タンブル流が、図１１
に示すように、キャビティ８内に進入して、キャビティ
８内の液状燃料をキャビティ８外へ排出させるように機
能し、スモークの発生を確実に防止することができる。
【００５７】図１３は、本発明による筒内噴射式火花点
火内燃機関の第六実施形態を示す概略縦断面図であり、
図１４は、この第六実施形態の気筒上部の平面図であ
る。第五実施形態との違いについてのみ以下に説明す
る。本実施形態では、シリンダヘッドにおいて、吸気ポ
ート１の気筒内開口回りにおける排気ポート反対側に、
下方向に突出するマスク壁９’が形成されており、図１
３に示すように、このマスク壁９’によって、吸気弁３
の開弁初期、すなわち、吸気行程初期においてだけ吸気
弁１は部分的に取り囲まれるようになっている。
【００５８】本実施形態において、吸気弁１が全開され
ると、吸気は吸気ポート気筒内開口周囲の全体から気筒
内へ導入され、前述したように、吸気の一部は逆タンブ
ル流を形成しようとするが、吸気の多くは正タンブル流
を形成する主流を成すために、こうして、結果的には、
気筒内に正タンブル流が形成される。本実施形態は、こ
の時に形成される正タンブル流を弱くするように、吸気
ポート１の形状及び気筒上部への接続方向が選択されて
いる。それにより、この正タンブル流は圧縮行程後半ま
でには消滅する。
【００５９】一方、吸気弁１の開弁初期には、マスク壁
９によって、図１３に白抜き矢印で示すように、全ての
吸気によって正タンブル流が形成されるために、この正
タンブル流は比較的強いものとなる。こうして、吸気行
程初期には、比較的強い正タンブル流が形成されるが、
この正タンブル流は、圧縮行程後半までの比較的長い時
間によって十分に消滅させることが可能であり、圧縮行
程後半には気筒内の乱れが発生しないために、点火プラ
グ６近傍に形成された可燃混合気が点火以前に分散させ
られることはなく、良好な成層燃焼が実現可能である。
【００６０】また、均質燃焼時には、吸気行程初期に燃
料を噴射するようになっており、それにより、噴射され
た燃料は、この時に気筒内に形成されている強い正タン
ブル流によって十分に攪拌される。こうして、点火時点
において、気筒内に十分に均質化された混合気を形成し
て良好な均質燃焼を実現することができる。
【００６１】図１３は、本発明による筒内噴射式火花点
火内燃機関の第七実施形態を示す図１２及び１４に相当
する気筒上部の平面図である。本実施形態では、マスク
壁９”は、吸気ポート１の気筒内開口回りにおける排気
ポート隣接側と排気ポート反対側とのそれぞれ略半分を
取り囲むように形成されている。それにより、吸気弁３
の開弁初期には、正タンブル流に略直交する強いタンブ
ル流が形成され、その後に弱い正タンブル流が形成され
る。こうして、第六実施形態と同様に、これらのタンブ
ル流は圧縮行程後半までに消滅し、良好な成層燃焼が実
現される。一方、均質燃焼時には、吸気行程初期の強い
タンブル流によって噴射された燃料を十分に攪拌させ、
良好な均質燃焼を実現することができる。本実施形態の
ように、二つの吸気ポートが形成される場合には、各マ
クス壁９”は、吸気行程初期に気筒内に強いタンブルを
維持するために、この時のタンブルが互いに衝突しない
ように同一向きとすることが好ましい。
【００６２】このように、第五、第六、及び第七実施形
態のように、吸気ポートの気筒内開口回りの一部分にマ
スク壁を形成すれば、吸気行程初期にだけ強い筒内流動
が形成され、この時に燃料を噴射することで、良好な均
質燃焼が実現可能となる。また、この強い筒内流動は圧
縮行程後半までの比較的長い時間によって十分に消滅可
能であり、成層燃焼に悪影響を及ぼすことはない。
【００６３】図１６は、クランク角度に対する吸気弁３
のリフト量とピストン速度との関係を示すグラフであ
る。吸気弁３は、一般的に、バルブオーバーラップのた
めに、実線で示すように、上死点（ＴＤＣ）以前に、す
なわち、ピストン上昇中に開弁開始される。前述した第
五、第六、及び第七実施形態において、機関高負荷時等
に均質燃焼が実施される場合には、前述したように、吸
気弁３の開弁初期、すなわち、吸気行程初期に燃料噴射
を開始して、この時に気筒内に形成される強い気流によ
って燃料を十分に攪拌するようになっている。しかしな
がら、図１６に点線で示すように、均質燃焼時におい
