JP3196674B2 - 筒内噴射式火花点火機関 - Google Patents
筒内噴射式火花点火機関Info
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
- F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
- F02B23/104—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on a side position of the cylinder
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/30—Controlling fuel injection
- F02D41/3094—Controlling fuel injection the fuel injection being effected by at least two different injectors, e.g. one in the intake manifold and one in the cylinder
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
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- F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は筒内噴射式火花点火
機関に関する。
機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】筒内噴射式火花点火機関に関して、例え
ば、特開平１‐９６４６１号公報では、噴射される燃料
を燃焼室内で互いに衝突させるようにした噴射弁を備え
たものが提案されている。
ば、特開平１‐９６４６１号公報では、噴射される燃料
を燃焼室内で互いに衝突させるようにした噴射弁を備え
たものが提案されている。
【０００３】これは、噴射燃料の貫通力を弱めて噴射燃
料の燃焼室壁面への付着を防止し、点火栓の近傍に濃混
合気を形成して良好な層状混合気を得ることを目的とし
たものである。
料の燃焼室壁面への付着を防止し、点火栓の近傍に濃混
合気を形成して良好な層状混合気を得ることを目的とし
たものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、内燃機関で
は、負荷に応じて燃料噴射量が変化するが、前記のよう
に単に噴射燃料を衝突させるだけでは、燃料噴射量の変
化に伴う混合気の体積の変化や、混合気生成位置の変化
が生じることが予想され、そのような場合には、最適な
燃焼状態が得られないこととなる。
は、負荷に応じて燃料噴射量が変化するが、前記のよう
に単に噴射燃料を衝突させるだけでは、燃料噴射量の変
化に伴う混合気の体積の変化や、混合気生成位置の変化
が生じることが予想され、そのような場合には、最適な
燃焼状態が得られないこととなる。
【０００５】本発明は、このような観点からなされたも
ので、筒内噴射式火花点火機関において、負荷の変化に
応じて、最適な混合気を得ることを課題とする。
ので、筒内噴射式火花点火機関において、負荷の変化に
応じて、最適な混合気を得ることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、以下の手段を採用した。すなわち、本発明
は、複数の燃料噴射弁を備え、各燃料噴射弁から噴射さ
れる燃料を燃焼室内で互いに衝突させるようにした筒内
噴射式火花点火機関であり、燃焼室の一方に吸気ポート
を備えるとともに、燃焼室の他方に排気ポートを備え、
前記複数の燃料噴射弁を吸気ポートから排気ポートへと
向かう給排気方向に沿って対向して配置し、負荷の増加
につれて各燃料噴射弁からの燃料噴射を相対的に変化さ
せることで、各燃料噴射弁から噴射された噴射燃料の衝
突位置を、負荷の増加につれて排気側へ移動させること
とした。
決するため、以下の手段を採用した。すなわち、本発明
は、複数の燃料噴射弁を備え、各燃料噴射弁から噴射さ
れる燃料を燃焼室内で互いに衝突させるようにした筒内
噴射式火花点火機関であり、燃焼室の一方に吸気ポート
を備えるとともに、燃焼室の他方に排気ポートを備え、
前記複数の燃料噴射弁を吸気ポートから排気ポートへと
向かう給排気方向に沿って対向して配置し、負荷の増加
につれて各燃料噴射弁からの燃料噴射を相対的に変化さ
せることで、各燃料噴射弁から噴射された噴射燃料の衝
突位置を、負荷の増加につれて排気側へ移動させること
とした。
【０００７】負荷の増加につれて、噴射燃料の衝突位置
を排気ポート側へと移動させるためには、排気側に比し
て、吸気側の燃料噴射弁からの燃料噴射量を多くするこ
と、あるいは、燃料噴射の貫通力を大きくすること、ま
たは、吸気側の燃料噴射弁からの燃料噴射タイミングを
排気側の燃料噴射弁による燃料噴射タイミングより早く
することなどの制御が考えられる。
を排気ポート側へと移動させるためには、排気側に比し
て、吸気側の燃料噴射弁からの燃料噴射量を多くするこ
と、あるいは、燃料噴射の貫通力を大きくすること、ま
たは、吸気側の燃料噴射弁からの燃料噴射タイミングを
排気側の燃料噴射弁による燃料噴射タイミングより早く
することなどの制御が考えられる。
