JPH0713461B2 - 筒内直接噴射式火花点火機関 - Google Patents
筒内直接噴射式火花点火機関Info
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- JPH0713461B2 JPH0713461B2 JP61004183A JP418386A JPH0713461B2 JP H0713461 B2 JPH0713461 B2 JP H0713461B2 JP 61004183 A JP61004183 A JP 61004183A JP 418386 A JP418386 A JP 418386A JP H0713461 B2 JPH0713461 B2 JP H0713461B2
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- JP
- Japan
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- injection
- fuel
- combustion chamber
- spray
- solid flow
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/12—Other methods of operation
- F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ピストン頂部に凹部を形成して燃焼室を設
け、該燃焼室に燃料噴射ノズルと点火プラグを臨ませ、
筒内に直接燃料を噴射させスパークさせて燃焼させるよ
うにしたスパークアシスト式の筒内直接噴射式火花点火
機関に関する。
け、該燃焼室に燃料噴射ノズルと点火プラグを臨ませ、
筒内に直接燃料を噴射させスパークさせて燃焼させるよ
うにしたスパークアシスト式の筒内直接噴射式火花点火
機関に関する。
燃料を筒内に直接噴射し、火花点火を行なうエンジンに
おいて、燃料のほとんどすべてを燃焼室壁面に付着また
は衝突させた後、壁面から蒸発してくる燃料に点火し、
燃焼させる筒内直接噴射式火花点火エンジンは知られて
いる。（たとえば、特開昭52-113412号公報、特開昭54-
89111号公報、特開昭55-164723号公報、実開昭56-65127
号公報、実開昭57-20528号公報、実開昭57-22626号公
報、実開昭57-28119号公報）。
おいて、燃料のほとんどすべてを燃焼室壁面に付着また
は衝突させた後、壁面から蒸発してくる燃料に点火し、
燃焼させる筒内直接噴射式火花点火エンジンは知られて
いる。（たとえば、特開昭52-113412号公報、特開昭54-
89111号公報、特開昭55-164723号公報、実開昭56-65127
号公報、実開昭57-20528号公報、実開昭57-22626号公
報、実開昭57-28119号公報）。
燃料のほとんどすべてを壁面に付着させそれを蒸発させ
て着火する燃料方式は、着火性について最も有利である
ため、低負荷域においては、燃料噴射量が少ないことも
あいまって、緩慢な燃料が可能となり、振動騒音の小さ
い運転が可能であるが、高負荷域においては、燃料噴射
量が多いので、噴射時期を進めた場合には燃料が衝撃的
になり、騒音、NOxの増大、ならびに燃料圧上昇に伴な
うエンジン補強によるエンジン重量の増加が問題とな
る。一方、噴射時期を遅らせた場合には、スモークの発
生が多く、そのため燃料室内の空気流動（スワール・ス
キッシュ）に大きく依存しなければならず、高スワール
化に伴なう高速体積効率ηｖの低下による出力不足、あ
るいは上死点スワール強化のための燃焼室深さの増大に
伴なうピストン重量の増加によるフリクション増大の問
題があった。
て着火する燃料方式は、着火性について最も有利である
ため、低負荷域においては、燃料噴射量が少ないことも
あいまって、緩慢な燃料が可能となり、振動騒音の小さ
い運転が可能であるが、高負荷域においては、燃料噴射
量が多いので、噴射時期を進めた場合には燃料が衝撃的
になり、騒音、NOxの増大、ならびに燃料圧上昇に伴な
うエンジン補強によるエンジン重量の増加が問題とな
る。一方、噴射時期を遅らせた場合には、スモークの発
生が多く、そのため燃料室内の空気流動（スワール・ス
キッシュ）に大きく依存しなければならず、高スワール
化に伴なう高速体積効率ηｖの低下による出力不足、あ
るいは上死点スワール強化のための燃焼室深さの増大に
伴なうピストン重量の増加によるフリクション増大の問
題があった。
本発明は、筒内直接噴射式火花点火機関において、低負
荷領域における燃焼の有利性を維持したまま、高負荷領
域における燃焼をより適正にすることを目的とする。
荷領域における燃焼の有利性を維持したまま、高負荷領
域における燃焼をより適正にすることを目的とする。
上記目的を達成するための本発明の筒内直接噴射式火花
点火機関は、ピストン頂部に凹部を設けることにより燃
焼室を形成し、該燃焼室に燃料噴射ノズルを臨ませて燃
料を筒内に直接噴射し、燃焼室に点火プラグを臨ませた
筒内直接噴射式火花点火機関において、前記ピストン頂
