JPH07332141A - 圧縮着火式ガソリン機関 - Google Patents
圧縮着火式ガソリン機関Info
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- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 予混合気を圧縮着火もしくは多点着火させる
高圧縮比の圧縮着火式ガソリン機関を提供する。 【構成】 燃料噴射弁の吸気ポート５におけるガソリン
の噴射時期を吸気弁７の閉前クランク角度１０度から吸
気弁７の開前１１０度の範囲に含まれるように構成して
なり、完全予混合気の圧縮着火を良好に実現でき、超希
薄燃焼を達成し各種性能向上を実奏する。
高圧縮比の圧縮着火式ガソリン機関を提供する。 【構成】 燃料噴射弁の吸気ポート５におけるガソリン
の噴射時期を吸気弁７の閉前クランク角度１０度から吸
気弁７の開前１１０度の範囲に含まれるように構成して
なり、完全予混合気の圧縮着火を良好に実現でき、超希
薄燃焼を達成し各種性能向上を実奏する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、予混合気を圧縮着火も
しくは多点着火させる高圧縮比の圧縮着火式ガソリン機
関に関するものである。
しくは多点着火させる高圧縮比の圧縮着火式ガソリン機
関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のディーゼルエンジンは、吸気絞り
がなく、圧縮着火させリーンバーンが可能なため燃費が
良好であるが、他方、成層燃焼により軽油を圧縮着火す
るため排出特性が劣る傾向がある。また、従来のガソリ
ンエンジンは予混合気燃焼により排気の後処理が容易で
クリーンを実現できるが、他方、吸気絞りによりリーン
バーンが難しく低圧縮比ゆえ燃費性能が劣る傾向があ
る。例えば従来、吸気ポートの外周に排気ガスを導き、
混合気を加熱し、加熱された混合気を燃焼室に供給し圧
縮着火させるものがある（特公昭５８−５３１６９号公
報）。しかし、これは排気ガスを吸気ポートの外周に導
くための通路等が必要となり、吸気ポートの設計自由度
が損なわれるおそれがあった。
がなく、圧縮着火させリーンバーンが可能なため燃費が
良好であるが、他方、成層燃焼により軽油を圧縮着火す
るため排出特性が劣る傾向がある。また、従来のガソリ
ンエンジンは予混合気燃焼により排気の後処理が容易で
クリーンを実現できるが、他方、吸気絞りによりリーン
バーンが難しく低圧縮比ゆえ燃費性能が劣る傾向があ
る。例えば従来、吸気ポートの外周に排気ガスを導き、
混合気を加熱し、加熱された混合気を燃焼室に供給し圧
縮着火させるものがある（特公昭５８−５３１６９号公
報）。しかし、これは排気ガスを吸気ポートの外周に導
くための通路等が必要となり、吸気ポートの設計自由度
が損なわれるおそれがあった。
【０００３】そして、次世代の自動車用エンジンに課せ
られた大命題は、高効率、低燃費と低ミッションを同時
に満たすことである。以下、現状のディーゼルおよびガ
ソリンエンジンのそれぞれの得失を詳述する。 (1) ディーゼルエンジンにあっては、安定燃焼する当
量比領域が広いため、出力制御を質制御に依ることが可
能で、高効率については、ある程度達成し得ている。し
かし、この形式においてはスート排出は不可避であり、
低エミッションについては、排出するスートによる触媒
被毒の可能性から、燃焼自体によるクリーン化を目指さ
ざるを得ず、数年先の自動車排出ガスの長期目標達成に
対してすら、大なる努力にもかかわらず苦吟している状
況にある。
られた大命題は、高効率、低燃費と低ミッションを同時
に満たすことである。以下、現状のディーゼルおよびガ
ソリンエンジンのそれぞれの得失を詳述する。 (1) ディーゼルエンジンにあっては、安定燃焼する当
量比領域が広いため、出力制御を質制御に依ることが可
能で、高効率については、ある程度達成し得ている。し
かし、この形式においてはスート排出は不可避であり、
低エミッションについては、排出するスートによる触媒
被毒の可能性から、燃焼自体によるクリーン化を目指さ
ざるを得ず、数年先の自動車排出ガスの長期目標達成に
対してすら、大なる努力にもかかわらず苦吟している状
況にある。
【０００４】(2) ガソリンエンジンにあっては、量論
比燃焼のガソリンエンジンは、スートによる触媒被毒の
可能性が低いため、三元触媒等の後処理装置の適用が容
易である。このため、エンジンの排気自体はクリーンで
ないものの、トータルとして低エミッションを実現して
いる。一方で、出力制御を量制御に依存しているため、
