JP3449438B2 - 燃料噴射式エンジン - Google Patents
燃料噴射式エンジンInfo
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- JP3449438B2 JP3449438B2 JP10604294A JP10604294A JP3449438B2 JP 3449438 B2 JP3449438 B2 JP 3449438B2 JP 10604294 A JP10604294 A JP 10604294A JP 10604294 A JP10604294 A JP 10604294A JP 3449438 B2 JP3449438 B2 JP 3449438B2
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、点火プラグにより燃料
が着火されるエンジンであって、燃料噴射装置の噴射ノ
ズルが燃焼室内に開口されており、燃焼室内において吸
入空気に燃料を直接噴射する方式の燃料噴射式エンジン
に関する。 【０００２】 【従来の技術】燃焼室内において吸入空気に燃料を直接
噴射する方式については、ディーゼルエンジンで古くか
ら知られているが、ガソリンを燃料とする一般的なエン
ジンにおいても、以前からキャブレターの欠点を補うも
のとして高性能エンジンの分野で用いられており、最近
では、大気汚染問題や燃費の関係からも注目され、しか
も、電子技術の進歩によってこの方式における理想的な
制御を容易に行うことが可能となったため、一般的な乗
用車においてもこの方式が広く採用されるに至ってい
る。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な燃焼室内に直接燃料を噴射する方式のガソリンエンジ
ンについては、従来からポンピングロスをなくして燃費
を良くするための研究はなされているが、一般に、吸気
通路の壁面流のサイクル毎の空燃比変動が抑えられて空
燃比が高くても安定した運転を可能とするという利点を
有する反面、燃料の霧化が難しく、スロットル弁がない
ために、低負荷では点火プラグ付近を可燃空燃比とする
ために成層化する必要があり、また、全負荷では均一混
合とする必要があって、そのためシリンダ内流動と噴射
の噴霧状態について極めて細かい制御が必要となってく
る。 【０００４】特に、小型エンジンにおいては、燃料量が
少なく回転領域も高いので、短時間に霧化混合を行う必
要があり、その場合、霧化を良くして短時間で空気と混
合させるために噴射圧力を上げて微粒化することも考え
られるが、噴射圧力を上げると燃料がシリンダ壁にぶつ
かって付着してしまうこととなり、スロットル弁を設け
て空気量を絞るとシリンダ内流動が弱くなってしまうと
いう問題を生じることとなる。 【０００５】一方、排気ガスの面から見ると、低負荷で
もＮＯX が増え、また、スロットル弁がなく常にスロッ
トル全開状態であるため、排気ガス温度が下がることと
なって触媒も活性化しにくいという問題がある。 【０００６】本発明は、上記のような従来の燃焼室内に
直接燃料を噴射する方式の燃料噴射式エンジンにおける
不都合を解消することを目的としたもので、具体的に
は、低負荷運転域のように吸気量の少ない運転領域で、
スロットル弁を設けて空気量を絞っても、シリンダ内の
流動を強くして燃焼を安定させることができ、ＨＣ，Ｎ
ＯXの発生を抑えることができるような燃料噴射式エン
ジンを提供することを目的としている。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決しかつ目的を達成するために、吸気バルブを備えた
吸気通路が開口されている燃焼室の天壁に点火プラグが
配置され、燃料噴射装置の噴射ノズルが燃焼室内に開口
されている、１気筒につき２つの吸気バルブを備えた燃
料噴射式エンジンにおいて、吸気通路の燃焼室開口部近
傍に、低負荷域で吸気通路の下壁側のみを閉じる吸気制
御バルブを設けて、燃料噴射装置の噴射ノズルを、吸気
制御バルブを閉じたときのタンブルの吹き出し方向と略
同じ方向に燃料を噴射するように、２つの吸気バルブの
間で燃焼室内に開口させて、燃料噴射装置の噴射タイミ
ングを、エンジンの吸気工程の後半付近に設定すると共
に、吸気制御バルブの上流の吸気通路にスロットル弁を
設けることを特徴とするものである。 【０００８】 【作 用】上記のような構成により、低負荷域のように