部に設けた燃焼室を浅皿部と該浅皿部の中央付近に形成
された浅皿部よりも小径の深皿部との二層構造とし、燃
料噴射ノズルに、微粒化の抑制されたソリッド流を形成
する噴孔と微粒化の促進された噴霧を形成する噴孔と
の、２種類の噴孔を設け、ソリッド流を噴射する噴孔の
噴霧角および噴射方向を、ソリッド流がほとんどすべて
燃焼室深皿部の内壁に付着するように設定するととも
に、微粒化が促進された噴霧を形成する噴孔の噴射角お
よび噴射方向を、高微粒化噴霧が燃焼室浅皿部に広く分
散するように設定したものから成る。
点火機関は、ピストン頂部に凹部を設けることにより燃
焼室を形成し、該燃焼室に燃料噴射ノズルを臨ませて燃
料を筒内に直接噴射し、燃焼室に点火プラグを臨ませた
筒内直接噴射式火花点火機関において、前記ピストン頂
部に設けた燃焼室を浅皿部と該浅皿部の中央付近に形成
された浅皿部よりも小径の深皿部との二層構造とし、燃
料噴射ノズルに、微粒化の抑制されたソリッド流を形成
する噴孔と微粒化の促進された噴霧を形成する噴孔と
の、２種類の噴孔を設け、ソリッド流を噴射する噴孔の
噴霧角および噴射方向を、ソリッド流がほとんどすべて
燃焼室深皿部の内壁に付着するように設定するととも
に、微粒化が促進された噴霧を形成する噴孔の噴射角お
よび噴射方向を、高微粒化噴霧が燃焼室浅皿部に広く分
散するように設定したものから成る。
上記筒内直接噴射式火花点火機関では、望ましくは次の
構造がとられる。
構造がとられる。
まず、ソリッド流噴射を、微粒化の促進された噴霧の噴
射より先立つかあるいは同時に噴射するようにする。
射より先立つかあるいは同時に噴射するようにする。
さらに、燃料噴射ノズルのニードルリフト量を負荷に対
応して制御し、軽負荷域ではソリッド流のみを噴射さ
せ、高負荷域ではソリッド流と高微粒化噴霧の双方を噴
射するようにする。
応して制御し、軽負荷域ではソリッド流のみを噴射さ
せ、高負荷域ではソリッド流と高微粒化噴霧の双方を噴
射するようにする。
本発明の筒内直接噴射式火花点火機関においては、軽負
荷域では噴射方向が深皿部に向くよう噴射時期および噴
霧角を設定した噴孔から、比較的高い貫徹力を有するソ
リッド流のみを噴射することによってほとんどすべての
燃料を深皿部の壁面に付着させることにより、壁面蒸発
燃焼を行わせる一方、中、高負荷域では噴射初期に噴射
される燃料を深皿部に噴射するとともに、強い貫徹力で
噴射する。このソリッド流の一部は深皿燃焼室において
スワール流と混合しながら点火プラグにより点火され、
最初に燃焼するとともに、ソリッド流の他の部分は深皿
燃焼室内において可燃混合気を形成する。続いてクラン
ク角度の進行とともに噴射ノズルのニードルリフト量が
増し、噴霧角が大きく微粒化が促進された噴霧が主とし
て浅皿部に向けて噴射され、浅皿部で気流中に拡散して
予混合気を形成し、前記の深皿部分での燃焼にひき続い
て、比較的燃焼速度の早い予混合燃焼を行なう。これに
よって、軽負荷域では、従来と同様壁面蒸発燃焼が行な
われて有利な燃焼が確保され、中、高負荷域では深皿部
において壁面蒸発燃焼と可燃混合気の形成が行なわれる
とともに、浅皿部において予混合気が形成されて空気利
用率が高められ、予混合燃焼と壁面蒸発燃焼の双方によ
る燃焼によって燃焼が速やかになり、燃焼改善、出力増
加、スモークの低域、高速性能の改善、低セタン価燃料
の使用可能化、騒音低減、エンジン軽量化、ピストンフ
リクション低減等の種々の作用効果が得られる。
荷域では噴射方向が深皿部に向くよう噴射時期および噴
霧角を設定した噴孔から、比較的高い貫徹力を有するソ
リッド流のみを噴射することによってほとんどすべての
燃料を深皿部の壁面に付着させることにより、壁面蒸発
燃焼を行わせる一方、中、高負荷域では噴射初期に噴射
される燃料を深皿部に噴射するとともに、強い貫徹力で
噴射する。このソリッド流の一部は深皿燃焼室において
スワール流と混合しながら点火プラグにより点火され、
最初に燃焼するとともに、ソリッド流の他の部分は深皿
燃焼室内において可燃混合気を形成する。続いてクラン
ク角度の進行とともに噴射ノズルのニードルリフト量が
増し、噴霧角が大きく微粒化が促進された噴霧が主とし
て浅皿部に向けて噴射され、浅皿部で気流中に拡散して
予混合気を形成し、前記の深皿部分での燃焼にひき続い
て、比較的燃焼速度の早い予混合燃焼を行なう。これに
よって、軽負荷域では、従来と同様壁面蒸発燃焼が行な
われて有利な燃焼が確保され、中、高負荷域では深皿部
において壁面蒸発燃焼と可燃混合気の形成が行なわれる
とともに、浅皿部において予混合気が形成されて空気利
用率が高められ、予混合燃焼と壁面蒸発燃焼の双方によ
る燃焼によって燃焼が速やかになり、燃焼改善、出力増
加、スモークの低域、高速性能の改善、低セタン価燃料
の使用可能化、騒音低減、エンジン軽量化、ピストンフ
リクション低減等の種々の作用効果が得られる。
以下に、本発明に係る筒内直接噴射式火花点火機関の望
ましい実施例を、図面を参照して説明する。以下の説明
においては、燃焼室の構造、燃料噴射を多段に変える燃
料噴射ノズルのニードルの構造およびそのリフト態様を
