JP2008069697A - 筒内噴射式火花点火内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンオイルの希釈を抑制して噴射燃料により良好にタンブル流を強めることができる筒内噴射式火花点火内燃機関を提供する。
【解決手段】シリンダボアの排気弁側へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１を具備し、均質燃焼時には、吸気弁の閉弁時期を吸気下死点前とし、燃料噴射弁により吸気弁閉弁後の吸気下死点近傍において燃料Ｆを噴射してタンブル流Ｔを強めることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、筒内噴射式火花点火内燃機関に関する。

気筒内に均質混合気を形成し、この均質混合気を圧縮行程末期の点火時期において着火燃焼させる均質燃焼において、気筒内へ供給された吸気により気筒内にタンブル流を形成し、このタンブル流を圧縮行程末期の点火時期まで持続させることにより、点火時期において気筒内にタンブル流による乱れを存在させ、この乱れによって均質混合気の燃焼速度を高めることができれば、良好な均質燃焼を実現することができる。

タンブル流を圧縮行程末期の点火時期まで持続させるために、吸気ポート内に吸気流制御弁を配置し、この吸気流制御弁によって吸気を吸気ポート上壁に沿わせて気筒内へ供給することにより、気筒内に強いタンブル流を形成する筒内噴射式火花点火内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１８０２４７

前述の筒内噴射式火花点火内燃機関において、吸気流制御弁により吸気を吸気ポート上壁に沿わせて気筒内に供給する時には、吸気流制御弁により吸気ポートが絞られることになる。それにより、必要吸気量が比較的少ない時においては、特に問題なく強いタンブル流を気筒内に形成することができるが、必要吸気量が比較的多くなる時においては、吸気流制御弁により吸気ポートを絞ると吸気不足が発生することがあるために、吸気流制御弁によって強いタンブル流を気筒内に形成することはできない。

このような吸気流制御弁を設けなくても、筒内噴射式火花点火内燃機関においては、例えば、気筒上部略中心又は気筒上部周囲吸気弁側に燃料噴射弁を配置して、シリンダボアの排気弁側へ向けて燃料を噴射すれば、タンブル流を強めることができる。しかしながら、こうして噴射される燃料の一部は、シリンダボアに付着してエンジンオイルを希釈させる。

従って、本発明の目的は、エンジンオイルの希釈を抑制して噴射燃料により良好にタンブル流を強めることができる筒内噴射式火花点火内燃機関を提供することである。

本発明による請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、シリンダボアの排気弁側へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、均質燃焼時には、吸気弁の閉弁時期を吸気下死点前とし、前記燃料噴射弁により吸気弁閉弁後の吸気下死点近傍において燃料を噴射してタンブル流を強めることを特徴とする。

本発明による請求項２に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記燃料噴射弁は、気筒上部周囲の吸気弁側に配置され、シリンダボアの排気弁側上部のピストンリングが摺動しない部分に向けて燃料を噴射することを特徴とする。

本発明による請求項３に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、吸気弁の前記閉弁時期は吸気下死点前９０クランク角度を中心とした前後２０クランク角度の範囲内であり、前記燃料噴射弁は、吸気下死点を中心とした前後６０クランク角度の範囲内において燃料を噴射することを特徴とする。

本発明による請求項４に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記燃料噴射弁は、気筒上部周囲の吸気弁側に配置され、吸気弁が開弁中であれば、吸気弁に衝突する方向に燃料を噴射することを特徴とする。

本発明による請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、シリンダボアの排気弁側へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、均質燃焼時には、吸気弁の閉弁時期を吸気下死点前とし、それにより、吸気弁閉弁後の吸気下死点近傍では吸気弁閉弁直後に比較して気筒内圧力が低下し、この時に燃料噴射弁により燃料が噴射されてタンブル流が強められるために、噴射燃料は減圧沸騰し易くシリンダボアの排気弁側に到達し難くなるために、エンジンオイルの希釈を抑制して噴射燃料により良好にタンブル流を強めることができる。

本発明による請求項２に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、燃料噴射弁は、気筒上部周囲の吸気弁側に配置され、シリンダボアの排気弁側上部のピストンリングが摺動しない部分に向けて燃料を噴射するようになっているために、燃料は略水平方向に噴射されることとなり、タンブル流の進行方向に沿ってタンブル流の略接線方向にタンブル流内へ噴射され、タンブル流を良好に強めることができる。この際に、噴射燃料の減圧沸騰が不十分でシリンダボアの排気弁側へ燃料が付着しても、ピストンリングが摺動しない部分であるために、ピストンリングによって付着燃料がオイル溜に掻き落されることはなく、エンジンオイルの希釈を良好に抑制することができる。

本発明による請求項３に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、吸気弁の前記閉弁時期は吸気下死点前９０クランク角度を中心とした前後２０クランク角度の範囲内であり、燃料噴射弁は、吸気下死点を中心とした前後６０クランク角度の範囲内において燃料を噴射するようになっており、噴射燃料は気筒内の圧力低下により減圧沸騰し易くシリンダボアの排気弁側に到達し難くなるために、エンジンオイルの希釈を抑制して噴射燃料により良好にタンブル流を強めることができる。

本発明による請求項４に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、燃料噴射弁は、気筒上部周囲の吸気弁側に配置され、吸気弁が開弁中であれば、吸気弁に衝突する方向に燃料を噴射するようになっているために、燃料は略水平方向に噴射され、タンブル流の進行方向に沿ってタンブル流の略接線方向にタンブル流内へ噴射されるために、タンブル流を良好に強めることができる。また、燃料噴射弁は吸気弁閉弁後に燃料を噴射するために、噴射燃料が吸気弁に衝突することはない。

図１は本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の実施形態を示す概略縦断面図である。同図において、１は気筒上部周囲の吸気弁側に配置された燃料噴射弁であり、２は気筒上部略中心に配置された点火プラグである。図１において、気筒上部の右側には一対の吸気弁を介して一対の吸気ポート５が接続され、気筒上部の左側には一対の排気弁を介して一対の排気ポート６が接続されている。本実施形態において、燃料噴射弁１は、二つの吸気弁の間に配置されている。このように、燃料噴射弁１を、気筒内で最も高温となる点火プラグ２近傍から離間させることにより、燃料噴射弁１の噴孔近傍が高温となってデポジットが生成されることを抑制することができる。３は開弁時の吸気弁を示しており、４は圧縮上死点のピストンを示している。

燃料噴射弁１は、略水平方向（水平方向とは気筒軸線に対して垂直な平面に沿う方向である）にシリンダボアの排気弁側上部へ向けて燃料を噴射するものである。燃料噴射弁１から噴射される燃料の貫徹力は、燃料噴射開始から１ｍｓ後の燃料先端が６０ｍｍ以上に達するように設定される。こうして、吸気下死点近傍において、気筒上部周囲の吸気弁側からシリンダボアの排気弁側上部へ向けて、このように強い貫徹力を有する燃料が噴射されると、吸気ポート５を介して気筒内に供給された吸気により吸気行程において気筒内に生成されたタンブル流の進行方向に沿って、タンブル流内へタンブル流の略接線方向に貫徹力の強い燃料が噴射されることとなり、タンブル流を強めることができる。

こうして強められたタンブル流は、圧縮行程後半まで持続し、その後は気筒内の乱れとなるために、点火時期において着火された均質混合気の燃焼速度を速めて、均質燃焼を良好なものとすることができる。しかしながら、燃料噴射弁１により吸気弁の開弁中に燃料が噴射されると、図１に示すように、噴射燃料Ｆの少なくとも一部は開弁中の吸気弁３に衝突してしまうために、意図するようにはタンブル流を強めることができなくなる。また、強い貫徹力を有する燃料がシリンダボアの排気弁側へ向けて噴射されるために、噴射燃料の一部は液状のままシリンダボアに到達して付着する。この付着燃料は、ピストンリングによりオイル溜内へ掻き落され、エンジンオイルを希釈させる。

本実施形態の筒内噴射式火花点火内燃機関は、アトキンソンサイクル（ミラーサイクル）の内燃機関であり、燃料消費を抑制するために吸気弁の閉弁時期を吸気下死点ＢＤＣよりかなり早めて圧縮仕事を低減している。図１のタイムチャートにおいて、吸気上死点ＴＤＣ直前のクランク角度Ｃ１が吸気弁の開弁時期であり、吸気弁の閉弁時期Ｃ２は、吸気下死点ＢＤＣから９０クランク角度前を中心として前後２０クランク角度の範囲内に設定され、必要量の吸気が気筒内へ供給されるようにしている。このように開閉される吸気弁に対して、燃料噴射弁１による燃料噴射期間は、吸気下死点ＢＤＣを中心として前後６０クランク角度の範囲内となるように設定される。例えば、吸気下死点ＢＤＣ前に燃料噴射開始時期を設定して、機関運転状態毎の必要燃料量を噴射するか、又は、吸気下死点ＢＤＣが燃料噴射期間の中心となるように機関運転状態毎の必要燃料量を噴射する。

