(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関燃焼室に臨む燃料噴射弁を備え、機関運転状態に応じて前記燃料噴射弁を介しての燃料噴射時期を制御することにより成層燃焼運転と均質燃焼運転とを切り換えるようにした筒内燃料噴射機関において、
吸気バルブと吸気ポート壁面との間の開口部を横切るように吸気バルブを中心として回動可能に整流板を設けるとともに、
この整流板を、均質運転時には吸気ポート内の平面上の吸気流方向と平行となる位置に、成層燃焼運転時には逆タンブルを発生すべく前記吸気流方向に対して交差する位置に、それぞれ回動する整流板駆動機構を備え、
前記整流板は、吸気バルブステム部の外径寸法内にて、前記逆タンブルを付勢する方向に湾曲した形状を有する
ことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項２】
整流板は、シリンダヘッドの吸気バルブガイドの周囲に回動可能に嵌合したカラーに固着した構成を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項３】
整流板は、シリンダヘッドの吸気バルブガイドの周囲に回動可能に嵌合するカラーと、吸気ポート開口部に嵌合されるバルブシートの裏面側に回動可能に収装される環状体とに両端部が結合した構成を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項４】
整流板は、吸気バルブのステム部から傘部にわたって吸気バルブ上に形成されるとともに、整流板駆動機構は吸気バルブをバルブガイド内にて回動させる構成であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項５】
整流板は、吸気バルブステム部の何れか一方側にのみ設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内直噴式内燃機関に好適な吸気制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼を改善するためにシリンダ内に空気流動を発生する技術が各種知られている。例えば吸気ポート底部に回転可能な制御弁や、吸気バルブと共に往復動する偏流板を設けてシリンダ内に順タンブルを強化するようにしたもの（特開平５−３２１６６７号公報、実開平７−２２０３２号公報参照）、吸気バルブに設けたシュラウドによりシリンダ内にスワールを発生させるようにしたもの（実開平６−４３２２６号公報参照）などが知られている。
【０００３】
なお、タンブルとはおおむねシリンダ中心線に対して平行な面内にて旋回する吸気の流れであり、このうち吸気ポートからシリンダヘッドの燃焼室壁面に沿って対向シリンダ壁面方向に流れ、シリンダ壁面に衝突してピストン頂部方向に下降してから再び吸気ポート側に上昇して戻ってくるものを順タンブル、これとは逆に吸気ポートを出てからピストン頂面に向かって下降し、対向シリンダ壁面及び燃焼室壁面を経て吸気ポート側に戻ってくるものを逆タンブルと称している。また、スワールとは一般にシリンダ中心線に直交する面内の速度成分が主体となっている旋回流を言う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術のように順タンブルを発生させるものを筒内直噴式内燃機関に適用しようとすると、燃焼室壁面から突出したスパークプラグのギャップ部分が順タンブルの強い流れに直接さらされるため、燃料噴射弁から噴射された液滴の状態の燃料の一部が直接スパークプラグに付着して着火不良を起こしやすく、またタンブルを発生するための制御弁が燃料噴射弁の取付位置と干渉してレイアウトに制約が生じるという問題を生じる。
【０００５】
また、一般に偏流板やシュラウドを設けたものではこれらが吸入抵抗となって高負荷域での吸気充填効率が悪化し出力が低下するという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、機関燃焼室に臨む燃料噴射弁を備え、機関運転状態に応じて前記燃料噴射弁を介しての燃料噴射時期を制御することにより成層燃焼運転と均質燃焼運転とを切り換えるようにした筒内燃料噴射機関において、吸気バルブと吸気ポート壁面との間の開口部を横切るように吸気バルブを中心として回動可能に整流板を設ける。前記整流板は、吸気バルブステム部の外径寸法内にて、前記逆タンブルを付勢する方向に湾曲した形状を付与する。
また、前記整流板を、均質運転時には吸気ポート内の平面上の吸気流方向と平行となる位置に、成層燃焼運転時には逆タンブルを発生すべく前記吸気流方向に対して交差する位置に、それぞれ回動する整流板駆動機構を備える。
【０００７】
【作用・効果】
上記本発明によれば、整流板が吸気バルブステム部に沿って形成されているので吸入抵抗となることがなく、特に平面上の吸気ポート内の吸気流に平行となる位置に整流板を回動させた状態では吸入抵抗はほとんど発生せず、充填効率の悪化による出力低下の問題を生じない。
【０００８】
また、この状態から整流板をバルブステム部の周りに９０度回動させると吸気ポートに流入した吸気の大部分は整流板を介してよりシリンダ壁面に近い部分からピストン頂面方向へと誘導され、逆タンブルを生起する。これにより、特に筒内直接噴射式内燃機関に適用した場合、筒内に噴射された燃料はピストン頂面方向へ誘導されるので、着火不良等を起こすことなく強いタンブルによる良好な燃焼性を確保することができる。特に、本発明では整流板を吸気バルブステム部の外径寸法内にて、前記逆タンブルを付勢する方向に湾曲した形状としてあるので、強い逆タンブルを効果的に発生させることができる。
【０００９】
一方、整流板は吸気ポート内に位置しているので、筒内燃料噴射式機関への適用に当たって燃料噴射弁の取付位置等に制約を与えることがない。また、上述したように高負荷域で吸入抵抗を増やすことがなく、常用域では整流板の位置に応じて適切にシリンダ内吸気流動を発生させられるので、筒内燃料噴射機関に特有の高負荷域での出力性能や常用域での成層燃焼運転による燃費性能を一層改善することが可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの実施の形態につき図面に基づいて説明する。
図１において、１は筒内燃料噴射式内燃機関のシリンダブロック、２はピストン、３はシリンダヘッド、４は吸気ポート、５は排気ポート、６はスパークプラグ、７は燃料噴射弁、８は吸気バルブ、９はバルブガイド、１０は排気バルブ、１１と１２はバルブシートを示している。
【００１１】
吸気ポート４には、吸気バルブ８と吸気ポート壁面との間の開口部を横切るように吸気バルブ中心線を含む平面に沿ってかつ吸気バルブ８を中心として回動可能に平板状の整流板２０が設けられている。
【００１２】
整流板２０は、吸気バルブ８の周囲に回動させたときに吸気ポート壁面と干渉することのないように上流部から下流部へと図１に示される吸気ポート８の縦断面形状に合わせて次第に幅の広くなる形状に形成されている（図２ないし図４を参照）。また、この整流板２０は、図１に示したように急気流を逆タンブルを付勢する方向に案内するように、吸気バルブステム部の外径寸法内にて湾曲した形状としている。
【００１３】
この整流板２０は、２葉のものがその上流側の基端部にてカラー２１に溶接等により結合されている。カラー２１は、吸気ポート内壁面側から吸気バルブ８と同軸的に形成された円筒状の凹部３ａに嵌合してシリンダヘッド３に整流板２０を回動自由に支持している。２２は凹部３ａに係合してカラー２１を抜け止めする係止リングである。
【００１４】
カラー２１の外周部にはウオームホイールとして機能する歯車部２１ａが形成されており、この歯車部２１ａがシリンダヘッド３に支持されたウオーム軸２３及びこのウオーム軸２３を駆動するパルスモータ等からなる駆動装置２４（図５を参照）と共に整流板２０の駆動機構を構成している。
【００１５】
図５は各気筒に吸気バルブ８と排気バルブ１０を２本ずつ備えた４気筒機関に適用した整流板駆動機構の概略構成例を示している。図示したように各気筒部分を主軸方向に貫通する１本のウオーム軸２３が各気筒のカラーの歯車部２１ａに同時に噛み合っており、シリンダヘッド３の端部に位置する駆動装置２４によりウオーム軸２３を回転させることにより吸気バルブ８の周りに整流板２０を回動させるようにしている。
【００１６】
駆動装置２４は図示しない制御手段を介して整流板２０が運転状態に応じた回動位置をとるように制御される。例えば、機関の負荷状態に応じて図４に示したように均質運転時の位置Ａ、成層運転時の位置Ｂ、これらの中間的な位置Ｃに制御される。
均質運転とは吸入行程の早期に燃料を噴射して吸気と燃料とが十分に混ざり合った予混合状態で燃焼を行わせる運転状態であり、これは比較的負荷が高くて高出力が必要なときに用いられるので、このとき吸入抵抗が生じないように整流板２０は吸気ポート内の平面上の吸気流方向と平行となる位置Ａに駆動される。この場合、吸気ポート８からの吸気は比較的直線的にシリンダ内に流入するので、シリンダ内の吸気流動としては順タンブル傾向となる。
【００１７】
これに対して、成層運転とは圧縮行程の途中など点火の直前に燃料を噴射してスパークプラグ６の付近にのみ濃度の高い混合気層を形成し、この濃混合気による着火火炎によりその周囲の空燃比２０以上の希薄空燃比層を燃焼させる運転状態であり、比較的負荷の低い常用運転域で用いられる。このときには前述した均質運転時の位置から整流板を９０度程度回動させ、吸気流方向に対してこれに交差して遮る位置Ｂをとらせる。これにより、図１に示したように整流板２０に遮られた吸気流は吸気ポート開口部の上流側部分からピストン２の方向に付勢されるので、ピストン頂部のキャビティ部２ａに衝突反転して上方に向かう逆タンブルＴを形成する。逆タンブルＴは成層燃焼において有益なガス流動を促し、不完全燃焼を防いで良好な燃焼状態をもたらす効果を有する。
【００１８】
成層運転においてはシリンダ中心の空気旋回流つまりスワールが有益な場合がある。このような場合には、整流板２０に中間的な位置Ｃをとらせる。これにより吸気ポート８からシリンダ内に向かう吸気の流れに水平方向の速度成分が与えられてスワールＳによる活発なガス流動効果が得られる。このとき、整流板２０を湾曲した形状としてあることから、前記中間位置Ｃにおいて整流板２０を介して吸気の流れに接線方向の速度成分を与えることができ、これによりいっそう効果的にスワールを生起させることができる。
なお、整流板２０の湾曲量は前述のとおり吸気バルブ８のステム径内に設定してあるので、均質運転位置Ａでの吸入抵抗が増大するようなことがなく、十分な出力性能をも確保することができる。
【００１９】
ところで、燃料噴射弁７の位置はこの場合ピストン頂部のキャビティ２ａと協働してスパークプラグ６の付近に濃混合気層を分布させる関係から、図１に示したように吸気ポート４の直下付近に位置させるのが好ましいのであるが、整流板２０は吸気ポート４内にあって他部品と干渉することがないので、このような燃料噴射弁レイアウトを容易に実現できる。
【００２０】
図６と図７に整流板に関する第２の実施形態を示す。これは整流板２０の下流側端部に該端部の最外周部の径と同程度の外径を有する環状体２５を取り付けてある。シリンダヘッド３にはバルブシート１１装着部の内側に前記環状体２５が回動自由に嵌合する筒状凹部３ｂを形成し、この凹部３ｂに嵌合した環状体２５とバルブステム側の凹部３ａに嵌合したカラー２１とで整流板２０を支持している。
【００２１】
この場合、カラー２１と環状体２５とにより整流板２０が両端部で支持されるので支持強度が向上して作動性及び耐久性が向上する。また、バルブシート１１をシリンダヘッド３に圧入する前に予め整流板２０を燃焼室側から組み込んでおけば良いのでその組み付け作業性も向上する。
【００２２】
図８ないし図１０は本発明の第３の実施形態を示している。これは図８に示したように吸気バルブ８にロウ付け等により直接整流板２０を取り付けたものである。この場合、吸気バルブ８のステム部にはウオーム軸２３と係合する歯車部８ａを形成し、吸気バルブ８自体を回転させることにより整流板２０の向きを変化させる。ただし、吸気バルブ８は閉弁時にはバルブシート１１に密着しているので、回動操作は開弁時に行う必要があり、このために各気筒で独立したタイミングで回動操作が行えるように、図１０に示したようにウオーム軸２３及び駆動装置２４を各気筒毎に設けてある。
【００２３】
この実施の形態によれば、図１のもの等に比較してカラー２１や環状体２５が不要であるので構造を簡潔にできる。
図１１と図１２は本発明の第４の実施形態を示している。これは整流板２０を吸気バルブステム部の一方の側にのみ設けて構造の簡略化を図ったものであり、特にスワールの生成が有効な場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態の概略構成を示す内燃機関の縦断面図。
【図２】  第１の実施の形態の整流板の斜視図。
【図３】  同じく整流板の分解状態の斜視図。
【図４】  同じく整流板の作動状態を示す説明図。
【図５】  同じく整流板駆動機構の概略構成を示すシリンダヘッドの平面図。
【図６】  本発明の第２の実施形態の整流板の斜視図。
【図７】  同じく内燃機関の要部縦断面図。
【図８】  本発明の第３の実施形態の整流板の斜視図。
【図９】  同じく内燃機関の要部縦断面図。
【図１０】  同じく整流板駆動機構の概略を示すシリンダヘッドの平面図。
【図１１】  本発明の第４の実施形態の整流板の斜視図。
【図１２】  同じく整流板の作動状態を示す説明図。
【符号の説明】
１    シリンダブロック
２    ピストン
３    シリンダヘッド
４    吸気ポート
５    排気ポート
６    スパークプラグ
７    燃料噴射弁
８    吸気バルブ
９    バルブガイド
１０    排気バルブ
１１    バルブシート
１２    バルブシート
２０    整流板
２１    カラー
２１ａ  歯車部
２２    係止リング
２３    ウオーム軸
２４    駆動装置
２５    環状体
【図１】
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【図２】
0003695064.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003695064.tif 000007
【図７】
0003695064.tif 000008
【図８】
0003695064.tif 000009
【図９】
0003695064.tif 000010
【図１０】
0003695064.tif 000011
【図１１】
0003695064.tif 000012
【図１２】
0003695064.tif 000013