JP2008128180A - 筒内噴射式火花点火内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】タンブル流を強化して筒内の燃焼温度が上昇する状況となったときであっても、冷却損失の発生を抑制できる筒内噴射式火花点火内燃機関を提供する。
【解決手段】筒内にタンブル流Ｔを生成させると共に、吸気行程での下死点近傍で燃料ＦＥを噴射して前記タンブル流を強化できるように形成した筒内噴射式の火花点火内燃機関５０であって、排気ガスの一部を吸気側に戻して再循環させる排気ガス再循環系と、前記タンブル流の強化をするときに、前記排気ガス再循環系からの還流ガスＥＧＲ−Ｇの濃度が、中心側よりも周囲側で高くなるように前記還流ガスを前記筒内５７へ導入する還流ガス導入手段６３とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、燃料を気筒内に直接に噴射する筒内直噴式の火花点火内燃機関に関し、特に筒内温度が上昇したときに冷却損失の発生を抑制できる内燃機関に関する。

燃料を気筒内に直接に噴射して、点火プラグで点火させる火花点火内燃機関は従来から種々検討され、また実用化されている。そして、この筒内噴射式火花点火内燃機関の筒内にタンブル流を生成させるように設計すると、混合気の燃焼速度を向上させて良好な均質燃焼を得ることができる。特許文献１は均質燃焼時に筒内のタンブル流を強化する技術について開示する。より具体的には、特許文献１は吸気通路に配備した吸気流制御弁の開度を小さくする（流路を絞る）方向に制御して、均質燃焼時にタンブル流を強化させる吸気制御装置を提案する。

特開２００５−１８０２４７号公報

ところで、空燃比をリーンとして内燃機関が運転される場合がある。このようなリーン要求のある状況では、一般にストイキの場合よりも筒内に供給される吸入空気量を増大させることが必要となる。このように吸入空気量を増加させることが求められる状況では流路を絞ることができない。よって、特許文献１で開示する吸気制御装置では、空燃比をリーンとする運転状況ではタンブル流を強化することが困難である場合があり燃焼が悪化することが懸念される。これについては、例えば空燃比がリーンのときにインジェクタ（燃料噴射弁）からの燃料噴射でタンブル流を強化することによって燃焼の改善を図ることができる。

しかしながら、上記のようにタンブル流を強化して混合気の燃焼速度を向上させると筒内の燃焼温度が上昇する。筒内温度が許容範囲を超えて上昇すると冷却損失が増加して燃費の悪い内燃機関となってしまう。

そこで、本発明の目的は、タンブル流を強化して筒内の燃焼温度が上昇する状況となったときであっても冷却損失の発生を抑制できる筒内噴射式火花点火内燃機関を提供することである。

上記目的は、筒内にタンブル流を生成させると共に、吸気行程での下死点近傍で燃料を噴射して前記タンブル流を強化できるように形成した筒内噴射式の火花点火内燃機関であって、排気ガスの一部を吸気側に戻して再循環させる排気ガス再循環系と、前記タンブル流の強化をするときに、前記排気ガス再循環系からの還流ガスの濃度が、中心側よりも周囲側で高くなるように前記還流ガスを前記筒内へ導入する還流ガス導入手段とを、備えていることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関により達成できる。

本発明によると、還流ガス導入手段によって吸気側に戻される還流ガスは、筒内での濃度が中心側よりも周囲側で高くなるように導入される。よって、中心側の混合気が燃料したときに高い温度となっても周辺の還流ガスによるガス断熱効果で冷却損失を低減できる。そして、この発明は既存の排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）を活用する場合には簡易な変更で、低コストにて実現することができる。

また、前記筒内に吸気を供給する吸気通路に順方向のタンブル流を形成させる構造を備え、前記還流ガス導入手段は、前記還流ガスが前記タンブル流に乗って前記筒内へ流入するように前記吸気通路の上側から当該還流ガスを導入する第１の還流ガス導入管を含む構造としてもよい。

また、前記筒内に吸気を供給する吸気通路に順方向のタンブル流を形成させる構造を備え、前記還流ガス導入手段は、前記還流ガスを前記筒内へ流入させた後、前記タンブル流に沿って流れるように前記吸気通路の下側から前記還流ガスを導入する第２の還流ガス導入管を含む構造としてもよい。

