JP3235525B2 - 筒内噴射式火花点火内燃機関 - Google Patents

筒内噴射式火花点火内燃機関

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JP3235525B2 JP22681797A JP22681797A JP3235525B2 JP 3235525 B2 JP3235525 B2 JP 3235525B2 JP 22681797 A JP22681797 A JP 22681797A JP 22681797 A JP22681797 A JP 22681797A JP 3235525 B2 JP3235525 B2 JP 3235525B2
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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射式火花点
火内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】圧縮行程末期に気筒内へ直接的に燃料を
噴射して気化させ、点火時点において点火プラグ近傍に
着火性の良好な混合気を形成することにより、低燃費の
リーンバーンを可能とする成層燃焼が公知である。この
ような成層燃焼において、燃料の気化に、ピストンの熱
を利用するものが知られている。しかしながら、このよ
うな成層燃焼内燃機関は、ピストンへ衝突させた燃料を
点火プラグ近傍へ導くために、ピストン頂面には複雑な
加工が必要とされ、また、このように加工されたピスト
ン頂面の所定位置へ燃料を衝突させるために、ピストン
位置が所定範囲内である時にしか燃料を噴射することが
できず、燃料噴射量が比較的少ない低負荷運転領域でし
か成層燃焼を実施することができない。
【0003】成層燃焼可能な運転領域を高負荷側へ拡大
するために、特開昭63−215815号公報には、燃
料噴射弁から噴射された燃料が、気筒内の吸気から熱を
奪って気化し、直接的に点火プラグ近傍に混合気を形成
するようにした内燃機関が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一般的な大きさの内燃
機関では、燃料噴射弁の噴口から点火プラグまでの直線
距離は比較的短いものである。それにより、前述の従来
技術において、燃料噴射弁から噴射された燃料が、この
短い距離を飛行するのに必要な短い時間で十分に気化す
ることは困難であり、意図するような良好に燃焼する混
合気を形成できない可能性がある。
【0005】従って、本発明の目的は、成層燃焼可能な
運転領域を高負荷側へ拡大するために、ピストン頂面に
燃料を衝突させることなく良好な成層燃焼混合気を点火
プラグ近傍に確実に形成す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。
【0006】
【課題を解決するための手段】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、点火プラグと、
気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁とを具備
し、前記燃料噴射弁は、上死点においてもピストン側面
によって覆われることのない垂直方向の略円筒状の燃焼
室周壁部分へ向けて燃料を噴射するものであり、前記燃
焼室周壁部分には案内側面を有する突出部が形成され、
成層燃焼時において、前記燃料噴射弁から噴射された燃
料は、前記燃焼室周壁部分に衝突した後に略水平方向に
前記燃焼室周壁部分に沿って進行して前記突出部に達
し、前記突出部の前記案内面によって前記点火プラグ方
向へ導かれることを特徴とする。
【0007】また、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、二つ
の噴口を有し、前記点火プラグの両側に燃料を噴射する
ことを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】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は吸気ポート、2は排気ポートで
ある。吸気ポート1は吸気弁3を介して、排気ポート2
は排気弁4を介して、それぞれ気筒内へ通じている。5
はピストンであり、6は燃焼室上部略中心に配置された
点火プラグであり、7は燃焼室の周壁から気筒内へ直接
的に燃料を噴射するための燃料噴射弁である。本実施形
態の内燃機関は、各気筒毎に二つの吸気弁及び二つの排
気弁を有する4バルブ式であり、燃料噴射弁7は、燃料
のベーパを防止するために、燃焼室内において吸気流に
より比較的低温度となる二つの吸気弁の間に配置されて
いる。
【0009】図1において、ピストン5は上死点位置に
示されており、燃料噴射弁7は、上死点においてもピス
トン側面によって覆われることのない燃焼室周壁部分8
へ向けて燃料を噴射するものである。また、図2は図1
のA−A断面図であり、同図に示すように、燃料噴射弁
7は、二つの噴口を有し、点火プラグ6に対して略等し
い水平角度で点火プラグ6の両側へ燃料を噴射するよう
になっている。
【0010】本実施形態の筒内噴射式火花点火内燃機関
は、このような燃料噴射弁7を使用して圧縮行程に燃料
を噴射するものである。図2に示すように、燃料噴射弁
7から噴射された燃料は、略円筒形の燃焼室周壁部分8
に衝突し、その後、水平方向に燃焼室周壁部分8に沿っ
て進行し、燃焼室周壁部分8における燃料噴射弁7の対
向位置近傍に達する。この対向位置には、燃焼室周壁部
分8に沿って進行する燃料を点火プラグ6の方向へ導く
ための案内壁面9aを有する突出部9が形成されてお
り、こうして、燃料は点火プラグ6の方向へ導かれる。
案内壁面9aは、水平方向に凹状に湾曲し、燃焼室周壁
部分8に滑らかに接続されており、燃料の慣性力をあま
り低下させないようになっている。
【0011】燃料噴射弁7から噴射された燃料は、燃焼
室周壁部分8へ衝突するまでの飛行中において吸気から
熱を奪い、その後は、燃焼室周壁部分8及び突出部9か
ら熱を奪う。それにより、噴射された燃料は、点火プラ
グ6近傍に達する時点において、こうして奪った十分な
熱と、このような経路を通過するのに必要な比較的長い
時間とを利用して良好に気化し、点火プラグ6回りに着
火性の良好な混合気を確実に形成することができる。燃
料噴射弁7から噴射される燃料は、水平方向の扇状とさ
れ、噴射された燃料が吸気から熱を奪い易くしている。
垂直方向には、扇状とはされず、それにより、燃焼室周
壁部分8に沿って進行する液状燃料が燃焼室周壁部分8
の高さを越えて、ピストンリング及び燃焼室上壁面へ達
することは防止され、噴射された燃料の全てが確実に点
火プラグ6方向に導かれる。これを、さらに確実なもの
とするために、燃焼室周壁部分8と、突出部9の案内壁
面9aとに周方向に延在するガイド溝を形成するように
しても良い。
【0012】良好な成層燃焼を実現するためには、点火
プラグ6回りに形成された混合気が拡散する以前に点火
時期を迎えることが必要とされる。従って、本実施形態
では、燃料噴射開始当初の燃料により形成される混合気
が拡散する直前に点火時期となるように、各機関運転状
態毎に、点火時期から逆算されて燃料噴射開始時期が設
定されている。前述したように、噴射された燃料は、長
い経路を通過して点火プラグ6に達するために、燃料噴
射開始から点火までに比較的長い時間が確保され、この
時間で比較的多くの燃料を噴射することが可能となり、
機関高負荷側へ低燃費の成層燃焼運転を拡大することが
できる。また、ピストン頂面に燃料を衝突させるものと
は異なり、ピストン位置に係わらず自由に燃料噴射時期
を設定することが可能であり、それによっても多量の燃
料を噴射し易くなっている。
【0013】また、本実施形態において、燃料噴射弁7
からは、前述したように二方向に燃料が噴射され、これ
らの燃料は燃焼室周壁部分8の両側から突出部9へ達す
るために、突出部9の両側に、各方向に噴射された燃料
を点火プラグ6の方向へ導くための案内壁面9aが設け
られている。もちろん、それぞれの案内壁面毎に突出部
を設けても良い。本実施形態では、燃料噴射弁7の二つ
の噴口から点火プラグ6に対して略等しい水平角度で燃
料が噴射されるために、突出部9の両側の案内壁面9a
は対称とされ、各方向において同時期に噴射された燃料
は、ほぼ同時に点火プラグ6近傍に達するようにされて
いる。
【0014】二方向に燃料を噴射することで、各方向に
噴射される燃料は、それぞれ吸気及び燃焼室周壁部分か
ら十分に熱を奪って良好に気化することができ、全体と
しての単位時間当たりの燃料噴射量を増加させることが
可能となる。こうして、燃料噴射開始から点火までの限
られた時間内で、かなり多量の燃料を噴射しても良好な
混合気を点火プラグ6回りに形成することが可能とな
り、かなりの高負荷まで成層燃焼運転を実現することが
できる。二方向の燃料噴射は、点火プラグ6の両側であ
れば、特に等しく水平角度を有する必要はなく、一方向
の燃料噴射に比較して、単位時間当たりの燃料噴射量を
確実に増加させることが可能となる。
【0015】本実施形態において、案内壁面を有する突
出部の底面は、図1に示すように、上死点のピストン頂
面に衝突しないように形成されている。燃料噴射弁7か
ら噴射される燃料は、燃焼室周壁部分8に衝突するが、
この燃焼室周壁部分8は、上死点のピストン側面によっ
ても覆われない部分であるために、エンジンオイルの燃
料による希釈の問題が発生することはない。また、噴射
された燃料が燃焼室周壁部分の熱を奪って燃焼室内の温
度を低下させるために、吸気充填効率が向上して機関出
力を高めることができ、さらに、ノッキング発生防止に
も有利である。
【0016】噴射された燃料全てが良好に燃焼する混合
気を形成するためには、燃料噴射終了直前に噴射された
燃料が気化する時間を確保する必要がある。この時間
は、燃料噴射終了から点火までの時間であり、この時間
を十分に確保すると機関高負荷時の多量の燃料を噴射で
きない可能性がある。この場合には、必要燃料噴射量の
全て又は一部を吸気行程に噴射するようにしても良い。
【0017】図3は、吸気行程の燃料噴射を示す図1に
