JP2006291774A

JP2006291774A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2006291774A
Application number: JP2005111192A
Authority: JP
Inventors: Fumiro Takamiya; 二三郎高宮
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2025-04-07
Also published as: JP4650069B2

Abstract

【課題】バルブオーバーラップ時における未燃燃料の排気側への吹き抜けを抑えること。
【解決手段】３つの吸気通路７Ａ〜７Ｃの内の何れか１つの吸気通路７Ｂの下方で且つ当該吸気通路７Ｂの吸気バルブ９Ｂの近傍に噴口が前記吸気通路７Ｂを介して燃焼室２内へと向けられた燃料噴射装置１５を備え、残りの各吸気通路７Ａ，７Ｃに燃焼室２内へと吸気のタンブル流Ｆｔを発生させる吸気タンブル流発生構造を設けている。例えば、その吸気タンブル流発生構造を構築する為に、その各吸気通路７Ａ，７Ｃを燃焼室２の軸線方向に立てる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼室近傍における吸気通路の下方に燃料噴射装置を備え、吸気バルブの開弁時に当該吸気バルブの傘部上方を通過して点火プラグの近傍へと燃料噴射装置から燃料を噴射させる内燃機関に関する。

従来、例えば空燃比４０以上の超希薄空燃比の領域で運転させる技術として、燃焼室内に燃料を直接噴射し、点火プラグの近傍に濃い混合気を集めて成層燃焼を行わせる筒内直接噴射式内燃機関がある。この筒内直接噴射式内燃機関においては、燃焼室内に供給された燃料で気化潜熱を奪い、その燃焼室の壁面を冷却して混合気の温度を下げる。これが為、その燃焼室内の体積効率ηＶが向上し、より多くの空気を燃焼室内に吸入することができる。

しかしながら、この筒内直接噴射式内燃機関においては、燃料の微粒化を図る為に燃料の噴射圧をポート噴射式内燃機関に対して高圧にしなければならず、専用の燃料噴射装置や蓄圧装置等が必要になるので、製造原価の高騰を招いてしまう。

そこで、そのような筒内直接噴射式内燃機関と同様の効果を奏し、原価の低いポート噴射式内燃機関の燃料噴射装置を利用可能な内燃機関が存在する。

この内燃機関は、燃焼室近傍における吸気通路（吸気ポート）の下方で且つ当該吸気通路の吸気バルブの近傍に噴口が吸気通路を介して燃焼室内へと向けられた燃料噴射装置を設け、その燃料噴射装置から吸気バルブの開弁時に当該吸気バルブの傘部上方を通過して点火プラグの近傍へと燃料を噴射させるものであり、例えば、下記の特許文献１に開示されている。

この吸気バルブ近傍に燃料噴射装置を備えた内燃機関においては、高温の燃焼室内に燃料が直接的に噴射されるので、その噴射燃料が燃焼室内で気化潜熱を奪い、その燃焼室内の体積効率ηＶを向上させることができ、また、ノッキングの発生を抑えることができる。

尚、下記の特許文献２には、燃料噴射装置の噴射中心線を吸気バルブの傘部における排気バルブに対して遠い側の部位に向けて燃料噴射を行うポート噴射式内燃機関が開示されている。

特開平６−２４９１０８号公報特開平３−１２４９５９号公報

ところで、一般に、内燃機関においては、吸気バルブと排気バルブとが同時に開弁しているバルブオーバーラップ期間が設定されている。例えば、そのバルブオーバーラップ期間の拡大を図ることにより、内部ＥＧＲ（燃焼室内の残留ガス）量を増加させて燃焼温度を低下させ、ＨＣやＮＯｘの排出量を低減させることができ、更に、これに伴って燃料消費率も向上させることができる。また、バルブオーバーラップ期間を拡大させることにより、吸排気脈動を積極的に利用して、吸気効率や排気効率を向上させることもできる。

しかしながら、吸気バルブ近傍に燃料噴射装置を備えた従来の内燃機関においては、バルブオーバーラップ期間中に燃料が噴射された場合、その噴射燃料が気化されることなく、ましてや点火されることもなく排気通路（排気ポート）から排出されてしまい、燃料消費率の悪化やエミッション性能の悪化を招来してしまう。特に、バルブオーバーラップ期間が拡大されるほど、そのような未燃燃料の排気側への吹き抜け量が多くなるので、大幅に燃料消費率やエミッション性能が悪化してしまう。

そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、バルブオーバーラップ時における未燃燃料の排気側への吹き抜けを抑え得る吸気バルブ近傍に燃料噴射装置を備えた内燃機関を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成する為、請求項１記載の発明では、燃焼室近傍における吸気通路の下方で且つ当該吸気通路の吸気バルブの近傍に噴口が前記吸気通路を介して燃焼室内へと向けられた燃料噴射装置を備え、その燃料噴射装置から吸気バルブの開弁時に当該吸気バルブの傘部上方を通過して点火プラグの近傍へと燃料を噴射させる内燃機関において、前記吸気通路を３つ設け、これら各吸気通路の内の何れか１つの下方に前記燃料噴射装置を設けると共に、残りの各吸気通路に燃焼室内へと吸気のタンブル流を発生させる吸気タンブル流発生構造を設けている。

これにより、この請求項１記載の内燃機関においては、その吸気のタンブル流によって空気の遮蔽領域が形成されるので、その空気の遮蔽領域が燃料噴射装置から噴射された燃料を塞き止めて、その燃料の排気通路側への流動を阻止することができる。

