JPH08296463A - 筒内噴射エンジン - Google Patents

筒内噴射エンジン

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JPH08296463A
JPH08296463A JP7104022A JP10402295A JPH08296463A JP H08296463 A JPH08296463 A JP H08296463A JP 7104022 A JP7104022 A JP 7104022A JP 10402295 A JP10402295 A JP 10402295A JP H08296463 A JPH08296463 A JP H08296463A
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piston
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 噴射量の多い高負荷運転域においては実質的
な噴射角度を大きくして均一予混合気を形成でき、また
ノッキングの発生を抑制できる筒内噴射エンジンを提供
する。 【構成】 吸気弁１５の開時期を一定とし閉時期を変化
させることにより圧縮比を実質的に変化可能の弁開閉時
期可変機構３１と、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射機
構１４と、エンジン回転速度を検出する回転検出手段３
２と、エンジン負荷を検出する負荷検出手段３３と、上
記筒内噴射機構１４による燃料噴射開始時期を中高速高
負荷運転域では、ピストン下降行程中の下死点前とする
噴射機構制御手段３４と、上記弁開閉時期可変機構３１
による吸気弁１５の閉時期を低中回転高負荷運転域では
ピストン下降行程中かつ下死点前として基本圧縮比より
低圧縮比とする可変機構制御手段３５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料を気筒内に直接噴
射供給するようにした筒内噴射エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、燃料噴射弁をシリンダヘッド
に燃焼室内に臨むように装着し、燃料を気筒内に直接噴
射供給するようにした筒内噴射エンジンが提案されてい
る。上記燃料噴射弁は、所定の噴射角度を有する噴射口
を電磁コイルで進退駆動される弁体で開閉可能に構成さ
れており、要求燃料量に応じて上記電磁コイルへの通電
時間を制御して噴射口の開時間を制御し、もって燃料噴
射量を調整するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで上記燃料噴射
弁の噴射角度は、低負荷運転域のように要求燃料が少な
い場合でも、高負荷運転域のように要求燃料が多い場合
でも一定である。そのため上記燃料噴射弁では、筒内に
均一予混合気を形成しようとした場合、噴射量の多い高
負荷運転域では、噴射角度の大きさが相対的に不十分で
あり、短時間で燃料を均一に拡散分布させることは困難
であり、層状化し易いという問題がある。
【０００４】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、噴射量の多い高負荷運転域においては実質
的な噴射角度を大きくして均一予混合気を形成でき、ま
たノッキングの発生を抑制できる筒内噴射エンジンを提
供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、図１
４に示すように、吸気弁１５の閉時期を変化させること
により圧縮比を実質的に変化可能の弁開閉時期可変機構
３１と、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射機構１４と、
エンジン回転速度を検出する回転検出手段３２と、エン
ジン負荷を検出する負荷検出手段３３と、上記筒内噴射