高効率は達成し得ていない。これに対し、希薄燃焼ガソ
リンエンジンは、ポンピングロス減少、動作ガスの比熱
比が大きくなる等、サイクル論的な意味合いから、前者
よりも高効率であるものの、安定燃焼する当量比領域が
さほど広くない。このため、なお出力制御は量制御に依
らざるを得ず、然るべき高効率を達成し得ていない。ま
た、低エミッションについては、希薄域で活性の高い触
媒を待望する状況にあるものの、スート排出の欠如によ
る触媒搭載性に対する優位性は依然堅持している。いず
れにしろ、スートフリーと安定燃焼領域の狭さに特徴づ
けられ、高圧縮比化とノッキング回避が課題である。
比燃焼のガソリンエンジンは、スートによる触媒被毒の
可能性が低いため、三元触媒等の後処理装置の適用が容
易である。このため、エンジンの排気自体はクリーンで
ないものの、トータルとして低エミッションを実現して
いる。一方で、出力制御を量制御に依存しているため、
高効率は達成し得ていない。これに対し、希薄燃焼ガソ
リンエンジンは、ポンピングロス減少、動作ガスの比熱
比が大きくなる等、サイクル論的な意味合いから、前者
よりも高効率であるものの、安定燃焼する当量比領域が
さほど広くない。このため、なお出力制御は量制御に依
らざるを得ず、然るべき高効率を達成し得ていない。ま
た、低エミッションについては、希薄域で活性の高い触
媒を待望する状況にあるものの、スート排出の欠如によ
る触媒搭載性に対する優位性は依然堅持している。いず
れにしろ、スートフリーと安定燃焼領域の狭さに特徴づ
けられ、高圧縮比化とノッキング回避が課題である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上より、次世代エン
ジンの具備すべき要件は、ガソリン等の軽質な燃料を用
いつつ、高圧縮比で、かつ、質制御を可能とするため超
希薄域で安定な燃焼を実現することと云い得る。高圧縮
比化に付随して起こるノッキングの制御には、燃焼室内
の混合気がいっせいに着火して火炎が伝播しない燃焼、
いわば無限数の点火プラグを配置したような−多点着火
−燃焼を実現することが必須である。この場合、燃焼室
内に局所的な高温部が出来ないことから、ＮＯX 排出制
御に欠くべからざる燃焼形態である。
ジンの具備すべき要件は、ガソリン等の軽質な燃料を用
いつつ、高圧縮比で、かつ、質制御を可能とするため超
希薄域で安定な燃焼を実現することと云い得る。高圧縮
比化に付随して起こるノッキングの制御には、燃焼室内
の混合気がいっせいに着火して火炎が伝播しない燃焼、
いわば無限数の点火プラグを配置したような−多点着火
−燃焼を実現することが必須である。この場合、燃焼室
内に局所的な高温部が出来ないことから、ＮＯX 排出制
御に欠くべからざる燃焼形態である。
【０００６】本発明の目的は、予混合気を圧縮着火もし
くは多点着火させ、燃費が直噴ディーゼルエンジン並
み、排気がリーンバーンゆえ本質的にはクリーンであ
り、かつ蒸発性の良好なガソリンを燃料として用いるた
め後処理が極めて容易な圧縮着火式ガソリン機関を提供
することにある。
くは多点着火させ、燃費が直噴ディーゼルエンジン並
み、排気がリーンバーンゆえ本質的にはクリーンであ
り、かつ蒸発性の良好なガソリンを燃料として用いるた
め後処理が極めて容易な圧縮着火式ガソリン機関を提供
することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の圧縮着火式ガソリン機関は、ガソリンと空気
の混合気を燃焼室内に供給し、圧縮自己着火する圧縮着
火式ガソリン機関において、吸気ポートにガソリンを供
給する燃料供給手段を有し、実質的な吸気行程外でガソ
リンを吸気ポートに供給したことを特徴とする。すなわ
ち、本発明の圧縮着火式ガソリン機関は、ピストン、シ
リンダヘッド及びシリンダブロックにより区画形成し、
往復動ピストンにて吸気を圧縮する燃焼室を設け、該燃
焼室に開閉制御する吸気弁を介して吸気を供給する吸気
ポートを設けた圧縮着火式ガソリン機関において、該吸
気ポートに噴孔が臨む燃料噴射弁を設け、該燃料噴射弁
の吸気ポートにおけるガソリンの噴射時期を吸気弁閉前
クランク角度１０度から吸気弁開前１１０度の範囲に含
まれるよう構成してなる。
の本発明の圧縮着火式ガソリン機関は、ガソリンと空気
の混合気を燃焼室内に供給し、圧縮自己着火する圧縮着
火式ガソリン機関において、吸気ポートにガソリンを供
給する燃料供給手段を有し、実質的な吸気行程外でガソ
リンを吸気ポートに供給したことを特徴とする。すなわ
ち、本発明の圧縮着火式ガソリン機関は、ピストン、シ
リンダヘッド及びシリンダブロックにより区画形成し、
往復動ピストンにて吸気を圧縮する燃焼室を設け、該燃
