JPH10205362A - 筒内噴射型エンジン - Google Patents
筒内噴射型エンジンInfo
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- JPH10205362A JPH10205362A JP9008122A JP812297A JPH10205362A JP H10205362 A JPH10205362 A JP H10205362A JP 9008122 A JP9008122 A JP 9008122A JP 812297 A JP812297 A JP 812297A JP H10205362 A JPH10205362 A JP H10205362A
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- intake
- exhaust
- overlap
- combustion chamber
- fuel
- Prior art date
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
- F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
- F02F1/4214—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/26—Pistons having combustion chamber in piston head
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/12—Other methods of operation
- F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低負荷時の触媒の活性化を図るとともに燃焼
室から排出される排ガス中のＨＣ自体を減らすことによ
り排ガス性状を向上させる。 【解決手段】 燃焼室１６の略周縁部にインジェクタ２
４を配設して点火プラグ２５の近傍に直接燃料を噴射す
るようにエンジンを構成した。そして、吸気ポート１
７，１８及び排気ポート１９，２０を介して吸気及び排
気を行うとともに、低負荷運転時には、吸排気のオーバ
ーラップが１mmリフト位置をもって定義した吸気弁開時
期から排気弁開時期までのクランク角で表す−１０°以
上となり、かつピストン１５が上死点に達した後の吸排
気弁のオーバーラップが上死点に達する前の吸排気弁の
オーバーラップより大きくなるように吸排時期を設定し
た。
室から排出される排ガス中のＨＣ自体を減らすことによ
り排ガス性状を向上させる。 【解決手段】 燃焼室１６の略周縁部にインジェクタ２
４を配設して点火プラグ２５の近傍に直接燃料を噴射す
るようにエンジンを構成した。そして、吸気ポート１
７，１８及び排気ポート１９，２０を介して吸気及び排
気を行うとともに、低負荷運転時には、吸排気のオーバ
ーラップが１mmリフト位置をもって定義した吸気弁開時
期から排気弁開時期までのクランク角で表す−１０°以
上となり、かつピストン１５が上死点に達した後の吸排
気弁のオーバーラップが上死点に達する前の吸排気弁の
オーバーラップより大きくなるように吸排時期を設定し
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インジェクタの先
端部を燃焼室に配置し、燃料を直接燃焼室内に噴射する
ように構成された筒内噴射型エンジンに関するものであ
る。
端部を燃焼室に配置し、燃料を直接燃焼室内に噴射する
ように構成され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】上記のような筒内噴射型エンジンとし
て、従来、例えば特開平４−１８３９４５号公報に開示
されるように、点火プラグを備えるとともに、燃料を燃
焼室内に直接噴射供給するインジェクタを備え、成層燃
焼による燃費改善を図るようにした火花点火式の筒内噴
射型エンジンは知られている。
て、従来、例えば特開平４−１８３９４５号公報に開示
されるように、点火プラグを備えるとともに、燃料を燃
焼室内に直接噴射供給するインジェクタを備え、成層燃
焼による燃費改善を図るようにした火花点火式の筒内噴
射型エンジンは知られている。
【０００３】この種のエンジンは、周知の通り、超希薄
混合気を燃焼させるものであるため、噴射燃料の比較的
少ない低負荷運転時には燃焼温度が高まり難く、燃焼室
温度上昇が不十分となって燃焼の不安定化を招くといっ
た問題がある。
混合気を燃焼させるものであるため、噴射燃料の比較的
少ない低負荷運転時には燃焼温度が高まり難く、燃焼室
温度上昇が不十分となって燃焼の不安定化を招くといっ
た問題がある。
【０００４】このため、上記特開平４−１８３９４５号
公報に開示されるエンジンでは、点火後の吸排気弁のオ
ーバーラップを増大させて燃焼室内に多くの既燃ガス
（排ガス）を残存させるようにし、これによって燃焼室
温度の上昇を補うようにしている。
公報に開示されるエンジンでは、点火後の吸排気弁のオ
ーバーラップを増大させて燃焼室内に多くの既燃ガス
（排ガス）を残存させるようにし、これによって燃焼室
温度の上昇を補うようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、筒内噴射型
エンジンでは、上述の通り、燃焼温度が上昇し難いこと
もあって低負荷時の排気温度が比較的低い。そのため、
低負荷時には、排気通路に設けられた触媒が活性温度に
達し難く、ＨＣ（炭化水素）やＮＯｘ（窒素酸化物）の
排出を充分に抑えられないという問題がある。ところ
が、特開平４−１８３９４５号公報に開示されるエンジ
ンによれば、燃焼室温度の上昇を補うことにより排気温
度を高めることができるので、低負荷時の触媒の活性化
に役立ち、また、内部ＥＧＲによってＮＯｘの発生を抑
制することができ、これによって排ガス性状を向上させ
ることがある程度は可能である。
エンジンでは、上述の通り、燃焼温度が上昇し難いこと
もあって低負荷時の排気温度が比較的低い。そのため、
低負荷時には、排気通路に設けられた触媒が活性温度に
達し難く、ＨＣ（炭化水素）やＮＯｘ（窒素酸化物）の
排出を充分に抑えられないという問題がある。ところ
が、特開平４−１８３９４５号公報に開示されるエンジ
ンによれば、燃焼室温度の上昇を補うことにより排気温
度を高めることができるので、低負荷時の触媒の活性化
に役立ち、また、内部ＥＧＲによってＮＯｘの発生を抑
制することができ、これによって排ガス性状を向上させ
ることがある程度は可能である。
【０００６】しかしながら、上記公報に開示されるエン
ジンは、ピストンが上死点に達する前の吸排気弁のオー
バーラップを増大させるものであるため、燃焼室からの
ＨＣの排出を抑えることは難しく、排ガス性状を向上さ
せる上で充分ではない。
ジンは、ピストンが上死点に達する前の吸排気弁のオー
バーラップを増大させるものであるため、燃焼室からの
ＨＣの排出を抑えることは難しく、排ガス性状を向上さ
せる上で充分ではない。
【０００７】すなわち、シリンダ内での混合気の燃焼
は、冷却水等により冷却されているシリンダ壁面近傍で
不安定になり易く、排気行程ではシリンダ壁面近傍に溜
った不完全燃焼ガスがピストンの上昇に伴い掻き上げら
れる。そのため、排気行程末期に多くのＨＣが排気され
る傾向にあるが、ピストンが上死点に達するまでの吸排
気弁のオーバーラップを増大させる上記公報のエンジン
は、ＨＣの含有量の比較的少ない上層部分の排ガスを吸
気通路に一旦導入した後、吸気に伴い再び燃焼室内に導
入するものなので、ＨＣ含有量の多い排ガスの大部分が
排気通路に排出されてしまうことになる。
は、冷却水等により冷却されているシリンダ壁面近傍で
不安定になり易く、排気行程ではシリンダ壁面近傍に溜
った不完全燃焼ガスがピストンの上昇に伴い掻き上げら
れる。そのため、排気行程末期に多くのＨＣが排気され
る傾向にあるが、ピストンが上死点に達するまでの吸排
気弁のオーバーラップを増大させる上記公報のエンジン
は、ＨＣの含有量の比較的少ない上層部分の排ガスを吸
気通路に一旦導入した後、吸気に伴い再び燃焼室内に導
入するものなので、ＨＣ含有量の多い排ガスの大部分が
排気通路に排出されてしまうことになる。
【０００８】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、低負荷時の触媒の活性化を図るととも
に燃焼室から排出される排ガス中のＨＣ自体を減らすこ
とにより排ガス性状をより向上させることができる筒内
噴射型エンジンを提供することを目的としている。
れたものであり、低負荷時の触媒の活性化を図るととも
に燃焼室から排出される排ガス中のＨＣ自体を減らすこ
とにより排ガス性状をより向上させることができる筒内
