JP3612875B2 - 筒内噴射型エンジン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、点火プラグを備えるとともに、成層燃焼のために燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタを備えた筒内噴射型エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、点火プラグを備えた火花点火式のエンジンにおいて、成層燃焼による燃費改善を図るため、インジェクタを燃焼室に臨むように設けて、このインジェクタから燃料を燃焼室内に直接噴射供給するようにした筒内噴射型エンジンは知られている。例えば特開平６−８１６５１号公報に示されたエンジンは、シリンダブロックのシリンダボア内に嵌挿されたピストンの上面とこれに対向するシリンダヘッド下面との間に燃焼室を形成し、燃焼室天井部に吸気ポートおよび排気ポートを開口させ、これらのポートを開閉する吸気弁および排気弁を配設し、かつ、燃焼室の略中央部に臨む点火プラグを設けるとともに、シリンダヘッドの燃焼室の側方にインジェクタを配置し、インジェクタの先端が燃焼室の周縁部付近から燃焼室内に臨むようにしている。
【０００３】
このエンジンにおいて、シリンダヘッド下面側の燃焼室天井部は、吸気ポート開口側の壁面と排気ポート開口側の壁面とが頂部を挟んで略対称に傾斜したペントルーフ型となっており、吸気弁および排気弁は吸気ポート側の壁面および排気ポート側の壁面に対してバルブ軸が直交し、つまりシリンダボア軸線の両側に両バルブ軸線が略対称に傾いた状態に配置されている。
【０００４】
また、インジェクタは排気側からの熱的影響を避けるため燃焼室の吸気ポート側の側方に配置することが望ましく、このようにする場合の構造として上記公報の図１〜図８に示された例では、吸気弁側の側方下部にインジェクタを配置し、このインジェクタの先端部を燃焼室天井部における吸気ポート開口側の壁面の周縁部に臨ませるようにする一方、上記吸気ポートは、吸気弁のバルブ軸やその下方のインジェクタ配置部分を避けるため、上流側が上記吸気弁のバルブ軸よりも上方に向かって延び、シリンダヘッドの上方でインテークマニホールドに接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記エンジンは、燃焼室がペントルーフ型となっていて、その天井部の片側の傾斜面に吸気ポートの開口部が配設されるとともに、この吸気ポート開口部よりシリンダボア外周側にインジェクタの先端部が臨ませられるが、このような燃焼室構造では吸気ポートの開口面積を大きくするとインジェクタの先端部を臨ませるためのスペースが充分に得られず、インジェクタ先端部の配置スペース確保のためには吸気ポートの開口面積が小さくなるといった問題がある。
【０００６】
また、上記吸気ポートの上流側部分は吸気弁のバルブ軸より上方に向かって延びているが、このようなポートの配置では、燃焼室内にスワール（横渦）を生成することが困難で乱流生成がタンブルに限られるといった制約を受けるとともに、吸気ポートに接続される吸気マニホールドがシリンダヘッド上方に突出するので、エンジンの全高が増大し、コンパクト化を妨げる等の不都合がある。
【０００７】
なお、スワールの生成や吸気系のレイアウト等の面からは、吸気ポートの上流側部分が吸気弁のバルブ軸より下方に延びるように配置することが望ましいが、燃焼室がペントルーフ型のエンジンでは上記吸気弁のバルブ軸線がシリンダボア軸線に対して比較的大きく傾いているので、この吸気弁のバルブ軸が配設されている部分の下方にインジェクタと吸気ポートとを配置することはスペース的に難しく、敢えて配置しようとするとインジェクタを避けるべく吸気ポートを屈曲させることで吸気抵抗が増大する等の問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑み、燃焼室の吸気ポート側の側方にインジェクタの取付スペースを確保するとともに、吸気抵抗の増大を招くことなく吸気ポートも合理的に配置することができ、成層燃焼を効果的に行うことができる筒内噴射型エンジンを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、シリンダボア内に配置されたピストンの上面とこれに対向するシリンダヘッド下面との間に燃焼室を形成し、上記燃焼室に開口する吸気ポートおよび排気ポートをシリンダヘッドに形成するとともに、上記吸気ポートおよび排気ポートを開閉する吸気弁および排気弁と、燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタと、点火プラグとをシリンダヘッドに配設した筒内噴射型エンジンにおいて、シリンダボア軸線に対する吸気弁のバルブ軸線の傾き角が排気弁のバルブ軸線の傾き角より小さくなるようにこれらの弁を配置し、燃焼室の吸気ポート開口側の壁面および排気ポート開口側の壁面をそれぞれ吸気弁のバルブ軸線および排気弁のバルブ軸線と直交するように形成するとともに、吸気ポート開口側の燃焼室側方におけるシリンダヘッドの下部にインジェクタを配置し、このインジェクタと吸気弁軸との間の部分に、燃焼室からシリンダヘッドの側方上部に向けて延びる吸気ポートを形成し、該吸気ポートとして、スワール生成用の第１吸気ポートと、タンブル生成用の第２吸気ポートとを並列に設け、上記第１および第２の両吸気ポートの下流端側部分の燃焼室に対する入射角を同一とし、この部分より上流側で第２吸気ポートを第１吸気ポートよりも上方にずらせて形成し、この第２吸気ポートの上流側に、各気筒連動の開閉弁を設けたものである。
【００１０】
この構成によると、シリンダヘッド下面側の燃焼室天井部分において、排気ポート開口側の壁面がある程度大きく傾斜するのに対し、吸気ポート開口側の壁面は傾斜が小さくなり、この壁面の端部の下方にインジェクタの先端部を臨ませるためのスペースが確保される。こうして、シリンダヘッドにおける燃焼室の吸気ポート側の側方にインジェクタ取付スペースが確保される。また、吸気弁のバルブ軸線の傾き角が小さくなっていることにより、吸気弁のバルブ軸配設部分とインジェクタ配置部分との間に、吸気ポート配置のための充分なスペースが得られ、このスペース内で吸気ポートが燃焼室からシリンダヘッドの側方上部に向けて延びるように形成されることにより、吸気抵抗軽減等に有利なポート配置が得られる。
【００１１】
また、スワール生成用の第１吸気ポートと、タンブル生成用の第２吸気ポートとを並列に設けていることにより、運転状態等に応じて燃焼室内にスワール、タンブルを生成することが可能となる。
【００１２】
とくに、上記第１および第２の両吸気ポートの下流端側部分の燃焼室に対する入射角を同一とし、この部分より上流側で第２吸気ポートを第１吸気ポートよりも上方にずらせて形成し、この第２吸気ポートの上流側に、各気筒連動の開閉弁を設けていることにより、スワール、タンブルの調整が効果的に行われる。
【００１３】
つまり、両吸気弁のバルブ軸線の傾きを等しくするため両吸気ポートの下流端側部分の燃焼室に対する入射角は同一とするが、この部分より上流側では、両吸気ポートを上記のように上下にずらせることにより、第１吸気ポートによるスワール生成および第２吸気ポートによるタンブル生成に適したポート配置が得られる。この場合、上記のように吸気弁のバルブ軸配設部分とインジェクタ配置部分との間に充分なスペースを有することから、このようなポート配置が可能となる。また、両ポートの上流側が上下にずれていることから、第２吸気ポートの上流側に各気筒連動の開閉弁が容易に組み込まれる。