機構１４による燃料噴射開始時期をエンジン運転状態に
応じて制御する噴射機構制御手段３４と、上記弁開閉時
期可変機構３１による吸気弁１５の閉時期を、低中エン
ジン回転速度かつ高エンジン負荷の低中回転高負荷運転
域（図９（ａ）の領域Ｓ１参照）ではピストン下降行程
中かつ下死点前として基本圧縮比より低圧縮比（例えば
ε＝１０〜１２）とし、上記低中回転高負荷運転域を除
く運転域（図９（ａ）の領域Ｓ２参照）ではピストン上
昇行程中かつ下死点後として基本圧縮比（例えはε＝１
３〜１７）とする可変機構制御手段３５とを備えたこと
を特徴とする筒内噴射エンジンである。
【０００６】請求項２の発明は、気筒内に燃料を噴射す
る筒内噴射機構１４と、エンジン回転速度を検出する回
転検出手段３２と、エンジン負荷を検出する負荷検出手
段３３と、上記筒内噴射機構３３による燃料噴射開始時
期を、中高エンジン回転速度かつ高エンジン負荷の中高
回転高負荷運転域（図９（ｂ）の領域Ｓ３参照）ではピ
ストンの下降行程中かつ下死点前とし、上記中高回転高
負荷運転域を除く運転域（図９（ｂ）の領域Ｓ４参照）
ではピストンの上昇行程中かつ下死点後とする噴射機構
制御手段３４とを備えたことを特徴としている。
【０００７】請求項３の発明は、吸気弁１５の閉時期を
変化させることにより圧縮比を実質的に変化可能の弁開
閉時期可変機構３１と、気筒内に燃料を噴射する筒内噴
射機構１４と、エンジン回転速度を検出する回転検出手
段３２と、エンジン負荷を検出する負荷検出手段３３
と、図１０の領域Ｓ５に示すように、上記弁開閉時期可
変機構３１による吸気弁１５の閉時期を、低中エンジン
回転速度かつ高エンジン負荷の低中回転高負荷運転域
（領域Ｓ１）ではピストンの下降行程中かつ下死点前と
して基本圧縮比より低圧縮比とし、上記低中回転高負荷
運転域を除く運転域（Ｓ２）ではピストンの上昇行程中
かつ下死点後として基本圧縮比とする可変機構制御手段
３５と、上記筒内噴射機構１４による燃料噴射開始時期
を、中高エンジン回転速度かつ高エンジン負荷の中高回
転高負荷運転域（Ｓ３）ではピストンの下降行程中かつ
下死点前とし、上記中高回転高負荷運転域を除く運転域
（Ｓ４）ではピストンの上昇行程中かつ下死点後とする
噴射機構制御手段３４と備えたことを特徴としている。
【０００８】請求項４の発明は、請求項１又は３におい
て、上記基本圧縮比が１３〜１７であり、上記低圧縮比
が１０〜１２であることを特徴としている。
【０００９】請求項５の発明は、請求項１ないし４の何
れかにおいて、上記筒内噴射機構１４が、単位時間当た
りの燃料噴射量が最大値となるタイミングを噴射開始側
に偏位させる（図８参照）ように構成されていることを
特徴としている。
【００１０】
【作用】請求項１の発明に係る筒内噴射エンジンによれ
ば、低中回転高負荷運転域では、吸気弁をピストン下降
行程中かつ下死点前に閉じるようにしたので、筒内圧は
ピストンが下死点に達するまで低下し、実質的な圧縮比
は低下することとなり、また低中回転高負荷運転域を除
く運転域では、ピストン上昇行程中かつ下死点後に閉じ
るようにしたので、圧縮比は基本圧縮比となる。このよ
うに筒内噴射を行う場合にノッキングの発生し易い低中
回転高負荷運転域で実質的な圧縮比を低下でき、ノッキ
ングの発生を抑制できる。
【００１１】請求項２の発明では、中高回転高負荷運転
域では、筒内への燃料噴射開始時期をピストンの下降行
程中かつ下死点前に早めたので、燃料噴射量が多く均一
予混合気の形成しにくい領域において十分な霧化気化時
間が得られ、均一予混合気燃焼が可能となる。また上記
中高回転高負荷運転域を除く運転域では、燃料噴射開始
時期をピストンの上昇行程中かつ下死点後としたので、
成層混合気となり、特に低回転高負荷運転域でのノッキ
ングの発生を抑制できる。
【００１２】請求項３の発明では、吸気弁の閉時期を、
低中回転高負荷運転域ではピストンの下降行程中かつ下
死点前として基本圧縮比より低圧縮比とし、燃料噴射開
