JP2019178620A - 内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【課題】高圧の筒内圧力に耐えて燃料を副燃焼室内に噴射することができる内燃機関を低コストに供する。【解決手段】隔壁(41)により主燃焼室(20)と仕切られた副燃焼室(40)を有し、シリンダヘッド(5)には、副燃焼室(40)にフューエルインジェクタ(50)がその噴射口(50a)を向けて配置される内燃機関において、フューエルインジェクタ(50)は、燃料を噴射するための弁体がインジェクタ外部に突出して燃料噴射を行うインジェクタであることを特徴とする。また、制御装置が、圧縮行程から燃焼行程への過渡期の上死点を0度としたクランク角度で、圧縮行程開始から−70度までの間を燃料噴射許容期間とし、同燃料噴射許容期間内に、前記フューエルインジェクタを駆動して燃料噴射を行うことを特徴とする。【選択図】図3
Description
本発明は、内燃機関に関し、特に副燃焼室を備える内燃機関に関する。
筒内直接噴射式の内燃機関の場合、フューエルインジェクタから燃焼室に直接噴射された燃料を吸入空気と混合させた混合気に、点火プラグにより着火して燃焼させる。
燃焼室内で混合気の濃度は、必ずしも均一とはならず、場所によって濃度が異なり、点火プラグの放電電極の周囲で希薄であると、混合気の着火性が低下する。
特に、空燃比A/Fが18〜25の希薄な混合気を用いるリーンバーン制御時には、益々着火し難くなり、燃焼室内の混合気を効果的に燃焼させることができなくなる。
燃焼室内で混合気の濃度は、必ずしも均一とはならず、場所によって濃度が異なり、点火プラグの放電電極の周囲で希薄であると、混合気の着火性が低下する。
特に、空燃比A/Fが18〜25の希薄な混合気を用いるリーンバーン制御時には、益々着火し難くなり、燃焼室内の混合気を効果的に燃焼させることができなくなる。
リーンバーン制御時における希薄な混合気でも着火性を良くするために、燃焼室を形成するシリンダヘッドに、同燃焼室(以下、主燃焼室と称す)と連通孔を介して連通する容積の小さい副燃焼室を設け、副燃焼室に着火用のフューエルインジェクタと点火プラグを取り付けた従来例(例えば、特許文献1参照)がある。
特許文献1では、副燃焼室には、フューエルインジェクタから着火用燃料が噴射されるとともに、圧縮行程で主燃焼室内の吸入空気と混合された希薄混合気が連通孔から副燃焼室に流入するので、容積の小さい副燃焼室内に、着火用燃料と希薄混合気が混合(予混合)されて燃料の混合比の大きい混合気が充填され、点火プラグによる着火性が向上している。
副燃焼室内に流入した希薄混合気とフューエルインジェクタから噴射された着火用燃料とが混合されるので、副燃焼室内の燃焼時の圧力に耐えうるフューエルインジェクタを用いる必要がある。
主燃焼室に一般に用いられる内部に弁を持つ吸引式のインジェクタを副燃焼室に適用すると、燃焼時の高圧の筒内圧力(シリンダ内圧力)に耐えうるインジェクタとする必要があり、昇圧回路等を備えるなど部材が多くなり高価となる。
なお、副燃焼室における予混合では、主燃焼室への燃料噴射に比較して、高い噴射タイミング精度や噴射燃料を分散させる等の要請が少ない。
なお、副燃焼室における予混合では、主燃焼室への燃料噴射に比較して、高い噴射タイミング精度や噴射燃料を分散させる等の要請が少ない。
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、燃料を噴射するための弁体がインジェクタ外部に突出して燃料噴射を行うフューエルインジェクタを用いて、高圧の筒内圧力に耐えて燃料を副燃焼室内に噴射することができる内燃機関を低コストに供する点にある。
上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、
クランクケースにシリンダとシリンダヘッドが順次重ねられて機関ケースが構成された内燃機関であって、
前記シリンダは、
ピストンが往復自在に案内されるシリンダボアを有し、
前記シリンダヘッドは、
前記ピストンの頂面に対向する天井面に覆われる主燃焼室と、
前記主燃焼室からそれぞれ延出する吸気ポートおよび排気ポートと、
前記天井面に設けられた隔壁により前記主燃焼室と仕切られて形成された副燃焼室と、
前記隔壁に形成された前記主燃焼室と前記副燃焼室とを連通する連通孔と、を有し、
前記シリンダヘッドには、前記副燃焼室に点火プラグがその先端の放電電極を臨ませて配置されるとともに、前記副燃焼室にフューエルインジェクタがその噴射口を向けて配置される内燃機関において、
前記フューエルインジェクタは、燃料を噴射するための弁体がインジェクタ外部に突出して燃料噴射を行うインジェクタであることを特徴とする。
クランクケースにシリンダとシリンダヘッドが順次重ねられて機関ケースが構成された内燃機関であって、
前記シリンダは、
ピストンが往復自在に案内されるシリンダボアを有し、
前記シリンダヘッドは、
前記ピストンの頂面に対向する天井面に覆われる主燃焼室と、
前記主燃焼室からそれぞれ延出する吸気ポートおよび排気ポートと、
前記天井面に設けられた隔壁により前記主燃焼室と仕切られて形成された副燃焼室と、
前記隔壁に形成された前記主燃焼室と前記副燃焼室とを連通する連通孔と、を有し、
前記シリンダヘッドには、前記副燃焼室に点火プラグがその先端の放電電極を臨ませて配置されるとともに、前記副燃焼室にフューエルインジェクタがその噴射口を向けて配置される内燃機関において、
前記フューエルインジェクタは、燃料を噴射するための弁体がインジェクタ外部に突出して燃料噴射を行うインジェクタであることを特徴とする。
この構成によれば、耐圧性が高くかつ廉価である燃料を噴射するための弁体がインジェクタ外部に突出して燃料噴射を行うフューエルインジェクタを用いることで、高圧の筒内圧力に耐えて燃料を副燃焼室内に噴射することができ、内燃機関を低コストに供することができる。
本発明の内燃機関は、
クランクケースにシリンダとシリンダヘッドが順次重ねられて機関ケースが構成された内燃機関であって、
前記シリンダは、
ピストンが往復自在に案内されるシリンダボアを有し、
前記シリンダヘッドは、
前記ピストンの頂面に対向する天井面に覆われる主燃焼室と、
前記主燃焼室からそれぞれ延出する吸気ポートおよび排気ポートと、
前記天井面に設けられた隔壁により前記主燃焼室と仕切られて形成された副燃焼室と、
前記隔壁に形成された前記主燃焼室と前記副燃焼室とを連通する連通孔と、を有し、
前記シリンダヘッドには、前記副燃焼室に点火プラグがその先端の放電電極を臨ませて配置されるとともに、前記副燃焼室にフューエルインジェクタがその噴射口を向けて配置される内燃機関において、
クランク軸のクランク角度を検出するクランク角センサと、
前記クランク角センサの検出角度を入力して前記フューエルインジェクタを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
圧縮行程から燃焼行程への過渡期の上死点を0度としたクランク角度で、圧縮行程開始から−70度までの間を燃料噴射許容期間とし、同燃料噴射許容期間内に、前記フューエルインジェクタを駆動して燃料噴射を行うことを特徴とする。
クランクケースにシリンダとシリンダヘッドが順次重ねられて機関ケースが構成された内燃機関であって、
前記シリンダは、
ピストンが往復自在に案内されるシリンダボアを有し、
前記シリンダヘッドは、
前記ピストンの頂面に対向する天井面に覆われる主燃焼室と、
前記主燃焼室からそれぞれ延出する吸気ポートおよび排気ポートと、
前記天井面に設けられた隔壁により前記主燃焼室と仕切られて形成された副燃焼室と、
前記隔壁に形成された前記主燃焼室と前記副燃焼室とを連通する連通孔と、を有し、
前記シリンダヘッドには、前記副燃焼室に点火プラグがその先端の放電電極を臨ませて配置されるとともに、前記副燃焼室にフューエルインジェクタがその噴射口を向けて配置される内燃機関において、
クランク軸のクランク角度を検出するクランク角センサと、
前記クランク角センサの検出角度を入力して前記フューエルインジェクタを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
圧縮行程から燃焼行程への過渡期の上死点を0度としたクランク角度で、圧縮行程開始から−70度までの間を燃料噴射許容期間とし、同燃料噴射許容期間内に、前記フューエルインジェクタを駆動して燃料噴射を行うことを特徴とする。
この構成によれば、クランク角度で、圧縮行程側の圧縮行程開始から−70度までの間は、副燃焼室内圧力(筒内圧力)が低いので、燃料噴射圧力が高くはないフューエルインジェクタを使用して、効果的に副燃焼室内に燃料を噴射することができる。
前記構成において、
前記フューエルインジェクタは、燃料を噴射するための弁体がインジェクタ外部に突出して燃料噴射を行うインジェクタであるようにしてもよい。
前記フューエルインジェクタは、燃料を噴射するための弁体がインジェクタ外部に突出して燃料噴射を行うインジェクタであるようにしてもよい。
この構成によれば、クランク角度で、圧縮行程側の圧縮行程開始から−70度までの間は、副燃焼室内圧力(筒内圧力)が低く、燃料を噴射するための弁体がインジェクタ外部に突出して燃料噴射を行うューエルインジェクタを用いることで、筒内圧力に耐えて燃料を副燃焼室内に効果的に噴射することができ、内燃機関を低コストに供することができる。
前記構成において、
前記フューエルインジェクタは、その燃料噴射口近傍にエアインジェクタにより圧縮空気を噴射して噴射燃料と混合させるエアアシスト式インジェクタであるようにしてもよい。
前記フューエルインジェクタは、その燃料噴射口近傍にエアインジェクタにより圧縮空気を噴射して噴射燃料と混合させるエアアシスト式インジェクタであるようにしてもよい。
この構成によれば、燃料噴射口近傍にエアインジェクタにより圧縮空気を噴射して噴射燃料と混合させるエアアシスト式インジェクタを用いることで、燃料の微粒化および筒内ガスの掃気をすることができる。
前記構成において、
前記制御装置により制御されるエアインジェクタが、前記副燃焼室にその噴射口を向けて配置され、
前記制御装置(60)は、
前記フューエルインジェクタの駆動とタイミングをずらして前記エアインジェクタを駆動するようにしてもよい。
前記制御装置により制御されるエアインジェクタが、前記副燃焼室にその噴射口を向けて配置され、
前記制御装置(60)は、
前記フューエルインジェクタの駆動とタイミングをずらして前記エアインジェクタを駆動するようにしてもよい。