て、可変バルブタイミング機構を使用して吸気弁３の開
弁時期を遅角すれば、吸気弁３の開弁初期（斜線で示
す）、すなわち、吸気弁３の一部がマスク壁９，９’，
９”によって覆われている期間を、ピストン下降中にす
ることができ、この時に気筒内に形成される気流をさら
に強いものとすることができる。こうして、第五、第
六、及び第七実施形態における均質燃焼時に、噴射燃料
をさらに十分に攪拌させ、点火時点における混合気の均
質化が改善されるために、さらに良好な均質燃焼が実現
可能となる。
【００６４】図１７は、オフセットクランク機構を説明
する図である。同図に示すように、ピストンの軸線Ｊを
クランクシャフト中心Ｃに対して偏倚させることで、ピ
ストンストロークＬ２は、ピストンの軸線とクランクシ
ャフト中心とが一致する一点鎖線で示す場合のピストン
ストロークＬ１に比較して大きくなる。また、ピストン
上死点とピストン下死点との間のクランク角度範囲は１
８０°とはならず、図１７に矢印で示すように、クラン
クシャフトの回転方向を選択することで、一点鎖線で示
す通常の場合に比較して、ピストンの上昇速度は遅くな
るが、ピストンの下降速度を速めることが可能となる。
このようなオフセットクランク機構を使用すれば、前述
の第五、第六、及び第七実施形態における均質燃焼時
に、吸気弁３の開弁初期に気筒内に形成される気流はさ
らに強まり、この時に噴射される燃料をさらに十分に攪
拌させて点火時点における混合気の均質化を改善するこ
とができ、さらに良好な均質燃焼が実現可能となる。も
ちろん、第五、第六、及び第七実施形態において、この
オフセットクランク機構と前述の吸気弁の開弁時期の遅
角を同時に採用することも可能である。
【００６５】図１８は、本発明による筒内噴射式火花点
火内燃機関の第八実施形態を示す気筒上部の平面図であ
る。本実施形態において、前述した実施形態と比較して
同じ参照番号は同じ構成要素を示している。本実施形態
では、二つの吸気ポート１は、吸気弁３の直上流側部分
が吸気に旋回力を付与するように螺旋形状となっている
ヘリカルポートとされている。特に、二つの吸気ポート
１は、それぞれ吸気に外方向の互いに逆向きの旋回力を
付与するものである。それにより、吸気弁３の開弁時に
気筒内へ導入される吸気は、それぞれ、前述したように
正タンブル流を形成しようとするが、それと同時に、図
１８に矢印で示すように、外向きに横方向にも旋回しよ
うとして、結果的に斜めに旋回することとなる。
【００６６】こうして、二つの気流は、吸気行程初期に
は、気筒内に強い筒内流動を発生させ、均質燃焼時にお
いて、この時に燃料を噴射することで、十分に均一化さ
れた混合気が形成され、良好な均質燃焼を実現すること
ができる。また、これら二つの気流は、互いに衝突する
ために、吸気行程後半には減衰して、少なくとも圧縮行
程後半には消滅しており、気筒内の乱れを防止して良好
な成層燃焼を実現することができる。
【００６７】本実施形態において、二つの吸気ポート１
は、それぞれ吸気に外方向の旋回力を付与するものとし
たが、もちろん、吸気に内方向の互いに逆向きの旋回力
を付与するものとしても良い。このような構成によって
も、吸気弁３の開弁時において気筒内に形成される二つ
の気流は、斜めに旋回して、吸気行程初期には、気筒内
に強い筒内流動を形成するが、互いに衝突するために、
その後直ぐに減衰して圧縮行程後半には消滅させること
ができ、良好な均質燃焼及び良好な成層燃焼を実現する
ことができる。
【００６８】また、本実施形態において、二つの吸気ポ
ート１は、図１８に一点鎖線で示すように、吸気に旋回
力を付与するための吸気弁３の直上流側部分を除き、吸
気ポートの間の隔壁が設けられていない。それにより、
本実施形態の二つの吸気ポート１は、通常の二つのヘリ
カルポートに比較して通気抵抗が小さくなる。こうし
て、多量の燃料を必要とする機関高負荷時において均質
燃焼を実施する際に、吸気ポート１の吸気抵抗が小さく
されているために、多量の吸気を供給することができ、
この時の機関出力を向上することが可能となる。本実施
形態において、均質燃焼時に、吸気行程初期の筒内流動
を強くするために、前述したように、可変バルブタイミ
ング機構を使用して吸気弁の開弁時期を遅角するように
しても良い。
【００６９】図１９は、本発明による筒内噴射式火花点
