JP2003106158A - 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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JP2003106158A
JP2003106158A JP2001301304A JP2001301304A JP2003106158A JP 2003106158 A JP2003106158 A JP 2003106158A JP 2001301304 A JP2001301304 A JP 2001301304A JP 2001301304 A JP2001301304 A JP 2001301304A JP 2003106158 A JP2003106158 A JP 2003106158A
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Japan
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cylinder
intake port
intake
wall side
combustion
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JP2001301304A
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Takahiro Kushibe
孝寛 櫛部
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/12—Other methods of operation
    • F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • 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
    • 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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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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、均質燃焼時には
吸気行程において気筒内に強いタンブル流を生成し、成
層燃焼時には気筒内にタンブル流が生成されないように
して、均質燃焼及び成層燃焼をいずれも確実に良好なも
のとすることである。 【解決手段】 吸気ポート１ａ内には可動偏向手段１０
が配置され、均質燃焼時には可動偏向手段を操作するこ
とによって吸気を偏向して吸気ポート１の上壁側に沿わ
せ、吸気が主に吸気ポートの気筒内開口における排気弁
側から気筒内へ供給されるようにし、成層燃焼時には可
動偏向手段を操作することによって吸気を偏向して吸気
ポートの下壁側に沿わせ、吸気が主に吸気ポートの気筒
内開口における反排気弁側から気筒内へ供給されるよう
にする。

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することにより、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
し、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改善に
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ければならず、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】このように、一般的な筒内噴射式火花点火
内燃機関では、成層燃焼と均質燃焼とが切り換えて実施
される。良好な均質燃焼を実現するためには、吸気行程
において気筒内に強いタンブル流を生成することが必要
である。強いタンブル流は、噴射燃料を十分に攪拌し、
気筒内に良好な均質混合気を形成することを可能とする
と共に、点火時点においてもタンブル流による乱れを気
筒内に持続させ、燃焼速度を速めることを可能とする。
【０００５】しかしながら、吸気行程において強いタン
ブル流を気筒内に生成して、点火まで気筒内に乱れを持
続させると、成層燃焼時において、この乱れが、点火プ
ラグ近傍への可燃混合気の形成を阻害したり、また、点
火プラグ近傍に形成された可燃混合気を点火以前に分散
させたりして、良好な成層燃焼を実現することができな
くなる。
【０００６】均質燃焼時において気筒内に強いタンブル
