(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の吸気弁を備え、内燃機関の燃焼室内に流入した吸気が、燃焼室内で所定の旋回吸気流となるように、複数の吸気弁のうち２つの吸気弁について、１の吸気弁の吸気量を大きく、他の１の吸気弁の吸気量を小さくして、燃焼室内に吸気を流入させる、筒内直接噴射式内燃機関において、
前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、
前記燃料噴射弁からの燃料噴射方向が、前記吸気弁からの吸気の流入方向と同一方向であって、噴霧の水平方向の広がりが、前記吸気量の大きい吸気弁からの吸気流の側の噴霧流速が大きく、前記吸気量の小さい吸気弁からの吸気流の側の噴霧流速が小さくなるように、噴射中心軸線に対して非対称に噴射され、
前記旋回吸気流のスワール流を強化し、
更に、前記複数の吸気弁が、
第１の吸気弁と、前記第１の吸気弁に隣接する第２の吸気弁と、前記第２の吸気弁に隣接し、前記第２の吸気弁に関して、前記第１の吸気弁とは反対の側に配置された第３の吸気弁と、を備え、
前記燃料噴射弁からの燃料噴射時期において、第１回目の燃料噴射を、前記第１の吸気弁のリフト量が、前記第３の吸気弁のリフト量より大きい時期に行った後、更に複数回行う、
筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項２】
前記第１の吸気弁の開弁時期が、前記第３の吸気弁の開弁時期より遅く、
前記燃料噴射弁からの燃料噴射が、前記第１の吸気弁のリフト量が、前記第３の吸気弁のリフト量より大きい時期に行われる、
請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項３】
前記第１の吸気弁の開弁期間が、前記第３の吸気弁の開弁期間より長く、
前記燃料噴射弁からの燃料噴射が、前記第１の吸気弁のリフト量が、前記第３の吸気弁のリフト量より大きい時期に行われる、
請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項４】
前記第１の吸気弁のリフト量が、前記第３の吸気弁のリフト量より大きく、
前記燃料噴射弁からの燃料噴射が、前記第１の吸気弁のリフト量が、前記第３の吸気弁のリフト量より大きい時期に行われる、
請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項５】
複数の吸気弁を備え、内燃機関の燃焼室内に流入した吸気が、燃焼室内で所定の旋回吸気流となるように、複数の吸気弁のうち２つの吸気弁について、１の吸気弁の吸気量を大きく、他の１の吸気弁の吸気量を小さくして、燃焼室内に吸気を流入させる、筒内直接噴射式内燃機関において、
前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、
前記燃料噴射弁からの燃料噴射方向が、前記吸気弁からの吸気の流入方向と同一方向であって、噴霧の水平方向の広がりが、前記吸気量の大きい吸気弁からの吸気流の側の噴霧流速が大きく、前記吸気量の小さい吸気弁からの吸気流の側の噴霧流速が小さくなるように、噴射中心軸線に対して非対称に噴射され、
前記旋回吸気流のスワール流を強化し、
更に、前記複数の吸気弁が、
第１の吸気弁と、前記第１の吸気弁に隣接する第２の吸気弁と、前記第２の吸気弁に隣接し、前記第２の吸気弁に関して、前記第１の吸気弁とは反対の側に配置された第３の吸気弁と、を備え、
前記燃料噴射弁からの燃料噴射時期において、第１回目の燃料噴射を、前記第１の吸気弁のリフト量が、前記第３の吸気弁のリフト量より小さい時期に行い、更に、前記第１の吸気弁のリフト量が、前記第３の吸気弁のリフト量より大きい時期に複数回行う、
筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項６】
