WO2007066565A1

WO2007066565A1 - エンジン

Info

Publication number: WO2007066565A1
Application number: PCT/JP2006/323926
Authority: WO
Inventors: Akira Serizawa
Original assignee: Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2007-06-14
Also published as: JPWO2007066565A1

Abstract

　燃焼室（４）内に燃料を直接噴射するインジェクタ（３）を１気筒当たり２本備える。これらのインジェクタ（３，３）は、クランク軸の軸線方向から見て吸気ポートの下側でクランク軸の軸線方向に互いに重なるような位置と、平面視において吸気ポート間でシリンダの軸線方向に互いに重なるような位置とのうち何れか一方に位置して、互いに近接して１気筒当たり２本設けられ、平面視において吸気ポート（７）の吸気口（７ａ）に近接する燃焼室周縁部からシリンダの略中央方向へ燃料を噴射する。これら２本のインジェクタ（３，３）から１回の燃焼サイクルにおいて必要な燃料を分配して供給した。

Description

明細書

エンジン

技術分野

[0001] 本発明は、燃焼室内に燃料を直接噴射するインジェクタを備えたエンジンに関するものである。

背景技術

[0002] 従来、エンジンとしては、例えば特開 2003— 269176号公報（以下、単に特許文献 1という）に開示されているように、燃費の向上と排ガスの清浄化とを達成するために、燃焼室内に燃料をインジェクタによって直接噴射し、点火プラグの周辺近傍に燃料を集める構成のものがある。

特許文献 1に記載されて、る従来のエンジンは、頂部にキヤビティが設けられたピストンと、キヤビティに向けて燃料を噴射するインジェクタとを備えている。

[0003] インジヱクタは、 1気筒当たり 1本装備され、シリンダヘッドにおける燃焼室の中央部または周縁部を形成する部位に装着されて!、る。

ピストンのキヤビティは、インジェクタから噴射された燃料を点火プラグ側へ跳ね返すように機能する。

[0004] すなわち、この従来のエンジンにおいては、インジェクタから噴射された燃料がビストンのキヤビティに当たった後に点火プラグ側へ跳ね返されて、点火プラグの周辺近傍に集められる。この結果、このエンジンによれば、いわゆる燃料混合気の成層化が図られ、燃料の噴射量が少なくても確実に着火するようになる。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 特許文献 1に示された従来のエンジンにおヽては、ピストンの頂部へ燃料が噴射されるために、頂部に燃料力もなる液状の膜が形成され易い。このため、このエンジンでは、膜状の燃料が不完全燃焼を起こすことに起因してカーボンが発生し易くなるという問題があった。

[0006] また、上述した従来のエンジンのようにインジェクタによって燃焼室内に燃料を直接噴射する構成を採る場合、高回転高出力運転時などで燃料噴射量が増大すると、噴射された燃料が特にインジェクタと対向するシリンダの周壁に当たり付着し易くなる。このようにシリンダの周壁に燃料が付着すると、この周壁に付着しているオイルが燃料によって洗い流されるようにして失われたり、燃料が周壁とピストンとの間の隙間からクランク室内に流下し、クランク室内のオイルを希釈してしまうおそれがある。

[0007] 本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、ピストンにキヤビティを設けることなく燃料を所定の部位に集めることができ、しかも、燃料噴射量が増大しても燃料がシリンダの周壁に付着することがないエンジンを提供することを目的とする。課題を解決するための手段

[0008] この目的を達成するために、本発明に係るエンジンは、シリンダヘッドとシリンダとピストン頂面とによって形成された燃焼室と、シリンダヘッドに形成され、燃焼室に連通された吸気ポートおよび排気ポートと、燃焼室内に燃料を直接噴射するインジェクタとを備えたエンジンにおいて、インジェクタは、クランク軸の軸線方向力も見て吸気ポートの下側でクランク軸の軸線方向に互いに重なるような位置と、平面視において吸気ポート間でシリンダの軸線方向に互いに重なるような位置とのうち何れか一方に位置して、互いに近接して 1気筒当たり 2本設けられ、かつ平面視において吸気ポートの吸気口に近接する燃焼室周縁部力ゝらシリンダの略中央方向へ燃料を噴射するように構成され、 1回の燃焼サイクルにおいて必要な燃料は、これら 2本のインジェクタから分配して供給されるものである。

発明の効果

[0009] 本発明によれば、 1回の燃焼サイクルにおいて必要な燃料が 2本のインジェクタから分配して供給されるので、インジェクタを 1気筒当たり 1本しか装備せず、必要な燃料の全量を 1本のインジヱクタから供給する従来のエンジンに較べて、インジヱクタ 1本当たりの燃料噴射量が低減される。したがって、各インジエタタカゝらの燃料噴射時間が短縮され、インジヱクタカゝら噴射された燃料の到達距離が相対的に短くなる。

[0010] したがって、本発明によれば、インジエタタカも所定の距離だけ離間した部位に燃料を集めることができ、従来のようにピストンにキヤビティを形成して燃料を集める必要はなくなる。このため、ピストンのキヤビティに向けて燃料を噴射する構成の従来のエンジンに較べてピストンに付着する燃料の量を低減でき、カーボンが発生することを防ぐことができる。

[0011] また、本発明によれば、インジェクタから噴射された燃料の到達距離が短くなることから燃料がシリンダの周壁に付着し難くなる。このため、シリンダの周壁に付着しているオイルが燃料によって洗、流されることが抑制され、シリンダの周壁をオイルによつて確実に潤滑できる。