第１実施例として説明し、ニードルの別の構造とそのリ
フト態様を第２実施例として説明し、ニードルの駆動制
御構造のさらに別の例を第３実施例として説明する。第
１実施例は、第２実施例および第３実施例の何れと部分
的におきかえられてもよい。
ましい実施例を、図面を参照して説明する。以下の説明
においては、燃焼室の構造、燃料噴射を多段に変える燃
料噴射ノズルのニードルの構造およびそのリフト態様を
第１実施例として説明し、ニードルの別の構造とそのリ
フト態様を第２実施例として説明し、ニードルの駆動制
御構造のさらに別の例を第３実施例として説明する。第
１実施例は、第２実施例および第３実施例の何れと部分
的におきかえられてもよい。
第１実施例 第１図は本発明の第１実施例を示している。図におい
て、内燃機関のシリンダボアに摺動自在に挿入されるピ
ストン１の頂部には、上部に向って開放したキャビティ
２が形成され、該キャビティはピストン、シリンダボ
ア、シリンダヘッドとで囲まれた空間から形成される燃
焼室の一部を構成する。ピストン１頂部のキャビティ２
からなる燃焼室部分は、ピストン１の外径よりは小径で
あるが比較的大径の浅皿部３によって形成されるキャビ
ティ2aと、浅皿部３の中央に形成された浅皿部３より小
径でかつ深さの深い深皿部４によって形成されるキャビ
ティ2bとから成る。記号Ｚは浅皿部３と深皿部４の交点
で、周方向に延びている。
て、内燃機関のシリンダボアに摺動自在に挿入されるピ
ストン１の頂部には、上部に向って開放したキャビティ
２が形成され、該キャビティはピストン、シリンダボ
ア、シリンダヘッドとで囲まれた空間から形成される燃
焼室の一部を構成する。ピストン１頂部のキャビティ２
からなる燃焼室部分は、ピストン１の外径よりは小径で
あるが比較的大径の浅皿部３によって形成されるキャビ
ティ2aと、浅皿部３の中央に形成された浅皿部３より小
径でかつ深さの深い深皿部４によって形成されるキャビ
ティ2bとから成る。記号Ｚは浅皿部３と深皿部４の交点
で、周方向に延びている。
シリンダヘッドには、燃料噴射ノズル５がキャビティ２
に向って燃料を噴射する角度をもって配設されており、
また、深皿部４の上方に点火プラグ６が配設されてい
る。燃料噴射ノズル５は燃料を直接筒内に噴射し、点火
プラグ６の点火によって着火させる。これによって筒内
直接噴射式火花点火機関を構成している。深皿部４の壁
面７には、流れを点火プラグ６のギャップ位置迄導く溝
８が形成されている。
に向って燃料を噴射する角度をもって配設されており、
また、深皿部４の上方に点火プラグ６が配設されてい
る。燃料噴射ノズル５は燃料を直接筒内に噴射し、点火
プラグ６の点火によって着火させる。これによって筒内
直接噴射式火花点火機関を構成している。深皿部４の壁
面７には、流れを点火プラグ６のギャップ位置迄導く溝
８が形成されている。
燃料噴射ノズル５は、ピントークスノズルの場合を例に
とって示した第２図に示すように、２種類の噴孔9,10を
有している。第１の噴孔９は、拡散しにくく比較的貫徹
力の強いソリッド流を噴射する噴孔であり、第２の噴孔
10は、第１の噴孔９と同等の有効断面積をもち、噴霧角
が広く微粒化が促進された噴流を噴射する噴孔である。
第１の噴孔９の噴射方向および噴霧角は、燃料を深皿部
４に向けて噴射するように設定されており、第２の噴孔
10の噴射方向および噴霧角は、燃料を浅皿部３に向けて
噴射するように設定されている。
とって示した第２図に示すように、２種類の噴孔9,10を
有している。第１の噴孔９は、拡散しにくく比較的貫徹
力の強いソリッド流を噴射する噴孔であり、第２の噴孔
10は、第１の噴孔９と同等の有効断面積をもち、噴霧角
が広く微粒化が促進された噴流を噴射する噴孔である。
第１の噴孔９の噴射方向および噴霧角は、燃料を深皿部
４に向けて噴射するように設定されており、第２の噴孔
10の噴射方向および噴霧角は、燃料を浅皿部３に向けて
噴射するように設定されている。
燃料噴射ノズル５の２種類の噴射9,10は、ニードル11に
よって開閉を制御され、ニードル11がリフトしていくと
き、噴孔９が噴孔10より先に開くかまたは同時に開き、
ソリッド流の噴射が微粒化が促進された燃料の噴射に先
立つか同時に行なわれるように、噴孔位置が設定されて
いる。
よって開閉を制御され、ニードル11がリフトしていくと
き、噴孔９が噴孔10より先に開くかまたは同時に開き、
ソリッド流の噴射が微粒化が促進された燃料の噴射に先
立つか同時に行なわれるように、噴孔位置が設定されて
いる。
ニードル11のリフト、したがって第１の噴孔９からの噴
射と第２の噴孔10からの噴射は、負荷に対応して制御さ
れる。すなわち、エンジンの軽負荷域では第１の噴孔９
のみから噴射させ、エンジンの中、高負荷域ではさらに
ニードル11のリフト量を増して第１の噴孔９と第２の噴
孔10との両方から噴射させる。ただし、前記のように、
第１の噴孔９からの噴射は、第２の噴孔10からの噴射に
先立つか同時に行なわれる。第３図（イ），（ロ）は軽
負荷域と、中、高負荷域とにおけるニードルリフトおよ
び噴射率を示している。