流を生成し、成層燃焼時において気筒内のタンブル流を
弱めることを可能とするために、特開２０００−３３７
１８０号公報には、吸気ポート内に偏向板を配置してこ
れを操作することが提案されている。
【０００７】成層燃焼時には、偏向板を無効とするよう
にし、吸気を吸気ポート内全体に沿わせて吸気ポートの
気筒内開口全体から気筒内へ供給されるようにすること
で、気筒内に強いタンブル流の生成を防止している。ま
た、均質燃焼時には、偏向板によって吸気を吸気ポート
の上壁側に沿わせ、吸気が主に吸気ポートの気筒内開口
における排気弁側から気筒内へ供給されるようにするこ
とで、気筒内に強いタンブルを生成している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】気筒内に生成されるタ
ンブル流は、吸気ポートの気筒内開口における排気弁側
から気筒内へ供給される吸気がシリンダボアの排気弁側
に沿って下降し、ピストン頂面を介してシリンダボアの
吸気弁側に沿って上昇することにより生成されるもので
ある。それにより、前述の従来技術のように、均質燃焼
時に吸気を吸気ポートの上壁側に沿わせることによって
気筒内には強いタンブル流を生成することができる。
【０００９】しかしながら、前述の従来技術において、
成層燃焼時には、吸気は吸気ポートの気筒内開口全体か
ら気筒内へ供給されるだけであり、気筒内開口における
排気弁側から気筒内へ供給される比較的多量の吸気が存
在するために、これが依然としてタンブル流を生成する
こととなる。もちろん、このタンブル流は、吸気ポート
の気筒内開口における反排気弁側から気筒内へ供給され
た吸気を巻き込んで旋回することとなるために、均質燃
焼時に比較すれば弱くなるが、圧縮行程後半においても
気筒内に乱れを持続させる可能性があり、この乱れが成
層燃焼のために噴射された燃料の指向性を弱めるように
作用するために点火プラグ近傍の可燃混合気の形成を困
難にする。
【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、均質燃焼時には吸気行程において気筒内に
強いタンブル流を生成し、成層燃焼時には気筒内にタン
ブル流が生成されないようにして、均質燃焼及び成層燃
焼をいずれも確実に良好なものとすることである。
【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、吸気ポート内には可動偏
向手段が配置され、前記均質燃焼時には前記可動偏向手
段を操作することによって吸気を偏向して前記吸気ポー
トの上壁側に沿わせ、吸気が主に前記吸気ポートの気筒
内開口における排気弁側から気筒内へ供給されるように
し、前記成層燃焼時には前記可動偏向手段を操作するこ
とによって吸気を偏向して前記吸気ポートの下壁側に沿
わせ、吸気が主に前記吸気ポートの気筒内開口における
反排気弁側から気筒内へ供給されるようにすることを特
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、前記可動偏向手段は、前
記均質燃焼時において前記吸気ポートの前記下壁側を閉
鎖すると共に前記上壁側を開放するものであり、多量の
吸気が必要となれば、前記下壁側及び前記上壁側の両方
の開放が可能であ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、前記可動偏向手段は、前
記均質燃焼時において前記吸気ポートの前記下壁側を閉
鎖すると共に前記上壁側を開放するものであり、必要空
気量が多くなるほど、前記下壁側を閉鎖したまま前記上
壁側の開口面積の増大が可能であることを特徴とする。
【００１４】
【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。
【００１５】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、圧縮行程後半において燃料をピ
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
弁に対向する対向側壁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。
【００１６】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の対向側壁８ｂによって上方向に向かう速度成分
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。
【００１７】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一塊の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。
