JP4602305B2 - 筒内直噴式内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、所定のタイミングで圧縮空気により燃料を燃焼室に直接噴射する噴射弁を有して構成される筒内直噴式内燃機関に関する。

このような筒内直噴式内燃機関は、噴射弁に供給される圧縮空気を吐出するエアコンプレッサや、吐出された圧縮空気を調圧する空気圧レギュレータ等を有して構成されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１によれば、空気圧レギュレータの最適配置により、エアコンプレッサから延びて噴射弁に繋がれる圧縮空気通路が短縮され、燃料噴射制御の精度が向上されている。

特開２００４−３０１１１３号公報

しかしながら、この従来の形態によると、エアコンプレッサがクランクシャフトに連動して往復動するピストンを有して構成されたピストンポンプ式になっているため、圧縮空気通路内の空気圧に脈動が生じていた。したがって、エアコンプレッサが圧縮空気を吐出するタイミングと、噴射弁が燃料を噴射するタイミングとに位相差がある場合に、適切な量の燃料を噴射するために必要な空気圧の圧縮空気を噴射弁の動作タイミングに合わせて供給することが難しくなっていた。このようなことから、エアコンプレッサと噴射弁の動作タイミングにずれがあっても、適切に燃料を噴射することができるように構成された筒内直噴式内燃機関を提供することが課題になっていた。

特に、気筒ごとで噴射弁の動作タイミングに位相差がある多気筒型の筒内直噴式内燃機関においては、単一のエアコンプレッサから吐出された圧縮空気を各噴射弁に導くように圧縮空気通路が形成されている場合に、各噴射弁に対して燃料噴射に必要な空気圧を各噴射弁の動作タイミングに合わせて供給することが難しくなっていた。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、噴射弁の動作タイミングに合わせて必要な空気圧を供給可能な筒内直噴式内燃機関を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明に係る筒内直噴式内燃機関は、所定のタイミングで圧縮空気により燃料を燃焼室内に直接噴射する噴射弁と、圧縮空気を吐出するピストンポンプ式のエアコンプレッサと、エアコンプレッサの吐出口から延びて噴射弁に繋がれた圧縮空気通路とを有して構成される筒内直噴内燃機関において、圧縮空気通路の途中に設けられ、圧縮空気を蓄える蓄圧室を備え、蓄圧室は、噴射弁が取り付けられたシリンダヘッドに設けられるとともに、噴射弁の内部に形成され圧縮空気通路が繋がれた加圧空気室よりも上方に配置されて蓄圧室から加圧空気室に至る空気通路が下向きに傾斜されて構成される。

また、筒内直噴式内燃機関が、複数の燃焼室と、複数の燃焼室のそれぞれに対応して設けられた複数の前記噴射弁と、単一の前記エアコンプレッサとを有して構成された多気筒内燃機関になっており、圧縮空気通路を、エアコンプレッサの吐出口から延びて分岐させ、複数の噴射弁のそれぞれに繋ぎ、蓄圧室を、複数の噴射弁のそれぞれに対して設けることが好ましい。

そして、連通路を介して蓄圧室に連通されるとともに蓄圧室に近接する位置に設けられ、蓄圧室内の空気圧を調圧する空気圧レギュレータを備え、連通路が蓄圧室に接続される位置が、蓄圧室と圧縮空気通路を繋ぐ空気通路が蓄圧室に接続される位置よりも上方に設けられることが好ましい。このとき、空気圧レギュレータを、蓄圧室を形成する蓄圧室形成部材に保持させることが好ましい。

本発明に係る筒内直噴式内燃機関によると、エアコンプレッサから圧縮空気通路内に吐出された圧縮空気を一旦蓄圧室に蓄えることができるため、圧縮空気通路を大型化して容量を大きくしなくても、エアコンプレッサから吐出される圧縮空気の脈動を緩和することができる。また、噴射弁の作動時には、蓄圧室に蓄えられた圧縮空気を圧縮空気通路を介して噴射弁に導くことができるため、エアコンプレッサと噴射弁との動作タイミングに位相差があっても、蓄圧室に蓄えられていた高圧の圧縮空気が噴射弁に供給され、燃料の噴射の勢いが増加されて噴射弁から噴射される燃料量の増加が図られる。

また、多気筒型の筒内直噴式内燃機関において、圧縮空気通路を複数の噴射弁のそれぞれに繋ぐとともに、蓄圧室を各噴射弁に対して設けることにより、単一のピストンポンプ式のエアコンプレッサが設けられ、気筒ごとで噴射弁の動作タイミングに位相差があっても、各噴射弁には対応する蓄圧室内に蓄えられた高圧の圧縮空気が導かれる。このため、エアコンプレッサの動作タイミングに関わらず、各噴射弁に供給される圧縮空気の圧力差が低減され、優れた燃料噴射制御を行うことができるようになる。

