JP2008530444A - 内燃機関の燃料噴射制御方法およびこの方法を使用する内燃機関 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１本の気筒（１０）と、突起（３４）が凹状のボウル（３２）内に配置された、気筒内を走行する１つのピストン（３０）と、燃料噴射装置（２２）と、燃焼室２６とを有する、内燃機関用の燃料噴射、特に直接燃料噴射を制御する方法に関する。本発明によれば、内燃機関負荷が高いとき、このピストンの上死点手前の３５度〜７０度のピストン（３０）の位置で、第１の燃料量が噴射され、その後第２の燃料量が少なくとも１回噴射され、第１の燃料量は第２の燃料量より少なく、燃料は、２tan^-1(ＣＤ／２Ｆ)以下のコーン角度（ａ₁）を有する噴射装置によって燃焼室内に噴射され、上式で、ＣＤは気筒（１０）の直径であり、Ｆは、噴射装置（２２）からの燃料ジェットの発射点とピストンの上死点（ＰＭＨ）に対して５０度のクランク角度に対応するピストンの位置との間の距離である。

Description

本発明は、特に直接噴射型の内燃機関の燃料噴射制御方法と、この方法を使用する内燃機関とに関する。

本発明は、特に、２つの燃焼モードに従って動作することのできるディーゼル内燃機関向けの方法に関する。低内燃機関負荷および中内燃機関負荷用の均質モードでは、燃料噴射によって、燃焼を開始する前に、燃料を空気と混合するかまたは空気と再循環された排気ガスとの混合物と混合することができる。従来の燃焼と呼ばれる他方の燃焼モードは、ピストン上死点付近の燃料噴射と、拡散燃焼とから成り、このモードは高負荷で使用されることが好ましい。

このような内燃機関のタイプは、フランス特許第２８１８３２４号および第２８１８３２５号により明確に記載されており、少なくとも気筒と、この気筒内を滑るピストンと、一方の側がピストンの上面に囲まれ、凹状のボウルの中心に配置されたティートおよび２tan^-1(ＣＤ／２Ｆ)以下のナップ角度を有する燃料噴射用の少なくとも１つの噴射ノズルを有する燃焼室とを有する。上式で、ＣＤは気筒の直径であり、Ｆは、噴射ノズルからの燃料ジェットの発射点と上死点に対して５０度のクランク角度に対応するピストンの位置との間の距離である。

したがって、初期噴射の場合、すなわち、ピストンの位置がピストン上死点に対して選択される噴射相用の５０度のクランク角度の付近であるとき、燃料は、気筒壁に接触せず、空気と混合されるかまたは空気と燃焼室内に存在する再循環された排気ガスとの混合物と混合される。

しかし、負荷が非常に高い場合、たとえば４０００ｒｐｍの全負荷の場合、内燃機関は従来の燃焼モードで動作する。この燃焼モードでは、圧縮比が比較的高い（１４程度）ことを考慮して、従来、燃料は単一のシーケンス内に燃焼室内に噴射されるが、本出願人によって開発された均質燃焼の種類に存在する燃料ジェットとピストン壁との相互作用に関連するある遅延時間が経過しないかぎり燃焼しない。このため、特に出力に関して性能が低下する。

本発明の目的は、燃料をその自己点火遅延が短縮されるように導入するのを可能にする方法によって前述の欠点を解消することである。

本発明の目的は、燃料をその自己点火遅延が短縮されるように導入するのを可能にする方法によって前述の欠点を解消することである。

したがって、本発明は、少なくとも気筒と、この気筒内を滑り、凹状のボウル内に配置されたティートを有するピストンと、燃料噴射ノズルと、燃焼室とを有する、特に直接噴射型の内燃機関用の燃料噴射制御方法において、内燃機関負荷が非常に高い場合、ピストンがその上死点手前の３５度〜７０度の位置にある場合に第１の燃料量が噴射され、その後少なくとも第２の燃料量が噴射され、第１の燃料量が第２の燃料量より少なく、燃料が、２tan^-1(ＣＤ／２Ｆ)以下のナップ角度（ａ₁）を有する噴射ノズルによって燃焼室内に噴射され、上式で、ＣＤが気筒の直径であり、Ｆが、噴射ノズルからの燃料ジェットの発射点とピストンの上死点（ＴＤＣ）に対して５０度のクランク角度に対応するピストンの位置との間の距離であることを特徴とする燃料噴射制御方法に関する。