射と第２の噴孔10からの噴射は、負荷に対応して制御さ
れる。すなわち、エンジンの軽負荷域では第１の噴孔９
のみから噴射させ、エンジンの中、高負荷域ではさらに
ニードル11のリフト量を増して第１の噴孔９と第２の噴
孔10との両方から噴射させる。ただし、前記のように、
第１の噴孔９からの噴射は、第２の噴孔10からの噴射に
先立つか同時に行なわれる。第３図（イ），（ロ）は軽
負荷域と、中、高負荷域とにおけるニードルリフトおよ
び噴射率を示している。
再び第１図に戻って燃料噴射の態様を説明する。実際
は、燃料噴射ノズル５はシリンダヘッドに固定されて、
ピストン１が上下に動くが、第１図は、燃焼の初期と後
期との状態を区別するために、ピストン１と燃料噴射ノ
ズル５の相対位置を示しており、ピストン１を固定して
燃料噴射ノズル５のピストン１に対する相対位置を示し
ている。燃料噴射ノズル５のピストン１に対する位置Ａ
は、噴射初期の状態を示しており、位置Ｂは、噴射後期
の状態を示している。軽負荷域では、噴射の初期Ａ、後
期Ｂを問わず、第１の噴孔９からソリッド流のみが深皿
部４に向けて噴射される。中、高負荷域では、噴射初期
Ａには、燃料噴射ノズル５からの燃料噴射は、第１の噴
孔９から拡散しない噴霧角で噴射され、または第１の噴
孔９と第２の噴孔10とから噴射され、噴射後期Ｂには、
燃料噴射ノズル５からの燃料噴射は、第１の噴孔９と第
２の噴孔10の両方から噴射される。
は、燃料噴射ノズル５はシリンダヘッドに固定されて、
ピストン１が上下に動くが、第１図は、燃焼の初期と後
期との状態を区別するために、ピストン１と燃料噴射ノ
ズル５の相対位置を示しており、ピストン１を固定して
燃料噴射ノズル５のピストン１に対する相対位置を示し
ている。燃料噴射ノズル５のピストン１に対する位置Ａ
は、噴射初期の状態を示しており、位置Ｂは、噴射後期
の状態を示している。軽負荷域では、噴射の初期Ａ、後
期Ｂを問わず、第１の噴孔９からソリッド流のみが深皿
部４に向けて噴射される。中、高負荷域では、噴射初期
Ａには、燃料噴射ノズル５からの燃料噴射は、第１の噴
孔９から拡散しない噴霧角で噴射され、または第１の噴
孔９と第２の噴孔10とから噴射され、噴射後期Ｂには、
燃料噴射ノズル５からの燃料噴射は、第１の噴孔９と第
２の噴孔10の両方から噴射される。
第４図は、燃料噴射タイミングおよび燃料噴射ノズル５
の第１の噴孔９、第２の噴孔10の開閉を制御する装置を
示している。燃料タンク11からの燃料を燃料ポンプ12に
よって送り、燃料噴射ノズル５内の圧力をある一定の高
い値に設定するとともに、エンジンスピード13およびア
クセル開度14をインプットとして、あらかじめセットさ
れたプログラムに従いコンピュータ（CPU）15を作動
し、駆動装置16に電圧を発生させ、その電圧によってピ
アゾアクチュエータ17が作動し、燃料噴射ノズル５のニ
ードル11が電圧に比例した量だけリフトし、リフト量を
制御する。
の第１の噴孔９、第２の噴孔10の開閉を制御する装置を
示している。燃料タンク11からの燃料を燃料ポンプ12に
よって送り、燃料噴射ノズル５内の圧力をある一定の高
い値に設定するとともに、エンジンスピード13およびア
クセル開度14をインプットとして、あらかじめセットさ
れたプログラムに従いコンピュータ（CPU）15を作動
し、駆動装置16に電圧を発生させ、その電圧によってピ
アゾアクチュエータ17が作動し、燃料噴射ノズル５のニ
ードル11が電圧に比例した量だけリフトし、リフト量を
制御する。
燃料噴射ノズル５は、第５図に示すようなピエゾ圧電素
子駆動のものを用いることができる。図中弁本体18に
は、燃料流入口19に接続した燃料通路20が設けられ、該
燃料通路20の先端の噴孔9,10はニードル11によって開閉
される。ニードル11は制御ロッド21と、下方に向かうば
ね22の力を受ける加圧ピン23を介して下方に付勢されて
おり、ニードル11の受ける燃料圧によって上方に付勢さ
れる。通常は下方に向かう力の方が上方に向かう力より
大のため、噴孔9,10は閉じられている。制御ロッド21は
加圧室24にかかる圧力を受圧面25に受けており、油圧ピ
ストン26を作動させて加圧室24の圧力を制御することに
より上昇される。油圧ピストン26はピエゾ圧電素子27を
有するピアゾアクチュエータ17によって作動され、ピエ
ゾ圧電素子27に電圧がかかったときに生じる電歪効果に
よるストロークによって移動される。ピエゾ圧電素子27
に電圧がかかると長手方向に延び、油圧ピストン26を図
中左方に移動させ、加圧室24の圧力を高め、制御ロッド
21をもち上げ、ニードル11の押え力を小にしてニードル
11を燃料圧でリフトさせ、噴孔９または噴孔９と10を開
いて、燃料を噴射させる。ニードル11のリフトは、ピエ
ゾアクチュエータ17にかかる電圧を駆動装置16の発生電
圧をコンピュータ15で制御することによって制御し、電
圧を多段にかえて噴孔９のみを開いたり、噴孔９と10の
両方を開く。ピエゾ圧電素子27の応答性は80μsec程度
であり、この制御を十分に達成できる。
子駆動のものを用いることができる。図中弁本体18に
