KR100515254B1 - 통내분사형엔진 - Google Patents

Abstract

불꽃점화식 통내분사형 엔진에 있어서, 인젝터로부터의 분무가 연소실의 벽면에 부착하는 것을 방지하면서, 착화안정성을 확보하여 효과적으로 성층연소를 행하게할 수 있도록 한다.

연소실(5)의 거의 주위 가장자리부에 배치한 인젝터(15)의 선단부로부터 이것에 대향하는 연소실단까지의 거리(L)를, 압축행정 후기분사에 있어서의 분사개시부터 점화시기까지 동안의 분무도달거리(11)보다도 크게 설정함과 동시에, 인젝터(15)로부터의 분무에리어 내에 점화갭(16a)을 개재시켜서, 인젝터 선단부로부터 점화갭(16a)까지의 거리(12)를 상기 분무도달거리(11)보다도 작게 설정함으로써, 인젝터(15)로부터의 분무가 점화시기에 연소실 벽면까지 달해있지 않고, 또한 점화갭(16a) 주위에 존재하고 있는 상태가 얻어지도록 한다.

Description

통내분사형 엔진

본 발명은 인젝터의 선단부를 연소실 내에 배치하고, 적어도 저부하 저회전역에서 압축행정 후기에 분사를 행하도록 한 불꽃점화식 통내분사형 엔진에 관한 것이다.

종래, 예를 들면 일본국 특개평 6-81651호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 점화플러그를 구비함과 동시에, 연료를 연소실내에 직접 분사공급하는 인젝터를 구비하고, 성층연소에 의한 연비개선을 도모하도록 한 불꽃점화방식의 통내분사형 엔진은 알려져 있다. 이런 종류의 엔진에서는 적어도 저부하 저회전역에서 압축행정 후기에 상기 인젝터로부터 연소실 내에 연료를 분사함으로써, 연료의 확산을 억제하여 성층화가 도모되지만, 이 경우 연료의 확산을 억제하면서도 미립화를 촉진하고, 또한 점화플러그 부근에 착화가능한 적당한 공연비의 혼합기가 편재하는 상태를 확보하는 것이 요구된다.

이 때문에, 상기 공보에 개시되는 통내분사형 엔진에서는 피스톤의 상면에 凹상의 곡면과 이것에 연결되는 융기부를 배설하는 한편, 피스톤 상방의 실린더헤드에 피스톤이 상사점 부근에 이르렀을 때에 상기 凹상의 곡면을 향하여 연료를 분사하도록 인젝터를 배치함과 동시에, 상기 융기부에 대향하는 위치에 점화플러그를 배치함으로써, 상기 인젝터로부터 분사된 연료가 피스톤의 凹상의 곡면에 충돌하고, 충돌후에 비산한 연료가 공기와 혼합하여 점화플러그 부근에 떠돌도록 하고 있다.

또, 일본국 특개평 8-165975호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 상기 일본국 특개평 6-81651호 공보와 같은 통내분사형 엔진으로서, 피스톤의 상면에 凹부를 배설하는 한편, 피스톤의 凹부 상방의 실린더헤드에는 피스톤이 상사점 부근에 이르렀을 때에 상기 凹부내를 향하여 연료를 분사하도록 배치된 인젝터와 함께, 연료분류(噴流)내에 돌출하는 위치에 배치된 점화전(點火栓)이 배설되어 있다.

상기와 같이 전자의 공보에 기재한 통내분사형 엔진은, 인젝터로부터 분사한 연료를 일단 연소실 벽면(예를 들면 피스톤 상면)에 충돌시키도록 하고 있지만, 이와 같이 하면, 연소실 벽면에 충돌한 연료의 일부는 비산하지 않고 벽면에 부착한 상태로 남고, 이 연료가 충분히 연소하지 않고 배출되기 때문에, 배기가스 중의 HC가 증가하여 이미션을 악화시킴과 동시에, 연비개선을 방지한다고 하는 문제가 있었다.

또, 후자의 공보에 기재되어 있는 통내분사형 엔진은, 인젝터와 점화전이 함께 피스톤의 凹부 상방에 배설되어 있고, 인젝터와 점화전과의 간격이 짧아져버린다. 이와 같이 하면, 연료분류는 점화전에 의해 착화되기 전에 피스톤의 凹부벽면에 충돌해버리고, 전자의 공보에 기재된 통내분사형엔진과 마찬가지로 凹부벽면에 충돌한 연료의 일부는 벽면에 부착한 상태로 남고, 연비개선을 방지한다.

본 발명은 상기의 사정을 감안하여 인젝터로부터의 분무가 연소실의 벽면에 부착하는 것을 방지하면서, 착화안정성을 확보하여 효과적으로 성층연소를 행하게 할 수 있고, 연비 및 이미션성능을 대폭 향상할 수 있는 통내분사형 엔진을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 연소실의 주위 가장자리부에 인젝터의 선단부를 배치하고, 적어도 저부하 저회전역에서 압축행정 후기에 분사를 행하도록 한 불꽃점화식의 통내분사형 엔진에 있어서, 인젝터 선단부로부터 상기 선단부가 대향하는 연소실단까지의 거리를, 압축행정 후기분사에 있어서의 분사개시부터 점화시기까지 동안의 분무도달거리보다도 크게 설정함과 동시에, 인젝터로부터의 분무에리어내에 점화갭이 개재하도록 점화플러그를 배치하고, 인젝터선단부부터 점화갭까지의 거리를 상기 분무도달거리보다도 작게 설정한 것이다.

이 구성에 의하면, 적어도 저부하 저회전역에서, 압축행정 후기에 인젝터로부터 연소실 내에 연료가 분사됨으로써, 성층연소가 이루어진다. 이 경우에 상기와 같이 각 거리의 관계가 설정되어 있음으로써, 점화시기에는 인젝터로부터의 분무가 연소실 벽면에까지 도달하지 않고, 또한 점화플러그의 점화갭 주변에 분무가 존재하는 상태가 확보된다. 따라서, 연소실 벽면으로의 분무의 부착이 방지되면서 착화안정성이 확보되어 유효하게 성층연소가 이루어진다.

본 발명에 있어서, 실린더블록의 실린더보어 내에 피스톤을 배치하고, 실린더 헤드의 피스톤 상면에 대향하는 부분에 실린더보어와의 맞춤면보다 상방으로 요함(凹陷)한 연소실 천정부를 형성하고, 상기 연소실 천정부에 있어서 배기포트의 개구부가 배치되는 배기포트측 부분을 경사면으로 함과 동시에 흡기포트의 개구부가 배치되는 흡기포트측 부분을 상기 맞춤면과 대략 평행으로 상기 경사면의 상단에 연하는 면으로 하고 이 연소실의 천장부와 피스톤 상면 사이에 형성되는 연소실을 단면이 거의 받침대형으로 하고, 상기 연소실 천정부의 흡기포트측 부분의 주위 가장자리부에 인젝터를 분사방향이 비스듬하게 하방을 향하도록 배치해 두는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 압축행정 후기분사가 이루어질 경우에, 인젝터로부터의 분무가 점화시기까지 연소실 벽면에 부착하는 것을 피하는 설정을 행하는 것이 구조적으로 용이하게 가능해진다.

또한, 실린더보어 내에 배치한 피스톤의 상면에 인젝터의 분사방향 전방측만큼 차츰 요함하고, 또한 상기 분사방향과 직교하는 방향의 폭이 압축행정 후기분사에 있어서의 인젝터의 분사폭보다도 큰 리세스를 배설하고, 인젝터 선단부로부터 상기 리세스의 단부까지의 거리를 압축행정 후기분사에 있어서의 분사개시부터 점화시기까지 동안의 분무도달거리보다도 크게 해두면, 압축행정 후기분사에 의한 성층연소가 양호하게 이루어짐과 동시에, 피스톤 상면으로의 분무의 부착이 확실히 방지된다.

상기 인젝터는 압축행정 후기분사에 있어서의 분무각이 30°이하의 협각인젝터로 이루어지는 것이 바람직하고, 이와 같이 하면 압축행정 후기분사시에 분무의 확산이 억제되어 효과적으로 성층화가 이루어진다.

