(57)【要約】【課題】動力損失を回避することができ、アシストガスの圧力の応答性を向上させることができる内燃機関を提供する。【解決手段】燃焼室２に燃料をインジェクタ２０にて直接噴射し、このインジェクタ噴霧の微粒化を促進するために圧力室３１からアシストガスを噴射し、圧力室３１をインジェクタ２０と燃焼室２との間に形成し、燃焼室２内の既燃ガスをアシストガスとして圧力室３１に受け入れ可能に構成するとともに、圧力室３１に既燃ガスの圧力を蓄圧可能に構成し、燃焼室壁１に配置したアクチュエータ３２により圧力室３１を開閉制御し、開放した圧力室３１から既燃ガスを噴射し、インジェクタ噴霧に衝突させて、インジェクタ噴霧を微粒化する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に燃料をインジェクタにて直接噴射し、このインジェクタ噴霧の微粒化を促進するために圧力室からアシストガスを噴射する内燃機関において、
前記圧力室を前記インジェクタと前記燃焼室との間に形成し、
前記燃焼室内の既燃ガスを前記アシストガスとして前記圧力室に受け入れ可能に構成するとともに、前記圧力室に前記既燃ガスの圧力を蓄圧可能に構成し、
燃焼室壁に配置したアクチュエータにより前記圧力室を開閉制御し、開放した前記圧力室から前記既燃ガスを噴射し、前記インジェクタ噴霧に衝突させて、前記インジェクタ噴霧を微粒化することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記インジェクタの燃料噴射口を挟み、１８０度離れた位置に前記圧力室への圧力取り入れ口と前記燃焼室への圧力解放口を配置したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
吸気通路の下方に前記インジェククタ、上方に前記アクチュエータを配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関。
【請求項４】
吸気弁を２弁としたことを特徴とする請求項３記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
燃焼室に燃料をインジェクタにて直接噴射し、このインジェクタ噴霧の微粒化を促進するために圧力室からアシストガスを噴射する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料の微粒化により内燃機関の燃料の燃焼効率を向上させるとともに、排ガスの清浄化と燃費の向上を図る種々の技術が開発されている。その一例として、特許文献１に開示されているように、筒内直接噴射インジェクタのエア室内に過給したアシストエアを供給し、噴射ノズルから噴射される燃料を微粒化するエアアシストインジェクタがあった。
また、特許文献２に開示されているように、筒内に設置されたＥＧＲガス取り出し用の排気弁、排気マニホールドから比較的高い圧力を有する排ガスを取り出して、特許文献１に開示されているようなエアアシストインジェクタのアシストエアとして用いる技術もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−２８８１３６号公報
【特許文献２】特開平０９−９６２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、過給エアを生成するためのエアポンプが必須であり、その動力はクランクシャフトから得る。そのため、エアポンプを駆動する動力を損失するという問題があった。
特許文献２のように、ＥＧＲガスをアシストエアとして利用する場合、エアポンプは不要であるが、排気弁からインジェクタへの配管が必要となるため、部品点数が増加し、ＥＧＲガスの応答性が低下していた。
本発明の目的は、動力損失を回避することができ、アシストガスの圧力の応答性を向上させることができる内燃機関を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、
燃焼室に燃料をインジェクタにて直接噴射し、このインジェクタ噴霧の微粒化を促進するために圧力室からアシストガスを噴射する内燃機関において、
前記圧力室を前記インジェクタと前記燃焼室との間に形成し、
前記燃焼室内の既燃ガスを前記アシストガスとして前記圧力室に受け入れ可能に構成するとともに、前記圧力室に前記既燃ガスの圧力を蓄圧可能に構成し、
