(57)【要約】【課題】この発明は、車両に搭載される内燃機関に関し、混合気の均質性を高めつつ、傘裏面への燃料付着を抑制した内燃機関を提供することを目的とする。【解決手段】燃焼室内に面する傘表部４０ａが外縁から中心に向かって突起した形状の傘部４０を有する吸気バルブ３０と、前記傘部４０の最大リフト位置において前記傘表部４０ａに向けて燃料を噴射可能であって、且つ前記傘部４０の最大リフト位置よりも傘部上方に配置された燃料噴射弁１８とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に面する傘表面が外縁から中心に向かって突起した形状の傘部を有する吸気バルブと、
前記傘部の最大リフト位置において前記傘表面に向けて燃料を噴射可能であって、且つ前記傘部の最大リフト位置よりも傘部上方に配置された燃料噴射弁と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両に搭載される内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示されるように、気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関が知られている。また、本公報には、気筒内の下方に燃料噴射弁を配置し、上方の燃焼室に面する傘表面に向けて燃料を噴射する技術が開示されている。このような技術によれば、傘表面に当てた噴霧を燃焼室下方に誘導することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６４−６３６１７号公報
【特許文献２】特開２００３−１６１１５４号公報
【特許文献３】特開平９−３１７６０５号公報
【特許文献４】特開２００７−１７７７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、混合気の均質性向上を図るためには、燃焼室の上方で燃料を噴射し、生じた噴霧を吸気流の流れにのせることが望ましい。しかしながら、上記従来の内燃機関では、気筒の下方から噴霧しているため、噴霧を吸気流の流れに十分に乗せることができない。一方で、単に燃焼室の上方から噴射したのでは、傘裏面に燃料が付着して、スモークやデポジット発生の原因となる。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、混合気の均質性を高めつつ、傘裏面への燃料付着を抑制した内燃機関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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関であって、
燃焼室内に面する傘表面が外縁から中心に向かって突起した形状の傘部を有する吸気バルブと、前記傘部の最大リフト位置において前記傘表面に向けて燃料を噴射可能であって、且つ前記傘部の最大リフト位置よりも傘部上方に配置された燃料噴射弁と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、吸気バルブの最大リフト位置より手前において、傘部に干渉させることなく、燃焼室上方に燃料を噴射することができる。そのため、噴射した燃料を吸気流の流れに同調させて均質性向上を図ることができる。また、開弁時における吸気バルブの最大リフト位置においても、中央が突起した傘表面に噴射した燃料を当てて反射させることで、反射した燃料をシリンダ下方に向かう吸気流に同調させて均質性向上を図ることができる。さらに、噴射した燃料が傘裏面に直接干渉することを抑制することができる。そのため、傘裏面への燃料付着や燃料が飛散してシリンダヘッドに付着することを抑制でき、スモークやデポジットの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１のシステムの全体構成を説明するための図である。
【図２】実施の形態１における吸気バルブ３０の動作と形状を示す図である。
【図３】実施の形態１における吸気バルブ３０とインジェクタ１８との位置関係を説明するための図である。
【図４】実施の形態１の吸気バルブ３０の最大リフト位置（図２に示すＢ位置）において傘部４０に衝突する噴霧６０の反射について説明するための図である。