前記第１の吸気弁の開弁時期が、前記第３の吸気弁の開弁時期より遅く、
前記燃料噴射弁からの燃料噴射が、前記第１の吸気弁のリフト量が、前記第３の吸気弁のリフト量より大きい時期に行われる、
請求項５に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項７】
前記第１の吸気弁の開弁期間が、前記第３の吸気弁の開弁期間より長く、
前記燃料噴射弁からの燃料噴射が、前記第１の吸気弁のリフト量が、前記第３の吸気弁のリフト量より大きい時期に行われる、
請求項５に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項８】
前記第１の吸気弁のリフト量が、前記第３の吸気弁のリフト量より大きく、
前記燃料噴射弁からの燃料噴射が、前記第１の吸気弁のリフト量が、前記第３の吸気弁のリフト量より大きい時期に行われる、
請求項５に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内直接噴射式内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内直接噴射式内燃機関においては、燃料噴射弁の燃料噴霧流速によって、燃焼室内の旋回吸気流が強化されることが、従来から知られている。しかし、吸気流と噴霧流とが互いに打ち消しあうことにより、十分な旋回吸気流を得られない場合がある。
【０００３】
燃焼室内の旋回吸気流が不十分な状態では、（１）噴射された燃料のミキシングが不十分で、未燃のＨＣ、ＣＯ等の増大を招き、燃費悪化の原因となる、また、（２）火炎伝播が弱く、始動時の冷間燃焼や希薄燃焼性能に劣る、更に、（３）燃焼速度が遅く、高負荷時にノッキングが発生する、等の問題が発生する。
【０００４】
【特許文献１】特開平２０００−１８６６５２号公報
【特許文献２】特開平０９−３１７５０５号公報
【特許文献３】特開平２００４−１４４０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、燃料噴射弁先端に、周方向に弾性率が異なる弾性体を配置し、筒内圧が作用すると先端部材が所定方向に傾くようにした燃料噴射弁が開示されている。特許文献１の燃料噴射弁は、圧縮行程中に先端部材が傾き、燃料を適切な方向に偏向して噴射することができ、順タンブル流動場において均質運転と成層運転とで燃料噴射方向を変えて燃焼安定性の確保とスモーク発生の抑制を行うことができ、スワール流動場では、添加プラグ近傍で成層化が図れるとしている。しかし、スワール流やタンブル流の流れの方向によってはスワール流やタンブル流と噴霧流とが衝突し、十分な旋回吸気流を得られない場合がある。
【０００６】
特許文献２の筒内直接噴射式内燃機関では、燃焼室へ新気を導入する吸気弁として、第１の吸気弁と、この第１の吸気弁の両側にそれぞれ配置された第２、第３の吸気弁とを備え、成層燃焼時に、第１の吸気弁からの吸気量を、均一燃焼時より少なくすることで、成層燃焼時のみに新気よどみ部を生成する、希薄燃焼式内燃機関が開示されているが、噴霧流速によって、燃焼室内の旋回吸気流を強化するものではない。
【０００７】
また、特許文献３には、燃料噴射弁からの噴霧を偏向噴霧とし、成層燃焼を行う場合に、空気を主体とするスワールと混合するように噴霧方向や噴霧貫通力を調整することを特徴とする内燃機関が開示されているが、燃料噴射弁の燃料噴霧流速によって燃焼室内の旋回吸気流を強化するものではない。
【０００８】