また、前記筒内に吸気を供給する吸気通路に順方向のタンブル流を形成させる構造を備え、前記還流ガス導入手段は、前記筒内の中央で噴射される燃料との接触が少なくするように、前記吸気通路の両側から前記還流ガスを導入する第３の還流ガス導入管を含む構造としてもよい。

また、前記筒内に噴射される燃料の噴霧範囲がボア径の２／３を超えないように噴霧角が規定されており、前記第３の還流ガス導入管は、前記噴霧範囲の外側に向けて前記還流ガスを導入することが望ましい。

また、前記吸気通路を開閉する吸気弁が開いているときに、前記還流ガスを流す制御手段を更に備えることが更に望ましい。

また、前記順方向のタンブル流を形成させる構造は、前記吸気通路内に配備した板状の弁体を片持ち状態で回動して吸気流を偏倚させる吸気制御弁としてもよい。

本発明によれば、タンブル流を強化して筒内の燃焼温度が上昇する状況となったときであっても冷却損失の発生を抑制できる筒内噴射式火花点火内燃機関を提供できる。

以下、本発明に係る好ましい形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、実施例１に係る筒内噴射式の火花点火内燃機関５０（以下、単に内燃機関５０と称する）を中心に形成した内燃機関システム１００を模式的に示した図である。内燃機関システム１００は、内燃機関５０と、これに付属する吸気系１０、燃料噴射系２０、排気系３０などを含んで構成されている。この内燃機関システム１００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１により全体的に制御されている。

吸気系１０は、内燃機関５０に吸気（空気）を筒内へ導入するための構成である。吸気系１０は、吸気を濾過するためのエアクリーナ１１、空気量を計測するエアフロメータ１２、吸気の流量を調節するスロットル弁１３、吸気を一時的に貯蔵するためサージタンク１４、吸気を内燃機関５０の各気筒に分配するインテークマニホールド１５、また内燃機関５０のシリンダヘッドに形成されている吸気通路としての吸気ポート５２ａなどを含んで構成されている。

燃料噴射系２０は燃料ＦＥを圧送して筒内に直接噴射するための構成である。燃料噴射系２０はインジェクタ２１、燃料噴射ポンプ２２、燃料タンク２３などを有して構成されている。インジェクタ２１はＥＣＵ１の制御のもとで適宜の噴射時期に開弁されて燃料を筒内に噴射する。また、その燃料噴射量は、ＥＣＵ１の制御のもとインジェクタ２１が閉弁されるまでの間の開弁期間の長さで調節される。燃料噴射ポンプ２２は燃料を加圧して噴射圧を発生させるための構成であり、ＥＣＵ１の制御のもと噴射圧が適宜に調節される。

排気系３０は、内燃機関５０の筒内（燃焼室内）で発生した排気ガスを機外へ排出するため構成である。排気系３０はシリンダヘッドに形成した排気ポート５２ｂ、エキゾーストマニホールド３１などを含んで構成されている。そして、この排気系３０には排気ガス再循環系となるＥＧＲ装置（Exhaust Gas Recirculation装置）３５が設けられている。ＥＧＲ装置３５は、排気ガスの一部を吸気側に戻して再循環させることにより燃焼温度を下げてＮＯｘの発生量を低減させる。

ＥＧＲ装置３５は、エキゾーストマニホールド３１とインテークマニホールド１５とを接続するＥＧＲ通路３６、このＥＧＲ通路３６を開閉するＥＧＲバルブ３７及び、ＥＧＲ通路３６内を流れるＥＧＲガス（還流される排気ガスであり、ＥＧＲ−Ｇで示す）を冷却するＥＧＲクーラ３８などを含んで構成されている。ＥＣＵ１の制御のもとＥＧＲ装置３５は適宜の度合いでＥＧＲ通路３６を連通或いは遮蔽する。

