JPH0579386A - 筒内噴射式内燃機関 - Google Patents

筒内噴射式内燃機関

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JPH0579386A
JPH0579386A JP3241447A JP24144791A JPH0579386A JP H0579386 A JPH0579386 A JP H0579386A JP 3241447 A JP3241447 A JP 3241447A JP 24144791 A JP24144791 A JP 24144791A JP H0579386 A JPH0579386 A JP H0579386A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 筒内噴射式内燃機関において十分に気化した
噴射燃料を燃焼室内に均一に分散させる。 【構成】 吸気弁６ａ近傍のシリンダヘッド内壁面上に
燃料噴射弁１１を配置する。機関低負荷運転時には燃料
噴射弁１１から圧縮行程中に燃料を噴射する。機関高負
荷運転時には燃料噴射弁１１から吸気行程中に燃料を噴
射し、このとき燃料噴射弁１１から開弁している吸気弁
６ａのかさ部背面に向けて燃料を噴射すると共に吸気弁
６ａのかさ部背面に衝突した大部分の噴射燃料が吸気ポ
ート７ａ内に反射する流速でもって燃料噴射弁１１から
燃料を噴射させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は筒内噴射式内燃機関に関
する。
【０００２】
【従来の技術】吸気弁近傍のシリンダヘッド内壁面上に
燃料噴射弁を配置し、機関低負荷運転時には燃料噴射弁
から圧縮行程中に燃料を噴射すると共に機関高負荷運転
時には燃料噴射弁から吸気行程中に燃料を噴射するよう
にした筒内噴射式内燃機関が公知である（実開平１−１
７３４１６号公報参照）。この筒内噴射式内燃機関では
機関高負荷運転時に開弁している吸気弁のかさ部背面に
向けて燃料を噴射すると共に吸気弁のかさ部背面に衝突
した噴射燃料を吸気弁のかさ部背面に沿い周囲に飛散さ
せることにより噴射燃料を燃焼室内に分散させ、それに
よって空気利用率を高めるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
に噴射燃料を吸気弁のかさ部背面に衝突した後、吸気弁
のかさ部背面に沿って流動せしめると大部分の噴射燃料
は吸気弁のかさ部背面から燃料噴射方向に向けて飛散す
る。その結果、噴射燃料が燃焼室内の一部に集まること
になり、斯くして噴射燃料を燃焼室内に均一に分散する
ことができないという問題を生ずる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば吸気弁近傍のシリンダヘッド内壁面
上に燃料噴射弁を配置し、機関低負荷運転時には燃料噴
射弁から圧縮行程中に燃料を噴射すると共に機関高負荷
運転時には燃料噴射弁から吸気行程中に燃料を噴射する
ようにした筒内噴射式内燃機関において、機関高負荷運
転時には燃料噴射弁から開弁している吸気弁のかさ部背
面に向けて燃料を噴射すると共に吸気弁のかさ部背面に
衝突した大部分の噴射燃料が吸気ポート内に反射する流
速でもって燃料噴射弁から燃料を噴射させるようにして
いる。
【０００５】
【作用】吸気弁のかさ部背面で反射した燃料は一旦吸気
ポート内に流入し、次いで吸入空気と共に再び燃焼室内
に流入して燃焼室内に分散する。
【０００６】
【実施例】図１を参照すると機関本体１は４つの気筒１
ａを具備し、これら各気筒１ａの燃焼室構造が図２から
図５に示されている。図２から図５を参照すると、２は
シリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動
