JPH06117345A - エンジンの燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 混合気供給ポートから燃焼室へ混合気を供給
して成層化を促進することができ、かつエンジン動力の
損失を低減することができ、燃費性能を高めることがで
きるエンジンの燃料供給装置を提供する。 【構成】 クランク過給室２５内ではピストン４の背面
によってガスが加圧され、この加圧ガスが第１〜第３加
圧ガス案内通路２８,３０,３２を通して混合気供給ポー
ト１２に供給される。そして、燃料噴射弁１６から混合
気供給ポート１２内の加圧ガス中に燃料が噴射されて混
合気が形成され、この混合気が、吸気行程後半から圧縮
行程前半にかけてタイミング弁１３が開かれたときに燃
焼室２内に供給され、この混合気が燃焼室２の中心部付
近に集中して燃焼室２内が層状化され、リーンバーンが
行われる。ここで、エアポンプ等の外部ガス加圧手段が
必要とされないので、エンジンの軸動力損失が低減され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの燃料供給装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エンジンにおいては、低負荷時
には点火プラグまわりに燃料ないし混合気を集中させて
混合気を成層化し、成層燃焼(リーンバーン)により燃費
性能及びエミッション性能を高め、他方高負荷時には燃
焼室内に燃料を均一に分布させて均一燃焼によりエンジ
ン出力を高めるのが好ましい。そこで、低負荷時に混合
気の成層化を図るため、筒内燃料噴射弁を点火プラグに
向けて配置したエンジンが提案されているが、かかるエ
ンジンにおいては、燃料噴射弁から燃料がかなりの勢い
で噴射されるため、燃料が点火プラグ付近を突き抜けて
しまい、有効に混合気の成層化を図ることができないと
いった問題がある。

【０００３】そこで、点火プラグ付近に向かって開口す
る混合気供給ポートと、該混合気供給ポート内に燃料を
噴射する燃料噴射弁と、吸気行程後半から圧縮行程前半
にかけての所定期間だけ混合気供給ポートを燃焼室内に
開かせるタイミング弁とを設け、上記所定期間に混合気
供給ポートから燃焼室内に流入する勢いの弱い混合気に
よって、点火プラグまわりに混合気を集中させて成層化
を促進するようにしたエンジンの燃料供給装置が提案さ
れている(例えば、実開昭６２−１８３３５号公報参
照)。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば実開
昭６２−１８３３５号公報に開示されたような、混合気
供給ポートを備えた従来の燃料供給装置においては、下
死点後において吸気ポートが閉じられた後も若干の期間
タイミング弁が開かれるので、この期間は燃焼室内の圧
縮圧力よりも高い圧力で混合気供給ポートから燃焼室内
に加圧エアを押し込む必要がある。したがって、かかる
混合気供給ポートを備えた燃料供給装置では、混合気供
給ポートに加圧エアを供給する加圧エア供給手段が設け
られが、通常、かかる加圧エア供給手段としてはエンジ
ンの出力軸によって駆動されるエアポンプが用いられる
ので、エンジンの軸動力の損失が生じる。このため、成
層燃焼によって燃費性能の向上を図ろうとしているのに
もかかわらず、軸動力の損失によって燃費性能の向上効
果が減殺されるといった問題がある。

【０００５】さらに、かかるエアポンプは、プーリ、ベ
ルト等の動力伝達機構を介してエンジン出力軸によって
回転駆動されることになるので、プーリとベルトとの間
の摩擦抵抗等によってもエンジンの軸動力の損失が生
じ、ますます燃費性能を低下させるといった問題があ
る。本発明は、上記従来の問題点を解決するためになさ
れたものであって、低負荷時には混合気供給ポートから
燃焼室へ混合気を供給して有効に成層化を促進すること
ができるとともに、混合気供給ポートに加圧エアを供給
するためのエンジン動力の損失を低減することができ、
有効に燃費性能を高めることができるエンジンの燃料供
給装置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】上記の目的を達するた
め、第１の発明は、加圧ガス供給手段と、該加圧ガス供
給手段から加圧ガスが供給される一方該加圧ガスを気筒
内に供給する混合気供給ポートと、該混合気供給ポート
内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、上記混合気供給ポー
トを吸気行程後段から圧縮行程前段にかけての所定期間
だけ気筒内側に開かせるタイミング弁とが設けられたエ
ンジンの燃料供給装置において、加圧ガス供給手段が、
ピストン背面のクランク室内に画成されていてその内部
のガスがピストンの下降によって加圧されるようになっ
ているクランク過給室と、該クランク過給室内の加圧ガ
スを混合気供給ポートに案内する加圧ガス案内通路とか
らなることを特徴とするエンジンの燃料供給装置を提供
する。