【００１４】
また、本発明のエンジンにおいて、動弁機構はシリンダヘッド上に吸気弁側および排気弁側の両カム軸を並列に配置したＤＯＨＣとし、両カム軸のシリンダボア軸線方向の高さ位置関係として排気弁側カム軸の高さを吸気弁側カム軸の高さよりも低く設定するとともに、上記排気弁側カム軸を伝動手段を介してクランク軸により駆動し、吸気弁側カム軸を排気弁側カム軸により連動手段を介して駆動するようにしておけば、エンジン全高を低くするのに有利となる。
【００１５】
つまり、上記のように吸気弁側と排気弁側とでバルブ軸線の傾きが相違していることに対応して、上記両カム軸の高さが相違するが、排気弁側カム軸が伝動手段を介してクランク軸により駆動されることにより、吸気側カム軸より低い位置にある排気側カム軸に上記伝動手段のプーリ等が設けられることとなり、この部分のエンジン高さが低く抑えられる。
【００１６】
あるいはまた、動弁機構はシリンダヘッド上に吸気弁側および排気弁側の両カム軸を並列に配置したＤＯＨＣとし、両カム軸のシリンダボア軸線方向の高さ位置関係として排気弁側カム軸の高さを吸気弁側カム軸の高さよりも低く設定するとともに、上記吸気弁側カム軸を伝動機構を介してクランク軸により駆動し、排気弁側カム軸を吸気弁側カム軸により連動手段を介して駆動するようにカム軸駆動系を構成するとともに、車両のボンネット下方のエンジンルーム内におけるエンジンの配置として、カム軸が車幅方向に延びる横置きで、かつ、吸気弁側カム軸が排気弁側カム軸よりも車両後方側に位置するように構成してもよい。
【００１７】
このようにすると吸気弁側カムが位置する車両後方側に比べて排気弁側カムが位置する車両前方側でエンジン高さが低くなり、前下がりのボンネットラインに即応した形態が得られる。
【００１８】
また、上記両カム軸の間の連動手段をギヤにより構成しておけば、カム軸間の距離を狭めることができるので、吸気弁のバルブ軸線の傾きが小さくされることで吸・排気弁のバルブ軸の挟み角が小さくなった場合に有利である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態による筒内噴射型エンジンの断面図、図２は燃焼室部分の平面視の概略図である。これらの図において、１はシリンダブロック２上に設置されたシリンダヘッド、３はシリンダブロック２のシリンダボア４内に配置されたピストンであり、ピストン３の上面とシリンダヘッド１の下面との間に燃焼室５が形成されており、この部分におけるシリンダヘッド１の下面側には燃焼室５の天井部を構成する凹陥部が設けられている。
【００２０】
上記シリンダヘッド１には燃焼室５に開口する吸気ポートおよび排気ポートが形成され、当実施形態では気筒毎に２個の吸気ポート６，７と２個の排気ポート８，９とが形成されている。各吸気ポート６，７にはそれぞれ吸気弁１０が装備され、各排気ポート８，９にはそれぞれ排気弁１１が装備されており、吸気弁用カム軸１２および排気弁用カム軸１３の各カムにより吸気弁１０および排気弁１１が駆動されるようになっている。さらに、燃焼室５内に直接燃料を噴射するインジェクタ１５と、点火プラグ１６とがシリンダヘッド１に取り付けられている。
【００２１】
上記吸気弁１０と排気弁１１とはシリンダボア軸線に対するバルブ軸線の傾き角θ１，θ２が異なっていて、排気弁１１の傾き角θ２より吸気弁１０の傾き角θ１の方が小さくなるようにこれらの弁１０，１１の配置が設定され、燃焼室５の吸気ポート開口側の壁面および排気ポート開口側の壁面がそれぞれ吸気弁１０のバルブ軸線および排気弁１１のバルブ軸線と直交するように形成されている。また、吸気ポート開口側の燃焼室側方においてシリンダヘッド１の下部にインジェクタ１５が配置され、このインジェクタ１５と吸気弁軸との間の部分に吸気ポート６，７が形成されている。
【００２２】
上記燃焼室５および吸気ポート６，７の具体的構造は次のようになっている。
【００２３】
シリンダボア軸線の方向を垂直方向、これと直交する方向（シリンダヘッド１とシリンダブロック２の合わせ面の方向）を水平方向とすると、排気弁１１のバルブ軸線は垂直方向に対して比較的大きく傾いているが、吸気弁１０のバルブ軸線は略垂直方向に立っている。そして、燃焼室５の天井部にはその略中央の頂部を挟んで片側に吸気ポート６，７が開口し、他の側に排気ポート８，９が開口するが、排気ポート開口側は排気弁１１のバルブ軸線と直交する傾斜面、つまり燃焼室中央頂部から次第にシリンダヘッド下端面（シリンダブロック２との合わせ面）に近づくような所定角度の傾斜面とされ、一方、吸気ポート開口側は吸気弁１０のバルブ軸線と直交する略水平面とされており、この吸気ポート側の面の周辺とシリンダヘッド下端面との間に縦壁部１８が設けられている。こうして、カム軸１２，１３と直交する方向の断面で見た燃焼室形状は略台形となっている（図１参照）。
【００２４】
上記インジェクタ１５は、燃焼室５の吸気ポート開口側の部分の側方においてシリンダヘッド１の下部に取り付けられ、インジェクタ１５の先端部が上記縦壁部１８から燃焼室５内に臨み、斜め下方に向けて燃料を噴射するように配置されている。そして、少なくとも低速低負荷域では成層燃焼のため上記インジェクタ１５から圧縮行程後期に燃料が噴射され、例えば低・中速域における低・中負荷域で圧縮行程噴射が行われ、高負荷域や高速域では均一燃焼のため吸気行程で燃料噴射が行われるように、図外のコントロールユニットにより噴射タイミングが制御されている。
【００２５】
上記インジェクタ１５は、好ましくは高圧スワールインジェクタにより構成される。この高圧スワールインジェクタは、噴霧２５にスワールを生じさせて微粒化を促進するとともに、燃焼室５内の圧力が高くなる圧縮行程後期に噴射が行われるときには噴霧角が３０°以下の狭角となり、燃焼室５内の圧力が低い吸気行程で噴射が行われるときには圧縮行程後期噴射と比べて噴霧角が広がるようになっている。
【００２６】
また、上記ピストン３の上面には、その略中央部からインジェクタ１５に対向する側（排気側）の燃焼室周縁部付近にまで亘ってリセス２６が形成されている。このリセス２６はインジェクタ１５からの噴射方向の前方側ほど次第に凹陥し、かつ、該噴射方向と直交する方向の幅が圧縮行程後期噴射におけるインジェクタ１５の噴射幅よりも大きくなっている。なお、上記リセス２６により燃焼室容積が増大して圧縮比が低下する傾向を是正するため、ピストン３上面の吸気側の部分には上方に突出する突出部２７が設けられている。
【００２７】
上記インジェクタ１５の先端部から該先端部が対向する燃焼室端（ピストン３が上死点付近にあるときのリセス２６の終端）までの距離は、圧縮行程後期噴射における噴射開始から点火時期までの間の噴霧到達距離よりも大きく設定されている。また、上記点火プラグ１６は、燃焼室天井部の略中央部に配置され、その先端の点火ギャップ１６ａが燃焼室５内に突出して、インジェクタ１５からの噴霧エリア内に介在するように配置されており、インジェクタ１５の先端部から点火ギャップ１６ａまでの距離は上記噴霧到達距離よりも小さく設定されている。
【００２８】
また、上記両吸気ポート６，７は、インジェクタ１５と吸気弁軸との間の部分を通って上流側が斜め上方に延び、シリンダヘッド１の一側方上部に達している。この両ポート６，７には、これらに対応する吸気通路２１，２２を備えた吸気マニホールド２０が接続されている。
【００２９】