[0012] 請求項 2記載の発明によれば、燃料が噴射される範囲をシリンダの軸線方向においてエンジンのボアストローク比に対応させて設定することができる。このため、この発明によれば、インジェクタとして噴霧形状が単純なものを使用しながら、シリンダ内の適正な範隨こ燃料を噴射することができるから、ピストンゃシリンダの周壁に燃料が付着することをより一層確実に防ぐことができる。

[0013] 請求項 3記載の発明によれば、 1本のインジクタを 2段階に噴射させて弱成層混合気を形成する従来の手法と比較して、より広範囲の運転条件にて良好な弱成層混合気を形成することが可能であり、安定燃焼、排ガス低減効果が得られる。

[0014] 請求項 4記載の発明によれば、 2本のインジクタを使用していることから噴霧 (燃料)の到達距離を短くでき、その上、 2つの噴霧の組合わせを変えることによって、燃料が供給される範囲の形状の自由度を高くすることができる。このため、この発明によれば、ピストンキヤビティによる筒内流動に頼らずに、燃料が 1箇所に集められた良好な混合気を燃焼室内で形成することがき、圧縮行程で!/ヽゎゆる燃料の成層化を容易に図ることができる。

[0015] したがって、この発明によれば、シリンダ内に空気を大量に供給するリーンバーン運転あるいは大量 EGR運転を行う場合であっても燃焼が安定し、しカゝも、過給機を使用してリーンバーン運転あるいは大量 EGR運転を行うことも可能になる。特に、この発明によるエンジンにおいては、リーンバーン運転時に吸気量の増大を図れることから、低速運転時にもスロットル弁を開けておくことができるようになり、いわゆるノンスロットルイ匕が実現されてボンビングロスを低減することができる。

[0016] また、前述のように燃料が供給される範囲の形状 (成層混合気形状)の自由度が高くなるので、噴霧形状の自由度が高いマルチホールインジェクタを使用する場合はもとより、従来力よく使われているスワールインジェクタを使用する場合であっても噴霧形状による成層化を達成できる。

[0017] さらに、この発明に係るエンジンは、低回転低負荷運転時においては上述したように筒内流動に頼らずに燃料の成層化が可能であるから、吸気ポートの形状の設計上の自由度が高くなる。このため、このエンジンの吸気ポートの構造としては、シリンダ内にタンブルを発生させるタンブルポートや、シリンダ内にスワールを発生させるスヮールポートや、高流量を流すハイフローポートなどの種々のポート形状を採ることができる。

[0018] 請求項 5記載の発明によれば、インジクタから噴射された燃料の到達距離が短かぐいわゆる噴霧貫徹力が低く抑えられた燃料が吸気行程で噴射される。このため、燃料が吸気流に乗り易くなるから、シリンダの周壁に燃料が付着することを、吸気に燃料を乗せることによって防ぐことができる。この結果、この発明によれば、シリンダの周壁のオイルによる潤滑を損なうようなことがない。

[0019] また、この発明によれば、上述したように燃料が吸気流に乗り易いことから、燃料を燃焼室内に直接噴射する構成を採ってヽるにもかかわらず、吸気管内に燃料を噴射するエンジンと同等もしくはそれ以上に吸気中に燃料を均等に分布させることができる。この結果、この発明に係るエンジンは、高回転高負荷運転時において燃焼改善による熱効率の向上が可能となり、大出力を容易に得ることができる。

[0020] 請求項 6記載の発明によれば、 1回の燃焼サイクルにおいて、第 1のインジェクタから噴射された燃料の層と、第 2のインジエタタカゝら噴射された燃料の層とがシリンダの軸線方向に二層に重なるように形成される。この場合、先に噴射された燃料の層内の温度は気化潜熱により低下する。この後に第 2のインジエタタカも燃料が噴射される。この燃料の層内においても温度が低下するが、燃料の気化時間が短く限定されるため、先の燃料の層ほど温度は低下しない。このため、二つの燃料の層のうち、後力も噴射された燃料の層の温度は、先に噴射された燃料の層の温度より高くなる。

[0021] このため、この発明によれば、層をなす燃料の温度差を利用して燃焼を制御することが可能になる。この請求項 6記載の発明は、いわゆる予混合圧縮自己着火燃焼 {H CCI (Homogeneous—し narge Compression-Ignition combustion)}ェンンンに適用することができ、このエンジンにおいて上記のように温度差のある複数の燃料層を設けることにより、燃焼速度を緩慢にするなど燃焼を制御することが可能になる。

[0022] 請求項 7記載の発明によれば、高回転高負荷運転時は両方のインジクタに燃料を同時噴射させ、低回転低負荷運転時では第 1のインジェクタと第 2のインジェクタとを 1サイクル毎に交互に噴射させる。なお、一般的に、エンジンの運転域が低回転低負荷運転域にあるときは、インジェクタ先端部の熱負荷が小さくなるから、上述したように 1回の燃焼サイクル毎に交互に燃料を噴射させても、インジェクタ先端部を燃料によって充分に冷却し、インジヱクタ先端部の焼損を防ぐことができる。