は、燃料流入口19に接続した燃料通路20が設けられ、該
燃料通路20の先端の噴孔9,10はニードル11によって開閉
される。ニードル11は制御ロッド21と、下方に向かうば
ね22の力を受ける加圧ピン23を介して下方に付勢されて
おり、ニードル11の受ける燃料圧によって上方に付勢さ
れる。通常は下方に向かう力の方が上方に向かう力より
大のため、噴孔9,10は閉じられている。制御ロッド21は
加圧室24にかかる圧力を受圧面25に受けており、油圧ピ
ストン26を作動させて加圧室24の圧力を制御することに
より上昇される。油圧ピストン26はピエゾ圧電素子27を
有するピアゾアクチュエータ17によって作動され、ピエ
ゾ圧電素子27に電圧がかかったときに生じる電歪効果に
よるストロークによって移動される。ピエゾ圧電素子27
に電圧がかかると長手方向に延び、油圧ピストン26を図
中左方に移動させ、加圧室24の圧力を高め、制御ロッド
21をもち上げ、ニードル11の押え力を小にしてニードル
11を燃料圧でリフトさせ、噴孔９または噴孔９と10を開
いて、燃料を噴射させる。ニードル11のリフトは、ピエ
ゾアクチュエータ17にかかる電圧を駆動装置16の発生電
圧をコンピュータ15で制御することによって制御し、電
圧を多段にかえて噴孔９のみを開いたり、噴孔９と10の
両方を開く。ピエゾ圧電素子27の応答性は80μsec程度
であり、この制御を十分に達成できる。
つぎに、第１実施例における作用について説明する。
まず、軽負荷域では、エンジンスピード13、アクセル開
度14の信号からコンピュータ15が軽負荷であることを判
断して、駆動装置16の発生電圧を小にして、ピエゾアク
チュエータ17のストロークを小にして、油圧ピストン26
の移動量を小にして、ニードル11を第１の噴孔９が開く
量だけリフトさせる。この状態が第２図（イ）である。
このとき燃料は第１の噴孔９のみから、ソリッド流とし
て噴射され、深皿部４の壁面７に付着され、主に深皿部
４のキャビティ21において壁面蒸発燃料が行なわれる。
このため、燃料の過度の分散による燃料不安定が防止で
きる。
度14の信号からコンピュータ15が軽負荷であることを判
断して、駆動装置16の発生電圧を小にして、ピエゾアク
チュエータ17のストロークを小にして、油圧ピストン26
の移動量を小にして、ニードル11を第１の噴孔９が開く
量だけリフトさせる。この状態が第２図（イ）である。
このとき燃料は第１の噴孔９のみから、ソリッド流とし
て噴射され、深皿部４の壁面７に付着され、主に深皿部
４のキャビティ21において壁面蒸発燃料が行なわれる。
このため、燃料の過度の分散による燃料不安定が防止で
きる。
つぎに、中、高負荷域では、コンピュータ15が中、高負
荷であることを判断する。はじめは、コンピュータ15
は、駆動装置16の発生電圧を小にして、ピエゾアクチュ
エータ17のストロークを小にし、油圧ピストン26の移動
量を小にして加圧室24の加圧度合を小にし、ニードル11
を第１の噴孔９が開く量だけリフトさせる。この状態は
第２図（イ）である。燃焼初期が過ぎると、コンピュー
タ15は、駆動装置16の発生電圧を増加させ、ピエゾアク
チュエータ17のストロークを大にし、油圧ピストン26の
移動量を大にして加圧室24の加圧度合を大にし、ニード
ル11を第１の噴孔９と第２の噴孔10が開く量だけリフト
させる。この状態が第２図（ロ）である。このとき、燃
料は第１の噴孔９と第２の噴孔10との両方から噴射され
る。このような中、高負荷域における多段噴射において
は、はじめにソリッド流28が深皿部４の壁面７に付着す
るように噴射される。このソリッド流28の一部は、深皿
部４に設けられた溝８に導かれてスワール流29と混合し
ながら点火プラグ６の付近に移動し、点火プラグ６によ
り点火され、最初に燃焼するとともに、ソリッド流28の
他の部分は、深皿燃焼室26内において可燃混合気を形成
する。つぎにクランク角度の進行とともに、第２の噴孔
10も開かれ、第２の噴孔10からは噴霧角が大きく微粒化
が促進される燃料30が主として浅皿部３に向けて噴射さ
れる。この燃料30は、浅皿部３のキャビティ2a内におい
て気流中に拡散し予混合気を形成し、深皿部４での燃焼
にひきづづいて、比較的燃焼速度の早い予混合燃焼を行
なう。したがって燃焼が速やかになるとともに、キャビ
ティ2a内の空気も利用されて、空気利用率が高まり、出
力も向上される。また、全噴孔から燃料が噴射されるの
で噴射率も大であり、その意味からも出力が向上され
る。中、高負荷域の後期燃焼は深皿部４での壁面蒸発燃
焼と浅皿部３における予混合燃焼の両方が行なわれ、燃
焼は速やかであり、予混合燃焼が遅れて行なわれるの
で、空中で予混合気となった燃料の自発火による燃焼衝
撃が緩和され、騒音が低下されるとともに、ピストンを
強度上薄くでき、軽量化、フリクションロスも軽減され
る。高速域においては、はじめから第１の噴孔９と第２
の噴孔20が開かれてもよいが、この場合は、上記の効果
がうすめられる。
荷であることを判断する。はじめは、コンピュータ15
は、駆動装置16の発生電圧を小にして、ピエゾアクチュ
