JP3612875B2

JP3612875B2 - In-cylinder injection engine

Info

Publication number: JP3612875B2
Application number: JP21278596A
Authority: JP
Inventors: 明陰山; 剛彦安岡; 博之山本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2016-08-12
Also published as: JPH1054242A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、点火プラグを備えるとともに、成層燃焼のために燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタを備えた筒内噴射型エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、点火プラグを備えた火花点火式のエンジンにおいて、成層燃焼による燃費改善を図るため、インジェクタを燃焼室に臨むように設けて、このインジェクタから燃料を燃焼室内に直接噴射供給するようにした筒内噴射型エンジンは知られている。例えば特開平６−８１６５１号公報に示されたエンジンは、シリンダブロックのシリンダボア内に嵌挿されたピストンの上面とこれに対向するシリンダヘッド下面との間に燃焼室を形成し、燃焼室天井部に吸気ポートおよび排気ポートを開口させ、これらのポートを開閉する吸気弁および排気弁を配設し、かつ、燃焼室の略中央部に臨む点火プラグを設けるとともに、シリンダヘッドの燃焼室の側方にインジェクタを配置し、インジェクタの先端が燃焼室の周縁部付近から燃焼室内に臨むようにしている。
【０００３】
このエンジンにおいて、シリンダヘッド下面側の燃焼室天井部は、吸気ポート開口側の壁面と排気ポート開口側の壁面とが頂部を挟んで略対称に傾斜したペントルーフ型となっており、吸気弁および排気弁は吸気ポート側の壁面および排気ポート側の壁面に対してバルブ軸が直交し、つまりシリンダボア軸線の両側に両バルブ軸線が略対称に傾いた状態に配置されている。
【０００４】
また、インジェクタは排気側からの熱的影響を避けるため燃焼室の吸気ポート側の側方に配置することが望ましく、このようにする場合の構造として上記公報の図１〜図８に示された例では、吸気弁側の側方下部にインジェクタを配置し、このインジェクタの先端部を燃焼室天井部における吸気ポート開口側の壁面の周縁部に臨ませるようにする一方、上記吸気ポートは、吸気弁のバルブ軸やその下方のインジェクタ配置部分を避けるため、上流側が上記吸気弁のバルブ軸よりも上方に向かって延び、シリンダヘッドの上方でインテークマニホールドに接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記エンジンは、燃焼室がペントルーフ型となっていて、その天井部の片側の傾斜面に吸気ポートの開口部が配設されるとともに、この吸気ポート開口部よりシリンダボア外周側にインジェクタの先端部が臨ませられるが、このような燃焼室構造では吸気ポートの開口面積を大きくするとインジェクタの先端部を臨ませるためのスペースが充分に得られず、インジェクタ先端部の配置スペース確保のためには吸気ポートの開口面積が小さくなるといった問題がある。
【０００６】
また、上記吸気ポートの上流側部分は吸気弁のバルブ軸より上方に向かって延びているが、このようなポートの配置では、燃焼室内にスワール（横渦）を生成することが困難で乱流生成がタンブルに限られるといった制約を受けるとともに、吸気ポートに接続される吸気マニホールドがシリンダヘッド上方に突出するので、エンジンの全高が増大し、コンパクト化を妨げる等の不都合がある。
【０００７】
なお、スワールの生成や吸気系のレイアウト等の面からは、吸気ポートの上流側部分が吸気弁のバルブ軸より下方に延びるように配置することが望ましいが、燃焼室がペントルーフ型のエンジンでは上記吸気弁のバルブ軸線がシリンダボア軸線に対して比較的大きく傾いているので、この吸気弁のバルブ軸が配設されている部分の下方にインジェクタと吸気ポートとを配置することはスペース的に難しく、敢えて配置しようとするとインジェクタを避けるべく吸気ポートを屈曲させることで吸気抵抗が増大する等の問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑み、燃焼室の吸気ポート側の側方にインジェクタの取付スペースを確保するとともに、吸気抵抗の増大を招くことなく吸気ポートも合理的に配置することができ、成層燃焼を効果的に行うことができる筒内噴射型エンジンを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、シリンダボア内に配置されたピストンの上面とこれに対向するシリンダヘッド下面との間に燃焼室を形成し、上記燃焼室に開口する吸気ポートおよび排気ポートをシリンダヘッドに形成するとともに、上記吸気ポートおよび排気ポートを開閉する吸気弁および排気弁と、燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタと、点火プラグとをシリンダヘッドに配設した筒内噴射型エンジンにおいて、シリンダボア軸線に対する吸気弁のバルブ軸線の傾き角が排気弁のバルブ軸線の傾き角より小さくなるようにこれらの弁を配置し、燃焼室の吸気ポート開口側の壁面および排気ポート開口側の壁面をそれぞれ吸気弁のバルブ軸線および排気弁のバルブ軸線と直交するように形成するとともに、吸気ポート開口側の燃焼室側方におけるシリンダヘッドの下部にインジェクタを配置し、このインジェクタと吸気弁軸との間の部分に、燃焼室からシリンダヘッドの側方上部に向けて延びる吸気ポートを形成し、該吸気ポートとして、スワール生成用の第１吸気ポートと、タンブル生成用の第２吸気ポートとを並列に設け、上記第１および第２の両吸気ポートの下流端側部分の燃焼室に対する入射角を同一とし、この部分より上流側で第２吸気ポートを第１吸気ポートよりも上方にずらせて形成し、この第２吸気ポートの上流側に、各気筒連動の開閉弁を設けたものである。
【００１０】
この構成によると、シリンダヘッド下面側の燃焼室天井部分において、排気ポート開口側の壁面がある程度大きく傾斜するのに対し、吸気ポート開口側の壁面は傾斜が小さくなり、この壁面の端部の下方にインジェクタの先端部を臨ませるためのスペースが確保される。こうして、シリンダヘッドにおける燃焼室の吸気ポート側の側方にインジェクタ取付スペースが確保される。また、吸気弁のバルブ軸線の傾き角が小さくなっていることにより、吸気弁のバルブ軸配設部分とインジェクタ配置部分との間に、吸気ポート配置のための充分なスペースが得られ、このスペース内で吸気ポートが燃焼室からシリンダヘッドの側方上部に向けて延びるように形成されることにより、吸気抵抗軽減等に有利なポート配置が得られる。
【００１１】
また、スワール生成用の第１吸気ポートと、タンブル生成用の第２吸気ポートとを並列に設けていることにより、運転状態等に応じて燃焼室内にスワール、タンブルを生成することが可能となる。
【００１２】
とくに、上記第１および第２の両吸気ポートの下流端側部分の燃焼室に対する入射角を同一とし、この部分より上流側で第２吸気ポートを第１吸気ポートよりも上方にずらせて形成し、この第２吸気ポートの上流側に、各気筒連動の開閉弁を設けていることにより、スワール、タンブルの調整が効果的に行われる。
【００１３】
つまり、両吸気弁のバルブ軸線の傾きを等しくするため両吸気ポートの下流端側部分の燃焼室に対する入射角は同一とするが、この部分より上流側では、両吸気ポートを上記のように上下にずらせることにより、第１吸気ポートによるスワール生成および第２吸気ポートによるタンブル生成に適したポート配置が得られる。この場合、上記のように吸気弁のバルブ軸配設部分とインジェクタ配置部分との間に充分なスペースを有することから、このようなポート配置が可能となる。また、両ポートの上流側が上下にずれていることから、第２吸気ポートの上流側に各気筒連動の開閉弁が容易に組み込まれる。