噴射型エンジンを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の筒内噴射型エンジンは、燃料を焼室内に直
接噴射するインジェクタを備え、低負荷時に噴射燃料を
点火プラグ近傍に供給して成層燃焼を行わせるようにし
た筒内噴射型エンジンにおいて、吸排気のオーバーラッ
プが１mmリフト位置をもって定義した吸気弁開時期から
排気弁閉時期までのクランク角で表す−１０°以上とな
り、かつピストンが上死点に達した後の吸排気のオーバ
ーラップが上死点に達する前の吸排気のオーバーラップ
より大きくなるように、低負荷運転時における吸排時期
を設定したものである（請求項１）。
に、本発明の筒内噴射型エンジンは、燃料を焼室内に直
接噴射するインジェクタを備え、低負荷時に噴射燃料を
点火プラグ近傍に供給して成層燃焼を行わせるようにし
た筒内噴射型エンジンにおいて、吸排気のオーバーラッ
プが１mmリフト位置をもって定義した吸気弁開時期から
排気弁閉時期までのクランク角で表す−１０°以上とな
り、かつピストンが上死点に達した後の吸排気のオーバ
ーラップが上死点に達する前の吸排気のオーバーラップ
より大きくなるように、低負荷運転時における吸排時期
を設定したものである（請求項１）。
【００１０】このエンジンによれば、低負荷運転時に
は、排気ポートに導出された排気行程終期の排ガス（Ｈ
Ｃを多く含むガス）がピストンの下降に伴い燃焼室内に
戻される。これにより燃焼室の温度上昇が促進されて排
気温度が高められ、かつ内部ＥＧＲの効果によりＮＯｘ
の生成が抑制されるとともに、燃焼室に戻されたＨＣが
再燃焼されることで燃焼室からのＨＣの排出も抑制され
る。
は、排気ポートに導出された排気行程終期の排ガス（Ｈ
Ｃを多く含むガス）がピストンの下降に伴い燃焼室内に
戻される。これにより燃焼室の温度上昇が促進されて排
気温度が高められ、かつ内部ＥＧＲの効果によりＮＯｘ
の生成が抑制されるとともに、燃焼室に戻されたＨＣが
再燃焼されることで燃焼室からのＨＣの排出も抑制され
る。
【００１１】なお、高負荷運転時には、排気の慣性が増
大するため、排ガスの戻し作用は低減するが、吸気の吹
き抜けによる掃気性能が高められ、これによって耐ノッ
キング性能の向上や新気充填量増大に有利となる。
大するため、排ガスの戻し作用は低減するが、吸気の吹
き抜けによる掃気性能が高められ、これによって耐ノッ
キング性能の向上や新気充填量増大に有利となる。
【００１２】また、請求項１記載のエンジンにおいて、
エンジンの吸気通路に機械式過給機を設けるようにすれ
ば（請求項２）、過給により高負荷運転時の掃気性能が
高められる。
エンジンの吸気通路に機械式過給機を設けるようにすれ
ば（請求項２）、過給により高負荷運転時の掃気性能が
高められる。
【００１３】特に、請求項２記のエンジンにおいて、点
火プラグを燃焼室の天井部略中央に配置し、インジェク
タを燃焼室における吸気ポート側の側壁に配置して燃焼
室の斜め下方に向かって燃料を噴射するとともに、中負
荷運転時に燃料の吸気行程噴射を行い、少なくとも低負
荷運転域から中負荷運転域にわたる運転域でピストンが
上死点に達した後の吸排気のオーバーラップが上死点に
達する前の吸排気のオーバーラップより大きくなるよう
に吸排時期を設定するようにすれば（請求項３）、低負
荷運転域から中負荷運転域で成層燃焼を適切に行わせる
ことができる。また、この構成では、インジェクタがシ
リンダ壁等に指向するため噴射燃料がシリンダ壁に付着
し易い構成となっているが、吸排時期が上記のよう設定
されることにより排気行程終期の排ガス（ＨＣを多く含
むガス）が燃焼室内に戻されるため効果的にＨＣの排出
が抑えられる。
火プラグを燃焼室の天井部略中央に配置し、インジェク
タを燃焼室における吸気ポート側の側壁に配置して燃焼
室の斜め下方に向かって燃料を噴射するとともに、中負
荷運転時に燃料の吸気行程噴射を行い、少なくとも低負
荷運転域から中負荷運転域にわたる運転域でピストンが
上死点に達した後の吸排気のオーバーラップが上死点に
達する前の吸排気のオーバーラップより大きくなるよう
に吸排時期を設定するようにすれば（請求項３）、低負
荷運転域から中負荷運転域で成層燃焼を適切に行わせる
ことができる。また、この構成では、インジェクタがシ
リンダ壁等に指向するため噴射燃料がシリンダ壁に付着
し易い構成となっているが、吸排時期が上記のよう設定
されることにより排気行程終期の排ガス（ＨＣを多く含
むガス）が燃焼室内に戻されるため効果的にＨＣの排出
が抑えられる。
【００１４】また、請求項１又は２記載のエンジンにお
いて、エンジン温度が低いエンジン冷機時は、低負荷運
転域において燃料の吸気行程噴射による希薄燃焼を行わ
せるべく燃料の噴射タイミング及び噴射量を設定するよ
うにすれば（請求項４）、燃焼室内に戻される排ガスに
より燃料が効果的に拡散され、これによって燃料の気
化、霧化が促進される。そのため、この効果と、排ガス
の戻しによる燃焼室の温度上昇効果とにより、エンジン
の冷機時の排ガス温度が効果的に高められる。
いて、エンジン温度が低いエンジン冷機時は、低負荷運
転域において燃料の吸気行程噴射による希薄燃焼を行わ
せるべく燃料の噴射タイミング及び噴射量を設定するよ
うにすれば（請求項４）、燃焼室内に戻される排ガスに
より燃料が効果的に拡散され、これによって燃料の気
化、霧化が促進される。そのため、この効果と、排ガス
の戻しによる燃焼室の温度上昇効果とにより、エンジン
の冷機時の排ガス温度が効果的に高められる。
【００１５】また、請求項１乃至４のいずれかに記載の
エンジンにおいて、吸排気のオーバーラップを可変とす
る可変手段と、この可変手段を制御する制御手段とを設
け、高負荷運転時には、低負荷運転時に比べて、ピスト
ンが上死点に達する前の吸排気のオーバーラップが大き
くなるように可変手段を制御するようにすれば（請求項
５）、高負荷時の掃気性能がさらに高められる。
エンジンにおいて、吸排気のオーバーラップを可変とす
る可変手段と、この可変手段を制御する制御手段とを設
け、高負荷運転時には、低負荷運転時に比べて、ピスト
ンが上死点に達する前の吸排気のオーバーラップが大き
くなるように可変手段を制御するようにすれば（請求項
５）、高負荷時の掃気性能がさらに高められる。
【００１６】この場合には、上記可変手段を、燃焼室に
通じる２つの吸気ポートと、これらの吸気ポートからの
吸気時期を変更可能とする変更手段とから構成するとと
もに、一方側のポートによる吸気が他方側のポートによ
る吸気よりも早く開始されるように各吸気ポートを構成
し、上記変更手段として両ポートのうち早く吸気が開始
される吸気ポートを開閉する手段を設けるようにしたり
（請求項６）、あるいは、可変手段を、吸気弁の開時期
を可変とする弁開時期変更手段から構成することができ
る（請求項７）。特に、請求項６の可変手段の構成によ
れば、低負荷運転時に、シリンダ内にスワールを生成さ
せることが可能となり、これにより低負荷運転時の燃焼
性を向上させることが可能となる。
通じる２つの吸気ポートと、これらの吸気ポートからの
吸気時期を変更可能とする変更手段とから構成するとと
もに、一方側のポートによる吸気が他方側のポートによ
る吸気よりも早く開始されるように各吸気ポートを構成
し、上記変更手段として両ポートのうち早く吸気が開始
される吸気ポートを開閉する手段を設けるようにしたり
（請求項６）、あるいは、可変手段を、吸気弁の開時期
を可変とする弁開時期変更手段から構成することができ
る（請求項７）。特に、請求項６の可変手段の構成によ
れば、低負荷運転時に、シリンダ内にスワールを生成さ
せることが可能となり、これにより低負荷運転時の燃焼
性を向上させることが可能となる。
【００１７】また、請求項２又は３記載のエンジンにお
いて、ピストンが上死点に達する前後の吸排気のオーバ
ーラップの割合を少なくとも負荷方向においては一定と
するようにすれば（請求項８）、低負荷運転時には排気
温度を高めることができるとともに内部ＥＧＲの効果を
得ることができ、高負荷運転時には掃気性能を高めるこ
とができる。
いて、ピストンが上死点に達する前後の吸排気のオーバ
ーラップの割合を少なくとも負荷方向においては一定と
するようにすれば（請求項８）、低負荷運転時には排気
温度を高めることができるとともに内部ＥＧＲの効果を
得ることができ、高負荷運転時には掃気性能を高めるこ
とができる。
【００１８】さらに、請求項１乃至８のいずれかに記載
のエンジンにおいて、吸排気のオーバーラップがエンジ
ン回転数が高くなるにつれて大きくなるように吸排時期
を設定するようにすれば（請求項９）、低回転域から高
回転域にわたって上記エンジンの作用効果を得ることが
できる。
のエンジンにおいて、吸排気のオーバーラップがエンジ
ン回転数が高くなるにつれて大きくなるように吸排時期
を設定するようにすれば（請求項９）、低回転域から高