ここで、その燃料噴射装置が下方に設けられた吸気通路の吸気バルブの開弁時期は、請求項２記載の発明の如く、吸気のタンブル流の最大流速時に設定することが好ましく、これにより、より効果的に燃料噴射装置から噴射された燃料の排気通路側への流動を阻止することができる。

また、その燃料噴射装置が下方に設けられた吸気通路の吸気バルブの開弁時期は、請求項３記載の発明の如く、排気バルブの閉弁後に設定してもよい。これによれば、燃料噴射装置から噴射された燃料の排気通路側への流動を完全に阻止することができる。

また、燃料噴射装置は、請求項４記載の発明の如く、各吸気通路の内の中央の吸気通路の近傍に配置することが好ましい。これによれば、効率良く吸気のタンブル流からなる空気の遮蔽領域を形成することができるので、燃料の排気通路側への流動を有効に阻止することができる。

また、上記目的を達成する為、請求項５記載の発明では、燃焼室近傍における吸気通路の下方で且つ当該吸気通路の吸気バルブの近傍に噴口が前記吸気通路を介して燃焼室内へと向けられた燃料噴射装置を備え、その燃料噴射装置から吸気バルブの開弁時に当該吸気バルブの傘部上方を通過して点火プラグの近傍へと燃料を噴射させる内燃機関において、燃焼室内における吸気通路の開口と排気通路の開口との間に、燃料噴射装置から噴射された燃料を塞き止める燃料遮蔽手段を設けている。

これにより、この請求項５記載の内燃機関においては、その燃料遮蔽手段が燃料を塞き止めて、その燃料の排気通路側への流動を阻止することができる。

本発明に係る内燃機関は、上述したが如く燃料噴射装置から噴射された燃料の排気通路側への流動を阻止することができる。これが為、その燃料がバルブオーバーラップ期間中に噴射されたとしても、その燃料の排気通路への流入を阻止することができる。即ち、本発明に係る内燃機関によれば、バルブオーバーラップ時における未燃燃料の排気側への吹き抜けを抑えることができる。

以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本発明に係る内燃機関の実施例１を図１から図６に基づいて説明する。

最初に、本実施例１における内燃機関の構成を図１及び図２に基づき説明する。これら各図の符号１は、本実施例１の内燃機関を示す。尚、ここでは１気筒のみを図示しているが、本発明は、直列やＶ型等の形式に拘らず多気筒の内燃機関にも適用される。

本実施例１の内燃機関１は、図２に示す如く、燃焼室２内に空気及び燃料を供給し且つ当該燃焼室２から燃焼後の筒内ガスを排出するシリンダヘッド３と、このシリンダヘッド３の下部にヘッドガスケット４を介してボルト等で締結されるシリンダブロック５と、このシリンダブロック５のシリンダボア５ａ内に配設された上下方向へと往復移動可能なピストン６とを備えている。その燃焼室２は、シリンダヘッド３の下面に形成された凹部３ａの壁面，シリンダボア５ａの壁面及びピストン６の頂面６ａで囲まれた空間によって構成される。

先ず、本実施例１のシリンダヘッド３には、図１に示す如く、燃焼室２に開口する第１から第３の吸気通路７Ａ，７Ｂ，７Ｃと第１及び第２の排気通路８Ａ，８Ｂが形成されている。尚、その燃焼室２に開口する吸気通路は少なくとも３つ有していればよく、また、排気通路は少なくとも１つ有していればよい。

その第１から第３の吸気通路７Ａ，７Ｂ，７Ｃには、燃焼室２への開口を夫々開閉させ得る第１から第３の吸気バルブ９Ａ，９Ｂ，９Ｃが配設されている。これが為、これら第１から第３の吸気バルブ９Ａ，９Ｂ，９Ｃを開弁することによって、第１から第３の吸気通路７Ａ，７Ｂ，７Ｃから燃焼室２内に空気が導入される。

また、上述した第１及び第２の排気通路８Ａ，８Ｂには燃焼室２への開口を夫々開閉させ得る第１及び第２の排気バルブ１０Ａ，１０Ｂが配設されている。これが為、これら第１及び第２の排気バルブ１０Ａ，１０Ｂを開弁することによって、燃焼室２から第１及び第２の排気通路８Ａ，８Ｂへと燃焼後の筒内ガスが排出される。

ここで、本実施例１にあっては、第１から第３の吸気バルブ９Ａ，９Ｂ，９Ｃの夫々の開閉時期を制御する吸気バルブ制御手段１１と、第１及び第２の排気バルブ１０Ａ，１０Ｂの夫々の開閉時期を制御する排気バルブ制御手段１２とが設けられている。

これら吸気バルブ制御手段１１と排気バルブ制御手段１２は、その動作が電子制御装置（ＥＣＵ）１３によって制御され、例えば、排気行程から吸気行程への切り替え前後において、第１から第３の吸気バルブ９Ａ，９Ｂ，９Ｃと第１及び第２の排気バルブ１０Ａ，１０Ｂとが同時に開弁状態にあるバルブオーバーラップ期間が設定される。

また、本実施例１のシリンダヘッド３には、燃焼室２の略中央に図１及び図２に示す点火プラグ１４が配設されている。この点火プラグ１４は、上述した電子制御装置１３によって点火時期が制御される。

