JP4120799B2 - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

内燃機関の燃料噴射装置 Download PDF

Info

Publication number
JP4120799B2
JP4120799B2 JP2003038824A JP2003038824A JP4120799B2 JP 4120799 B2 JP4120799 B2 JP 4120799B2 JP 2003038824 A JP2003038824 A JP 2003038824A JP 2003038824 A JP2003038824 A JP 2003038824A JP 4120799 B2 JP4120799 B2 JP 4120799B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
fuel injection
fuel spray
internal combustion
spark plug
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003038824A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2004245202A (ja
Inventor
茂雄 山本
大 田中
徹夫 片岡
彰仁 宮本
隆弘 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Motors Corp
Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Motors Corp
Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Motors Corp, Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd filed Critical Mitsubishi Motors Corp
Priority to JP2003038824A priority Critical patent/JP4120799B2/ja
Priority to DE102004007408A priority patent/DE102004007408B4/de
Publication of JP2004245202A publication Critical patent/JP2004245202A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4120799B2 publication Critical patent/JP4120799B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1806Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
    • F02M61/184Discharge orifices having non circular sections
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10Other 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
    • F02B23/104Other 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10Other 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
    • F02B2023/103Other 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 having a multi-hole nozzle for generating multiple sprays
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/12Other methods of operation
    • F02B2075/125Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射型火花点火内燃機関(以下、単にエンジンという)の燃料噴射装置に関するものである。
【0002】
【関連する背景技術】
筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射型のエンジンでは、筒内での燃焼状態に燃料の噴霧形状が大きく関与することから、適切な燃料噴霧を形成するために種々の提案がなされており、例えば燃料噴射弁として、燃料噴霧を円錐状に拡散させるスワールインジェクタを用いたものがある。当該スワールインジェクタは、燃焼室の略中央の点火プラグを避けた位置に傾斜して配置されるため、燃料噴霧は拡散に伴って下方にも広がり、燃料噴霧の下側とピストン頂面との空間距離が狭くなる傾向がある。
【0003】