回転域にわたって上記エンジンの作用効果を得ることが
できる。
【００１９】また、噴射燃料がピストンヘッドで反射さ
れて点火プラグ近傍に達するように上記インジェクタ及
びピストンが構成されているエンジンでは（請求項１
０）、ピストンヘッドに燃料が付着することに起因し
て、排気行程終期の排ガス中に多くのＨＣが含まれる傾
向があり、そのため、このようなエンジンに上記構成を
採用すれば、効果的にＨＣの排出を抑えることが可能と
なる。特に、上記インジェクタが燃焼室における吸気ポ
ート側の側壁に配置され、圧縮行程後半で噴射燃料がピ
ストンヘッドに衝突するように燃焼室の斜め下方に向か
って燃料を噴射するように構成されているエンジンでは
（請求項１１）、インジェクタがシリンダ壁に指向する
ため、噴射燃料がシリンダヘッドのみならずシリンダ壁
等にも付着し易いため、上記構成をこのようなエンジン
に採用することが有効となる。
れて点火プラグ近傍に達するように上記インジェクタ及
びピストンが構成されているエンジンでは（請求項１
０）、ピストンヘッドに燃料が付着することに起因し
て、排気行程終期の排ガス中に多くのＨＣが含まれる傾
向があり、そのため、このようなエンジンに上記構成を
採用すれば、効果的にＨＣの排出を抑えることが可能と
なる。特に、上記インジェクタが燃焼室における吸気ポ
ート側の側壁に配置され、圧縮行程後半で噴射燃料がピ
ストンヘッドに衝突するように燃焼室の斜め下方に向か
って燃料を噴射するように構成されているエンジンでは
（請求項１１）、インジェクタがシリンダ壁に指向する
ため、噴射燃料がシリンダヘッドのみならずシリンダ壁
等にも付着し易いため、上記構成をこのようなエンジン
に採用することが有効となる。
【００２０】また、燃焼室の天井部に配置された点火プ
ラグ近傍に向かって直接燃料を噴射するようにインジェ
クタが構成されているエンジンでは（請求項１２）、ピ
ストンヘッドへの燃料付着が減少することでＨＣ低減が
期待できるが、それでも噴射燃料が燃焼室の側壁や排気
弁等に付着することに起因して排気行程終期の排ガス中
にある程度のＨＣが含まれる場合がある。そのため、こ
のようなエンジンに上記構成を採用することも有効とな
る。
ラグ近傍に向かって直接燃料を噴射するようにインジェ
クタが構成されているエンジンでは（請求項１２）、ピ
ストンヘッドへの燃料付着が減少することでＨＣ低減が
期待できるが、それでも噴射燃料が燃焼室の側壁や排気
弁等に付着することに起因して排気行程終期の排ガス中
にある程度のＨＣが含まれる場合がある。そのため、こ
のようなエンジンに上記構成を採用することも有効とな
る。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を用いて説明する。
を用いて説明する。
【００２２】図１は本発明に係る筒内噴射型エンジンの
一例を示す模式図、図２は同エンジンの要部構成を示す
概略図である。この図において、エンジンは、エンジン
本体１と、このエンジン本体１に接続される吸気通路２
及び排気通路３等で構成されている。
一例を示す模式図、図２は同エンジンの要部構成を示す
概略図である。この図において、エンジンは、エンジン
本体１と、このエンジン本体１に接続される吸気通路２
及び排気通路３等で構成されている。
【００２３】上記吸気通路２には、上流側から順にエア
クリーナ４、エアフローメータ５、過給機６、インター
クーラ７及びサージタンク８等が配設されている。上記
過給機６は、図外のエンジン出力軸により機械的に駆動
されて吸気の過給を行う機械式過給機で、例えば、一対
のロータを有したリショルム型の過給機からなり、ベル
ト伝動機構によるエンジンの回転力伝達に応じて各ロー
タを回転させて吸入空気を圧縮して吐出するように構成
されている。また、過給機６には、上記回転力を断続す
るための電磁クラッチ９が設けられおり、この電磁クラ
ッチ９がオンとなったときに回転力が伝達されて過給機
６が駆動状態となり、電磁クラッチ９がオフとなったと
きに回転力の伝達が遮断されて過給機６が停止状態にな
るように構成されている。さらに、過給機６をバイパス
する過給バイパス通路１０が設けられ、この過給バイパ
ス通路１０には運転状態に応じて開閉される制御弁１０
ａが設けられている。
クリーナ４、エアフローメータ５、過給機６、インター
クーラ７及びサージタンク８等が配設されている。上記
過給機６は、図外のエンジン出力軸により機械的に駆動
されて吸気の過給を行う機械式過給機で、例えば、一対
のロータを有したリショルム型の過給機からなり、ベル
ト伝動機構によるエンジンの回転力伝達に応じて各ロー
タを回転させて吸入空気を圧縮して吐出するように構成
されている。また、過給機６には、上記回転力を断続す
るための電磁クラッチ９が設けられおり、この電磁クラ
ッチ９がオンとなったときに回転力が伝達されて過給機
６が駆動状態となり、電磁クラッチ９がオフとなったと
きに回転力の伝達が遮断されて過給機６が停止状態にな
るように構成されている。さらに、過給機６をバイパス
する過給バイパス通路１０が設けられ、この過給バイパ
ス通路１０には運転状態に応じて開閉される制御弁１０
ａが設けられている。
【００２４】上記排気通路３には、上流側から順に触媒
１１及びサイレンサ１２等が配設されている。触媒１１
は、排ガス中のＨＣ（炭化水素）、ＮＯｘ（窒素酸化
物）等を吸収するもので、所定温度の排ガスがこの触媒
１１を通過する、換言すれば排ガス温度が所定温度の時
に上記各物質を吸収して排ガスを浄化するように構成さ
れている。
１１及びサイレンサ１２等が配設されている。触媒１１
は、排ガス中のＨＣ（炭化水素）、ＮＯｘ（窒素酸化
物）等を吸収するもので、所定温度の排ガスがこの触媒
１１を通過する、換言すれば排ガス温度が所定温度の時
に上記各物質を吸収して排ガスを浄化するように構成さ
れている。
【００２５】上記エンジン本体１は、シリンダブロック
とその上部に設置されるシリンダヘッドとから構成され
ている。シリンダブロックのシリンダ１４内にはピスト
ン１５が配設され、このピストン１５の上面とシリンダ
ヘッドの下面との間に燃焼室１６を形成している。
とその上部に設置されるシリンダヘッドとから構成され
ている。シリンダブロックのシリンダ１４内にはピスト
ン１５が配設され、このピストン１５の上面とシリンダ
ヘッドの下面との間に燃焼室１６を形成している。
【００２６】また、エンジン本体１には、燃焼室１６に
開口する吸気ポート及び排気ポートが形成され、当実施
形態では、図３に示すように各気筒毎に２個の吸気ポー
ト１７，１８と２個の排気ポート１９，２０とが形成さ
れている。そして、各吸気ポート１７，１８に上記吸気
通路２を構成する吸気マニホールドがそれぞれ接続され
る一方、各排気ポート１９，２０に上記排気通路３を構
成する排気マニホールドがそれぞれ接続されている。
開口する吸気ポート及び排気ポートが形成され、当実施
形態では、図３に示すように各気筒毎に２個の吸気ポー
ト１７，１８と２個の排気ポート１９，２０とが形成さ
れている。そして、各吸気ポート１７，１８に上記吸気
通路２を構成する吸気マニホールドがそれぞれ接続され
る一方、各排気ポート１９，２０に上記排気通路３を構
成する排気マニホールドがそれぞれ接続されている。
【００２７】上記各吸気ポートのうち第１吸気ポート１
７は、スワール生成用のポートとされ、一方、第２吸気
ポート１８には、このポート１８を開閉するための調節
弁２３が設けられている。つまり、調節弁２３が閉じら
れたときに第１吸気ポート１７からの吸気によって燃焼
室１６内にスワール（横渦）が生成され、調節弁２３が
開かれると、第２吸気ポート１８からの吸気によってス
ワールが弱められるようになっている。
７は、スワール生成用のポートとされ、一方、第２吸気
ポート１８には、このポート１８を開閉するための調節
弁２３が設けられている。つまり、調節弁２３が閉じら
れたときに第１吸気ポート１７からの吸気によって燃焼
室１６内にスワール（横渦）が生成され、調節弁２３が
開かれると、第２吸気ポート１８からの吸気によってス
ワールが弱められるようになっている。
【００２８】また、各吸気ポート１７，１８にはそれぞ
れ吸気弁２１が装備され、各排気ポート１９，２０には
それぞれ排気弁２２が装備されており、各弁２１，２２
用のカムシャフトのカム（図示省略）により各弁２１，
２２が駆動されるようになっている。
れ吸気弁２１が装備され、各排気ポート１９，２０には
それぞれ排気弁２２が装備されており、各弁２１，２２
用のカムシャフトのカム（図示省略）により各弁２１，
２２が駆動されるようになっている。
【００２９】ここで、両排気弁２２と第１吸気ポート１
７の吸気弁２１及び第２吸気ポート１８の吸気弁２１が
図４、図５に示すようなバルブリフト特性となるように
それぞれに対するカム形状が設定されることにより、吸
