JP4381500B2 - 成層燃焼式内燃機関 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は,燃焼室を有するシリンダヘッドに,燃焼室内面の略中心部に電極を臨ませる点火プラグを装着すると共に,シリンダボアの内周面接線方向に向かって燃焼室に開口する第1吸気ポートと,前記電極に近接して燃焼室に開口する第2吸気ポートとを設け,前記第1吸気ポートより希薄混合気もしくは空気を燃焼室に,また前記第2吸気ポートより濃厚混合気を燃焼室にそれぞれ供給するようにした成層燃焼式内燃機関の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の内燃機関は,例えば特開昭56−96118号公報に開示されるように,公知である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
この種の内燃機関では,第1吸気ポートから燃焼室に供給された希薄混合気又は空気が燃焼室及びシリンダボア内でスワールを発生すること,第2吸気ポートから燃焼室に供給された濃厚混合気が点火プラグの電極周りに集中することにより,成層燃焼が可能となり,燃費の低減及び排気エミッションの向上を図ることができるとされている。
【0004】
しかしながら,従来のものでは,点火プラグの電極周りへの濃厚混合気の集中化が充分に行われているとは言い難い。
【0005】
本発明は,かゝる事情に鑑みてなされたもので,点火プラグの電極周りへの濃厚混合気の集中化を的確に行うことができて,燃費と排気エミッションの低減に寄与し得る,前記成層燃焼式内燃機関を提供することを目的とする。
【0006】
【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,燃焼室を有するシリンダヘッドに,燃焼室内面の略中心部に電極を臨ませる点火プラグを装着すると共に,シリンダボアの内周面接線方向に向かって燃焼室に開口する第1吸気ポートと,この第1吸気ポートを開閉する第1吸気弁と,前記電極に近接して燃焼室に開口する第2吸気ポートと,この第2吸気ポートを開閉する第2吸気弁と,燃焼室に開口する排気ポートと,この排気ポートを開閉する排気弁とを設け,前記第1吸気ポートより希薄混合気もしくは空気を燃焼室に,また前記第2吸気ポートより濃厚混合気を燃焼室にそれぞれ供給し,排気ポートより燃焼室内の燃焼ガスを排出するようにした,成層燃焼式内燃機関において,前記第2吸気ポートの燃焼室への開口部と前記電極との間を結ぶ混合気誘導溝と,前記開口部の,前記混合気誘導溝と反対側の略半周部分を囲む混合気規制壁を燃焼室の内面に形成し,前記第1吸気弁および排気弁の開閉タイミング間に弁重合期間を設定し,前記第2吸気弁の開弁開始時期を前記排気弁の閉弁終了時期に略合わせるように設定し,前記第1吸気弁および第2吸気弁の閉弁終了時期を互いに略一致するように設定したことを第1の特徴とする。
【0007】
この第1の特徴によれば,第1吸気弁および排気弁の開閉タイミング間に両弁が共に開弁する弁重合期間が設けられるので,該弁重合期間では,第1吸気ポートから燃焼室に吸入された空気が,排気ポートから排出される排気の慣性効果により燃焼室に残留した燃焼ガスを伴って排気ポートへ排出され,その際,第1吸気ポートが下流端をシリンダボアの内周面接線方向に指向させていることで,上記空気は燃焼室でスワールを起こして掃気効果を高めることができる。また,排気弁が閉じると,第1吸気ポートを通過した空気と,第1燃料噴射弁から噴射された燃料とがスワールを起こしながらシリンダボア内に吸入されていき,混合状態が良好な希薄混合気をつくると共に,排気弁が閉弁する時期に略合わせて第2吸気弁が開弁し,第2吸気ポートを通過した空気と,第2燃料噴射弁から噴射された燃料とがシリンダボア内に吸入されて濃厚混合気をつくり,その結果,エンジンの吸気行程時,第1吸気ポートからシリンダボアに吸入された希薄混合気又は空気はシリンダボアの内周面に沿ってスワールを生起し,一方,第2吸気ポートからシリンダボアに吸入された濃厚混合気は点火プラグの電極周りに集まる。その際,特に,濃厚混合気は,混合気誘導溝による誘導と,混合気規制壁による進路規制とにより点火プラグの電極周りに効果的に集中することができる。