この構成によれば、フューエルインジェクタの駆動とタイミングをずらしてエアインジェクタを駆動するので、フューエルインジェクタにより噴射された燃料にエアインジェクタにより噴射されたエアが衝突して燃料を微粒化して着火し易くすることができ、空燃比を改善することができる。
前記構成において、
前記制御装置は、前記エアインジェクタを複数回駆動してエアを複数回噴射するようにしてもよい。
前記制御装置は、前記エアインジェクタを複数回駆動してエアを複数回噴射するようにしてもよい。
この構成によれば、エアインジェクタを複数回駆動してエアを複数回噴射するので、燃料の微粒化を促進して着火し易くすることができ、空燃比を改善することができる。
前記構成において、
前記フューエルインジェクタの前記噴射口は、前記連通孔に向いているようにしてもよい。
前記フューエルインジェクタの前記噴射口は、前記連通孔に向いているようにしてもよい。
この構成によれば、フューエルインジェクタの噴射口は、連通孔に向いているので、フューエルインジェクタの噴射口より噴射された燃料は、副燃焼室内に噴出し分散し、一部が副燃焼室内を通過して連通孔に向けて噴射し、隔壁等の副燃焼室の内面に付着するカーボンの量を低減することができ、副燃焼室内の燃焼に悪影響を与えない。
前記構成において、
前記隔壁(41)は、前記主燃焼室内に膨出して皿形状をなす底壁部を有し、
前記フューエルインジェクタの前記噴射口は、前記底壁部に向いているようにしてもよい。
前記隔壁(41)は、前記主燃焼室内に膨出して皿形状をなす底壁部を有し、
前記フューエルインジェクタの前記噴射口は、前記底壁部に向いているようにしてもよい。
この構成によれば、フューエルインジェクタの噴射口は、隔壁の底壁部に向いているので、フューエルインジェクタの噴射口より噴射された燃料は、副燃焼室内に噴出し、一部が皿形状をなす底壁部に溜まり、隔壁を冷却するとともに、溜まった燃料は主燃焼室内の温度で加熱されて気化し易くし、着火性を良くすることができる。
本発明は、耐圧性が高くかつ廉価である燃料を噴射するための弁体がインジェクタ外部に突出して燃料噴射を行うフューエルインジェクタを用いることで、高圧の筒内圧力に耐えて燃料を副燃焼室内に噴射することができ、内燃機関を低コストに供することができる。
また、クランク角度で、圧縮行程側の圧縮行程開始から−70度までの間は、副燃焼室内圧力(筒内圧力)が低いので、燃料噴射圧力が高くはないフューエルインジェクタを使用して、効果的に副燃焼室内に燃料を噴射することができる。
また、クランク角度で、圧縮行程側の圧縮行程開始から−70度までの間は、副燃焼室内圧力(筒内圧力)が低いので、燃料噴射圧力が高くはないフューエルインジェクタを使用して、効果的に副燃焼室内に燃料を噴射することができる。
以下、本発明に係る一実施の形態について図1ないし図7に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る内燃機関1を搭載した自動二輪車100の左側面図である。
本明細書の説明において、前後左右の向きは、同自動二輪車100の直進方向を前方とする通常の基準に従うものとし、図面において、FRは前方を,RRは後方を、LHは左方を,RHは右方を示すものとする。
図1は、本発明に係る内燃機関1を搭載した自動二輪車100の左側面図である。
本明細書の説明において、前後左右の向きは、同自動二輪車100の直進方向を前方とする通常の基準に従うものとし、図面において、FRは前方を,RRは後方を、LHは左方を,RHは右方を示すものとする。
図1に示されるように、自動二輪車100の車体フレーム102は、車体前部のヘッドパイプ103から後方やや斜め下方に延出した後に屈曲部104aを介して端部が下方へ延出される左右一対のメインフレーム104と、メインフレーム104の屈曲部104aから後方やや斜め上方へと延出するシートレール105と、ヘッドパイプから下方やや斜め後方へ向って延出するダウンフレーム106とを備えている。
ヘッドパイプ103には、ヘッドパイプ103から下方へ伸びるフロントフォーク107が転舵可能に支承されている。フロントフォーク107の下端には前輪108が軸支され、フロントフォーク107の上端には操向ハンドル109が一体に結合されている。
車体フレーム102には、メインフレーム104の下方に、複数の取付けブラケット110に支持された内燃機関1が配置されている。
また、メインフレーム104の屈曲部104aの下部には、後方へ延出するスイングアーム111の前端部がピボット軸112により上下搖動可能に枢支され、スイングアーム111の後端部には、後輪113が軸支されている。
内燃機関Eのカウンタ軸64に嵌着される駆動チェーンスプロケット164aと後輪軸113aに嵌着される従動チェーンスプロケット113bとには、無端状の駆動チェーン167が架け渡されている。
また、メインフレーム104の屈曲部104aの下部には、後方へ延出するスイングアーム111の前端部がピボット軸112により上下搖動可能に枢支され、スイングアーム111の後端部には、後輪113が軸支されている。
内燃機関Eのカウンタ軸64に嵌着される駆動チェーンスプロケット164aと後輪軸113aに嵌着される従動チェーンスプロケット113bとには、無端状の駆動チェーン167が架け渡されている。
内燃機関1の側方には車体カバー114が配置されており、内燃機関1の前方にはラジエーター115が配置されている。
内燃機関1の後部上方にはエアクリーナ116が配置され、エアクリーナ116の上部前方には燃料タンク117が配置され、エアクリーナ116の上部後方には乗員用シート118が配置されている。
内燃機関1の後部上方にはエアクリーナ116が配置され、エアクリーナ116の上部前方には燃料タンク117が配置され、エアクリーナ116の上部後方には乗員用シート118が配置されている。
図2は、本発明を適用した一実施の形態に係る内燃機関1の側面図である。
本実施形態に係る内燃機関1は、そのクランク軸2を、車体幅方向、すなわち左右方向に配向させて自動二輪車100に搭載される水冷単気筒の4ストロークサイクル内燃機関である。
本実施形態に係る内燃機関1は、そのクランク軸2を、車体幅方向、すなわち左右方向に配向させて自動二輪車100に搭載される水冷単気筒の4ストロークサイクル内燃機関である。
図2に示されるように、クランク軸2を車幅方向に指向させて軸支するクランクケース3は、クランク軸2を中心に上下に分割される上下割りに構成されている。
上側クランクケース3Aの前方上部には、シリンダブロック4が、シリンダボア4bのシリンダ軸線Lcを幾らか前方に傾けて一体に形成され、シリンダブロック4には、シリンダヘッド5が重ねられて締結されて立設され、シリンダヘッド5の上にはシリンダヘッドカバー6が被せられる。
一方、下側クランクケース3Bの下にはオイルパン7が取り付けられる。
上側クランクケース3Aの前方上部には、シリンダブロック4が、シリンダボア4bのシリンダ軸線Lcを幾らか前方に傾けて一体に形成され、シリンダブロック4には、シリンダヘッド5が重ねられて締結されて立設され、シリンダヘッド5の上にはシリンダヘッドカバー6が被せられる。
一方、下側クランクケース3Bの下にはオイルパン7が取り付けられる。
本内燃機関1は、そのクランクケース3内に変速機10が組み込まれており、いわゆるパワーユニットを構成している。
クランクケース3は、クランク軸2より後方に延在して、クランク軸2のほか、クランク軸2より後方のクランクケース3内に配設される変速機10のメイン軸11およびカウンタ軸12を、クランク軸2と平行に回転自在に軸支している。
クランクケース3は、クランク軸2より後方に延在して、クランク軸2のほか、クランク軸2より後方のクランクケース3内に配設される変速機10のメイン軸11およびカウンタ軸12を、クランク軸2と平行に回転自在に軸支している。
図2に示されるように、上側クランクケース3Aに一体に形成されたシリンダブロック4のシリンダのシリンダボア4bに、ピストン15が往復摺動可能に嵌合され、ピストン15はコネクティングロッド16を介してクランク軸2のクランクピン部に連結される。
シリンダヘッド5には、シリンダボア4b内のピストン15の頂面に対向する天井面20fに覆われる主燃焼室20が形成され(図3参照)、主燃焼室20の天井面20fに開口して後方へ吸気ポート21が延出し、天井面20fに開口して前方へ排気ポート22が延出している。
吸気ポート21の主燃焼室20に臨む開口は、シリンダ軸線Lcより後方にあり、同開口は吸気弁23により開閉される。
排気ポート22の主燃焼室20に臨む開口は、シリンダ軸線Lcより前方にあり、同開口は排気弁24により開閉される。
排気ポート22の主燃焼室20に臨む開口は、シリンダ軸線Lcより前方にあり、同開口は排気弁24により開閉される。
吸気弁23および排気弁24は、シリンダヘッド5に回転可能に、クランク軸2と平行に軸支される吸気カムシャフト25および排気カムシャフト26により、クランク軸2の回転に同期して開閉駆動される。
なお、吸気弁23は、吸気カムシャフト25の吸気カム25cの回転により揺動する吸気ロッカアーム27に押されて開弁し、排気弁24は、排気カムシャフト26の排気カム26cの回転により揺動する排気ロッカアーム28に押されて開弁する。
なお、吸気弁23は、吸気カムシャフト25の吸気カム25cの回転により揺動する吸気ロッカアーム27に押されて開弁し、排気弁24は、排気カムシャフト26の排気カム26cの回転により揺動する排気ロッカアーム28に押されて開弁する。
吸気ポート21の上流側開口にはスロットル弁29vを有するスロットルボディ29が連結されて、その上流に吸気管を介してエアクリーナ116が連結される。
スロットルボディ29には、吸気ポート21に燃料を噴射して吸入空気に混合するフユーエルインジェクタ30が装着されている。
スロットルボディ29には、吸気ポート21に燃料を噴射して吸入空気に混合するフユーエルインジェクタ30が装着されている。
図3を参照して、シリンダヘッド5の主燃焼室20の天井面20fを構成する天井壁には、シリンダ軸線Lcと略同軸上に、有底円筒状の隔壁部材41が嵌着されている。
円筒壁部41aと底壁部41bとからなる隔壁部材41は、円筒壁部41aの下側となった底壁部41bが、主燃焼室20の天井面20fから主燃焼室20内に凸面状に膨出している。
円筒壁部41aと底壁部41bとからなる隔壁部材41は、円筒壁部41aの下側となった底壁部41bが、主燃焼室20の天井面20fから主燃焼室20内に凸面状に膨出している。
したがって、隔壁部材41の底壁部41bにより、隔壁部材41の内部の副燃焼室40が主燃焼室20から仕切られて画成されている。