排気弁のオーバーラップが生じるとともに、上記調節弁
２３の開閉に応じ、上記ピストン１５が上死点に達する
前後のオーバーラップの割合が変動するようになってい
る。
７の吸気弁２１及び第２吸気ポート１８の吸気弁２１が
図４、図５に示すようなバルブリフト特性となるように
それぞれに対するカム形状が設定されることにより、吸
排気弁のオーバーラップが生じるとともに、上記調節弁
２３の開閉に応じ、上記ピストン１５が上死点に達する
前後のオーバーラップの割合が変動するようになってい
る。
【００３０】具体的に説明すると、各吸気弁２１用のカ
ムは、上記ピストン１５が上死点に達する前に各吸気弁
２１を開くとともに、第２吸気ポート１８の吸気弁２１
が第１吸気ポート１７の吸気弁２１よりも早く開くよう
にその形状が設定されている。一方、各排気弁２２用の
カムは、上記ピストン１５が上死点に達した後に各排気
弁２２を同時に閉じるようにその形状が設定されてい
る。そして、上記調節弁２３を閉じた状態では、図４に
示すように上死点（ＴＤＣ）後のオーバーラップＲｂが
上死点前のオーバーラップＲａより大きくなり、調節弁
２３を開いた状態では、図５に示すように上死点後のオ
ーバーラップＲｂが上死点前のオーバーラップＲａより
小さくなるように上記各弁２１，２２用のカムの形状が
設定されている。
ムは、上記ピストン１５が上死点に達する前に各吸気弁
２１を開くとともに、第２吸気ポート１８の吸気弁２１
が第１吸気ポート１７の吸気弁２１よりも早く開くよう
にその形状が設定されている。一方、各排気弁２２用の
カムは、上記ピストン１５が上死点に達した後に各排気
弁２２を同時に閉じるようにその形状が設定されてい
る。そして、上記調節弁２３を閉じた状態では、図４に
示すように上死点（ＴＤＣ）後のオーバーラップＲｂが
上死点前のオーバーラップＲａより大きくなり、調節弁
２３を開いた状態では、図５に示すように上死点後のオ
ーバーラップＲｂが上死点前のオーバーラップＲａより
小さくなるように上記各弁２１，２２用のカムの形状が
設定されている。
【００３１】しかも、図４に示す場合には、吸排気のオ
ーバーラップが吸気弁２１及び排気弁２２の１mmリフト
位置で定義する吸気弁開時期から排気弁開時期までのク
ランク角で表す−１０°以上（０mmリフトでほぼ３０°
以上）となるように上記各弁２１，２２用のカムの形状
が設定されている。
ーバーラップが吸気弁２１及び排気弁２２の１mmリフト
位置で定義する吸気弁開時期から排気弁開時期までのク
ランク角で表す−１０°以上（０mmリフトでほぼ３０°
以上）となるように上記各弁２１，２２用のカムの形状
が設定されている。
【００３２】また、エンジン本体１には、図２及び図３
に示すように、上記燃焼室１６内に直接燃料を噴射する
インジェクタ２４と、点火プラグ２５とが設けられてお
り、上記インジェクタ２４の先端が燃焼室１６の略周縁
部に配置され、点火プラグ２５の先端が燃焼室１６の天
井部の略中央に配置されている。
に示すように、上記燃焼室１６内に直接燃料を噴射する
インジェクタ２４と、点火プラグ２５とが設けられてお
り、上記インジェクタ２４の先端が燃焼室１６の略周縁
部に配置され、点火プラグ２５の先端が燃焼室１６の天
井部の略中央に配置されている。
【００３３】上記インジェクタ２４は、同図に示すよう
に、燃焼室１６の一側方において吸気ポート１７，１８
が配設された部分の下方に配設されているとともに、イ
ンジェクタ配置部分に対向する燃焼室周縁付近に向かう
斜め下方に向かって燃料を噴射するようにエンジン本体
１に傾斜した状態で取付けられている。このようにイン
ジェクタ２４及び点火プラグ２５が配置されることによ
って、運転時には、図２及び図３中符号Ｆで示すよう
に、インジェクタ２４によって点火プラグ２５の先端近
傍に燃料が噴射され得るようになっている。
に、燃焼室１６の一側方において吸気ポート１７，１８
が配設された部分の下方に配設されているとともに、イ
ンジェクタ配置部分に対向する燃焼室周縁付近に向かう
斜め下方に向かって燃料を噴射するようにエンジン本体
１に傾斜した状態で取付けられている。このようにイン
ジェクタ２４及び点火プラグ２５が配置されることによ
って、運転時には、図２及び図３中符号Ｆで示すよう
に、インジェクタ２４によって点火プラグ２５の先端近
傍に燃料が噴射され得るようになっている。
【００３４】なお、同図において、２６は、上記ピスト
ン１５の上面に形成された陥没部で、この陥没部２６
が、同図に示すように、インジェクタ２４からの燃料の
噴射方向の前方側ほど次第に陥没し、しかも、その幅
（すなわち、図３における上下方向の寸法）がインジェ
クタ２４による燃料の噴射幅よりも広くなるように形成
されている。これにより、後述するような圧縮行程後期
の燃料噴射時によるピストン１５上面への噴射燃料の付
着が避けられるようになっている。
ン１５の上面に形成された陥没部で、この陥没部２６
が、同図に示すように、インジェクタ２４からの燃料の
噴射方向の前方側ほど次第に陥没し、しかも、その幅
（すなわち、図３における上下方向の寸法）がインジェ
クタ２４による燃料の噴射幅よりも広くなるように形成
されている。これにより、後述するような圧縮行程後期
の燃料噴射時によるピストン１５上面への噴射燃料の付
着が避けられるようになっている。
【００３５】図１において３０は、エンジン制御用のＥ
ＣＵ（コントロールユニット）であり、このＥＣＵ３０
には、上記エアフローメータ５からの信号が入力される
とともに、エンジンの回転数を検出する回転センサ１３
等からの信号が入力されている。このＥＣＵ３０は、運
転状態に応じて上記電磁クラッチ９を制御するクラッチ
制御手段３１と、図外のアクチュエータを制御すること
により上記調節弁２３を制御する調整弁制御手段３２
と、運転状態に応じて上記インジェクタ２４による燃料
の噴射時期を制御するインジェクタ制御手段３３とを含
んでいる。
ＣＵ（コントロールユニット）であり、このＥＣＵ３０
には、上記エアフローメータ５からの信号が入力される
とともに、エンジンの回転数を検出する回転センサ１３
等からの信号が入力されている。このＥＣＵ３０は、運
転状態に応じて上記電磁クラッチ９を制御するクラッチ
制御手段３１と、図外のアクチュエータを制御すること
により上記調節弁２３を制御する調整弁制御手段３２
と、運転状態に応じて上記インジェクタ２４による燃料
の噴射時期を制御するインジェクタ制御手段３３とを含
んでいる。
【００３６】上記ＥＣＵ３０のクラッチ制御手段３１に
よる運転状態に応じた電磁クラッチ９の制御を図６に基
づいて説明する。
よる運転状態に応じた電磁クラッチ９の制御を図６に基
づいて説明する。
【００３７】同図は、エンジンの運転状態において過給
機６が停止される運転領域である過給機停止領域Ａと、
過給機６が駆動される運転領域である過給機駆動領域Ｂ
とを示しており、過給機停止領域Ａでは電磁クラッチ９
がオフとされ、過給機駆動領域Ｂでは電磁クラッチ９が
オンとされる。また、同図中のラインＩは、過給機下流
の吸気圧が大気圧となるときのトルク、つまり無過給時
の全トルクに相当するものであり、またラインIIは、過
給機６による吸気の過給が行われた場合の全開トルクに
相当するものである。
機６が停止される運転領域である過給機停止領域Ａと、
過給機６が駆動される運転領域である過給機駆動領域Ｂ
とを示しており、過給機停止領域Ａでは電磁クラッチ９
がオフとされ、過給機駆動領域Ｂでは電磁クラッチ９が
オンとされる。また、同図中のラインＩは、過給機下流
の吸気圧が大気圧となるときのトルク、つまり無過給時
の全トルクに相当するものであり、またラインIIは、過
給機６による吸気の過給が行われた場合の全開トルクに
相当するものである。
【００３８】同図に示すように、予め設定された所定の
エンジン回転数Ｎ１より低速側においては、ラインＩを
境に低負荷側と高負荷側とで過給機６が停止状態と駆動
状態とに切替えられる。この設定回転数Ｎ１は、ライン
IIのピーク、つまり過給機６による吸気の過給が行われ
た場合の最高トルクとなるエンジンの回転数近傍の回転
数とされている。一方、上記設定回転数Ｎ１より高速側
では、低負荷側から高負荷側にわたって過給機６が駆動
状態とされる。つまり、過給機停止領域Ａは、上記設定
回転数Ｎ１より低速側における低負荷の領域とされ、ま
た過給機駆動領域Ｂは、上記設定回転数Ｎ１より低速側
の高負荷側の領域及び設定回転数Ｎ１より高速側の低負
荷側から高負荷側にわたる領域とされている。
エンジン回転数Ｎ１より低速側においては、ラインＩを
境に低負荷側と高負荷側とで過給機６が停止状態と駆動
状態とに切替えられる。この設定回転数Ｎ１は、ライン
IIのピーク、つまり過給機６による吸気の過給が行われ
た場合の最高トルクとなるエンジンの回転数近傍の回転
数とされている。一方、上記設定回転数Ｎ１より高速側
