JP2001073855A - 筒内噴射式内燃機関 - Google Patents
筒内噴射式内燃機関Info
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Abstract
2を有し、均質燃焼及び成層燃焼を行う筒内噴射式内燃
機関において、一対の吸気ポート3a,3bの開口縁部
の周方向一部分に切欠部7a,7bを形成する。均質燃
焼時における1回の吸気行程期間中に、燃焼室1への吸
気の流入方向が、低リフト時には切欠部7a,7bの形
成方向S1に、高リフト時にはバイパス通路6a,6b
の中心軸に沿う方向S2に変化する。このように吸気の
流入方向が異なる低リフト時と高リフト時とに分けて燃
料を噴射する。 【効果】 複数回に分けて噴射された燃料が、流入方向
の異なる吸気の流れに乗って燃焼室1の全体に良好に拡
散され、良好な均質燃焼を実現できる。
Description
れる内燃機関に関し、特に、吸気行程付近で燃料を噴射
して均質燃焼を行うとともに、圧縮行程付近で燃料を噴
射して成層燃焼を行う筒内噴射式の内燃機関の改良に関
する。
燃比の混合気を形成していわゆる均質燃焼を行うととも
に、低負荷域では、シリンダ内の一部、つまり点火プラ
グ近傍のみに比較的濃い混合気を形成して平均的な空燃
比を非常に大きく得るようにした成層燃焼を行う筒内噴
射式内燃機関が、例えば特開平11−036958号公
報に記載されている。
燃機関では、均質燃焼領域において、吸気行程早期に燃
料が噴射された後に、アクセルの踏み込み等により吸気
量が急増した場合に、これに見合う量の追加燃料を圧縮
行程前半中に追加噴射して、空燃比の過大化を抑制する
ように構成されている。
来の筒内噴射式内燃機関においては、均質燃焼を行う場
合に、吸気行程で噴射された燃料は、吸気ポートから燃
焼室内に流入する一定の吸気流に乗って筒内に拡散する
ことから、吸気流の主流の部分と、よどむ領域とで燃料
の拡散の程度が不均一となり、筒内における混合気の均
質度はあまり良くない。この結果、均質燃焼の中でも空
燃比を比較的大きく設定した均質リーン燃焼時に、局所
的にリッチの領域で燃焼温度が上昇し、NOxの排出量
が増加するという問題点があった。また空燃比が理論空
燃比の近傍に設定された均質ストイキ燃焼時に、局所的
にリッチの領域で酸素不足が生じ、HC,CO等の排出
量の増加を招く等の問題があった。
時に燃料噴射を複数回に分けて行う場合には、燃焼室内
に均質の混合気を形成することが更に困難となり、安定
した均質燃焼を行うことができない。
たものである。
内燃機関は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁
が吸気側に配置され、吸気行程付近で燃料噴射を行うこ
とにより均質燃焼を実現するとともに、圧縮行程付近で
燃料噴射を行うことにより成層燃焼を実現するように構
成されている。
おける1回の吸気行程期間中に、燃焼室内への吸気の流
入方向を変化させる吸気方向可変手段と、この吸気行程
期間中に吸気の流入方向が異なる複数のタイミングに分
けて燃料を噴射する燃料噴射制御手段と、を有すること
を特徴としている。
ングで噴射された燃料が流入方向の異なる吸気の流れに
乗って燃焼室の全体に良好に拡散され、燃焼室全体に均
質な混合気が形成される。この結果、良好な均質燃焼を
実現でき、局部的なリッチ状態を生じることが無いた
め、NOx,HC,CO等の排出量を大幅に低減するこ
とが可能となる。
の発明は、上記吸気方向可変手段が、吸気ポートの燃焼
室側の開口縁部の周方向一部分に切欠形成された切欠部
を有し、均質燃焼時に、吸気弁の低リフト時に主に上記
切欠部を通って燃焼室内へ流入する吸気の流入方向が、
高リフト時における吸気の流入方向と異なるように設定
したことを特徴としている。
気の流入方向が切欠部の形成された方向を指向する形と
なり、低リフト時と高リフト時で吸気の流入方向を異ら
せることができる。従って、吸気の流入方向が異なる低
リフト時と高リフト時に分けて燃料を噴射することによ
り、それぞれの吸気の流れに乗って燃料が燃焼室全体に
良好に拡散される。