【００１４】
また、本発明のエンジンにおいて、動弁機構はシリンダヘッド上に吸気弁側および排気弁側の両カム軸を並列に配置したＤＯＨＣとし、両カム軸のシリンダボア軸線方向の高さ位置関係として排気弁側カム軸の高さを吸気弁側カム軸の高さよりも低く設定するとともに、上記排気弁側カム軸を伝動手段を介してクランク軸により駆動し、吸気弁側カム軸を排気弁側カム軸により連動手段を介して駆動するようにしておけば、エンジン全高を低くするのに有利となる。
【００１５】
つまり、上記のように吸気弁側と排気弁側とでバルブ軸線の傾きが相違していることに対応して、上記両カム軸の高さが相違するが、排気弁側カム軸が伝動手段を介してクランク軸により駆動されることにより、吸気側カム軸より低い位置にある排気側カム軸に上記伝動手段のプーリ等が設けられることとなり、この部分のエンジン高さが低く抑えられる。
【００１６】
あるいはまた、動弁機構はシリンダヘッド上に吸気弁側および排気弁側の両カム軸を並列に配置したＤＯＨＣとし、両カム軸のシリンダボア軸線方向の高さ位置関係として排気弁側カム軸の高さを吸気弁側カム軸の高さよりも低く設定するとともに、上記吸気弁側カム軸を伝動機構を介してクランク軸により駆動し、排気弁側カム軸を吸気弁側カム軸により連動手段を介して駆動するようにカム軸駆動系を構成するとともに、車両のボンネット下方のエンジンルーム内におけるエンジンの配置として、カム軸が車幅方向に延びる横置きで、かつ、吸気弁側カム軸が排気弁側カム軸よりも車両後方側に位置するように構成してもよい。
【００１７】
このようにすると吸気弁側カムが位置する車両後方側に比べて排気弁側カムが位置する車両前方側でエンジン高さが低くなり、前下がりのボンネットラインに即応した形態が得られる。
【００１８】
また、上記両カム軸の間の連動手段をギヤにより構成しておけば、カム軸間の距離を狭めることができるので、吸気弁のバルブ軸線の傾きが小さくされることで吸・排気弁のバルブ軸の挟み角が小さくなった場合に有利である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態による筒内噴射型エンジンの断面図、図２は燃焼室部分の平面視の概略図である。これらの図において、１はシリンダブロック２上に設置されたシリンダヘッド、３はシリンダブロック２のシリンダボア４内に配置されたピストンであり、ピストン３の上面とシリンダヘッド１の下面との間に燃焼室５が形成されており、この部分におけるシリンダヘッド１の下面側には燃焼室５の天井部を構成する凹陥部が設けられている。
【００２０】
上記シリンダヘッド１には燃焼室５に開口する吸気ポートおよび排気ポートが形成され、当実施形態では気筒毎に２個の吸気ポート６，７と２個の排気ポート８，９とが形成されている。各吸気ポート６，７にはそれぞれ吸気弁１０が装備され、各排気ポート８，９にはそれぞれ排気弁１１が装備されており、吸気弁用カム軸１２および排気弁用カム軸１３の各カムにより吸気弁１０および排気弁１１が駆動されるようになっている。さらに、燃焼室５内に直接燃料を噴射するインジェクタ１５と、点火プラグ１６とがシリンダヘッド１に取り付けられている。
【００２１】
上記吸気弁１０と排気弁１１とはシリンダボア軸線に対するバルブ軸線の傾き角θ１，θ２が異なっていて、排気弁１１の傾き角θ２より吸気弁１０の傾き角θ１の方が小さくなるようにこれらの弁１０，１１の配置が設定され、燃焼室５の吸気ポート開口側の壁面および排気ポート開口側の壁面がそれぞれ吸気弁１０のバルブ軸線および排気弁１１のバルブ軸線と直交するように形成されている。また、吸気ポート開口側の燃焼室側方においてシリンダヘッド１の下部にインジェクタ１５が配置され、このインジェクタ１５と吸気弁軸との間の部分に吸気ポート６，７が形成されている。
【００２２】
上記燃焼室５および吸気ポート６，７の具体的構造は次のようになっている。
【００２３】
シリンダボア軸線の方向を垂直方向、これと直交する方向（シリンダヘッド１とシリンダブロック２の合わせ面の方向）を水平方向とすると、排気弁１１のバルブ軸線は垂直方向に対して比較的大きく傾いているが、吸気弁１０のバルブ軸線は略垂直方向に立っている。そして、燃焼室５の天井部にはその略中央の頂部を挟んで片側に吸気ポート６，７が開口し、他の側に排気ポート８，９が開口するが、排気ポート開口側は排気弁１１のバルブ軸線と直交する傾斜面、つまり燃焼室中央頂部から次第にシリンダヘッド下端面（シリンダブロック２との合わせ面）に近づくような所定角度の傾斜面とされ、一方、吸気ポート開口側は吸気弁１０のバルブ軸線と直交する略水平面とされており、この吸気ポート側の面の周辺とシリンダヘッド下端面との間に縦壁部１８が設けられている。こうして、カム軸１２，１３と直交する方向の断面で見た燃焼室形状は略台形となっている（図１参照）。
【００２４】
上記インジェクタ１５は、燃焼室５の吸気ポート開口側の部分の側方においてシリンダヘッド１の下部に取り付けられ、インジェクタ１５の先端部が上記縦壁部１８から燃焼室５内に臨み、斜め下方に向けて燃料を噴射するように配置されている。そして、少なくとも低速低負荷域では成層燃焼のため上記インジェクタ１５から圧縮行程後期に燃料が噴射され、例えば低・中速域における低・中負荷域で圧縮行程噴射が行われ、高負荷域や高速域では均一燃焼のため吸気行程で燃料噴射が行われるように、図外のコントロールユニットにより噴射タイミングが制御されている。
【００２５】
上記インジェクタ１５は、好ましくは高圧スワールインジェクタにより構成される。この高圧スワールインジェクタは、噴霧２５にスワールを生じさせて微粒化を促進するとともに、燃焼室５内の圧力が高くなる圧縮行程後期に噴射が行われるときには噴霧角が３０°以下の狭角となり、燃焼室５内の圧力が低い吸気行程で噴射が行われるときには圧縮行程後期噴射と比べて噴霧角が広がるようになっている。
【００２６】
また、上記ピストン３の上面には、その略中央部からインジェクタ１５に対向する側（排気側）の燃焼室周縁部付近にまで亘ってリセス２６が形成されている。このリセス２６はインジェクタ１５からの噴射方向の前方側ほど次第に凹陥し、かつ、該噴射方向と直交する方向の幅が圧縮行程後期噴射におけるインジェクタ１５の噴射幅よりも大きくなっている。なお、上記リセス２６により燃焼室容積が増大して圧縮比が低下する傾向を是正するため、ピストン３上面の吸気側の部分には上方に突出する突出部２７が設けられている。
【００２７】
上記インジェクタ１５の先端部から該先端部が対向する燃焼室端（ピストン３が上死点付近にあるときのリセス２６の終端）までの距離は、圧縮行程後期噴射における噴射開始から点火時期までの間の噴霧到達距離よりも大きく設定されている。また、上記点火プラグ１６は、燃焼室天井部の略中央部に配置され、その先端の点火ギャップ１６ａが燃焼室５内に突出して、インジェクタ１５からの噴霧エリア内に介在するように配置されており、インジェクタ１５の先端部から点火ギャップ１６ａまでの距離は上記噴霧到達距離よりも小さく設定されている。
【００２８】
また、上記両吸気ポート６，７は、インジェクタ１５と吸気弁軸との間の部分を通って上流側が斜め上方に延び、シリンダヘッド１の一側方上部に達している。この両ポート６，７には、これらに対応する吸気通路２１，２２を備えた吸気マニホールド２０が接続されている。
【００２９】
上記両吸気ポート６，７のうちの第１吸気ポート６はスワール生成用のポート、第２吸気ポート７はタンブル生成用のポートであって、両吸気ポート６，７は下流端側部分の燃焼室５に対する入射角が同一であるが、スロート部より上流で第２吸気ポート７が第１吸気ポート６よりも上方にずれている。また、上記第２吸気ポート７の上流部もしくはこれに連なる吸気通路２２に、この吸気ポート７を開閉するスワール調節弁（開閉弁）２３が設けられている。各気筒に対してそれぞれ設けられるスワール調節弁２３は共通の軸２３ａを介して連動し、図外のアクチュエータで駆動されるようになっている。
【００３０】