또한 상기 인젝터를 압축행정 후기분사가 이루어지는 저부하 저회전역에서 분무각이 30°이하의 협각이 되고, 고부하역 및 고회전역에서 분무각이 넓어지도록 구성해 두면, 저부하 저회전역에서 성층연소를 행하게 하는 한편, 고부하역이나 고회전역에서는 연료를 확산시켜서 균일연소를 행하게 하는 데에 유리해진다.

특히, 상기 인젝터로서 분위기압이 높아짐에 따라 분무각이 좁아지는 고압스월인젝터를 배설함과 동시에, 저부하 저회전역에서 압축행정 후기분사, 고부하역 및 고회전역에서 흡기행정분사를 행하도록 운전상태에 따라 인젝터의 분사시기를 설정해 두면, 저부하 저회전역에서의 성층연소 및 고부하역이나 고회전역에서의 균일연소가 효과적으로 이루어지고, 또한 고압스월인젝터에 의해 연료의 미립화가 촉진되며, 성층연소시에 있어서의 착화성, 연소성이 높아진다.

또, 본 발명에 있어서, 연소실 내의 가스유동을 조절하는 가스유동조절수단을 배설하고, 압축행정 후기분사가 이루어지는 운전영역에서 상기 가스유동조절수단에 의해 연소실내의 가스유동을 강화하도록 구성해 두는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 성층연소시에 상기 가스유동에 의해 연료의 미립화, 공기와의 믹싱 등이 양호하게 이루어진다.

또한, 가스유동조절수단이 스월생성수단을 포함하고, 압축행정 후기분사가 이루어지는 운전영역 중에서는 저부하측으로부터 고부하측 쪽이 스월비가 크고, 또한 저회전측보다 고회전측 쪽이 스월비가 작아지도록 스월생성수단을 작동시키는 구성으로서 해두면, 압축행정 후기분사가 이루어지는 운전영역 중에서 연료분사량이 많아지는 고부하측에서는 믹싱 등이 양호하게 이루어지는 한편, 저부하측이나 고회전측의 영역에서는 스월에 의한 과확산이나 분무의 굴곡이 발생한다고 하는 사태가 방지된다.

상기 가스유동조절수단은, 예를 들면 스월생성수단용 제1흡기포트와, 텀블생성용 제2흡기포트와, 상기 제2흡기포트에 밸설되어 제2흡기포트를 개폐하는 스월조절밸브를 가지고 있다. 이와 같이 하면, 스월이 억제되는 영역에서는 텀블에 의해 가스 유동성이 얻어진다.

본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.

도1은 본 발명의 일실시형태에 의한 통내분사형 엔진의 단면도, 도2는 단면의 개략도, 도3은 평면에서 본 개략도이다. 이들 도면에 있어서, 1은 실린더블록(2)상에 설치된 실린더헤드, 3은 실린더블록(2)의 실린더보어(4)내에 배치된 피스톤이고, 피스톤(3)의 상면과 실린더헤드(1)의 하면 사이에 연소실(5)이 형성되어 있고, 이 부분에 있어서의 실린더헤드(1)의 하면측에는 연소실(5)의 천정부를 구성하는 요함(凹陷)부가 배설되어 있다.

상기 실린더헤드(1)에는 연소실(5)에 개구하는 흡기포트 및 배기포트가 형성되고, 당 실시형태에서는 기통마다에 2개의 흡기포트(6, 7)와 2개의 배기포트(8, 9)가 형성되어 있다. 각 흡기포트(6, 7)에는 각각 흡기밸브(10)가 장비되고, 각 배기포트(8, 9)에는 각각 배기밸브(11)가 장비되어 있고, 흡기밸브용 캠축(12) 및 배기밸브용 캠축(13)의 각 캠에 의해 흡기밸브(10) 및 배기밸브(11)가 구동되도록 되어 있다.

또한, 연소실(5) 내에 직접 연료를 분사하는 인젝터(15)와, 점화플러그(16)가 실린더헤드(1)에 장착되어 있고, 상기 인젝터(15)의 선단부는 연소실(5)의 거의 주위 가장자리부에 배치되고, 점화플러그(16)의 선단은 연소실(5)의 천정부의 거의 중앙에 배치되어 있다.

상기 흡기밸브(10)와 배기밸브(11)는 실린더보어축선에 대한 밸브축선의 기울기각(θ1, θ2)이 다르고, 배기밸브(11)의 기울기각(θ2)보다 흡기밸브(10)의 기울기각(θ1) 쪽이 작아지도록 이들 밸브(10, 11)의 배치가 설정되며, 연소실(5)의 흡기포트개구측의 벽면 및 배기포트 개구측의 벽면이 각각 흡기밸브(10)의 밸브축선 및 배기밸브(11)의 밸브축선과 직교하도록 형성되어 있다. 또, 흡기포트 개구측의 연소실 측방에 있어서 실린더헤드(1)의 하부에 인젝터(15)가 배치되고, 이 인젝터(15)와 흡기밸브축과의 사이의 부분에 흡기포트(6, 7)가 형성되어 있다.

이들 구조를 보다 구체적으로 설명하면, 실린더보어 축선의 방향을 수직방향, 이것과 직교하는 방향(실린더헤드(1)와 실린더블록(2)의 맞춤면의 방향)을 수평방향으로 하면, 배기밸브(11)의 밸브축선은 수직방향에 대해 비교적 크게 기울어 있지만, 흡기밸브(10)의 밸브축선은 거의 수직방향에 서있다. 그리고, 상기 흡기포트(6, 7)는 캠축방향으로 나열된 상태에서 연소실(5)의 천정부의 편반부측에 개구하고, 상기 양 배기포트(8, 9)는 캠축방향으로 나열된 상태에서 연소실(5)의 천정부의 타반부측으로 개구하지만, 연소실(5)의 천정부는 배기포트 개구측은 배기밸브(11)의 밸브축선과 직교하는 경사면, 즉 연소실 중앙정부로부터 차츰 실린더헤드 하단면(실린더블록(2)과의 맞춤면)에 다가가는 소정 각도의 경사면으로 되고, 한편, 흡기포트 개구측은 흡기밸브(10)의 밸브축선과 직교하는 거의 수평면으로 되어 있으며, 이 흡기포트측의 면주변과 실린더헤드 하단면 사이에 종벽부(18)가 배설되고, 연소실과 비교해 흡기포트 개구측의 벽면의 주변부와 실린더헤드 하단과의 사이의 공간이 펼쳐져 있다. 이리하여 캠축(12, 13)과 직교하는 방향의 단면에서 본 연소실 형상은 거의 받침대형(台形)으로 되어 있다(도1 참조). 또한, 후에 설명하는 바와 같이 연소실(5)의 천정부 주변의 각각의 위치에는 연소실 용적을 작게하기 위한 마스크가 배설되어 있다(도1, 도2 참조).

상기 양 흡기포트(6, 7) 중의 제1흡기포트(6)는 스월생성용 포트, 제2흡기포트(7)는 텀블생성용 포트로서, 양 흡기포트(6, 7)는 하류단측부분의 연소실(5)에 대한 입사각이 동일하지만, 상류측이 비스듬하게 상방으로 연장되어 실린더헤드(1)의 일측벽 상부에 이르고, 또한 슬로트부로부터 상류에서 제2흡기포트(7)는 제1흡기포트(6) 보다도 상방으로 어긋나있다. 이 양 포트(6, 7)에는 이들에 대응하는 흡기통로(21 22)를 구비한 흡기매니폴드(20)가 접속되어 있다. 또, 상기 제2흡기포트(7) 혹은 이것에 연속되는 흡기통로(22)에, 이 흡기포트(7)를 개폐하는 스월조절밸브(23, 또는 가스유동조절수단)가 배설되어 있다. 각 기통에 대해 각각 배설되는 스월조절밸브(23)는 공통의 축(23a)을 통하여 연동하고, 액츄에이터(A)로 구동되도록 되어 있다(도 11참조). 그리고, 상기 스월조절밸브(23)가 닫혀졌을 때에는 제1흡기포트(6)로부터의 흡기에 의해 연소실(5) 내에 스월(橫渦)이 생성되고, 스월조절밸브(23)가 열리면 그 개도가 커짐에 따라 상기 스월이 약해짐과 동시에 제2흡기포트(7)로부터의 흡기에 의해 텀블(從渦)이 생성되게 되어 있다.

