JP2002138869A - 筒内直噴エンジン - Google Patents

筒内直噴エンジン

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JP2002138869A
JP2002138869A JP2000331162A JP2000331162A JP2002138869A JP 2002138869 A JP2002138869 A JP 2002138869A JP 2000331162 A JP2000331162 A JP 2000331162A JP 2000331162 A JP2000331162 A JP 2000331162A JP 2002138869 A JP2002138869 A JP 2002138869A
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JP
Japan
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fuel
cylinder
injection nozzle
fuel injection
air
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JP2000331162A
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English (en)
Inventor
Takayuki Tsuchiya
孝幸 土屋
Tetsuji Tomita
哲司 冨田
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UD Trucks Corp
Original Assignee
UD Trucks Corp
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Publication date
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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
    • F02B2275/00Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/14Direct injection into combustion chamber
    • 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
    • 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
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    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

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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)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリンダ内に燃料を直接噴射し、圧縮着火を
行う筒内直噴エンジンにおいて、燃料の噴射圧力があま
り高圧でない場合でも燃料と空気との混合を進めること
を可能とする。 【解決手段】 シリンダ1内で往復運動して該シリンダ
1内に空気を吸入すると共に該空気を圧縮するピストン
2と、シリンダ1内に燃料を噴射する燃料噴射ノズル3
とを備え、上記燃料噴射ノズル3でシリンダ1内に燃料
4を直接噴射し、圧縮着火を行う筒内直噴エンジンにお
いて、上記燃料噴射ノズル3から噴射される燃料4は圧
縮着火可能なガス燃料を用い、該燃料噴射ノズル3はピ
ストン2が上昇する圧縮行程にて上記ガス燃料を間欠的
に複数回噴射を行うよう設定したものである。これによ
り、燃料4の噴射圧力があまり高圧でない場合でも燃料
と空気との混合を進めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばディーゼル
エンジン等に代表されるシリンダ内に燃料を直接噴射
し、圧縮着火を行う筒内直噴エンジンに関し、特に、燃
料の噴射圧力があまり高圧でない場合でも燃料と空気と
の混合を進めることが可能な筒内直噴エンジンに関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の筒内直噴エンジンは、図
3に示すように、シリンダ1内で往復運動して該シリン
ダ1内に空気を吸入すると共に該空気を圧縮するピスト
ン2と、シリンダ1内に燃料を噴射する燃料噴射ノズル
