JP2006083765A - 火花点火内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【課題】 均質燃焼運転時におけるノッキングの発生を抑制すると共に、成層燃焼をも良好に行える火花点火内燃機関を提供する。
【解決手段】 2つの点火栓11,12と、燃料を燃焼室4内に直接噴射するように燃焼室のシリンダボア中心軸線C上またはほぼ燃焼室のシリンダボア中心軸線上に配置された燃焼室内噴射用の燃料噴射弁9を具備し、各点火栓が燃焼室のシリンダボア壁面からの距離が同じ距離またはほぼ同じ距離となるように燃焼室のシリンダボア中心軸線に関して両側に配置され、均質燃焼が行われるときには両点火栓が同時に作動せしめられ、成層燃焼が行われるときには点火栓近傍にのみ混合気が形成されるように上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁から燃料が噴射される。
【選択図】 図1
【解決手段】 2つの点火栓11,12と、燃料を燃焼室4内に直接噴射するように燃焼室のシリンダボア中心軸線C上またはほぼ燃焼室のシリンダボア中心軸線上に配置された燃焼室内噴射用の燃料噴射弁9を具備し、各点火栓が燃焼室のシリンダボア壁面からの距離が同じ距離またはほぼ同じ距離となるように燃焼室のシリンダボア中心軸線に関して両側に配置され、均質燃焼が行われるときには両点火栓が同時に作動せしめられ、成層燃焼が行われるときには点火栓近傍にのみ混合気が形成されるように上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁から燃料が噴射される。
【選択図】 図1
Description
本発明は、火花点火内燃機関に関する。
筒内噴射式の火花点火内燃機関、すなわち、燃料噴射弁から燃焼室内に燃料を直接噴射し、燃焼室内の燃料を点火栓によって点火するタイプの内燃機関が、特許文献1に記載されている。同文献記載の内燃機関は、燃焼室内に燃料を直接噴射する1つの燃料噴射弁と、燃焼室内の燃料に点火する2つの点火栓とを具備する。そして、同文献記載の内燃機関では、燃料噴射弁は、燃焼室のシリンダボアの略中心軸線上に配置され、一方の点火栓は燃料噴射弁近傍に配置され、他方の点火栓は燃料噴射弁から比較的離れたシリンダボア壁面近くに配置されている。
ところで、特許文献1記載の内燃機関では、機関運転状態に応じて、均質燃焼(燃焼室全体に均質に混合気を形成し、この混合気を燃焼させる燃焼形態)を行ったり、成層燃焼(点火栓近傍にのみ混合気を形成し、この混合気を燃焼させる燃焼形態)を行ったりしている。ここで、均質燃焼が行われるときには、燃料噴射弁近傍に配置されている点火栓によって混合気が点火され、一方、成層燃焼が行われるときには、燃料噴射弁から比較的離れたシリンダボア壁面近くに配置されている点火栓によって混合気が点火される。
ところで、均質燃焼時、点火栓によって点火された混合気の火炎は、点火栓のところからシリンダボア壁面に向かって広がるように点火栓の周りへ伝播してゆく。ここで、特許文献1に記載の内燃機関では、均質燃焼運転時には、燃料噴射弁近傍の点火栓によって混合気が点火されるのであるが、この点火栓は、シリンダボア中心軸線からずれた位置に配置されているので、点火栓からの距離がシリンダボア壁面部分毎に異なる。このため、点火栓からの距離が比較的長いシリンダボア壁面部分近傍でノッキングが発生しやすい。
したがって、均質燃焼運転時においてノッキングの発生を抑制することが要望される。そして、均質燃焼運転と成層燃焼運転とを選択的に行う内燃機関においては、当然のことながら、均質燃焼運転時のノッキングの発生を抑制するようにしたとしても、成層燃焼運転を良好に行えることも要望される。そこで、本発明の目的は、均質燃焼運転時におけるノッキングの発生を抑制すると共に、成層燃焼運転をも良好に行える火花点火内燃機関を提供することにある。
上記課題を解決するために、1番目の発明では、2つの点火栓と、燃料を燃焼室内に直接噴射するように燃焼室のシリンダボア中心軸線上またはほぼ燃焼室のシリンダボア中心軸線上に配置された燃焼室内噴射用の燃料噴射弁を具備し、各点火栓が燃焼室のシリンダボア壁面からの距離が同じ距離またはほぼ同じ距離となるように燃焼室のシリンダボア中心軸線に関して両側に配置され、均質燃焼が行われるときには両点火栓が同時に作動せしめられ、成層燃焼が行われるときには点火栓近傍にのみ混合気が形成されるように上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁から燃料が噴射される。
