(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン（１４）が摺動自在に嵌合されるシリンダボア（１１ａ）に連なる燃焼室（１２ａ）と、燃焼室（１２ａ）に開口する吸気ポート（１６）および排気ポート（１７）と、蓄圧室（３０）と、該蓄圧室（３０）および燃焼室（１２ａ）間を結ぶ蓄圧ポート（３１）とが設けられるシリンダヘッド（１２）に、前記吸気ポート（１６）、排気ポート（１７）および蓄圧ポート（３１）をそれぞれ開閉する吸気弁（２０）、排気弁（２１）および蓄圧弁（３３）が開閉作動可能に配設される内燃機関において、前記吸気弁（２０）を前記ピストン（１４）が下死点に達するまでに全閉状態とし、前記蓄圧弁（３３）を機関の膨張行程で第１の期間開弁するとともに次の吸気行程での前記下死点前から該下死点を過ぎた圧縮行程にわたって第２の期間だけ開弁することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記吸気ポート（１６）が、燃焼室（１２ａ）内でスワール流を生じる形状に形成され、燃焼室（１２ａ）内でのスワール流の流れ方向に沿って前記吸気ポート（１６）の燃焼室（１２ａ）への開口端の直下で燃焼室（１２ａ）に開口するように前記蓄圧ポート（３１）が形成されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストンが摺動自在に嵌合されるシリンダボアに連なる燃焼室と、燃焼室に開口する吸気ポートおよび排気ポートと、蓄圧室と、該蓄圧室および燃焼室間を結ぶ蓄圧ポートとが設けられるシリンダヘッドに、前記吸気ポート、排気ポートおよび蓄圧ポートをそれぞれ開閉する吸気弁、排気弁および蓄圧弁が開閉作動可能に配設される内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、かかる内燃機関は、たとえば特開２０００−２８２８６７号公報で既に知られており、機関の膨張行程で蓄圧弁を一定期間開くことにより蓄圧室に既燃焼ガスを取り込み、次の圧縮行程で蓄圧弁を一定期間開くことにより蓄圧室から燃焼室に既燃焼ガスを噴入することで、燃焼室内のガスの圧縮圧力を高め、機関の高出力化を図るようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のものでは、吸気弁がピストンの下死点を過ぎて圧縮行程に入ってもわずかに開弁しており、蓄圧弁は、吸気弁が全閉状態となった後の圧縮行程で一定期間開弁するようにしている。このため、燃焼室内の圧力が既に上昇し始めた状態で蓄圧弁が開弁することになり、この蓄圧弁の開弁時には蓄圧室および燃焼室間の圧力差が比較的小さくなっている。しかも蓄圧弁の開弁期間も比較的小さくなるので、燃焼室のガスの圧縮圧力および温度上昇効果が不充分であり、更なる熱効率の向上のためには過給量を増大させる必要がある。
【０００４】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、過給量を増大させて熱効率を向上した内燃機関を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ピストンが摺動自在に嵌合されるシリンダボアに連なる燃焼室と、燃焼室に開口する吸気ポートおよび排気ポートと、蓄圧室と、該蓄圧室および燃焼室間を結ぶ蓄圧ポートとが設けられるシリンダヘッドに、前記吸気ポート、排気ポートおよび蓄圧ポートをそれぞれ開閉する吸気弁、排気弁および蓄圧弁が開閉作動可能に配設される内燃機関において、前記吸気弁を前記ピストンが下死点に達するまでに全閉状態とし、前記蓄圧弁を機関の膨張行程で第１の期間開弁するとともに次の吸気行程での前記下死点前から該下死点を過ぎた圧縮行程にわたって第２の期間だけ開弁することを特徴とする。
【０００６】