更に、本実施例１のシリンダヘッド３には、燃焼室２内に燃料を供給する図１及び図２に示す燃料噴射装置１５が配設されている。

本実施例１にあっては、シリンダヘッド３における第２吸気通路７Ｂの下方に、その燃焼室２側の開口近傍の上方にて当該第２吸気通路７Ｂと連通し、軸線方向が点火プラグ１４の点火中心の近傍に向けられた燃料噴射装置１５の挿入部３ｂが形成されている。即ち、本実施例１の燃料噴射装置１５は、第２吸気通路７Ｂの下方に、その噴口を第２吸気通路７Ｂの開口を介して燃焼室２内における点火プラグ１４の点火中心の近傍へと向けて配設される。これが為、本実施例１の燃料噴射装置１５は、図６に示す如く第２吸気バルブ９Ｂが開弁した際に、その傘部上方を通過して点火プラグ１４の点火中心の近傍へと燃料を噴射する。

この燃料噴射装置１５は、上述した電子制御装置１３によって燃料の噴射時期や噴射量が制御される。

一方、本実施例１にあっては、残りの吸気通路（即ち、第１及び第３の吸気通路７Ａ，７Ｃ）に吸気タンブル流発生構造を設けている。その吸気タンブル流発生構造とは、吸気行程において燃焼室２内に吸気のタンブル流を発生させる構造のことであって、以下の如くして構成することができる。

例えば、本実施例１においては、最も簡便な構造として、図３に示す如く、第１及び第３の吸気通路７Ａ，７Ｃを燃焼室２の軸線方向（ピストン６の往復運動方向）に立てる，即ち、その軸線方向に対する第１及び第３の吸気通路７Ａ，７Ｃの軸線方向の傾倒角度を小さくすることによる吸気タンブル流発生構造を構築する。これにより、その図３に示す如く、第１及び第３の吸気バルブ９Ａ，９Ｃを開弁した際に燃焼室２内に吸気のタンブル流Ｆｔが発生する。

また、別の構造としては、図４に示す如く、第１及び第３の吸気通路７Ａ，７Ｃの内部に通路下側を閉塞し得る開閉弁１６を用いて吸気タンブル流発生構造を構築することができる。その開閉弁１６は、その動作が上述した電子制御装置１３によって制御されるものであり、第１及び第３の吸気バルブ９Ａ，９Ｃを開弁する際，具体的には第１及び第３の吸気通路７Ａ，７Ｃから吸気のタンブル流Ｆｔを発生させる際に、その第１及び第３の吸気通路７Ａ，７Ｃの内部に通路下側を閉塞する。これにより、その図４に示す如く燃焼室２内に吸気のタンブル流Ｆｔが発生する。

尚、その吸気タンブル流発生構造は、必ずしも上述した態様のみに限定するものではない。

次に、本実施例１の内燃機関１の動作について図５及び図６に基づき説明する。ここでは、排気行程から吸気行程への切り替え前後の動作について、第１から第３の吸気バルブ９Ａ，９Ｂ，９Ｃの開弁時期を進角側として、且つ第１及び第２の排気バルブ１０Ａ，１０Ｂの閉弁時期を遅角側としたバルブオーバーラップ期間が設定されているものとして説明する。尚、図５においては、図示の便宜上、第１から第３の吸気バルブ９Ａ，９Ｂ，９Ｃや第１及び第２の排気バルブ１０Ａ，１０Ｂ等を省略する。

先ず、排気行程の後半において、第１及び第２の排気バルブ１０Ａ，１０Ｂが閉弁し始め、その後に、第１から第３の吸気バルブ９Ａ，９Ｂ，９Ｃが開弁動作を始める。これにより、第１から第３の吸気通路７Ａ，７Ｂ，７Ｃから燃焼室２に空気が供給されるが、その内の第１及び第３の吸気通路７Ａ，７Ｃからは上述した吸気のタンブル流Ｆｔが発生する。

しかる後、電子制御装置１３は、燃料噴射装置１５に対して指令を送り、この燃料噴射装置１５から燃料を噴射させる。

その際、燃焼室２の内部においては、上述した吸気のタンブル流Ｆｔによって、図５及び図６に示す如く、第１から第３の吸気通路７Ａ，７Ｂ，７Ｃの夫々の開口と第１及び第２の排気通路８Ａ，８Ｂの夫々の開口との間に空気の遮蔽領域Ｓ_airが形成されている。これが為、燃料噴射装置１５から噴射された図５及び図６に示す燃料Ｆは、その空気の遮蔽領域Ｓ_airによって塞き止められ、第１及び第２の排気通路８Ａ，８Ｂの夫々の開口側への流動が阻止される。

このように、本実施例１にあっては、吸気のタンブル流Ｆｔにより形成された空気の遮蔽領域Ｓ_airで燃料Ｆの流動領域を規制することができるので、その燃料Ｆの第１及び第２の排気通路８Ａ，８Ｂへの吹き抜けを抑制することができる。これが為、未燃燃料の排出による燃料消費率の悪化やエミッション性能の悪化を回避することが可能になる。

また、そのような燃料Ｆの第１及び第２の排気通路８Ａ，８Ｂへの吹き抜けが抑制されることにより、供給された全ての燃料Ｆで気化潜熱を奪い、燃焼室２の壁面を冷却することができるので、混合気の温度を下げることができる。これが為、体積効率ηＶが向上し、より多くの空気を燃焼室２内に吸入することができる。即ち、本実施例１にあっては、燃料Ｆの第１及び第２の排気通路８Ａ，８Ｂへの吹き抜けが抑制されるので、吸入空気量が最大になるようなバルブオーバーラップ期間の拡大が可能になる。