そして、上記スワール調節弁２３が閉じられたときには第１吸気ポート６からの吸気によって燃焼室５内にスワール（横渦）が生成され、スワール調節弁２３が開かれるとその開度が大きくなるにつれて上記スワールが弱められるとともに第２吸気ポート７からの吸気によってタンブル（縦渦）が生成されるようになっている。
【００３１】
上記スワール調節弁２３は図外のコントロールユニットにより運転状態に応じて制御される。例えば、圧縮行程噴射が行われる運転領域の中でのエンジン負荷に応じた制御としては、低負荷域ではスワールによる噴霧の過拡散や曲がりが生じることを避けるためスワール調節弁２３がある程度開かれてスワールが比較的弱くされ、負荷が高くなるにつれスワール調節弁２３の開度が小さくされてスワールが強められる。また、圧縮行程噴射が行われる運転領域の中でのエンジン回転数に応じた制御としては、回転数が高くなるにつれ、絶対流速の増加に見合うようにスワール比を小さくすべくスワール調節弁２３の開度が大きくされる。
【００３２】
図３および図４は上記筒内噴射型エンジンの吸・排気弁を駆動する動弁機構等を示している。これらの図と前記の図１とに示すように、動弁機構は、シリンダヘッド１上に吸気弁側および排気弁側の両カム軸１２，１３が並列に配置されたＤＯＨＣ（ダブルオーバーヘッドカムシャフト）となっている。
【００３３】
上記両カム軸１２，１３のシリンダボア軸線方向の高さ位置関係としては、上記のような吸・排気弁１０，１１の配置に対応して、排気弁側カム軸１３の高さが吸気弁側カム軸１２の高さよりも低く設定されている。つまり、吸気弁１０と排気弁１１とは弁軸の長さが略同じであるが、吸気弁軸より排気弁軸の傾きが大きいために、弁軸上端位置は吸気弁１０より排気弁１１の方が低くなり、このような弁軸上端の位置関係に対応して、両カム軸１２，１３が上記のような高さ位置関係に配置されている。
【００３４】
また、当実施形態では、上記排気弁側カム軸１３が伝動手段を介してクランク軸３０により駆動されるとともに、吸気弁側カム軸１２が排気弁側カム軸により連動手段を介して駆動されるようになっている。
【００３５】
具体的に説明すると、クランク軸３０の前端部に設けられたクランクプーリ３１と、排気弁側カム軸１３の前端に設けられたカムプーリ３２と、これらに掛け渡されたタイミングベルト３３と、アイドラ３４、テンショナ３５等で構成された伝動手段により、クランク軸３０の回転が排気弁側カム軸１３に伝達され、かつ、カムプーリ３２がクランクプーリ３１の２倍のプーリ径とされることにより、排気弁側カム軸１３がクランク軸３０に対して１／２の速度で回転するようになっている。また、両カム軸１２，１３の前端近傍には、カム軸間の連動手段として同径のギヤ３６，３７が設けられ、これらのギヤ３６，３７が互いに噛合することにより、両カム軸１２，１３が同速度で互いに逆方向に回転するようになっている。
【００３６】
なお、クランク軸３０の前端部には上記プーリ３１に加えて補機駆動用プーリ４１が設けられ、このプーリ４１に掛けられた補機駆動用ベルト４２によりオルタネータ４３、ウォーターポンプ４４等が駆動されるようになっている。また、シリンダヘッド１の上部において、排気弁側カム軸１３の後端部の側方にはディストリビュータ取付部４５が設けられて、この取付部４５に取付けられるディストリビュータ（図示せず）が排気弁側カム軸１３で駆動され、一方、吸気弁側カム軸１２の後端部の側方には燃料ポンプ４６が取付けられて、この燃料ポンプ４６が吸気弁側カム軸１２でベルト４７を介して駆動されるようになっている。
【００３７】
以上のような当実施形態の装置による作用を、次に説明する。
【００３８】
少なくとも低負荷低回転側の運転領域では、圧縮行程後期に上記インジェクタ１５から燃焼室５内に燃料が噴射され、成層燃焼が行われる。この場合、当実施形態では、インジェクタ１５の先端部からこれに対向する燃焼室端までの距離が圧縮行程後期における噴射開始から点火時期までの間の噴霧到達距離よりも大きくされるとともに、インジェクタ１５からの噴霧エリアに点火ギャップ１６ａが介在し、かつ、インジェクタ１５の先端部から点火ギャップ１６ａまでの距離が上記噴霧到達距離よりも小さくされていることにより、点火ギャップ１６ａ回りに適度の濃度に噴霧が存在して着火安定性が確保されつつ、燃焼室壁面への燃料の付着が防止される。このため、ＨＣの排出が低減され、燃費およびエミッション性能が向上される。
【００３９】
また、スワール生成用の第１吸気ポート６とタンブル生成用の第２吸気ポート７とが配設され、その第２吸気ポート７に対して設けられたスワール調節弁２３が運転状態に応じて制御されることにより、例えば、成層燃焼が行われる運転領域内で高負荷側ほどスワール比が大きくされ、また高回転側ほどスワール比が小さくされる。このような制御により、成層燃焼が良好に行われる。
【００４０】
ところで、上記インジェクタ１５は、排気側からの熱的影響を避けるためシリンダヘッド１における燃焼室５の吸気ポート側の側方に配置されが、前記のような燃焼室形状によってインジェクタ１５の取付スペースが確保される。すなわち、シリンダボア軸線に対する吸気弁１２のバルブ軸線の傾き角が小さくされ、燃焼室天井部における吸気ポート開口側の面が略水平面とされて、燃焼室５が断面略台形に形成され、この燃焼室５における吸気ポート開口側の面の周辺とシリンダヘッド下端面との間の縦壁部１８に先端が臨むようにインジェクタ１５が配置される。こうして、吸気ポート開口部の配置面積を狭めることなく、インジェクタ１５の取付るためのスペースが確保される。
【００４１】
また、上記吸気弁１０のバルブ軸が配設された部分とシリンダヘッド１の下部に位置するインジェクタ１５との間のスペースに第１，第２の両吸気ポート６，７が効果的に配置されている。とくに、シリンダボア軸線に対する吸気弁１０のバルブ軸線の傾き角が小さくされていることにより、この吸気弁軸の配設部分と上記インジェクタ１５との間のスペースが広くなっており、このスペース内で上記両吸気ポート６，７は上流側が斜め上方に延びるとともに下流側が緩やかに屈曲して燃焼室５に至るように形成されているので、吸気抵抗が充分に低減される。
【００４２】
さらに、上記両吸気ポート６，７は上流側において第１ポート６より第２ポート７が上方に位置するように上下にずれていることにより、第１吸気ポート６から燃焼室５に流入する吸気は水平方向に対する角度が比較的小さくなり、第２吸気ポート７から燃焼室５に流入する吸気は水平方向に対する角度が比較的大きくなる。従って、第１吸気ポート６および第２吸気ポート７がそれぞスワール、タンブルの生成に適したものとなる。また、第２吸気ポート７の上流部もしくはこれに連なる吸気通路２２にスワール調節弁２３が設けられ、各気筒のスワール調節弁２３が共通の軸２３ａで連結されるが、両吸気ポート６，７が上流側において互いに上下にずれていることにより、上記スワール調節弁２３および軸２３ａを取り付ける場合に第１吸気ポート６が邪魔になることがない。
【００４３】
しかも、上記両吸気ポート６，７はシリンダヘッド１の側方でインレットマニホールド２０に接続されるので、前述の特開平６−８１６５１号公報に示されるようにシリンダヘッドの上方で吸気ポートがインレットマニホールドに接続される構造と比べ、エンジン全高を低くすることができる。
【００４４】
また、動弁機構はシリンダヘッド１上に配設された吸気弁側および排気弁側の両カム軸１２，１３を備え、その一方のカム軸が伝動手段を介してクランク軸３０で駆動されるとともに、両カム軸１２，１３が連動手段を介して連動されているが、このような構造において、とくに当実施形態では排気弁側カム軸１３がクランク軸３０で駆動されるようになっていることにより、エンジン全高を低くすることができる。
【００４５】