【００１８】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。
【００１９】良好な均質燃焼を実現するためには、十分
に均質化された均質混合気を気筒内に形成することが必
要であり、そのためには、吸気行程において気筒内にタ
ンブル流を生成し、このタンブル流によって噴射燃料を
微粒化及び攪拌することが好ましい。図３は、本実施形
態の筒内噴射式火花点火内燃機関において均質燃焼を実
施するための吸気行程噴射を示している。
【００２０】図１及び３に示すように、一般的な吸気ポ
ート１は、気筒上部から反排気弁側に斜め上方向に延在
しているために、吸気ポート１を通過する吸気には、主
にシリンダボアの排気弁側に向かう速度成分が付与され
る。この速度成分が付与された吸気は気筒内へ供給され
る際に吸気ポート１の気筒内開口と吸気弁３との間の隙
間を通過する。
【００２１】この時、吸気ポート１の気筒内開口におけ
る排気弁側を介して気筒内へ供給される吸気は、あまり
偏向されないためにそれほど速度低下することはなく、
比較的速い速度でシリンダボアの排気弁側に向かい、図
３に実線の矢印で示すように、シリンダボアの排気弁側
を下降してピストン頂面を介してシリンダボアの吸気弁
側を上昇するタンブル流を生成しようとする。
【００２２】一方、吸気ポート１の気筒内開口における
反排気弁側を介して気筒内へ供給される吸気は、気筒内
開口と吸気弁３との間の隙間を通過する際に大きく偏向
されるために大幅に速度低下してシリンダボアの吸気弁
側に向けられ、気筒内をタンブル流とは反対方向に旋回
しようとする。
【００２３】こうして、吸気ポート１の気筒内開口全体
から吸気が気筒内へ供給されると、気筒内開口の排気弁
側を介して気筒内へ供給される吸気によってタンブル流
が生成されるが、このタンブル流は、気筒内開口の反排
気弁側を介して気筒内へ供給される吸気によってタンブ
ル流と反対方向に旋回しようとする緩やかな気流を巻き
込んで気筒内を旋回することとなるために比較的弱いも
のとなる。
【００２４】このような弱いタンブル流では、均質燃焼
時において吸気行程で噴射された燃料を十分に気化及び
攪拌することはできず、良好な均質燃焼を実現すること
はできない。
【００２５】また、成層燃焼時において、弱いタンブル
流でも気筒内に生成されていると、燃料噴射時期である
圧縮行程後半にも気筒内にはタンブル流による乱れが持
続し、この乱れが噴射燃料の指向性を弱めるように作用
するために、噴射燃料が前述したようにキャビティ８を
利用して点火プラグ６近傍に集合し難くなり、良好な成
層燃焼を実現することができない。
【００２６】このように、吸気行程で弱いタンブル流が
気筒内に生成されると、均質燃焼及び成層燃焼のいずれ
も良好とはならない。本実施形態は、図３に示すよう
に、吸気ポート１内に弁体１０を具備し、この弁体１０
を操作することにより均質燃焼時には気筒内に強いタン
ブル流を生成し、成層燃焼時には気筒内にタンブル流を
生成しないようにし、良好な均質燃焼及び良好な成層燃
焼をいずれも実現可能としている。
【００２７】シリンダヘッドには吸気ポート１の外部開
口を取り囲むようにして吸気ポート１の延長部分１ａを
形成するダクト１１が接続される。ダクト１１は、少な
くとも弁体１１が配置された下流部分において、下方向
に部分円柱形状に突出した部分を含めて、軸線に対して
垂直な矩形断面形状を有している。好ましくは、吸気ポ
ート１の外部開口もダクト１１の隣接する矩形断面形状
と同じ形状であり、吸気ポート１は上流部分において矩
形断面形状から円形断面形状へ徐々に断面形状が変化し
ている。しかしながら、シリンダヘッド内の吸気ポート
１は、全体的に円形断面形状を有していても良く、この
場合には、吸気ポート１の外部開口における円形断面形
状は、ダクト１１の隣接する矩形断面形状に対して内接
するようにされる。ダクト１１の上流側はサージタンク
に接続されている。
【００２８】ダクト１１の下流部分内は、部分円柱状の
突出部分を含めて軸線に沿って一様な幅を有している。
本実施形態において、図１及び図３の位置関係で部材の
上下を表現することとしており、例えば、気筒内の点火
プラグ側が上側となり、クランク（図示せず）側が下側
となる。吸気ポート１及び延長部分１ａは、軸線に対し
て垂直な断面で上下左右を表現することとし、図１及び
図３において斜めになっているために、厳密には斜め上
方向及びは斜め下方向との表現となるが、簡単のため
に、これらは上方向及び下方向と表現することとする。
前述したダクト１１の幅は上下方向に対して直交する左
右方向におけるものである。
【００２９】ダクト１１の下流部分内に配置された弁体