このような構成によれば、吸気弁をピストンが下死点に達するまでに全閉状態とすることにより、吸入空気量を制限し、圧縮比よりも膨張比を高めて熱効率を向上することができる。またピストンが下死点に達するまでに吸気弁が全閉状態となることで、蓄圧弁の開弁時期を吸気行程でのピストンの下死点前に定めることができ、しかも蓄圧弁を前記下死点を過ぎた圧縮行程で閉弁するようにしているので、燃焼室内の圧力が上昇し始める前に蓄圧室の既燃焼ガスを燃焼室に噴入するとともに蓄圧弁の開角を比較的大きくすることができ、過給量を増大させて熱効率をより一層向上することができる。
【０００７】
また請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明の構成に加えて、前記吸気ポートが、燃焼室内でスワール流を生じる形状に形成され、燃焼室内でのスワール流の流れ方向に沿って前記吸気ポートの燃焼室への開口端の直下で燃焼室に開口するように前記蓄圧ポートが形成されることを特徴とし、かかる構成によれば、吸気弁を比較的早く閉じることにより、既に形成されている燃焼室内のスワール流によって蓄圧ポートに作用する負圧を利用して蓄圧室内の蓄圧力を燃焼室に有効に作用させ、熱効率をより一層向上することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の一実施例に基づいて説明する。
【０００９】
図１〜図４は本発明の一実施例を示すものであり、図１は内燃機関の縦断正面図、図２は図１の２−２線断面図、図３は図１の３−３線から見たシリンダヘッドの底面図、図４は吸気弁、排気弁および蓄圧弁の開閉作動特性図である。
【００１０】
先ず図１および図２において、内燃機関Ｅの機関本体Ｅａは、クランクケース１０と、該クランクケース１０の上面に結合されるシリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上端面に結合されるシリンダヘッド１２とを備え、クランクケース１０に回転自在に支承されるクランクシャフト１３と、シリンダブロック１１に設けられるシリンダボア１１ａに摺動自在に嵌合されるピストン１４とがコンロッド２８を介して連結される。
【００１１】
シリンダヘッド１２には、シリンダボア１１ａに連なる燃焼室１２ａが設けられており、燃焼室１２ａの天井面中心部に電極１５ａを臨ませる点火プラグ１５がシリンダヘッド１２に取付けられる。
【００１２】
図３を併せて参照して、シリンダヘッド１２には、燃焼室１２ａ内に図３の矢印で示すようなスワール流２９を形成するようにして螺旋状に形成される吸気ポート１６と、排気ポート１７とが設けられており、吸気ポート１６および排気ポート１７の燃焼室１２ａへの開口端には弁座１８，１９が形成される。これらの弁座１８，１９には吸気弁２０および排気弁２１がそれぞれ着座可能である。
【００１３】
吸気弁２０および排気弁２１は、それらの弁２０，２１の軸間が上方に向って広がるようにＶ字状に配置されてシリンダヘッド１２に開閉作動可能として配設されており、シリンダヘッド１２と吸気弁２０および排気弁２１との間には、それらの弁２０，２１を閉弁方向に付勢する弁ばね２５，２６が設けられる。
【００１４】
吸気弁２０および排気弁２１の弁頭間には、シリンダヘッド１２で回転自在に支承されるカムシャフト２２が配置される。該カムシャフト２２には、吸気カム２２ａおよび排気カム２２ｂが設けられており、吸気カム２２ａおよび排気カム２２ｂと、吸気弁２０および排気弁２１とは吸気ロッカアーム２３および排気ロッカアーム２４を介して連動、連結される。
【００１５】
カムシャフト２２には、クランクシャフト１３の回転動力が調時伝動装置２７を介して１／２の減速比で伝達されており、吸気弁２０および排気弁２１は、カムシャフト２２の回転に応じて吸気および排気カム２２ａ，２２ｂならびに吸気および排気ロッカアーム２２，２３の協働作用により、図４で示す開閉タイミングで開閉駆動される。