の発明は、吸気ポートの途中に設けられた吸気遮断弁
と、吸気ポートの吸気遮断弁の上流側と下流側とをバイ
パスするバイパス通路と、を有し、上記吸気遮断弁で吸
気ポートを遮断した均質リーン燃焼時に、吸気弁の低リ
フト時に上記切欠部を通って燃焼室内へ流入する吸気の
流入方向と、高リフト時に主にバイパス通路を通って燃
焼室へ流入する吸気の流入方向とが互いに異なるように
設定したことを特徴としている。
ける1回の吸気行程期間中に、吸気の流入方向が、低リ
フト時には切欠部の形成された方向に、高リフト時には
バイパス通路の中心軸に沿う方向に変化する。
求項4の発明は、各燃焼室の吸気側に一対の吸気ポート
が開口しており、かつ、上記燃料噴射弁がシリンダ軸方
向視で両吸気ポートの間に配置され、一方の吸気ポート
に吸気遮断弁が設けられるとともに、他方の吸気ポート
の開口縁部に上記切欠部が形成され、上記吸気遮断弁で
一方の吸気ポートを遮断した均質リーン燃焼時に、吸気
弁の低リフト時に上記切欠部を通って燃焼室内へ流入す
る吸気の流入方向と、高リフト時に主に他方の吸気ポー
トを通って燃焼室へ流入する吸気の流入方向とが互いに
異なるように設定したことを特徴としている。
ける1回の吸気行程期間中に、吸気の流入方向が、低リ
フト時には切欠部の形成された方向に、高リフト時には
他方の吸気ポートの中心軸に沿う方向に変化する。
求項5の発明は、各燃焼室の吸気側に一対の吸気ポート
が開口しており、かつ、上記燃料噴射弁がシリンダ軸方
向視で両吸気ポートの間に配置され、両吸気ポートの開
口縁部に上記切欠部がそれぞれ形成され、各切欠部は、
高リフト時における吸気の流入方向と略逆方向となる周
方向一部分に形成されていることを特徴としている。
回の吸気行程期間中に、吸気の流入方向が、低リフト時
には切欠部の形成された方向に、高リフト時には両吸気
ポートの中心軸に沿う方向に変化する。
おける1回の吸気行程期間中に、燃焼室への吸気の流入
方向を変化させるとともに、吸気の流入方向が異なる複
数のタイミングに分けて燃料を噴射する構成としたた
め、それぞれのタイミングで噴射された燃料が流入方向
の異なる吸気の流れに乗って燃焼室内の全域にわたって
良好に拡散され、燃焼室内に均質の混合気を形成するこ
とができる。この結果、局部的なリッチ状態を生じるこ
とが無く、安定した均質燃焼が実現され、NOx,H
C、COの排出量を大幅に低減することができる。
面を参照して説明する。
内噴射式内燃機関を示している。シリンダブロック10
には複数のシリンダ11が形成されており、その上面を
覆うように、シリンダヘッド12が固定されている。各
シリンダ11には、図外のピストンが摺動可能に嵌合し
ており、このピストンの上方に、ペントルーフ形の燃焼
室1が形成されている。シリンダヘッド12には、燃焼
室1の吸気側(図1,2の左側)の傾斜面1aに開口す
る一対の吸気ポート3a,3bと、排気側(図1,2の
右側)の傾斜面1bに開口する一対の排気ポート(図示
省略)とが形成されるとともに、各吸気ポート3a,3
bを開閉する一対の吸気弁4a,4b及び各排気ポート
を開閉する一対の排気弁(図示省略)が設けられてい
る。
に囲まれたシリンダ11の略中央には点火プラグ13が
設けられ、この点火プラグ13の先端が燃焼室1内に臨
んでいる。また、電磁式の燃料噴射弁2は、その中心軸
が斜め下方へ向かった姿勢で、吸気ポート3a,3bの
下側に設けられている。特に、燃料噴射弁2は、図1に
示すシリンダ軸方向視で一対の吸気ポート3a,3bの
間に配置されている。この燃料噴射弁2は、その先端部
が燃焼室1内に臨んでおり、燃焼室1内に直接燃焼を噴
射するように構成されている。
気ポート3a,3bを遮断する(絞る)バタフライ式の
吸気遮断弁(絞り弁)5a,5bが設置されている。そ
して、シリンダヘッド12には、吸気ポート3a,3b
における各吸気遮断弁5a,5bの上流側と下流側とを
バイパスするバイパス通路6が形成されている。つま
り、バイパス通路6は、その上流側端部6cで吸気遮断
弁5a,5bよりも上流側の吸気ポート3a,3bの合
流部3cから分岐しており、途中で二股に分岐して、一
方の分岐通路6aが一方の吸気ポート3aの開口部近傍
に合流しており、他方の分岐通路6bが他方の吸気ポー
ト3bの開口部近傍に合流している。各分岐通路6a,
6bの中心軸は、図1に示すシリンダ軸方向視で燃焼室
1の外周部に沿うように設定されている。
るバルブシート部8(図3,4)が形成された各吸気ポ
ート3a,3bの燃焼室1側の開口縁部には、シリンダ
中央部寄りの周方向一部分に、切欠部7a,7bが切欠
形成されている。各切欠部7a,7bは、図3に示すよ
うに、バルブシート部8と傾斜面1aとの間の段部を切
り欠くように形成され、かつ、図1に示すシリンダ軸方
向視で、シリンダ中央部側へ略三日月状に張り出すよう
に形成されている。
a,5b等は図示しないECU(エンジン・コントロー
ル・ユニット)に接続されており、このECUによっ
て、燃料噴射時期及び燃料噴射量が制御されるととも
に、吸気遮断弁5a,5bが開閉制御される。
めた直後の状態、つまりリフト量が約1〜2mm程度の
低リフト状態を示しており、図3は、切欠部7a(7
b)が形成された部分を示す図2のA−A断面対応図、
図4は、切欠部7a,7bのない部分を示す図2のB−
B断面対応図である。
7a,7bを通って吸気が燃焼室1内へ流入する。つま
り、図4に示す切欠部7a,7bの無い部分に比して、
切欠部7a,7bが形成されている部分で、燃焼室1へ
の吸気の流入が促進される。この結果、低リフト時にお
ける吸気の流入方向S1は、切欠部7a,7bが形成さ
れている方向、すなわちシリンダ軸方向視でシリンダ中
心方向となる。
トした高リフト状態では、切欠部7a,7bの有無は吸
気の流れにほとんど影響せず、従って、燃焼室1へ流入
する吸気の流入方向は、吸気遮断弁5a,5bが閉じて
いない場合には吸気ポート3a,3bの中心軸に沿う方
向、吸気遮断弁5a,5bが閉じている場合にはバイパ
ス通路6a,6bの中心軸に沿う方向S2(図1)とな
る。
に対して設定された運転領域を表している。同図に示す
ように、主に低負荷時には成層リーン領域となり、圧縮
行程で燃料を噴射して、点火プラグ13の近傍のみに比
較的濃い混合気を形成する成層燃焼が行われる。また、
全開出力等の高負荷時には均質ストイキ領域となり、圧
縮行程で燃料を噴射して、理論空燃比近傍の混合気を燃
焼室1全体に均質に形成する均質ストイキ燃焼が行われ
る。更に、主に中負荷時には均質リーン領域となり、主
に燃費を低減するために、上記の均質ストイキ燃焼時よ
りも空燃比を大きくした均質リーン燃焼が行われる。
1内のガス流動を強化するために、吸気遮断弁5a,5
bを閉とし、バイパス通路6a,6bを通して吸気を燃
焼室1へ流入させる。この場合、吸気行程の初期段階で
は、吸気弁4a,4bが低リフト状態にあり、吸気は切
欠部7a,7bを通って燃焼室1へ流入するため、前述
のように吸気の流入方向S1は、シリンダ中心方向を指
向する。一方、吸気行程の中盤では高リフト状態となる
ため、燃焼室1へ流入する吸気の流入方向S2が、バイ
パス通路6a,6bの中心軸に沿う方向、すなわち燃焼
室1の外周部に沿う方向となる。このように本実施例で
は、均質リーン燃焼時における1回の吸気行程期間中
に、燃焼室1へ流入する吸気の方向を、低リフト時と高
リフト時で大きく変化させている。
料噴射時期を示している。本実施例では、必要燃料量
を、1回の吸気行程期間中における吸気の方向が異なる
複数(ここでは2回)のタイミングに分けて噴射するよ
うに制御している。具体的には、1回目の燃料噴射F1
は、吸気弁4a,4bが低リフト状態にある時期、すな
わち吸気の流入方向S1がシリンダ中心を指向する状態
で行われ、2回目の燃料噴射F2は、吸気弁4a,4b
が高リフト状態にある時期、すなわち吸気の流入方向S
2が燃焼室1の外周部に沿う状態で行われる。
に噴射された燃料とが、それぞれ流入方向の異なる吸気
の流れに乗って効果的に拡散され、燃焼室1内での燃料
の拡散が促進されるため、燃焼室1全体に均質な可燃混
合気を形成することができる。この結果、良好な均質リ
ーン燃焼を実現でき、局部的なリッチ状態を生じること
が無いので、NOx等の排出量を抑制することが可能と
なる。
弁5a,5bが開弁されるため、高リフト時における吸
気の流入方向は吸気ポート3a,3bの中心軸に沿う方
向となる。この場合でも、1回の吸気行程期間中に、低
リフト時の吸入方向S1と高リフト時の吸入方向とが異
なる形となる。従って、このように吸気の流入方向が異
なる低リフト時と高リフト時に分けて燃料を噴射するこ
とにより、燃焼室1内での燃料の拡散が促進され、燃焼
室1全体に均質な可燃混合気を形成することができる。
この結果、良好な均質ストイキ燃焼を実現でき、局部的
なリッチ状態を生じることが無いので、HC,CO等の
排出量を抑制することが可能となる。
量である必要は無く、それぞれの噴射期間における流入
吸気量に応じた噴射割合が効果的である。更に、この吸
気量の割合に対する1回目の噴射割合を2回目よりも大
きくする方が望ましい。これは、1回目の方が燃料の拡
散する時間を長くとれるため、拡散時間の短い2回目の
噴射よりも吸気割合に対する噴射割合を大きくしても、
十分に燃料を拡散できることから、より均質の程度を高
めることができるからである。
内噴射式内燃機関を示している。なお、以下に示す実施
例において、上記第1実施例と同一構成部分には同じ参
照符号を付して重複する説明を適宜省略する。
にのみ、この吸気ポート3aを遮蔽する吸気遮断弁5a
が設けられるとともに、他方の吸気ポート3bの開口縁
部にのみ切欠部17bが形成され、かつ、バイパス通路
6a,6b(図1,2)が設けられていない点で、第1
実施例と相違している。上記の切欠部17bは、一方の
吸気弁4aに近接する周方向一部分に形成されている。
閉弁され、主として他方の吸気ポート3bから燃焼室1
へ吸気が流入する。ここで、吸気行程の初期段階つまり
低リフト状態では、主に切欠部17bを通して吸気が燃
焼室1へ流入し、その流入方向S3は、図7で下方へ向
かう方向となる。従って、燃焼室1内には、図7で反時
計回りのスワール流動が生成される。一方、吸気行程の
中盤つまり高リフト状態では、燃焼室1へ流入する吸気
の流入方向S4は、他方の吸気ポート3bの中心軸に沿
う方向、つまり図7で右方向となり、燃焼室1内に図7
で時計回りのスワール流動が生成される。すなわち本実
施例では、吸気遮断弁5aや切欠部7bを利用して、1
回の吸気行程期間中における吸気の流入方向を、低リフ
ト時と高リフト時で大きく変化させている。
る低リフト時と高リフト時の2回に分けて燃料を噴射制
御することで、それぞれの吸気の流れに乗って燃料を良
好に拡散させることができ、第1実施例と同様、燃焼室
1全体に均質な混合気を形成することが可能となる。
筒内噴射式内燃機関を示している。この第3実施例で
は、バイパス通路6a,6bや吸気遮断弁5a,5b
(図1,2)が設けられておらず、かつ、各吸気ポート
3a,3bの開口縁部に形成される切欠部27a,27
bが、シリンダ軸方向視で燃料噴射弁2を指向する周方
向一部分に配置されている。つまり、各切欠部27a,
27bは、高リフト時における吸気の流入方向S6と略
逆方向となる周方向一部分に形成されている。
ことから、均質リーン燃焼時及び均質ストイキ燃焼時の
双方で、吸気の流入方向は同じように変化する。
気行程期間中において、吸気行程初期の低リフト時に
は、両切欠部27a,27bの形成された方向S5より
吸気が燃焼室1内へ流入し、この燃焼室1の外周部に沿
って流れる形となる。従って、この低リフト時に噴射さ
れた1回目の噴射燃料は、この流れに乗って、主に燃焼
室1の外周部に拡散することになる。一方、吸気行程中
期の高リフト時には、吸気の流入方向S6は吸気ポート
3a,3bの中心軸に沿う方向となるため、この期間に
噴射された2回目の噴射燃料は、主に燃焼室1の中央部
に拡散することになる。この結果、2回に分けて噴射さ
れた燃料は、それぞれの吸気の流れに乗って燃焼室1全
体に良好に拡散され、上記第1,第2実施例と同様、燃
焼室1内に均質な混合気を形成することが可能となる。
を上方から見た透視対応図。
面対応図。
された運転領域を示すグラフ。
を上方から見た透視対応図。
面対応図。
を上方から見た透視対応図。
断面対応図。
Claims (5)
- 【請求項1】 燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射
弁が吸気側に配置され、吸気行程付近で燃料噴射を行う
ことにより均質燃焼を実現するとともに、圧縮行程付近
で燃料噴射を行うことにより成層燃焼を実現する筒内噴
射式内燃機関において、 均質燃焼時における1回の吸気行程期間中に、燃焼室内
への吸気の流入方向を変化させる吸気方向可変手段と、
この吸気行程期間中に吸気の流入方向が異なる複数のタ
イミングに分けて燃料を噴射する燃料噴射制御手段と、
を有することを特徴とする筒内噴射式内燃機関。 - 【請求項2】 上記吸気方向可変手段が、吸気ポートの
燃焼室側の開口縁部の周方向一部分に切欠形成された切
欠部を有し、均質燃焼時に、吸気弁の低リフト時に主に
上記切欠部を通って燃焼室内へ流入する吸気の流入方向
が、高リフト時における吸気の流入方向と異なるように
設定したことを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式
内燃機関。 - 【請求項3】 吸気ポートの途中に設けられた吸気遮断
弁と、吸気ポートの吸気遮断弁の上流側と下流側とをバ
イパスするバイパス通路と、を有し、 上記吸気遮断弁で吸気ポートを遮断した均質リーン燃焼
時に、吸気弁の低リフト時に上記切欠部を通って燃焼室
内へ流入する吸気の流入方向と、高リフト時に主にバイ
パス通路を通って燃焼室へ流入する吸気の流入方向とが
互いに異なるように設定したことを特徴とする請求項2
に記載の筒内噴射式内燃機関。 - 【請求項4】 各燃焼室の吸気側に一対の吸気ポートが
開口しており、かつ、上記燃料噴射弁がシリンダ軸方向
視で両吸気ポートの間に配置され、 一方の吸気ポートに吸気遮断弁が設けられるとともに、
他方の吸気ポートの開口縁部に上記切欠部が形成され、 上記吸気遮断弁で一方の吸気ポートを遮断した均質リー
ン燃焼時に、吸気弁の低リフト時に上記切欠部を通って
燃焼室内へ流入する吸気の流入方向と、高リフト時に主
に他方の吸気ポートを通って燃焼室へ流入する吸気の流
入方向とが互いに異なるように設定したことを特徴とす
る請求項2に記載の筒内噴射式内燃機関。 - 【請求項5】 各燃焼室の吸気側に一対の吸気ポートが
開口しており、かつ、上記燃料噴射弁がシリンダ軸方向
視で両吸気ポートの間に配置され、 両吸気ポートの開口縁部に上記切欠部がそれぞれ形成さ
れ、各切欠部は、高リフト時における吸気の流入方向と
略逆方向となる周方向一部分に形成されていることを特
徴とする請求項2に記載の筒内噴射式内燃機関。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24954199A JP3719060B2 (ja) | 1999-09-03 | 1999-09-03 | 筒内噴射式内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP24954199A JP3719060B2 (ja) | 1999-09-03 | 1999-09-03 | 筒内噴射式内燃機関 |
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JP2001073855A true JP2001073855A (ja) | 2001-03-21 |
JP3719060B2 JP3719060B2 (ja) | 2005-11-24 |
Family
ID=17194532
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24954199A Expired - Lifetime JP3719060B2 (ja) | 1999-09-03 | 1999-09-03 | 筒内噴射式内燃機関 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3719060B2 (ja) |
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