このため吸気行程噴射、特に混合促進やシリンダ壁への噴霧衝突防止等を目的として上死点近くで燃料を噴射する早期噴射を実施した場合には、ピストン頂面への噴霧衝突の割合が増加し、燃料がピストン頂面に液相のまま残存して、熱効率の低下やHC、スート、スモーク等(以下、まとめてエミッションという)の増大を招いてしまうという問題があった。又、この対策としてスワールインジェクタの噴霧角度を狭めると、燃料噴霧と空気との接触面積が減少して混合が悪化するため、全域での熱効率の低下やエミッションの悪化を招くという別の問題が発生してしまう。
【0004】
一方、スワールインジェクタでは円錐状噴霧の中心部が空気と混合し難いことに着目し、断面逆V字状の燃料噴霧を形成するようにノズル構造を設定して、均一な混合を図った燃料噴射弁が提案されている(例えば、特許文献1)。
【0005】
【特許文献1】
特許第3343672号明細書
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1に記載された技術でも上記した問題の解決策とはなり得なかった。
即ち、燃料噴霧は、下方側でピストンとの空間距離に関する制限を受けるだけでなく、上方側でも点火プラグとの間で制限を受けるため、空間距離の確保のために燃料噴射弁をより水平に近い角度に配置すると、燃料噴霧が点火プラグに衝突して燻りを発生させてしまう。従って、点火プラグの燻りを回避するため、当該特許文献1の技術で燃料噴霧を下向きに噴射すると、上記スワールインジェクタと同様にピストン頂面に燃料噴霧が衝突し、熱効率の低下やエミッションの増大を引き起こすという問題は避けられなかった。
【0007】
本発明の目的は、燃料噴霧の点火プラグへの衝突を防止しつつ、燃料噴霧とピストン頂面との空間距離を確保して、燃料噴霧のピストン頂面への衝突を防止でき、もって、熱効率の改善とエミッションの低減を達成することができる内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、内燃機関の燃焼室の略中央に点火プラグを配設すると共に、燃焼室の一側に、点火プラグの軸線に対して所定角度をもって交差する燃料噴霧を噴射するようにシリンダヘッドに燃料噴射弁を配設し、内燃機関の吸気行程において燃料噴射弁から燃焼室内に直接燃料を噴射して均一燃焼を行う内燃機関の燃料噴射装置において、燃料噴射弁が、点火プラグ下方で不連続な扁平状の第1及び第2翼からなる燃料噴霧を形成して、第1及び第2翼間の燃料噴霧の不連続箇所を点火プラグと対応させ、且つ燃料噴霧とピストン頂面との間に空間距離を確保するように、第1及び第2翼に対応する複数の噴孔が離間して形成されたものである。
【0009】
従って、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧は、側面視において点火プラグの軸線に対して所定角度をもって交差し、平面視においては燃焼室の略中央に位置する点火プラグに向けて噴射される。このときの燃料噴霧は、燃料噴射弁の複数の噴孔に対応する不連続な第1及び第2翼からなり、これらの第1及び第2翼の間に形成された燃料が存在しない領域、若しくは燃料希薄な領域(燃料噴霧の不連続箇所)が点火プラグに対応するため、点火プラグへの燃料噴霧の衝突が未然に防止される。
【0010】
よって、燃料噴霧の衝突による点火プラグの燻りを回避した上で、燃料噴霧をより水平に近い角度で噴射することが可能となり、もって、燃料噴霧とピストン頂面との空間距離を確保して、燃料噴霧のピストン頂面への衝突を防止可能となる。
又、燃料噴霧の第1及び第2翼は扁平状をなすため、広い面積をもって吸気と接触して良好に混合される。
【0011】
請求項2の発明は、内燃機関の燃焼室の略中央に点火プラグを配設すると共に、燃焼室の一側に、点火プラグの軸線に対して所定角度をもって交差する燃料噴霧を噴射するようにシリンダヘッドに燃料噴射弁を配設し、内燃機関の吸気行程において燃料噴射弁から燃焼室内に直接燃料を噴射して均一燃焼を行う内燃機関の燃料噴射装置において、燃料噴射弁が、点火プラグ下方で不連続な扁平状をなし、且つ、燃料噴射に沿った方向から見て離間し下流で広がる第1及び第2翼からなる燃料噴霧の主流を形成して、第1及び第2翼間の燃料噴霧の不連続箇所を点火プラグと対応させ、且つ燃料噴霧とピストン頂面との間に空間距離を確保するように、第1及び第2翼に対応する複数の噴孔が離間して形成されたものである。
【0012】
従って、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧は、側面視において点火プラグの軸線に対して所定角度をもって交差し、平面視においては燃焼室の略中央に位置する点火プラグに向けて噴射される。このときの燃料噴霧は、燃料噴射弁の複数の噴孔に対応する不連続な第1及び第2翼からなり、これらの第1及び第2翼の間に形成された燃料の主流が存在しない領域、若しくは燃料希薄な領域(燃料噴霧の不連続箇所)が点火プラグに対応するため、点火プラグへの燃料噴霧の衝突が未然に防止される。
【0013】
よって、燃料噴霧の衝突による点火プラグの燻りを回避した上で、燃料噴霧をより水平に近い角度で噴射することが可能となり、もって、燃料噴霧とピストン頂面との空間距離を確保して、燃料噴霧のピストン頂面への衝突を防止可能となる。
又、燃料噴霧の第1及び第2翼は扁平状をなして広い面積をもって吸気と接触する上に、これらの第1及び第2翼は点火プラグへの燃料噴霧の衝突を防止するために離間しているが下流ほど広がるので、燃料噴霧と吸気との接触面積が更に拡大されて一層良好に混合される。
【0014】
請求項3の発明は、請求項2において、燃料噴射弁の複数の噴孔が、略ハ字状、又は峰部が不連続な逆V字状或いは逆U字状をなすように形成されたものである。
従って、燃料噴射弁の噴孔と対応して、略ハ字状、又は峰部が不連続な逆V字状或いは逆U字状の断面形状をなすように燃料噴霧が噴射され、これらの燃料噴霧は不連続な第1及び第2翼から構成されて点火プラグへの燃料噴霧の衝突を防止すると共に、ピストン頂面との空間距離を確保して燃料噴霧のピストン頂面への衝突を防止する一方、第1及び第2翼は扁平状をなすと共に下方ほど広がるため、広い面積をもって吸気と接触して良好に混合される。
【0015】
請求項4の発明は、請求項1又は2において、燃料噴射弁の複数の噴孔が、第1及び第2翼に対応してそれぞれ複数の噴孔からなる第1及び第2の噴孔群として形成されたものである。
従って、第1及び第2の噴孔群をそれぞれ複数の噴孔により構成するため、各噴孔の径、又はスリットの幅が縮小されて燃料噴霧の微粒化を図ることが可能となる。
【0016】
請求項5の発明は、請求項1又は2において、燃料噴霧流束の第1及び第2翼の各上端が点火プラグの下方近傍を通過するように、燃料噴射弁の取付角度または燃料噴霧角が設定されたものである。
従って、燃料噴霧の第1及び第2翼の各上端は点火プラグの下方近傍を通過し、点火プラグへの燃料噴霧の衝突が一層確実に防止される。
【0017】
請求項6の発明は、請求項1又は2において、燃焼室に、それぞれ吸気弁により開閉される一対の吸気ポートが開口形成され、両吸気ポートの間に燃料噴射弁が配設されたものである。
従って、吸気弁の開弁に伴って、吸気ポートを経た吸気は吸気弁の傘部に衝突しながら燃焼室内に流入される。このときの燃焼室内での吸気流の生起状況は、一対の吸気ポートの併設方向、及びそれと直交する方向に応じて異なり、併設方向と直交する方向では、吸気が吸気弁の傘部により吸気側と排気側とに分流されるのに対し、吸気ポートの併設方向では、隣合う吸気ポートの内側で吸気が衝突すると共に、併設方向と直交する方向に対応した下降気流が認められる。
【0018】
その結果、燃焼室内では主に吸気ポートの併設方向と直交する方向において、吸気側と排気側とに向かう2つの比較的強い吸気流が生起されて、これらの吸気は吸気側及び排気側のシリンダ壁に沿って下降してピストン頂面に流れ込む。これらの吸気流により吸気ポート間の燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が包み込まれるため、燃料噴霧のピストン頂面への接触が抑制されると共に、上方の点火プラグへの接触や側方のシリンダ壁への接触も抑制される。又、吸気側及び排気側からピストン頂面に流れ込んだ吸気流は頂面上で衝突して上昇気流となった後に渦流を形成するため、吸気流の攪拌作用により燃料噴霧との混合がより促進される。
【0019】
【発明の実施の形態】
[第1実施形態]
以下、本発明を具体化したエンジンの燃料噴射装置の第1実施形態を説明する。
本実施形態のエンジンは気筒当たり4弁を備えた直列4気筒ガソリンエンジンとして構成されている。図1は当該エンジンの特定気筒におけるヘッド部分の構成を示す断面図であり、図中の上段には平断面が、下段には側断面が相互に関連付けて表されている。以下、同図に従って特定気筒のヘッド部分の構成を説明するが、他の気筒も全く同一構成となっている。
【0020】
シリンダブロック1のシリンダ1a内には摺動自在にピストン2が嵌挿され、これらのシリンダ1a内及びピストン2の頂面とシリンダヘッド3の下面との間には燃焼室4が形成されている。尚、本実施形態では、頂面が平坦なピストン2を用いているが、頂面の形状はこれに限ることはなく、例えば頂面を浅い凹状に形成してもよい。
【0021】
シリンダヘッド3には燃焼室4内の略中央に臨むように点火プラグ5が配設され、この点火プラグ5を中心として、図中の左方には一対の吸気ポート6(一方のみ図示)の一端側が開口し、図中の右方には同じく一対の排気ポート7(一方のみ図示)の一端が開口している。各吸気ポート6には吸気弁6aが、各排気ポート7には排気弁7aがそれぞれ配設され、これらの吸排気弁6a,7aは、図示しないカム軸によりクランク軸の回転に同期して対応するポート6,7を開閉する。
【0022】
吸気ポート6及び排気ポート7は一般的なエンジンと同様の形状をなしており、図示はしないが、吸気ポート6の他端側はシリンダヘッド3の一側面に開口して、スロットル弁等が備えられた吸気通路と連通し、一方、排気ポート7の他端側はシリンダヘッド3の他側面に開口して、触媒や消音器が備えられた排気通路と連通している。吸気通路からの吸気はスロットル弁で流量調整された後に吸気弁6aの開弁に伴って吸気ポート6から燃焼室4内に流入される一方、燃焼室4内で燃焼後の排ガスは排気弁7aの開弁に伴って排気ポート7から排気通路に案内されて、触媒及び消音器を経て外部に排出される。
【0023】
シリンダヘッド3の両吸気ポート6の間には、燃焼室4の外周側に位置するように燃料噴射弁8が設けられ、燃料噴射弁8は水平より若干先端側を下方に傾斜させた姿勢に保持されて、その先端を点火プラグ5に向けて指向させている。その結果、燃料噴射弁8からは、側面視において点火プラグ5の軸線Lに対して所定角度をもって交差し、且つ、平面視においては点火プラグ5の軸線Lに向けて燃料噴霧Fが噴射される。
【0024】
図2は燃料噴射弁8のノズル構造を示す図1の上段に対応する平断面図、図3は同じくノズル構造を示す図2のA矢視図、図4は図2のA矢視から見た燃料噴霧Fの断面形状を示す図である。燃料噴射弁8の先端には一対のスリット状をなす噴孔8aが形成され(所謂マルチスリットタイプ)、図4に示すように、両噴孔8aは相互に離間して略ハ字状をなしている。このノズル構造により、両噴孔8aからは噴射方向と直交する方向の断面形状が略ハ字状をなす燃料噴霧Fが噴射され、この燃料噴霧Fは扁平状をなす第1翼F1及び第2翼F2から形成されて、これらの第1翼F1及び第2翼F2の間の不連続な箇所(図4の左右方向中央で途切れている箇所)には、燃料がほとんど存在しない燃料希薄領域Eが形成されている。
【0025】
又、噴射後の燃料噴霧Fの各翼F1,F2は次第に広がり拡散するが、図1の下段に示すように、水平(例えば、シリンダヘッド3の下面)を基準とした燃料噴霧Fの下端の稜線角度θ1は30〜45°の範囲となるように、同じく水平を基準とした燃料噴霧Fの上端の稜線角度θ2は20〜−15°(負の場合は燃料噴霧Fが水平より上方に拡散することを意味する)の範囲となるように、燃料噴射弁8の取付角度や噴孔8aの形状等が設定されている。又、図1上段に対応した平断面図で燃料噴霧Fの拡散角度ψは50〜80°の範囲となるように、同じく各翼F1,F2間の離間角度ψ0は5〜20°の範囲となるように設定されている。
【0026】
ここで、稜線角度θ1は、ピストン頂面への燃料噴霧Fの衝突を防止可能な値として設定されたものであり、所定の燃料噴射時期(換言すれば、ピストン位置)において、燃料噴霧Fの下端とピストン頂面との間にある程度の空間距離が確保されるように設定されている。又、稜線角度θ2は、燃料噴霧Fの主流上端が点火プラグ5の直下を通過するように設定されている。
【0027】
又、双方の稜線角度の差(θ1−θ2)が燃料噴霧Fの上下方向の拡散角度θ0となるが、当該拡散角度θ0は上記した稜線角度θ1,θ2の設定の結果、例えば一般的な筒内噴射型エンジンに用いられるスワールインジェクタ等と比較して狭く設定されている。
尚、最適な稜線角度θ1は、燃料噴射弁8の取付角度や燃料噴射時期等に応じて異なり、同じく最適な稜線角度θ2は、燃料噴射弁8と点火プラグ5との位置関係等に応じて異なる。又、(ψ−ψ0)は、第1翼F1の拡散角度ψ1及び第2翼F2の拡散角度ψ2の総計となるが、拡散角度ψ1,ψ2は必ずしも同じ値でなくてもよい。尚、最適な拡散角度ψ、離間角度ψ0はシリンダボア径や点火プラグサイズに応じて異なる。よって、稜線角度θ1,θ2、拡散角度ψ、離間角度ψ0は必ずしも上記範囲内に限ることはなく、エンジンの仕様に応じて任意に設定できる。
【0028】
ここで、燃料噴霧Fの主流とは、図1上段の平断面図のψ1,ψ2の角度範囲、且つ、図1下段の側断面図の拡散角度θ0の角度範囲にある燃料噴霧を意味する。
一方、燃料噴射弁8に供給される燃料圧は、上記スワールインジェクタ等に適用される燃料圧(5〜8MPa程度)に比較して高く設定され、例えば12〜20MPaに設定されている。
【0029】
以上のように構成されたエンジンは図示しないECU(電子制御ユニット)により総合的に制御される。燃料噴射制御については、本実施形態のエンジンでは運転領域に関わらず常に吸気行程で燃料噴射を実行しており、噴射した燃料噴霧Fを吸気と十分に混合させて燃焼に供する均一燃焼を実現している。そこで、この均一燃焼時において、上記稜線角度θ1,θ2、拡散角度θ0,ψ1,ψ2、離間角度ψ0(これらを燃料噴霧角と総称する)に基づいて行われる燃料噴霧Fの移送状況を図5〜10に従って説明する。
【0030】
図5は噴射中の燃料噴霧Fを示す図、図6は拡散初期の燃料噴霧Fを示す図、図7は拡散終期の燃料噴霧Fを示す図であり、図1と同じく各図中の上段には平断面が、下段には側断面が表されている。又、図8は図5のB矢視から見た側断面図、図9は図6のC矢視から見た側断面図、図10は図7のD矢視から見た側断面図である。
【0031】
まず、燃料噴射に先行して排気行程の終了直前に吸気弁6aが開弁され始め、その後に吸気行程に移行し、図5,8に示すように排気弁7が閉弁されて所定のクランク角に達すると、燃料噴射弁8から燃料が噴射される。上記のように噴射された燃料噴霧Fは、断面略ハ字状をなしながら下端及び上端の稜線角度θ1,θ2、及び左右の拡散角度ψ1,ψ2、離間角度ψ0に沿って次第に拡散する。燃料噴霧Fは扁平状の断面略ハ字状をなすため、広い面積をもって吸気と接触して良好に混合される。又、燃料圧が比較的高く設定されて燃料噴霧Fが微粒化されていることも、燃料噴霧Fと吸気との混合促進に貢献する。
【0032】
図6,9に示すように、燃料噴射の終了後も燃料噴霧Fは拡散し続けるが、上記稜線角度θ1の設定に基づいて燃料噴霧Fの下端とピストン頂面との空間距離が確保されるため、燃料噴霧Fのピストン頂面への衝突が未然に防止される。又、噴射後の燃料噴霧Fの上端は上記稜線角度θ2に基づいて点火プラグ5の直下を通過するが、図8,9から明らかなように、このとき拡散角度ψで噴射された燃料噴霧Fの中央には、燃料希薄領域Eが離間角度ψ0をもって形成されて点火プラグ5に対応するため、点火プラグ5への燃料噴霧Fの衝突が未然に防止される。
【0033】
このとき、噴射された燃料噴霧Fの主流の動圧によって主流の周囲に慣性で誘発された空気流が生じ、この空気流に運動量を喪失した燃料微粒子が取り込まれて点火プラグ5側にも拡散してくるが、これらの噴霧は十分に微粒化しているので気化し易く、点火プラグ5の燻りを引き起こすことはない。
一方、燃料噴射と並行して燃焼室4内には吸気弁6aの開弁に伴って吸気が流入される。吸気は吸気弁6aの傘部に衝突しながら燃焼室4内に流入されるが、一対の吸気ポート6が併設されているため、吸気ポート6の併設方向、及びそれと直交する方向では、燃焼室4内での吸気流の生起状況が異なる。
【0034】
即ち、吸気ポート6の併設方向と直交する方向(図6の左右方向)では、吸気は吸気弁6aの傘部により吸気側と排気側とに分流されるのに対し、吸気ポート6の併設方向(図9の左右方向)では、隣合う吸気ポート6の内側で吸気が衝突すると共に、併設方向と直交する方向に対応した下降気流が認められる。その結果、図6に矢印で示すように、燃焼室4内では主に吸気側と排気側とに向かう2つの比較的強い吸気流が生起されて、これらの吸気は吸気側及び排気側のシリンダ壁に沿って下降してピストン頂面にそれぞれ流れ込む。
【0035】
図7,10に示すように、噴射終了後、時間の経過と共に運動量を喪失した燃料噴霧Fは吸気と混合しながら更に拡散するが、ピストン頂面に流れ込んだ吸気が遮断作用を奏するため、この拡散中においても燃料噴霧Fのピストン頂面への接触が抑制される。又、燃料噴霧F全体が吸気流に包み込まれた状態となるため、ピストン頂面のみならず上方の点火プラグ5への接触や側方のシリンダ壁への接触も抑制される。そして、ピストン頂面に流れ込んだ吸気は頂面略中央で衝突して上昇気流を生起しながら更に燃料噴霧Fと混合し、燃焼室内に均一な混合気を形成する。その後、エンジンは吸気行程から圧縮行程に移行し、圧縮上死点近傍で点火プラグ5により混合気が点火されて均一燃焼が実現される。
【0036】
以上のように本実施形態のエンジンの燃料噴射装置では、燃料噴射弁8から断面略ハ字状をなす燃料噴霧Fを噴射するようにしたため、燃料噴霧Fの中央に形成された燃料希薄領域Eが点火プラグ5に対応して、燃料噴霧Fの点火プラグ5への衝突を未然に防止できる。よって、燃料噴霧Fの衝突による点火プラグ5の燻りを回避した上で、例えば断面逆V字型の燃料噴霧Fを形成する特許文献1の技術に比較して、燃料噴射弁8をより水平に近い角度に配置可能となる。
【0037】
その結果、燃料噴霧Fの下端とピストン頂面との空間距離を確保して、燃料噴霧Fのピストン頂面への衝突を防止でき、もって、熱効率の改善とエミッションの低減を達成することができる。又、空間距離を確保できることで燃料噴射時期を早めることが可能となり、結果として混合促進やシリンダ壁への噴霧衝突防止等の早期噴射による利点を得ることができる。
【0038】
又、扁平状で断面略ハ字状をなす燃料噴霧Fにより広い面積をもって吸気と接触させ、しかも、高い燃料圧により燃料噴霧Fを微粒化しているため、燃料噴霧Fと吸気との混合を促進でき、この要因も上記熱効率の改善とエミッションの低減に貢献することになる。
更に、燃料噴霧Fの上端が点火プラグの直下を移送されるように稜線角度θ2を設定したため、上記燃料希薄領域Eによる作用と相俟って、燃料噴霧Fが点火プラグ5に衝突する事態を一層確実に防止することができる。
【0039】
一方、エンジンを吸気2弁の構成とし、両吸気弁6aの間に燃料噴射弁8を配設したため、吸気弁6aの傘部を利用して吸気弁6aの配列方向と直交する方向に向かう2つの比較的強い吸気流を生起でき、それらの吸気流により燃料噴霧Fを包み込むことで、拡散中の燃料噴霧Fのピストン頂面、点火プラグ5、シリンダ壁への接触を確実に抑制できる上に、吸気流の攪拌作用により燃料噴霧Fとの混合をより促進できる。よって、上記熱効率の改善とエミッションの低減を一層確実なものとすることができる。
【0040】
又、燃料噴射弁8の構成は、一般的なものに比較して噴孔8aの形状が異なるだけであり、例えば燃料噴霧を円錐状に拡散させるための構造と要するスワールインジェクタと比較して、非常に安価に製造できるという利点もある。
[第2実施形態]
次に、本発明を具体化したエンジンの燃料噴射装置の第2実施形態を説明する。尚、本実施形態の燃料噴射装置は、第1実施形態における燃料噴射弁8の噴孔8aの形状を変更したものであり、その他の構成は同一である。よって、共通の構成部分は同一部材番号を付して説明を省略し、相違点を重点的に説明する。
【0041】
図11は本実施形態の燃料噴射弁のノズル構造を示す図、図12は燃料噴霧Fの断面形状を示す図であり、各図は上記第1実施形態の図3,4と対応して示されている。
これらの図に示すように、本実施形態の燃料噴射弁8では、スリット状をなす一対の噴孔11が相互に離間して一直線状に形成されている。この場合でも燃料噴霧Fは噴孔11と対応する断面形状で噴射され、扁平状をなす第1翼F1及び第2翼F2との間に燃料希薄部Eが形成される。よって、燃料噴射時には燃料希薄領域Eが点火プラグ5に対応して、点火プラグ5への燃料噴霧Fの衝突が未然に防止され、重複する説明はしないが、上記第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【0042】
燃料噴射弁8の噴孔の形状はその他にも種々に変更可能であり、例えば図13に示すように、峰部が不連続な逆V字状の噴孔12を形成したり、或いは図14に示すように、峰部が不連続な逆U字状の噴孔13を形成したりしてもよい。図示はしないが、これらの場合でも燃料噴霧Fは噴孔12,13と対応する断面形状で噴射されるため、第1翼F1及び第2翼F2の間に燃料希薄部Eが形成されて、上記第1及び第2実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【0043】
又、図15に示すように、左右にスリット状の噴孔14を一対ずつ併設してもよく、このように構成した場合には、併設した噴孔14から噴射された燃料噴霧Fが衝突しながら合流するため、より扁平な第1翼F1及び第2翼F2が形成され、接触面積の増大に伴って吸気との混合を一層促進できる。
一方、図16,17に示すように、左右の噴孔を、複数の噴孔16a,17からなる第1及び第2の噴孔群16,17として形成してもよい(所謂マルチホールタイプ)。図16の噴孔群16は、図3のスリット状の噴孔8aと同様の機能を奏し、図17の噴孔群17は、図15のスリット状の噴孔14と同様の機能を奏するが、これらのスリット状の噴孔8a,15に比較して各噴孔16a,17aの径が縮小されるため、燃料噴霧Fを微粒化して吸気との混合を一層促進できる。
【0044】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態では、4弁式の直列4気筒ガソリンエンジンの燃料噴射装置として具体化したが、エンジンの動弁機構を吸排気2弁に変更したり、或いはエンジンの気筒配列を変更したりしてもよい。
又、上記各実施形態では、燃料噴射を吸気行程のみで実行したが、例えばエンジンの運転領域に応じて吸気行程と圧縮行程とで燃料噴射を切換えるように構成し、吸気行程噴射において上記各実施形態と同様の作用効果を得るようにしてもよい。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1の発明の内燃機関の燃料噴射装置によれば、燃料噴霧の点火プラグへの衝突を防止しつつ、燃料噴霧とピストン頂面との空間距離を確保して、燃料噴霧のピストン頂面への衝突を防止でき、しかも、燃料噴霧と吸気とを広い接触面積をもって良好に混合でき、もって、熱効率の改善とエミッションの低減を達成することができる。
【0046】
請求項2,3の発明の内燃機関の燃料噴射装置によれば、燃料噴霧の点火プラグへの衝突を防止しつつ、燃料噴霧とピストン頂面との空間距離を確保して、燃料噴霧のピストン頂面への衝突を防止でき、しかも、燃料噴霧と吸気とを一層広い接触面積をもって良好に混合でき、もって、熱効率の改善とエミッションの低減を達成することができる。
【0047】
請求項4の発明の内燃機関の燃料噴射装置によれば、請求項1又は2に加えて、燃料噴霧の微粒化により、更なる熱効率の改善とエミッションの低減を達成することができる。
請求項5の発明の内燃機関の燃料噴射装置によれば、請求項1又は2に加えて、点火プラグへの燃料噴霧の衝突を一層確実に防止して、更なる熱効率の改善とエミッションの低減を達成することができる。
【0048】
請求項6の発明の内燃機関の燃料噴射装置によれば、請求項1又は2に加えて、点火プラグ、シリンダ壁、ピストン頂面への燃料噴霧の接触を確実に抑制できると共に、吸気流の攪拌作用により燃料噴霧との混合をより促進でき、更なる熱効率の改善とエミッションの低減を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態のエンジンのヘッド部分の構成を示す断面図である。
【図2】燃料噴射弁のノズル構造を示す図1の上段に対応する平断面図である。
【図3】同じくノズル構造を示す図2のA矢視図である。
【図4】図2のA矢視から見た燃料噴霧の断面形状を示す図である。
【図5】噴射中の燃料噴霧を示す図である。
【図6】拡散初期の燃料噴霧を示す図である。
【図7】拡散終期の燃料噴霧を示す図である。
【図8】図5のB矢視から見た側断面図である。
【図9】図6のC矢視から見た側断面図である。
【図10】図7のD矢視から見た側断面図である。
【図11】第2実施形態の燃料噴射弁のノズル構造を示す図である。
【図12】燃料噴霧の断面形状を示す図である。
【図13】噴孔を逆V字状に形成した別例を示す図である。
【図14】噴孔を逆U字状に形成した別例を示す図である。
【図15】左右の噴孔を一対のスリット状に形成した別例を示す図である。
【図16】左右の噴孔を噴孔群として形成した別例を示す図である。
【図17】左右の噴孔を噴孔群として形成した別例を示す図である。
【符号の説明】
4 燃焼室
5 点火プラグ
6 吸気ポート
6a 吸気弁
8 燃料噴射弁
16,17 噴孔群
F 燃料噴霧
F1 第1翼
F2 第2翼
8a,11〜15,16a,17a 噴孔

