JP2001193464A - 圧縮自己着火式ガソリン内燃機関 - Google Patents
圧縮自己着火式ガソリン内燃機関Info
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Abstract
を防止すると共に、低圧縮比,低内部EGR率による運
転領域の拡大化、および自己着火開始時期の確定化を図
る。 【解決手段】 副室10内に高温の既燃ガスが残留し、
かつ、副室10が排気バルブ配置側の高温領域にあるた
め、噴口11を通して副室10に流入した混合気が燃焼
室4側よりも早く反応してラジカルを発生し、副室10
内の圧力上昇によりラジカルを含んだ高温ガスが噴口1
1から噴出して燃焼室4内の混合気を自己着火燃焼させ
る。
Description
リン内燃機関に関する。
て、混合気のリーン化が挙げられるが通常の火花点火と
火炎伝播による燃焼では、燃焼が不安定となってリーン
化にも自ずと限界が生じてしまうことと、リーン燃焼時
には排気浄化のための触媒がいわゆる量論比での燃焼時
ほど浄化性能、特にNOx の還元性能を発揮できなくな
ってしまうため、このリーン燃焼の運転可能な負荷範囲
の拡大と低NOx 化を目的として、例えば特開平10−
196424号公報に示されているように、機関の低中
負荷時等に燃焼室内の混合気をピストンの圧縮作用によ
り自己着火燃焼させるようにした圧縮自己着火燃焼式の
ガソリン内燃機関が知られている。
うな化学反応は燃焼室内の圧力,温度,混合気の組成と
濃度等に依存しており、ディーゼル機関と異なりセタン
価が低く着火性の悪いガソリンを燃料として用いるガソ
リン内燃機関では、圧縮自己着火燃焼を成立させる1つ
の手法として、圧縮比を高く設定することと併せて、燃
焼室内の温度を高く維持して混合気の活性化を促進する
ために、吸,排気バルブのバルブオーバーラップを大き
く設定することにより高温の既燃ガスを大量に残留させ
て所謂内部EGR率を高める等の手段を講じる必要があ
る。
定した場合、圧縮上死点付近での燃焼室内の圧力および
温度が一様に高まるために、圧縮自己着火燃焼が一斉に
生じる所謂急速燃焼が行われ、圧力上昇率が著しく高く
なって打音が発生する傾向となり易い。
定は空燃比の希薄限界やノッキング限界を生じて、圧縮
自己着火燃焼の運転可能領域を狭めたり、火花点火燃焼
を行わせる高回転・高負荷域の運転性能の悪化をもたら
す。
却により温度が低くなるため燃焼室全体の温度が不均一
となり、また、混合気も燃焼室全体で完全に均一となる
ことはないため、圧縮自己着火燃焼の開始時期が燃焼場
の自己着火条件の整,不整にによって変動し、燃焼が不
安定となってサイクル毎の出力変動を来す可能性があ
る。
的な熱発生の形態をとる調速燃焼とすることができて燃
焼時の打音発生を回避することができ、かつ、圧縮比お
よび内部EGR率を可及的に低減できて圧縮自己着火運
転領域を拡大できると共に火花点火運転域でのノッキン
グ発生を抑制でき、しかも、圧縮自己着火の開始時期を
確定できて燃焼を安定化することができる圧縮自己着火
式ガソリン内燃機関を提供するものである。
は、火花点火運転時は燃焼室内に設けた点火プラグによ
り燃焼室内の混合気を火花点火して燃焼させ、圧縮自己
着火運転時はピストンの圧縮作用により燃焼室内の混合
気を自己着火して燃焼させる圧縮自己着火式ガソリン内
燃機関において、燃焼室壁の最も高温領域となる排気バ
ルブ配置側の部位に、燃焼室よりも容積の小さな副室
と、副室断面積よりも小さな開口面積に形成されて該副
室と燃焼室とを連絡する噴口を設けたことを特徴として
いる。
載の噴口を、燃焼室内の該噴口から最も遠い吸気バルブ
配置側へ向けて形成したことを特徴としている。
に記載の圧縮自己着火式ガソリン内燃機関の吸気系に、
吸気行程で燃焼室内に旋回流を発生させるガス流動生成
手段を設けたことを特徴としている。
に記載の燃焼室内に、該燃焼室内に燃料を直接噴射する
燃料噴射弁を設けると共に、副室噴口を圧縮自己着火運