火内燃機関の第九実施形態を示す概略断面図であり、図
２０は図１９の吸気弁傘裏を通る平面図である。これら
の図において、前述した実施形態と比較して同じ参照番
号は同じ構成要素を示している。本実施形態において、
吸気弁３の傘裏には、吸気ポート１から気筒内へ導入さ
れる吸気に略吸気ポート軸線回りの旋回力を与えるため
に、複数のフィン３ａが形成されている。これら複数の
フィン３ａは、吸気弁３の軸線に対して捩じれを有する
螺旋形状とされ、それにより、吸気ポート１から導入さ
れる吸気は、吸気ポート軸線回りを旋回する小さな旋回
流となり、強い正タンブル流が形成されることはない。
【００７０】この小さな旋回流は、気筒内を全体的に縦
方向に旋回するタンブル流とは異なり、圧縮行程後半ま
でには容易に消滅し、成層燃焼に悪影響を与えることは
ない。また、この小さな旋回流は、タンブル流のように
気筒内をシリンダボアに沿って旋回するものではなく、
直接的に気筒中心に作用するために、吸気行程初期に
は、強いタンブル流と同程度の気筒内全体における筒内
流動を形成可能であり、均質燃焼時においてこの時に噴
射された燃料を十分に攪拌することができ、良好な均質
燃焼を実現することができる。本実施形態において、均
質燃焼時に、吸気行程初期の筒内流動を強くするため
に、前述したように、可変バルブタイミング機構を使用
して吸気弁の開弁時期を遅角するようにしても良い。
【００７１】特に、吸気行程初期に噴射される燃料は、
成層燃焼時に圧縮行程末期に噴射される燃料と同様に、
気筒上部略中心に位置する点火プラグ６近傍に濃厚な混
合気を形成し易いが、小さな旋回流は、この混合気を良
好に分散させ、点火時点において気筒内に十分に均一化
された均質混合気を形成することができる。また、本実
施形態にように、小さな旋回流の旋回中心と気筒中心と
を偏心させるようにすれば、旋回流の流速の速い周囲部
を気筒中心に位置させることができ、濃厚な混合気をさ
らに良好に分散させることができる。
【００７２】さらに、本実施形態の小さな旋回流は、吸
気行程において、キャビティ８内に容易に進入すること
ができる。それにより、均質燃焼に際して、吸気行程初
期にキャビティ８内に噴射されてキャビティの壁面に付
着する燃料を気化させ易く、この付着燃料によって起因
する未燃ＨＣの排出量を大幅に低減することができる。
【００７３】また、本実施形態のように、隣接する二つ
の吸気ポート１が設けられている場合には、それぞれの
吸気ポート１の吸気弁３に同じ捩れ方向の螺旋状のフィ
ン３ａを形成し、それぞれに形成される旋回流を同じ旋
回方向としても良いが、図２０に示すように、二つの吸
気弁３の螺旋状のフィン３ａの捩じれ方向を互いに逆に
して、それぞれの旋回流の旋回方向を、矢印で示すよう
に気筒外側から内側へ向かうようにしても良い。それに
より、二つの旋回流の流速の速い周囲部が気筒中心に位
置して点火プラグ近傍の濃厚な混合気の良好な分散が実
現されると共に、二つの旋回流は互いに衝突して、それ
ぞれがさらに減衰し易くなり、成層燃焼時の可燃混合気
の分散をさらに確実に防止することができる。さらに、
二つの旋回流がキャビティ８内に進入するために、キャ
ビティ８内に付着する燃料の気化が一層促進され、未燃
ＨＣの排出量をさらに低減することができる。
【００７４】また、本実施形態の変形例として、図２０
と同様な平面図である図２１に示すように、二つの吸気
弁３の螺旋状のフィン３ａの捩じれ方向を互いに逆にし
て、それぞれの旋回流の旋回方向を、矢印で示すように
気筒内側から外側へ向かうようにしても、同様に二つの
旋回流の流速の速い周囲部が気筒中心に位置して濃厚な
混合気を良好に分散させることができ、また、同様にキ
ャビティ８内の付着燃料の気化も促進される。また、二
つの旋回流は気筒内壁に衝突して減衰し易くなり、成層
燃焼時の可燃混合気の分散をさらに確実に防止すること
ができる。
【００７５】また、吸気ポート軸線回りの旋回流を形成
するために、吸気弁の傘裏にフィンを形成することに代
えて、図２２に示すように、吸気ポート１の開口部周囲
に複数の螺旋状のフィン１ａを形成しても良い。
【００７６】前述した第一、第二、第三、及び第四実施
形態において、均質燃焼時には気筒内に強い正タンブル
を形成し、成層燃焼時には気筒内に弱い正タンブル流が
形成されるようにしたが、本発明は、成層燃焼時の全て