【図５】実施の形態２における吸気バルブ３０の動作と形状を示す図である。
【図６】実施の形態２におけるステムガイドについて説明するための図である。
【図７】実施の形態２の吸気バルブ３０の最大リフト位置（図５に示すＢ位置）において傘部４０に衝突する噴霧６０の反射について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１０】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステムの全体構成］
図１は、実施の形態１のシステムの全体構成を説明するための図である。本実施の形態１のシステムは、車両に搭載される内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は複数の気筒を有しており、図１にはそのうちの一つの気筒の断面が示されている。各気筒にはピストン１２が設けられている。ピストン１２は、クランク機構を介してクランクシャフトに接続されている。また、各気筒内には、燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４内には、点火プラグ１６と筒内噴射用のインジェクタ１８とが配置されている。また、燃焼室１４には、吸気通路２０と排気通路２２とが接続されている。
【００１１】
吸気通路２０の上流には、エアフロメータ２４が配置されている。エアフロメータ２４の下流には、スロットルバルブ２６が配置されている。スロットルバルブ２６の下流には、サージタンク２８が設けられている。吸気通路２０の下流端には、吸気通路２０を燃焼室１４に対して開閉するための吸気バルブ３０が２つ設けられている。吸気バルブ３０には、駆動するカム（図示略）の回転力を吸気バルブ３０のリフト動作に変換するバルブリフト機構３２が隣接して設けられている。また、排気通路２２の上流端には、排気通路２２を燃焼室１４に対して開閉するための排気バルブ３４が２つ設けられている。排気バルブ３４には、バルブリフト機構３６が隣接して設けられている。排気バルブ３４の下流には、図示しない触媒が設けられている。
【００１２】
本実施の形態のシステムはＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力側には、前述のエアフロメータ２４等が接続されている。ＥＣＵ５０の出力側には、前述の点火プラグ１６、インジェクタ１８等が接続されている。
【００１３】
［実施の形態１における特徴的構成］
次に、本実施形態のシステムの特徴的構成について図２〜図４を用いて説明する。本実施形態のシステムの特徴的構成は主に吸気バルブ３０の傘部の形状と、吸気バルブ３０とインジェクタ１８との位置関係にある。以下、それぞれについて説明する。
【００１４】
（吸気バルブ３０の形状）
まず、吸気バルブ３０の形状について図２を用いて説明する。図２は、実施の形態１における吸気バルブ３０の動作と形状を示す図である。吸気バルブ３０は、バルブリフト機構３２により燃焼室１４内に向けてリフト動作する。図２に示すＡ位置は、吸気バルブ３０の閉弁時の位置である。また、図２に示すＢ位置は、吸気バルブ３０の開弁時の最大リフト位置である。吸気バルブ３０は、軸部３８とその一端に設けられた傘部４０とからなる。軸部３８は、バルブリフト機構３２に隣接している。傘部４０は、吸気バルブ３０の閉弁時においても燃焼室１４空間に面する傘表部４０ａと、吸気バルブ３０の閉弁時において吸気通路２０やバルブシート（図示略）に面する傘裏部４０ｂとからなる。ここで、傘表部４０ａの形状は、外縁から中心に向かって突起した形状（一例として円錐形）をしている。また、傘表部４０ａの外縁と傘裏部４０ｂとの境界は鋭角な傘先端４０ｃを形成している。なお、吸気バルブ３０の開弁により、燃焼室１４内に燃焼室上方から下方に向かう図２に示す向きの吸気流６２、６４が生じる。
【００１５】
（吸気バルブ３０とインジェクタ１８との位置関係）