焼室に開閉制御する吸気弁を介して吸気を供給する吸気
ポートを設けた圧縮着火式ガソリン機関において、該吸
気ポートに噴孔が臨む燃料噴射弁を設け、該燃料噴射弁
の吸気ポートにおけるガソリンの噴射時期を吸気弁閉前
クランク角度１０度から吸気弁開前１１０度の範囲に含
まれるよう構成してなる。
【０００８】
【作用効果】上記構成からなる本発明の圧縮着火式ガソ
リン機関は、ガソリンが実質的な吸気行程外、すなわ
ち、供給されたガソリンが霧化されず、直接燃焼室に供
給されるような時期を外れて、吸気ポートに供給され
る。よって、吸気ポート内で霧化が促進され、ほど良い
混合気を形成し、この混合気が燃焼室に供給され、圧縮
されるため自己着火し、かくして、機関を作動させるこ
とができ、直接ガソリンが燃料供給手段から燃焼室に供
給されて失火することはない。また、本発明によれば、
従来技術のように吸気ポートの外周に排気ガスを供給す
ること無く圧縮着火させることができるため、その分吸
気ポートの設計自由度を向上させることができる。
リン機関は、ガソリンが実質的な吸気行程外、すなわ
ち、供給されたガソリンが霧化されず、直接燃焼室に供
給されるような時期を外れて、吸気ポートに供給され
る。よって、吸気ポート内で霧化が促進され、ほど良い
混合気を形成し、この混合気が燃焼室に供給され、圧縮
されるため自己着火し、かくして、機関を作動させるこ
とができ、直接ガソリンが燃料供給手段から燃焼室に供
給されて失火することはない。また、本発明によれば、
従来技術のように吸気ポートの外周に排気ガスを供給す
ること無く圧縮着火させることができるため、その分吸
気ポートの設計自由度を向上させることができる。
【０００９】そして、本発明の圧縮着火式ガソリン機関
は、燃料噴射弁におけるガソリン噴射時期を吸気弁閉前
のクランク角度で１０度から吸気弁開前のクランク角度
で１１０度の範囲とすることにより、吸気ポート内に噴
射されたガソリンの吸気ポート内における滞留時間が長
くとれるため、燃料の完全蒸発に寄与し、結果として完
全予混合気の形成につながる。従来のようにこの時期、
すなわち吸気弁が開いた時期に燃料を噴射供給すると、
出力低下（結果として燃費悪化）や、未燃排出物（Ｈ
Ｃ，ＣＯ）の増加をきたすのである。これに対し、本発
明の圧縮着火式ガソリン機関は、トータルとして、燃費
が直噴ディーゼルを凌ぎ、ＮＯX 排出を大きく下回るこ
とができる。ここで、吸気弁閉前１０度以降に噴射すれ
ば、噴射された燃料は時間的に後の次の吸気行程に相当
するシリンダあるいは当該シリンダの次のサイクルで吸
入燃焼されるため、蒸発予混合する時間に充分余裕があ
る。また、吸気弁開前１１０度以前に噴射の場合、噴射
された燃料はいったん吸気ポート内に滞留蒸発した後に
シリンダに吸入されるので充分な予混合気が形成され
る。
は、燃料噴射弁におけるガソリン噴射時期を吸気弁閉前
のクランク角度で１０度から吸気弁開前のクランク角度
で１１０度の範囲とすることにより、吸気ポート内に噴
射されたガソリンの吸気ポート内における滞留時間が長
くとれるため、燃料の完全蒸発に寄与し、結果として完
全予混合気の形成につながる。従来のようにこの時期、
すなわち吸気弁が開いた時期に燃料を噴射供給すると、
出力低下（結果として燃費悪化）や、未燃排出物（Ｈ
Ｃ，ＣＯ）の増加をきたすのである。これに対し、本発
明の圧縮着火式ガソリン機関は、トータルとして、燃費
が直噴ディーゼルを凌ぎ、ＮＯX 排出を大きく下回るこ
とができる。ここで、吸気弁閉前１０度以降に噴射すれ
ば、噴射された燃料は時間的に後の次の吸気行程に相当
するシリンダあるいは当該シリンダの次のサイクルで吸
入燃焼されるため、蒸発予混合する時間に充分余裕があ
る。また、吸気弁開前１１０度以前に噴射の場合、噴射
された燃料はいったん吸気ポート内に滞留蒸発した後に
シリンダに吸入されるので充分な予混合気が形成され
る。
【００１０】
【課題を解決するためのその他の手段】上記目的を達成
するためのその他の発明の圧縮着火式ガソリン機関は、
燃料噴射弁にガソリンを０．１５から１ＭＰａの範囲の
低圧で噴射する低圧燃料噴射弁を用いる。
するためのその他の発明の圧縮着火式ガソリン機関は、
燃料噴射弁にガソリンを０．１５から１ＭＰａの範囲の
低圧で噴射する低圧燃料噴射弁を用いる。
【００１１】また、上記目的を達成するためのその他の
発明の圧縮着火式ガソリン機関は、圧縮比を１４から２
０の範囲に含まれる高圧縮比とする。さらに、好ましく
は１５から１９の範囲に含まれるように構成してなる。
発明の圧縮着火式ガソリン機関は、圧縮比を１４から２
０の範囲に含まれる高圧縮比とする。さらに、好ましく