更に、本実施例１にあっては、供給された全ての燃料Ｆで燃焼室２の壁面を効果的に冷却することができるので、ノッキングの発生を抑制することができる。

ところで、本実施例１にあっては、第１から第３の吸気通路７Ａ，７Ｂ，７Ｃの内の第２吸気通路７Ｂ（即ち中央の吸気通路）の下方に燃料噴射装置１５を配備した。かかる位置関係によれば効率良く吸気のタンブル流Ｆｔからなる空気の遮蔽領域Ｓ_airを形成することができるので、そのような位置関係で構成することが最も効果的である。しかしながら、これに替えて、燃料噴射装置１５を第１吸気通路７Ａ又は第３吸気通路７Ｃの下方に配設し、その燃料噴射装置１５が近傍に配置されていない第１吸気通路７Ａ又は第３吸気通路７Ｃと第２吸気通路７Ｂとの双方に上述したが如き吸気タンブル流発生構造を設けてもよく、このようにしても、上述したものと同様の効果を奏することができる。

次に、本発明に係る内燃機関の実施例２について図７を用いて説明する。

前述した実施例１においては、第１及び第２の排気バルブ１０Ａ，１０Ｂが閉弁し終える前に第１から第３の吸気バルブ９Ａ，９Ｂ，９Ｃの全てを開弁させている。そのようにしても、前述したが如く、吸気のタンブル流Ｆｔにより形成された空気の遮蔽領域Ｓ_airで燃料噴射装置１５から噴射された燃料Ｆの第１及び第２の排気通路８Ａ，８Ｂへの吹き抜けを抑制することができる。

しかしながら、本実施例２にあっては、そのような燃料Ｆの第１及び第２の排気通路８Ａ，８Ｂへの吹き抜けを完全に抑止する為に、前述した実施例１の内燃機関１において、燃料噴射装置１５が近傍に配置されている第２吸気バルブ９Ｂの開弁時期を図７に示す如く第１及び第２の排気バルブ１０Ａ，１０Ｂの閉弁後に設定する。尚、その図７に示すクランク角度（ＣＡ）とバルブリフト量は１つの例示であり、必ずしもかかる値に限定するものではない。

ここでは、排気行程の後半において、第１及び第２の排気バルブ１０Ａ，１０Ｂが閉弁し始め、その後に、第１及び第３の吸気バルブ９Ａ，９Ｃが開弁動作を始める。これにより、その第１及び第３の吸気通路７Ａ，７Ｃから燃焼室２に空気が供給され、実施例１と同様に吸気のタンブル流Ｆｔが発生して空気の遮蔽領域Ｓ_airが形成される。

そして、第１及び第２の排気バルブ１０Ａ，１０Ｂが閉弁し終えた後、第２吸気バルブ９Ｂが開弁し始め、燃料噴射装置１５から燃料Ｆが噴射される。その燃料Ｆは、実施例１と同様に、空気の遮蔽領域Ｓ_airによって第１及び第２の排気通路８Ａ，８Ｂの夫々の開口側への流動が阻止される。

このように、本実施例２にあっては、第１及び第２の排気バルブ１０Ａ，１０Ｂの閉弁後に燃料Ｆが燃焼室２内へと供給されるので、その燃料Ｆの第１及び第２の排気通路８Ａ，８Ｂへの吹き抜けを完全に抑止することができる。これが為、未燃燃料の排出による燃料消費率の悪化やエミッション性能の悪化をより効果的に回避することができる。

また、そのような燃料Ｆの第１及び第２の排気通路８Ａ，８Ｂへの吹き抜けを完全に抑止することができるので、より有効に体積効率ηＶの向上やノッキングの抑制を図ることができる。

一方、その燃料噴射装置１５から噴射された燃料Ｆは、空気の遮蔽領域Ｓ_airによって第１及び第２の排気通路８Ａ，８Ｂの夫々の開口側への流動が阻止されるので、第１及び第２の排気バルブ１０Ａ，１０Ｂの閉弁が終わる前に燃料Ｆを噴射せざるを得ない内燃機関１の運転状態においても、その燃料Ｆの第１及び第２の排気通路８Ａ，８Ｂへの吹き抜けを抑制することができる。

ここで、第２吸気バルブ９Ｂの開弁時期は、図７に示す如く、上述した第１及び第２の排気バルブ１０Ａ，１０Ｂの閉弁後で且つ第１及び第３の吸気バルブ９Ａ，９Ｃが最大リフト量又はその近傍のときに設定することが好ましい。

これによれば、第１及び第３の吸気バルブ９Ａ，９Ｃが最大リフト量又はその近傍のときに第１及び第３の吸気通路７Ａ，７Ｃからの吸気流速が最大又はそれに相当する速さになり、その高速の吸気のタンブル流Ｆｔからなる空気の遮蔽領域Ｓ_airに燃料噴射装置１５から噴射された燃料Ｆが衝突する。これが為、その燃料Ｆの微粒化が促進されるので、上述した効果に加えて気化潜熱効果を最大限利用することができる。

即ち、そのように第２吸気バルブ９Ｂの開弁時期を設定することによって、燃焼室２の壁面の冷却性能が更に向上し、更なる体積効率ηＶの向上やノッキングの抑制を図ることができる。

次に、本発明に係る内燃機関の実施例３を図８から図１２に基づいて説明する。

図８及び図９の符号２１は、本実施例３の内燃機関を示す。尚、ここでは１気筒のみを図示しているが、本発明は、直列やＶ型等の形式に拘らず多気筒の内燃機関にも適用される。

本実施例３の内燃機関２１は、図９に示す如く、燃焼室２２内に空気及び燃料を供給し且つ当該燃焼室２２から燃焼後の筒内ガスを排出するシリンダヘッド２３と、このシリンダヘッド２３の下部にヘッドガスケット２４を介してボルト等で締結されるシリンダブロック２５と、このシリンダブロック２５のシリンダボア２５ａ内に配設された上下方向へと往復移動可能なピストン２６とを備えている。その燃焼室２２は、シリンダヘッド２３の下面に形成された凹部２３ａの壁面，シリンダボア２５ａの壁面及びピストン２６の頂面２６ａで囲まれた空間によって構成される。