本発明は、内燃機関の燃焼室内に流入した吸気が燃焼室内で所定の旋回吸気流となるように、燃焼室内に吸気を流入させる複数の吸気弁を備えた、筒内直接噴射式内燃機関において、燃料噴射弁の燃料噴霧流速によって燃焼室内の旋回吸気流を強化することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、複数の吸気弁を備え、内燃機関の燃焼室内に流入した吸気が、燃焼室内で所定の旋回吸気流となるように、複数の吸気弁のうち２つの吸気弁について、１の吸気弁の吸気量を大きく、他の１の吸気弁の吸気量を小さくして、燃焼室内に吸気を流入させる、筒内直接噴射式内燃機関において、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、燃料噴射弁からの燃料噴射方向が、吸気弁からの吸気の流入方向と同一方向であって、噴霧の水平方向の広がりが、吸気量の大きい吸気弁からの吸気流の側の噴霧流速が大きく、吸気量の小さい吸気弁からの吸気流の側の噴霧流速が小さくなるように、噴射中心軸線に対して非対称に噴射され、旋回吸気流のスワール流を強化し、更に、複数の吸気弁が、第１の吸気弁と、第１の吸気弁に隣接する第２の吸気弁と、第２の吸気弁に隣接し、第２の吸気弁に関して、第１の吸気弁とは反対の側に配置された第３の吸気弁と、を備え、燃料噴射弁からの燃料噴射時期において、第１回目の燃料噴射を、第１の吸気弁のリフト量が、第３の吸気弁のリフト量より大きい時期に行った後、更に複数回行う、筒内直接噴射式内燃機関が提供される。
【００１０】
すなわち、請求項１の発明では、燃焼室内に所定の旋回吸気流を発生するように、吸気弁から吸気を流入させる場合に、燃焼室内へ噴射する燃料の噴霧流速を、噴霧の広がり方向による流速が噴射中心軸線に対して非対称になるようにして、流入する吸気流と同一方向に噴射する。燃焼室内の旋回吸気流は、複数の吸気弁からの吸気量に流量差を与え、吸気流量の大きい側の吸気弁から吸気流量の小さい側の吸気弁の方向に旋回気流が発生するようにするが、本発明では、燃料噴射弁からの燃料噴射を、吸気流量の大きい側の噴霧流速を大きくし、吸気流量の小さい側の噴霧流速が小さくなるように、噴射中心軸線に対して非対称になるようにする。したがって、吸気流の旋回が加速され、スワール流が燃料噴霧流速によって強化される。また、各吸気弁の開弁時期、又は開弁期間の長さ、又は開弁のリフト量を制御することにより、筒内に好適な旋回吸気流を発生し、更に燃料噴射弁の燃料噴射時期、及び燃料噴射回数を制御することにより、旋回気流のスワール流を強化する。すなわち、噴射回数を複数に分割することにより、燃料噴霧と吸気流との衝突を緩和し、筒内流動の減衰を抑止し、旋回気流のスワール流を強化することができ、筒内の燃料と吸気とのミキシング性を向上させることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、第１の吸気弁の開弁時期が、第３の吸気弁の開弁時期より遅く、燃料噴射弁からの燃料噴射が、第１の吸気弁のリフト量が、第３の吸気弁のリフト量より大きい時期に行われる、請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機関が提供される。
【００１２】
すなわち、請求項２の発明では、各吸気弁の開弁時期を制御することにより、筒内に好適な旋回吸気流を発生し、更に燃料噴射弁の燃料噴射時期を制御することにより、旋回気流のスワール流を強化する。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、第１の吸気弁の開弁期間が、第３の吸気弁の開弁期間より長く、燃料噴射弁からの燃料噴射が、第１の吸気弁のリフト量が、第３の吸気弁のリフト量より大きい時期に行われる、請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機関が提供される。
【００１４】