そして、更に上記ＥＧＲ装置３５にはＥＧＲ通路３６の分岐通路６１が配備してある。この分岐通路６１の途中には開閉バルブ６２が配備され、ＥＣＵ１の制御のもとで必要に応じて開閉されるようになっている。この開閉バルブ６２の他端は、吸気ポート５２ａに配置したＥＧＲ導入管６３に接続されている。なお、図１では作図の都合からＥＧＲガスの流れを「ＥＧＲ−Ｇ」で示し、分岐通路６１の一部を図示している。

ここで、上記ＥＧＲ導入管６３は、筒内に導入されたＥＧＲガスが主に周囲側に存在して中心を包み込むような状態を形成するように、ＥＧＲガスを筒内へ導入するための構造である。更に、図２を参照してこの点に係る構造をより詳細に説明する。

図２は、図１で示している内燃機関５０を拡大して示した模式図である。同一の部位については、図１と同じ符号を付してある。この図２を参照して、内燃機関５０の構造の概略を説明する。

内燃機関５０は、シリンダブロック５１、シリンダヘッド５２、ピストン５３、点火プラグ５４、吸気弁５５、及び排気弁５６などを含んで構成されている。本実施例１に示す内燃機関５０は、例えば直列４気筒の筒内噴射式火花点火内燃機関である。ただし、内燃機関５０は他の適宜の気筒配列構造及び気筒数を有していてもよい。また図２では内燃機関５０に関し、各気筒の代表としてシリンダ５１ａについて要部を示しているが本実施例では他の気筒についても同様の構造となっている。シリンダブロック５１には、略円筒状のシリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内には、ピストン５３が収容されている。

シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５７は、シリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。シリンダヘッド５２には燃焼室５７に吸気を導くための吸気ポート５２ａのほか、燃焼したガスを燃焼室５７から排気するための排気ポート５２ｂが形成されている。さらに、これら吸排気ポート５２ａ及び５２ｂを開閉するための吸気弁５５及び排気弁５６が配設されている。なお、内燃機関５０は１気筒あたりに適宜の数量の吸排気弁５５及び５６を備えた吸排気弁構造であってもよい。

点火プラグ５４は、燃焼室５７の上方略中央に電極を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。インジェクタ２１も燃焼室５７の上方で点火プラグ５４と隣り合う位置から燃焼室５７内に燃料噴射孔を突出させた状態でシリンダヘッド５２に配設されている。

吸気ポート５２ａには、燃焼室５７内（筒内）にタンブル流Ｔを生成するための吸気制御弁５８が配設されている。吸気制御弁５８は、ＥＣＵ１の制御のもと吸気ポート５２ａ内で吸気ＡＲを偏流させて燃焼室５７内にタンブル流Ｔを生成させるための構造である。

吸気制御弁５８は弁体が板状であって、吸気ポート５２ａの内壁下側に設定した支軸５９を中心に回動するように設定されている。ここでは図示を省略しているが、ＥＣＵ１により駆動が制御されるアクチュエータにより吸気制御弁５８の開度が調整される。そして、図２は、吸気制御弁５８を閉じることにより吸気ポート５２ａ内の流路を絞って筒内にタンブル流Ｔを形成するようにした様子を例示している。ここで形成するタンブル流Ｔは、燃焼室５７内の吸気弁５５側を上昇するように気筒内を時計回りに旋回する順タンブル流となっている。

そして、本実施例ではインジェクタ２１がＥＣＵ１の制御のもと吸気行程下死点近傍で燃料ＦＥを噴射するように設定されている。インジェクタ２１の噴孔２１ＨＬはタンブル流Ｔの流れに沿う方向に向けられている。これにより、噴射された燃料ＦＥはタンブル流Ｔを適度に強化し、強化されたタンブル流Ｔは点火時期まで維持される。その結果、点火時期に混合気の乱れを増大させ、燃焼速度を適度に向上するため良好な均質燃焼を得られるようなっている。

ところが、上記のようにタンブル流Ｔを形成して燃焼速度を向上させて良好な均質燃焼を形成すると、筒内温度が許容範囲を超えて上昇してしまう場合がある。このように筒内温度が上昇してしまうと冷却損失が顕著となり、内燃機関の燃費が悪化し、燃焼速度を向上させたことによって得られる効果が減殺さる。そこで、本実施例１の内燃機関５０は、冷却損失を抑制するための新規な構成を備えている。この点について説明する。