すなわち、シリンダボア軸線に対するバルブ軸線の傾きは吸気弁１０より排気弁１１の方が大きいために、バルブ軸の長さが略同じでもバルブ軸上端位置は吸気弁１０より排気弁１１の方が低く、これに対応して上記両カム軸１２，１３の位置関係も排気弁側カム軸１３の方が吸気弁側カム軸１２より低くなっている。一方、上記伝動手段におけるカムプーリ３２はカム軸の回転をクランク軸３０の回転の１／２とするため比較的径が大きく、このカムプーリ３２の位置が高いとベルトカバーの上端がシリンダヘッド１の上方に大きく突出し、エンジン全高が高くなるが、上記両カム軸１２，１３のうちで高さ位置が低い排気弁側カム軸１３に上記カムプーリ３２が設けられていることにより、吸気側カム軸にカムプーリが設けられるよりもエンジン全高が低くなる。
【００４６】
図５は本発明の別の実施形態を示している。この実施形態のエンジンも、インジェクタ１５から燃料を燃焼室５内に直接噴射する筒内噴射型エンジンであって、燃焼室形状やインジェクタ１５および吸・排気ポートの配置等は第１の実施形態と同様であり、また動弁機構がＤＯＨＣであって、吸気弁側、排気弁側の両カム軸のうちの一方が伝動手段を介してクランク軸３０で駆動され、かつ、両カム軸がギヤ等の連動手段を介して連動されている点も第１の実施形態と同様である。ただし、当実施形態では、上記両カム軸のうちの吸気弁側カム軸１２がクランク軸３０で駆動され、つまり、吸気弁側カム軸１２にカムプーリ３２´が設けられ、これとクランクプーリ３１とにタイミングベルト３３が掛けわたされている。
【００４７】
このエンジンは、車両のボンネット５０の下方のエンジンルーム内に、カム軸が車幅方向に延びる横置きで、かつ、吸気弁側カム軸１２が排気弁側カム軸より車両後方側に位置するように配置されている。
【００４８】
当実施形態によると、前述のように吸気弁１０と排気弁１１のバルブ軸線の傾きの相違に対応して、吸気弁側カム軸１２が排気弁側カム軸より高位置にあり、その吸気弁側カム軸１２に大径のカムプーリ３２´が設けられていることにより、吸気弁側カム軸１２が位置する側でベルトカバーが上方に大きく突出して、この部分のエンジン高さが高くなる。しかし、このエンジンをエンジンルーム内に吸気弁側カム軸１２を車両後方側に位置する状態に横置き配置した場合、エンジン高さは、吸気弁側カム軸１２が位置する車両後方側と比べて排気弁側カム軸が位置する車両前方側で低くなるため、前下がりのボンネット５０のラインに即した形状となり、エンジンルームへの収まりが良くなる。
【００４９】
つまり、当実施形態の構造は、ボンネット５０が比較的大きく前下りとなっている車両にエンジンを横置きで搭載するような場合に適している。一方、第１の実施形態の構造は車両にエンジンを縦置きで搭載するような場合や、ボンネットラインが比較的平坦な車両に搭載するような場合に適している。
【００５０】
なお、本発明のエンジンにおける各部の具体的構造は上記実施形態に限定されず、種々変更可能である。
【００５１】
例えば、吸気弁側、排気弁側の両カム軸間の連動手段はギヤ３６，３７に限らず、チェーン等を用いてもよい。ただし、図示の実施形態のようにギヤ３６，３７を用いれば、チェーン等と比べ、両カム軸の距離を狭めることができる。従って、吸気弁のバルブ軸線の傾きが小さくなることで吸・排気弁のバルブ軸間の挾み角が小さくなっても、支障をきたすことがない。
【００５２】
また、クランク軸とカム軸との間の伝動手段としては、上記タイミングベルト３３の代りにチェーンを用いてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明は、筒内噴射型エンジンにおいて、シリンダボア軸線に対するバルブ軸線の傾き角が排気弁より吸気弁の方が小さくなるように吸・排気弁を配置し、燃焼室天井部における吸気ポート開口側の壁面および排気ポート開口側の壁面を上記各バルブ軸線と直交するように形成するとともに、吸気ポート開口側の燃焼室側方におけるシリンダヘッド下部にインジェクタを配置し、このインジェクタと吸気弁軸との間の部分に、燃焼室からシリンダヘッドの側方上部に向けて延びる吸気ポートを形成しているため、燃焼室の吸気ポート側の側方にインジェクタ取付スペースが確保されるとともに、吸気弁軸配置部分とインジェクタ配置部分との間に、吸気ポート配置のための充分なスペースが得られる。このため、吸気ポートの開口面積が制限されたり吸気流通抵抗が増大したりすることなく、また、吸気ポートを吸気弁軸より上方に向けて配置する場合のようにスワール生成が困難になったりインレットマニホールドがシリンダヘッド上方に位置してエンジン全高が高くなったりするといった不都合を招くこともなく、シリンダヘッドの吸気弁側の側方部に筒内噴射のためのインジェクタと吸気ポートとを効果的に配設することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による筒内噴射型エンジンの断面図である。
【図２】上記エンジンの燃焼室およびその付近の概略平面図である。
【図３】上記エンジンのシリンダヘッド全体の平面図である。
【図４】上記エンジンのカム軸駆動系を示す概略正面図である。
【図５】カム軸駆動系の別の実施形態を示す概略正面図である。
【符号の説明】
１シリンダヘッド
３ピストン
４シリンダボア
５燃焼室
６，７吸気ポート
８，９排気ポート
１０吸気弁
１１排気弁
１２吸気弁側カム軸
１３排気弁側カム軸
１５インジェクタ
１６点火プラグ
２３スワール調節弁
３２カムプーリ
３３タイミングベルト
３６，３７ギヤ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an in-cylinder injection engine including an ignition plug and an injector that directly injects fuel into a combustion chamber for stratified combustion.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a spark ignition type engine equipped with a spark plug, in order to improve fuel efficiency by stratified combustion, an injector is provided so as to face the combustion chamber, and fuel is directly injected and supplied from the injector into the combustion chamber. Internal injection engines are known. For example, an engine disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-81651 forms a combustion chamber between the upper surface of a piston fitted in a cylinder bore of a cylinder block and the lower surface of a cylinder head facing the piston, and the combustion chamber ceiling portion The intake port and the exhaust port are opened, the intake valve and the exhaust valve that open and close these ports are provided, and an ignition plug that faces the substantially central portion of the combustion chamber is provided. An injector is disposed in the cylinder so that the tip of the injector faces the combustion chamber from the vicinity of the peripheral edge of the combustion chamber.
