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JP2002048035A - 過給機付筒内噴射エンジン - Google Patents

過給機付筒内噴射エンジン

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Publication number
JP2002048035A
JP2002048035A JP2000234045A JP2000234045A JP2002048035A JP 2002048035 A JP2002048035 A JP 2002048035A JP 2000234045 A JP2000234045 A JP 2000234045A JP 2000234045 A JP2000234045 A JP 2000234045A JP 2002048035 A JP2002048035 A JP 2002048035A
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JP
Japan
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cylinder
fuel
injector
supercharger
intake
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000234045A
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English (en)
Inventor
Tetsuro Yamada
哲朗 山田
Katsuhiko Kikuchi
克彦 菊地
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Motor Co Ltd
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Motor Co Ltd filed Critical Yamaha Motor Co Ltd
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Priority to US09/681,909 priority patent/US6637406B2/en
Priority to EP01118564A priority patent/EP1179676A1/en
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 所要量の燃料を全運転域に亘って安定的に噴
射して出力の向上と燃費の改善、スモークの発生防止等
を図ることができる過給機付筒内噴射エンジンを提供す
ること。 【構成】 ターボチャージャ（過給機）２５によって加
圧された新気を各気筒のシリンダ３内に導入するととも
に、シリンダ３内に導入された新気に筒内噴射用インジ
ェクタ（第１のインジェクタ）２４によって燃料を直接
噴射して混合気を形成する過給機付筒内噴射エンジン１
において、前記ターボチャージャ２５の下流の吸気マニ
ホールド（各吸気通路）３４の途中において燃料を噴射
するポート噴射用インジェクタ（第２のインジェクタ）
３５を各気筒毎に前記筒内噴射用インジェクタ２４とは
別にそれぞれ設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、過給機によって加
圧されて各気筒のシリンダ内に導入された新気にインジ
ェクタによって燃料を直接噴射して混合気を形成する過
給機付筒内噴射エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】シリンダヘッドに取り付けられたインジ
ェクタからシリンダ内に燃料を直接噴射する筒内噴射エ
ンジンは、高出力、低燃費及び排ガス特性の改善等を実
現することができる等のメリットを有している。
【０００３】又、排気ガスのエネルギー又はエンジン動
力の一部で駆動される過給機によって吸気を加圧し、混
合気の充填効率を高めて高出力化を実現する過給機付エ
ンジンが知られている。
【０００４】而して、過給機付きの筒内噴射エンジンに
あっては、過給機によって加圧された新気が各気筒のシ
リンダ内に導入されるとともに、シリンダ内に導入され
た新気にインジェクタによって燃料が直接噴射されて混
合気が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の過給
機付筒内噴射エンジンにおいては、各気筒当たり１つの
インジェクタで必要な燃料噴射量を全ての運転領域に亘
ってカバーするようにしているため、過給時の新気量に
見合う量の燃料をインジェクタで噴射しようとすると、
噴射率を大きくしなければ一定時間内に所要量の燃料を
噴射し切れず、噴射率を大きくすれば低負荷時に要求さ
れる微少噴射に対応できないという問題があった。
【０００６】又、低負荷時に要求される燃料噴射量を満
足するように噴射率を決定すると、高負荷時に燃料を長
時間噴射する必要があり、噴射された燃料の気化時間が
不十分であるためにスモークが発生するという問題があ
った。
【０００７】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、所要量の燃料を全運転域に亘
って安定的に噴射して出力の向上と燃費の改善、スモー
クの発生防止等を図ることができる過給機付筒内噴射エ
ンジンを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、過給機によって加圧された
新気を各気筒のシリンダ内に導入するとともに、シリン
ダ内に導入された新気に第１のインジェクタによって燃
料を直接噴射して混合気を形成する過給機付筒内噴射エ
ンジンにおいて、前記過給機の下流の各吸気通路の途中
において燃料を噴射する第２のインジェクタを各気筒毎
に前記第１のインジェクタとは別にそれぞれ設けたこと
を特徴とする。
【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記第２のインジェクタをその燃料噴射方
向が前記吸気通路内の新気の流れに対して略接線方向と
なるよう取り付けたことを特徴とする。
【００１０】従って、請求項１記載の発明によれば、各
気筒のシリンダ内に燃料を直接噴射する第１のインジェ
クタとは別に、各吸気通路の途中において燃料を噴射す
る第２のインジェクタを設けたため、低負荷時には第１
のインジェクタによって微量の燃料を噴射し、高負荷時
には第１及び第２のインジェクタの双方によって燃料を
噴射することによって所要量の燃料を全運転域に亘って
過不足なく安定的に噴射してエンジン出力の向上と燃費
の改善を図ることができるとともに、高負荷時に所要量
の燃料を短時間に噴射することができるために燃料の気
化が十分になされてスモークの発生が防がれる。
【００１１】又、請求項２記載の発明によれば、第２の
インジェクタから燃料が吸気通路内の新気の流れに対し
て略接線方向に噴射されるため、混合気形成がスムーズ
になされるとともに、燃料噴射が吸気通路内の新気の流
れを妨げることがなく、吸気抵抗が低く抑えられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。
【００１３】図１は本発明に係る過給機付筒内噴射エン
ジンの破断側面図、図２は同過給機付筒内噴射エンジン
要部の拡大断面詳細図である。
【００１４】本実施の形態に係る過給機付筒内噴射エン
ジン（以下、単にエンジンと称する）１は自動車用の４
サイクルの水冷式直列多気筒エンジンであり、図１に示
すように、シリンダブロック２には複数のシリンダ３が
図の紙面垂直方向に並設されている。そして、各シリン
ダ３にはピストン４が上下摺動自在に嵌挿されており、
各ピストン４はコンロッド５を介してクランク軸６に連
結されている。
【００１５】上記クランク軸６はクランクケース７内に
おいて図１の紙面垂直方向に長く配されており、前記ピ
ストン４のシリンダ３内での上下の往復運動はコンロッ
ド５によってクランク軸６の回転運動に変換される。
尚、クランクケース７の下部にはオイルパン８が被着さ
れており、エンジン１内の各部を潤滑したオイルはオイ
ルパン８に落下して回収される。
【００１６】一方、シリンダブロック２の上面にはシリ
ンダヘッド９が被着されており、該シリンダヘッド９に
は各気筒毎に吸気通路１０と排気通路１１がそれぞれ形
成されており、吸気通路１０と排気通路１１のシリンダ
３内に開口する吸気ポート１０ａと排気ポート１１ａ
（図２参照）は吸気バルブ１２と排気バルブ１３によっ
てそれぞれ適当なタイミングで開閉されて各シリンダ３
内で所要のガス交換がなされる。
【００１７】即ち、図２に詳細に示すように、上記吸気
バルブ１２と排気バルブ１３は、シリンダヘッド９に圧
入されたバルブガイド１４，１５によってそれぞれ摺動
自在に挿通保持されるとともに、バルブスプリング１
６，１７によって閉じ側に付勢され、バルブリフタ１
８，１９を介して吸気カム２０ａと排気カム２１ａにそ
れぞれ当接されている。
【００１８】上記吸気カム２０ａと排気カム２１ａは、
シリンダヘッド９の上部に図の紙面垂直方向に長く且つ
互いに平行に配された吸気カム軸２０と排気カム軸２１
にそれぞれ一体に形成されており、これらはＤＯＨＣ
（Double Overhead Camshaft）を構成している。
【００１９】而して、エンジン１が始動されてクランク
軸６が回転駆動されると、このクランク軸６の回転が不
図示の伝動機構によって吸気カム軸２０と排気カム軸２
１に伝達されてこれらの吸気カム軸２０と排気カム軸２
１が所定の速度（クランク軸６の１／２の速度）で回転
駆動される。このように吸気カム軸２０と排気カム軸２
１が回転駆動されると、これらの吸気カム軸２０と排気
カム軸２１に一体に形成された吸気カム２０ａと排気カ
ム２１ａによって前述のように前記吸気バルブ１２と排
気バルブ１３がそれぞれ適当なタイミングで開閉され、
これによって各シリンダ３内で所要のガス交換がなされ
る。
【００２０】又、シリンダヘッド９の上部にはヘッドカ
バー２２が被着されており、同シリンダヘッド９の各気
筒の中央部には点火プラグ２３が螺着され、吸気側には
各シリンダ３内に燃料を直接噴射するための第１のイン
ジェクタとして筒内噴射用インジェクタ２４が斜めに取
り付けられている。
【００２１】ところで、本実施の形態に係るエンジン１
には過給機としてターボチャージャ２５が設けられてお
り、このターボチャージャ２５はシリンダヘッド９の排
気側に取り付けられている。
【００２２】上記ターボチャージャ２５はケーシング２
６内に不図示の排気タービンとコンプレッサを同軸に備
えて構成されており、排気タービンの入口側は入口管２
７によって前記シリンダヘッド９に形成された排気通路
１１に接続され、出口側に延びる出口管２８には不図示
の排気管が接続されている。又、コンプレッサの入口側
には不図示のエアクリーナから延びる入口管２９が軸中
心に接続され、出口側からケーシング２６の外周の接線
方向に斜め上方に延びる出口管３０には吸気管３１が接
続されている。
【００２３】上記吸気管３１はエンジン本体の上方に配
置されたサージタンク３２に接続されており、その途中
にはスロットルバルブ３３が設けられている。そして、
サージタンク３２からは吸気マニホールド３４が円弧状
に湾曲して下方に向かって延びており、該吸気マニホー
ルド３４の端部は前記シリンダヘッド９に気筒毎に形成
された各吸気通路１０に接続されている。そして、吸気
マニホールド３４の途中には第２のインジェクタとして
のポート噴射用インジェクタ３５が前記筒内噴射用イン
ジェクタ２４とは別にそれぞれ取り付けられている。
尚、各ポート噴射用インジェクタ３５は、その燃料噴射
方向が吸気マニホールド３４内の新気の流れに対して略
接線方向となるよう吸気通路１０と同じ傾斜角で斜めに
取り付けられている。
【００２４】次に、以上の構成を有するエンジン１の作
用について説明する。
【００２５】エンジン１が始動されると、各気筒の燃焼
室Ｓでの混合気の燃焼によって発生した高温・高圧の排
気ガスがシリンダヘッド９の排気通路１１から入口管２
７を通ってターボチャージャ２５に導入され、排気ガス
は不図示の排気タービンを回転駆動した後、出口管２８
から不図示の排気管を通って大気中に排出される。
【００２６】上述のように排気ガスによって排気タービ
ンが回転駆動されると、この排気タービンに同軸に連結
された不図示のコンプレッサが同様に回転駆動され、新
気が不図示のエアクリーナから入口管２９を経てコンプ
レッサに軸方向から導入され、新気はコンプレッサにて
加圧されて出口管３０から吸気管３１へと排出され、ス
ロットルバルブ３３にて計量された後にサージタンク３
２に導入される。
【００２７】而して、各気筒のピストン４が各シリンダ
３内を下降する吸気行程において吸気バルブ１２が開く
と、サージタンク３２内の加圧された新気が吸気マニホ
ールド３４及びシリンダヘッド９の吸気通路１０を通っ
て吸気ポート１０ａからシリンダ３内に供給（過給）さ
れ、シリンダ３内に供給された新気には筒内噴射用イン
ジェクタ２４から燃料が所定のタイミングで所定時間だ
け噴射され、シリンダ３内には所定の空燃比（Ａ／Ｆ）
の混合気が形成される。或は、後述のように高負荷時に
は、吸気マニホールド３４を流れる新気にポート噴射用
インジェクタ３５からも燃料が噴射されて混合気が形成
される。尚、吸気行程においては排気バルブ１３は閉じ
られている。
【００２８】その後、ピストン４が下死点（ＢＤＣ）を
過ぎて上昇を開始する圧縮行程に移行すると、やがて吸
気バルブ１２が閉じられてシリンダ３内の混合気はピス
トン４によって圧縮され、ピストン４が上死点（ＴＤ
Ｃ）に至る直前に前記点火プラグ２３によって混合気が
着火燃焼せしめられ、この混合気の燃焼によって燃焼室
Ｓには高温・高圧の排気ガスが発生する。すると、ピス
トン４が高い燃焼圧を頂面に受けて下降する爆発行程に
移行するが、この爆発行程においては吸気バルブ１２と
排気バルブ１３は共に閉じられている。
【００２９】その後、ピストン４が下死点近傍に至ると
排気バルブ１３が開かれ、高温・高圧の前記排気ガスは
ピストン４が上昇する排気行程において排気ポート１１
ａから排気通路１１へと排出され、前述のように排気通
路１１から入口管２７を通ってターボチャージャ２５に
導入されて排気タービンの駆動に供される。
【００３０】以後は上記と同様に作用が繰り返されてエ
ンジン１が連続的に運転されるが、本実施の形態に係る
エンジン１にはインジェクタとして筒内噴射用インジェ
クタ２４とポート噴射用インジェクタ３５が設けられて
おり、低負荷時における燃料噴射は筒内噴射用インジェ
クタ２４のみによって行われ、高負荷時におけは筒内噴
射用インジェクタ２４とポート噴射用インジェクタ３５
の双方によって燃料噴射が行われる。
【００３１】ここで、エンジンのトルク特性を図３に示
すが、同図において曲線Ｂと横軸で囲まれた低負荷域Ｓ
１では筒内噴射用インジェクタ２４のみによって燃料噴
射が行われ、曲線Ｂと曲線Ｄによって囲まれた高負荷域
Ｓ２では筒内噴射用インジェクタ２４とポート噴射用イ
ンジェクタ３５の双方によって燃料噴射が行われる。
【００３２】又、曲線Ａと横軸によって囲まれた領域Ｓ
１１では、筒内噴射用インジェクタ２４から微量の燃料
が点火プラグ近傍に局部的に噴射されて燃焼に供される
成層燃焼が行われ、それ以外の領域Ｓ１２，Ｓ２（Ｓ２
１，Ｓ２２）では燃料が均一に混合されて燃焼に供され
る均質燃焼が行われる。尚、曲線Ｃはターボチャージャ
２５による過給が行われない場合のトルクカーブであ
り、この曲線Ｃと曲線Ｄによって囲まれた領域Ｓ２２は
過給域であって、ターボチャージャ２５による過給によ
って領域Ｓ２２分だけエンジントルクが増大する。
【００３３】而して、本実施の形態においては、各気筒
のシリンダ３内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジ
ェクタ２４とは別に、吸気マニホールド３４を流れる新
気に燃料を噴射するためのポート噴射用インジェクタ３
５を設けたため、低負荷時には筒内噴射用インジェクタ
２４によって微量の燃料を噴射し、高負荷時には筒内噴
射用インジェクタ２４とポート用インジェクタ３５の双
方によって燃料を噴射することによって所要量の燃料を
全運転域に亘って過不足なく安定的に噴射してエンジン
出力の向上と燃費の改善を図ることができる。そして、
高負荷時に筒内噴射用インジェクタ２４とポート用イン
ジェクタ３５の双方によって所要量の燃料を短時間に噴
射することができるため、噴射された燃料の気化が十分
になされてスモークの発生が防がれる。
【００３４】又、本実施の形態においては、ポート噴射
用インジェクタ３５から燃料が吸気マニホールド３４内
の新気の流れに対して略接線方向に噴射されるため、混
合気形成がスムーズになされるとともに、燃料噴射が吸
気マニホールド３４内の新気の流れを妨げることがな
く、吸気抵抗が低く抑えられる。
【００３５】尚、以上は過給機として特にターボチャー
ジャを備える筒内噴射エンジンに本発明を適用した形態
について述べたが、本発明は過給機として機械的に駆動
されるスーパーチャージャを備える筒内噴射エンジンに
対しても同様に適用可能であることは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、過給機によって加圧された新気を各気筒のシリ
ンダ内に導入するとともに、シリンダ内に導入された新
気に第１のインジェクタによって燃料を直接噴射して混
合気を形成する過給機付筒内噴射エンジンにおいて、前
記過給機の下流の各吸気通路の途中において燃料を噴射
する第２のインジェクタを各気筒毎に前記第１のインジ
ェクタとは別にそれぞれ設けたため、所要量の燃料を全
運転域に亘って安定的に噴射してエンジン出力の向上と
燃費の改善、スモークの発生防止等を図ることができる
という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る過給機付筒内噴射エンジンの破断
側面図である。
【図２】本発明に係る過給機付筒内噴射エンジン要部の
拡大断面詳細図である。
【図３】本発明に係る過給機付筒内噴射エンジンのトル
ク性能を示す図である。
【符号の説明】
１ 過給機付筒内噴射エンジン ３ シリンダ ２４ 筒内噴射用インジェクタ（第１のインジェク
タ） ２５ ターボチャージャ（過給機） ３４ 吸気マニホールド（吸気通路） ３５ ポート噴射用インジェクタ（第２のインジェ
クタ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AA03 AB03 AC02 AC04 AD01 AF03 3G066 AA02 AA11 AB02 AD10 AD12 BA16 BA17 BA24 CC06U DA01 DA04 DB06 DC01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 過給機によって加圧された新気を各気筒
    のシリンダ内に導入するとともに、シリンダ内に導入さ
    れた新気に第１のインジェクタによって燃料を直接噴射
    して混合気を形成する過給機付筒内噴射エンジンにおい
    て、 前記過給機の下流の各吸気通路の途中において燃料を噴
    射する第２のインジェクタを各気筒毎に前記第１のイン
    ジェクタとは別にそれぞれ設けたことを特徴とする過給
    機付筒内噴射エンジン。
  2. 【請求項２】 前記第２のインジェクタをその燃料噴射
    方向が前記吸気通路内の新気の流れに対して略接線方向
    となるよう取り付けたことを特徴とする請求項１記載の
    過給機付筒内噴射エンジン。
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