吸気量の少ない運転領域で、スロットル弁を設けて吸気
量を絞っても、吸気制御バルブを閉じて吸気通路の底壁
側が絞り込まれた全閉状態とすることで、強いタンブル
が発生してシリンダ内の流動が強化されるため、燃焼が
安定化してＨＣ，ＮＯ X の発生が抑えられる。また、そ
のようにスロットル弁を設けて吸気量を絞ることができ
るため、排気ガスの温度低下を防ぐことができて、触媒
を活性化させてＮＯXの量を更に低減することができ
る。 【０００９】また、吸気制御バルブを閉じることでタン
ブルが強化されることにより、燃焼室内に噴射された燃
料はタンブルに包み込まれた状態で吸入空気と混合する
ため、燃料がシリンダ壁に付着するのを防ぐことができ
て、燃料の付着によるＨＣの発生を抑えることができ
る。さらに、燃料の噴射タイミングを吸気工程の後半付
近に設定していることで、タンブル強度が最大となる付
近で燃焼室内に燃料を噴射することができ、その後の圧
縮行程時のシリンダ内流動の乱れによって燃焼が更に良
くなる。 【００１０】 【実施例】以下、本発明の燃料噴射式エンジンの実施例
について図面に基づいて説明する。 【００１１】図１〜図４は、本発明の一実施例における
多気筒４バルブの燃料噴射式エンジンの一気筒部分を示
すもので、エンジン１は、シリンダブロック２の上にシ
リンダヘッド３が積層され、シリンダヘッド３の上に吸
気カム軸５と排気カム軸６を覆うヘッドカバー４が装着
されたものであって、シリンダブロック２に形成された
シリンダ内にピストン７が摺動自在に挿入されており、
ピストン７はコンロッド８で図示していないクランク軸
に連結されている。 【００１２】シリンダヘッド３には、各気筒の燃焼室に
おいてその天壁３ａを構成するための凹部がその下面に
形成されており、この凹部、すなわち、燃焼室の天壁３
ａからは、シリンダヘッド３内に吸気通路１１と排気通
路１２が、図２に示すように、それぞれその上流で１本
に合流するように２本づつ引き出されていて、燃焼室天
壁３ａのほぼ中心には点火プラグ５０が取付けられてい
る。 【００１３】なお、図示していないが、吸気通路１１の
上流には、吸入空気の量を制御することが可能なように
スロットル弁が設置されており、排気通路１２の下流に
は、排気ガスを浄化するための触媒が設置されている。 【００１４】各吸気通路１１と各排気通路１２のそれぞ
れの燃焼室開口部１１ａ，１２ａには、吸気バルブ１５
と排気バルブ１６がクロスフローに配置されていて、そ
れぞれのバルブステム１５ａ，１６ａは、シリンダの軸
方向の面において所定の挟み角をなすよう、互いに反対
方向斜め上方に向かって延びており、各バルブステム１
５ａ，１６ａの上端にある吸気リフタ１５ｂおよび排気
リフタ１６ｂとシリンダヘッド４との間にそれぞれバル
ブスプリング１５ｃ，１６ｃを介して、シリンダヘッド
３に装着されている。 【００１５】この吸気バルブ１５と排気バルブ１６は、
それぞれのバルブスプリング１５ｃ，１６ｃによって常
に閉方向に付勢されていると共に、各リフタ１５ｂ，１
６ｂ上にシリンダの軸方向と直角でかつ互いに平行に配
設されている吸気カム軸５および排気カム軸６によっ
て、図示したように直接（あるいはロッカーアームを介
してでもよい）各リフタ１５ｂ，１６ｂが押圧されるこ
とにより、バルブスプリング１５ｃ，１６ｃの弾力に抗
して開方向に移動される。 【００１６】このような４バルブエンジン１において、
各吸気通路１１の下壁側のみを閉じる吸気制御バルブ１
８が、吸気バルブ１５の上流で燃焼室開口部１１ａ近傍
の吸気通路１１内に設けられ、また、吸入空気に燃料を
噴射するための燃料噴射装置２０が、燃焼室内に向けて
燃料を噴射するために、図４に示すように、その噴射ノ
ズル２０ａの開口部が燃焼室内に開口するように設けら
れている。 【００１７】なお、この燃料の噴射位置については、図
２に示すように、吸気通路１１の中央に対応したものと
することで、即ち、言い換えると、２つの吸気バルブ１
５，１５（吸気通路の２つの燃焼室開口部１１ａ，１１
ａ）の間で燃焼室内に開口させることで、最もタンブル
が強く点火プラグ５０にも近いことから、混合気の成層
化が起きやすいものとなる。 【００１８】燃焼室開口部１１ａ近傍に位置する吸気制
御バルブ１８は、各気筒の各吸気通路１１を横切って配
置される回動可能な１本の共通した回動軸１７の一部と
して形成されるもので、その下方が吸気通路１１の底壁