では、低負荷側から高負荷側にわたって過給機６が駆動
状態とされる。つまり、過給機停止領域Ａは、上記設定
回転数Ｎ１より低速側における低負荷の領域とされ、ま
た過給機駆動領域Ｂは、上記設定回転数Ｎ１より低速側
の高負荷側の領域及び設定回転数Ｎ１より高速側の低負
荷側から高負荷側にわたる領域とされている。
【００３９】また、ＥＣＵ３０の調整弁制御手段３２に
よる上記調節弁２３の制御は以下のように行われる。
よる上記調節弁２３の制御は以下のように行われる。
【００４０】例えば、上記電磁クラッチ９がオフとされ
る過給機停止領域Ａでは、上記調節弁２３が閉じられ、
電磁クラッチ９がオンとされる過給機駆動領域Ｂでは、
調節弁２３が開かれる（全開とされる）。つまり、図６
に示すように設定回転数Ｎ１より低速側におけるライン
Ｉを境とした低負荷側の領域が調節弁２３の閉領域とさ
れ、これ以外の領域が調節弁２３の開領域とされてい
る。
る過給機停止領域Ａでは、上記調節弁２３が閉じられ、
電磁クラッチ９がオンとされる過給機駆動領域Ｂでは、
調節弁２３が開かれる（全開とされる）。つまり、図６
に示すように設定回転数Ｎ１より低速側におけるライン
Ｉを境とした低負荷側の領域が調節弁２３の閉領域とさ
れ、これ以外の領域が調節弁２３の開領域とされてい
る。
【００４１】さらに、ＥＣＵ３０のインジェクタ制御手
段３３による上記インジェクタ２４の燃料噴射制御は図
７に示すように行われる。
段３３による上記インジェクタ２４の燃料噴射制御は図
７に示すように行われる。
【００４２】すなわち、この図中、ハッチングで示され
る領域Ｃは圧縮行程後期に燃料噴射が行われる領域、そ
れ以外の領域Ｄは、吸気行程に燃料噴射が行われる領域
を示している。この図に示すように所定負荷以下の低・
中負荷で、かつ予め設定されたエンジン回転数Ｎ２以下
の低・中速度の運転域では、圧縮行程後期に燃料が噴射
されるようになっており、上記領域Ｃのうちでも燃料噴
射量の多い中負荷の領域Ｅ（図中に破線で示す領域）で
は、全燃料噴射量の一部が吸気行程中に噴射され、残り
の燃料が圧縮行程後期に噴射されるようになっている。
一方、所定負荷よりも高負荷側の領域や、設定回転Ｎ２
より高速側の領域では、吸気行程中に燃料噴射が行われ
るようになっている。
る領域Ｃは圧縮行程後期に燃料噴射が行われる領域、そ
れ以外の領域Ｄは、吸気行程に燃料噴射が行われる領域
を示している。この図に示すように所定負荷以下の低・
中負荷で、かつ予め設定されたエンジン回転数Ｎ２以下
の低・中速度の運転域では、圧縮行程後期に燃料が噴射
されるようになっており、上記領域Ｃのうちでも燃料噴
射量の多い中負荷の領域Ｅ（図中に破線で示す領域）で
は、全燃料噴射量の一部が吸気行程中に噴射され、残り
の燃料が圧縮行程後期に噴射されるようになっている。
一方、所定負荷よりも高負荷側の領域や、設定回転Ｎ２
より高速側の領域では、吸気行程中に燃料噴射が行われ
るようになっている。
【００４３】以上のような当実施形態の筒内噴射型エン
ジンの作用効果を次に説明する。
ジンの作用効果を次に説明する。
【００４４】上述のようなエンジンによれば、燃料噴射
量の比較的少ない低負荷、低回転領域では、上記調節弁
２３が閉じられることにより第１吸気ポート１７からの
み吸気が行われる。このように第１吸気ポート１７から
のみ吸気が行われると、吸排気弁のオーバーラップは、
図４に示すように、ピストン１５が上死点に達した後の
オーバーラップ（以後、単に上死点後のオーバーラップ
という）が上死点に達する前のオーバーラップ（以後、
単に上死点前のオーバーラップという）よりも大きくな
り、これによって低負荷時におけるエンジンからのＨＣ
やＮＯｘの排出が抑制される。
量の比較的少ない低負荷、低回転領域では、上記調節弁
２３が閉じられることにより第１吸気ポート１７からの
み吸気が行われる。このように第１吸気ポート１７から
のみ吸気が行われると、吸排気弁のオーバーラップは、
図４に示すように、ピストン１５が上死点に達した後の
オーバーラップ（以後、単に上死点後のオーバーラップ
という）が上死点に達する前のオーバーラップ（以後、
単に上死点前のオーバーラップという）よりも大きくな
り、これによって低負荷時におけるエンジンからのＨＣ
やＮＯｘの排出が抑制される。
【００４５】すなわち、上記エンジンでは、吸排気のオ
ーバーラップが上述のように比較的大きく設定されてい
るため、吸気が開始されると一旦排気ポート１９，２０
に導出された排ガス（既燃ガス）の多くがピストン１５
の下降に伴い燃焼室１６内に戻され（逆流し）、これに
よって燃焼室１６に残存する温度の高い排ガスの量が増
大する。そのため、低負荷時であっても、排ガス温度が
触媒１１の活性温度まで速やかに高められ、これによっ
て触媒１１の機能が充分に発揮されてＨＣやＮＯｘの排
出が抑制される。
ーバーラップが上述のように比較的大きく設定されてい
るため、吸気が開始されると一旦排気ポート１９，２０
に導出された排ガス（既燃ガス）の多くがピストン１５
の下降に伴い燃焼室１６内に戻され（逆流し）、これに
よって燃焼室１６に残存する温度の高い排ガスの量が増
大する。そのため、低負荷時であっても、排ガス温度が
触媒１１の活性温度まで速やかに高められ、これによっ
て触媒１１の機能が充分に発揮されてＨＣやＮＯｘの排
出が抑制される。
【００４６】そして、このように排ガスを燃焼室１６に
戻すことによる内部ＥＧＲの効果によってＮＯｘ自体の
生成が抑制されるとともに、上述のように、上死点後の
オーバーラップが上死点前のオーバーラップよりも大き
くなることで、燃焼室１６に戻される排ガスの大部分が
排気行程終期の比較的ＨＣを多く含んだ排ガスとなり、
このような排ガスが再度燃焼させられることにより燃焼
室１６から排出される排ガス中のＨＣの排出自体が抑え
られる。従って、このような内部ＥＧＲの効果及び触媒
１１の活性化促進により、効果的にＮＯｘの発生が抑え
られるとともに燃焼室１６からのＨＣの排出が抑制され
ることになる。
戻すことによる内部ＥＧＲの効果によってＮＯｘ自体の
生成が抑制されるとともに、上述のように、上死点後の
オーバーラップが上死点前のオーバーラップよりも大き
くなることで、燃焼室１６に戻される排ガスの大部分が
排気行程終期の比較的ＨＣを多く含んだ排ガスとなり、
このような排ガスが再度燃焼させられることにより燃焼
室１６から排出される排ガス中のＨＣの排出自体が抑え
られる。従って、このような内部ＥＧＲの効果及び触媒
１１の活性化促進により、効果的にＮＯｘの発生が抑え
られるとともに燃焼室１６からのＨＣの排出が抑制され
ることになる。
【００４７】また、上記のように調節弁２３が閉じられ
て第１吸気ポート１７のみから吸気が行われと、上述の
ように第１吸気ポート１７からの吸気によって燃焼室１
６内にスワール（横渦）が生成される。そのため、比較
的燃料の少ない低負荷、低回転領域であっても効果的に
燃焼性が向上するという効果がある。
て第１吸気ポート１７のみから吸気が行われと、上述の
ように第１吸気ポート１７からの吸気によって燃焼室１
６内にスワール（横渦）が生成される。そのため、比較
的燃料の少ない低負荷、低回転領域であっても効果的に
燃焼性が向上するという効果がある。
【００４８】さらに、上記エンジンでは、インジェクタ
２４が燃焼室１６の一側方に配設されて、インジェクタ
配置部分に対向する燃焼室周縁付近に向かう斜め下方に
向かって燃料を噴射するように構成されているため、構
造的には、噴射燃料がシリンダ１４壁面に付着し易く、
そのため排気行程終期の排ガス中に多くのＨＣが含まれ
る傾向にある。しかし、上述のように、上死点後のオー
バーラップが上死点前のオーバーラップよりも大きくさ
れて燃焼室１６に戻される排ガスの大部分が排気行程終
期の排ガスとなるので、上記のようなインジェクタ配置
であっても燃焼室１６から排出されるＨＣの排出自体を
効果的に抑えることができるという効果もある。
２４が燃焼室１６の一側方に配設されて、インジェクタ
配置部分に対向する燃焼室周縁付近に向かう斜め下方に
向かって燃料を噴射するように構成されているため、構
造的には、噴射燃料がシリンダ１４壁面に付着し易く、
そのため排気行程終期の排ガス中に多くのＨＣが含まれ
る傾向にある。しかし、上述のように、上死点後のオー
バーラップが上死点前のオーバーラップよりも大きくさ
れて燃焼室１６に戻される排ガスの大部分が排気行程終
期の排ガスとなるので、上記のようなインジェクタ配置
であっても燃焼室１６から排出されるＨＣの排出自体を
効果的に抑えることができるという効果もある。
【００４９】一方、高負荷領域、あるいは低負荷、高回
転領域では、上記調節弁２３が開かれることにより第１
及び第２の両吸気ポート１７，１８から吸気が行われる
とともに、上記過給機６が駆動されることにより吸気の
過給が行われる。このように両吸気ポート１７，１８か