は１５から１９の範囲に含まれるように構成してなる。
【００１２】さらに、上記目的を達成するためのその他
の発明の圧縮着火式ガソリン機関は、燃焼室をピスト
ン、シリンダヘッド及びシリンダブロックにより区画形
成する他、例えば、ピストン頂面がフラットなものや、
シリンダヘッドに凹所を設けたものの他、往復動ピスト
ンにて吸気を圧縮する燃焼室をピストンに設けた凹所に
より構成しても良い。
の発明の圧縮着火式ガソリン機関は、燃焼室をピスト
ン、シリンダヘッド及びシリンダブロックにより区画形
成する他、例えば、ピストン頂面がフラットなものや、
シリンダヘッドに凹所を設けたものの他、往復動ピスト
ンにて吸気を圧縮する燃焼室をピストンに設けた凹所に
より構成しても良い。
【００１３】また、上記目的を達成するためのその他の
発明の圧縮着火式ガソリン機関は凹所の対向壁間距離が
ピストン径の１／２以上で凹所の開口からの深さが、該
凹所の対向壁間距離の１／３以下に構成しても良い。
発明の圧縮着火式ガソリン機関は凹所の対向壁間距離が
ピストン径の１／２以上で凹所の開口からの深さが、該
凹所の対向壁間距離の１／３以下に構成しても良い。
【００１４】さらに、前記凹所の形状は開口絞りを有す
るリエントラント型または開口絞りのないオープンチャ
ンバ型のいずれかの構成でも良い。ここで、その他の発
明は、高圧縮比ゆえにピストンとシリンダヘッドで挟ま
れたトップクリアランス部分において混合気が冷却され
て良好な燃焼が維持されないため、ピストンに設けた凹
所は上記数値範囲の関係を満たし、さらには浅い皿型で
あることが好ましい。
るリエントラント型または開口絞りのないオープンチャ
ンバ型のいずれかの構成でも良い。ここで、その他の発
明は、高圧縮比ゆえにピストンとシリンダヘッドで挟ま
れたトップクリアランス部分において混合気が冷却され
て良好な燃焼が維持されないため、ピストンに設けた凹
所は上記数値範囲の関係を満たし、さらには浅い皿型で
あることが好ましい。
【００１５】
【その他の作用効果】上記構成からなるその他の発明の
圧縮着火式ガソリン機関は、吸気ポートに０．１５〜１
ＭＰａの低圧でガソリンを噴射する低圧燃料噴射弁を装
備することにより、従来のように噴射エネルギによる混
合気形成を図るのではなく、吸気ポートへの燃料供給が
目的である。このため、必ずしも高圧は必要ではなく、
また燃料秤量機能をもてば良いので、非常に簡単な形式
の燃料噴射弁の適用が可能である。また、低圧供給に由
来する燃料微粒化の悪さからもたらされる燃料の壁面付
着自身が、蒸発促進の効果をもつために、好ましい。さ
らに現在、ガソリン車に使用されている各種燃料噴射弁
の適用も十分に可能である。
圧縮着火式ガソリン機関は、吸気ポートに０．１５〜１
ＭＰａの低圧でガソリンを噴射する低圧燃料噴射弁を装
備することにより、従来のように噴射エネルギによる混
合気形成を図るのではなく、吸気ポートへの燃料供給が
目的である。このため、必ずしも高圧は必要ではなく、
また燃料秤量機能をもてば良いので、非常に簡単な形式
の燃料噴射弁の適用が可能である。また、低圧供給に由
来する燃料微粒化の悪さからもたらされる燃料の壁面付
着自身が、蒸発促進の効果をもつために、好ましい。さ
らに現在、ガソリン車に使用されている各種燃料噴射弁
の適用も十分に可能である。
【００１６】また、上記構成からなるその他の発明の圧
縮着火式ガソリン機関は、燃焼室を主にピストンに設け
た凹所により構成し圧縮比を１４から２０の範囲に含ま
れる高圧縮比としたことにより、さらにはガソリンの圧
縮着火をより一層確実に実現し、かつノッキングの発生
を回避するために圧縮比を１５〜１７とするとが好まし
い。これは、高圧縮比下で完全予混合気の圧縮着火を実
現することから、超希薄燃焼が達成される。このため、
本発明は、本質的に有毒排気、とくにＮＯX の排出は少
なく、また安定燃焼領域が拡大して、出力の質制御が可
能である。また、本発明は、吸気絞り損失もないため、
サイクル論的な意味合いからも直噴ディーゼル並みの燃
費が得られる実用的効果を奏する。
縮着火式ガソリン機関は、燃焼室を主にピストンに設け
た凹所により構成し圧縮比を１４から２０の範囲に含ま
れる高圧縮比としたことにより、さらにはガソリンの圧
縮着火をより一層確実に実現し、かつノッキングの発生
を回避するために圧縮比を１５〜１７とするとが好まし
い。これは、高圧縮比下で完全予混合気の圧縮着火を実
現することから、超希薄燃焼が達成される。このため、
本発明は、本質的に有毒排気、とくにＮＯX の排出は少
なく、また安定燃焼領域が拡大して、出力の質制御が可
能である。また、本発明は、吸気絞り損失もないため、
サイクル論的な意味合いからも直噴ディーゼル並みの燃
費が得られる実用的効果を奏する。
【００１７】また、ピストンの凹所を主に燃焼室とする
当該形状は、開口絞りのあるリエントラント型でも良
い。この場合、絞り部がホットスポットとなって過早着
火を起こし、結果としてノッキングが発生する可能性は
少ない。あるいは、着火点を始点として火炎が伝播する
ために着火点付近が高温となりＮＯX 生成を促進する危
惧も殆どない（通常のガソリンエンジンと同様の現象を
実奏する）。また、ピストン内に燃焼室のない従来の場
合には、燃焼室全体が扁平となり冷却損失が増して圧縮
点火が起き難くなる。このため、燃焼室としては、開口
絞りのないオープンチャンバ型がより好ましい。
当該形状は、開口絞りのあるリエントラント型でも良
い。この場合、絞り部がホットスポットとなって過早着
火を起こし、結果としてノッキングが発生する可能性は
少ない。あるいは、着火点を始点として火炎が伝播する
ために着火点付近が高温となりＮＯX 生成を促進する危
惧も殆どない（通常のガソリンエンジンと同様の現象を
実奏する）。また、ピストン内に燃焼室のない従来の場
合には、燃焼室全体が扁平となり冷却損失が増して圧縮
点火が起き難くなる。このため、燃焼室としては、開口
絞りのないオープンチャンバ型がより好ましい。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の圧縮着火式ガソリン機関の実
施例を説明する。図１に示す実施例は、シリンダ１に往
復動自在に摺嵌したピストン２の頂面に燃焼室として開
口絞りを有するリエントラント型の凹所３を、ピストン
２の中心軸と同軸的に穿設する。シリンダ１の開口頂端
には、吸気を供給する吸気ポート５と排気を排出する排
気ポート６をそれぞれ配設されている。共に開閉制御さ
れる吸気弁７を設けた吸気ポート５の吸気口と、排気弁
８を設けた排気ポート６の排気口とはそれぞれピストン
２の頂面に対向して配設されている。シリンダ１とピス
トン２及びシリンダヘッド４は燃焼空間を区画形成す
る。吸気ポート５には電磁燃料噴射弁（ＥＦＩ燃料噴射
弁）９がその噴孔１０を臨ませ、かつその噴射軸芯が吸
気弁７の弁軸と交差する位置に取り付けられている。と
ころで、本実施例は、凹所３の対向壁間距離がピストン
径の１／２以上で具体的にはピストン径１０２mmに対し
６０mmである。また、凹所３の開口からの深さが該凹所
の対向壁間距離の１／３以下とし、具体的には１９mmで
ある。さらに、圧縮比は１４から２０の範囲に含まれる
１７．５の高圧縮比とする。燃料噴射弁９は、ガソリン
を０．１５から１ＭＰａの範囲内０．３ＭＰａの低圧で
噴射する。吸気ポート５におけるガソリンの噴射時期は
吸気弁７の閉前クランク角度１０度から吸気弁７の開前
１１０度の範囲に含まれるように構成してなる。
施例を説明する。図１に示す実施例は、シリンダ１に往
復動自在に摺嵌したピストン２の頂面に燃焼室として開
口絞りを有するリエントラント型の凹所３を、ピストン
２の中心軸と同軸的に穿設する。シリンダ１の開口頂端
には、吸気を供給する吸気ポート５と排気を排出する排
気ポート６をそれぞれ配設されている。共に開閉制御さ
れる吸気弁７を設けた吸気ポート５の吸気口と、排気弁
８を設けた排気ポート６の排気口とはそれぞれピストン
２の頂面に対向して配設されている。シリンダ１とピス
トン２及びシリンダヘッド４は燃焼空間を区画形成す
る。吸気ポート５には電磁燃料噴射弁（ＥＦＩ燃料噴射
弁）９がその噴孔１０を臨ませ、かつその噴射軸芯が吸
気弁７の弁軸と交差する位置に取り付けられている。と
ころで、本実施例は、凹所３の対向壁間距離がピストン
径の１／２以上で具体的にはピストン径１０２mmに対し
６０mmである。また、凹所３の開口からの深さが該凹所
の対向壁間距離の１／３以下とし、具体的には１９mmで
ある。さらに、圧縮比は１４から２０の範囲に含まれる
１７．５の高圧縮比とする。燃料噴射弁９は、ガソリン
を０．１５から１ＭＰａの範囲内０．３ＭＰａの低圧で
噴射する。吸気ポート５におけるガソリンの噴射時期は
吸気弁７の閉前クランク角度１０度から吸気弁７の開前
１１０度の範囲に含まれるように構成してなる。
【００１９】上記構成からなる本実施例の圧縮着火式ガ
ソリン機関は、低圧燃料噴射弁９におけるガソリン噴射
時期を吸気弁７の閉前のクランク角度で１０度から吸気
弁７の開前のクランク角度で１１０度の範囲とすること
により、吸気ポート５内に噴射されたガソリンの吸気ポ
ート５内における滞留時間が長くとれる。このため、燃
料の完全蒸発に寄与し、結果として完全予混合気の形成
につながる。従来のように、この時期、すなわち吸気弁