前述したようにＥＧＲ導入管６３は、ＥＧＲ装置から分流したＥＧＲガス（ＥＧＲ−Ｇ）を吸気ポート５２ａの上側に導入するように配置してある。より詳細には、ＥＧＲ導入管６３は吸気弁５５の上流近傍で、吸気ポート５２ａの上側壁からＥＧＲガスを導入するように挿し込まれている。一方、前述したように、吸気制御弁５８を駆動させて吸気ポート５２ａ内を閉じる方向（絞る方向）へ回動したときには、吸気ポートの上側に片寄った強い流れ（偏流）を発生せて順タンブル流が形成されるように設定してある。

そして、導入されるＥＧＲガスが上記偏流に乗って、筒内に流れ込むようにＥＧＲ導入管６３の位置が設定してある。更に内燃機関５０はインジェクタ２１の噴霧によっても筒内に強いタンブル流Ｔを形成できるように設計してある。

したがって、タンブル流Ｔを形成させる状態となっているときにＥＧＲ導入管６３からＥＧＲガス（ＥＧＲ−Ｇ）を導入すると、図２で示すように、形成されるタンブル流Ｔに乗って流れることになる。その結果、燃焼室５７の周囲側を取り巻くようにＥＧＲガスを導入し、その中心側には吸気ＡＲと噴霧された燃料ＦＥとが混合した混合気ＭＧが存在するガス雰囲気を形成できる。

上記のように混合気ＭＧの周囲を囲むように存在するＥＧＲガス（ＥＧＲ−Ｇ）は高い断熱性を有している。よって、このような状態を形成したときに、点火プラグ５４で混合気ＭＧに点火して燃焼させると燃焼温度が上昇してもＥＧＲガスの断熱作用で外部への熱の漏れを抑制できる。したがって、実施例１の実施例１に係る筒内噴射式の火花点火内燃機関５０では、強いタンブル流を形成して、燃料温度が上昇した場合でも冷却損失の発生を抑制できる。

なお、図１で示すように内燃機関５０には、回転数ＮＥに比例した出力パルスを発生するクランク角センサ７１、内燃機関５０の水温を検出するための水温センサ７２、アクセルペダル（図示省略）の踏み込み量（アクセル開度）を検知するためのアクセルセンサ７３など各種のセンサが配設されてＥＣＵ１に供給されている。よって、ＥＣＵ１は内燃機関５０の運転状態に応じて導入管６３からＥＧＲガスを吸気ポート５２ａ内に還流させ、筒内に必要なガス断熱状態を形成させて冷却損失の発生を抑制できる。

上記ＥＣＵ１は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、入出力回路などを有して構成されている。ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムを格納するための構成であり、本実施例では内燃機関５０制御用プログラムのほか、種々のセンサから内燃機関５０の運転状態から筒内の燃料温度を推定して、これに基づいてＥＧＲ導入管６３から導入するＥＧＲガスの導入タイミングと導入量を制御するプログラムなども格納している。ＥＣＵ１は主として内燃機関５０を制御するための構成であるが、本実施例ではインジェクタ２１や燃料噴射ポンプ２２のほか、点火プラグ５４、吸気制御弁５８などの動作も制御している。特に本実施例１のＥＣＵ１は、タンブル流Ｔを形成して筒内温度が許容温度を超える可能性があるときに上記のようにＥＧＲガスを筒内に供給して混合気ＭＧを包み込む状態を形成できるので冷却損失を確実に低減できる。

なお、内燃機関の吸気ポート（吸気通路）には種々の形状がある。よって、タンブル流Ｔを形成する流れに乗るようにＥＧＲガスを導入でき、そして筒内では内壁に沿うように流れて周囲側のＥＧＲガス濃度が濃い状態を形成させるように、上記ＥＧＲ導入管６３の位置を適宜に選択すればよい。上記実施例１の場合は順タンブル流を形成する場合を例示しているので、吸気弁５５の上流、近傍であって、吸気ポート５２ａの上側壁から挿し込むことを前提にしてＥＧＲ導入管６３の最適位置を確認すればよいことになる。