【０００８】さらに、本発明では、前記と機械的構成が
同一の筒内噴射式火花点火機関において、前記制御に換
え、あるいは、前記制御に加えて、各燃料噴射弁からの
燃料噴射を相対的に変化させることで、機関始動時にお
ける各燃料噴射弁からの噴射燃料の衝突位置を、排気側
に偏位させたことを特徴とする。
同一の筒内噴射式火花点火機関において、前記制御に換
え、あるいは、前記制御に加えて、各燃料噴射弁からの
燃料噴射を相対的に変化させることで、機関始動時にお
ける各燃料噴射弁からの噴射燃料の衝突位置を、排気側
に偏位させたことを特徴とする。
【０００９】本発明では、複数の燃料噴射弁を対向配置
する。これは、一対の燃料噴射弁を対向して配置する
他、吸気側あるいは排気側に第１、第２の燃料噴射弁を
燃焼室の中心に向けて所定角度をもって配置するととも
に、燃焼室の中心に向け前記２つの燃料噴射弁に対向し
て排気側あるいは吸気側に第３の燃料噴射弁を配置する
構成でもよい。すなわち、本発明の趣旨を逸脱しない限
り、燃料噴射弁の数は限定されない。
する。これは、一対の燃料噴射弁を対向して配置する
他、吸気側あるいは排気側に第１、第２の燃料噴射弁を
燃焼室の中心に向けて所定角度をもって配置するととも
に、燃焼室の中心に向け前記２つの燃料噴射弁に対向し
て排気側あるいは吸気側に第３の燃料噴射弁を配置する
構成でもよい。すなわち、本発明の趣旨を逸脱しない限
り、燃料噴射弁の数は限定されない。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面を参照して説明する。 ＜内燃機関の全体構成＞まず、本発明を適用した内燃機
関の全体構成を説明する。
図面を参照して説明する。 ＜内燃機関の全体構成＞まず、本発明を適用した内燃機
関の全体構成を説明する。
【００１１】図１は本発明の―実施例を採用した４気筒
ガソリン機関の構成図を示す。同図において、１は機関
本体、２はサージタンク、３はエアクリーナ、４はサー
ジタンク２とエアクリーナ３とを連結する吸気管、５は
各気筒内に燃料噴射する電歪式の燃料噴射弁、Ｐは点火
栓、６は高圧用リザーバタンク、７は高圧導管８を介し
て高圧燃料をリザーバタンク６に圧送するための、吐出
圧制御可能な高圧燃料ポンプ、９は燃料タンク、１０は
導管１１を介して燃料タンク９から高圧燃料ポンプ７に
燃料を供給する低圧燃料ポンプを夫々示す。
ガソリン機関の構成図を示す。同図において、１は機関
本体、２はサージタンク、３はエアクリーナ、４はサー
ジタンク２とエアクリーナ３とを連結する吸気管、５は
各気筒内に燃料噴射する電歪式の燃料噴射弁、Ｐは点火
栓、６は高圧用リザーバタンク、７は高圧導管８を介し
て高圧燃料をリザーバタンク６に圧送するための、吐出
圧制御可能な高圧燃料ポンプ、９は燃料タンク、１０は
導管１１を介して燃料タンク９から高圧燃料ポンプ７に
燃料を供給する低圧燃料ポンプを夫々示す。
【００１２】低圧燃料ポンプ１０の吐出側は、各燃料噴
射弁５のピエゾ圧電素子を冷却するための圧電素子冷却
用導入管１２に接続される。圧電素子冷却用返戻管１３
は燃料タンク９に連結され、この返戻管１３を介して圧
電素子冷却用導入管１２を流れる燃料を燃料タンク９に
回収する。各枝管１４は、各高圧燃料噴射弁５を高圧用
リザーバタンク６に接続する。
射弁５のピエゾ圧電素子を冷却するための圧電素子冷却
用導入管１２に接続される。圧電素子冷却用返戻管１３
は燃料タンク９に連結され、この返戻管１３を介して圧
電素子冷却用導入管１２を流れる燃料を燃料タンク９に
回収する。各枝管１４は、各高圧燃料噴射弁５を高圧用
リザーバタンク６に接続する。
【００１３】電子制御ユニット２０はディジタルコンピ
ュータからなり、双方向性バス２ｌによって相互に接続
されたＲ０Ｍ（リードオンメモリ）２２、ＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）２４、入力ポ−ト２５および出力ポ−ト２６を具備
する。
ュータからなり、双方向性バス２ｌによって相互に接続
されたＲ０Ｍ（リードオンメモリ）２２、ＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）２４、入力ポ−ト２５および出力ポ−ト２６を具備
する。
【００１４】前記高圧用リザーバタンク６に、その内部
の圧力を検出する圧力センサ２７が取り付けられ、この
圧力センサ２７による圧力検出信号はＡ／Ｄコンバータ
２８を介して入力ポ−ト２５に入力される。また、機関
回転数Ｎｅに比例した出力パルスを発生するクランク角
センサ２９が設けられ、その出力バルスは入力ポ−ト２
５に入力される。アクセルペダル（図示せず｝の開度θ
Ａに応じた出力電圧を発生するアクセル開度センサ３０
の出力電圧はＡ／Ｄコンバータ３１を介して入力ポート
２５に入力される。また、図示しないエアーフローメー
タからの吸入空気量や機関温度を検出する冷却水温度セ
ンサからの検出信号も入力ポート２５に入力される。
の圧力を検出する圧力センサ２７が取り付けられ、この
圧力センサ２７による圧力検出信号はＡ／Ｄコンバータ
２８を介して入力ポ−ト２５に入力される。また、機関
回転数Ｎｅに比例した出力パルスを発生するクランク角
センサ２９が設けられ、その出力バルスは入力ポ−ト２
５に入力される。アクセルペダル（図示せず｝の開度θ
Ａに応じた出力電圧を発生するアクセル開度センサ３０