【００１６】
而して吸気カム２２ａは、図４の破線で示す従来の吸気弁の開閉作動特性に比べて、図４の実線で示すように、吸気弁２０の開弁リフト量を小さくし、しかもピストン１４が下死点に達するまでに吸気弁２０が全閉状態となるように形成される。
【００１７】
さらにシリンダヘッド１２には、蓄圧室３０と、該蓄圧室３０および燃焼室１２ａ間を結ぶ蓄圧ポート３１とが設けられ、蓄圧ポート３１は、吸気ポート１６から燃焼室１２ａに流入する空気によって燃焼室１２ａ内に形成されるスワール流２９の流れ方向に沿って、吸気ポート１６の燃焼室１２ａへの開口端の直下で燃焼室１２ａに開口するように形成される。
【００１８】
蓄圧ポート３１の燃焼室１２ａへの開口端には弁座３２が形成されており、この弁座３２に着座可能な蓄圧弁３３が開閉作動を可能としてシリンダヘッド１２に配設され、シリンダヘッド１２および蓄圧弁３３間には、蓄圧弁３３を閉弁方向に付勢する弁ばね３５が設けられる。
【００１９】
シリンダヘッド１２には、蓄圧弁３３の弁頭に当接するカムフォロア３６が摺動自在に嵌合されており、カムシャフト２２の一端に固定された蓄圧カム２２ｃがカムフォロア３６に当接、係合される。
【００２０】
而してカムシャフト２２の回転に応じて蓄圧弁３３は図４で示すように開閉駆動されるものであり、蓄圧弁３３は、機関の膨張行程で第１の期間Ａだけ開弁するとともに次の吸気行程でのピストン１４の下死点前から該下死点を過ぎた圧縮行程にわたって第２の期間Ｂだけ開弁する。しかも蓄圧カム２２ｃは、図４の破線で示す従来の蓄圧弁の開弁期間Ｂ′よりも大きな第２の期間Ｂだけ蓄圧弁３３を開弁するとともに、蓄圧弁３３のリフト量Ｌを図４の破線で示す従来の蓄圧弁のリフト量Ｌ′よりも大きくするように形成される。
【００２１】
さらにシリンダヘッド１２には、蓄圧室３０に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３６が取付けられ、この燃料噴射弁３６による燃料噴射は、図４で示すように、蓄圧弁３３の閉弁中、望ましくは排気行程での第３の期間Ｃに実行される。
【００２２】
次にこの実施例の作用について説明すると、内燃機関Ｅの運転中、膨張行程の後半に蓄圧弁３３が第１の期間Ａだけ開弁すると、燃焼室１２ａ内の既燃焼ガスの一部が、そのガス自体の圧力により蓄圧ポート３１から蓄圧室３０に充填される。次いで排気行程では、燃料噴射弁３６が第３の期間Ｃだけ作動し、機関Ｅの運転状況に応じた量だけ蓄圧室３０に直接噴射された燃料が、比較的高温の状態にある既燃焼ガスと接触することで気化状態となる。
【００２３】
次いで排気行程から吸気行程に移行すると、ピストン１４が下降するとともに吸気弁２０が開弁するので、吸気ポート１６から燃焼室１２ａに空気が吸入されてスワール流２９を形成し、吸気弁２０の閉弁後に蓄圧弁３３が第２の期間Ｂだけ開弁する。これにより、蓄圧弁３０に蓄えられていた既燃焼ガスが、それ自体の圧力をもって気化状態の燃料とともに蓄圧ポート３１から燃焼室１２ａに噴入し、気化状態の燃料を含む混合気を燃焼室１２ａ内で形成するとともに、その混合気の圧縮圧力および温度をより高めることができ、機関Ｅが高出力を発揮するとともにＥＧＲ効果を発揮して排気ガス中のＮＯX を低減することができる。
【００２４】
しかも吸気弁２０は、ピストン１４が下死点に達するまでに全閉状態となるものであり、それによって吸入空気量を制限し、圧縮比よりも膨張比を高めて熱効率を向上することができる。
【００２５】