第２の燃料量の噴射は、ピストン上死点手前の２０度〜３５度から開始できることが好ましい。

第２の燃料量の噴射は、ピストン上死点を越えた後も継続することができる。

燃料は、第１の燃料量と第２の燃料量との比が１／１０から１／２０の範囲内で噴射することができる。

本発明は、少なくとも気筒と、この気筒内を滑るピストンと、一方の側がピストンの上面に囲まれ、凹状のボウルの中心に配置されたティートおよび燃料噴射ノズルを有する燃焼室とを有する、特に直接噴射型の内燃機関において、内燃機関が、２tan^-1(ＣＤ／２Ｆ)以下のナップ角度（ａ₁）を有する噴射ノズルを有し、上式で、ＣＤが気筒の直径であり、Ｆが、噴射ノズルからの燃料ジェットの発射点と上死点にお対して５０度のクランク角度に対応するピストンの位置との間の距離であり、内燃機関が、負荷が非常に高いときには、ピストンがその上死点手前の３５度〜７０度の位置にある場合に第１の燃料量を噴射し、その後少なくとも第２の燃料量を噴射し、第１の燃料量が第２の燃料量より少ない制御・計算手段をさらに有することを特徴とする内燃機関にも関する。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図を参照して非制限的な例を介して与えられる以下の説明を読むことによって明らかになろう。

図１に関して、直接噴射ディーゼル内燃機関は、少なくとも、直径ＣＤの気筒１０と、吸気手段および燃焼気排気手段、ここではそれぞれ、空気や、空気と再循環された排気ガス（ＥＧＲ）との混合物のような気体状流体用の少なくとも１本の吸気管１４および少なくとも１本の燃焼気体排気管１６を保持する気筒ヘッド１２とを有しており、吸気管および排気管の開閉は、吸気弁１８および排気弁２０によって制御される。気筒ヘッドは、好ましくは気筒の軸と同軸であり、燃料がジェット２８の形で燃焼室２６内に噴霧されるときに通過する多数のオリフィスをノズルのノーズ２４の付近に有する燃料噴射ノズル２２も保持している。燃焼室は、気筒１０内を直進往復運動して滑るピストン３０の上面、このピストンと向かい合う気筒ヘッド１２の内面、および２つの面の間に含まれる気筒１０の円形壁に囲まれている。さらに、ピストンの上面は、ほぼボウルの中心に配置されたティート３４が気筒ヘッド１２の方へ上昇する凹状のボウル３２を有している。

本出願人によって出願され、引用によって本出願に組み込まれるフランス特許第２８１８３２４号および第２８１８３２５号により明確に記載されているように、燃料噴射ノズル２２はジェットナップ角度ａ₁が小さいタイプである。この角度ａ₁は、気筒１０の壁が、＋５０度から＋αの間または−５０度から−αの間のピストン３０の任意の位置において燃料で濡れることがないように選択され、ここでαは、ピストン上死点に対して選択される噴射相のクランク角度を表し、この角度αは、均質型燃焼を実現するように５０度より大きくかつ１８０度以下である。

ＣＤが気筒１０の直径（ｍｍ単位）を表し、Ｆが燃料ジェット２８の発射点と５０度のクランク角度に対応するピストンの位置との間の距離（ｍｍ単位）である場合、ナップ角度ａ₁（度単位）は２tan^-1(ＣＤ／２Ｆ)以下である。

ナップ角度と呼ばれるものは、ノズルからの円錐によって形成され、仮想周囲壁が燃料ジェット２８のすべての軸を通過する頂角である。

有利なことに、ナップ角度ａ₁の角度範囲は１２０度以下であり、好ましくは４０度から１００度の間である。

この内燃機関は、内燃機関計算機と呼ばれ、内燃機関の様々な部材および検出器（図ではボックス３８で概略的に表されている）に導体（いくつかは双方向性）によって接続され、この内燃機関が通常備えるクランクシャフトに連結された位置検出器を介したピストン３０の位置のような、これらの検出器によって放出される様々な信号を受信することができ、このような信号を計算によって処理し、この内燃機関の各部材を円滑に動作させることができるように各部材を制御する制御・計算ユニット３６も有している。このユニットは、運転者の要求に関する情報、たとえば、加速ペダル４０の位置も受信する。この情報に従って、テーブルおよびマッピングを含む内燃機関計算機３６は、運転者の要求に応じるように内燃機関の様々な部材に指示を送信する。

このユニットは、ノズル２２によって燃焼室内に噴射される燃料の量や、内燃機関の通常の燃焼サイクルにおける噴射時間などの燃料噴射パラメータの調節に特に適している。したがって、ユニット３６は、制御回線４２によってノズル２２の様々な制御部材（図示せず）に接続されている。

