JP2000282902A - 筒内燃料噴射型火花点火式内燃機関の運転制御方法 - Google Patents
筒内燃料噴射型火花点火式内燃機関の運転制御方法Info
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/12—Other methods of operation
- F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 始動時における燃料液滴の気化を促進し、素
早く可燃混合気を形成して、その始動性を向上させるこ
と。 【解決手段】 燃焼室７に燃料を噴射する燃料噴射弁１
を備えた筒内燃料噴射型火花点火式内燃機関において、
始動時にピストン５が吸気上死点位置から下死点に向か
う吸気行程で排気弁を閉じたまま、吸気弁９が開く時期
をピストン５の下降開始後とし、燃料の燃焼室７への噴
射を吸気弁９が開く前に開始するようにするものであっ
て、前記吸気弁９が開く時期をピストン５がストローク
の１／１０以上下降したのち、もしくは吸気上死点後３
０°クランク角以降とした筒内燃料噴射型火花点火式内
燃機関の運転制御方法である。
早く可燃混合気を形成して、その始動性を向上させるこ
と。 【解決手段】 燃焼室７に燃料を噴射する燃料噴射弁１
を備えた筒内燃料噴射型火花点火式内燃機関において、
始動時にピストン５が吸気上死点位置から下死点に向か
う吸気行程で排気弁を閉じたまま、吸気弁９が開く時期
をピストン５の下降開始後とし、燃料の燃焼室７への噴
射を吸気弁９が開く前に開始するようにするものであっ
て、前記吸気弁９が開く時期をピストン５がストローク
の１／１０以上下降したのち、もしくは吸気上死点後３
０°クランク角以降とした筒内燃料噴射型火花点火式内
燃機関の運転制御方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室に燃料を噴
射する燃料噴射弁を備えた筒内燃料噴射型火花点火式内
燃機関における運転制御方法に関する。
射する燃料噴射弁を備えた筒内燃料噴射型火花点火式内
燃機関における運転制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の火花点火機関は、キャブレタもし
くは噴射弁により燃料を吸気管に供給し、予め吸気と混
合させて、シリンダ内に吸入、点火、燃焼させる予混合
方式が主流である。そして混合気は、可燃範囲の濃度に
調整されるため、負荷の調整は吸入空気量を制御する。
すなわちスロットル弁を使うのが普通である。
くは噴射弁により燃料を吸気管に供給し、予め吸気と混
合させて、シリンダ内に吸入、点火、燃焼させる予混合
方式が主流である。そして混合気は、可燃範囲の濃度に
調整されるため、負荷の調整は吸入空気量を制御する。
すなわちスロットル弁を使うのが普通である。
【０００３】そのため、ガス交換過程で仕事が必要にな
り、部分負荷の使用頻度の高い、例えば自動車用機関な
どでは燃費が悪い。また、可燃範囲に調整された混合気
の比熱比は小さく熱効率的に不利である。
り、部分負荷の使用頻度の高い、例えば自動車用機関な
どでは燃費が悪い。また、可燃範囲に調整された混合気
の比熱比は小さく熱効率的に不利である。
【０００４】これに対して、空気を吸入し、燃料を直接
筒内に噴射して点火、燃焼させる筒内直接噴射方式が従
来提案されている。これは、低負荷では圧縮行程末期に
燃料を噴射し、点火プラグに燃料を集めて燃焼させ、高
負荷時には吸気行程で燃料を噴射し、燃料と空気をよく
混合させて点火燃焼させる方式である。
筒内に噴射して点火、燃焼させる筒内直接噴射方式が従
来提案されている。これは、低負荷では圧縮行程末期に
燃料を噴射し、点火プラグに燃料を集めて燃焼させ、高
負荷時には吸気行程で燃料を噴射し、燃料と空気をよく
混合させて点火燃焼させる方式である。
【０００５】この場合、負荷の調整は、燃料噴射量のみ
で行えるため、ガス交換過程での仕事が不要となり、部
分負荷においても燃費がよい。また、空気の比率が高い
ため、比熱比も大きく、熱効率が高い。
で行えるため、ガス交換過程での仕事が不要となり、部
分負荷においても燃費がよい。また、空気の比率が高い
ため、比熱比も大きく、熱効率が高い。
【０００６】上記従来の方式は、こうした燃焼方式を容
易に実現するために、シリンダのほぼ中心位置に点火プ
ラグおよびピストン頂面に略凹形状のキャビティを配置
するとともに、燃料噴射弁をシリンダから離れた位置で
かつシリンダの中心軸に対して傾斜して配置し、キャビ
ティに向けて略扇状の噴霧を噴射するものである。