すると、４はシリンダブロック２上に固締されたシリン
ダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４間に形成
された燃焼室、６ａは第１吸気弁、６ｂは第２吸気弁、
７ａは第１吸気ポート、７ｂは第２吸気ポート、８は一
対の排気弁、９は一対の排気ポートを夫々示す。図２に
示されるように第１吸気ポート７ａはヘリカル型吸気ポ
ートからなり、第２吸気ポート７ｂはほぼまっすぐに延
びるストレートポートからなる。更に図２に示されるよ
うにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火栓１０
が配置され、第１吸気弁６ａおよび第２吸気弁６ｂ近傍
のシリンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が
配置される。図３および図４に示されるようにピストン
３の頂面上には燃料噴射弁１１の下方から点火栓１０の
下方まで延びるほぼ円形の輪郭形状を有する浅皿部１２
が形成され、浅皿部１２の中央部にはほぼ半球形状をな
す深皿部１３が形成される。また、点火栓１０下方の浅
皿部１２と深皿部１３との接続部にほぼ球形状をなす凹
部１４が形成される。
【０００７】図１に示されるように各気筒１ａの第１吸
気ポート７ａおよび第２吸気ポート７ｂは夫々各吸気枝
管１５内に形成された第１吸気通路１５ａおよび第２吸
気通路１５ｂを介してサージタンク１６内に連結され、
各第２吸気通路１５ｂ内には夫々吸気制御弁１７が配置
される。これらの吸気制御弁１７は共通のシャフト１８
を介して例えばステップモータからなるアクチュエータ
１９に連結される。このステップモータ１９は電子制御
ユニット３０の出力信号に基いて制御される。サージタ
ンク１６は吸気ダクト２０を介してエアクリーナ２１に
連結され、吸気ダクト２０内にはステップモータ２２に
よって駆動されるスロットル弁２３が配置される。この
スロットル弁２３は機関負荷が極く低いときのみ或る程
度閉弁しており、機関負荷が少し高くなると全開状態に
保持される。一方、各気筒１ａの排気ポート９は排気マ
ニホルド２４に連結される。
【０００８】電子制御ユニット３０はディジタルコンピ
ュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続
されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３２、ＲＯＭ
（リードオンリメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセ
ッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具
備する。アクセルペダル２５にはアクセルペダル２５の
踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２６
が接続され、負荷センサ２６の出力電圧はＡＤ変換器３
７を介して入力ポート３５に入力される。上死点センサ
２７は例えば１番気筒１ａが吸気上死点に達したときに
出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３５
に入力される。クランク角センサ２８は例えばクランク
シャフトが３０度回転する毎に出力パルスを発生し、こ
の出力パルスが入力ポート３５に入力される。ＣＰＵ３
４では上死点センサ２７の出力パルスとクランク角セン
サ２８の出力パルスから現在のクランク角が計算され、
クランク角センサ２８の出力パルスから機関回転数が計
算される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３
８を介して各燃料噴射弁１１および各ステップモータ１
