JP2006052666A

JP2006052666A - 筒内直接噴射式内燃機関

Info

Publication number: JP2006052666A
Application number: JP2004234112A
Authority: JP
Inventors: Akira Tayama; 彰田山; Hirobumi Tsuchida; 博文土田; Koji Hiratani; 康治平谷; Yutaka Matayoshi; 豊又吉
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-08-11
Filing date: 2004-08-11
Publication date: 2006-02-23
Also published as: EP1626167A2; US7188589B2; US20060032478A1

Abstract

【課題】センターインジェクション型筒内直接噴射式内燃機関において、燃料噴射弁の冷却性能を向上させる。
【解決手段】センターインジェクション型筒内直接噴射式内燃機関において、隣り合う気筒の燃料噴射弁１１と点火プラグ１２を吸排気方向に異なる角度で傾けて配置することによって、燃料噴射弁とその上部の燃料配管と点火プラグとその上部のハイテンションケーブルもしくは点火コイルとの干渉を避けることを可能とした上で、同じ気筒の燃料噴射弁と点火プラグをエンジンの前後方向に大きく傾斜させて配置し、同じ気筒の燃料噴射弁と点火プラグの間の広まったスペースに幅広い冷却水路１６を配置するようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃焼室上部の略中央部に燃料噴射弁と点火プラグが設置されたセンターインジェクション型筒内直接噴射式内燃機関に関する。

火花点火燃焼に際し、燃料噴射弁から筒内に燃料を直接噴射し、筒内に成層化した混合気を形成することで、大幅な希薄燃焼を行う内燃機関は、特に低・中負荷において、大幅に燃料消費を低減できることが知られている。
特許文献１に記載のエンジンは、燃焼室上部の略中央部に燃焼噴射弁と、燃焼室中央部に向かって点火プラグが設置されたセンターインジェクション型筒内直接噴射式内燃機関であり、燃焼室のほぼ中央部から燃焼室の中央部に燃料を噴射するために生成領域が幅広い成層混合気を作ることが可能であり、運転領域の広域にわたって成層燃焼可能なガソリン直噴エンジンである。
特開平１１−２２５９２号

しかしながら、上記内燃機関においては、燃料噴射弁が燃焼室のほぼ中央部に位置することにより高温に曝されてしまうため、燃料のコーキングによりデポジットが燃料噴射弁の内外部に付着し、燃料の噴射性能を劣化させ、その結果効率の良い成層運転ができなくなるという問題がある。
この対策として、燃料噴射弁の冷却が有効であるが、従来の構成においては燃料噴射弁の隣に点火プラグが配置されているため、燃料噴射弁と点火プラグの間に冷却水路を設けることが困難である。仮に燃料噴射弁と点火プラグの間に冷却水路を設けることができても、水路は狭く、また燃料噴射弁の先端からは遠い位置にしか設置できないため、燃料噴射弁の先端部を十分に冷却することはできない。

燃料噴射弁の周りに冷却水路を設けるために燃料噴射弁と点火プラグとの距離を離せば、上述のセンターインジェクション型筒内直接噴射式内燃機関による効果、すなわち生成領域が幅広い成層混合気を作ることが可能で、運転領域の広域にわたって成層燃焼が可能となるという効果が失われてしまう。
燃料噴射弁と点火プラグを気筒配列方向に大きく傾けて配置することによって、その間の広まったスペースに大きな冷却水路を確保できるとも考えられるが、燃料噴射弁の上部には燃料配管があり、また点火プラグの上部にはハイテンションケーブルもしくは点火コイルが取り付けられるために、隣り合う気筒の燃料配管とハイテンションケーブルもしくは点火コイルとが干渉してしまうという問題がある。

以上の理由より、従来の筒内直接噴射式内燃機関の構成では、燃料噴射弁の先端部を十分に冷却することは難しい。
そこで本発明では、センターインジェクション型筒内直接噴射式内燃機関において、燃料噴射弁と点火プラグとの間に十分な大きさの冷却水路を確保でき、以って燃料噴射弁の冷却性能を向上させるようにすることを目的とする。

このため本発明は、直接燃料を燃焼室に噴射する燃料噴射弁の噴孔と、該燃料噴射弁から噴射される燃料に火花点火を行う点火プラグの電極とを燃焼室上面の略中央部に臨ませて配置した内燃機関において、隣り合う気筒の燃料噴射弁と点火プラグを、気筒配列と直角な方向に異なる角度で傾けて配置し、さらに同じ気筒の燃料噴射弁と点火プラグを、気筒配列方向に異なる角度で傾斜させて配置した構成とした。

隣り合う気筒の燃料噴射弁と点火プラグを気筒配列と直角な方向に異なる角度で傾けて配置することによって、燃料噴射弁とその上部の燃料配管と点火プラグとその上部のハイテンションケーブルもしくは点火コイルとの干渉を避けることを可能とし、その結果同じ気筒の燃料噴射弁と点火プラグを気筒配列方向に大きく傾けることが可能となる。そのため、同じ気筒の燃料噴射弁と点火プラグの間に大きな冷却水路を配置することができ、燃料噴射弁の冷却性能を向上させることができる。

その結果、燃料のコーキングによりデポジットが燃料噴射弁の内外部に付着することを防止でき、燃料の噴射性能も劣化することなく、効率の良い成層運転が維持できる。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１〜図３は、本発明の実施形態に係る筒内噴射式内燃機関を示す。
シリンダヘッド１と、シリンダブロック２と、ピストン３とによって燃焼室４が形成され、吸気弁５を介して吸気ポート６と、排気弁７を介して排気ポート８とそれぞれ連通している。

吸気弁５と排気弁７は、それぞれ吸気弁用カム９と、排気弁用カム１０とによって開閉駆動される。
燃焼室４の上面（シリンダヘッド）に燃料噴射弁１１と点火プラグ１２が、後述するように傾斜して設けられ、該燃料噴射弁１１の噴孔１１ａと点火プラグ１２の電極１１ａを燃焼室の略中心に臨ませて配設されている。該燃料噴射弁１１の上部には高圧燃料配管１３が接続され、点火プラグ１２の上部には、ハイテンションケーブル１４が接続されている。燃料は、高圧燃料配管１３を通り燃料噴射弁１１に供給され、噴孔１１ａから燃焼室４に直接噴射される。

ピストン３の冠面には略中央付近に、燃料噴射弁１１から噴射される燃料噴霧の中心軸と略同一中心軸となるような略円筒形状のキャビティ１５が形成されており、燃料噴射弁１１から噴射された燃料がキャビティ１５を経由してキャビティ上空へ向かい、形成された成層混合気に点火し、成層燃焼を行う。
ここで、前記燃料噴射弁１１と点火プラグ１２は、まず、エンジン気筒配列と直角な方向について異なる角度で傾斜して配置される。この方向については、一方を直立しもう一方を傾斜させても、またはそれぞれ反対側に傾斜させても、あるいは異なった角度であれば同じ側に傾斜させて設置しても構わない。

このように、燃料噴射弁１１と点火プラグ１２は、エンジン気筒配列と直角な方向にそれぞれ異なった角度で傾斜させて設置することで、燃料噴射弁１１とその上部の高圧燃料配管１３と、隣り合う気筒の点火プラグ１２とその上部のハイテンションケーブル１４の干渉を避けることが可能となる。
そのため、図３のように同じ気筒の燃料噴射弁１１と点火プラグ１２をそれぞれ気筒配列方向に異なる角度で大きく傾斜させて配置することが可能となる。そして、同じ気筒の燃料噴射弁１１と点火プラグ１２の間に生じた広いスペースに冷却水路１６を配置する。

冷却水路１６をより幅広くするためには、図３のように燃料噴射弁１１と点火プラグ１２を気筒配列方向にそれぞれ逆の方向により大きく傾けて設置することが望ましいが、エンジンの燃焼性能やその他のレイアウトの制約によっては、燃料噴射弁１１と点火プラグ１２の片方がエンジンに直立して設置されても構わない。
センターインジェクション型筒内直接噴射式内燃機関において生成領域が幅広い成層燃焼を行うためには、燃料噴射弁の噴孔は燃焼室上部のほぼ中央に、また効率の良い燃焼を行わせるために点火プラグの電極も燃焼室上部のほぼ中央に配置することが望ましい。このため、本実施形態のように４弁エンジンの場合、吸気弁２つと排気弁２つに囲まれた場所に噴孔と電極を設置することが望ましい。この場合、噴孔と電極の配置については、気筒配列と直角な方向の直列配置、もしくは気筒配列方向の直列配置との二者択一となる。

気筒配列と直角な方向の直列配置を選択した場合は、上部にある吸気カムシャフトと排気カムシャフトとの干渉のため、燃料噴射弁と点火プラグの気筒配列と直角な方向への傾斜角度を小さくせざるを得ず、その結果、同じ気筒の燃料噴射弁と点火プラグの間のスペースに幅広い冷却水路を設けることが難しくなる。
これに対し、図２のように噴孔１１ａおよび電極１２ａについて気筒配列方向の直列配置を選択した場合は、前述のカムシャフトとの干渉もなく、燃料噴射弁と点火プラグの気筒配列方向への傾斜角度を大きくすることができ、その結果燃料噴射弁と点火プラグの間のスペースに幅広い冷却水路を設けることができる。

図４は冷却水路構成の詳細を示すものである。
冷却水主流の上流側は水温が比較的低温でかつ冷却水路を幅広く確保できるため、図４のように上流側に燃料噴射弁１１を配置することにより、燃料噴射弁の冷却効果を高めることができる。ただし、他の制約上の理由によっては、燃料噴射弁と点火プラグの設置位置を交換（図４において１１の位置に点火プラグ、１２の位置に燃料噴射弁を配置）になっても構わない。

冷却水路は冷却水主流に対して垂直ではなく、図４のように主流方向に対して斜めに設けることによって、該水路への冷却水流入が促進され、燃料噴射弁の冷却効果を向上させることができる。
また、冷却水主流の上流側にある燃料噴射弁１１を図４のように冷却水路出口側に傾斜させることによって、該水路への冷却水流入が促進され、燃料噴射弁の冷却効果を向上させることができる。

さらに、冷却水路入口部分に図４のように冷却水主流に突き出したブロック１７を設け、該主流の一部を該ブロックに衝突させ冷却水を該水路へと強制的に流し込むことによって、該水路への冷却水流入が促進され、燃料噴射弁の冷却効果を向上させることができる。

実施形態をエンジンフロント側から見た図実施形態を図１における断面Ａの下方から見た図実施形態をエンジンサイド側から見た図冷却水路構成の詳細図

符号の説明

１…シリンダヘッド、２…シリンダブロック、３…ピストン、４…燃焼室、５…吸気弁、６…吸気ポート、７…排気弁、８…排気ポート、９…吸気弁用カム、１０…排気弁用カム、１１…燃料噴射弁、１１ａ…噴孔、１２…点火プラグ、１２ａ…電極、１３…高圧燃料配管、１４…ハイテンションケーブル、１５…キャビティ、１６…冷却水路、１７…ブロック

Claims

直接燃料を燃焼室に噴射する燃料噴射弁の噴孔と、該燃料噴射弁から噴射される燃料に火花点火を行う点火プラグの電極とを燃焼室の略中央部に臨ませて配置した内燃機関において、隣り合う気筒の燃料噴射弁と点火プラグを、エンジンの気筒配列と直角な方向に異なる角度で傾けて配置し、さらに同じ気筒の燃料噴射弁と点火プラグを、エンジンの気筒配列方向に異なる角度で傾斜させて配置し、同じ気筒の燃料噴射弁と点火プラグとの間に冷却水路を配置することを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関。
冷却水の流れの上流側に燃料噴射弁を、下流側に点火プラグを配置することを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
燃料噴射弁の噴孔と点火プラグの電極を、エンジンの気筒配列方向にほぼ直列に配置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
同じ気筒の燃料噴射弁と点火プラグの間の冷却水路を、冷却水の主流方向に対して斜めに設けることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
同じ気筒の燃料噴射弁もしくは点火プラグのうち冷却水主流の上流側にある方が該主流に対して傾斜した側の反対側を、冷却水路入口側とすることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
同じ気筒の燃料噴射弁と点火プラグ間の冷却水路入口部分に、冷却水主流に対して突き出したブロックを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。