転時に該燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が圧縮行程
で指向する方向とほぼ対向する位置に設けたことを特徴
としている。
載の圧縮自己着火運転時における燃料噴射弁の噴射時期
を、圧縮行程に設定したことを特徴としている。
載の圧縮自己着火運転時における燃料噴射弁の噴射時期
を、圧縮行程の前半と後半とに2回設定したことを特徴
としている。
載の圧縮自己着火運転時における燃料噴射弁の噴射時期
を、吸気行程と圧縮行程とに2回設定したことを特徴と
している。
に記載の圧縮自己着火式ガソリン内燃機関のピストンの
冠面には、圧縮自己着火運転時に燃料噴射弁より噴射さ
れた燃料噴霧を、ピストンの圧縮作用により噴口に指向
して流動ガイドする凹部を設けたことを特徴としてい
る。
に記載の燃料噴射弁を噴口とほぼ対向的に燃焼室の吸気
バルブ近傍位置に設けると共に、点火プラグをこれら燃
料噴射弁と噴口との間で該噴口に近接した位置に設け、
かつ、吸気系にはガス流動生成手段として吸気行程で燃
焼室内に順タンブル流を生成するタンブル生成手段を設
けたことを特徴としている。
記載の圧縮自己着火式ガソリン内燃機関の圧縮自己着火
運転時に、圧縮自己着火時期よりも早い時期に点火プラ
グを点火作動して自己着火を補助するようにしたことを
特徴としている。
10に記載の圧縮自己着火式ガソリン内燃機関の火花点
火運転時における燃料噴射弁の噴射時期を、吸気行程に
設定したことを特徴としている。
11に記載の圧縮自己着火式ガソリン内燃機関の噴口お
よび副室を断熱構造としたことを特徴としている。
12に記載の圧縮自己着火式ガソリン内燃機関の副室
を、噴口の中心軸線上に長軸を持つ回転楕円形に形成
し、噴口断面積は副室最大断面積より小さくしたことを
特徴としている。
と副室とを連絡する噴口は副室断面積よりも小さな開口
面積であるため、該副室は十分な掃気がなされずに既燃
ガスが残る温度の高い空間となり、しかも、該副室は排
気バルブ配置側の高温領域にあって壁温も高い空間であ
るため、圧縮自己着火運転時は圧縮行程で噴口を通じて
副室内に流入する混合気は燃焼室内の混合気よりも早く
反応してラジカルを多量に生成する。
圧力上昇を伴い、この圧力上昇によってラジカルは絞ら
れた噴口を通過する際に噴流となって燃焼室内へ吹き出
し、このラジカルを含んだ高温ガス噴流により燃焼室内
の混合気を活性化して自己着火燃焼させる。
リガーとした自己着火燃焼は、燃焼室内の全域で一斉蜂
起的に発生する自己着火燃焼と異なって多段的な熱発生
の形態をとる調速燃焼となり、これにより燃焼時の打音
発生を防止することができる。
を準備できるため、従来、燃焼室内の全域で圧縮自己着
火を発生させるために高めていた圧縮比および内部EG
R率を下げることができ、この結果、圧縮自己着火運転
によるリーン燃焼領域を拡大できると共に火花点火運転
領域でのノッキング発生を抑制することができる。
て燃焼室内の混合気を確実に圧縮自己着火燃焼させるこ
とができるため、混合気をより稀薄化でき、前記圧縮自
己着火運転によるリーン燃焼領域を拡大できることと相
俟って、燃費を一段と向上することができる。
カルをトリガーとして圧縮自己着火燃焼を行わせるた
め、圧縮自己着火燃焼の開始時期を確定できて燃焼を安
定化することができる。
の発明の効果に加えて、副室内で発生したラジカルを噴
口から最も遠い吸気バルブ配置側へ向けて噴出させるこ
とができるため、燃焼室全体で効率よく圧縮自己着火燃
焼を行わせることができる。
1,2の発明の効果に加えて、燃焼室内に形成される旋
回流によって混合気を噴口付近に分布させることができ
るので、圧縮行程でピストンの圧縮作用により噴口から
副室内への混合気の流入を良好に行わせることができ
る。
〜3の発明の効果に加えて、圧縮自己着火運転時に燃料
噴射弁から噴射された燃料噴霧が噴口に向かうため、副
室への混合気供給性能が高められ、ラジカルの生成,増