[0003]
In this engine, the combustion chamber ceiling portion on the lower surface side of the cylinder head is a pent roof type in which the wall surface on the intake port opening side and the wall surface on the exhaust port opening side are inclined substantially symmetrically with the top portion interposed therebetween. The valve is arranged such that the valve axis is perpendicular to the wall surface on the intake port side and the wall surface on the exhaust port side, that is, both valve axis lines are inclined substantially symmetrically on both sides of the cylinder bore axis line.
[0004]
In addition, it is desirable to arrange the injector on the side of the intake port side of the combustion chamber in order to avoid the thermal influence from the exhaust side, and the structure in this case is shown in FIGS. In the example, an injector is arranged at the lower side of the intake valve side so that the tip of the injector faces the peripheral edge of the wall on the intake port opening side of the combustion chamber ceiling, while the intake port In order to avoid the valve shaft of the valve and the injector arrangement portion below the valve shaft, the upstream side extends upward from the valve shaft of the intake valve and is connected to the intake manifold above the cylinder head.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the engine, the combustion chamber is a pent roof type, and an opening portion of the intake port is arranged on one inclined surface of the ceiling portion, and the tip end portion of the injector is disposed on the outer peripheral side of the cylinder bore from the intake port opening portion. However, in such a combustion chamber structure, if the opening area of the intake port is increased, there is not enough space to face the tip of the injector. There is a problem that the opening area of the is reduced.
[0006]
In addition, the upstream portion of the intake port extends upward from the valve shaft of the intake valve. With such a port arrangement, it is difficult to generate a swirl (lateral vortex) in the combustion chamber, and turbulent flow is caused. In addition to being restricted such that the generation is limited to tumble, the intake manifold connected to the intake port protrudes above the cylinder head, so that there are inconveniences such as an increase in the overall height of the engine and hindering compactness.
[0007]
In terms of swirl generation, intake system layout, etc., it is desirable to arrange the upstream portion of the intake port so that it extends below the valve shaft of the intake valve. Since the valve axis of the intake valve is relatively largely inclined with respect to the cylinder bore axis, it is difficult to space the injector and the intake port below the portion where the valve axis of the intake valve is disposed. If an attempt is made to arrange the intake port, problems such as an increase in intake resistance occur by bending the intake port to avoid the injector.
[0008]
In view of the above circumstances, the present invention secures an injector mounting space on the side of the combustion chamber on the intake port side, and can also rationally arrange the intake port without causing an increase in intake resistance. An object of the present invention is to provide an in-cylinder injection type engine capable of effectively performing combustion.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an intake port and an exhaust port that form a combustion chamber between an upper surface of a piston disposed in a cylinder bore and a lower surface of a cylinder head facing the piston, and open to the combustion chamber. In a cylinder injection engine in which an intake valve and an exhaust valve that open and close the intake port and the exhaust port, an injector that injects fuel into a combustion chamber, and an ignition plug are disposed in the cylinder head These valves are arranged so that the inclination angle of the valve axis of the intake valve relative to the cylinder bore axis is smaller than the inclination angle of the valve axis of the exhaust valve, and the wall on the intake port opening side and the wall on the exhaust port opening side of the combustion chamber Each is formed so as to be orthogonal to the valve axis of the intake valve and the valve axis of the exhaust valve, and the fuel on the intake port opening side is formed. The injector is arranged in the lower part of the cylinder head in the chamber side, the portion between the injector and the intake valve axis, forming an intake port extending from the combustion chamber on the side upper portion of the cylinder head The first intake port for swirl generation and the second intake port for tumble generation are provided in parallel as the intake ports, and the downstream end portions of the first and second intake ports are connected to the combustion chamber. The incident angle is the same, and the second intake port is formed on the upstream side of this portion so as to be shifted above the first intake port, and an on-off valve linked to each cylinder is provided on the upstream side of the second intake port. Is.
[0010]
According to this configuration, in the combustion chamber ceiling on the lower surface side of the cylinder head, the wall surface on the exhaust port opening side is inclined to a certain extent, while the wall surface on the intake port opening side is smaller in inclination, below the end of this wall surface. Thus, a space for allowing the tip of the injector to face is secured. Thus, an injector mounting space is secured on the side of the cylinder head on the intake port side of the combustion chamber. In addition, since the inclination angle of the valve axis of the intake valve is small, a sufficient space for the intake port arrangement is obtained between the valve shaft arrangement part and the injector arrangement part of the intake valve. By forming the intake port so as to extend from the combustion chamber toward the upper side of the cylinder head, a port arrangement advantageous for reducing the intake resistance can be obtained.
[0011]
Also, A first intake port for generating a swirl and a second intake port for generating a tumble are provided in parallel. By Swirls and tumbles can be generated in the combustion chamber according to the operating state and the like.
[0012]
In particular, the incident angles of the downstream end portions of the first and second intake ports with respect to the combustion chamber are made the same, and the second intake port is shifted upward from the first intake port upstream from this portion. An on-off valve linked to each cylinder is provided upstream of the second intake port. By Effective swirl and tumble adjustment.
[0013]
In other words, in order to make the inclinations of the valve axes of both intake valves equal, the incident angles of the downstream end portions of both intake ports with respect to the combustion chamber are the same, but on the upstream side of these portions, both intake ports are moved up and down as described above. By shifting, the port arrangement suitable for swirl generation by the first intake port and tumble generation by the second intake port is obtained. In this case, since there is a sufficient space between the valve shaft arrangement portion and the injector arrangement portion of the intake valve as described above, such a port arrangement is possible. Further, since the upstream sides of both ports are shifted vertically, the cylinder-linked on-off valve is easily incorporated on the upstream side of the second intake port.
[0014]
In the engine of the present invention, the valve operating mechanism is DOHC in which both the cam shafts on the intake valve side and the exhaust valve side are arranged in parallel on the cylinder head, and the exhaust valve is defined as the height positional relationship between the cam shafts in the cylinder bore axis direction. The height of the side camshaft is set lower than the height of the intake valve side camshaft, and the exhaust valve side camshaft is driven by the crankshaft via the transmission means, and the intake valve side camshaft is driven by the exhaust valve side camshaft. Therefore, it is advantageous to reduce the overall height of the engine by driving through the interlocking means.
[0015]
That is, as described above, the camshafts have different heights corresponding to the difference in the inclination of the valve axis between the intake valve side and the exhaust valve side, but the exhaust valve side camshaft is the transmission means. Is driven by the crankshaft, the pulley of the transmission means is provided on the exhaust side camshaft which is lower than the intake side camshaft, and the engine height in this portion is kept low.
[0016]
Alternatively, the valve operating mechanism is DOHC in which both the intake valve side and exhaust valve side camshafts are arranged in parallel on the cylinder head, and the height of the exhaust valve side camshaft is determined as the height positional relationship between both camshafts in the cylinder bore axis direction. The intake valve side camshaft is driven by a crankshaft through a transmission mechanism, and the exhaust valve side camshaft is connected by an intake valve side camshaft via interlocking means. The camshaft drive system is configured such that the camshaft is driven, the engine is disposed in the engine room below the hood of the vehicle, the camshaft is placed horizontally and the exhaust valve side camshaft is the exhaust valve You may comprise so that it may be located in the vehicle rear side rather than a side cam shaft.