またピストン１４が下死点に達するまでに吸気弁２０が全閉状態となることで、蓄圧弁３３の開弁時期を吸気行程でのピストン１４の下死点前に定めることができ、それに加えて蓄圧弁３３を前記下死点を過ぎた圧縮行程で閉弁するようにしているので、燃焼室１２ａ内の圧力が上昇し始める前に蓄圧室３０の既燃焼ガスを燃焼室１２ａに噴入するとともに、図４の破線で示す従来の蓄圧弁の開弁期間Ｂ′よりも大きな第２の期間Ｂだけ蓄圧弁３３を開弁するようにして蓄圧弁３３の開角を比較的大きくすることができ、開角を大きくすることでリフト量Ｌも従来のリフト量Ｌ′よりも大きくすることが可能となる。この結果、過給量を増大させて熱効率をより一層向上することができる。
【００２６】
さらに蓄圧室３０および燃焼室１２ａ間を結ぶ蓄圧ポート３１は、燃焼室１２ａ内に形成されるスワール流２９の流れ方向に沿って、吸気ポート１６の燃焼室１２ａへの開口端の直下で燃焼室１２ａに開口するものであるので、吸気弁２０を比較的早く閉じることにより既に形成されている燃焼室１２ａ内のスワール流によって蓄圧ポート３１に作用する負圧を利用し、蓄圧室３０内の蓄圧力を燃焼室１２ａに有効に作用させ、熱効率をより一層向上することができる。
【００２７】
ところで、この実施例では、蓄圧弁３３が閉じた直後の排気行程で蓄圧室３０に燃料噴射弁３６から燃料を直接噴射するようにしているので、次に蓄圧弁３３が開くまでの時間を充分に確保でき、蓄圧室３０で燃料を充分に気化させることが可能である。
【００２８】
また蓄圧弁３３の長い閉弁期間中に蓄圧室３０に燃料を直接噴射する場合には、その噴射時間Ｃを充分に確保することが可能であり、圧縮行程の終期に燃焼室１２ａに燃料を瞬時に直接噴射する一般的な筒内噴射に比べて噴射圧力を低下することが可能であり、燃料噴射弁３６を含む燃料供給系の構成の簡素化、ひいてはコスト低減を図ることが可能となる。
【００２９】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３０】
たとえば上記実施例では蓄圧室３０に燃料を直接噴射するようにしたが、吸気ポート１６に燃料を噴射するようにした内燃機関にも本発明を適用することができる。また吸気弁２０および排気弁２１は、上記実施例のように２弁式のものに限定されるものではなく、２弁式や４弁式の内燃機関にも本発明を適用可能である。
【００３１】
また吸気弁２０および排気弁２１の作動特性を運転状況に応じて変更するようにした内燃機関にも本発明を適用することが可能であり、そのような内燃機関では、蓄圧弁３３の開弁による過給時期の一部を低負荷時に吸気行程とラップさせることにより、筒内圧力の低下を防止することができ、スロットル開度を大きくすることでポンピングロスの低減を図ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように請求項１記載の発明によれば、吸気弁を早閉じとすることで圧縮比よりも膨張比を高めて熱効率を向上することができ、燃焼室内の圧力が上昇し始める前に蓄圧室の既燃焼ガスを燃焼室に噴入するとともに蓄圧弁の開角を比較的大きくすることができ、過給量を増大させて熱効率をより一層向上することができる。
【００３３】
また請求項２記載の発明によれば、蓄圧室内の蓄圧力を燃焼室に有効に作用させ、熱効率をより一層向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の縦断正面図である。
【図２】図１の２−２線断面図である。
【図３】図１の３−３線から見たシリンダヘッドの底面図である。
【図４】吸気弁、排気弁および蓄圧弁の開閉作動特性図である。
【符号の説明】
１１ａ・・・シリンダボア
１２・・・シリンダヘッド
１２ａ・・・燃焼室
１４・・・ピストン
１６・・・吸気ポート
１７・・・排気ポート
２０・・・吸気弁
２１・・・排気弁
３０・・・蓄圧室
３１・・・蓄圧ポート
３３・・・蓄圧弁
Ｅ・・・内燃機関
【図１】
0004291961.tif 000002
【図２】
0004291961.tif 000003
【図３】
0004291961.tif 000004
【図４】
0004291961.tif 000005