に埋設された回動軸１７の吸気通路１１を横切る上方
が、吸気通路１１の底壁上面に沿うように切欠かれた形
状となっており、この切欠かれた残りの部分１８が吸気
通路１１の下壁側のみを遮断するバルブとして機能す
る。 【００１９】この吸気制御バルブ１８については、図示
していないが、吸気制御バルブ１８が形成された回転軸
１７の外端部に制御プーリが固着されており、この制御
プーリが制御モータに固着された駆動プーリとケーブル
で連結されていて、スロットル開度センサによるスロッ
トルバルブの開度信号と回転センサによるエンジン回転
速度信号に基づき、ＥＣＵ，制御モータを介して、エン
ジンの低速運転時で吸気量が少ないときは閉方向に、エ
ンジンの高速運転時で吸気量が多いときは開方向にそれ
ぞれ回動されるものである。 【００２０】噴射ノズル２０ａが燃焼室内に開口してい
る燃料噴射装置２０は、各気筒毎にシリンダヘッド３の
吸気通路１１側に設置されていて、図示していないが、
燃料タンクから燃料ポンプにより圧送されフィルターで
濾過された後にプレッシャー・レギュレーターで燃圧が
調整されてから送給されてきた燃料を、ソレノイドコイ
ルに電流を流し磁力でプランジャーを引っ張ることによ
りノズルを開弁し、噴射ノズル２０ａの開口から燃焼室
内に燃料を噴射するもので、余分な燃料は燃料タンクに
還流される。 【００２１】この燃料噴射装置２０については、吸入空
気の温度や流量を検知するエアフローメーターからの信
号やスロットル開度センサによるスロットルバルブの開
度信号や回転センサによるエンジン回転速度信号などに
基づき、ＥＣＵを介して、燃料噴射装置のソレノイドコ
イルに電流の流れる時間が制御され、それによってエン
ジンの特性に合わせて設定された空燃比となるような量
の燃料を噴射ノズル２０ａから噴射するものであり、そ
の噴射タイミングは、エンジンの吸気工程の後半で燃焼
室内のタンブル強度が最大となる付近を目安として設定
される。 【００２２】なお、燃焼室の底壁となるピストン７の上
面には、吸・排気バルブ１５，１６との接触を防ぐため
のくぼみ（リセス）７ａ，７ｂが設けられていると共
に、燃料噴射装置２０の噴射ノズル２０ａの開口に対応
して、噴射ノズル２０ａの開口付近から噴射方向に延び
る凹部７ｃが形成されている。 【００２３】上記の吸気制御バルブ１８と燃料噴射装置
２０の作動関係については、高速・高負荷運転域のよう
に吸気量の多い運転領域では、吸気制御バルブ１８はそ
の切欠き面が吸気通路１１の底壁とほぼ面一となるまで
開方向に回動され、吸気通路１１が全開の状態となって
吸気流が効率良く燃焼室内に送り込まれ、この効率良く
送り込まれてくる吸入空気に対して燃焼室内で燃料が噴
射される。 【００２４】また、低中速・低負荷運転域のように吸気
量の少ない運転領域では、吸気制御バルブ１８が閉方向
に回動されて吸気通路１１の底壁側が絞り込まれた全閉
状態となり、バルブ１８の上縁と吸気通路１１の天壁と
の間を通って吸気流が燃焼室に送り込まれ、この絞り込
まれて方向付けられた吸入空気に対して燃焼室内で燃料
が噴射される。 【００２５】上記のように吸気制御バルブ１８と燃料噴
射装置２０が配置されている本実施例においては、低負
荷運転域のように吸気量の少ない運転領域でも、強化さ
れたタンブルにより燃焼を安定化させることができ、ま
た、シリンダ内流動が強まることによりスロットル弁を
設けて吸気量を絞ることができるため、排気温度の低下
を防ぐことができて、ＨＣ，ＮＯX が低減される。 【００２６】また、燃焼室内に噴射された燃料は吸入空
気のタンブルに包み込まれた状態で吸入空気と混合する
ため、燃焼室内の壁に付着する燃料も少なくなり、エン
ジン内壁への燃料の付着により発生するＨＣの量を抑え
ることができる。 【００２７】一方、高負荷運転域のように吸気量の多い
運転領域では、燃料噴射バルブ２０から噴射される燃料
は全開された状態の吸気通路１１から効率良く吸気され
てくる充分な量の吸入空気と混合されるため、高速性能
が悪化するというようなことはない。 【００２８】さらに、燃料の噴射タイミングが吸気工程
の後半付近に設定されていることで、タンブル強度が最
大となる付近で燃焼室内に燃料を噴射することができ、
その後の圧縮行程時のシリンダ内流動の乱れによって燃
焼が更に良くなる。 【００２９】なお、この噴射タイミングについては、ス
ロットル開度が小さいときには、タンブル強度が最大と
なる時点に合わせた噴射タイミングが効果的であり、低