[0023] 一般的に低回転低負荷運転時には、 1回の燃焼サイクルにおいて必要な燃料の量は極少量となる。もし、そのような運転時にも 2本のインジェクタから同時に噴射させると、 1本当たりの燃料噴射量がさらに少量となってしまい、そのような極少量を正確に噴射量 (噴射時間）制御することは困難である。しかし、この発明によれば、 2本のインジェクタは、低回転低負荷運転時には、同時ではなぐ 1回の燃焼サイクル毎に交互に噴射するようにしているので、各インジェクタからの噴射量は従来の 1本のみのインジェクタの場合と同等にでき、よって噴射量 (噴射時間）制御が容易となる。このため、低回転低負荷運転域におけるインジェクタの低流量側のダイナミックレンジを確保することが容易となる。一方、高回転高負荷運転時は、両方のインジヱクタによって燃料を充分に供給することができる。

[0024] この結果、この発明によれば、従来のエンジンに用いる 1本のみのインジヱクタに較ベて、 2本のインジェクタによる実質的なダイナミックレンジ (最大噴射量と最小噴射量との比）を拡げることができる力ゝら、ピストンや周壁への燃料の付着を防ぎながら、低回転域から高回転域に至るまで燃料を適正な噴射量をもって噴射することができる。特に、この発明においては、高回転高負荷運転時に要求最大噴射量'要求噴射率が増大したとしても、従来のエンジンでは不可能であったような高過給圧による過給や、高回転での運転が可能になる。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]図 1は、本発明に係るエンジンの要部を拡大して示す断面図である。

[図 2]図 2は、図 1に示したエンジンにおけるインジェクタおよび燃焼室側の各部材の位置を模式的に示す平面図である。

[図 3]図 3は、吸気行程で燃料が噴射されている状態を示すエンジンの断面図である

[図 4]図 4は、マルチホールインジェクタを使用したエンジンの断面図である。

[図 5]図 5は、エンジンの要部を拡大して示す断面図である。

[図 6]図 6は、図 5に示したエンジンにおけるインジェクタおよび燃焼室側の各部材の位置を模式的に示す平面図である。

[図 7]図 7は、エンジンの要部を拡大して示す断面図である。

[図 8]図 8は、インジクタおよび燃焼室側の各部材の位置を模式的に示す平面図である。

[図 9]図 9は、エンジンの要部を拡大して示す断面図である。

[図 10]図 10は、インジェクタおよび燃焼室側の各部材の位置を模式的に示す平面図である。

[図 11]図 11は、エンジンの要部を拡大して示す断面図である。

[図 12]図 12は、エンジンの要部を拡大して示す断面図である。

[図 13A]図 13Aは、インジヱクタおよび燃焼室側の各部材の位置を模式的に示す平面図で、同図は両方のインジェクタが燃料を同時に噴射している状態を示す。

[図 13B]図 13Bは、インジクタおよび燃焼室側の各部材の位置を模式的に示す平面図で、同図は第 1のインジェクタが燃料を噴射している状態を示す。

[図 13C]図 13Cは、インジェクタおよび燃焼室側の各部材の位置を模式的に示す平面図で、同図は第 2のインジェクタが燃料を噴射している状態を示す。

[図 14]図 14は、エンジンの要部を拡大して示す断面図である。

[図 15]図 15は、インジクタおよび燃焼室側の各部材の位置を模式的に示す平面図である。

[図 16]図 16は、他の例のエンジンの要部を拡大して示す断面図である。

[図 17]図 17は、インジクタおよび燃焼室側の各部材の位置を模式的に示す平面図である。

発明を実施するための最良の形態 [0026] (第 1の実施の形態）

以下、本発明に係るエンジンの一実施の形態を図 1ないし図 4によって詳細に説明する。

図 1は本発明に係るエンジンの要部を拡大して示す断面図、図 2は図 1に示したェンジンにおけるインジヱクタおよび燃焼室側の各部材の位置を模式的に示す平面図、図 3は吸気行程で燃料が噴射されている状態を示すエンジンの断面図、図 4はマルチホールインジェクタを使用したエンジンの断面図である。

[0027] これらの図において、符号 1で示すものは、この実施の形態によるエンジンを示す。

このエンジン 1は、シリンダヘッド 2に設けられたインジェクタ 3によって燃焼室 4内に燃料を直接噴射する水冷式 DOHC型 4サイクルエンジンである。このエンジン 1は、図示して、な、クランクケースの上に設けられたシリンダボディ 5と、このシリンダボディ 5 の上端部に取付けられたシリンダヘッド 2と、シリンダボディ 5内に嵌挿されたピストン 6などを備えている。シリンダボディ 5によって、本発明でいうシリンダが構成されている。ピストン 6の頂部は、前述した従来のエンジンのピストンに設けられているようなキャビティは形成されておらず略平坦に形成されている。なお、ピストン 6の頂部の形状は、略平坦に限定されることはなぐ筒内流動や火炎伝播を考慮した形状とすることができる。

[0028] クランクケースの内部には、ピストン 6によって燃焼室 4とは画成されたクランク室が形成されている。このクランクケースの下部には、オイノレを貯留するためのオイノレパン (図示せず)が設けられている。

シリンダヘッド 2には、燃焼室 4から図 1において右方に延びる一対の独立吸気ポート 7と、燃焼室 4から左方に延びる一対の独立排気ポート 8とが形成されている。また、シリンダヘッド 2は、各ポート 7, 8の燃焼室への一対の吸'排気口 7a, 7a, 8a, 8aに 1 気筒当たり 2本ずつの吸気弁 9と排気弁 10とを備えている。これらの吸'排気弁 9, 10 は、図示していない吸気カム軸と排気カム軸とによって所定の時期に開閉される。

[0029] このシリンダヘッド 2における 4本の吸 ·排気弁 9, 10によって囲まれた部位であって、燃焼室 4の中央部には、点火プラグ 11が取付けられている。

吸気ポート 7は、この実施の形態では吸気弁 9毎にそれぞれ独立して形成されている。なお、吸気ポート 7としては、従来力もよく知られているように、上流側は一つになつていて下流側端部が吸気弁 9毎に分岐される断面 Y字状のサイアミーズタイプに形成することちでさる。

[0030] インジヱクタ 3は、図 1に示すように、クランク軸（図示せず）の軸線方向から見てシリンダヘッド 2における吸気ポート 7とシリンダボディ 5とによって挟まれるような一端部に吸気ポート 7に沿うような状態で取付けられている。また、このインジェクタ 3は、図 2に示すように、 1気筒当たり 2本設けられている。これら 2本のインジェクタ 3は、クランク軸の軸線方向力も見て（図 1参照）クランク軸の軸線方向に互いに重なるとともに、シリンダの軸線方向から見て（図 2参照）その軸線が互いに平行になるようにシリンダへッド 2に取付けられている。

[0031] また、これらのインジェクタ 3, 3は、図 2に示すように、平面視で吸気ポート 7の吸気口 7aに近接する燃焼室 4の周縁部カゝらシリンダの略中央方向へ燃料 Fを噴射するように構成されている。これらのインジェクタ 3, 3は、図 1、図 2に示すように、燃料 Fを円錐状に噴射する構造のスワールインジェクタが用いられて、る。

[0032] さらに、これらのインジェクタ 3, 3は、一つの気筒の 1回の燃焼サイクル（吸気→圧縮→膨張→排出）におヽて必要な燃料が分配して供給されるように構成されてヽる。すなわち、この実施の形態による 2本のインジェクタ 3, 3は、常に互いに等しい量または不等量の燃料を噴射することになる。なお、これらのインジェクタ 3, 3としては、図 4 に示すように、燃料 Fを放射状に噴射するマルチホールインジェクタを用いることもできる。

[0033] この実施の形態による 2本のインジェクタ 3, 3は、エンジン 1の運転域が低回転低負荷運転域にあるときは、図 1に示すように、圧縮行程において燃料を噴射し、ェンジン 1の運転域が高回転高負荷運転域にあるときは、図 3に示すように、吸気行程にお V、て燃料を噴射する構成が採られて、る。

[0034] 上述したように 1気筒当たり 2本のインジェクタ 3, 3を備えたエンジン 1においては、 1気筒当たり 1本のインジェクタを装備している従来のエンジンに較べて、インジェクタ 1本当たりの燃料噴射量を低減してヽる。このようにインジェクタ 3の燃料噴射量を低減すると、燃料を噴射する時間が短縮され、インジヱクタ 3から噴射された燃料の到達距離は、従来のエンジンにおける燃料の到達距離と較べて相対的に短くなる。

[0035] すなわち、この実施の形態によるエンジン 1においては、 1本のインジェクタによって燃料が全量供給される従来のエンジンに較べて、 1回の燃焼サイクルにおける燃料供給量を同一とした場合、燃料の到達距離が短縮する。

したがって、この実施の形態によるエンジン 1によれば、図 2に示すように、噴霧 Fは、 2本のインジェクタ 3, 3からシリンダの軸線 Cの近傍、言い換えれば点火プラグ 11の周辺近傍に噴射され、燃焼室 4内におけるシリンダヘッド側の中央部に集められるようになる。し力も、図 2に示すように、 2つの噴霧 Fは、互いに平行かつ到達距離が短いことによって、噴霧 Fどうしが激しく衝突することがなぐしたがって衝突によって燃料粒子が大型化したり噴霧が乱されることもない。

[0036] この結果、このエンジン 1においては、ピストン 6にキヤビティを形成して燃料を集める必要はなぐピストンに向けて燃料を噴射する構成の従来のエンジンに較べてビストン 6に付着する燃料の量を低減でき、カーボンの発生を防ぐことができる。

また、この実施の形態によるエンジン 1においては、上述したようにインジェクタ 3から噴射された燃料の到達距離が短くなることから、燃料がシリンダの周壁 12に付着し難くなる。このため、周壁 12を潤滑しているオイルが燃料によって流されてしまうようなことはなぐピストン 6とシリンダの周壁 12との摺動部の潤滑を損なうようなことはない。

[0037] この実施の形態によるエンジン 1は、運転域が低回転低負荷運転域にあるときは圧縮行程において上記のように燃料が噴射される。このため、圧縮行程において燃料の噴霧形状と噴霧 (燃料)の到達距離によって点火プラグ 11の周辺近傍に濃度の高い混合気の層が形成され、いわゆる成層化を図ることができる。すなわち、このェンジン 1によれば、筒内流動に頼らずに燃料力 ^箇所 (点火プラグ 11の周辺近傍）〖こ集められた良好な混合気を圧縮行程において燃焼室 4内で形成することができる。

[0038] したがって、このエンジン 1によれば、空気をシリンダ内に大量に供給するリーンバーン運転あるいは大量 EGR運転を行う場合であっても燃焼が安定し、し力も、過給機（図示せず)を使用してリーンバーン運転あるいは大量 EGR運転を行うことも可能になる。特に、このエンジン 1においては、リーンバーン運転時に吸気量を従来のェンジンに較べて増大させることができるから、低速運転時にもスロットル弁を開けておくことができるようになり、いわゆるノンスロットルイ匕が実現されてボンビングロスを低減することができる。

[0039] また、このエンジン 1においては、 2本のインジェクタを使用しているから噴霧 (燃料）の到達距離 (燃料を短くでき、その上 2つの噴霧の組合せを変えることによって、燃料が供給される範囲の形状 (成層混合気形状)の自由度が高くなる。よって噴霧形状の自由度が高いマルチホールインジェクタはもとより、従来力もよく使われているスヮールインジェクタでも噴霧形状による成層化が達成できる。

[0040] この実施の形態によるエンジン 1は、上述したように低回転低負荷運転時においては筒内流動に頼らずに成層化が可能なので、吸気ポート 7の形状の設計上の自由度を高めることができる。このため、このエンジン 1の吸気ポート 7の構造としては、シリンダ内にタンブルを発生させるタンブルポートや、シリンダ内にスワールを発生させるスワールポートあるいはハイフローポート（高流量ポート）などの種々のポート形状を採ることができる。

[0041] 力！]えて、この実施の形態によるエンジン 1は、運転域が高回転高負荷運転域にあるときは吸気行程において燃料が噴射されるから、燃料の到達距離が短くなる（噴霧貫徹力が小さくなる）ことと相俟って燃料が吸気に乗り易くなる。このため、このエンジン 1によれば、高回転高負荷運転時において、シリンダの周壁 12に燃料が付着することを吸気に燃料を乗せることによって防ぐことができる。この結果、このエンジン 1によれば、シリンダの周壁 12をオイルによって確実に潤滑することができる

[0042] また、この実施の形態によるエンジン 1においては、上述したようにインジェクタ 3から噴射された燃料が吸気流に乗り易くなる。このため、このエンジン 1によれば、燃料を燃焼室 4内に直接噴射する構成を採っているにもかかわらず、吸気管内に燃料を噴射するエンジンと同等もしくはそれ以上に吸気中に燃料を均等に分布させることができる。この結果、この実施の形態によるエンジン 1は、高回転高負荷運転時において燃焼改善による熱効率の向上が可能となり、大出力を容易に得ることができる。なお、 2本のインジェクタ 3, 3をエンジン 1に装備するに当っては、下記の第 2ないし第 4の実施の形態を採ることができ、これらの実施の形態を採ることによつても第 1の実施の形態を採るときと同等の効果が期待できる。

[0043] (第 2の実施の形態）

請求項 2に記載した発明に係るエンジンを図 5および図 6によって詳細に説明する図 5はエンジンの要部を拡大して示す断面図、図 6は図 5に示したエンジンにおけるインジェクタおよび燃焼室側の各部材の位置を模式的に示す平面図である。これらの図において、図 1〜図 4によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は適宜省略する。

[0044] 図 5および図 6に示すエンジン 1の 2本のインジェクタ 3は、第 1のインジェクタ 3Aと第 2のインジェクタ 3Bとから構成されている。第 1のインジェクタ 3Aは、燃料の噴射方向が燃焼室 4内における点火プラグ 11に近接する部位を指向するように構成されている。第 2のインジェクタ 3Bは、燃料の噴射方向が第 1のインジェクタ 3の噴射方向とはシリンダの軸線方向に異なる部位を指向するように構成されている。この第 2のインジェクタ 3Bの噴射方向は、図 5に示すように、第 1のインジェクタ 3Aから噴射された燃料 F 1よりピストン 6側にずれた部位に燃料 F2が噴射される方向を指向してヽる。そして、第 1の実施形態と同様にその到達距離は短い。したがって、このエンジン 1によれば、 2つの噴霧 Fl, F2どうしが激しく衝突することがなぐ燃料粒子の大型化や噴霧の乱れが防止される。

[0045] また、これら第 1および第 2のインジェクタ 3A, 3Bの噴射方向は、図 6に示すように、シリンダの軸線方向から見て点火プラグ 11を指向する方向に設定されている。なお、第 1および第 2のインジェクタ 3A, 3Bは、同時噴射であるが、燃料を噴射する時期は、吸気行程と圧縮行程とのいずれか一方のみとする他に、吸気行程と圧縮行程の両方とすることができる。

[0046] この実施の形態に示すエンジン 1においては、 2本のインジェクタ 3A, 3Bによって燃料が噴射される範囲をシリンダの軸線方向に広くとることができる。このため、このエンジン 1によれば、第 1、第 2のインジェクタ 3A, 3Bとしてそれぞれ噴霧開き角度や噴射方向の異なるものを取付けることによって、シリンダのボアストローク比に対応した最適な範隨こ燃料を噴射することができる。 [0047] したがって、この実施の形態によるエンジン 1においては、ボアストローク比を設計する上で制約を受けることはなぐし力も、インジェクタ 3としてスワールインジェクタのような噴霧形状が単純なものを使用しながら、シリンダ内の適正な範隨こ燃料を噴射することができる。

[0048] (第 3の実施の形態）

請求項 3に記載した発明に係るエンジンを図 7ないし図 10によって詳細に説明する図 7はエンジンの要部を拡大して示す断面図、図 8は図 7に示したエンジンにおけるインジヱクタおよび燃焼室側の各部材の位置を模式的に示す平面図、図 9はェンジンの要部を拡大して示す断面図、図 10は図 9に示したエンジンにおけるインジエタタおよび燃焼室側の各部材の位置を模式的に示す平面図である。これらの図において、図 1〜図 4によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は適宜省略する。

[0049] 図 7〜図 10に示すエンジン 1のインジェクタ 3は、燃料を燃焼室 4内の相対的に広い範囲に拡散するように噴射する第 1のインジェクタ 3Aと、燃料を点火プラグ 11の周辺近傍に集まるように噴射する第 2のインジェクタ 3Bとから構成されて、る。このェンジン 1においては、両インジェクタ 3A, 3Bからの噴霧 Fl, F2の到達距離も短い。この実施の形態においては、両インジェクタ 3A, 3Bは、燃料を中空円錐状に噴射するスワールインジヱクタが用いられて!/、る。

[0050] 第 1のインジヱクタ 3Aの噴射方向は、図 7に示すように、クランク軸の軸線方向から見て後述する第 2のインジヱクタ 3Bが指向する部位より下方であって、図 8に示すように、平面視において点火プラグ 11を指向する方向に設定されている。第 1のインジェクタ 3Aによって噴射された燃料を図 7および図 8において二点鎖線 F1で示す。この第 1のインジェクタ 3Aの噴霧形状は、第 2のインジェクタ 3Bの噴霧形状に較べて円錐の頂点の角度 (噴霧開き角度）が大きくなるように形成されている。この第 1のインジェクタ 3Aは、主に吸気行程で主に均質用の噴霧を噴射するように構成されている。ここでいう均質用の噴霧とは、燃料にむらがない噴霧であって、燃料が噴射された範囲内のどの部位においても燃料の粒が略均等に分布しているような噴霧のことをいう。

[0051] 第 2のインジェクタ 3Bの噴射方向は、図 9に示すように、クランク軸の軸線方向から見て点火プラグ 11の下方近傍を指向する方向であって、図 10に示すように、平面視にお、て点火プラグ 11を指向する方向に設定されて、る。この第 2のインジェクタ 3B は、主に圧縮行程で主に成層用の噴霧を噴射するように構成されている。第 2のインジェクタ 3Bによって噴射された燃料を図 9および図 10において二点鎖線 F2で示す。

[0052] そして、吸気行程で第 1のインジェクタ 3Aによって燃料を噴射し、続く圧縮行程で第 2のインジェクタ 3Bによって燃料を噴射することにより弱成層混合気を形成できる。さらに各々のインジェクタの噴射時期と噴射量 (割合)を変更することによって、運転条件に適した弱成層混合気形成の自由度が増す。

[0053] (第 4の実施の形態）

請求項 6に記載した発明に係るエンジン 1を図 11および図 12によって詳細に説明する。

図 11および図 12はエンジンの要部を拡大して示す断面図である。これらの図において、図 1〜図 4によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は適宜省略する。

[0054] 図 11に示すエンジン 1の 2本のインジェクタ 3は、噴射時期が相対的に早くなるように設定された第 1のインジヱクタ 3Aと、噴射時期が相対的に遅くなるように設定された第 2のインジェクタ 3Bとから構成されて、る。

第 1のインジェクタ 3Aは、図 11および図 12において二点鎖線 F1で示すように、圧縮行程の相対的に早い時期において、燃焼室 4内における相対的にピストン 6に近接する部位に燃料を噴射するように構成されてヽる。

[0055] 第 2のインジェクタ 3Bは、図 11および図 12において、二点鎖線 F2で示すように、同一圧縮行程の相対的に遅い時期において、燃焼室 4内における相対的に点火プラグ 11に近接する部位に燃料を噴射するように構成されている。すなわち、これらの

2本のインジェクタ 3, 3は、 1回の燃焼サイクルにおける圧縮行程において燃料を噴射する時期と噴霧位置とを異ならせている。

[0056] なお、第 1、第 2のインジェクタ 3A, 3Bの燃料を噴射する時期は、一方のインジエタタにおいて 1回の燃焼サイクルにおける吸気行程の早期に燃料を噴射し、他方のィンジェクタにおいて同じ燃焼サイクルの吸気行程の後期に燃料を噴射するように設定することができる。また、第 1、第 2のインジェクタ 3A, 3Bの燃料を噴射する時期は、一方のインジェクタにおいて 1回の燃焼サイクルにおける吸気行程の後期に燃料を噴射し、他方のインジェクタにぉヽて同じ燃焼サイクルの圧縮行程の中期に燃料を噴射するように設定することができる。

[0057] 図 11に示す 2本のインジェクタ 3A, 3Bは、第 1の実施の形態で示したインジェクタ 3と同様に、平面視において軸線方向が互いに平行になり、クランク軸の軸線方向から見て吸気ポート 7に沿うような状態でクランク軸の軸線方向に互いに重なるような位置に設けられている。

[0058] 図 12に示す 2本のインジヱクタ 3A, 3Bは、平面視においてシリンダの軸線方向に互いに重なるような位置に設けられるとともに、クランク軸の軸線方向から見た状態での角度が互いに異なるようにシリンダヘッド 2に取付けられている。図 12に示す第 1のインジェクタ 3Aの軸線は、吸気ポート 7に沿うように設けられた第 2のインジェクタ 3B に較べてシリンダの軸線 Cとのなす角度が小さくなる（図 12において起立する）ように設定されている。この第 1のインジェクタ 3Aの一部は、 2つの吸気ポート 7, 7の間に配置されている。

[0059] この実施の形態によるエンジン 1によれば、 1回の燃焼サイクルにおいて第 1のインジェクタ 3A力も噴射された燃料 F1の層と、第 2のインジェクタ 3B力も噴射された燃料 F2の層とがシリンダの軸線方向に二層に重なるように形成される。一般的に、燃焼室内にインジェクタによって燃料が噴射されると、気化潜熱により噴霧内の温度は低下する。すなわち、この実施の形態によるエンジン 1において、噴霧 F1内の温度は、第 1のインジェクタ 3Aから燃料が噴射され気化することによって低下する。この後に第 2 のインジヱクタ 3B力新たに噴射される噴霧 F2内においても温度が低下する力燃料の気化時間が短く限定されるため噴霧 F1ほど温度は低くはならな、。

[0060] このため、二つの燃料の層のうち、後から噴射された燃料 F2の層の温度は、先に噴射された燃料 F1の層の温度より高くなる。すなわち、この実施の形態によるェンジン 1によれば、上述したように燃焼室 4内に温度の異なる二つの燃料の層が形成されることになる。この結果、このエンジン 1によれば、層をなす燃料の温度差を利用して燃焼を制御することが可能になる。

[0061] このように温度差を利用して行う燃焼制御は、図 11, 12に示すエンジン 1、すなわち点火プラグ 11によって点火させる一般的なガソリンエンジンの他に、いわゆる予混合 J土自 I ^着火燃焼 {HCCI (Homogeneous—し harge し ompression— Ignition combusti on)}エンジンにも適用することができる。この HCCIエンジンは、点火プラグを用いることなく発火させるもので、この種のエンジンに上記燃焼制御を適用することによって、燃焼温度を緩慢にする等、燃焼パターンを制御することが可能になる。

[0062] (第 5の実施の形態）

請求項 7に記載した発明に係るエンジンを図 13A〜図 13Cによって詳細に説明する。

図 13A〜図 13Cはインジェクタおよび燃焼室側の各部材の位置を模式的に示す平面図である。これらの図において、図 1〜図 4によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は適宜省略する。

[0063] 図 13A〜図 13Cに示す第 1のインジェクタ 3Aと第 2のインジェクタ 3Bの噴射時期は、これら二つのインジェクタ 3A, 3Bが燃料をサイクル毎に交互に噴射するように設定されている。すなわち、図 13Aに示すように、高回転高負荷運転時においては両方のインジェクタ 3A, 3Bに燃料を同時噴射させ、低回転低負荷運転時では、図 13B、図 13Cに示すように、第 1のインジェクタ 3Aと第 2のインジェクタ 3Bとを 1燃焼サイクル毎に交互に燃料を噴射させる。図 13A〜図 13Cにおいては、第 1のインジェクタ 3A によって噴射された燃料を二点鎖線 F1によって示し、第 2のインジェクタ 3Bによって噴射された燃料を二点鎖線 F2によって示す。

[0064] なお、一般的に、エンジンの運転域が低回転低負荷運転域にあるときは、インジェクタの先端部の熱負荷が小さくなる。このため、この実施の形態によれば、上述したように 1回の燃焼サイクル毎に交互に燃料を噴射させても、インジェクタの先端部を燃料によって充分に冷却することができ、インジヱクタの先端部の焼損を防ぐことができる。

[0065] また、一般的に低回転低負荷運転時には、 1回の燃焼サイクルにおいて必要な燃料の量は極少量となる。もし、そのような運転時にも 2本のインジェクタ 3A, 3Bから同時に噴射させると、 1本当たりの燃料噴射量がさらに少量となってしまい、そのような極少量を正確に噴射量 (噴射時間）制御することは困難である。しかし、この実施の形態によれば、インジヱクタ 3A, 3Bは図 13Bおよび図 13Cに示すように、低回転低負荷運転時には、同時ではなぐ 1回の燃焼サイクル毎に交互に噴射するようにしているので、各インジェクタからの噴射量は従来の 1本のみのインジェクタの場合と同等にでき、よって噴射量 (噴射時間）制御が容易となる。一方、高回転高負荷運転時は、両方のインジェクタ 3A, 3Bによって燃料を充分に供給することができる。

[0066] この結果、この実施の形態によれば、従来のエンジンに用いる 1本のみのインジエタタに較べて、 2本のインジェクタによる実質的なダイナミックレンジ (最大噴射量と最小噴射量との比）を拡げることができる。このため、この実施の形態によれば、ピストン 6 や周壁 12への燃料の付着を防ぎながら、低回転域力ゝら高回転域に至るまで燃料を適正な噴射量をもって噴射することができる。特に、この実施の形態によるエンジン 1 においては、高回転高負荷運転時に要求最大噴射量 ·要求噴射率が増大したとしても、従来のエンジンでは不可能であったような高過給圧による過給や、高回転での運転が可能になる。

[0067] 図 13A〜図 13Cに示すエンジン 1は、 1気筒当たり 2本の点火プラグ 11A, 11Bが装備されている。これらの点火プラグ 11A, 11Bは、クランク軸の軸線方向（図 13A 〜図 13Cにおいては上下方向）に並ぶように設けられている。図 13A〜図 13Cに示す第 1のインジェクタ 3Aは、一方の点火プラグ 11Aと対応する部位に燃料を噴射し、第 2のインジェクタ 3Bは、他方の点火プラグ 11Bと対応する部位に燃料を噴射するように構成されている。

[0068] このように 1気筒当たり 2本のインジヱクタ 3A, 3Bと 2本の点火プラグ 11A, 11Bとを装備することにより、図 13A〜図 13Cに示したように 2本のインジェクタ 3A, 3Bによつて燃料を交互に噴射する場合であっても確実に点火するようになる。このため、このエンジン 1においてリーンバーン運転を行うに当って、リーン限界を向上させることができる。また、 2本のインジェクタ 3A, 3Bによって同時に燃料を噴射する場合は、このように 2本点火プラグ 11A, 11Bを使用することによって燃焼期間を短縮することができ、いわゆる図示平均有効圧力を向上させることができるから、出力向上と燃費低減とを図ることがでさる。

[0069] 1気筒当たり 2本のインジェクタ 3 A, 3Bを装備するに当っては、シリンダヘッド 2を図 14な、し図 17に示すように形成することができる。

図 14はエンジンの要部を拡大して示す断面図、図 15は図 14に示したエンジンにおけるインジヱクタおよび燃焼室側の各部材の位置を模式的に示す平面図、図 16は他の例のエンジンの要部を拡大して示す断面図、図 17は図 16に示したエンジンにおけるインジェクタおよび燃焼室側の各部材の位置を模式的に示す平面図である。これらの図において、図 1〜図 13によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は適宜省略する。

[0070] 図 14および図 16に示すエンジン 1のシリンダヘッド 2には、シリンダの周壁 12の上端部 12aが形成されている。言い換えれば、このシリンダヘッド 2は、シリンダヘッド 2 とシリンダボディ 5の合面位置を下げ、第 1の実施の形態で示したシリンダヘッドに較ベて、燃焼室 4におけるシリンダヘッド 2内に形成されている部分の容積が大きくなるように形成されている。

[0071] このようにシリンダヘッド 2を形成することによって、シリンダボディ 5と吸気ポート 7との間の距離が長くなり、 2本のインジェクタ 3A, 3Bを取付ける位置の自由度を高めることができる。すなわち、図 12、図 16および図 17に示すように、クランク軸の軸線とは直交する仮装平面上でシリンダの軸線方向に重なるように 2本のインジヱクタ 3A, 3B を配設することが可能になる。

[0072] また、この実施の形態を採ることにより、図 14および図 15に示すように、シリンダへッド 2におけるインジェクタ 3A, 3Bの先端部の近傍に冷却水通路 21を形成することができ、先端部を充分に冷却することができる。このエンジン 1によれば、インジェクタ 3A, 3Bの先端部が充分に冷却されることにより、先端部にカーボンが堆積することを防ぐことができる。さらに、この実施の形態を採ることにより、吸'排気弁 9, 10の弁体 9 a, 10aの径を大きく形成することができるようになるから、出力向上をも図ることができる。

[0073] 上記全ての実施の形態では、ピストンの頂部が平坦な例のみについて述べてきた力必ずしもこの形態に特定されるものではなぐピストンの頂部の形状は適宜変更することができる。

産業上の利用可能性

本発明に係るエンジンは、車両用エンジンや船舶用エンジンなどとして使用することがでさる。

Claims

請求の範囲

[1] シリンダヘッドとシリンダとピストン頂面とによって形成された燃焼室と、

シリンダヘッドに形成され、前記燃焼室に連通された吸気ポートおよび排気ポートと前記燃焼室内に燃料を直接噴射するインジヱクタとを備えたエンジンにおいて、前記インジェクタは、クランク軸の軸線方向力見て吸気ポートの下側でクランク軸の軸線方向に互いに重なるような位置と、平面視において吸気ポート間でシリンダの軸線方向に互いに重なるような位置とのうち何れか一方に位置して、互いに近接して

1気筒当たり 2本設けられ、かつ平面視において吸気ポートの吸気口に近接する燃焼室周縁部からシリンダの略中央方向へ燃料を噴射するように構成され、

1回の燃焼サイクルにお、て必要な燃料は、これら 2本のインジエタタカも分配して供給されることを特徴とするエンジン。

[2] 請求項 1記載のエンジンにおいて、

燃焼室の中央部に臨む少なくとも 1つの点火プラグを備え、

2本のインジェクタは、側面視において噴射方向が燃焼室内における点火プラグに近接する部位を指向する第 1のインジヱクタと、

噴射方向が前記第 1のインジヱクタの噴射方向とはシリンダの軸線方向に異なる部位を指向する第 2のインジェクタとから構成されていることを特徴とするエンジン。

[3] 請求項 1記載のエンジンにおいて、

2本のインジェクタは、

1回の燃焼サイクルにおける吸気行程で燃料を燃焼室内の相対的に広い範囲に拡散するように噴射する第 1のインジェクタと、

圧縮行程で燃料を点火プラグの周辺近傍に集まるように噴射する第 2のインジエタタとから構成されて、ることを特徴とするエンジン。

[4] 請求項 1記載のエンジンにおいて、

2本のインジェクタは、低回転低負荷運転時に圧縮行程にぉ、て燃料を噴射することを特徴とするエンジン。

[5] 請求項 1記載のエンジンにおいて、

2本のインジヱクタは、高回転高負荷運転時に吸気行程にぉ、て燃料を噴射することを特徴とするエンジン。

[6] 請求項 1記載のエンジンにおいて、

2本のインジェクタは、 1回の燃焼サイクルにおいて、燃料噴射時期と噴霧位置とがインジェクタ毎に異なっていることを特徴とするエンジン。

[7] 請求項 1記載のエンジンにおいて、

2本のインジヱクタは、低回転低負荷運転時に 1回の燃焼サイクル毎に交互に燃料を噴射することを特徴とするエンジン。