JP4125441B2

JP4125441B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP4125441B2
Application number: JP09136999A
Authority: JP
Inventors: 一紀菊池; 英俊高松; 周一石田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP2000282867A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，機関本体に，ピストンが嵌装されるシリンダボアと，このシリンダボアに連なる燃焼室とを形成した内燃機関に関し，特に燃焼室内のガスの圧縮圧力を高めて高出力を得るようにしたものゝ改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，内燃機関において，燃焼室内のガスの圧縮圧力を高めるためには，高価な過給ポンプを用いている（例えば，実開昭６２−１７５２３９号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の過給式内燃機関では，過給ポンプが高価なものであるため，全体がコスト高となるを免れない。
【０００４】
本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，特別な過給ポンプを用いず，簡単な構成で燃焼室内のガスの圧縮圧力のみならず温度をも高めることができ，しかもＥＧＲ効果をも発揮し得るようにして，コスト，出力性能，排気中のＮＯｘ低減等を満足させることができる内燃機関を提供することを目的とする。
【０００５】
【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，機関本体に，ピストンが嵌装されるシリンダボアと，このシリンダボアに連なる燃焼室と，この燃焼室に開口する吸気及び排気ポートとを形成し，これら吸気及び排気ポートを開閉する吸気及び排気弁と，これら吸気及び排気弁を開閉駆動するカム軸とを機関本体に取り付けた内燃機関において，機関本体に，前記燃焼室に蓄圧ポートを介して連通する蓄圧室を形成すると共に，前記蓄圧ポートを開閉する蓄圧弁を設け，この蓄圧弁を，機関の膨張行程で所定期間開弁し，また次の圧縮行程で所定期間開弁するように構成する一方，前記カム軸の軸方向で，このカム軸の一端側に該カム軸を駆動する調時伝達装置を配置し，他端側に前記蓄圧室と前記蓄圧弁とを配置したことを第１の特徴とする。
【０００６】
この第１の特徴によれば，機関の運転中，膨張行程で蓄圧弁が所定期間開弁すると，シリンダボア内の既燃焼ガスの一部が，それ自体の圧力により蓄圧ポートから蓄圧室に一時充填され，次いで排気行程及び吸気行程を経て圧縮行程に移り，蓄圧弁が所定期間開弁すると，これまで蓄圧室に蓄えられた既燃焼ガスが，それ自体の圧力をもって燃焼室に噴入することにより，燃焼室内のガスの圧縮圧力及び温度を一層高めることができる。その結果，上記ガスの燃焼により機関は高出力を発揮することになる。
【０００７】
またこのように圧縮圧力を高めるために，膨張行程時の既燃焼ガスを利用するので，特別な過給ポンプは不要となり，その構造は極めて簡単で安価に提供することができる。
【０００８】
さらに燃焼中には，混合気中に含まれる既燃焼ガスがＥＧＲ効果を発揮して，燃焼温度を適度に抑えるので，ＮＯｘの発生を極力少なくすることができ，したがって特別なＥＧＲ装置は不要となり，これによってコストの低減を更に図ることができる。
【０００９】
さらに，前記カム軸の軸方向一端側には該カム軸を駆動する調時伝達装置を配置し，他端側に蓄圧室と蓄圧弁とを配置できる。
【００１０】
また本発明は，上記特徴に加えて，前記蓄圧室には，前記蓄圧弁の閉弁中，該室に燃料を噴射する燃料噴射弁を設けたことを第２の特徴とする。
【００１１】