１０は、以下に説明するように、下流側部分を通過する
吸気を偏向するための可動偏向手段として機能する。こ
の弁体１０は、下流部分内の幅にほぼ等しい幅を有する
矩形状であり、幅方向に延在する回動軸１０ａを有して
いる。この回動軸１０ａは、突出部分の部分円柱形状に
おける中心に位置している。弁体１０の回動軸１０ａよ
り一方側の長さは、この部分円柱形状の半径にほぼ等し
く、それにより、所定回動範囲において、弁体１０は吸
気ポート延長部分１ａの下壁側（突出部分側）を閉鎖し
続けることができる。また、弁体１０の回動軸１０ａよ
り他方側の長さは、比較的短くされており、前述の回動
範囲において弁体１０の一方側部分によって吸気ポート
延長部１ａの下壁側は閉鎖されても、弁体１０の他方側
部分によっては吸気ポート延長部１ａの上壁側は閉鎖さ
れないようになっている。弁体１０は、ステップモータ
等の駆動装置によって任意の位置に回動可能とされてい
る。
【００３０】機関始動時には、確実な始動性を確保する
ために成層燃焼に比較して失火し難い均質燃焼が実施さ
れる。また、この時には、高い燃料噴射圧が必要な成層
燃焼のための圧縮行程噴射は困難でもある。一般的に、
機関始動時の均質燃焼においては、筒内温度が低く燃料
の気化が悪化するために、これを見越して燃料増量が実
施されるが、これは燃料消費率を悪化させるだけでな
く、未燃燃料を多量に排出することとなる。
【００３１】本実施形態では、この始動時の均質燃焼に
おいて、弁体１０を図３に実線で示す位置Ａとする。す
なわち、弁体１０を吸気ポート延長部１ａの軸線に対し
て垂直にする。それにより、弁体１０の一方側部分によ
って吸気ポート延長部１ａの下壁側は閉鎖されると共
に、弁体１０の他方側部分によって吸気ポート延長部１
ａの上壁側は最小限に開放される。こうして、吸気は、
図３に実線の矢印で示すように、吸気ポート延長部１ａ
の上側壁における最上部に沿ってだけ弁体１０を通過
し、吸気ポート１の上壁側における最上部に沿って気筒
内開口の排気弁側だけから気筒内へ供給される。
【００３２】それにより、吸気の全ては、殆ど偏向され
ることなく気筒内へ供給されるために、速度低下はな
く、非常に高速の吸気によって非常に強いタンブル流が
生成される。噴射燃料は、この非常に強いタンブル流に
よって十分に攪拌される。また、吸気ポート延長部は最
小限にしか開放されていないために、吸気行程末期にお
いて気筒内には高い負圧が発生し、この高い負圧によっ
て噴射燃料は非常に気化し易くなる。それにより、噴射
燃料の全てを気化させて強いタンブル流によって十分に
攪拌することができ、良好な均質混合気が形成されるた
めに、気筒内温度の低い機関始動時において、それほど
燃料を増量しなくても確実な着火性を確保して良好な均
質燃焼を実現することができる。この機関始動方式は、
筒内温度がさらに低い冷間始動時においても、同様に気
筒内負圧によって燃料気化が促進されるために有効であ
る。
【００３３】機関始動が完了して、燃料ポンプが良好に
作動して燃料噴射圧が確保され、また、機関排気系の触
媒装置等の暖機が完了すれば、機関運転状態に応じて成
層燃焼と均質燃焼とが切り換えられるようになる。図４
は、この切り換えを示すマップであり、低負荷側領域Ｉ
においては成層燃焼が実施される。高負荷側領域II及び
高回転高負荷領域III においては均質燃焼が実施され
る。
【００３４】低負荷側領域Ｉにおいて成層燃焼を実施す
る時には、弁体１０を図３に一点鎖線で示す位置Ｄとす
る。それにより、弁体１０の一方側部分によって吸気ポ
ート延長部１ａの上壁側は閉鎖されるが、比較的短い他
方側部分によっては吸気ポート延長部１ａの下壁側は比
較的大きく開放される。こうして、吸気は、主に吸気ポ
ート延長部１ａの下壁側に沿って弁体１０を通過し、図
３に一点鎖線の矢印で示すように、主に吸気ポート１の
下壁側に沿って気筒内開口の反排気弁側から気筒内へ供
給される。
【００３５】それにより、吸気の多くは大きく偏向され
て気筒内へ供給されるために、大幅に速度低下し、タン
ブル流とは逆方向に緩やかに気筒内を旋回しようとす
る。弁体１０の回動軸１０ａは、吸気ポート延長部１ａ
の上壁側に偏在しているために、一部の吸気は、最上部
ではないが上壁側に沿って弁体１０を通過し、吸気ポー
ト１の気筒内開口の排気弁側からも気筒内へ供給され
る。しかしながら、このように僅かな吸気がタンブル流
を生成しようとしても気筒内開口の反排気弁側から供給
された大部分の吸気を巻き込んでタンブル流を生成する
ことはできない。また、この大部分の吸気は、タンブル
流と逆方向に旋回しようとしても実際には流速が遅いた
めに旋回するようなことはない。
【００３６】こうして、成層燃焼時には、吸気行程にお