【０００７】第２の発明は、第１の発明にかかるエンジ
ンの燃料供給装置において、クランク過給室とスロット
ル弁上流の吸気通路とを連通する新気導入通路と、スロ
ットル弁開度が小開度のときは該スロットル弁開度に対
応させて新気導入通路を絞る新気絞り弁とが設けられて
いることを特徴とするエンジンの燃料供給装置を提供す
る。

【０００８】第３の発明は、第１または第２の発明にか
かるエンジンの燃料供給装置において、加圧ガス案内通
路が、下流端がスロットル弁下流の吸気系に接続される
ブローバイガス通路を利用して形成されていることを特
徴とするエンジンの燃料供給装置を提供する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図１〜図３に示すように、第１〜第４気筒＃１〜＃４を
備えた４気筒エンジンＣＥの各気筒においては、シリン
ダブロック１内にシリンダ２とクランク室３とが形成さ
れ、シリンダ２内にはピストン４が嵌入されている。そ
して、ピストン４は、コンロッド５とクランクピン６と
クランクアーム(図示せず)とを介してクランク軸７(エ
ンジン出力軸)に連結されている。

【００１０】シリンダブロック１の上端部にはシリンダ
ヘッド８が締結され、シリンダヘッド８の上端部にはシ
リンダヘッドカバー１７が取り付けられている。そし
て、このシリンダヘッド８の下面と、シリンダ２の内周
面と、ピストン４の上端面とによって燃焼室９が画成さ
れている。この燃焼室９の天井面(シリンダヘッド下面)
には吸気ポート１０と、排気ポート１１と、混合気供給
ポート１２とが開口している。

【００１１】そして、混合気供給ポート１２を吸気行程
後半から圧縮行程前半にかけての所定期間だけ燃焼室９
内に開かせるタイミング弁１３が設けられている。な
お、このタイミング弁１３は、ロッカアーム１４を介し
てカム１５によって作動させられるようになっている。
また、混合気供給ポート１２内に燃料を噴射する燃料噴
射弁１６が設けられている。

【００１２】ここで、混合気供給ポート１２は、所定の
低負荷時において、燃焼室２の中心部付近(点火プラグ
付近)に比較的リッチな混合気を形成し、燃焼室２内を
成層化するために設けられている。すなわち、低負荷時
においては、タイミング弁１３が開かれる前に燃料噴射
弁１６から混合気供給ポート１２内の加圧ガス中に燃料
が噴射され、混合気供給ポート１２内には比較的圧力の
高い混合気が保持されている。そして、タイミング弁１
３が開かれると、この混合気が燃焼室中心部付近すなわ
ち点火プラグ付近に向かって燃焼室２内に流入するが、
この混合気はそれほど勢いが強くないので、ちょうど燃
焼室中心部付近すなわち点火プラグ付近に集まり、燃焼
室２内が成層化されることになる。これによって、低負
荷時には成層燃焼によりリーンバーンが行われ、燃費性
能及びエミッション性能が高められる。

【００１３】燃焼室９にエアを供給するため、各気筒毎
に、下流端が吸気ポート１０と連通する独立吸気通路１
８が設けられ、この独立吸気通路１８の上流端は、エア
の流れを安定化させるサージタンク１９に接続されてい
る。そして、サージタンク１９へは共通吸気通路２０を
通してエアが供給されるようになっている。ここで、共
通吸気通路２０には、エアフロメータ２１と、アクセル
ペダル(図示せず)と連動して開閉されるスロットル弁２
２とが設けられている。

【００１４】シリンダブロック１の下端部には、オイル
を保持するためのオイルパン２３が取り付けられてい
る。ここで、第２気筒＃２及び第３気筒＃３と対応する
位置においてクランク室３内には、シリンダブロック１
の内面壁と仕切壁２４とによって画成されるクランク過
給室２５が設けられている。ここで、クランク過給室２
５は、第２,第３気筒＃２,＃３のシリンダ２と連通し、
第２,第３気筒＃２,＃３のピストン４の背面に面してい
る。したがって、第２,第３気筒＃２,＃３のピストン４
が下降する際にはクランク過給室２５内のエアないしガ
スが圧縮される。他方、第２,第３気筒＃２,＃３のピス
トン４が上昇する際にはクランク過給室２５内は減圧状
態となる。つまり、クランク過給室２５内は、両ピスト
ン４の昇降に伴って、加圧状態と減圧状態とを繰り返す
ことになる。