또, 상기 인젝터(15)는 연소실(5)의 일측방에 있어서 흡기포트(6, 7)가 배설된 부분의 하방에서 실린더헤드(1)에 장착되고, 인젝터(15) 선단부가 상기 종벽부(18)로부터 연소실(5) 내에 임해있다.

상기 인젝터(15)는 적어도 압축행정 후기분사가 이루어질 때에 분무각이 30°이하가 되는 협각 인젝터로 구성된다. 당 실시형태에서는, 분무에 스월을 발생시키는 분사구 형상으로 되어 있는 고압스월인젝터를 이용하고 있고, 이 고압스월인젝터에 의하면, 분위기압이 높아짐에 따라 분무각이 좁아지는 경향이 있어서, 연소실(5)내의 압력이 높아지는 압축행정 후기에 분사가 이루어질 때에는 분무각이 30° 이하의 협각이 되고(도4 참조), 연소실(5) 내의 압력이 낮은 흡기행정에서 분사가 이루어질 때에는 압축행정 후기분사와 비교해 분무각이 넓어지게(도5 참조) 되어 있다. 또한, 25는 인젝터(15)로부터의 분무이다.

도1 및 도2에 도시하는 바와 같이, 상기 인젝터(15)로부터의 분사방향은 비스듬한 방향을 향하도록 설정되어 있다. 즉, 실린더헤드(1)와 실린더블록(2)과의 맞춤면에 대해 경사지고, 인젝터배치부분에 대향하는 연소실 주위 가장자리 부근의 피스톤(3) 상면측을 향하는 방향으로 연료를 분사하도록 인젝터(15)가 배치되어 있다.

또, 도1~도3에 도시하는 바와 같이, 상기 피스톤(3)의 상면은 기본적으로는 전체가 평면상으로 형성되고, 그 거의 중앙부로부터 인젝터(15)에 대향하는 측(배기측)의 연소실 주위 가장자리 부근에까지 걸쳐서 리세스(26)가 형성되어 있다. 이 리세스(26)는 인젝터(15)로부터의 분사방향의 전방측 만큼 차츰 요함하고, 또한 상기 분사방향과 직교하는 방향의 폭이 압축행정 후기분사에 있어서의 인젝터(15)의 분사폭보다도 크게 되어 있고, 인젝터(15)로부터의 분무(25)의 퍼짐에 마주보도록 분사방향 전방측에서 폭이 넓어져 있다. 또한, 상기 리세스(26)가 배설됨으로써 연소실 용적이 증대하여 압축비가 저하하는 경향이 발생하지만, 이것을 시정하여 압축비를 확보하기 위해 피스톤(3) 상면의 흡기측 부분에는 상방으로 돌출하는 돌출부(27)가 배설되어 있다.

상기 인젝터(15)의 선단부로부터 상기 선단부가 대향하는 연소실단까지의 거리는 압축행정 후기분사에 있어서의 분사개시부터 점화시기까지 동안의 분무도달거리보다도 크게 설정되어 있다. 또, 상기 점화플러그(16)는 그 선단의 점화갭(16a)이 인젝터(15)로부터의 분무에리어내에 개재하도록 배치되어 있고, 인젝터(15)의 선단부부터 점화갭(16a)까지의 거리는 상기 분무도달거리보다도 작게 설정되어 있다.

이와 같은 설정을 당 실시형태에 대해 구체적으로 설명하면, 압축행정 후기에 있어서 상기 피스톤(3)이 상사점 부근에 있을 때에, 피스톤(3) 상면의 리세스(26)의 종단부가 상기 인젝터(15)의 선단부에 대향하는 연소실단에 상당하므로, 이 때의 인젝터(15)의 선단부로부터 리세스(26)의 종단(연소실단)까지의 거리를 L로 하고, 또 적어도 저부하 저회전역에서의 압축행정 후기분사에 있어서의 분사개시부터 점화시기까지 동안의 분무도달거리를 11로 하고, 인젝터선단부부터 점화플러그(16)의 점화갭(16a)까지의 거리를 12로 하면, L>11>12이 되도록 인젝터(15), 점화플러그(16) 및 리세스(26) 등의 위치관계나 분사개시시기 및 점화시기의 관계 등이 설정되어 있다.

인젝터(15)로부터의 분사시기는 운전상태에 따라 도6과 같이 제어된다. 즉, 이 도면 중에서 해칭을 붙인 영역(A)은 압축행정 후기분사가 이루어지는 영역, 그 이외의 영역(B)은 흡기행정 분사가 이루어지는 영역이고, 이 도면과 같이, 소정 부하 이하의 저·중부하이며, 또한 소정 엔진회전수 이하의 저·중회전의 운전영역(A)에서는 압축행정 후기에 연료분사가 이루어진다. 또, 이 영역(A) 중에서도 연료분사량이 적은 저부하역(A1)(동 도면중에 파선으로 나타내는 부하 이하의 영역)에서는, 압축행정 후기에 1회만 연료분사가 이루어지지만, 연료분사량이 어느 정도 많아지는 중부하역(A2)(동 도면중에 파선으로 나타내는 부하보다도 고부하측의 영역)에서는 연료분사가 압축행정 중에 2회가 이루어진다. 한편, 소정 부하보다도 고부하의 영역이나 소정 회전보다 고회전의 영역에서는 흡기행정 중에 연료분사가 이루어지도록 되어 있다.

또, 압축행정 분사가 이루어지는 운전영역 중에서 운전상태에 따라 스월의 제어가 도7, 도8에 도시하는 바와 같이 이루어진다. 즉, 엔진부하에 따른 스월제어로서는 도7에 도시하는 바와 같이 저부하측에서는 스월조절밸브(23)의 개도가 어느 정도 크게 됨으로써 스월비가 작게 되고, 압축행정 분사가 이루어지는 운전영역내에 있어서의 고부하측만큼, 스월조절밸브(23)의 개도가 작게 됨으로써 스월비가 증대되게 되어 있다. 또, 엔진회전수에 따른 스월제어로서는 도8에 도시하는 바와 같이, 저회전측에서는 스월조절밸브(23)의 개도가 작게 됨으로써 스월비가 크게 되고, 압축행정 분사가 이루어지는 운전영역내에 있어서의 고회전측 만큼, 스월조절밸브(23)의 개도가 크게 됨으로써 스월비가 감소되게 되어 있다.

또한, 이 외에 도면 외의 스로틀밸브의 개도도 운전상태에 따라 조절되지만, 당 실시형태의 장치에서는 저부하시에 흡입공기량이 많아서 연료가 적은, 높은 희박 상태에서도 성층화에 의해 연소성이 확보되므로, 기본적으로는 전운전영역에서 스로틀밸브가 전개(全開)로 되고, 시동시나 난기운전중에서 배기온도가 낮은 경우 등의 한정된 운전상태에서만, 배기정화용 촉매의 난기촉진 등을 위해 스로틀밸브가 닫힌다.

상기 연소실(5)의 마스크 등의 구조를 도15 및 도16을 참조하면서 설명한다.

실린더헤드(1)의 연소실 천정부를 형성하는 부분의 주변부에 있어서, 제1흡기포트(6)의 개구부(6a)과 이에 서로 이웃하는 제1배기포트(8)의 개구부(8a) 사이에 있어서의 종벽(31)은 실린더보어 주벽에 대응하도록 만곡(灣曲)한 상태로 되어 있다. 또, 제1흡기포트(6)의 개구부(6a)와 제2흡기포트(7)의 개구부(7a) 사이, 및 제2흡기포트(7)의 개구부(7a)와 제2배기포트(9)의 개구부(9a) 사이에는 각각 연소실 천정부로부터 실린더헤드 하단까지에 걸쳐, 실린더보어에 대응하는 원주면보다 내방으로 끌어낸 마스크(32, 34)가 형성되어 있고, 이 각 마스크(32, 34)의 내면측 종벽(33, 35)이 평면에서 보아 이웃하는 2개의 밸브의 거의 우산형상부(傘部) 외주에 대한 실린더보어 외방측 접선이 되도록 형성되어 있다.