殖を促進することができる。
ーとする圧縮自己着火の開始時期を燃料噴射時期に応じ
て確定できるので、圧縮自己着火開始時期を最適にコン
トロールすることができる。
の発明の効果に加えて、圧縮自己着火運転時は圧縮行程
で燃料噴射弁から燃料を噴射させるため、噴口を経由し
て副室内へ濃混合気を供給でき、一層多くのラジカルの
生成,増殖を促進することができる。
焼を実現できるため、混合気の希薄限界を広げることが
できる。
の発明の効果に加えて、圧縮自己着火運転時は圧縮行程
の前半と後半でそれぞれ燃料噴射弁から燃料を噴射させ
るため、この圧縮行程における短時間での2回の燃料噴
霧により燃焼室内の混合気層が2層となって、燃焼によ
る熱発生を2段階にして熱のピークを下げることがで
き、従って、圧縮自己着火運転領域の高負荷側でのノッ
キング発生を防止することができる。
を経由して副室内へ濃混合気を供給できて一層多くのラ
ジカルの生成,増殖を促進することができ、かつ、該燃
料の圧縮行程噴射によって成層燃焼を実現できて混合気
の希薄限界を広げることができる。
の発明の効果に加えて、圧縮自己着火運転時は吸気行程
と圧縮行程でそれぞれ燃料噴射弁から燃料を噴射させる
ため、吸気行程での1回目の燃料噴射によって燃焼室内
に均一な希薄混合気が準備され、圧縮行程でこの希薄混
合気が副室内に流入して活性化された状態で、該圧縮行
程で2回目の燃料噴射が行われることによって濃い混合
気が副室内に流入し、副室内でのラジカルの生成,増殖
をより促進することができる。
燃料噴射によって燃焼室全域に均一な希薄混合気が準備
された状態で、圧縮行程で2回目の燃料噴射を行って副
室で生成したラジカルの放出により圧縮自己着火燃焼を
行うため、燃焼を燃焼室全域で安定化させることができ
ると共に、燃焼室内の混合気層が2層となって燃焼によ
る熱発生を2段階にして熱のピークを下げることがで
き、従って、圧縮自己着火運転領域の高負荷側でのノッ
キング発生を防止することができる。
〜7の発明の効果に加えて、燃料噴射弁から噴射された
燃料噴霧をピストン冠面の凹部により噴口に指向して流
動ガイドできるため、混合気の副室への流入を確実に行
わせることができる。
〜8の発明の効果に加えて、燃料噴射弁から噴射された
燃料噴霧を順タンブル流によって点火プラグ周りを経由
して該点火プラグに近接した噴口に向わせることができ
るため、点火プラグ周りに滞留する高温の既燃ガスとと
もに混合気を副室へ良好に供給することができる。
のラジカルの生成,増殖を促進できる一方、火花点火運
転時は点火プラグによる着火火炎を副室に速かに波及さ
せることができ、燃焼の最終了域が該副室内となること
を回避して副室がノッキングの発生源となるのを防止す
ることができる。
9の発明の効果に加えて、圧縮自己着火運転時は圧縮自
己着火時期よりも早い時期に点火プラグを点火作動して
点火補助するため、混合気が副室へ流入する直前で点火
エネルギーに相当した分だけ混合気にラジカルを発生さ
せ、このラジカルを火種として副室内で大量のラジカル
を生成することが可能となる。
時期を決定することができると共に、高回転時のように
燃焼時間の短い運転域でも安定した燃焼を行えるため、
圧縮自己着火運転領域を更に拡大することができる。
1〜10の発明の効果に加えて、火花点火運転時は吸気
行程で燃料噴射弁から燃料を噴射させるため、均一予混
合燃焼を実現して出力を確保することができる。
1〜11の発明の効果に加えて、噴口および副室を断熱
構造としてあるため噴口および副室の高温保持性が高め
られ、ラジカルの生成,増殖を更に促進することができ
ると共に、噴口からの噴出流の冷却損失を小さく抑制す
ることができる。
1〜12の発明の効果に加えて、副室形状を噴口の中心
軸線上に長軸を持つ回転楕円形としてあるため、SV比
を小さくして冷却損失を小さくすることができると共
に、副室内のラジカルを含んだ高温ガスを噴口からスム
ーズに噴出させることができて、圧縮自己着火燃焼の反
応速度を高めることができる。
共に詳述する。
ク、2はピストン、3はシリンダヘッド、4はこれらシ
リンダブロック1,ピストン2,およびシリンダヘッド
3により形成された燃焼室を示す。
これら吸気ポート5を開閉する吸気バルブ6、およびこ
れら吸気ポート5,吸気バルブ6と対向的に配置された
2つの排気ポート7とこれら排気ポート7を開閉する排
気バルブ8を備え、一側の吸気ポート5から吸気して他
側の排気ポート7から排気するクロスフローポート構造
としてある。
位置に臨んで点火プラグ9を設けて、高回転・高負荷運
転時には、該点火プラグ9によって火花点火燃焼を行わ
せるようにしている。
も高温領域となる排気バルブ配置側の部位、具体的には
前記2つの排気ポート7,7および排気バルブ8,8に
囲まれた部位に、燃焼室4よりも容積の小さな副室10
と、この副室10の断面積よりも小さな開口面積に形成
されて、該副室10と燃焼室4とを連絡する噴口11と
を設けてある。
すように周壁に鋳鉄層あるいは空気断熱層等の断熱層1
2を設けた断熱構造としてある。
に長軸を持つ回転楕円形に形成してある。
4内に臨んで設けて、該燃料噴射弁13により直接燃料
を燃焼室4内に噴射する筒内噴射式の機関構造としてあ
る。
噴口11とほぼ対向する吸気弁配置側の側部で2つの吸
気弁6,6間の近傍位置に所要の俯角を持って配置して
ある。
弁13から後述するように圧縮行程で噴射された燃料噴
霧が指向する方向とほぼ対向する位置に設けられ、従っ
て、この実施形態では噴口11を燃焼室4内の該噴口1
1から最も遠い吸気バルブ配置側に向けて形成してあ
る。
置の点火プラグ9に近接して開口し、換言すれば該点火
プラグ9は燃料噴射弁13と噴口11との間で該噴口1
1に近接した位置に設けられる。
略吸気弁配置側の半部に、前記圧縮行程で燃料噴射弁1
3より噴射された燃料噴霧Fをガス流動により適確に前
記噴口11に指向して流動ガイドさせるための凹部14
を設けてある。
5のうちの1つには、圧縮自己着火運転時に吸気行程で
燃焼室4内に旋回流の中でも横方向旋回流であるスワー
ルを発生させるガス流動生成手段としてのスワール制御
バルブ15を設けてある。
火運転時に全閉作動され、他方の吸気ポート5のみから
吸気を行わせることによって新気を燃焼室4の内周面に
沿って流動させてスワール流を生成させるもので、場合
によってこの他方の吸気ポート5をヘリカルポート構造
としてスワール流を強化するようにしてもよい。
期は、火花点火運転領域でのみ最適点火時期(MBT)
に設定される。
領域では噴射時期が圧縮行程に設定され、火花点火運転
領域では噴射時期が吸気行程に設定される。
と副室10とを連絡する噴口11は副室断面積よりも小
さな開口面積であるため、該副室10は十分な掃気がな
されずに既燃ガスが残る温度の高い空間となり、しか
も、該副室10は排気バルブ配置側の高温領域にあって
壁温も高い空間であるため、圧縮自己着火運転時は圧縮
行程で噴口11を通じて副室10内に流入する混合気は
燃焼室4内の混合気よりも早く反応してラジカルを多量
に発生する。
内の圧力上昇を伴い、この圧力上昇によってラジカルは
絞られた噴口11を通過する際に噴流となって燃焼室4
内へ吹き出し、このラジカルを含んだ高温ガス噴流によ
り燃焼室4内の混合気を活性化して自己着火燃焼させ
る。
ロセスを模式的に示している。
への移行時期を示しており、本実施形態では前述のよう
に吸気行程では2つの吸気ポート5,5のうちの一方に
設けたスワール制御バルブ15が全閉にされて他方の吸
気ポート5のみから吸気が行われて、燃焼室4内にスワ
ール流を生成する。
されるガス流動は圧縮行程でピストン2の冠面とシリン
ダヘッド3との間でのスキッシュ作用によって、ピスト
ン2の冠面から点火プラグ9近傍の燃焼室中心方向への
上昇流れを形成する。
(b)に示すように燃料噴射弁13から燃料が噴射され
る。
14で受けとめられると共にその弧状面に沿って上方へ
偏向されて、図4の(c),(d)に示すようにピスト
ン2の上昇と共に凹部14の弧状面に流動ガイドされて
噴口11に指向し、前記スワールおよびスキッシュ作用
によって該噴口11周りに集中して分布するようにな
る。
布すると、ピストン2の圧縮作用と相俟って図4の
(e)に示すように燃料噴霧Fの一部が噴口11を通っ
て、高温の既燃ガスが残留した副室10内に流入し、図
4の(f)に示すように燃焼室4内の混合気よりも一早
く反応してラジカルを多量に発生する。
噴射時期を圧縮行程に設定しているため、噴口11周り
に濃混合気を分布させてこれを副室10内へ供給できる
ため、多量のラジカルを発生させることができ、しか
も、噴口11および副室10は断熱層12を設けた断熱
構造としてあり、かつ、副室10は回転楕円形としてS
V比を小さくしてあるため、冷却損失を可及的に小さく
抑制できて、ラジカルの生成,増殖を促進することがで
きる。
である着火遅れ時間をτ1 〜τ3 として圧力,温度に対
して示している。
爆発反応が起き易くなるが、ガソリンのようにセタン価
の低い燃料では同図に示すように負の温度係数と呼ばれ
る着火しにくい特定温度領域が存在し、燃焼室の周壁近
傍にこれに近い温度領域が分布する傾向にあって、この
負の温度係数の存在が自己着火に大きく影響する。
は、ピストン2の圧縮作用による同一圧力履歴の下で
も、圧力上昇に対する副室10内の温度上昇はB線で示
すように燃焼室4内の温度上昇(A線)よりも高くな
り、副室10内ではこの温度が高くなる分、より着火遅
れの短い領域へと進行し、例えばある同一の圧力Pa の
下では燃焼室4内では着火遅れ時間がτ3 であるのに対
して、副室10内では着火遅れ時間がτ1 とより短くな
って、副室10内で燃焼室4内よりも一早く自己着火が
進行することになる。
気が燃焼室4内の混合気よりも早く反応してラジカルを
多量に発生すると、このラジカルの生成による発熱に伴
う圧力上昇で図4の(g)に示すように該副室10内か
らラジカルを含んだ高温ガスが噴口11を通して燃焼室
4内に噴出して、このラジカルを含んだ高温ガス噴流に
よって燃焼室4内の混合気が反応して自己着火燃焼を発
生し、図4の(h)に示すように燃焼室4内の周壁付近
でも確実に自己着火を誘起させることができ、特に噴口
11は吸気弁配置側に向けて形成してあるため、該噴口
11から最も遠い吸気弁配置側の燃焼室周壁の隅々に至
るまで確実な圧縮自己着火燃焼を行わせることができ
る。また、噴口11は前述のように断熱構造としてある
ために、噴口11からの噴出流の冷却損失を抑えてラジ
カルの熱エネルギーの減衰を回避でき、かつ、回転楕円
形の副室10の長軸が噴口11の中心軸線上に設定され
ているため、前記噴出流を燃焼室4内にスムーズに流出
させることができる。
図10は燃焼室4内と副室10内の駆動運転時圧力
AP ,BP をそれぞれ時間軸(クランク角度)に対して
示しており、燃焼室4内と副室10内とでは噴口11の
絞りが存在するため両室内の圧力上昇にずれが生じて、
副室10内の方が燃焼室4内の圧力上昇に対して遅れた
挙動を示し、噴口11の絞りがきついとその差異は大き
くなる。
DC)となるが、副室10内ではその圧力ピークがα分
遅角側へずれる。
αt から副室10内の圧力が燃焼室4内の圧力よりも高
くなり、これに加えて前述のように副室10内でのラジ
カルの生成による発熱に伴う圧力上昇があるため、該副
室10内の圧力ピーク時期よりも進角側で副室10内か
らラジカルが燃焼室4内へ噴出して、燃焼室4内の混合
気の自己着火を誘起させる。
をトリガーとした自己着火燃焼は、燃焼室4内の全域で
一斉蜂起的に発生する従来の自己着火燃焼と異なって多
段的な熱発生の形態をとる調速燃焼となり、これにより
燃焼時の打音発生を防止することができる。
を準備できるため、従来、燃焼室内の全域で圧縮自己着
火を発生させるために高めていた圧縮比および内部EG
R率を下げることができ、この結果、圧縮自己着火運転
によるリーン燃焼領域を拡大できると共に火花点火運転
領域でのノッキング発生を抑制することができる。
よって燃焼室4内の混合気を確実に圧縮自己着火燃焼さ
せることができるため、混合気をより稀薄化でき、前記
圧縮自己着火運転によってリーン燃焼領域を拡大できる
ことと相俟って、燃費を一段と向上することができる。
ラジカルをトリガーとして圧縮自己着火燃焼を行わせる
ため、圧縮自己着火の開始時期を確定できて燃焼を安定
化することができる。
の噴出速度は燃焼室4内の混合気の燃焼反応の進行速度
を決める因子となり、これは副室内温度,空燃比,副室
容積,噴口絞り等の他に機関回転数に求められる。
係を示すグラフで、同図から明らかなように、機関回転
数が高くなると実時間において急速な圧縮,膨張がなさ
れて、燃焼室4内から副室10内へのガスの流入速度が
この機関回転数の上昇と共に増し、そして、噴出速度も
増すことになるが、前述したように副室10内ではその
圧力ピークが圧縮上死点後にずれることに加えて、ラジ
カルの発生による熱発生に伴う圧力上昇があることか
ら、圧縮上死点後に機関回転数が高いほど調速された急
激な噴出が起こり、これにより燃焼室4内の混合気にラ
ジカルを放出して急激に反応進行を促すことができる。
の高い領域にまで自己着火領域を広げることが可能とな
る。
負荷時には吸気行程で燃料噴射弁13から燃料を噴射さ
せ、点火プラグ9により最適点火時期に火花点火により
燃焼火炎を発生させるため、均一予混合燃焼を実現して
全開出力を確保することができる。
形態における圧縮自己着火燃焼のプロセスを模式的に示
すもので、この実施形態では前記第1実施形態における
燃料噴射弁13の俯角を小さくすると共に、圧縮行程で
噴射された燃料噴霧Fが噴射弁軸線に対して図6に示す
吸気ポートによるタンブル流れによって仰角を持って直
接的に噴口11を指向し得るように設定してある。
場合燃料の流動ガイド機能はさほど必要ではないため、
タンブル流を保存し得るようにピストン冠面の中央部分
に略球面状に形成してある。
実施形態とほぼ同様の作用効果を奏することができる。
己着火運転時における燃料噴射弁13の燃料噴射時期を
圧縮行程で1回設定しているが、この燃料噴射時期を圧
縮行程の前半と後半とに2回に分けて設定することも可
能である。
運転時に圧縮行程の前半と後半でそれぞれ燃料噴射弁1
3から燃料を噴射させることにより、この圧縮行程にお
ける短時間での2回の噴射による燃料噴霧で燃焼室4内
の混合気層が2層となって、燃焼による熱発生を2段階
にして熱のピークを下げることができ、従って、圧縮自
己着火運転領域の高負荷側でのノッキング発生を防止す
ることができる。
ことであるが、燃料の圧縮行程噴射によって成層燃焼を
実現できるため、混合気の希薄限界を広げることができ
て燃費を向上することができる。
で、本実施形態にあっては吸気系に設けられるガス流動
生成手段として、吸気行程で燃焼室4内に矢印AT で示
すような順タンブル流を生成するタンブル生成手段16
を設けてある。
行程で燃焼室4内に形成される筒内流動としての縦方向
旋回流の中でも、前記矢印AT で示すように吸気が燃焼
室中心の点火プラグ9の下側を通って排気弁配置側から
ピストン2の冠面に向い、該ピストン冠面で反転して上
方の点火プラグ9に向かう順タンブル流を形成し得るよ
うにしてあって、この順タンブル流AT をピストン冠面
の凹部14によって圧縮行程においてもその流動勢力を
保存し得るようにしてある。
内に圧縮自己着火運転時に前記順タンブル流AT を強化
する目的で、圧縮自己着火運転時に各吸気ポート5の断
面積のほぼ下半部を遮断し、火花点火運転時に開放する
部分遮断弁17を設けてあると共に、該部分遮断弁17
の下流側に続いて、前記圧縮自己着火運転時における吸
気の主流Aを吸気ポート5の燃焼室4に臨む開口部の燃
焼室中心側のほぼ半部に指向させる流動ガイド手段18
を設けてある。
て、吸気ポート5内をほぼ上下に隔成して先端が吸気バ
ルブ6の近くまで延びる隔壁18aで構成した場合を示
しているが、図6の仮想線で示すように吸気バルブ6の
近傍の吸気ポート上壁より空気を噴射するサブポート1
8bで構成してもよく、あるいはこれら隔壁18aとサ
ブポート18bとを併設したものであってもよい。
1実施形態とほぼ同様の効果が得られる他、燃料噴射弁
13から噴射された燃料噴霧を順タンブル流AT によっ
て、点火プラグ9周りを経由して該点火プラグ9に近接
した噴口11に向わせることができるため、点火プラグ
9周りに滞留する高温の既燃ガスとともに混合気を副室
10内へ良好に供給することができる。
内でのラジカルの生成,増殖を促進できる一方、火花点
火運転時は点火プラグ9による着火火炎を副室10内へ
速かに波及させることができ、燃焼の最終了域が該副室
10内となることを回避して副室10がノッキングの発
生源となるのを防止することができる。
で、この第5実施形態にあっては、前記図6に示した第
4実施形態の構成において、圧縮自己着火運転時に圧縮
自己着火時期よりも早い時期、例えば前記ピストン2の
圧縮作用により燃焼室4内の混合気が副室10内へ流入
する直前付近で点火プラグ9を点火作動して自己着火を
補助するようにしている。
4実施形態の効果に加えて、圧縮自己着火運転時は圧縮
自己着火時期よりも早い時期に点火プラグ9を点火作動
して点火補助することによって、燃焼室4内の混合気が
副室10内へ流入する直前で点火エネルギーに相当した
分だけ混合気にラジカルを発生させ、このラジカルを火
種として副室10内で大量のラジカルを生成することが
可能となる。
時期を決定することができると共に、高回転時のように
燃焼時間の短い運転域でも安定した燃焼を行えるため、
圧縮自己着火運転領域を更に拡大することができる。
で、本実施形態にあっては、前記図5に示した第2実施
形態の構成において、圧縮自己着火運転時における燃料
噴射弁13の燃料噴射時期を、吸気行程と圧縮行程とに
2回設定している。
運転時には吸気行程で図8の(a)に示すように1回目
の燃料噴射が行われると、吸気行程から圧縮行程に移行
する間に筒内ガス流動によって同図の(b)に示すよう
に燃焼室4内に均一な希薄混合気Faが準備され、圧縮
行程でピストン2による圧縮作用でこの希薄混合気Fa
の一部が同図の(c)に示すように副室10内に流入し
て活性化される。
(d)に示すように2回目の燃料噴射が行われると、同
図の(e)に示すようにこの2回目の燃料噴射により噴
口11周りに分布した濃混合気Fbが副室10内に流入
し、同図の(f)に示すように該副室10内でのラジカ
ルの生成,増殖がより促進され、副室10内の圧力上昇
によってこの副室10内で生成された大量のラジカルを
含んだ高温ガス噴流が同図の(g)に示すように燃焼室
4内に噴出して自己着火燃焼が行われる。
前記第2実施形態の効果に加えて、吸気行程での1回目
の燃料噴射によって燃焼室全域に均一な希薄混合気が準
備された状態で、圧縮行程で2回目の燃料噴射を行って
副室10内で生成したラジカルの放出により圧縮自己着
火燃焼を行うため、燃焼を燃焼室全域で安定化させるこ
とができる。
て燃焼による熱発生を2段階にして熱のピークを下げる
ことができるため、圧縮自己着火運転領域の高負荷側で
のノッキング発生を防止することができる。
第2実施形態の構成を基本構成としているが、図1およ
び図6,7に示した実施形態の構成のものに適用して同
様の効果を得ることができる。
容積は燃焼室4の容積に応じて、ラジカルの生成を良好
に行えるようにSV比を勘案して適切に設定される。
10の断面積に応じて既燃ガスの閉じ込め作用と、高温
ガス噴流の噴出速度が適切に行われるように任意に設定
されるもので、従って、噴口数は1つに限られず複数個
にしてもよいが、何れにしても火炎がクエンチされるほ
ど小さくあってはならないことは勿論である。
噴射式のガソリン内燃機関に限定されるものではなく、
吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射式のガソリン内