次に、吸気バルブ３０と、インジェクタ１８との位置関係について図３を用いて説明する。図３は、吸気バルブ３０とインジェクタ１８との位置関係を説明するための図である。図３に示すＸ軸はシリンダ軸線に垂直な線であり、Ｙ軸はシリンダ軸線に平行な線である。図３に示す座標Ｄは、吸気バルブ３０の開弁時の最大リフト位置（図２に示すＢ位置）において、インジェクタ１８の噴射口１８ａから最短距離にある傘先端４０ｃ上の点である。座標ＤをＤ（Ｘｎ，Ｙｎ）とする。図３に示す座標Ｂは、吸気バルブ３０の開弁時の最大リフト位置（図２に示すＢ位置）において、軸部３８の軸線と、該軸線に垂直であって且つ座標Ｄを通る直線との交点である。座標ＢをＢ（Ｘ，Ｙ）とする。図３に示す座標Ａは、吸気バルブ３０が閉弁位置（図２に示すＡ位置）に変位した場合の上記座標Ｂに対応する点である。座標ＡをＡ（Ｘｖ，Ｙｖ）とする。図３に示す座標Ｃは、インジェクタ１８の噴射口１８ａの搭載位置を示している。座標ＣをＣ（Ｘｉ，Ｙｉ）とする。
【００１６】
図３に示す角度θαは、座標Ｃ及び座標Ｄを通る直線と、Ｘ軸に平行な直線とが交わってなす鋭角の角度である。換言すれば、角度θαは、傘部４０の最大リフト位置において、インジェクタ１８の噴射口１８ａから最短距離にある傘先端４０ｃ上の点と噴射口１８ａとを通る直線と、シリンダ軸線に直交する平面とが交わってなす鋭角な角度である。また、図３に示す角度θｉは、噴射口１８ａと噴射口１８ａから噴射する指向性の高い噴霧６０（図１）とを通る噴射軸線１８ｂと、シリンダ軸線に直交する平面とが交わってなす鋭角の角度である。
【００１７】
本実施形態のシステムにおいて、θαとθｉとの大小関係は、次式（１）で示されるように設定されている。また、角度θｉは、傘部４０の最大リフト位置において、傘表部４０ａに噴霧を衝突させる角度に設定されている。さらに、図３に示すようにインジェクタ１８の噴射口１８ａは、軸部３８の軸線方向について傘部４０よりも上方に配置されている。このようなθα及びθｉの条件が成立する範囲で、吸気バルブ３０及びインジェクタ１８の位置が設定されている。
【数１】
2010242679.tif 000003
【００１８】
次に、具体的な角度θαの算出式について説明する。まず、図３に示すように軸部３８の軸線とシリンダ軸線に平行な直線とがなす鋭角をθｖと定める。また、吸気バルブ３０の最大リフト量をＬ１と定める。すると、任意に定めた座標Ａ（Ｘｖ，Ｙｖ）を用いて、座標Ｂ（Ｘ，Ｙ）を次式（２）で表すことができる。
【数２】
2010242679.tif 000004
【００１９】
さらに、傘部４０の直径をＲと定めると、座標Ｄ（Ｘｎ，Ｙｎ）は、式（２）に基づいて、次式（３）で表すことができる。
【数３】
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【００２０】
このとき、ｔａｎθαは、任意に定めた座標Ｃ（Ｘｉ，Ｙｉ）と式（３）で示した座標Ｄとに基づいて、次式（４）で表すことができる。
【数４】
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【００２１】
そして、式（４）を変形することで、θαは、次式（５）で表すことができる。
【数５】
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【００２２】
この式（５）で求めた角度θαよりも角度θｉが大きくなるように、インジェクタ１８の搭載角度θｉを設定することで、噴霧６０の吸気バルブ３０の傘裏部４０ｂへの直接衝突を抑制することができる。
【００２３】
次に、図３で説明した吸気バルブ３０とインジェクタ１８との位置関係において、傘部４０に衝突した噴霧６０の反射について説明する。図４は、吸気バルブ３０の最大リフト位置（図２に示すＢ位置）において傘部４０に衝突した噴霧６０の反射について説明するための図である。図２で説明した吸気バルブ３０の傘表部４０ａの形状及び、図３で説明した吸気バルブ３０とインジェクタ１８との位置関係によれば、吸気バルブ３０の最大リフト位置において、噴霧６０ａは傘表部４０ａに衝突する。衝突した噴霧６０ａは、図４に示す入射角と同じ反射角で噴霧６０ｂとして吸気バルブ３０の下方に跳ね返る。
【００２４】
以上説明した図２〜図４に示す本実施形態の構成によれば、吸気行程の吸気バルブ３０の最大リフト位置より手前において、燃焼室１４上方に設けられたインジェクタ１８から噴射された噴霧６０を、図１に示す吸気流６２の流れに同調させることができる。一方、吸気バルブ３０の最大リフト位置においては、インジェクタ１８から噴射された噴霧６０を、傘表部４０ａに衝突させて、跳ね返った噴霧を吸気バルブ３０間の下流れの吸気流６４に同調させることができる。これらより、本実施形態のシステムによれば、燃焼室１４上方に噴射された燃料を、吸気流の流れに同調させて、混合気の均質性向上を図ることができる。