ら吸気が行われると、吸排気弁のオーバーラップは、図
５に示すように、上死点前のオーバーラップが上死点後
のオーバーラップよりも大きくされ、これによって燃料
効率及び耐ノッキング性能が高められる。
転領域では、上記調節弁２３が開かれることにより第１
及び第２の両吸気ポート１７，１８から吸気が行われる
とともに、上記過給機６が駆動されることにより吸気の
過給が行われる。このように両吸気ポート１７，１８か
ら吸気が行われると、吸排気弁のオーバーラップは、図
５に示すように、上死点前のオーバーラップが上死点後
のオーバーラップよりも大きくされ、これによって燃料
効率及び耐ノッキング性能が高められる。
【００５０】すなわち、上述のように過給機６が駆動さ
れている状態で上死点前のオーバーラップが上死点後の
オーバーラップよりも大きくされると、吸気の吹き抜け
によって燃焼室１６から排気ポート１９，２０への排ガ
スの導出が促進され、これによっていわゆる燃焼室１６
の掃気効果が高められる。そのため、燃焼室１６内の残
留排ガス量が著しく減少し、これにより充填効率が高め
られるとともに、燃焼室１６内の温度上昇が抑えられて
耐ノッキング性能が高められることになる。
れている状態で上死点前のオーバーラップが上死点後の
オーバーラップよりも大きくされると、吸気の吹き抜け
によって燃焼室１６から排気ポート１９，２０への排ガ
スの導出が促進され、これによっていわゆる燃焼室１６
の掃気効果が高められる。そのため、燃焼室１６内の残
留排ガス量が著しく減少し、これにより充填効率が高め
られるとともに、燃焼室１６内の温度上昇が抑えられて
耐ノッキング性能が高められることになる。
【００５１】なお、高負荷領域、あるいは低負荷、高回
転領域では、上述のように掃気効果が高められるため、
低負荷、低回転領域のように排ガスの逆流による触媒１
１の活性化促進という効果は期待できないが、高負荷領
域等における排ガス温度は触媒１１を活性化できる程度
に充分に高く、従って、排ガスを逆流させなくても特に
問題となることはない。
転領域では、上述のように掃気効果が高められるため、
低負荷、低回転領域のように排ガスの逆流による触媒１
１の活性化促進という効果は期待できないが、高負荷領
域等における排ガス温度は触媒１１を活性化できる程度
に充分に高く、従って、排ガスを逆流させなくても特に
問題となることはない。
【００５２】ところで、上述のエンジンは本発明に係る
筒内噴射型のエンジンの一例であって、その具体的な構
成は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であ
る。
筒内噴射型のエンジンの一例であって、その具体的な構
成は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であ
る。
【００５３】例えば、上記エンジンでは、吸気の始期を
変動させるために、異なるタイミングで吸気を開始する
２個の吸気ポート１７，１８を設け、吸気が早く行われ
る吸気ポート１８に調節弁２３を設けてこの調節弁２３
を開閉するようにしているが、これ以外に、吸気弁用の
カムとして位相の異なる２種類のカムを設け、これらカ
ムの一方で吸気弁を作動させるように切り替えるように
したり、あるいは単一のカムで吸気弁を作動させながら
このカムの位相を変動させて吸気の始期を変動させるよ
うに構成することもできる。この場合、吸気ポートは必
ずしも２個である必要はなく１個であっても構わない。
変動させるために、異なるタイミングで吸気を開始する
２個の吸気ポート１７，１８を設け、吸気が早く行われ
る吸気ポート１８に調節弁２３を設けてこの調節弁２３
を開閉するようにしているが、これ以外に、吸気弁用の
カムとして位相の異なる２種類のカムを設け、これらカ
ムの一方で吸気弁を作動させるように切り替えるように
したり、あるいは単一のカムで吸気弁を作動させながら
このカムの位相を変動させて吸気の始期を変動させるよ
うに構成することもできる。この場合、吸気ポートは必
ずしも２個である必要はなく１個であっても構わない。
【００５４】また、上記エンジン１では、インジェクタ
２４が燃焼室１６の周縁部に配置され、インジェクタ配
置部分に対向する燃焼室周縁付近に向かって燃料が噴射
されることにより燃焼室１６の天井部に配置された点火
プラグ２５先端に燃料が成層されるようになっている
が、本願発明は、例えば、図８に示すように、ピストン
１５の上面（ピストンヘッド）に燃料誘導のための湾曲
面１５ａを形成し、この湾曲面１５ａに向かって燃料を
噴射することにより、湾曲面１５ａで噴射燃料を反射さ
せて点火プラグ２５の先端近傍に燃料を成層させるよう
なエンジンについても有効である。すなわち、このよう
なエンジンでは、ピストンヘッドに燃料が付着し易く、
燃焼速度が比較的上がり難い低負荷時にはピストンヘッ
ド近傍に不完全燃焼ガスが残り、これによって排気行程
終期の排ガスに多くのＨＣが含まれる傾向にある。従っ
て、低負荷時に排気行程終期の排ガスを逆流させて再燃
焼させるようにすれば、図８に示すようなエンジンにお
いて効果的に燃焼室１６からのＨＣの排出を抑制するこ
とができる。
２４が燃焼室１６の周縁部に配置され、インジェクタ配
置部分に対向する燃焼室周縁付近に向かって燃料が噴射
されることにより燃焼室１６の天井部に配置された点火
プラグ２５先端に燃料が成層されるようになっている
が、本願発明は、例えば、図８に示すように、ピストン
１５の上面（ピストンヘッド）に燃料誘導のための湾曲
面１５ａを形成し、この湾曲面１５ａに向かって燃料を
噴射することにより、湾曲面１５ａで噴射燃料を反射さ
せて点火プラグ２５の先端近傍に燃料を成層させるよう
なエンジンについても有効である。すなわち、このよう
なエンジンでは、ピストンヘッドに燃料が付着し易く、
燃焼速度が比較的上がり難い低負荷時にはピストンヘッ
ド近傍に不完全燃焼ガスが残り、これによって排気行程
終期の排ガスに多くのＨＣが含まれる傾向にある。従っ
て、低負荷時に排気行程終期の排ガスを逆流させて再燃
焼させるようにすれば、図８に示すようなエンジンにお
いて効果的に燃焼室１６からのＨＣの排出を抑制するこ
とができる。
【００５５】さらに、上記エンジンでは、低負荷、低回
転領域で上死点後のオーバーラップが上死点前のオーバ
ーラップよりも大きくなり、これ以外の領域で上死点後
のオーバーラップが上死点前のオーバーラップよりも小
さくなるように吸排時期を変動させるようにしている
が、例えば、エンジン負荷のみに応じて吸排時期を変動
させたり、あるいはエンジン回転数のみに応じて吸排時
期を変動させるようにしてもよい。
転領域で上死点後のオーバーラップが上死点前のオーバ
ーラップよりも大きくなり、これ以外の領域で上死点後
のオーバーラップが上死点前のオーバーラップよりも小
さくなるように吸排時期を変動させるようにしている
が、例えば、エンジン負荷のみに応じて吸排時期を変動
させたり、あるいはエンジン回転数のみに応じて吸排時
期を変動させるようにしてもよい。
【００５６】また、必ずしも、上死点前後のオーバーラ
ップの割合を変動させる必要はなく、上死点後のオーバ
ーラップが上死点前のオーバーラップよりも大きくなる
ように固定的に設定するようにしてもよい。このように
すれば、上死点前後のオーバーラップの割合を変動させ
るための各種構造や制御が不要となり、エンジン構造等
を簡略化することができる。但し、掃気性能を高めて耐
ノッキング性能や充填効率を高める上では、上記エンジ
ンのように高負荷時に上死点後のオーバーラップを上死
点前のオーバーラップよりも小さくできるように構成す
る方が好ましい。
ップの割合を変動させる必要はなく、上死点後のオーバ
ーラップが上死点前のオーバーラップよりも大きくなる
ように固定的に設定するようにしてもよい。このように
すれば、上死点前後のオーバーラップの割合を変動させ
るための各種構造や制御が不要となり、エンジン構造等
を簡略化することができる。但し、掃気性能を高めて耐
ノッキング性能や充填効率を高める上では、上記エンジ
ンのように高負荷時に上死点後のオーバーラップを上死
点前のオーバーラップよりも小さくできるように構成す
る方が好ましい。
【００５７】さらに、上記エンジンでは、吸気の始期を
変化させることによって吸排気弁の上死点前後のオーバ
ーラップの割合を変動させるようにしているが、勿論、
排気の始期を変化させるようにしてもよい。
変化させることによって吸排気弁の上死点前後のオーバ
ーラップの割合を変動させるようにしているが、勿論、
排気の始期を変化させるようにしてもよい。
【００５８】また、上記エンジンでは、主に低負荷、低
回転の運転域では圧縮行程後期に燃料を噴射するように
しているが、例えば、エンジンの冷機時には、吸気行程
で燃料を噴射して希薄燃料を行わせるようにしてもよ
い。このようにすれば、燃焼室１６への排ガスの戻し作
用により噴射燃料の気化、霧化が効果的に促進され、燃
焼室１６への排ガスの戻し作用と相俟って、エンジン始
動直後等であっても排ガス温度を効果的に上昇させるこ
とが可能となる。
回転の運転域では圧縮行程後期に燃料を噴射するように
しているが、例えば、エンジンの冷機時には、吸気行程
で燃料を噴射して希薄燃料を行わせるようにしてもよ
い。このようにすれば、燃焼室１６への排ガスの戻し作
用により噴射燃料の気化、霧化が効果的に促進され、燃
焼室１６への排ガスの戻し作用と相俟って、エンジン始
動直後等であっても排ガス温度を効果的に上昇させるこ
とが可能となる。
【００５９】さらに、上記エンジンでは、燃料噴射量の
多い中負荷の運転域（領域Ｅ）では、全燃料噴射量の一
部を吸気行程中に噴射するようになっているが、このよ
うな中負荷の運転域においても、上死点後のオーバーラ
ップを上死点前のオーバーラップよりも大きくするよう
にしてもよい。すなわち、インジェクタ２４が燃焼室１
６の一側方に配設されて、インジェクタ配置部分に対向
する燃焼室周縁付近に向かう斜め下方に向かって燃料を
噴射するように構成された上記エンジンでは、吸気行程
中に燃料が噴射されると、噴射燃料がシリンダ１４壁面
等に付着し易く、そのため排気行程終期の排ガス中に多
くのＨＣが含まれる傾向にある。従って、中負荷の運転
域において上死点後のオーバーラップを上死点前のオー
バーラップよりも大きくして燃焼室１６に排気行程終期
の排ガスを戻すようにすれば、中負荷の運転域におい
て、燃焼室１６からのＨＣの排出を効果的に抑えること
ができるという効果がある。
多い中負荷の運転域（領域Ｅ）では、全燃料噴射量の一
部を吸気行程中に噴射するようになっているが、このよ
うな中負荷の運転域においても、上死点後のオーバーラ
ップを上死点前のオーバーラップよりも大きくするよう
にしてもよい。すなわち、インジェクタ２４が燃焼室１
６の一側方に配設されて、インジェクタ配置部分に対向
する燃焼室周縁付近に向かう斜め下方に向かって燃料を
噴射するように構成された上記エンジンでは、吸気行程
中に燃料が噴射されると、噴射燃料がシリンダ１４壁面
等に付着し易く、そのため排気行程終期の排ガス中に多
くのＨＣが含まれる傾向にある。従って、中負荷の運転
域において上死点後のオーバーラップを上死点前のオー
バーラップよりも大きくして燃焼室１６に排気行程終期
の排ガスを戻すようにすれば、中負荷の運転域におい
て、燃焼室１６からのＨＣの排出を効果的に抑えること
ができるという効果がある。
【００６０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の筒内噴射
型エンジンは、燃料を焼室内に直接噴射するインジェク
タを備え、低負荷時に噴射燃料を点火プラグ近傍に供給
して成層燃焼を行わせるようにした筒内噴射型エンジン
において、吸排気のオーバーラップが１mmリフト位置を
もって定義した吸気弁開時期から排気弁閉時期までのク
ランク角で表す−１０°以上となり、かつピストンが上
死点に達した後の吸排気のオーバーラップが上死点に達
する前の吸排気のオーバーラップより大きくなるよう
に、低負荷運転時における吸排時期を設定し、これによ
って排気ポートに導出された排気行程終期の排ガス（Ｈ
Ｃを多く含むガス）を燃焼室内に戻して再度燃焼させる
ようにしたので、低負荷運転時でも、排気温度を高めて
触媒を速やかに活性化することができる。しかも、内部
ＥＧＲの効果によりＮＯｘの生成を抑制することができ
るとともに、燃焼室に戻したＨＣを再燃焼されることで
燃焼室からのＨＣの排出を抑制することができる。従っ
て、従来のこの種のエンジンに比べ、排ガス性状を効果
的に向上させることができる。
型エンジンは、燃料を焼室内に直接噴射するインジェク
タを備え、低負荷時に噴射燃料を点火プラグ近傍に供給
して成層燃焼を行わせるようにした筒内噴射型エンジン
において、吸排気のオーバーラップが１mmリフト位置を
もって定義した吸気弁開時期から排気弁閉時期までのク
ランク角で表す−１０°以上となり、かつピストンが上
死点に達した後の吸排気のオーバーラップが上死点に達
する前の吸排気のオーバーラップより大きくなるよう
に、低負荷運転時における吸排時期を設定し、これによ
って排気ポートに導出された排気行程終期の排ガス（Ｈ
Ｃを多く含むガス）を燃焼室内に戻して再度燃焼させる
ようにしたので、低負荷運転時でも、排気温度を高めて
触媒を速やかに活性化することができる。しかも、内部
ＥＧＲの効果によりＮＯｘの生成を抑制することができ
るとともに、燃焼室に戻したＨＣを再燃焼されることで
燃焼室からのＨＣの排出を抑制することができる。従っ
て、従来のこの種のエンジンに比べ、排ガス性状を効果
的に向上させることができる。
【００６１】このようなエンジンにおいて、特に、エン
ジンの吸気通路に機械式過給機を設けるようにすれば、
過給により高負荷時の掃気性能が高められるので、これ
によって耐ノッキング性能や充填効率を高めることがで
きる。
ジンの吸気通路に機械式過給機を設けるようにすれば、
過給により高負荷時の掃気性能が高められるので、これ
によって耐ノッキング性能や充填効率を高めることがで
きる。
【００６２】また、吸排気のオーバーラップを可変とす
る可変手段と、この可変手段を制御する制御手段とを設
け、高負荷運転時には、低負荷運転時に比べて、ピスト
ンが上死点に達する前の吸排気のオーバーラップが大き
くなるように可変手段を制御するようにすれば高負荷時
の掃気性能をさらに高めることが可能となり、耐ノッキ
ング性能等を高める上で有利となる。
る可変手段と、この可変手段を制御する制御手段とを設
け、高負荷運転時には、低負荷運転時に比べて、ピスト
ンが上死点に達する前の吸排気のオーバーラップが大き
くなるように可変手段を制御するようにすれば高負荷時
の掃気性能をさらに高めることが可能となり、耐ノッキ
ング性能等を高める上で有利となる。
【００６３】さらに、吸排気のオーバーラップがエンジ
ン回転数が高くなるにつれて大きくなるように吸排時期
を設定するようにすれば、低回転域から高回転域にわた
って上記エンジンの作用効果を得ることができる。
ン回転数が高くなるにつれて大きくなるように吸排時期
を設定するようにすれば、低回転域から高回転域にわた
って上記エンジンの作用効果を得ることができる。
【００６４】なお、噴射燃料がピストンヘッドで反射さ
れて点火プラグ近傍に達するように上記インジェクタ及
びピストンが構成されているエンジンや、燃焼室の天井
部に配置された点火プラグ近傍に向かって直接燃料を噴
射するようにインジェクタが構成されているエンジンに
ついて上記構成を採用するようにすれば、効果的に燃焼
室から排出される排ガス中のＨＣを低減させることがで
きる。
れて点火プラグ近傍に達するように上記インジェクタ及
びピストンが構成されているエンジンや、燃焼室の天井
部に配置された点火プラグ近傍に向かって直接燃料を噴
射するようにインジェクタが構成されているエンジンに
ついて上記構成を採用するようにすれば、効果的に燃焼
室から排出される排ガス中のＨＣを低減させることがで
きる。
【図１】本発明に係る筒内噴射型エンジンの一例を示す
模式図である。
模式図である。
【図２】上記エンジンのエンジン本体を示す要部概略図
である。
である。
【図３】上記エンジン本体の燃焼室及びその付近を示す
平面概略図である。
平面概略図である。
【図４】吸排時期のオーバーラップを説明する図（調節
弁を閉じた状態）である。
弁を閉じた状態）である。
【図５】吸排時期のオーバーラップを説明する図（調節
弁を開いた状態）である。
弁を開いた状態）である。
【図６】過給機が駆動状態及び停止状態とされる運転領
域と吸排時期のオーバーラップを変動させる領域の一例
を示す図である。
域と吸排時期のオーバーラップを変動させる領域の一例
を示す図である。
【図７】燃料の噴射タイミングを説明する図である。
【図８】エンジン構造の他の例を示すエンジンの要部概
略図である。
略図である。
１ エンジン本体 ２ 吸気通路 ３ 排気通路 １４ シリンダ １５ ピストン １６ 燃焼室 １７ 第１吸気ポート １８ 第２吸気ポート １９，２０ 排気ポート ２１ 吸気弁 ２２ 排気弁 ２３ 調節弁 ２４ インジェクタ ２５ 点火プラグ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 23/00 Ｆ０２Ｄ 23/00 Ｋ 41/02 ３２５ 41/02 ３２５Ａ 41/04 ３２０ 41/04 ３２０ ３３５ ３３５Ｅ 41/06 ３３５ 41/06 ３３５Ｚ
Claims (12)
- 【請求項１】 燃料を焼室内に直接噴射するインジェク
タを備え、低負荷時に噴射燃料を点火プラグ近傍に供給
して成層燃焼を行わせるようにした筒内噴射型エンジン
において、吸排気のオーバーラップが１mmリフト位置を
