JP2007009865A - 筒内直接噴射式火花点火内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】冷機時に触媒を早期活性化するとともに、ＨＣの一次ピークの悪化を回避する。
【解決手段】触媒コンバータの早期昇温が要求される内燃機関の冷間始動時に、点火時期を圧縮上死点後に設定するとともに、点火時期前でかつ圧縮上死点後に燃料を噴射する超リタード燃焼を行う。点火時期直前の高圧燃料噴射により筒内の乱れが向上し、火炎伝播が促進されるので、安定した燃焼を実現できる。燃料噴射弁１０は、先端が燃焼室５中心から排気弁８寄りに位置するとともに、吸気弁６側へ燃料を噴射するように傾斜している。これにより、圧縮上死点後に噴射された燃料は、燃焼室５の中で、吸気弁６寄りに相対的に多く偏在し、排気弁８近傍に生じる未燃ＨＣが少なくなるので、排気弁８が開いたときのＨＣ一次ピークが低減する。
【選択図】図５

Description

この発明は、筒内に燃料を直接に噴射する筒内直接噴射式火花点火内燃機関に関し、特に、排気系の触媒コンバータの早期昇温（早期活性化）が要求される冷間始動時などにおける噴射時期および点火時期の制御に関する。

特許文献１には、筒内直接噴射式火花点火内燃機関の触媒暖機方法として、排気浄化用の触媒コンバータが活性温度よりも低い未暖機状態のときに、吸気行程から点火時期にかけての期間内で、部分的な空燃比の濃淡を有する混合気を燃焼室内に形成する後期噴射と、この後期噴射より前に燃料を噴射して、後期噴射の燃料と後期噴射の燃焼とで延焼可能な、理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気を燃焼室内に生成する早期噴射と、の少なくとも２回の分割噴射を行い、かつ点火時期をＭＢＴ点より所定量リタードさせるとともに、機関の無負荷領域では点火時期を圧縮上死点よりも前に設定し、無負荷領域を除く低速低負荷領域では点火時期を圧縮上死点以降までリタードさせる技術が記載されている。上記後期噴射は、圧縮行程の中期以降、例えば１２０°ＢＴＤＣ〜４５°ＢＴＤＣに行われる。
特許第３３２５２３０号公報

内燃機関の冷機時における触媒の早期活性化および後燃えによるＨＣ低減のためには、点火時期の遅角が有効であり、より大きな効果を得るためには、圧縮上死点以降の点火（ＡＴＤＣ点火）が望ましい。ＡＴＤＣ点火で安定した燃焼を行わせるためには、燃焼期間を短縮する必要があり、そのために、筒内の乱れを強化して、燃焼速度（火炎伝播速度）を上昇させることが必要である。

このような乱れの強化のために、筒内に高圧で噴射される燃料噴霧のエネルギにより筒内に乱れを生成することが考えられる。

しかしながら、特許文献１では、主に、１回目の燃料噴射（早期噴射）を吸気行程中に行い、２回目の燃料噴射（後期噴射）を圧縮行程中の１２０°ＢＴＤＣ〜４５°ＢＴＤＣに行っている。このように最後の燃料噴射が圧縮上死点よりも前では、その噴霧により筒内に乱れを生成しても、圧縮上死点以降はその乱れが減衰してしまい、ＡＴＤＣ点火での火炎伝播速度上昇には寄与しない。

例えば、図１７は、吸気ポート内に設けたガス流動制御弁（例えばタンブル制御弁）を作動させた場合とこのようなガス流動制御弁を具備しない場合とについて、筒内の乱れの大きさを示したものであるが、ガス流動制御弁を作動させることで吸気行程中に生成した乱れ（符号Ａの部分）は、圧縮行程の進行とともに減衰し、圧縮行程後期のタンブル流の崩壊に伴い一時的に乱れが大きくなる（符号Ｂの部分）ものの、圧縮上死点以降は符号Ｃで示すように急速に減衰してしまい、その乱れを用いた燃焼改善（火炎伝播向上）はあまり期待できない。燃料噴霧による乱れについても同様であり、圧縮上死点より前の燃料噴射により乱れが生成されたとしても、圧縮上死点以降の点火燃焼には寄与しない。

このため、ＡＴＤＣ点火の方が排温上昇やＨＣ低減に有利であるが、燃焼安定性が成立しないという問題がある。このため、特許文献１では、無負荷領域では点火時期を圧縮上死点前（ＢＴＤＣ点火）としている。

また上記従来技術では、燃焼が不安定化することから、燃焼室内にＨＣが多く生成され、排気弁が開いたときに排気ポートへ流出する、いわゆる一次ピークにおけるＨＣ濃度が高くなる、という不具合がある。特に、この一次ピークのＨＣ量は、燃料噴射時期を遅角することに伴い、燃焼室容積が小さくなった状態で燃料が噴射されることから壁面に付着する燃料量が増え、その結果、さらに増加する傾向となる。つまり、点火時期の遅角により排気温度が高くなっても、逆にＨＣ増加が生じる虞がある。

本発明は、このような実状を踏まえて、触媒の早期活性化およびＨＣ低減などのためのＡＴＤＣ点火での燃焼安定性を改善するとともに、ＨＣの一次ピークを抑制することを目的としている。

本発明は、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、点火プラグを備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関において、所定の運転条件のとき、例えば触媒コンバータの冷機時のような排気ガス温度の昇温が必要な場合などに、点火時期を圧縮上死点後に設定するとともに、この点火時期前でかつ圧縮上死点後に燃料を噴射する超リタード燃焼を行う。なお、ＮＯｘを吸着するＮＯｘトラップ触媒においては、硫黄成分（ＳＯｘ）が触媒に付着することによりＮＯｘ吸着性能が低下するので、触媒を強制的に高温化してＳＯｘを放出するＳＯｘ放出処理（硫黄被毒解除）を行う必要があるが、このＳＯｘ放出処理の際の排気ガス温度の昇温を、上記の超リタード燃焼を利用して行うことも可能である。そして、本発明では、特に、上記の圧縮上死点後に噴射される燃料が、燃焼室の中で吸気弁寄りに相対的に多く偏在するように構成したことを特徴としている。

すなわち、圧縮上死点以降では、吸気行程や圧縮行程で生成された乱れは減衰してしまうが、圧縮上死点以降の膨張行程中になされる燃料噴射によって、筒内の乱れを生成・強化することができ、ＡＴＤＣ点火での火炎伝播が促進される。従って、点火時期を圧縮上死点後とした超リタード燃焼が安定的に成立する。

上記のように点火時期を大幅に遅角させた超リタード燃焼においては、排気ガス温度が非常に高く得られ、かつ排気中での二次的な燃焼によってＨＣ排出量が低減する。

図１８は、一般的な筒内直接噴射式火花点火内燃機関におけるＨＣ排出濃度（排気ポートでの濃度）の特性と、その排出メカニズムを示したものであり、図示するように、排気ポートでのＨＣ濃度は、排気行程の初期（排気弁の開き始め）における一次ピークと、排気行程の末期（排気弁が閉じる直前）における二次ピークと、を有する。一次ピークは、図（ａ）に示すように、燃焼室内の排気弁近傍に存在していた未燃ＨＣが、排気弁の開弁の瞬間に排気ポート側へ流出するものである。また二次ピークは、図（ｂ）に示すように、ピストン冠面やボア壁面に付着していた燃料やクレビス内の未燃成分が、ピストンにより押し出されることにより、ＨＣ濃度が高くなるものである。

本発明では、圧縮上死点後に噴射された燃料が、燃焼室の中で吸気弁寄りに相対的に多く偏在するため、膨張行程末期における排気弁近傍の未燃ＨＣが少なくなり、排気弁の開き始めに生じるＨＣ濃度の一次ピークが抑制される。

噴射された燃料を燃焼室の中で吸気弁寄りに相対的に多く偏在させることは、燃料噴射弁の位置や燃料噴霧の方向あるいはピストン頂部の構成等の種々の手段によって達成し得る。

本発明の一つの態様では、上記燃料噴射弁が、燃焼室天井面中央部に配置され、ピストン頂部へ向かって燃料を噴射するとともに、この燃料噴射弁に隣接して上記点火プラグが配置されている。そして、燃料噴射方向が吸気弁側へ向かうように、上記燃料噴射弁の中心軸線が、シリンダ軸線に対し傾斜している。

また一つの態様では、燃料噴射方向が吸気弁側へ向かうように、上記燃料噴射弁の中心軸線に対し、噴霧中心軸線が傾斜している。

また一つの態様では、燃料が吸気弁寄りに多く偏在するように、燃料噴射弁の中心軸線に直交する噴霧の断面における燃料の分布が不均一となっている。

また一つの態様では、ピストン頂部の形状が、噴射された燃料を吸気弁寄りに多く偏在させる形状となっている。

また一つの態様では、上記燃料噴射弁の先端が、上記シリンダ軸線から排気弁寄りに偏って位置するとともに、ここから噴射された燃料が吸気弁寄りに多く偏在するように構成され、かつ、吸気行程中に燃料を噴射したときに燃料噴霧が吸気弁弁頭部に衝突しないように各々の位置関係が設定されている。例えば均質燃焼のために吸気行程中に燃料を噴射したときに燃料噴霧が開弁中の吸気弁弁頭部に衝突すると、燃料が吸気弁に付着し、同様にＨＣ増加の要因となる。燃料噴射弁の先端の位置を排気弁寄りとしつつ燃料が吸気弁側に多く偏在するように構成することで、吸気行程噴射の際に噴霧が吸気弁に衝突しないようにすることが可能である。

さらに本発明の一つの態様では、上記燃料噴射弁が燃焼室の吸気弁側の側部に配置されており、ピストン頂部へ向かって斜め下方へ燃料を噴射するように構成されている。つまり吸気弁側から排気弁側へと噴射することで、燃料が排気弁側に多く偏在する。

この発明によれば、点火時期を圧縮上死点後に設定した超リタード燃焼の燃焼安定性を十分に確保することができ、例えば内燃機関の冷機時に、排気ガス温度を昇温させて触媒の早期活性化を図ることができるとともに、後燃えによるＨＣ低減が可能となる。特に、圧縮上死点後に噴射された燃料が吸気弁寄りに多く偏在するため、排気弁の開き始めにおけるＨＣ濃度の一次ピークを抑制することができる。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１〜図３は、この発明が適用される筒内直接噴射式火花点火内燃機関の一実施例を示しており、特に、図１，図２は、一つの気筒の構成を示し、図３は機関全体のシステム構成を示している。

図１，図２に示すように、シリンダブロック１に形成されたシリンダ２にピストン３が摺動可能に配置されているとともに、シリンダブロック１上面に固定されたシリンダヘッド４と上記ピストン３との間に、燃焼室５が形成されている。上記シリンダヘッド４には、吸気弁６によって開閉される吸気ポート７と、排気弁８によって開閉される排気ポート９と、が形成されている。１つの気筒に対し、一対の吸気弁６と一対の排気弁８とが設けられており、これらの４つの弁に囲まれた燃焼室５天井面中央部に、燃料噴射弁１０が配置されているとともに、該燃料噴射弁１０に隣接して点火プラグ１１が配置されている。これらの燃料噴射弁１０および点火プラグ１１のより具体的な配置については後述する。

上記燃料噴射弁１０からは、ピストン３頂部へ向かってシリンダ軸線に沿うように燃料が噴射される。そして、円錐形に拡がる噴霧の一部が、点火プラグ１１の電極部付近を通過する。ピストン３頂部は、全体が緩い凹面となっている。なお、吸気ポート７には、タンブル流を強化するためにタンブル制御弁１２が設けられているが、このタンブル制御弁１２は必ずしも必須のものではなく、また、これに代えて、スワール制御弁を設けるようにしてもよい。