また、空気圧レギュレータを蓄圧室に近接する位置に設け、空気圧レギュレータにより蓄圧室内の空気圧が調圧されるように構成することにより、噴射弁に導かれる圧縮空気の空気圧が調圧されるため、噴射弁に供給される圧縮空気の圧力制御をより安定して行うことができるようになる。このとき、空気圧レギュレータを、蓄圧室が形成される蓄圧室形成部材に保持させることにより、空気圧レギュレータの保持構造を蓄圧室形成部材と別個に設ける場合と比べ、組付に要する部品点数が削減されるとともに構造が簡単かつ小型になり、内燃機関の組立性を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１，図２に本発明に係る筒内直噴式内燃機関の一実施例としてエンジンＥを示している。以降では、図中の矢印Ｆ，Ｕ，Ｌの方向をそれぞれ前方、上方、左方として説明しており、これらの方向は、エンジン１が車両に搭載された状態において運転者が見る方向に対応している。

エンジンＥは、例えば自動二輪車等の車両に搭載される４ストローク・Ｖ型２気筒エンジンであり、車両のフレームに取り付けられるエンジンケース１の内外に各構成部品や補機等が配設されて構成されている。エンジンケース１は、共通のクランクケース２と、それぞれクランクケース２に結合された前部バンク３Ｆおよび後部バンク３Ｒとを有して構成されており、両バンク３Ｆ，３Ｒは、クランクケース２の上方にＶ字をなすようにして締結された前後のシリンダブロック４Ｆ，４Ｒと、各シリンダブロック４Ｆ，４Ｒの上方に締結された前後のシリンダヘッド５Ｆ，５Ｒとを有して構成されている。

シリンダブロック４Ｆ，４Ｒの内部には、上下に開放された円筒状のシリンダ室２１Ｆ，２１Ｒが形成されており、このシリンダ室２１Ｆ，２１Ｒの内部にエンジンピストン１２Ｆ，１２Ｒが摺動自在に挿入されている。エンジンピストン１２Ｆ，１２Ｒは、コンロッド１３Ｆ，１３Ｒを介し、クランクケース２に回転自在に支持されたクランクシャフト１１に連結されている。シリンダヘッド５Ｆ，５Ｒは、シリンダ室２１Ｆ，２１Ｒを覆って取り付けられている。両バンク３Ｆ，３Ｒの内部には、シリンダ室２１Ｆ，２１Ｒの内周面と、エンジンピストン１２Ｆ，１２Ｒと、シリンダヘッド５Ｆ，５Ｒとに囲まれた燃焼室２３Ｆ，２３Ｒが形成されている。

燃焼室２３Ｆ，２３Ｒには、吸気口３１Ｆ，３１Ｒを介してシリンダヘッド５Ｆ，５Ｒの内部を両バンク３Ｆ，３Ｒの内側に向けて延びる吸気ポート３２Ｆ，３２Ｒが連通しており、排気口３６Ｆ，３６Ｒを介してシリンダヘッド５Ｆ，５Ｒの内部を両バンク３Ｆ，３Ｒの外側に向けて延びる排気ポート３７Ｆ，３７Ｒが連通している。両バンク３Ｆ，３Ｒの内側には、吸気ポート３２Ｆ，３２Ｒに接続された吸気管３３Ｆ，３３Ｒが配設され、吸気管３３Ｆ，３３Ｒの上流側が集合されている。吸気管３３Ｆ，３３Ｒの集合部分に対し、吸気量を制御するスロットルバルブと、外部から取り入れたエアを清浄化するエアクリーナとが連なって設けられている。また、排気ポート３７Ｆ，３７Ｒには排気管３８Ｆ，３８Ｒが接続されている。なお、このエンジンＥには、両バンク３Ｆ，３Ｒ間の下部に、排気ポート３７Ｆ，３７Ｒから吸気管３３Ｆ，３３Ｒの集合部分に燃焼後のガスを戻す排気還流装置３５が備えられている。

シリンダヘッド５Ｆ，５Ｒには、吸気口３１Ｆ，３１Ｒおよび排気口３６Ｆ，３６Ｒを開閉する吸気弁１５Ｆ，１５Ｒおよび排気弁１６Ｆ，１６Ｒが取り付けられている。吸気弁１５Ｆ，１５Ｒおよび排気弁１６Ｆ，１６Ｒは、弁ばね１４により吸気口３１Ｆ，３１Ｒおよび排気口３６Ｆ，３６Ｒを閉じる方向に付勢され、動弁機構５０，５０により駆動されて吸気口３１Ｆ，３１Ｒおよび排気口３６Ｆ，３６Ｒを開閉する。

なお、図２に前部バンク３Ｆについてのみ示しているが、各シリンダブロック４Ｆ，４Ｒの内部には、シリンダ室２１Ｆ，２１Ｒの側方を上下に延びるチェーン室２７が形成されている。シリンダヘッド５Ｆ，５Ｒには、上面の開口を覆ってヘッドカバー６Ｆ，６Ｒが取り付けられており、シリンダヘッド５Ｆ，５Ｒとヘッドカバー６Ｆ，６Ｒに囲まれて動弁室２６が形成されている。チェーン室２７と動弁室２６は、上下に連通され、内部に動弁機構５０が配設されている。