先ず、本実施例３のシリンダヘッド２３には、燃焼室２２に開口する第１及び第２の吸気通路２７Ａ，２７Ｂと第１及び第２の排気通路２８Ａ，２８Ｂが形成されている。尚、その燃焼室２２に開口する吸気通路と排気通路はそれぞれ少なくとも１つ有していればよい。

その第１及び第２の吸気通路２７Ａ，２７Ｂには、燃焼室２２への開口を夫々開閉させ得る第１及び第２の吸気バルブ２９Ａ，２９Ｂが配設されている。これが為、これら第１及び第２の吸気バルブ２９Ａ，２９Ｂを開弁することによって、第１及び第２の吸気通路２７Ａ，２７Ｂから燃焼室２２内に空気が導入される。

また、上述した第１及び第２の排気通路２８Ａ，２８Ｂには燃焼室２２への開口を夫々開閉させ得る第１及び第２の排気バルブ３０Ａ，３０Ｂが配設されている。これが為、これら第１及び第２の排気バルブ３０Ａ，３０Ｂを開弁することによって、燃焼室２２から第１及び第２の排気通路２８Ａ，２８Ｂへと燃焼後の筒内ガスが排出される。

ここで、本実施例３にあっても、その第１及び第２の吸気バルブ２９Ａ，２９Ｂは、実施例１，２と同様の吸気バルブ制御手段３１によって開閉時期が制御され、その第１及び第２の排気バルブ３０Ａ，３０Ｂは、実施例１，２と同様の排気バルブ制御手段３２によって開閉時期が制御される。例えば、その第１及び第２の吸気バルブ２９Ａ，２９Ｂと第１及び第２の排気バルブ３０Ａ，３０Ｂは、実施例１と同様に、電子制御装置（ＥＣＵ）３３で制御された吸気バルブ制御手段３１と排気バルブ制御手段３２によってバルブオーバーラップ期間が設定される。

また、本実施例３のシリンダヘッド２３には、燃焼室２２の略中央に点火プラグ３４が配設されている。この点火プラグ３４は、上述した電子制御装置３３によって点火時期が制御される。

更に、本実施例３のシリンダヘッド２３には、燃焼室２２内に燃料を供給する図８及び図９に示す第１及び第２の燃料噴射装置３５Ａ，３５Ｂが配設されている。これら第１及び第２の燃料噴射装置３５Ａ，３５Ｂは、上述した電子制御装置１３によって燃料の噴射時期や噴射量が制御される。

本実施例３にあっては、シリンダヘッド２３における第１吸気通路２７Ａの下方に、その燃焼室２２側の開口近傍の上方にて当該第１吸気通路２７Ａと連通し、軸線方向が第１排気通路２８Ａの開口の下方に向けられた第１燃料噴射装置３５Ａの挿入部２３ｂ₁が形成されている。また、シリンダヘッド２３における第２吸気通路２７Ｂの下方には、その燃焼室２２側の開口近傍の上方にて当該第２吸気通路２７Ｂと連通し、軸線方向が第２排気通路２８Ｂの開口の下方に向けられた第２燃料噴射装置３５Ｂの挿入部２３ｂ₂が形成されている。

ここで、本実施例３の第１及び第２の燃料噴射装置３５Ａ，３５Ｂは、点火プラグ３４の点火中心の近傍へと燃料が噴射されるように、その燃料を略扇型に噴射するものを使用する。これが為、これら第１及び第２の燃料噴射装置３５Ａ，３５Ｂは、図１１及び図１２に示す如く第１及び第２の吸気バルブ２９Ａ，２９Ｂが開弁した際に、その傘部上方を通過して点火プラグ３４の点火中心の近傍へと燃料Ｆ１，Ｆ２を噴射する。尚、図１１においては、図示の便宜上、第１及び第２の吸気バルブ２９Ａ，２９Ｂ等を省略する。

ところで、本実施例３にあっては、図８及び図９に示す如く、第１及び第２の排気バルブ３０Ａ，３０Ｂの傘部上面における第１及び第２の燃料噴射装置３５Ａ，３５Ｂの噴口側に、弧状に形成された第１及び第２のシュラウド３７Ａ，３７Ｂが夫々配設されている。

この第１及び第２のシュラウド３７Ａ，３７Ｂは、バルブオーバーラップ時に第１及び第２の燃料噴射装置３５Ａ，３５Ｂから燃料Ｆ１，Ｆ２が噴射された際に、その燃料Ｆ１，Ｆ２の第１及び第２の排気通路２８Ａ，２８Ｂへの流入を阻止する為の燃料遮蔽手段として機能するものである。

例えば、その第１及び第２のシュラウド３７Ａ，３７Ｂの図９に示す高さｈは、図１０に示すバルブオーバーラップ期間中における第１及び第２の吸気バルブ２９Ａ，２９Ｂと第１及び第２の排気バルブ３０Ａ，３０Ｂの最大リフト量（この図１０においては約４ｍｍ）に設定する。

これにより、図１１及び図１２に示す如く第１及び第２の排気バルブ３０Ａ，３０Ｂの閉弁動作中に第１及び第２の吸気バルブ２９Ａ，２９Ｂが開弁され、第１及び第２の燃料噴射装置３５Ａ，３５Ｂから燃料Ｆ１，Ｆ２が噴射された際に、その燃料Ｆ１，Ｆ２は、夫々の第１及び第２のシュラウド３７Ａ，３７Ｂによって第１及び第２の排気通路２８Ａ，２８Ｂの夫々の開口側への流動が阻止される。