の出力電圧はＡ／Ｄコンバータ３１を介して入力ポート
２５に入力される。また、図示しないエアーフローメー
タからの吸入空気量や機関温度を検出する冷却水温度セ
ンサからの検出信号も入力ポート２５に入力される。
【００１５】―方、各燃料噴射弁５は、気筒毎に一対設
けられ、それぞれが各駆動回路３４を介して出カポート
２６に接続される。また、各点火栓Ｐは各駆動回路３５
を介して出力ポ−ト２６に接続される。また高圧燃料ポ
ンプ７は駆動回路３６を介して出力ポ−ト２６に接続さ
れる。 ＜燃料噴射弁とその配置位置＞図２は機関の縦断面図、
図３は機関の横断面図を示す。図２、図３を参照する
と、６０はシリンダプロック、６１はシリンダヘッド、
６２はピストン、６３はピストン６２頂面とシリンダヘ
ッド６１内壁面問に形成された燃焼室を夫々示す。点火
栓Ｐは燃焼室６３に臨んでシリンダヘッド６１のほほ中
央部に取り付けられる。
けられ、それぞれが各駆動回路３４を介して出カポート
２６に接続される。また、各点火栓Ｐは各駆動回路３５
を介して出力ポ−ト２６に接続される。また高圧燃料ポ
ンプ７は駆動回路３６を介して出力ポ−ト２６に接続さ
れる。 ＜燃料噴射弁とその配置位置＞図２は機関の縦断面図、
図３は機関の横断面図を示す。図２、図３を参照する
と、６０はシリンダプロック、６１はシリンダヘッド、
６２はピストン、６３はピストン６２頂面とシリンダヘ
ッド６１内壁面問に形成された燃焼室を夫々示す。点火
栓Ｐは燃焼室６３に臨んでシリンダヘッド６１のほほ中
央部に取り付けられる。
【００１６】シリンダヘッド６１の一方には２つの吸気
ポート６４が設けられ、シリンダヘッド６１の他方には
２つの排気ポ−ト６５が設けられ、これら吸気ポ−ト６
４および排気ポ−ト６５の燃焼室６３内への開口部に、
夫々２つづつ吸気弁６６および排気弁６７が配置されて
いる。
ポート６４が設けられ、シリンダヘッド６１の他方には
２つの排気ポ−ト６５が設けられ、これら吸気ポ−ト６
４および排気ポ−ト６５の燃焼室６３内への開口部に、
夫々２つづつ吸気弁６６および排気弁６７が配置されて
いる。
【００１７】前記燃料噴射弁５は、シリンダブロック６
０に一対設けられ、吸気ポート６４から排気ポート６５
へと向かう給排気方向に沿って、シリンダヘッド６１の
中央部に設けた点火栓Ｐを通る直線上で、対向して配置
されている。
０に一対設けられ、吸気ポート６４から排気ポート６５
へと向かう給排気方向に沿って、シリンダヘッド６１の
中央部に設けた点火栓Ｐを通る直線上で、対向して配置
されている。
【００１８】なお、図２で、一対の燃料噴射弁５は水平
対向しているが、必要に応じ、双方を上方あるいは下方
に若干傾けて対向させてもよい。次に、図４に燃料噴射
弁５の側面断面図を示す。この燃料噴射弁５はスワ−ル
型の燃料噴射弁であるが、噴霧の形式は他のホール弁に
よる噴霧でも、また、ファンスプレーのような噴霧の形
式でも良い。ただし、極端に貫徹力の弱いものは適さな
い。
対向しているが、必要に応じ、双方を上方あるいは下方
に若干傾けて対向させてもよい。次に、図４に燃料噴射
弁５の側面断面図を示す。この燃料噴射弁５はスワ−ル
型の燃料噴射弁であるが、噴霧の形式は他のホール弁に
よる噴霧でも、また、ファンスプレーのような噴霧の形
式でも良い。ただし、極端に貫徹力の弱いものは適さな
い。
【００１９】図４を参照すると、４０はノズル５０内に
挿入されたニードル、４１は加圧ロッド、４２は可動プ
ランジャ、４３はぱね収容室４４内に配置されかつニー
ドル４０を下方に向けて押圧する圧縮ばね、４５は加圧
ピストン、４６はピエゾ圧電素子、４７は可動プランジ
ャ４２の頂部とピストン４５間に形成されかつ燃料で満
たされた加圧室、４８はニ−ドル加圧室を夫々示す。
挿入されたニードル、４１は加圧ロッド、４２は可動プ
ランジャ、４３はぱね収容室４４内に配置されかつニー
ドル４０を下方に向けて押圧する圧縮ばね、４５は加圧
ピストン、４６はピエゾ圧電素子、４７は可動プランジ
ャ４２の頂部とピストン４５間に形成されかつ燃料で満
たされた加圧室、４８はニ−ドル加圧室を夫々示す。
【００２０】ニ−ドル加圧室４８は燃料通路４９および
枝管１４を介して前記高圧用リザーバタンク６｛図１参
照｝に連結され、従って高圧用リザーバタンク６内の高
圧燃料が枝管１４および燃料通路４９を介してニードル
加圧室４８内に供給される。ピエゾ圧電素子４６に電荷
がチャージされるとピエゾ圧電素子４６が伸長し、それ
によって加圧室４７内の燃料圧が高められる。その結
果、可動プランジャ４２が下方に押圧され、ノズル口５
３は、ニードル４０によって閉弁状態となる。―方、ピ
エゾ圧電素子４６にチャ−ジされた電荷がディスチャー
ジされるとピエゾ圧電素子４６が収結し、加圧室４７内
の燃料圧が低下する。その結果、可動プランジャ４２が
上昇するためにニードル４０が上昇し、ノズル口５３か
ら燃料が噴射される。 ＜燃料噴射制御＞次に、前記電子制御ユニット２０のＣ
ＰＵ２４上には、プログラムによって、図５に示したよ
うに、エアーフローメータから入力した吸入空気量信号
にもとづき機関負荷を算出する機関負荷算出部７１、ク
ランク角センサ２９から入力したクランク角信号から機
関回転数を算出する機関回転数算出部７２、機関負荷と
機関回転数とをパラメータとして燃焼方式を選択する燃
焼方式選択部７３、燃焼方式選択部で選択された燃焼方