エータ17のストロークを小にし、油圧ピストン26の移動
量を小にして加圧室24の加圧度合を小にし、ニードル11
を第１の噴孔９が開く量だけリフトさせる。この状態は
第２図（イ）である。燃焼初期が過ぎると、コンピュー
タ15は、駆動装置16の発生電圧を増加させ、ピエゾアク
チュエータ17のストロークを大にし、油圧ピストン26の
移動量を大にして加圧室24の加圧度合を大にし、ニード
ル11を第１の噴孔９と第２の噴孔10が開く量だけリフト
させる。この状態が第２図（ロ）である。このとき、燃
料は第１の噴孔９と第２の噴孔10との両方から噴射され
る。このような中、高負荷域における多段噴射において
は、はじめにソリッド流28が深皿部４の壁面７に付着す
るように噴射される。このソリッド流28の一部は、深皿
部４に設けられた溝８に導かれてスワール流29と混合し
ながら点火プラグ６の付近に移動し、点火プラグ６によ
り点火され、最初に燃焼するとともに、ソリッド流28の
他の部分は、深皿燃焼室26内において可燃混合気を形成
する。つぎにクランク角度の進行とともに、第２の噴孔
10も開かれ、第２の噴孔10からは噴霧角が大きく微粒化
が促進される燃料30が主として浅皿部３に向けて噴射さ
れる。この燃料30は、浅皿部３のキャビティ2a内におい
て気流中に拡散し予混合気を形成し、深皿部４での燃焼
にひきづづいて、比較的燃焼速度の早い予混合燃焼を行
なう。したがって燃焼が速やかになるとともに、キャビ
ティ2a内の空気も利用されて、空気利用率が高まり、出
力も向上される。また、全噴孔から燃料が噴射されるの
で噴射率も大であり、その意味からも出力が向上され
る。中、高負荷域の後期燃焼は深皿部４での壁面蒸発燃
焼と浅皿部３における予混合燃焼の両方が行なわれ、燃
焼は速やかであり、予混合燃焼が遅れて行なわれるの
で、空中で予混合気となった燃料の自発火による燃焼衝
撃が緩和され、騒音が低下されるとともに、ピストンを
強度上薄くでき、軽量化、フリクションロスも軽減され
る。高速域においては、はじめから第１の噴孔９と第２
の噴孔20が開かれてもよいが、この場合は、上記の効果
がうすめられる。
第２実施例 第６図（イ），（ロ）は本発明の第２実施例を示してい
る。本実施例の第１実施例と異なるところは、燃料噴射
ノズルの噴孔とニードルの先端部の構造であり、他は第
１実施例に準じるので、準じる部分には第１実施例と同
一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についての
み説明する。
る。本実施例の第１実施例と異なるところは、燃料噴射
ノズルの噴孔とニードルの先端部の構造であり、他は第
１実施例に準じるので、準じる部分には第１実施例と同
一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についての
み説明する。
第２実施例においては、ニードル11の先端にソリッド流
28を噴射する第１の噴孔9Aが設けられ、燃料噴射ノズル
５の本体の先端に第２の噴孔10Aが設けられる。第１の
噴孔9Aはニードル11が本体のテーパ面31に圧着されてい
るときは閉じられ、ニードル11がリフトしたときに開か
れる。第６図（イ）はソリッド流28のみが噴射されてい
るときの状態を示し、軽負荷時または高負荷時の燃焼初
期の状態を示している。第２の噴孔10Aは、ニードル11
がさらにリフトされたときに開かれ、第６図（ロ）がそ
の状態を示している。第６図（ロ）は第１の噴孔9Aから
噴射されるソリッド流28と第２の噴孔10Aから噴射され
る噴霧角の広い噴射30との両方が噴射されている状態を
示しており、高負荷時の燃焼後期または高負荷時の噴射
状態を示している。第２の実施例の作用は第１実施例に
準じる。
28を噴射する第１の噴孔9Aが設けられ、燃料噴射ノズル
５の本体の先端に第２の噴孔10Aが設けられる。第１の
噴孔9Aはニードル11が本体のテーパ面31に圧着されてい
るときは閉じられ、ニードル11がリフトしたときに開か
れる。第６図（イ）はソリッド流28のみが噴射されてい
るときの状態を示し、軽負荷時または高負荷時の燃焼初
期の状態を示している。第２の噴孔10Aは、ニードル11
がさらにリフトされたときに開かれ、第６図（ロ）がそ
の状態を示している。第６図（ロ）は第１の噴孔9Aから
噴射されるソリッド流28と第２の噴孔10Aから噴射され
る噴霧角の広い噴射30との両方が噴射されている状態を
示しており、高負荷時の燃焼後期または高負荷時の噴射
状態を示している。第２の実施例の作用は第１実施例に
準じる。
第３実施例 第７図，第８図は本発明の第３実施例を示しており、燃
料噴射ノズル５のリフト制御の他の例を示している。第
７図において、燃料噴射ノズル５は、弱いばね力のスプ
リング32と強いばね力のスプリング33との２つのスプリ
ングをもっており、これらのスプリング32,33はニード
ル11を下方に付勢して噴孔9,10を常時閉じるように付勢
している。燃料流入口34には燃料が機械的に押し込まれ
る。燃料は燃料ポンプがクランク軸と連動されて駆動さ
れるため、低速，軽負荷時には、比較的低い圧力を有
