JP2009162187A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気弁の開弁時において、好適にタンブル流を形成することができる内燃機関を提供することを課題とする。
【解決手段】燃焼室１６に連通する吸気通路３０を閉塞する閉弁位置から吸気通路３０を開放する開弁位置まで前進可能であると共に、開弁位置から閉弁位置まで後退可能な吸気弁３４と、吸気弁３４の開弁時において、吸気弁３４の前進方向の前方における燃焼室１６の圧力を上昇可能な圧力上昇手段４５と、を備えた。これにより、吸気弁３４の開弁時において、吸気弁３４の前進方向直下における燃焼室１６の圧力を上昇させることにより、燃焼室１６内の圧力差を低減することができるため、吸入した空気が吸気弁３４直下付近に引き寄せられることなく、好適にタンブル流を形成することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、燃焼室内においてタンブル流が形成される内燃機関に関するものである。

従来の内燃機関として、燃焼室に連通する吸気ポートの開閉を行う吸気弁のリフト量を可変させる過給機付火花点火式直噴エンジンが知られている（例えば、特許文献１参照）。このエンジンでは、エンジンの運転状態に応じて、吸気弁のリフト量を可変させることにより、燃焼室内に吸入される空気の流速を可変させ、燃焼室内に形成されるタンブル流を強化している。

特開２００３−１０６１８０号公報

ところで、従来、エンジンが低速域において運転を行う場合、吸気弁のリフト量は低リフトとなる。この場合、吸気ポートから吸気弁を介して燃焼室に流入した空気は、燃焼室の壁面に沿った流れとなるため、吸気弁の直下付近における燃焼室の圧力は、燃焼室の壁面における圧力に比して低圧となる。すると、燃焼室の壁面に沿って流れる空気は、圧力差により吸気弁の直下付近に向かって流れ、これにより、複数の小さな渦（乱流）が発生する。複数の小さな渦が発生してしまうと、主流となるタンブル流の形成が困難となってしまう場合がある。

そこで、本発明は、吸気弁の開弁時において、好適にタンブル流を形成することができる内燃機関を提供することを課題とする。

本発明の内燃機関は、燃焼室に連通する吸気通路を閉塞する閉弁位置から吸気通路を開放する開弁位置まで前進可能であると共に、開弁位置から閉弁位置まで後退可能な吸気弁と、吸気弁の開弁時において、吸気弁の前進方向の前方における燃焼室の圧力を上昇可能な圧力上昇手段と、を備えたことを特徴とする。

この場合、燃焼室に燃料を噴射可能な燃料噴射弁をさらに備え、燃料噴射弁は、圧力上昇手段として機能することが、好ましい。

また、この場合、吸気弁の開弁時において、燃料噴射弁は、予め設定された通常貫徹力よりも低い低貫徹力で、吸気弁の前進方向の前方における燃焼室に向けて燃料を噴射する圧力上昇噴射を行うことが、好ましい。

一方、吸気弁の開弁時において、燃料噴射弁は、予め設定された通常貫徹力で、前進方向における吸気弁の端部に燃料を噴き当てる圧力上昇噴射を行ってもよい。

これらの場合、内燃機関の運転状況に応じて、吸気弁の閉弁位置から開弁位置までのリフト量を、予め設定された通常リフト量と通常リフト量よりも小さい小リフト量との間で可変させるリフト量可変手段をさらに備え、燃料噴射弁は、吸気弁が通常リフト量で進退移動している場合、燃焼室内に形成されるタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行う一方、吸気弁が小リフト量で進退移動している場合、圧力上昇噴射を行うことが、好ましい。

また、これらの場合、燃料噴射弁は、一燃焼サイクル中に、複数回に分けて燃料を噴射可能な構成となっており、吸気弁の開弁時において、燃料噴射弁は、一燃焼サイクル中における全回数の燃料噴射のうち、少なくとも１回の燃料噴射を、圧力上昇噴射として行うと共に、残回数の燃料噴射を、燃焼室内に形成されるタンブル流の流れに沿って行うことが、好ましい。

一方、燃焼室に空気を噴射可能な空気噴射弁をさらに備え、空気噴射弁は、圧力上昇手段として機能しており、吸気弁の開弁時において、空気噴射弁は、吸気弁の前進方向の前方における燃焼室に向けて空気を噴射する圧力上昇噴射を行ってもよい。

この場合、燃焼室に燃料を噴射可能な燃料噴射弁をさらに備えており、吸気弁の開弁時において、空気噴射弁は圧力上昇噴射を行うと共に、燃料噴射弁は、燃焼室内に形成されるタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行うことが、好ましい。

本発明にかかる内燃機関は、吸気弁の開弁時において、吸気弁の前進方向直下における燃焼室の圧力を上昇させることにより、燃焼室内の圧力差を低減することができるため、燃焼室内に吸入された空気が吸気弁直下付近に引き寄せられることなく、好適にタンブル流を形成することができるという効果を奏する。

以下、添付した図面を参照して、本発明にかかる内燃機関について説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

ここで、図１は、実施例１にかかるエンジンの概略構成図であり、図２は、従来にかかるエンジンの吸気弁が小リフト量で進退移動する場合において燃焼室内に形成されるタンブル流の説明図である。また、図３は、実施例１にかかるエンジンの吸気弁が小リフト量で進退移動する場合において燃焼室内に形成されるタンブル流の説明図であり、図４は、吸気行程において燃焼室内に吸入される空気の流速の変化を表したグラフである。さらに、図５は、吸気弁が通常リフト量で進退移動する場合において燃焼室内に形成されるタンブル流の説明図である。

先ず、図１を参照して、実施例１にかかる内燃機関（以下、エンジンと略す）について説明する。このエンジン１は、筒内噴射式のガソリンエンジンであり、エンジンＥＣＵ２により制御されている。

エンジン１は、下部からクランクケース１０と、クランクケース１０の上部に設けられたシリンダブロック１１と、ヘッドガスケット（図示省略）を介してシリンダブロック１１の上部に設けられたシリンダヘッド１２とで外殻が形成されている。シリンダブロック１１の上部には、上下動可能にピストン１３が気筒数（図示では１つ）に応じて複数収容され、また、シリンダブロック１１の下部およびクランクケース１０により形成された収容部には、クランクシャフト１４が収容されている。各ピストン１３とクランクシャフト１４とは、コンロッド１５により連結されており、各ピストン１３の上下動作をクランクシャフト１４に伝達している。そして、上記シリンダブロック１１、シリンダヘッド１２およびピストン１３により、ペントルーフ型の燃焼室１６が気筒数に応じて複数形成されている。

クランクケース１０には、クランク角センサ２０が配設されており、クランクシャフト１４の回転角度を検知している。クランク角センサ２０は、エンジンＥＣＵ２に接続されており、エンジンＥＣＵ２は、クランク角センサ２０の検出結果に基づいて、後述する点火プラグ４４による点火時期や、後述する燃料噴射弁４５による燃料噴射時期を制御している。

シリンダブロック１１は、その内部に複数のピストン１３を収容するための複数のシリンダボア２４がそれぞれ円柱状に貫通形成されている。そして、各ピストン１３は、各シリンダボア２４に嵌合するように円柱状に形成されており、このシリンダボア２４内で上死点と下死点との間を上下動可能に支持されている。また、ピストン１３のヘッド面には、ピストンキャビティ２５が没入形成されている。

シリンダヘッド１２は、その内部の各燃焼室１６に連通する２つの吸気ポート（吸気通路）３０（図示では１つ）と、各吸気ポート３０に対向配置され、各燃焼室１６に連通する２つの排気ポート３１（図示では１つ）とが形成されている。

また、燃焼室１６と各吸気ポート３０との間の２つの吸気側連通口３２には、２つの吸気弁３４がそれぞれ配設されており、また、燃焼室１６と各排気ポート３１との間の２つの排気側連通口３３には、２つの排気弁３５が配設されている。

各吸気弁３４および各排気弁３５は、ラッパ形状をなす末広がりの円錐状に形成されており、各吸気側連通口３２および各排気側連通口３３を開放する開弁位置（下降端位置）と、各吸気側連通口３２および各排気側連通口３３を閉塞する閉弁位置（上昇端位置）との間で進退自在（上下自在）に構成されている。そして、２つの吸気弁３４の基端部には吸気側カムシャフト４０が、また、２つの排気弁３５の基端部には排気側カムシャフト４１が、それぞれ配設されており、各カムシャフト４０，４１が回転することにより２つの吸気弁３４および２つの排気弁３５が開閉可能となっている。つまり、各吸気弁３４および各排気弁３５は、閉弁位置から開弁位置に前進することで、各吸気側連通口３２および各排気側連通口３３を開放する。一方で、各吸気弁３４および各排気弁３５は、開弁位置から閉弁位置に後退することで、各吸気側連通口３２および各排気側連通口３３を閉塞する。

このとき、各吸気弁３４が閉弁位置から開弁位置まで移動する移動量、すなわちリフト量は、可変バルブ機構５０（リフト量可変手段）により変更可能となっている。可変バルブ機構５０は、いわゆるＶＶＴ（Variable Valve Timing）である。リフト量は、吸気側カムシャフト４０に設けられたカム４８のカムプロフィールによって設定されており、可変バルブ機構５０は、通常リフト量となるカム４８と小リフト量となるカム４８とを適宜切り換えることにより、各吸気弁３４のリフト量を通常リフト量と小リフト量との間で変更することができる。可変バルブ機構５０により変更されるリフト量は、エンジン１の運転状況に応じて可変されており、具体的に、エンジン１が低負荷で運転する場合、燃焼室１６に吸入される空気量は少ないため、各吸気弁３４を小リフトで運転する一方、エンジン１が高負荷で運転する場合、燃焼室１６に吸入される空気量は多くなるため、各吸気弁３４を通常リフトで運転する。

また、燃焼室１６の頂部には、先端部が突出するように点火プラグ４４が配設され、また、シリンダヘッド１２の吸気ポート３０の下部には、燃焼室１６に燃料を噴射する燃料噴射弁４５（圧力上昇手段）が配設されている。なお、詳細は後述するが、燃料噴射弁４５は、燃焼室１６の各吸気弁３４近傍に向けて燃料を噴射可能なように配設されている。

ここで、エンジン１の各気筒における一燃焼サイクルの燃焼動作について説明する。燃焼サイクルでは、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程が順に行われている。

吸気行程では、ピストン１３が上死点から下死点へ向けて移動を開始すると共に、吸気弁３４を前進移動させて吸気側連通口３２を開放する。すると、燃焼室１６の負圧により空気が吸気側連通口３２を介して燃焼室１６内に吸入され、この後、吸気弁３４を後退移動させて吸気側連通口３２を閉塞する。このとき、燃料噴射弁４５から燃料の噴射が開始され、吸入された空気と燃料とが混合して混合気となる。

圧縮行程では、ピストン１３が下死点から上死点へ向けて移動する。ピストン１３が上死点に移動すると、この移動に伴って混合気は圧縮される。そして、ピストン１３が上死点近傍に達すると、点火プラグ４４をスパークさせて、混合気に着火する。なお、燃料噴射弁４５からの燃料噴射は、点火プラグ４４の放電前に終了する。

膨張行程では、着火による混合気の燃焼により、混合気が膨張（爆発）して、ピストン１３を上死点から下死点へ向けて移動させる。

排気行程では、下死点へ到達したピストン１３が、慣性により再び上死点へ向けて移動する。このとき、排気弁３５を前進移動させて排気側連通口３３を開放し、ピストン１３の上死点への移動に伴って、燃焼後の排気ガスを排気側連通口３３から排出させる。排気ガスの排出後、排気弁３５を後退移動させて排気側連通口３３を閉塞する。

以上の燃焼サイクルを繰り返し行うことで、各ピストン１３を上下動作させ、この動力をコンロッド１５を介してクランクシャフト１４に伝達することで、エンジン１は駆動力を得ることができる。

ところで、図２に示すように、エンジン１が低負荷で運転している場合、各吸気弁３４は小リフト量で進退移動するため、各吸気弁３４の開弁時において、各吸気ポート３０から各吸気弁３４を介して燃焼室１６に吸入された空気は、燃焼室１６の壁面に沿った流れとなる。つまり、各吸気弁３４のリフト量を小リフト量とすると、通常リフト量に比して、開口面積が小さくなり、燃焼室１６の壁面に沿った流れとなりやすい。このとき、各吸気弁３４の前進方向の直下付近における燃焼室１６の圧力は、燃焼室１６の壁面側の圧力に比して低圧となる。すると、燃焼室１６の壁面に沿って流れる空気は、この圧力差により、燃焼室１６の各吸気弁３４近傍に引き寄せられ、これにより、複数の小さな渦（乱流）が発生してしまう。複数の小さな渦が発生してしまうと、主流となるタンブル流の形成が困難となる。このため、本実施例では、各吸気弁３４の開弁時において、燃料噴射弁４５から燃焼室１６の各吸気弁３４近傍に燃料を噴射して、燃焼室１６の各吸気弁３４近傍における圧力を上昇させることにより、燃焼室１６内の圧力差を低減する。これにより、燃焼室１６の壁面に沿って流れる空気は、各吸気弁３４の直下付近に引き寄せられることなく、好適にタンブル流を形成することが可能となっている。以下、本発明の特徴部分である燃料噴射弁４５について説明する。

燃料噴射弁４５は、エンジンＥＣＵ２により燃料噴射動作や燃料噴射時期が制御されており、エンジンＥＣＵ２は、燃料噴射弁４５を制御することにより、一燃焼サイクル中において噴射される全燃料を、複数回に分けて噴射するマルチパイロット噴射を行わせることが可能な構成となっている。マルチパイロット噴射は、一燃焼サイクル中における全回数の燃料噴射のうち、各吸気弁３４の開弁時において、少なくとも一回の燃料噴射を行うと共に、ピストン１３が下死点近傍に位置する時において、残りの回数の燃料噴射を行う。

また、燃料噴射弁４５は、各吸気弁３４の前進方向の前方における燃焼室１６に、換言すると、上下移動する各吸気弁３４の直下における燃焼室１６に、燃料を噴射可能に配設されている。具体的に、燃料噴射弁４５は、燃焼室１６へ向けて燃料を噴射する噴射方向が、低Ｖ角となるように配設されている。なお、低Ｖ角とは、シリンダボア２４の中心軸に直交する平面を０°とし、下死点側へ傾けて鋭角となるような角度である。

さらに、燃料噴射弁４５は、燃料噴射の貫徹力を可変することが可能となっている。貫徹力は、燃料噴射弁４５の燃料の圧力（燃圧）、燃料噴射弁４５の噴射期間や燃料噴射弁４５の噴孔等を可変することにより変化する。燃料噴射の貫徹力を可変する場合、例えば、エンジンＥＣＵ２が、燃料噴射弁４５に燃料を供給する燃料供給系６０に設けられた高圧ポンプ６６を制御することにより、燃料噴射弁４５に供給する燃料の圧力（燃圧）を可変させ、これにより、燃料噴射の貫徹力を可変させている。具体的に、燃料供給系６０は、燃焼噴射弁４５に接続されたデリバリ通路６５と、デリバリ通路６５に接続された容積可変型の高圧ポンプ６６と、高圧ポンプ６６に接続された燃料タンク６７とを備え、デリバリ通路６５には燃圧センサ６８が設けられている。燃圧センサ６８および高圧ポンプ６６はエンジンＥＣＵ２に接続され、エンジンＥＣＵ２は、燃圧センサ６７の検出結果に基づいて、高圧ポンプ６６を制御する。そして、燃料噴射の貫徹力は、各吸気弁３４が通常リフト量で進退移動する場合は、予め設定された通常貫徹力で燃料を噴射するが、一方、各吸気弁３４が小リフト量で進退移動する場合は、通常貫徹力よりも低い低貫徹力で燃料を噴射する。

ここで、図３および図４を参照して、各吸気弁３４が小リフト量で進退移動する場合において、燃料噴射弁４５から燃料を噴射する一連の動作について説明する。吸気行程において、各吸気弁３４を前進移動させて吸気側連通口３２を開放すると、各吸気ポート３０から空気が燃焼室１６内に吸入される。このとき、図３に示すように、燃料噴射弁４５は、各吸気弁３４の直下付近における燃焼室１６へ向けて、低貫徹力で燃料噴射を行う（圧力上昇噴射）。具体的に、図４に示すように、燃料噴射弁４５は、燃焼室１６に吸入される空気の流速が最大となった付近で、一燃焼サイクル中における全回数の燃料噴射のうち、少なくとも１回の燃料噴射を、圧力上昇噴射として行う。

図４は、吸気行程において燃焼室１６内に吸入される空気の流速の変化を示したグラフである。このグラフは、横軸がクランク角度となっており、縦軸が空気の流速となっている。また、Ｒ１は、基準となる開弁時期において各吸気弁３４が開弁した場合における空気の流速の変化であり、Ｒ２は、基準となる開弁時期から遅角した開弁時期において各吸気弁３４が開弁した場合における空気の流速の変化である。ここで、Ｒ１とＲ２を比較するに、Ｒ２の流速の最大は、Ｒ１の流速の最大に比して遅角している。すなわち、各吸気弁３４の開弁時期が遅角すると、これに伴って、流速の最大も遅角することがわかる。そして、このグラフは、エンジンＥＣＵ２に記憶されており、エンジンＥＣＵ２は、このグラフに基づいて、流速が最大となるクランク角度において、燃料噴射弁４５から燃料を噴射させる。なお、このグラフは、各吸気弁３４の開弁時期に対応して複数（本実施例では、２つ：Ｒ１，Ｒ２）設けられ、予め実験等により導出されている。これにより、各吸気弁３４の開弁時期が進角あるいは遅角しても、エンジンＥＣＵ２は、進角または遅角した各吸気弁３４の開弁時期に対応させ、各吸気弁３４の開弁時において流速が最大となるクランク角度において、圧力上昇噴射を行うことが可能となる。

燃料噴射弁４５から低貫徹力の燃料が噴射されると、各吸気弁３４の前進方向の直下付近における燃焼室１６の圧力は、噴射された燃料により上昇する。すると、吸入した空気が流れる燃焼室１６の壁面側の圧力と、各吸気弁３４の前進方向の直下付近における燃焼室１６の圧力との圧力差は低減されるため、燃焼室１６の壁面に沿って流れる空気は、各吸気弁３４の直下付近に引き寄せられることがない。これにより、燃焼室１６の壁面に沿って流れる空気は、良好にタンブル流を形成することができる。

この後、ピストン１３が下死点近傍に達すると、燃料噴射弁４５は、残りの回数の燃料噴射を低貫徹力で行う（燃料噴射）。このとき、燃焼室１６内は、燃料噴射弁４５による圧力上昇噴射によりタンブル流が形成されているため、燃料噴射弁４５は、このタンブル流の流れに沿って燃料噴射を行うことができ、これにより、タンブル流を増速させることが可能となる。なお、ピストン１３の下死点近傍において、燃料噴射弁４５は、低貫徹力で燃料を噴射したが、通常貫徹力で燃料を噴射してもよい。

次に、図５を参照して、各吸気弁３４が通常リフト量で進退移動する場合において、燃料噴射弁４５から燃料を噴射する一連の動作について説明する。吸気行程において、各吸気弁３４を前進移動させて吸気側連通口３２を開放すると、各吸気ポート３０から空気が燃焼室１６内に吸入される。この場合、各吸気弁３４のリフト量は通常リフト量となっているため、図５に示すように、燃焼室１６に吸入された空気は、良好にタンブル流を形成する。このため、各吸気弁３４の開弁時において、吸入される空気の流速が最大のときに、燃料噴射弁４５による圧力上昇噴射を行う必要は無い。

この後、ピストン１３が下死点近傍に達すると、燃料噴射弁４５は、通常貫徹力で燃料を噴射する。このとき、燃焼室１６内はタンブル流が形成されているため、燃料噴射弁４５は、このタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行うことができ、タンブル流を増速させることが可能となる。

以上の構成によれば、吸気行程において燃焼室１６にタンブル流を形成することが困難である場合、各吸気弁３４の開弁時に、各吸気弁３４の前進方向の直下付近における燃焼室１６へ向けて、燃料噴射弁４５から低貫徹力で燃料を噴射する、すなわち、圧力上昇噴射をすることにより、燃焼室１６の各吸気弁３４近傍における圧力を上昇させることができる。このため、燃焼室１６の壁面側における圧力と、燃焼室１６の各吸気弁３４の直下近傍における圧力との圧力差を低減することができ、燃焼室１６の壁面を沿って流れる空気は、燃焼室１６の各吸気弁３４近傍に引き寄せられることなく、良好にタンブル流を形成することができる。

また、各吸気弁３４が小リフト量で進退移動する場合、各吸気弁３４の開弁時において、燃料噴射弁４５により圧力上昇噴射を行った後、ピストン１３が下死点近傍に達した時において、燃料噴射弁４５により、形成されたタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行うことにより、タンブル流を増速させることができる。

さらに、各吸気弁３４が通常リフト量で進退移動する場合においても、ピストン１３が下死点近傍に達した時において、燃料噴射弁４５により、形成されたタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行うことにより、タンブル流を増速させることができる。

なお、実施例１では、燃料噴射弁４５の噴射角度を変えずに、圧力上昇噴射と燃料噴射とを行ったが、圧力上昇噴射および燃料噴射に応じて最適な噴射が可能なように、それぞれ噴射角度を適宜変更してもよい。また、燃料噴射弁４５を２つ用意して、一方を圧力上昇噴射に用い、他方を燃料噴射に用いてもよい。この場合、圧力上昇噴射に用いられる燃料噴射弁４５は、圧力上昇噴射に最適の噴射角度となるように配設し、燃料噴射に用いられる燃料噴射弁４５は、燃料噴射に最適の噴射角度となるように配設することが好ましい。

次に、図６および図７を参照して、実施例２にかかるエンジン１０１について説明する。なお、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。図６は、実施例２にかかるエンジンの吸気弁が小リフト量で進退移動する場合において燃焼室内に形成されるタンブル流の説明図であり、図７は、実施例２にかかるエンジンの燃焼室の下面図である。実施例２にかかるエンジン１０１は、第１燃料噴射弁１１０および第２燃料噴射弁１１１を備えており、第１燃料噴射弁１１０（圧力上昇手段）を圧力上昇噴射に用い、第２燃料噴射弁１１１を燃料噴射に用いている。このとき、第１燃料噴射弁１１０は、各吸気弁３４の開弁時において、燃料噴射を通常貫徹力で行うことにより、前進方向における各吸気弁３４の端部１１２に燃料を噴き当てている。

図６および図７に示すように、このエンジン１０１において、シリンダヘッド１２の吸気ポート３０の下部には、圧力上昇噴射に用いられる第１燃料噴射弁１１０が配設され、シリンダボア２４の周方向において第１燃料噴射弁１１０に隣接して、燃料噴射に用いられる第２燃料噴射弁１１１が配設されている。第２燃料噴射弁１１１は、実施例１の燃料噴射弁４５と同様に、燃焼室１６へ向けて燃料を噴射する噴射方向が、低Ｖ角となるように配設されている。一方、第１燃料噴射弁１１０は、前進方向における各吸気弁３４の端部１１２に燃料が噴き当たる角度となるように配設されている。また、第１燃料噴射弁１１０は、各吸気弁３４が小リフト量で進退移動する場合において、各吸気弁３４の開弁時に、燃料を噴射している。

ここで、各吸気弁３４が小リフト量で進退移動する場合において、第１燃料噴射弁１１０および第２燃料噴射弁１１１から燃料を噴射する一連の動作について説明する。吸気行程において、各吸気弁３４を前進移動させて吸気側連通口３２を開放すると、各吸気ポート３０から空気が燃焼室１６内に吸入される。このとき、第１燃料噴射弁１１０は、前進方向における各吸気弁３４の端部１１２へ向けて、通常貫徹力で燃料噴射が行われる（圧力上昇噴射）。この場合も、図４に示すように、燃焼室１６に吸入される空気の流速が最大となった付近で、第１燃料噴射弁１１０から燃料を噴射する。

第１燃料噴射弁１１０から通常貫徹力の燃料が噴射されると、前進方向における各吸気弁３４の端部１１２は、噴射された燃料が付着する。そして、ピストン１３が下死点へ向かうことにより、各吸気弁３４に付着した燃料が気化し、これにより、各吸気弁３４の前進方向の直下付近における燃焼室１６の圧力が上昇する。すると、吸入した空気が流れる燃焼室１６の壁面側の圧力と、各吸気弁３４近傍における燃焼室１６の圧力との圧力差は低減されるため、燃焼室１６の壁面に沿って流れる空気は、各吸気弁３４の直下付近に引き寄せられることがない。これにより、燃焼室１６の壁面に沿って流れる空気は、良好にタンブル流を形成することができる。

この後、ピストン１３が下死点近傍に達すると、第２燃料噴射弁１１１は、燃料を通常貫徹力で噴射する。このとき、燃焼室１６内は、第１燃料噴射弁１１０による圧力上昇噴射によりタンブル流が形成されているため、第２燃料噴射弁１１１は、このタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行うことにより、タンブル流を増速させることが可能となる。

次に、各吸気弁３４が通常リフト量で進退移動する場合において、第１燃料噴射弁１１０および第２燃料噴射弁１１１から燃料を噴射する一連の動作について説明する。吸気行程において、各吸気弁３４を前進移動させて吸気側連通口３２を開放すると、各吸気ポート３０から空気が燃焼室１６内に吸入される。この場合、各吸気弁３４のリフト量は通常リフト量となっているため、燃焼室１６に吸入された空気は、良好にタンブル流を形成する。このため、各吸気弁３４の開弁時において、吸入される空気の流速が最大のときに、第１燃料噴射弁１１０から燃料を噴射する必要は無い。

この後、ピストン１３が下死点近傍に達すると、第２燃料噴射弁１１１は、通常貫徹力で燃料を噴射する。このとき、燃焼室１６内はタンブル流が形成されているため、第２燃料噴射弁１１１は、このタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行うことにより、タンブル流を増速させることが可能となる。

以上の構成においても、吸気行程において燃焼室１６にタンブル流を形成することが困難である場合、各吸気弁３４の開弁時に、前進方向における各吸気弁３４の端部１１２に燃料が噴き当たるように、第１燃料噴射弁１１０から燃料を噴射する、すなわち、圧力上昇噴射をすることにより、燃焼室１６の各吸気弁３４近傍における圧力を上昇させることができる。このため、燃焼室１６の壁面側における圧力と、燃焼室１６の各吸気弁３４の直下近傍における圧力との圧力差を低減することができ、燃焼室１６の壁面を沿って流れる空気は、燃焼室１６の各吸気弁３４近傍に引き寄せられることなく、良好にタンブル流を形成することができる。また、第１燃料噴射弁１１０および第２燃料噴射弁１１１の貫徹力を変更する必要が無いため、燃圧を変更するような構造にする必要もない。

なお、実施例２では、第１燃料噴射弁１１０および第２燃料噴射弁１１１を用いて、圧力上昇噴射と燃料噴射とをそれぞれ行ったが、１つの燃料噴射弁を用いて、圧力上昇噴射と燃料噴射とを行ってもよい。この場合、最適な噴射が可能なように、燃料噴射弁の噴射角度を、圧力上昇噴射および燃料噴射に応じてそれぞれ変更することが好ましい。

次に、図８を参照して、実施例３にかかるエンジン２０１について説明する。なお、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。図８は、実施例３にかかるエンジンの吸気弁が小リフト量で進退移動する場合において燃焼室内に形成されるタンブル流の説明図である。実施例３にかかるエンジン２０１は、各吸気弁３４の開弁時において、燃焼室１６に空気を噴射可能な空気噴射弁２０２（圧力上昇手段）を備えており、空気噴射弁２０２は、空気噴射を行うことにより、各吸気弁３４の前進方向の直下付近における燃焼室１６の圧力を上昇させている。

このエンジン２０１において、シリンダヘッド１２の吸気ポート３０の下部には、燃焼室１６に燃料を噴射する燃料噴射弁２０３が配設され、シリンダボア２４の周方向において燃料噴射弁２０３に隣接して、空気噴射弁２０２が配設されている。そして、燃料噴射弁２０３は、実施例１の燃料噴射弁４５と同様に、燃焼室１６へ向けて燃料を噴射する噴射方向が、低Ｖ角となるように配設されている。一方、空気噴射弁２０２は、エンジンＥＣＵ２により空気噴射時期が制御されており、各吸気弁３４の前進方向の直下付近における燃焼室１６に空気を噴射可能に配設されている。また、空気噴射弁２０２は、各吸気弁３４が小リフト量で進退移動する場合において、各吸気弁３４の開弁時に、空気を噴射している。

ここで、各吸気弁３４が小リフト量で進退移動する場合において、空気噴射弁２０２および燃料噴射弁２０３から空気を噴射する一連の動作について説明する。吸気行程において、各吸気弁３４を前進移動させて吸気側連通口３２を開放すると、各吸気ポート３０から空気が燃焼室１６内に吸入される。このとき、空気噴射弁２０２は、各吸気弁３４の直下付近における燃焼室１６へ向けて、空気噴射を行う（圧力上昇噴射）。具体的には、図４に示すように、燃焼室１６に吸入される空気の流速が最大となった付近で、空気噴射弁２０２から空気を噴射する。

空気噴射弁２０２から空気が噴射されると、各吸気弁３４の前進方向の直下付近における燃焼室１６の圧力は、噴射された空気により上昇する。すると、吸入した空気が流れる燃焼室１６の壁面側の圧力と、各吸気弁３４近傍における燃焼室１６の圧力との圧力差は低減されるため、燃焼室１６の壁面に沿って流れる空気は、各吸気弁３４の直下付近に引き寄せられることがない。これにより、燃焼室１６の壁面に沿って流れる空気は、良好にタンブル流を形成することができる。

この後、ピストン１３が下死点近傍に達すると、燃料噴射弁２０３は、燃料を通常貫徹力で噴射する。このとき、燃焼室１６内は、空気噴射弁２０２による圧力上昇噴射によりタンブル流が形成されているため、燃料噴射弁２０３は、このタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行うことにより、タンブル流を増速させることが可能となる。

次に、各吸気弁３４が通常リフト量で進退移動する場合において、空気噴射弁２０２および燃料噴射弁２０３から燃料を噴射する一連の動作について説明する。吸気行程において、各吸気弁３４を前進移動させて吸気側連通口３２を開放すると、各吸気ポート３０から空気が燃焼室１６内に吸入される。この場合、各吸気弁３４のリフト量は通常リフト量となっているため、燃焼室１６に吸入された空気は、良好にタンブル流を形成する。このため、各吸気弁３４の開弁時において、吸入される空気の流速が最大のときに、空気噴射弁２０２から空気を噴射する必要は無い。

この後、ピストン１３が下死点近傍に達すると、燃料噴射弁２０３は、通常貫徹力で噴射する。このとき、燃焼室１６内はタンブル流が形成されているため、燃料噴射弁２０３は、このタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行うことにより、タンブル流を増速させることが可能となる。

以上の構成においても、吸気行程において燃焼室１６にタンブル流を形成することが困難である場合、各吸気弁３４の開弁時に、各吸気弁３４の前進方向の直下付近における燃焼室１６へ向けて、空気噴射弁２０２から空気を噴射する、すなわち、圧力上昇噴射をすることにより、燃焼室１６の各吸気弁３４近傍における圧力を上昇させることができる。このため、燃焼室１６の壁面側における圧力と、燃焼室１６の各吸気弁３４の直下近傍における圧力との圧力差を低減することができ、燃焼室１６の壁面を沿って流れる空気は、燃焼室１６の各吸気弁３４近傍に引き寄せられることなく、良好にタンブル流を形成することができる。

以上のように、本発明は、筒内直噴式の内燃機関に有用であり、特に、燃焼室内にタンブル流を形成する場合に適している。

実施例１にかかるエンジンの概略構成図である。 従来にかかるエンジンの吸気弁が小リフト量で進退移動する場合において燃焼室内に形成されるタンブル流の説明図である。 実施例１にかかるエンジンの吸気弁が小リフト量で進退移動する場合において燃焼室内に形成されるタンブル流の説明図である。 吸気行程において燃焼室内に吸入される空気の流速の変化を表したグラフである。 吸気弁が通常リフト量で進退移動する場合において燃焼室内に形成されるタンブル流の説明図である。 実施例２にかかるエンジンの吸気弁が小リフト量で進退移動する場合において燃焼室内に形成されるタンブル流の説明図である。 実施例２にかかるエンジンの燃焼室の下面図である。 実施例３にかかるエンジンの吸気弁が小リフト量で進退移動する場合において燃焼室内に形成されるタンブル流の説明図である。

符号の説明

１ エンジン（実施例１）
１６ 燃焼室
３０ 吸気ポート
３２ 吸気側連通口
３４ 吸気弁
４０ 吸気側カムシャフト
４５ 燃料噴射弁
５０ 可変バルブ機構
６６ 高圧ポンプ
１０１ エンジン（実施例２）
１１０ 第１燃料噴射弁
１１１ 第２燃料噴射弁
１１２ 吸気弁の端部
２０１ エンジン（実施例３）
２０２ 空気噴射弁
２０３ 燃料噴射弁

Claims (8)

1. 燃焼室に連通する吸気通路を閉塞する閉弁位置から前記吸気通路を開放する開弁位置まで前進可能であると共に、前記開弁位置から前記閉弁位置まで後退可能な吸気弁と、
   前記吸気弁の開弁時において、前記吸気弁の前進方向の前方における前記燃焼室の圧力を上昇可能な圧力上昇手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関。
2. 前記燃焼室に燃料を噴射可能な燃料噴射弁をさらに備え、
   前記燃料噴射弁は、前記圧力上昇手段として機能することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記吸気弁の開弁時において、前記燃料噴射弁は、予め設定された通常貫徹力よりも低い低貫徹力で、前記吸気弁の前進方向の前方における前記燃焼室に向けて燃料を噴射する圧力上昇噴射を行うことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記吸気弁の開弁時において、前記燃料噴射弁は、予め設定された通常貫徹力で、前進方向における前記吸気弁の端部に燃料を噴き当てる圧力上昇噴射を行うことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
5. 前記内燃機関の運転状況に応じて、前記吸気弁の前記閉弁位置から前記開弁位置までのリフト量を、予め設定された通常リフト量と前記通常リフト量よりも小さい小リフト量との間で可変させるリフト量可変手段をさらに備え、
   前記燃料噴射弁は、
   前記吸気弁が前記通常リフト量で進退移動している場合、前記燃焼室内に形成されるタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行う一方、
   前記吸気弁が前記小リフト量で進退移動している場合、前記圧力上昇噴射を行うことを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関。
6. 前記燃料噴射弁は、一燃焼サイクル中に、複数回に分けて燃料を噴射可能な構成となっており、
   前記吸気弁の開弁時において、前記燃料噴射弁は、一燃焼サイクル中における全回数の燃料噴射のうち、少なくとも１回の燃料噴射を、前記圧力上昇噴射として行うと共に、残回数の燃料噴射を、前記燃焼室内に形成されるタンブル流の流れに沿って行うことを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１項に記載の内燃機関。
7. 前記燃焼室に空気を噴射可能な空気噴射弁をさらに備え、
   前記空気噴射弁は、前記圧力上昇手段として機能しており、
   前記吸気弁の開弁時において、前記空気噴射弁は、前記吸気弁の前進方向の前方における前記燃焼室に向けて空気を噴射する圧力上昇噴射を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
8. 前記燃焼室に燃料を噴射可能な燃料噴射弁をさらに備えており、
   前記吸気弁の開弁時において、前記空気噴射弁は前記圧力上昇噴射を行うと共に、前記燃料噴射弁は、前記燃焼室内に形成されるタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行うことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。

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