燃焼室壁に配置したアクチュエータにより前記圧力室を開閉制御し、開放した前記圧力室から前記既燃ガスを噴射し、前記インジェクタ噴霧に衝突させて、前記インジェクタ噴霧を微粒化することを特徴とする。（請求項１）
【０００６】
この構成によれば、燃焼室内の既燃ガスをアシストガスとして圧力室に受け入れて、圧力室内に既燃ガスの圧力を蓄圧する。そして、アクチュエータにより圧力室を開放して圧力室から既燃ガスを噴射し、インジェクタ噴霧に衝突させて、インジェクタ噴霧を微粒化する。
このようにしてインジェクタ噴霧を微粒化するから、エアポンプが無くてもインジェクタ噴霧を微粒化することができて燃焼効率を向上させることができる。その結果、クランクシャフトから得ていたエアポンプの駆動力が不要になって、内燃機関の動力損失を回避することができる。
また、ＥＧＲガスの配管が不要になり、部品点数を削減することができる。そして、圧力室からインジェクタまでの距離が短いので、既燃ガスの圧力の応答性を向上させることができる。（請求項１）
【０００７】
本発明において、
前記インジェクタの燃料噴射口を挟み、１８０度離れた位置に前記圧力室への圧力取り入れ口と前記燃焼室への圧力解放口を配置したことを特徴とすると、次の作用を奏することができる。（請求項２）
【０００８】
インジェクタの燃料噴射口を挟んで１８０度離れた位置に前記圧力室への圧力取り入れ口（既燃ガスの流入口）と、前記燃焼室への圧力解放口（既燃ガスの噴出口）を配置してあるから、空きスペースを有効利用することができ、構造をコンパクトにすることができる。（請求項２）
【０００９】
本発明において、
吸気通路の下方に前記インジェククタ、上方に前記アクチュエータを配置したことを特徴とすると、次の作用を奏することができる。（請求項３）
【００１０】
空きスペースを有効利用することができ、構造をコンパクトにすることができる。（請求項３）
【００１１】
本発明において、
吸気弁を２弁としたことを特徴とすると、次の作用を奏することができる。（請求項４）
【００１２】
２弁間のスペースを活用して圧力室、及び、圧力室の開閉を制御するアクチュエータを配置することができる。（請求項４）
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、
動力損失を回避することができ、アシストガスの圧力の応答性を向上させることができる内燃機関を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】内燃機関の上部を示す図
【図２】弁機構を示す斜視図
【図３】インジェクタ、アシストガス噴射機構を示す断面図
【図４】シリンダヘッドの一部切り欠き斜視図
【図５】別実施形態の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
図１，図２，図４に自動車の内燃機関の上部を示してある。符号１はシリンダヘッド、２は燃焼室である。シリンダヘッド１には、燃焼室２に連通する吸気通路３と排気通路４を設け、吸気通路３の吸気口３Ｈと排気通路４の排気口４Ｈとを各別に開閉する吸気弁５と排気弁６を設けてある。
【００１６】
そして、吸気弁ステム７の一端側に、吸気口３Ｈの周縁部に圧接・離間する吸気弁ヘッド８を設け、他端側に、吸気側ロッカーアーム９に連結する連結部を設けてある。さらに、排気弁ステム１０の一端側に、排気口４Ｈの周縁部に圧接・離間する排気弁ヘッド１１を設け、他端側に、排気側ロッカーアーム１２に連結する連結部を設けてある。
【００１７】
また、吸気弁ステム７を吸気ステムガイド１３により軸方向に移動可能に保持し、排気弁ステム１０を排気ステムガイド１４により軸方向に移動可能に保持してある。
【００１８】
そして、クランクシャフト（図示せず）に同期して駆動するカムシャフト１６，１７をシリンダヘッド１に支持させ、カムシャフト１６，１７に吸気カム１６Ａと排気カム１７Ａを設けてある。
【００１９】
図２に示すように吸気弁５と排気弁６を一対ずつ設けてそれぞれ２弁としてある。これにより、２弁間のスペースを活用して圧力室３１、及び、圧力室３１の開閉を制御する後述の電磁弁３２を配置することができる。
【００２０】
［インジェクタ２０の構造］