[0017]
In this way, the engine height is lower on the front side of the vehicle where the exhaust valve side cam is located than on the rear side of the vehicle where the intake valve side cam is located, and a form that can respond quickly to the front-falling bonnet line is obtained.
[0018]
Further, if the interlocking means between the two cam shafts is constituted by a gear, the distance between the cam shafts can be reduced, so that the inclination of the valve axis of the intake valve can be reduced to reduce the intake / exhaust valve This is advantageous when the clamping angle of the valve shaft is reduced.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a direct injection engine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic plan view of a combustion chamber portion. In these figures, 1 is a cylinder head installed on the cylinder block 2, 3 is a piston disposed in the cylinder bore 4 of the cylinder block 2, and burns between the upper surface of the piston 3 and the lower surface of the cylinder head 1. A chamber 5 is formed, and a concave portion constituting a ceiling portion of the combustion chamber 5 is provided on the lower surface side of the cylinder head 1 in this portion.
[0020]
The cylinder head 1 is formed with an intake port and an exhaust port that open to the combustion chamber 5. In this embodiment, two intake ports 6 and 7 and two exhaust ports 8 and 9 are formed for each cylinder. Yes. Each intake port 6, 7 is equipped with an intake valve 10, and each exhaust port 8, 9 is equipped with an exhaust valve 11, and each cam of the intake valve cam shaft 12 and the exhaust valve cam shaft 13 is provided. Thus, the intake valve 10 and the exhaust valve 11 are driven. Further, an injector 15 that directly injects fuel into the combustion chamber 5 and a spark plug 16 are attached to the cylinder head 1.
[0021]
The intake valve 10 and the exhaust valve 11 are different from each other in the inclination angles θ1 and θ2 of the valve axis with respect to the cylinder bore axis, and the inclination angle θ1 of the intake valve 10 is smaller than the inclination angle θ2 of the exhaust valve 11. The arrangement of the valves 10 and 11 is set, and the wall surface on the intake port opening side and the wall surface on the exhaust port opening side of the combustion chamber 5 are formed so as to be orthogonal to the valve axis line of the intake valve 10 and the valve axis line of the exhaust valve 11, respectively. Yes. Further, an injector 15 is disposed below the cylinder head 1 on the side of the combustion chamber on the intake port opening side, and intake ports 6 and 7 are formed between the injector 15 and the intake valve shaft.
[0022]
The specific structure of the combustion chamber 5 and the intake ports 6 and 7 is as follows.
[0023]
If the direction of the cylinder bore axis is the vertical direction, and the direction perpendicular to this (the direction of the mating surface of the cylinder head 1 and the cylinder block 2) is the horizontal direction, the valve axis of the exhaust valve 11 is relatively inclined with respect to the vertical direction. However, the valve axis of the intake valve 10 stands in a substantially vertical direction. And the intake port 6, 7 is opened on one side and the exhaust port 8, 9 is opened on the other side of the ceiling portion of the combustion chamber 5 across the top of the substantially center. 11 is an inclined surface orthogonal to the valve axis, that is, an inclined surface having a predetermined angle gradually approaching the cylinder head lower end surface (a mating surface with the cylinder block 2) from the center top of the combustion chamber, while the intake port opening side is on the intake port opening side. The valve 10 has a substantially horizontal plane orthogonal to the valve axis, and a vertical wall portion 18 is provided between the periphery of the surface on the intake port side and the lower end surface of the cylinder head. Thus, the shape of the combustion chamber as viewed in a cross section perpendicular to the camshafts 12 and 13 is substantially trapezoidal (see FIG. 1).
[0024]
The injector 15 is attached to the lower portion of the cylinder head 1 at the side of the intake port opening side portion of the combustion chamber 5, and the tip of the injector 15 faces the combustion chamber 5 from the vertical wall portion 18, and obliquely below. It arrange | positions so that a fuel may be injected toward. At least in the low speed and low load range, fuel is injected from the injector 15 in the latter half of the compression stroke due to stratified combustion. For example, the compression stroke injection is performed in the low / medium load range in the low / medium speed range. In the region, the injection timing is controlled by a control unit (not shown) so that fuel injection is performed in the intake stroke for uniform combustion.
[0025]
The injector 15 is preferably a high-pressure swirl injector. The high-pressure swirl injector generates a swirl in the spray 25 to promote atomization, and when the injection is performed at the latter stage of the compression stroke in which the pressure in the combustion chamber 5 becomes high, the spray angle becomes a narrow angle of 30 ° or less, When the injection is performed in the intake stroke where the pressure in the combustion chamber 5 is low, the spray angle is widened as compared with the latter injection in the compression stroke.
[0026]
Further, a recess 26 is formed on the upper surface of the piston 3 from the substantially central portion thereof to the vicinity of the peripheral portion of the combustion chamber on the side facing the injector 15 (exhaust side). The recess 26 is gradually recessed toward the front side in the injection direction from the injector 15, and the width in the direction orthogonal to the injection direction is larger than the injection width of the injector 15 in the late injection in the compression stroke. In order to correct the tendency of the combustion chamber volume to increase and the compression ratio to decrease due to the recess 26, a protrusion 27 protruding upward is provided on the intake side portion of the upper surface of the piston 3.
[0027]
The distance from the tip of the injector 15 to the combustion chamber end (the end of the recess 26 when the piston 3 is near the top dead center) facing the tip is from the injection start to the ignition timing in the compression stroke late injection. It is set larger than the spray reach distance in between. The spark plug 16 is disposed at substantially the center of the combustion chamber ceiling, and is disposed so that the ignition gap 16a at the tip thereof protrudes into the combustion chamber 5 and is interposed in the spray area from the injector 15. The distance from the tip of the injector 15 to the ignition gap 16a is set to be smaller than the spray reach distance.
[0028]
The intake ports 6 and 7 extend obliquely upward on the upstream side through a portion between the injector 15 and the intake valve shaft, and reach one side upper part of the cylinder head 1. An intake manifold 20 having intake passages 21 and 22 corresponding to these ports is connected to both the ports 6 and 7.
[0029]
Of the intake ports 6 and 7, the first intake port 6 is a swirl generating port, the second intake port 7 is a tumble generating port, and both intake ports 6 and 7 are combusted at the downstream end portion. Although the incident angle with respect to the chamber 5 is the same, the second intake port 7 is shifted upward from the first intake port 6 upstream of the throat portion. A swirl control valve (open / close valve) 23 for opening and closing the intake port 7 is provided in the upstream portion of the second intake port 7 or the intake passage 22 connected thereto. A swirl control valve 23 provided for each cylinder is linked via a common shaft 23a and is driven by an actuator (not shown).
[0030]
When the swirl control valve 23 is closed, a swirl (lateral vortex) is generated in the combustion chamber 5 by the intake air from the first intake port 6, and when the swirl control valve 23 is opened, its opening increases. The swirl is weakened and a tumble (vertical vortex) is generated by the intake air from the second intake port 7.
[0031]
The swirl control valve 23 is controlled according to the operating state by a control unit (not shown). For example, as control according to the engine load in the operation region in which the compression stroke injection is performed, the swirl control valve 23 is opened to some extent in order to avoid overspreading and bending of the spray due to swirl in the low load region. As the swirl is relatively weakened and the load increases, the opening of the swirl control valve 23 is reduced and the swirl is strengthened. Further, as control according to the engine speed in the operation region where the compression stroke injection is performed, as the speed increases, the control of the swirl control valve 23 is performed to reduce the swirl ratio so as to match the increase in the absolute flow velocity. The opening is increased.