動弁機構５０は、吸気側カム６３および排気側カム６４を有してシリンダブロック４Ｆ，４Ｒに回転自在に支持されたカムシャフト６０と、揺動自在に設けられて吸気側カム６３に当接する吸気側第１ロッカアーム５１と、揺動自在に設けられて排気側カム６４に当接する排気側第１ロッカアーム５２と、動弁室２６Ｆ，２６Ｒ内の上部に揺動自在に設けられて吸気弁１５Ｆ，１５Ｒの上端に当接する吸気側第２ロッカアーム５３と、動弁室２６Ｆ，２６Ｒ内の上部に揺動自在に設けられて排気弁１６Ｆ，１６Ｒの上端に当接する排気側第２ロッカアーム５４と、吸気側第１および第２ロッカアーム５１，５３の間を上下に延びて設けられて吸気側第１ロッカアーム５１の揺動運動を吸気側第２ロッカアーム５３に伝達する吸気側プッシュロッド５５と、排気側第１および第２ロッカアーム５２，５４の間を上下に延びて設けられて排気側第１ロッカアーム５２の揺動運動を排気側第２ロッカアーム５４に伝達する排気側プッシュロッド５６とから構成されている。

カムシャフト６０は、チェーン室２７内の上部を左右に横切って配置され、クランクシャフト１１の回転駆動力がチェーン伝動機構７０により伝達されて回転駆動される。チェーン伝動機構７０は、クランクシャフト１１に固定されたカムドライブスプロケット７１と、カムシャフト６０に固定されたカムドリブンスプロケット７２と、両スプロケット７１，７２に巻き掛けられたカムチェーン７３とを有して構成されており、クランクシャフト１１の回転駆動力を二分の一に減速してカムシャフト６０に伝達する。また、カムチェーン７３の弛緩を解消してタイミングチェーンとしての機能を保持するため、シリンダブロック４Ｆ，４Ｒの内壁には無端状のカムチェーン７３を外側から押圧するテンショナ７５が締結されている（図４参照）。

また、シリンダヘッド５Ｆ，５Ｒには、圧縮空気および燃料の混合気を燃焼室２３Ｆ，２３Ｒ内に直接噴射して供給する噴射弁１７Ｆ，１７Ｒと、燃焼室２３Ｆ，２３Ｒ内の混合気を点火する点火プラグ１８とが取り付けられている。

上記構成のエンジンＥによると、エンジンピストン１２Ｆ，１２Ｒが下動すると、エアクリーナおよびスロットルバルブを通って吸気管３３Ｆ，３３Ｒに導入されたエアが、吸気ポート３２Ｆ，３２Ｒおよび吸気口３１Ｆ，３１Ｒを通って燃焼室２３Ｆ，２３Ｒ内に供給される。供給されたエアは、エンジンピストン１２Ｆ，１２Ｒの上動によって圧縮される。このように吸気および圧縮が行われている間における所定のタイミングで、噴射弁１７Ｆ，１７Ｒから燃焼室２３Ｆ，２３Ｒ内に燃料が噴射される。エンジンピストン１２Ｆ，１２Ｒが上死点近傍に位置したときに、混合気が点火プラグ１８により点火されて燃焼し、エンジンピストン１２Ｆ，１２Ｒが再び下動する。燃焼後のガスは、エンジンピストン１２Ｆ，１２Ｒが再び上動するときに、排気口３６Ｆ，３６Ｒ、排気ポート３７Ｆ，３７Ｒおよび排気管３８Ｆ，３８Ｒを通って外部に排出される。

この一連の吸気、圧縮、燃焼・膨張、排気の行程が繰り返して行われるが、両コンロッド１３Ｆ，１３Ｒの大端部が同じクランクピン１１ｄに並んで枢結されているため、両エンジンピストン１２Ｆ，１２Ｒは、シリンダ室２１Ｆ，２１Ｒの軸線が成す角に応じた位相差をもって往復動する。したがって、前部バンク３Ｆと後部バンク３Ｒとでは、各行程のタイミングがこの位相差に応じてずれており、吸排気弁１５Ｆ，１５Ｒ，１６Ｆ，１６Ｒ、噴射弁１７Ｆ，１７Ｒおよび点火プラグ１８が作動するタイミングも、これに合わせてずれが生じている。