すなわち、請求項３の発明では、各吸気弁の開弁期間の長さを制御することにより、筒内に好適な旋回吸気流を発生し、更に燃料噴射弁の燃料噴射時期を制御することにより、旋回気流のスワール流を強化する。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、第１の吸気弁のリフト量が、第３の吸気弁のリフト量より大きく、燃料噴射弁からの燃料噴射が、第１の吸気弁のリフト量が、第３の吸気弁のリフト量より大きい時期に行われる、請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機関が提供される。
【００１６】
すなわち、請求項４の発明では、各吸気弁の開弁のリフト量を制御することにより、筒内に好適な旋回吸気流を発生し、更に燃料噴射弁の燃料噴射時期を制御することにより、旋回気流のスワール流を強化する。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、複数の吸気弁を備え、内燃機関の燃焼室内に流入した吸気が、燃焼室内で所定の旋回吸気流となるように、複数の吸気弁のうち２つの吸気弁について、１の吸気弁の吸気量を大きく、他の１の吸気弁の吸気量を小さくして、燃焼室内に吸気を流入させる、筒内直接噴射式内燃機関において、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、燃料噴射弁からの燃料噴射方向が、吸気弁からの吸気の流入方向と同一方向であって、噴霧の水平方向の広がりが、吸気量の大きい吸気弁からの吸気流の側の噴霧流速が大きく、吸気量の小さい吸気弁からの吸気流の側の噴霧流速が小さくなるように、噴射中心軸線に対して非対称に噴射され、旋回吸気流のスワール流を強化し、更に、複数の吸気弁が、第１の吸気弁と、第１の吸気弁に隣接する第２の吸気弁と、第２の吸気弁に隣接し、第２の吸気弁に関して、第１の吸気弁とは反対の側に配置された第３の吸気弁と、を備え、燃料噴射弁からの燃料噴射時期において、第１回目の燃料噴射を、第１の吸気弁のリフト量が、第３の吸気弁のリフト量より小さい時期に行い、更に、第１の吸気弁のリフト量が、第３の吸気弁のリフト量より大きい時期に複数回行う、筒内直接噴射式内燃機関が提供される。
すなわち、請求項５の発明では、各吸気弁の開弁時期、又は開弁期間の長さ、又は開弁のリフト量を制御することにより、筒内に好適な旋回吸気流を発生し、更に燃料噴射弁の燃料噴射時期、及び燃料噴射回数を制御することにより、旋回気流のスワール流を強化する。すなわち、噴射時期をずらせ、更に噴射回数を複数に分割することにより、燃料の予混合を十分行い、更に燃料噴霧と吸気流との衝突を緩和し、筒内流動の減衰を抑止し、旋回気流のスワール流を強化することができ、筒内の燃料と吸気とのミキシング性を向上させることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明によれば、第１の吸気弁の開弁時期が、第３の吸気弁の開弁時期より遅く、燃料噴射弁からの燃料噴射が、第１の吸気弁のリフト量が、第３の吸気弁のリフト量より大きい時期に行われる、請求項５に記載の筒内直接噴射式内燃機関が提供される。
すなわち、請求項６の発明では、各吸気弁の開弁時期を制御することにより、筒内に好適な旋回吸気流を発生し、更に燃料噴射弁の燃料噴射時期を制御することにより、旋回気流のスワール流を強化する。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、第１の吸気弁の開弁期間が、第３の吸気弁の開弁期間より長く、燃料噴射弁からの燃料噴射が、第１の吸気弁のリフト量が、第３の吸気弁のリフト量より大きい時期に行われる、請求項５に記載の筒内直接噴射式内燃機関が提供される。
すなわち、請求項７の発明では、各吸気弁の開弁期間の長さを制御することにより、筒内に好適な旋回吸気流を発生し、更に燃料噴射弁の燃料噴射時期を制御することにより、旋回気流のスワール流を強化する。
【００２０】
請求項８に記載の発明によれば、第１の吸気弁のリフト量が、第３の吸気弁のリフト量より大きく、燃料噴射弁からの燃料噴射が、第１の吸気弁のリフト量が、第３の吸気弁のリフト量より大きい時期に行われる、請求項５に記載の筒内直接噴射式内燃機関が提供される。