[0032]
3 and 4 show a valve operating mechanism for driving the intake / exhaust valves of the in-cylinder injection engine. As shown in these drawings and FIG. 1 described above, the valve operating mechanism is a DOHC (double overhead camshaft) in which the camshafts 12 and 13 on the intake valve side and the exhaust valve side are arranged in parallel on the cylinder head 1. ).
[0033]
As for the height positional relationship between the cam shafts 12 and 13 in the cylinder bore axis direction, the height of the exhaust valve side cam shaft 13 corresponds to the arrangement of the intake and exhaust valves 10 and 11 as described above. It is set lower than the height of the cam shaft 12. That is, the lengths of the valve shafts of the intake valve 10 and the exhaust valve 11 are substantially the same, but the inclination of the exhaust valve shaft is larger than that of the intake valve shaft. The camshafts 12 and 13 are arranged in the height positional relationship as described above, corresponding to the positional relationship between the upper ends of the valve shafts.
[0034]
In this embodiment, the exhaust valve side camshaft 13 is driven by the crankshaft 30 via the transmission means, and the intake valve side camshaft 12 is driven by the exhaust valve side camshaft via the interlocking means. It is like that.
[0035]
More specifically, a crank pulley 31 provided at the front end of the crankshaft 30, a cam pulley 32 provided at the front end of the exhaust valve side camshaft 13, a timing belt 33 stretched over these, and an idler 34 The rotation of the crankshaft 30 is transmitted to the exhaust valve side camshaft 13 by the transmission means composed of the tensioner 35 and the like, and the cam pulley 32 has a pulley diameter twice that of the crank pulley 31 so that the exhaust valve The side camshaft 13 rotates with respect to the crankshaft 30 at a half speed. Further, gears 36 and 37 having the same diameter are provided in the vicinity of the front ends of the cam shafts 12 and 13 as interlocking means between the cam shafts. When these gears 36 and 37 mesh with each other, 13 rotate in the opposite directions at the same speed.
[0036]
In addition to the pulley 31, an auxiliary machine driving pulley 41 is provided at the front end of the crankshaft 30, and an alternator 43, a water pump 44 and the like are driven by an auxiliary machine driving belt 42 hung on the pulley 41. It has become so. In addition, a distributor mounting portion 45 is provided on the upper side of the cylinder head 1 on the side of the rear end portion of the exhaust valve side camshaft 13, and a distributor (not shown) attached to the mounting portion 45 is disposed on the exhaust valve side. Driven by the camshaft 13, a fuel pump 46 is attached to the side of the rear end of the intake valve side camshaft 12, and this fuel pump 46 is driven by the intake valve side camshaft 12 via a belt 47. It has come to be.
[0037]
The operation of the apparatus of the present embodiment as described above will be described next.
[0038]
At least in the operation region on the low-load, low-rotation side, fuel is injected from the injector 15 into the combustion chamber 5 in the latter half of the compression stroke, and stratified combustion is performed. In this case, in the present embodiment, the distance from the tip of the injector 15 to the combustion chamber end facing the injector 15 is made larger than the spray reach distance from the start of injection to the ignition timing in the latter half of the compression stroke, and the injector 15 Since the ignition gap 16a is interposed in the spray area from the center and the distance from the tip of the injector 15 to the ignition gap 16a is smaller than the spray reach distance, the spray is sprayed to an appropriate concentration around the ignition gap 16a. This prevents the fuel from adhering to the wall surface of the combustion chamber while ensuring the ignition stability. For this reason, HC emission is reduced, and fuel consumption and emission performance are improved.
[0039]
Further, a first intake port 6 for generating swirl and a second intake port 7 for generating tumble are provided, and a swirl control valve 23 provided for the second intake port 7 is controlled according to the operating state. By doing so, for example, the swirl ratio is increased toward the higher load side in the operation region where the stratified combustion is performed, and the swirl ratio is decreased toward the higher rotation side. By such control, stratified combustion is favorably performed.
[0040]
By the way, the injector 15 is disposed on the side of the intake port side of the combustion chamber 5 in the cylinder head 1 in order to avoid the thermal influence from the exhaust side, but the mounting space for the injector 15 is reduced due to the shape of the combustion chamber as described above. Secured. That is, the inclination angle of the valve axis of the intake valve 12 with respect to the cylinder bore axis is reduced, the surface on the intake port opening side in the ceiling portion of the combustion chamber is substantially horizontal, and the combustion chamber 5 is formed in a substantially trapezoidal cross section. The injector 15 is disposed so that the tip thereof faces the vertical wall portion 18 between the periphery of the surface on the intake port opening side in FIG. In this way, a space for mounting the injector 15 is secured without reducing the arrangement area of the intake port opening.
[0041]
The first and second intake ports 6 and 7 are effectively arranged in the space between the portion of the intake valve 10 where the valve shaft is disposed and the injector 15 positioned below the cylinder head 1. ing. In particular, since the inclination angle of the valve axis of the intake valve 10 with respect to the cylinder bore axis is made small, a space between the arrangement portion of the intake valve shaft and the injector 15 is widened. Since the intake ports 6 and 7 are formed so that the upstream side extends obliquely upward and the downstream side is bent gently to reach the combustion chamber 5, the intake resistance is sufficiently reduced.
[0042]
Further, the intake ports 6, 7 are shifted up and down so that the second port 7 is positioned above the first port 6 on the upstream side, so that the intake air flowing into the combustion chamber 5 from the first intake port 6. Has a relatively small angle with respect to the horizontal direction, and the intake air flowing from the second intake port 7 into the combustion chamber 5 has a relatively large angle with respect to the horizontal direction. Therefore, the first intake port 6 and the second intake port 7 are suitable for generating swirl and tumble, respectively. Further, a swirl control valve 23 is provided in an upstream portion of the second intake port 7 or an intake passage 22 connected thereto, and the swirl control valve 23 of each cylinder is connected by a common shaft 23a. Are shifted vertically from each other on the upstream side, so that the first intake port 6 does not get in the way when the swirl control valve 23 and the shaft 23a are attached.
[0043]
Moreover, since both the intake ports 6 and 7 are connected to the inlet manifold 20 on the side of the cylinder head 1, the intake port is located above the cylinder head as shown in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 6-81651. Compared to the structure connected to the engine, the overall height of the engine can be lowered.
[0044]
Further, the valve operating mechanism includes both intake valve side and exhaust valve side camshafts 12 and 13 disposed on the cylinder head 1, and one of the camshafts is driven by the crankshaft 30 via the transmission means. At the same time, the camshafts 12 and 13 are interlocked via the interlocking means. In such a structure, particularly in this embodiment, the exhaust valve side camshaft 13 is driven by the crankshaft 30. As a result, the overall height of the engine can be lowered.
[0045]
That is, because the inclination of the valve axis with respect to the cylinder bore axis is larger in the exhaust valve 11 than in the intake valve 10, the upper end position of the valve shaft is lower in the exhaust valve 11 than in the intake valve 10 even if the valve shaft length is substantially the same. Correspondingly, the positional relationship between the cam shafts 12 and 13 is also lower on the exhaust valve side cam shaft 13 than on the intake valve side cam shaft 12. On the other hand, the cam pulley 32 in the transmission means has a relatively large diameter because the rotation of the camshaft is ½ of the rotation of the crankshaft 30. If the position of the cam pulley 32 is high, the upper end of the belt cover is located above the cylinder head 1. The cam pulley 32 is provided on the exhaust valve side camshaft 13 whose height position is low among the camshafts 12 and 13, but the cam pulley is provided on the intake side camshaft. The total engine height is lower than that provided.