2番目の発明では、1番目の発明において、上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁が異なる2つの方向へ燃料を燃焼室内に直接噴射し、該燃焼室内噴射用の燃料噴射弁から噴射された2つの燃料噴霧を各点火栓それぞれに導くことができるキャビティがピストン上壁面に設けられており、成層燃焼が行われるときには上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁から噴射される2つの燃料噴霧が上記キャビティによって各点火栓それぞれに導かれて各点火栓近傍にのみ混合気が形成される。
3番目の発明では、1番目の発明において、上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁が両点火栓に燃料が直接到達するように燃料を燃焼室内に直接噴射する。
4番目の発明では、3番目の発明において、上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁が外側から燃料噴射孔を閉鎖する燃料噴射弁である。
5番目の発明では、3番目の発明において、上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の通り道に近接した壁面が設けられている。
6番目の発明では、3〜5番目の発明のいずれか1つにおいて、各点火栓が上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁に対して燃焼室内に突出する量が互いに異なる。
7番目の発明では、3〜6番目の発明のいずれか1つにおいて、上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁から各点火栓まで距離が互いに僅かばかり異なる。
5番目の発明では、3番目の発明において、上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の通り道に近接した壁面が設けられている。
6番目の発明では、3〜5番目の発明のいずれか1つにおいて、各点火栓が上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁に対して燃焼室内に突出する量が互いに異なる。
7番目の発明では、3〜6番目の発明のいずれか1つにおいて、上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁から各点火栓まで距離が互いに僅かばかり異なる。
8番目の発明では、1〜7番目の発明のいずれか1つにおいて、燃料を吸気通路内に噴射するように配置された吸気通路内噴射用の燃料噴射弁を具備し、均質燃焼が行われるときには該吸気通路内噴射用の燃料噴射弁から燃料が噴射される。
9番目の発明では、2〜7番目の発明のいずれか1つにおいて、燃料を吸気通路内に噴射するように配置された吸気通路内噴射用の燃料噴射弁を具備し、燃焼室内噴射用の燃料噴射弁から燃料が噴射されて成層燃焼が行われているときに燃焼室内において失火が生じたときには吸気通路内噴射用の燃料噴射弁から燃料が噴射されて均質燃焼が行われる。
9番目の発明では、2〜7番目の発明のいずれか1つにおいて、燃料を吸気通路内に噴射するように配置された吸気通路内噴射用の燃料噴射弁を具備し、燃焼室内噴射用の燃料噴射弁から燃料が噴射されて成層燃焼が行われているときに燃焼室内において失火が生じたときには吸気通路内噴射用の燃料噴射弁から燃料が噴射されて均質燃焼が行われる。
本発明によれば、均質燃焼が行われるときに2つの点火栓が作動せしめられることから、燃焼室内における燃料が終了するまでにかかる時間が短く、また、2つの点火栓が燃焼室のシリンダボア壁面からの距離が同じ距離またはほぼ同じ距離に配置されていることから、均質燃焼が行われるときに両点火栓が同時に作動せしめられると、燃焼室内において一方の点火栓が配置されている側の領域と、もう一方の点火栓が配置されている側の領域とで、比較的バランス良く燃焼が進行する。このことから、均質燃焼が行われるときのノッキングの発生が抑制される。一方、成層燃焼が行われるときには、燃焼室内噴射用の燃料噴射弁から点火栓近傍にのみ混合気が形成されるように燃料が噴射されることから、混合気が周りに形成されている点火栓によって混合気に点火することによって、成層燃焼を良好に行わせることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1〜図3は、本発明の第1実施形態の筒内噴射式火花点火内燃機関を示している。図2は、図1の線A−Aに沿って見た図であり、図3は、図1の線B−Bに沿って見た図である。これら図において、1はシリンダヘッド、2はシリンダブロック、3はピストン、4は燃焼室、5は吸気弁、6は吸気ポート、7は排気弁、8は排気ポートをそれぞれ示している。図2から分かるように、1つの燃焼室4に対して2つの吸気ポート6が設けられ、各吸気ポート6に吸気弁5が配置されている。また、同様に、1つの燃焼室4に対して2つの排気ポート8が設けられ、各排気ポート8に排気弁7が配置されている。
また、第1実施形態では、燃焼室4内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁(以下「筒内燃料噴射弁」という)9と、吸気ポート6に燃料を噴射する燃料噴射弁(以下「ポート燃料噴射弁」という)10とがシリンダヘッド1に配置されている。図2から分かるように、筒内燃料噴射弁9は、燃焼室4のシリンダボアの中心軸線C上に位置する。
また、第1実施形態では、燃焼室4内の燃料に点火する2つの点火栓11,12がシリンダヘッド1に配置されている。図2から分かるように、これら点火栓11,12は、シリンダボアの中心軸線Cに関して両側(すなわち、筒内燃料噴射弁9に関して両側)に位置する。したがって、これら点火栓11,12と筒内燃料噴射弁9とは一直線上(図2の直線L1上)にある。また、一方の点火栓11は、吸気ポート6(吸気弁5)間に配置されている。他方の点火栓12は、排気ポート8(排気弁7)間に配置されている。以下、吸気ポート6間に配置されている点火栓を「吸気側点火栓」と称し、排気ポート8間に配置されている点火栓を「排気側点火栓」と称す。
また、2つの点火栓11,12および筒内燃料噴射弁9上を走る直線L1が吸気ポート6側のシリンダボア壁面と交わる点を「X1」とし、同様に、直線L1が排気ポート8側のシリンダボア壁面と交わる点を「X2」とし、点X1と吸気側点火栓11との間の距離を「D1」とし、吸気側点火栓11と筒内燃料噴射弁9との間の距離を「D2」とし、筒内燃料噴射弁9と排気側点火栓12との間の距離を「D3」とし、排気側点火栓12と点X2との間の距離を「D4」としたとき、第1実施形態では、以下の式(1)が成立している。
D1=D2=D3=D4 …(1)
D1=D2=D3=D4 …(1)
また、直線L1に対して垂直な直線L2がシリンダボア壁面と交わる点をそれぞれ「Y1」「Y2」とし、点Y1と筒内燃料噴射弁9との間の距離を「D5」とし、筒内燃料噴射弁9と点Y2との間の距離を「D6」としたとき、第1実施形態では、以下の式(2)が成立している。
D5=D6 …(2)
D5=D6 …(2)
また、ピストン3の上壁面には、2つのキャビティ13,14が設けられている。これらキャビティ13,14は、ピストン3の中心軸線(すなわち、シリンダボアの中心軸線C)に関して対称であって、一方のキャビティ13が吸気ポート6側に配置され、他方のキャビティ14が排気ポート8側に配置されるように設けられている。
ところで、第1実施形態では、図4に示されているマップに基づいて、機関回転数Nと要求負荷Lとに応じて、内燃機関の運転が制御される。すなわち、図4のマップの領域Sでは、成層燃焼が行われ、領域HLでは、理論空燃比(ストイキ)よりも大きい空燃比(リーン)での均質燃焼が行われ、領域HSでは、理論空燃比での均質燃焼が行われる。次に、これら成層燃焼および均質燃焼について説明する。
成層燃焼を行うときには、まず、図5の符号Fで示されているように(図中、矢印Aはピストン3の移動方向を示している)、圧縮上死点直前のタイミングで、筒内燃料噴射弁9から燃料が噴射される。このとき、筒内燃料噴射弁9からは、それぞれ対応するキャビティ13,14に向かって2つの方向へのみ燃料が噴射される。キャビティ13,14内に入った燃料は、図6の符号Fで示されているように(図中、矢印Aはピストン3の移動方向を示している)、キャビティ13,14を画成する壁面によって対応する点火栓11,12に向けられる。そして、キャビティ13,14を出た燃料は、図7の符号Fで示されているように、各点火栓11,12の発火点11a,12a近傍にのみ混合気を形成する(すなわち、各点火栓11,12の発火点11a,12a近傍に成層状に混合気を形成する)。最後に、ピストン3が圧縮上死点に達したところの所定の点火タイミングにおいて両点火栓11,12が同時に作動せしめられ、燃料が点火される。
一方、均質燃焼を行うときには、まず、図8の符号Fで示されているように(図中、矢印Aはピストン3の移動方向を示している)、吸気行程中のタイミングで、ポート燃料噴射弁10から燃料が噴射される。これにより、吸気ポート6を介して燃焼室4内に流入する空気と共に、燃料が燃焼室4内に流入する。このように、燃料が空気と共に燃焼室4内に流入することによって、燃焼室4全体に均質な混合気が形成されることとなる。そして、図9に示されているように、ピストン3が圧縮上死点に達したところの所定の点火タイミングにおいて両点火栓11,12が同時に作動せしめられ、燃料が点火される。
このように、均質燃焼を行うときに、距離D1と距離D4とが等しいようにシリンダボア中心軸線Cに関して両側に配置された2つの点火栓11,12が同時に作動せしめられることには、以下のような利点がある。すなわち、距離D1と距離D4とが等しいと、吸気側点火栓11から伝播する火炎と排気側点火栓12から伝播する火炎とは、同じようにして、それぞれ、吸気側のシリンダボア壁面と排気側のシリンダボア壁面とに到達する。これによれば、ノッキングの発生が抑制される。
また、第1実施形態では、筒内燃料噴射弁9がシリンダボア中心軸線C上に配置され、その両側に点火栓11,12が配置されているが、筒内燃料噴射弁9が異なる2つの方向へ燃料を噴射し、ピストン上壁面に上述したような2つのキャビティ13,14が設けられていることから、成層燃焼を確実に行うことができる。
なお、第1実施形態では、均質燃焼を行うときには、ポート燃料噴射弁10から燃料を噴射しているが、筒内燃料噴射弁9から燃料を噴射するようにしてもよい。この場合には、吸気行程中のタイミングで、筒内燃料噴射弁9から燃料が噴射される。
また、燃焼室4を画成する壁面の面積が小さいほど、該壁面に付着する燃料が少なく、燃費を良くするという観点で好ましく、これに加えて、冷却損失を低減でき、燃焼改善効果が得られることから、ピストン上壁面に設けられるキャビティ13,14はできるだけ小さいほうが好ましい。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図10に、本発明の第2実施形態の筒内噴射式火花点火内燃機関が示されている。また、図11は、第2実施形態の内燃機関の燃料噴射弁を示している。第2実施形態の内燃機関は、筒内燃料噴射弁9の構成とピストン3の構成とが異なること以外は、第1実施形態の内燃機関と同じである。
第2実施形態の筒内燃料噴射弁9は、図11に示されているように、燃料噴射孔15をニードル弁16によって外側から閉鎖するいわゆる外開式の燃料噴射弁である。図11(A)に示されている状態は、燃料噴射孔15がニードル弁16によって閉鎖されている状態であり、このとき、筒内燃料噴射弁9からは燃料は噴射されない。一方、図11(B)に示されている状態は、ニードル弁16が作動せしめられて燃料噴射孔15が開放された状態であり、このとき、筒内燃料噴射弁9からは、図11(B)に符号Fで示されているように、内側が中空な円錐形状をなして燃料が噴射される。
また、第1実施形態とは異なり、第2実施形態では、ピストン上壁面にキャビティは設けられておらず、ピストン上壁面は平坦な面となっている。
そして、第2実施形態でも、第1実施形態と同様に、図4に示されているマップに基づいて、内燃機関の運転が制御される。すなわち、図4の領域Sでは、成層燃焼が行われ、領域HLでは、理論空燃比よりも大きい空燃比での均質燃焼が行われ、領域HSでは、理論空燃比での均質燃焼が行われる。
第2実施形態では、成層燃焼を行うときには、まず、図12の符号Fで示されているように(図中、矢印Aはピストン3の移動方向を示している)、圧縮上死点直前のタイミングで、筒内燃料噴射弁9から燃料が噴射される。そして、筒内燃料噴射弁9から噴射された燃料の一部が、図13の符号Fで示されているように(図中、矢印Aはピストン3の移動方向を示している)、各点火栓11,12の発火点11a,12aに直接到達する。そして、図14の符号Fで示されているように、各点火栓11,12の発火点11a,12a近傍に成層状に混合気が形成され、ここで、ピストン3が圧縮上死点に達したところの所定の点火タイミングにおいて両点火栓11,12が同時に作動せしめられ、燃料が点火される。
一方、第2実施形態における均質燃焼は、第1実施形態における均質燃焼と同様に行われる。すなわち、吸気行程中のタイミングでポート燃料噴射弁10から燃料が噴射され、燃焼室4全体に均質な混合気が形成される。そして、ピストン3が圧縮上死点に達したところの所定の点火タイミングにおいて両点火栓11,12が同時に作動せしめられ、燃料が点火される。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。図15に、本発明の第3実施形態の筒内噴射式火花点火内燃機関が示されている。第3実施形態の内燃機関は、筒内燃料噴射弁9の構成と該筒内燃料噴射弁9周りの構成とピストン3の構成とが異なる以外は、第1実施形態の内燃機関と同じである。
第3実施形態の筒内燃料噴射弁9は、図16に示されているように、燃料噴射孔15をニードル弁16によって内側から閉鎖するいわゆる内開式の燃料噴射弁である。図16(A)に示されている状態は、燃料噴射孔15がニードル弁16によって閉鎖されている状態であり、このとき、筒内燃料噴射弁9からは燃料は噴射されない。一方、図16(B)に示されている状態は、ニードル弁16が作動せしめられて燃料噴射孔15が開放された状態であり、このとき、筒内燃料噴射弁9からは、図16(B)に符号Fで示されているように、内側が中空な円錐形状をなして燃料が噴射される。
また、図15に示されているように、筒内燃料噴射弁9の燃料噴射孔15周りのシリンダヘッド壁面17が、筒内燃料噴射弁9から広がる円錐面をなすように延びている。また、第1実施形態とは異なり、第3実施形態では、ピストン上壁面にキャビティは設けられておらず、ピストン上壁面は平坦な面となっている。
そして、第3実施形態でも、第1実施形態と同様に、図4に示されているマップに基づいて、内燃機関の運転が制御される。すなわち、図4の領域Sでは、成層燃焼が行われ、領域HLでは、理論空燃比よりも大きい空燃比での均質燃焼が行われ、領域HSでは、理論空燃比での均質燃焼が行われる。
第3実施形態では、成層燃焼を行うときには、まず、図17の符号Fで示されているように(図中、矢印Aはピストン3の移動方向を示している)、圧縮上死点直前のタイミングで、筒内燃料噴射弁9から燃料が噴射される。そして、筒内燃料噴射弁9から噴射された燃料は、該筒内燃料噴射弁9周りの円錐状の壁面17に極めて近接しつつ一定の距離(例えば、好ましくは、1mm〜3mm)だけ開けて移動する。このように壁面17に近接して燃料を移動させるようにすることで、燃料はコアンダ効果によって確実に壁面17に沿って移動することから、燃料を所定の方向へと移動させることができる。
そして、筒内燃料噴射弁9から噴射された燃料の一部が、図18の符号Fで示されているように(図中、矢印Aはピストン3の移動方向を示している)、各点火栓11,12の発火点11a,12aに直接到達する。そして、図19の符号Fで示されているように、各点火栓11,12の発火点11a,12a近傍に成層状に混合気が形成され、ここで、ピストン3が圧縮上死点に達したところの所定の点火タイミングにおいて両点火栓11,12が同時に作動せしめられ、燃料が点火される。
一方、第3実施形態における均質燃焼は、第1実施形態における均質燃焼と同様に行われる。すなわち、吸気行程中のタイミングでポート燃料噴射弁10から燃料が噴射され、燃焼室4全体に均質な混合気が形成される。そして、ピストン3が圧縮上死点に達したところの所定の点火タイミングにおいて両点火栓11,12が同時に作動せしめられ、燃料が点火される。
ところで、第2実施形態や第3実施形態の筒内燃料噴射弁9の構成では、時間の経過に伴って、筒内燃料噴射弁9の先端にデポジットが付着し、そこから噴射される燃料噴霧の形状が、所期の円錐形状よりも内側に凹んだ形状になってしまう。この場合、所定の点火タイミングにおいて燃料噴霧がいずれの点火栓11,12の発火点11a,12aにも直接到達しなくなってしまうので、成層燃焼を良好に行うことができなくなってしまうことになる。
そこで、第4実施形態では、第2実施形態と同様の構成において、図20に示されているように、シリンダヘッド1に配置される各点火栓11,12の位置は第2実施形態と同じとしつつ、シリンダヘッド1から燃焼室4内へ突出する量を各点火栓11,12毎に異ならせている。すなわち、第4実施形態では、一方の点火栓11がシリンダヘッド1から燃焼室4内へ突出する量が、他方の点火栓12がシリンダヘッド1から燃焼室4内へ突出する量よりも大きくされている。シリンダヘッド1から燃焼室4内へ突出する量が大きい方の点火栓は、吸気側点火栓11であっても、排気側点火栓12であってもよいが、図20に示されている例では、吸気側点火栓11である。
これによれば、筒内燃料噴射弁9から噴射される燃料噴霧の形状が所期の円錐形状となっているときには、図21に符号Fで示されているように、燃料噴霧は、所定の点火タイミングにおいて、少なくとも、排気側点火栓12の発火点12aに直接到達する。一方、筒内燃料噴射弁9から噴射される燃料噴霧の形状が所期の円錐形状よりも内側に凹んだ形状となってしまったときには、図22に符号Fで示されているように、燃料噴霧は、所定の点火タイミングにおいて、少なくとも、吸気側点火栓11の発火点11aに直接到達する。
これによれば、筒内燃料噴射弁9から噴射される燃料噴霧の形状が所期の円錐形状よりも内側に凹んだ形状になってしまったとしても、少なくとも、所定の点火タイミングにおいて点火栓11の発火点11aに燃料を直接到達させることができ、成層燃焼を良好に行うことができる。
なお、第3実施形態と同様の構成において、シリンダヘッド1に配置される各点火栓11,12の位置を第3実施形態と同じとしつつ、シリンダヘッド1から燃焼室4内へ突出する量を各点火栓11,12毎に異ならせてもよい。