回転でスロットル開度が大きいときには、噴射タイミン
グをこれより若干遅らせることにより燃料の吹き返しが
防止できて燃費が向上する一方、高出力運転の場合に
は、逆に噴射タイミングをこれより若干早めることによ
り燃料の霧化時間を充分確保することができて燃費と出
力の向上を図ることができる。 【００３０】以上、本発明の燃料噴射式エンジンの一実
施例について説明したが、本発明は、上記の実施例に示
した具体的な構造にのみ限定されるものではなく、例え
ば、燃焼室内壁への燃料の付着をより少なくして本発明
をより効果的なものとするために、燃焼室とピストン上
面を図５〜図７に示したような構造としてもよい。 【００３１】すなわち、図５〜図７に示した他の実施例
においては、燃焼室の天壁３ａは、噴射ノズル２０ａの
開口が位置する吸気側でのみ通常よりもかなり高くされ
ており、ピストン７の上面には、排気バルブとの接触を
防ぐためのくぼみ（リセス）７ｂだけが設けられてい
て、吸気バルブに対するくぼみ（リセス）は設けられて
おらず、その代わりに燃料が噴射される領域から離れた
箇所に、燃焼室の吸気側を高くすることにより増加する
容積分に対応する大きさの突起７ｄが形成されている。 【００３２】燃焼室とピストン上面の構造を上記のよう
なものとすることによって、エンジン１自体の構造が燃
料噴射装置２０を余裕をもって配置できるものになると
共に、燃焼室内において噴射ノズル２０ａから燃料が噴
射される領域の容積が増加するため、燃焼室内壁への燃
料の付着が更に減少してより効果的なものとなり、しか
も、突起７ｄが形成されていることにより、燃焼室全体
の容積が増加することはなく、圧縮比が下がって燃焼効
率が落ちるというようなことはない。 【００３３】 【発明の効果】以上説明したような本発明の燃料噴射式
エンジンによれば、低負荷運転域のように吸気量の少な
い運転領域でも、吸気制御バルブを閉じることでタンブ
ルが強化されることによって、スロットル弁を設けて吸
気量を絞っても、燃焼を安定させることができ、スロッ
トル弁を設けて吸気量を絞ることで、排気ガスの温度低
下を防いで触媒を活性化させることができ、また、噴射
された燃料のシリンダ壁への付着を防止できて、その結
果、燃費と出力を向上させ、ＨＣ，ＮＯX の低減を図る
ことができる。
が着火されるエンジンであって、燃料噴射装置の噴射ノ
ズルが燃焼室内に開口されており、燃焼室内において吸
入空気に燃料を直接噴射する方式の燃料噴射式エンジン
に関する。 【０００２】 【従来の技術】燃焼室内において吸入空気に燃料を直接
噴射する方式については、ディーゼルエンジンで古くか
ら知られているが、ガソリンを燃料とする一般的なエン
ジンにおいても、以前からキャブレターの欠点を補うも
のとして高性能エンジンの分野で用いられており、最近
では、大気汚染問題や燃費の関係からも注目され、しか
も、電子技術の進歩によってこの方式における理想的な
制御を容易に行うことが可能となったため、一般的な乗
用車においてもこの方式が広く採用されるに至ってい
る。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な燃焼室内に直接燃料を噴射する方式のガソリンエンジ
ンについては、従来からポンピングロスをなくして燃費
を良くするための研究はなされているが、一般に、吸気
通路の壁面流のサイクル毎の空燃比変動が抑えられて空
燃比が高くても安定した運転を可能とするという利点を
有する反面、燃料の霧化が難しく、スロットル弁がない
ために、低負荷では点火プラグ付近を可燃空燃比とする
ために成層化する必要があり、また、全負荷では均一混
合とする必要があって、そのためシリンダ内流動と噴射
の噴霧状態について極めて細かい制御が必要となってく
る。 【０００４】特に、小型エンジンにおいては、燃料量が
少なく回転領域も高いので、短時間に霧化混合を行う必
要があり、その場合、霧化を良くして短時間で空気と混
合させるために噴射圧力を上げて微粒化することも考え
られるが、噴射圧力を上げると燃料がシリンダ壁にぶつ
かって付着してしまうこととなり、スロットル弁を設け
て空気量を絞るとシリンダ内流動が弱くなってしまうと
いう問題を生じることとなる。 【０００５】一方、排気ガスの面から見ると、低負荷で
もＮＯX が増え、また、スロットル弁がなく常にスロッ
トル全開状態であるため、排気ガス温度が下がることと
