JP2007291934A

JP2007291934A - マルチホールインジェクタ

Info

Publication number: JP2007291934A
Application number: JP2006120221A
Authority: JP
Inventors: Yuuya Hakamata; 雄哉袴田; Masahiro Fukuzumi; 雅洋福住; Katsuaki Uchiyama; 克昭内山; Mitsuyasu Akagi; 三泰赤木; Daisuke Takagi; 大介高木; Daijiro Arai; 大二郎新井; Yuichi Iriya; 祐一入矢; Akikazu Sakai; 亮和酒井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2007-11-08

Abstract

【課題】スモークの発生や、未燃燃料の増加を防止しつつ、混合気の濃度ムラ(バラツキ)の発生や、点火プラグによる着火後の火炎伝播のつながりの悪化、火炎伝播速度(燃焼速度)の低下に起因する燃焼安定性悪化を防止できるマルチホールインジェクタを提供する。
【解決手段】火花点火式内燃機関の燃焼室の側方に配置され燃焼室の横断方向に燃料を噴射するマルチホールインジェクタであって、噴射中心が点火プラグを指向する主噴口１１ａと、主噴口１１ａからの噴射中心とは異なる方向に燃料噴射が指向するとともに、燃料噴射の貫徹力が、その主噴口からの燃料噴射の貫徹力よりも小さくなるように設定された副噴口１１ｂ〜１１ｄとを有する。
【選択図】図２

Description

この発明は、燃焼室に燃料を直接噴射供給する火花点火式内燃機関に使用するマルチホールインジェクタに関する。

従来より、燃費を向上するために筒内に燃料を直接噴射して点火プラグ近傍に燃料を成層化するいわゆる火花点火式筒内直噴エンジンが知られている。

このようなエンジンでは、燃料は、低回転低負荷時には点火プラグ近傍に成層化していることが望ましいが、回転又は負荷が上がったら、燃焼室内でできるだけ均質に分布することが望ましい。

そこで、燃焼室天井の略中心に点火プラグを配置するとともに燃焼室の側方に燃料インジェクタを配置する特許文献１のエンジンでは、点火プラグ近傍に向けて燃料を噴射するための主噴口と、燃焼室内に燃料を均質分布させるための複数の副噴口とを有するマルチホールインジェクタを使用し、低回転低負荷では圧縮上死点付近で燃料を噴射し、それよりも高回転又は高負荷では吸気行程で燃料を噴射する。

ところでエンジンのボア径が大きい場合は、燃料インジェクタから噴射した燃料が点火プラグ近傍に到達するように、燃料インジェクタの噴射力(貫徹力)を大きくしなければならない。

しかし単に噴射力(貫徹力)を大きくしては、すべての噴口の噴射力が大きくなってしまい、低回転低負荷時に副噴口から噴射された燃料が、圧縮上死点付近にあるピストンの冠面やボア壁に付着し、スモークが発生したり、未燃燃料(特に未燃の炭化水素ＨＣ)が増加する。

そこで特許文献１では、噴口の口径を噴口の位置によって変更することで、噴口ごとの噴射力(貫徹力)を調整する。
特開２００５−９８１２１号公報

しかし、噴口の口径を噴口の位置によって変更しては、混合気の濃度ムラ(バラツキ)が発生し、点火プラグによる着火後の火炎伝播のつながりが悪化し、火炎伝播速度(燃焼速度)の低下に起因する燃焼安定性悪化が生じるおそれがある。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、スモークの発生や、未燃燃料の増加を防止しつつ、混合気の濃度ムラ(バラツキ)の発生や、点火プラグによる着火後の火炎伝播のつながりの悪化、火炎伝播速度(燃焼速度)の低下に起因する燃焼安定性悪化を防止できるマルチホールインジェクタを提供することを目的としている。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、火花点火式内燃機関（２０）の燃焼室（３）の側方に配置され燃焼室（３）の横断方向に燃料を噴射するマルチホールインジェクタであって、噴射中心が点火プラグを指向する主噴口（１１ａ）と、前記主噴口（１１ａ）からの噴射中心とは異なる方向に燃料噴射が指向するとともに、燃料噴射の貫徹力が、その主噴口からの燃料噴射の貫徹力よりも小さくなるように設定された副噴口（１１ｂ〜１１ｄ）とを有することを特徴とする。