前記燃焼室２に燃料を直接噴射するインジェクタ２０を、吸気通路３の下方に位置する状態にシリンダヘッド１に取り付けてある。図３に示すように、インジェクタ２０は段付き円筒状のインジェクタ本体２１を備え、インジェクタ本体２１の中空部を燃料の流路Ｒ１に構成してある。インジェクタ本体２１は、上流側の第１本体部４１と、第１本体部４１よりも小径の下流側の第２本体部４２とから成る。
【００２１】
シリンダヘッド１には、燃焼室２に連通するインジェクタ挿入孔２２を、燃焼室２の軸線Ｏに対して傾斜する状態に貫通形成してある。インジェクタ挿入孔２２の燃焼室２側の先端部２２Ａは縮径している。
【００２２】
そして、インジェクタ挿入孔２２にインジェクタ本体２１の第２本体部４２を挿入し、第２本体部４２側の第１本体部４１の一部分を縮径させて形成した嵌合部４３を、インジェクタ挿入孔２２の開口端部に嵌合させてある。また、前記第１本体部４１の端面４１Ｔをシリンダヘッド１の外面に当接させてある。さらに、第２本体部４２の先端部４２Ａを、インジェクタ挿入孔２２の縮径した先端部２２Ａに挿入嵌合してある。
【００２３】
前記第１本体部４１には固定コア２３を挿入嵌合し、固定コア２３を囲む電磁コイル２４を第１本体部４１に内蔵させてある。そして、ニードルバルブ２５の拡径した後端部２５Ａ以外の部分２５Ｂを第２本体部４２に挿入し、前記後端部２５Ａを第１本体部４１に、第１本体部４１の軸芯方向にスライド移動自在に内嵌させてある。
【００２４】
また、前記第２本体部４２の先端部４２Ａに、上流側に向かって開口する嵌合凹部２６Ａを備えた嵌合部材２６を内嵌してある。そして、前記嵌合凹部２６Ａに、ニードルバルブ２５の窄まったテーパ状の先端部２５Ｂ１を内嵌させてある。嵌合部材２６の嵌合凹部２６Ａの底部の中心部には、燃焼室２と連通する燃料噴射口２６Ｂを形成してある。
【００２５】
さらに、ニードルバルブ２５を燃焼室２側に付勢する第１コイルスプリングＳ１と、ニードルバルブ２５を燃焼室２とは反対側に付勢する第２コイルスプリングＳ２とを第１本体部４１に内蔵してある。
【００２６】
上記の構成により、電磁コイル２４に通電して固定コア２３に電磁吸引力を生じさせる。この電磁吸引力により、ニードルバルブ２５を第１コイルスプリングＳ１の付勢力に抗して燃焼室２とは反対側に移動させ、燃料噴射口２６Ｂを開口する。これにより、インジェクタ本体２１内の流路Ｒ１を通る燃料が、燃料噴射口２６Ｂから燃焼室２に直接噴出する。
【００２７】
［アシストガス噴射機構３０の構造］
図３に示すように、シリンダヘッド１にアシストガス噴射機構３０を気筒ごとに設けてある。このアシストガス噴射機構３０は圧力室３１を備え、圧力室３１からアシストガスを噴射してインジェクタ噴霧の微粒化を促進する。前記圧力室３１は、インジェクタ挿入孔２２の内周面と、インジェクタ本体２１の第２本体部４２の外周面との間の空間から成る。
【００２８】
この圧力室３１に、燃焼室２内の既燃ガスをアシストガスとして受け入れて既燃ガスの圧力を蓄圧する。そして、シリンダヘッド１（燃焼室壁に相当）に配設した後述の電磁弁３２により圧力室３１を開閉制御し、開放した圧力室３１から既燃ガスを、次のサイクルの燃料噴出のタイミングで噴射してインジェクタ噴霧に衝突させる。これにより、インジェクタ噴霧を微粒化する。
【００２９】
図３の拡大図に示すように、圧力室３１と燃焼室２を連通させる第１既燃ガス流通路３３を、インジェクタ挿入孔２２の縮径した先端部２２Ａの径方向外方側に形成し、第１既燃ガス流通路３３を開閉するチェック弁３４を設けてある。
【００３０】
チェック弁３４は、圧力室３１と第１既燃ガス流通路３３に連通するスプリング等収容部３４Ａと、スプリング等収容部３４Ａに収容した第３コイルスプリング３４Ｂと、スプリング等収容部３４Ａに内嵌したリング状のスプリング受け３４Ｄと、第３コイルスプリング３４Ｂにより前記第１既燃ガス流通路３３を閉じる方向に付勢される球状のボール部３４Ｃとから成る。
【００３１】
前記チェック弁３４は、燃焼室２内の既燃ガスの圧力が設定値未満では閉じている。そして、燃焼室２で混合気が燃焼し、既燃ガスの圧力（筒内圧力）が設定値になると、第３コイルスプリング３４Ｂの付勢力に抗してボール部３４Ｃが燃焼室２とは反対側に移動し、第１既燃ガス流通路３３が開放する。そして、燃焼室２内の既燃ガスが第１既燃ガス流通路３３及びスプリング等収容部３４Ａを通って圧力室３１に入り込み、既燃ガスの圧力が圧力室３１内に蓄圧される。第１既燃ガス流通路３３の燃焼室２側の開口は、圧力室３１への既燃ガス流入口３３Ｋを構成している。