このように、本実施例３にあっては、夫々の第１及び第２のシュラウド３７Ａ，３７Ｂが第１及び第２の排気通路２８Ａ，２８Ｂへの燃料遮蔽手段として機能するので、その燃料Ｆ１，Ｆ２の第１及び第２の排気通路２８Ａ，２８Ｂへの吹き抜けを抑制することができる。

これが為、本実施例３にあっても、前述した実施例１と同様に、未燃燃料の排出による燃料消費率の悪化やエミッション性能の悪化を回避することができる。また、供給された全ての燃料Ｆ１，Ｆ２で気化潜熱を奪って燃焼室２２の壁面を冷却し、混合気の温度を下げることができるので、体積効率ηＶが向上し、より多くの空気を燃焼室２２内に吸入することができる。即ち、本実施例３にあっても、吸入空気量が最大になるようなバルブオーバーラップ期間の拡大が可能になる。更に、供給された全ての燃料Ｆ１，Ｆ２で燃焼室２２の壁面を効果的に冷却することができるので、ノッキングの発生を抑制することができる。

尚、本実施例３にあっては第１及び第２の排気バルブ３０Ａ，３０Ｂの傘部上面の略半面に夫々第１及び第２のシュラウド３７Ａ，３７Ｂを設けたが、必ずしもこれに限定するものではない。例えば、その第１及び第２のシュラウド３７Ａ，３７Ｂは、環状に形成して第１及び第２の排気バルブ３０Ａ，３０Ｂの傘部上面の全面に設けてもよい。また、その第１及び第２のシュラウド３７Ａ，３７Ｂは、必ずしも弧状のものに限定するものではない。

また、本実施例３の如き第１及び第２のシュラウド３７Ａ，３７Ｂが設けられた第１及び第２の排気バルブ３０Ａ，３０Ｂを前述した実施例１又は実施例２の排気バルブとして設けてもよく、これにより、より有効に第１及び第２の排気通路８Ａ，８Ｂへの燃料Ｆの吹き抜けを抑制又は抑止することができる。

次に、本発明に係る内燃機関の実施例４を図１３から図１６に基づいて説明する。

これら各図の符号４１は、本実施例４の内燃機関を示す。尚、ここでは１気筒のみを図示しているが、本発明は、直列やＶ型等の形式に拘らず多気筒の内燃機関にも適用される。

本実施例４の内燃機関４１は、前述した実施例３の内燃機関２１において、第１及び第２の排気バルブ３０Ａ，３０Ｂから燃料遮蔽手段たる第１及び第２のシュラウド３７Ａ，３７Ｂを取り除いた図１３及び図１４に示す第１及び第２の排気バルブ５０Ａ，５０Ｂを配備する一方、その第１及び第２の排気バルブ５０Ａ，５０Ｂとは別体にして燃料遮蔽手段を設けたものである。

具体的に、本実施例４にあっては、図１３及び図１４に示す如く、シリンダヘッド２３の凹部２３ａにおける第１及び第２の排気通路２８Ａ，２８Ｂの開口の外側で、且つ、第１及び第２の燃料噴射装置３５Ａ，３５Ｂの噴口側に、弧状に形成された実施例３と同様の燃料遮蔽手段として機能する第１及び第２のシュラウド５７Ａ，５７Ｂを夫々配設している。尚、図１４においては、図示の便宜上、点火プラグ３４を省略する。

本実施例４にあっても、その第１及び第２のシュラウド５７Ａ，５７Ｂの図１４に示す高さｈは、図１０に示すバルブオーバーラップ期間中における第１及び第２の吸気バルブ２９Ａ，２９Ｂと第１及び第２の排気バルブ５０Ａ，５０Ｂの最大リフト量（この図１０においては約４ｍｍ）に設定する。

これにより、図１５及び図１６に示す如く第１及び第２の排気バルブ５０Ａ，５０Ｂの閉弁動作中に第１及び第２の吸気バルブ２９Ａ，２９Ｂが開弁され、第１及び第２の燃料噴射装置３５Ａ，３５Ｂから燃料Ｆ１，Ｆ２が噴射された際に、その燃料Ｆ１，Ｆ２は、第１及び第２のシュラウド５７Ａ，５７Ｂによって第１及び第２の排気通路２８Ａ，２８Ｂの夫々の開口側への流動が阻止される。尚、図示の便宜上、図１５においては第１及び第２の吸気バルブ２９Ａ，２９Ｂや第１及び第２の排気バルブ５０Ａ，５０Ｂ等を省略し、図１４においては点火プラグ３４を省略する。

このように、本実施例４にあっては、シリンダヘッド２３の凹部２３ａに設けた第１及び第２のシュラウド５７Ａ，５７Ｂが第１及び第２の排気通路２８Ａ，２８Ｂへの燃料遮蔽手段として機能し、その燃料Ｆ１，Ｆ２の第１及び第２の排気通路２８Ａ，２８Ｂへの吹き抜けを抑制する。これが為、本実施例４にあっても、前述した実施例３と同様の効果を奏することができる。

尚、本実施例４にあっては第１及び第２の排気バルブ５０Ａ，５０Ｂの傘部の略半面を覆うように第１及び第２のシュラウド５７Ａ，５７Ｂを設けたが、必ずしもこれに限定するものではない。例えば、その第１及び第２のシュラウド５７Ａ，５７Ｂは、環状に形成して第１及び第２の排気バルブ５０Ａ，５０Ｂの傘部の全面を覆うように設けてもよい。また、その第１及び第２のシュラウド５７Ａ，５７Ｂは、必ずしも弧状のものに限定するものではない。