図３は、上記実施例１を適用できる吸気ポートの具体的な構造例を示した図であり、（Ａ）は吸気ポートの平面視図、（Ｂ）は同側面視図である。この吸気ポート１５０は、（Ａ）で示すように下流側が二股に形成されている。そして、（Ｂ）で示すように、吸気ポート下流の吸気口１５１、１５２のそれぞれに吸気弁１５４、１５５が配備される。このような構造の場合には、図３（Ａ）で示すように、内燃機関の前側（図３（Ａ）においては上側）の吸気口１５１にＥＧＲガスを導入するＥＧＲ導入管１５３Ａの位置は、吸気ポート内の吸気弁の上流近傍であって、更に吸気ポートの上側（図３（Ｂ）で上側）かつ内燃機関の前側に偏倚した位置に設定するのが好ましい。同様に、吸気口１５２にＥＧＲガスを導入するＥＧＲ導入管１５３Ｂの位置は、吸気ポート内の吸気弁の上流近傍であって、更に吸気ポートの上側かつ内燃機関の後ろ側に偏倚した位置に設定するのが好ましい。なお、ＥＧＲガスを吸気ポート内へ導入するに際しては、ＥＧＲ導入管１５３Ａ、１５３Ｂから大量に導入するのではなく、局所的に導入するのが好ましい。燃焼室内で周囲側の濃度が濃い状態を形成し、断熱作用を発揮させることができる程度のＥＧＲガス量とするのがよい。また、ＥＧＲガスを勢い良く吸気ポート内に吹き込んで、タンブル流形成に影響を及ぼすのは好ましくない。

図４は、図３で説明した条件で設定したＥＧＲ導入管１５３Ａ、１５３Ｂから導入したＥＧＲガス（ＥＧＲ−Ｇ）の状態を模式的に示した図である。図４（Ａ）は上面視で示したＥＧＲガスの移動途中の状態、また（Ｂ）は混合気ＭＧを中心にしてＥＧＲガスが周囲を包み込む最終状態を示している図である。図４（Ａ）で示すように、ＥＧＲ導入管１５３Ａ、１５３Ｂから局所的にＥＧＲガスを導入することにより、内壁面に沿って流れた２つのＥＧＲガスの流れが燃焼室内で合流する。更に、タンブル流Ｔが燃焼室内を壁面に沿って旋回するのに伴って、ＥＧＲガスも旋回する。よって、最終的に、図４（Ｂ）で示すように混合気ＭＧを中央部として周囲から包み込む状態、すなわち中央よりも周囲側の方がＥＧＲガスの濃度が濃い状態を形成できる。

なお、上記で説明した実施例の内燃機関システム１００は排気ガス再循環系（ＥＧＲ系）としてＥＧＲ装置を備えているときに、ＥＧＲ通路を分岐して吸気弁の近傍上流にＥＧＲガス導入管を設ける場合について説明した。ＥＧＲ装置を備えることが前提である内燃機関システムの場合、上記のようにＥＧＲ通路を分岐してＥＧＲガスを吸気弁の上流に局所的に導入するという簡易な変更だけで本発明を簡単に実現できる。この場合には低コストでの実現が可能な発明となる。

ＥＧＲ装置を備えていない内燃機関システムの場合には、排気ガスを吸気ポートに還流させる再循環通路を新たに設定して、この通路に開閉弁を配置して排気ガス再循環系（ＥＧＲ系）とすればよい。なお、吸気ポートに導入するＥＧＲガスは冷却しておくことで断熱効果を高めることができるので、冷却設備を合せて設けておくのが好ましい。前述した実施例１のように既存のＥＧＲ装置を利用すする場合、通常のＥＧＲ装置はＥＧＲクーラが配備されているので冷却したＥＧＲガスを簡単に供給できる。

図５及び図６を参照して、更に本発明に係る第２の実施例について説明する。この実施例２はＥＧＲガスを導入するＥＧＲ導入管の位置を吸気ポート（吸気通路）の下側壁に変更したものである。図５は実施例２に係る吸気ポートの構造を示した図であり、（Ａ）は吸気ポートの平面視図であり、（Ｂ）は同側面視図である。図６は、燃焼室内に導入されたＥＧＲガスの状態変化を模式的に示した図である。