易に実現するために、シリンダのほぼ中心位置に点火プ
ラグおよびピストン頂面に略凹形状のキャビティを配置
するとともに、燃料噴射弁をシリンダから離れた位置で
かつシリンダの中心軸に対して傾斜して配置し、キャビ
ティに向けて略扇状の噴霧を噴射するものである。
【０００７】また従来の火花点火式燃焼方法および内燃
機関（特開平９−１５８７３６）は、図７に示されるよ
うに始動時、圧縮行程後半に燃料噴射弁Ｉからキャビテ
ィＣに向けて燃料を噴射すると、燃焼室の壁温が低いた
め、壁面に衝突する噴霧は、その多くが付着し液膜を形
成するが、壁面からの熱授受による気化は期待できず、
適正混合気の形成が難しい。また、始動時は定常時に比
べ燃料噴射圧が低く、微粒化が十分に進まず噴霧粒径が
大きくなりその気化、混合に時間を要する。このため始
動時においては、燃料噴射時期を早め、吸気行程に噴射
を行うものであった。
機関（特開平９−１５８７３６）は、図７に示されるよ
うに始動時、圧縮行程後半に燃料噴射弁Ｉからキャビテ
ィＣに向けて燃料を噴射すると、燃焼室の壁温が低いた
め、壁面に衝突する噴霧は、その多くが付着し液膜を形
成するが、壁面からの熱授受による気化は期待できず、
適正混合気の形成が難しい。また、始動時は定常時に比
べ燃料噴射圧が低く、微粒化が十分に進まず噴霧粒径が
大きくなりその気化、混合に時間を要する。このため始
動時においては、燃料噴射時期を早め、吸気行程に噴射
を行うものであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の筒内直接噴
射方式の内燃機関では、適正な混合気を形成するため
に、低負荷では圧縮行程後半にピストンに設けた略凹形
キャビティＣの中に燃料を噴射し、キャビティＣの壁を
ガイドとしてプラグまわりに混合気を集め、高負荷では
燃料噴射時期を早め、噴霧を分散させるものである。
射方式の内燃機関では、適正な混合気を形成するため
に、低負荷では圧縮行程後半にピストンに設けた略凹形
キャビティＣの中に燃料を噴射し、キャビティＣの壁を
ガイドとしてプラグまわりに混合気を集め、高負荷では
燃料噴射時期を早め、噴霧を分散させるものである。
【０００９】上記内燃機関ではディーゼルとは異なり、
主として点火プラグからの火炎伝播により燃焼が進行す
るため、理論空燃比に近い混合気を準備する必要があ
る。始動時において、圧縮行程後半にキャビティに向け
て燃料を噴射すると、燃焼室壁温が低いため、壁面に衝
突する噴霧はその多くが付着し液膜を形成するが、壁面
からの熱授受による気化は期待できず、適正な混合気形
成ができないという問題があった。
主として点火プラグからの火炎伝播により燃焼が進行す
るため、理論空燃比に近い混合気を準備する必要があ
る。始動時において、圧縮行程後半にキャビティに向け
て燃料を噴射すると、燃焼室壁温が低いため、壁面に衝
突する噴霧はその多くが付着し液膜を形成するが、壁面
からの熱授受による気化は期待できず、適正な混合気形
成ができないという問題があった。
【００１０】また始動時は、定常時に比べ燃料噴射圧が
低く、微粒化が進まず噴霧粒径が大きくなり気化、混合
に時間がかかる。このため、従来は始動時において燃料
噴射時期を早め、吸気行程に噴射を行っている。しか
し、冷間時は吸入空気温度も低いため、より一層の気化
促進が望まれていた。
低く、微粒化が進まず噴霧粒径が大きくなり気化、混合
に時間がかかる。このため、従来は始動時において燃料
噴射時期を早め、吸気行程に噴射を行っている。しか
し、冷間時は吸入空気温度も低いため、より一層の気化
促進が望まれていた。
【００１１】そこで本発明者は、燃焼室に燃料を噴射す
る燃料噴射弁を備えた筒内燃料噴射型火花点火式内燃機
関において、始動時に前記吸気弁を開く時期を遅らせる
ことにより、外気による圧縮仕事を利用することによっ
て、筒内温度を上昇させ、燃料の気化を促進して、素早
い混合気形成を可能にするという本発明の運転形態の技
術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、始動時
における燃料液滴の気化を促進し、素早く可燃混合気を
形成して、その始動性を向上させるという目的を達成す
る本発明に到達した。
る燃料噴射弁を備えた筒内燃料噴射型火花点火式内燃機
関において、始動時に前記吸気弁を開く時期を遅らせる
ことにより、外気による圧縮仕事を利用することによっ
て、筒内温度を上昇させ、燃料の気化を促進して、素早
い混合気形成を可能にするという本発明の運転形態の技
術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、始動時