3とを備え、上記燃料噴射ノズル3でシリンダ1内に燃
料4を直接噴射し、圧縮着火を行うようになっていた。
なお、図3において、符号5は、ピストン2の冠面に燃
料噴射を受けるように凹んで形成されたキャビティを示
している。また、図3においては、シリンダ1のヘッド
部に連結され、該シリンダ1内に吸気を導入する吸気ポ
ートと、シリンダ1内から燃焼ガスを排出する排気ポー
トは、図示を省略している。
【0003】そして、上記従来の筒内直噴エンジンにお
いては、排出ガスの低減や燃費の向上を図るため、燃料
噴射ノズル3の噴孔径を小さくすると共に噴孔数を増や
すことにより、燃料4の微粒化を促進している。また、
上記燃料噴射ノズル3に燃料を供給する燃料昇圧装置
(燃料ポンプ)の能力を高め、燃料噴射期間の短縮化を
図ると共に、燃料噴霧内への空気の導入を促進させるこ
とが一般に行われている。
【0004】これに対し、燃料4の微粒化を考慮しなく
てもよいような常温で気体となるガス燃料で圧縮着火可
能なもの(例えば、ジメチルエーテル:(CH3)2O)を用
いる場合は、燃料昇圧に伴う機械損失を防ぐ意味からも
燃料圧力は必要最小限の低圧にすることができる。ま
た、燃料4の微粒化を促進するために噴孔数を増やすこ
とも不要となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の筒内直噴エンジンにおいて、常温で気体となるガス
燃料で圧縮着火可能なものを用いた場合は、燃料噴射ノ
ズル3から噴射される燃料4の圧力が低く、その噴射さ
れた燃料4はガス状であるため、シリンダ1内における
燃料到達距離があまり延びず、該燃料4とシリンダ1内
の空気との混合が十分に進まないことがあった。したが
って、シリンダ1のヘッド部とピストン2との間に形成
される燃焼室内の混合気が理論混合比に近い空燃比とな
らず、燃焼効率が悪化することがあった。特に、燃料投
入量の多い高負荷時ほど燃焼効率が悪化するという問題
点があった。
【0006】そこで、本発明は、このような問題点に対
処し、燃料の噴射圧力があまり高圧でない場合でも燃料
と空気との混合を進めることが可能な筒内直噴エンジン
を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による筒内直噴エンジンは、シリンダ内で往
復運動して該シリンダ内に空気を吸入すると共に該空気
を圧縮するピストンと、シリンダ内に燃料を噴射する燃
料噴射ノズルとを備え、上記燃料噴射ノズルでシリンダ
内に燃料を直接噴射し、圧縮着火を行う筒内直噴エンジ
ンにおいて、上記燃料噴射ノズルから噴射される燃料は
圧縮着火可能なガス燃料を用い、該燃料噴射ノズルはピ
ストンが上昇する圧縮行程にて上記ガス燃料を間欠的に
複数回噴射を行うよう設定したものである。
【0008】このような構成により、燃料噴射ノズルか
ら噴射される燃料は圧縮着火可能なガス燃料を用い、該
燃料噴射ノズルはピストンが上昇する圧縮行程にて上記
ガス燃料を間欠的に複数回噴射を行うよう設定したこと
で、燃料の噴射圧力があまり高圧でなくシリンダ内にお
ける燃料到達距離があまり延びない場合でも、該燃料と
シリンダ内の空気との混合を進めることが可能となる。
【0009】また、上記燃料噴射ノズルは、単噴孔のも
のとし、シリンダヘッドに設けたものである。これによ
り、燃料噴射ノズルの構造を簡単とする。
【0010】さらに、上記ピストンの冠面には、燃料噴
射を受けるように凹むキャビティを形成したものであ
る。これにより、高濃度の混合気がキャビティ内に溜ま
る。
【0011】さらにまた、上記燃料噴射ノズルにより間
欠的に複数回噴射されたガス燃料は、上記シリンダ内に
吸入された空気に生起されるスワール流に乗せられて燃
焼室内に分布する構成としたものである。これにより、
上記噴射されたガス燃料はスワール流で空気とよく混合
されて上記キャビティ内に集められる。
【0012】また、上記燃料噴射ノズルによるガス燃料
の間欠的な噴射の回数は、燃料投入量の多い高負荷時ほ
ど多くするものである。これにより、高負荷時における
燃焼効率を向上する。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明による筒
内直噴エンジンの実施の形態を示す縦断面図である。こ
の筒内直噴エンジンは、例えばディーゼルエンジン等に
代表されるシリンダ内に燃料を直接噴射し、圧縮着火を
行うエンジンであり、シリンダ1と、ピストン2と、燃
料噴射ノズル3とを備えて成る。
【0014】上記シリンダ1は、その内部に空気を吸入
し、該空気をピストン2で圧縮し、燃料を燃料噴射ノズ
ル3で噴射して圧縮着火し、燃焼ガスを排出する4行程
を行うものである。なお、図示省略したが、シリンダ1
のヘッド部には、該シリンダ1内に吸気を導入する吸気
ポートが連結され、シリンダ1内から燃焼ガスを排出す
る排気ポートが連結されている。
【0015】上記シリンダ1内には、ピストン2が嵌装
されている。このピストン2は、上記シリンダ1内で往
復運動して該シリンダ1内に空気を吸入すると共に該空
気を圧縮するものである。そして、上記シリンダ1のヘ
ッド部とピストン2との間に、燃焼室が形成される。な
お、上記ピストン2のシリンダ1内における往復運動
は、コンロッド(図示せず)を介してクランクシャフト
(図示せず)の連続回転運動に変換される。
【0016】上記シリンダ1のヘッド部には、燃料噴射
ノズル3が設けられている。この燃料噴射ノズル3は、
上記シリンダ1内に燃料を噴射するもので、その開弁時
期と開弁期間(噴射パルス幅)が図示外のコントロール
ユニットにより、運転状態に応じて制御される。そし
て、上記燃料噴射ノズル3でシリンダ1内に燃料4を直
接噴射し、圧縮着火を行うようになっている。
【0017】ここで、本発明においては、上記燃料噴射
ノズル3から噴射される燃料4は圧縮着火可能なガス燃
料を用い、該燃料噴射ノズル3はピストン2が上昇する
圧縮行程にて上記ガス燃料を間欠的に複数回噴射を行う
よう設定されている。上記燃料4としての圧縮着火可能
なガス燃料は、例えば常温でガス状のジメチルエーテル
((CH3)2O)を用いればよい。なお、常温でガス状であ
り圧縮着火可能なものであれば、他の含酸素燃料であっ
てもよい。
【0018】また、燃料噴射ノズル3が、ピストン2が
上昇する圧縮行程にてガス燃料(4)を間欠的に複数回
噴射を行うよう設定されているのは、低圧で噴射される
ガス燃料(4)の燃料到達距離があまり延びないことか
ら、一定の時間を置いて燃料噴射を複数回行うことによ
り、該燃料4とシリンダ1内の空気との接触面積を増加
してその混合がよく行われるようにするものである。
【0019】この状態で、上記燃料噴射ノズル3は、単
噴孔のものとされている。これは、燃料噴射ノズル3か
ら噴射される燃料4がガス燃料であり、燃料4の微粒化
を特に促進する必要がないからである。また、上記ピス
トン2の冠面には、燃料噴射を受けるように凹むキャビ
ティ5が形成されている。このキャビティ5は、シリン
ダ1の中心軸と直交する断面が略円形(図2参照)に形
成された窪みであり、上記燃料噴射ノズル3から噴射さ
れた燃料4を集めて、高濃度の混合気を溜めるものであ
る。
【0020】そして、上記燃料噴射ノズル3により間欠
的に複数回噴射されたガス燃料(4)は、上記シリンダ
1内に吸入された空気に生起されるスワール流に乗せら
れて燃焼室内に分布する構成とされている。すなわち、
図示省略の吸気ポートからシリンダ1内に導入される吸
気量を調節することにより、図2に示すように、該シリ
ンダ1の中心軸を中心に例えば反時計回りに旋回するス
ワール流Sが生起されるので、図1において燃料噴射ノ
ズル3から間欠的に複数回噴射されたガス燃料(4)
は、上記スワール流Sに乗せられて主としてキャビティ
5内で符号4a,4b,4c,4d,4eのように回転
して分布し広がる。これにより、上記噴射されたガス燃
料(4)は、スワール流Sで空気とよく混合されて上記
キャビティ5内に集められる。この結果、高濃度の混合
気がキャビティ5内に溜まる。
【0021】さらに、上記燃料噴射ノズル3によるガス
燃料(4)の間欠的な噴射の回数は、燃料投入量の多い
高負荷時ほど多くなるようにされている。これは、高負
荷時にはさらに高濃度の混合気が必要となり、燃料投入
量を多くしなければならないので、噴射の回数を多くす
るためである。その制御は、前述の図示外のコントロー
ルユニットに予め設定されたコントロールマップに基づ
いて、エンジンの負荷及び回転数等に応じて噴射の回数
を調節すればよい。
【0022】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されたので、
請求項1に係る発明によれば、燃料噴射ノズルから噴射
される燃料は圧縮着火可能なガス燃料を用い、該燃料噴
射ノズルはピストンが上昇する圧縮行程にて上記ガス燃
料を間欠的に複数回噴射を行うよう設定したことによ
り、燃料の噴射圧力があまり高圧でなくシリンダ内にお
ける燃料到達距離があまり延びない場合でも、該燃料と
シリンダ内の空気との混合を進めることができる。した
がって、燃焼室内の混合気を理論混合比に近い空燃比と
して、燃焼効率を向上することができる。
【0023】また、請求項2に係る発明によれば、上記
燃料噴射ノズルは、単噴孔のものとし、シリンダヘッド
に設けたことにより、該燃料噴射ノズルの構造を簡単と
することができる。
【0024】さらに、請求項3に係る発明によれば、上
記ピストンの冠面には、燃料噴射を受けるように凹むキ
ャビティを形成したことにより、高濃度の混合気がキャ
ビティ内に溜まるようにすることができる。
【0025】さらにまた、請求項4に係る発明によれ
ば、上記燃料噴射ノズルにより間欠的に複数回噴射され
たガス燃料は、上記シリンダ内に吸入された空気に生起
されるスワール流に乗せられて燃焼室内に分布する構成
としたことにより、上記噴射されたガス燃料はスワール
流で空気とよく混合されて上記キャビティ内に集められ
る。したがって、高濃度の混合気がキャビティ内に溜ま
るようにすることができる。
【0026】また、請求項5に係る発明によれば、上記
燃料噴射ノズルによるガス燃料の間欠的な噴射の回数
は、燃料投入量の多い高負荷時ほど多くすることによ
り、高負荷時における燃焼効率を向上することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による筒内直噴エンジンの実施の形態
を示す縦断面図である。
【図2】 上記の筒内直噴エンジンの実施の形態を示す
シリンダヘッド部の横断面図である。
【図3】 従来の筒内直噴エンジンを示す縦断面図であ
る。
【符号の説明】
1…シリンダ 2…ピストン 3…燃料噴射ノズル 4…燃料(ガス燃料) 5…キャビティ S…スワール流
───────────────────────────────────────────────────── 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 19/02 F02D 19/02 D 41/02 351 41/02 351 385 385 41/34 41/34 H F02M 21/02 301 F02M 21/02 301R Fターム(参考) 3G023 AA07 AB05 AC04 AC07 AD06 AD12 3G092 AA02 AA06 AA10 AB06 BB11 DE03S EA01 FA22 FA24 GA06 3G301 HA02 HA04 HA23 JA02 KA09 LB11 MA19 MA26 NC02

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリンダ内で往復運動して該シリンダ内に
    空気を吸入すると共に該空気を圧縮するピストンと、シ
    リンダ内に燃料を噴射する燃料噴射ノズルとを備え、上
    記燃料噴射ノズルでシリンダ内に燃料を直接噴射し、圧
    縮着火を行う筒内直噴エンジンにおいて、 上記燃料噴射ノズルから噴射される燃料は圧縮着火可能
    なガス燃料を用い、該燃料噴射ノズルはピストンが上昇
    する圧縮行程にて上記ガス燃料を間欠的に複数回噴射を
    行うよう設定したことを特徴とする筒内直噴エンジン。
  2. 【請求項2】上記燃料噴射ノズルは、単噴孔のものと
    し、シリンダヘッドに設けたことを特徴とする請求項1
    記載の筒内直噴エンジン。
  3. 【請求項3】上記ピストンの冠面には、燃料噴射を受け
    るように凹むキャビティを形成したことを特徴とする請
    求項1又は2記載の筒内直噴エンジン。
  4. 【請求項4】上記燃料噴射ノズルにより間欠的に複数回
    噴射されたガス燃料は、上記シリンダ内に吸入された空
    気に生起されるスワール流に乗せられて燃焼室内に分布
    する構成としたことを特徴とする請求項1〜3のいずれ
    か1項に記載の筒内直噴エンジン。
  5. 【請求項5】上記燃料噴射ノズルによるガス燃料の間欠
    的な噴射の回数は、燃料投入量の多い高負荷時ほど多く
    することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記
    載の筒内直噴エンジン。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7716828B2 (en) 2004-05-31 2010-05-18 Aisan Kogyo Kabushiki Kaisha Method of manufacturing throttle body, and throttle body
JP2010236466A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Mazda Motor Corp 直噴エンジン
RU2489586C2 (ru) * 2011-10-04 2013-08-10 Евгений Степанович Важинский Двигатель внутреннего сгорания
RU2558667C1 (ru) * 2014-08-08 2015-08-10 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Способ работы двигателя на газообразном топливе

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