図５（Ａ）で示すように、実施例２の場合についても吸気弁１６４、１６５の上流側近傍の吸気ポート１６０内にＥＧＲ導入管１６３Ａ、１６３Ｂが設定されるは実施例１と同様である。しかし、図５（Ｂ）で示すように、ＥＧＲ導入管１６３Ａ、１６３Ｂは吸気ポートの下側壁面に配置してある。実施例１の吸気ポートの上側壁面に配置したＥＧＲ導入管６３（或いは１５３Ａ、１５３Ｂ）の場合、燃焼室に向かう吸気流に乗せるようにしてＥＧＲガスを流入させ、更に燃料噴霧で強化されるタンブル流Ｔで相対的に周囲側でのＥＧＲガス濃度が高い状況を形成する。実施例１の場合はＥＧＲガスと噴霧した燃料が接触し、互いに混ざりあう機会がある。ＥＧＲガス内に入り込んだ燃料は燃焼せず、そのまま排出されることになってしまう。この点の改善を図ったのが実施例２である。

ＥＧＲガスの一連の変化を示している図６を参照して、実施例２の場合を説明する。ＥＧＲ導入管１６３Ａ、１６３Ｂは、吸気ポートの下側壁面に配置してあるので、ＥＧＲガスは下面に沿って燃焼室内に流入することになる。なお、この実施例２の場合は、ＥＧＲ導入管１６３Ａ、１６３Ｂから吸気ポートへ導入した
ＥＧＲガスを吸気流の流れるに乗せることを考慮していない。よって、実施例１の場合のように、前後方向（図５（Ａ）では上下方向）でＥＧＲ導入管１６３Ａを前側、ＥＧＲ導入管１６３Ｂを後側に偏倚させることは必須でなく、導入したＥＧＲガスが図６（Ａ）で示すように吸気側に滞留するような状態を形成できればよい。

ここで、吸気制御弁（図２の５８を参照）及び燃料ＦＥの噴霧により、強化されたタンブル流Ｔが形成される。このタンブル流Ｔは、吸気側を上昇して排気側で下降する順方向の流れである。タンブル流Ｔは、吸気側で滞留していたＥＧＲガスに作用する。そして、図６（Ｂ）で示すようにＥＧＲガスはタンブル流Ｔに沿った流れを形成し、最終的に図６（Ｃ）で示すように吸気と燃料との混合気ＭＧを周囲から包み込む状態を形成する。よって、実施例２の場合も、混合気ＭＧの周囲を囲むように存在するＥＧＲガス（ＥＧＲ−Ｇ）は高い断熱性を有している。よって、このような状態を形成したときに、点火プラグ５４で混合気ＭＧに点火して燃焼させると燃焼温度が上昇してもＥＧＲガスの断熱作用で外部への熱の漏れを防止して冷却損失の発生を抑制できる。そして、この実施例２の場合には、図６（Ａ）で示すようにＥＧＲガスが存在しない部分に燃料ＦＥが噴射されている。よって、燃料ＦＥがＥＧＲガス中に入り込むのが低減して、燃料ＦＥの周りに酸素が十分に存在する状態を形成することができる。

さらに、図７を参照して、更に本発明に係る第３の実施例について説明する。この実施例３はＥＧＲガスを導入するＥＧＲ導入管の位置を吸気ポート（吸気通路）の両側壁面に変更したものである。図７は実施例３に係る吸気ポート及び燃焼室について示した図であり、（Ａ）は吸気ポートの平面視図であり、（Ｂ）は同側面視図であり、（Ｃ）は燃焼室内に導入されたＥＧＲガスの様子を模式的に示した図である。

図７（Ａ）で示すように、実施例３の場合についても吸気弁１７４、１７５の上流側近傍の吸気ポート１７０内にＥＧＲ導入管１７３Ａ、１７３Ｂが設定されるは実施例１と同様である。しかし、図５（Ｂ）で示すように、ＥＧＲ導入管１７３Ａ、１７３Ｂは吸気ポートの両側壁面に配置してある。上記実施例２はＥＧＲガスと燃料ＦＥとの接触する機会を減少させるため、ＥＧＲ導入管を吸気ポートの下側壁面に配置して対処している。しかし、この場合でも燃料ＦＥは徐々にＥＧＲガスと混ざることになる。この点の更に改善を図ったのが実施例３である。