すなわち、請求項８の発明では、各吸気弁の開弁のリフト量を制御することにより、筒内に好適な旋回吸気流を発生し、更に燃料噴射弁の燃料噴射時期を制御することにより、旋回気流のスワール流を強化する。
【発明の効果】
【００２１】
各請求項に記載の発明によれば、内燃機関の燃焼室内に流入した吸気が燃焼室内で所定の旋回吸気流となるように、燃焼室内に吸気を流入させる複数の吸気弁を備えた、筒内直接噴射式内燃機関において、燃料噴射弁の燃料噴霧流速によって燃焼室内の旋回吸気流を強化するという共通の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００２３】
図１（ａ）では、スワール流１０２を発生している筒内直接噴射式内燃機関において、燃料噴霧１０３の水平方向流速が、燃料噴射弁２から、噴射中心軸線１０５の方向に対して非対称になるように噴射される一実施形態を示す。図１（ａ）では、燃料噴射弁からの燃料噴射方向は、３つの吸気弁から流入する吸気の流入方向と同一で、燃料噴霧１０３の水平方向の広がりが、第１の吸気弁３１から流入する吸気流の側の噴霧流速が大きく、第３の吸気弁３３から流入する吸気流の側の噴霧流速が小さい。スワールは、第１の吸気弁３１からの吸気流速が、第３の吸気弁３３からの吸気流速より大きいことによって発生するが、燃料噴霧１０３の水平方向の広がりは、第１の吸気弁３１からの吸気流速を増大させるように、噴射中心軸線方向に対して非対称となっている。このように、噴霧の広がり方向に対して噴霧の流速を変えて噴射することにより、スワール流１０２が燃料噴霧流速によって強化される。図１（ｂ）は、上述の燃料噴射の実施形態を立面図で示したものである。燃焼室内の旋回吸気流１０１は、スワール流１０２とタンブル流を含み、矢印の方向に旋回している。
【００２４】
図２は、図１の旋回吸気流１０１を発生する複数の吸気弁の第１の実施形態を、吸気弁のリフトカーブで説明し、燃料噴射時期を説明する図である。図２では、第１の吸気弁３１と第３の吸気弁３３とは、バルブリフトが同一で、開弁期間の長さも同一であるが、開弁時期をずらせており、第１の吸気弁３１の開弁時期は、第３の吸気弁３３の開弁時期より遅い。従って、第１の吸気弁３１のリフト量が、第３の吸気弁３３のリフト量より大きい時期が存在し、この時期に第１の吸気弁３１からの吸気量が、第３の吸気弁３３からの吸気量より大きくなり、図１（ａ）に示す方向のスワール流１０２が発生する。そこで、燃料噴射弁からの燃料噴射を、第１の吸気弁３１のリフト量が、第３の吸気弁３３のリフト量より大きい時期に行い、スワール流１０２を強化する。
【００２５】
図３は、図１の旋回吸気流１０１を発生する複数の吸気弁の第２の実施形態を、吸気弁のリフトカーブで説明し、燃料噴射時期を説明する図である。図３では、第１の吸気弁３１と第３の吸気弁３３とは、バルブリフトが同一で、開弁の始期は同一であるが、開弁期間の長さが異なっており、第１の吸気弁３１の開弁期間は、第３の吸気弁３３の開弁期間より長い。従って、第１の吸気弁３１のリフト量が、第３の吸気弁３３のリフト量より大きい時期が存在し、この時期に第１の吸気弁３１からの吸気量が、第３の吸気弁３３からの吸気量より大きくなり、図１（ａ）に示す方向のスワール流１０２が発生する。そこで、燃料噴射弁からの燃料噴射を、第１の吸気弁３１のリフト量が、第３の吸気弁３３のリフト量より大きい時期に行い、スワール流１０２を強化する。
【００２６】