いて吸気が気筒内を旋回することはなく、燃料噴射時期
である圧縮行程後半には乱れは存在せず、噴射燃料の指
向性は維持されるために、可燃混合気が確実に点火プラ
グ近傍に形成されて良好な成層燃焼が実現可能となる。
成層燃焼時には、機関負荷及び機関回転数に係わらずに
弁体１０によって吸気ポート延長部１ａが比較的大きく
開放されているためにポンピング損失が殆ど発生しな
い。それにより、希薄燃焼に加えてポンピング損失も低
減するために、成層燃焼では燃料消費率を低く抑えるこ
とができる。
【００３７】機関負荷の上昇に伴って高負荷側領域IIと
なれば、均質燃焼を実施するために、弁体１０を図３に
一点鎖線で示す位置Ｂとする。それにより、前述した位
置Ａと同様に弁体１０の一方側部分によって吸気ポート
延長部１ａの下壁側は閉鎖されるが、弁体１０の他方側
部分によって吸気ポート延長部１ａの上壁側は位置Ａよ
りは大きく開放される。こうして、吸気は、吸気ポート
延長部１ａの上壁側に沿って弁体１０を通過し、吸気ポ
ート１の上壁側に沿って気筒内開口の排気弁側だけから
気筒内へ供給される。
【００３８】それにより、吸気の全ては、殆ど偏向され
ることなく気筒内へ供給されるために、速度低下はな
く、高速の吸気によって強いタンブル流が生成される。
均質燃焼のために吸気行程で噴射される燃料は、この強
いタンブル流によって十分に攪拌される。弁体１０の位
置Ｂでは、機関始動時の位置Ａに比較して吸気ポート延
長部１ａは大きく開放されているために、気筒内にはそ
れほど高い負圧は発生せず、負圧による気化促進はあま
り期待できないが、この時には、気筒内温度も比較的高
くなっているためにタンブル流による気化促進だけでも
十分に噴射燃料を気化させることができる。こうして良
好な均質混合気を形成することができるために、高負荷
側領域IIにおいて良好な均質燃焼を実現することができ
る。
【００３９】機関回転数の上昇に伴ってさらに機関負荷
が高くなって高回転高負荷領域IIIとなると、この時に
も均質燃焼が実施されるが、この時には非常に多量の吸
気が必要であり、弁体１０は図３に一点鎖線で示す位置
Ｃとされる。それにより、吸気ポート延長部１ａは全開
され、吸気は、吸気ポート延長部１ａの上壁側及び下壁
側に沿って弁体１０を通過し、吸気ポート１の気筒内開
口全体から気筒内へ供給される。
【００４０】前述したように、吸気が吸気ポート１の気
筒内開口全体から気筒内へ供給されると、気筒内開口に
おける排気弁側から供給される一方の吸気流が反排気弁
側から供給される他方の吸気流を巻き込んで弱いタンブ
ル流を生成することとなる。高回転高負荷領域III で
は、短時間で多量の吸入が気筒内へ供給されるために、
これら二つの吸気流速はいずれも速くなり、一方の吸気
流が他方の吸気流を巻き込む際の衝突のエネルギが増大
する。この時においても最終的には、弱いタンブル流が
気筒内に生成されることとなるが、二つの気流が衝突す
る際の大きな衝突エネルギによって気筒内中央部分、す
なわち、タンブル流の旋回中心部分には比較的強い乱れ
が発生する。
【００４１】従って、高回転高負荷領域III において吸
気行程で噴射された燃料は、弱いタンブル流と気筒内中
央部分おける強い乱れとによって十分に攪拌され、この
時にも良好な均質混合気を形成することができる。
【００４２】ところで、均質燃焼は、主に、理論空燃比
での燃焼であり、必要な燃料噴射量に対して吸気量を制
御しなければならない。それにより、機関負荷及び機関
回転数が低いほど燃料噴射量が少なくなり、それに伴っ
て吸気量も少なくしなければならない。特に、高負荷側
領域IIにおいて均質燃焼が実施される際には、機関回転
数が低くなることがあり、この時には必要な吸気量が少
ないことに加えて吸気行程の時間が長くなるために、前
述のように弁体１０を操作して吸気ポート１の気筒内開
口における排気弁側だけから気筒内に吸気を供給して
も、この吸気流速が低くために、タンブル流の強さが多
少弱くなる。
【００４３】これを防止するために、高負荷側領域IIに
おいては、機関回転数が低いほど、弁体１０を前述の位
置Ｂから機関始動時の位置Ａへ大きく近づけるようにし
ても良い。こうすることにより、吸気ポート延長部１ａ
の下壁側は弁体１０の一方側部分によって閉鎖される
が、吸気ポート延長部１ａの上壁側は、弁体１０の他方
側部分によって機関回転数が低いほど小さく開放される
こととなる。それにより、機関回転数が低いほど吸気量
が少なくなるが、弁体１０を通過する際の吸気流速の低
下を防止することができ、気筒内に生成されるタンブル
流を機関回転数に係わらずに強くすることができる。こ
うして、高負荷側領域IIにおいては、常に、強いタンブ
ル流によって噴射燃料の十分な微粒化及び攪拌が実現さ
れ、良好な均質混合気を形成することができる。
【００４４】
【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、吸気ポート内には可動偏向手段
が配置され、均質燃焼時には可動偏向手段を操作するこ
とによって吸気を偏向して吸気ポートの上壁側に沿わ
せ、吸気が主に吸気ポートの気筒内開口における排気弁
側から気筒内へ供給されるようにし、成層燃焼時には可
動偏向手段を操作することによって吸気を偏向して吸気
ポートの下壁側に沿わせ、吸気が主に吸気ポートの気筒
内開口における反排気弁側から気筒内へ供給されるよう
になっている。
【００４５】ところで、反排気弁側に斜め上方へ延在す
る一般的な吸気ポートによれば、吸気にはシリンダボア
の排気弁側へ向かう速度成分が付与される。それによ
り、均質燃焼時には、吸気は主に吸気ポートの気筒内開
口における排気弁側から気筒内へ供給されるためにあま
り偏向されず、吸気はこの速度成分をあまり失うことな
う気筒内へ供給され、シリンダボアの排気弁側を下降し
てシリンダボアの吸気弁側を上昇する強いタンブル流が
生成される。この強いタンブル流によって噴射燃料は十
分に微粒化及び攪拌され、十分に均質化された均質混合
気が形成されるために、良好な均質燃焼を実現すること
ができる。
【００４６】また、成層燃焼時には、吸気は主に吸気ポ
ートの気筒内開口における反排気弁側から気筒内へ供給
されるために大きく偏向され、吸気は前述の速度成分を
大きく失って気筒内へ供給されるために、気筒内にはタ
ンブル流のような旋回流は生成されず、燃料噴射時期で
ある圧縮行程後半には気筒内の乱れが存在しないために
噴射燃料の指向性が悪化することはなく、点火プラグ近
傍に確実に可燃混合気が形成されるために、良好な成層
燃焼を実現することができる。
【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実
施形態を示す概略縦断面図である。
【図２】図１の筒内噴射式火花点火内燃機関のピストン
平面図である。
【図３】図１の筒内噴射式火花点火内燃機関の吸気行程
における概略縦断面図である。
【図４】図１の筒内噴射式火花点火内燃機関において成
層燃焼と均質燃焼とを切り換えるためのマップである。
【符号の説明】
１…吸気ポート ２…排気ポート ３…吸気弁 ４…排気弁 ５…ピストン ６…点火プラグ ７…燃料噴射弁 １０…弁体
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１Ｇ 41/04 ３０１ 41/04 ３０１Ｃ Ｆターム(参考） 3G023 AA01 AA07 AA18 AB03 AC05 AD06 AD09 AG01 AG02 3G301 HA01 HA04 HA16 HA17 JA21 KA01 KA06 KA23 LA05 LB04 LC04 MA01 MA19 NA08 NB03 NC02 ND42 NE01 NE06 PA17Z PE01Z

Claims (3)

    【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、吸気ポート内には可動偏向手段が配置され、前記
    均質燃焼時には前記可動偏向手段を操作することによっ
    て吸気を偏向して前記吸気ポートの上壁側に沿わせ、吸
    気が主に前記吸気ポートの気筒内開口における排気弁側
    から気筒内へ供給されるようにし、前記成層燃焼時には
    前記可動偏向手段を操作することによって吸気を偏向し
    て前記吸気ポートの下壁側に沿わせ、吸気が主に前記吸
    気ポートの気筒内開口における反排気弁側から気筒内へ
    供給されるように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】 前記可動偏向手段は、前記均質燃焼時に
    おいて前記吸気ポートの前記下壁側を閉鎖すると共に前
    記上壁側を開放するものであり、多量の吸気が必要とな
    れば、前記下壁側及び前記上壁側の両方の開放が可能で
    あ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】 前記可動偏向手段は、前記均質燃焼時に
    おいて前記吸気ポートの前記下壁側を閉鎖すると共に前
    記上壁側を開放するものであり、必要空気量が多くなる
    ほど、前記下壁側を閉鎖したまま前記上壁側の開口面積
    の増大が可能であ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。
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