なって触媒も活性化しにくいという問題がある。 【０００６】本発明は、上記のような従来の燃焼室内に
直接燃料を噴射する方式の燃料噴射式エンジンにおける
不都合を解消することを目的としたもので、具体的に
は、低負荷運転域のように吸気量の少ない運転領域で、
スロットル弁を設けて空気量を絞っても、シリンダ内の
流動を強くして燃焼を安定させることができ、ＨＣ，Ｎ
ＯXの発生を抑えることができるような燃料噴射式エン
ジンを提供することを目的としている。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決しかつ目的を達成するために、吸気バルブを備えた
吸気通路が開口されている燃焼室の天壁に点火プラグが
配置され、燃料噴射装置の噴射ノズルが燃焼室内に開口
されている、１気筒につき２つの吸気バルブを備えた燃
料噴射式エンジンにおいて、吸気通路の燃焼室開口部近
傍に、低負荷域で吸気通路の下壁側のみを閉じる吸気制
御バルブを設けて、燃料噴射装置の噴射ノズルを、吸気
制御バルブを閉じたときのタンブルの吹き出し方向と略
同じ方向に燃料を噴射するように、２つの吸気バルブの
間で燃焼室内に開口させて、燃料噴射装置の噴射タイミ
ングを、エンジンの吸気工程の後半付近に設定すると共
に、吸気制御バルブの上流の吸気通路にスロットル弁を
設けることを特徴とするものである。 【０００８】 【作 用】上記のような構成により、低負荷域のように
吸気量の少ない運転領域で、スロットル弁を設けて吸気
量を絞っても、吸気制御バルブを閉じて吸気通路の底壁
側が絞り込まれた全閉状態とすることで、強いタンブル
が発生してシリンダ内の流動が強化されるため、燃焼が
安定化してＨＣ，ＮＯ X の発生が抑えられる。また、そ
のようにスロットル弁を設けて吸気量を絞ることができ
るため、排気ガスの温度低下を防ぐことができて、触媒
を活性化させてＮＯXの量を更に低減することができ
る。 【０００９】また、吸気制御バルブを閉じることでタン
ブルが強化されることにより、燃焼室内に噴射された燃
料はタンブルに包み込まれた状態で吸入空気と混合する
ため、燃料がシリンダ壁に付着するのを防ぐことができ
て、燃料の付着によるＨＣの発生を抑えることができ
る。さらに、燃料の噴射タイミングを吸気工程の後半付
近に設定していることで、タンブル強度が最大となる付
近で燃焼室内に燃料を噴射することができ、その後の圧
縮行程時のシリンダ内流動の乱れによって燃焼が更に良
くなる。 【００１０】 【実施例】以下、本発明の燃料噴射式エンジンの実施例
について図面に基づいて説明する。 【００１１】図１〜図４は、本発明の一実施例における
多気筒４バルブの燃料噴射式エンジンの一気筒部分を示
すもので、エンジン１は、シリンダブロック２の上にシ
リンダヘッド３が積層され、シリンダヘッド３の上に吸
気カム軸５と排気カム軸６を覆うヘッドカバー４が装着
されたものであって、シリンダブロック２に形成された
シリンダ内にピストン７が摺動自在に挿入されており、
ピストン７はコンロッド８で図示していないクランク軸
に連結されている。 【００１２】シリンダヘッド３には、各気筒の燃焼室に
おいてその天壁３ａを構成するための凹部がその下面に
形成されており、この凹部、すなわち、燃焼室の天壁３
ａからは、シリンダヘッド３内に吸気通路１１と排気通
路１２が、図２に示すように、それぞれその上流で１本
に合流するように２本づつ引き出されていて、燃焼室天
壁３ａのほぼ中心には点火プラグ５０が取付けられてい
る。 【００１３】なお、図示していないが、吸気通路１１の
上流には、吸入空気の量を制御することが可能なように
スロットル弁が設置されており、排気通路１２の下流に
は、排気ガスを浄化するための触媒が設置されている。 【００１４】各吸気通路１１と各排気通路１２のそれぞ
れの燃焼室開口部１１ａ，１２ａには、吸気バルブ１５
と排気バルブ１６がクロスフローに配置されていて、そ
れぞれのバルブステム１５ａ，１６ａは、シリンダの軸
方向の面において所定の挟み角をなすよう、互いに反対
方向斜め上方に向かって延びており、各バルブステム１
５ａ，１６ａの上端にある吸気リフタ１５ｂおよび排気
リフタ１６ｂとシリンダヘッド４との間にそれぞれバル
ブスプリング１５ｃ，１６ｃを介して、シリンダヘッド
３に装着されている。 【００１５】この吸気バルブ１５と排気バルブ１６は、
それぞれのバルブスプリング１５ｃ，１６ｃによって常
に閉方向に付勢されていると共に、各リフタ１５ｂ，１