図３に示すように、この実施例の内燃機関は、例えば直列４気筒機関であり、各気筒の排気ポート９が接続された排気通路２１に、排気浄化用の触媒コンバータ２２が設けられており、その上流側に、酸素センサ等の空燃比センサ２３が配置されている。また、各気筒の吸気ポート７が接続された吸気通路２４は、その入口側に、制御信号により開閉される電子制御スロットル弁２５を備えている。上記排気通路２１と上記吸気通路２４との間には、排気還流通路２６が設けられており、その途中に、排気還流制御弁２７が介装されている。また、各気筒のタンブル制御弁１２は、ソレノイドバルブ２８を介して導入される吸入負圧により動作する負圧式タンブル制御アクチュエータ２９によって、一斉に開閉される構成となっている。

また、上記燃料噴射弁１０には、燃料ポンプ３１およびプレッシャレギュレータ３２によって所定圧力に調圧された燃料が、燃料ギャラリ３３を介して供給されている。従って、各気筒の燃料噴射弁１０が制御パルスにより開弁することで、その開弁期間に応じた量の燃料が噴射される。また、各気筒の点火プラグ１１は、イグニッションコイル３４に接続されている。

上記内燃機関の燃料噴射時期や噴射量、点火時期等は、コントロールユニット３５によって制御される。このコントロールユニット３５には、アクセルペダル踏み込み量を検出するアクセル開度センサ３０の検出信号や、クランク角センサ３６の検出信号、空燃比センサ２３の検出信号、冷却水温を検出する水温センサ３７の検出信号、等が入力されている。

上記のように構成された内燃機関においては、暖機が完了した後の状態、例えば冷却水温が８０℃を越えているときには、通常の成層燃焼運転および均質燃焼運転が行われる。すなわち、低速低負荷側の所定の領域では、通常の成層燃焼運転として、圧縮行程の適宜な時期に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前の時期に点火が行われる。圧縮行程中にピストン３へ向けて噴射された燃料は、燃焼室５内で層状化するが、点火プラグ１１付近に燃料噴霧が達したときに点火を行うことで、着火燃焼に至る。そのため、平均的な空燃比が３０〜４０程度の極リーンとなった成層燃焼が実現される。

また、高速高負荷側の所定の領域では、通常の均質燃焼運転として、吸気行程中に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前のＭＢＴ点において点火が行われる。この場合は、燃料は筒内で均質な混合気となる。この均質燃焼運転としては、運転条件に応じて、空燃比を理論空燃比とした均質ストイキ燃焼と、空燃比を２０〜３０程度のリーンとした均質リーン燃焼とがある。

これに対し、内燃機関の冷却水温が８０℃以下のとき、つまり暖機が完了していない状態では、触媒コンバータ２２の活性化つまり温度上昇の促進のために、超リタード燃焼を行う。以下、この超リタード燃焼の燃料噴射時期および点火時期を図４に基づいて説明する。

図４は、超リタード燃焼の３つの実施例を示しており、実施例１では、点火時期を１５°〜３０°ＡＴＤＣ（例えば２０°ＡＴＤＣ）とし、燃料噴射時期（詳しくは燃料噴射開始時期）を、圧縮上死点以降でかつ点火時期前に設定する。なお、このとき、空燃比は、理論空燃比ないしはこれよりも若干リーン（１６〜１７程度）に設定される。

すなわち、触媒暖機促進ならびにＨＣ低減のためには、点火時期遅角が有効であり、上死点以降の点火（ＡＴＤＣ点火）が望ましいが、ＡＴＤＣ点火で安定した燃焼を行わせるためには、燃焼期間を短縮する必要があり、そのためには、乱れによる火炎伝播を促進しなければならない。前述したように、圧縮上死点以降では、吸気行程や圧縮行程で生成された乱れは減衰してしまうが、本発明では、圧縮上死点以降の膨張行程中になされる高圧の燃料噴射によって、ガス流動が生じ、これにより筒内の乱れを生成・強化することができる。従って、ＡＴＤＣ点火での火炎伝播が促進され、安定した燃焼が可能となる。

図４の実施例２は、燃料噴射を２回に分割した例であり、１回目の燃料噴射を吸気行程中に行い、２回目の燃料噴射を圧縮上死点以降に行う。なお、点火時期および空燃比（２回の噴射を合わせた空燃比）は実施例１と同様である。

このように、圧縮上死点後の燃料噴射（膨張行程噴射）に先立ち、吸気行程中に燃料噴射（吸気行程噴射）を行うと、吸気行程噴射の燃料噴霧による乱れは圧縮行程後半で減衰してしまい、圧縮上死点後におけるガス流動強化には殆ど影響を与えないが、噴射燃料が燃焼室全体に拡散していて、ＡＴＤＣ点火によるＨＣの後燃えの促進に寄与するので、ＨＣ低減および排温上昇には有効である。

また、図４の実施例３は、燃料噴射を２回に分割し、１回目の燃料噴射を圧縮行程にて行い、２回目の燃料噴射を圧縮上死点以降に行う。このように、圧縮上死点後の燃料噴射（膨張行程噴射）に先立ち、圧縮行程中に燃料噴射（圧縮行程噴射）を行うと、実施例２の吸気行程噴射に比べれば、圧縮行程噴射の方が、その燃料噴霧による乱れの減衰が遅くなるため、この１回目の燃料噴射による乱れが残り、圧縮上死点以降に２回目の燃料噴射を行うことで、１回目の燃料噴射で生成した乱れを助長するように乱れを強化でき、圧縮上死点付近における更なるガス流動強化が図れる。

この実施例３の場合に、１回目の圧縮行程噴射は、圧縮行程前半でもよいが、圧縮行程後半（９０°ＢＴＤＣ以降）に設定すると、上死点付近での乱れをより高めることができる。特に、この１回目の圧縮行程噴射を、４５°ＢＴＤＣ以降、より望ましくは２０°ＢＴＤＣ以降とすると、圧縮上死点以降のガス流動をより強化することができる。

このように、実施例１〜３の超リタード燃焼によれば、点火の直前に燃料噴霧により筒内の乱れを生成・強化することができ、火炎伝播を促進して、安定した燃焼を行わせることができる。特に、点火時期を１５°〜３０°ＡＴＤＣまで遅角させることにより、触媒の早期活性化およびＨＣ低減のための十分な後燃え効果を得ることができる。換言すれば、このように点火時期を大きく遅らせても、その直前まで燃料噴射を遅らせて、乱れの生成時期も遅らせることで、火炎伝播向上による燃焼改善を達成できるのである。

図５は、燃料噴射弁１０および点火プラグ１１の配置をより詳しく示したものであり、燃焼室天井面において、シリンダ軸線ｃよりも一対の排気弁８寄りに偏って燃料噴射弁１０先端が位置し、かつ一対の吸気弁６寄りに偏って点火プラグ１１が位置する。上記燃料噴射弁１０は、その中心軸線ｍと同軸状に円錐形の噴霧が形成される一般的な構成であって、先端位置に対し基端側が排気弁８寄りとなるように、中心軸線ｍがシリンダ軸線ｃに対し傾斜した姿勢でシリンダヘッド４に取り付けられている。従って、燃料噴射方向は、吸気弁６側へ傾斜しており、上述のように機関冷機時に圧縮上死点後に噴射された燃料は、燃焼室５の中で、吸気弁６寄りに相対的に多く偏在し、排気弁８側に存在する燃料の割合は相対的に少なくなる。