また、第4実施形態でも、第1実施形態と同様に、図4に示されているマップに基づいて、内燃機関の運転が制御される。そして、第4実施形態において、成層燃焼を行うときには、第1実施形態と同様に、圧縮上死点直前のタイミングで、筒内燃料噴射弁9から燃料が噴射される。そして、筒内燃料噴射弁9から噴射された燃料の一部が、少なくとも一方の点火栓の発火点に到達し、ピストン3が圧縮上死点に達したところの所定の点火タイミングにおいて点火栓が作動せしめられ、燃料が点火される。ここで、点火栓を作動せしめるとき、燃料噴霧が発火点に直接到達する点火栓のみを作動せしめてもよいし、燃料噴霧が発火点に直接到達しているか否かに係わらず、両点火栓を同時に作動せしめてもよい。しかしながら、両点火栓を同時に作動せしめるようにすると、燃料噴霧が発火点に直接到達しない点火栓も作動させることになるので、これには、その点火栓の発火点およびその近傍に付着している燃料を除去することができるという利点や、成層燃焼が行われるときにノッキングの発生をより抑制することができるという利点がある。
また、燃料噴霧が発火点に直接到達する点火栓のみを作動せしめるようにした場合、その点火栓の点火タイミングからクランク角度で360°後のタイミング(すなわち、排気工程中のタイミング)で、燃料噴霧が発火点に直接到達しない点火栓を作動させるようにしてもよい。これにも、燃料噴霧が発火点に直接到達しない点火栓の発火点およびその近傍に付着している燃料を除去することができるという利点がある。
一方、第4実施形態における均質燃焼は、第1実施形態における均質燃焼と同様に行われる。すなわち、吸気行程中のタイミングでポート燃料噴射弁10から燃料が噴射され、燃焼室4全体に均質な混合気が形成される。そして、ピストン3が圧縮上死点に達したところの所定の点火タイミングにおいて両点火栓11,12が同時に作動せしめられ、燃料が点火される。
ところで、筒内燃料噴射弁9から噴射される燃料噴霧の形状が所期の円錐形状よりも内側に凹んだ形状になってしまったとしても、少なくとも、所定の点火タイミングにおいて点火栓の発火点に燃料を直接到達させるために、以下のような構成の第5実施形態を採用することもできる。
すなわち、第5実施形態では、第2実施形態と同様の構成において、筒内燃料噴射弁9からの距離を各点火栓11,12毎に異ならせている。すなわち、第5実施形態では、図23に示されているように、一方の点火栓11を第1実施形態と同じ位置に配置すると共に、該一方の点火栓11と筒内燃料噴射弁9との間の距離DIよりも他方の点火栓12と筒内燃料噴射弁9との間の距離DEの方が、僅かばかり、短くなるように、他方の点火栓12を配置している。ここで、筒内燃料噴射弁9からの距離が小さい方の点火栓は、吸気側点火栓11であっても、排気側点火栓12であってもよいが、図23に示されている例では、排気側点火栓12である。なお、ここで、均質燃焼が行われるときのノッキングの発生を確実に抑制するためには、上記距離DEを上記距離DIよりも極端に短くしないことが重要である。
これによれば、筒内燃料噴射弁9から噴射される燃料噴霧の形状が所期の円錐形状となっているときには、図24に符号Fで示されているように、所定の点火タイミングにおいて、燃料噴霧は、少なくとも、吸気側点火栓11の発火点11aに直接到達する(図24に示した例では、結果的には、燃料噴霧は、排気側点火栓12の発火点12aにも直接到達している)。一方、筒内燃料噴射弁9から噴射される燃料噴霧の形状が所期の円錐形状よりも内側に凹んだ形状となってしまったときには、図25に符号Fで示されているように、所定の点火タイミングにおいて、燃料噴霧は、少なくとも、排気側点火栓12の発火点12aに直接到達する。
これによれば、筒内燃料噴射弁9から噴射される燃料噴霧の形状が所期の円錐形状よりも内側に凹んだ形状となってしまったとしても、少なくとも、所定の点火タイミングにおいて、点火栓の発火点に燃料を直接到達させることができ、成層燃焼を良好に行うことができる。
なお、第3実施形態と同様の構成において、筒内燃料噴射弁9からの距離を各点火栓毎に異ならせてもよい。
また、第5実施形態でも、第1実施形態と同様に、図4に示されているマップに基づいて、内燃機関の運転が制御される。そして、第5実施形態において、成層燃焼を行うときには、第1実施形態と同様に、圧縮上死点直前のタイミングで、筒内燃料噴射弁9から燃料が噴射される。そして、筒内燃料噴射弁9から噴射された燃料の一部が、少なくとも一方の点火栓の発火点に到達し、ピストン3が圧縮上死点に達したところの所定の点火タイミングにおいて点火栓が作動せしめられ、燃料が点火される。ここで、点火栓を作動せしめるとき、第4実施形態と同様に、燃料噴霧が発火点に直接到達する点火栓のみを作動せしめてもよいし、燃料噴霧が発火点に直接到達しているか否かに係わらず、両点火栓を同時に作動せしめてもよい。
また、第4実施形態と同様に、燃料噴霧が発火点に直接到達する点火栓のみを作動せしめるようにした場合、その点火栓の点火タイミングからクランク角度で360°後のタイミング(すなわち、排気工程中のタイミング)で、燃料噴霧が発火点に直接到達しない点火栓を作動させるようにしてもよい。