もって定義した吸気弁開時期から排気弁閉時期までのク
ランク角で表す−１０°以上となり、かつピストンが上
死点に達した後の吸排気のオーバーラップが上死点に達
する前の吸排気のオーバーラップより大きくなるよう
に、低負荷運転時における吸排時期が設定されているこ
とを特徴とする筒内噴射型エンジン。 - 【請求項２】 上記エンジンの吸気通路に機械式過給機
が設けられていることを特徴とする請求項１記載の筒内
噴射型エンジン。 - 【請求項３】 上記点火プラグが燃焼室の天井部略中央
に配置されるとともに、上記インジェクタが燃焼室にお
ける吸気ポート側の側壁に配置されて燃焼室の斜め下方
に向かって燃料を噴射するものであって、中負荷運転時
に燃料の吸気行程噴射が行われ、少なくとも低負荷運転
域から中負荷運転域にわたる運転域でピストンが上死点
に達した後の吸排気のオーバーラップが上死点に達する
前の吸排気のオーバーラップより大きくなるように吸排
時期が設定されていることを特徴とする請求項２記載の
筒内噴射型エンジン。 - 【請求項４】 エンジン温度が低いエンジン冷機時は、
低負荷運転域において燃料の吸気行程噴射による希薄燃
焼を行わせるべく燃料の噴射タイミング及び噴射量が設
定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の筒
内噴射型エンジン。 - 【請求項５】 吸排気のオーバーラップを可変とする可
変手段と、この可変手段を制御する制御手段とが設けら
れ、この制御手段は、高負荷運転時には、低負荷運転時
と比べて、ピストンが上死点に達する前の吸排気のオー
バーラップが大きくなるように制御するものであること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の筒内噴
射型エンジン。 - 【請求項６】 上記可変手段は、上記燃焼室に通じる２
つの吸気ポートと、これらの吸気ポートからの吸気時期
を変更可能とする変更手段とから構成され、上記吸気ポ
ートは、一方側のポートによる吸気が他方側のポートに
よる吸気よりも早く開始されるように構成され、上記変
更手段は、上記両ポートのうち早く吸気が開始される吸
気ポートを開閉する手段から構成されていることを特徴
とする請求項５記載の筒内噴射型エンジン。 - 【請求項７】 上記可変手段は、吸気弁の開時期を可変
とする弁開時期変更手段からなることを特徴とする請求
項５記載の筒内噴射型エンジン。 - 【請求項８】 ピストンが上死点に達する前後の吸排気
のオーバーラップの割合を少なくとも負荷方向において
は一定とすることを特徴とする請求項２又は３記載の筒
内噴射型エンジン。 - 【請求項９】 吸排気のオーバーラップがエンジン回転
数が高くなるにつれて大きくなるように吸排時期が設定
されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか
に記載の筒内噴射型エンジン。 - 【請求項１０】 噴射燃料がピストンヘッドで反射され
て点火プラグ近傍に達するように上記インジェクタ及び
ピストンが構成されていることを特徴とする請求項１乃
至９のいずれかに記載の筒内噴射型エンジン。 - 【請求項１１】 上記インジェクタが燃焼室における吸
気ポート側の側壁に配置され、圧縮行程後半で噴射燃料
がピストンヘッドに衝突するように燃焼室の斜め下方に
向かって燃料を噴射するように構成されていることを特
徴とする請求項１０記載の筒内噴射型エンジン。 - 【請求項１２】 上記インジェクタは、燃焼室の天井部
に配置された点火プラグ近傍に向かって直接燃料を噴射
するように構成されていることを特徴とする請求項１乃
至９のいずれかに記載の筒内噴射型エンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9008122A JPH10205362A (ja) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | 筒内噴射型エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9008122A JPH10205362A (ja) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | 筒内噴射型エンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10205362A true JPH10205362A (ja) | 1998-08-04 |
Family
ID=11684494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9008122A Withdrawn JPH10205362A (ja) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | 筒内噴射型エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10205362A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001014694A1 (fr) * | 1999-08-23 | 2001-03-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Unite de commande de caracteristiques de soupape de moteur |
| US6502541B2 (en) | 2001-02-21 | 2003-01-07 | Hitachi, Ltd. | Control system for direct fuel injection engine |
| JP2019039393A (ja) * | 2017-08-25 | 2019-03-14 | マツダ株式会社 | 過給システム付きエンジン |
| US10982616B2 (en) | 2017-08-25 | 2021-04-20 | Mazda Motor Corporation | Premixed compression ignition type engine with supercharging system |
-
1997
- 1997-01-20 JP JP9008122A patent/JPH10205362A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001014694A1 (fr) * | 1999-08-23 | 2001-03-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Unite de commande de caracteristiques de soupape de moteur |
| EP1209329A1 (en) * | 1999-08-23 | 2002-05-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Engine valve characteristic controller |
| EP1209329A4 (en) * | 1999-08-23 | 2002-10-16 | Toyota Motor Co Ltd | CONTROL DEVICE FOR THE CHARACTERISTICS OF ENGINE VALVES |
| US6561150B1 (en) | 1999-08-23 | 2003-05-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Engine valve characteristic controller |
| CN1327110C (zh) * | 1999-08-23 | 2007-07-18 | 丰田自动车株式会社 | 发动机的阀特性控制装置 |
| US6502541B2 (en) | 2001-02-21 | 2003-01-07 | Hitachi, Ltd. | Control system for direct fuel injection engine |
| JP2019039393A (ja) * | 2017-08-25 | 2019-03-14 | マツダ株式会社 | 過給システム付きエンジン |
| US10982616B2 (en) | 2017-08-25 | 2021-04-20 | Mazda Motor Corporation | Premixed compression ignition type engine with supercharging system |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040406 |