における燃料液滴の気化を促進し、素早く可燃混合気を
形成して、その始動性を向上させるという目的を達成す
る本発明に到達した。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記載
の第１発明）の筒内燃料噴射型火花点火式内燃機関の運
転制御方法は、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁を備
えた筒内燃料噴射型火花点火式内燃機関において、始動
時、ピストンが吸気上死点位置から下死点に向かう吸気
行程で排気弁を閉じたまま、吸気弁が開く時期をピスト
ンの下降開始後とし、燃料の燃焼室への噴射を吸気弁が
開く前に開始するようにしたものである。
の第１発明）の筒内燃料噴射型火花点火式内燃機関の運
転制御方法は、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁を備
えた筒内燃料噴射型火花点火式内燃機関において、始動
時、ピストンが吸気上死点位置から下死点に向かう吸気
行程で排気弁を閉じたまま、吸気弁が開く時期をピスト
ンの下降開始後とし、燃料の燃焼室への噴射を吸気弁が
開く前に開始するようにしたものである。
【００１３】本発明（請求項２に記載の第２発明）の筒
内燃料噴射型火花点火式内燃機関の運転制御方法は、前
記第１発明において、吸気弁が開く時期をピストンがス
トロークの１／１０以上下降したのち、もしくは吸気上
死点後３０°クランク角以降としたものである。
内燃料噴射型火花点火式内燃機関の運転制御方法は、前
記第１発明において、吸気弁が開く時期をピストンがス
トロークの１／１０以上下降したのち、もしくは吸気上
死点後３０°クランク角以降としたものである。
【００１４】
【発明の作用および効果】上記構成より成る第１発明の
筒内燃料噴射型火花点火式内燃機関の運転制御方法は、
始動時においてピストンが吸気上死点位置から下死点に
向かう吸気行程で排気弁を閉じたまま、吸気弁が開く時
期をピストンの下降開始後とし、燃料の燃焼室への噴射
を吸気弁が開く前に開始するようにしたので、前記吸気
弁を開く時期を遅らせることにより、燃料中の低沸点成
分の減圧沸騰を利用した燃料の気化、微粒化の促進およ
び外気による圧縮仕事を利用することによって、筒内温
度を上昇させ、燃料の気化を促進して、素早い混合気形
成を可能にし、始動性を向上させるという効果を奏す
る。
筒内燃料噴射型火花点火式内燃機関の運転制御方法は、
始動時においてピストンが吸気上死点位置から下死点に
向かう吸気行程で排気弁を閉じたまま、吸気弁が開く時
期をピストンの下降開始後とし、燃料の燃焼室への噴射
を吸気弁が開く前に開始するようにしたので、前記吸気
弁を開く時期を遅らせることにより、燃料中の低沸点成
分の減圧沸騰を利用した燃料の気化、微粒化の促進およ
び外気による圧縮仕事を利用することによって、筒内温
度を上昇させ、燃料の気化を促進して、素早い混合気形
成を可能にし、始動性を向上させるという効果を奏す
る。
【００１５】上記構成より成る第２発明の筒内燃料噴射
型火花点火式内燃機関の運転制御方法は、前記第１発明
において、吸気弁が開く時期をピストンがストロークの
１／１０以上下降したのち、もしくは吸気上死点後３０
°クランク角以降としたので、前記吸気弁を開く時期を
遅らせることにより、外気による圧縮仕事を利用するこ
とによって、筒内温度を上昇させ、燃料の気化を促進し
て、素早い混合気形成を可能にし、始動性を向上させる
という効果を奏する。
型火花点火式内燃機関の運転制御方法は、前記第１発明
において、吸気弁が開く時期をピストンがストロークの
１／１０以上下降したのち、もしくは吸気上死点後３０
°クランク角以降としたので、前記吸気弁を開く時期を
遅らせることにより、外気による圧縮仕事を利用するこ
とによって、筒内温度を上昇させ、燃料の気化を促進し
て、素早い混合気形成を可能にし、始動性を向上させる
という効果を奏する。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につき、
図面を用いて説明する。
図面を用いて説明する。
【００１７】（第１実施形態）本第１実施形態の筒内燃
料噴射型火花点火式内燃機関の運転制御方法は、燃焼室
に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた筒内燃料噴射型火
花点火式内燃機関において、始動時にピストン５が吸気
上死点位置から下死点に向かう吸気行程で排気弁を閉じ
たまま、吸気弁９が開く時期をピストン５の下降開始後