６ｂ上にシリンダの軸方向と直角でかつ互いに平行に配
設されている吸気カム軸５および排気カム軸６によっ
て、図示したように直接（あるいはロッカーアームを介
してでもよい）各リフタ１５ｂ，１６ｂが押圧されるこ
とにより、バルブスプリング１５ｃ，１６ｃの弾力に抗
して開方向に移動される。 【００１６】このような４バルブエンジン１において、
各吸気通路１１の下壁側のみを閉じる吸気制御バルブ１
８が、吸気バルブ１５の上流で燃焼室開口部１１ａ近傍
の吸気通路１１内に設けられ、また、吸入空気に燃料を
噴射するための燃料噴射装置２０が、燃焼室内に向けて
燃料を噴射するために、図４に示すように、その噴射ノ
ズル２０ａの開口部が燃焼室内に開口するように設けら
れている。 【００１７】なお、この燃料の噴射位置については、図
２に示すように、吸気通路１１の中央に対応したものと
することで、即ち、言い換えると、２つの吸気バルブ１
５，１５（吸気通路の２つの燃焼室開口部１１ａ，１１
ａ）の間で燃焼室内に開口させることで、最もタンブル
が強く点火プラグ５０にも近いことから、混合気の成層
化が起きやすいものとなる。 【００１８】燃焼室開口部１１ａ近傍に位置する吸気制
御バルブ１８は、各気筒の各吸気通路１１を横切って配
置される回動可能な１本の共通した回動軸１７の一部と
して形成されるもので、その下方が吸気通路１１の底壁
に埋設された回動軸１７の吸気通路１１を横切る上方
が、吸気通路１１の底壁上面に沿うように切欠かれた形
状となっており、この切欠かれた残りの部分１８が吸気
通路１１の下壁側のみを遮断するバルブとして機能す
る。 【００１９】この吸気制御バルブ１８については、図示
していないが、吸気制御バルブ１８が形成された回転軸
１７の外端部に制御プーリが固着されており、この制御
プーリが制御モータに固着された駆動プーリとケーブル
で連結されていて、スロットル開度センサによるスロッ
トルバルブの開度信号と回転センサによるエンジン回転
速度信号に基づき、ＥＣＵ，制御モータを介して、エン
ジンの低速運転時で吸気量が少ないときは閉方向に、エ
ンジンの高速運転時で吸気量が多いときは開方向にそれ
ぞれ回動されるものである。 【００２０】噴射ノズル２０ａが燃焼室内に開口してい
る燃料噴射装置２０は、各気筒毎にシリンダヘッド３の
吸気通路１１側に設置されていて、図示していないが、
燃料タンクから燃料ポンプにより圧送されフィルターで
濾過された後にプレッシャー・レギュレーターで燃圧が
調整されてから送給されてきた燃料を、ソレノイドコイ
ルに電流を流し磁力でプランジャーを引っ張ることによ
りノズルを開弁し、噴射ノズル２０ａの開口から燃焼室
内に燃料を噴射するもので、余分な燃料は燃料タンクに
還流される。 【００２１】この燃料噴射装置２０については、吸入空
気の温度や流量を検知するエアフローメーターからの信
号やスロットル開度センサによるスロットルバルブの開
度信号や回転センサによるエンジン回転速度信号などに
基づき、ＥＣＵを介して、燃料噴射装置のソレノイドコ
イルに電流の流れる時間が制御され、それによってエン
ジンの特性に合わせて設定された空燃比となるような量
の燃料を噴射ノズル２０ａから噴射するものであり、そ
の噴射タイミングは、エンジンの吸気工程の後半で燃焼
室内のタンブル強度が最大となる付近を目安として設定
される。 【００２２】なお、燃焼室の底壁となるピストン７の上
面には、吸・排気バルブ１５，１６との接触を防ぐため
のくぼみ（リセス）７ａ，７ｂが設けられていると共
に、燃料噴射装置２０の噴射ノズル２０ａの開口に対応
して、噴射ノズル２０ａの開口付近から噴射方向に延び
る凹部７ｃが形成されている。 【００２３】上記の吸気制御バルブ１８と燃料噴射装置
２０の作動関係については、高速・高負荷運転域のよう
に吸気量の多い運転領域では、吸気制御バルブ１８はそ
の切欠き面が吸気通路１１の底壁とほぼ面一となるまで
開方向に回動され、吸気通路１１が全開の状態となって
吸気流が効率良く燃焼室内に送り込まれ、この効率良く
送り込まれてくる吸入空気に対して燃焼室内で燃料が噴
射される。 【００２４】また、低中速・低負荷運転域のように吸気
量の少ない運転領域では、吸気制御バルブ１８が閉方向
に回動されて吸気通路１１の底壁側が絞り込まれた全閉
状態となり、バルブ１８の上縁と吸気通路１１の天壁と
の間を通って吸気流が燃焼室に送り込まれ、この絞り込
まれて方向付けられた吸入空気に対して燃焼室内で燃料