そのため、膨張行程末期に燃焼室５内に生じる未燃のＨＣは、吸気弁６寄りに多く存在し、排気弁８側は相対的に少なくなる。従って、排気弁８が開いた瞬間に排気ポート９側へ流出する未燃ＨＣが減少し、ＨＣ濃度の一次ピークが低減する。

また、上記構成では、燃料噴射弁１０先端が排気弁８寄りに偏って位置しているため、前述した均質燃焼運転として吸気弁６が開いている吸気行程中に燃料を噴射した際に、燃料噴霧が吸気弁６の弁頭部に衝突することがない。従って、この吸気弁６への燃料付着による均質燃焼運転時のＨＣ悪化を回避することができる。

次に、図６は、燃料噴射弁１０および点火プラグ１１の配置の異なる実施例を示したものであり、この実施例では、燃焼室５に臨む燃料噴射弁１０の先端位置が、シリンダ軸線ｃ上に位置している。燃料噴射弁１０の中心軸線ｍは図５の実施例と同様に傾斜しており、従って、圧縮上死点後に噴射された燃料は、上記実施例と同様に、吸気弁６寄りに多く偏在する。なお、この場合、点火プラグ１１の位置としては、図示するように燃料噴射弁１０よりも吸気弁６側に配置してもよく、あるいは、燃料噴射弁１０よりも排気弁８側に配置してもよい。

次に、図７に示す実施例は、図５、図６の実施例と同様に傾斜した姿勢で取り付けられる燃料噴射弁１０の先端位置を、シリンダ軸線ｃよりもさらに吸気弁６寄りに配置したものである。この場合、点火プラグ１１は、燃料噴射弁１０よりも排気弁８側に配置される。

また、図８に示す実施例は、燃料噴射弁１０の中心軸線ｍがシリンダ軸線ｃに一致するように、燃料噴射弁１０が燃焼室５の中心に垂直に配置されているとともに、燃料が吸気弁６寄りへ多く偏在するように、噴霧中心軸線ｆが、燃料噴射弁１０の中心軸線ｍに対し吸気弁６側へ傾斜している。つまり、円錐形の噴霧が燃料噴射弁１０自体に対して斜めに噴射される構成となっている。この場合、点火プラグ１１は、図示していないが、燃料噴射弁１０よりも吸気弁６側に配置してもよく、排気弁８側に配置してもよい。

図９に示す実施例は、図８の実施例と同じく、燃料噴射弁１０の中心軸線ｍがシリンダ軸線ｃに一致するように、燃料噴射弁１０が燃焼室５の中心に垂直に配置されているものであって、特に、噴霧内の燃料分布が不均一となる形式の燃料噴射弁１０が用いられ、これを利用して、燃料が吸気弁６寄りへ多く偏在するように構成されている。

一つの例としては、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、先端面１０ａに多数の微細な噴孔１０ｂを配置した公知のマルチホール型燃料噴射弁を用い、その噴孔１０ｂを一方の側に多く配置することによって、細い噴霧Ｆからなる燃料の分布を偏らせることができる。

また、他の例としては、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、噴孔部分の形状を異形とすることで、断面Ｃ字形の噴霧Ｆを形成するようにした公知の燃料噴射弁１０を用いることができる。このものでは、燃料噴射弁１０の中心軸線ｍに直交する面ｂ−ｂでの噴霧の断面における燃料の分布が、Ｃ字形の中央部に多く偏ったものとなる。従って、吸気弁６寄りに燃料を多く偏らせることができる。

次に、図１２の実施例は、燃料噴射弁１０を、その中心軸線ｍがシリンダ軸線ｃと平行になるように、かつシリンダ軸線ｃから排気弁８側に偏って位置するように、配置したものである。そして、図１０あるいは図１１で説明した構成の燃料噴射弁１０を用いることで、燃料が吸気弁６寄りに多く偏在するようになっている。この実施例では、燃料噴射弁１０が吸気弁６から離れて位置するので、図５の実施例で説明したように、吸気行程噴射の際に、吸気弁６の弁頭部に噴霧が衝突することがない。

次に、図１３の実施例は、燃料噴射弁１０を、その中心軸線ｍがシリンダ軸線ｃと平行になるように、かつシリンダ軸線ｃから吸気弁６側に偏って位置するように、配置したものである。噴霧中心軸線は燃料噴射弁１０の中心軸線ｍと一致している。従って、燃料が吸気弁６寄りに多く偏在する。

次に、ピストン３の頂部の形状の工夫によって、圧縮上死点後に噴射された燃料が吸気弁６寄りに相対的に多く偏在するように構成した実施例について説明する。

図１４の実施例は、ピストン３の頂部の吸気弁６側にキャビティ１３が形成されているとともに、排気弁８側に、該排気弁８に近接する凸部１４が形成されているものであって、特に、凸部１４頂面と排気弁８側の燃焼室５天井面との間には、スキッシュによる噴霧引き込み効果が生じない程度の比較的大きな間隙１５が設けられている。この実施例では、燃焼室５の中心に位置する燃料噴射弁１０から垂直に噴射された燃料噴霧は、キャビティ１３の底面に衝突して吸気弁６側へ反射する。これにより、吸気弁６側に多く偏在する。

また図１５の実施例は、ピストン３の頂部の略中央部にキャビティ１３が形成されているとともに、吸気弁６側に位置する凸部１４の頂面が、吸気弁６側の燃焼室５天井面との間でスキッシュエリアを構成するように、互いに近接する構成となっている。この実施例では、ピストン３が上死点から下降する際に、吸気弁６側のスキッシュエリアによって引き込み効果が生じ、上死点後にキャビティ１３へ向けて噴射された燃料噴霧が吸気弁６側へ引き寄せられる。これにより、吸気弁６側に相対的に多くの燃料が偏在する。

次に、図１６に示す実施例は、燃料噴射弁１０が燃焼室５の吸気弁６側の側部に配置されており、ピストン３頂部へ向かって斜め下方へ燃料を噴射するように構成されたものである。詳しくは、シリンダヘッド４の吸気ポート７の下側つまり一対の吸気ポート７の中間部の位置に、燃料噴射弁１０が配置されており、この燃料噴射弁１０は、平面図上において図示せぬピストンピンと直交する方向に沿って燃料を噴射するように構成されているとともに、図１６の断面図上において、斜め下方を指向して配置されている。従って、圧縮上死点後に噴射された燃料噴霧は燃料噴射弁１０の中心軸線ｍに沿ってピストン３頂部へ向かい、かつ排気弁８側に多く偏在する。

なお、本発明の超リタード燃焼は、排気系の触媒コンバータ２２としてＮＯｘトラップ触媒を用いた場合の硫黄被毒解除のためにも利用することができる。ＮＯｘトラップ触媒は、流入する排気の排気空燃比がリーンであるときにＮＯｘを吸着し、流入する排気の排気空燃比がリッチであると、吸着していたＮＯｘを放出して触媒作用により浄化処理するものであるが、燃料中の硫黄成分（ＳＯｘ）が触媒に結合するとＮＯｘ吸着性能が低下する。そのため、適当な時期に、触媒を強制的に高温化してＳＯｘを放出除去する処理（いわゆる硫黄被毒解除）が必要である。本発明の超リタード燃焼は、非常に高い排気温度を得られるので、このＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒解除処理に適したものとなる。

筒内直接噴射式火花点火内燃機関の一実施例を示す断面図。 同じく平面図。 この内燃機関全体のシステム構成を示す構成説明図。 本発明の超リタード燃焼の燃料噴射時期および点火時期を示す特性図。 燃料噴射弁および点火プラグの配置の詳細を示す断面図。 燃料噴射弁先端位置をシリンダ軸線ｃ上とした実施例の断面図。 燃料噴射弁先端位置を吸気弁寄りとした実施例の断面図。 噴霧中心軸線が燃料噴射弁の中心軸線に対し傾斜した実施例の断面図。 噴霧内の燃料分布を不均一とした実施例の断面図。 燃料分布が不均一となる燃料噴射弁の一例の説明図であり、（ａ）は噴霧を側方から見た説明図、（ｂ）は正面から見た説明図。 燃料分布が不均一となる燃料噴射弁の他の例の説明図であり、（ａ）は噴霧を側方から見た説明図、（ｂ）はｂ−ｂ線に沿った噴霧の断面図。 燃料噴射弁を排気弁寄りに配置した実施例の断面図。 燃料噴射弁を吸気弁寄りに配置した実施例の断面図。 ピストン頂部の形状により燃料を吸気弁寄りに多く偏在させるようにした一実施例を示す断面図。 ピストン頂部の形状により燃料を吸気弁寄りに多く偏在させるようにした他の実施例を示す断面図。 吸気弁側の燃焼室側部に燃料噴射弁を配置した実施例の断面図。 従来技術における筒内の乱れの変化を示す説明図。 一般的な筒内直接噴射式火花点火内燃機関におけるＨＣ排出濃度の特性を、その排出メカニズムとともに示した特性図。

符号の説明

３…ピストン
５…燃焼室
１０…燃料噴射弁
１１…点火プラグ

Claims (13)

1. 筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、点火プラグを備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関において、所定の運転条件のときに、点火時期を圧縮上死点後に設定するとともに、この点火時期前でかつ圧縮上死点後に燃料を噴射する超リタード燃焼を行う一方、この圧縮上死点後に噴射される燃料が、燃焼室の中で吸気弁寄りに相対的に多く偏在するように構成したことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火内燃機関。
2. 上記燃料噴射弁が、燃焼室天井面中央部に配置され、ピストン頂部へ向かって燃料を噴射するとともに、この燃料噴射弁に隣接して上記点火プラグが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関。
3. 燃料噴射方向が吸気弁側へ向かうように、上記燃料噴射弁の中心軸線が、シリンダ軸線に対し傾斜していることを特徴とする請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関。
4. 燃料噴射方向が吸気弁側へ向かうように、上記燃料噴射弁の中心軸線に対し、噴霧中心軸線が傾斜していることを特徴とする請求項２または３に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関。
5. 燃料が吸気弁寄りに多く偏在するように、燃料噴射弁の中心軸線に直交する噴霧の断面における燃料の分布が不均一となっていることを特徴とする請求項２または３に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関。
6. ピストン頂部の形状が、噴射された燃料を吸気弁寄りに多く偏在させる形状となっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関。
7. 上記燃料噴射弁の先端が、上記シリンダ軸線から排気弁寄りに偏って位置するとともに、ここから噴射された燃料が吸気弁寄りに多く偏在するように構成され、かつ、吸気行程中に燃料を噴射したときに燃料噴霧が吸気弁弁頭部に衝突しないように各々の位置関係が設定されていることを特徴とする請求項２に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関。
8. 上記燃料噴射弁が燃焼室の吸気弁側の側部に配置されており、ピストン頂部へ向かって斜め下方へ燃料を噴射するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関。
9. 所定の運転状態として、排気ガス温度の昇温が要求されたときに、上記超リタード燃焼を実行することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関。
10. 排気系の触媒コンバータの早期昇温が要求される内燃機関の冷間始動時に、上記の排気ガス温度の昇温が要求されることを特徴とする請求項９に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関。
11. 排気系の触媒コンバータのＳＯｘ放出処理を行うときに、上記の排気ガス温度の昇温が要求されることを特徴とする請求項９に記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関。
12. 超リタード燃焼における点火時期は、圧縮上死点後１５°〜３０°ＣＡであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関。
13. 超リタード燃焼においては、圧縮上死点後の燃料噴射に先だって、吸気行程中もしくは圧縮行程中に、さらに燃料噴射を行うことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関。

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