上記両吸気ポート６，７のうちの第１吸気ポート６はスワール生成用のポート、第２吸気ポート７はタンブル生成用のポートであって、両吸気ポート６，７は下流端側部分の燃焼室５に対する入射角が同一であるが、スロート部より上流で第２吸気ポート７が第１吸気ポート６よりも上方にずれている。また、上記第２吸気ポート７の上流部もしくはこれに連なる吸気通路２２に、この吸気ポート７を開閉するスワール調節弁（開閉弁）２３が設けられている。各気筒に対してそれぞれ設けられるスワール調節弁２３は共通の軸２３ａを介して連動し、図外のアクチュエータで駆動されるようになっている。
【００３０】
そして、上記スワール調節弁２３が閉じられたときには第１吸気ポート６からの吸気によって燃焼室５内にスワール（横渦）が生成され、スワール調節弁２３が開かれるとその開度が大きくなるにつれて上記スワールが弱められるとともに第２吸気ポート７からの吸気によってタンブル（縦渦）が生成されるようになっている。
【００３１】
上記スワール調節弁２３は図外のコントロールユニットにより運転状態に応じて制御される。例えば、圧縮行程噴射が行われる運転領域の中でのエンジン負荷に応じた制御としては、低負荷域ではスワールによる噴霧の過拡散や曲がりが生じることを避けるためスワール調節弁２３がある程度開かれてスワールが比較的弱くされ、負荷が高くなるにつれスワール調節弁２３の開度が小さくされてスワールが強められる。また、圧縮行程噴射が行われる運転領域の中でのエンジン回転数に応じた制御としては、回転数が高くなるにつれ、絶対流速の増加に見合うようにスワール比を小さくすべくスワール調節弁２３の開度が大きくされる。
【００３２】
図３および図４は上記筒内噴射型エンジンの吸・排気弁を駆動する動弁機構等を示している。これらの図と前記の図１とに示すように、動弁機構は、シリンダヘッド１上に吸気弁側および排気弁側の両カム軸１２，１３が並列に配置されたＤＯＨＣ（ダブルオーバーヘッドカムシャフト）となっている。
【００３３】
上記両カム軸１２，１３のシリンダボア軸線方向の高さ位置関係としては、上記のような吸・排気弁１０，１１の配置に対応して、排気弁側カム軸１３の高さが吸気弁側カム軸１２の高さよりも低く設定されている。つまり、吸気弁１０と排気弁１１とは弁軸の長さが略同じであるが、吸気弁軸より排気弁軸の傾きが大きいために、弁軸上端位置は吸気弁１０より排気弁１１の方が低くなり、このような弁軸上端の位置関係に対応して、両カム軸１２，１３が上記のような高さ位置関係に配置されている。
【００３４】
また、当実施形態では、上記排気弁側カム軸１３が伝動手段を介してクランク軸３０により駆動されるとともに、吸気弁側カム軸１２が排気弁側カム軸により連動手段を介して駆動されるようになっている。
【００３５】
具体的に説明すると、クランク軸３０の前端部に設けられたクランクプーリ３１と、排気弁側カム軸１３の前端に設けられたカムプーリ３２と、これらに掛け渡されたタイミングベルト３３と、アイドラ３４、テンショナ３５等で構成された伝動手段により、クランク軸３０の回転が排気弁側カム軸１３に伝達され、かつ、カムプーリ３２がクランクプーリ３１の２倍のプーリ径とされることにより、排気弁側カム軸１３がクランク軸３０に対して１／２の速度で回転するようになっている。また、両カム軸１２，１３の前端近傍には、カム軸間の連動手段として同径のギヤ３６，３７が設けられ、これらのギヤ３６，３７が互いに噛合することにより、両カム軸１２，１３が同速度で互いに逆方向に回転するようになっている。
【００３６】
なお、クランク軸３０の前端部には上記プーリ３１に加えて補機駆動用プーリ４１が設けられ、このプーリ４１に掛けられた補機駆動用ベルト４２によりオルタネータ４３、ウォーターポンプ４４等が駆動されるようになっている。また、シリンダヘッド１の上部において、排気弁側カム軸１３の後端部の側方にはディストリビュータ取付部４５が設けられて、この取付部４５に取付けられるディストリビュータ（図示せず）が排気弁側カム軸１３で駆動され、一方、吸気弁側カム軸１２の後端部の側方には燃料ポンプ４６が取付けられて、この燃料ポンプ４６が吸気弁側カム軸１２でベルト４７を介して駆動されるようになっている。
【００３７】
以上のような当実施形態の装置による作用を、次に説明する。
【００３８】
少なくとも低負荷低回転側の運転領域では、圧縮行程後期に上記インジェクタ１５から燃焼室５内に燃料が噴射され、成層燃焼が行われる。この場合、当実施形態では、インジェクタ１５の先端部からこれに対向する燃焼室端までの距離が圧縮行程後期における噴射開始から点火時期までの間の噴霧到達距離よりも大きくされるとともに、インジェクタ１５からの噴霧エリアに点火ギャップ１６ａが介在し、かつ、インジェクタ１５の先端部から点火ギャップ１６ａまでの距離が上記噴霧到達距離よりも小さくされていることにより、点火ギャップ１６ａ回りに適度の濃度に噴霧が存在して着火安定性が確保されつつ、燃焼室壁面への燃料の付着が防止される。このため、ＨＣの排出が低減され、燃費およびエミッション性能が向上される。
【００３９】
また、スワール生成用の第１吸気ポート６とタンブル生成用の第２吸気ポート７とが配設され、その第２吸気ポート７に対して設けられたスワール調節弁２３が運転状態に応じて制御されることにより、例えば、成層燃焼が行われる運転領域内で高負荷側ほどスワール比が大きくされ、また高回転側ほどスワール比が小さくされる。このような制御により、成層燃焼が良好に行われる。
【００４０】
ところで、上記インジェクタ１５は、排気側からの熱的影響を避けるためシリンダヘッド１における燃焼室５の吸気ポート側の側方に配置されが、前記のような燃焼室形状によってインジェクタ１５の取付スペースが確保される。すなわち、シリンダボア軸線に対する吸気弁１２のバルブ軸線の傾き角が小さくされ、燃焼室天井部における吸気ポート開口側の面が略水平面とされて、燃焼室５が断面略台形に形成され、この燃焼室５における吸気ポート開口側の面の周辺とシリンダヘッド下端面との間の縦壁部１８に先端が臨むようにインジェクタ１５が配置される。こうして、吸気ポート開口部の配置面積を狭めることなく、インジェクタ１５の取付るためのスペースが確保される。
【００４１】
また、上記吸気弁１０のバルブ軸が配設された部分とシリンダヘッド１の下部に位置するインジェクタ１５との間のスペースに第１，第２の両吸気ポート６，７が効果的に配置されている。とくに、シリンダボア軸線に対する吸気弁１０のバルブ軸線の傾き角が小さくされていることにより、この吸気弁軸の配設部分と上記インジェクタ１５との間のスペースが広くなっており、このスペース内で上記両吸気ポート６，７は上流側が斜め上方に延びるとともに下流側が緩やかに屈曲して燃焼室５に至るように形成されているので、吸気抵抗が充分に低減される。
【００４２】
さらに、上記両吸気ポート６，７は上流側において第１ポート６より第２ポート７が上方に位置するように上下にずれていることにより、第１吸気ポート６から燃焼室５に流入する吸気は水平方向に対する角度が比較的小さくなり、第２吸気ポート７から燃焼室５に流入する吸気は水平方向に対する角度が比較的大きくなる。従って、第１吸気ポート６および第２吸気ポート７がそれぞスワール、タンブルの生成に適したものとなる。また、第２吸気ポート７の上流部もしくはこれに連なる吸気通路２２にスワール調節弁２３が設けられ、各気筒のスワール調節弁２３が共通の軸２３ａで連結されるが、両吸気ポート６，７が上流側において互いに上下にずれていることにより、上記スワール調節弁２３および軸２３ａを取り付ける場合に第１吸気ポート６が邪魔になることがない。
【００４３】