更に、本実施例４にあっては点火プラグ３４を回避する為に２ヶ所に分けて第１及び第２のシュラウド５７Ａ，５７Ｂを設けたが、例えば、その点火プラグ３４が燃焼室の側面側に配置されている場合には、１つのシュラウドで第１及び第２の排気バルブ５０Ａ，５０Ｂの双方の傘部を覆ってもよい。

また、本実施例４の如き第１及び第２のシュラウド５７Ａ，５７Ｂを前述した実施例１又は実施例２のシリンダヘッド３の凹部３ａに設けてもよく、これにより、より有効に第１及び第２の排気通路８Ａ，８Ｂへの燃料Ｆの吹き抜けを抑制又は抑止することができる。

次に、本発明に係る内燃機関の実施例５を図１７から図２０に基づいて説明する。

これら各図の符号６１は、本実施例５の内燃機関を示す。尚、ここでは１気筒のみを図示しているが、本発明は、直列やＶ型等の形式に拘らず多気筒の内燃機関にも適用される。

本実施例５の内燃機関６１は、前述した実施例４の内燃機関４１において、シリンダヘッド２３の凹部２３ａに設けた燃料遮蔽手段たる第１及び第２のシュラウド５７Ａ，５７Ｂに替えて、ピストン２６の頂面２６ａに燃料遮蔽手段を設けたものである。

具体的に、本実施例５にあっては、図１７及び図１８に示す如く、ピストン２６の頂面２６ａにおける第１及び第２の排気通路２８Ａ，２８Ｂの開口の下方で、且つ、ピストン２６が上死点又はその近傍に位置しているときの第１及び第２の燃料噴射装置３５Ａ，３５Ｂの噴口側に、弧状に形成された実施例２，３と同様の燃料遮蔽手段として機能する第１及び第２のシュラウド７７Ａ，７７Ｂを夫々配設している。

ここで、その第１及び第２のシュラウド７７Ａ，７７Ｂは、ピストン２６の往復運動時にシリンダヘッド２３の凹部２３ａや第１及び第２の排気バルブ５０Ａ，５０Ｂに接触しないように形状が決められる。

例えば、その第１及び第２のシュラウド７７Ａ，７７Ｂは、ピストン２６の頂面２６ａのバルブリセスの外側に配置し、第１及び第２の排気バルブ５０Ａ，５０Ｂとの接触を回避する。

また、その第１及び第２のシュラウド７７Ａ，７７Ｂの図１８に示す高さｈは、図１０に示すバルブオーバーラップ期間中における第１及び第２の吸気バルブ２９Ａ，２９Ｂと第１及び第２の排気バルブ５０Ａ，５０Ｂの最大リフト量（この図１０においては約４ｍｍ）に設定するが、これによりシリンダヘッド２３の凹部２３ａに接触してしまう場合には適宜その高さｈを低くする。

これにより、図１９及び図２０に示す如く第１及び第２の排気バルブ５０Ａ，５０Ｂの閉弁動作中に第１及び第２の吸気バルブ２９Ａ，２９Ｂが開弁され、第１及び第２の燃料噴射装置３５Ａ，３５Ｂから燃料Ｆ１，Ｆ２が噴射された際に、その燃料Ｆ１，Ｆ２は、第１及び第２のシュラウド７７Ａ，７７Ｂによって第１及び第２の排気通路２８Ａ，２８Ｂの夫々の開口側への流動が阻止される。尚、図示の便宜上、図１９においては第１及び第２の吸気バルブ２９Ａ，２９Ｂや第１及び第２の排気バルブ５０Ａ，５０Ｂ等を省略し、図２０においては点火プラグ３４を省略する。

このように、本実施例５にあっては、ピストン２６の頂面２６ａに設けた第１及び第２のシュラウド７７Ａ，７７Ｂが第１及び第２の排気通路２８Ａ，２８Ｂへの燃料遮蔽手段として機能し、その燃料Ｆ１，Ｆ２の第１及び第２の排気通路２８Ａ，２８Ｂへの吹き抜けを抑制する。これが為、本実施例５にあっても、前述した実施例３，４と同様の効果を奏することができる。

尚、本実施例５にあっては第１及び第２の排気バルブ５０Ａ，５０Ｂの傘部の略半面を覆うように第１及び第２のシュラウド７７Ａ，７７Ｂを設けたが、必ずしもこれに限定するものではない。例えば、その第１及び第２のシュラウド７７Ａ，７７Ｂは、環状に形成して第１及び第２の排気バルブ５０Ａ，５０Ｂの傘部の全面を覆うように設けてもよい。また、その第１及び第２のシュラウド７７Ａ，７７Ｂは、必ずしも弧状のものに限定するものではない。

更に、本実施例５にあっては点火プラグ３４を回避する為に２ヶ所に分けて第１及び第２のシュラウド７７Ａ，７７Ｂを設けたが、例えば、その点火プラグ３４が燃焼室の側面側に配置されている場合には、１つのシュラウドで第１及び第２の排気バルブ５０Ａ，５０Ｂの双方の傘部を覆ってもよい。

また、本実施例５の如き第１及び第２のシュラウド７７Ａ，７７Ｂを前述した実施例１又は実施例２のピストン６の頂面６ａに設けてもよく、これにより、より有効に第１及び第２の排気通路８Ａ，８Ｂへの燃料Ｆの吹き抜けを抑制又は抑止することができる。