開いた時期に燃料を噴射供給すると、出力低下（結果と
して燃費悪化）や、未燃排出物（ＨＣ，ＣＯ）の増加を
きたすのである。これに対し、本実施例の圧縮着火式ガ
ソリン機関は、トータルとして、燃費が直噴ディーゼル
を凌ぎ、ＮＯX 排出を大きく下回ることができる。
ソリン機関は、低圧燃料噴射弁９におけるガソリン噴射
時期を吸気弁７の閉前のクランク角度で１０度から吸気
弁７の開前のクランク角度で１１０度の範囲とすること
により、吸気ポート５内に噴射されたガソリンの吸気ポ
ート５内における滞留時間が長くとれる。このため、燃
料の完全蒸発に寄与し、結果として完全予混合気の形成
につながる。従来のように、この時期、すなわち吸気弁
開いた時期に燃料を噴射供給すると、出力低下（結果と
して燃費悪化）や、未燃排出物（ＨＣ，ＣＯ）の増加を
きたすのである。これに対し、本実施例の圧縮着火式ガ
ソリン機関は、トータルとして、燃費が直噴ディーゼル
を凌ぎ、ＮＯX 排出を大きく下回ることができる。
【００２０】さらに、吸気ポート５に０．３ＭＰａの低
圧でガソリンを噴射する低圧燃料噴射弁９を装備したこ
とにより、従来のように、噴射エネルギによる混合気形
成を図るのではなく、吸気ポート５への燃料供給が目的
である。このため、必ずしも高圧は必要ではなく、また
燃料秤量機能をもてば良いので、非常に簡単な形式の燃
料噴射弁の適用が可能である。また、低圧供給に由来す
る燃料微粒化の悪さからもたらされる燃料の壁面付着自
身が、蒸発促進の効果をもつために、好ましい。
圧でガソリンを噴射する低圧燃料噴射弁９を装備したこ
とにより、従来のように、噴射エネルギによる混合気形
成を図るのではなく、吸気ポート５への燃料供給が目的
である。このため、必ずしも高圧は必要ではなく、また
燃料秤量機能をもてば良いので、非常に簡単な形式の燃
料噴射弁の適用が可能である。また、低圧供給に由来す
る燃料微粒化の悪さからもたらされる燃料の壁面付着自
身が、蒸発促進の効果をもつために、好ましい。
【００２１】ここで、本実施例の圧縮着火式ガソリン機
関を、現状エンジンの中で最も低燃費という点で目標と
なるべき直噴ディーゼル（図示せず）と比較するため
に、実験に用いた単シリンダエンジンの諸元を表１に示
す。
関を、現状エンジンの中で最も低燃費という点で目標と
なるべき直噴ディーゼル（図示せず）と比較するため
に、実験に用いた単シリンダエンジンの諸元を表１に示
す。
【００２２】
【表１】
【００２３】直噴ディーゼルでは、ディーゼル噴射弁に
より圧縮行程後半のシリンダ内へ２０ＭＰａ以上に加圧
された軽油を噴射、燃焼させる。これに対し、本実施例
の圧縮着火式ガソリン機関では、広く用いられているＥ
ＦＩ燃料噴射弁９により、吸気ポート５へ０．３ＭＰａ
程度に加圧されたガソリンを噴射、シリンダ内での圧縮
行程を経て、ガソリンの自己着火、燃焼過程を実現させ
る。従って点火プラグ等の強制点火装置、吸気絞りが無
く、ディーゼルエンジン並みの高圧縮比をもつガソリン
エンジンという形態を成す。
より圧縮行程後半のシリンダ内へ２０ＭＰａ以上に加圧
された軽油を噴射、燃焼させる。これに対し、本実施例
の圧縮着火式ガソリン機関では、広く用いられているＥ
ＦＩ燃料噴射弁９により、吸気ポート５へ０．３ＭＰａ
程度に加圧されたガソリンを噴射、シリンダ内での圧縮
行程を経て、ガソリンの自己着火、燃焼過程を実現させ
る。従って点火プラグ等の強制点火装置、吸気絞りが無
く、ディーゼルエンジン並みの高圧縮比をもつガソリン
エンジンという形態を成す。
【００２４】上記構成からなる本実施例の圧縮着火式ガ
ソリン機関は、燃焼室を主にピストン２に設けた凹所３
により構成し、圧縮比を１７．５と高圧縮比としたこと
により、さらにはガソリン圧縮着火をより一層確実に実
現し、かつノッキングの発生を回避することができる。
これは、高圧縮比下で完全予混合気の圧縮着火を実現す
ることから、超希薄燃焼が達成される。このため、本質
的に有毒排気、とくにＮＯX の排出は少なく、また安定
燃焼領域が拡大して、出力の質制御が可能である。しか
も、本実施例は、吸気絞り損失もないため、サイクル論
的な意味合いからも直噴ディーゼル並みの燃費が得られ
る実用的効果を奏する。
ソリン機関は、燃焼室を主にピストン２に設けた凹所３
により構成し、圧縮比を１７．５と高圧縮比としたこと
により、さらにはガソリン圧縮着火をより一層確実に実
現し、かつノッキングの発生を回避することができる。
これは、高圧縮比下で完全予混合気の圧縮着火を実現す
ることから、超希薄燃焼が達成される。このため、本質
的に有毒排気、とくにＮＯX の排出は少なく、また安定
燃焼領域が拡大して、出力の質制御が可能である。しか