隔壁部材41の底壁部41bの周縁に複数の連通孔41hが形成されていて、連通孔41hにより主燃焼室20と副燃焼室40とが連通している。
隔壁部材41の底壁部41bの周縁に複数の連通孔41hが形成されていて、連通孔41hにより主燃焼室20と副燃焼室40とが連通している。
有底円筒状の隔壁部材41の上端開口に円筒状のプラグガイド42が連結され、同プラグガイド42に点火プラグ45が嵌入して支持される。
同点火プラグ45は、その筒中心軸Lpがシリンダ軸線Lcと略同軸上にあって、先端の放電電極45aを副燃焼室40に臨ませて配置されている。
同点火プラグ45は、その筒中心軸Lpがシリンダ軸線Lcと略同軸上にあって、先端の放電電極45aを副燃焼室40に臨ませて配置されている。
図3を参照して、隔壁部材41の円筒壁部41aには、左側側壁に円孔41ahが穿設されており、シリンダヘッド5の隔壁部材41の左側に、左斜め上方から円孔41ahに向けてインジェクタ通路5Jが直線的に穿孔されている。
シリンダヘッド5のインジェクタ通路5Jの斜め上方の延長方向にインジェクタ支持部5aが形成されていて、同インジェクタ支持部5aに、燃料を噴射するための弁体がインジェクタ外部に突出して燃料噴射を行うポペット弁式のフューエルインジェクタ50が支持されており、フューエルインジェクタ50は、先端の噴射口50aがインジェクタ通路5Jに連結され、インジェクタ通路5Jに向いている。
フューエルインジェクタ50の筒中心軸Ljは、インジェクタ通路5Jの通路中心軸と同軸である。
したがって、フューエルインジェクタ50の噴射口50aより噴射された燃料は、インジェクタ通路5Jを通過して円孔41ahから副燃焼室40内に噴出する。
したがって、フューエルインジェクタ50の噴射口50aより噴射された燃料は、インジェクタ通路5Jを通過して円孔41ahから副燃焼室40内に噴出する。
ポペット弁式のフューエルインジェクタ50は、先端部を拡大した図5に示すように、先端の噴射口50aから弁体であるニードルバルブ51の針先51pが突出している。
針先51pは、フューエルインジェクタ50の筒中心軸Lj上にある。
針先51pは、フューエルインジェクタ50の筒中心軸Lj上にある。
ポペット弁式のフューエルインジェクタ50は、噴射口50aから針先51pが突出しているので、燃焼時の高圧の筒内圧力に容易に耐えることができる。
また、このポペット弁式のフューエルインジェクタ50は、高い精度の燃料噴射制御には向かいないが、副燃焼室40における予混合では、主燃焼室への燃料噴射に比較して、高い噴射タイミング精度や噴射燃料を分散させる等の要請が少ないので、ポペット弁式のフューエルインジェクタ50を適用することができる。
さらには、ポペット弁式のフューエルインジェクタ50は、廉価であり、このポペット弁式のフューエルインジェクタ50を用いることで、内燃機関を低コスト化することができる。
また、このポペット弁式のフューエルインジェクタ50は、高い精度の燃料噴射制御には向かいないが、副燃焼室40における予混合では、主燃焼室への燃料噴射に比較して、高い噴射タイミング精度や噴射燃料を分散させる等の要請が少ないので、ポペット弁式のフューエルインジェクタ50を適用することができる。
さらには、ポペット弁式のフューエルインジェクタ50は、廉価であり、このポペット弁式のフューエルインジェクタ50を用いることで、内燃機関を低コスト化することができる。
なお、このポペット弁式のフューエルインジェクタ50の筒中心軸Ljは、インジェクタ通路5Jの通路中心軸と同軸であり、その副燃焼室40内に入る延長線は、図3に示されるように、隔壁部材41の底壁部41bの周縁の複数の連通孔41hのうちの1つの連通孔41hを通る。
すなわち、フューエルインジェクタ50の噴射口50aは、隔壁部材41の1つの連通孔41hに向いている。
そのため、フューエルインジェクタ50の噴射口50aより噴射された燃料は、副燃焼室40内に噴出し、そのうち筒中心軸Lj辺りの燃料は、副燃焼室40内を通過して1つの連通孔41hに向けて噴射し、隔壁部材41の内面に付着するカーボンの量を低減することができる。
そのため、フューエルインジェクタ50の噴射口50aより噴射された燃料は、副燃焼室40内に噴出し、そのうち筒中心軸Lj辺りの燃料は、副燃焼室40内を通過して1つの連通孔41hに向けて噴射し、隔壁部材41の内面に付着するカーボンの量を低減することができる。
本発明に係る内燃機関1において、制御装置であるECU60が、内燃機関1の運転状態を検出する各種センサからの検出データを入力し、該検出データに基づいて各種機器を制御しており、主に、フューエルインジェクタ50の制御を行う制御系についての概略ブロック図を、図6に示す。
本内燃機関1は、内燃機関1のクランク軸2のクランク角度を検出するクランク角センサ61を備えており、クランク角センサ61が検出したクランク角度θはECU60に入力される。
ECU60は、クランク角センサ61により検出されたクランク角度θに基づいて、フューエルインジェクタ50および点火プラグ45を制御する。
ECU60は、クランク角センサ61により検出されたクランク角度θに基づいて、フューエルインジェクタ50および点火プラグ45を制御する。