とし、燃料の燃焼室７への噴射を吸気弁９が開く前に開
始するようにするものであって、前記吸気弁９が開く時
期をピストン５がストロークの１／１０以上下降したの
ち、もしくは吸気上死点後３０°クランク角以降とした
ものである。
料噴射型火花点火式内燃機関の運転制御方法は、燃焼室
に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた筒内燃料噴射型火
花点火式内燃機関において、始動時にピストン５が吸気
上死点位置から下死点に向かう吸気行程で排気弁を閉じ
たまま、吸気弁９が開く時期をピストン５の下降開始後
とし、燃料の燃焼室７への噴射を吸気弁９が開く前に開
始するようにするものであって、前記吸気弁９が開く時
期をピストン５がストロークの１／１０以上下降したの
ち、もしくは吸気上死点後３０°クランク角以降とした
ものである。
【００１８】本第１実施形態における筒内噴射式火花点
火機関は、図１および図２に示されるようにシリンダヘ
ッド３に、吸入空気が吸入される吸気ポート８と該吸気
ポート８を開閉する吸気弁９および図示しない排気を排
出する排気ポートと、該排気ポートを開閉する排気弁と
点火プラグ２および燃料噴射弁１を備えている。
火機関は、図１および図２に示されるようにシリンダヘ
ッド３に、吸入空気が吸入される吸気ポート８と該吸気
ポート８を開閉する吸気弁９および図示しない排気を排
出する排気ポートと、該排気ポートを開閉する排気弁と
点火プラグ２および燃料噴射弁１を備えている。
【００１９】本第１実施形態における筒内噴射式火花点
火機関は、上述した構成要素を備えたシリンダヘッド３
と、該シリンダヘッド３に対向して下方に配設されたシ
リンダ４と、該シリンダ４に対して往復動可能に介挿さ
れたピストン５で構成されている。
火機関は、上述した構成要素を備えたシリンダヘッド３
と、該シリンダヘッド３に対向して下方に配設されたシ
リンダ４と、該シリンダ４に対して往復動可能に介挿さ
れたピストン５で構成されている。
【００２０】前記ピストン５の頂面には略凹状のキャビ
ティ６が設けられ、燃焼室を形成している。前記燃料噴
射弁１は、前記シリンダヘッド３の吸気弁９側にノズル
先端１ａが略シリンダ中心軸に向かうよう傾斜して取り
付けられている。
ティ６が設けられ、燃焼室を形成している。前記燃料噴
射弁１は、前記シリンダヘッド３の吸気弁９側にノズル
先端１ａが略シリンダ中心軸に向かうよう傾斜して取り
付けられている。
【００２１】上記構成の本第１実施形態における筒内噴
射式火花点火機関では、その始動時において、前記ピス
トン５が吸気上死点位置から下死点に向かう吸気行程
で、前記燃料噴射弁１の噴孔から、噴霧７中心が直接点
火プラグやシリンダ壁に当たらぬようにやや下方に傾斜
して燃焼室に噴射される。
射式火花点火機関では、その始動時において、前記ピス
トン５が吸気上死点位置から下死点に向かう吸気行程
で、前記燃料噴射弁１の噴孔から、噴霧７中心が直接点
火プラグやシリンダ壁に当たらぬようにやや下方に傾斜
して燃焼室に噴射される。
【００２２】この始動時の吸気行程において、前記排気
バルブは閉じたままで、前記吸気バルブ９が開く時期
を、吸気行程の中盤以降に遅らせる。エンジンによって
異なるが、前記吸気バルブ９が開くタイミングは、前記
ピストン５が上死点よりおおよそ行程の１／１０以上下
降した後、もしくは吸気上死点後３０°クランク角以降
とし、それ以前に燃料噴射は開始される。
バルブは閉じたままで、前記吸気バルブ９が開く時期
を、吸気行程の中盤以降に遅らせる。エンジンによって
異なるが、前記吸気バルブ９が開くタイミングは、前記
ピストン５が上死点よりおおよそ行程の１／１０以上下
降した後、もしくは吸気上死点後３０°クランク角以降
とし、それ以前に燃料噴射は開始される。
【００２３】その後、新気の吸入を素早く終え、圧縮行
程では、前記ピストン５の上昇とともに燃焼室内の空気
が圧縮され、温度が上昇するとともに、噴霧液滴が気
化、混合し、圧縮上死点前には可燃混合気が点火プラグ
付近にできる。点火プラグにより点火された火炎は主と
して火炎伝播により燃焼する。
程では、前記ピストン５の上昇とともに燃焼室内の空気
が圧縮され、温度が上昇するとともに、噴霧液滴が気
化、混合し、圧縮上死点前には可燃混合気が点火プラグ
付近にできる。点火プラグにより点火された火炎は主と
して火炎伝播により燃焼する。
【００２４】以上の過程において、まず吸入行程のはじ
めでは前記吸気弁９も排気弁も閉じられたままである。
このため、前記ピストン５の下降に伴い燃焼室内の空気
はほぼ断熱膨張され、図３に示されるように圧力が下が
る。燃料噴射の開始時期には、まだ前記吸気弁９は開い
ていないため、前記燃焼室内は減圧状態にある。燃焼室
内圧力が、燃料の飽和蒸気圧よりも低くなる条件で燃料
を噴射すれば、減圧沸騰を生じ、その一部が瞬時に気化
する。
めでは前記吸気弁９も排気弁も閉じられたままである。
このため、前記ピストン５の下降に伴い燃焼室内の空気
はほぼ断熱膨張され、図３に示されるように圧力が下が
る。燃料噴射の開始時期には、まだ前記吸気弁９は開い
ていないため、前記燃焼室内は減圧状態にある。燃焼室
内圧力が、燃料の飽和蒸気圧よりも低くなる条件で燃料
を噴射すれば、減圧沸騰を生じ、その一部が瞬時に気化
する。
【００２５】例えば、燃料をガソリンとすれば、比較的
沸点の低い成分を多く含むため、その飽和蒸気圧は大気
圧と比べても１桁以上小さくなることはなく、比較的容
易に減圧沸騰条件となる。
沸点の低い成分を多く含むため、その飽和蒸気圧は大気
圧と比べても１桁以上小さくなることはなく、比較的容
易に減圧沸騰条件となる。
【００２６】この断熱膨張過程では、前記燃焼室内の空
気温度も低下するが、燃料の飽和蒸気圧は、燃料液滴内
の温度によるため、減圧沸騰条件への影響はほとんどな
い。ただし、減圧沸騰による気化は、燃料中の一部の低
沸点成分に限られる。
気温度も低下するが、燃料の飽和蒸気圧は、燃料液滴内
の温度によるため、減圧沸騰条件への影響はほとんどな
い。ただし、減圧沸騰による気化は、燃料中の一部の低
沸点成分に限られる。
【００２７】なぜなら、低沸点成分の気化とともに燃料
中には比較的高沸点の成分が残されること、また潜熱に
より燃料温度が低下することにより、燃料の飽和蒸気圧
も低下するため減圧沸騰条件は持続しなくなるからであ
る。
中には比較的高沸点の成分が残されること、また潜熱に
より燃料温度が低下することにより、燃料の飽和蒸気圧
も低下するため減圧沸騰条件は持続しなくなるからであ
る。
【００２８】しかし、このときの気化は、液滴表面から
ではなく、液滴内部より瞬時に生ずるために、液滴内部
の気泡生成に伴い、液滴が分裂し微粒化される。このた
め、その後の気化、混合気形成が促進されることにな
る。
ではなく、液滴内部より瞬時に生ずるために、液滴内部
の気泡生成に伴い、液滴が分裂し微粒化される。このた
め、その後の気化、混合気形成が促進されることにな
る。
【００２９】さらに、前記吸気弁９を開いた後は、前記
燃焼室内の空気は、外気との間に圧力差を生じているた
めに、外気から仕事を受け断熱圧縮される。また、吸入
される新気は、前記吸気弁９で絞りを受けるために、等
温膨張して燃焼室内に導かれ、既に前記燃焼室内に存在
する空気と混合するとともに、外気より圧縮仕事を受け
る。
燃焼室内の空気は、外気との間に圧力差を生じているた
めに、外気から仕事を受け断熱圧縮される。また、吸入
される新気は、前記吸気弁９で絞りを受けるために、等
温膨張して燃焼室内に導かれ、既に前記燃焼室内に存在
する空気と混合するとともに、外気より圧縮仕事を受け
る。
【００３０】以上の吸入行程において、前記燃焼室内の
空気は、前記吸気弁９を開くまでの膨張過程で、外部に
対して仕事Ｗ1 をなしているが、この過程では図３に示
されるように圧力が低下する。
空気は、前記吸気弁９を開くまでの膨張過程で、外部に
対して仕事Ｗ1 をなしているが、この過程では図３に示
されるように圧力が低下する。
【００３１】一方、吸気弁を開いてから新気を吸入する
際に外気が前記燃焼室内の空気に対してなす仕事Ｗ2 は
大気圧による仕事である。仕事の大きさは圧力と体積変
化の積で表されるため、Ｗ2 は必ずＷ1 よりも大きくな
る。このため、Ｗ2 とＷ1 の差に相当する熱量分だけ前
記燃焼室内の温度が上昇する。
際に外気が前記燃焼室内の空気に対してなす仕事Ｗ2 は
大気圧による仕事である。仕事の大きさは圧力と体積変
化の積で表されるため、Ｗ2 は必ずＷ1 よりも大きくな
る。このため、Ｗ2 とＷ1 の差に相当する熱量分だけ前
記燃焼室内の温度が上昇する。
【００３２】さらに吸気弁９を開く時期に対する吸入終
わりにおける筒内温度Ｔ3 は、図５に示されるように変
化する。
わりにおける筒内温度Ｔ3 は、図５に示されるように変
化する。
【００３３】以上の状態変化について、図４および数１
ないし数７を用いてさらに説明する。なお、κは比熱比
であり、ＣV は定容比熱である。
ないし数７を用いてさらに説明する。なお、κは比熱比
であり、ＣV は定容比熱である。
【００３４】すなわち吸入行程のはじめの状態（１）で
は前記吸気弁９も排気弁も閉じられたままであるので、
前記吸気弁９の上流には圧力ｐ1 、温度Ｔ1 、体積ｖ0
、質量ｍ0 の新気、シリンダー内には圧力ｐ1 、温度
Ｔ1 、体積ｖ1 、質量ｍ1 の空気が存在する。
は前記吸気弁９も排気弁も閉じられたままであるので、
前記吸気弁９の上流には圧力ｐ1 、温度Ｔ1 、体積ｖ0
、質量ｍ0 の新気、シリンダー内には圧力ｐ1 、温度
Ｔ1 、体積ｖ1 、質量ｍ1 の空気が存在する。
【００３５】次に前記ピストン５が下降した状態（２）
では、前記吸気弁９の上流には圧力ｐ1 、温度Ｔ1 、体
積ｖ0 、質量ｍ0 の新気はそのままであるが、シリンダ
ー内においては前記ピストン５の下降に伴い断熱膨張さ
れた前記燃焼室内の空気は圧力ｐ2 、温度Ｔ2 、体積ｖ
2 、質量ｍ1 となる。
では、前記吸気弁９の上流には圧力ｐ1 、温度Ｔ1 、体
積ｖ0 、質量ｍ0 の新気はそのままであるが、シリンダ
ー内においては前記ピストン５の下降に伴い断熱膨張さ
れた前記燃焼室内の空気は圧力ｐ2 、温度Ｔ2 、体積ｖ
2 、質量ｍ1 となる。
【００３６】断熱膨張された前記燃焼室内の空気の前記
圧力ｐ2 および温度Ｔ2 は、数１および数２で表され
る。
圧力ｐ2 および温度Ｔ2 は、数１および数２で表され
る。
【数１】
【数２】
【００３７】次に前記吸気弁９が開けられ前記吸気弁９
の上流の圧力ｐ1 、温度Ｔ1 、体積ｖ0 、質量ｍ0 の新
気が燃焼室内に導入された状態（３）では、前記燃焼室
内の空気は圧力ｐ1 、温度Ｔ3 、体積ｖ2 、質量ｍ0 +
ｍ1 となる。
の上流の圧力ｐ1 、温度Ｔ1 、体積ｖ0 、質量ｍ0 の新
気が燃焼室内に導入された状態（３）では、前記燃焼室
内の空気は圧力ｐ1 、温度Ｔ3 、体積ｖ2 、質量ｍ0 +
ｍ1 となる。
【００３８】すなわち前記吸気弁９を開いた後は、前記
燃焼室内の空気は、外気との間に圧力差を生じているた
めに、外気から仕事を受け断熱圧縮される。また、吸入
される新気は、前記吸気弁９で絞りを受けるために、等
温膨張して燃焼室内に導かれ、既に前記燃焼室内に存在
する空気と混合するとともに、以下の数５で表される外
気より圧縮仕事Ｗ2 を受けるが、外気による圧縮仕事Ｗ
2 は、以下の数３で表される前記燃焼室内の状態（２）
の以下の数３で表される内部エネルギーＵ2 と状態
（３）の内部エネルギーＵ3 との変化（Ｕ3 −Ｕ2 ）に
等しい。
燃焼室内の空気は、外気との間に圧力差を生じているた
めに、外気から仕事を受け断熱圧縮される。また、吸入
される新気は、前記吸気弁９で絞りを受けるために、等
温膨張して燃焼室内に導かれ、既に前記燃焼室内に存在
する空気と混合するとともに、以下の数５で表される外
気より圧縮仕事Ｗ2 を受けるが、外気による圧縮仕事Ｗ
2 は、以下の数３で表される前記燃焼室内の状態（２）
の以下の数３で表される内部エネルギーＵ2 と状態
（３）の内部エネルギーＵ3 との変化（Ｕ3 −Ｕ2 ）に
等しい。
【数３】
【数４】
【数５】
【数６】 以上より以下に示される数７が得られる。
【数７】
【００３９】上述したように本第１実施形態の筒内燃料
噴射型火花点火式内燃機関の運転制御方法は、前記吸気
弁９を開く時期を吸気行程の中盤以降に遅らせ、燃料中
の低沸点成分の減圧沸騰を利用した燃料の気化、微粒化
の促進および外気による圧縮仕事を利用することによ
り、筒内温度が上昇し、燃料の気化が促進され、素早い
混合気形成を可能にするという効果を奏する。
噴射型火花点火式内燃機関の運転制御方法は、前記吸気
弁９を開く時期を吸気行程の中盤以降に遅らせ、燃料中
の低沸点成分の減圧沸騰を利用した燃料の気化、微粒化
の促進および外気による圧縮仕事を利用することによ
り、筒内温度が上昇し、燃料の気化が促進され、素早い
混合気形成を可能にするという効果を奏する。
【００４０】また本第１実施形態の筒内燃料噴射型火花
点火式内燃機関の運転制御方法は、前記吸気弁９を開く
時期を遅らせ、外気による圧縮仕事を利用することによ
り、筒内温度が上昇し、燃料の気化が促進され、素早い
混合気形成を可能にするので、温度上昇は燃焼速度を増
大させ、可燃範囲が拡がることから、機関の始動性が向
上するという効果を奏する。
点火式内燃機関の運転制御方法は、前記吸気弁９を開く
時期を遅らせ、外気による圧縮仕事を利用することによ
り、筒内温度が上昇し、燃料の気化が促進され、素早い
混合気形成を可能にするので、温度上昇は燃焼速度を増
大させ、可燃範囲が拡がることから、機関の始動性が向
上するという効果を奏する。
【００４１】（第２実施形態）本第２実施形態の筒内燃
料噴射型火花点火式内燃機関の運転制御方法は、前記第
１実施形態における吸気弁９を吸入行程中盤以降に開く
代わりに、図６に示されるように吸気ポート８内に吸気
制御バルブ１０を設けて、該吸気制御バルブ１０を吸入
行程中盤以降に作用させるようにすることが、前記第１
実施形態との相違点であり、以下相違点を中心に説明す
る。
料噴射型火花点火式内燃機関の運転制御方法は、前記第
１実施形態における吸気弁９を吸入行程中盤以降に開く
代わりに、図６に示されるように吸気ポート８内に吸気
制御バルブ１０を設けて、該吸気制御バルブ１０を吸入
行程中盤以降に作用させるようにすることが、前記第１
実施形態との相違点であり、以下相違点を中心に説明す
る。
【００４２】すなわち、前記吸気弁９は、定常運転時と
同じように開閉させ、始動時においては前記吸気弁９の
上流の吸気ポート８内に配設された前記吸気制御バルブ
１０を吸気行程の中盤までは閉じておき、吸気行程の中
盤後に開くようにするものである。
同じように開閉させ、始動時においては前記吸気弁９の
上流の吸気ポート８内に配設された前記吸気制御バルブ
１０を吸気行程の中盤までは閉じておき、吸気行程の中
盤後に開くようにするものである。
【００４３】上記第２実施形態の筒内燃料噴射型火花点
火式内燃機関の運転制御方法は、始動時において前記吸
気弁９を定常運転時と同じように開閉させるが前記吸気
制御バルブ１０を吸気行程の中盤までは閉じておき、吸
気行程の中盤後に開くようにするので、燃焼室内への外
気の供給時期を遅らせることにより、外気による圧縮仕
事を利用することによって、筒内温度を上昇させ、燃料
の気化を促進して、素早い混合気形成を可能にし、始動
性を向上させるという効果を奏する。
火式内燃機関の運転制御方法は、始動時において前記吸
気弁９を定常運転時と同じように開閉させるが前記吸気
制御バルブ１０を吸気行程の中盤までは閉じておき、吸
気行程の中盤後に開くようにするので、燃焼室内への外
気の供給時期を遅らせることにより、外気による圧縮仕
事を利用することによって、筒内温度を上昇させ、燃料
の気化を促進して、素早い混合気形成を可能にし、始動
性を向上させるという効果を奏する。
【００４４】上述の実施形態は、説明のために例示した
もので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。
もので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【００４５】本発明の実施の形態は、ピストン頂面形
状、キャビティの有無、燃料噴霧の形状に依らない。
状、キャビティの有無、燃料噴霧の形状に依らない。
【００４６】また上述した前記第１および第２実施形態
においては、前記吸気弁９または前記吸気制御バルブ１
０を吸入行程中盤以降に開くことにより燃焼室内への外
気の供給時期を遅らせる例について説明したが、本発明
としてはそれらに限定されるものでは無く、前記吸気弁
９または前記吸気制御バルブ１０を開く代わりに、排気
弁を開いて排気ポートより外気を吸入する実施形態を採
用し得るものである。
においては、前記吸気弁９または前記吸気制御バルブ１
０を吸入行程中盤以降に開くことにより燃焼室内への外
気の供給時期を遅らせる例について説明したが、本発明
としてはそれらに限定されるものでは無く、前記吸気弁
９または前記吸気制御バルブ１０を開く代わりに、排気
弁を開いて排気ポートより外気を吸入する実施形態を採
用し得るものである。
【図１】本発明の第１実施形態を適用した筒内燃料噴射
型火花点火式内燃機関を示す断面図である。
型火花点火式内燃機関を示す断面図である。
【図２】本第１実施形態の筒内燃料噴射型火花点火式内
燃機関を示す平面図である。
燃機関を示す平面図である。
【図３】本第１実施形態におけるクランク角度と筒内圧
力の関係を示す線図である。
力の関係を示す線図である。
【図４】本第１実施形態における吸気行程の各状態にお
ける新気および筒内空気の状態および関係を説明するた
めの説明図である。
ける新気および筒内空気の状態および関係を説明するた
めの説明図である。
【図５】本第１実施形態における吸気弁の開時期と吸気
弁９を開く時期に対する吸入終わりにおける筒内温度Ｔ
3 の比の関係を示す線図である。
弁９を開く時期に対する吸入終わりにおける筒内温度Ｔ
3 の比の関係を示す線図である。
【図６】本発明の第２実施形態を適用した筒内燃料噴射
型火花点火式内燃機関を示す断面図である。
型火花点火式内燃機関を示す断面図である。
【図７】従来の火花点火式燃焼方法の内燃機関を示す断
面図である。
面図である。