本発明によれば、噴射中心が点火プラグを指向する主噴口と、その主噴口からの噴射中心とは異なる方向に燃料噴射が指向するとともに、燃料噴射の貫徹力が、その主噴口からの燃料噴射の貫徹力よりも小さくなるように設定された副噴口とを有するので、低回転低負荷時の圧縮行程において主噴口から噴射された燃料は、点火プラグに貫徹力で到達するとともに、副噴口から噴射された燃料は、ピストン冠面には到達しない。そのためスモークが発生したり、未燃燃料が増加したりすることを防止できる。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明によるマルチホールインジェクタを使用するエンジンを説明する図である。

マルチホールインジェクタ１は、エンジン２０のシリンダブロック２１とシリンダヘッド２２とピストン３０で形成された燃焼室３の側方に設けられる。点火プラグ２は、燃焼室３の天井の略中心に設けられる。燃焼室３には吸気ポート３１及び排気ポート３２が連通し、ピストン３０に応動して開閉する吸気バルブ４１及び排気バルブ４２によって吸気及び排気の流動が調整される。

図２は本発明によるマルチホールインジェクタの第１実施形態を示す噴口付近の拡大図である。

マルチホールインジェクタ１の先端カバー１１には、第１噴口１１ａ、第２噴口１１ｂ、第３噴口１１ｃ及び第４噴口１１ｄが形成される。第１噴口１１ａは、マルチホールインジェクタ１をエンジンに取り付けたときに噴射中心が点火プラグを指向する主噴口である。低回転低負荷時の圧縮行程で第１噴口１１ａから噴射された燃料は、貫徹力によって点火プラグ近傍まで直接到達する。第２噴口１１ｂ、第３噴口１１ｃ及び第４噴口１１ｄは、マルチホールインジェクタ１をエンジンに取り付けたときに、マルチホールインジェクタを含む縦断面にて燃焼室を観察したときに、第１噴口１１ａからの噴射中心に対して燃料噴射が下方を指向する副噴口である。

先端カバー１１は、図２に示すように内径中心と外径中心とがオフセットし、図中左側の板厚が厚く、右側ほど板厚が薄い。先端カバー１１には、図中左側から第１噴口１１ａ→第２噴口１１ｂ→第３噴口１１ｃ→第４噴口１１ｄの順番で噴口が形成される。

第１噴口１１ａ、第２噴口１１ｂ、第３噴口１１ｃ及び第４噴口１１ｄの有効長は以下の関係にある。

図３は、低回転低負荷時の圧縮行程で噴射された燃料の混合気塊を、マルチホールインジェクタを含む燃焼室の縦断面にて観察したときの図である。この図を参照して第１実施形態の効果を説明する。

噴口の口径Ｄが一定のときは、各噴口の貫徹力は噴口の有効長に略比例する。そのため図３に示す各噴口から噴射される混合気塊の長さには以下の関係がある。

低回転低負荷時の圧縮行程で第１噴口１１ａから噴射された燃料の混合気塊は、貫徹力によって点火プラグ近傍まで直接到達する。第２〜第４噴口１１ｂ〜１１ｄから噴射された燃料の混合気塊は、第１噴口１１ａから噴射された燃料の混合気塊に対して下方へ進行するが、ピストン冠面には到達しない。

本実施形態によれば、先端カバー１１の板厚を第１噴口側ほど厚く第４噴口側ほど薄くすることで、噴口の口径Ｄは一定のまま、噴口の有効長を第１噴口側ほど長く第４噴口側ほど短くした。このように構成することで、第１噴口側から噴射される混合気塊を長く、第４噴口側から噴射される混合気塊を短くできた。これにより低回転低負荷時の圧縮行程において第１噴口から噴射された燃料は、点火プラグに貫徹力で到達するとともに、第２〜第４噴口から噴射された燃料は、ピストン冠面には到達しない。そのためスモークが発生したり、未燃燃料が増加したりすることを防止できる。

また噴口の口径Ｄが一定であるので、混合気の濃度ムラ(バラツキ)を防止でき、点火プラグによる着火後の火炎伝播のつながりの悪化や、火炎伝播速度(燃焼速度)の低下に起因する燃焼安定性悪化を防止できる。

（第２実施形態）
図４は、本発明によるマルチホールインジェクタの第２実施形態を示す噴口付近の拡大図である。なお以下に示す各実施形態では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

マルチホールインジェクタ１の先端カバー１１には、第１噴口１１ａ、第２噴口１１ｂ、第３噴口１１ｃ及び第４噴口１１ｄが形成される。第１噴口１１ａは、マルチホールインジェクタ１をエンジンに取り付けたときに噴射中心が点火プラグを指向する主噴口である。低回転低負荷時の圧縮行程で第１噴口１１ａから噴射された燃料は、貫徹力によって点火プラグ近傍まで直接到達する。第２噴口１１ｂ、第３噴口１１ｃ及び第４噴口１１ｄは、マルチホールインジェクタ１をエンジンに取り付けたときに、マルチホールインジェクタを含む平面上にて燃焼室を観察したときに、第１噴口１１ａからの噴射中心に対して燃料噴射が側方を指向する副噴口である。

先端カバー１１は、図４に示すように中心付近の板厚が厚く、側方にかけて板厚が薄くなる円弧形状である。先端カバー１１には、図中中心から側方にかけて第１噴口１１ａ→第２噴口１１ｂ→第３噴口１１ｃ→第４噴口１１ｄの順番で噴口が形成される。

図５は、低回転低負荷時の圧縮行程で噴射された燃料の混合気塊を、マルチホールインジェクタを含む燃焼室の平面上にて観察したときの図である。この図を参照して第２実施形態の効果を説明する。

本実施形態によれば、先端カバー１１の板厚を第１噴口側ほど厚く第４噴口側ほど薄くすることで、噴口の口径Ｄは一定のまま、噴口の有効長を第１噴口側ほど長く第４噴口側ほど短くした。このように構成したので、第１噴口側から噴射される混合気塊を長く、第４噴口側から噴射される混合気塊を短くできた。

したがって低回転低負荷時の圧縮行程において第１噴口から噴射された燃料は、点火プラグに貫徹力で到達するとともに、第２〜第４噴口から噴射された燃料は、燃焼室壁面には到達しない。そのためスモークが発生したり、未燃燃料が増加したりすることを防止できる。また噴口の口径Ｄが一定であるので、混合気の濃度ムラ(バラツキ)を防止でき、点火プラグによる着火後の火炎伝播のつながりの悪化や、火炎伝播速度(燃焼速度)の低下に起因する燃焼安定性悪化を防止できる。

（第３実施形態）
図６は、本発明によるマルチホールインジェクタの第３実施形態を示す噴口付近の拡大図である。

本実施形態の先端カバー１１の板厚は一定である。そして図６（Ａ）の左側に示した副噴口の場合は、入口の縦断面形状が、噴口内側に向かって次第に縮径するテーパー形状である。また図６（Ａ）の右側に示した副噴口の場合は、入口の縦断面形状が、噴口内側に向かって次第に縮径するＲ形状である。また図６（Ｂ）の左側に示した副噴口の場合は、出口の縦断面形状が、噴口内側から外側にかけて次第に拡径するテーパー形状である。また図６（Ｂ）の右側に示した副噴口の場合は、出口の縦断面形状が、噴口内側から外側にかけて次第に拡径するＲ形状である。

これらのように形成されて、副噴口の有効長Ｌが、主噴口の有効長よりも短縮されている。

このように副噴口の有効長Ｌを主噴口の有効長よりも短縮しても、第１実施形態や第２実施形態と同様の効果を得ることができる。また先端カバー１１の板厚が一定であるので、製造しやすい。

（第４実施形態）
図７は、本発明によるマルチホールインジェクタの第４実施形態を示す噴口付近の拡大図である。

図７（Ａ）に示す先端カバー１１は、一定傾斜のテーパが付いており、板厚が変わる。また図７（Ｂ）に示す先端カバー１１は、板厚が段階的に変化する階段形状である。

これらのように形成されても、副噴口の有効長Ｌを、主噴口の有効長よりも短縮することができる。

（第５実施形態）
図８は、本発明によるマルチホールインジェクタの第５実施形態を示す噴口付近の拡大図である。

図８に示す先端カバー１１は、中心付近の板厚が厚く、側方の板厚が薄い、下に凸形状に形成されている。

このように形成されても、副噴口の有効長Ｌを、主噴口の有効長よりも短縮することができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