式及び機関負荷等に応じた燃料噴射量、燃料噴射タイミ
ングを決定し、決定された燃料噴射量及び燃料噴射タイ
ミングに従って前記燃料噴射弁５を制御する燃料噴射制
御部７４を備えている。
枝管１４を介して前記高圧用リザーバタンク６｛図１参
照｝に連結され、従って高圧用リザーバタンク６内の高
圧燃料が枝管１４および燃料通路４９を介してニードル
加圧室４８内に供給される。ピエゾ圧電素子４６に電荷
がチャージされるとピエゾ圧電素子４６が伸長し、それ
によって加圧室４７内の燃料圧が高められる。その結
果、可動プランジャ４２が下方に押圧され、ノズル口５
３は、ニードル４０によって閉弁状態となる。―方、ピ
エゾ圧電素子４６にチャ−ジされた電荷がディスチャー
ジされるとピエゾ圧電素子４６が収結し、加圧室４７内
の燃料圧が低下する。その結果、可動プランジャ４２が
上昇するためにニードル４０が上昇し、ノズル口５３か
ら燃料が噴射される。 ＜燃料噴射制御＞次に、前記電子制御ユニット２０のＣ
ＰＵ２４上には、プログラムによって、図５に示したよ
うに、エアーフローメータから入力した吸入空気量信号
にもとづき機関負荷を算出する機関負荷算出部７１、ク
ランク角センサ２９から入力したクランク角信号から機
関回転数を算出する機関回転数算出部７２、機関負荷と
機関回転数とをパラメータとして燃焼方式を選択する燃
焼方式選択部７３、燃焼方式選択部で選択された燃焼方
式及び機関負荷等に応じた燃料噴射量、燃料噴射タイミ
ングを決定し、決定された燃料噴射量及び燃料噴射タイ
ミングに従って前記燃料噴射弁５を制御する燃料噴射制
御部７４を備えている。
【００２１】前記燃焼方式選択部は、図６に示したよう
に、機関負荷及び機関回転数をパラメータとした燃焼方
式決定用マップから、機関負荷及び機関回転数が設定値
以上のとき、「均質燃焼」を選択し、機関負荷及び機関
回転数が設定値未満のとき、「成層燃焼」を選択する。
に、機関負荷及び機関回転数をパラメータとした燃焼方
式決定用マップから、機関負荷及び機関回転数が設定値
以上のとき、「均質燃焼」を選択し、機関負荷及び機関
回転数が設定値未満のとき、「成層燃焼」を選択する。
【００２２】なお、燃焼方式選択のためのパラメータと
しては、スロットルポジションセンサや、冷却水の水温
センサ等からの情報を利用することも可能である。均質
燃焼の場合、一対の燃料噴射弁５からそれぞれ噴射され
る燃料噴射量はほぼ同一で、かつ、図１２（Ｄ）に示し
たように、燃料の混合気Ｋが燃焼室に均一に充満するよ
う制御される。
しては、スロットルポジションセンサや、冷却水の水温
センサ等からの情報を利用することも可能である。均質
燃焼の場合、一対の燃料噴射弁５からそれぞれ噴射され
る燃料噴射量はほぼ同一で、かつ、図１２（Ｄ）に示し
たように、燃料の混合気Ｋが燃焼室に均一に充満するよ
う制御される。
【００２３】成層燃焼の場合、成層混合気Ｋを形成する
にあたっては、一般に、図７に示したように、燃料噴射
量増加に応じて噴射時期を点火上死点から進角してい
く。燃料噴射量の増加は、通常、負荷の増加に伴うが、
成層燃焼時の負荷の増加に伴い、成層混合気Ｋの生成位
置を吸気側から排気側へと偏位させていく。
にあたっては、一般に、図７に示したように、燃料噴射
量増加に応じて噴射時期を点火上死点から進角してい
く。燃料噴射量の増加は、通常、負荷の増加に伴うが、
成層燃焼時の負荷の増加に伴い、成層混合気Ｋの生成位
置を吸気側から排気側へと偏位させていく。
【００２４】偏位させる第１の方法として、図８に示し
たように、吸気側の第１の燃料噴射弁からの燃料噴射時
期よりも、排気側の第２の燃料噴射弁５からの燃料噴射
時期を所定のクランク角（ＣＡ）分遅らせる方法があ
る。遅れは負荷が大きくなるほど大きくする。これによ
り、一対の燃料噴射弁５から噴射される燃料の衝突位置
が排気側へと移動し、それによって生成される成層混合
気Ｋの位置も排気側へと移動する。
たように、吸気側の第１の燃料噴射弁からの燃料噴射時
期よりも、排気側の第２の燃料噴射弁５からの燃料噴射
時期を所定のクランク角（ＣＡ）分遅らせる方法があ
る。遅れは負荷が大きくなるほど大きくする。これによ
り、一対の燃料噴射弁５から噴射される燃料の衝突位置
が排気側へと移動し、それによって生成される成層混合
気Ｋの位置も排気側へと移動する。
【００２５】また、偏位させる第２の方法として、図９
に示したように、負荷が増加し、燃料噴射量が増えるに
つれ、吸気側の第１燃料噴射弁からの燃料噴射量と排気
側の第２の燃料噴射弁５からの燃料噴射量との比を変化
させ、吸気側の第１の燃料噴射弁５からの燃料噴射量を
排気側の第２の燃料噴射弁５からの燃料噴射量より多く
する方法がある。
に示したように、負荷が増加し、燃料噴射量が増えるに
つれ、吸気側の第１燃料噴射弁からの燃料噴射量と排気
側の第２の燃料噴射弁５からの燃料噴射量との比を変化
させ、吸気側の第１の燃料噴射弁５からの燃料噴射量を
排気側の第２の燃料噴射弁５からの燃料噴射量より多く
する方法がある。
【００２６】一対の燃料噴射弁５からの燃料噴射量を変
えるには、まず、各噴射弁５の燃料噴射圧を変える方法
がある。すなわち、吸気側の第１の燃料噴射弁５からの
燃料噴射圧を排気側の第２の燃料噴射弁５からの燃料噴
射圧より大きくする。ノズル口５３の口径が同一でも、
噴射圧の大きい方が、噴射量が多くなる。
えるには、まず、各噴射弁５の燃料噴射圧を変える方法