【００３２】
また、インジェクタ挿入孔２２の縮径した先端部２２Ａの軸芯を挟んで前記第１既燃ガス流通路３３とは反対側に、圧力室３１と燃焼室２に連通する第２既燃ガス流通路３９を形成してある。
【００３３】
第２既燃ガス流通路３９は、シリンダヘッド１に形成した上流側の流路３５と、この上流側の流路３５に連通し、インジェクタ本体２１の第２本体部４２の外周部に全周にわたって形成した溝部５１と、この溝部５１に連通し、前記第２本体部４２の先端部４２Ａを貫通する複数の下流側の流路５２とから成る。
前記上流側の流路３５は、インジェクタ挿入孔２２の軸芯方向に沿う第１流路３６と、第１流路３６の先端側からインジェクタ挿入孔２２の軸芯側に延びる複数の第２流路３７とから成る。
前記複数の下流側の流路５２は、前記第２本体部４２の周方向に均等な間隔を空けて位置し、そのうちの２個の下流側の流路５２は、前記インジェクタ挿入孔２２の軸芯周りに１８０度離れた位置に位置する。下流側の流路５２は、先端側ほど燃焼室２側に位置するように傾斜している。
また、前記第１流路３６と第２流路３７の接続部に、第２既燃ガス流通路３９を開閉する電磁弁３２（アクチュエータに相当）を設けてある。図１に示すように、電磁弁３２は吸気通路３の上方に位置する。前記下流側の流路５２の燃焼室２側の開口は、燃焼室２への既燃ガス噴出口５２Ｋを構成している。図４の符号５０は、シリンダヘッド１に形成した電磁弁収容孔である。
【００３４】
図３に示すように、インジェクタ２０の燃料噴射口２６Ｂを挟んで、この燃料噴射口２６Ｂの軸芯周りに１８０度離れた位置に、圧力室３１への既燃ガス流入口３３Ｋ（圧力取り入れ口に相当）と、燃焼室２への既燃ガス噴出口５２Ｋ（圧力解放口に相当）とを配設してある。これにより、空きスペースを有効利用することができて、構造をコンパクトにすることができる。
【００３５】
上記の構成により、燃焼室２内の既燃ガスをアシストガスとして圧力室３１に受け入れて、圧力室３１内に既燃ガスの圧力を蓄圧する。そして、電磁弁３２により圧力室３１を開放して圧力室３１から既燃ガスを噴射し、インジェクタ噴霧に衝突させてインジェクタ噴霧を微粒化する。
このようにしてインジェクタ噴霧を微粒化するから、エアポンプが無くてもインジェクタ噴霧を微粒化することができて燃焼効率を向上させることができる。その結果、クランクシャフトから得ていたエアポンプの駆動力が不要になって、内燃機関の動力損失を回避することができる。
また、ＥＧＲガスの配管が不要になり、部品点数を削減することができる。そして、圧力室３１からインジェクタ２０までの距離が短いので、既燃ガスの圧力の応答性を向上させることができる。
【００３６】
さらに、気筒ごとに個別の圧力室３１を有しているため、圧力室３１の大きさや、チェック弁３４の最低開弁圧力を調整することにより、最大筒内圧の抑制や、燃焼サイクルのサバテサイクル化に容易に利用することができる。加えて、電磁弁３２の開閉時期を制御することにより、任意のタイミングで既燃ガスを筒内に導入し、圧力、温度を高めて自着火を生じさせることができるため、圧縮自着火式内燃機関の着火制御に用いることができる。
【００３７】
［別実施形態］
図５に示すように、前記チェック弁３４に換えて、外部制御可能な開閉弁４７で前記第１既燃ガス流通路３３を開閉するよう構成してあってもよい。また、前記開閉弁４７と電磁弁３２とは同一の構造の同一部品であってもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１        シリンダヘッド（燃焼室壁）
２        燃焼室
３        吸気通路
５        供給弁
２０      インジェクタ
２６Ｂ    燃料噴射口（インジェクタの燃料噴射口）
３１      圧力室
３２      アクチュエータ（電磁弁）
３３Ｋ    圧力取り入れ口（既燃ガス流入口）
５２Ｋ    圧力解放口（既燃ガス噴出口）
【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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