において、弱い正タンブル流を形成することを意図して
はいない。
【００７７】全ての実施形態のように、燃料噴射弁７が
吸気ポート側に配置され、ピストン５頂面に形成された
キャビティ８が吸気ポート側に偏在している場合には、
圧縮行程において、正タンブル流はキャビティ８内へは
流入し難く、ピストン頂面に沿って移動する。それによ
り、成層燃焼時において、圧縮行程後半に弱い正タンブ
ル流が形成されていると、この正タンブル流は、キャビ
ティ８内に噴射された燃料をキャビティ８内に留めるよ
うに機能する。
【００７８】通常の成層燃焼時には、点火時点におい
て、キャビティ８外に位置する点火プラグ６近傍に可燃
混合気を形成することにより、空気利用率の高い良好な
成層燃焼が意図されている。この時に、正タンブル流に
よって気筒内に乱れが発生していると、可燃混合気を分
散させることとなる。この一方で、高回転側で成層燃焼
を実施する場合には、ピストン５の上昇速度が速くなっ
て、キャビティ８内で気化して点火プラグ６へと上昇す
る可燃混合気の速度を上回り、可燃混合気がキャビティ
８外へと上昇できなくなるために、点火時点において、
点火プラグ６をキャビティ８内へ進入させるようになっ
ている。このような成層燃焼時においては、正タンブル
流によって気化燃料をキャビティ８内に留めた方が、可
燃混合気は一塊となり易く、良好な成層燃焼が実現され
る。それにより、前述した第一、第二、第三、及び第四
実施形態において、高回転側の成層燃焼時では、前述し
た均質燃焼時と成層燃焼時との中間強さの正タンブルを
形成するようにしても良い。
【００７９】また、前述した実施形態において、均質燃
焼時の吸気行程初期の筒内流動を強めるために、可変バ
ルブタイミング機構を使用して吸気弁の開弁時期を遅角
するようにしたが、高回転側の成層燃焼時にも、吸気弁
の開弁時期を遅角して、ある程度の強さの正タンブルを
気筒内に形成するようにしても良い。
【００８０】前述した実施形態の筒内噴射式火花点火内
燃機関において、ピストン頂面のキャビティは、燃料が
衝突する底壁と、底壁上を進行する燃料を点火プラグ近
傍に導く対向側壁とを形状的に区別可能なものである。
しかしながら、これは、本発明を限定するものではな
い。例えば、キャビティが略半球形状である場合のよう
に、底壁と対向側壁とが形状的には区別できなくても、
本発明においては、燃料が衝突する部分をキャビティを
底壁として、また、この底壁上を進行する燃料を点火プ
ラグ近傍に導く部分をキャビティの対向側壁として意図
していることは明らかである。
【００８１】また、ピストン頂面のキャビティは本発明
を限定するものではない。例えば、ピストン頂面にキャ
ビティを形成することなく、噴射燃料によって直接的に
点火プラグ近傍に可燃混合気を形成する筒内噴射式火花
点火内燃機関においても本発明は適用可能である。
【００８２】
【発明の効果】このように、本発明による筒内噴射式火
花点火内燃機関によれば、点火プラグと、気筒内へ直接
的に燃料を噴射する燃料噴射弁とを具備して圧縮行程燃
料噴射による成層燃焼と吸気行程燃料噴射による均質燃
焼とを実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、
成層燃焼時には吸気行程で気筒内に形成されるタンブル
流を均質燃焼時に比較して弱くすることを可能とするタ
ンブル流強弱可変手段を具備するために、均質燃焼時に
は強いタンブル流によって噴射燃料を十分に攪拌して気
筒内に良好な均質混合気を形成することができ、成層燃
焼時にはタンブルを弱めて圧縮行程後半までに消滅さ
せ、圧縮行程後半の気筒内の乱れを防止することができ
る。
【００８３】また、本発明によるもう一つの筒内噴射式
火花点火内燃機関によれば、点火プラグと、気筒内へ直
接的に燃料を噴射する燃料噴射弁とを具備して圧縮行程
燃料噴射による成層燃焼と吸気行程燃料噴射による均質
燃焼とを実施する筒内噴射式火花点火内燃機関におい
て、均質燃焼時には吸気行程初期に燃料が噴射され、吸
気行程初期にだけ強い筒内流動を形成するための筒内流
動形成手段を具備するために、均質燃焼時には、吸気行
程初期の強い筒内流動によって噴射された燃料を十分に
攪拌して気筒内に良好な均質混合気を形成することがで
き、この吸気行程初期の強い筒内流動は圧縮行程後半ま
