JP3695064B2 - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内直噴式内燃機関に好適な吸気制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼を改善するためにシリンダ内に空気流動を発生する技術が各種知られている。例えば吸気ポート底部に回転可能な制御弁や、吸気バルブと共に往復動する偏流板を設けてシリンダ内に順タンブルを強化するようにしたもの(特開平5−321667号公報、実開平7−22032号公報参照)、吸気バルブに設けたシュラウドによりシリンダ内にスワールを発生させるようにしたもの(実開平6−43226号公報参照)などが知られている。
【0003】
なお、タンブルとはおおむねシリンダ中心線に対して平行な面内にて旋回する吸気の流れであり、このうち吸気ポートからシリンダヘッドの燃焼室壁面に沿って対向シリンダ壁面方向に流れ、シリンダ壁面に衝突してピストン頂部方向に下降してから再び吸気ポート側に上昇して戻ってくるものを順タンブル、これとは逆に吸気ポートを出てからピストン頂面に向かって下降し、対向シリンダ壁面及び燃焼室壁面を経て吸気ポート側に戻ってくるものを逆タンブルと称している。また、スワールとは一般にシリンダ中心線に直交する面内の速度成分が主体となっている旋回流を言う。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術のように順タンブルを発生させるものを筒内直噴式内燃機関に適用しようとすると、燃焼室壁面から突出したスパークプラグのギャップ部分が順タンブルの強い流れに直接さらされるため、燃料噴射弁から噴射された液滴の状態の燃料の一部が直接スパークプラグに付着して着火不良を起こしやすく、またタンブルを発生するための制御弁が燃料噴射弁の取付位置と干渉してレイアウトに制約が生じるという問題を生じる。
【0005】
また、一般に偏流板やシュラウドを設けたものではこれらが吸入抵抗となって高負荷域での吸気充填効率が悪化し出力が低下するという問題がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、機関燃焼室に臨む燃料噴射弁を備え、機関運転状態に応じて前記燃料噴射弁を介しての燃料噴射時期を制御することにより成層燃焼運転と均質燃焼運転とを切り換えるようにした筒内燃料噴射機関において、吸気バルブと吸気ポート壁面との間の開口部を横切るように吸気バルブを中心として回動可能に整流板を設ける。前記整流板は、吸気バルブステム部の外径寸法内にて、前記逆タンブルを付勢する方向に湾曲した形状を付与する。
また、前記整流板を、均質運転時には吸気ポート内の平面上の吸気流方向と平行となる位置に、成層燃焼運転時には逆タンブルを発生すべく前記吸気流方向に対して交差する位置に、それぞれ回動する整流板駆動機構を備える。
【0007】
【作用・効果】
上記本発明によれば、整流板が吸気バルブステム部に沿って形成されているので吸入抵抗となることがなく、特に平面上の吸気ポート内の吸気流に平行となる位置に整流板を回動させた状態では吸入抵抗はほとんど発生せず、充填効率の悪化による出力低下の問題を生じない。
【0008】
また、この状態から整流板をバルブステム部の周りに90度回動させると吸気ポートに流入した吸気の大部分は整流板を介してよりシリンダ壁面に近い部分からピストン頂面方向へと誘導され、逆タンブルを生起する。これにより、特に筒内直接噴射式内燃機関に適用した場合、筒内に噴射された燃料はピストン頂面方向へ誘導されるので、着火不良等を起こすことなく強いタンブルによる良好な燃焼性を確保することができる。特に、本発明では整流板を吸気バルブステム部の外径寸法内にて、前記逆タンブルを付勢する方向に湾曲した形状としてあるので、強い逆タンブルを効果的に発生させることができる。
【0009】
一方、整流板は吸気ポート内に位置しているので、筒内燃料噴射式機関への適用に当たって燃料噴射弁の取付位置等に制約を与えることがない。また、上述したように高負荷域で吸入抵抗を増やすことがなく、常用域では整流板の位置に応じて適切にシリンダ内吸気流動を発生させられるので、筒内燃料噴射機関に特有の高負荷域での出力性能や常用域での成層燃焼運転による燃費性能を一層改善することが可能である。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの実施の形態につき図面に基づいて説明する。
図1において、1は筒内燃料噴射式内燃機関のシリンダブロック、2はピストン、3はシリンダヘッド、4は吸気ポート、5は排気ポート、6はスパークプラグ、7は燃料噴射弁、8は吸気バルブ、9はバルブガイド、10は排気バルブ、11と12はバルブシートを示している。
【0011】
吸気ポート4には、吸気バルブ8と吸気ポート壁面との間の開口部を横切るように吸気バルブ中心線を含む平面に沿ってかつ吸気バルブ8を中心として回動可能に平板状の整流板20が設けられている。
【0012】