この第２の特徴によれば，蓄圧室に噴射された燃料は，比較的高温の既燃焼ガスに触れて加熱され，この加熱燃料を含む既燃焼ガスが圧縮行程で燃焼室内の圧縮空気中に噴入すると，加熱された混合気を生成することゝなるので，点火プラグによる点火時には良好な燃焼状態が得られ，出力の向上と燃費の低減に寄与し得る。
【００１２】
さらに本発明は，第１の特徴に加えて，前記蓄圧ポートに，圧縮行程で前記蓄圧弁が開弁したとき，該ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁を設けたことを第３の特徴とする。
【００１３】
この第３の特徴によれば，圧縮行程で蓄圧弁が開弁したとき，燃焼噴射弁が噴射した燃料は，蓄圧ポートから吐出される既燃焼ガスにより加熱されつゝ燃焼室へ確実に運ばれ，蓄圧室での燃料の残留を回避することができる。
【００１４】
さらにまた本発明は，第２又は第３の特徴に加えて，前記蓄圧ポートの燃焼室への開口端を，前記燃焼室に臨む点火プラグの電極に指向させたことを第４の特徴とする。
【００１５】
この第４の特徴によれば，圧縮行程では，既燃焼ガスと共に蓄圧ポートから吐出された燃料が点火プラグの電極周りに集中して，混合気を成層化し，この混合気も既燃焼ガスにより加熱されることゝ相俟って，点火プラグによる点火時には良好な燃焼状態が速やかに得られ，出力の向上と燃費の低減を同時に図ることができる。
【００１６】
さらに本発明は，第１の特徴に加えて，前記吸気及び排気弁を前記カム軸に直交する方向に配列し，前記蓄圧室と前記蓄圧弁とを，それぞれが前記カム軸の軸方向に延びるように配置したことを第５の特徴とする。
【００１７】
さらに本発明は，第１の特徴に加えて，前記機関本体における前記調時伝達装置の反対側となるカム軸の他端に，前記蓄圧弁を駆動する蓄圧カムを設けたことを第６の特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の一実施例に基づいて以下に説明する。
【００１９】
図１〜図３は本発明の第１実施例を示すもので，図１は内燃機関の縦断正面図，図２は図１の２−２線断面図，図３は同内燃機関の吸気弁，排気弁及び蓄圧弁の開閉タイミング線図である。また図４及び図５は本発明の第２実施例を示すもので，図４は内燃機関の縦断正面図，図５は同内燃機関の吸気弁，排気弁及び蓄圧弁の開閉タイミング線図である。
【００２０】
先ず，本発明の第１実施例の説明から始める。図１及び図２において，内燃機関Ｅの機関本体Ｅａは，クランクケース１０の上面にシリンダブロック１１を接合し，このシリンダブロック１１の上端面にシリンダヘッド１２を接合して構成され，クランクケース１０に支持されるクランク軸１３と，シリンダブロック１１のシリンダボア１１ａに嵌装されるピストン１４とがコンロッド２８を介して連結される。
【００２１】
シリンダヘッド１２は，シリンダブロック１１のシリンダボア１１ａに連なる燃焼室１２ａを有しており，この燃焼室１２ａの天井面中心部に電極１５ａを臨ませる点火プラグ１５がシリンダヘッド１２に螺着される。
【００２２】
またシリンダヘッド１２には，それぞれ燃焼室１２ａに開口する吸気ポート１６及び排気ポート１７が設けられると共に，これらポート１６，１７の燃焼室１２ａへの開口端に形成された弁座１８，１９と協働して，これら吸気及び排気ポート１６，１７を開閉する吸気及び排気弁２０，２１が取付けられる。これら吸気及び排気弁２０，２１は，それらの軸間が上方に向かって広がるようにＶ字状に配置され，これら吸気及び排気弁２０，２１の弁頭間に配置される共通の一本のカム軸２２がシリンダヘッド１２に支承される。そしてこのカム軸２２の吸気カム２２ａ及び排気カム２２ｂと，吸気弁２０及び排気弁２１とは吸気ロッカアーム２３及び排気ロッカアーム２４をそれぞれ介して連動連結される。また吸気及び排気弁２０，２１には，これらをそれぞれ閉弁方向に付勢する弁ばね２５，２６が装着される。
【００２３】
カム軸２２は，前記クランク軸１３から調時伝動装置２７を介して２分の１の減速比をもって駆動されるようになっている。
【００２４】
而して，吸気及び排気弁２０，２１は，吸気及び排気カム２２ａ，２２ｂ及び弁ばね２５，２６の協働により開閉されるもので，それらの開閉タイミングを図３に示す。
【００２５】
以上は，従来一般の内燃機関の構成と変わりがない。
【００２６】
図２において，さらにシリンダヘッド１２には，カム軸２２の軸方向一端側に該カム軸２２を駆動する調時伝達装置２７が配置され，他端側に蓄圧室３０と，該室３０を燃焼室１２ａと連通する蓄圧ポート３１とが設けられる。蓄圧ポート３１は，その燃焼室１２ａへの開口部が前記点火プラグ１５の電極１５ａを指向するように配置される。その開口部に形成された弁座３２と協働して蓄圧ポート３１を開閉する蓄圧弁３３がシリンダヘッド１２に取付けられ，この蓄圧弁３３は，その弁頭をカム軸２２の前記調時伝達装置２７の反対側となる他端側の端部に向けて配置される。カム軸２２の上記他端側の端部には，蓄圧カム２２ｃが形成されており，この蓄圧カム２２ｃが，シリンダヘッド１２に摺動自在に嵌合したカムフォロワ３４を介して蓄圧弁３３の弁頭に当接係合される。
【００２７】
図１，２から明らかなように，前記吸気及び排気弁２０，２１は前記カム軸２２に直交する方向に配列されると共に，前記蓄圧室３０と前記蓄圧弁３３とは，それぞれが前記カム軸２２の軸方向に延びるように配置される。
【００２８】
また蓄圧弁３３には，これを閉弁方向に付勢する弁ばね３５が装着される。蓄圧弁３３は，この弁ばね３５と蓄圧カム２２ｃとの協働により開閉されるもので，その開閉タイミングを図３に示す。
【００２９】
同図から明らかように，蓄圧弁３３は，膨張行程の後半において所定期間Ａだけ開弁され，また圧縮行程において所定期間Ｂだけ開弁される。
【００３０】
さらにシリンダヘッド１２には，蓄圧室３０に燃料を直接噴射し得る電磁式燃料噴射弁３６が取付けられる。この燃料噴射弁３６の燃料噴射時間Ｃは，図３に示すように，蓄圧弁３３の閉弁中，望ましくは排気行程時に設定される。
【００３１】
次に，この実施例の作用について説明する。
【００３２】
機関Ｅの運転中，膨張行程が後半になって，蓄圧弁３３が所定期間Ａ開弁すると，その期間Ａ中にシリンダボア１１ａ内の既燃焼ガスの一部が，それ自体の圧力により蓄圧ポート３１から蓄圧室３０に充填される。次いで排気行程に移ると，燃料噴射弁３６が所定時間Ｃ作動されて，蓄圧室３０に，機関の運転状況に応じた量の燃料が直接噴射される。そしてこの燃料は，比較的高温の既燃焼ガスに触れて加熱され，気化状態となる。
【００３３】
その後，排気行程を経て吸気行程に移ると，ピストン１４の下降に伴い吸気ポート１６からシリンダボア１１ａ内に空気が吸入され，次いで圧縮行程に移ると，蓄圧弁３３が所定期間Ｂ開弁するので，これまで蓄圧室３０に蓄えられた既燃焼ガスが，それ自体の圧力をもって気化状態の燃料と共に蓄圧ポート３１から燃焼室１２ａ内の圧縮空気中に噴入して，気化状態の燃料を含む混合気を生成すると共に，その混合気の圧縮圧力及び温度をより高めることができる。その結果，上記混合気の燃焼により，機関Ｅは高出力を発揮することになる。
【００３４】
またその際，気化状態の燃料を含む既燃焼ガスは，点火プラグ１５の電極１５ａに向けられ，その周りに集中することにより，Ａ／Ｆが外側に行くに従い希薄となるように混合気が成層化され，この混合気中の燃料が既に気化状態となっていることゝ相俟って，点火プラグ１５の点火時には良好な燃焼状態が得られ，膨張行程が速やかに進行し，出力の向上と同時に燃費の低減を図ることができる。
【００３５】
さらに燃焼中には，混合気中に含まれる既燃焼ガスはＥＧＲ効果を生じて，燃焼温度を適度に抑えるので，ＮＯｘの発生を極力少なくすることができる。したがって専用のＥＧＲ装置が不要となる。
【００３６】
この膨張行程が後半になると，蓄圧弁３３が所定期間Ａ開弁して，シリンダボア１１ａ内の既燃焼ガスの一部が蓄圧室３０に再び充填され，以後，同様の作用が繰り返される。
【００３７】
ところで，燃焼室１２ａ内のガスの圧縮圧力を高めるために，膨張行程時の既燃焼ガスを利用するので，特別な過給ポンプは不要であり，機関Ｅ全体のコスト増は少なくて済む。
【００３８】
また蓄圧弁３３が閉じた直後の排気行程で燃料噴射を行うと，次に蓄圧弁３３が開く圧縮行程までの時間を充分に確保できるから，蓄圧室３０で噴射燃料を充分に気化させることができて，有利である。またこのように蓄圧弁３３の長い閉弁期間中，蓄圧室３０に燃料を直接噴射する場合には，その噴射時間Ｃを充分に取ることができるから，圧縮行程の終期に燃焼室に燃料を瞬時に直接噴射する一般の筒内噴射に比して，噴射圧力を下げることが可能となり，燃料噴射弁３６を含む燃料供給系の構成の簡素化，延いてはコストの低減を図ることができる。
【００３９】
次に，図４及び図５により，本発明の第２実施例について説明する。
【００４０】
この第２実施例では，蓄圧ポート３１に燃料を噴射し得る電磁式燃料噴射弁３６がシリンダヘッド１２に取付けられ，この燃料噴射弁３６の燃料噴射時期及び期間Ｃは，圧縮行程における蓄圧弁３３の開弁時期及び期間Ｂと略一致するように設定される。
【００４１】
その他の構成は前記第１実施例と同様であるので，図中，第１実施例と対応する部分には同一の参照符号を付して，その説明を省略する。
【００４２】
この第２実施例によれば，圧縮行程で蓄圧弁３３が開弁したとき，燃焼噴射弁３６が蓄圧ポート３１に噴射した燃料は，蓄圧ポート３１から吐出される既燃焼ガスにより加熱されつゝ燃焼室１２ａへ確実に運ばれ，蓄圧室３０での燃料の残留を回避することができる。そして，この場合も加熱燃料を含む既燃焼ガスが燃焼室１２ａ内の圧縮空気中に噴入すると，加熱された混合気を生成することゝなるので，点火プラグ１５による点火時には良好な燃焼状態が得られ，出力の向上と燃費の低減を図ることができる。
【００４３】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，上記実施例に加えて，吸気ポート１６に電磁式燃料噴射弁を設け，吸気ポート１６からシリンダボア１１ａに希薄混合気を供給するようにしてもよい。また吸気ポート１６からシリンダボア１１ａに通常の混合気を供給して，蓄圧室３０の燃料噴射弁３６を廃止することもできる。さらに本発明は二サイクル機関に適用することもできる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明の第１の特徴によれば，機関本体に，燃焼室に蓄圧ポートを介して連通する蓄圧室を形成すると共に，前記蓄圧ポートを開閉する蓄圧弁を設け，この蓄圧弁を，機関の膨張行程で所定期間開弁し，また次の圧縮行程で所定期間開弁するように構成する一方，カム軸の軸方向で，このカム軸の一端側に該カム軸を駆動する調時伝達装置を配置し，他端側に前記蓄圧室と前記蓄圧弁とを配置したので，膨張行程で蓄圧室に一時取り入れた既燃焼ガスを圧縮行程で燃焼室に噴入することにより，燃焼室内のガスの圧縮圧力及び温度をより高め，機関出力の向上を図ることができる。しかも高価な過給ポンプを不要とするので安価に提供することができる。その上，混合気中に含まれる既燃焼ガスがＥＧＲ効果を発揮するので，特別なＥＧＲ装置に依存することなくＮＯｘの発生を極力少なくすることができ，コストの低減を更に図ることができる。
【００４５】
さらに，前記カム軸の軸方向一端側には該カム軸を駆動する調時伝達装置を配置し，他端側に蓄圧室と蓄圧弁とを配置できる。
【００４６】
また本発明の第２の特徴によれば，前記蓄圧室には，前記蓄圧弁の閉弁中，該室に燃料を噴射する燃料噴射弁を設けたので，蓄圧室に噴射された燃料を既燃焼ガスにより加熱し，これを圧縮空気に噴入することにより加熱した混合気を生成することができ，したがって点火プラグの点火時に良好な燃焼状態を得て，出力の向上を図ることができる。
【００４７】
さらに本発明の第３の特徴によれば，前記蓄圧ポートに，圧縮行程で前記蓄圧弁が開弁したとき，該ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁を設けたので，圧縮行程で蓄圧弁が開弁したとき，燃焼噴射弁が噴射した燃料は，蓄圧ポートから吐出される既燃焼ガスにより加熱されつゝ燃焼室へ確実に運ばれ，蓄圧室での燃料の残留を回避することができる。
【００４８】
さらにまた本発明の第４の特徴によれば，前記蓄圧ポートの燃焼室への開口端を，前記燃焼室に臨む点火プラグの電極に指向させたので，加熱燃料を含む既燃焼ガスが点火プラグの電極周りに集中して，混合気が成層化され，この混合気も既燃焼ガスにより加熱されることゝ相俟って，点火時には良好な燃焼状態が速やかに得られ，出力の向上と燃費の低減を同時に図ることができる。
【００４９】
さらにまた本発明の第５の特徴によれば，前記吸気及び排気弁を前記カム軸に直交する方向に配列し，前記蓄圧室と前記蓄圧弁とを，それぞれが前記カム軸の軸方向に延びるように配置される。
【００５０】
さらにまた本発明の第６の特徴によれば，前記機関本体における前記調時伝達装置の反対側となるカム軸の他端に，前記蓄圧弁を駆動する蓄圧カムが設けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る内燃機関の縦断正面図。
【図２】図１の２−２線断面図。
【図３】同内燃機関の吸気弁，排気弁及び蓄圧弁の開閉タイミング線図。
【図４】本発明の第２実施例に係る内燃機関の縦断正面図。
【図５】同内燃機関の吸気弁，排気弁及び蓄圧弁の開閉タイミング線図。
【符号の説明】
Ａ・・・・・・膨張行程での蓄圧弁の開弁期間
Ｂ・・・・・・圧縮行程での蓄圧弁の開弁期間
Ｃ・・・・・・燃料噴射弁の燃料噴射時間
Ｅ・・・・・・内燃機関
Ｅａ・・・・・機関本体
１１ａ・・・・シリンダボア
１２ａ・・・・燃焼室
１４・・・・・ピストン
１５・・・・・点火プラグ
１５ａ・・・・電極
３０・・・・・蓄圧室
３１・・・・・蓄圧ポート
３３・・・・・蓄圧弁
３６・・・・・燃料噴射弁

Claims

機関本体（Ｅａ）に，ピストン（１４）が嵌装されるシリンダボア（１１ａ）と，このシリンダボア（１１ａ）に連なる燃焼室（１２ａ）と，この燃焼室（１２ａ）に開口する吸気及び排気ポート（１６，１７）とを形成し，これら吸気及び排気ポート（１６，１７）を開閉する吸気及び排気弁（２０，２１）と，これら吸気及び排気弁（２０，２１）を開閉駆動するカム軸（２２）とを機関本体（Ｅａ）に取り付けた内燃機関において，
機関本体（Ｅａ）に，前記燃焼室（１２ａ）に蓄圧ポート（３１）を介して連通する蓄圧室（３０）を形成すると共に，前記蓄圧ポート（３１）を開閉する蓄圧弁（３３）を設け，この蓄圧弁（３３）を，機関の膨張行程で所定期間（Ａ）開弁し，また次の圧縮行程で所定期間（Ｂ）開弁するように構成する一方，
前記カム軸（２２）の軸方向で，このカム軸（２２）の一端側に該カム軸（２２）を駆動する調時伝達装置（２７）を配置し，他端側に前記蓄圧室（３０）と前記蓄圧弁（３３）とを配置したことを特徴とする内燃機関。
請求項１記載の内燃機関において，
前記蓄圧室（３０）には，前記蓄圧弁（３３）の閉弁中，該室（３０）に燃料を噴射する燃料噴射弁（３６）を設けたことを特徴とする内燃機関。
請求項１記載の内燃機関において，
前記蓄圧ポート（３１）に，圧縮行程時，前記蓄圧弁（３３）の開弁中に該ポート（３１）に燃料を噴射する燃料噴射弁（３６）を設けたことを特徴とする内燃機関。
請求項２又は３記載の内燃機関において，
前記蓄圧ポート（３１）の燃焼室（１２ａ）への開口端を，前記燃焼室（１２ａ）に臨む点火プラグ（１５）の電極（１５ａ）に指向させたことを特徴とする内燃機関。
請求項１記載の内燃機関において，
前記吸気及び排気弁（２０，２１）を前記カム軸（２２）に直交する方向に配列し，前記蓄圧室（３０）と前記蓄圧弁（３３）とを，それぞれが前記カム軸（２２）の軸方向に延びるように配置したことを特徴とする内燃機関。
請求項１記載の内燃機関において，
前記機関本体（Ｅａ）における前記調時伝達装置（２７）の反対側となるカム軸（２２）の他端に，前記蓄圧弁（３３）を駆動する蓄圧カム（２３ｃ）を設けたことを特徴とする内燃機関。