4ストロークサイクルの内燃機関1の圧縮行程と燃焼行程における副燃焼室内圧力(筒内圧力)Pのクランク角度θに対する変化を、図7に示す。
図7のグラフは、横軸を圧縮行程から燃焼行程への過渡期の上死点TDCを0度としたクランク角度θ(度)で示しており、縦軸が副燃焼室内圧力P(KPa)である。
図7のグラフは、横軸を圧縮行程から燃焼行程への過渡期の上死点TDCを0度としたクランク角度θ(度)で示しており、縦軸が副燃焼室内圧力P(KPa)である。
図7に示されるように、副燃焼室内圧力Pは、吸入行程から圧縮行程への過渡期の下死点BDC(−180度)から緩やかに上昇し、圧縮行程の半ば(−70度)辺りから急激に上昇し、圧縮行程から燃焼行程への過渡期の上死点TDCを越えて、燃焼行程の初期(20度)辺りでピークに達して、その後は下降して、上昇時とは対称に下降して燃焼行程から排気行程への過渡期の下死点に至る。
なお、点火プラグ45による点火タイミングは、圧縮行程から燃焼行程への過渡期の上死点TDCより進角した−30度近辺である。
なお、点火プラグ45による点火タイミングは、圧縮行程から燃焼行程への過渡期の上死点TDCより進角した−30度近辺である。
本実施の形態に係る内燃機関1は、鞍乗型車両に搭載されるもので、シリンダヘッド5の周辺には車体フレームとの間に余裕がなく、フューエルインジェクタを配置するスペースも限られているので、本内燃機関1に使用するポペット弁式のフューエルインジェクタ50は、低圧の燃料噴射圧力の比較的小型のフューエルインジェクタである。
フューエルインジェクタ50の燃料噴射圧力は、凡そ300KPa程度であり、図7に示された副燃焼室内圧力Pにおいて300KPa以下となるのは、圧縮行程のクランク角度が−70度より進角した角度(θ<−70度)である。
したがって、クランク角度が−70度より遅角した角度(θ>−70度)では、副燃焼室内圧力Pがフューエルインジェクタ50の燃料噴射圧力より大きいため、副燃焼室40内に燃料を噴射することができない。
したがって、クランク角度が−70度より遅角した角度(θ>−70度)では、副燃焼室内圧力Pがフューエルインジェクタ50の燃料噴射圧力より大きいため、副燃焼室40内に燃料を噴射することができない。
そこで、ECU60は、副燃焼室内圧力Pが300KPa以下となるクランク角度で圧縮行程開始(約−180度)から−70度までの間を、燃料噴射許容期間T(図7において散点模様を施した期間)として設定する。
ECU60は、クランク角度θが燃料噴射許容期間T内にあるときに、フューエルインジェクタ50を駆動して燃料噴射を行うので、低圧の燃料噴射圧力の耐圧性の高い燃料を噴射するための弁体がインジェクタ外部に突出して燃料噴射を行うポペット弁式のフューエルインジェクタ50を使用して、効果的に副燃焼室40内に燃料を噴射することができる。
小型のフューエルインジェクタ50をコンパクトに配置して内燃機関1の小型化および低コスト化を図ることができる。
小型のフューエルインジェクタ50をコンパクトに配置して内燃機関1の小型化および低コスト化を図ることができる。
先の図3に示される実施の形態に係る内燃機関では、フューエルインジェクタ50の噴射口50aは、隔壁部材41の1つの連通孔41hに向いていたが、図8に示す別の実施の形態に係る内燃機関では、フューエルインジェクタ50の噴射口50aは、隔壁部材41の底壁部41bに向いている。
フューエルインジェクタ50の噴射口50aが向いている方向が異なるだけであるので、図8において、同じ部材は同じ符号を用いることとする。
フューエルインジェクタ50の噴射口50aが向いている方向が異なるだけであるので、図8において、同じ部材は同じ符号を用いることとする。
図8を参照して、フューエルインジェクタ50の筒中心軸Ljは、インジェクタ通路5Jの通路中心軸と同軸であり、その副燃焼室40内に入る延長線は、図8に示されるように、隔壁部材41の底壁部41bに至っている。
すなわち、フューエルインジェクタ50の噴射口50aは、隔壁部材41の底壁部41bに向いている。
底壁部41bは主燃焼室20内に凸面状に膨出しているので、上方に開いた皿形状をなしている。
すなわち、フューエルインジェクタ50の噴射口50aは、隔壁部材41の底壁部41bに向いている。
底壁部41bは主燃焼室20内に凸面状に膨出しているので、上方に開いた皿形状をなしている。
フューエルインジェクタ50の噴射口50aは、隔壁部材41の底壁部41bに向いているので、フューエルインジェクタの噴射口より噴射された燃料は、副燃焼室内に噴出し、そのうち筒中心軸Lj辺りの燃料が皿形状をなす底壁部41bに溜まり、隔壁部材41を冷却するとともに、溜まった燃料は主燃焼室20内の温度で加熱されて気化し易くし、点火プラグ45による着火性を良くすることができる。
次に、エアアシスト式インジェクタを用いた実施の形態を、図9に示し説明する。
本実施の形態における主燃焼室および副燃焼室40の構造および点火プラグ45の配置は、前記実施の形態と同じであり、同じ部材は同じ符号を用いている。
そして、図9に示されるように、隔壁部材41の円筒壁部41aには、左側側壁に円孔41ahが穿設されており、同円孔41ahに向けてフューエルインジェクタ50とエアインジェクタ70がそれぞれ燃料とエアを噴射するようにしてエアアシスト式インジェクタが構成されている。
本実施の形態における主燃焼室および副燃焼室40の構造および点火プラグ45の配置は、前記実施の形態と同じであり、同じ部材は同じ符号を用いている。
そして、図9に示されるように、隔壁部材41の円筒壁部41aには、左側側壁に円孔41ahが穿設されており、同円孔41ahに向けてフューエルインジェクタ50とエアインジェクタ70がそれぞれ燃料とエアを噴射するようにしてエアアシスト式インジェクタが構成されている。
フューエルインジェクタ50の噴射口50aの近傍にエアインジェクタ70により圧縮空気を噴射して噴射燃料と混合させるので、燃料の微粒化および筒内ガスの掃気をすることができる。
次に、フューエルインジェクタ50とは別にエアインジェクタ80が独立に副燃焼室に圧縮空気を噴射する実施の形態について、図10に示し説明する。
図10を参照して、本実施の形態の内燃機関は、前記図3に示した実施の形態の内燃機関と、エアインジェクタ80の取付け構造以外は、略同じであるので、同じ部材は同じ符号を付して説明する。
エアインジェクタおよびエアアシスト式インジェクタはポペット弁式でもよく、低圧用のエアインジェクタを使用することができる。
図10を参照して、本実施の形態の内燃機関は、前記図3に示した実施の形態の内燃機関と、エアインジェクタ80の取付け構造以外は、略同じであるので、同じ部材は同じ符号を付して説明する。
エアインジェクタおよびエアアシスト式インジェクタはポペット弁式でもよく、低圧用のエアインジェクタを使用することができる。
フューエルインジェクタ50の取付構造は、前記実施の形態と同じである。
隔壁部材41の円筒壁部41aには、前記41ahとは別に右側側壁に円孔41ah´が穿設されており、シリンダヘッド5の隔壁部材41の右側に、右斜め上方から円孔41ah´に向けてインジェクタ通路5J´が直線的に穿孔されている。
隔壁部材41の円筒壁部41aには、前記41ahとは別に右側側壁に円孔41ah´が穿設されており、シリンダヘッド5の隔壁部材41の右側に、右斜め上方から円孔41ah´に向けてインジェクタ通路5J´が直線的に穿孔されている。
シリンダヘッド5のインジェクタ通路5J´の斜め上方の延長方向にインジェクタ支持部5a´が形成されていて、同インジェクタ支持部5a´にエアインジェクタ80が支持されており、エアインジェクタ80は、先端の噴射口80aがインジェクタ通路5J´に連結され、インジェクタ通路5J´に向いている。
エアインジェクタ80の筒中心軸Lj´は、インジェクタ通路5J´の通路中心軸と同軸である。
したがって、エアインジェクタ80の噴射口80aより噴射された燃料は、インジェクタ通路5J´を通過して円孔41ah´から副燃焼室40内に噴出する。
したがって、エアインジェクタ80の噴射口80aより噴射された燃料は、インジェクタ通路5J´を通過して円孔41ah´から副燃焼室40内に噴出する。
エアインジェクタ80は、フューエルインジェクタ50とは独立して駆動され、フューエルインジェクタ50の駆動よりタイミングをずらし遅らせて駆動する。
したがって、フューエルインジェクタ50により噴射された燃料にエアインジェクタ80により噴射されたエアが衝突して燃料を微粒化して着火し易くすることができ、空燃比を改善することができる。
したがって、フューエルインジェクタ50により噴射された燃料にエアインジェクタ80により噴射されたエアが衝突して燃料を微粒化して着火し易くすることができ、空燃比を改善することができる。
エアインジェクタ80を複数回駆動してエアを複数回噴射するようにしてもよい。
エアを複数回噴射することで、燃料の微粒化をより促進して着火し易くすることができ、空燃比を改善することができる。
エアを複数回噴射することで、燃料の微粒化をより促進して着火し易くすることができ、空燃比を改善することができる。
以上、本発明に係る一実施の形態に係る内燃機関について説明したが、本発明の態様は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲で、多様な態様で実施されるものを含むものである。
1…内燃機関、2…クランク軸、3…クランクケース、4…シリンダブロック、4b…シリンダボア、5…シリンダヘッド、5a…インジェクタ支持部、5J…インジェクタ通路、6…シリンダヘッドカバー、7…オイルパン、
10…変速機、11…メイン軸、12…カウンタ軸、15…ピストン、16…コネクティングロッド、
20…主燃焼室、20f…天井面、21…吸気ポート、22…排気ポート、23…吸気弁、24…排気弁、25…吸気カムシャフト、26…排気カムシャフト、27…吸気ロッカアーム、28…排気ロッカアーム、29…スロットルボディ、
30…フユーエルインジェクタ、
40…副燃焼室、41…隔壁部材、41a…円筒壁部、41b…底壁部、41h…連通孔、42…プラグガイド、45…点火プラグ、45a…放電電極、
50…フューエルインジェクタ、50a…噴射口、
60…ECU(制御装置)、61…クランク角センサ、
70…エアインジェクタ、
80…エアインジェクタ。
10…変速機、11…メイン軸、12…カウンタ軸、15…ピストン、16…コネクティングロッド、
20…主燃焼室、20f…天井面、21…吸気ポート、22…排気ポート、23…吸気弁、24…排気弁、25…吸気カムシャフト、26…排気カムシャフト、27…吸気ロッカアーム、28…排気ロッカアーム、29…スロットルボディ、