実施例３の場合には、導入されたＥＧＲガスが燃焼室内で噴霧された燃料ＦＥと接触する機会が少なくなるように、ＥＧＲ導入管１７３Ａ、１７３Ｂが両側壁面に設定されている。よって、この点では実施例１の場合と同様で、前後方向（図７（Ａ）では上下方向）でＥＧＲ導入管１７３Ａを前側、ＥＧＲ導入管１７３Ｂを後側に偏倚させてある。そして、図７（Ｃ）で示すように、ＥＧＲ導入管１７３Ａ、１７３Ｂから燃焼室内に導入されたＥＧＲガス（ＥＧＲ−Ｇ）が両側に流入され、噴霧された燃料ＦＥと重なり合わない状態が形成してある。

なお、ここでは図示しないインジェクタ（図２の２１を参照）から噴射された燃料の幅ＳＷをボア径ＢＤ（燃焼室の直径）の２／３の長さを超えない程度となるように噴霧角ＳＡを設定するのが好ましい。このとき、燃焼室内の両側（図７（Ｃ）では上下）に燃料が噴霧されない領域が残る。この領域に導入したＥＧＲガスが流入するように、ＥＧＲ導入管１７３Ａ、１７３Ｂの位置を設定する。

この実施例３の場合には、吸気制御弁（図２の５８を参照）及び燃料ＦＥの噴霧により強化されたタンブル流Ｔが形成されたときに、両側でＥＧＲガスも旋回して混合気を中央としてＥＧＲガスで周囲を包み込む状態を形成できる。しかし、ＥＧＲガスは燃焼室の中心部にまで進行しないので、中心付近では混合気が露出した状態となる。すなわち、図７（Ｃ）で模式的に示している状態が形成される。よって、実施例３の場合ＥＧＲガスによる断熱作用が低減することにはなるが、前述した実施例１、２との比較で燃料ＦＥとＥＧＲガスとの混合をより確実に減少できる。

図８及び図９を参照して、更に本発明に係る第４の実施例について説明する。この実施例４はＥＧＲガスを吸気ポートに導入するのに際して適用するのが好ましい制御に係るものであり、上述した実施例１〜３に共通して採用できる構成である。最も詳細に説明した実施例１の図１で説明した構成を流用して説明する。実施例１ではＥＧＲ装置３５のＥＧＲ通路３６に分岐通路６１を設け、この分岐通路６１に開閉バルブ６２を配備してある。仮に分岐通路６１だけを設けて、開閉バルブ６２を配備しないと吸気ポート側の圧力の方が低いので吸気弁５５が閉じている間にも、吸気ポート内にＥＧＲガスが流れ込むことになる。その結果、吸気弁５５の手前にＥＧＲガスが滞留し、吸気弁５５を開いたときに一気に燃焼室へ流し込むことになってしまう。これでは、前述したように、適量のＥＧＲガスを局所的に導入し、混合気の周囲を包み込むことが困難となる。

図８は、上記の課題を解消するための構成を取出して示したブロック図であり、図１で示している構成を流用して示してある。ＥＣＵ１が必要なときにだけ分岐通路６１にＥＧＲガス（還流ガス）を流す制御手段として機能している。ＥＣＵ１は図示しないＲＯＭに開閉バルブ６２の好ましい駆動タイミングを設定したデータを格納している。このようなデータは、例えば図９で示すタイミングデータであり、吸気弁５５の開期間（開いている間）に対応させて開閉バルブ６２を開き、ＥＧＲガスを吸気ポートに導入するように設定してある。このようにすれば上記で指摘した吸気弁前にＥＧＲガスが溜まるという不都合を解消できる。なお、図９に示すように吸気弁５５の開期間はクランク角度により検出することができるが、前述したようにＥＣＵ１にはクランク角センサ７１からの出力が供給されている（図１参照）。よって、ＥＣＵ１はクランク角センサ７１からの出力に基づいて、ＥＧＲガスを吸気ポートに導入する必要があるときに精度良く開閉バルブ６２を開くことができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

