JP2006522269A

JP2006522269A - ガソリン直接噴射および点火制御内燃エンジン

Info

Publication number: JP2006522269A
Application number: JP2006505856A
Authority: JP
Inventors: パスカルスルコフスキー，
Original assignee: プジョーシトロエンオートモビル
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2006-09-28
Also published as: FR2853354B1; WO2004090320A2; US7387104B2; FR2853354A1; US20070000474A1; EP1649156A2; WO2004090320A3

Abstract

本発明は、少なくとも１つのシリンダ（１）、シリンダ（１）を塞ぐシリンダヘッド（６）、シリンダ（１）内に滑動可能に取り付けられたピストン（７）、ピストン（７）とシリンダヘッド（６）の間に画定された燃焼室（２）、燃焼室（２）内へのガソリンの噴射手段（３）、燃焼室（２）内で空気−ガソリンの混合気の点火を生じさせるための点火手段（４）、燃焼室を選択的に塞ぐ吸気弁（８）および排気弁（９）、および空気の吸気段階中に燃焼室（２）内の排気ガスの少なくとも一部を再循環させる手段を備える、ガソリン直接噴射および点火制御内燃エンジンであって、噴射手段（３）に提供される圧力が２５０バールを超え、その結果、空気−ガソリン−再循環排気ガスの混合気が均質化され、燃焼速度が向上することを特徴とするエンジンに関する。

Description

本発明は、ガソリン直接噴射および点火制御内燃エンジンに関する。

より詳細には本発明は、少なくとも１つのシリンダ、シリンダを塞ぐシリンダヘッド、シリンダ内に滑動可能に取り付けられたピストン、ピストンとシリンダヘッドの間に画定された燃焼室、燃焼室内へのガソリンの噴射手段、燃焼室内で空気−ガソリンの混合気の点火を生じさせるための点火手段、燃焼室を選択的に塞ぐ吸気弁および排気弁、および、空気の吸気段階中に燃焼室内の排気ガスの少なくとも一部を再循環させる手段を備える、ガソリン直接噴射および点火制御内燃エンジンに関する。

ガソリンの直接噴射の恩恵により、噴射方法に関して様々な動作モードを実施することが可能である。

知られている解決方法のうちの１つは、化学量論的比で燃料を投入し、燃料の全量が空気に触れて燃焼されるようにすることである。この方法によれば、装填燃料の良好な揮発および良好な均一性を確保するために、エンジンサイクルのうちの吸気段階中、十分に早いタイミングで燃料が投入される。

この動作モードにおいては、排出にともなう燃焼済のガス（再循環ガスとも呼ばれる）を吸気時に燃焼室内に投入するのが有利である。これらのガスは燃焼には与らないが、燃焼（ガソリン−空気）混合気の密度を低くすることができ、したがってエンジンサイクル時のエネルギー損失を低減することが可能である。

しかしながら既燃ガスを再投入することには、再循環される空気−ガソリン−ガスの混合気が均質でない、燃焼速度が遅い、という欠点がある。これらの影響の結果、燃焼効率が低下する。したがって消費の低減のために投入することが可能な既燃ガスの最大量には限度がある。

本発明の目的は、上に挙げた先行技術の欠点の全てまたは一部を解消することである。

この目的のため、前文で示す全体的な定義に合致した本発明によるガソリン直接噴射および点火制御内燃エンジンは、噴射手段に提供される圧力が２５０バールを超え、その結果、空気−ガソリン−再循環排気ガスの混合気が均質化され、燃焼速度が向上することを主な特徴とする。