[0046]
FIG. 5 shows another embodiment of the present invention. The engine of this embodiment is also an in-cylinder injection type engine in which fuel is directly injected into the combustion chamber 5 from the injector 15, and the shape of the combustion chamber and the arrangement of the injector 15 and intake / exhaust ports are the same as those of the first embodiment. Similarly, the valve operating mechanism is DOHC, one of the camshafts on the intake valve side and the exhaust valve side is driven by the crankshaft 30 via the transmission means, and both camshafts are gears, etc. It is the same as that of the first embodiment in that it is interlocked via the interlocking means. However, in this embodiment, the intake valve side camshaft 12 of the two camshafts is driven by the crankshaft 30, that is, the intake valve side camshaft 12 is provided with a cam pulley 32 '. The timing belt 33 is hung on.
[0047]
In this engine, the camshaft extends horizontally in the vehicle width direction in the engine room below the hood 50 of the vehicle, and the intake valve side camshaft 12 is positioned on the vehicle rear side with respect to the exhaust valve side camshaft. Is arranged.
[0048]
According to this embodiment, as described above, the intake valve side camshaft 12 is positioned higher than the exhaust valve side camshaft in response to the difference in the inclination of the valve axis of the intake valve 10 and the exhaust valve 11, and the intake valve By providing the large cam pulley 32 ′ on the side cam shaft 12, the belt cover largely protrudes upward on the side where the intake valve side cam shaft 12 is located, and the engine height of this portion increases. However, when this engine is placed horizontally in the engine room with the intake valve side camshaft 12 positioned on the vehicle rear side, the engine height is higher than that on the vehicle rear side where the intake valve side camshaft 12 is positioned. Since it becomes lower on the vehicle front side where the exhaust valve side camshaft is located, the shape conforms to the line of the bonnet 50 that descends forward, and the fit in the engine room is improved.
[0049]
That is, the structure of the present embodiment is suitable for a case where the engine is mounted horizontally on a vehicle in which the bonnet 50 is relatively large and descends forward. On the other hand, the structure of the first embodiment is suitable for a case where the engine is mounted vertically in a vehicle or a case where the engine is mounted on a vehicle having a relatively flat bonnet line.
[0050]
In addition, the specific structure of each part in the engine of this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible.
[0051]
For example, the interlocking means between the cam shafts on the intake valve side and the exhaust valve side is not limited to the gears 36 and 37, and a chain or the like may be used. However, if the gears 36 and 37 are used as in the illustrated embodiment, the distance between both camshafts can be reduced compared to a chain or the like. Therefore, even if the stagnation angle between the valve shafts of the intake and exhaust valves is reduced by reducing the inclination of the valve axis of the intake valve, no trouble is caused.
[0052]
Further, as a transmission means between the crankshaft and the camshaft, a chain may be used instead of the timing belt 33.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the direct injection engine, the intake / exhaust valve is arranged so that the inclination angle of the valve axis with respect to the cylinder bore axis is smaller than that of the exhaust valve, and the intake air in the ceiling portion of the combustion chamber The wall surface on the port opening side and the wall surface on the exhaust port opening side are formed so as to be orthogonal to the respective valve axis lines, and an injector is disposed below the cylinder head on the side of the combustion chamber on the intake port opening side. An intake port extending from the combustion chamber toward the upper side of the cylinder head is formed in a portion between the shaft and the injector mounting space on the side of the combustion chamber on the intake port side. Sufficient space for the intake port arrangement is obtained between the valve shaft arrangement part and the injector arrangement part. For this reason, the opening area of the intake port is not limited or the intake flow resistance is not increased, and it is difficult to generate swirl as in the case where the intake port is arranged upward from the intake valve shaft. An injector and an intake port for in-cylinder injection are effectively provided on the side of the cylinder head on the intake valve side without causing the disadvantage that the manifold is positioned above the cylinder head and the overall height of the engine is increased. It can be arranged.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a direct injection type engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view of a combustion chamber of the engine and the vicinity thereof.
FIG. 3 is a plan view of the entire cylinder head of the engine.
FIG. 4 is a schematic front view showing a camshaft drive system of the engine.
FIG. 5 is a schematic front view showing another embodiment of the camshaft drive system.
[Explanation of symbols]
1 Cylinder head
3 Piston
4 Cylinder bore
5 Combustion chamber
6,7 Intake port
8,9 Exhaust port
10 Intake valve
11 Exhaust valve
12 Inlet valve side camshaft
13 Exhaust valve side camshaft
15 Injector
16 Spark plug
23 Swirl control valve
32 Cam pulley
33 Timing belt
36, 37 gear

Claims

A combustion chamber is formed between an upper surface of a piston disposed in the cylinder bore and a cylinder head lower surface facing the piston, and an intake port and an exhaust port that open to the combustion chamber are formed in the cylinder head. In a cylinder injection engine in which an intake valve and an exhaust valve that open and close an exhaust port, an injector that injects fuel into a combustion chamber, and a spark plug are arranged in a cylinder head,
These valves are arranged so that the inclination angle of the valve axis of the intake valve relative to the cylinder bore axis is smaller than the inclination angle of the valve axis of the exhaust valve,
The wall surface on the intake port opening side and the wall surface on the exhaust port opening side of the combustion chamber are formed so as to be orthogonal to the valve axis line of the intake valve and the valve axis line of the exhaust valve, respectively.
An injector is arranged at the lower part of the cylinder head on the side of the combustion chamber on the intake port opening side, and an intake port extending from the combustion chamber toward the upper side of the cylinder head is formed between the injector and the intake valve shaft. And
As the intake port, a first intake port for swirl generation and a second intake port for tumble generation are provided in parallel, and the incident angle of the downstream end portions of the first and second intake ports with respect to the combustion chamber And the second intake port is shifted upward from the first intake port on the upstream side of this portion,
An in-cylinder injection engine characterized in that an open / close valve linked to each cylinder is provided upstream of the second intake port .

The valve operating mechanism is DOHC in which both the intake valve side and exhaust valve side camshafts are arranged in parallel on the cylinder head, and the height of the exhaust valve side camshaft is taken into consideration as the height positional relationship of both camshafts in the cylinder bore axis direction. The height of the valve side camshaft is set lower than that, the exhaust valve side camshaft is driven by the crankshaft through the transmission means, and the intake valve side camshaft is driven by the exhaust valve side camshaft through the interlocking means. The in-cylinder injection engine according to claim 1 .

The valve operating mechanism is DOHC in which both the intake valve side and exhaust valve side camshafts are arranged in parallel on the cylinder head, and the height of the exhaust valve side camshaft is taken into consideration as the height positional relationship of both camshafts in the cylinder bore axis direction. The intake valve side camshaft is driven by a crankshaft via a transmission mechanism, and the exhaust valve side camshaft is driven by interlocking means by an intake valve side camshaft. The camshaft drive system is configured as described above, and the engine is disposed in the engine room below the hood of the vehicle. The camshaft is horizontally placed extending in the vehicle width direction, and the intake valve side camshaft is the exhaust valve side camshaft. The in-cylinder injection engine according to claim 1 , wherein the in-cylinder injection engine is located on the vehicle rear side.

Claim 2 or 3-cylinder injection type engine according to, characterized in that the interlocking means is constituted by a gear between the two camshafts.