始時期を中高回転高負荷運転域ではピストンの下降行程
中かつ下死点前としたので、図１０の運転領域Ｓ５で
は、筒内圧低下中に燃料噴射が開始され、これにより燃
料が減圧沸騰現象を起こし、そのため燃料噴射弁の噴射
角が一定であるにも関わらず燃料の実質的な噴射角が拡
がり、これにより生じるキャビテーション気泡により噴
霧の微粒化が促進され、均一予混合気が形成され、燃焼
速度が上昇する。
【００１３】そして請求項４の発明では、上記低圧縮比
が１０〜１２と基本圧縮比１３〜１７に比較して大幅に
低圧となっており、また請求項５の発明では、単位時間
当たりの燃料噴射量が最大値となるタイミングが噴射開
始側に偏位していることから、上記筒内圧力の低下中
に、必要燃料量の大部分が噴射されることとなり、上述
の減圧沸騰現象がより効果的に発生し、より均一な予混
合気が形成され、燃焼速度が向上する。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。なお、本明細書の全ての図において、同一符号は同
一又は相当部分を示す。図１〜図１３は本発明の一実施
例による筒内噴射エンジンを説明するための図であり、
図１，図２は本実施例エンジンの断面側面図（図３のI-
I 線断面図，II-II 線断面図）、図３はシリンダヘッド
の底面図、図４はピストンの平面図、図５は燃料噴射弁
の噴射ノズル部分の断面側面図、図６，図７はシリンダ
ライナの平面図，断面側面図、図８は燃料噴射弁の噴射
特性図、図９，図１０は動作を説明するためのエンジン
回転数−負荷−運転状態特性図、図１１，図１２は均一
予混合燃焼，成層混合気燃焼状態を示す模式図、図１３
は吸気弁のリフトカーブを示す模式図である。
【００１５】図において、１は水冷式４サイクル並列多
気筒４バルブエンジンであり、シリンダブロック２のヘ
ッド側合面上にシリンダヘッド３をヘッドボルト２０で
結合し、該シリンダヘッド３の上部に形成されたカム室
４をヘッドカバー５で覆った構造を有している。
【００１６】上記シリンダブロック２内にはピストン７
が摺動自在に挿入されるシリンダボア６ｄを有する鋳鉄
製のシリンダライナ６が挿入固定されている。該シリン
ダライナ６の上部にはフランジ部６ａが厚肉かつピスト
ンストロークの１／２程度の高さに形成されており、該
フランジ部６ａの上面にはシリンダヘッド３内の冷却ジ
ャケット３ｆに連通する環状溝部６ｂが形成され、該環
状溝部６ｂは、該フランジ部６ａを斜め下方に貫通する
ように形成された貫通孔６ｃによりシリンダブロック２
の冷却ジャケット２ａに連通している。
【００１７】上記ピストン７は円筒部７ａにピストンピ
ンが挿入されるピンボス部７ｂを形成するとともに上端
を頂部７ｃで閉塞してなるものであり、該頂部７ｃには
シリンダヘッド３の下面に凹設された燃焼凹部３ａとで
燃焼室を構成するキャビティ８が凹設されている。この
キャビティ８は図２，４に示すように、円形の凹部８ａ
と、該円形凹部８ａの吸気側にて径方向外側に突出する
導入部８ｂと、該円形凹部８ａの排気側にて径方向中心
側に突出する反射部８ｃとを備えている。
【００１８】上記凹部８ａの中心点Ｐは気筒軸線Ｃから
排気側にｆだけ偏位している。また上記導入部８ｂは噴
射された燃料をキャビティ８内に導入するためのもので
あり、その外側端部には導入傾斜面８ｄが形成されてい
る。また上記反射部８ｃは、燃料噴射弁１４からの噴射
燃料の一部を点火プラグ９側に吹き上げるとともに残り
をキャビティ８内の向かわせるためのものであり、その
内側には反射傾斜面８ｅが形成されている。この反射傾
斜面８ｅは略気筒中心に位置しており、該反射傾斜面８
ｅの真上に点火プラグ９の電極９ａが位置している。
【００１９】上記シリンダヘッド３の燃焼凹部３ａに
は、２つの左，右吸気弁開口１０ａ，１０ｂと、２つの
左，右排気片開口１１ａ，１１ｂが開口している。上記
左，右吸気弁開口１０ａ，１０ｂは、図１に示すよう