図４は、図１の旋回吸気流１０１を発生する複数の吸気弁の第３の実施形態を、吸気弁のリフトカーブで説明し、燃料噴射時期を説明する図である。図４では、第１の吸気弁３１と第３の吸気弁３３とは、開弁の時期及び開弁期間は同一であるが、バルブリフトが異なっており、第１の吸気弁３１のリフト量が、第３の吸気弁３３のリフト量より大きい。従って、第１の吸気弁３１のリフト量が、第３の吸気弁３３のリフト量より大きい時期が存在し、この時期に第１の吸気弁３１からの吸気量が、第３の吸気弁３３からの吸気量より大きくなり、図１（ａ）に示す方向のスワール流１０２が発生する。そこで、燃料噴射弁からの燃料噴射を、第１の吸気弁３１のリフト量が、第３の吸気弁３３のリフト量より大きい時期に行い、スワール流１０２を強化する。
【００２７】
図５は、図２のリフトカーブに対して、燃料噴射弁からの第１回目の燃料噴射を、第１の吸気弁３１のリフト量が、第３の吸気弁３３のリフト量より大きい時期に行い、その後、更に第２回目以降の燃料噴射を複数回行う、本発明の更なる実施形態を示す。このように噴射回数を複数に分割することにより、燃料噴霧と吸気流との衝突を緩和し、筒内流動の減衰を抑止し、旋回気流のスワール流１０２を強化することができ、筒内の燃料と吸気とのミキシング性を向上させることができる。本実施例では、吸気弁のリフトカーブとして図２のリフトカーブを例示したが、図３又は図４のリフトカーブを有する吸気弁を使用してもよい。
【００２８】
図６は、図２のリフトカーブに対して、燃料噴射弁からの第１回目の燃料噴射を、第１の吸気弁３１のリフト量が、第３の吸気弁３３のリフト量より小さい時期に行い、更に、第１の吸気弁３１のリフト量が、第３の吸気弁３３のリフト量より大きい時期に第２回目以降の燃料噴射を複数回行う、本発明の更なる実施形態を示す。すなわち、第１回目の燃料噴射を、例えば全噴射量の３０％とし、第１の吸気弁３１のリフト量が、第３の吸気弁３３のリフト量より小さい時期に行い、全噴射量の７０％の噴射を、第１の吸気弁３１のリフト量が、第３の吸気弁３３のリフト量より大きい時期に複数回に分割して行うことにより、燃料の予混合を十分行い、更に燃料噴霧と吸気流との衝突を緩和し、筒内流動の減衰を抑止し、旋回気流のスワール流１０２を強化することができ、筒内の燃料と吸気とのミキシング性を向上させることができる。本実施例では、吸気弁のリフトカーブとして図２のリフトカーブを例示したが、図３又は図４のリフトカーブを有する吸気弁を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明を筒内直接噴射式内燃機関に適用した場合の、一実施形態の概略構成を説明する図で、（ａ）は水平方向の流れを上から見た図であり、（ｂ）は立面における流れを示す図である。
【図２】本発明において、吸気の旋回気流を発生する複数の吸気弁の第１の実施形態を吸気弁のリフトカーブで説明し、燃料噴射時期を説明する図である。
【図３】本発明において、吸気の旋回気流を発生する複数の吸気弁の第２の実施形態を吸気弁のリフトカーブで説明し、燃料噴射時期を説明する図である。
【図４】本発明において、吸気の旋回気流を発生する複数の吸気弁の第３の実施形態を吸気弁のリフトカーブで説明し、燃料噴射時期を説明する図である。
【図５】図２のリフトカーブに対して、燃料噴射時期と噴射回数の他の実施形態を説明する図である。
【図６】図２のリフトカーブに対して、燃料噴射時期と噴射回数の更なる他の実施形態を説明する図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    燃焼室
２    燃料噴射弁
３１    第１の吸気弁
３２    第２の吸気弁
３３    第３の吸気弁
１０１    旋回吸気流
１０２    スワール流
１０３    燃料噴霧
１０４    吸気流
１０５    燃料噴射の水平方向成分の噴射中心軸線
【図１】
0004930365.tif 000002
【図２】
0004930365.tif 000003
【図３】
0004930365.tif 000004
【図４】
0004930365.tif 000005
【図５】
0004930365.tif 000006
【図６】
0004930365.tif 000007