또한 도면에 도시하는 예에서는 제1배기포트(8a)의 개구부와 제2배기포트(9)의 개구부(9a) 사이에 있어서도, 평면에서 보아 양 배기밸브(11)의 거의 우산형상부 외주에 대한 실린더보어 외방측 접선이 되는 종벽(36)이 연소실 주변부에 형성되어 있다. 무엇보다도 연소실 천정부의 배기포트 개구측은 경사면으로 되어 있어서, 양 배기포트 개구부(8a, 9a) 사이의 연소실 주변부는 상기 경사면의 하류부에 상당하므로, 그 종벽(36)의 높이는 상기 양 흡기포트 개구부(6a, 7a) 사이의 종벽(33) 및 제2흡기포트 개구부(7a)와 제2배기포트 개구부(9a) 사이의 종벽(35)과 비교해 낮아지고 있다.

도12 및 도13은 상기 통내분사형 엔진의 흡·배기밸브를 구동하는 동작밸브 기구 등을 도시하고 있다. 이들 도면과 상기의 도1에 도시하는 바와 같이, 동작밸브기구는 실린더헤드(1)상에 흡기밸브 측 및 배기밸브의 양 캠축(12, 13)이 병렬로 배치된 DOHC(더블오버헤드캠축)으로 되어 있다.

상기 양 캠축(12, 13)의 실린더보어 축선방향의 높이 위치관계로서는 상기와 같은 흡·배기밸브(10, 11)의 배치에 대응하여, 배기밸브측 캠축(13)의 높이가 흡기밸브측 캠축(12)의 높이보다도 낮게 설정되어 있다 즉, 흡기밸브(10)와 배기밸브(11)는 밸브축의 길이가 거의 동일하지만, 흡기밸브축보다 배기밸브축의 기울기가 크기 때문에, 밸브축 상단위치는 흡기밸브(10)보다 배기밸브(11) 쪽이 낮아지고, 이와 같은 밸브축 상단의 위치관계에 대응하여 양 캠축(12, 13)이 상기와 같은 높이위치관계에 배치되어 있다.

또, 본 실시형태에서는 상기 배기밸브측 캠축(13)이 전동수단을 통하여 크랭크축(30)에 의해 구동됨과 동시에, 흡기밸브측 캠축(12)이 배기밸브측 캠축에 의해 연동수단을 통하여 구동되도록 되어 있다.

구체적으로 설명하면, 크랭크축(30)의 전단부에 배설된 크랭크풀리(31)와, 배기밸브측 캠축(13)의 전단에 배설된 캠풀리(32)와, 이들에 걸쳐진 타이밍벨트(33)와, 아이들러(34), 텐셔너(35) 등으로 구성된 전동수단에 의해, 크랭크축(30)의 회전이 배기밸브측 캠축(13)에 전달되고, 또한 캠풀리(32)가 크랭크풀리(31)의 2배의 풀리지름으로 됨으로써 배기밸브측 캠축(13)이 크랭크축(30)에 대해 1/2의 속도로 회전하도록 되어 있다. 또, 양 캠축(12, 13)의 전단 근방에는 캠축사이의 연동수단으로서 같은 지름의 기어(36, 37)가 배설되고, 이들 기어(36, 37)가 서로 맞물림으로써 양 캠축(12, 13)이 같은 속도로 서로 역방향으로 회전하도록 되어 있다.

또한, 크랭크축(30)의 전단부에는 상기 풀리(31)에 덧붙여 보조기구 구동용 풀리(41)가 배설되고, 이 풀리(41)에 걸린 보조기구 구동용 벨트(42)에 의해 올터네이터(43), 워터펌프(44) 등이 구동되도록 되어 있다. 또, 실린더헤드(1)의 상부에 있어서, 배기밸브측 캠축(13)의 후단부 측방에는 디스트리뷰터장착부(45)가 배설되고, 이 장착부(45)에 장착되는 디스트리뷰터(도시 되지 않음)가 배기밸브측 캠축(13)으로 구동되고, 한편 흡기밸브측 캠축(12)의 후단부 측방에는 연료펌프(46)가 장착되어, 이 연료펌프(46)가 흡기밸브측 캠축(12)에서 벨트(47)를 통하여 구동되도록 되어 있다.

도14는 본 발명의 다른 실시형태를 도시하고 있다. 이 실시형태의 엔진도 인젝터(15)로부터 연료를 연소실(5) 내에 직접 분사하는 통내분사형 엔진으로서, 연소실 형상이나 인젝터(15) 및 흡·배기포트의 배치 등은 제1 실시형태와 같고, 또 동작밸브기구가 DOHC로서, 흡기밸브측, 배기밸브측의 양 캠축 중 한쪽이 전동수단을 통하여 크랭크축(30)으로 구동되며, 또한 양 캠축이 기어 등의 연동수단을 통하여 연동되고 있는 점도 제1실시형태와 같다. 단, 본 실시형태에서는 상기 양 캠축 중 흡기밸브측 캠축(12)이 크랭크축(30)으로 구동되고, 즉 흡기밸브측 캠축(12)에 캠풀리(32)가 배설되며, 이와 크랭크풀리(31)에 타이밍벨트(33)가 걸쳐져 있다.

이 엔진은 차량의 본네트(50)의 하방 엔진룸 내에 캠축이 차폭방향으로 연장되는 가로 놓임이고, 또한 흡기밸브측 캠축(12)이 배기밸브측 캠축보다 차량 후방측에 위치하도록 배치되어 있다.

이상과 같은 본 실시형태의 장치에 의한 작용을 다음에 설명한다.

저부하 저회전 측의 운전영역에서는 압축행정 후기에 상기 인젝터(15)로부터 연소실(5)내에 연료가 분사되고, 성층연소가 이루어진다. 이 경우, 인젝터(15)의 선단부로부터 이것에 대향하는 연소실단까지의 거리(L)가 분사개시부터 점화시기까지 동안의 분무도달거리(11)보다도 크게되어 있기 때문에, 점화시기까지에 분무(25)가 인젝터선단에 대향하는 연소실단의 벽면에 부착하는 것을 피할 수 있다. 또, 점화플러그(16)의 선단 점화갭(16a)이 분무에리어에 개재하고, 인젝터선단부부터 점화갭(16a)까지의 거리(12)보다도 상기 분무도달거리(11) 쪽이 크기 때문에, 점화시기에 점화갭(16a) 주변에 분무(25)가 존재하는 상태가 확보된다.

이 때문에 착화안정성이 확보되어 유효하게 성층연소가 이루어지고, 또한 연소실 벽면으로의 연료부착이 억제됨으로써 HC배출량이 저감되고, 연비 및 이미션 성능이 향상된다.

이 경우, 인젝터(15) 및 연소실(5)의 구조 등이 상기 설정과 더불어 성층연소시의 착화안정성의 확보와 연소실 벽면으로의 연비부착의 방지를 달성할 수 있도록 되어 있다.

즉, 상기 인젝터(15)는 고압스월인젝터로 이루어지고, 이 고압스월인젝터는 연료분무에 선회여과를 부여함으로써 미립화를 촉진하여 착화성을 향상함과 동시에, 분위기압이 높아지는 압축행정 후기분사에 있어서는 분무각이 30°이하로 좁아지기 (도4 참조) 때문에, 분무(25)의 확산에 따른 연소실 벽면으로의 부착을 방지하고, 또한 점화갭(16a) 부근의 분무(25)의 농도를 안정시키고, 착화안정성을 높일 수 있다.

또, 상기 연소실(5)은 배기포트측 부분이 경사면, 흡기포트측 부분이 거의 수평면으로 된 단면이 거의 받침대형으로 되고, 그 흡기포트측 부분의 주위 가장자리부에 인젝터(15)의 선단부가 비스듬한 방향을 향하도록 배치되어 있음으로써, 분무(25)가 점화갭(16a) 부근을 통과하도록 하면서도 연소실 벽면으로의 연료의 부착이 방지된다.