【0008】
したがって,その後,圧縮行程の終期に点火プラグが点火されると,先ず濃厚混合気が着火,燃焼し,火炎が希薄混合気に広がってそれを燃焼させる。こうして成層燃焼が確実に行われ,燃費と排気エミッションの低減を図ることができる。
【0009】
また本発明は,上記特徴に加えて,前記第2吸気弁の開弁リフトを,前記第1吸気弁の開弁リフトよりも小さく設定したことを第2の特徴とする。
【0010】
また本発明は,第1又は第2の特徴に加えて,前記第2吸気ポートの燃焼室への開口部を前記電極へ指向させたことを第の特徴とする。
【0011】
この第の特徴によれば,第2吸気ポートを通過した濃厚混合気を点火プラグの電極へスムーズに向かわせことができ,該電極での濃厚混合気の集中化を促進することができる。
【0012】
さらに本発明は,第1〜第3の何れかの特徴に加えて,前記第1吸気ポートの燃焼室への開口部を,前記第2吸気ポートの燃焼室への開口部よりも燃焼室の半径方向外方に配置したことを第の特徴とする。
【0013】
この第の特徴によれば,シリンダボア内で生じさせる希薄混合気又は空気のスワールを,点火プラグの電極周りの濃厚混合気集合部から極力離して,濃厚混合気の拡散を少なく抑えることができる。その結果,比較的少量の濃厚混合気でも成層燃焼が可能となり,燃費と排気エミッションの更なる低減を図ることができる。
【0014】
さらにまた本発明は,第1〜第の何れかの特徴に加えて,前記混合気規制壁を,燃焼室の周縁部に形成されるスキッシュ壁に連続的に形成したことを第の特徴とする。
【0015】
この第の特徴によれば,混合気規制壁は,圧縮行程時,スキッシュ壁と協働して,希薄混合気にスキッシュを与えることができ,これにより点火時,火炎の伝播速度を速め,燃焼効率の向上を図ることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を,添付図面に示す本発明の一実施例に基づいて以下に説明する。
【0017】
図1は本発明に係る成層燃焼式内燃機関のシリンダヘッドの底面図,図2は図1の2−2線に沿う同内燃機関の縦断面図,図3は図1の3−3線に沿う同内燃機関の縦断面図,図4は同内燃機関の吸気及び排気弁の開閉タイミング線図である。
【0018】
先ず,図1〜図3において,成層燃焼式内燃機関10は,シリンダブロック11と,このシリンダブロック11の上端面に接合されるシリンダヘッド12とを備える。シリンダヘッド12は,シリンダブロック11のシリンダボア11aに連なる燃焼室12aを有しており,この燃焼室12aに上端面を対面させるピストン13がシリンダボア11a内を摺動する。
【0019】
シリンダヘッド12には点火プラグ14が,その電極14aを燃焼室12a内面の略中心部に臨ませるようにして螺着される。
【0020】
またシリンダヘッド12には,それぞれ燃焼室12aに開口する第1吸気ポート151,第2吸気ポート152及び排気ポート16が設けられると共に,これらポート151,152 16の燃焼室12aへの開口部に形成された弁座171,172,18と協働して,これらのポート151,152 16を開閉する第1吸気弁201,第2吸気弁202及び排気弁21が設けられる。
【0021】
第1及び第2吸気ポート15 1 152には,それぞれの弁座171,172に向けて燃料を噴射し得る第1及び第2燃料噴射弁22 1 222がそれぞれ設けられる。第1燃料噴射弁221の燃料噴射量は,第1吸気ポート151を通る吸入空気と混合して希薄混合気をつくるように設定され,第2燃料噴射弁222の燃料噴射量は,第2吸気ポート152を通る吸入空気と混合して濃厚混合気をつくるように設定される。
【0022】
第1吸気ポート151は,その燃焼室12aへの開口部がシリンダボア11aの内周面接線方向に指向するように形成される。また第2吸気ポート152は,その燃焼室12aへの開口部が前記電極14aに近接し,且つそれを指向するように形成される。その際,第1及び第2吸気ポート151,152は,図1に示すように,平面視で互いに平行し,且つ第1吸気ポート151の燃焼室12aへの開口部が第2吸気ポート152の燃焼室12aへの開口部より燃焼室12aの半径方向外方にくるように配置される。
【0023】
排気ポート16は,前記電極14aを挟んで第2吸気ポート152と反対側に配置される。
【0024】
燃焼室12aの内面には,第2吸気ポート152の燃焼室12aへの開口部と前記電極14aとの間を結ぶ混合気誘導溝23と,第2吸気ポート152の燃焼室12aへの開口部の,前記混合気誘導溝23と反対側の略半周部分を囲む混合気規制壁24とが形成される。またこの混合気規制壁24は,燃焼室12aの周縁部に形成されるスキッシュ壁25に連続的に形成される。
【0025】
前記第1,第2吸気弁201,202及び排気弁21は,図示しない周知の動弁機構により開閉駆動されるもので,その開閉タイミングを図4に示す。同図において,I1は第1吸気弁201,I2は第2吸気弁202,Eは排気弁21のそれぞれの開閉タイミングを示すもので,E及びI1には弁重合期間Aが設けられ,I2の開弁開始時期はEの閉弁終了時期に略合わせられ,I1及びI2の閉弁終了時期は互いに略一致させられる。またI2の開弁リフトは,I1のそれより小さく設定される。
【0026】
次に,この実施例の作用について説明する。
【0027】
排気弁21が閉じ終わる手前で第1吸気弁201が開き始め,両弁21,201が共に開弁している弁重合期間Aでは,排気慣性により燃焼室12aが掃気される。即ち,慣性効果により第1吸気ポート151から燃焼室12aに吸入された空気が燃焼室12aに残留した燃焼ガスを伴って排気ポート16へ排出されるのであるが,第1吸気ポート151は,下流端をシリンダボア11aの内周面接線方向に指向させているから,上記空気は燃焼室12a内でスワールを起こして掃気効果を高めることができる。
【0028】
その後,排気弁21が閉じると,吸気行程の進行に伴い,第1吸気ポート151を通過した空気と,第1燃料噴射弁221から噴射された燃料とが,上記の場合と同様にスワールを起こしながらシリンダボア11a内に吸入されていき,混合状態が良好な希薄混合気Lをつくる。
【0029】
第1吸気弁201が開くと,間もなく第2吸気弁202が開くので,第2吸気ポート152を通過した空気と,第2燃料噴射弁222から噴射された燃料とがシリンダボア11a内に吸入され,濃厚混合気Rをつくる。
【0030】
ところで,第2吸気ポート152は,その下流端を点火プラグ14の電極14aに向けて配置され,また燃焼室12aの内壁には,第2吸気ポート152の下流端と点火プラグ14とを結ぶ混合気誘導溝23と,第2吸気ポート152の下流端の,点火プラグ14と反対側の略半周を取り囲む混合気規制壁24が形成されているから,上記濃厚混合気Rは,第2吸気ポート152及び混合気誘導溝23による誘導と,混合気規制壁24による進路規制とにより,図3に示すように,点火プラグ14の電極14a周りに濃厚混合気集合領域Cを効果的につくる。しかもこの濃厚混合気集合領域Cは,燃焼室12aの略中心部に位置するから,濃厚混合気Rが希薄混合気Lのスワールによって拡散されることが少ない。特に,第1吸気ポート151の燃焼室12aへの開口部が,第2吸気ポート152の燃焼室12aへの開口部よりも燃焼室12aの半径方向外方に配置されているので,希薄混合気Lのスワールを,濃厚混合気集合領域Cから極力離して,濃厚混合気の拡散を少なく抑えることができる。
【0031】
その結果,第1及び第2吸気弁201,202の閉弁後,圧縮行程の終期に点火プラグ14が点火されると,先ず濃厚混合気集合領域Cで着火,燃焼が的確に起こり,その火炎が周囲に広がって希薄混合気を燃焼させる。こうして成層燃焼が確実に行われ,燃費と排気エミッションの低減を図ることができる。
【0032】
また上記圧縮行程時には,前記混合気規制壁24がスキッシュ壁25と協働して,希薄混合気にスキッシュ効果を与えることゝなり,これにより点火時,火炎の伝播速度を速め,燃焼効率の向上を図ることができる。
【0033】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく,その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば,第1燃料噴射弁221を廃止して,第1吸気ポート151からは燃焼室12aに空気のみを供給するようにしてもよい。その場合は,シリンダボア11a内で起こる空気のみのスワールに濃厚混合気の一部が拡散することにより,濃厚混合気集合域Cの周りに希薄混合気がつくられるのである。
【0034】
【発明の効果】
以上のように本発明の第1の特徴によれば,燃焼室を有するシリンダヘッドに,燃焼室内面の略中心部に電極を臨ませる点火プラグを装着すると共に,シリンダボアの内周面接線方向に向かって燃焼室に開口する第1吸気ポートと,この第1吸気ポートを開閉する第1吸気弁と,前記電極に近接して燃焼室に開口する第2吸気ポートと,この第2吸気ポートを開閉する第2吸気弁と,燃焼室に開口する排気ポートと,この排気ポートを開閉する排気弁とを設け,前記第1吸気ポートより希薄混合気もしくは空気を燃焼室に,また前記第2吸気ポートより濃厚混合気を燃焼室にそれぞれ供給し,排気ポートより燃焼室内の燃焼ガスを排出するようにした,成層燃焼式内燃機関において,前記第2吸気ポートの燃焼室への開口部と前記電極との間を結ぶ混合気誘導溝と,前記開口部の,前記混合気誘導溝と反対側の略半周部分を囲む混合気規制壁を燃焼室の内面に形成し,前記第1吸気弁および排気弁の開閉タイミング間に弁重合期間を設定し,前記第2吸気弁の開弁開始時期を前記排気弁の閉弁終了時期に略合わせるように設定し,前記第1吸気弁および第2吸気弁の閉弁終了時期を互いに略一致するように設定したので,前記弁重合期間では,第1吸気ポートから燃焼室に吸入された空気が,排気ポートから排出される排気の慣性効果により燃焼室に残留した燃焼ガスを伴って排気ポートへ排出され,その際,第1吸気ポートが下流端をシリンダボアの内周面接線方向に指向させていることで,上記空気は燃焼室でスワールを起こして掃気効果を高めることができる。また,排気弁が閉じると,第1吸気ポートを通過した空気と,第1燃料噴射弁から噴射された燃料とがスワールを起こしながらシリンダボア内に吸入されていき,混合状態が良好な希薄混合気をつくると共に,排気弁が閉弁する時期に略合わせて第2吸気弁が開弁し,第2吸気ポートを通過した空気と,第2燃料噴射弁から噴射された燃料とがシリンダボア内に吸入されて濃厚混合気をつくるので,エンジンの吸気行程時,第1吸気ポートからシリンダボアに吸入された空気又は希薄混合気がシリンダボア内でスワールを起こす中で,第2吸気ポートからシリンダボアに吸入された濃厚混合気を,混合気誘導溝による誘導と,混合気規制壁による進路規制とにより点火プラグの電極周りに効果的に集中させることができ,これにより成層燃焼を確実にし,燃費と排気エミッションの低減を図ることができる。
【0035】
また本発明の第の特徴によれば,前記第2吸気ポートの燃焼室への開口部を前記電極へ指向させたので,第2吸気ポートを通過した濃厚混合気を点火プラグの電極へスムーズに向かわせことができ,該電極での濃厚混合気の集中化を促進することができる。
【0036】
さらに本発明の第の特徴によれば,前記第1吸気ポートの燃焼室への開口部を,前記第2吸気ポートの燃焼室への開口部よりも燃焼室の半径方向外方に配置したので,シリンダボア内で生じさせる希薄混合気又は空気のスワールを,点火プラグの電極周りの濃厚混合気集合部から極力離して,濃厚混合気の拡散を少なく抑えることができ,したがって比較的少量の濃厚混合気でも成層燃焼が可能となり,燃費と排気エミッションの更なる低減を図ることができる。
【0037】
さらにまた本発明の第の特徴によれば,前記混合気規制壁を,燃焼室の周縁部に形成されるスキッシュ壁に連続的に形成したので,混合気規制壁とスキッシュ壁との協働により,希薄混合気にスキッシュを与えることができ,これにより点火時,火炎の伝播速度を速め,燃焼効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る成層燃焼式内燃機関のシリンダヘッドの底面図。
【図2】図1の2−2線に沿う上記内燃機関の断面図。
【図3】図1の3−3線に沿う上記内燃機関の断面図。
【図4】同内燃機関の吸気及び排気弁の開閉タイミング線図。
【符号の説明】
A・・・・・・弁重合期間
10・・・・・成層燃焼式内燃機関
11a・・・・シリンダボア
12・・・・・シリンダヘッド
12a・・・・燃焼室
14・・・・・点火プラグ
14a・・・・電極
151 ・・・・第1吸気ポート
152 ・・・・第2吸気ポート
16・・・・・排気ポート
201 ・・・・第1吸気弁
202 ・・・・第2吸気弁
21・・・・・排気弁
23・・・・・混合気誘導溝
24・・・・・混合気規制壁
25・・・・・スキッシュ壁

Claims (5)

  1. 燃焼室(12a)を有するシリンダヘッド(12)に,燃焼室(12a)内面の略中心部に電極(14a)を臨ませる点火プラグ(14)を装着すると共に,シリンダボア(11a)の内周面接線方向に向かって燃焼室(12a)に開口する第1吸気ポート(151)と,この第1吸気ポート(15 1 )を開閉する第1吸気弁(20 1 )と,前記電極(14a)に近接して燃焼室(12a)に開口する第2吸気ポート(152)と,この第2吸気ポート(15 2 )を開閉する第2吸気弁(20 2 )と,燃焼室(12a)に開口する排気ポート(16)と,この排気ポート(16)を開閉する排気弁(21とを設け,前記第1吸気ポート(151)より希薄混合気もしくは空気を燃焼室(12a)に,また前記第2吸気ポート(152)より濃厚混合気を燃焼室(12a)にそれぞれ供給し,排気ポート(16)より燃焼室(12a)内の燃焼ガスを排出するようにした,成層燃焼式内燃機関において,
    前記第2吸気ポート(152)の燃焼室(12a)への開口部と前記電極(14a)との間を結ぶ混合気誘導溝(23)と,前記開口部の,前記混合気誘導溝(23)と反対側の略半周部分を囲む混合気規制壁(24)を燃焼室(12a)の内面に形成し,
    前記第1吸気弁(20 1 )および排気弁(21)の開閉タイミング間に弁重合期間(A)を設定し,前記第2吸気弁(20 2 )の開弁開始時期を前記排気弁(21)の閉弁終了時期に略合わせるように設定し,前記第1吸気弁(20 1 )および第2吸気弁(20 2 )の閉弁終了時期を互いに略一致するように設定したことを特徴とする,成層燃焼式内燃機関。
  2. 請求項1記載の内燃機関において,前記第2吸気弁(20 2 )の開弁リフトを,前記第1吸気弁(20 1 )の開弁リフトよりも小さく設定したことを特徴とする,成層燃焼式内燃機関。
  3. 請求項1又は2に記載の内燃機関において,前記第2吸気ポート(152)の燃焼室(12a)への開口部を前記電極(14a)へ指向させたことを特徴とする,成層燃焼式内燃機関。
  4. 求項1〜3の何れかに記載の内燃機関において,前記第1吸気ポート(151 )の燃焼室(12a)への開口部を,前記第2吸気ポート(152)の燃焼室(12a)への開口部よりも燃焼室(12a)の半径方向外方に配置したことを特徴とする,成層燃焼式内燃機関。
  5. 求項1〜の何れかに記載の内燃機関において,前記混合気規制壁(24)を,燃焼室(12a)の周縁部に形成されるスキッシュ壁(25)に連続的に形成したことを特徴とする,成層燃焼式内燃機関。
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