30…フユーエルインジェクタ、
40…副燃焼室、41…隔壁部材、41a…円筒壁部、41b…底壁部、41h…連通孔、42…プラグガイド、45…点火プラグ、45a…放電電極、
50…フューエルインジェクタ、50a…噴射口、
60…ECU(制御装置)、61…クランク角センサ、
70…エアインジェクタ、
80…エアインジェクタ。
Claims (8)
- クランクケース(3)にシリンダ(4)とシリンダヘッド(5)が順次重ねられて機関ケースが構成された内燃機関であって、
前記シリンダ(4)は、
ピストン(15)が往復自在に案内されるシリンダボア(4b)を有し、
前記シリンダヘッド(5)は、
前記ピストン(15)の頂面に対向する天井面(20f)に覆われる主燃焼室(20)と、
前記主燃焼室(20)からそれぞれ延出する吸気ポート(21)および排気ポート(22)と、
前記天井面(20f)に設けられた隔壁(41)により前記主燃焼室(20)と仕切られて形成された副燃焼室(40)と、
前記隔壁(41)に形成された前記主燃焼室(20)と前記副燃焼室(40)とを連通する連通孔(41h)と、を有し、
前記シリンダヘッド(5)には、前記副燃焼室(40)に点火プラグ(45)がその先端の放電電極(45a)を臨ませて配置されるとともに、前記副燃焼室(40)にフューエルインジェクタ(50)がその噴射口(50a)を向けて配置される内燃機関において、
前記フューエルインジェクタ(50)は、燃料を噴射するための弁体がインジェクタ外部に突出して燃料噴射を行うインジェクタであることを特徴とする内燃機関。 - クランクケース(3)にシリンダ(4)とシリンダヘッド(5)が順次重ねられて機関ケースが構成された内燃機関であって、
前記シリンダ(4)は、
ピストン(15)が往復自在に案内されるシリンダボア(4b)を有し、
前記シリンダヘッド(5)は、
前記ピストン(15)の頂面に対向する天井面(20f)に覆われる主燃焼室(20)と、
前記主燃焼室(20)からそれぞれ延出する吸気ポート(21)および排気ポート(22)と、
前記天井面(20f)に設けられた隔壁(41)により前記主燃焼室(20)と仕切られて形成された副燃焼室(40)と、
前記隔壁(41)に形成された前記主燃焼室(20)と前記副燃焼室(40)とを連通する連通孔(41h)と、を有し、
前記シリンダヘッド(5)には、前記副燃焼室(40)に点火プラグ(45)がその先端の放電電極(45a)を臨ませて配置されるとともに、前記副燃焼室(40)にフューエルインジェクタ(50)がその噴射口(50a)を向けて配置される内燃機関において、
クランク軸(2)のクランク角度を検出するクランク角センサ(61)と、
前記クランク角センサ(61)の検出角度を入力して前記フューエルインジェクタ(50)を制御する制御装置(60)を備え、
前記制御装置(60)は、
圧縮行程から燃焼行程への過渡期の上死点を0度としたクランク角度で、圧縮行程開始から−70度までの間を燃料噴射許容期間(T)とし、同燃料噴射許容期間(T)内に、前記フューエルインジェクタ(50)を駆動して燃料噴射を行うことを特徴とする内燃機関。 - 前記フューエルインジェクタ(50)は、燃料を噴射するための弁体がインジェクタ外部に突出して燃料噴射を行うインジェクタであることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関。
- 前記フューエルインジェクタ(50)は、その燃料噴射口近傍にエアインジェクタ(70)により圧縮空気を噴射して噴射燃料と混合させるエアアシスト式インジェクタであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の内燃機関。
- 前記制御装置(60)により制御されるエアインジェクタ(80)が、前記副燃焼室(40)にその噴射口を向けて配置され、
前記制御装置(60)は、
前記フューエルインジェクタ(50)の駆動とタイミングをずらして前記エアインジェクタ(70)を駆動することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の内燃機関。 - 前記制御装置(60)は、前記エアインジェクタ(70)を複数回駆動してエアを複数回噴射することを特徴とする請求項5に記載の内燃機関。
- 前記フューエルインジェクタ(50)の前記噴射口(50a)は、前記連通孔(41h)に向いていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の内燃機関。に記載の内燃機関。
- 前記隔壁(41)は、前記主燃焼室(20)内に膨出して皿形状をなす底壁部(41b)を有し、
前記フューエルインジェクタ(50)の前記噴射口(50a)は、前記底壁部(41b)に向いていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の内燃機関。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2018-03-30 JP JP2018066831A patent/JP2019178620A/ja active Pending
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