１ 燃料噴射弁 ５ ピストン ７ 燃焼室 ９ 吸気弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｊ Ｆターム(参考） 3G023 AA08 AB01 AC04 AD02 3G084 BA15 BA21 BA23 CA01 DA09 3G092 AA01 AA06 AA10 AA11 BB06 DA01 DA03 DA12 DC06 EA04 FA31 GA01 HA13X HB02X 3G301 HA01 HA04 HA17 HA19 JA00 KA01 LA05 LA07 LB04 MA19 NE12
Claims (2)
- 【請求項１】 燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁を備
えた筒内燃料噴射型火花点火式内燃機関において、 始動時、ピストンが吸気上死点位置から下死点に向かう
吸気行程で排気弁を閉じたまま、吸気弁が開く時期をピ
ストンの下降開始後とし、燃料の燃焼室への噴射を吸気
弁が開く前に開始するようにしたことを特徴とする筒内
燃料噴射型火花点火式内燃機関の運転制御方法。 - 【請求項２】 請求項１において、 吸気弁が開く時期をピストンがストロークの１／１０以
上下降したのち、もしくは吸気上死点後３０°クランク
角以降としたことを特徴とする筒内燃料噴射型火花点火
式内燃機関の運転制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11093781A JP2000282902A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 筒内燃料噴射型火花点火式内燃機関の運転制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11093781A JP2000282902A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 筒内燃料噴射型火花点火式内燃機関の運転制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000282902A true JP2000282902A (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=14091969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11093781A Pending JP2000282902A (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | 筒内燃料噴射型火花点火式内燃機関の運転制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000282902A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11834983B2 (en) | 2019-07-15 | 2023-12-05 | The Research Foundation For The State University Of New York | Method for control of advanced combustion through split direct injection of high heat of vaporization fuel or water fuel mixtures |
-
1999
- 1999-03-31 JP JP11093781A patent/JP2000282902A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11834983B2 (en) | 2019-07-15 | 2023-12-05 | The Research Foundation For The State University Of New York | Method for control of advanced combustion through split direct injection of high heat of vaporization fuel or water fuel mixtures |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050526 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050601 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20051018 |