(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッド内壁面の中央部に燃料噴射弁を配置すると共にシリンダヘッド内壁面の周辺部に吸気弁および排気弁を配置し、吸気行程中に排気弁を一時的に開弁させ、排気弁が一時的に開弁せしめられているときに燃料噴射弁から吸気弁の開口部および排気弁の開口部に向けて燃料を噴射してこの燃料により燃焼室内に均一な予混合気を形成し、この予混合気を圧縮行程末期に着火するようにした筒内噴射式内燃機関。
【請求項２】
シリンダヘッド内壁面の中央部に燃料噴射弁を配置すると共にシリンダヘッド内壁面の周辺部に吸気弁および排気弁を配置し、排気ポートから燃焼室内に既燃ガスを逆流させるのに必要な吸気上死点後の予め定められた時期まで排気弁の閉弁時期を遅らせ、吸気弁が開弁してから排気弁が閉弁するまでの吸気行程中において排気ポートから燃焼室内に既燃ガスが逆流しているときに燃料噴射弁から吸気弁の開口部および排気弁の開口部に向けて燃料を噴射してこの燃料により燃焼室内に均一な予混合気を形成し、この予混合気を圧縮行程末期に着火するようにした筒内噴射式内燃機関。
【請求項３】
燃焼室から吸気ポート内への既燃ガスの吹き返しを生じさせるのに必要な吸気上死点前の予め定められた時期まで吸気弁の開弁時期を早めた請求項２に記載の筒内噴射式内燃機関。
【請求項４】
吸気弁ステム又は排気弁ステムに沿って噴射燃料が上昇するのを阻止するための噴射燃料上昇阻止手段を吸気弁ステム又は排気弁ステムに設けた請求項１又は２のいずれか１項に記載の筒内噴射式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は筒内噴射式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
平担なシリンダヘッド内壁面の中央部に燃料噴射弁を配置し、燃料噴射弁から吸気行程中又は圧縮行程中に燃焼室内に向け燃料を噴射して燃焼室内に均一な混合気を形成し、この混合気を圧縮着火せしめるようにした圧縮着火式内燃機関が公知である（特開平１０−３３１６９０号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら均一な混合気を形成すべく吸気行程中又は圧縮行程中に単に燃焼室内に向けて燃料を噴射するとシリンダボア内壁面近くに達した燃料粒子がシリンダボア内壁面により冷却され、その結果これら燃料粒子からの燃料の蒸発作用が十分に促進されないために多量の未燃ＨＣが発生するという問題がある。更に、噴射燃料がシリンダボア内壁面に付着し、その結果多量の未燃ＨＣが発生するばかりでなく付着燃料によって潤滑油が希釈されるという問題を生じる。
【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、シリンダヘッド内壁面の中央部に燃料噴射弁を配置すると共にシリンダヘッド内壁面の周辺部に吸気弁および排気弁を配置し、吸気行程中に排気弁を一時的に開弁させ、排気弁が一時的に開弁せしめられているときに燃料噴射弁から吸気弁の開口部および排気弁の開口部に向けて燃料を噴射してこの燃料により燃焼室内に均一な予混合気を形成し、この予混合気を圧縮行程末期に着火するようにしている。
【０００５】
また、上記問題点を解決するために本発明によれば、シリンダヘッド内壁面の中央部に燃料噴射弁を配置すると共にシリンダヘッド内壁面の周辺部に吸気弁および排気弁を配置し、排気ポートから燃焼室内に既燃ガスを逆流させるのに必要な吸気上死点後の予め定められた時期まで排気弁の閉弁時期を遅らせ、吸気弁が開弁してから排気弁が閉弁するまでの吸気行程中において排気ポートから燃焼室内に既燃ガスが逆流しているときに燃料噴射弁から吸気弁の開口部および排気弁の開口部に向けて燃料を噴射してこの燃料により燃焼室内に均一な予混合気を形成し、この予混合気を圧縮行程末期に着火するようにしている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１および図２を参照すると、１は圧縮着火式内燃機関本体、２はシリンダブロック、３はピストン、４はシリンダヘッド、５は燃焼室、６はシリンダヘッド４の内壁面中央部に配置された燃料噴射弁、７は一対の吸気弁、８は吸気ポート、９は一対の排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。
【０００９】