も、本実施例は、吸気絞り損失もないため、サイクル論
的な意味合いからも直噴ディーゼル並みの燃費が得られ
る実用的効果を奏する。
【００２５】また、ピストン２の凹所３を主に燃焼室と
する当該形状は、開口絞りのあるリエントラント型であ
る。この場合、絞り部がホットスポットとなって過早着
火を起こし、結果としてノッキングが発生する可能性は
少ない。あるいは、着火点を始点として火炎が伝播する
ために着火点付近が高温となりＮＯX 生成を促進する危
惧も殆どない。
する当該形状は、開口絞りのあるリエントラント型であ
る。この場合、絞り部がホットスポットとなって過早着
火を起こし、結果としてノッキングが発生する可能性は
少ない。あるいは、着火点を始点として火炎が伝播する
ために着火点付近が高温となりＮＯX 生成を促進する危
惧も殆どない。
【００２６】そして、本実施例の圧縮着火式ガソリン機
関は、例えばエンジン回転を１０００rpm に固定して実
験を行い、以下のことを明らかにした。 (1) 空燃比Ａ／Ｆ≦５７で、安定なガソリン予混合気
の圧縮自着火燃焼が推移する。 (2) 熱発生率は、直噴ディーゼルエンジンにおいて予
混合燃焼と拡散燃焼の二つの明確な燃焼過程がみられる
のに対し、本実施例では底辺の短い二等辺三角形状を成
しており、従来型のガソリンエンジンの場合に近い（図
７）。その安定燃焼が推移する空燃比域である。 (3) 図示平均有効圧imep、図示燃料消費率isfc（図
３）は、吸気弁開弁期間を除く時期にガソリンを噴射す
れば、imep、isfcとも直接噴射ディーゼルエンジンと同
等の性能値を得る。すなわち、Ａ／Ｆ≦５０の希薄燃焼
が可能である。噴射時期が吸気弁開弁期に同期したと
き、imepの低下、isfcの上昇を来す。
関は、例えばエンジン回転を１０００rpm に固定して実
験を行い、以下のことを明らかにした。 (1) 空燃比Ａ／Ｆ≦５７で、安定なガソリン予混合気
の圧縮自着火燃焼が推移する。 (2) 熱発生率は、直噴ディーゼルエンジンにおいて予
混合燃焼と拡散燃焼の二つの明確な燃焼過程がみられる
のに対し、本実施例では底辺の短い二等辺三角形状を成
しており、従来型のガソリンエンジンの場合に近い（図
７）。その安定燃焼が推移する空燃比域である。 (3) 図示平均有効圧imep、図示燃料消費率isfc（図
３）は、吸気弁開弁期間を除く時期にガソリンを噴射す
れば、imep、isfcとも直接噴射ディーゼルエンジンと同
等の性能値を得る。すなわち、Ａ／Ｆ≦５０の希薄燃焼
が可能である。噴射時期が吸気弁開弁期に同期したと
き、imepの低下、isfcの上昇を来す。
【００２７】(4) ＮＯX は直噴ディーゼルエンジンの
ＮＯX 濃度の約１／１００程度である（図６）。直接噴
射ディーゼルエンジンと同等の低燃費、低ＮＯX の両立
が可能となる。 (5) 排気ガス濃度ＨＣは噴射時期が吸気弁開弁機関に
同期したとき、ＨＣは急増する。吸気弁開弁期間を除く
時期にガソリンを噴射すれば、ＨＣはほぼ一定値となる
（図４）。 (6) ＣＯはＨＣと似た経過を辿る。噴射時期が吸気弁
開弁期間に同期したとき、ＣＯは急増、吸気弁開弁期間
を除く時期にガソリンを噴射したとき、ＣＯはほぼ一定
値となる（図５）。
ＮＯX 濃度の約１／１００程度である（図６）。直接噴
射ディーゼルエンジンと同等の低燃費、低ＮＯX の両立
が可能となる。 (5) 排気ガス濃度ＨＣは噴射時期が吸気弁開弁機関に
同期したとき、ＨＣは急増する。吸気弁開弁期間を除く
時期にガソリンを噴射すれば、ＨＣはほぼ一定値となる
（図４）。 (6) ＣＯはＨＣと似た経過を辿る。噴射時期が吸気弁
開弁期間に同期したとき、ＣＯは急増、吸気弁開弁期間
を除く時期にガソリンを噴射したとき、ＣＯはほぼ一定
値となる（図５）。
【００２８】また、凹所３の形状は、前記実施例に限ら
ず、この他図２に示すように、開口絞りのないオープン
チャンバ型で、ピストン２の中心軸Ｏと凹所３の中心軸
Ｏ’が非同軸的でもよい。すなわち、凹所３の対向壁間
距離が、ピストン径１０２mmに対し７０mmである。さら
に凹所３の開口からの深さが最大１４mmであり、前記実
施例とほぼ同様の作用効果を実奏する。さらに、凹所３
の形状は図３ないし図５に示すように、凹所３の開口縁
近傍がピストン２の頂部と滑らかに接続する曲線形状の
他、凹所３の底部が平坦状のもの、さらには凹所３の底
部中央にわずかな凸部を有するものでもよく、前記各実
施例とほぼ同様の作用効果を奏する。
ず、この他図２に示すように、開口絞りのないオープン
チャンバ型で、ピストン２の中心軸Ｏと凹所３の中心軸
Ｏ’が非同軸的でもよい。すなわち、凹所３の対向壁間
距離が、ピストン径１０２mmに対し７０mmである。さら