に、二股状の吸気ポート１２ａにより合流しつつシリン
ダヘッドの後壁３ｂに導出されている。ここで上記吸気
ポート１２ａは、カム軸方向に見ると（図１参照）、吸
気弁１５の弁軸１５ｂと同軸をなすスロート部１２ｂが
比較的長く形成されており、そのため該吸気ポート１２
ａの直線部１２ｃとブロック側合面３ｇとの間には後述
する燃料噴射弁１４の配置スペースが確保されている。
【００２０】また上記吸気ポート１２ａには、吸気マニ
ホールド１２の分岐部１２ｄが接続されている。この分
岐部１２ｄには、偏流弁１７が配設されている。偏流弁
１７は切欠部１７ａを有し、カム軸と平行の弁軸１７ｂ
回りに全開位置と図２に実線で示す閉位置との間で回動
可能となっており、図示しないアクチュエータにより開
閉駆動される。上記偏流弁１７を閉位置に回動させる
と、吸気は上記吸気ポート１２ａの天壁と上記切欠部１
７ａとの間を通って天壁側に偏って流れ、気筒中心側寄
りからシリンダボア６ｄの排気側内面に沿って軸方向に
流れてピストン頂面で反転し、これによりシリンダボア
６ｄ内にて縦方向の渦、いわゆるタンブルが左，右一対
発生する。
【００２１】また上記左，右の排気弁開口１１ａ，１１
ｂは二股状の排気ポート１３ａにより合流されつつシリ
ンダヘッド前壁３ｃに導出され、該導出開口には排気菅
１３が接続されている。
【００２２】ここで図３に示すように、上記左，右吸気
弁開口１０ａ，１０ｂは、気筒軸線Ｃを通りかつカム軸
と平行な線Ａから上記両吸気弁開口１０ａ，１０ｂまで
の距離距離Ｌ１がシリンダボア半径Ｌの１／４以下とな
るように排気側に大きく偏位しており、かつ点火プラグ
９の螺挿孔との間に所要の隙間が得られる程度にカム軸
方向に離れるように配設されている。
【００２３】上記吸気弁開口１０ａ，１０ｂの排気側へ
の偏位配置により、シリンダヘッド３の燃焼凹部３ａ内
の左，右吸気弁開口１０ａ，１０ｂ間部分には平坦の広
いスキッシュ面３ｄが確保されており、該スキッシュ面
３ｄのカム軸方向中心に、噴射開口３ｅが形成されてい
る。この噴射開口３ｅ内には、吸気ポート１２ａの直線
部１２ｃとブロック側合面３ｇとの間に、該直線部１２
ｃと略平行に挿入配置された燃料噴射弁１４の噴射部１
４ａが位置している。
【００２４】上記燃料噴射弁１４は、上記噴射部１４ａ
内に形成された噴射ノズル１４ｂを電磁コイルで進退駆
動される弁体１４ｃで開閉する構造のものであり、上記
噴射部１４ａの先端面１４ｅは、上記燃焼凹部３ａの内
面，及びスキッシュ面３ｄと面一となるように形成され
ている。また上記噴射ノズル１４ｂは図２，５に示すよ
うに、ピストン７が上死点から１／２〜１／３ストロー
ク位置に位置している場合に、燃料が上記ピストン７の
反射傾斜面８ｅに向かって噴射されるようにその角度，
方向が設定されている。この場合、噴射角度はθに、噴
射方向は噴射弁１４の軸線と噴射燃料の軸線とのなす角
度はθ′に設定されている。なお、１４ｆは燃料噴射弁
１４に高圧燃料を供給する燃料供給レールである。
【００２５】また上記左，右吸気弁開口１０ａ，１０ｂ
は、左，右吸気弁１５，１５の弁頭１５ａにより開閉可
能となっており、また左，右排気弁開口１１ａ，１１ｂ
は左，右排気弁１６，１６の弁頭１６ａで開閉可能とな
っている。上記吸気弁１５，排気弁１６は、それぞれの
弁軸１５ｂ，１６ｂが所定の挟み角度をなすように配設
されており、該各弁軸１５ｂ，１６ｂの上端に装着され
たリフタ１７，１７を介してそれぞれ吸気，排気カム軸
１８，１９で開閉駆動される。
【００２６】上記吸気カム軸１８はシリンダヘッド３側
に形成された軸受部１８ａ及び軸受キャップ１８ｂによ
り軸支されており、また上記排気カム軸１９はシリンダ
ヘッド３側の軸受部１９ａ及び軸受キャップ１９ｂによ
り軸支されている。そして吸気カム軸１８は、排気カム
軸１９よりｅだけ高所に配置されている。
【００２７】ここで上記排気弁１６は、その軸線ａと排
気カム軸１９との交点ｂがシリンダボア６ｄの最排気側