し、該低い圧力で弱いスプリング32のみが撓んでニード
ルリフトを小にし、第１の噴孔９のみを開き、ソリッド
流28のみを噴射させる。高速、高負荷時には燃料は比較
的高い圧力を有し、該高い圧力で弱いスプリング32と高
いスプリング33の両方が撓んでニードルリフトを大に
し、第１の噴孔９と第２の噴孔10の両方を開き、ソリッ
ド流28と噴霧角の大きな噴射燃料30との両方を噴射させ
る。
料噴射ノズル５のリフト制御の他の例を示している。第
７図において、燃料噴射ノズル５は、弱いばね力のスプ
リング32と強いばね力のスプリング33との２つのスプリ
ングをもっており、これらのスプリング32,33はニード
ル11を下方に付勢して噴孔9,10を常時閉じるように付勢
している。燃料流入口34には燃料が機械的に押し込まれ
る。燃料は燃料ポンプがクランク軸と連動されて駆動さ
れるため、低速，軽負荷時には、比較的低い圧力を有
し、該低い圧力で弱いスプリング32のみが撓んでニード
ルリフトを小にし、第１の噴孔９のみを開き、ソリッド
流28のみを噴射させる。高速、高負荷時には燃料は比較
的高い圧力を有し、該高い圧力で弱いスプリング32と高
いスプリング33の両方が撓んでニードルリフトを大に
し、第１の噴孔９と第２の噴孔10の両方を開き、ソリッ
ド流28と噴霧角の大きな噴射燃料30との両方を噴射させ
る。
第８図は、第３実施例におけるクランク角とポンプ内圧
およびニードルリフトとの関係を示している。この場
合、高負荷においては、燃焼初期と燃焼後期との噴射量
の変更は行なわれない。その他の構成、作用は第１実施
例または第２実施例に準じる。
およびニードルリフトとの関係を示している。この場
合、高負荷においては、燃焼初期と燃焼後期との噴射量
の変更は行なわれない。その他の構成、作用は第１実施
例または第２実施例に準じる。
本発明に係る筒内直接噴射式火花点火機関によるとき
は、次の効果が得られる。
は、次の効果が得られる。
イ．燃焼室を浅皿部と深皿部で構成し、軽負荷域では深
皿部にソリッド流を噴射し、高負荷域で浅皿部と深皿部
に噴射するようにしたので、軽負荷域では燃料の過度の
分散が防止されて、燃焼の安定化が得られ、高負荷域で
は壁面蒸発燃焼と予混合燃焼とによって、速やかな燃焼
が得られる。この場合、拡散燃焼を行なう噴霧をソリッ
ド流に比べて遅くまたは同時に噴射することにより、空
中で予混合気となった燃料の自発火による燃焼衝撃が緩
和され、騒音の低下、ピストン重量の低減およびフリク
ションロスの低減をはかることができる。
皿部にソリッド流を噴射し、高負荷域で浅皿部と深皿部
に噴射するようにしたので、軽負荷域では燃料の過度の
分散が防止されて、燃焼の安定化が得られ、高負荷域で
は壁面蒸発燃焼と予混合燃焼とによって、速やかな燃焼
が得られる。この場合、拡散燃焼を行なう噴霧をソリッ
ド流に比べて遅くまたは同時に噴射することにより、空
中で予混合気となった燃料の自発火による燃焼衝撃が緩
和され、騒音の低下、ピストン重量の低減およびフリク
ションロスの低減をはかることができる。
ロ．高負荷時のスモークの発生が比較的遅い噴射時期で
も抑制され、また早期噴射に伴なう燃料の過剰分散が防
止されることによりHCを低減できる。
も抑制され、また早期噴射に伴なう燃料の過剰分散が防
止されることによりHCを低減できる。
ハ．比較的低いニードルリフト量でも噴孔面積が制御で
きる。
きる。
ニ．噴孔を２種類設けたので、高負荷域での有効噴孔面
積が大きくなるため、噴射率を高くでき、高速化が実現
できる。
積が大きくなるため、噴射率を高くでき、高速化が実現
できる。
第１図は本発明に係る筒内直接噴射式火花点火機関の斜
視図、 第２図は本発明の第１実施例における燃料噴射ノズルお
よびピストン頂部の燃焼室と噴霧の関係を示す断面図で
あって、第２図（イ）はニードルリフトが小のとき、第
２図（ロ）はニードルリフトが大のときの断面図、 第３図は本発明の第１実施例におけるクランク角とニー
ドルリフト、燃料噴射率との関係図であって、（イ）は
軽負荷時、（ロ）高負荷時の関係図、 第４図は第１実施例における燃料噴射ノズルの制御系統
図、 第５図は第１実施例における燃料噴射ノズルの断面図、 第６図は本発明の第２実施例における燃料噴射ノズルの
先端構造と噴霧の状態を示す断面図、 第７図は本発明の第３実施例における燃料噴射ノズルの
断面図、 第８図は本発明の第３実施例におけるクランク角とポン
プ内圧、ニードルリフトの関係図、 である。 １……ピストン ２……キャビティ 2a……キャビティ上層 2b……キャビティ下層 ３……浅皿部 ４……深皿部 ５……燃料噴射ノズル ６……点火プラグ 9,10……噴孔 28……ソリッド流 30……噴霧角の大きい噴霧
視図、 第２図は本発明の第１実施例における燃料噴射ノズルお
よびピストン頂部の燃焼室と噴霧の関係を示す断面図で
あって、第２図（イ）はニードルリフトが小のとき、第
２図（ロ）はニードルリフトが大のときの断面図、 第３図は本発明の第１実施例におけるクランク角とニー
ドルリフト、燃料噴射率との関係図であって、（イ）は