一方、第5実施形態における均質燃焼は、第1実施形態における均質燃焼と同様に行われる。すなわち、吸気行程中のタイミングでポート燃料噴射弁10から燃料が噴射され、燃焼室4全体に均質な混合気が形成される。そして、ピストン3が圧縮上死点に達したところの所定の点火タイミングにおいて両点火栓11,12が同時に作動せしめられ、燃料が点火される。
なお、第5実施形態において、筒内燃料噴射弁9からの距離が小さい方の点火栓を排気側点火栓12としていることには、均質燃焼が行われるときのノッキングの発生をより抑制することができるという利点がある。すなわち、一般的に、燃焼室4内の温度は、吸気弁5近傍の領域よりも排気弁7近傍の領域の方が高い。このため、筒内燃料噴射弁9からの距離が両点火栓11,12において等しい場合、吸気弁5近傍の領域よりも、排気弁7近傍の領域の方が、より早く燃焼が終了することになるので、吸気弁5近傍の領域の方が、排気弁7近傍の領域よりも、ノッキングが発生しやすいと言える。これに対し、第5実施形態のように、筒内燃料噴射弁9からの距離が小さい方の点火栓を排気側点火栓12としていること、すなわち、吸気側点火栓11から吸気弁5近傍のシリンダボア壁面までの距離を、排気側点火栓12から排気弁7近傍のシリンダボア壁面までの距離よりも小さくしていることにより、吸気弁5近傍の領域と排気弁7近傍の領域とで、略同時に燃焼が終了することになる。このことから、筒内燃料噴射弁9からの距離が小さい方の点火栓を排気側点火栓12とすると、均質燃焼が行われるときのノッキングの発生をより抑制することができるのである。
ところで、第4実施形態または第5実施形態において、成層燃焼を行うときに一方の点火栓のみを作動させている場合に、燃焼室4内で失火が生じたときには、一方の点火栓の作動を禁止し、他方の点火栓を作動させるようにしてもよい。さらに、このように他方の点火栓を作動させても、燃焼室4内で失火が生じたときには、筒内燃料噴射弁9からの燃料噴射を禁止し、ポート燃料噴射弁10から燃料を噴射させ、両点火栓11,12を同時に作動させる(すなわち、均質燃焼を行わせる)ようにしてもよい。これによれば、燃焼室4内での失火を確実に抑制することができる。図26は、こうした制御を実行するルーチンの一例を示している。なお、こうした制御は、広義には、筒内燃料噴射弁9から燃料を噴射して成層燃焼を行っているときに、失火が生じた場合に、ポート燃料噴射弁10から燃料を噴射して均質燃焼を行うようにするものとも言える。したがって、こうした考え方は、第4実施形態や第5実施形態のみならず、第1実施形態〜第3実施形態にも適用可能である。
次に、図26のルーチンについて説明する。図26のルーチンでは、まず始めに、ステップ10において、成層燃焼を行わせるべきであるか否か、すなわち、機関運転状態ENが図4のマップの領域Sにある(EN=S)か否かが判別される。ここで、EN≠Sであると判別されたとき、すなわち、機関運転状態が図4のマップの領域HS、または、領域HLにあるときには、ステップ16において、均質燃焼制御Iが行われる。この均質燃焼制御Iによれば、上述した第4実施形態または第5実施形態に従って通常の均質燃焼が行われる。すなわち、吸気行程中のタイミングでポート燃料噴射弁10から要求負荷に応じた所定量の燃料が噴射され、所定の点火タイミングにおいて両点火栓11,12が同時に作動せしめられる。
一方、ステップ10において、EN=Sであると判別されたときには、ステップ11において、成層燃焼制御Iが行われる。この成層燃焼制御Iによれば、上述した第4実施形態または第5実施形態に従って通常の成層燃焼が行われる。すなわち、圧縮上死点直前のタイミングで筒内燃料噴射弁9から要求負荷に応じた所定量の燃料が噴射され、所定の点火タイミングにおいて所定の点火栓(第4実施形態において、燃料噴霧の形状が所期の円錐形状となっているときには排気側点火栓12であり、燃料噴霧の形状が所期の円錐形状よりも内側に凹んだ形状となっているときには吸気側点火栓11であり、第5実施形態において、燃料噴霧の形状が所期の円錐形状となっているときには吸気側点火栓11であり、燃料噴霧の形状が所期の円錐形状よりも内側に凹んだ形状となっているときには排気側点火栓12である)が作動せしめられる。
次いで、ステップ12において、燃焼室4内で失火が生じているか否かが判別される。ここで、失火が生じていないと判別されたときには、ルーチンは終了する。一方、ステップ12において、失火が生じていると判別されたときには、ステップ13において、成層燃焼制御IIが行われる。この成層燃焼制御IIによれば、圧縮上死点直前のタイミングで筒内燃料噴射弁9から要求負荷に応じた所定量の燃料が噴射され、所定の点火タイミングにおいて上記所定の点火栓とは別の点火栓が作動せしめられる。
次いで、ステップ14においても、燃焼室4内で失火が生じているか否かが判別される。ここで、失火が生じていないと判別されたときには、ルーチンは終了する。一方、ステップ14において、失火が生じていると判別されたときには、ステップ15において、均質燃焼制御IIが行われる。この均質燃焼制御IIによれば、吸気行程中のタイミングでポート燃料噴射弁10から要求負荷に応じた所定量の燃料が噴射され、所定の点火タイミングにおいて両点火栓11,12が同時に作動せしめられる。
4 燃焼室
5 吸気弁
7 排気弁
9 筒内燃料噴射弁
10 ポート燃料噴射弁
11,12 点火栓
C シリンダボア中心軸線
5 吸気弁
7 排気弁
9 筒内燃料噴射弁
10 ポート燃料噴射弁
11,12 点火栓
C シリンダボア中心軸線
Claims (9)
- 2つの点火栓と、燃料を燃焼室内に直接噴射するように燃焼室のシリンダボア中心軸線上またはほぼ燃焼室のシリンダボア中心軸線上に配置された燃焼室内噴射用の燃料噴射弁を具備し、各点火栓が燃焼室のシリンダボア壁面からの距離が同じ距離またはほぼ同じ距離となるように燃焼室のシリンダボア中心軸線に関して両側に配置され、均質燃焼が行われるときには両点火栓が同時に作動せしめられ、成層燃焼が行われるときには点火栓近傍にのみ混合気が形成されるように上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁から燃料が噴射されることを特徴とする火花点火内燃機関。
- 上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁が異なる2つの方向へ燃料を燃焼室内に直接噴射し、該燃焼室内噴射用の燃料噴射弁から噴射された2つの燃料噴霧を各点火栓それぞれに導くことができるキャビティがピストン上壁面に設けられており、成層燃焼が行われるときには上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁から噴射される2つの燃料噴霧が上記キャビティによって各点火栓それぞれに導かれて各点火栓近傍にのみ混合気が形成されることを特徴とする請求項1に記載の火花点火内燃機関。
- 上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁が両点火栓に燃料が直接到達するように燃料を燃焼室内に直接噴射することを特徴とする請求項1に記載の火花点火内燃機関。
- 上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁が外側から燃料噴射孔を閉鎖する燃料噴射弁であることを特徴とする請求項3に記載の火花点火内燃機関。
- 上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の通り道に近接した壁面が設けられていることを特徴とする請求項3に記載の火花点火内燃機関。
- 各点火栓が上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁に対して燃焼室内に突出する量が互いに異なることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1つに記載の火花点火内燃機関。
- 上記燃焼室内噴射用の燃料噴射弁から各点火栓まで距離が互いに僅かばかり異なることを特徴とする請求項3〜6のいずれか1つに記載の火花点火内燃機関。
- 燃料を吸気通路内に噴射するように配置された吸気通路内噴射用の燃料噴射弁を具備し、均質燃焼が行われるときには該吸気通路内噴射用の燃料噴射弁から燃料が噴射されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の火花点火内燃機関。
- 燃料を吸気通路内に噴射するように配置された吸気通路内噴射用の燃料噴射弁を具備し、燃焼室内噴射用の燃料噴射弁から燃料が噴射されて成層燃焼が行われているときに燃焼室内において失火が生じたときには吸気通路内噴射用の燃料噴射弁から燃料が噴射されて均質燃焼が行われることを特徴とする請求項2〜7のいずれか1つに記載の火花点火内燃機関。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2004
- 2004-09-16 JP JP2004269438A patent/JP2006083765A/ja not_active Withdrawn
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A621 | Written request for application examination |
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A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20061220 |