シリンダヘッド４の内壁面はペントルーフ型をなしており、従って吸気弁７および排気弁９はそれらの軸線が上方に行くに従いシリンダ軸線から離れるように傾斜配置されている。一方、ピストン３の頂面にはキャビティ１１が形成されており、このキャビティ１１は吸気弁７の弁体全体および排気弁９の弁体全体を包囲するように延びている。
【００１０】
図１に示されるように吸気弁７の頂部には吸気弁駆動用のアクチュエータ１２が配置されており、排気弁９の頂部には排気弁駆動用のアクチュエータ１３が配置されている。これらアクチュエータ１２，１３は同一の構造を有しており、従って図３を参照しつつアクチュエータ１２の構造について説明する。
図３を参照すると、１４は吸気弁７の頂部に取付けられた円板状鉄片、１５，１６は鉄片１４の両側に配置されたソレノイド、１７，１８は鉄片１４の両側に配置された圧縮ばねを夫々示す。ソレノイド１５が付勢されると鉄片１４が上昇し、吸気弁７が閉弁する。これに対してソレノイド１６が付勢されると鉄片１４が下降し、吸気弁７が開弁する。従って各ソレノイド１５，１６の付勢タイミングを制御することによって吸気弁７を任意の時期に開弁し、閉弁することができる。同様にアクチュエータ１３によって排気弁９を任意の時期に開弁し、閉弁することができる。
【００１１】
図４および図５は本発明による燃料噴射方法の一例を示している。図４および図５からわかるように図４および図１５に示す実施例では燃料噴射弁６が４つの噴口を具えたホールノズルからなり、吸気弁７および排気弁９が開弁したときに各噴口から夫々対応する吸気弁７の開口部および排気弁９の開口部に向けて燃料Ｇが噴射される。もう少し詳しく言うと、吸気弁７および排気弁９が開弁したときに各噴口から噴射された全燃料Ｇが吸気弁７および排気弁９の開口部内に侵入するように吸気弁７および排気弁９の開口部に向けて燃料Ｇが噴射される。
【００１２】
本発明ではこのように燃料Ｇを吸気弁７および排気弁９の開口部に向けて噴射することを基本としている。ただしこの場合、燃料Ｇを吸気弁７および排気弁９の開口部に向けて噴射すべき時期については種々の時期が考えられ、以下種々の例について吸気弁７および排気弁９の開弁期間、および噴射時期を示している図６から図９を参照しつつ順次説明する。
【００１３】
図６に示す例では排気弁９が一旦閉弁せしめられた後の吸気行程中において排気弁９が一時的に開弁せしめられ、排気弁９が一時的に開弁せしめられているときに燃料噴射弁６から吸気弁７の開口部および排気弁９の開口部に向けて燃料Ｇが噴射される。
即ち、吸気行程中に排気弁９が開弁せしめられると吸気弁７からは空気が燃焼室５内に吸入され、排気弁９からは既燃ガスが燃焼室５内に吸入される。このとき燃焼噴射弁６から吸気弁７および排気弁９の開口部に向けて燃料Ｇが噴射されると噴射燃料Ｇは流入する空気および既燃ガスによって押し戻され、斯くして噴射燃料Ｇがシリンダボア内壁面上に到達しずらくなる。その結果、未燃ＨＣの発生が抑制され、噴射燃料Ｇによって潤滑油が希釈されるのが抑制されることになる。
【００１４】
一方、燃料噴射弁６から吸気弁７および排気弁９の開口部に向けて燃料Ｇが噴射されるとこれら噴射燃料Ｇは流入する空気および既燃ガスにより強力な剪断力を受け、斯くして噴射燃料Ｇの微粒化が促進されるばかりでなく噴射燃料Ｇと空気とが良好に混合せしめられる。更に、排気弁９から流入する既燃ガスの温度は高く、従って排気弁９の開口部に向かう噴射燃料Ｇは良好に気化せしめられることになる。また、この噴射燃料Ｇの気化作用によって排気弁９が冷却される。
【００１５】
このように噴射燃料Ｇの微粒化と気化とが促進され、噴射燃料Ｇと空気とが良好に混合せしめられるので燃焼室５内には十分に気化しかつ空気と混合した予混合気が形成され、この予混合気が圧縮行程末期に着火燃焼せしめられる。なお、吸気行程中に少量の補助燃料Ｇを吸気弁７と排気弁９の開口部に向けて噴射し、図６（Ｂ）において破線で示すように圧縮行程末期に主噴射を行うようにすることもできる。
【００１６】
図７に示す例では、排気ポート１０から燃焼室５内に既燃ガスを逆流させるのに必要な吸気上死点後の予め定められた時期まで排気弁９の閉弁時期が遅らされ、吸気上死点後において排気ポート１０から燃焼室５内に既燃ガスが逆流しているときに燃料噴射弁６から吸気弁７の開口部および排気弁９の開口部に向けて燃料Ｇが噴射される。
【００１７】
従ってこの例でも噴射燃料Ｇは流入する空気および既燃ガスによって押し戻され、斯くして噴射燃料Ｇがシリンダボア内壁面上に到達しずらくなる。その結果、未燃ＨＣの発生が抑制され、噴射燃料Ｇによって潤滑油が希釈されるのが抑制されることになる。