での比較的長い時間によって消滅し、成層燃焼時におい
て圧縮行程後半の気筒内の乱れを防止することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第
一実施形態を示す概略気筒内縦断面図である。
【図２】第一実施形態におけるピストン頂面の平面図で
ある。
【図３】第一実施形態における吸気弁の動作を説明する
図である。
【図４】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第
二実施形態を示す概略気筒内縦断面図である。
【図５】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第
三実施形態を示す概略気筒内縦断面図である。
【図６】第三実施形態の吸気ポートの横断面図であり、
（Ａ）は可動偏向板の第一位置を示し、（Ｂ）は可動偏
向板の第二位置を示している。
【図７】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第
四実施形態を示す全体構成図である。
【図８】吸気弁のリフト量に対する気筒内に発生する気
流の強さを示すグラフである。
【図９】成層燃焼時のクランク角度に対するサージタン
ク内の吸気圧変化を示すグラフである。
【図１０】均質燃焼時のクランク角度に対するサージタ
ンク内の吸気圧変化を示すグラフである。
【図１１】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の
第五実施形態を示す概略気筒内縦断面図である。
【図１２】第五実施形態における気筒上部の平面図であ
る。
【図１３】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の
第六実施形態を示す概略気筒内縦断面図である。
【図１４】第六実施形態における気筒上部の平面図であ
る。
【図１５】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の
第六実施形態に示す気筒上部の平面図である。
【図１６】クランク角度に対する吸気弁のリフト量とピ
ストン速度との関係を示す図である。
【図１７】オフセットクランク機構を説明する図であ
る。
【図１８】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の
第七実施形態に示す気筒上部の平面図である。
【図１９】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の
第八実施形態を示す概略気筒内縦断面図である。
【図２０】第八実施形態における気筒上部の平面図であ
る。
【図２１】第八実施形態の変更例を示す気筒上部の平面
図である。
【図２２】旋回流を形成するためのフィンを吸気ポート
に配置した場合を示す吸気ポートの断面図である。
【符号の説明】
１…吸気ポート １ａ…フィン ２…排気ポート ３，３’…吸気弁 ３’ａ，３”ａ…フィン ４…排気弁 ５…ピストン ６…点火プラグ ７…燃料噴射弁 ８…キャビティ ８ａ…底壁 ８ｂ…燃料噴射弁対向側壁 ９，９’，９”…マスク壁 １０，１１…アクチュエータ ２０…吸気制御弁 ２１…偏向板 ２０１…サージタンク ２０２…スピーカ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/02 ３１０ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３１０Ａ 41/04 ３３５ 41/04 ３３５Ｃ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ａ (72)発明者 神田 睦美 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 柏倉 利美 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 奥村 猛 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 上田 建仁 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 梅花 