JP2001221051A - 4行程ガソリン筒内噴射エンジン - Google Patents

4行程ガソリン筒内噴射エンジン

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JP2001221051A
JP2001221051A JP2000027644A JP2000027644A JP2001221051A JP 2001221051 A JP2001221051 A JP 2001221051A JP 2000027644 A JP2000027644 A JP 2000027644A JP 2000027644 A JP2000027644 A JP 2000027644A JP 2001221051 A JP2001221051 A JP 2001221051A
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combustion chamber
gasoline
cylinder
injection engine
cylinder head
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JP2000027644A
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Isao Shirayanagi
伊佐雄 白柳
Yosuke Shirayanagi
洋介 白柳
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NOGUCHI SEISAKUSHO KK
Noguchi Works Co Ltd
Original Assignee
NOGUCHI SEISAKUSHO KK
Noguchi Works Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/12Other methods of operation
    • F02B2075/125Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/3094Controlling fuel injection the fuel injection being effected by at least two different injectors, e.g. one in the intake manifold and one in the cylinder
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】 【課題】燃焼室内に簡単な構成を付加することによっ
て、燃焼室内に生じる一時的な圧力上昇を阻止し、ノッ
キングや窒素酸化物の発生を最少に抑制することにあ
る。 【解決手段】4行程ガソリン筒内噴射エンジンのシリン
ダ、ピストンおよびシリンダヘッドによって囲まれた空
間に面して燃焼室の壁面にガソリン噴射ノズルを設ける
とともに、前記燃焼室の壁面に小径の開口を通じて連結
された細長い空室を設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は4行程ガソリン筒内噴
射エンジンの燃焼室に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、車両用のエンジンでは熱効率を上
げるため、ノッキングが発生しない範囲で可及的に高い
圧縮比を設定している。しかしながら、限界まで圧縮比
を高めると燃料のオクタン価の不足や、燃焼室壁面への
炭素の堆積の多少によってノッキングを生じ易くなるの
で、最近のエンジンでノッキングの発生する前兆をノッ
クセンサによって検出し、ノッキングの兆候が現れたと
き点火時期を遅らせてノッキングを防止する技術が使用
されている。他方、燃料であるガソリンをシリンダ筒内
に直接噴射してガソリンと空気の混合比が不均一な状態
(成層化)で点火することにより、ある程度の効果が得
られるようになった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、点火時
期を遅らせることによってノッキングを回避する方法
は、エンジンの熱効率が低下して、燃料消費が増加する
不具合を生じる。また、不均一な混合気に点火する成層
燃焼は低速で成層化が保たれにくいためノッキングを回
避するまでには至っていなかった。課題は如何にして、
低速の長時間での拡散を食い止めるかにあった。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題はシリンダ、ピ
ストンおよびシリンダヘッドによって囲まれた燃焼室を
有し、その燃焼室の壁面にピストンの頂点を指向してガ
ソリン筒内噴射ノズルを設けるとともに、前記シリンダ
ヘッドの壁面に小径の開口を通じて連結された細長い空
室を設けることによって解決される。そこでは、前記細
長い空室をシリンダヘッドの少なくとも吸気弁と排気弁
とのいずれかに設けた開口と、その開口に通じる弁杆の
軸孔によって構成することが好ましい。さらに、前記細
長い空室をシリンダヘッドに植設した点火栓内の軸孔に
よって構成するのもよい。そして、高速運転時のパワー
不足には吸気通路用インジェクタを設けてることで補足
できる。
【0005】
【作用】エンジンの運転によって燃焼室内のガスは圧縮
され高温のもとで拡散して均一なガス組成になろうとす
る。成層化は不均一な状態をいゝ、本発明は如何にして
低速で長時間不均一を保つかを求めた末、小径の開口を
通じて連結された空室によって不均一さが保持され、ノ
ッキングが抑制される。副次的には窒素酸化物の発生を
も抑制できる。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本願発明の好ましい実施態
様を説明する。図1において、10はガソリンを燃料と
する4行程エンジンである。11はその燃焼室であり、
燃焼室11はシリンダ12に形成したシリンダ孔12a
とシリンダ孔12aに摺動可能に挿通されたピストン1
3の頂面、およびシリンダヘッド14の下面に形成した
燃焼凹面15とによって囲まれた空間として構成され
る。
【0007】燃焼室11を構成するシリンダヘッドの燃
焼凹面15には、吸気通路21と排気通路22とが開口
しており、それら開口部はそれぞれ吸気弁23と排気弁
24とによって開閉可能に設けられている。前記燃焼凹
面15にはその他に点火栓25とガソリン筒内噴射ノズ
ル26が設けられている。
【0008】ガソリン筒内噴射ノズル26はピストン1
3の頂面中央部を指向して開口しており、ピストン13
の圧縮行程終期に燃料を噴射する。その結果、燃焼室1
1内の中央部に空燃比の濃い混合気が、また、周縁部に
希薄な混合気が形成され、燃焼室11内の混合気はいわ
ゆる、成層状を形成し、一時的に不均一になる。
【0009】こゝで、前記吸気弁23と排気弁24と
は、図3で示すように、中空に塑性加工された弁杆27
と弁体28とを、溶接線Wの位置で摩擦溶接して結合し
て作られている。そして、それらの間に形成された空室
30は、弁体28に形成された開口29を通して燃焼室
11内に開いている。開口29の位置はガソリン筒内噴
射ノズル26から噴射された燃料が直接に飛び込むこと
がないよう燃料噴射方向と90°以上の角度を以て開口
させることが好ましい。また、開口29は圧縮行程の終
期に燃料が流入しない位置と大きさに設定される。
【0010】以上のように構成されたエンジン10は、
ピストン13が上昇し吸気弁23と排気弁24とが閉じ
て圧縮行程が開始する前後に、ガソリン筒内噴射ノズル
26から燃焼室11内へのガソリン噴射が始まる。燃料
はピストン13の頂面中央付近に集中し、その付近のガ
ソリン濃度を高め空燃比の濃い混合気を生成する。ま
た、シリンダ孔12aの壁面近傍では、そこまで届く燃
焼が少ないので空燃比の薄い混合気、あるいは燃料のな
い空気層を生じる。よって、燃焼室11内は空燃比の異
なる混合気によって、いわゆる成層状態を生じる。
【0011】ピストン13の上昇に伴い、空室30内に
は燃焼室11内に先の排気行程で残留した既燃ガス(E
G)や新たに吸入された空気が押し込まれるが、開口2
9の開口位置や方向とガソリンの噴射方向とが一致して
いないので、噴射された燃料の進入はほとんどない。空
室30に次のサイクルまでEGがたまる状態を貯気と呼
ぶことにする。
【0012】圧縮行程の終期に燃焼室11の中央付近に
設けられた点火栓25に火花が生じると濃い混合気に着
火し、火炎が周囲に伝播して燃焼室11内の温度と圧力
が一時に上昇する。このとき、細長い空室30内の気体
には燃料がない上、空室30が狭いため火炎が冷却され
てしまい内部へは伝搬しない。図6ではこの状態を示し
ており、エンジンが低速運転であれば圧縮された空気4
2にガソリン筒内噴射ノズル26から吹き出されたガソ
リンは点火栓25付近では濃い混合気40であり着火し
やすく、遠ざかるに従って希薄混合気41になり過剰酸
素のもとで火焔が広がりやがて消える。空室30の奥に
はEG43が貯まっている。よって、空室30の存在は
燃焼室11内の燃焼速度を下げ、空室30の末端では急
激な圧力上昇が抑制される。ノッキングは点火栓25の
火花発生前に早期着火によって起こるが、空室30にあ
るEG43は着火を抑制し、燃焼温度を下げる。
【0013】さらに、燃焼室11内の圧力上昇は空室3
0内の径が細いことゝ入口が小さいことから、ノッキン
グのような異常着火(デトネーション)時や燃焼室11
に窒素酸化物を生じるような高温燃焼時に生じる高圧は
空室30の容積によって緩衝され、ノッキングや窒素酸
化物の発生が阻止される。
【0014】細長い空室30は貯気によってオクタン価
の低い、いわゆる安価なレギュラーガソリンでもノッキ
ングを起こしにくくすることができる。図1では弁を細
長い空室として用いたが、図4のように専用の貯気室3
1を設けることがりそうである。点火栓と同じ14ミリ
の孔を明けてガスケット32をかませてシリンダヘッド
14に取付けることになる。4行程ガソリンエンジンの
圧縮比を変えるのは容易ではなかったが、貯気室31な
ら所望する圧縮比調整ができる。
【0015】図5のように、空室30は点火栓25の奥
深くに設けることもできる。点火栓25は熱価が重要で
中心電極33を絶縁体34が被覆して適宜シリンダヘッ
ド14に熱を逃がしている。その奥がEG43を貯える
空室30になる。
【0016】4行程ガソリン筒内噴射エンジンの貯気は
熱効率やノッキングでは優れているものの、ガス交換が
よくないことから、排気容積割合ではパワーは落ちてし
まう。これを補うためには図7のようにハイブリッドガ
ソリン噴射システムをとるのがよい。燃焼室11内にガ
ソリン筒内噴射ノズル26を設けるのに加えて吸気通路
21に吸気通路用インジェクタを設け、図8のように、
低速域50では燃費やエミッションが重要であるからガ
ソリン筒内噴射ノズル26を働かせ、高速域52ではハ
イパワーが必要であるから吸気通路用インジェクタ49
により全部を濃い混合気の均一として供給する。切換域
51ではガソリン筒内噴射ノズル26と吸気通路用イン
ジェクタ49の噴射量をコンピュータで徐々に切換えて
つなぐ回転数である。切換域51ではガソリン筒内噴射
ノズル26の噴射に加えて高速まで不足分のガソリンを
吸気通路用インジェクタ49から噴射して少なくとも過
剰空気をなくしはじめる領域回転数の意味である。
【0017】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、燃焼室内の所
定の位置に燃焼室内へ開く細長い空室を形成する簡単な
構成を付加するだけで、ノッキングや窒素酸化物の発生
を有効に防止できる。請求項2の発明によれば、燃焼室
に設ける細長い空室を弁杆を利用して形成したから、従
来の燃焼室の構成を大きく変化させることなく、エンジ
ンのノッキングや窒素酸化物の発生を防止できる。請求
項3の発明によれば、燃焼室に必須の点火栓に空室を設
けたから実現が容易である。請求項4の発明によれば、
4行程ガソリンエンジンをハイブリッド噴射システムと
して、低速と高速を切換えたから両者の欠点を捨て、両
者の長所をとって、ノッキングがなく、パワーのあるエ
ンジンがえられる。などの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の一実施態様を示すもので、エンジン
の断面図である。
【図2】そのII−II断面図である。
【図3】要部の断面図である。
【図4】本願発明の貯気室の断面図である。
【図5】本願発明の点火栓の断面図である。
【図6】本願発明の成層化を示すスケルトン図である。
【図7】本願発明のハイブリッドガソリン噴射を示すス
ケルトン図である。
【図8】図7の切換を示した図である。
【符号の説明】
10・・・・エンジン 11・・・・燃焼室 12・・・・シリンダ 12a・・・シリンダ孔 13・・・・ピストン 14・・・・シリンダヘッド 15・・・・燃焼凹面 21・・・・吸気通路 22・・・・排気通路 23・・・・吸気弁 24・・・・排気弁 25・・・・点火栓 26・・・・ガソリン筒内噴射ノズル 27・・・・弁杆 28・・・・弁体 29・・・・開口 30・・・・空室 31・・・・貯気室 32・・・・ガスケット 33・・・・中心電極 34・・・・絶縁体 35・・・・カム 36・・・・弁ばね 40・・・・濃い混合気 41・・・・希薄混合気 42・・・・空気 43・・・・EG 49・・・・吸気通路用インジェクタ 50・・・・低速域 51・・・・切換域 52・・・・高速域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3G019 AA09 KA12 KA15 3G023 AA05 AA06 AB01 AC02 AC05 AD02 AD03 AD12 3G066 AA02 AA05 AB02 AD10 AD12 BA22 BA25 CC01 CC34 DB13

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリンダ、ピストンおよびシリンダヘッド
    によって囲まれた燃焼室を有し、その燃焼室の壁面にピ
    ストンの頂点を指向してガソリン噴射ノズルを設けると
    ともに、前記シリンダヘッドの壁面に小径の開口を通じ
    て連結された細長い空室を設けてなる4行程ガソリン筒
    内噴射エンジン。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記細長い空室をシリ
    ンダヘッドの少なくとも吸気弁と排気弁とのいずれかに
    設けた開口と、その開口に通じる弁杆の軸孔によって構
    成してなる4行程ガソリン筒内噴射エンジン。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記細長い空室をシリ
    ンダヘッドに植設した点火栓内の軸孔によって構成して
    なる4行程ガソリン筒内噴射エンジン。
  4. 【請求項4】請求項1において、高速運転時作用する吸
    気通路用インジェクタを設けてなる4行程ガソリン筒内
    噴射エンジン。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009275699A (ja) * 2008-05-13 2009-11-26 Man Diesel Filial Af Man Diesel Se Tyskland 大型の2サイクルディーゼルエンジンのための排気バルブ、このようなエンジンにおけるNOx形成の削減のためのプロセス、及びこのようなエンジン

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US8869511B2 (en) 2008-05-13 2014-10-28 Man Diesel & Turbo, Filial Af Man Diesel & Turbo Se, Tyskland Exhaust valve for a large sized two stroke diesel engine, process for reduction on NOx-formation in such an engine and such engine

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