즉, 가령 연소실을 일반적인 펜트루프형상으로서 그 양측 경사면에 흡기포트 개구부 및 배기포트 개구부를 각각 배치하고, 중앙 정부 부근에 점화갭을 배치함과 동시에, 흡기포트측 경사면의 하단부 부근에 인젝터의 선단부를 위치시키면, 분무가 점화갭을 통과하도록 하는데에는 인젝터로부터 비스듬한 방향을 향하여 연료를 분사시키도록 할 필요가 있지만, 이와 같이 흡기포트측 경사면의 하단부 부근으로부터 비스듬한 방향을 향하여 연료를 분사하면, 배기포트측의 경사면에 분무가 부착하기 쉬워진다.

이것에 대해, 당 실시형태와 같이 흡기포트측 부분이 거의 수평면으로 된 단면이 거의 받침대형으로 연소실(5)을 형성하여, 그 흡기포트측 부분의 주위 가장자리부에 인젝터(15)의 선단부를 배치하고, 여기에서 비스듬한 방향으로 연료를 분사하도록 하면, 분무(25)가 점화갭(16a) 부근을 통과하고, 또한 배기포트측 경사면으로의 분무(25)의 부착이 억제된다.

또한, 피스톤(3)의 상면에는 리세스(26)가 배설되고, 이 리세스(26)가 인젝터(15)로부터의 분사방향의 전방측 만큼 차츰 요함하는 형상으로 되고, 또한 인젝터(15)의 선단부로부터 리세스(26)의 종단까지의 거리 및 리세스(26)의 폭과 압축행정 후기분사에 있어서의 점화시기까지의 거리 및 분무폭과의 관계가 상기와 같이 설정되어 있기 때문에, 분무(25)가 피스톤(3)의 상면에 부착하는 것도 피할 수 있고, 도2에 도시하는 바와 같이 분무(25)가 리세스(26)내 및 그 상방의 공간에 뜬 상태로 착화, 연소가 양호하게 이루어진다.

또, 이와 같이 연소실(5)을 단면이 거의 받침대형으로 하면 연소실 용적이 증대하여 압축비가 저하하기 쉬워지지만, 상기와 같이 연소실 주변부에 있어서 소정의 이웃하는 포트개구부 사이에, 내방으로 펼쳐진 마스크(32, 34)가 형성되어 있음으로써, 연소실 용적이 작아지고, 압축비의 저하를 피할 수 있다. 특히 흡기포트 개구측 벽면이 거의 수평면으로 되어 있는 연소실 형상에 의하면, 양 흡기포트 개구부(6a, 7a) 사이의 부분도 종벽(33)의 높이(실린더 하부로부터 천정부 벽면까지의 거리)가 크기 때문에, 이들 부분에서 종벽(33, 35)이 2개의 밸브의 거의 우산형상부 주변에 접하는 정도까지 내방으로 펼친 마스크(32, 34)가 형성됨으로써, 연소실 용적이 충분히 감소한다.

제1흡기포트 개구부(6a)와 제1배기포트 개구부(8a) 사이의 부분도 종벽(31)의 높이가 크지만, 이 부분의 종벽(31)은 제1흡기포트로부터 유입하는 흡기를 주방향으로 안내하는 작용을 가지므로, 이 부분에는 마스크가 배설되지 않고, 종벽(31)이 실린더보어 주벽에 대응하도록 만곡한 형상으로 되어 있음으로써, 스월생성이 양호하게 이루어진다.

또, 양 배기포트 개구부(8a, 9a) 사이의 부분은 천정부 벽면이 실린더헤드 하단에 근접해 있기 때문에, 이 부분이 연소실 용적에 미치는 영향은 작지만, 당 실시형태에서는 이 부분도 다소는 연소실 용적의 감소에 기여하도록 평면에서 보아 양 밸브의 거의 우산형상부 외주에 대한 실린더보어 외방측 접선이 되는 종벽(36)이 형성되어 있다.

또한, 본 발명의 엔진에 있어서의 각부의 구체적 구조는 각종 변경이 가능하다.

예를 들면, 상기 양 배기포트 개구부(8a, 9a) 사이의 부분은 실린더보어 주벽에 대응하도록 연소실 주변부의 벽이 만곡한 형상으로 해두어도 되고, 이와 같이 하면, 스월에 있어서는 바람직하다.

또, 도17에 도시하는 바와 같이, 양 흡기포트(6a, 7a) 사이의 마스크(32') 및 제2흡기포트 개구부(7a)와 제2배기포트 개구부(9a) 사이의 마스크(34')는 각각 평면에서 보아 종벽(33', 34')이 이웃하는 2개의 밸브의 거의 우산형상부 외주에 대한 실린더보어 외방측 접선보다 실린더보어 내방측으로 돌출한 곡선이 되도록 형성해두어도 된다. 이와 같이 하면, 연소실 용적을 감소시키는 효과가 보다 높아진다.

그런데, 성층연소가 이루어지는 운전영역(A) 중, 연료분사량이 적은 저부하역(A1)에서는 압축행정 후기에 1회만 연료분사가 이루어지지만, 연료분사량이 비교적 많은 중부하역(영역(A) 중의 고부하측의 영역)(A2)에서는, 연료분사가 압축행정의 전기와 후기로 나누어 2회 이루어지고, 이로써 성층연소가 양호하게 이루어진다.

즉, 연료분사량이 어느 정도 많아지는 영역에서는 상술한 L>11의 관계를 만족하는 타이밍으로 압축행정 후기에 1회만 연료분사를 행하면, 비교적 많은 분사연료를 충분히 기화시킬 만큼의 시간적 여유가 없기 때문에, 점화갭 부근에 기화부족의 연료가 많이 모여 착화, 연소성이 나빠지고, 또 어느 정도 분사타이밍을 빨리 하여 압축행정 도중에 1회만 연료분사를 행하면, 연소실 벽면에 분사연료가 많이 부착하여 연료실 벽면 가까이에서 혼합기가 오버리치상태로 되기 때문에, 연비 및 이미션이 악화한다.

이것에 대해 도9(a)에 도시하는 바와 같이 연료분사(Ia, Ib)가 압축행정의 전기와 후기로 나누어 2회 이루어지면, 1회째에 분사된 연료는 인젝터(15)의 선단부에 대향하는 측의 연소실 벽면에 부착하지만, 점화시기까지에는 기화되면서 어느 정도까지 확산되어, 점화갭과 연소실 벽면과이 사이의 구역에 적당한 공연비의 혼합기(31)를 형성하고, 또 2회째에는 저부하시와 같은 정도의 연료가 상술한 L>11의 관계를 만족하는 타이밍으로 분사되어서, 점화갭(16a) 주변에 적당한 공연비의 혼합기(32)를 형성하고, 이 혼합기(32)와 1회째에 분사연료에 의한 혼합기(31)가 연결되는 상태가 된다(도9 (b) 참조). 이 때문에, 착하성 및 연소성이 양호하게 유지되고, 성층연소가 양호하게 이루어져 연비, 이미션이 향상된다.

또한, 가령 1회째의 분사가 흡기행정 중에 이루어지면, 그 분사연료가 점화시기까지 지나치게 확산하여, 연소실 전체로서의 공연비가 희박한 상태에서 성층연소가 이루어질 때에 이와 같이 분사연료가 지나치게 확산하면, 그 확산한 연료는 현저히 오버린이 되어 연소에 기여하지 않게 되고, 효과적인 성층연소를 행할 수 없으므로, 상기와 같이 중부하역에서 2회로 나누어 연료분사를 행할 때의 1회째의 분사는 압축행정으로 하는 것이 바람직하다.

또, 성층연소를 행해야 할 운전영역 내에서의 스월의 제어는 상술한 바와 같이, 엔진부하 및 엔진회전수에 따라 도7, 도8에 도시하는 바와 같이 이루어진다. 즉, 엔진부하에 따른 제어로서, 연료분사량이 적은 저부하시에는 스월비가 작게 됨으로써 스월에 의한 분무의 과확산이나 굴곡이 억제되고, 부하가 높아져서 연료분사량이 증가함에 따라 스월비가 크게 됨으로써, 연료의 미립화, 믹싱 등이 촉진된다. 또, 엔진회전수에 따른 제어로서, 엔진회전수가 높아짐에 따라 절대유속이 증가함에 맞추도록 스월비가 작게 되고, 스월에 의한 분무의 과확산이나 굴곡이 억제된다.

엔진의 전 부하 내지 그것에 가까운 고부하의 영역이나 고회전 영역(도6 중의 영역B)에서는, 상기 인젝터(15)로부터의 분사가 흡기행정 중에 이루어짐으로써, 분사연료가 연소실(5) 전체에 확산되어 출력성능을 높여야 하고 균일연소가 이루어진다. 이 경우, 인젝터(15)에 고압스월인젝터를 이용하면, 분위기압이 낮은 흡기행정에서는 분사연료가 비교적 넓은 각도로 분사되므로, 분사부터 점화까지의 시간 간격이 긴 것과 더불어 충분히 분무가 확산되고 유효하게 균일연소가 이루어진다.

또한, 본원 발명의 구체적 구조는 상기 실시형태에 한정되지 않고, 각종 변경이 가능하다.

예를 들면, 상기와 같이 스월의 제어가 이루어져도 압축행정 후기분사에 있어서 분무가 스월로 다소는 구부러져 있으므로, 피스톤(3)의 상면에 형성하는 리세스(26')를 도3 중에 이점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 스월방향에 다소 기울어져 형성해 두어도 된다.

또 도10에 도시하는 바와 같이, 피스톤(3)의 상면에 있어서 돌출부(27)와 리세스(26) 사이의 부분에 점화플러그(16)방향으로 돌출하는 선반부(28)를 배설하고, 압축 행정 후기에 인젝터(15)로부터 분사된 연료의 일부가 상기 선반부(28)에 당접하여 화살표와 같이 점화플러그(16) 방향으로 유도되도록 해도 된다 .이와 같이 하면, 연소실(5)내로의 점화플러그(16) 선단의 돌출량을 작게 할 수 있다.

그런데, 상기 인젝터(15)는 배기측으로부터의 열적영향을 피하기 위해 실린더 헤드(1)에 있어서의 연소실(5)의 흡기포트측 측방에 배치되지만, 상기와 같은 연소실 형상에 의해 인젝터(15)의 장착공간이 확보된다. 즉, 실린더보어축선에 대한 흡기밸브(12)의 밸브축선의 기울기각이 작게 되고, 연소실 천정부에 있어서의 흡기포트 개구측 면이 거의 수평면이 되고, 연소실(5)이 단면이 거의 받침대형으로 형성되고, 이 연소실(5)에 있어서의 흡기포트 개구측 면의 주변과 실린더헤드 하단면 사이의 종벽부(18)에 선단이 임하도록 인젝터(15)가 배치된다. 이리하여, 흡기포트 개구부의 배치 면적을 좁히지 않고, 인젝터(15)의 장착을 위한 공간이 확보된다.

또, 상기 흡기밸브(10)의 밸브축이 배설된 부분과 실린더헤드(1)의 하부에 위치하는 인젝터(15)와의 사이의 공간에 제1, 제2의 양 흡기포트(6, 7)가 효과적으로 배치되어 있다. 특히, 실린더보어축선에 대한 흡기밸브(10)의 밸브축선의 기울기각이 작게 되어 있음으로써, 이 흡기밸브축 배설부분과 상기 인젝터(15)와의 사이의 공간이 넓어지고 있고, 이 공간내에 상기 양 흡기포트(6, 7)는 상류측이 비스듬하게 상방으로 연장됨과 동시에 하류측이 완만하게 굴곡하여 연소실(5)에 이르도록 형성되어 있으므로, 흡기저항이 충분히 저감된다.

또한, 상기 양 흡기포트(6, 7)는 상류측에 있어서 제1포트(6)보다 제2포트(7)가 상방으로 위치하도록 상하로 어긋나 있음으로써, 제1흡기포트(6)로부터 연소실(5)에 유입하는 흡기는 수평방향에 대한 각도가 비교적 작아지고, 제2흡기포트(7)로부터 연소실(5)에 유입하는 흡기는 수평방향에 대한 각도가 비교적 커진다. 따라서, 제1흡기포트(6) 및 제2흡기포트(7)가 각각 스월, 텀블의 생성에 적합한 것이 된다. 또, 제2흡기포트(7)의 상류부 혹은 이것에 연결되는 흡기통로(22)에 스월조절밸브(23)가 배설되고, 각 기통의 스월조절밸브(23)가 공통의 축(23a)으로 연결되지만, 양 흡기포트(6, 7)가 상류측에 있어서 서로 상하로 어긋나 있음으로써, 상기 스월조절밸브(23) 및 축(23a)을 장착할 경우에 제1흡기포트(6)가 방해가 되는 일은 없다.

또한, 상기 양 흡기포트(6, 7)는 실린더헤드(1)의 측방으로 흡기매니폴드(20)에 접속되므로, 상술한 일본국 특개평 6-81651호 공보에 개시되는 바와 같이 실린더헤드의 상방으로 흡기포트가 흡기매니폴드에 접속되는 구조와 비교해 엔진의 전체 높이를 낮게 할 수 있다.

또, 동작밸브기구는 실린더헤드(1) 상에 배설된 흡기밸브측 및 배기밸브측 양 캠축(12, 13)을 구비하고, 그 한쪽의 캠축이 전동수단을 통하여 크랭크축(30)으로 구동됨과 동시에, 양 캠축(12, 13)이 연동수단을 통하여 연동되어 있지만, 이와 같은 구조에 있어서, 특히 당 실시형태에서는 배기밸브측 캠축(13)이 크랭크축(30)으로 구동되도록 되어 있음으로써, 엔진의 전체 높이를 낮게 할 수 있다.

즉, 실린더보어 축선에 대한 밸브축선의 기울기는 흡기밸브(10)보다 배기밸브(11) 쪽이 크기 때문에, 밸브축 길이가 거의 같아도 밸브축 상단위치는 흡기밸브(10) 보다 배기밸브(11) 쪽이 낮고, 이것에 대응하여 상기 양 캠축(12, 13)의 위치관계도 배기밸브측 캠축(13) 쪽이 흡기밸브측 캠축(12)보다 낮게 되어 있다. 한편, 상기 전동수단에 있어서의 캠풀리(32)는 캠축의 회전을 크랭크축(30)의 회전의 1/2로 하기 위해 비교적 지름이 크고, 이 캠풀리(32)의 위치가 높으면 밸브커버의 상단이 실린더헤드(1)의 상방에 크게 돌출하고, 엔진전고가 높아지지만, 상기 양 캠축(12, 13) 중에서 높이위치가 낮은 배기밸브측 캠축(13)에 상기 캠풀리(32)가 배설되어 있음으로써, 흡기측 캠축에 캠풀리가 배설되어 있기 보다도 전체 높이가 낮아진다.

상술한 바와 같이 흡기밸브(10)와 배기밸브(11)의 밸브축선의 기울기의 사이에 대응하여 흡기밸브측 캠축(12)이 배기밸브측 캠축보다 고위치에 있고, 그 흡기밸브측 캠축(12)에 큰지름의 캠풀리(32')가 배설되어 있음으로써, 흡기밸브측 캠축(12)이 위치하는 측에서 벨트커버가 상방에 크게 돌출하여 이 부분의 엔진높이가 높아진다. 그러나, 이 엔진을 엔진룸 내에 흡기밸브측 캠축(12)을 차량 후방측에 위치하는 상태에 가로 높임 배치한 경우, 엔진높이는 흡기밸브측 캠축(12)이 위치하는 차량 후방측과 비교해 배기밸브측 캠축이 위치하는 차량 전방측에서 낮아지기 때문에, 전방 하강의 본네트(50)의 라인에 꼭 맞는 형상으로 되고, 엔진룸으로의 수용이 좋아진다.