豊一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G023 AA01 AB01 AC05 AD02 AD05 AD06 AD07 AG01 3G066 AA02 AA03 AA05 BA02 CC01 CC21 CC32 CC34 CC37 CC48 CE12 CE15 CE22 DA04 DC19 3G092 AA01 AA06 AA09 AA10 AA11 BB06 DA01 DA03 DC06 DF01 DG05 DG06 DG08 DG09 EA01 EA02 EA04 EA06 EA07 EA11 EA21 FA15 HA05X HA05Z 3G301 HA01 HA04 HA09 HA17 HA19 JA21 LA05 LA07 LB04 LC01 LC04 LC07 LC08 MA19 MA29 NE01 NE06 NE12 NE14 NE15 PA07A PA07Z

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 点火プラグと、気筒内へ直接的に燃料を
    噴射する燃料噴射弁とを具備して圧縮行程燃料噴射によ
    る成層燃焼と吸気行程燃料噴射による均質燃焼とを実施
    する筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記成層燃
    焼時には吸気行程で気筒内に形成されるタンブル流を前
    記均質燃焼時に比較して弱くすることを可能とするタン
    ブル流強弱可変手段を具備することを特徴とする筒内噴
    射式火花点火内燃機関。
  2. 【請求項２】 前記タンブル流強弱可変手段は、吸気弁
    のリフト量可変機構を有し、前記成層燃焼時には前記均
    質燃焼時に比較して前記吸気弁のリフト量を減少させる
    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
    内燃機関。
  3. 【請求項３】 前記タンブル流強弱可変手段は、吸気ポ
    ート内の吸気制御弁を有し、前記成層燃焼時には前記均
    質燃焼時に比較して前記吸気制御弁の開度を減少させる
    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
    内燃機関。
  4. 【請求項４】 前記タンブル流強弱可変手段は、吸気ポ
    ート内を通過する吸気を排気ポート隣接側に偏向するた
    めに吸気ポート内の気筒内開口近傍に設けられた可動偏
    向板を有し、前記成層燃焼時には前記均質燃焼時に比較
    して前記可動偏向板により前記吸気の偏向度合いを減少
    させることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火
    花点火内燃機関。
  5. 【請求項５】 前記タンブル流強弱可変手段は、吸気ポ
    ート内へ流入する吸気圧力を変化させるための吸気圧可
    変機構を有し、前記成層燃焼時には前記均質燃焼時に比
    較して前記吸気圧可変機構により少なくとも吸気弁のリ
    フト後半において前記吸気圧力を減少させることを特徴
    とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
  6. 【請求項６】 前記タンブル流強弱可変手段は、前記成
    層燃焼時には前記均質燃焼時に比較して前記吸気圧可変
    機構により少なくとも前記吸気弁のリフト前半において
    前記吸気圧力を増加させる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内燃機関。
  7. 【請求項７】 点火プラグと、気筒内へ直接的に燃料を
    噴射する燃料噴射弁とを具備して圧縮行程燃料噴射によ
    る成層燃焼と吸気行程燃料噴射による均質燃焼とを実施
    する筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記均質燃
    焼時には吸気行程初期に燃料が噴射され、吸気行程初期
    にだけ強い筒内流動を形成するための筒内流動形成手段