【００１５】ここで、クランク過給室２５の容積は、ピ
ストン下降時におけるクランク過給室２５内の圧力が、
タイミング弁１３が開かれる前記の所定期間において混
合気供給ポート１３から燃焼室２内へガスを押し込むの
に必要な圧力以上となるように設定される。すなわち、
混合気供給ポート１２は、下死点後において吸気ポート
１０が閉じられた後でも燃焼室２内へガス(混合気)を供
給するようになっているので、加圧ガスを圧縮圧に抗し
て燃焼室２内に押し込む必要がある。そこで、このよう
に混合気供給ポート１２へ加圧ガスを供給するようにし
ているわけである。

【００１６】クランク過給室２５は、リード弁２７を介
して第１加圧ガス案内通路２８に接続されている。ここ
で、リード弁２７は、クランク過給室２５内の圧力が第
１加圧ガス案内通路２８内の圧力より高いときには、ク
ランク過給室２５内の加圧ガスを第１加圧ガス案内通路
２８に流入させる一方、クランク過給室２５内の圧力の
方が低いときには閉じられるようになったワンウェイバ
ルブである。

【００１７】第１加圧ガス案内通路２８は、シリンダブ
ロック１内を上向きに伸長した後、さらにシリンダヘッ
ド８内を上向きに伸長し、シリンダヘッドカバー１７内
に設けられたオイルセパレータ２９に接続されている。
そして、オイルセパレータ２９は第２加圧ガス案内通路
３０を介して加圧ガス溜め３１に接続され、この加圧ガ
ス溜め３１はさらに第３加圧ガス案内通路３２を介して
混合気供給ポート１２に接続されている。つまり、クラ
ンク過給室２５内の加圧ガスは、第１〜第３加圧ガス案
内通路２８,３０,３２を通して、各気筒＃１〜＃４の混
合気供給ポート１２に供給されるようになっている。そ
して、その際オイルセパレータ２９によって加圧ガス中
のオイルミストが除去され、加圧ガス溜め３１によって
加圧ガスの脈動が抑制されるようになっている。

【００１８】また、クランク過給室２５へは第２リード
弁３８を介して、上流端がスロットル弁２２より上流の
共通吸気通路２０に接続された新気導入通路３９から新
気(エア)が導入されるようになっている。ここで、第２
リード弁３８は、新気導入通路３９側からクランク過給
室２５側へのみガスを通すワンウェイバルブである。し
たがって、クランク過給室２５内が減圧状態になったと
きには、新気導入通路３９からクランク過給室２５に新
気が供給されるようになっている。そして、新気導入通
路３９には新気の流量を調節する新気絞り弁４０が介設
され、この新気絞り弁４０はアクチュエータ４１によっ
て作動させられるようになっている。

【００１９】具体的には、エンジンＣＥが図５中の領域
Ａにあるときには、図４中の破線４０'で示すように絞
られ、エンジンＣＥが図５中の領域Ｂにあるときには、
図４中の実線４０で示すように開かれるようになってい
る。このようにするのは、後で説明するように、混合気
供給ポート１２内の加圧ガスの圧力と、タイミング弁１
３開弁時の燃焼室２内の圧力との差圧を一定化して、低
負荷時における成層化を促進するためである。

【００２０】クランク過給室２５を画成する仕切壁２４
の最も低い部分には、フロートバルブ４２によって開閉
されるオイル抜き通路４３が設けられている。ここで、
仕切壁２４の凹部にオイルが溜まったときには、該オイ
ルの浮力によってフロートバルブ４２が浮き上がり、オ
イル抜き通路４３が開かれて仕切壁２４上に溜まったオ
イルがオイルパン２３に流下する。そして、仕切壁２４
上にオイルが溜まっていないときには、フロートバルブ
４２が重力によってオイル抜き通路４３を閉止し、クラ
ンク過給室２５内の加圧ガスがオイルパン２３に漏れな
いようになっている。

【００２１】ところで、クランク室３内のブローバイガ
スは、ブローバイガス通路(図示せず)を介してオイルセ
パレータ３３に導入され、ここでオイルミストが除去さ
れるようになっている。そして、オイルミストが除去さ
れたオイルセパレータ３３内のブローバイガスは、この
後ＰＣＶバルブ３５と外部ブローバイガス通路３４とを
介してサージタンク１９に導入されるようになってい
る。ここで、図示していないが、クランク過給室２５か
ら混合気供給ポート１２に加圧ガスを供給するための加
圧ガス案内通路の一部を、ブローバイガス通路で代用す
るようにしてもよい。このようにすれば、エンジンＣＥ
がコンパクト化される。

【００２２】以下、上記構成における混合気供給ポート
１２への加圧ガスの供給プロセスを説明する。図６は、
エンジンＣＥの第１〜第４気筒＃１〜＃４の行程図であ
る。なお、図６中で、Ｉnは第n気筒の吸気ポート１０が
開かれるタイミングであり、Ｅnは第n気筒の排気ポート
１１が開かれるタイミングであり、Ｔnは第n気筒のタイ
ミング弁１２が開かれるタイミングである。またＳは点
火時期を示している。なお、エンジンＣＥの点火は、＃
１→＃３→＃４→＃２の順である。

【００２３】図６から明らかなように、第２気筒＃２の
吸気行程と第３気筒＃３の膨張行程とは同時に進行する
が、このとき第２,第３気筒＃２,＃３のピストン４はい
ずれも下降し、クランク過給室２５内のガスが加圧圧縮
される。このとき、クランク過給室２５内の加圧ガス
が、第１リード弁２７を介して第１加圧ガス案内通路２
８に入り、この後順に、オイルセパレータ２９と、第２
加圧ガス案内通路３０と加圧エア溜め３１と第３加圧ガ
ス案内通路３２とを通して混合気供給ポート側に供給さ
れる。そして、この加圧ガスは、そのタイミング上、第
１,第２気筒＃１,＃２の混合気供給ポート１２から燃焼
室２内へ混合気を供給する際の加圧ガスとなる。

【００２４】また、第２気筒＃２の膨張行程と第３気筒
＃３の吸気行程とは同時に進行するが、このときも第
２,第３気筒＃２,＃３のピストン４はいずれも下降し、
クランク過給室２５内のガスが加圧圧縮され、このとき
ランク過給室２５内の加圧ガスは、第３,第４気筒＃３,
＃４の混合気供給ポート１２から燃焼室２内へ混合気を
供給する際の加圧ガスとなる。

【００２５】このようにして、一部の気筒(第２,第３気
筒＃２,＃３)に対してのみ設けられたクランク過給室２
５で、全気筒＃１〜＃４の混合気供給ポート１２への加
圧ガスの供給が、タイミングにおいては支障なく行われ
る。また、混合気供給ポート１２から燃焼室２内に入る
加圧ガスの量は比較的少ないので、第２,第３気筒＃２,
＃３に対して設けられたクランク過給室２５のみで、加
圧ガスの需要を十分に賄うことができる。

【００２６】ところで、タイミング弁１３が開かれる所
定期間における燃焼室２内の圧力は、スロットル開度
(エンジン負荷)が大きいときほど高くなる。したがっ
て、スロットル開度が大きいときには、混合気供給ポー
ト１２から燃焼室２へ混合気を押し込む際の加圧ガスの
圧力を高めないと、燃焼室２に入る加圧ガス量が減少し
てしまう。そこで、本実施例では、スロットル開度が比
較的小さい領域すなわち層状化が図られる低負荷領域で
は、スロットル開度に応じて新気絞り弁４０の開度を調
節し、混合気供給ポート１２内の加圧ガスの圧力と、タ
イミング弁１３が開かれる所定期間における燃焼室２内
の圧力との差圧をほぼ一定化し、層状化を促進ないしは
安定化させるようにしている。

【００２７】具体的には、図５中の領域Ａで示すような
負荷と回転数とが比較的低い領域では、新気絞り弁４０
を図４中の破線４０'で示すように絞って新気導入通路
３９からクランク過給室２５に導入される新気量を少な
くし、これによって混合気供給ポート１２に供給される
加圧ガスの圧力を低くするようにしている。他方、図５
中の領域Ｂで示すような負荷と回転数とが比較的高い領
域では、新気絞り弁４０を図４中の実線４０で示すよう
に開いて、新気導入通路３９からクランク過給室２５に
導入される新気量を多くし、これによって混合気供給ポ
ート１２に供給される加圧ガスの圧力を高くするように
している。これによって、成層化が図られる低負荷領域
では、負荷あるいはエンジン回転数にかかわりなく混合
気供給ポート１２内の加圧ガスの圧力と、タイミング弁
１３が開かれる所定期間における燃焼室２内の圧力との
差圧が一定化され、成層化が促進される。

【００２８】かかる混合気供給ポート１２への加圧ガス
供給システムによれば、加圧ガスを供給するためのエア
ポンプ等の外部的な加圧ガス供給手段は不要となる。こ
のため、エンジン軸動力の損失が低減され、また、従来
の場合のようなベルト等での摩擦損失も生じないので、
燃費性能が大幅に高められる。また、混合気供給ポート
１２に供給される加圧ガスは、クランク過給室２５内で
暖められている。このため、混合気供給ポート１２内で
の燃料の気化・霧化が促進され、混合気供給ポート１２
から燃焼室２内に流入する混合気の燃焼性が高められ、
燃焼室２内の成層化が一層促進される。

【００２９】以上、本実施例によれば、エアポンプ等の
機械的なガス加圧手段を設けることなく、混合気供給ポ
ートに十分な圧力でかつ十分な量の加圧ガスを供給する
ことができ、エンジンの軸動力損失を低減しつつ、低負
荷時における燃焼室内の成層化を促進することができ、
燃費性能が大幅に高められる。

【００３０】

【発明の作用・効果】第１の発明によれば、クランク過
給室から加圧ガス案内通路を通して混合気供給ポートに
加圧ガスが供給されるので、加圧ガスを供給するための
エアポンプ等の外部的な加圧ガス供給手段が不要とな
る。このため、エンジン軸動力の損失が低減され、また
従来の場合のようなベルト等での摩擦損失も生じないの
で、燃費性能が高められる。さらに、混合気供給ポート
に供給される加圧ガスは、クランク過給室内で暖められ
ている。このため、混合気供給ポート内での燃料の気化
・霧化が促進され、混合気供給ポートから燃焼室内に流
入する混合気の燃焼性が高められ、燃焼室内の成層化が
一層促進される。したがって、エンジンの軸動力の損失
を低減しつつ、所定の低負荷領域で層状化を促進して、
よりリーンな領域でリーンバーンを行うことができ、燃
費性能及びエミッション性能を高めることができる。

【００３１】第２の発明によれば、基本的には第１の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、スロットル
開度が比較的小さい領域すなわち層状化が図られる低負
荷領域では、スロットル開度に応じて新気絞り弁開度が
調節されるので、混合気供給ポート内の加圧ガスの圧力
と、タイミング弁が開かれる所定期間における燃焼室内
の圧力との差圧をほぼ一定化することができ、層状化を
一層促進ないしは安定化させることができる。

【００３２】第３の発明によれば、基本的には第１また
は第２の発明と同様の作用・効果が得られる。さらに、
クランク過給室から混合気供給ポートに加圧ガスを供給
するための加圧ガス案内通路の一部を、ブローバイガス
通路で代用するようにしているので、エンジンがコンパ
クト化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる燃料供給装置を備えたエンジ
ンの一部断面正面立面説明図である。

【図２】 図１に示すエンジンのクランク室まわりの一
部断面拡大正面立面説明図である。

【図３】 図１に示すエンジンのオイルパンまわりの一
部断面側面立面説明図である。

【図４】 新気絞り弁の模式図である。

【図５】 新気絞り弁の開弁領域と閉弁領域とを示す図
である。

【図６】 エンジンの各気筒の行程図である。

【符号の説明】

ＣＥ…エンジン ＃１〜＃４…第１〜第４気筒 ２…シリンダ ３…クランク室 ４…ピストン ９…燃焼室 １２…混合気供給ポート １３…タイミング弁 １６…燃料噴射弁 ２２…スロットル弁 ２４…仕切壁 ２５…クランク過給室 ２８,３０,３２…第１〜第２加圧ガス案内通路 ３９…新気導入通路 ４０…新気絞り弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加圧ガス供給手段と、該加圧ガス供給手
   段から加圧ガスが供給される一方該加圧ガスを気筒内に
   供給する混合気供給ポートと、該混合気供給ポート内に
   燃料を噴射する燃料噴射弁と、上記混合気供給ポートを
   吸気行程後段から圧縮行程前段にかけての所定期間だけ
   気筒内側に開かせるタイミング弁とが設けられたエンジ
   ンの燃料供給装置において、 加圧ガス供給手段が、ピストン背面のクランク室内に画
   成されていてその内部のガスがピストンの下降によって
   加圧されるようになっているクランク過給室と、該クラ
   ンク過給室内の加圧ガスを混合気供給ポートに案内する
   加圧ガス案内通路とからなることを特徴とするエンジン
   の燃料供給装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載されたエンジンの燃料供
   給装置において、 クランク過給室とスロットル弁上流の吸気通路とを連通
   する新気導入通路と、スロットル弁開度が小開度のとき
   は該スロットル弁開度に対応させて新気導入通路を絞る
   新気絞り弁とが設けられていることを特徴とするエンジ
   ンの燃料供給装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載されたエ
   ンジンの燃料供給装置において、 加圧ガス案内通路が、下流端がスロットル弁下流の吸気
   系に接続されるブローバイガス通路を利用して形成され
   ていることを特徴とするエンジンの燃料供給装置。