しかも、上記両吸気ポート６，７はシリンダヘッド１の側方でインレットマニホールド２０に接続されるので、前述の特開平６−８１６５１号公報に示されるようにシリンダヘッドの上方で吸気ポートがインレットマニホールドに接続される構造と比べ、エンジン全高を低くすることができる。
【００４４】
また、動弁機構はシリンダヘッド１上に配設された吸気弁側および排気弁側の両カム軸１２，１３を備え、その一方のカム軸が伝動手段を介してクランク軸３０で駆動されるとともに、両カム軸１２，１３が連動手段を介して連動されているが、このような構造において、とくに当実施形態では排気弁側カム軸１３がクランク軸３０で駆動されるようになっていることにより、エンジン全高を低くすることができる。
【００４５】
すなわち、シリンダボア軸線に対するバルブ軸線の傾きは吸気弁１０より排気弁１１の方が大きいために、バルブ軸の長さが略同じでもバルブ軸上端位置は吸気弁１０より排気弁１１の方が低く、これに対応して上記両カム軸１２，１３の位置関係も排気弁側カム軸１３の方が吸気弁側カム軸１２より低くなっている。一方、上記伝動手段におけるカムプーリ３２はカム軸の回転をクランク軸３０の回転の１／２とするため比較的径が大きく、このカムプーリ３２の位置が高いとベルトカバーの上端がシリンダヘッド１の上方に大きく突出し、エンジン全高が高くなるが、上記両カム軸１２，１３のうちで高さ位置が低い排気弁側カム軸１３に上記カムプーリ３２が設けられていることにより、吸気側カム軸にカムプーリが設けられるよりもエンジン全高が低くなる。
【００４６】
図５は本発明の別の実施形態を示している。この実施形態のエンジンも、インジェクタ１５から燃料を燃焼室５内に直接噴射する筒内噴射型エンジンであって、燃焼室形状やインジェクタ１５および吸・排気ポートの配置等は第１の実施形態と同様であり、また動弁機構がＤＯＨＣであって、吸気弁側、排気弁側の両カム軸のうちの一方が伝動手段を介してクランク軸３０で駆動され、かつ、両カム軸がギヤ等の連動手段を介して連動されている点も第１の実施形態と同様である。ただし、当実施形態では、上記両カム軸のうちの吸気弁側カム軸１２がクランク軸３０で駆動され、つまり、吸気弁側カム軸１２にカムプーリ３２´が設けられ、これとクランクプーリ３１とにタイミングベルト３３が掛けわたされている。
【００４７】
このエンジンは、車両のボンネット５０の下方のエンジンルーム内に、カム軸が車幅方向に延びる横置きで、かつ、吸気弁側カム軸１２が排気弁側カム軸より車両後方側に位置するように配置されている。
【００４８】
当実施形態によると、前述のように吸気弁１０と排気弁１１のバルブ軸線の傾きの相違に対応して、吸気弁側カム軸１２が排気弁側カム軸より高位置にあり、その吸気弁側カム軸１２に大径のカムプーリ３２´が設けられていることにより、吸気弁側カム軸１２が位置する側でベルトカバーが上方に大きく突出して、この部分のエンジン高さが高くなる。しかし、このエンジンをエンジンルーム内に吸気弁側カム軸１２を車両後方側に位置する状態に横置き配置した場合、エンジン高さは、吸気弁側カム軸１２が位置する車両後方側と比べて排気弁側カム軸が位置する車両前方側で低くなるため、前下がりのボンネット５０のラインに即した形状となり、エンジンルームへの収まりが良くなる。
【００４９】
つまり、当実施形態の構造は、ボンネット５０が比較的大きく前下りとなっている車両にエンジンを横置きで搭載するような場合に適している。一方、第１の実施形態の構造は車両にエンジンを縦置きで搭載するような場合や、ボンネットラインが比較的平坦な車両に搭載するような場合に適している。
【００５０】
なお、本発明のエンジンにおける各部の具体的構造は上記実施形態に限定されず、種々変更可能である。
【００５１】
例えば、吸気弁側、排気弁側の両カム軸間の連動手段はギヤ３６，３７に限らず、チェーン等を用いてもよい。ただし、図示の実施形態のようにギヤ３６，３７を用いれば、チェーン等と比べ、両カム軸の距離を狭めることができる。従って、吸気弁のバルブ軸線の傾きが小さくなることで吸・排気弁のバルブ軸間の挾み角が小さくなっても、支障をきたすことがない。
【００５２】
また、クランク軸とカム軸との間の伝動手段としては、上記タイミングベルト３３の代りにチェーンを用いてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明は、筒内噴射型エンジンにおいて、シリンダボア軸線に対するバルブ軸線の傾き角が排気弁より吸気弁の方が小さくなるように吸・排気弁を配置し、燃焼室天井部における吸気ポート開口側の壁面および排気ポート開口側の壁面を上記各バルブ軸線と直交するように形成するとともに、吸気ポート開口側の燃焼室側方におけるシリンダヘッド下部にインジェクタを配置し、このインジェクタと吸気弁軸との間の部分に、燃焼室からシリンダヘッドの側方上部に向けて延びる吸気ポートを形成しているため、燃焼室の吸気ポート側の側方にインジェクタ取付スペースが確保されるとともに、吸気弁軸配置部分とインジェクタ配置部分との間に、吸気ポート配置のための充分なスペースが得られる。このため、吸気ポートの開口面積が制限されたり吸気流通抵抗が増大したりすることなく、また、吸気ポートを吸気弁軸より上方に向けて配置する場合のようにスワール生成が困難になったりインレットマニホールドがシリンダヘッド上方に位置してエンジン全高が高くなったりするといった不都合を招くこともなく、シリンダヘッドの吸気弁側の側方部に筒内噴射のためのインジェクタと吸気ポートとを効果的に配設することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による筒内噴射型エンジンの断面図である。
【図２】上記エンジンの燃焼室およびその付近の概略平面図である。
【図３】上記エンジンのシリンダヘッド全体の平面図である。
【図４】上記エンジンのカム軸駆動系を示す概略正面図である。
【図５】カム軸駆動系の別の実施形態を示す概略正面図である。
【符号の説明】
１ シリンダヘッド
３ ピストン
４ シリンダボア
５ 燃焼室
６，７ 吸気ポート
８，９ 排気ポート
１０ 吸気弁
１１ 排気弁
１２ 吸気弁側カム軸
１３ 排気弁側カム軸
１５ インジェクタ
１６ 点火プラグ
２３ スワール調節弁
３２ カムプーリ
３３ タイミングベルト
３６，３７ ギヤ
【発明の属する技術分野】
本発明は、点火プラグを備えるとともに、成層燃焼のために燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタを備えた筒内噴射型エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、点火プラグを備えた火花点火式のエンジンにおいて、成層燃焼による燃費改善を図るため、インジェクタを燃焼室に臨むように設けて、このインジェクタから燃料を燃焼室内に直接噴射供給するようにした筒内噴射型エンジンは知られている。例えば特開平６−８１６５１号公報に示されたエンジンは、シリンダブロックのシリンダボア内に嵌挿されたピストンの上面とこれに対向するシリンダヘッド下面との間に燃焼室を形成し、燃焼室天井部に吸気ポートおよび排気ポートを開口させ、これらのポートを開閉する吸気弁および排気弁を配設し、かつ、燃焼室の略中央部に臨む点火プラグを設けるとともに、シリンダヘッドの燃焼室の側方にインジェクタを配置し、インジェクタの先端が燃焼室の周縁部付近から燃焼室内に臨むようにしている。
【０００３】
このエンジンにおいて、シリンダヘッド下面側の燃焼室天井部は、吸気ポート開口側の壁面と排気ポート開口側の壁面とが頂部を挟んで略対称に傾斜したペントルーフ型となっており、吸気弁および排気弁は吸気ポート側の壁面および排気ポート側の壁面に対してバルブ軸が直交し、つまりシリンダボア軸線の両側に両バルブ軸線が略対称に傾いた状態に配置されている。