ところで、上述した各実施例３〜５にあっては第１及び第２の吸気通路２７Ａ，２７Ｂの双方に夫々第１及び第２の燃料噴射装置３５Ａ，３５Ｂを設けているが、燃料噴射装置は、第１及び第２の吸気通路２７Ａ，２７Ｂの何れか一方にのみ設けたものであってもよい。

以上のように、本発明に係る内燃機関は、燃焼室近傍における吸気通路の下方で且つ当該吸気通路の吸気バルブの近傍に噴口が前記吸気通路を介して燃焼室内へと向けられた燃料噴射装置を備え、その燃料噴射装置から吸気バルブの開弁時に当該吸気バルブの傘部上方を通過して点火プラグの近傍へと燃料を噴射させるものに有用であり、特に、バルブオーバーラップ時における未燃燃料の排気側への吹き抜けの抑制に適している。

本発明に係る内燃機関の実施例１の構成を示す上面図である。実施例１の内燃機関を側面から見た部分断面構成図である。実施例１の内燃機関における吸気タンブル流発生構造の一例を説明する図である。実施例１の内燃機関における吸気タンブル流発生構造の他の例を説明する図である。実施例１の内燃機関における空気の遮蔽領域と噴射燃料の流れを示す上面図である。実施例１の内燃機関における空気の遮蔽領域と噴射燃料の流れを示す部分断面側面図である。実施例１，２の内燃機関における夫々の吸気バルブの開弁時期について説明する図である。本発明に係る内燃機関の実施例３の構成を示す上面図である。実施例３の内燃機関を側面から見た部分断面構成図である。実施例３〜５の内燃機関におけるシュラウドの高さの設定条件の一例を説明する図である。実施例３の内燃機関における噴射燃料の流れを示す上面図である。実施例３の内燃機関における噴射燃料の流れを示す部分断面側面図である。本発明に係る内燃機関の実施例４の構成を示す上面図である。実施例４の内燃機関を側面から見た部分断面構成図である。実施例４の内燃機関における噴射燃料の流れを示す上面図である。実施例４の内燃機関における噴射燃料の流れを示す部分断面側面図である。本発明に係る内燃機関の実施例５の構成を示す上面図である。実施例５の内燃機関を側面から見た部分断面構成図である。実施例５の内燃機関における噴射燃料の流れを示す上面図である。実施例５の内燃機関における噴射燃料の流れを示す部分断面側面図である。

符号の説明

１，２１，４１，６１内燃機関
２，２２燃焼室
３，２３シリンダヘッド
３ａ，２３ａ凹部
３ｂ，２３ｂ₁，２３ｂ₂ 挿入部
６，２６ピストン
６ａ，２６ａ頂面
７Ａ，２７Ａ第１吸気通路
７Ｂ，２７Ｂ第２吸気通路
７Ｃ第３吸気通路
８Ａ，２８Ａ第１排気通路
８Ｂ，２８Ｂ第２排気通路
９Ａ，２９Ａ第１吸気バルブ
９Ｂ，２９Ｂ第２吸気バルブ
９Ｃ第３吸気バルブ
１０Ａ，３０Ａ，５０Ａ第１排気バルブ
１０Ｂ，３０Ｂ，５０Ｂ第２排気バルブ
１１，３１吸気バルブ制御手段
１２，３２排気バルブ制御手段
１３，３３電子制御装置（ＥＣＵ）
１４，３４点火プラグ
１５燃料噴射装置
１６開閉弁
３５Ａ第１燃料噴射装置
３５Ｂ第２燃料噴射装置
３７Ａ，５７Ａ，７７Ａ第１シュラウド（燃料遮蔽手段）
３７Ｂ，５７Ｂ，７７Ｂ第２シュラウド（燃料遮蔽手段）
Ｆ，Ｆ１，Ｆ２燃料
Ｆｔタンブル流
Ｓ_air 遮蔽領域

Claims

燃焼室近傍における吸気通路の下方で且つ当該吸気通路の吸気バルブの近傍に噴口が前記吸気通路を介して燃焼室内へと向けられた燃料噴射装置を備え、該燃料噴射装置から吸気バルブの開弁時に当該吸気バルブの傘部上方を通過して点火プラグの近傍へと燃料を噴射させる内燃機関において、
前記吸気通路を３つ設け、該各吸気通路の内の何れか１つの下方に前記燃料噴射装置を設けると共に、残りの各吸気通路に前記燃焼室内へと吸気のタンブル流を発生させる吸気タンブル流発生構造を設けたことを特徴とする内燃機関。
前記燃料噴射装置が下方に設けられた吸気通路の吸気バルブの開弁時期を前記吸気のタンブル流の最大流速時に設定したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
前記燃料噴射装置が下方に設けられた吸気通路の吸気バルブの開弁時期を排気バルブの閉弁後に設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
前記燃料噴射装置を下方に設けた吸気通路は、前記各吸気通路の内の中央に配置されたものであることを特徴とした請求項１，２又は３に記載の内燃機関。
燃焼室近傍における吸気通路の下方で且つ当該吸気通路の吸気バルブの近傍に噴口が前記吸気通路を介して燃焼室内へと向けられた燃料噴射装置を備え、該燃料噴射装置から吸気バルブの開弁時に当該吸気バルブの傘部上方を通過して点火プラグの近傍へと燃料を噴射させる内燃機関において、
前記燃焼室内における前記吸気通路の開口と排気通路の開口との間に、前記燃料噴射装置から噴射された燃料を塞き止める燃料遮蔽手段を設けたことを特徴とする内燃機関。