実施例１に係る筒内噴射式の火花点火内燃機関を中心に形成した内燃機関システムを模式的に示した図である。 図１で示している内燃機関を拡大して示した模式図である。 実施例１を適用できる吸気ポートの具体的な構造例を示した図であり、（Ａ）は吸気ポートの平面視図、（Ｂ）は同側面視図である。 図３で説明した条件で設定したＥＧＲ導入管から導入したＥＧＲガスの状態を模式的に示した図である。 実施例２に係る吸気ポートの構造を示した図であり、（Ａ）は吸気ポートの平面視図、（Ｂ）は同側面視図である。 実施例２で燃焼室内に導入されたＥＧＲガスの状態変化を模式的に示した図である。 実施例３に係る吸気ポート及び燃焼室について示した図であり、（Ａ）は吸気ポートの平面視図、（Ｂ）は同側面視図、（Ｃ）は燃焼室内に導入されたＥＧＲガスの様子を模式的に示した図である。 実施例４に係る構成を示したブロック図である。 開閉バルブの駆動タイミングを設定する例について示した図である。

符号の説明

１ ＥＣＵ（制御手段）
１０ 吸気系
２０ 燃料噴射系
３０ 排気系
３５ ＥＧＲ装置（排気ガス再循環系）
５０ 内燃機関
５２ａ 吸気ポート（吸気通路）
５５ 吸気弁
５８ 吸気制御弁（タンブル流を形成させる構造）
６３ ＥＧＲ導入管（第１の還流ガス導入管）
１００ 内燃機関システム
１５３Ａ、１５３Ｂ ＥＧＲ導入管（第１の還流ガス導入管）
１６３Ａ、１６３Ｂ ＥＧＲ導入管（第２の還流ガス導入管）
１７３Ａ、１７３Ｂ ＥＧＲ導入管（第３の還流ガス導入管）
ＥＧＲ−Ｇ ＥＧＲガス（還流ガス）
ＦＥ 燃料
ＭＧ 混合気
Ｔ タンブル流

Claims (7)

1. 筒内にタンブル流を生成させると共に、吸気行程での下死点近傍で燃料を噴射して前記タンブル流を強化できるように形成した筒内噴射式の火花点火内燃機関であって、
   排気ガスの一部を吸気側に戻して再循環させる排気ガス再循環系と、
   前記タンブル流の強化をするときに、前記排気ガス再循環系からの還流ガスの濃度が、中心側よりも周囲側で高くなるように前記還流ガスを前記筒内へ導入する還流ガス導入手段とを、備えていることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。
2. 前記筒内に吸気を供給する吸気通路に順方向のタンブル流を形成させる構造を備え、
   前記還流ガス導入手段は、前記還流ガスが前記タンブル流に乗って前記筒内へ流入するように前記吸気通路の上側から当該還流ガスを導入する第１の還流ガス導入管を含む、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. 前記筒内に吸気を供給する吸気通路に順方向のタンブル流を形成させる構造を備え、
   前記還流ガス導入手段は、前記還流ガスを前記筒内へ流入させた後、前記タンブル流に沿って流れるように前記吸気通路の下側から前記還流ガスを導入する第２の還流ガス導入管を含む、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. 前記筒内に吸気を供給する吸気通路に順方向のタンブル流を形成させる構造を備え、
   前記還流ガス導入手段は、前記筒内の中央で噴射される燃料との接触が少なくするように、前記吸気通路の両側から前記還流ガスを導入する第３の還流ガス導入管を含む、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. 前記筒内に噴射される燃料の噴霧範囲がボア径の２／３を超えないように噴霧角が規定されており、
   前記第３の還流ガス導入管は、前記噴霧範囲の外側に向けて前記還流ガスを導入する、ことを特徴とする請求項４に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
6. 前記吸気通路を開閉する吸気弁が開いているときに、前記還流ガスを流す制御手段を更に備える、ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
7. 前記順方向のタンブル流を形成させる構造は、前記吸気通路内に配備した板状の弁体を片持ち状態で回動して吸気流を偏倚させる吸気制御弁である、ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。

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