例えば、図７（Ａ）（Ｂ）では、先端カバー１１の外側の面が斜状や階段状に形成されていたが、これらの面を内側に形成してもよい。

また図８では、先端カバー１１の外側の面が下に凸形状に形成されていたが、この面を内側に形成して、上に凸形状に形成してもよい。

本発明によるマルチホールインジェクタを使用するエンジンを説明する図である。本発明によるマルチホールインジェクタの第１実施形態を示す噴口付近の拡大図である。マルチホールインジェクタを含む縦断面にて燃焼室を観察したときの図である。本発明によるマルチホールインジェクタの第２実施形態を示す噴口付近の拡大図である。マルチホールインジェクタを含む平面上にて燃焼室を観察したときの図である。本発明によるマルチホールインジェクタの第３実施形態を示す噴口付近の拡大図である。本発明によるマルチホールインジェクタの第４実施形態を示す噴口付近の拡大図である。本発明によるマルチホールインジェクタの第５実施形態を示す噴口付近の拡大図である。

符号の説明

１マルチホールインジェクタ
２点火プラグ
３燃焼室
１１先端カバー
１１ａ第１噴口(主噴口)
１１ｂ第２噴口(副噴口)
１１ｃ第３噴口(副噴口)
１１ｄ第４噴口(副噴口)
２０エンジン
２１シリンダブロック
２２シリンダヘッド
３０ピストン
３１吸気ポート
３２排気ポート
４１吸気バルブ
４２排気バルブ

Claims

火花点火式内燃機関の燃焼室側方に配置され燃焼室横断方向に燃料を噴射するマルチホールインジェクタであって、
噴射中心が点火プラグを指向する主噴口と、
前記主噴口からの噴射中心とは異なる方向に燃料噴射が指向するとともに、燃料噴射の貫徹力が、その主噴口からの燃料噴射の貫徹力よりも小さくなるように設定された副噴口と、
を有することを特徴とするマルチホールインジェクタ。
前記副噴口は複数個形成され、その複数個の副噴口のうち、噴射中心が主噴口からの噴射中心となす角度が大の副噴口ほど燃料噴射の貫徹力が小さくなるように設定される、
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチホールインジェクタ。
前記副噴口は、噴口の有効長Ｌ、口径Ｄとするとき、Ｌ／Ｄの値が小とされることで燃料噴射の貫徹力が小さくなるように設定される、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマルチホールインジェクタ。
前記副噴口は、口径Ｄが前記主噴口の口径と同一径である、
ことを特徴とする請求項３に記載のマルチホールインジェクタ。
前記副噴口は、少なくとも入口及び出口のいずれか一方の口径が拡径されることで有効長Ｌが小さくされる、
ことを特徴とする請求項３に記載のマルチホールインジェクタ。
少なくとも前記入口及び前記出口のいずれか一方の縦断面形状が、噴口内側に向かって次第に縮径するテーパ形状又はＲ形状である、
ことを特徴とする請求項５に記載のマルチホールインジェクタ。
前記副噴口は、マルチホールインジェクタが前記火花点火式内燃機関に配置された状態でそのマルチホールインジェクタを含む縦断面にて燃焼室を観察したときに、前記主噴口からの噴射中心に対して燃料噴射が下方を指向する、
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のマルチホールインジェクタ。
前記副噴口は、マルチホールインジェクタが前記火花点火式内燃機関に配置された状態でそのマルチホールインジェクタを含む平面上にて燃焼室を観察したときに、前記主噴口からの噴射中心に対して燃料噴射が側方を指向する、
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のマルチホールインジェクタ。
前記副噴口は、
マルチホールインジェクタが前記火花点火式内燃機関に配置された状態でそのマルチホールインジェクタを含む縦断面にて燃焼室を観察したときに、前記主噴口からの噴射中心に対して燃料噴射が下方を指向する噴口と、
マルチホールインジェクタが前記火花点火式内燃機関に配置された状態でそのマルチホールインジェクタを含む平面上にて燃焼室を観察したときに、前記主噴口からの噴射中心に対して燃料噴射が側方を指向する噴口と、
を有することを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のマルチホールインジェクタ。