また、噴射燃料Ｇは流入する空気および既燃ガスにより強力な剪断力を受け、斯くして噴射燃料Ｇの微粒化が促進されるばかりでなく噴射燃料Ｇと空気とが良好に混合せしめられる。従って燃焼室５内には十分に気化しかつ空気と混合した予混合気が形成され、この予混合気が圧縮行程末期に着火燃焼せしめられる。なお、この例においても少量の補助燃料Ｇを吸気弁７と排気弁９の開口部に向けて噴射し、図７（Ｂ）において破線で示すように圧縮行程末期に主噴射を行うようにすることもできる。
【００１８】
図８に示す例では図７に示す例において、燃焼室５から吸気ポート８内への既燃ガスの吹き返しを生じさせるのに必要な吸気上死点前の予め定められた時期まで吸気弁７の開弁時期が早められる。従ってこの例では吸気ポート８から燃焼室５内に流入する空気中には吹き返された既燃ガスが含まれており、吹き返された既燃ガスを含んだ空気に向けて燃料Ｇが噴射される。吹き返された既燃ガスの温度は高く、従ってこのように吹き返された既燃ガスを含んだ空気中に燃料Ｇを噴射することによって燃料の気化を促進することができる。また、既燃ガスが吸気ポート８内に吹き返すことによって吸気弁７等の温度が上昇し、吸気弁７等に付着する燃料量を低減することができる。
【００１９】
なお、この例においても少量の補助燃料Ｇを吸気弁７と排気弁９の開口部に向けて噴射し、図８（Ｂ）において破線で示すように圧縮行程末期に主噴射を行うようにすることもできる。
図９に示す例では、図８において吸気上死点後に燃料噴射を行うことに代えて吸気上死点前に燃料噴射を行うようにしている。従ってこの例では噴射された燃料Ｇは一旦吸気ポート８内および排気ポート１０内に流入して吸気ポート８内および排気ポート１１内に留まり、次いで燃焼室５内に流入する。即ち、吸気弁７の開口部に向けて噴射された燃料Ｇは燃焼室５内から吸気ポート８内に吹き返した既燃ガスと共に吸気ポート８内に一旦留まり、吸気上死点後に燃焼室５内に流入する。一方、排気弁９の開口部に向けて噴射された燃料Ｇは一旦排気ポート１０内に留まり、吸気上死点後に燃焼室５内に逆流する。
【００２０】
この例では噴射燃料Ｇを一方では既燃ガスと共に一旦吸気ポート８内に留め、他方では既燃ガスと共に一旦排気ポート１０内に留めることによって噴射燃料Ｇの気化を促進することができる。なお、この例でも少量の補助燃料Ｇを吸気弁７と排気弁９の開口部に向けて噴射し、図９（Ｂ）において破線で示すように圧縮行程末期に主噴射を行うようにすることもできる。
【００２１】
図１０の（Ａ）から（Ｄ）は、吸気弁７のステム又は排気弁９のステムに沿って噴射燃料Ｇが上昇するのを阻止するための種々の噴射燃料上昇阻止手段を示している。即ち、図１０（Ａ）に示す例では吸気弁７のステムおよび排気弁９のステムに環状板２０が挿入されており、これら環状板２０はコイルばね２１によって上下方向に移動可能に支持されている。図１０（Ｂ）に示す例では吸気弁７のステムおよび排気弁９のステムに環状板２２が固定されている。図１０（Ｃ）に示す例では噴射燃料Ｇが衝突する吸気弁７の弁体背面部分および排気弁９の弁体背面部分に凹溝２３が形成されており、図１０（Ｄ）に示す例では噴射燃料Ｇが衝突する吸気弁７の弁体背面部分２４および排気弁９の弁体背面部分２４が凸凹形状に形成されている。
【００２２】
【発明の効果】
燃焼室内に早期に燃料噴射をするようにした場合において多量の未燃ＨＣが発生するのを阻止することができると共に噴射燃料により潤滑油が希釈されるのを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧縮着火式内燃機関の側面断面図である。
【図２】シリンダヘッドの底面図である。
【図３】アクチュエータの側面断面図である。
【図４】燃料噴射が行われているときを示す圧縮着火式内燃機関の側面断面図である。
【図５】図４に示すシリンダヘッドの底面図である。
【図６】本発明における吸気弁および排気弁の開弁時期、および噴射時期の第１の例を示す図である。
【図７】本発明における吸気弁および排気弁の開弁時期、および噴射時期の第２の例を示す図である。
【図８】本発明における吸気弁および排気弁の開弁時期、および噴射時期の第３の例を示す図である。
【図９】本発明における吸気弁および排気弁の開弁時期、および噴射時期の第４の例を示す図である。
【図１０】噴射燃料上昇阻止手段の種々の例を示す図である。
【符号の説明】
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
７…吸気弁
９…排気弁
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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