軽負荷時、（ロ）高負荷時の関係図、 第４図は第１実施例における燃料噴射ノズルの制御系統
図、 第５図は第１実施例における燃料噴射ノズルの断面図、 第６図は本発明の第２実施例における燃料噴射ノズルの
先端構造と噴霧の状態を示す断面図、 第７図は本発明の第３実施例における燃料噴射ノズルの
断面図、 第８図は本発明の第３実施例におけるクランク角とポン
プ内圧、ニードルリフトの関係図、 である。 １……ピストン ２……キャビティ 2a……キャビティ上層 2b……キャビティ下層 ３……浅皿部 ４……深皿部 ５……燃料噴射ノズル ６……点火プラグ 9,10……噴孔 28……ソリッド流 30……噴霧角の大きい噴霧
Claims (3)
- 【請求項１】ピストン頂部に凹部を設けることにより燃
焼室を形成し、該燃焼室に燃料噴射ノズルを臨ませて燃
料を筒内に直接噴射し、燃焼室に点火プラグを臨ませた
筒内直接噴射式火花点火機関において、前記ピストン頂
部に設けた燃焼室を浅皿部と該浅皿部の中央付近に形成
された浅皿部よりも小径の深皿部との二層構造とし、燃
料噴射ノズルに微粒化の抑制されたソリッド流を形成す
る噴孔と微粒化の促進された噴霧を形成する噴孔との、
２種類の噴孔を設け、ソリッド流を噴射する噴孔の噴霧
角および噴射方向を、ソリッド流がほとんどすべて燃焼
室深皿部の内壁に付着するように設定するとともに、微
粒化が促進された噴霧を形成する噴孔の噴射角および噴
射方向を、高微粒化噴霧が燃焼室浅皿部に広く分散する
ように設定したことを特徴とする筒内直接噴射式火花点
火機関。 - 【請求項２】ソリッド流噴射を、微粒化の促進された噴
霧の噴射より先立つかあるいは同時に噴射するようにし
た特許請求の範囲第１項記載の筒内直接噴射式火花点火
機関。 - 【請求項３】燃料噴射ノズルのニードルリフト量を負荷
に対応して制御し、軽負荷域ではソリッド流のみを噴射
させ、高負荷域ではソリッド流と高微粒化噴霧の双方を
噴射するようにした特許請求の範囲第１項記載の筒内直
接噴射式火花点火機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61004183A JPH0713461B2 (ja) | 1986-01-14 | 1986-01-14 | 筒内直接噴射式火花点火機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61004183A JPH0713461B2 (ja) | 1986-01-14 | 1986-01-14 | 筒内直接噴射式火花点火機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62162722A JPS62162722A (ja) | 1987-07-18 |
| JPH0713461B2 true JPH0713461B2 (ja) | 1995-02-15 |
Family
ID=11577586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61004183A Expired - Lifetime JPH0713461B2 (ja) | 1986-01-14 | 1986-01-14 | 筒内直接噴射式火花点火機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0713461B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4958604A (en) * | 1988-02-10 | 1990-09-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Direct fuel injection type spark ignition internal combustion engine |
| KR100365113B1 (ko) * | 1996-11-22 | 2003-03-15 | 기아자동차주식회사 | 직접분사식가솔린기관의피스톤헤드형상구조 |
| JP3611471B2 (ja) * | 1999-01-28 | 2005-01-19 | 株式会社日立製作所 | 筒内噴射式内燃機関 |
| JP3685103B2 (ja) * | 2001-08-02 | 2005-08-17 | 日産自動車株式会社 | 筒内直噴式エンジン |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59196521U (ja) * | 1983-06-14 | 1984-12-27 | トヨタ自動車株式会社 | 直接噴射式内燃機関 |
-
1986
- 1986-01-14 JP JP61004183A patent/JPH0713461B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62162722A (ja) | 1987-07-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |