JP2001317359A - 内燃機関 - Google Patents

内燃機関

Info

Publication number
JP2001317359A
JP2001317359A JP2001015670A JP2001015670A JP2001317359A JP 2001317359 A JP2001317359 A JP 2001317359A JP 2001015670 A JP2001015670 A JP 2001015670A JP 2001015670 A JP2001015670 A JP 2001015670A JP 2001317359 A JP2001317359 A JP 2001317359A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
intake
fuel
combustion chamber
intake air
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001015670A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshihiro Hotta
義博 堀田
Kiyomi Nakakita
清己 中北
Minaji Inayoshi
三七二 稲吉
Takayuki Touto
孝之 冬頭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP2001015670A priority Critical patent/JP2001317359A/ja
Publication of JP2001317359A publication Critical patent/JP2001317359A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0618—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion
    • F02B23/0624—Swirl flow
    • 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
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0618—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion
    • F02B23/0621—Squish flow
    • 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
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0672—Omega-piston bowl, i.e. the combustion space having a central projection pointing towards the cylinder head and the surrounding wall being inclined towards the cylinder center axis
    • 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
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/12—Engines characterised by fuel-air mixture compression with compression ignition
    • 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
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/14—Direct injection into combustion chamber
    • 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
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0645—Details related to the fuel injector or the fuel spray
    • F02B23/0663—Details related to the fuel injector or the fuel spray having multiple injectors per combustion chamber
    • 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
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • F02B23/101—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on or close to the cylinder centre axis, e.g. with mixture formation using spray guided concepts
    • 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
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F2001/244—Arrangement of valve stems in cylinder heads
    • F02F2001/247—Arrangement of valve stems in cylinder heads the valve stems being orientated in parallel with the cylinder axis
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (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】 燃焼室のスキッシュエリア、キャビティ内壁
面近傍での消炎を生じ難くして排気中のＨＣ、ＳＯＦや
白煙などを低減する効果を高くする。 【解決手段】 複数の吸気ポート３、４で燃焼室１に複
数の同一方向の吸気スワール流を形成し、燃焼室１又は
吸気通路の吸気に所要量の燃料の一部又は全部を吸気行
程又は圧縮行程の予混合用噴射時期に噴射し、燃料を圧
縮行程終期近傍で燃焼開始させる圧縮着火式又は火花点
火式の内燃機関において、予混合用噴射時期に噴射する
燃料は、燃焼室１の特定の吸気スワール流、又は、特定
の吸気ポート３若しくはこの吸気ポート３を含む吸気通
路の吸気に噴射し、燃焼開始時に、燃焼室１は、天井面
中心部を含む中央部１３に燃料濃度が高い吸気を、周辺
部のスキッシュエリア、キャビティ９内壁面近傍に燃料
濃度が低い吸気をそれぞれ配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料を燃焼室又は
吸気通路の吸気に噴射する圧縮着火式又は火花点火式の
内燃機関において、排気中のＨＣ（炭化水素）、ＳＯＦ
（可溶性有機物）や白煙などの有害物質を低減する技術
に関する。
【０００２】
【従来の技術】［圧縮着火式の内燃機関］圧縮着火内燃
機関において、燃焼室に、その天井面中心部の燃料噴射
弁から、その時の負荷に必要な量の燃料の一部又は全部
を、吸気行程又は圧縮行程の３０°ＢＴＤＣ以前の予混
合用噴射時期に噴射し、燃料を圧縮行程の終期近傍で自
己着火させて燃焼開始させる。すると、全負荷時の出力
トルクが増加する一方、排気中のＮOx（窒素酸化物）や
煙が低減する。
【０００３】ところが、燃料が燃焼室の全域に分布し、
燃焼室のスキッシュエリアとキャビティ内壁面近傍で燃
料蒸気が冷却されて燃焼火炎が消滅し、その消炎によっ
て排気中のＨＣとＳＯＦ及び機関始動直後の冷間時の白
煙が増加する。
【０００４】第１従来技術（図９参照） 予混合式の圧縮着火内燃機関において、燃焼室１に、天
井面の中心部に通常の燃料噴射弁２を設ける一方、天井
面の周辺部の複数箇所に、それぞれ、天井面に沿う方向
からピストン頂面側に少し傾斜した方向に噴射する予混
合用の燃料噴射弁３１を設け、複数の予混合用燃料噴射
弁３１から、所要量の燃料の一部を吸気行程又は圧縮行
程の３０°ＢＴＤＣ以前の予混合用噴射時期に噴射し、
通常の燃料噴射弁２から、所要量の燃料の残部を圧縮行
程の終期近傍の通常噴射時期に噴射する技術が提案され
た。
【０００５】この技術においては、予混合用燃料噴射弁
３１から予混合用時期に噴射される燃料が燃焼室１のキ
ャビティ内壁面に付着する量が減少し、キャビティ内壁
面近傍での消炎によるＨＣなどの生成が減少する。
【０００６】［火花点火式の内燃機関］火花点火内燃機
関においても、燃焼室のスキッシュエリアとキャビティ
内壁面ないしピストン頂面近傍での消炎によって排気中
のＨＣなどが増加する。排気を三元触媒、酸化触媒に通
して大気に放出する内燃機関では、運転中の温間時に
は、触媒が活性化していて排気中のＨＣなどが浄化され
るが、始動直後の冷間時には、触媒が活性化しておら
ず、排気中のＨＣなどが浄化されずにそのまま大気に放
出される。
【０００７】第２従来技術（特許第２９０６９３２号公
報参照） 希薄燃焼式の火花点火内燃機関において、吸気行程に、
複数の吸気ポートで燃焼室に２本又は３本の同一方向の
吸気タンブル流を左右又は左右中央に形成し、燃焼室天
井面の点火栓を通過する吸気タンブル流を形成する吸気
ポートにのみ燃料を噴射する技術が提案された。
【０００８】この技術においては、燃料が混入した吸気
タンブル流は、燃焼室のスキッシュエリアの全域を通過
せず、一部分のみを通過し、燃焼室のスキッシュエリア
に分布する燃料が減少し、スキッシュエリアでの消炎に
よるＨＣなどの生成が減少する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】第１従来技術の予混合
式圧縮着火内燃機関においては、予混合用燃料が燃焼室
のキャビティ内壁面に付着することに起因するＨＣなど
の生成が減少するが、燃料が燃焼室のスキッシュエリア
に分布することに起因するＨＣなどの生成は、減少しな
い。排気中のＨＣなどの低減効果が高くない。
【００１０】また、燃焼室の天井面中心部に設ける通常
の燃料噴射弁とは別に、天井面の周辺部に設ける予混合
用燃料噴射弁を複数必要とする。構造が複雑になる。
【００１１】第２従来技術の希薄燃焼式火花点火内燃機
関においては、燃料が混入していない吸気タンブル流が
通過する燃焼室のスキッシュエリア部分には、燃料が分
布しないが、燃料が混入した吸気タンブル流が通過する
燃焼室のスキッシュエリア部分には、燃料が分布し、燃
焼室のスキッシュエリアに分布する燃料の減少が十分で
はない。スキッシュエリアでの消炎によるＨＣなどの生
成の低減効果が不十分である。
【００１２】
【課題を解決するための着眼と研究】１）上記のような
圧縮着火式又は火花点火式の内燃機関において、排気中
のＨＣ、ＳＯＦや白煙などの有害物質を低減する効果が
不十分である原因は、冷却され易くて消炎が生じ易い燃
焼室のスキッシュエリアとキャビティ内壁面近傍に燃料
が分布することに起因しているので、燃料の燃焼開始時
に、燃焼室のスキッシュエリアとキャビティ内壁面近傍
に、燃料が混入していない吸気又は燃料の混入率が低い
吸気を配置し、燃焼室のその他の部分即ち中央部に、燃
料が混入した吸気又は燃料の混入率が高い吸気を配置す
ることが有効であることに気付いた。
【００１３】換言すると、課題を解決するため、燃料の
燃焼開始時に、燃焼室の中央部と、周辺部のスキッシュ
エリア、キャビティ内壁面近傍とで、吸気を成層化する
ことに着眼した。
【００１４】このように吸気を成層化すると、燃料の燃
焼開始時に、燃焼室のスキッシュエリアとキャビティ内
壁面近傍に、燃料が分布しない、又は、燃料分布量が減
少する。消炎が生じ易い領域に存在する燃料が減少す
る。更に、燃料が燃焼室の中央部に集中して燃焼するこ
とになり、燃焼温度が高くなって燃料の未燃率が低下す
る。これらの結果、排気中のＨＣ、ＳＯＦや白煙などの
有害物質を低減する効果が高くなる。
【００１５】２）複数の吸気ポートで燃焼室に複数の同
一方向の吸気スワール流を形成する内燃機関において、
燃焼室や吸気ポートの形状、従って、吸気のスワール流
やスキッシュ流の流動特性を選択すると、吸気を、例え
ば、次のように成層化することができる。
【００１６】吸気行程において、図２と図３に例示する
ように、スワール流の下流側の吸気ポート３では、燃焼
室１の上部にその周壁に沿う第１吸気１１のスワール流
を、上流側の吸気ポート４では、燃焼室１の下部にその
周壁に沿う第２吸気１２のスワール流を形成する。図４
と図５に例示するように、燃焼室１において組成の異な
る第１吸気１１のスワール流と第２吸気１２のスワール
流が上下に配置された状態は、圧縮行程の中程まで継続
される。
【００１７】スキッシュ流が発生する圧縮行程の後半に
おいて、ピストン頂面の周辺部上のスワール流は、スキ
ッシュ流によってピストン頂面の中央部のキャビティ内
に運ばれ、径の縮小に伴うスワール方向速度の増加によ
る遠心力によって、キャビティの中心に向かわず、キャ
ビティの周壁に沿って流れ、キャビティの底面に向か
う。キャビティは、スキッシュ流の発生前には、全域に
第２吸気が存在するが、スキッシュ流が発生すると、図
６（ａ）（ｂ）（ｃ）に時間経過順に例示するように、
キャビティ９の中央領域に第１吸気１１が流入し、キャ
ビティ９の周辺領域と底部領域のみに第２吸気１２が存
在することになる。
【００１８】燃料が燃焼を開始する圧縮行程の終期近傍
においては、図１に例示するように、燃焼室１は、天井
面の中心部を含む中央部１３には、第１吸気１１が主に
存在し、周辺部のスキッシュエリアとキャビティ９内壁
面近傍には、第２吸気１２が主に存在することになる。
【００１９】第１吸気１１には燃料を混入し、第２吸気
１２には燃料を混入しないと、燃料の燃焼開始時に燃焼
室は、中央部１３と周辺部のスキッシュエリア、キャビ
ティ９内壁面近傍に、燃料が混入した吸気又は燃料の混
入率が高い吸気と、燃料が混入していない吸気又は燃料
の混入率が低い吸気が成層化されることになる。
【００２０】３）内燃機関の負荷が多いときには、少な
いときに比較して、燃焼室は、中央部の温度と周辺部の
温度が共に高くなる特徴がある。高負荷時には、低負荷
時に比較して、燃焼開始時に燃焼室の天井面中心部を含
む中央部に配置される吸気の燃料混入率に対する、燃焼
室の周辺部に配置される吸気の燃料混入率の比を高くす
る。すると、燃焼室の中央部は、燃料の混入率が低くな
り、燃焼温度が過度に高くなるのが防止されてＮOxの増
加が抑制される。また、燃焼室の周辺部は、燃料の混入
率が高くなるが、温度が高いので、ＨＣが増加せず、む
しろ酸素に対する燃料の割合が増加して酸素を有効に利
用する効果がある。
【００２１】内燃機関の運転条件に応じて、燃焼開始時
に燃焼室の天井面中心部を含む中央部に配置される吸気
の燃料混入率に対する、燃焼室の周辺部に配置される吸
気の燃料混入率の比を変化させると、排気中の有害物質
を一層低減することができる。
【００２２】
【課題を解決するための手段】１）燃焼室の吸気又は燃
焼室の吸気と吸気通路の吸気に燃料を噴射し、燃料を圧
縮行程の終期近傍で燃焼開始させる圧縮着火式又は火花
点火式の内燃機関において、燃焼開始時に、燃焼室は、
天井面の中心部を含む中央部と、周辺部のスキッシュエ
リア、キャビティ内壁面近傍に、燃料が混入した吸気又
は燃料の混入率が高い吸気と、燃料が混入していない吸
気又は燃料の混入率が低い吸気を成層化する構成にした
ことを特徴とする。
【００２３】２）複数の吸気ポートで燃焼室に複数の同
一方向の吸気スワール流を形成し、燃焼室又は吸気通路
の吸気に、その時の負荷に必要な量の燃料の一部又は全
部を、吸気行程又は圧縮行程の３０°ＢＴＤＣ以前の予
混合用噴射時期に噴射し、燃料を圧縮行程の終期近傍で
燃焼開始させる圧縮着火式又は火花点火式の内燃機関に
おいて、予混合用噴射時期に噴射する燃料は、燃焼室の
特定の単数又は複数の吸気スワール流、又は、特定の単
数又は複数の吸気ポート若しくは特定の単数又は複数の
吸気ポートを含む吸気通路の吸気に噴射し、燃焼開始時
に、燃焼室は、天井面中心部を含む中央部に、燃料が混
入した吸気又は燃料の混入率が高い吸気を、周辺部のス
キッシュエリア、キャビティ内壁面近傍に、燃料が混入
していない吸気又は燃料の混入率が低い吸気をそれぞれ
配置する構成にしたことを特徴とする。
【００２４】３）複数の吸気ポートで燃焼室に複数の同
一方向の吸気スワール流を形成し、燃焼室又は吸気通路
の吸気に、その時の負荷に必要な量の燃料の一部又は全
部を、吸気行程又は圧縮行程の３０°ＢＴＤＣ以前の予
混合用噴射時期に噴射し、燃料を圧縮行程の終期近傍で
燃焼開始させる圧縮着火式又は火花点火式の内燃機関に
おいて、吸気行程において、第１吸気を燃焼室上部の周
壁に沿うスワール流にし、第２吸気を燃焼室下部の周壁
に沿うスワール流にし、予混合用噴射時期に噴射する燃
料は、第１吸気に噴射し、スキッシュ流が発生する圧縮
行程の後半に、ピストン頂面中央部のキャビティにおい
て、中央領域に第１吸気を流入させ、周辺領域と底部領
域に第２吸気を残存させ、燃焼開始時に、燃焼室は、天
井面中心部を含む中央部に、燃料が混入した吸気又は燃
料の混入率が高い吸気を、周辺部のスキッシュエリア、
キャビティ内壁面近傍に、燃料が混入していない吸気又
は燃料の混入率が低い吸気をそれぞれ配置する構成にし
たことを特徴とする。
【００２５】４）複数の吸気ポートで燃焼室に複数の同
一方向の吸気スワール流を形成し、燃焼室の天井面の燃
料噴射弁から、燃焼室の吸気に、その時の負荷に必要な
量の燃料の一部を、吸気行程又は圧縮行程の３０°ＢＴ
ＤＣ以前の予混合用噴射時期に噴射し、燃料の残部を圧
縮行程の終期近傍の通常噴射時期に噴射し、燃料を圧縮
行程の終期近傍で燃焼開始させる圧縮着火式又は火花点
火式の内燃機関において、燃料噴射弁は、噴射方向、噴
霧角や貫徹力などの噴霧特性を変化可能な可変式にし、
可変式の燃料噴射弁から、予混合用噴射時期に、燃焼開
始時に燃焼室の天井面中心部を含む中央部に主に配置さ
れる吸気スワール流にその吸気スワール流のみに燃料噴
霧の大部分が混入するのに適した噴霧特性で噴霧する構
成にしたことを特徴とする。
【００２６】５）上記の内燃機関において、運転条件に
応じて、燃焼開始時に燃焼室の天井面中心部を含む中央
部に配置される吸気の燃料混入率に対する、燃焼室の周
辺部に配置される吸気の燃料混入率の比を変更する構成
にしたことを特徴とする。
【００２７】
【発明の効果】燃料の燃焼開始時に、燃焼室は、天井面
の中心部を含む中央部に、燃料が混入した吸気又は燃料
の混入率が高い吸気が配置され、周辺部のスキッシュエ
リア、キャビティ内壁面近傍に、燃料が混入していない
吸気又は燃料の混入率が低い吸気が配置される。燃料の
燃焼開始時に、燃焼室のスキッシュエリアとキャビティ
内壁面近傍に、燃料が分布しない、又は、燃料分布量が
減少する。更に、燃料が燃焼室の中央部に集中して燃焼
することになり、燃焼温度が高くなり、燃焼室のスキッ
シュエリア、キャビティ内壁面近傍が冷却され難くな
る。
【００２８】その結果、燃焼室のスキッシュエリア、キ
ャビティ内壁面近傍で消炎が生じ難くなる。排気中のＨ
Ｃ、ＳＯＦや白煙などの有害物質を低減する効果が高く
なる。
【００２９】
【発明の実施の形態】［第１例（図１〜図６参照）］本
例の予混合式圧縮着火内燃機関は、図１に示すように、
燃焼室１の天井面の中心部に燃料噴射弁２の多数の噴口
を配置し、燃焼室１の天井面の一側に２個の吸気ポート
３、４と吸気弁５、６を、他側に２個の排気ポート７と
排気弁８を設けている。ピストン頂面の中央部には、中
心軸対称形状のキャビティ９を同心状に形成している。
キャビティ９は、底面中央部に山部１０を設け、山部１
０の周囲を谷部にしている。
【００３０】２個の吸気ポート３、４は、吸気行程にお
いて、図２に示すように、燃焼室１に吸気のスワール流
１１、１２を同一方向に形成する。スワール流の下流側
の吸気ポート３は、図２と図３に示すように、ヘリカル
ポート形状であり、吸気がほぼ燃焼室１天井面に沿う向
きに流出し、燃焼室１の天井面側の上部にその周壁に沿
う強い第１吸気のスワール流１１を形成する。上流側の
吸気ポート４は、タンジェンシャルポート形状であり、
第１吸気のスワール流１１との衝突を避けるため、吸気
が斜め下向きに流出し、燃焼室１のピストン頂面側の下
部にその周壁に沿う第２吸気のスワール流１２を形成す
る。
【００３１】本例の内燃機関においては、吸気行程に、
図２に示すように、燃焼室１の上部と下部に、それぞ
れ、その周壁に沿う第１吸気のスワール流１１、第２吸
気のスワール流１２を形成すると、吸気行程の予混合用
噴射時期に、燃料噴射弁２は、その時の負荷に必要な量
の燃料の一部又は全部を多数の噴口から放射方向に第１
吸気のスワール流１１に向けて噴射する。第１吸気のス
ワール流１１には、燃料噴霧が混入する。第２吸気のス
ワール流１２には、燃料噴霧がほとんど混入しない。
【００３２】吸気行程の終期になると、図４に示すよう
に、燃焼室１に第１吸気のスワール流１１と第２吸気の
スワール流１２が上下に成層化される。吸気行程の終期
には、上流側の吸気ポート４から最後に流入した第２吸
気１２の最後尾部分が燃焼室１の上部に存在するため、
第１吸気１１と第２吸気１２の境界面１３は、ピストン
頂面に平行する平面にならず、傾斜した凹凸曲面にな
る。
【００３３】燃焼室１の第１吸気１１と第２吸気１２
は、時間の経過に従って混ざり合い、第１吸気１１に含
まれている燃料噴霧が第２吸気１２にも含まれるように
なり、燃料噴霧の濃度が連続して変化する状態になるの
で、燃料噴霧の濃度がほぼ中間値になる面を第１吸気１
１と第２吸気１２の境界面１３とする。
【００３４】圧縮行程になると、第２吸気１２の最後尾
部分が燃焼室１の下部に移動し、第１吸気１１と第２吸
気１２の混合が進行し、圧縮行程の中程には、図５に示
すように、第１吸気１１と第２吸気１２の境界面１３
は、ピストン頂面に平行する平面に近づく。燃焼室１に
第１吸気スワール流１１と第２吸気スワール流１２が上
下に成層化された状態は、圧縮行程の中程まで継続す
る。
【００３５】スキッシュ流が発生する圧縮行程の後半に
は、ピストン頂面の周辺部上のスワール流は、スキッシ
ュ流によってピストン頂面の中央部のキャビティ９内に
運ばれ、径の縮小に伴うスワール方向速度の増加による
遠心力によって、キャビティ９の中心に向かわず、キャ
ビティ９の周壁に沿って流れ、キャビティ９の底面に向
かう。キャビティ９内は、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に時
間経過順に示すように、燃焼室１下部の第２吸気１２が
充満した状態から、中央領域に燃焼室１上部の第１吸気
１１が流入し、周辺領域と底部領域のみに第２吸気１２
が残る。
【００３６】圧縮行程の終期近傍には、図１に示すよう
に、燃焼室１は、天井面の中心部を含む中央部１３の内
側の領域には第１吸気１１が主に存在し、その外側の領
域には第２吸気１２が主に存在する。燃料の燃焼開始時
には、燃焼室１は、中心軸対称形状の中央部１３に燃料
混入率の高い吸気１１が、周辺部のスキッシュエリア
と、キャビティ９の周面と底面即ち内壁面の近傍に燃料
混入率の低い吸気１２が配置される。
【００３７】燃料の燃焼開始時に、燃焼室１の周辺部の
スキッシュエリアとキャビティ９内壁面近傍は、燃料濃
度が低い。更に、燃料が燃料濃度の高い燃焼室１中央部
１３に集中して燃焼することになり、燃焼温度が高くな
り、燃焼室１のスキッシュエリアとキャビティ９内壁面
近傍が冷却され難い。
【００３８】その結果、燃焼室１のスキッシュエリアと
キャビティ９内壁面近傍で消炎が生じ難くなる。排気中
のＨＣ、ＳＯＦや白煙を低減する効果が高くなる。
【００３９】また、同時に、その時の負荷に必要な量の
燃料の一部又は全部を予混合燃焼させるので、全負荷時
の出力トルクが増加する一方、排気中のＮOxや煙が低減
する。
【００４０】本例の内燃機関は、吸気１１、１２が上記
のように成層化されるように、吸気１１、１２のスキッ
シュ流やスワール流の流動特性を決定する燃焼室１や吸
気ポート３、４の形状を選択している。これらの形状に
よって吸気１１、１２の成層の度合いや境界面１３の形
状寸法を制御することができる。
【００４１】スキッシュ流やスワール流の流動特性を決
定する形状には、燃焼室１のキャビティ９形状、ピスト
ン頂面周辺部と天井面周辺部との間の間隔や、天井面か
らの吸気弁５、６下面の凹み量が例示される。
【００４２】［第２例（図７参照）］本例の内燃機関
は、第１例のそれにおいて、図７に示すように、燃焼室
１の天井面中心部に通常の燃料噴射弁２を設ける一方、
スワール下流側の吸気ポート３に予混合用の燃料噴射弁
２１を設ける。
【００４３】吸気行程には、第１例におけるのと同様
に、燃焼室１の上部と下部に、それぞれ、その周壁に沿
う第１吸気のスワール流１１、第２吸気のスワール流１
２が形成される。吸気行程の予混合用噴射時期に、予混
合用燃料噴射弁２１は、下流側の吸気ポート３を通過す
る第１吸気に、その時の負荷に必要な量の燃料の一部を
噴射する。下流側の吸気ポート３を通過した燃焼室１内
の第１吸気のスワール流１１には、燃料が混入する。上
流側の吸気ポート４を通過した燃焼室１内の第２吸気の
スワール流１２には、燃料がほとんど混入しない。
【００４４】圧縮行程の終期近傍には、第１例における
のと同様に、燃焼室１の天井面中心部を含む中心軸対称
形状の中央部１３に燃料混入率の高い吸気１１が、周辺
部のスキッシュエリア、キャビティ９内壁面近傍に燃料
混入率の低い吸気１２が配置される。更に、圧縮行程の
終期近傍の通常噴射時期に、通常の噴射燃料噴射弁２
は、燃焼室１の中央部１３に位置する燃料混入率の高い
吸気１１に、所要量の燃料の残部を噴射する。
【００４５】燃焼開始時に、燃焼室１の中央部１３と、
周辺部のスキッシュエリア、キャビティ９内壁面近傍
に、燃料濃度が高い吸気と、燃料濃度が低い吸気が成層
化される度合いが高くなる。その結果、燃焼室１のスキ
ッシュエリアとキャビティ９内壁面近傍で生ずる消炎を
防止する効果が高くなる。排気中のＨＣ、ＳＯＦや冷間
時の白煙などを低減する効果が高くなる。
【００４６】予混合用燃料噴射弁２１は、燃焼室１の一
室当り１本である。複数本を必要としない。燃焼室１が
複数ある多気筒機関では、各燃焼室１の吸気ポート３に
連通した共通の吸気通路に１本の予混合用燃料噴射弁２
１を設けてもよい。
【００４７】その他の点は、第１例におけるのと同様で
ある。
【００４８】［第３例］本例の内燃機関は、第１例のそ
れにおいて、燃焼室１の天井面中心部に設けた燃料噴射
弁２は、噴射方向、噴霧角や貫徹力などの噴霧特性を変
化可能な可変式にする。
【００４９】可変式の燃料噴射弁２は、その時の負荷に
必要な量の燃料の一部を、吸気行程又は圧縮行程の３０
°ＢＴＤＣ以前の予混合用噴射時期に、燃焼開始時に燃
焼室１の天井面中心部を含む中心軸対称形状の中央部１
３に主に配置されることになる第１吸気スワール流１１
に、そのスワール流１１のみに燃料噴霧の大部分が混入
するのに適した噴霧特性で噴霧する。所要量の燃料の残
部は、圧縮行程の終期近傍の通常噴射時期に、通常噴射
に適した噴霧特性で噴霧する。
【００５０】燃焼開始時に、燃焼室１の中央部１３と、
周辺部のスキッシュエリア、キャビティ９内壁面近傍
に、燃料濃度が高い吸気と、燃料濃度が低い吸気が成層
化される度合いが高くなる。その結果、燃焼室１のスキ
ッシュエリアとキャビティ９内壁面近傍で生ずる消炎を
防止する効果が高くなる。
【００５１】その他の点は、第１例におけるのと同様で
ある。
【００５２】なお、可変式の燃料噴射弁又は非可変式の
燃料噴射弁を用い、予混合用噴射を複数回に分けて行
い、一回当りの噴射量や貫徹力を減らしたり、各回の噴
射方向や噴霧角などを調整したりして、予混合用燃料が
特定の吸気スワール流のみに混入する効果を高める構成
にしてもよい。
【００５３】［第４例（図８参照）］本例の内燃機関
は、第１例のそれにおいて、燃料が混入した吸気の成層
度を制御するため、下流側と上流側の吸気ポート３、４
で吸気弁５、６の開放期間をずらす。
【００５４】燃焼室１の上部に第１吸気１１を流入させ
る下流側の吸気ポート３では、図８に示すように、吸気
弁５を遅い時期に開いて遅い時期に閉じる。燃焼室１の
下部に第２吸気１２を流入させる上流側の吸気ポート４
では、吸気弁６を早い時期に開いて早い時期に閉じる。
【００５５】吸気行程の前期には、上流側の吸気ポート
４の吸気弁６のみが開放し、燃焼室１の下部に配置する
第２吸気１２のみが燃焼室１に流入する。吸気行程の中
期には、両者の吸気ポート３、４の吸気弁５、６が開放
して第１吸気１１と第２吸気１２が燃焼室１に流入す
る。吸気行程の後期には、下流側の吸気ポート３の吸気
弁５のみが開放し、燃焼室１の上部に配置する第１吸気
１１のみが燃焼室１に流入する。
【００５６】下流側と上流側の吸気ポート３、４で吸気
弁５、６の開放期間が一致する第１例の場合に比較し
て、吸気行程の終期に第１吸気１１と第２吸気１２が上
下に成層化される度合いが高くなり、圧縮行程終期の燃
焼開始時に燃焼室１の天井面中心部を含む中央部１３の
内側に配置される吸気と、外側に配置される吸気との燃
料濃度差が大きくなる。
【００５７】また、バルブタイミングの可変装置を設け
る。下流側の吸気ポート３における吸気弁５の開放時期
と閉鎖時期、及び、上流側の吸気ポート４における吸気
弁６の開放時期と閉鎖時期を、内燃機関の運転条件に応
じて変更する。燃焼開始時に燃焼室１の天井面中心部を
含む中央部１３の内側に配置される吸気の燃料混入率に
対する、外側に配置される吸気の燃料混入率の比が運転
条件に応じて変更される。
【００５８】また、スワール強度の可変装置を設ける。
第１吸気スワール流１１の強さと第２吸気スワール流１
２の強さを、内燃機関の運転条件に応じて変更する。燃
焼開始時に燃焼室１の中央部１３の内側に配置される吸
気の燃料混入率に対する、外側に配置される吸気の燃料
混入率の比が運転条件に応じて変更される。
【００５９】その他の点は、第１例におけるのと同様で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の第１例における予混合式圧
縮着火内燃機関の概略縦断面図。
【図２】同内燃機関における吸気行程中程の燃焼室の概
略斜視図。
【図３】同内燃機関における燃焼室の概略平面図。
【図４】同内燃機関における吸気行程終期の燃焼室の概
略斜視図。
【図５】同内燃機関における圧縮行程中程の燃焼室の概
略斜視図。
【図６】同内燃機関における圧縮行程終期近傍の燃焼室
の概略縦断面図で、吸気の流動状態を示す図。
【図７】実施形態の第２例における予混合式圧縮着火内
燃機関の吸気行程中程の概略斜視図。
【図８】実施形態の第４例における圧縮着火内燃機関の
吸気弁揚程図。
【図９】従来の予混合式圧縮着火内燃機関の概略縦断面
図。
【符号の説明】
１ 燃焼室 ２ 燃料噴射弁 ３ スワール流の下流側の吸気ポート ４ スワール流の上流側の吸気ポート ９ キャビティ １１ 燃料噴霧を混入する第１吸気 １２ 燃料噴霧を混入しない第２吸気 １３ 第１吸気と第２吸気の境界面、燃焼室の天井面中
心部を含む中央部 ２１ 予混合用の燃料噴射弁
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｂ 23/00 Ｆ０２Ｂ 23/00 Ｗ 23/06 23/06 Ｚ 31/02 31/02 Ｃ Ｌ Ｍ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３２５ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３２５Ａ ３７５ ３７５ 41/34 41/34 Ｃ 41/38 41/38 Ｂ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｈ ３１２Ｚ Ｆ０２Ｍ 61/18 ３６０ Ｆ０２Ｍ 61/18 ３６０Ｊ 63/00 63/00 Ｐ (72)発明者 稲吉 三七二 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 冬頭 孝之 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 3G023 AA04 AB01 AB05 AC02 AC04 AD02 AD05 AD07 AD08 AG01 AG05 3G066 AA01 AA02 AA05 AA07 AB02 AD10 AD12 BA26 CC48 DA04 DA09 3G084 AA01 BA09 BA11 BA13 BA15 DA10 FA00 FA13 3G301 HA01 HA02 HA04 HA16 JA26 LB01 LB04 LB11 MA11 MA18 MA23 MA27 ND02

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼室の吸気又は燃焼室の吸気と吸気通
    路の吸気に燃料を噴射し、燃料を圧縮行程の終期近傍で
    燃焼開始させる圧縮着火式又は火花点火式の内燃機関に
    おいて、 燃焼開始時に、燃焼室は、天井面の中心部を含む中央部
    と、周辺部のスキッシュエリア、キャビティ内壁面近傍
    に、燃料が混入した吸気又は燃料の混入率が高い吸気
    と、燃料が混入していない吸気又は燃料の混入率が低い
    吸気を成層化する構成にしたことを特徴とする内燃機
    関。
  2. 【請求項２】 複数の吸気ポートで燃焼室に複数の同一
    方向の吸気スワール流を形成し、燃焼室又は吸気通路の
    吸気に、その時の負荷に必要な量の燃料の一部又は全部
    を、吸気行程又は圧縮行程の３０°ＢＴＤＣ以前の予混
    合用噴射時期に噴射し、燃料を圧縮行程の終期近傍で燃
    焼開始させる圧縮着火式又は火花点火式の内燃機関にお
    いて、 予混合用噴射時期に噴射する燃料は、燃焼室の特定の吸
    気スワール流、又は、特定の吸気ポート若しくは特定の
    吸気ポートを含む吸気通路の吸気に噴射し、燃焼開始時
    に、燃焼室は、天井面中心部を含む中央部に、燃料が混
    入した吸気又は燃料の混入率が高い吸気を、周辺部のス
    キッシュエリア、キャビティ内壁面近傍に、燃料が混入
    していない吸気又は燃料の混入率が低い吸気をそれぞれ
    配置する構成にしたことを特徴とする内燃機関。
  3. 【請求項３】 複数の吸気ポートで燃焼室に複数の同一
    方向の吸気スワール流を形成し、燃焼室又は吸気通路の
    吸気に、その時の負荷に必要な量の燃料の一部又は全部
    を、吸気行程又は圧縮行程の３０°ＢＴＤＣ以前の予混
    合用噴射時期に噴射し、燃料を圧縮行程の終期近傍で燃
    焼開始させる圧縮着火式又は火花点火式の内燃機関にお
    いて、 吸気行程において、第１吸気を燃焼室上部の周壁に沿う
    スワール流にし、第２吸気を燃焼室下部の周壁に沿うス
    ワール流にし、予混合用噴射時期に噴射する燃料は、第
    １吸気に噴射し、 スキッシュ流が発生する圧縮行程の後半に、ピストン頂
    面中央部のキャビティにおいて、中央領域に第１吸気を
    流入させ、周辺領域と底部領域に第２吸気を残存させ、 燃焼開始時に、燃焼室は、天井面中心部を含む中央部
    に、燃料が混入した吸気又は燃料の混入率が高い吸気
    を、周辺部のスキッシュエリア、キャビティ内壁面近傍
    に、燃料が混入していない吸気又は燃料の混入率が低い
    吸気をそれぞれ配置する構成にしたことを特徴とする内
    燃機関。
  4. 【請求項４】 複数の吸気ポートで燃焼室に複数の同一
    方向の吸気スワール流を形成し、燃焼室の天井面の燃料
    噴射弁から、燃焼室の吸気に、その時の負荷に必要な量
    の燃料の一部を、吸気行程又は圧縮行程の３０°ＢＴＤ
    Ｃ以前の予混合用噴射時期に噴射し、燃料の残部を圧縮
    行程の終期近傍の通常噴射時期に噴射し、燃料を圧縮行
    程の終期近傍で燃焼開始させる圧縮着火式又は火花点火
    式の内燃機関において、 燃料噴射弁は、噴射方向、噴霧角や貫徹力などの噴霧特
    性を変化可能な可変式にし、 可変式の燃料噴射弁から、予混合用噴射時期に、燃焼開
    始時に燃焼室の天井面中心部を含む中央部に主に配置さ
    れる吸気スワール流にその吸気スワール流のみに燃料噴
    霧の大部分が混入するのに適した噴霧特性で噴霧する構
    成にしたことを特徴とする内燃機関。
  5. 【請求項５】 燃焼開始時に燃焼室の天井面中心部を含
    む中央部に配置される吸気の燃料混入率に対する、燃焼
    室の周辺部に配置される吸気の燃料混入率の比を、運転
    条件に応じて変更する構成にしたことを特徴とする請求
    項１〜４のいずれかに記載の内燃機関。
JP2001015670A 2000-02-29 2001-01-24 内燃機関 Pending JP2001317359A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001015670A JP2001317359A (ja) 2000-02-29 2001-01-24 内燃機関

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000-53974 2000-02-29
JP2000053974 2000-02-29
JP2001015670A JP2001317359A (ja) 2000-02-29 2001-01-24 内燃機関

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001317359A true JP2001317359A (ja) 2001-11-16

Family

ID=26586389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001015670A Pending JP2001317359A (ja) 2000-02-29 2001-01-24 内燃機関

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001317359A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014020278A (ja) * 2012-07-18 2014-02-03 Hino Motors Ltd 内燃機関
SE1851241A1 (en) * 2018-10-11 2019-07-02 Scania Cv Ab A pre-chamber arrangement for a gas engine, a method and a gas engine
CN110953067A (zh) * 2018-09-26 2020-04-03 广州汽车集团股份有限公司 发动机及其双射流燃烧方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014020278A (ja) * 2012-07-18 2014-02-03 Hino Motors Ltd 内燃機関
CN110953067A (zh) * 2018-09-26 2020-04-03 广州汽车集团股份有限公司 发动机及其双射流燃烧方法
CN110953067B (zh) * 2018-09-26 2024-04-16 广州汽车集团股份有限公司 发动机及其双射流燃烧方法
SE1851241A1 (en) * 2018-10-11 2019-07-02 Scania Cv Ab A pre-chamber arrangement for a gas engine, a method and a gas engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6799551B2 (en) Direct injection type internal combustion engine
JP3163906B2 (ja) 筒内噴射式火花点火機関
KR100926660B1 (ko) 기통내 분사식 불꽃 점화 내연 기관
JPH06200836A (ja) 火花点火内燃機関
JPH03281915A (ja) 吸気多弁式エンジン
JP2008057479A (ja) 直噴エンジン
JP3975517B2 (ja) 筒内直噴式火花点火エンジンの燃料噴射制御装置
JP2001317359A (ja) 内燃機関
JP2003193841A (ja) 理論空燃比で成層燃焼するエンジン及び該エンジンの成層燃焼方法
JPH09242550A (ja) 直接筒内噴射式火花点火エンジン
JPH05272338A (ja) 直接噴射式ディーゼル機関の燃焼室
JP4207481B2 (ja) 筒内噴射式火花点火内燃機関
JP2001280139A (ja) 直接噴射式内燃機関における吸気の成層化方法と成層化装置
JPH0598965A (ja) 直噴型デイーゼルエンジン
JP2008088920A (ja) 筒内噴射式火花点火内燃機関
JP2001280140A (ja) 直接噴射式内燃機関
JP3468055B2 (ja) 希薄燃焼内燃機関
JPS6111419A (ja) 直噴式デイ−ゼルエンジン
JPS61106914A (ja) 内燃機関の燃焼室
JPH05280343A (ja) 火花点火機関及びその燃料供給方法
JP3794051B2 (ja) 直接筒内噴射式火花点火エンジン
JPH07122407B2 (ja) エンジンの燃焼室構造
JP2005155395A (ja) 筒内直接噴射式内燃機関
JPH08291712A (ja) 渦流室式ディーゼル機関
JPH07127466A (ja) エンジンの吸気装置