整流板20は、吸気バルブ8の周囲に回動させたときに吸気ポート壁面と干渉することのないように上流部から下流部へと図1に示される吸気ポート8の縦断面形状に合わせて次第に幅の広くなる形状に形成されている(図2ないし図4を参照)。また、この整流板20は、図1に示したように急気流を逆タンブルを付勢する方向に案内するように、吸気バルブステム部の外径寸法内にて湾曲した形状としている。
【0013】
この整流板20は、2葉のものがその上流側の基端部にてカラー21に溶接等により結合されている。カラー21は、吸気ポート内壁面側から吸気バルブ8と同軸的に形成された円筒状の凹部3aに嵌合してシリンダヘッド3に整流板20を回動自由に支持している。22は凹部3aに係合してカラー21を抜け止めする係止リングである。
【0014】
カラー21の外周部にはウオームホイールとして機能する歯車部21aが形成されており、この歯車部21aがシリンダヘッド3に支持されたウオーム軸23及びこのウオーム軸23を駆動するパルスモータ等からなる駆動装置24(図5を参照)と共に整流板20の駆動機構を構成している。
【0015】
図5は各気筒に吸気バルブ8と排気バルブ10を2本ずつ備えた4気筒機関に適用した整流板駆動機構の概略構成例を示している。図示したように各気筒部分を主軸方向に貫通する1本のウオーム軸23が各気筒のカラーの歯車部21aに同時に噛み合っており、シリンダヘッド3の端部に位置する駆動装置24によりウオーム軸23を回転させることにより吸気バルブ8の周りに整流板20を回動させるようにしている。
【0016】
駆動装置24は図示しない制御手段を介して整流板20が運転状態に応じた回動位置をとるように制御される。例えば、機関の負荷状態に応じて図4に示したように均質運転時の位置A、成層運転時の位置B、これらの中間的な位置Cに制御される。
均質運転とは吸入行程の早期に燃料を噴射して吸気と燃料とが十分に混ざり合った予混合状態で燃焼を行わせる運転状態であり、これは比較的負荷が高くて高出力が必要なときに用いられるので、このとき吸入抵抗が生じないように整流板20は吸気ポート内の平面上の吸気流方向と平行となる位置Aに駆動される。この場合、吸気ポート8からの吸気は比較的直線的にシリンダ内に流入するので、シリンダ内の吸気流動としては順タンブル傾向となる。
【0017】
これに対して、成層運転とは圧縮行程の途中など点火の直前に燃料を噴射してスパークプラグ6の付近にのみ濃度の高い混合気層を形成し、この濃混合気による着火火炎によりその周囲の空燃比20以上の希薄空燃比層を燃焼させる運転状態であり、比較的負荷の低い常用運転域で用いられる。このときには前述した均質運転時の位置から整流板を90度程度回動させ、吸気流方向に対してこれに交差して遮る位置Bをとらせる。これにより、図1に示したように整流板20に遮られた吸気流は吸気ポート開口部の上流側部分からピストン2の方向に付勢されるので、ピストン頂部のキャビティ部2aに衝突反転して上方に向かう逆タンブルTを形成する。逆タンブルTは成層燃焼において有益なガス流動を促し、不完全燃焼を防いで良好な燃焼状態をもたらす効果を有する。
【0018】
成層運転においてはシリンダ中心の空気旋回流つまりスワールが有益な場合がある。このような場合には、整流板20に中間的な位置Cをとらせる。これにより吸気ポート8からシリンダ内に向かう吸気の流れに水平方向の速度成分が与えられてスワールSによる活発なガス流動効果が得られる。このとき、整流板20を湾曲した形状としてあることから 、前記中間位置Cにおいて整流板20を介して吸気の流れに接線方向の速度成分を与えることができ、これによりいっそう効果的にスワールを生起させることができる。
なお、整流板20の湾曲量は前述のとおり吸気バルブ8のステム径内に設定してあるので、均質運転位置Aでの吸入抵抗が増大するようなことがなく、十分な出力性能をも確保することができる。
【0019】
ところで、燃料噴射弁7の位置はこの場合ピストン頂部のキャビティ2aと協働してスパークプラグ6の付近に濃混合気層を分布させる関係から、図1に示したように吸気ポート4の直下付近に位置させるのが好ましいのであるが、整流板20は吸気ポート4内にあって他部品と干渉することがないので、このような燃料噴射弁レイアウトを容易に実現できる。
【0020】
図6と図7に整流板に関する第2の実施形態を示す。これは整流板20の下流側端部に該端部の最外周部の径と同程度の外径を有する環状体25を取り付けてある。シリンダヘッド3にはバルブシート11装着部の内側に前記環状体25が回動自由に嵌合する筒状凹部3bを形成し、この凹部3bに嵌合した環状体25とバルブステム側の凹部3aに嵌合したカラー21とで整流板20を支持している。
【0021】
この場合、カラー21と環状体25とにより整流板20が両端部で支持されるので支持強度が向上して作動性及び耐久性が向上する。また、バルブシート11をシリンダヘッド3に圧入する前に予め整流板20を燃焼室側から組み込んでおけば良いのでその組み付け作業性も向上する。
【0022】
図8ないし図10は本発明の第3の実施形態を示している。これは図8に示したように吸気バルブ8にロウ付け等により直接整流板20を取り付けたものである。この場合、吸気バルブ8のステム部にはウオーム軸23と係合する歯車部8aを形成し、吸気バルブ8自体を回転させることにより整流板20の向きを変化させる。ただし、吸気バルブ8は閉弁時にはバルブシート11に密着しているので、回動操作は開弁時に行う必要があり、このために各気筒で独立したタイミングで回動操作が行えるように、図10に示したようにウオーム軸23及び駆動装置24を各気筒毎に設けてある。
【0023】
この実施の形態によれば、図1のもの等に比較してカラー21や環状体25が不要であるので構造を簡潔にできる。
図11と図12は本発明の第4の実施形態を示している。これは整流板20を吸気バルブステム部の一方の側にのみ設けて構造の簡略化を図ったものであり、特にスワールの生成が有効な場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態の概略構成を示す内燃機関の縦断面図。
【図2】 第1の実施の形態の整流板の斜視図。
【図3】 同じく整流板の分解状態の斜視図。
【図4】 同じく整流板の作動状態を示す説明図。
【図5】 同じく整流板駆動機構の概略構成を示すシリンダヘッドの平面図。
【図6】 本発明の第2の実施形態の整流板の斜視図。
【図7】 同じく内燃機関の要部縦断面図。
【図8】 本発明の第3の実施形態の整流板の斜視図。
【図9】 同じく内燃機関の要部縦断面図。
【図10】 同じく整流板駆動機構の概略を示すシリンダヘッドの平面図。
【図11】 本発明の第4の実施形態の整流板の斜視図。
【図12】 同じく整流板の作動状態を示す説明図。
【符号の説明】
1 シリンダブロック
2 ピストン
3 シリンダヘッド
4 吸気ポート
5 排気ポート
6 スパークプラグ
7 燃料噴射弁
8 吸気バルブ
9 バルブガイド
10 排気バルブ
11 バルブシート
12 バルブシート
20 整流板
21 カラー
21a 歯車部
22 係止リング
23 ウオーム軸
24 駆動装置
25 環状体
Claims (5)
- 機関燃焼室に臨む燃料噴射弁を備え、機関運転状態に応じて前記燃料噴射弁を介しての燃料噴射時期を制御することにより成層燃焼運転と均質燃焼運転とを切り換えるようにした筒内燃料噴射機関において、
吸気バルブと吸気ポート壁面との間の開口部を横切るように吸気バルブを中心として回動可能に整流板を設けるとともに、
この整流板を、均質運転時には吸気ポート内の平面上の吸気流方向と平行となる位置に、成層燃焼運転時には逆タンブルを発生すべく前記吸気流方向に対して交差する位置に、それぞれ回動する整流板駆動機構を備え、
前記整流板は、吸気バルブステム部の外径寸法内にて、前記逆タンブルを付勢する方向に湾曲した形状を有する
ことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。 - 整流板は、シリンダヘッドの吸気バルブガイドの周囲に回動可能に嵌合したカラーに固着した構成を有することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸気制御装置。
- 整流板は、シリンダヘッドの吸気バルブガイドの周囲に回動可能に嵌合するカラーと、吸気ポート開口部に嵌合されるバルブシートの裏面側に回動可能に収装される環状体とに両端部が結合した構成を有することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸気制御装置。
- 整流板は、吸気バルブのステム部から傘部にわたって吸気バルブ上に形成されるとともに、整流板駆動機構は吸気バルブをバルブガイド内にて回動させる構成であることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の吸気制御装置。
- 整流板は、吸気バルブステム部の何れか一方側にのみ設けられていることを特徴とする請求項1から請求項4の何れかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
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JP14488297A JP3695064B2 (ja) | 1997-06-03 | 1997-06-03 | 内燃機関の吸気制御装置 |
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JP14488297A Expired - Lifetime JP3695064B2 (ja) | 1997-06-03 | 1997-06-03 | 内燃機関の吸気制御装置 |
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-
1997
- 1997-06-03 JP JP14488297A patent/JP3695064B2/ja not_active Expired - Lifetime
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