こうして、本実施形態では、吸気弁の閉弁後に燃料噴射が実施される。それにより、噴射燃料が開弁中の吸気弁３に衝突することはなく、吸気下死点近傍の燃料噴射時期の断面図である図３に示すように、燃料噴射弁１から噴射される燃料Ｆは良好にタンブル流Ｔを強めることができる。また、気筒内圧力は、吸気弁閉弁時に比較して、ピストンが下降するほど低くなり、吸気下死点ＢＤＣの時に最も低くなって負圧となる。それにより、吸気下死点ＢＤＣ近傍において噴射される燃料Ｆは、減圧沸騰し易くなるために、タンブル流Ｔを強めた後にシリンダボアの排気弁側へ到達し難くなり、エンジンオイルの希釈を抑制することができる。

気筒上部周囲の排気弁側に配置された燃料噴射弁１が、図１に示すように、略水平方向にシリンダボアの排気弁側上部のピストンリングが摺動しない部分に向けて燃料を噴射するようにすれば、タンブル流を良好に強めることができると共に、噴射燃料の減圧沸騰が不十分でシリンダボアの排気弁側へ燃料が付着しても、ピストンリングが摺動しない部分であるために、ピストンリングによって付着燃料がオイル溜に掻き落されることはなく、エンジンオイルの希釈を良好に抑制することができる。

図４に示すように、燃料噴射弁１’を気筒上部略中心に配置して、吸気下死点近傍においてシリンダボアの排気弁側下部へ向けて斜め下方向に燃料Ｆ’を噴射するようにしてもタンブル流Ｔを強めることができる。点火プラグ２’は気筒上部略中心において燃料噴射弁１’より吸気弁側に配置される。それにより、燃料噴射弁１’から気筒内の排気弁側に噴射される燃料により、点火プラグ２’の点火ギャップが濡らされることがなく、確実にアークを発生させることができる。

このような構成においても、噴射燃料Ｆ’はシリンダボアに付着してエンジンオイルを希釈させることがあるために、前述したように、吸気弁閉弁後の吸気下死点近傍において燃料Ｆ’を噴射し、噴射燃料を気筒内の負圧により減圧沸騰させ易くしてシリンダボアの排気弁側に到達し難くし、エンジンオイルの希釈を抑制することは好ましい。

燃料噴射弁１又は１’から噴射される噴射燃料Ｆ又はＦ’の形状は、任意に設定可能であり、例えば、単一噴孔から噴射される中実又は中空の円錐形状としても良い。また、スリット状噴孔から噴射される比較的厚さの薄い略扇形状としても良い。また、円弧状スリット噴孔や複数の直線スリット噴孔の組み合わせにより、上側及び排気弁側を凸とする比較的厚さの薄い円弧状断面形状又は折れ線状断面形状としても良い。又は、複数噴孔からそれぞれに噴射される柱状としても良い。いずれにしても噴射燃料が前述したような強い貫徹力を有して、気筒内のタンブル流Ｔを加速させるようになっていれば良い。

本実施形態において、均質燃焼の空燃比は、理論空燃比よりリーンとされ（好ましくは、ＮＯ_Xの生成量が抑制されるリーン空燃比とされる）、燃料消費を抑制するようにしているために、燃焼が緩慢となり易く、前述のようにして燃焼速度を速めることは特に有効である。もちろん、均質燃焼の空燃比は、理論空燃比又はリッチ空燃比としても良く、この場合においても燃焼速度を速めることは有効である。

本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の実施形態を示す概略縦断面図である。 吸気弁の開閉時期と燃料噴射時期との関係を示すタイムチャートである。 図１の筒内噴射式火花点火内燃機関の吸気下死点近傍の燃料噴射時期を示す概略縦断面図である。 もう一つの筒内噴射式火花点火内燃機関の吸気下死点近傍の燃料噴射時期を示す概略縦断面図である。

符号の説明

１，１’ 燃料噴射弁
２，２’ 点火プラグ
４ ピストン
Ｔ タンブル流
Ｆ，Ｆ’ 噴射燃料

Claims (4)

1. シリンダボアの排気弁側へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、均質燃焼時には、吸気弁の閉弁時期を吸気下死点前とし、前記燃料噴射弁により吸気弁閉弁後の吸気下死点近傍において燃料を噴射してタンブル流を強めることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。
2. 前記燃料噴射弁は、気筒上部周囲の吸気弁側に配置され、シリンダボアの排気弁側上部のピストンリングが摺動しない部分に向けて燃料を噴射することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
3. 吸気弁の前記閉弁時期は吸気下死点前９０クランク角度を中心とした前後２０クランク角度の範囲内であり、前記燃料噴射弁は、吸気下死点を中心とした前後６０クランク角度の範囲内において燃料を噴射することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
4. 前記燃料噴射弁は、気筒上部周囲の吸気弁側に配置され、吸気弁が開弁中であれば、吸気弁に衝突する方向に燃料を噴射することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。

Images