なお、クランクケース２は、左右のケース半体２Ａ，２Ｂが組み合わされて構成されている。クランクシャフト１１は、左右のジャーナル部１１ａ，１１ｂがクランクケース２の左右の側壁に支持され、クランクピン１１ｄがクランクケース２の内部空間（クランク室２２）に収容され、左右の両端部１１ｅ，１１ｆがクランクケース２の側壁から外側に突出されている。左ケース半体２Ａには、側壁を外側から覆って左カバー７が締結されており、クランクシャフト１１の左端部１１ｅは、左カバー７および左ケース半体２Ａに囲まれた空間２４内に収容されている。左端部１１ｆには、クランクシャフト１１により駆動される発電機４１が設けられており、ワンウェイクラッチ４２を介してギヤ４３が連結されている。ギヤ４３には、エンジンＥの始動時に作動する始動モータ（図示略）の駆動力が伝達される。また、クランクケース２には、クランクシャフト１１と平行に配置された２本のバランサシャフト４４，４５が回転自在に支持されている。２本のバランサシャフト４４，４５はそれぞれ、クランクシャフト１１の回転駆動力がギヤ列４６，４７により伝達され、クランクシャフト１１と同じ速度で回転駆動される。右ケース半体２Ｂには、右側壁を外側から覆って右カバー８が締結されており、クランクシャフト１１の右端部１１ｆは、右カバー８および右ケース半体２Ｂに囲まれた空間２５内に収容されている。右端部１１ｆには、ギヤ列４７の駆動ギヤ４７ａが設けられている。クランクケース２の後部には、クランクシャフト１１の回転駆動力を変速して車輪に伝達する動力伝達装置を収容するための変速機ケース９が一体に成形されている。動力伝達装置の入力軸４８は、バランサシャフト４５の回転駆動力がギヤ列４９により減速されて伝達されるように構成されている。なお、ギヤ列４６の駆動ギヤ４６ａは、クランク室２２内に収容され、ギヤ列４７の従動ギヤ４７ｂとギヤ列４９の駆動ギヤ４９ａはバランサシャフト４５に固定されている。

さて、本構成例の噴射弁１７Ｆ，１７Ｒは、圧縮空気の空気圧を利用して燃料を圧縮空気と混合して噴射する形態になっており、図示しない燃料タンクに溜められた燃料が供給されてこの燃料を噴射する燃料インジェクタ８０と、燃料インジェクタ８０から噴射された燃料を圧縮空気とともに燃焼室２３Ｆ，２３Ｒ内に直接噴射するエアインジェクタ８５とが連結されて構成されている。このため、エンジンＥは、エアインジェクタ８５に供給される圧縮空気を吐出するエアコンプレッサ１００と、エアコンプレッサ１００から延びてエアインジェクタ８５に繋がり、吐出された圧縮空気をエアインジェクタ８５に導く圧縮空気通路１２０とを有して構成されている。

図３に示すように、燃料インジェクタ８０およびエアインジェクタ８５はそれぞれ、外形が段付きの円筒状に形成され、電磁駆動によって先端に設けられたノズル孔８１，８６が開閉されるように構成されている。燃料インジェクタ８０の軸方向中間部には、内部に燃料を導くための燃料通路８２が形成されている。

噴射弁１７Ｆ，１７Ｒは、シリンダヘッド５Ｆ，５Ｒと、動弁室２６内でシリンダヘッド５Ｆ，５Ｒに結合されたインジェクタホルダ９０とに保持され、シリンダ室２１Ｆ，２１Ｒの軸線と平行に設けられている。シリンダヘッド５Ｆ，５Ｒには、燃焼室２３Ｆ，２３Ｒからシリンダ室２１Ｆ，２１Ｒの軸線と平行に延びる収容孔５ａが形成されており、収容孔５ａ内にエアインジェクタ８５の先端部が嵌合される。エアインジェクタ８５のノズル孔８６は、燃焼室２３Ｆ，２３Ｒに上方から突出される。

インジェクタホルダ９０は、噴射弁１７Ｆ，１７Ｒの作動時に生じる振動を吸収するダンパ部材９６を介してシリンダヘッド５Ｆ，５Ｒに結合されている。インジェクタホルダ９０の内部を貫通して形成された収容孔９０ａには、エアインジェクタ８５の基端部と燃料インジェクタ９０とが嵌合されている。このようにインジェクタホルダ９０に嵌合されて保持された状態においては、燃料インジェクタ８０の先端部とエアインジェクタ８５の基端部とが上下に嵌合されて連結され、燃料インジェクタ８０のノズル孔８１がエアインジェクタ８５の内部に配置される。

また、インジェクタホルダ９０の内部には、上下に分かれて３箇所にＯリング等のシール部材９７〜９９が取り付けられている。これにより、収容孔９０ａの内周面と、上部および中央シール部材９７，９８と、燃料インジェクタ８５の外周面とに囲まれた環状の燃料室９１が形成され、また、収容孔９０ａの内周面と、中央および下部シール部材９８，９９と、燃料インジェクタ８０およびエアインジェクタ８５の外周面とに囲まれた環状の加圧空気室９２が形成される。インジェクタホルダ９０の内部には、燃料室９１に連通されて燃料タンクに繋がる燃料パイプ８４（図５参照）が接続される燃料通路９３が形成されており、加圧空気室９２に連通されるホルダ側空気通路９４が形成されている。

上記構成の噴射弁１７Ｆ，１７Ｒによると、燃料タンク内の燃料が燃料パイプ８４、燃料室９１および燃料通路８２を通って燃料インジェクタ８０の内部に流入し、エアコンプレッサ１００からの圧縮空気がホルダ側空気通路９４を通って加圧空気室９２に流入する。図示しないコントローラから出力された制御信号により電磁駆動されて両ノズル孔８１，８６が所定のタイミングで開放されると、燃料インジェクタ８０のノズル孔８１から燃料がエアインジェクタ８５の内部に噴射される。そして、燃料インジェクタ８０から噴射された燃料が、加圧空気室９２に流入した圧縮空気とともにエアインジェクタ８５のノズル孔８６から燃焼室２３Ｆ，２３Ｒ内に噴射される。