【０００４】
また、インジェクタは排気側からの熱的影響を避けるため燃焼室の吸気ポート側の側方に配置することが望ましく、このようにする場合の構造として上記公報の図１〜図８に示された例では、吸気弁側の側方下部にインジェクタを配置し、このインジェクタの先端部を燃焼室天井部における吸気ポート開口側の壁面の周縁部に臨ませるようにする一方、上記吸気ポートは、吸気弁のバルブ軸やその下方のインジェクタ配置部分を避けるため、上流側が上記吸気弁のバルブ軸よりも上方に向かって延び、シリンダヘッドの上方でインテークマニホールドに接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記エンジンは、燃焼室がペントルーフ型となっていて、その天井部の片側の傾斜面に吸気ポートの開口部が配設されるとともに、この吸気ポート開口部よりシリンダボア外周側にインジェクタの先端部が臨ませられるが、このような燃焼室構造では吸気ポートの開口面積を大きくするとインジェクタの先端部を臨ませるためのスペースが充分に得られず、インジェクタ先端部の配置スペース確保のためには吸気ポートの開口面積が小さくなるといった問題がある。
【０００６】
また、上記吸気ポートの上流側部分は吸気弁のバルブ軸より上方に向かって延びているが、このようなポートの配置では、燃焼室内にスワール（横渦）を生成することが困難で乱流生成がタンブルに限られるといった制約を受けるとともに、吸気ポートに接続される吸気マニホールドがシリンダヘッド上方に突出するので、エンジンの全高が増大し、コンパクト化を妨げる等の不都合がある。
【０００７】
なお、スワールの生成や吸気系のレイアウト等の面からは、吸気ポートの上流側部分が吸気弁のバルブ軸より下方に延びるように配置することが望ましいが、燃焼室がペントルーフ型のエンジンでは上記吸気弁のバルブ軸線がシリンダボア軸線に対して比較的大きく傾いているので、この吸気弁のバルブ軸が配設されている部分の下方にインジェクタと吸気ポートとを配置することはスペース的に難しく、敢えて配置しようとするとインジェクタを避けるべく吸気ポートを屈曲させることで吸気抵抗が増大する等の問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑み、燃焼室の吸気ポート側の側方にインジェクタの取付スペースを確保するとともに、吸気抵抗の増大を招くことなく吸気ポートも合理的に配置することができ、成層燃焼を効果的に行うことができる筒内噴射型エンジンを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、シリンダボア内に配置されたピストンの上面とこれに対向するシリンダヘッド下面との間に燃焼室を形成し、上記燃焼室に開口する吸気ポートおよび排気ポートをシリンダヘッドに形成するとともに、上記吸気ポートおよび排気ポートを開閉する吸気弁および排気弁と、燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタと、点火プラグとをシリンダヘッドに配設した筒内噴射型エンジンにおいて、シリンダボア軸線に対する吸気弁のバルブ軸線の傾き角が排気弁のバルブ軸線の傾き角より小さくなるようにこれらの弁を配置し、燃焼室の吸気ポート開口側の壁面および排気ポート開口側の壁面をそれぞれ吸気弁のバルブ軸線および排気弁のバルブ軸線と直交するように形成するとともに、吸気ポート開口側の燃焼室側方におけるシリンダヘッドの下部にインジェクタを配置し、このインジェクタと吸気弁軸との間の部分に、燃焼室からシリンダヘッドの側方上部に向けて延びる吸気ポートを形成し、該吸気ポートとして、スワール生成用の第１吸気ポートと、タンブル生成用の第２吸気ポートとを並列に設け、上記第１および第２の両吸気ポートの下流端側部分の燃焼室に対する入射角を同一とし、この部分より上流側で第２吸気ポートを第１吸気ポートよりも上方にずらせて形成し、この第２吸気ポートの上流側に、各気筒連動の開閉弁を設けたものである。
【００１０】
この構成によると、シリンダヘッド下面側の燃焼室天井部分において、排気ポート開口側の壁面がある程度大きく傾斜するのに対し、吸気ポート開口側の壁面は傾斜が小さくなり、この壁面の端部の下方にインジェクタの先端部を臨ませるためのスペースが確保される。こうして、シリンダヘッドにおける燃焼室の吸気ポート側の側方にインジェクタ取付スペースが確保される。また、吸気弁のバルブ軸線の傾き角が小さくなっていることにより、吸気弁のバルブ軸配設部分とインジェクタ配置部分との間に、吸気ポート配置のための充分なスペースが得られ、このスペース内で吸気ポートが燃焼室からシリンダヘッドの側方上部に向けて延びるように形成されることにより、吸気抵抗軽減等に有利なポート配置が得られる。
【００１１】
また、スワール生成用の第１吸気ポートと、タンブル生成用の第２吸気ポートとを並列に設けていることにより、運転状態等に応じて燃焼室内にスワール、タンブルを生成することが可能となる。
【００１２】
とくに、上記第１および第２の両吸気ポートの下流端側部分の燃焼室に対する入射角を同一とし、この部分より上流側で第２吸気ポートを第１吸気ポートよりも上方にずらせて形成し、この第２吸気ポートの上流側に、各気筒連動の開閉弁を設けていることにより、スワール、タンブルの調整が効果的に行われる。
【００１３】
つまり、両吸気弁のバルブ軸線の傾きを等しくするため両吸気ポートの下流端側部分の燃焼室に対する入射角は同一とするが、この部分より上流側では、両吸気ポートを上記のように上下にずらせることにより、第１吸気ポートによるスワール生成および第２吸気ポートによるタンブル生成に適したポート配置が得られる。この場合、上記のように吸気弁のバルブ軸配設部分とインジェクタ配置部分との間に充分なスペースを有することから、このようなポート配置が可能となる。また、両ポートの上流側が上下にずれていることから、第２吸気ポートの上流側に各気筒連動の開閉弁が容易に組み込まれる。
【００１４】
また、本発明のエンジンにおいて、動弁機構はシリンダヘッド上に吸気弁側および排気弁側の両カム軸を並列に配置したＤＯＨＣとし、両カム軸のシリンダボア軸線方向の高さ位置関係として排気弁側カム軸の高さを吸気弁側カム軸の高さよりも低く設定するとともに、上記排気弁側カム軸を伝動手段を介してクランク軸により駆動し、吸気弁側カム軸を排気弁側カム軸により連動手段を介して駆動するようにしておけば、エンジン全高を低くするのに有利となる。
【００１５】
つまり、上記のように吸気弁側と排気弁側とでバルブ軸線の傾きが相違していることに対応して、上記両カム軸の高さが相違するが、排気弁側カム軸が伝動手段を介してクランク軸により駆動されることにより、吸気側カム軸より低い位置にある排気側カム軸に上記伝動手段のプーリ等が設けられることとなり、この部分のエンジン高さが低く抑えられる。
【００１６】
あるいはまた、動弁機構はシリンダヘッド上に吸気弁側および排気弁側の両カム軸を並列に配置したＤＯＨＣとし、両カム軸のシリンダボア軸線方向の高さ位置関係として排気弁側カム軸の高さを吸気弁側カム軸の高さよりも低く設定するとともに、上記吸気弁側カム軸を伝動機構を介してクランク軸により駆動し、排気弁側カム軸を吸気弁側カム軸により連動手段を介して駆動するようにカム軸駆動系を構成するとともに、車両のボンネット下方のエンジンルーム内におけるエンジンの配置として、カム軸が車幅方向に延びる横置きで、かつ、吸気弁側カム軸が排気弁側カム軸よりも車両後方側に位置するように構成してもよい。
【００１７】
このようにすると吸気弁側カムが位置する車両後方側に比べて排気弁側カムが位置する車両前方側でエンジン高さが低くなり、前下がりのボンネットラインに即応した形態が得られる。
【００１８】
また、上記両カム軸の間の連動手段をギヤにより構成しておけば、カム軸間の距離を狭めることができるので、吸気弁のバルブ軸線の傾きが小さくされることで吸・排気弁のバルブ軸の挟み角が小さくなった場合に有利である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態による筒内噴射型エンジンの断面図、図２は燃焼室部分の平面視の概略図である。これらの図において、１はシリンダブロック２上に設置されたシリンダヘッド、３はシリンダブロック２のシリンダボア４内に配置されたピストンであり、ピストン３の上面とシリンダヘッド１の下面との間に燃焼室５が形成されており、この部分におけるシリンダヘッド１の下面側には燃焼室５の天井部を構成する凹陥部が設けられている。
【００２０】
上記シリンダヘッド１には燃焼室５に開口する吸気ポートおよび排気ポートが形成され、当実施形態では気筒毎に２個の吸気ポート６，７と２個の排気ポート８，９とが形成されている。各吸気ポート６，７にはそれぞれ吸気弁１０が装備され、各排気ポート８，９にはそれぞれ排気弁１１が装備されており、吸気弁用カム軸１２および排気弁用カム軸１３の各カムにより吸気弁１０および排気弁１１が駆動されるようになっている。さらに、燃焼室５内に直接燃料を噴射するインジェクタ１５と、点火プラグ１６とがシリンダヘッド１に取り付けられている。
【００２１】
上記吸気弁１０と排気弁１１とはシリンダボア軸線に対するバルブ軸線の傾き角θ１，θ２が異なっていて、排気弁１１の傾き角θ２より吸気弁１０の傾き角θ１の方が小さくなるようにこれらの弁１０，１１の配置が設定され、燃焼室５の吸気ポート開口側の壁面および排気ポート開口側の壁面がそれぞれ吸気弁１０のバルブ軸線および排気弁１１のバルブ軸線と直交するように形成されている。また、吸気ポート開口側の燃焼室側方においてシリンダヘッド１の下部にインジェクタ１５が配置され、このインジェクタ１５と吸気弁軸との間の部分に吸気ポート６，７が形成されている。
【００２２】
上記燃焼室５および吸気ポート６，７の具体的構造は次のようになっている。
【００２３】
シリンダボア軸線の方向を垂直方向、これと直交する方向（シリンダヘッド１とシリンダブロック２の合わせ面の方向）を水平方向とすると、排気弁１１のバルブ軸線は垂直方向に対して比較的大きく傾いているが、吸気弁１０のバルブ軸線は略垂直方向に立っている。そして、燃焼室５の天井部にはその略中央の頂部を挟んで片側に吸気ポート６，７が開口し、他の側に排気ポート８，９が開口するが、排気ポート開口側は排気弁１１のバルブ軸線と直交する傾斜面、つまり燃焼室中央頂部から次第にシリンダヘッド下端面（シリンダブロック２との合わせ面）に近づくような所定角度の傾斜面とされ、一方、吸気ポート開口側は吸気弁１０のバルブ軸線と直交する略水平面とされており、この吸気ポート側の面の周辺とシリンダヘッド下端面との間に縦壁部１８が設けられている。こうして、カム軸１２，１３と直交する方向の断面で見た燃焼室形状は略台形となっている（図１参照）。
【００２４】
上記インジェクタ１５は、燃焼室５の吸気ポート開口側の部分の側方においてシリンダヘッド１の下部に取り付けられ、インジェクタ１５の先端部が上記縦壁部１８から燃焼室５内に臨み、斜め下方に向けて燃料を噴射するように配置されている。そして、少なくとも低速低負荷域では成層燃焼のため上記インジェクタ１５から圧縮行程後期に燃料が噴射され、例えば低・中速域における低・中負荷域で圧縮行程噴射が行われ、高負荷域や高速域では均一燃焼のため吸気行程で燃料噴射が行われるように、図外のコントロールユニットにより噴射タイミングが制御されている。
【００２５】
上記インジェクタ１５は、好ましくは高圧スワールインジェクタにより構成される。この高圧スワールインジェクタは、噴霧２５にスワールを生じさせて微粒化を促進するとともに、燃焼室５内の圧力が高くなる圧縮行程後期に噴射が行われるときには噴霧角が３０°以下の狭角となり、燃焼室５内の圧力が低い吸気行程で噴射が行われるときには圧縮行程後期噴射と比べて噴霧角が広がるようになっている。
【００２６】
また、上記ピストン３の上面には、その略中央部からインジェクタ１５に対向する側（排気側）の燃焼室周縁部付近にまで亘ってリセス２６が形成されている。このリセス２６はインジェクタ１５からの噴射方向の前方側ほど次第に凹陥し、かつ、該噴射方向と直交する方向の幅が圧縮行程後期噴射におけるインジェクタ１５の噴射幅よりも大きくなっている。なお、上記リセス２６により燃焼室容積が増大して圧縮比が低下する傾向を是正するため、ピストン３上面の吸気側の部分には上方に突出する突出部２７が設けられている。
【００２７】
上記インジェクタ１５の先端部から該先端部が対向する燃焼室端（ピストン３が上死点付近にあるときのリセス２６の終端）までの距離は、圧縮行程後期噴射における噴射開始から点火時期までの間の噴霧到達距離よりも大きく設定されている。また、上記点火プラグ１６は、燃焼室天井部の略中央部に配置され、その先端の点火ギャップ１６ａが燃焼室５内に突出して、インジェクタ１５からの噴霧エリア内に介在するように配置されており、インジェクタ１５の先端部から点火ギャップ１６ａまでの距離は上記噴霧到達距離よりも小さく設定されている。
【００２８】
また、上記両吸気ポート６，７は、インジェクタ１５と吸気弁軸との間の部分を通って上流側が斜め上方に延び、シリンダヘッド１の一側方上部に達している。この両ポート６，７には、これらに対応する吸気通路２１，２２を備えた吸気マニホールド２０が接続されている。
【００２９】
上記両吸気ポート６，７のうちの第１吸気ポート６はスワール生成用のポート、第２吸気ポート７はタンブル生成用のポートであって、両吸気ポート６，７は下流端側部分の燃焼室５に対する入射角が同一であるが、スロート部より上流で第２吸気ポート７が第１吸気ポート６よりも上方にずれている。また、上記第２吸気ポート７の上流部もしくはこれに連なる吸気通路２２に、この吸気ポート７を開閉するスワール調節弁（開閉弁）２３が設けられている。各気筒に対してそれぞれ設けられるスワール調節弁２３は共通の軸２３ａを介して連動し、図外のアクチュエータで駆動されるようになっている。
【００３０】
そして、上記スワール調節弁２３が閉じられたときには第１吸気ポート６からの吸気によって燃焼室５内にスワール（横渦）が生成され、スワール調節弁２３が開かれるとその開度が大きくなるにつれて上記スワールが弱められるとともに第２吸気ポート７からの吸気によってタンブル（縦渦）が生成されるようになっている。
【００３１】
上記スワール調節弁２３は図外のコントロールユニットにより運転状態に応じて制御される。例えば、圧縮行程噴射が行われる運転領域の中でのエンジン負荷に応じた制御としては、低負荷域ではスワールによる噴霧の過拡散や曲がりが生じることを避けるためスワール調節弁２３がある程度開かれてスワールが比較的弱くされ、負荷が高くなるにつれスワール調節弁２３の開度が小さくされてスワールが強められる。また、圧縮行程噴射が行われる運転領域の中でのエンジン回転数に応じた制御としては、回転数が高くなるにつれ、絶対流速の増加に見合うようにスワール比を小さくすべくスワール調節弁２３の開度が大きくされる。
【００３２】
図３および図４は上記筒内噴射型エンジンの吸・排気弁を駆動する動弁機構等を示している。これらの図と前記の図１とに示すように、動弁機構は、シリンダヘッド１上に吸気弁側および排気弁側の両カム軸１２，１３が並列に配置されたＤＯＨＣ（ダブルオーバーヘッドカムシャフト）となっている。
【００３３】
上記両カム軸１２，１３のシリンダボア軸線方向の高さ位置関係としては、上記のような吸・排気弁１０，１１の配置に対応して、排気弁側カム軸１３の高さが吸気弁側カム軸１２の高さよりも低く設定されている。つまり、吸気弁１０と排気弁１１とは弁軸の長さが略同じであるが、吸気弁軸より排気弁軸の傾きが大きいために、弁軸上端位置は吸気弁１０より排気弁１１の方が低くなり、このような弁軸上端の位置関係に対応して、両カム軸１２，１３が上記のような高さ位置関係に配置されている。
【００３４】
また、当実施形態では、上記排気弁側カム軸１３が伝動手段を介してクランク軸３０により駆動されるとともに、吸気弁側カム軸１２が排気弁側カム軸により連動手段を介して駆動されるようになっている。
【００３５】
具体的に説明すると、クランク軸３０の前端部に設けられたクランクプーリ３１と、排気弁側カム軸１３の前端に設けられたカムプーリ３２と、これらに掛け渡されたタイミングベルト３３と、アイドラ３４、テンショナ３５等で構成された伝動手段により、クランク軸３０の回転が排気弁側カム軸１３に伝達され、かつ、カムプーリ３２がクランクプーリ３１の２倍のプーリ径とされることにより、排気弁側カム軸１３がクランク軸３０に対して１／２の速度で回転するようになっている。また、両カム軸１２，１３の前端近傍には、カム軸間の連動手段として同径のギヤ３６，３７が設けられ、これらのギヤ３６，３７が互いに噛合することにより、両カム軸１２，１３が同速度で互いに逆方向に回転するようになっている。
【００３６】
なお、クランク軸３０の前端部には上記プーリ３１に加えて補機駆動用プーリ４１が設けられ、このプーリ４１に掛けられた補機駆動用ベルト４２によりオルタネータ４３、ウォーターポンプ４４等が駆動されるようになっている。また、シリンダヘッド１の上部において、排気弁側カム軸１３の後端部の側方にはディストリビュータ取付部４５が設けられて、この取付部４５に取付けられるディストリビュータ（図示せず）が排気弁側カム軸１３で駆動され、一方、吸気弁側カム軸１２の後端部の側方には燃料ポンプ４６が取付けられて、この燃料ポンプ４６が吸気弁側カム軸１２でベルト４７を介して駆動されるようになっている。
【００３７】
以上のような当実施形態の装置による作用を、次に説明する。
【００３８】
少なくとも低負荷低回転側の運転領域では、圧縮行程後期に上記インジェクタ１５から燃焼室５内に燃料が噴射され、成層燃焼が行われる。この場合、当実施形態では、インジェクタ１５の先端部からこれに対向する燃焼室端までの距離が圧縮行程後期における噴射開始から点火時期までの間の噴霧到達距離よりも大きくされるとともに、インジェクタ１５からの噴霧エリアに点火ギャップ１６ａが介在し、かつ、インジェクタ１５の先端部から点火ギャップ１６ａまでの距離が上記噴霧到達距離よりも小さくされていることにより、点火ギャップ１６ａ回りに適度の濃度に噴霧が存在して着火安定性が確保されつつ、燃焼室壁面への燃料の付着が防止される。このため、ＨＣの排出が低減され、燃費およびエミッション性能が向上される。
【００３９】
また、スワール生成用の第１吸気ポート６とタンブル生成用の第２吸気ポート７とが配設され、その第２吸気ポート７に対して設けられたスワール調節弁２３が運転状態に応じて制御されることにより、例えば、成層燃焼が行われる運転領域内で高負荷側ほどスワール比が大きくされ、また高回転側ほどスワール比が小さくされる。このような制御により、成層燃焼が良好に行われる。
【００４０】
ところで、上記インジェクタ１５は、排気側からの熱的影響を避けるためシリンダヘッド１における燃焼室５の吸気ポート側の側方に配置されが、前記のような燃焼室形状によってインジェクタ１５の取付スペースが確保される。すなわち、シリンダボア軸線に対する吸気弁１２のバルブ軸線の傾き角が小さくされ、燃焼室天井部における吸気ポート開口側の面が略水平面とされて、燃焼室５が断面略台形に形成され、この燃焼室５における吸気ポート開口側の面の周辺とシリンダヘッド下端面との間の縦壁部１８に先端が臨むようにインジェクタ１５が配置される。こうして、吸気ポート開口部の配置面積を狭めることなく、インジェクタ１５の取付るためのスペースが確保される。
【００４１】
また、上記吸気弁１０のバルブ軸が配設された部分とシリンダヘッド１の下部に位置するインジェクタ１５との間のスペースに第１，第２の両吸気ポート６，７が効果的に配置されている。とくに、シリンダボア軸線に対する吸気弁１０のバルブ軸線の傾き角が小さくされていることにより、この吸気弁軸の配設部分と上記インジェクタ１５との間のスペースが広くなっており、このスペース内で上記両吸気ポート６，７は上流側が斜め上方に延びるとともに下流側が緩やかに屈曲して燃焼室５に至るように形成されているので、吸気抵抗が充分に低減される。
【００４２】
さらに、上記両吸気ポート６，７は上流側において第１ポート６より第２ポート７が上方に位置するように上下にずれていることにより、第１吸気ポート６から燃焼室５に流入する吸気は水平方向に対する角度が比較的小さくなり、第２吸気ポート７から燃焼室５に流入する吸気は水平方向に対する角度が比較的大きくなる。従って、第１吸気ポート６および第２吸気ポート７がそれぞスワール、タンブルの生成に適したものとなる。また、第２吸気ポート７の上流部もしくはこれに連なる吸気通路２２にスワール調節弁２３が設けられ、各気筒のスワール調節弁２３が共通の軸２３ａで連結されるが、両吸気ポート６，７が上流側において互いに上下にずれていることにより、上記スワール調節弁２３および軸２３ａを取り付ける場合に第１吸気ポート６が邪魔になることがない。
【００４３】
しかも、上記両吸気ポート６，７はシリンダヘッド１の側方でインレットマニホールド２０に接続されるので、前述の特開平６−８１６５１号公報に示されるようにシリンダヘッドの上方で吸気ポートがインレットマニホールドに接続される構造と比べ、エンジン全高を低くすることができる。
【００４４】
また、動弁機構はシリンダヘッド１上に配設された吸気弁側および排気弁側の両カム軸１２，１３を備え、その一方のカム軸が伝動手段を介してクランク軸３０で駆動されるとともに、両カム軸１２，１３が連動手段を介して連動されているが、このような構造において、とくに当実施形態では排気弁側カム軸１３がクランク軸３０で駆動されるようになっていることにより、エンジン全高を低くすることができる。
【００４５】
すなわち、シリンダボア軸線に対するバルブ軸線の傾きは吸気弁１０より排気弁１１の方が大きいために、バルブ軸の長さが略同じでもバルブ軸上端位置は吸気弁１０より排気弁１１の方が低く、これに対応して上記両カム軸１２，１３の位置関係も排気弁側カム軸１３の方が吸気弁側カム軸１２より低くなっている。一方、上記伝動手段におけるカムプーリ３２はカム軸の回転をクランク軸３０の回転の１／２とするため比較的径が大きく、このカムプーリ３２の位置が高いとベルトカバーの上端がシリンダヘッド１の上方に大きく突出し、エンジン全高が高くなるが、上記両カム軸１２，１３のうちで高さ位置が低い排気弁側カム軸１３に上記カムプーリ３２が設けられていることにより、吸気側カム軸にカムプーリが設けられるよりもエンジン全高が低くなる。
【００４６】
図５は本発明の別の実施形態を示している。この実施形態のエンジンも、インジェクタ１５から燃料を燃焼室５内に直接噴射する筒内噴射型エンジンであって、燃焼室形状やインジェクタ１５および吸・排気ポートの配置等は第１の実施形態と同様であり、また動弁機構がＤＯＨＣであって、吸気弁側、排気弁側の両カム軸のうちの一方が伝動手段を介してクランク軸３０で駆動され、かつ、両カム軸がギヤ等の連動手段を介して連動されている点も第１の実施形態と同様である。ただし、当実施形態では、上記両カム軸のうちの吸気弁側カム軸１２がクランク軸３０で駆動され、つまり、吸気弁側カム軸１２にカムプーリ３２´が設けられ、これとクランクプーリ３１とにタイミングベルト３３が掛けわたされている。
【００４７】
このエンジンは、車両のボンネット５０の下方のエンジンルーム内に、カム軸が車幅方向に延びる横置きで、かつ、吸気弁側カム軸１２が排気弁側カム軸より車両後方側に位置するように配置されている。
【００４８】
当実施形態によると、前述のように吸気弁１０と排気弁１１のバルブ軸線の傾きの相違に対応して、吸気弁側カム軸１２が排気弁側カム軸より高位置にあり、その吸気弁側カム軸１２に大径のカムプーリ３２´が設けられていることにより、吸気弁側カム軸１２が位置する側でベルトカバーが上方に大きく突出して、この部分のエンジン高さが高くなる。しかし、このエンジンをエンジンルーム内に吸気弁側カム軸１２を車両後方側に位置する状態に横置き配置した場合、エンジン高さは、吸気弁側カム軸１２が位置する車両後方側と比べて排気弁側カム軸が位置する車両前方側で低くなるため、前下がりのボンネット５０のラインに即した形状となり、エンジンルームへの収まりが良くなる。
【００４９】
つまり、当実施形態の構造は、ボンネット５０が比較的大きく前下りとなっている車両にエンジンを横置きで搭載するような場合に適している。一方、第１の実施形態の構造は車両にエンジンを縦置きで搭載するような場合や、ボンネットラインが比較的平坦な車両に搭載するような場合に適している。
【００５０】
なお、本発明のエンジンにおける各部の具体的構造は上記実施形態に限定されず、種々変更可能である。
【００５１】
例えば、吸気弁側、排気弁側の両カム軸間の連動手段はギヤ３６，３７に限らず、チェーン等を用いてもよい。ただし、図示の実施形態のようにギヤ３６，３７を用いれば、チェーン等と比べ、両カム軸の距離を狭めることができる。従って、吸気弁のバルブ軸線の傾きが小さくなることで吸・排気弁のバルブ軸間の挾み角が小さくなっても、支障をきたすことがない。
【００５２】
また、クランク軸とカム軸との間の伝動手段としては、上記タイミングベルト３３の代りにチェーンを用いてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明は、筒内噴射型エンジンにおいて、シリンダボア軸線に対するバルブ軸線の傾き角が排気弁より吸気弁の方が小さくなるように吸・排気弁を配置し、燃焼室天井部における吸気ポート開口側の壁面および排気ポート開口側の壁面を上記各バルブ軸線と直交するように形成するとともに、吸気ポート開口側の燃焼室側方におけるシリンダヘッド下部にインジェクタを配置し、このインジェクタと吸気弁軸との間の部分に、燃焼室からシリンダヘッドの側方上部に向けて延びる吸気ポートを形成しているため、燃焼室の吸気ポート側の側方にインジェクタ取付スペースが確保されるとともに、吸気弁軸配置部分とインジェクタ配置部分との間に、吸気ポート配置のための充分なスペースが得られる。このため、吸気ポートの開口面積が制限されたり吸気流通抵抗が増大したりすることなく、また、吸気ポートを吸気弁軸より上方に向けて配置する場合のようにスワール生成が困難になったりインレットマニホールドがシリンダヘッド上方に位置してエンジン全高が高くなったりするといった不都合を招くこともなく、シリンダヘッドの吸気弁側の側方部に筒内噴射のためのインジェクタと吸気ポートとを効果的に配設することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による筒内噴射型エンジンの断面図である。
【図２】上記エンジンの燃焼室およびその付近の概略平面図である。
【図３】上記エンジンのシリンダヘッド全体の平面図である。
【図４】上記エンジンのカム軸駆動系を示す概略正面図である。
【図５】カム軸駆動系の別の実施形態を示す概略正面図である。
【符号の説明】
１ シリンダヘッド
３ ピストン
４ シリンダボア
５ 燃焼室
６，７ 吸気ポート
８，９ 排気ポート
１０ 吸気弁
１１ 排気弁
１２ 吸気弁側カム軸
１３ 排気弁側カム軸
１５ インジェクタ
１６ 点火プラグ
２３ スワール調節弁
３２ カムプーリ
３３ タイミングベルト
３６，３７ ギヤ
Claims (4)
- シリンダボア内に配置されたピストンの上面とこれに対向するシリンダヘッド下面との間に燃焼室を形成し、上記燃焼室に開口する吸気ポートおよび排気ポートをシリンダヘッドに形成するとともに、上記吸気ポートおよび排気ポートを開閉する吸気弁および排気弁と、燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタと、点火プラグとをシリンダヘッドに配設した筒内噴射型エンジンにおいて、
シリンダボア軸線に対する吸気弁のバルブ軸線の傾き角が排気弁のバルブ軸線の傾き角より小さくなるようにこれらの弁を配置し、
燃焼室の吸気ポート開口側の壁面および排気ポート開口側の壁面をそれぞれ吸気弁のバルブ軸線および排気弁のバルブ軸線と直交するように形成するとともに、
吸気ポート開口側の燃焼室側方におけるシリンダヘッドの下部にインジェクタを配置し、このインジェクタと吸気弁軸との間の部分に、燃焼室からシリンダヘッドの側方上部に向けて延びる吸気ポートを形成し、
該吸気ポートとして、スワール生成用の第１吸気ポートと、タンブル生成用の第２吸気ポートとを並列に設け、上記第１および第２の両吸気ポートの下流端側部分の燃焼室に対する入射角を同一とし、この部分より上流側で第２吸気ポートを第１吸気ポートよりも上方にずらせて形成し、
この第２吸気ポートの上流側に、各気筒連動の開閉弁を設けたことを特徴とする筒内噴射型エンジン。 - 動弁機構はシリンダヘッド上に吸気弁側および排気弁側の両カム軸を並列に配置したＤＯＨＣとし、両カム軸のシリンダボア軸線方向の高さ位置関係として排気弁側カム軸の高さを吸気弁側カム軸の高さよりも低く設定するとともに、上記排気弁側カム軸を伝動手段を介してクランク軸により駆動し、吸気弁側カム軸を排気弁側カム軸により連動手段を介して駆動することを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型エンジン。
- 動弁機構はシリンダヘッド上に吸気弁側および排気弁側の両カム軸を並列に配置したＤＯＨＣとし、両カム軸のシリンダボア軸線方向の高さ位置関係として排気弁側カム軸の高さを吸気弁側カム軸の高さよりも低く設定するとともに、上記吸気弁側カム軸を伝動機構を介してクランク軸により駆動し、排気弁側カム軸を吸気弁側カム軸により連動手段を介して駆動するようにカム軸駆動系を構成するとともに、車両のボンネット下方のエンジンルーム内におけるエンジンの配置として、カム軸が車幅方向に延びる横置きで、かつ、吸気弁側カム軸が排気弁側カム軸よりも車両後方側に位置するようにしたことを特徴とする請求項１記載の筒内噴射型エンジン。
- 上記両カム軸の間の連動手段をギヤにより構成したことを特徴とする請求項２または３記載の筒内噴射型エンジン。
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