部分の延長線ｃと略一致するような傾斜角度でもって配
設されている。また、上記吸気弁１５は、その軸線ａ′
と吸気カム軸１８との交点ｂ′がシリンダボア６ｄの最
吸気側部分の延長線ｃ′より気筒軸側にｄだけ偏位する
傾斜角度でもって配設されている。即ち、本実施例エン
ジンでは、カム軸１８，１９は、その軸線が略シリンダ
ボア６ｄの気筒軸方向投影面内に位置するような狭い間
隔を開けて配置されており、上記バルブ挟み角度は約２
０°と狭くなっている。
【００２８】このようにバルブ挟み角度を狭く設定した
ことにより、弁頭１５ａ，１６ａが略平坦面をなすこと
となり、その結果燃焼凹部３ａの表面形状が略平坦とな
るとともに該燃焼凹部３ａの容積が小さくなり、上記キ
ャビティ８を設けながら高い圧縮比を実現している。
【００２９】また上記バルブ挟み角度を小さくしたこと
から、吸気ポート１２ａの直線部１２ｃを気筒軸となす
角度が小さくなるように起立させることができ、スロー
ト部１２ｂを長く設定したこととあいまって、該吸気ポ
ート１２ａとブロック側合面３ｇとの間に燃料噴射弁１
４の配置スペースを確保できたものである。
【００３０】また上述のように、吸気カム軸１８を寸法
ｅだけ高所に配置した点から、必要なスロート長を確保
しながら吸気ポート１２ａを起立させることができ、燃
料噴射弁１４の配置スペースを確保できたものである。
そして配置スペースに比較的余裕が得られたことから、
燃料噴射弁１４を囲むように冷却ジャケット３ｆを形成
することができ、該燃料噴射弁１４を燃焼室３ａに向け
て燃料を噴射可能な位置に配設できたものである。
【００３１】ここで、本実施例エンジン１は、吸気弁１
５の開閉タイミングを変化させる吸気弁開閉時期可変機
構を備えており、これはバルブタイミング可変機構とバ
ルブリフト可変機構との組み合わせとなっており、以下
のようにして吸気弁の開時期は変化させずに閉時期のみ
を変化させることができるようようになっている。
【００３２】上記バルブリフト可変機構は、吸気リフタ
１７の内部にシリンダ１７ａを形成し、該シリンダ１７
ａ内に逃げ孔１７ｃを有するピストン部材１７ｂを弁軸
直角方向に進退可能に挿入配置した構造となっている。
ピストン部材１７ａを前進させるとリフタ１７の動作が
ピストン部材１７ａを介してそのまま吸気弁１５に伝達
され、リフトカーブは図１３の曲線ａとなる。一方、ピ
ストン部材１７ｂを後退させると、該部材１７ｂの逃げ
孔１７ｃと弁軸１５ｂとが一致し、該逃げ孔１７ｃの深
さだけ吸気弁１５は空動し、リフトカーブは図１３の曲
線ｂとなる。
【００３３】また上記バルブタイミング可変機構は、カ
ム軸１８とタイミングスプロケットとの位相角度を変化
させる公知の機構であり、上記リフトカーブを曲線ｂに
した状態で位相角度を変化させると、タイミングカーブ
は曲線ｃに変化する。これにより吸気弁の開時期はθｏ
と略一定であるのに対し、閉時期はθｃからθｃ′に変
化する。
【００３４】本実施例の吸気弁開閉時期可変機構は、吸
気弁１５の開時期は一定とし、閉時期をピストン下降行
程における下死点前（例えば６０°）から上昇行程にお
ける下死点後（例えは６０°）の範囲で自由に変化させ
得るように構成されている。上記吸気弁１５を下死点前
６０°で閉じた場合の実質的な圧縮比は１１であり、下
死点後６０°で閉じた場合は１６である。
【００３５】そして本実施例エンジン１は、エンジンの
運転制御を行うＥＣＵ（図示せず）を備えており、該Ｅ
ＣＵは、上記偏流弁（タンブル弁）１７用アクチュエー
タの動作を制御する偏流弁制御手段として、上記吸気弁
開閉時期可変機構の動作を制御する可変機構制御手段と
して、また燃料噴射弁１４による噴射タイミング，噴射
量等を制御する噴射弁制御手段として機能する。
【００３６】次に、本実施例装置の作用効果について説
明する。本実施例エンジン１では、図９（ａ）に示すよ
うに、低中回転高負荷運転域Ｓ１では吸気弁１５をピス
トン下降行程中下死点前に閉じる吸気弁早閉じによる低