がある。すなわち、吸気側の第１の燃料噴射弁５からの
燃料噴射圧を排気側の第２の燃料噴射弁５からの燃料噴
射圧より大きくする。ノズル口５３の口径が同一でも、
噴射圧の大きい方が、噴射量が多くなる。
【００２７】このようにすると、各燃料噴射弁５から同
時に燃料が噴射されたとしても、圧力の大きい、よっ
て、量の多い吸気側燃料噴射弁５からの燃料の貫通力
が、量の少ない排気側燃料噴射弁５からの燃料の貫通力
に抗し、衝突により生成される混合気Ｋを全体として排
気側へと押しやる。
時に燃料が噴射されたとしても、圧力の大きい、よっ
て、量の多い吸気側燃料噴射弁５からの燃料の貫通力
が、量の少ない排気側燃料噴射弁５からの燃料の貫通力
に抗し、衝突により生成される混合気Ｋを全体として排
気側へと押しやる。
【００２８】一対の燃料噴射弁からの燃料噴射量を変え
る他の方法としては、一対の燃料噴射弁５からの燃料噴
射終了時期を同一に揃え、かつ、一方の噴射弁５の燃料
噴射開始時期を他方の噴射弁５の燃料噴射開始時期より
早くする方法がある。ここでは、図１０に示したよう
に、吸気側の第１の燃料噴射弁５からの燃料噴射開始時
期を、排気側の第２の燃料噴射弁５からの燃料噴射開始
時期より早く設定する。ノズル口５３の口径が同一で、
噴射圧が同一であっても、燃料噴射開始時期の早い吸気
側燃料噴射弁からの噴射量の方が排気側燃料噴射弁５か
らの噴射量より多くなる。
る他の方法としては、一対の燃料噴射弁５からの燃料噴
射終了時期を同一に揃え、かつ、一方の噴射弁５の燃料
噴射開始時期を他方の噴射弁５の燃料噴射開始時期より
早くする方法がある。ここでは、図１０に示したよう
に、吸気側の第１の燃料噴射弁５からの燃料噴射開始時
期を、排気側の第２の燃料噴射弁５からの燃料噴射開始
時期より早く設定する。ノズル口５３の口径が同一で、
噴射圧が同一であっても、燃料噴射開始時期の早い吸気
側燃料噴射弁からの噴射量の方が排気側燃料噴射弁５か
らの噴射量より多くなる。
【００２９】この場合、時間的にずれた分だけ、各燃料
噴射弁５からの噴射燃料の衝突位置が排気側へとずれ、
成層混合気Ｋが排気側へと偏位する。以上の各方法は、
可能な限り組み合わせることができる。そして、これら
方法のために、負荷の大きさとの関連において制御量を
決定すべく、あらかじめ図７から図１０に示した関係を
決定するデータがＲＯＭに格納されている。
噴射弁５からの噴射燃料の衝突位置が排気側へとずれ、
成層混合気Ｋが排気側へと偏位する。以上の各方法は、
可能な限り組み合わせることができる。そして、これら
方法のために、負荷の大きさとの関連において制御量を
決定すべく、あらかじめ図７から図１０に示した関係を
決定するデータがＲＯＭに格納されている。
【００３０】また、本実施例では、機関始動時にも、混
合気Ｋが排気側へと偏位するよう、上記と同様の制御を
する。なお、以上説明した成層混合気Ｋの偏位のための
制御を以下単に混合気偏位制御という。 ＜燃料噴射制御フロー＞以下、本内燃機関における燃料
噴射制御例を図１１を参照して説明する。
合気Ｋが排気側へと偏位するよう、上記と同様の制御を
する。なお、以上説明した成層混合気Ｋの偏位のための
制御を以下単に混合気偏位制御という。 ＜燃料噴射制御フロー＞以下、本内燃機関における燃料
噴射制御例を図１１を参照して説明する。
【００３１】まず、機関運転時、温度センサからの検出
温度の高低に従って機関が冷間状態にあるか否かが判定
される（ステップ１０１）。機関が始動後間もない冷間
状態にある場合、ステップ１０２に進み成層運転条件を
満たすか否か判定される。ここで、運転中には、電子制
御ユニット２０に、エアーフローメータ３１から吸入空
気量信号が常時入力されるとともに、クランク角センサ
からクランク角信号が入力され、これら入力信号に基づ
いて機関負荷算出部３２で機関負荷が算出されるととも
に、機関回転数算出部３４で機関回転数が算出される。
従って、求めた機関負荷と機関回転数とをパラメータと
して、成層運転条件が揃ったか否かを判定することがで
き、燃焼方式選択部によって、燃焼方式決定用マップか
ら、運転状況に応じた燃焼方式が選択される。
温度の高低に従って機関が冷間状態にあるか否かが判定
される（ステップ１０１）。機関が始動後間もない冷間
状態にある場合、ステップ１０２に進み成層運転条件を
満たすか否か判定される。ここで、運転中には、電子制
御ユニット２０に、エアーフローメータ３１から吸入空
気量信号が常時入力されるとともに、クランク角センサ
からクランク角信号が入力され、これら入力信号に基づ
いて機関負荷算出部３２で機関負荷が算出されるととも
に、機関回転数算出部３４で機関回転数が算出される。
従って、求めた機関負荷と機関回転数とをパラメータと
して、成層運転条件が揃ったか否かを判定することがで
き、燃焼方式選択部によって、燃焼方式決定用マップか
ら、運転状況に応じた燃焼方式が選択される。
【００３２】成層運転条件が揃い、成層燃焼が選択され
たときは、ステップ１０３に進み、混合気偏位制御を行
い、排気側へ混合気Ｋの位置を偏位（オフセット）させ
る。この結果、より温度の高い排気弁に混合気Ｋが近寄
るので、燃料の蒸発が促進され素早い混合気生成が可能
となり良好な成層燃焼を実現できる。
たときは、ステップ１０３に進み、混合気偏位制御を行
い、排気側へ混合気Ｋの位置を偏位（オフセット）させ