したがって、動作時には、ユニット３６は、内燃機関の動作順序および運転者の要求を任意の時間に知る。

したがって、低負荷および中負荷の場合、計算機は、燃焼室内で均質な燃料混合物が得られ、一方、この燃料が気筒壁を濡らすのを防止するように燃料噴射を制御する。

負荷が非常に高い場合、およびエンジンの回転数が約４０００ｒｐｍである場合、計算機３６は、ピストンがその燃焼上死点に達する前に、一次噴射と呼ばれる第１の燃料噴射と、より多い量の、主噴射と呼ばれる少なくとも第２の燃料噴射とを実現するように噴射ノズル２２を制御する。一次噴射と主噴射の比は約１／１０〜１／２０である。一次噴射は、燃料によって壁が濡れるのを防止するように過度に早い時期には行われない。

非常に高い負荷と呼ばれるものは、非常に高い負荷から全負荷までの内燃機関の動作範囲である。

実際には、ユニット３６は、ペダルの押し下げやこの押し下げの速度のような、加速ペダルに対する運転者の押しによる指示を受信する。このような指示は、このユニットに含まれるマッピングに従って計算機によって分析され比較される。受信された指示が非常に高い負荷を求める要求に相当するとユニットが推定した場合、ユニット３６は、上死点手前の３５度〜７０度のピストンの位置で一次燃料噴射を制御し、次に上死点（ＴＤＣ）手前の２０度〜３５度で主噴射を制御し、必要に応じて、ＴＤＣを越えた後も主噴射を継続する。

したがって、噴射された第１の量の燃料を燃焼させることができ、それによって燃焼室内に存在する混合物の圧力および温度を上昇させることができる。その後の主燃料噴射は、この燃料を従来どおりに自己点火遅延が短縮するように燃焼させることができるようにかなり大きな圧力／温度パラメータによってチャンバ内で行われる。

したがって、図２および３に示されているように、一次燃料噴射は、燃焼騒音を約２ｄＢ低減させ（図２：棒Ａ１は一次噴射を行わない燃料噴射を表し、棒Ｂ１は一次噴射を行う燃料噴射を表す）、エンジン出力を約４％増大させる（図３：棒Ａ２は一次噴射を行わない燃料噴射を表し、棒Ｂ２は一次噴射を行う燃料噴射を表す）のを可能にする。

本発明は、上述の実施例に限定されず、任意の均等実施形態または変形実施態様を包含する。

本発明による内燃機関を概略図に示す図である。 本発明による方法による燃焼騒音の低減を示すグラフである。 やはり、本発明による方法を使用した場合と使用しない場合に内燃機関によって生成される出力レベルを示すグラフである。

Claims (5)

1. 少なくとも気筒（１０）と、この気筒内を滑り、凹状のボウル（３２）内に配置されたティート（３４）を有するピストン（３０）と、燃料噴射ノズル（２２）と、燃焼室（２６）とを有する、特に直接噴射型の内燃機関用の燃料噴射制御方法において、
   内燃機関負荷が非常に高い場合、ピストン（３０）がその上死点手前の３５度〜７０度の位置にある場合に第１の燃料量が噴射され、その後少なくとも第２の燃料量が噴射され、前記第１の燃料量が前記第２の燃料量より少なく、
   燃料は、２tan^-1(ＣＤ／２Ｆ)以下のナップ角度（ａ₁）を有する噴射ノズル（２２）によって前記燃焼室内に噴射され、上式で、ＣＤは気筒（１０）の直径であり、Ｆは、噴射ノズル（２２）からの燃料ジェットの発射点と前記ピストンの上死点（ＴＤＣ）に対して５０度のクランク角度に対応する前記ピストンの位置との間の距離であることを特徴とする燃料噴射制御方法。
2. 前記第２の燃料量の噴射は、前記ピストン上死点手前の２０度〜３５度から開始することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の燃料量の噴射は、前記ピストン上死点を越えた後も継続されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記燃料は、前記第１の燃料量と前記第２の燃料量との比が１／１０から１／２０の範囲内で噴射されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 少なくとも気筒（１０）と、この気筒内を滑るピストン（３０）と、一方の側が前記ピストンの上面に囲まれ、凹状のボウル（３２）の中心に配置されたティート（３４）および燃料噴射ノズル（２２）を有する燃焼室（２６）とを有する、特に直接噴射型の内燃機関において、
   前記内燃機関は、２tan^-1(ＣＤ／２Ｆ)以下のナップ角度（ａ₁）を有する噴射ノズル（２２）を有し、上式で、ＣＤは気筒（１０）の直径であり、Ｆは、前記噴射ノズルからの燃料ジェットの発射点と上死点（ＴＤＣ）に対して５０度のクランク角度に対応するピストン（３０）の位置との間の距離であり、
   前記内燃機関は、負荷が非常に高いときには、ピストン（３０）がその上死点手前の３５度〜７０度の位置にある場合に第１の燃料量を噴射し、その後少なくとも第２の燃料量を噴射し、前記第１の燃料量が前記第２の燃料量より少ない制御・計算手段（３６）をさらに有することを特徴とする内燃機関。

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