次に、図４を参照してエアコンプレッサ１００の構成について説明する。エアコンプレッサ１００は、前部バンク３Ｆのシリンダブロック４Ｆの上部に設けられており、前部バンク３Ｆに設けられたカムシャフト６０の回転駆動力がポンプ駆動機構１０５により伝達されて駆動される。

エアコンプレッサ１００は、ピストンポンプになっており、内部にポンプシリンダ室１０１ａが形成されたポンプボディ１０１と、ポンプボディ１０１にポンプシリンダ室１０１ａを覆って結合されたポンプヘッド１０２と、ポンプシリンダ室１０１ａの内部に摺動自在に挿入されたポンプピストン１０３とを有して構成されている。前部バンク３Ｆのシリンダブロック４Ｆには、チェーン室２７の前方に開口が形成されており、ポンプボディ１０１は、この開口を覆ってシリンダブロック４Ｆの前方に締結されている。また、ポンプシリンダ室１０１ａの内周面と、ポンプピストン１０３と、ポンプヘッド１０２とに囲まれて圧縮室１００ａが形成されている。ポンプピストン１０３は、ポンプ駆動機構１０５により駆動されてポンプシリンダ室１０１ａの内部を軸方向に往復動する。

ポンプ駆動機構１０５は、カムシャフト６０と平行に延びて設けられてシリンダブロック４Ｆおよびポンプボディ１０１に回転自在に支持された駆動シャフト１０６と、カムシャフト６０の回転駆動力を駆動シャフト１０６に伝達するポンプギヤ列１０７と、駆動シャフト１０６に一体回転可能に設けられた斜板１０８と、ポンプピストン１０３に固着されるとともに斜板１０８に連結された作動部材１１０とから構成されており、カムシャフト６０の回転駆動力を直線運動に変換してポンプピストン１０３に伝達する。

ポンプギヤ列１０７は、カムシャフト６０に結合されたポンプドライブギヤ１０７ａと、ポンプドライブギヤ１０７ａと噛合して駆動シャフト１０６に結合されたポンプドリブンギヤ１０７ｂとから構成される。作動部材１１０は、ポンプピストン１０３の左側端面に締結されている。作動部材１１０には、ポンプピストン１０３との組付状態でポンプピストン１０３の中心軸上に位置しており、それぞれ半球状に形成された２つのシュー１１１，１１１を滑動自在に受容保持する保持部１１２が設けられている。保持部１１２に受容保持された２つのシュー１１１，１１１の間に斜板１０８の周縁部１０８ａが挟持されている。作動部材１１０の前面には左右方向に延びる溝が形成されており、ポンプボディ１０１の前面外側から挿入されるボルト１１４の端部がこの溝の内部に受容されている。これにより、作動部材１１０はポンプピストン１０３の軸回りへの回転が規制される。

また、圧縮室１００ａは、吸入口１００ｂを介してポンプヘッド１０２の内部に形成された吸入ポート１０２ａに連通しており、吐出口１００ｃを介してポンプヘッド１０２の内部に形成された吐出ポート１０２ｂに連通している。吸入ポート１０２ａは、ポンプヘッド１０２の上方に開口して外部に連通し、この開口にエアクリーナから延びるエア導入管（図示略）が接続されている。吸入口１００ｂには、圧縮室１００ａが負圧になると開弁するリード弁（図示略）が設けられている。また、吐出ポート１０２ｂはポンプヘッド１０２の内部を左右に貫通して形成されている。吐出ポート１０２ｂには、吐出口１００ｃから径方向外側に延びる着座面に着座可能な円板状の弁体１１７と、弁体１１７を着座方向に付勢するスプリング１１８とを有して構成されたポペット弁１１６が設けられている。

上記構成のエアコンプレッサ１００によると、カムシャフト６０の回転がポンプギヤ列１０７を介して駆動シャフト１０６に伝達され、駆動シャフト１０６がクランクシャフト１１と同じ速度で回転する。駆動シャフト１０６の回転に応じて斜板１０８が回転すると、斜板１０８の周縁部１０８ａが左右方向に変位し、この変位がシュー１１１を介して作動部材１１０に伝達され、作動部材１１０とともにポンプピストン１０３を左右に往復直線運動させる。ポンプピストン１０３が図４に実線で示す右死点にある状態から左動すると圧縮室１００ａの内部が負圧になってリード弁が開弁し、エアクリーナからのエアがエア導入管、吸入ポート１０２ｂおよび吸入口１００ｂを通って圧縮室１００ａ内に吸入される。ポンプピストン１０３が図４に二点鎖線で示す左死点にある状態から右動すると、リード弁が閉弁して圧縮室１００ａ内でエアが圧縮される。圧縮空気が所定圧を超えると、ポペット弁１１６の弁体１１７がスプリング１１８の付勢力に抗して右動して吐出口１００ｃが開放され、圧縮室１００ａ内の圧縮空気が吐出ポート１０２ｂに吐出される。