【００２５】
また、本実施形態の構成によれば、図３に示すように角度θαよりも角度θｉを大きく設定する。そのため、噴霧６０の傘裏部４０ｂへの直接干渉を抑制することができる。傘裏部４０ｂへの燃料付着や、飛散した燃料のシリンダヘッドへの付着を抑制することで、スモークやデポジットの発生を抑制することができる。
【００２６】
尚、上述した実施の形態１においては、傘表部４０ａが前記第１の発明における「傘表面」に、吸気バルブ３０が前記第１の発明における「吸気バルブ」に、インジェクタ１８が前記第１の発明における「燃料噴射弁」に、それぞれ相当している。
【００２７】
実施の形態２．
［実施の形態２における特徴的構成］
次に、図５〜図７を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムの全体構成は上述した図１に示す構成と同様であるため、その説明は省略する。図５は、実施の形態２における吸気バルブ３０の動作と形状を示す図である。図５に示す構成は、吸気バルブ３０の傘表部４０ａの形状を変更した点と、軸部３８を案内する後述のステムガイド６６を備えた点を除き、上述した図２の構成と同様であるため、共通する構成については共通する符号を付してその説明を簡略又は省略する。また、吸気バルブ３０の動作は図２で説明した内容と同様であるため、その説明は省略する。なお、吸気バルブ３０とインジェクタ１８との位置関係は図３と同様の関係にある。
【００２８】
図５に示す傘部４０は、吸気バルブ３０の閉弁時においても燃焼室１４空間に面する傘表部４０ａと、吸気バルブ３０の閉弁時において吸気通路２０やバルブシートに面する傘裏部４０ｂとからなる。また、傘表部４０ａの形状は、外縁から中心に向かって突起した形状（一例として円錐形）である。また、傘表部４０ａの外縁と傘裏部４０ｂとの境界は鋭角な傘先端４０ｃを形成している。加えて、本実施形態では、インジェクタ１８側に位置する傘先端４０ｃと軸部３８の軸線との距離が、実施の形態１に比して小さく設定されている。そのため、上述した図３における座標ＤのＸ軸成分は、実施の形態１に比して小さくなり、角度θαは、実施の形態１に比して小さくなる。
【００２９】
図６は、軸部３８を支持するステムガイド６６について説明するための図である。軸部３８はステムガイド６６に摺動可能に支持されている。また、ステムガイド６６には、軸部３８との摺動面に、上述した傘表部４０ａの回転を防止するためのキー（くさび）が設けられている。
【００３０】
図７は、実施の形態２の吸気バルブ３０の最大リフト位置（図５に示すＢ位置）において傘部４０に衝突する噴霧６０の反射について説明するための図である。図５で説明した吸気バルブ３０の傘表部４０ａの形状及び、図３で説明した吸気バルブ３０とインジェクタ１８との位置関係によれば、吸気バルブ３０の最大リフト位置において、図４に示す通り噴霧６０は傘表部４０ａに衝突する。衝突した噴霧６０は、図７に示す入射角と同じ反射角で吸気バルブ３０の下方に跳ね返る。
【００３１】
以上説明したように、図５〜図７に示す本実施携帯の構成によれば、上述した実施の形態２と同様の効果を得ることができる。加えて、本実施形態の構成によれば、上述した傘表部４０ａの形状より、図３における座標ＤのＸ軸成分は、実施の形態１に比して小さくなり、角度θαは、実施の形態１に比して小さくなる。角度θαが小さくなれば、上述の式（１）におけるθｉをより小さく設定することができる。θｉを小さく設定することで、より燃焼室上方への燃料噴射が可能となる。
【符号の説明】
【００３２】
１０  内燃機関
１４  燃焼室
１８  インジェクタ
１８ａ  噴射口
１８ｂ  噴射軸線
２０  吸気通路
３０  吸気バルブ
３２  バルブリフト機構
３８  軸部
４０  傘部
４０ａ  傘表部
４０ｂ  傘裏部
４０ｃ  傘先端
６０、６０ａ、６０ｂ  噴霧
６２、６４  吸気流
６６  ステムガイド
θｉ、θα  角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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