る。この結果、より温度の高い排気弁に混合気Ｋが近寄
るので、燃料の蒸発が促進され素早い混合気生成が可能
となり良好な成層燃焼を実現できる。
【００３３】ステップ１０２で成層運転条件が揃わなか
った場合、燃焼方式選択部で均質燃焼が選択され、ステ
ップ１０４にて通常の燃料噴射制御が行われる。先のス
テップ１０１で、機関が冷間状態でないと判断された場
合、次に、ステップ１０５でステップ１０２と同様に成
層運転条件が揃ったか否か判断され、条件が揃っていな
い場合、すなわち、高負荷、高回転のとき、「均質燃
焼」が選択され、ステップ１０６へと進む。この場合は
高出力を得るため、混合気Ｋの空燃比を燃焼室２内で均
一にして、適切な出力を得られるよう燃料噴射する。
った場合、燃焼方式選択部で均質燃焼が選択され、ステ
ップ１０４にて通常の燃料噴射制御が行われる。先のス
テップ１０１で、機関が冷間状態でないと判断された場
合、次に、ステップ１０５でステップ１０２と同様に成
層運転条件が揃ったか否か判断され、条件が揃っていな
い場合、すなわち、高負荷、高回転のとき、「均質燃
焼」が選択され、ステップ１０６へと進む。この場合は
高出力を得るため、混合気Ｋの空燃比を燃焼室２内で均
一にして、適切な出力を得られるよう燃料噴射する。
【００３４】ステップ１０５で、低負荷、低回転など成
層運転条件が揃った場合、「成層燃焼」が選択され、燃
費を稼ぐため、混合気Ｋを希薄化するとともに、確実な
点火を得るため、一部燃料の濃い混合気Ｋの部分を成層
化する。その際、負荷の大きさによって、成層混合気Ｋ
の生成位置を変化させるように混合気偏位制御をする。
層運転条件が揃った場合、「成層燃焼」が選択され、燃
費を稼ぐため、混合気Ｋを希薄化するとともに、確実な
点火を得るため、一部燃料の濃い混合気Ｋの部分を成層
化する。その際、負荷の大きさによって、成層混合気Ｋ
の生成位置を変化させるように混合気偏位制御をする。
【００３５】すなわち、まず、機関負荷が軽負荷か否か
判定され（ステップ１０７）、軽負荷であったら、各燃
料噴射弁からの噴射量を最小限にし、かつ、等量にし
て、図１２（Ａ）のように、小さな混合気Ｋが、点火栓
下方に生成されるようにする（ステップ１０８）。
判定され（ステップ１０７）、軽負荷であったら、各燃
料噴射弁からの噴射量を最小限にし、かつ、等量にし
て、図１２（Ａ）のように、小さな混合気Ｋが、点火栓
下方に生成されるようにする（ステップ１０８）。
【００３６】軽負荷でないときは、所定の中負荷である
か否かが判定され（ステップ１０９）、中負荷であると
判定されたならば、図１２（Ｂ）のように、燃料噴射量
を増やし、混合気生成位置が点火栓と排気弁の中間に位
置するよう混合気偏位制御を行う（ステップ１１０）。
か否かが判定され（ステップ１０９）、中負荷であると
判定されたならば、図１２（Ｂ）のように、燃料噴射量
を増やし、混合気生成位置が点火栓と排気弁の中間に位
置するよう混合気偏位制御を行う（ステップ１１０）。
【００３７】成層運転条件を満たした上で中負荷以上の
負荷の場合は、ステップ１１１へと進み、さらに燃料噴
射量を増やすとともに、混合気生成位置をより排気弁に
近くなるよう制御する（図１２（Ｃ）。
負荷の場合は、ステップ１１１へと進み、さらに燃料噴
射量を増やすとともに、混合気生成位置をより排気弁に
近くなるよう制御する（図１２（Ｃ）。
【００３８】このように、本実施例では、機関始動時の
冷間成層運転時に、成層混合気Ｋを排気側へと偏位させ
たことで、より高温である排気弁による影響で、燃料の
蒸発が促進される。また、成層混合気Ｋは点火栓の位置
からずれるので、いわゆるリッチ失火や、スモークの発
生を防止できる。
冷間成層運転時に、成層混合気Ｋを排気側へと偏位させ
たことで、より高温である排気弁による影響で、燃料の
蒸発が促進される。また、成層混合気Ｋは点火栓の位置
からずれるので、いわゆるリッチ失火や、スモークの発
生を防止できる。
【００３９】従来例のように、２カ所から噴射された燃
料を単に点火栓周りで衝突させるだけでは、衝突位置が
点火栓近傍であると、軽負荷のときはよいが、高負荷に
なると、成層混合気Ｋが大きくなるので、点火栓周りの
混合気Ｋが過濃となりリッチ失火やスモークを発生して
しまう。そこで、このようなことは燃料衝突位置を点火
栓からずれた位置にすると避けられるが、そのようにす
ると、今度は軽負荷のとき、点火栓周りの混合気Ｋが希
薄となり、リーン失火を起こしてしまい、結果として、
広範囲の負荷領域で成層燃焼を成立させることができな
い。
料を単に点火栓周りで衝突させるだけでは、衝突位置が
点火栓近傍であると、軽負荷のときはよいが、高負荷に
なると、成層混合気Ｋが大きくなるので、点火栓周りの
混合気Ｋが過濃となりリッチ失火やスモークを発生して
しまう。そこで、このようなことは燃料衝突位置を点火
栓からずれた位置にすると避けられるが、そのようにす
ると、今度は軽負荷のとき、点火栓周りの混合気Ｋが希
薄となり、リーン失火を起こしてしまい、結果として、
広範囲の負荷領域で成層燃焼を成立させることができな
い。
【００４０】これに対し、本例では、成層燃焼時に、負
荷の増加に応じて、成層混合気Ｋの位置が排気側へと移
動するので、負荷の増加に伴って噴射燃料量が増大し、
成層混合気Ｋの大きさが大きくなっても、点火栓を避け
ることができ、リッチ失火やスモークの発生を防止でき