圧縮比運転を行い、それ以外の運転域Ｓ２ではピストン
上昇行程中下死点後の通常タイミングで吸気弁を閉じる
基本圧縮比運転を行う。
【００３７】また図９（ｂ）に示すように、中高回転高
負荷運転域Ｓ３では、燃料噴射の開始時期をピストン下
降行程中下死点前とする均一予混合気運転を行い、それ
以外の運転域Ｓ４では燃料噴射時期をピストン上昇行程
中下死点後とする成層混合気運転を行う。
【００３８】その結果、図１０に示すように、中回転高
負荷運転域Ｓ５では、吸気弁早閉じ運転でかつ早期燃料
噴射運転が行われ、この運転域Ｓ５において最も均一な
予混合気運転が行われることとなる。
【００３９】上記運転域Ｓ５では、燃料を気筒内全体に
均一に拡散させて燃焼速度の増大を図る均一予混合燃焼
を行う。そのためにＥＣＵは、上記アクチュエータをし
て偏流弁１７を全開位置に位置させ、また図１１（ｅ）
に示すように、吸気弁開閉時期可変機構をして吸気弁１
５の閉時期をピストン下降行程における下死点前、例え
ば６０°とするとともに、燃料噴射弁１４をして吸気弁
１５の閉直後に燃料噴射を開始させる。
【００４０】上記偏流弁１７が全開位置に位置している
ので、吸気は吸気ポート１２ａ全体を通って気筒内に導
入され、従って上述のタンブルはほとんど発生しない
（図１１（ａ）参照）。一方、ピストン７の頂部７ｃに
形成されたキャビティ８が排気側に偏位している点、及
び吸気側に広い面積のスキッシュ面３ｄが形成されてい
ることから、ピストン７の上昇に伴ってキャビティ８内
にスワールが発生する（図（ｂ），（ｄ）参照）。
【００４１】吸気弁１５の早期閉じにより実質的な圧縮
比は１１となり、またピストン７が下死点に達するまで
筒内圧力が低下する。この減圧状態において燃料が噴射
供給されるので、この噴射された燃料は減圧沸騰現象に
より微粒化されるとともに、噴霧の拡がり角度が増大し
噴射角度が実質的に増大したこととなり、その結果筒内
に均一混合気が作られ、燃焼速度が向上する。この場
合、燃料噴射弁１４の噴射特性は、図８に示すように、
噴射開始側にてより多量の燃料を噴射するようになって
いるので、上記減圧状態において集中的に燃料が噴射さ
れ、この点からも噴霧の拡がり角度が増大する。
【００４２】また上記燃料の減圧沸騰現象により圧縮開
始時点における混合気温度が低下することから、高負荷
運転域においても圧縮行程終期における混合気の温度上
昇が抑制され、それだけノッキングの発生を防止でき
る。
【００４３】また運転域Ｓ６では、プラグ近傍に燃焼可
能な高濃度の混合気を形成するとともに、キャビティ８
内に燃料を均一混合気として閉じ込め、かつ残りの領域
は希薄混合気とする成層混合気を形成する。そのため
に、ＥＣＵは、上記アクチュエータをして上記偏流弁１
７を全閉位置に位置させ、また吸気弁開閉時期可変機構
をして吸気弁１５の閉時期をピストン下降行程における
下死点後（例えば６０°）とするとともに、燃料噴射弁
１４をして可能な限り遅く（例えば上死点前１２０°）
において燃料噴射を開始させる。これにより実質的な圧
縮比は１４程度となる。
【００４４】上記偏流弁１７の全閉により、吸気は吸気
ポート１２ａの天壁寄りに偏って流れ、左，右の吸気弁
開口１０ａ，１０ｂの気筒軸芯寄りを通ってシリンダボ
ア６ｄの排気側面に沿って導入され、これによりシリン
ダボア６ｄ内にて左，右一対のタンブル流が発生する
（図１２（ａ）参照）。
【００４５】一方、燃料は上記左，右のタンブル流の間
を通って上記噴射角度θでもって１／２〜１／３ストロ
ーク位置にあるピストン７の反射傾斜面８ｅに向かって
噴射される。そのためシリンダボア６ｄ内において中心
部は十分に着火可能の高濃度で、左，右は着火しない低
濃度の成層混合気が形成される（図１２（ｂ），（ｅ）
参照）。
【００４６】そして上記燃料噴射弁１４からピストン７
のキャビティ８内に噴射された燃料は、反射傾斜面８ｅ
に衝突反射し、その一部は上方に吹き上がって点火プラ
グ９の電極９ａ付近に達し、該電極９ａ付近に着火可能
の高濃度の混合気が形成される。また上記衝突反射した
燃料の残りはキャビティ８の内方に向かう（図１２
（ｃ），（ｆ）参照）。
【００４７】そしてキャビティ８を排気側に偏位させる
とともに吸気側に導入傾斜面８ｄを有する導入部８ｂを
設け、かつ吸気側に広い面積のスキッシュ面３ｄを形成
したので、ピストン７の上昇に伴い、空気がキャビティ
８内に横渦（スワール）を形成しつつ流入する。この空
気の渦により上記キャビティ内に向かう燃料との混合が
促進され、キャビティ８内において均一混合気が形成さ
れる（図１２（ｄ），（ｇ）参照）。
【００４８】このように点火プラグ周囲に高濃度の混合
気を形成するとともにキャビティ８内に均一混合気を形
成するという成層混合気燃焼を実現でき、燃焼速度が向
上する。
【００４９】この場合、キャビティ８の外側の点火プラ
グ周囲以外の領域には可燃混合気はほとんど存在しない
から、高負荷においても燃焼室の隅部での異常着火が生
じることはなく、高圧縮比（例えば１４程度）としなが
らノッキングの発生を抑制できる。
【００５０】
【発明の効果】請求項１の発明に係る筒内噴射エンジン
によれば、低中回転高負荷運転域では、吸気弁をピスト
ン下降行程中かつ下死点前に閉じるようにしたので、筒
内圧はピストンが下死点に達するまで低下し、実質的な
圧縮比は低下することとなり、筒内噴射を行う場合にノ
ッキングの発生し易い低中回転高負荷運転域で実質的な
圧縮比を低下でき、ノッキングの発生を抑制できる効果
がある。
【００５１】請求項２の発明では、中高回転高負荷運転
域では、筒内への燃料噴射開始時期をピストンの下降行
程中かつ下死点前に早めたので、燃料噴射量が多く均一
予混合気の形成しにくい領域において十分な霧化気化時
間が得られ、均一予混合気燃焼を実現でき、また上記中
高回転高負荷運転域を除く運転域では、燃料噴射開始時
期をピストンの上昇行程中かつ下死点後としたので、成
層混合気となり、特に低回転高負荷運転域でのノッキン
グの発生を抑制できる効果がある。
【００５２】請求項３の発明では、吸気弁の閉時期を、
低中回転高負荷運転域ではピストンの下降行程中かつ下
死点前として基本圧縮比より低圧縮比とし、燃料噴射開
始時期を中高回転高負荷運転域ではピストンの下降行程
中かつ下死点前としたので、特に中回転高負荷運転域で
は、筒内圧低下中に燃料噴射が開始され、これにより燃
料が減圧沸騰現象を起こし、そのため燃料噴射弁の噴射
角が一定であるにも関わらず燃料の実質的な噴射角が拡
がり、これにより生じるキャビテーション気泡により噴
霧の微粒化が促進され、均一予混合気が形成され、燃焼
速度を上昇できる効果がある。
【００５３】そして請求項４の発明では、上記低圧縮比
が１０〜１２と基本圧縮比１３〜１７に比較して大幅に
低圧とし、また請求項５の発明では、単位時間当たりの
燃料噴射量が最大値となるタイミングが噴射開始側に偏
位していることから、上記筒内圧力の低下中に、必要燃
料量の大部分が噴射されることとなり、上述の減圧沸騰
現象がより効果的に発生し、より均一な予混合気が形成
され、燃焼速度を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による筒内噴射エンジンの断
面側面図（図３のI-I 線断面図）である。
【図２】上記実施例エンジンの断面側面図（図３のII-I
I 線断面図）である。
【図３】上記実施例エンジンのシリンダヘッドの底面図
である。
【図４】上記実施例エンジンのピストンの平面図であ
る。
【図５】上記実施例エンジンの燃料噴射弁の断面側面図
である。
【図６】上記実施例エンジンのシリンダライナの平面図
である。
【図７】上記実施例エンジンのシリンダライナの断面側
面図である。
【図８】上記実施例エンジンの燃料噴射弁の噴射特性図
である。
【図９】上記実施例エンジンの動作を説明するためのエ
ンジン回転数−負荷−運転状態特性図である。