さらに本発明は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。

− 燃焼室内に再投入される排気ガスが、２０％を超え、好ましくは４０％から６０％の間の残留率を有する。

− 再循環される排気ガスの少なくとも一部が、いわゆる「外部」経路（ＥＧＲ）、すなわちバイパス管を経由して燃焼室内に再投入される。

− 再循環される排気ガスの少なくとも一部が、いわゆる「内部」経路（ＩＧＲ）、すなわち吸気弁および排気弁の適切な制御により燃焼室内に再投入される。

− ガソリン噴射手段と点火手段の間隔が５ミリメートルから３０ミリメートルである。

− ガソリン噴射手段および点火手段が、３５°より大きい角度を形成する２つの軸に沿ってシリンダヘッド内に配置される。

− 噴射手段が、エンジンサイクルの圧縮段階中にガソリンを噴射する。

− 噴射手段が、エンジンサイクルの吸気段階中にガソリンを噴射する。

その他の特徴および利点は図面を参照して行う以下の説明を読むことにより明らかになろう。

図１に示す本発明よるエンジンは、少なくとも１つのシリンダ１、シリンダ１を塞ぐシリンダヘッド６、シリンダ１内に滑動可能に取り付けられたピストン７を含む。ピストン７とシリンダヘッド６の間には燃焼室２が画定される。

エンジンはまた、燃焼室２内に到達するノズルまたは噴射装置など、ガソリンの噴射手段３も含む。噴射装置３は、噴射装置３に加圧ガソリンを供給するための噴射ポンプ１３から供給を受ける。ある所定のタイミングに燃焼室２内で空気−ガソリンの混合気の発火を生じさせるために、プラグ等の点火手段４も燃焼室２に入っている。

本発明の１つの特徴によれば、噴射装置３に提供されるガソリンの圧力は２５０バールを超える。噴射装置３は、たとえば、図１に示すようなシリンダ１の対称軸Ｚ上に配置することができる。プラグは噴射装置３から５ミリメートルから３０ミリメートルの距離のところに配置することができる。この構成によれば、噴射装置３は軸Ｘに沿ってシリンダブロック６内に配置され、プラグ４は軸Ｙに沿って配置される。噴射装置３の軸Ｘとプラグ４の軸Ｙの間の角度θは３５°未満である。

噴射装置３およびプラグ４については、図示はしないが他の構成も実現可能である。たとえば、噴射装置３の軸Ｘとプラグ４の軸Ｙの間の角度θを３５°よりも大きく、好ましくは約６０°とすることができる。噴射装置３およびプラグ４は、特に、シリンダ１の対称軸Ｚの両側に配置することができる。

エンジンは、燃焼室２と吸気管１０の間を塞ぐ単数または複数の吸気弁８、および燃焼室２と排気管１１の間を塞ぐ単数または複数の排気弁９も含むことができる。

さらにエンジンは、排気ガスの少なくとも一部を再循環する手段を含むことをも特徴とする。

本発明による高圧ガソリンの噴射の際、燃焼室２内では、従来の装置の乱流をはるかに上回る乱流が認められる。この乱流により火炎前面の褶曲形成を増加させることができ、したがって燃焼可能混合気に触れる火炎の表面積を増加させることが可能になる。

高圧ガソリンによって発生する強力な乱流により、所与の既燃ガス率に対し、より速い燃焼速度を実現することが可能である。このようにして、より高い再循環ガス率で許容可能な品質の燃焼を得ることができる。燃焼室２に再投入される排気ガスの残留率は２０％より高くすることができ、特に好ましい実施例によれば４０％から６０％の間とすることができる。

また、発生する高い圧力により、良好な噴霧化が得られるため、多量の燃料を噴射させることが可能である。この特徴により、きわめて均質な外気−既燃ガス−ガソリン混合気を迅速に得ることができる。

本発明によるエンジンは、排気ガスがより多量に再循環されることにより、燃料の消費が低減されるという利点を有する。

既燃ガスの再循環方法として２つの知られている方法が実施可能である。１つは図２に示すようないわゆる「外部」経路（ＥＧＲ）であり、もう１つはいわゆる「内部」経路（ＩＧＲ）である。

「外部」経路による構成によれば、既燃ガスは２つの方法で取り出すことができる。

変形形態では排気管１１のレベルで既燃ガスを取り出すことができる。次にガスはバイパス管１４を経由して吸気マニホールド１６より上流側に再投入される。

既燃ガスはシリンダヘッド６のレベルの内部管１５を経由して採取することができる。次にガスは吸気マニホールド１６より上流側に再投入される。

両者の場合とも、投入される排気ガスの量は、図示しないエンジンコンピューター（ＥＣＵ）によって制御されるコントロールバルブ１２により調節される。既燃ガスは外気と混合される。この混合気は吸気段階中に燃焼室２に投入される。

「内部」経路による構成によれば、既燃ガスは吸気弁８および排気弁９の適切な制御により燃焼室内に再投入される。周知のように、燃焼サイクルが終了すると既燃ガスを放出するために排気弁９が開く。既燃ガスの一部を回収するために、ガスの排気段階中、吸気弁８が開く。この時、排気管１１内の圧力は吸気管１０内の圧力よりもはるかに高い。

この圧力差により、吸気弁８および排気弁９の両者の開に相当する段階において、既燃ガスの吸気管１０内への吸引が生じる。吸気弁８の開動作は排気弁９の閉動作の後に行われる。この期間では、吸気管１０内に吸引された既燃ガスが燃焼室２に再投入される。

再投入される既燃ガスの量の制御は吸気弁８の開動作を調節することにより得られる。カムシャフトの位相シフトシステムを利用することにより、たとえば、大量の既燃ガス（質量比で８０％まで）をエンジン内に閉じ込めることが可能である。

ガソリンの噴射は、点火のタイミングに可能な限り近いきわめて短時間に好ましいやり方で行われるのが好ましい。ガソリンの噴射は特にエンジンサイクルの圧縮段階中に行うことができる。このように、ガソリンのジェットによって発生する強い乱流が維持され、燃焼の開始時にさらに大きくなる。２５０バールを超える噴射圧力により、噴射タイミングが遅くなるものの、混合気の良好な均質性が得られる。

吸気管１０の形状を適合させることにより、フル負荷時のエンジンの性能も向上させることができる。吸気管により空力を発生させる必要がないため、高負荷時のエンジンへのより良好な充填を実現するために設計を最適化することができよう。

本発明による内燃エンジンの部分断面略図である。いわゆる「外部」経路による排気ガスの既知の再利用装置を含むエンジンの上面略図である。

Claims

少なくとも１つのシリンダ（１）、シリンダ（１）を塞ぐシリンダヘッド（６）、シリンダ（１）内に滑動可能に取り付けられたピストン（７）、ピストン（７）とシリンダヘッド（６）の間に画定された燃焼室（２）、燃焼室（２）内へのガソリンの噴射手段（３）、燃焼室（２）内で空気−ガソリンの混合気の点火を生じさせるための点火手段（４）、燃焼室（２）を選択的に塞ぐ吸気弁（８）および排気弁（９）、および空気の吸気段階中に燃焼室（２）内の排気ガスの少なくとも一部を再循環させる手段を備える、ガソリン直接噴射および点火制御内燃エンジンであって、噴射手段（３）に提供される圧力が２５０バールを超え、その結果、空気−ガソリン−再循環排気ガスの混合気が均質化され、燃焼速度が向上することを特徴とするエンジン。
燃焼室（２）内に再投入される排気ガスが、２０％を超え、好ましくは４０％から６０％の間の残留率を有することを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
再循環される排気ガスの少なくとも一部が、いわゆる「外部」経路（ＥＧＲ）、すなわちバイパス管（１４、１５）を経由して燃焼室（２）内に再投入されることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン。
再循環される排気ガスの少なくとも一部が、いわゆる「内部」経路（ＩＧＲ）、すなわち吸気弁（８）および排気弁（９）の適切な制御により燃焼室（２）内に再投入されることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン。
ガソリン噴射手段（３）と点火手段（４）の間隔が５ミリメートルから３０ミリメートルであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジン。
ガソリン噴射手段（３）および点火手段（４）が、３５°より大きい角度（θ）を形成する２つの軸に沿ってシリンダヘッド内に配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジン。
噴射手段（３）が、エンジンサイクルの圧縮段階中にガソリンを噴射することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のエンジン。
噴射手段（３）が、エンジンサイクルの吸気段階中にガソリンを噴射することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のエンジン。