    を具備することを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機
    関。
  8. 【請求項８】 前記筒内流動形成手段は、吸気ポート気
    筒内開口回りの一部分に形成されたマスク壁を有し、前
    記吸気行程初期においては前記吸気ポート気筒内開口回
    りの前記マスク壁が形成されていない部分からのみ気筒
    内へ吸気を導入することを特徴とする請求項７に記載の
    筒内噴射式火花点火内燃機関。
  9. 【請求項９】 前記マスク壁は、前記吸気ポート気筒内
    開口回りの排気ポート隣接側に設けられていることを特
    徴とする請求項８に記載の筒内噴射式火花点火内燃機
    関。
  10. 【請求項１０】 前記マスク壁は、前記吸気ポート気筒
    内開口回りの排気ポート反対側に設けられていることを
    特徴とする請求項８に記載の筒内噴射式火花点火内燃機
    関。
  11. 【請求項１１】 前記筒内噴射式火花点火内燃機関は、
    ピストン下降のためのクランク角度範囲をピストン上昇
    のためのクランク角度範囲より小さく設定したオフセッ
    トクランク機構を有することを特徴とする請求項８から
    １０のいずれかに記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
  12. 【請求項１２】 前記筒内流動形成手段は、隣接する二
    つの吸気ポートであり、前記二つの吸気ポートが、互い
    に逆方向の旋回力を吸気に付与するヘリカルポートとさ
    れていることを特徴とする請求項７に記載の筒内噴射式
    火花点火内燃機関。
  13. 【請求項１３】 前記二つの吸気ポートは、それぞれ、
    吸気に旋回力を付与するための旋回力付与部分を吸気弁
    直上流側に有し、前記旋回力付与部分を除いて前記二つ
    の吸気ポートの間には隔壁が設けられていないことを特
    徴とする請求項１２に記載の筒内噴射式火花点火内燃機
    関。
  14. 【請求項１４】 前記筒内流動形成手段は、吸気ポート
    から気筒内へ導入される吸気に略吸気ポート軸線回りの
    旋回力を付与するために吸気弁の傘裏に形成されたフィ
    ンであることを特徴とする請求項７に記載の筒内噴射式
    火花点火内燃機関。
  15. 【請求項１５】 前記筒内流動形成手段は、吸気ポート
    から気筒内へ導入される吸気に略吸気ポート軸線回りの
    旋回力を付与するために前記吸気ポートの内壁に形成さ
    れたフィンであることを特徴とする請求項７に記載の筒
    内噴射式火花点火内燃機関。
  16. 【請求項１６】 隣接する少なくとも二つの前記吸気ポ
    ートが設けられていることを特徴とする請求項１４又は
    １５に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
  17. 【請求項１７】 前記筒内流動形成手段は、前記吸気弁
    の開弁時期を可変とする開弁時期可変機構を有し、前記
    均質燃焼時には前記成層燃焼時に比較して前記吸気弁の
    開弁時期を遅角することを特徴とする請求項７から１６
    のいずれかに記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
  18. 【請求項１８】 ピストン頂面にはキャビティが形成さ
    れ、前記キャビティは、底壁と前記燃料噴射弁に対向す
    る対向側壁とを有し、前記成層燃焼時には、前記燃料噴
    射弁から噴射された燃料を前記キャビティの前記底壁上
    を進行させて前記対向側壁によって前記点火プラグ近傍
    に導くようになっていることを特徴とする請求項１から
    １７に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
  19. 【請求項１９】 前記燃料噴射弁は、燃料を厚さの薄い
    略扇状に噴射することを特徴とする請求項１から１８に
    記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
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