JPS63208609A - 燃料噴射式エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は燃料噴射式エンジン、特に燃焼室に連通ずるミ
キシングチャンバに燃料を噴射するようにした燃料噴射
式エンジンに関する。

（従来の技術） 燃料噴射ノズルを用いて燃料を供給するようにしたエン
ジンとしては、上記燃料噴射ノズルを吸気マニホルドに
設置したものと、燃焼室に直接設置したものとがあるが
、前者はノズルから噴射された燃料が吸気ボート内壁面
や吸気バルブ等に付着し易いという問題があり、また後
者はノズルから噴射された燃料と燃焼室内の空気とのミ
キシング時間を十分に確保できないという問題がある。

そのため、いずれの形式のものも、混合気の形成或は燃
料の気化が良好に行われない嫌いがある。

これに対しては、従来、吸気ボートをヘリカル状に形成
して、吸気行程時に燃焼室内に吸気のスワールを形成す
ることにより燃料の気化ないし混合気の形成を促進する
ようにしたものが知られている。また、特開昭５５−１
１９９１１号公報によれば、ディーゼルエンジンの場合
において、燃料噴射ノズルから燃料が噴射される圧縮行
程の末期に燃焼室内に強力なスワールが形成されるよう
に構成したものが示されている。これは、シリンダブロ
ックに吸入空気の一部を高圧状態で貯留する空気貯留室
を設けると共に、該貯留室と燃焼室とを開閉弁を介して
連通させ、この開閉弁を圧縮行程時に開弁させることに
より、上記空気貯留室から燃焼室内に高圧空気を噴射さ
せて該燃焼室内にスワールを形成するようにしたもので
ある。これによれば、吸気行程時にスワールを形成する
従来のものに比較して、燃料が噴射される圧縮行程末期
に一層強力なスワールが得られることになる。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上記の如き従来のものは、単にスワールを利用
するだけであるから、燃料の気化ないし混合気の形成が
必ずしも良好に行われるとは云えず、特に気化性の悪い
軽油を燃料とするディーゼルエンジンの場合には、燃料
が十分に気化されないため、所要の熱効率や出力性能が
得られず、また不完全燃焼により排気ガス中のＨＣ含有
量の増大等を招いていた。

本発明は、燃料噴射式エンジンにおける上記のような実
情に対処するもので、ガソリンエンジンもしくはスパー
クアシストディーゼルエンジン等の点火プラグを備えた
エンジンにおいて、燃焼室内の既燃ガスの有する熱エネ
ルギを有効に利用することにより、燃料の気化を促進し
て良好な混合気を形成し、もって熱効率ないし出力性能
の向上と、排気ガス中のＨＣ含有量の低減等を図ること
を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成すべく本発明に係る燃料噴射式エンジ
ンは次のように構成したことを特徴とする。

即ち、シリンダヘッドに連通路を介して燃焼室に連通さ
れるミキシングチャンバを設け、該チャンバに燃料噴射
ノズルを設置すると共に、該チャンバ内にその容積を増
減させるピストンを設け、且つ上記連通路を開閉する開
閉弁を備える。そして、該開閉弁を排気行程時と圧縮行
程時とに開弁させると共に、上記燃料噴射ノズルが開閉
弁の排気行程時の開弁期間から圧縮行程時の開弁期間ま
での間の閉弁期間中にミキシングチャンバ内に燃料を噴
射するように構成し、且つ上記チャンバ内のピストンを
開閉弁の圧縮行程時の開弁期間中に該チャンバの容積が
減少する方向に移動させるように構成する。

（作　　用） 上記の構成によれば、排気行程時に開閉弁が燃焼室とミ
キシングチャンバとの間の連通路を開くので、燃焼室内
の一部の既燃ガスがピストンの上動に従ってミキシング
チャンバ内に押し込められることになり、そのため、該
チャンバ内は既燃ガスの有する熱エネルギと、その押し
込みによる流れの運動エネルギとにより高エネルギ状態
となる。そして、排気行程から吸気行程に移行して上記
開閉弁が開弁された後、燃料噴射ノズルからミキシング
チャンバ内に燃料が噴射されるのであるが、この燃料は
該チャンバ内における上記既燃ガスの熱エネルギ及び運
動エネルギにより、迅速且つ確実に気化及びミキシング
されることになり、該チャンバ内に良好な混合気が形成
される。

然る後、吸気行程から圧縮行程に移行すると、上記開閉
弁が再び開弁されると同時に、ミキシングチャンバ内の
ピストンが該チャンバの容積減少方向へ移動するので、
該チャンバ内に上記のようにして形成された混合気が燃
焼室に押し出されることになる。そして、この混合気は
燃焼室内で更に新気と混合した上で、圧縮行程の末期に
点火プラグにより着火され、燃焼することになる。その
場合に、このミキシングチャンバから燃焼室に押し出さ
れる混合気にあっては、燃料が既に十分に気化されてい
るから、燃焼室内で完全燃焼されることになる。

（実　　施　　例） 以下、本発明の実施例について説明する。

第１図に示すように、この実施例に係るエンジンは、シ
リンダブロック１と、該ブロック１に形成されたシリン
ダ面１ａ内に嵌挿されたピストン２と、シリンダブロッ
ク１の上面に取り付けられなシリンダヘッド３とで画成
された燃焼室４を有し、該シリンダヘッド３に吸、排気
弁５，５を介して燃焼室４に連通ずる吸、排気ボート６
．６（一方のみ図示）が形成されている。また、該シリ
ンダへラド３には先端の着火部７ａが上記燃焼室４を臨
むように点火プラグ７が装着されていると共に、該シリ
ンダヘッド３の上部にはカム軸８が配設され、該軸８に
設けられた吸、排気カム８ａ、８ａが該軸８の回転によ
りタペット９，９を介して且つバルブスプリング１０．
１０に抗して上記板、排気弁５，５を夫々所定のタイミ
ングで開弁させるようになっている。

更に、シリンダヘッド３内にはミキシングチャンバ１１
が形成されており、該チャンバ１１内を臨むように燃料
噴射ノズル１２が側方から装着されていると共に、該チ
ャンバ１１内には上下動してその容積を増減させるピス
トン１３が嵌挿されている。このピストン１３は、上記
カム軸８に設けられた駆動用カム８ｂによりロッカアー
ム１４及びブツシュロッド１５を介して上下動されるよ
うになっている。つまり、このピストン１３は、ロッカ
アーム１４がカム８ｂの非リフト部に接している時は、
ブツシュロッド１５の上端部に固着されたスプリングリ
テーナ１６とシリンダヘッド３に固着されたカバ一部材
１７との間のスプリング１８により上端位置に保持され
ているが、ロツシュロッド１５を介して且つ上記スプリ
ング１８に抗して下動され、チャンバ１１の容積を減少
させるようになっている。

ここで、この実施例においては、上記ピストン１３の上
端位置を規制するストッパ１つはモータ２０によりビニ
オン２１及びラック２２を介して上下動されるようにな
っており、上記ピストン１３の上端位置、換言すればチ
ャンバ１１の最大容積の調整が可能とされている。尚、
ブツシュロッド１５の一定位置に対してピストン１３の
上端位置を可変とするため、該ブツシュロッド１５とピ
ストン１３との連結部にスプリング２３が介設されてい
る。

一方、シリンダヘッド３におけるミキシングチャンバ１
１と上記燃焼室４との間には、両者を連通させる連通路
２４が設けられていると共に、該連通路２４を開閉させ
る開閉弁２５が備えられている。この開閉弁２５は、シ
リンダヘッド３に形成された弁孔２６内に上下摺動可能
に嵌挿された中空状の第１弁体２７と、該第１弁体２７
の中空部内に同じく上下摺動可能に嵌挿された第２弁体
２８とを有する。そして、第１弁体２７は、その上端面
と上記弁孔２６の上端に固着されたプラグ２９との間に
装着されたスプリング３０により下方に付勢されて、通
常は下端が弁座部材３１に当接されていることにより連
通路２４を閉鎖しているが、受圧面２７ａにチャンバ１
１＠から連通路２４を介して圧力が作用した時に上記ス
プリング３０に抗して上動し、下端面が弁座部材３１か
ら離反して連通路２４を開通させるようになっている。

また第２弁体２８は、第１弁体２７の中空部に続く軸方
向の第１通孔２７ｂと半径方向の第２通孔２７ｃとの間
を連通、遮断するように構成されたもので、上端面と第
１弁体２７の中空部上端に固着されたプラグ３２との間
に装着されたスプリング３３により、下端面が第１弁体
２７の中空部に形成された段付部に当接されるように付
勢されており、この状態で第１弁体２７における第１、
第２通孔２７ｂ、２７ｃの間を遮断する。そして、下端
面に燃焼室４＠から第１通孔２７ｂを介して圧力が作用
した時に上記スプリング３３に抗して上動されることに
より、上記第１．第２通孔２７ｂ、２７ｃを連通させる
ようになっており、この時、第１弁体２７が連通路２４
を閉鎖していても、上記第１．第２通孔２７ｂ、２７ｃ
を介して連通路２４が開通されるようになっている。

次に、上記実施例の作用を説明する。

エンジンの運転時にカム軸８の回転により吸、排気弁５
，５が所定のタイミングで開閉され、また点火プラグ７
が所定のタイミングで点火されることにより、吸気、圧
縮、膨張、排気の各行程が実行されるのであるが、その
場合に、燃料ないし混合気は燃焼室４に次のように供給
される。

つまり、第２図に示すように吸気行程から圧縮行程の前
半にかけて、燃料噴射ノズル１２からミキシングチャン
バ１１内に燃料が噴射されると共に、圧縮行程時には第
２図に符号（イ）で示すようにチャンバ１１内のピスト
ン１３が下動して該チャンバ１１の容積が減少されるこ
とにより、該チャンバ１１内のガスの圧力が高まり、符
号（ロ）で示すように、その圧力が連通路２４を介して
開閉弁２５の第１弁体２７をスプリング３０に抗して上
動させるのであり、これにより上記チャンバ１１内に噴
射された燃料が該チャンバ１１内のガスと共に燃焼室４
に押し出されるのである。

然して、上記開閉弁２５は、排気行程時においてピスト
ン２の上動により燃焼室４内の既燃ガスの圧力が高まっ
た時に、この圧力を受ける第２弁体２８がスプリング３
３に抗して上動され、第２図に符号（ハ）で示すように
第１弁体２７における第１．第２通孔２７ｂ、２７ｃを
介して連通路２４を開通させる。また、この時、符号（
ニ）で示すようにミキシングチャンバ１１内のピストン
１３が上動して該チャンバ１１の容積が増大するので、
上記燃焼室４内の既燃ガスの一部が排気ボートから外部
に排出されることなく、上記連通路２４を介してチャン
バ１１内に導入されることになる。その場合に、この既
燃ガスは温度が高く且つチャンバ１１内に勢いよく流入
するので、該チャンバ１１内は、既燃ガスの熱エネルギ
と運動エネルギとにより高エネルギ状態となる。

然る後、吸気行程に移行して上記開閉弁２５の第２弁体
２８により連通路２４が遮断されると、上記のようにミ
キシングチャンバ１１内に燃料噴射ノズル１２から燃料
が噴射されるのであるが、この時、該燃料はチャンバ１
１内の既燃ガスの熱エネルギと運動エネルギとにより直
ちに且つ確実に気化され、該チャンバ１１内に良好な混
合気が形成されることになる。そして、この混合気が圧
縮行程時に上記のようにして燃焼室４に押し出されると
共に、該燃焼室４内で更に新気と混合され且つ点火プラ
グ７により着火されて燃焼することになるが、燃料は上
記ミキシングチャンバ１１内で十分に気化され且つ既燃
ガスと良好に混合されているから、燃焼室４内で完全燃
焼されることになる。これにより、熱効率ないし出力性
能が向上し、且つ排気ガス中のＨＣ含有量が低減される
ことになる。尚、燃焼室４内での燃焼時には、排気行程
時にミキシングチャンバ１１内に押し込められた既燃ガ
スが存在するので、燃焼が比較的緩かに行われることに
なり、これにより排気ガス中のＮＯｘ含有量も低減され
ることになる。

ここで、この実施例では、ミキシングチャンバ１１内の
ピストン１３の上端位置を規制するストッパ１９がモー
タ２０により上下動され、エンジンの高負荷時、即ち燃
料噴射ノズル１２からの燃料噴射量が多い時に、上記ス
トッパ１９が上動されるようになっている。従って、高
負荷時にはピストン１３が上端位置にある時のチャンバ
１１の容積が低負荷時よりも増大され、該チャンバ１１
内に導入される既燃ガスの量ないし該既燃ガスのエネル
ギが燃料噴射量に対応して増大されることになり、これ
により燃料が常に良好に気化され、またチャンバ１１内
で形成される混合気の濃度（空燃比）もエンジンの負荷
、即ち燃料噴射量に拘らず略一定となる。

尚、上記のようにミキシングチャンバ１１に設置された
燃料噴射ノズル１２とは別に、吸気ボートもしくは吸気
マニホルドに補助燃料噴射ノズルを備え、第３図に示す
ように、低中回転低中負荷の領域Ｉではミキシングチャ
ンバ１１の燃料噴射ノズル１２のみから燃料を噴射する
と共に、高回転高負荷領域■では更に補助燃料噴射ノズ
ルからも燃料を供給するように構成してよい。このよう
にすれば、多量の燃料を必要とする高回転高負荷時に所
要の燃料供給量が確保されることになる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、シリンダヘッドに設けた
ミキシングチャンバに排気行程時に一部の既燃ガスを導
入すると共に、この既燃ガス中に燃料噴射ノズルから燃
料を噴射して混合気を形成し、この混合気を圧縮行程時
に上記チャンバから燃焼室に供給するようにしたから、
燃料が上記チャンバ内で既燃ガスの熱エネルギと運動エ
ネルギとにより直ちに且つ確実に気化されて良好な混合
気が形成されることになる。これにより、気化性の悪い
軽油を燃料とするスパークアシストディーゼルエンジン
等においても、燃焼室内で完全燃焼が行われることにな
り、熱効率ないし出力性能が向上すると共に、排気ガス
中のＨＣ含有量が低減され、更に上記既燃ガスの作用で
ＮＯｘ含有量も低減されることになる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は燃焼室周
辺の構造を示す断面図、第２図は燃焼サイクルに対する
ミキシングチャンバの容積、開閉弁のリフト、燃料噴射
時期及び点火時期を示すタイムチャート図、第３図はエ
ンジンの運転状態に対する燃料噴射制御の一例を示すグ
ラフである。 ３・・・シリンダヘッド、４・・・燃焼室、１１・・・
ミキシングチャンバ、１２・・・燃料噴射ノズル、１３
・・・ピストン、２４・・・連通路、２５・・・開閉弁
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダヘッドに設けられ且つ連通路を介して燃
   焼室に連通されたミキシングチャンバと、該チャンバ内
   に燃料を噴射する燃料噴射ノズルと、該チャンバ内に備
   えられてその容積を増減させるピストンと、上記連通路
   を開閉する開閉弁とを有すると共に、上記開閉弁が排気
   行程時と圧縮行程時とに開弁し、上記燃料噴射ノズルが
   開閉弁の排気行程時の開弁期間と圧縮行程時の開弁期間
   との間の閉弁期間中に上記チャンバ内に燃料を噴射し、
   且つチャンバ内のピストンが開閉弁の圧縮行程時の開弁
   期間中に該チャンバの容積減少方向へ移動するように構
   成されていることを特徴とする燃料噴射式エンジン。