【図１０】上記実施例エンジンの動作を説明するための
エンジン回転数−負荷−運転状態特性図である。
【図１１】上記実施例エンジンの均一予混合燃焼状態を
示す模式図である。
【図１２】上記実施例エンジンの成層混合気燃焼状態を
示す模式図である。
【図１３】上記実施例エンジンのリフトカーブを示す模
式図である。
【図１４】本発明の特許請求の範囲を説明するためのク
レーム対応図である。
【符号の説明】
１ 筒内噴射エンジン １４ 燃料噴射弁（筒内噴射機構） １５ 吸気弁 ３１ 弁開閉時期可変機構 ３２ 回転検出手段 ３３ 負荷検出手段 ３４ 噴射機構制御手段 ３５ 可変機構制御手段 Ｓ１ 低中回転高負荷運転域 Ｓ２ 低中回転高負荷運転域を除く運転域

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸気弁の閉時期を変化させることにより
    圧縮比を実質的に変化可能の弁開閉時期可変機構と、気
    筒内に燃料を噴射する筒内噴射機構と、エンジン回転速
    度を検出する回転検出手段と、エンジン負荷を検出する
    負荷検出手段と、上記筒内噴射機構による燃料噴射開始
    時期をエンジン運転状態に応じて制御する噴射機構制御
    手段と、上記弁開閉時期可変機構による吸気弁の閉時期
    を、低中エンジン回転速度かつ高エンジン負荷の低中回
    転高負荷運転域ではピストンの下降行程中かつ下死点前
    として基本圧縮比より低圧縮比とし、上記低中回転高負
    荷運転域を除く運転域ではピストンの上昇行程中かつ下
    死点後として基本圧縮比とする可変機構制御手段とを備
    えたことを特徴とする筒内噴射エンジン
  2. 【請求項２】 気筒内に燃料を噴射する筒内噴射機構
    と、エンジン回転速度を検出する回転検出手段と、エン
    ジン負荷を検出する負荷検出手段と、上記筒内噴射機構
    による燃料噴射開始時期を、中高エンジン回転速度かつ
    高エンジン負荷の中高回転高負荷運転域ではピストンの
    下降行程中かつ下死点前とし、上記中高回転高負荷運転
    域を除く運転域ではピストンの上昇行程中かつ下死点後
    とする噴射機構制御手段とを備えたことを特徴とする筒
    内噴射エンジン
  3. 【請求項３】 吸気弁の閉時期を変化させることにより
    圧縮比を実質的に変化可能の弁開閉時期可変機構と、気
    筒内に燃料を噴射する筒内噴射機構と、エンジン回転速
    度を検出する回転検出手段と、エンジン負荷を検出する
    負荷検出手段と、上記弁開閉時期可変機構による吸気弁
    の閉時期を、低中エンジン回転速度かつ高エンジン負荷
    の低中回転高負荷運転域ではピストンの下降行程中かつ
    下死点前として基本圧縮比より低圧縮比とし、上記低中
    回転高負荷運転域を除く運転域ではピストンの上昇行程
    中かつ下死点後として基本圧縮比とする可変機構制御手
    段と、上記筒内噴射機構による燃料噴射開始時期を、中
    高エンジン回転速度かつ高エンジン負荷の中高回転高負
    荷運転域ではピストンの下降行程中かつ下死点前とし、
    上記中高回転高負荷運転域を除く運転域ではピストンの
    上昇行程中かつ下死点後とする噴射機構制御手段と備え
    たことを特徴とする筒内噴射エンジン
  4. 【請求項４】 請求項１又は３において、上記基本圧縮
    比が１３〜１７であり、上記低圧縮比が１０〜１２であ
    ることを特徴とする筒内噴射エンジン。
  5. 【請求項５】 請求項１ないし４の何れかにおいて、上
    記筒内噴射機構が、単位時間当たりの燃料噴射量が最大
    値となるタイミングを噴射開始側に偏位させるように構
    成されていることを特徴とする筒内噴射エンジン。
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