相当する断面図である。燃料噴射弁7から噴射される燃
料は、開弁中の吸気弁3に衝突して微粒化され、さら
に、吸気ポート1から流入する吸気によって拡散され、
点火時点において良好に均一化された混合気を気筒内に
形成することができる。こうして、必要燃料噴射量の全
てを吸気行程に噴射した場合には、高出力が得られる均
一燃焼が実施される。また、必要燃料噴射量の一部を吸
気行程に噴射する場合には、必要燃料噴射量の残りは、
前述同様、圧縮行程に噴射され、点火プラグ6近傍に良
好な混合気が形成される。このようにして、確実な着火
性が確保されると共に、この火炎は周囲の均一混合気に
伝播され、比較的高出力の成層燃焼を実現することがで
きる。
【0018】
【発明の効果】このように、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、気筒内へ直
接的に燃料を噴射する燃料噴射弁が、上死点においても
ピストン側面によって覆われることのない垂直方向の略
円筒状の燃焼室周壁部分へ向けて燃料を噴射し、この燃
焼室周壁部分には案内側面を有する突出部が形成されて
いる。成層燃焼時において、燃料噴射弁から噴射された
燃料は、燃焼室周壁部分に衝突した後に略水平方向に燃
焼室周壁部分に沿って進行して突出部に達し、突出部の
案内面によって点火プラグ方向へ導かれる。それによ
り、燃料噴射弁から噴射された燃料は、直接的に点火プ
ラグ近傍に飛行する場合とは異なり、長い経路を通過し
て十分な時間をかけて点火プラグ近傍に達し、この時間
内で吸気及び燃焼室周壁部分から熱を奪って良好に気化
し、良好な成層燃焼混合気を点火プラグ近傍に確実に形
成することができる。また、ピストン頂面に燃料を衝突
させるものとは異なり、ピストン位置に係わらずに燃料
噴射時期を設定することができ、多量の燃料噴射が可能
となるために、機関高負荷側へ成層燃焼領域を拡大する
ことができる。
【0019】また、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、燃料噴射弁は、二つ
の噴口を有し、前記点火プラグの両側に燃料を噴射する
ために、それぞれの噴射燃料が点火プラグ近傍に良好な
成層燃焼混合気を形成し、全体として単位時間当たりの
燃料噴射量を増加させることができ、さらに多量の燃料
噴射が可能となって、さらに機関高負荷側へ成層燃焼領
域を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】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。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】吸気行程燃料噴射を説明するための図1に相当
する概略縦断面図である。
【符号の説明】
1…吸気ポート 2…排気ポート 3…吸気弁 4…排気弁 5…ピストン 6…点火プラグ 7…燃料噴射弁 8…燃焼室周壁部分 9…突出部 9a…案内壁面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F02M 61/14 310 F02M 61/14 310S (72)発明者 友田 晃利 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8−135450(JP,A) 特開 平7−19054(JP,A) 特開 平8−177497(JP,A) 特開 平5−5416(JP,A) 特開 昭61−275546(JP,A) 特開 平2−104915(JP,A) 特開 平9−317476(JP,A) 特開 平9−228888(JP,A) 特開 平6−248954(JP,A) 実開 平4−6730(JP,U) 特公 昭51−16561(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02B 17/00 - 23/10 F02M 61/14

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 点火プラグと、気筒内へ直接的に燃料を
    噴射する燃料噴射弁とを具備し、前記燃料噴射弁は、上
    死点においてもピストン側面によって覆われることのな
    い垂直方向の略円筒状の燃焼室周壁部分へ向けて燃料を
    噴射するものであり、前記燃焼室周壁部分には案内側面
    を有する突出部が形成され、成層燃焼時において、前記
    燃料噴射弁から噴射された燃料は、前記燃焼室周壁部分
    に衝突した後に略水平方向に前記燃焼室周壁部分に沿っ
    て進行して前記突出部に達し、前記突出部の前記案内面
    によって前記点火プラグ方向へ導かれることを特徴とす
    る筒内噴射式火花点火内燃機関。
  2. 【請求項2】 前記燃料噴射弁は、二つの噴口を有し、
    前記点火プラグの両側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。
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