が噴射される。 【００２５】上記のように吸気制御バルブ１８と燃料噴
射装置２０が配置されている本実施例においては、低負
荷運転域のように吸気量の少ない運転領域でも、強化さ
れたタンブルにより燃焼を安定化させることができ、ま
た、シリンダ内流動が強まることによりスロットル弁を
設けて吸気量を絞ることができるため、排気温度の低下
を防ぐことができて、ＨＣ，ＮＯX が低減される。 【００２６】また、燃焼室内に噴射された燃料は吸入空
気のタンブルに包み込まれた状態で吸入空気と混合する
ため、燃焼室内の壁に付着する燃料も少なくなり、エン
ジン内壁への燃料の付着により発生するＨＣの量を抑え
ることができる。 【００２７】一方、高負荷運転域のように吸気量の多い
運転領域では、燃料噴射バルブ２０から噴射される燃料
は全開された状態の吸気通路１１から効率良く吸気され
てくる充分な量の吸入空気と混合されるため、高速性能
が悪化するというようなことはない。 【００２８】さらに、燃料の噴射タイミングが吸気工程
の後半付近に設定されていることで、タンブル強度が最
大となる付近で燃焼室内に燃料を噴射することができ、
その後の圧縮行程時のシリンダ内流動の乱れによって燃
焼が更に良くなる。 【００２９】なお、この噴射タイミングについては、ス
ロットル開度が小さいときには、タンブル強度が最大と
なる時点に合わせた噴射タイミングが効果的であり、低
回転でスロットル開度が大きいときには、噴射タイミン
グをこれより若干遅らせることにより燃料の吹き返しが
防止できて燃費が向上する一方、高出力運転の場合に
は、逆に噴射タイミングをこれより若干早めることによ
り燃料の霧化時間を充分確保することができて燃費と出
力の向上を図ることができる。 【００３０】以上、本発明の燃料噴射式エンジンの一実
施例について説明したが、本発明は、上記の実施例に示
した具体的な構造にのみ限定されるものではなく、例え
ば、燃焼室内壁への燃料の付着をより少なくして本発明
をより効果的なものとするために、燃焼室とピストン上
面を図５〜図７に示したような構造としてもよい。 【００３１】すなわち、図５〜図７に示した他の実施例
においては、燃焼室の天壁３ａは、噴射ノズル２０ａの
開口が位置する吸気側でのみ通常よりもかなり高くされ
ており、ピストン７の上面には、排気バルブとの接触を
防ぐためのくぼみ（リセス）７ｂだけが設けられてい
て、吸気バルブに対するくぼみ（リセス）は設けられて
おらず、その代わりに燃料が噴射される領域から離れた
箇所に、燃焼室の吸気側を高くすることにより増加する
容積分に対応する大きさの突起７ｄが形成されている。 【００３２】燃焼室とピストン上面の構造を上記のよう
なものとすることによって、エンジン１自体の構造が燃
料噴射装置２０を余裕をもって配置できるものになると
共に、燃焼室内において噴射ノズル２０ａから燃料が噴
射される領域の容積が増加するため、燃焼室内壁への燃
料の付着が更に減少してより効果的なものとなり、しか
も、突起７ｄが形成されていることにより、燃焼室全体
の容積が増加することはなく、圧縮比が下がって燃焼効
率が落ちるというようなことはない。 【００３３】 【発明の効果】以上説明したような本発明の燃料噴射式
エンジンによれば、低負荷運転域のように吸気量の少な
い運転領域でも、吸気制御バルブを閉じることでタンブ
ルが強化されることによって、スロットル弁を設けて吸
気量を絞っても、燃焼を安定させることができ、スロッ
トル弁を設けて吸気量を絞ることで、排気ガスの温度低
下を防いで触媒を活性化させることができ、また、噴射
された燃料のシリンダ壁への付着を防止できて、その結
果、燃費と出力を向上させ、ＨＣ，ＮＯX の低減を図る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料噴射式エンジンの一実施例（吸気
工程の状態）を示す断面図。 【図２】図１に示した実施例の燃焼室天壁を示すシリン
ダヘッドの下面図。 【図３】図１に示した実施例の圧縮工程の状態を示す図
２Ａ−Ａ線に沿った断面図。 【図４】図１に示した実施例の圧縮工程の状態を示す図
２Ｂ−Ｂ線に沿った断面図。 【図５】本発明の燃料噴射式エンジンの他の実施例（圧
縮工程の状態）を示す断面図。 【図６】図５に示した他の実施例の図４に対応する断面
図。 【図７】図５に示した他の実施例のピストン上面を示す
上面図。 【符号の説明】 １ 燃料噴射式エンジン ３ａ 燃焼室の天壁 １１ 吸気通路 １１ａ 吸気通路の燃焼室開口部 １５ 吸気バルブ １８ 吸気制御バルブ ２０ 燃料噴射装置 ２０ａ 噴射ノズル ５０ 点火プラグ
工程の状態）を示す断面図。 【図２】図１に示した実施例の燃焼室天壁を示すシリン
ダヘッドの下面図。 【図３】図１に示した実施例の圧縮工程の状態を示す図
２Ａ−Ａ線に沿った断面図。 【図４】図１に示した実施例の圧縮工程の状態を示す図
２Ｂ−Ｂ線に沿った断面図。 【図５】本発明の燃料噴射式エンジンの他の実施例（圧
縮工程の状態）を示す断面図。 【図６】図５に示した他の実施例の図４に対応する断面
図。 【図７】図５に示した他の実施例のピストン上面を示す
上面図。 【符号の説明】 １ 燃料噴射式エンジン ３ａ 燃焼室の天壁 １１ 吸気通路 １１ａ 吸気通路の燃焼室開口部 １５ 吸気バルブ １８ 吸気制御バルブ ２０ 燃料噴射装置 ２０ａ 噴射ノズル ５０ 点火プラグ
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ａ
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F02B 31/00 331
F02B 17/00
F02B 23/08
F02M 61/14 310
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 吸気バルブを備えた吸気通路が開口され
ている燃焼室の天壁に点火プラグが配置され、燃料噴射
装置の噴射ノズルが燃焼室内に開口されている、１気筒
につき２つの吸気バルブを備えた燃料噴射式エンジンに
おいて、吸気通路の燃焼室開口部近傍に、低負荷域で吸
気通路の下壁側のみを閉じる吸気制御バルブが設けられ
ており、燃料噴射装置の噴射ノズルが、吸気制御バルブ
を閉じたときのタンブルの吹き出し方向と略同じ方向に
燃料を噴射するように、２つの吸気バルブの間で燃焼室
内に開口されていて、燃料噴射装置の噴射タイミング
が、エンジンの吸気工程の後半付近に設定されていると
共に、吸気制御バルブの上流の吸気通路にスロットル弁
が設けられていることを特徴とする燃料噴射式エンジ
ン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10604294A JP3449438B2 (ja) | 1994-04-21 | 1994-04-21 | 燃料噴射式エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10604294A JP3449438B2 (ja) | 1994-04-21 | 1994-04-21 | 燃料噴射式エンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07293259A JPH07293259A (ja) | 1995-11-07 |
| JP3449438B2 true JP3449438B2 (ja) | 2003-09-22 |
Family
ID=14423588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10604294A Expired - Fee Related JP3449438B2 (ja) | 1994-04-21 | 1994-04-21 | 燃料噴射式エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3449438B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4087064B2 (ja) | 1998-06-22 | 2008-05-14 | 株式会社日立製作所 | 筒内噴射型内燃機関および内燃機関の制御方法、燃料噴射弁 |
| JP4059234B2 (ja) * | 2004-07-30 | 2008-03-12 | 日産自動車株式会社 | 筒内直接燃料噴射内燃機関 |
-
1994
- 1994-04-21 JP JP10604294A patent/JP3449438B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07293259A (ja) | 1995-11-07 |
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