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JP3738478B2 - 直噴火花点火式内燃機関 - Google Patents

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JP3738478B2
JP3738478B2 JP02290396A JP2290396A JP3738478B2 JP 3738478 B2 JP3738478 B2 JP 3738478B2 JP 02290396 A JP02290396 A JP 02290396A JP 2290396 A JP2290396 A JP 2290396A JP 3738478 B2 JP3738478 B2 JP 3738478B2
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豊 又吉
淳一 矢島
義之 諸井
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Nissan Motor Co Ltd
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    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F1/42Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4214Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室内に燃料噴射弁から燃料を噴射し、点火プラグによって火花点火を行う直噴火花点火式内燃機関の改良技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の直噴式の火花点火式内燃機関(以下、直噴火花点火式内燃機関という)としては、例えば、特開平6−207542号公報に開示されるものがある。
図8に基づいて、その概要を説明すると、ピストン30の冠面に凹み30aを形成し、機関の低負荷運転時には圧縮行程末期に凹み30a内に向けて燃料噴射弁31から燃料を噴射することにより、点火プラグ32周りの限られた領域内にのみ混合気を形成する。
【0003】
そして、クランキング開始後機関回転速度が予め定められた速度まで上昇する間は吸気行程と圧縮行程末期の2回に分けて燃料を噴射し、機関回転速度が予め定められた速度を超えた後は、圧縮行程末期に1回燃料を噴射するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の直噴火花点火式内燃機関にあっては、燃料噴射弁31は吸気ポート33とシリンダヘッド34下面の間に横置きに配置され、燃料噴霧は、燃料噴射弁31の中心軸より下側に偏向噴霧する構成となっていたため、燃料噴射弁31が水平側に寝かせた状態で取り付けられ、噴霧方向を敢えて偏向させた噴霧偏向タイプとしているため、他の機関との共用化ができない。
【0005】
従って、燃料噴射弁31を汎用型の燃料噴射弁として位置づけることが難しく、製造コストが高くつき、また、該偏向噴霧タイプはカーボン付着、取付誤差、加工精度等により信頼性を上げられず、組立方向が指定されるため、組立能率が極めて劣るといった問題があった。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、燃料噴射弁を取り付けるシリンダヘッドの構造を見直すことによって、上記問題点を解決した直噴火花点火式内燃機関を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1記載の発明は、気筒毎に配設される2つの吸気弁と、各吸気弁に対応して設けられる独立した2つの吸気ポートと、燃焼室のピストン冠面と対向する壁面の略中央に配設される点火プラグと、前記燃焼室に噴孔を臨ませて燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、機関への吸入空気を分岐して前記吸気ポートに導入する吸気マニホールドと、を含んで構成される直噴火花点火式内燃機関において、前記2つの吸気ポートの上流側を略直線状に延びる形状としてその直線部分の軸線がシリンダヘッド下面に対して所定角度をなす面に沿うようにし、かつ、両吸気ポート相互の間隔が上流側に向かって拡がって延びるように形成すると共に、前記燃料噴射弁を、その噴孔が前記2つの吸気弁間で燃焼室外周の近傍に位置し、かつ、その軸線が前記シリンダヘッド下面に対して前記所定角度をなす面に沿い、かつ、相互の間隔が上流側に向かって拡がって延びる前記2つの吸気ポートの間に挟まれるように配設した。
【0007】
請求項2記載の発明は、前記吸気ポートに連通する吸気マニホールドの分岐形状を、各吸気ポート毎に独立とした。
請求項3記載の発明は、前記吸気ポートに連通する吸気マニホールドの分岐形状を、前記燃料噴射弁及び該弁への燃料供給配管との干渉を避けて、途中で分岐する三叉形状とした。
【0008】
請求項4記載の発明は、前記所定角度を略30度以上90度以下とした。
【0009】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1記載の発明によれば、吸気ポートは独立した形状をなしており、かつ、両吸気ポート相互の間隔が上流側に向かって拡がっているので、燃料噴射弁のシリンダヘッド下面に対する傾き角度を大きくすることができる。そして、相互間隔が上流側に向かって拡がって延びる2つの吸気ポートの間に挟まれるように、燃料噴射弁が配設されているので、吸気ポートと燃料噴射弁の軸線とがシリンダヘッド下面に対して所定角度をなす面に沿うこととなり、噴霧偏向タイプ等の特殊な機能を有する燃料噴射弁の必要がなく、構造の簡素化及び製造コストの低減化が図れ、また、組立の方向性管理が不要となるので組立能率も高められる。
【0010】
請求項2記載の発明によれば、車両に機関を組み付けた状態で、容易に燃料噴射弁の交換が可能となり、組立整備時間の短縮が図れる。
請求項3記載の発明によれば、請求項2記載の発明の作用・効果に加えて、吸気マニホールドの分岐部の充分な断面積確保や吸気マニホールドの軽量化を図ると共に、周辺スペースの改善が図れる。
【0011】
請求項4記載の発明によれば、燃料噴射弁から噴射された燃料が、直接ピストン外周のクレビス部に到達する機会が低減し、火炎の未達や低温状態であることに起因する未燃焼のHC等のエミッション排出量の低減化が図れる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図1〜図5は、本発明に係る直噴火花点火式内燃機関の一実施形態を示す。
まず、構成から説明すると、シリンダヘッド1には、燃焼室2、吸気ポート3及び排気ポート4が形成され、この吸気ポート3及び排気ポート4の燃焼室2への開口部には、夫々吸気バルブシート5及び排気バルブシート6が配設されている。また、燃焼室2の略中央には、点火プラグ取付部7が形成されている。さらに、シリンダヘッド1の相対する側面には、吸気ポート3及び排気ポート4が開口すると共に、吸気マニホールド20及び図示しない排気マニホールドとの接続部となる吸気マニホールド取付部8及び排気マニホールド取付部9が形成されている。
【0013】
吸気ポート3は、各吸気バルブシート5から吸気マニホールド取付部8まで夫々独立した形状をなしており、吸気バルブシート間Lに対して吸気ポートセンタ3aが広がり、かつ、略直線状に延びるような形状に形成されている。一方、排気ポート4は、各排気バルブシート6から排気マニホールド取付部9に向かう途中で、合流するように形成されている。
【0014】
また、吸気マニホールド取付部8には、吸気マニホールド20から各吸気ポートに独立して分岐するブランチ部(分岐部)20aの端面に形成されたフランジ部(図示せず)が接続され、吸気マニホールド20、ブランチ部20a及び吸気ポート3を介して、空気が吸入されるようになっている。
図2に示すように、シリンダヘッド1に形成した点火プラグ取付部7の先端には、ネジ部7aが形成されており、図示しない点火プラグをこのネジ部7aに嵌合することで、点火プラグの先端部が燃焼室2を臨むようになっている。また、シリンダヘッド1の吸気マニホールド3の近傍には、燃焼室2に直接燃料を噴射供給する燃料噴射弁(図示せず)を取り付ける燃料噴射弁取付部10が形成されている。この燃料噴射弁取付部10は、シリンダヘッド1下面に対する傾き角度θが所定値(後述するように、θ≧30°)となっている。
【0015】
図3に示すように、独立した各吸気ポート3は、図2における燃料噴射弁取付部10と略同一の傾き角度を有するように、吸気バルブシート5からバルブスプリングシート座面11に沿って形成されている。即ち、2つの吸気ポート3及び燃料噴射弁取付部の中心線10aは、シリンダヘッド1下面と所定角度θをなす面に沿って設けられている。
【0016】
また、シリンダヘッド1には、図示しないバルブガイドやバルブリフタを組み込むためのバルブガイド取付部12及びバルブリフタ取付部13、シリンダヘッド1を冷却する冷却水通路14等が形成されている。
図4に示すように、シリンダヘッド1には、シリンダヘッドボルト挿通孔15が形成され、ここに図示しないヘッドボルトを挿通することで、図示しないシリンダブロックと固定する。
【0017】
図5に示すように、独立した各吸気ポート3の吸気ポートセンタ3a間距離LA が吸気バルブシート間Lより広く形成されており、燃料噴射弁取付部10が各吸気ポート3の間に挟まれるように、両吸気ポート下面を結ぶ線3bと、燃料噴射弁取付部10の上端部との距離LB を確保するように形成されている。
次に、作用を説明する。
【0018】
吸入空気は、吸気マニホールド20、ブランチ部20aからシリンダヘッド1内の吸気ポート3を介して、吸気バルブシート5より燃焼室2内に吸い込まれる。
また、燃料は、図示しない燃料配管及び燃料噴射弁を通過して、図示しないコントロールユニットからの制御信号により、燃料噴射弁の噴孔部から超微粒化した燃料が直接燃焼室2に噴霧される。
【0019】
そして、図示しないピストンの圧縮と共に、図示しない点火プラグの点火により着火燃焼する。
ここで、上述したように吸気ポート3は、各吸気バルブシート5から吸気マニホールド取付部8まで夫々独立した形状をなしており、かつ、吸気バルブシート間Lに対して吸気ポートセンタ3aが拡がるように形成されているので、従来の直噴火花点火式内燃機関と比べて、シリンダヘッド下面と燃料噴射弁取付部10の中心線10a、すなわち、シリンダヘッド下面と燃料噴射弁の軸線とがなす傾き角度θ(図2参照)を大きくすることができる。さらに、吸気ポートが燃料噴射弁の軸線と略同一の傾き角度を有しているので、噴霧偏向タイプ等の特殊な機能を有する燃料噴射弁の必要がなく、低コストで製造でき、組立の方向性を管理する必要がないので組立能率も高められる。
【0020】
また、吸気マニホールドのブランチ部は、各吸気ポート毎に独立しているので、車両に機関を組み付けた状態で、容易に燃料噴射弁の交換が可能となり、組立整備時間の短縮が図れる。
ところで、この傾き角度θは、図7に示すように、HCやスモーク等のエミッションの排出量と密接な関連があり、θが小さいとエミッションが増大し、θが大きくなるにつれエミッションが低減する。このように、θが小さいときにエミッションが増大する要因は、燃料噴射弁から噴射された燃料が、直接ピストン外周のクレビス部に到達する機会が増大し、火炎の未達や低温状態であることに起因して、未燃焼のHC等が増大するからである。すなわち、急激なエミッションの排出量の増加を防止するためには、θ≧30°が望ましい。
【0021】
しかし、傾き角度θは30°以上で、かつ、レイアウト上バルブ挟角αで決まるバルブシート面βの外端部η(図3参照)と干渉せずに肉厚を確保できる角度を上限とされる。
従って、本発明を適用すると、シリンダヘッド下面と燃料噴射弁の軸線とがなす傾き角度θを前記範囲内で大きくすることができるので、HCやスモーク等のエミッションの排出量を低減することもできる。
【0022】
次に、本発明に係る直噴火花点火式内燃機関の他の実施形態を、図6に基づいて説明する。
このものは、吸気マニホールド20のブランチ形状(分岐形状)を変更したもので、シリンダヘッド1側の独立した吸気ポート3の端面に合わされる2つのブランチ部20aを、図示しない燃料噴射弁及び該弁への燃料供給配管に干渉しないように途中で1つのブランチ部20cに合流させた三叉形状とし、これをコレクタ部20bに連通させる構成としたものである。
【0023】
すなわち、このような構成を採用することで、吸気マニホールドの分岐部の充分な断面積確保や吸気マニホールドの軽量化を図ると共に、周辺スペースの改善を図ることができる。
【0024】
また、本実施形態では、吸気弁及び排気弁を夫々2つずつ有する4弁式の内燃機関に適用したが、排気弁の数は2つに限らず、1つ或いは3つの排気弁を有する3弁式、5弁式等の内燃機関に適用することも可能である。
さらに、本発明は、直噴火花点火式内燃機関であれば、直列4気筒、直列6気筒、V型6気筒、V型8気筒等の任意の形式の内燃機関に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態の構成を示す底面図
【図2】 図1のA−A断面図
【図3】 図1のB−B断面図
【図4】 図1のC−C断面図
【図5】 図2のD−D断面図
【図6】 本発明の他の一実施形態を示す底面図
【図7】 本発明の効果及び従来技術の問題点を示す線図
【図8】 従来例を示す断面図
【符号の説明】
1 シリンダヘッド
2 燃焼室
3 吸気ポート
3a 吸気ポートセンタ
3b 両吸気ポート下面を結ぶ線
7 点火プラグ取付部
10 燃料噴射弁取付部
10a 燃料噴射弁取付部の中心線
20 吸気マニホールド
20a ブランチ部
20b コレクタ部
20c ブランチ部

Claims (4)

  1. 気筒毎に配設される2つの吸気弁と、各吸気弁に対応して設けられる独立した2つの吸気ポートと、燃焼室のピストン冠面と対向する壁面の略中央に配設される点火プラグと、前記燃焼室に噴孔を臨ませて燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、機関への吸入空気を分岐して前記吸気ポートに導入する吸気マニホールドと、を含んで構成される直噴火花点火式内燃機関において、
    前記2つの吸気ポートの上流側を略直線状に延びる形状としてその直線部分の軸線がシリンダヘッド下面に対して所定角度をなす面に沿うようにし、かつ、両吸気ポート相互の間隔が上流側に向かって拡がって延びるように形成すると共に、前記燃料噴射弁を、その噴孔が前記2つの吸気弁間で燃焼室外周の近傍に位置し、かつ、その軸線が前記シリンダヘッド下面に対して前記所定角度をなす面に沿い、かつ、相互の間隔が上流側に向かって拡がって延びる前記2つの吸気ポートの間に挟まれるように配設したことを特徴とする直噴火花点火式内燃機関。
  2. 前記吸気ポートに連通する吸気マニホールドの分岐形状を、各吸気ポート毎に独立としたことを特徴とする請求項1記載の直噴火花点火式内燃機関。
  3. 前記吸気ポートに連通する吸気マニホールドの分岐形状を、前記燃料噴射弁及び該弁への燃料供給配管との干渉を避けて、途中で分岐する三叉形状としたことを特徴とする請求項1記載の直噴火花点火式内燃機関。
  4. 前記所定角度を略30度以上90度以下としたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の直噴火花点火式内燃機関。
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