に凹所３の開口からの深さが最大１４mmであり、前記実
施例とほぼ同様の作用効果を実奏する。さらに、凹所３
の形状は図３ないし図５に示すように、凹所３の開口縁
近傍がピストン２の頂部と滑らかに接続する曲線形状の
他、凹所３の底部が平坦状のもの、さらには凹所３の底
部中央にわずかな凸部を有するものでもよく、前記各実
施例とほぼ同様の作用効果を奏する。
【図１】実施例による圧縮着火式ガソリン機関の断面
図。
図。
【図２】その他の実施例に関する凹所の断面図。
【図３】その他の凹所形状を示す断面図。
【図４】その他の凹所形状を示す断面図。
【図５】その他の凹所形状を示す断面図。
【図６】実施例における図示平均有効圧を示す線図。
【図７】実施例における炭化水素状況を示す線図。
【図８】実施例における一酸化炭素状況を示す線図。
【図９】実施例における窒素酸化物状況を示す線図。
【図１０】実施例における熱発生率を示す線図。
１ シリンダ ２ ピストン ３ 凹所 ４ シリンダヘッド ５ 吸気ポート ６ 排気ポート ７ 吸気弁 ８ 排気弁 ９ 燃料噴射弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 康夫 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 ピストン、シリンダヘッド及びシリンダ
ブロックにより区画形成し、往復動ピストンにて吸気を
圧縮する燃焼室を設け、該燃焼室に開閉制御する吸気弁
を介して吸気を供給する吸気ポートを設けた圧縮着火式
ガソリン機関において、該吸気ポートに噴孔が臨む燃料
噴射弁を設け、該燃料噴射弁の吸気ポートにおけるガソ
リンの噴射時期を吸気弁閉前クランク角度１０度から吸
気弁開前１１０度の範囲に含まれるように構成してなる
ことを特徴とする圧縮着火式ガソリン機関。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15048794A JP3558370B2 (ja) | 1994-06-07 | 1994-06-07 | 圧縮着火式ガソリン機関 |
| US08/456,983 US5535716A (en) | 1994-06-07 | 1995-05-31 | Compression ignition type gasoline engine injecting fuel inside intake port during exhaust stroke |
| EP95303734A EP0686759B1 (en) | 1994-06-07 | 1995-06-01 | Compression ignition type gasoline engine injecting fuel inside intake port during exhaust stroke |
| DE69502131T DE69502131T2 (de) | 1994-06-07 | 1995-06-01 | Verdichtungsentzündende Benzinbrennkraftmaschine mit Einspritzung in das Einlassrohr während des Auslasshubes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15048794A JP3558370B2 (ja) | 1994-06-07 | 1994-06-07 | 圧縮着火式ガソリン機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07332141A true JPH07332141A (ja) | 1995-12-22 |
| JP3558370B2 JP3558370B2 (ja) | 2004-08-25 |
Family
ID=15497953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15048794A Expired - Fee Related JP3558370B2 (ja) | 1994-06-07 | 1994-06-07 | 圧縮着火式ガソリン機関 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5535716A (ja) |
| EP (1) | EP0686759B1 (ja) |
| JP (1) | JP3558370B2 (ja) |
| DE (1) | DE69502131T2 (ja) |
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