燃機関にも適用することが可能である。
図。
す概略的平面説明図。
説明図。
おける燃焼プロセスを模式的に示す説明図。
おける燃焼プロセスを模式的に示す説明図。
図。
おける点火アシストによるラジカルを含んだ燃料噴霧と
混合気の挙動を模式的に示す説明図。
おける燃焼プロセスを模式的に示す説明図。
度と圧力との関係を説明するグラフ。
との関係を説明するグラフ。
Claims (13)
- 【請求項1】 火花点火運転時は燃焼室内に設けた点火
プラグにより燃焼室内の混合気を火花点火して燃焼さ
せ、圧縮自己着火運転時はピストンの圧縮作用により燃
焼室内の混合気を自己着火して燃焼させる圧縮自己着火
式ガソリン内燃機関において、燃焼室壁の最も高温領域
となる排気バルブ配置側の部位に、燃焼室よりも容積の
小さな副室と、副室断面積よりも小さな開口面積に形成
されて該副室と燃焼室とを連絡する噴口とを設けたこと
を特徴とする圧縮自己着火式ガソリン内燃機関。 - 【請求項2】 噴口を、燃焼室内の該噴口から最も遠い
吸気バルブ配置側へ向けて形成したことを特徴とする請
求項1に記載の圧縮自己着火式ガソリン内燃機関。 - 【請求項3】 吸気系に、吸気行程で燃焼室内に旋回流
を発生させるガス流動生成手段を設けたことを特徴とす
る請求項1,2に記載の圧縮自己着火式ガソリン内燃機
関。 - 【請求項4】 燃焼室内に、該燃焼室内に燃料を直接噴
射する燃料噴射弁を設けると共に、副室噴口を圧縮自己
着火運転時に該燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が圧
縮行程で指向する方向とほぼ対向する位置に設けたこと
を特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の圧縮自己着
火式ガソリン内燃機関。 - 【請求項5】 圧縮自己着火運転時における燃料噴射弁
の噴射時期を、圧縮行程に設定したことを特徴とする請
求項4に記載の圧縮自己着火式ガソリン内燃機関。 - 【請求項6】 圧縮自己着火運転時における燃料噴射弁
の噴射時期を、圧縮行程の前半と後半とに2回設定した
ことを特徴とする請求項4に記載の圧縮自己着火式ガソ
リン内燃機関。 - 【請求項7】 圧縮自己着火運転時における燃料噴射弁
の噴射時期を、吸気行程と圧縮行程とに2回設定したこ
とを特徴とする請求項4に記載の圧縮自己着火式ガソリ
ン内燃機関。 - 【請求項8】 ピストンの冠面には、圧縮自己着火運転
時に燃料噴射弁より噴射された燃料噴霧を、ピストンの
圧縮作用により噴口に指向して流動ガイドする凹部を設
けたことを特徴とする請求項4〜7に記載の圧縮自己着
火式ガソリン内燃機関。 - 【請求項9】 燃料噴射弁を噴口とほぼ対向的に燃焼室
の吸気バルブ近傍位置に設けると共に、点火プラグをこ
れら燃料噴射弁と噴口との間で該噴口に近接した位置に
設け、かつ、吸気系にはガス流動生成手段として吸気行
程で燃焼室内に順タンブル流を生成するタンブル生成手
段を設けたことを特徴とする請求項4〜8の何れかに記
載の圧縮自己着火式ガソリン内燃機関。 - 【請求項10】 圧縮自己着火運転時に圧縮自己着火時
期よりも早い時期に点火プラグを点火作動して自己着火
を補助するようにしたことを特徴とする請求項9に記載
の圧縮自己着火式ガソリン内燃機関。 - 【請求項11】 火花点火運転時における燃料噴射弁の
噴射時期を、吸気行程に設定したことを特徴とする請求
項1〜10の何れかに記載の圧縮自己着火式ガソリン内
燃機関。 - 【請求項12】 噴口および副室を断熱構造としたこと
を特徴とする請求項1〜11の何れかに記載の圧縮自己
着火式ガソリン内燃機関。 - 【請求項13】 副室を噴口の中心軸線上に長軸を持つ
回転楕円形に形成し、噴口断面積は副室最大断面積より
小さくしたことを特徴とする請求項1〜12の何れかに
記載の圧縮自己着火式ガソリン内燃機関。
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