る。また、低負荷時には、小さな成層混合気Ｋを点火栓
近傍に生成することができるので、リーン失火を防止で
きる。このように、負荷の大きさに応じて点火栓に対す
る成層混合気Ｋの位置を変化させるので、広範囲の負荷
に対応した成層燃焼を確保できる。
荷の増加に応じて、成層混合気Ｋの位置が排気側へと移
動するので、負荷の増加に伴って噴射燃料量が増大し、
成層混合気Ｋの大きさが大きくなっても、点火栓を避け
ることができ、リッチ失火やスモークの発生を防止でき
る。また、低負荷時には、小さな成層混合気Ｋを点火栓
近傍に生成することができるので、リーン失火を防止で
きる。このように、負荷の大きさに応じて点火栓に対す
る成層混合気Ｋの位置を変化させるので、広範囲の負荷
に対応した成層燃焼を確保できる。
【００４１】また、負荷の増加に伴って成層混合気Ｋの
位置が排気側にずれるが、排気側の温度は吸気側より高
いので、燃料の蒸発が促進され、点火栓による点火がス
ムーズに行われる。
位置が排気側にずれるが、排気側の温度は吸気側より高
いので、燃料の蒸発が促進され、点火栓による点火がス
ムーズに行われる。
【００４２】なお、本実施例では、一対の燃料噴射弁か
らの燃料の衝突によって成層混合気Ｋを生成するため、
衝突する燃料同士がさらに細かな霧状となって、燃料の
蒸発を促進し、確実に点火可能な成層混合気Ｋを生成で
きる。従って、成層混合気Ｋを確保するためにピストン
頂部にキャビティをわざわざ形成する必要はない。キャ
ビティのある場合、混合気Ｋがピストンの熱に影響され
やすいが、本例ではキャビティを必要としないので、そ
のような悪影響を受けることはない。
らの燃料の衝突によって成層混合気Ｋを生成するため、
衝突する燃料同士がさらに細かな霧状となって、燃料の
蒸発を促進し、確実に点火可能な成層混合気Ｋを生成で
きる。従って、成層混合気Ｋを確保するためにピストン
頂部にキャビティをわざわざ形成する必要はない。キャ
ビティのある場合、混合気Ｋがピストンの熱に影響され
やすいが、本例ではキャビティを必要としないので、そ
のような悪影響を受けることはない。
【００４３】また、機関が高回転・高負荷で均質燃焼す
る場合、一対の燃料噴射弁からの燃料の衝突によって燃
料同士がさらに細かな霧状にミキシングされるので、衝
突位置を吸気流主流部に配置するよう制御することで、
図１２（Ｄ）のように、燃焼室に混合気Ｋが均一に充満
し、より適切な均質燃焼を確保できる。
る場合、一対の燃料噴射弁からの燃料の衝突によって燃
料同士がさらに細かな霧状にミキシングされるので、衝
突位置を吸気流主流部に配置するよう制御することで、
図１２（Ｄ）のように、燃焼室に混合気Ｋが均一に充満
し、より適切な均質燃焼を確保できる。
【００４４】
【発明の効果】本発明では、噴射される燃料が単に衝突
するのではなく、対向する複数の燃料噴射弁から噴射さ
れた燃料同士が互いに向かい合って衝突するので、衝突
による混合気の塊の基本的形状は、負荷に応じた燃料噴
射量の変化があっても、基本的には変化しない。従っ
て、安定した成層燃焼を得ることができる。
するのではなく、対向する複数の燃料噴射弁から噴射さ
れた燃料同士が互いに向かい合って衝突するので、衝突
による混合気の塊の基本的形状は、負荷に応じた燃料噴
射量の変化があっても、基本的には変化しない。従っ
て、安定した成層燃焼を得ることができる。
【００４５】また、本発明では、燃料噴射量等の制御に
より、混合気の形成位置を負荷が大きくなるにつれ、あ
るいは、機関始動時に排気側へと偏位させることができ
る。その結果、排気側の熱を利用して燃料蒸発を促進
し、負荷に応じたより適切な成層混合気の生成を図るこ
とができる。
より、混合気の形成位置を負荷が大きくなるにつれ、あ
るいは、機関始動時に排気側へと偏位させることができ
る。その結果、排気側の熱を利用して燃料蒸発を促進
し、負荷に応じたより適切な成層混合気の生成を図るこ
とができる。
【００４６】このことは、機関始動後の冷間時にもあて
はまり、冷間時に排気側に混合気を移動させることで、
排気側の熱を利用して燃料蒸発を促進し、冷間時の円滑
な燃焼を確保することができる。
はまり、冷間時に排気側に混合気を移動させることで、
排気側の熱を利用して燃料蒸発を促進し、冷間時の円滑
な燃焼を確保することができる。
【図１】本発明の一例を示す機関の全体構成図
【図２】機関の縦断面図
【図３】機関の横断面図
【図４】燃料噴射弁の縦断面図
【図５】機関制御用ブロック図
【図６】燃焼方式決定用マップを示した図である。
【図７】燃料噴射量と噴射時期との関係を示した図
【図８】燃料噴射量と一対の燃料噴射弁の噴射時期差差
との関係を示した図
との関係を示した図
【図９】各燃料噴射弁の噴射量の比を示す図
【図１０】各燃料噴射弁の噴射時期と噴射量との関係を
示した図
示した図
【図１１】燃料噴射制御フローを示したフローチャート
図
図
【図１２】負荷の変化に伴う混合気の偏位を示した図