즉, 본 실시형태의 구조는 본네트(50)가 비교적 크게 전방 하강으로 되어 있는 차량에 엔진을 가로 놓임으로 탑재하는 경우에 적합하다. 한편 제1실시형태의 구조는 차량에 엔진을 세로놓임으로 탑재하는 경우나 본네트라인이 비교적 평탄한 차량에 탑재하는 경우에 적합하다.

또한, 본 발명의 엔진에 있어서의 각부의 구체적 구조는 상기 실시형태에 한정되지 않고, 각종 변경이 가능하다.

예를 들면, 흡기밸브측, 배기밸브측 양 캠축 사이의 연동수단은 기어(36, 37)에 한정되지 않고, 체인 등을 이용해도 된다. 단, 도시의 실시형태와 같이 기어(36, 37)를 이용하면 체인 등과 비교해, 양 캠축의 거리를 좁힐 수 있다. 따라서, 흡기밸브의 밸브축선의 기울기가 작아짐으로써 흡·배기밸브축 사이의 협각이 작아져도 지장을 초래하지 않는다.

이상과 같이 본 발명은 연소실의 거의 주위 가장자리부에 배치한 인젝터의 선단부로부터 상기 선단부가 대향하는 연소실단까지의 거리를, 압축행정 후기분사에 있어서의 분사개시부터 점화시기까지 동안의 분무도달거리보다도 크게 설정함과 동시에, 인젝터로부터의 분무에리어 내에 점화갭을 개재시켜서, 인젝터선단부로부터 점화갭까지의 거리를 상기 분무도달거리보다도 작게 설정하고 있기 때문에, 압축행정 후기에 인젝터로부터 연료를 분사하여 성층연소를 행하게 할 경우에, 연소실 벽면으로의 분무의 부착을 방지하면서, 착화안정성을 확보하여 양호하게 성층 연소를 행하게 할 수 있다. 이로써, 종래의 통내분사형 엔진과 비교해도 연비 및 이미션성능을 대폭 향상할 수 있다.

본 발명에 있어서, 연소실을 단면이 거의 받침대형으로 하고, 연소실 천정부의 흡기포트측 부분이 실린더헤드와 실린더블록과의 맞춤면과 거의 평행해지도록 하고, 상기 연소실 천정부의 흡기포트측 부분의 주위 가장자리부에 인젝터를 분사방향이 비스듬한 하방을 향하도록 배치해두고, 또한 피스톤 상면에 인젝터의 분사방향측 만큼 차츰 요함하고, 또한 상기 분사방향과 직교하는 방향의 폭이 압축행정 후기분사에 있어서의 인젝터의 분사폭보다도 큰 리세스를 배설하여 두면, 압축행정 후기분사가 이루어질 경우에, 인젝터로부터의 분무가 연소실 벽면에 부착하지 않는 설정을 용이하게 행할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서, 상기 인젝터로서 고압 스월인젝터 등을 이용하고, 압축행정 후기분사가 이루어질 때에 분무각이 30° 이하의 협각이 되도록 해두면, 분사연료의 연소실 벽면으로의 부착을 방지함과 동시에 연소안정성을 확보하는 데에 유리해진다.

도1은 본 발명의 일실시형태에 의한 통내분사형 엔진의 단면도,

도2는 연소실 및 그 부근의 개략 단면도,

도3은 연소실 및 그 부근의 개략 평면도,

도4는 고압스월 인젝터로부터 압축행정 후기분사를 행한 경우의 분무의 퍼짐을 나타내는 설명도,

도5는 고압스월 인젝터로부터 흡기행정분사를 행한 경우의 분무의 퍼짐을 나타내는 설명도,

도6은 압축행정분사를 행하는 운전영역 및 흡기행정분사를 행하는 운전영역을 나타내는 설명도,

도7은 엔진부하에 따른 스월제어의 특성을 나타내는 도면,

도8은 엔진회전수에 따른 스월제어의 특성을 나타내는 도면,

도9 (a)는 압축행정 중에 2회 분사를 행할 경우의 제1회째 및 제2회째의 분사타이밍을 나타내는 도면이고, (b)는 분무의 분포상태를 나타내는 도면,

도10은 다른 실시형태를 나타내는 개략 단면도,

도11은 도1의 스월조절밸브가 열린 상태를 도시하는 개략도,

도12는 상기 엔진의 실린더헤드 전체의 평면도,

도13는 상기 엔진의 캠축 구동계를 도시하는 개략정면도,

도14는 캠축 구동계의 다른 실시형태를 도시하는 개략정면도,

도15는 연소실 형상을 도시하는 개략평면도,

도16은 각 기통의 연소실 및 흡·배기포트의 배치를 도시하는 평면설명도,

도17은 연소실 형상의 다른 실시형태를 도시하는 개략평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 실린더헤드, 3: 피스톤,

5: 연소실, 6, 7: 흡기포트,

8, 9: 배기포트, 10: 흡기밸브,

11: 배기밸브, 12: 흡기밸브측 캠축,

13: 배기밸브측 캠축, 15: 인젝터,

16: 점화플러그, 16a: 점화갭,

23: 스월조절밸브, 26: 리세스,

32: 캠풀리, 33: 타이밍벨트,

36, 37: 기어.

Claims (24)

1. 연소실의 주위 가장자리부에 인젝터의 선단부를 배치하고, 적어도 저부하 저회전역에서 압축행정 후기에 분사를 행하도록 한 불꽃점화식의 통내분사형 엔진에 있어서, 인젝터 선단부로부터 상기 선단부가 대향하는 연소실단까지의 거리를, 압축 행정 후기분사에 있어서의 분사개시부터 점화시기까지 동안의 분무도달거리보다도 크게 설정함과 동시에, 인젝터로부터의 분무에리어내에 점화갭이 개재하도록 점화플러그를 배치하고, 인젝터선단부로부터 점화갭까지의 거리를 상기 분무도달거리보다도 작게 설정하며,

   실린더보어 내에 배치한 피스톤의 상면에, 인젝터의 분사방향 전방측만큼 차츰 요함하고, 또한 상기 분사방향과 직교하는 방향의 폭이 압축행정 후기분사에 있어서의 인젝터의 분사폭보다도 큰 리세스를 배설하고, 인젝터 선단부로부터 상기 리세스의 단부까지의 거리를 압축행정 후기분사에 있어서의 분사개시부터 점화시기까지 동안의 분무도달거리보다도 크게 한 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
2. 제1항에 있어서, 실린더블록의 실린더보어 내에 피스톤을 배치하고, 실린더헤드의 피스톤 상면에 대향하는 부분에 실린더보어와의 맞춤면보다 상방으로 요함(凹陷)한 연소실 천정부를 형성하고, 상기 연소실 천정부에 있어서 배기포트의 개구부가 배치되는 배기포트측 부분을 경사면으로 함과 동시에 홉기포트의 개구부가 배치되는 흡기포트측 부분을 상기 맞춤면과 평행하게 상기 경사면의 상단에 연속되는 면으로 함으로써, 상기 연소실 천정부와 피스톤 상면과의 사이에 형성되는 연소실을 단면이 받침대형으로 하고, 상기 연소실 천정부의 흡기포트측 부분의 주위 가장자리부에 인젝터를, 분사방향이 비스듬하게 하방을 향하도록 배치한 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
3. 제1항에 있어서, 피스톤의 상면에 배설되는 리세스보다도 흡기측 부분에 상방으로 돌출하는 돌출부를 구비한 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
4. 제3항에 있어서, 돌출부와 리세스 사이에 점화플러그 방향으로 돌출하는 선반부를 구비한 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
5. 제1항에 있어서, 상기 인젝터는 압축행정 후기분사에 있어서의 분무각이 30° 이하의 협각인젝터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
6. 제1항에 있어서, 상기 인젝터를 압축행정 후기분사가 이루어지는 저부하 저회전역에서 분무각이 30° 이하의 협각이 되고, 고부하역 및 고회전역에서 분무각이 넓어지도록 구성한 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
7. 제1항에 있어서, 상기 인젝터로서 분위기압이 높아짐에 따라 분무각이 좁아지는 고압 스월인젝터를 배설함과 동시에, 저부하 저회전역에서 압축행정 후기분사, 고부하역 및 고회전역에서 흡기행정분사를 행하도록 운전상태에 따라 인젝터의 분사시기를 설정한 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
8. 제7항에 있어서, 중부하역에서 압축행정의 전기와 후기에 2회 분사를 행하는 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
9. 제1항에 있어서, 연소실 내의 가스유동을 조절하도록 흡기 포트 또는 이에 연속되는 흡기통로에 배설되는 가스유동조절수단을 배설하고, 압축행정 후기분사가 이루어지는 운전영역에서 상기 가스유동조절수단에 의해 연소실내의 가스유동을 강화하도록 구성한 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
10. 제9항에 있어서, 가스유동조절수단이 스월생성수단을 포함하고, 압축행정 후기분사가 이루어지는 운전영역 중에서는 저부하측으로부터 고부하측 쪽이 스월비가 커지도록 스월생성수단을 작동시키는 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
11. 제9항에 있어서, 가스유동조절수단이 스월생성수단을 포함하고, 압축행정 후기분사가 이루어지는 운전영역 중에서는 저회전측으로부터 고회전측 쪽이 스월비가 작아지도록 스월생성수단을 작동시키는 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
12. 제10항에 있어서, 가스유동조절수단은 스월생성용 제1흡기포트와, 텀블생성용 제2흡기포트와, 이 제2흡기포트를 개폐하는 스월조절밸브를 가지는 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
13. 제12항에 있어서, 스월조절밸브의 개도가 크게 됨으로써 스월비가 작게 되고, 작게 됨으로써 스월비가 크게 되는 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
14. 제1항에 있어서, 실린더보어 내에 배치된 피스톤의 상면과 이것에 대향하는 실린더헤드 하면과의 사이에 연소실을 형성하고, 상기 연소실에 개구하는 흡기포트 및 배기포트를 실린더헤드에 형성함과 동시에, 상기 흡기포트 및 배기포트를 개폐하는 흡기밸브 및 배기밸브와, 연소실내에 연료를 분사하는 인젝터와, 점화플러그를 실린더헤드에 배설한 통내분사형 엔진에 있어서, 실린더보어 축선에 대한 흡기밸븝의 밸브축선의 기울기 각이 배기밸브의 밸브축선의 기울기각보다 작아지도록 이들 밸브를 배치하고, 연소실의 흡기포트개구측 벽면 및 배기포트 개구측 벽면을 각각 흡기밸브의 밸브축선 및 배기밸브축선과 직교하도록 형성함과 동시에, 흡기포트개구측 연소실 측방에 있어서의 실린더헤드의 하부에 인젝터를 배치하고, 이 인젝터와 흡기밸브축과의 사이의 부분에 연소실로부터 실린더헤드의 측방 상부를 향하여 연장되는 흡기포트를 형성한 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
15. 제14항에 있어서, 상기 흡기포트로서 스월생성용 제1흡기포트와 텀블생성용 제2흡기포트를 병렬로 배설한 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
16. 제15항에 있어서, 상기 제1 및 제2의 양 흡기포트의 하류단측 부분의 연소실에 대한 입사각을 동일하게 하고, 이 부분으로부터 상류측에서 제2흡기포트를 제1흡기포트보다도 상방으로 밀려서 형성하고, 이 제2흡기포트의 상류측에 각 기통연동의 개폐밸브를 배설한 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
17. 제14항에 있어서, 동작밸브기구는 실린더헤드 상에 흡기밸브측 및 배기밸브측의 양 캠축을 병렬로 배치한 DOHC로 하고, 양 캠축의 실린더보어 축선 방향의 높이위치관계로서 배기밸브측 캠축의 높이를 흡기밸브측 캠의 높이보다도 낮게 설정함과 동시에, 상기 배기밸브측 캠축을 전동수단을 통하여 크랭크축에 의해 구동하고, 흡기밸브측 캠축을 배기밸브측 캠축에 의해 연동수단을 통하여 구동하는 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
18. 제17항에 있어서, 상기 양캠축 사이의 연동수단을 기어에 의해 구성한 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
19. 제14항에 있어서, 동작밸브기구는 실린더헤드상에 흡기밸브측 및 배기밸브측 양 캠축을 병렬로 배치한 DOHC로 하고, 양 캠축의 실린더보어 축선방향의 높이위치관계로서 배기밸브측 캠축의 높이를 흡기밸브측 캠축의 높이보다도 낮게 설정하고, 상기 흡기밸브측 캠축을 전동기구를 통하여 크랭크축에 의해 구동하고, 배기밸브측 캠축을 흡기밸브측 캠축에 의해 연동수단을 통하여 구동하도록 캠축 구동계를 구성함과 동시에, 차량의 본네트 하방의 엔진룸 내에 있어서의 엔진의 배치로서, 캠축이 차폭방향으로 연장되는 가로배치이고, 또한 흡기밸브측 캠축이 배기밸브측 캠축보다도 차량후방측에 위치하도록 한 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
20. 제19항에 있어서, 상기 양캠축 사이의 연동수단을 기어에 의해 구성한 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
21. 제2항에 있어서, 실린더보어내에 배치한 피스톤의 상면과 이것에 대향하는 실린더헤드 하면측의 연소실 천정부 사이에 연소실을 형성하고, 2개의 흡기포트와 2개의 배기포트를, 흡기포트 끼리 및 배기포트 끼리가 각각 캠축 방향으로 나란한 배치로 연소실 천정부에 개구시킴과 동시에, 각 흡기포트 및 각 배기포트를 개폐하는 2개씩의 흡기밸브 및 배기밸브와, 흡기포트 측 측방으로부터 연소실 내에 연료를 분사하는 인젝터와, 점화플러그를 실린더헤드에 배설한 통내분사형 엔진에 있어서, 실린더보어축선에 대한 흡기밸브의 밸브축선의 기울기각이 배기밸브의 밸브축선의 기울기각보다도 작아지도록 이들 밸브를 배치하고, 연소실 천정부에 있어서의 흡기포트개구측 벽면 및 배기포트 개구측 벽면을 각각 흡기밸브의 밸브축선 및 배기밸브의 밸브축선과 직교하도록 형성하여, 연소실의 단면형상을 거의 받침대형으로 하고, 흡기포트 개구측 연소실 측방에 있어서의 실린더헤드의 하부에 인젝터를 배치하는 한편, 평면에서 보아 제1의 흡기포트 하류단측을 연소실 주위 방향으로 지향시키고, 제1흡기포트의 개구부와 이것에 인접하는 제1의 배기포트의 개구부 사이에 있어서의 연소실 세로벽을 실린더보어 주벽에 대응하도록 만곡시킴과 동시에, 제1의 흡기포트의 개구부와 제2의 흡기포트의 개구부 사이 및 제2의 흡기포트의 개구부와 이것에 인접하는 제2의 흡기포트의 개구부 사이의 각 연소실 세로벽을, 평면에서 보아 인접하는 두 밸브의 거의 우산형상부 외주에 대한 실린더헤드보어 외방측의 공통이 되는 접선 혹은 양 우산형상부 사이에서 이 접선보다 실린더보어 내방측으로 돌출한 곡선이 되도록 형성한 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
22. 제21항에 있어서, 제1의 배기포트의 개구부와 제2의 배기포트의 개구부와의 사이에 있어서의 연소실 주변부의 벽을, 평면에서 보아 양 밸브의 거의 우산형상부 외주에 실린더보어 외방측에서 접하는 직선상으로 형성한 것을 특징으로 하는 통내 분사형 엔진.
23. 제22항에 있어서, 제1의 배기포트의 개구부와 제2의 배기포트의 개구부와의 사이에 있어서의 연소실 주변부의 벽을, 실린더보어 주벽에 대응하도록 만곡한 형상으로 한 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.
24. 제21항에 있어서, 동작밸브기구는 실린더헤드 상에 흡기밸브 측 및 배기밸브 측 양 캠축을 병렬로 배치한 DOHC로 하고, 양 캠축 중 어느 한쪽을 전동기구를 통하여 크랭크축에 의해 구동함과 동시에, 상기 양 캠축을 기어를 통하여 연동시키도록 한 것을 특징으로 하는 통내분사형 엔진.

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