９，２２に接続される。
【０００９】本発明による実施例では図２および図３に
おいてＦ1 ，Ｆ2 およびＦ3 で示されるように燃料噴射
弁１１から三つの方向に向けて燃料が噴射される。図６
はこの燃料噴射弁１１からの燃料噴射量と燃料噴射時期
とを示している。なお、図６においてＬはアクセルペダ
ル２５の踏込み量を示している。図６からわかるように
アクセルペダル２５の踏込み量ＬがＬ1 よりも小さい機
関低負荷運転時には圧縮行程末期に噴射量Ｑ2 だけ燃料
噴射が行われる。一方、アクセルペダル２５の踏込み量
ＬがＬ1 とＬ2 の間の機関中負荷運転時には吸気行程中
に噴射量Ｑ1 だけ燃料噴射が行われ、圧縮行程末期に噴
射量Ｑ2 だけ燃料が噴射される。即ち、機関中負荷運転
時には吸気行程と圧縮行程末期の２回に分けて燃料噴射
が行われる。また、アクセルペダル２５の踏込み量Ｌが
Ｌ2 よりも大きい機関高負荷運転時には吸気行程中に噴
射量Ｑ1 だけ燃料が噴射される。なお、図６においてθ
Ｓ１およびθＥ１は吸気行程中に行われる燃料噴射Ｑ1
の噴射開始時期と噴射完了時期を夫々示しており、θＳ
２とθＥ２は圧縮行程末期に行われる燃料噴射Ｑ2 の噴
射開始時期と噴射完了時期を夫々示している。
【００１０】ところで本発明による実施例では図２に示
されるように燃料噴射弁１１からは噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2
が第１吸気弁６ａの下方を飛行し、噴射燃料Ｆ3 が第２
吸気弁６ｂの下方を飛行するように燃料が噴射され、機
関中負荷運転時における第１回目の噴射時、即ち吸気行
程噴射時に、および機関高負荷運転時における吸気行程
噴射時に噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 が第１吸気弁６ａのかさ部
背面に衝突し、噴射燃料Ｆ3 が第２吸気弁６ｂのかさ部
背面に衝突せしめられる。次にこのことについて図７お
よび図８を参照して説明する。
【００１１】図７は第１吸気弁６ａと第２吸気弁６ｂの
弁リフトＸと、排気弁８の弁リフトＹを示している。図
７からわかるように第１吸気弁６ａおよび第２吸気弁６
ｂの弁リフトＸは吸気行程の中央部において最も大きく
なる。図８は第１吸気弁６ａと噴射燃料Ｆ1 との関係を
示している。図８に示されるように噴射燃料Ｆ1 は水平
面よりもわずか下向きに噴射される。図８には示してい
ないが噴射燃料Ｆ2 ，Ｆ3 も噴射燃料Ｆ1と同様に水平
面よりもわずか下向きに噴射される。図８からわかるよ
うに図８（Ａ）に示す如く第１吸気弁６ａのリフト量が
小さいときには噴射燃料Ｆ1 が第１吸気弁６ａに衝突せ
ず、図８（Ｂ）に示すように第１吸気弁６ａのリフト量
が大きくなると噴射燃料Ｆ1 が第１吸気弁６ａのかさ部
背面に衝突するように第１吸気弁６ａと燃料噴射弁１１
との相対位置および燃料噴射弁１１からの燃料噴射方向
が定められている。図７のＺは噴射燃料Ｆ1 が第１吸気
弁６ａのかさ部背面に衝突するクランク角領域を示して
いる。なお、図８には示していないが噴射燃料Ｆ2 もこ
のクランク角領域Ｚで第１吸気弁６ａのかさ部背面に衝
突し、噴射燃料Ｆ3 もこのクランク角領域Ｚで第２吸気
弁６ｂのかさ部背面に衝突する。
【００１２】上述したように燃料噴射弁１１から図７に
示すクランク角領域Ｚにおいて燃料を噴射すれば図８
（Ｂ）に示すように噴射燃料Ｆ1 は第１吸気弁６ａのか
さ部背面に衝突する。このとき噴射燃料Ｆ1 の流速が遅
いと噴射燃料Ｆ1 は第１吸気弁６ａのかさ部背面に衝突
した後第１吸気弁６ａのかさ部背面に沿って燃料噴射弁
１１と反対側の燃焼室５の周辺部に向かうが噴射燃料Ｆ
1 の流速が速いと図８（Ｂ）に示されるように噴射燃料
Ｆ1 は吸気弁６ａのかさ部背面に衝突した後反射して第
１吸気ポート７ａ内に向かう。同様に噴射燃料Ｆ2 の流
速が速ければ噴射燃料Ｆ2 は第１吸気弁６ａのかさ部背
面に衝突した後反射して第１吸気ポート７ａ内に向か
い、噴射燃料Ｆ3 の流速が速ければ噴射燃料Ｆ3 は第２
吸気弁６ｂのかさ部背面に衝突した後反射して第２吸気
ポート７ｂ内に向かう。本発明による実施例では各噴射
燃料Ｆ1 ，Ｆ2，Ｆ3 が対応する吸気弁６ａ，６ｂのか
さ部背面で反射した後、夫々対応する吸気ポート７ａ，
７ｂ内に向かうように各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 ，Ｆ3 の流
速が定められている。なお、この流速は主に燃料噴射圧
によって定まり、本発明による実施例では燃料噴射圧は
７０Kg／cm2 以上に設定されている。
【００１３】図９は吸気制御弁１７の開度とアクセルペ
ダル２５の踏込み量Ｌとの関係を示している。図９に示
されるようにアクセルペダル２５の踏込み量ＬがＬ1 よ
りも小さい機関低負荷運転時には吸気制御弁１７は全閉
状態に保持されており、アクセルペダル２５の踏込み量
ＬがＬ1 よりも大きくなると吸気制御弁１７はアクセル
ペダル２５の踏込み量Ｌが大きくなるにつれて開弁せし
められる。吸気制御弁１７が全閉せしめられると吸入空
気はヘリカル状をなす第１吸気ポート７ａを介して旋回
しつつ燃焼室５内に流入し、斯くして燃焼室５内には図
２において矢印Ｓで示すような強力な旋回流が発生せし
められる。一方、吸気制御弁１７が開弁すると第２吸気
ポート７ｂからも吸入空気が燃焼室５内に流入する。
【００１４】再び図６に戻ると図６には図７に示すクラ
ンク角領域Ｚが示されている。図６に示されるように本
発明による実施例では機関中負荷運転時における第１回
目の燃料噴射Ｑ1 および機関高負荷運転時における燃料
噴射Ｑ1 は共にクランク角領域Ｚ内で行われることがわ
かる。従って本発明による実施例では吸気行程中に燃料
噴射弁１１から噴射された全ての燃料は対応する吸気弁
６ａ，６ｂのかさ部背面に衝突した後対応する吸気ポー
ト７ａ，７ｂ内に流入することになる。
【００１５】次に図６を参照しつつ図１０から図１２を
参照して燃焼方法について説明する。なお、図１０は機
関低負荷運転時における燃焼方法を示しており、図１１
は機関中負荷運転時における燃焼方法を示しており、図
１２は機関高負荷運転時における燃焼方法を示してい
る。図６に示されるようにアクセルペダル２５の踏込み
量ＬがＬ1 よりも小さい機関低負荷運転時には圧縮行程
末期に燃料が噴射される。このとき各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ
2 ，Ｆ3 は図１０（Ａ）および（Ｂ）に示されるように
深皿部１３の周壁面に衝突する。このときの噴射量Ｑ2
は図６に示されるようにアクセルペダル２５の踏込み量
Ｌが大きくなるにつれて増大する。深皿部１３の周壁面
に衝突した燃料は旋回流Ｓによって気化せしめられつつ
拡散され、それによって図１０（Ｃ）に示されるに凹部
１４および深皿部１３内に混合気Ｇが形成される。この
とき凹部１４および深皿部１３以外の燃焼室５内は空気
で満たされている。次いで混合気Ｇが点火栓１０によっ
て着火せしめられる。
【００１６】一方、図６においてアクセルペダル２５の
踏込み量ＬがＬ1 とＬ2 の間である機関中負荷運転時に
は吸気行程中のクランク角領域Ｚにおいて第１回目の燃
料噴射Ｑ1 が行われ、次いで圧縮行程末期に第２回目の
燃料噴射Ｑ2 が行われる。即ち、まず初めに図１１
（Ａ）に示されるように各吸気弁６ａ，６ｂのかさ部背
面に向けて燃料噴射が行われ、これら噴射燃料は吸気弁
６ａ，６ｂのかさ部背面で反射して各吸気ポート７ａ，
７ｂ内に流入する。次いでこれらの噴射燃料は吸入空気
と共に再び燃焼室５内に流入し、この噴射燃料によって
燃焼室５内に稀薄混合気が形成される。
【００１７】次いで圧縮行程末期に第２回目の燃料噴射
が行われる。図６からわかるように機関中負荷運転時の
圧縮行程噴射Ｑ2 の噴射時期は機関低負荷運転時に比べ
て若干早められる。従ってこのときには図１１（Ｂ）に
示されるように深皿部１３および浅皿部１２の双方に向
けて燃料が噴射され、図１１（Ｃ）に示されるようにこ
の噴射燃料によって凹部１４および深皿部１３内には火
種となる着火可能な混合気Ｇが形成される。この混合気
Ｇは点火栓１０によって着火せしめられ、この着火火炎
によって燃焼室５内全体の稀薄混合気が燃焼せしめられ
る。この場合、圧縮行程末期に噴射される燃料は火種を
作れば十分であるので図６に示されるように機関中負荷
運転時にはアクセルペダル２５の踏込み量Ｌにかかわら
ずに圧縮行程末期の燃料噴射量Ｑ2 は一定に維持され
る。これに対して吸気行程初期の燃料噴射量Ｑ1 はアク
セルペダル２５の踏込み量Ｌが大きくなるにつれて増大
する。
【００１８】図６においてアクセルペダル２５の踏込み
量ＬがＬ2 よりも大きい機関高負荷運転時には吸気行程
中のクランク角領域Ｚ内において燃料が噴射される。従
ってこのときには図１２に示されるように各吸気弁６
ａ，６ｂのかさ部背面に向けて燃料噴射が行われ、これ
ら噴射燃料は吸気弁６ａ，６ｂのかさ部背面で反射して
各吸気ポート７ａ，７ｂ内に流入する。次いでこれらの
噴射燃料は吸入空気と共に再び燃焼室５内に流入し、こ
の噴射燃料によって燃焼室５内には均一混合気が形成さ
れる。このときの燃料噴射量Ｑ1 は図６に示されるよう
にアクセルペダル２５の踏込み量Ｌが大きくなるにつれ
て増大する。
【００１９】図１１（Ａ）および図１２に示すように各
吸気弁６ａ，６ｂで反射した噴射燃料が各吸気ポート７
ａ，７ｂ内に送り込まれるとこの噴射燃料は各吸気ポー
ト７ａ，７ｂ内において吸入空気と混合し、次いで十分
に混合された噴射燃料と吸入空気が燃焼室５内に供給さ
れる。即ち、各混合気が各吸気弁６ａ，６ｂを介して燃
焼室５内に供給されたのと同じことになるので噴射燃料
は燃焼室５内に均一に分散されることになる。また、噴
射燃料が各吸気弁６ａ，６ｂにおいて反射した後に各吸
気ポート７ａ，７ｂ内に流入するように噴射燃料の流速
を速めると噴射燃料が各吸気弁６ａ，６ｂのかさ部背面
に高速度で衝突せしめられるので衝突時に燃料が微粒化
され、微粒化された燃料が各吸気ポート７ａ，７ｂ内に
向かって進行する。このとき燃料の進行方向と吸入空気
流の流入方向とは逆向きになるために燃料は吸入空気に
よって強力な剪断力を受け、斯くして燃料は更に微粒化
せしめられることになる。このように噴射燃料は衝突時
に微粒化せしめられ、次いで強力な剪断力によって微粒
化せしめられるので噴射燃料は良好に気化せしめられる
ことになる。このように噴射燃料は良好に気化せしめら
れ、しかも燃焼室５内に均一に分散せしめられるので混
合気は良好に燃焼せしめられることになる。
【００２０】本発明による実施例では図６において吸気
行程噴射Ｑ1 の噴射開始時期θＳ１および圧縮行程噴射
Ｑ2 の噴射開始時期θＳ２は予め定められており、これ
ら噴射開始時期θＳ１およびθＳ２はアクセルペダル２
５の踏込み量Ｌの関数の形で予めＲＯＭ３３内に記憶さ
れている。従って噴射完了時期θＥ１およびθＥ２が噴
射量Ｑ1 およびＱ2 に基いて制御されることになる。
【００２１】図１３は燃料噴射を制御するためのルーチ
ンを示しており、このルーチンは繰返し実行される。図
１３を参照すると、まず初めにステップ４０において燃
料噴射量Ｑが計算される。この燃料噴射量Ｑは図１４に
示すように機関回転数Ｎおよびアクセルペダル２５の踏
込み量Ｌの関数として予めＲＯＭ３３内に記憶されてい
る。次いでステップ４１ではアクセルペダル２５の踏込
み量ＬがＬ1 よりも小さいか否か、即ち低負荷運転時で
あるか否かが判別される。Ｌ＜Ｌ1 のときにはステップ
４２に進んで圧縮行程噴射の噴射開始時期θＳ２が算出
される。次いでステップ４３では噴射開始時期θＳ２、
燃料噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎから噴射完了時期θＥ
２が算出される。
【００２２】一方、ステップ４１においてＬ≧Ｌ1 であ
ると判別されたときにはステップ４４に進んでアクセル
ペダル２５の踏込み量ＬがＬ2 よりも小さいか否か、即
ち中負荷運転時であるか否かが判別される。中負荷運転
時にはステップ４５に進んで吸気行程噴射量Ｑ1 と圧縮
行程噴射Ｑ2 が算出される。次いでステップ４６では吸
気行程噴射の噴射開始時期θＳ１が算出される。次いで
ステップ４７では噴射開始時期θＳ１、吸気行程噴射量
Ｑ1 および機関回転数Ｎから噴射完了時期θＥ１が算出
される。次いでステップ４８では圧縮行程噴射の噴射開
始時期θＥ２が算出される。次いでステップ４９では噴
射開始時期θＥ２、圧縮行程噴射量Ｑ2 および機関回転
数Ｎから噴射完了時期θＥ２が算出される。
【００２３】ステップ４４においてＬ≧Ｌ2 であると判
別されたとき、即ち機関高負荷運転時にはステップ５０
に進んで吸気行程噴射の噴射開始時期θＳ１が算出され
る。次いでステップ５１では噴射開始時期θＳ１、燃料
噴射量Ｑおよび機関回転数Ｎから噴射完了時期θＥ１が
算出される。各燃料噴射弁１１からはこのようにして算
出された噴射開始時期θＳ１，θＳ２および噴射完了時
期θＥ１，θＥ２に基いて燃料噴射が行われる。
【００２４】
【発明の効果】吸気弁かさ部に噴射燃料を衝突させ、次
いで吸気弁かさ部において反射した燃料を吸気ポート内
に送り込むことによって燃焼室内に十分に気化した燃料
を均一に分配せしめることができ、斯くして良好な燃焼
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】シリンダヘッドの平面断面図である。
【図３】ピストン頂面の平面図である。
【図４】図２のIV−IV線に沿ってみた断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿ってみた断面図である。
【図６】燃料噴射量および燃料噴射時期を示す図であ
る。
【図７】吸気弁および排気弁のリフト量を示す線図であ
る。
【図８】図５と同じ断面に沿ってみた側面断面図であ
る。
【図９】吸気制御弁の開度を示す線図である。
【図１０】低負荷運転時における燃焼方法を説明するた
めの図である。
【図１１】中負荷運転時における燃焼方法を説明するた
めの図である。
【図１２】高負荷運転時における燃焼方法を説明するた
めの図である。
【図１３】メインルーチンを実行するためのフローチャ
ートである。
【図１４】燃料噴射量を示す線図である。
【符号の説明】
６ａ，６ｂ…吸気弁 ７ａ，７ｂ…吸気ポート １１…燃料噴射弁 １７…吸気制御弁

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸気弁近傍のシリンダヘッド内壁面上に
    燃料噴射弁を配置し、機関低負荷運転時には該燃料噴射
    弁から圧縮行程中に燃料を噴射すると共に機関高負荷運
    転時には該燃料噴射弁から吸気行程中に燃料を噴射する
    ようにした筒内噴射式内燃機関において、機関高負荷運
    転時には上記燃料噴射弁から開弁している吸気弁のかさ
    部背面に向けて燃料を噴射すると共に吸気弁のかさ部背
    面に衝突した大部分の噴射燃料が吸気ポート内に反射す
    る流速でもって燃料噴射弁から燃料を噴射させるように
    した筒内噴射式内燃機関。
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