１…機関本体 ２…サージタンク ３…エアクリーナ ４…吸気管 ５…燃料噴射弁 ６…高圧用リザーバタンク ７…高圧燃料ポンプ ９…燃料タンク １０…低圧燃料ポンプ １２…圧電素子冷却用導入管 １３…圧電素子冷却用返戻管 １４…枝管 ２０…電子制御ユニット ２１…双方向性バス ２２…Ｒ０Ｍ（リードオンメモリ） ２３…ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ） ２４…ＣＰＵ（マイクロプロセッサ） ２５…入力ポ−ト ２６…出力ポ−ト ２７…圧力センサ ２８、３１…Ａ／Ｄコンバータ ２９…クランク角センサ ３０…アクセル開度センサ ３５、３６…駆動回路 ６０…シリンダプロック ６１…シリンダヘッド ６２…ピストン ６３…燃焼室 ６４…吸気ポート ６５…排気ポ−ト ６６…吸気弁 ６７…排気弁 ４０…ニードル ４１…加圧ロッド ４２…可動プランジャ ４３…圧縮ばね ４４…ぱね収容室 ４５…加圧ピストン ４６…ピエゾ圧電素子 ４７…加圧室 ４８…ニ−ドル加圧室 ４９…燃料通路 ５０…ノズル ５３…ノズル口 ７１…機関負荷算出部 ７２…機関回転数算出部 ７３…燃焼方式選択部 ７４…燃料噴射制御部 Ｐ…点火栓 Ｋ…混合気
フロントページの続き (72)発明者 柏倉 利美 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 北東 宏之 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−312501（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−12026（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02M 61/14 310 F02B 23/10 F02M 69/04
Claims (2)
- 【請求項１】 複数の燃料噴射弁を備え、各燃料噴射弁
から噴射される燃料を燃焼室内で互いに衝突させるよう
にした筒内噴射式火花点火機関であり、 燃焼室の一方に吸気ポートを備えるとともに、燃焼室の
他方に排気ポートを備え、前記複数の燃料噴射弁を吸気
ポートから排気ポートへと向かう給排気方向に沿って対
向して配置し、 各燃料噴射弁からの燃料噴射を相対的に変化させること
で、各燃料噴射弁から噴射された噴射燃料の衝突位置
を、負荷の増加につれて排気側へ移動させることを特徴
とする筒内噴射式火花点火機関。 - 【請求項２】 複数の燃料噴射弁を備え、各燃料噴射弁
から噴射される燃料を燃焼室内で互いに衝突させるよう
にした筒内噴射式火花点火機関であり、 燃焼室の一方に吸気ポートを備えるとともに、燃焼室の
他方に排気ポートを備え、前記複数の燃料噴射弁を吸気
ポートから排気ポートへと向かう給排気方向に沿って対
向して配置し、 各燃料噴射弁からの燃料噴射を相対的に変化させること
で、機関始動時における各燃料噴射弁からの噴射燃料の
衝突位置を、排気側に偏位させたことを特徴とする筒内
噴射式火花点火機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33433996A JP3196674B2 (ja) | 1996-12-13 | 1996-12-13 | 筒内噴射式火花点火機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33433996A JP3196674B2 (ja) | 1996-12-13 | 1996-12-13 | 筒内噴射式火花点火機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10176628A JPH10176628A (ja) | 1998-06-30 |
| JP3196674B2 true JP3196674B2 (ja) | 2001-08-06 |
Family
ID=18276260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33433996A Expired - Fee Related JP3196674B2 (ja) | 1996-12-13 | 1996-12-13 | 筒内噴射式火花点火機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3196674B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19947150A1 (de) * | 1999-10-01 | 2001-04-05 | Volkswagen Ag | Fremdgezündete Brennkraftmaschine und Verfahren zur Gemischbildung in deren Brennraum |
| WO2003014559A1 (de) * | 2001-08-02 | 2003-02-20 | Cornel Stan | Gemischbildungs- und brennverfahren für wärmekraftmaschinen mit kraftstoff-direkteinspritzung |
| JP5549641B2 (ja) * | 2011-05-23 | 2014-07-16 | 株式会社デンソー | 内燃機関の燃焼システム |
-
1996
- 1996-12-13 JP JP33433996A patent/JP3196674B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10176628A (ja) | 1998-06-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |