JP5605711B2 - 筒内直噴式火花点火内燃機関 - Google Patents
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Description
粒子状物質は人体への悪影響を危惧され、既にディーゼル機関では、その排出量が規制されている。直噴式火花点火ガソリン機関でも、今後排出量が規制される可能性がある。この解決策として、排気管に粒子状物質を除去するフィルタを設ける案がある。しかし、この案では、排気の流動性を阻害することで、内燃機関の性能低下を招き、またコストアップを招くという問題がある。
ピストンの保有熱は、主としてピストンリングを介してシリンダ壁面に伝達される。圧縮行程後半に行なわれる燃料噴射時点で、液体燃料が当る側の冷却水ジャケットをピストンリングの高さより上方に設けることで、ピストンリングに対する冷却性能を低下させることができる。これによって、ピストンリングからシリンダ壁面へ伝達する熱量を抑制できるので、ピストン頂面の温度を高温に維持でき、ピストン頂面のキャビティに当る液体燃料の気化率を向上できる。
本発明を筒内直噴式火花点火ガソリン機関に適用した第1実施形態を図1及び図2に基づいて説明する。本実施形態は、6気筒V型エンジンに適用した例であり、図2は、片側バンクを示す。図1の筒内直噴式火花点火ガソリン機関10Aにおいて、シリンダブロック12の内部にピストン14が往復動可能に配置されている。ピストン頂面16には、キャビティ18が設けられ、ピストン頂面16の上方には燃焼室bが形成されている。ピストン14の上方領域の外周面には、3箇所にリング状溝が設けられ、該リング状溝に3個のピストンリング19a〜cが装着されている。シリンダ12の上方には、シリンダヘッド20が設けられ、シリンダヘッド20には、吸気ポート22及び排気ポート24が設けられている。
次に、本発明を筒内直噴式火花点火ガソリン機関に適用した参考形態を図3によって説明する。本参考形態の筒内直噴式火花点火ガソリン機関10Bは、冷却水ジャケット34及び36を、シリンダブロック表面からの深さが同一となるように形成している。冷却水ジャケット34、42の断面積は、上方領域では同一とするが、冷却水ジャケット42の先端部42aの断面積を上方領域より小さく形成している。これによって、冷却水ジャケット42の冷却性能を冷却水ジャケット34の冷却性能より低下させている。その他の構成は前記第1実施形態と同一である。
次に、本発明を筒内直噴式火花点火ガソリン機関に適用した第2実施形態を図4によって説明する。本実施形態の筒内直噴式火花点火ガソリン機関10Cは、排気弁28側に設けられた冷却水ジャケット44の深さを特に既定したものである。即ち、冷却水ジャケット44の深さを、液体燃料噴射時に、ピストンリング19a〜cのうち、最上部に位置するピストンリング19aにまで達しない深さとしている。なお、冷却水ジャケット34及び44の断面積は同一とする。その他の構成は前記第1実施形態と同一である。
次に、本発明を筒内直噴式火花点火ガソリン機関に適用した第3実施形態を図5によって説明する。本実施形態の筒内直噴式火花点火ガソリン機関10Dは、排気弁側冷却水ジャケット46を前記第2実施形態よりさらに浅く形成したものである。即ち、冷却水ジャケット46の底を、液体燃料噴射時のピストン頂面16のシリンダボア壁側の縁部の位置より上方に配置したものである。その他の構成は前記第1実施形態と同一である。
次に、本発明を筒内直噴式火花点火ガソリン機関に適用した第4実施形態を図6によって説明する。本実施形態の筒内直噴式火花点火ガソリン機関10Eは、冷却水ジャケット34のうち、シリンダボア12a間の領域48を、インジェクタ32側の冷却水ジャケット34と同一の深さに形成したものである。この底深領域48は、インジェクタ32から噴射された液体燃料の噴射流fの噴射角θの外側に位置する領域である。その他の領域の冷却水ジャケット36の深さは、前記第1実施形態と同様に、冷却水ジャケット34より浅く形成されている。冷却水ジャケット36以外の構成は、前記第1実施形態と同一である。
次に、本発明を筒内直噴式火花点火ガソリン機関に適用した第5実施形態を図7によって説明する。本実施形態の筒内直噴式火花点火ガソリン機関10Fは、燃料噴射時に液体燃料が当るキャビティ18の対向側壁18bに、例えばチタン、銅、金、銀のような、熱伝導率が小さい低熱伝導部材からなる被覆層50を形成させたものである。ピストン14はアルミニウムで製造されている。被覆層50はアルミニウムより熱伝導率が小さい材質を用いる。その他の構成は前記第1実施形態と同一である。
12 シリンダブロック
12a シリンダボア
14,104,200 ピストン
16,104a、204 ピストン頂面
18,204a キャビティ
18a 底壁
18b 対向側壁
19a〜c ピストンリング
20,106 シリンダヘッド
22 吸気ポート
24 排気ポート
26,112 吸気弁
28、114 排気弁
30,117 点火プラグ
32,116 インジェクタ(燃料噴射弁)
34,36、42,44,46 冷却水ジャケット
38 傾斜面
40 水通路
42a 先端部
48 底深領域
50 被覆層
102 シリンダ
108 吸気管
110 排気管
118 燃料タンク
120 フィードポンプ
122 燃料供給管
124 高圧ポンプ
126 デリバリパイプ
128 排気浄化触媒
202 ピストン本体
206 凹部
208 低熱伝導部材
b 燃焼室
f 噴射流
θ 噴射角度
Claims (4)
- シリンダ壁内に冷却水ジャケットが設けられ、液体燃料を圧縮行程後半に燃焼室内に直接噴射し、この噴射燃料をピストン頂面のキャビティに衝突させて気化させ、高濃度の混合気を点火プラグ近傍へ導くようにした筒内直噴式火花点火内燃機関において、
液体燃料が当る側のシリンダ壁内に設けられた冷却水ジャケットの容積を、燃料噴射弁が設けられた側のシリンダ壁内に設けられた冷却水ジャケットより低減させ、液体燃料が当る側のピストン頂面を燃料噴射弁設置側のピストン頂面より高温に維持し、ピストン頂面のキャビティに衝突させた液体燃料の気化率を増大させるように、前記液体燃料が当る側のシリンダ壁内に設けられた冷却水ジャケットは、圧縮行程後半に行われる燃料噴射時点でピストンリングの高さより上方に設けられていることを特徴とする筒内直噴式火花点火内燃機関。 - 前記燃料噴射弁が吸気弁設置側のシリンダヘッド周縁部に設けられ、前記液体燃料が当る側のシリンダヘッドに排気弁が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の筒内直噴式火花点火内燃機関。
- シリンダブロックに複数のシリンダボアが隣接配置され、前記液体燃料が当る側のシリンダ壁内に設けられた冷却水ジャケットの深さを、前記燃料噴射弁から噴射される液体燃料の噴射方向から外れたシリンダボア間の領域で、前記燃料噴射弁が設けられた側のシリンダ壁内に設けられた冷却水ジャケットの深さと同等にしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の筒内直噴式火花点火内燃機関。
- 液体燃料が当る領域のピストン頂面に、ピストン本体を構成する材料より熱伝導性が悪い材料からなる被覆層を形成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の筒内直噴式火花点火内燃機関。
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