次に、圧縮空気通路１２０について説明する。圧縮空気通路１２０は、ポンプヘッド１０２、ポンプボディ１０１、前部バンク３Ｆのシリンダブロック４Ｆ、クランクケース２および両バンク３Ｆ，３Ｒのそれぞれの内部に形成されて吐出ポート１０２ｂと動弁室２６とを連通するケース内通路１２１と、インジェクタホルダ９０に形成されたホルダ側空気通路９４と、動弁室２６Ｆ，２６Ｒ内に配設されてケース内通路１２１およびホルダ側空気通路９４を接続する配管通路１２６とから構成されている。

図１に示すように、ケース内通路１２１は、エアコンプレッサ１００の吐出ポート１０２ｂから延びる第１通路１２２と、クランクケース２内における両バンク３Ｆ，３Ｒの基端部において第１通路１２２から前部バンク３Ｆの動弁室２６に向けて延びる第２通路１２３と、クランクケース２内における両バンク３Ｆ，３Ｒの基端部において第１通路１２２から後部バンク３Ｒの動弁室２６に向けて延びる第３通路１２４とを有している。このように、ケース内通路１２１は、エアコンプレッサ１００の吐出ポート１０２ｂから延び、両バンク３Ｆ，３Ｒの基端部において両バンク３Ｆ，３Ｒの動弁室２６に向けて二又に分岐されている。以降では、この二又に分かれる部分を分岐部１２０ａとも称する。

図６，図７に示すように、配管通路１２６は、ケース内通路１２１における動弁室２６側の開口とホルダ側空気通路９４の開口とを繋いでいる。これにより、エアコンプレッサ１００の吐出ポート１０２ｂに吐出された圧縮空気が、両バンク３Ｆ，３Ｒにおける加圧空気室９２に導かれる。

また、本構成例のエンジンＥには、両バンク３Ｆ，３Ｒのそれぞれに対し、圧縮空気通路１２０内の圧縮空気を所定圧に調圧制御する空気圧レギュレータ１４０と、圧縮空気を蓄えるための蓄圧室１５０とが設けられており、それぞれが圧縮空気通路１２０の途中に設けられている。図７に前部バンク３Ｆについてのみ示すが、配管通路１２６の中間部に分岐配管通路１２７が繋がっている。この分岐配管通路１２７に、蓄圧室１５０が連通して設けられており、さらに、この蓄圧室１５０を介して空気圧レギュレータ１４０が繋がって設けられている。

蓄圧室１５０は、シリンダへッド５Ｆ，５Ｒの内壁に締結された蓄圧室ケース１５１の凹部１５１ａの内周面に囲まれて形成されている。蓄圧室ケース１５１には、凹部１５１ａの開口を覆ってキャップ１５１が取り付けられており、また、キャップ１５１と蓄圧室ケース１５１との間には、シール部材が設けられている。これにより、凹部１５１ａの開口が密閉されて蓄圧室１５０からの空気漏れが防止される。蓄圧室ケース１５１の外周面には、凹部１５１ａに連通される空気出入通路１５１ｂが開口しており、この開口に分岐配管通路１２７が繋がれている。

空気圧レギュレータ１４０は、蓄圧室ケース１５１に形成された収容孔１５１ｃ内に嵌合収容されて保持されており、動弁室２６内において蓄圧室１５０に近接した位置に配設されている。収容孔１５１ｃは、連通路１５１ｄを介して凹部１５１ａと連通されている。さらに、ワッシャ１５５が空気圧レギュレータ１４０の外側から取り付けられて蓄圧室ケース１５１に締結されており、これにより空気圧レギュレータ１４０が蓄圧室ケース１５１に固定される。なお、空気圧レギュレータ１４０の余剰エア出口１４１は、動弁室２６内に開口している。

蓄圧室ケース１５１がシリンダヘッド５Ｆ，５Ｒに取り付けられると、蓄圧室１５０が各噴射弁１７Ｆ，１７Ｒに近接した位置に形成される。また、ケース内通路１２１を形成する第２通路１２３は、前部バンク３Ｆの後部で開口されており、また、第３通路１２４は、図示略するが後部バンク３Ｒの前部で開口されている。このため、配管通路１２６は、エンジンＥが車両に搭載された状態において、ケース内通路１２１側からホルダ側空気通路９４に行くに従って下方に向けられる。また、エンジンＥが車両に搭載された状態において、収容孔１５１ｃが加圧空気室９２に対して上方に配置されており、分岐配管部１２７が、ホルダ側空気通路９４に行くに従って下方に向けられる。また、空気圧レギュレータ１４０は、連通路１５１ｄを介して蓄圧室１５０に連通されるとともに、蓄圧室１５０に近接する位置に設けられており、蓄圧室１５０内の空気圧を調圧するように構成されている。

上記構成のエンジンＥによると、クランクシャフト１１が回転されると、両エンジンピストン１２Ｆ，１２Ｒが位相差をもって往復動し、また、クランクシャフト１１が２回転する間にポンプピストン１０３が１往復する。エアコンプレッサ１００の圧縮行程が行われると、吐出ポート１０２ｂに吐出された圧縮空気が、第１通路１２２を通って分岐部１２０ａで二手に分かれ、両バンク３Ｆ，３Ｒの加圧空気室９２および蓄圧室１５０に導かれる。このように１つのエアポンプ１００により吐出された圧縮空気が、両バンク３Ｆ，３Ｒの噴射弁１７Ｆ，１７Ｒに供給される。蓄圧室１５０内の圧縮空気の空気圧は、蓄圧室１５０と連通路１５１ｄを介して接続される空気圧レギュレータ１４０によって所定圧に調圧される。空気圧レギュレータ１４０からの余剰エアは、余剰エア出口１４１から動弁室２６内に排出され、チェーン室２６および左右の空間２４，２５を通ってクランク室２２内に流入する。クランク室２２内に流入した余剰エアは、従来知られるブリーザ装置（図示略）によってブローバイガスとともにスロットルバルブの上流側に還流され、吸気行程において各燃焼室２３Ｆ，２３Ｒ内に供給される。

クランク角が進角されると、エアコンプレッサ１００の吸入行程が行われ、前部バンク３Ｆに設けられた噴射弁１７Ｆが電磁駆動されてノズル孔８２，８６が開放される。これにより、前部バンク３Ｆの蓄圧室１５０に溜められた圧縮空気が加圧空気室９２に流入し、燃料とともにエアインジェクタ８５のノズル孔８６から燃焼室２３Ｆに噴射される。このとき、前部バンク３Ｆにおける蓄圧室１５０内や加圧空気室９２内の空気圧が降下される。この降下によって後部バンク３Ｒに設けられた圧縮空気通路内の内部に形成された圧縮空気通路の内部通路内の空気圧に脈動が生じるおそれがあるが、後部バンク３Ｒの蓄圧室１５０内に圧縮空気が蓄えられているため、脈動が緩和される。

クランク角がさらに進角されると、後部バンク３Ｒの噴射弁１７Ｒが電磁駆動されてノズル孔８２，８６が開放される。燃焼室２３Ｒ側と加圧空気室９２側との間には内部空気圧に差圧があるため、この差圧によって後部バンク３Ｒの蓄圧室１５０に溜められた圧縮空気が加圧空気室９２に流入し、燃料とともにエアインジェクタ８５のノズル孔８６から燃焼室２３Ｒ内に噴射される。

このように、エアコンプレッサ１００から吐出された圧縮空気は、噴射弁１７Ｆ，１７Ｒに繋がる空気通路１２０に連通された蓄圧室１５０内に流入する。これにより、本構成例のようにエアコンプレッサ１００がピストンポンプであっても、圧縮空気通路１２０内の空気圧の脈動が抑えられる。また、蓄圧室１５０内で空気圧を高圧に保持しておくことができるようになるため、エアコンプレッサ１００が圧縮空気を吐出するタイミングと、各噴射弁１７Ｆ，１７Ｒが燃料を噴射するタイミングにずれがあっても、噴射弁１７Ｆ，１７Ｒの作動時には、配管通路部１２７を介して蓄圧室１５０から圧縮空気を噴射弁１７Ｆ，１７Ｒに導くことができる。なお、蓄圧室１５０は、動弁室２６内に設けられて各噴射弁１７Ｆ，１７Ｒに近接する位置に形成されているため、蓄圧室１５０からの圧縮空気が噴射弁１７Ｆ，１７Ｒに短時間で導かれる。したがって、燃焼室２３Ｆ，２３Ｒ内に混合気を所定のタイミングで正確に供給することができる。

また、本構成例のエンジンＥは、気筒ごとで燃料を噴射するタイミングにずれがあるＶ型２気筒の内燃機関であるが、両バンク３Ｆ，３Ｒごとに蓄圧室１５０を設けていることにより、このような形態の内燃機関においても、エアコンプレッサ１００の行程に関わらず、蓄圧室１５０から噴射に必要とされる空気圧に設定された圧縮空気を各噴射弁１７Ｆ，１７Ｒに供給することができるようになる。これにより、出力や回転数に応じた適切な量の燃料を各燃焼室２３Ｆ，２３Ｒ内に供給することができ、優れた燃料噴射制御を行うことができる内燃機関を提供することができる。

また、空気圧レギュレータ１４０を蓄圧室１５０に近接する位置に設け、空気圧レギュレータ１４０により蓄圧室１５０内の空気圧が調圧されるように構成することにより、噴射弁１７Ｆ，１７Ｒに導かれる圧縮空気の空気圧が調圧されるため、噴射弁１７Ｆ，１７Ｒに供給される圧縮空気の圧力制御をより安定して行うことができるようになる。このとき、空気圧レギュレータ１４０を、蓄圧室１５０が形成される蓄圧室ケース１５１に保持させることにより、空気圧レギュレータ１４０の保持構造を蓄圧室ケース１５１と別個に設ける場合と比べ、組付に要する部品点数が削減されるとともに構造が簡単かつ小型になり、内燃機関の組立性を向上させることができる。

また、このように、蓄圧室１５０および空気圧レギュレータ１４０を一体にしてエンジンケース１に組み付け可能になっていることにより、蓄圧室１５０および空気圧レギュレータ１４０を動弁室２６内にコンパクトに配置することができる。また、蓄圧室ケース１５１はシリンダヘッド５Ｆ，５Ｒの内壁に締結されている。ここで、シリンダヘッド５Ｆ，５Ｒは、燃焼室２３Ｆ，２３Ｒを形成するとともに、燃焼後のガスを導く排気ポート３７Ｆ，３７Ｒが形成されているため、エンジンＥの作動時に内壁が高温になる。したがって、蓄圧室ケース１５１はシリンダヘッド５Ｆ，５Ｒの内壁から熱を受け、蓄圧室１５０の内部温度が高温に保持されて圧縮空気中に含まれる水蒸気が結露するおそれを低減することができ、圧縮空気通路１２０が水滴によって閉塞されることがなくなる。

さらに、蓄圧室１５０が加圧空気室９２に対して上方に配置されており、蓄圧室１５０から加圧空気室９２に至る通路が下向きに傾斜されている。このため、蓄圧室１５０内で結露が生じても、水滴が空気通路１２０の内壁面を伝って加圧空気室９２までスムーズに流れ落ちる。このため、水滴が空気通路１２０の内壁面に付着したままとなって空気通路１２０を閉塞するおそれを低減することができるとともに、空気圧レギュレータに水滴が侵入することがなく、空気圧レギュレータ１４０による圧縮空気の調圧制御を安定して行わせることができるようになる。

これまで本発明に係る実施形態を説明したが、本発明は上記の構成に限定されるものではない。例えば、多気筒型の直噴式内燃機関に適用する場合には、上記構成例のようにＶ型２気筒の内燃機関に限らず、直列型や並列型の内燃機関あるいは３気筒以上の内燃機関に対しても、同様に適用することができる。

本発明に係る筒内直噴式内燃機関の一例として示すエンジンの左側断面図である。 図１に示す矢印II−II方向に沿って示すエンジンの断面図である。 図２に示すエンジンの部分拡大図である。 図２に示す矢印IV−IV方向に沿って示すエンジンの断面図である。 上記エンジンの右側断面図である。 上記エンジンの左側断面図である。 図６に示す矢印VII−VII方向に沿って示すエンジンの断面図である。

符号の説明

Ｅ エンジン
１ エンジンケース
２ クランクケース
３Ｆ 前部バンク
３Ｒ 後部バンク
４Ｆ，４Ｒ シリンダブロック
５Ｆ，５Ｒ シリンダヘッド
１１ クランクシャフト
１２Ｆ，１２Ｒ エンジンピストン
１７Ｆ，１７Ｒ 混合気噴射弁
２１Ｆ，２１Ｒ シリンダ室
２３Ｆ，２３Ｒ 燃焼室
２６ 動弁室
８０ 燃料インジェクタ
８５ エアインジェクタ
１００ エアコンプレッサ
１２０ 空気通路
１４０ 空気圧レギュレータ
１５０ 蓄圧室
１５１ 蓄圧室ケース

Claims (4)

1. 所定のタイミングで圧縮空気により燃料を燃焼室内に直接噴射する噴射弁と、
   前記圧縮空気を吐出するピストンポンプ式のエアコンプレッサと、
   前記エアコンプレッサの吐出口から延びて前記噴射弁に繋がれた圧縮空気通路とを有して構成される筒内直噴内燃機関において、
   前記圧縮空気通路の途中に設けられ、前記圧縮空気を蓄える蓄圧室を備え、
   前記蓄圧室は、前記噴射弁が取り付けられたシリンダヘッドに設けられるとともに、前記噴射弁の内部に形成され前記圧縮空気通路が繋がれた加圧空気室よりも上方に配置されて前記蓄圧室から前記加圧空気室に至る空気通路が下向きに傾斜されていることを特徴とする筒内直噴式内燃機関。
2. 前記筒内直噴式内燃機関は、複数の前記燃焼室と、前記複数の燃焼室のそれぞれに対応して設けられた複数の前記噴射弁と、単一の前記エアコンプレッサとを有して構成された多気筒内燃機関であり、
   前記圧縮空気通路は、前記エアコンプレッサの吐出口から延びて分岐し、前記複数の噴射弁のそれぞれに繋がれており、
   前記蓄圧室が、前記複数の噴射弁のそれぞれに対して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の筒内直噴式内燃機関。
3. 連通路を介して前記蓄圧室に連通されるとともに前記蓄圧室に近接する位置に設けられ、前記蓄圧室内の空気圧を調圧する空気圧レギュレータを備え、
   前記連通路が前記蓄圧室に接続される位置が、前記蓄圧室と前記圧縮空気通路を繋ぐ空気通路が前記蓄圧室に接続される位置よりも上方に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内直噴式内燃機関。
4. 前記空気圧レギュレータが、前記蓄圧室を形成する蓄圧室形成部材に保持されていることを特徴とする請求項３に記載の筒内直噴式内燃機関。
   

Images