JP3601259B2 - 筒内直接噴射式エンジン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は筒内直接噴射式エンジンに関し、特に、低負荷時に燃焼室内に噴射した燃料噴霧を燃焼室内部の空気流動により着火手段の近傍に誘導して成層燃焼を行うようにした筒内直接噴射式エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の筒内直接噴射式ガソリンエンジンとしては、例えば、特開平８−３５４２９号公報に開示されているもの等が知られており、この種の筒内直接噴射式エンジンを、図９（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。
【０００３】
同図において、３１はシリンダブロックであり、シリンダブロック３１内にはピストン３２が摺動自在に嵌挿されている。シリンダブロック３１の上部にはシリンダヘッド３３が取り付けられており、シリンダブロック３１の内壁、ピストン３２の冠面、およびシリンダヘッド３３の下面により、燃焼室が画成される。
【０００４】
シリンダヘッド３３には、その概略中央部に点火プラグ（着火手段）３４が取り付けられている。シリンダヘッド３３の点火プラグ３４の外側の位置には、それぞれ吸気弁３５により吸気ポート３６ａ、３６ｂにて燃焼室に選択的に連通される一対の吸気流路３７ａ、３７ｂが配置されている。シリンダヘッド３３には、排気弁（図示せず）により排気ポート３８ａ、３８ｂにて燃焼室に選択的に連通される同じく一対の排気流路３９が配置されている。吸気ポート３６ａ、３６ｂは燃焼室内に直線的に吸気が流入するストレートポートである。
【０００５】
シリンダヘッド３３の吸気流路３７ａ、３７ｂが配置された位置のさらに外側で、一対の吸気流路３７ａ、３７ｂの間の部分には、燃焼室内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁４０が取り付けられている。ピストン３２の冠面の一部には凹部３２ａが形成されている。吸気流路３７ｂには吸気制御用の開閉弁４１が設けられており、この開閉弁４１はエンジンの負荷状態に応じて吸気流路３７ｂを開閉する。
【０００６】
図１０はエンジンの回転数及びトルク（又は負荷）との関係における均質燃焼領域と成層燃焼領域を示す図である。高負荷・高回転時には均質燃焼が行われるが、このとき開閉弁４１は開いた状態とされ、吸入空気は吸気流路３７ａ、３７ｂの双方から燃焼室内に吸入される。
【０００７】
一方、低負荷時には成層燃焼が行われるが、この場合には、開閉弁４１は閉じた状態とされ、吸気流路３７ｂは閉塞される。吸気流路３７ｂが閉塞されると、吸入空気は吸気流路３７ａ側から燃焼室内に流入され、これにより、燃焼室内に旋回流が生じ、吸気行程の終了後ピストン３２が上昇するにつれて燃焼室内にスワール流Ｓが生成される。低負荷時においては、燃料噴射弁４０からの燃料噴射は圧縮行程にて行われる。
【０００８】
燃料噴霧（混合気）の燃料室内における挙動が、図１１及び図１２に示されている。図１１は低回転時の挙動を、図１２は高回転時の挙動を示している。
【０００９】
低負荷時において、エンジンの回転数が低い場合には、図１１（ａ）に示されているように、燃料噴射弁４０から燃料噴射方向Ｄの方向に噴射される。燃料噴射弁４０から噴射された燃料噴霧Ｆは、図１１（ｂ）に示されているように、燃焼室内に生成されるスワール流Ｓが弱いために、スワール流Ｓによってその噴射方向Ｄよりも僅かに下流側に流されるが、その貫徹力によりほぼ直進し、ピストンの冠面（凹部３２ａ）に衝突することにより、図１１（ｃ）に示されているように方向転換され、、図１１（ｄ）に示されているように、点火プラグ３４へと導かれる。
【００１０】
一方、低負荷時において、エンジンの回転数が高い場合には、図１２（ａ）に示されているように、エンジンの回転数が低い場合と同様に、燃料噴射弁４０から燃料噴射方向Ｄの方向に噴射される。燃料噴射弁４０から噴射された燃料噴霧Ｆは、図１２（ｂ）に示されているように、強いスワール流Ｓによってその噴射方向Ｄよりスワール流Ｓの下流側に流され、ピストン３２の冠面の凹部３２ａの側壁に沿ってスワール流Ｓによって運ばれて、図１２（ｃ）に示されているように、点火プラグ３４へと導かれる。
【００１１】
図１０において、成層燃焼領域におけるエンジンの回転数領域を、回転数領域Ａ（低回転域）、回転数領域Ｂ（中回転域）、回転数領域Ｃ（高回転域）に分割した場合に、これらの回転数領域Ａ、Ｂ、Ｃでの燃料噴霧（混合気）の燃焼室内における存在位置が、図１３（ａ）〜（ｃ）に示されている。なお、これらの図において、横軸は時間の経過を示し、縦軸は点火プラグ周りにおける空燃費を示している。横軸の下側には燃料（混合気）の存在位置が示されている。
【００１２】
回転数領域Ａ（低回転域）では、図１３（ａ）に示されているように、ピストンの上昇に対して、燃料噴霧の進行速度が相対的に早く、点火プラグ周りに混合気が到達する時期が早くなり、熱発生的に最適な点火時期（ピストンが上死点（ＴＤＣ）前の所定の角度にあるときであり、以下、最適点火時期という）に点火を行った場合、混合気が既に拡散してしまっており、混合気濃度が希薄となり、燃焼安定度が悪化する。従って、燃料噴射時期を遅角側（最適点火時期よりも早い時期）に設定する必要があるが、この場合、ピストンの冠面に燃料噴霧が衝突し、未燃焼のＨＣ（炭化水素）やスモークの排出の原因となる。
【００１３】
一方、回転数領域Ｃ（高回転域）では、図１３（ｃ）に示されているように、ピストンの上昇に対して、燃料噴霧の進行速度が相対的に遅く、点火プラグ周りに混合気が到達する時期が遅くなり、最適点火時期に点火を行った場合、混合気が未だ十分に到達しておらず、混合気濃度が希薄となり、燃焼安定度が悪化し、低回転域の場合と同様に、未燃焼のＨＣが増加する。
【００１４】
このような問題点に対して、例えば、特開平８−３５４２９号公報に記載のものでは、吸気ポート３６ａをヘリカルポートとして、燃焼室内に吸気が流入する際に吸気流に対して旋回運動を積極的に付与し、燃焼室内にシリンダ中心軸に直角な強力なスワール流を生成するとともに、スワール流の強さを可変にすることで、低負荷時における上記の問題を緩和するようにしているが、このようにすると、高負荷時（例えば、アクセル全開時）に開閉弁４１が開かれたときに、出力（全開時出力）が低下するという問題があり、有効な解決策ではない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上述した従来技術では、低負荷時に成層燃焼を行う場合において、エンジンの回転数が低回転域にある場合には混合気の点火プラグの近傍への到達が早すぎ、一方、エンジンの回転数が高回転域にある場合には混合気の点火プラグの近傍への到達が遅いため、最適点火時期に点火を行うことができず、安定した成層希薄燃焼が行えず、未燃ＨＣやスモークの発生を防止できないという問題点があった。
【００１６】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、エンジンの回転数が低回転域にあるか高回転域にあるかに拘わらず、最適点火時期に混合気を点火プラグの近傍に位置せしめることにより、安定した成層希薄燃焼を実現し、燃焼効率を向上し、スモーク等の発生を防止することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明の筒内直接噴射式エンジンは、シリンダ内に嵌挿されたピストンの冠面と着火手段が取り付けられたシリンダヘッドとの間に画成される燃焼室内に燃料噴射弁により燃料を直接噴射するようにした筒内直接噴射式エンジンにおいて、前記エンジンの回転数に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射方向を変更する噴射方向変更手段を備え、前記噴射方向変更手段は、前記エンジンの回転数が所定の低回転域にある場合には、前記燃料噴射弁の燃料噴射方向の前記シリンダの中心軸に直交する平面内における方向成分が前記着火手段の方向となるように該燃料噴射弁の燃料噴射方向を設定し、前記エンジンの回転数が所定の高回転域にある場合には、前記燃料噴射弁の燃料噴射方向の前記シリンダの中心軸に直交する平面内における方向成分が前記着火手段の方向よりも前記燃焼室内に生成されるスワール流動の方向に沿う方向となるように該燃料噴射弁の燃料噴射方向を設定することを特徴とする。
【００１８】
この請求項１記載の本発明の筒内直接噴射式エンジンによると、エンジンの回転数に応じて燃料噴射弁の燃料噴射方向を変更する噴射方向変更手段を備えているから、成層燃焼を行う場合において、エンジンの回転数が低回転域にある場合には混合気の点火プラグの近傍への到達が適切になるように（従来よりも遅くなるように、又は点火プラグ周りの滞留時間が長くなるように）燃料噴射方向を設定し、一方、エンジンの回転数が高回転域にある場合には混合気の点火プラグの近傍への到達が適切となるように（従来よりも早くなるように）燃料噴射方向を変更・調節することが可能となる。そして、低回転時と高回転時の燃料噴射方向の水平面内での方向成分を具体的に規定し、エンジンの回転数が低回転域にある場合には燃料を、燃焼室内に生成される比較的に弱いスワール流の進行方向に対してそれを横切るように噴射し、エンジンの回転数が高回転域にある場合には燃料を、燃焼室内に生成される比較的に強いスワール流の進行方向に対してそれに沿うように噴射するようにしており、低回転時には混合気の点火プラグ周りでの滞留を従来よりも長くすることができ、高回転時には混合気の点火プラグへの到達を従来よりも早くすることができる。
【００１９】
請求項２記載の本発明の筒内直接噴射式エンジンは、シリンダ内に嵌挿されたピストンの冠面と着火手段が取り付けられたシリンダヘッドとの間に画成される燃焼室内に燃料噴射弁により燃料を直接噴射するようにした筒内直接噴射式エンジンにおいて、前記エンジンの回転数に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射方向を変更する噴射方向変更手段を備え、前記噴射方向変更手段は、前記エンジンの回転数が所定の低回転域にある場合には、前記燃料噴射弁の燃料噴射方向の前記シリンダの中心軸及び該燃料噴射弁の燃料噴射点を含む平面（以下、垂直面という）内における方向成分が該燃料噴射弁の中心軸よりも前記ピストン側の方向となるように該燃料噴射弁の燃料噴射方向を設定し、前記エンジンの回転数が所定の高回転域にある場合には、前記燃料噴射弁の燃料噴射方向の垂直面内における方向成分が、前記エンジンの回転数が前記低回転域にある場合の燃料噴射方向よりも該燃料噴射弁の中心軸側の方向となるように該燃料噴射弁の燃料噴射方向を設定することを特徴とする。
【００２０】
この請求項２記載の本発明の筒内直接噴射式エンジンによると、エンジンの回転数に応じて燃料噴射弁の燃料噴射方向を変更する噴射方向変更手段を備えているから、成層燃焼を行う場合において、エンジンの回転数が低回転域にある場合には混合気の点火プラグの近傍への到達が適切になるように（従来よりも遅くなるように、又は点火プラグ周りの滞留時間が長くなるように）燃料噴射方向を設定し、一方、エンジンの回転数が高回転域にある場合には混合気の点火プラグの近傍への到達が適切となるように（従来よりも早くなるように）燃料噴射方向を変更・調節することが可能となる。そして、低回転時と高回転時の燃料噴射方向の垂直面内での方向成分を具体的に規定し、エンジンの回転数が低回転域にある場合には燃料を、比較的にゆっくり上昇するピストンの冠面に対して鋭角的に噴射し、エンジンの回転数が高回転域にある場合には燃料を、比較的に素早く上昇するピストンの冠面に対して鈍角的に噴射するようにしており、低回転時には混合気の点火プラグ周りでの滞留を従来よりも長くすることができ、高回転時には混合気の点火プラグへの到達を従来よりも早くすることができる。
【００２１】
請求項３記載の本発明の筒内直接噴射式エンジンは、請求項１又は２記載の筒内直接噴射式エンジンにおいて、前記燃料噴射弁は該燃料噴射弁の中心軸に対して傾斜した方向に燃料を噴射し、前記噴射方向変更手段は該燃料噴射弁を、該燃料噴射弁の中心軸を中心として回転することにより燃料噴射方向を変更するようにしたことを特徴とする。
【００２２】
この請求項３記載の本発明の筒内直接噴射式エンジンによると、燃料噴射弁を回転することにより、燃料噴射方向を変更するものであるから、その構成を極めて簡略にできるとともに、燃料噴射方向の微調整が非常に容易である。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１及び２記載の本発明の筒内直接噴射式エンジンによると、燃料噴射方向を変更することにより、混合気の点火プラグへの到達時間をエンジンの回転数に応じて調整できるようにしたから、低負荷時に成層燃焼を行う場合において、エンジンの回転数の高低に拘わらず、常に最適点火時期に点火を行うことができるようになる。従って、安定した成層希薄燃焼を行うことができ、未燃ＨＣやスモークの発生を防止することができるようになる。これに加えて、低回転時と高回転時の燃料噴射方向を具体的に規定しており、これにより、成層燃焼を行う場合において、最適点火時期に点火を行うことができ、安定した成層希薄燃焼を行うことができ、未燃ＨＣやスモークの発生を確実に防止することができる。
【００２６】
請求項３記載の本発明の筒内直接噴射式エンジンによると、燃料噴射方向の変更のための構成を極めて簡略にすることができるとともに、燃料噴射方向の微調整が容易である。従って、例えば、多気筒エンジンの場合に、各気筒についての燃料噴射弁の燃料噴射方向を一括的に且つ正確に変更することが可能である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は本発明の実施形態の筒内直接噴射式ガソリンエンジンの構成を示す図であり、図１はエンジン低回転時を、図２はエンジン高回転時を示している。
【００２９】
同図において、１１はシリンダブロックであり、シリンダブロック１１内にはピストン１２が摺動自在に嵌挿されている。シリンダブロック１１の上部にはシリンダヘッド１３が取り付けられており、シリンダブロック１１の内壁、ピストン１２の冠面、およびシリンダヘッド１３の下面により、燃焼室が画成される。
【００３０】
シリンダヘッド１３には、その概略中央部に点火プラグ（着火手段）１４が取り付けられている。シリンダヘッド１３の点火プラグ１４の外側の位置には、それぞれ吸気弁（図示せず）により吸気ポート１６ａ、１６ｂにて燃焼室に選択的に連通される一対の吸気流路１７ａ、１７ｂが配置されているとともに、排気弁により燃焼室に選択的に連通される同じく一対の排気流路（図示せず）が配置されている。吸気流路１７ａ、１７ｂのそれぞれの吸気ポート１６ａ、１６ｂは燃焼室内に直線的に吸気が流入する通常の形状のストレートポートとなっている。
【００３１】
シリンダヘッド１３の吸気流路１７ａ、１７ｂが配置された位置のさらに外側で、一対の吸気流路１７ａ、１７ｂの間の部分には、燃焼室内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁１８が取り付けられている。ピストン１２の冠面の吸気ポート１６ａ、１６ｂ側の一部には凹部１２ａが形成されている。
【００３２】
吸気流路１７ａ、１７ｂには左右非対称の吸気制御用の開閉弁１９が設けられており、この開閉弁１９はエンジンの負荷状態に応じて吸気流路１７ａ、１７ｂを開閉する。
【００３３】
このエンジンにおいては、エンジン低負荷時には成層燃焼が行われるが、図１（ｂ）又は図２（ｂ）に示されているように、開閉弁１９は吸気流路１７ｂ側が閉じた状態となるように設定される。この状態では、図３に示されているように、吸気流路１７ｂ側が閉塞されることにより、吸入空気の大部分は吸気ポート１６ａ側から燃焼室内に流入される。これにより、燃焼室内に図１（ｂ）又は図２（ｂ）で反時計方向に旋回流が生じ、吸気行程の終了後ピストン１２が上昇するにつれて燃焼室内にスワール流Ｓが生成される。低負荷時においては、燃料噴射は圧縮行程にて行われる。
【００３４】
燃料噴射弁１８の燃料噴射口は、燃料噴射弁１８の中心軸Ｔに対して所定の角度だけ傾斜した方向に燃料を噴射するように形成されている。燃料噴射弁１８はその中心軸Ｔがピストン１２の冠面の凹部１２ａを指向した状態でシリンダヘッド１３に回転可能に取り付けられている。
【００３５】
燃料噴射弁１８は、図４に示されているように、その後端部から燃料が供給され、シリンダヘッド１３にメカニカルシール２０を介して取り付けられている。メカニカルシール２０は、バネ２１、回転接触管２２、オーリング２３、シール部材２４等から構成され、燃料供給部において燃料及び筒内圧を密閉する。即ち、回転接触管２２に燃圧とバネ２１の付勢力が加わることにより燃料と筒内圧のシールを行う。なお、２５はシール面である。
【００３６】
また、図１及び図２に示されているように、燃料噴射弁１８の後端部には、歯車（ピニオン）２６が燃料噴射弁１８の中心軸を中心として燃料噴射弁１８と一体的に回転するように取り付けられており、歯車２６に噛合するラック２７をスライドさせることにより、燃料噴射弁１８を回転し、燃料噴射方向を変更するようになっている。図５には、四気筒のエンジンの場合が示されている。この場合には、それぞれの気筒２８についての燃料噴射弁１８のそれぞれの歯車２６に単一のラック２７を噛合させて、各燃料噴射弁１８の燃料噴射方向を一括的に変更するようにしている。
【００３７】
ラック２７のスライド時期及びスライド量は、図示しない制御手段により、エンジンの負荷及び回転数に応じて制御される。この制御手段は、低負荷時において、エンジンの回転数が所定の低回転域（例えば、図１０に示した回転数領域Ａ）にある場合には、図１（ａ）及び（ｂ）に示されているように燃料噴射弁１８の燃料噴射方向Ｄを設定する。即ち、燃料噴射弁１８の燃料噴射方向のシリンダの中心軸に直交する平面（水平面）内における方向成分が点火プラグ１４の方向となり、且つ、燃料噴射弁１８の燃料噴射方向のシリンダの中心軸及び該燃料噴射弁１８の燃料噴射点を含む平面（垂直面）内における方向成分が燃料噴射弁１８の中心軸Ｔよりも角度θ１だけピストン１２側の方向となるように燃料噴射弁１８の燃料噴射方向を設定する。
【００３８】
一方、制御手段は、低負荷時において、エンジンの回転数が所定の高回転域（例えば、図１０に示した回転数領域Ｃ）にある場合には、図２（ａ）及び（ｂ）に示されているように燃料噴射弁１８の燃料噴射方向Ｄを設定する。即ち、燃料噴射弁１８の燃料噴射方向の水平面内における方向成分が点火プラグ１４の方向よりも燃焼室内に生成されるスワール流Ｓの方向に沿う方向（点火プラグ１４の方向に対して角度θ２だけスワール流Ｓの下流側の方向）となり、且つ、燃料噴射弁１８の燃料噴射方向の垂直面内における方向成分がエンジンの回転数が低回転域にある場合の燃料噴射方向よりも燃料噴射弁１８の中心軸Ｔ側の方向（図２（ａ）では燃料噴射弁１８の中心軸Ｔと一致する方向としている）となるように燃料噴射弁１８の燃料噴射方向を設定する。
【００３９】
制御手段により上述のように燃料噴射方向を制御した場合の燃料噴霧（混合気）の燃料室内における挙動が、図６及び図７に示されている。図６は低回転時の挙動を、図７は高回転時の挙動を示している。
【００４０】
低負荷時において、エンジンの回転数が低い場合には、図６（ａ）に示されているように、燃料は点火プラグ１４側で且つ中心軸Ｔよりも下向きに噴射される。即ち、燃焼室内に生成される比較的に弱いスワール流Ｓの進行方向に対してそれを横切るように、且つ、比較的にゆっくり上昇するピストン１２の冠面（凹部１２ａの底面）に対して鋭角的に噴射する。
【００４１】
低回転時はスワール流Ｓの強度が弱いため、燃料噴射弁１８から噴射された燃料噴霧Ｆはほぼ直進し、図６（ｂ）に示されているように、点火プラグ１４へ直接向かうことはなく、ピストン１２の凹部１２ａに確実に集められ、凹部１２ａの内部で気化しながら、図６（ｃ）に示されているように、点火プラグ１４へと向かい、次いで、図６（ｄ）に示されているように、点火プラグ１４の周囲に達する。
【００４２】
点火プラグ１４に達した混合気はスワール流Ｓが弱いため、図８（ａ）に示されているように、点火プラグ１４の付近に滞留する時間が長く、点火時期の自由度が大きく、最適点火時期に点火することができるようになる。なお、図８（ａ）において、横軸は時間の経過を示し、縦軸は点火プラグ周りにおける空燃費を示しており、従来技術の対応する場合を示す図１３（ａ）と比較して明らかなように、混合気が点火プラグの周囲に存在する時間が長くなっている。従って、未燃ＨＣ、スモークの増大を招くことなく、安定した燃焼を行うことができる。
【００４３】
低負荷時において、エンジンの回転数が高い場合には、図７（ａ）に示されているように、燃料はスワール流Ｓに沿う方向で且つ低回転時よりも上向きに噴射される。即ち、燃焼室内に生成される比較的に強いスワール流Ｓの進行方向に対してそれに沿うように、且つ、比較的に素早く上昇するピストン１２の冠面（凹部１２ａの底面）に対して鈍角的に噴射する。
【００４４】
高回転時は低回転時よりもスワール流Ｓの強度が強いため、スワール流Ｓに沿う方向に噴射された燃料噴霧Ｆはスワール流Ｓに乗って進行し、図７（ｂ）に示されているように、ピストン１２の凹部１２ａの側壁に沿って進行し、点火プラグ１４へと向かう。
【００４５】
即ち、図７（ｃ）に示されているように、エンジンの回転数の高回転化に伴うピストン１２の上昇速度の上昇に伴って強くなったスワール流Ｓに乗って混合気が素早く点火プラグ１４の周囲に到達し、図８（ｂ）に示されているように、最適なタイミングで点火プラグ１４の周囲に適度な混合気濃度分布を配することができる。
【００４６】
なお、図８（ｂ）において、横軸は時間の経過を示し、縦軸は点火プラグ周りにおける空燃費を示しており、従来技術の対応する場合を示す図１３（ｃ）と比較して明らかなように、混合気が点火プラグの周囲に到達する時間が早くなっている。従って、未燃ＨＣ、スモークの増大を招くことなく、安定した燃焼を行うことができる。
【００４７】
上述した実施形態によると、燃料噴射方向をエンジンの回転数に応じて変更するようにしたから、低負荷時に圧縮行程において燃料を噴射して、成層燃焼を行う場合に、エンジンの回転の高低に拘わらず、安定した燃焼を行うことができる。
【００４８】
また、燃料噴射弁１８を回転することにより燃料噴射方向を立体的に変更するようにしたから、燃料噴射方向の変更が簡略な構成で実現できるとともに、燃料噴射方向の変更の微調整が容易である。さらに、多気筒エンジンの各気筒についての燃料噴射弁１８を単一のラック２７のスライドにより一括的に行うようにしたから、各気筒間での燃料噴射方向の整合も容易であるとともに、構成も簡略である。
【００４９】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の低回転時の構成を示す図であり、（ａ）は横方向から見た断面図、（ｂ）は上方向から見た断面図である。
【図２】本発明の実施形態の高回転時の構成を示す図であり、（ａ）は横方向から見た断面図、（ｂ）は上方向から見た断面図である。
【図３】本発明の実施形態の低負荷時の吸気の様子を示す図である。
【図４】本発明の実施形態の燃料噴射弁の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態の多気筒エンジンの場合の燃料噴射弁の回転の機構を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である
【図６】本発明の実施形態の低回転時における燃料噴霧（混合気）の燃焼室内での挙動を示すエンジンの断面図である。
【図７】本発明の実施形態の高回転時における燃料噴霧（混合気）の燃焼室内での挙動を示すエンジンの断面図である。
【図８】本発明の実施形態の燃料噴霧（混合気）の燃焼室内での挙動を模式的に示す図であり、（ａ）は低回転時を、（ｂ）は高回転時を示している。
【図９】従来技術の構成を示す図であり、（ａ）は横方向から見た断面図、（ｂ）は上方向から見た断面図である。
【図１０】エンジンの回転数とトルク（負荷）との関係における均質燃焼領域及び成層燃焼領域を示す図である。
【図１１】従来技術の低回転時における燃料噴霧（混合気）の燃焼室内での挙動を示すエンジンの断面図である。
【図１２】従来技術の高回転時における燃料噴霧（混合気）の燃焼室内での挙動を示すエンジンの断面図である。
【図１３】従来技術の燃料噴霧（混合気）の燃焼室内での挙動を模式的に示す図であり、（ａ）は低回転時を、（ｂ）は中回転時を、（ｃ）は高回転時を示している。
【符号の説明】
１１…シリンダブロック
１２…ピストン
１２ａ…凹部
１３…シリンダヘッド
１４…点火プラグ
１６ａ、１６ｂ…吸気ポート
１７ａ、１７ｂ…吸気流路
１８…燃料噴射弁
１９…開閉弁
２６…歯車（ピニオン）
２７…ラック
Ｄ…燃料噴射方向
Ｆ…燃料噴霧
Ｓ…スワール流
Ｔ…燃料噴射弁の中心軸
【発明の属する技術分野】
本発明は筒内直接噴射式エンジンに関し、特に、低負荷時に燃焼室内に噴射した燃料噴霧を燃焼室内部の空気流動により着火手段の近傍に誘導して成層燃焼を行うようにした筒内直接噴射式エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の筒内直接噴射式ガソリンエンジンとしては、例えば、特開平８−３５４２９号公報に開示されているもの等が知られており、この種の筒内直接噴射式エンジンを、図９（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。
【０００３】
同図において、３１はシリンダブロックであり、シリンダブロック３１内にはピストン３２が摺動自在に嵌挿されている。シリンダブロック３１の上部にはシリンダヘッド３３が取り付けられており、シリンダブロック３１の内壁、ピストン３２の冠面、およびシリンダヘッド３３の下面により、燃焼室が画成される。
【０００４】
シリンダヘッド３３には、その概略中央部に点火プラグ（着火手段）３４が取り付けられている。シリンダヘッド３３の点火プラグ３４の外側の位置には、それぞれ吸気弁３５により吸気ポート３６ａ、３６ｂにて燃焼室に選択的に連通される一対の吸気流路３７ａ、３７ｂが配置されている。シリンダヘッド３３には、排気弁（図示せず）により排気ポート３８ａ、３８ｂにて燃焼室に選択的に連通される同じく一対の排気流路３９が配置されている。吸気ポート３６ａ、３６ｂは燃焼室内に直線的に吸気が流入するストレートポートである。
【０００５】
シリンダヘッド３３の吸気流路３７ａ、３７ｂが配置された位置のさらに外側で、一対の吸気流路３７ａ、３７ｂの間の部分には、燃焼室内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁４０が取り付けられている。ピストン３２の冠面の一部には凹部３２ａが形成されている。吸気流路３７ｂには吸気制御用の開閉弁４１が設けられており、この開閉弁４１はエンジンの負荷状態に応じて吸気流路３７ｂを開閉する。
【０００６】
図１０はエンジンの回転数及びトルク（又は負荷）との関係における均質燃焼領域と成層燃焼領域を示す図である。高負荷・高回転時には均質燃焼が行われるが、このとき開閉弁４１は開いた状態とされ、吸入空気は吸気流路３７ａ、３７ｂの双方から燃焼室内に吸入される。
【０００７】
一方、低負荷時には成層燃焼が行われるが、この場合には、開閉弁４１は閉じた状態とされ、吸気流路３７ｂは閉塞される。吸気流路３７ｂが閉塞されると、吸入空気は吸気流路３７ａ側から燃焼室内に流入され、これにより、燃焼室内に旋回流が生じ、吸気行程の終了後ピストン３２が上昇するにつれて燃焼室内にスワール流Ｓが生成される。低負荷時においては、燃料噴射弁４０からの燃料噴射は圧縮行程にて行われる。
【０００８】
燃料噴霧（混合気）の燃料室内における挙動が、図１１及び図１２に示されている。図１１は低回転時の挙動を、図１２は高回転時の挙動を示している。
【０００９】
低負荷時において、エンジンの回転数が低い場合には、図１１（ａ）に示されているように、燃料噴射弁４０から燃料噴射方向Ｄの方向に噴射される。燃料噴射弁４０から噴射された燃料噴霧Ｆは、図１１（ｂ）に示されているように、燃焼室内に生成されるスワール流Ｓが弱いために、スワール流Ｓによってその噴射方向Ｄよりも僅かに下流側に流されるが、その貫徹力によりほぼ直進し、ピストンの冠面（凹部３２ａ）に衝突することにより、図１１（ｃ）に示されているように方向転換され、、図１１（ｄ）に示されているように、点火プラグ３４へと導かれる。
【００１０】
一方、低負荷時において、エンジンの回転数が高い場合には、図１２（ａ）に示されているように、エンジンの回転数が低い場合と同様に、燃料噴射弁４０から燃料噴射方向Ｄの方向に噴射される。燃料噴射弁４０から噴射された燃料噴霧Ｆは、図１２（ｂ）に示されているように、強いスワール流Ｓによってその噴射方向Ｄよりスワール流Ｓの下流側に流され、ピストン３２の冠面の凹部３２ａの側壁に沿ってスワール流Ｓによって運ばれて、図１２（ｃ）に示されているように、点火プラグ３４へと導かれる。
【００１１】
図１０において、成層燃焼領域におけるエンジンの回転数領域を、回転数領域Ａ（低回転域）、回転数領域Ｂ（中回転域）、回転数領域Ｃ（高回転域）に分割した場合に、これらの回転数領域Ａ、Ｂ、Ｃでの燃料噴霧（混合気）の燃焼室内における存在位置が、図１３（ａ）〜（ｃ）に示されている。なお、これらの図において、横軸は時間の経過を示し、縦軸は点火プラグ周りにおける空燃費を示している。横軸の下側には燃料（混合気）の存在位置が示されている。
【００１２】
回転数領域Ａ（低回転域）では、図１３（ａ）に示されているように、ピストンの上昇に対して、燃料噴霧の進行速度が相対的に早く、点火プラグ周りに混合気が到達する時期が早くなり、熱発生的に最適な点火時期（ピストンが上死点（ＴＤＣ）前の所定の角度にあるときであり、以下、最適点火時期という）に点火を行った場合、混合気が既に拡散してしまっており、混合気濃度が希薄となり、燃焼安定度が悪化する。従って、燃料噴射時期を遅角側（最適点火時期よりも早い時期）に設定する必要があるが、この場合、ピストンの冠面に燃料噴霧が衝突し、未燃焼のＨＣ（炭化水素）やスモークの排出の原因となる。
【００１３】
一方、回転数領域Ｃ（高回転域）では、図１３（ｃ）に示されているように、ピストンの上昇に対して、燃料噴霧の進行速度が相対的に遅く、点火プラグ周りに混合気が到達する時期が遅くなり、最適点火時期に点火を行った場合、混合気が未だ十分に到達しておらず、混合気濃度が希薄となり、燃焼安定度が悪化し、低回転域の場合と同様に、未燃焼のＨＣが増加する。
【００１４】
このような問題点に対して、例えば、特開平８−３５４２９号公報に記載のものでは、吸気ポート３６ａをヘリカルポートとして、燃焼室内に吸気が流入する際に吸気流に対して旋回運動を積極的に付与し、燃焼室内にシリンダ中心軸に直角な強力なスワール流を生成するとともに、スワール流の強さを可変にすることで、低負荷時における上記の問題を緩和するようにしているが、このようにすると、高負荷時（例えば、アクセル全開時）に開閉弁４１が開かれたときに、出力（全開時出力）が低下するという問題があり、有効な解決策ではない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上述した従来技術では、低負荷時に成層燃焼を行う場合において、エンジンの回転数が低回転域にある場合には混合気の点火プラグの近傍への到達が早すぎ、一方、エンジンの回転数が高回転域にある場合には混合気の点火プラグの近傍への到達が遅いため、最適点火時期に点火を行うことができず、安定した成層希薄燃焼が行えず、未燃ＨＣやスモークの発生を防止できないという問題点があった。
【００１６】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、エンジンの回転数が低回転域にあるか高回転域にあるかに拘わらず、最適点火時期に混合気を点火プラグの近傍に位置せしめることにより、安定した成層希薄燃焼を実現し、燃焼効率を向上し、スモーク等の発生を防止することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明の筒内直接噴射式エンジンは、シリンダ内に嵌挿されたピストンの冠面と着火手段が取り付けられたシリンダヘッドとの間に画成される燃焼室内に燃料噴射弁により燃料を直接噴射するようにした筒内直接噴射式エンジンにおいて、前記エンジンの回転数に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射方向を変更する噴射方向変更手段を備え、前記噴射方向変更手段は、前記エンジンの回転数が所定の低回転域にある場合には、前記燃料噴射弁の燃料噴射方向の前記シリンダの中心軸に直交する平面内における方向成分が前記着火手段の方向となるように該燃料噴射弁の燃料噴射方向を設定し、前記エンジンの回転数が所定の高回転域にある場合には、前記燃料噴射弁の燃料噴射方向の前記シリンダの中心軸に直交する平面内における方向成分が前記着火手段の方向よりも前記燃焼室内に生成されるスワール流動の方向に沿う方向となるように該燃料噴射弁の燃料噴射方向を設定することを特徴とする。
【００１８】
この請求項１記載の本発明の筒内直接噴射式エンジンによると、エンジンの回転数に応じて燃料噴射弁の燃料噴射方向を変更する噴射方向変更手段を備えているから、成層燃焼を行う場合において、エンジンの回転数が低回転域にある場合には混合気の点火プラグの近傍への到達が適切になるように（従来よりも遅くなるように、又は点火プラグ周りの滞留時間が長くなるように）燃料噴射方向を設定し、一方、エンジンの回転数が高回転域にある場合には混合気の点火プラグの近傍への到達が適切となるように（従来よりも早くなるように）燃料噴射方向を変更・調節することが可能となる。そして、低回転時と高回転時の燃料噴射方向の水平面内での方向成分を具体的に規定し、エンジンの回転数が低回転域にある場合には燃料を、燃焼室内に生成される比較的に弱いスワール流の進行方向に対してそれを横切るように噴射し、エンジンの回転数が高回転域にある場合には燃料を、燃焼室内に生成される比較的に強いスワール流の進行方向に対してそれに沿うように噴射するようにしており、低回転時には混合気の点火プラグ周りでの滞留を従来よりも長くすることができ、高回転時には混合気の点火プラグへの到達を従来よりも早くすることができる。
【００１９】
請求項２記載の本発明の筒内直接噴射式エンジンは、シリンダ内に嵌挿されたピストンの冠面と着火手段が取り付けられたシリンダヘッドとの間に画成される燃焼室内に燃料噴射弁により燃料を直接噴射するようにした筒内直接噴射式エンジンにおいて、前記エンジンの回転数に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射方向を変更する噴射方向変更手段を備え、前記噴射方向変更手段は、前記エンジンの回転数が所定の低回転域にある場合には、前記燃料噴射弁の燃料噴射方向の前記シリンダの中心軸及び該燃料噴射弁の燃料噴射点を含む平面（以下、垂直面という）内における方向成分が該燃料噴射弁の中心軸よりも前記ピストン側の方向となるように該燃料噴射弁の燃料噴射方向を設定し、前記エンジンの回転数が所定の高回転域にある場合には、前記燃料噴射弁の燃料噴射方向の垂直面内における方向成分が、前記エンジンの回転数が前記低回転域にある場合の燃料噴射方向よりも該燃料噴射弁の中心軸側の方向となるように該燃料噴射弁の燃料噴射方向を設定することを特徴とする。
【００２０】
この請求項２記載の本発明の筒内直接噴射式エンジンによると、エンジンの回転数に応じて燃料噴射弁の燃料噴射方向を変更する噴射方向変更手段を備えているから、成層燃焼を行う場合において、エンジンの回転数が低回転域にある場合には混合気の点火プラグの近傍への到達が適切になるように（従来よりも遅くなるように、又は点火プラグ周りの滞留時間が長くなるように）燃料噴射方向を設定し、一方、エンジンの回転数が高回転域にある場合には混合気の点火プラグの近傍への到達が適切となるように（従来よりも早くなるように）燃料噴射方向を変更・調節することが可能となる。そして、低回転時と高回転時の燃料噴射方向の垂直面内での方向成分を具体的に規定し、エンジンの回転数が低回転域にある場合には燃料を、比較的にゆっくり上昇するピストンの冠面に対して鋭角的に噴射し、エンジンの回転数が高回転域にある場合には燃料を、比較的に素早く上昇するピストンの冠面に対して鈍角的に噴射するようにしており、低回転時には混合気の点火プラグ周りでの滞留を従来よりも長くすることができ、高回転時には混合気の点火プラグへの到達を従来よりも早くすることができる。
【００２１】
請求項３記載の本発明の筒内直接噴射式エンジンは、請求項１又は２記載の筒内直接噴射式エンジンにおいて、前記燃料噴射弁は該燃料噴射弁の中心軸に対して傾斜した方向に燃料を噴射し、前記噴射方向変更手段は該燃料噴射弁を、該燃料噴射弁の中心軸を中心として回転することにより燃料噴射方向を変更するようにしたことを特徴とする。
【００２２】
この請求項３記載の本発明の筒内直接噴射式エンジンによると、燃料噴射弁を回転することにより、燃料噴射方向を変更するものであるから、その構成を極めて簡略にできるとともに、燃料噴射方向の微調整が非常に容易である。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１及び２記載の本発明の筒内直接噴射式エンジンによると、燃料噴射方向を変更することにより、混合気の点火プラグへの到達時間をエンジンの回転数に応じて調整できるようにしたから、低負荷時に成層燃焼を行う場合において、エンジンの回転数の高低に拘わらず、常に最適点火時期に点火を行うことができるようになる。従って、安定した成層希薄燃焼を行うことができ、未燃ＨＣやスモークの発生を防止することができるようになる。これに加えて、低回転時と高回転時の燃料噴射方向を具体的に規定しており、これにより、成層燃焼を行う場合において、最適点火時期に点火を行うことができ、安定した成層希薄燃焼を行うことができ、未燃ＨＣやスモークの発生を確実に防止することができる。
【００２６】
請求項３記載の本発明の筒内直接噴射式エンジンによると、燃料噴射方向の変更のための構成を極めて簡略にすることができるとともに、燃料噴射方向の微調整が容易である。従って、例えば、多気筒エンジンの場合に、各気筒についての燃料噴射弁の燃料噴射方向を一括的に且つ正確に変更することが可能である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は本発明の実施形態の筒内直接噴射式ガソリンエンジンの構成を示す図であり、図１はエンジン低回転時を、図２はエンジン高回転時を示している。
【００２９】
同図において、１１はシリンダブロックであり、シリンダブロック１１内にはピストン１２が摺動自在に嵌挿されている。シリンダブロック１１の上部にはシリンダヘッド１３が取り付けられており、シリンダブロック１１の内壁、ピストン１２の冠面、およびシリンダヘッド１３の下面により、燃焼室が画成される。
【００３０】
シリンダヘッド１３には、その概略中央部に点火プラグ（着火手段）１４が取り付けられている。シリンダヘッド１３の点火プラグ１４の外側の位置には、それぞれ吸気弁（図示せず）により吸気ポート１６ａ、１６ｂにて燃焼室に選択的に連通される一対の吸気流路１７ａ、１７ｂが配置されているとともに、排気弁により燃焼室に選択的に連通される同じく一対の排気流路（図示せず）が配置されている。吸気流路１７ａ、１７ｂのそれぞれの吸気ポート１６ａ、１６ｂは燃焼室内に直線的に吸気が流入する通常の形状のストレートポートとなっている。
【００３１】
シリンダヘッド１３の吸気流路１７ａ、１７ｂが配置された位置のさらに外側で、一対の吸気流路１７ａ、１７ｂの間の部分には、燃焼室内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁１８が取り付けられている。ピストン１２の冠面の吸気ポート１６ａ、１６ｂ側の一部には凹部１２ａが形成されている。
【００３２】
吸気流路１７ａ、１７ｂには左右非対称の吸気制御用の開閉弁１９が設けられており、この開閉弁１９はエンジンの負荷状態に応じて吸気流路１７ａ、１７ｂを開閉する。
【００３３】
このエンジンにおいては、エンジン低負荷時には成層燃焼が行われるが、図１（ｂ）又は図２（ｂ）に示されているように、開閉弁１９は吸気流路１７ｂ側が閉じた状態となるように設定される。この状態では、図３に示されているように、吸気流路１７ｂ側が閉塞されることにより、吸入空気の大部分は吸気ポート１６ａ側から燃焼室内に流入される。これにより、燃焼室内に図１（ｂ）又は図２（ｂ）で反時計方向に旋回流が生じ、吸気行程の終了後ピストン１２が上昇するにつれて燃焼室内にスワール流Ｓが生成される。低負荷時においては、燃料噴射は圧縮行程にて行われる。
【００３４】
燃料噴射弁１８の燃料噴射口は、燃料噴射弁１８の中心軸Ｔに対して所定の角度だけ傾斜した方向に燃料を噴射するように形成されている。燃料噴射弁１８はその中心軸Ｔがピストン１２の冠面の凹部１２ａを指向した状態でシリンダヘッド１３に回転可能に取り付けられている。
【００３５】
燃料噴射弁１８は、図４に示されているように、その後端部から燃料が供給され、シリンダヘッド１３にメカニカルシール２０を介して取り付けられている。メカニカルシール２０は、バネ２１、回転接触管２２、オーリング２３、シール部材２４等から構成され、燃料供給部において燃料及び筒内圧を密閉する。即ち、回転接触管２２に燃圧とバネ２１の付勢力が加わることにより燃料と筒内圧のシールを行う。なお、２５はシール面である。
【００３６】
また、図１及び図２に示されているように、燃料噴射弁１８の後端部には、歯車（ピニオン）２６が燃料噴射弁１８の中心軸を中心として燃料噴射弁１８と一体的に回転するように取り付けられており、歯車２６に噛合するラック２７をスライドさせることにより、燃料噴射弁１８を回転し、燃料噴射方向を変更するようになっている。図５には、四気筒のエンジンの場合が示されている。この場合には、それぞれの気筒２８についての燃料噴射弁１８のそれぞれの歯車２６に単一のラック２７を噛合させて、各燃料噴射弁１８の燃料噴射方向を一括的に変更するようにしている。
【００３７】
ラック２７のスライド時期及びスライド量は、図示しない制御手段により、エンジンの負荷及び回転数に応じて制御される。この制御手段は、低負荷時において、エンジンの回転数が所定の低回転域（例えば、図１０に示した回転数領域Ａ）にある場合には、図１（ａ）及び（ｂ）に示されているように燃料噴射弁１８の燃料噴射方向Ｄを設定する。即ち、燃料噴射弁１８の燃料噴射方向のシリンダの中心軸に直交する平面（水平面）内における方向成分が点火プラグ１４の方向となり、且つ、燃料噴射弁１８の燃料噴射方向のシリンダの中心軸及び該燃料噴射弁１８の燃料噴射点を含む平面（垂直面）内における方向成分が燃料噴射弁１８の中心軸Ｔよりも角度θ１だけピストン１２側の方向となるように燃料噴射弁１８の燃料噴射方向を設定する。
【００３８】
一方、制御手段は、低負荷時において、エンジンの回転数が所定の高回転域（例えば、図１０に示した回転数領域Ｃ）にある場合には、図２（ａ）及び（ｂ）に示されているように燃料噴射弁１８の燃料噴射方向Ｄを設定する。即ち、燃料噴射弁１８の燃料噴射方向の水平面内における方向成分が点火プラグ１４の方向よりも燃焼室内に生成されるスワール流Ｓの方向に沿う方向（点火プラグ１４の方向に対して角度θ２だけスワール流Ｓの下流側の方向）となり、且つ、燃料噴射弁１８の燃料噴射方向の垂直面内における方向成分がエンジンの回転数が低回転域にある場合の燃料噴射方向よりも燃料噴射弁１８の中心軸Ｔ側の方向（図２（ａ）では燃料噴射弁１８の中心軸Ｔと一致する方向としている）となるように燃料噴射弁１８の燃料噴射方向を設定する。
【００３９】
制御手段により上述のように燃料噴射方向を制御した場合の燃料噴霧（混合気）の燃料室内における挙動が、図６及び図７に示されている。図６は低回転時の挙動を、図７は高回転時の挙動を示している。
【００４０】
低負荷時において、エンジンの回転数が低い場合には、図６（ａ）に示されているように、燃料は点火プラグ１４側で且つ中心軸Ｔよりも下向きに噴射される。即ち、燃焼室内に生成される比較的に弱いスワール流Ｓの進行方向に対してそれを横切るように、且つ、比較的にゆっくり上昇するピストン１２の冠面（凹部１２ａの底面）に対して鋭角的に噴射する。
【００４１】
低回転時はスワール流Ｓの強度が弱いため、燃料噴射弁１８から噴射された燃料噴霧Ｆはほぼ直進し、図６（ｂ）に示されているように、点火プラグ１４へ直接向かうことはなく、ピストン１２の凹部１２ａに確実に集められ、凹部１２ａの内部で気化しながら、図６（ｃ）に示されているように、点火プラグ１４へと向かい、次いで、図６（ｄ）に示されているように、点火プラグ１４の周囲に達する。
【００４２】
点火プラグ１４に達した混合気はスワール流Ｓが弱いため、図８（ａ）に示されているように、点火プラグ１４の付近に滞留する時間が長く、点火時期の自由度が大きく、最適点火時期に点火することができるようになる。なお、図８（ａ）において、横軸は時間の経過を示し、縦軸は点火プラグ周りにおける空燃費を示しており、従来技術の対応する場合を示す図１３（ａ）と比較して明らかなように、混合気が点火プラグの周囲に存在する時間が長くなっている。従って、未燃ＨＣ、スモークの増大を招くことなく、安定した燃焼を行うことができる。
【００４３】
低負荷時において、エンジンの回転数が高い場合には、図７（ａ）に示されているように、燃料はスワール流Ｓに沿う方向で且つ低回転時よりも上向きに噴射される。即ち、燃焼室内に生成される比較的に強いスワール流Ｓの進行方向に対してそれに沿うように、且つ、比較的に素早く上昇するピストン１２の冠面（凹部１２ａの底面）に対して鈍角的に噴射する。
【００４４】
高回転時は低回転時よりもスワール流Ｓの強度が強いため、スワール流Ｓに沿う方向に噴射された燃料噴霧Ｆはスワール流Ｓに乗って進行し、図７（ｂ）に示されているように、ピストン１２の凹部１２ａの側壁に沿って進行し、点火プラグ１４へと向かう。
【００４５】
即ち、図７（ｃ）に示されているように、エンジンの回転数の高回転化に伴うピストン１２の上昇速度の上昇に伴って強くなったスワール流Ｓに乗って混合気が素早く点火プラグ１４の周囲に到達し、図８（ｂ）に示されているように、最適なタイミングで点火プラグ１４の周囲に適度な混合気濃度分布を配することができる。
【００４６】
なお、図８（ｂ）において、横軸は時間の経過を示し、縦軸は点火プラグ周りにおける空燃費を示しており、従来技術の対応する場合を示す図１３（ｃ）と比較して明らかなように、混合気が点火プラグの周囲に到達する時間が早くなっている。従って、未燃ＨＣ、スモークの増大を招くことなく、安定した燃焼を行うことができる。
【００４７】
上述した実施形態によると、燃料噴射方向をエンジンの回転数に応じて変更するようにしたから、低負荷時に圧縮行程において燃料を噴射して、成層燃焼を行う場合に、エンジンの回転の高低に拘わらず、安定した燃焼を行うことができる。
【００４８】
また、燃料噴射弁１８を回転することにより燃料噴射方向を立体的に変更するようにしたから、燃料噴射方向の変更が簡略な構成で実現できるとともに、燃料噴射方向の変更の微調整が容易である。さらに、多気筒エンジンの各気筒についての燃料噴射弁１８を単一のラック２７のスライドにより一括的に行うようにしたから、各気筒間での燃料噴射方向の整合も容易であるとともに、構成も簡略である。
【００４９】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の低回転時の構成を示す図であり、（ａ）は横方向から見た断面図、（ｂ）は上方向から見た断面図である。
【図２】本発明の実施形態の高回転時の構成を示す図であり、（ａ）は横方向から見た断面図、（ｂ）は上方向から見た断面図である。
【図３】本発明の実施形態の低負荷時の吸気の様子を示す図である。
【図４】本発明の実施形態の燃料噴射弁の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態の多気筒エンジンの場合の燃料噴射弁の回転の機構を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である
【図６】本発明の実施形態の低回転時における燃料噴霧（混合気）の燃焼室内での挙動を示すエンジンの断面図である。
【図７】本発明の実施形態の高回転時における燃料噴霧（混合気）の燃焼室内での挙動を示すエンジンの断面図である。
【図８】本発明の実施形態の燃料噴霧（混合気）の燃焼室内での挙動を模式的に示す図であり、（ａ）は低回転時を、（ｂ）は高回転時を示している。
【図９】従来技術の構成を示す図であり、（ａ）は横方向から見た断面図、（ｂ）は上方向から見た断面図である。
【図１０】エンジンの回転数とトルク（負荷）との関係における均質燃焼領域及び成層燃焼領域を示す図である。
【図１１】従来技術の低回転時における燃料噴霧（混合気）の燃焼室内での挙動を示すエンジンの断面図である。
【図１２】従来技術の高回転時における燃料噴霧（混合気）の燃焼室内での挙動を示すエンジンの断面図である。
【図１３】従来技術の燃料噴霧（混合気）の燃焼室内での挙動を模式的に示す図であり、（ａ）は低回転時を、（ｂ）は中回転時を、（ｃ）は高回転時を示している。
【符号の説明】
１１…シリンダブロック
１２…ピストン
１２ａ…凹部
１３…シリンダヘッド
１４…点火プラグ
１６ａ、１６ｂ…吸気ポート
１７ａ、１７ｂ…吸気流路
１８…燃料噴射弁
１９…開閉弁
２６…歯車（ピニオン）
２７…ラック
Ｄ…燃料噴射方向
Ｆ…燃料噴霧
Ｓ…スワール流
Ｔ…燃料噴射弁の中心軸
Claims (3)
- シリンダ内に嵌挿されたピストンの冠面と着火手段が取り付けられたシリンダヘッドとの間に画成される燃焼室内に燃料噴射弁により燃料を直接噴射するようにした筒内直接噴射式エンジンにおいて、
前記エンジンの回転数に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射方向を変更する噴射方向変更手段を備え、
前記噴射方向変更手段は、前記エンジンの回転数が所定の低回転域にある場合には、前記燃料噴射弁の燃料噴射方向の前記シリンダの中心軸に直交する平面内における方向成分が前記着火手段の方向となるように該燃料噴射弁の燃料噴射方向を設定し、前記エンジンの回転数が所定の高回転域にある場合には、前記燃料噴射弁の燃料噴射方向の前記シリンダの中心軸に直交する平面内における方向成分が前記着火手段の方向よりも前記燃焼室内に生成されるスワール流動の方向に沿う方向となるように該燃料噴射弁の燃料噴射方向を設定することを特徴とする筒内直接噴射式エンジン。 - シリンダ内に嵌挿されたピストンの冠面と着火手段が取り付けられたシリンダヘッドとの間に画成される燃焼室内に燃料噴射弁により燃料を直接噴射するようにした筒内直接噴射式エンジンにおいて、
前記エンジンの回転数に応じて、前記燃料噴射弁の燃料噴射方向を変更する噴射方向変更手段を備え、
前記噴射方向変更手段は、前記エンジンの回転数が所定の低回転域にある場合には、前記燃料噴射弁の燃料噴射方向の前記シリンダの中心軸及び該燃料噴射弁の燃料噴射点を含む平面内における方向成分が該燃料噴射弁の中心軸よりも前記ピストン側の方向となるように該燃料噴射弁の燃料噴射方向を設定し、前記エンジンの回転数が所定の高回転域にある場合には、前記燃料噴射弁の燃料噴射方向の前記シリンダの中心軸及び該燃料噴射弁の燃料噴射点を含む平面内における方向成分が前記エンジンの回転数が前記低回転域にある場合の燃料噴射方向よりも該燃料噴射弁の中心軸側の方向となるように該燃料噴射弁の燃料噴射方向を設定することを特徴とする筒内直接噴射式エンジン。 - 前記燃料噴射弁は該燃料噴射弁の中心軸に対して傾斜した方向に燃料を噴射し、前記噴射方向変更手段は該燃料噴射弁を、該燃料噴射弁の中心軸を中心として回転することにより燃料噴射方向を変更するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内直接噴射式エンジン。
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| KR100405786B1 (ko) * | 2000-12-15 | 2003-11-15 | 현대자동차주식회사 | 가변 텀블형 연료-공기 분사 장치 |
| JP5067347B2 (ja) * | 2008-11-05 | 2012-11-07 | 三菱自動車工業株式会社 | 排気浄化装置 |
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1997
- 1997-06-09 JP JP16650297A patent/JP3601259B2/ja not_active Expired - Lifetime
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