Claims (6)

  1. 内燃機関の燃焼室の略中央に点火プラグを配設すると共に、該燃焼室の一側に、点火プラグの軸線に対して所定角度をもって交差する燃料噴霧を噴射するようにシリンダヘッドに燃料噴射弁を配設し、上記内燃機関の吸気行程において上記燃料噴射弁から燃焼室内に直接燃料を噴射して均一燃焼を行う内燃機関の燃料噴射装置において、
    上記燃料噴射弁は、上記点火プラグ下方で不連続な扁平状の第1及び第2翼からなる燃料噴霧を形成して、該第1及び第2翼間の燃料噴霧の不連続箇所を上記点火プラグと対応させ、且つ該燃料噴霧とピストン頂面との間に空間距離を確保するように、該第1及び第2翼に対応する複数の噴孔が離間して形成されたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
  2. 内燃機関の燃焼室の略中央に点火プラグを配設すると共に、該燃焼室の一側に、点火プラグの軸線に対して所定角度をもって交差する燃料噴霧を噴射するようにシリンダヘッドに燃料噴射弁を配設し、上記内燃機関の吸気行程において上記燃料噴射弁から燃焼室内に直接燃料を噴射して均一燃焼を行う内燃機関の燃料噴射装置において、
    上記燃料噴射弁は、上記点火プラグ下方で不連続な扁平状をなし、且つ、燃料噴射に沿った方向から見て離間し下流で広がる第1及び第2翼からなる燃料噴霧の主流を形成して、該第1及び第2翼間の燃料噴霧の不連続箇所を上記点火プラグと対応させ、且つ該燃料噴霧とピストン頂面との間に空間距離を確保するように、該第1及び第2翼に対応する複数の噴孔が離間して形成されたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
  3. 上記燃料噴射弁の複数の噴孔は、略ハ字状、又は峰部が不連続な逆V字状或いは逆U字状をなすように形成されたことを特徴とする請求項2記載の内燃機関の燃料噴射装置。
  4. 上記燃料噴射弁の複数の噴孔は、上記第1及び第2翼に対応してそれぞれ複数の噴孔からなる第1及び第2の噴孔群として形成されたことを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の燃料噴射装置。
  5. 上記燃料噴射弁は、上記燃料噴霧流束の第1及び第2翼の各上端が上記点火プラグの下方近傍を通過するように、取付角度または燃料噴霧角が設定されたことを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の燃料噴射装置。
  6. 上記燃焼室には、それぞれ吸気弁により開閉される一対の吸気ポートが開口形成され、両吸気ポートの間に上記燃料噴射弁が配設されたことを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の燃料噴射装置。
JP2003038824A 2003-02-17 2003-02-17 内燃機関の燃料噴射装置 Expired - Fee Related JP4120799B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003038824A JP4120799B2 (ja) 2003-02-17 2003-02-17 内燃機関の燃料噴射装置
DE102004007408A DE102004007408B4 (de) 2003-02-17 2004-02-16 Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003038824A JP4120799B2 (ja) 2003-02-17 2003-02-17 内燃機関の燃料噴射装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004245202A JP2004245202A (ja) 2004-09-02
JP4120799B2 true JP4120799B2 (ja) 2008-07-16

Family

ID=32821090

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003038824A Expired - Fee Related JP4120799B2 (ja) 2003-02-17 2003-02-17 内燃機関の燃料噴射装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP4120799B2 (ja)
DE (1) DE102004007408B4 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7565893B2 (en) 2007-09-10 2009-07-28 Gm Global Technology Operations, Inc. Spark ignited direct injection flow geometry for improved combustion

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3343672B2 (ja) * 1997-08-18 2002-11-11 愛三工業株式会社 燃料噴射弁
FR2777604B1 (fr) * 1998-04-15 2000-12-22 Magneti Marelli France Pulverisateur a jet incline et dirige, pour injecteur de moteur a injection directe et allumage commande, et injecteur equipe d'un tel pulverisateur
DE10026324A1 (de) * 2000-05-26 2001-11-29 Bosch Gmbh Robert Brennstoffeinspritzsystem
DE10124750A1 (de) * 2001-05-21 2002-11-28 Bosch Gmbh Robert Brennstoffeinspritzsystem
JP3912194B2 (ja) * 2002-06-11 2007-05-09 マツダ株式会社 火花点火式直噴エンジン

Also Published As

Publication number Publication date
DE102004007408A1 (de) 2004-09-02
JP2004245202A (ja) 2004-09-02
DE102004007408B4 (de) 2008-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3163906B2 (ja) 筒内噴射式火花点火機関
US6782867B2 (en) Direct injection gasoline engine
CN1262757C (zh) 燃料喷射系统
JP4047177B2 (ja) 燃料噴射システム
US6854440B2 (en) Internal combustion engines and control
JP4054223B2 (ja) 筒内噴射型エンジンおよび筒内噴射型エンジンの制御方法
JP2000170537A (ja) 筒内噴射式エンジン
JP6508240B2 (ja) 火花点火式内燃機関
JP3612874B2 (ja) 筒内噴射型エンジン
JP4120799B2 (ja) 内燃機関の燃料噴射装置
JP2004245204A (ja) 内燃機関の燃料噴射装置
WO2021161552A1 (ja) 副室式エンジン
JP2005351200A (ja) 筒内噴射式火花点火内燃機関
JP2006037794A (ja) 筒内直接噴射式火花点火内燃機関
US7571708B2 (en) Spark ignited direct injection targeting for improved combustion
JP3832584B2 (ja) 内燃機関の燃料噴射装置
JP3838346B2 (ja) 筒内噴射式火花点火内燃機関
AU2001237137B2 (en) Internal combustion engines and control
JP2004138028A (ja) 筒内噴射型火花点火内燃機関
JP2004316568A (ja) 筒内直接噴射式内燃機関
JP4134735B2 (ja) 筒内直噴火花点火式内燃機関の制御装置
JP3633423B2 (ja) 筒内噴射式火花点火内燃機関
JP2534629B2 (ja) エンジンの吸気装置
JP3858774B2 (ja) 筒内噴射式火花点火内燃機関の制御装置
JP2002206459A (ja) 筒内噴射火花点火式内燃機関

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050520

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070531

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070606

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070726

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070912

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071106

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071226

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080402

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080415

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110509

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4120799

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110509

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120509

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130509

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140509

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees