JPH10280964A - 筒内直接燃料噴射式火花点火エンジン - Google Patents
筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンInfo
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- JPH10280964A JPH10280964A JP9089495A JP8949597A JPH10280964A JP H10280964 A JPH10280964 A JP H10280964A JP 9089495 A JP9089495 A JP 9089495A JP 8949597 A JP8949597 A JP 8949597A JP H10280964 A JPH10280964 A JP H10280964A
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料噴射量の少ないときと多いときとで、点
火プラグ近傍にそれぞれの条件に適した空燃比を形成し
て、良好な成層混合気運転を行う。 【解決手段】 シリンダ内に流入する空気にスワールを
生起させ得るスワール生起手段を備え、圧縮行程に燃焼
室２に向け燃料を噴射供給して点火プラグ１５近傍に可
燃空燃比の混合気層を形成しつつ全体としては希薄な混
合気とする成層混合気での運転が可能な筒内直接燃料噴
射式火花点火エンジンにおいて、燃料に対して旋回力を
与えつつ噴射供給する燃料噴射装置５を備えると共に、
前記スワールの方向を切替えるスワール方向切替手段１
７ａ，１７ｂを備える。
火プラグ近傍にそれぞれの条件に適した空燃比を形成し
て、良好な成層混合気運転を行う。 【解決手段】 シリンダ内に流入する空気にスワールを
生起させ得るスワール生起手段を備え、圧縮行程に燃焼
室２に向け燃料を噴射供給して点火プラグ１５近傍に可
燃空燃比の混合気層を形成しつつ全体としては希薄な混
合気とする成層混合気での運転が可能な筒内直接燃料噴
射式火花点火エンジンにおいて、燃料に対して旋回力を
与えつつ噴射供給する燃料噴射装置５を備えると共に、
前記スワールの方向を切替えるスワール方向切替手段１
７ａ，１７ｂを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、筒内直接燃料噴
射式火花点火エンジンに関する。
射式火花点火エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の筒内直接燃料噴射式火花点火エン
ジンとしては、例えば図１４、図１５に示すようなもの
がある（特開平５ー７９３７０号公報等）。
ジンとしては、例えば図１４、図１５に示すようなもの
がある（特開平５ー７９３７０号公報等）。
【０００３】これは、シリンダヘッド６０の燃焼室壁面
の中央部に点火プラグ６１が、その燃焼室壁面の周辺部
に燃料インジェクタ６２が配置され、ピストン６３の冠
面に燃料インジェクタ６２の下方から冠面中央に深い凹
部（キャビティ）６４が形成される。
の中央部に点火プラグ６１が、その燃焼室壁面の周辺部
に燃料インジェクタ６２が配置され、ピストン６３の冠
面に燃料インジェクタ６２の下方から冠面中央に深い凹
部（キャビティ）６４が形成される。
【０００４】吸気ポートには、ヘリカル型ポート６５
と、途中に吸気制御弁（図示しない）が介装されたスト
レートポート６６とが設けられ、ヘリカル型ポート６５
からシリンダ内に流入した吸気により旋回流（スワー
ル）が生起される。
と、途中に吸気制御弁（図示しない）が介装されたスト
レートポート６６とが設けられ、ヘリカル型ポート６５
からシリンダ内に流入した吸気により旋回流（スワー
ル）が生起される。
【０００５】このようなエンジンでは、エンジンの負荷
が軽いときには、圧縮行程の後半に燃料インジェクタ６
２から燃料を噴射供給して、点火プラグ６１近傍に可燃
空燃比の混合気層を形成しつつシリンダ内全体としては
希薄な混合気とする、いわゆる成層混合気運転を行い、
少ない燃料に対して理論空燃比よりも多い空気を吸入す
ることで、ポンピングロスや熱損失を少なくし、エンジ
ンの熱効率を向上させ、燃費を向上させることが可能で
ある。
が軽いときには、圧縮行程の後半に燃料インジェクタ６
２から燃料を噴射供給して、点火プラグ６１近傍に可燃
空燃比の混合気層を形成しつつシリンダ内全体としては
希薄な混合気とする、いわゆる成層混合気運転を行い、
少ない燃料に対して理論空燃比よりも多い空気を吸入す
ることで、ポンピングロスや熱損失を少なくし、エンジ
ンの熱効率を向上させ、燃費を向上させることが可能で
ある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンにあっては、
燃料噴射量が少ない低負荷運転時でも、エンジンの安定
度を損なわずに成層混合気運転を行うためには、点火プ
ラグ６１近傍に可燃空燃比の混合気層を形成するべく、
燃料インジェクタ６２から集中した燃料噴霧を行わせる
か、噴射燃料を集中させるような形状、構造の燃焼室等
が必要となるが、このようにすると、成層混合気運転域
の中でも、比較的負荷が高く燃料噴射量が多い運転領域
では、点火プラグ６１近傍の混合気が過濃となり、スモ
ークの発生、着火性の悪化、点火プラグ６１の汚染等を
招きかねない。
うな筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンにあっては、
燃料噴射量が少ない低負荷運転時でも、エンジンの安定
度を損なわずに成層混合気運転を行うためには、点火プ
ラグ６１近傍に可燃空燃比の混合気層を形成するべく、
燃料インジェクタ６２から集中した燃料噴霧を行わせる
か、噴射燃料を集中させるような形状、構造の燃焼室等
が必要となるが、このようにすると、成層混合気運転域
の中でも、比較的負荷が高く燃料噴射量が多い運転領域
では、点火プラグ６１近傍の混合気が過濃となり、スモ
ークの発生、着火性の悪化、点火プラグ６１の汚染等を
招きかねない。
【０００７】また、これらの問題を回避するために、吸
気行程に燃料を噴射供給してシリンダ内全体の空燃比を
一様とする、いわゆる均質混合気での運転領域を中、低
負荷領域側へ広げると、成層混合気運転の範囲が狭ま
り、実用上の筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンの燃
費向上効果が減少してしまう。
気行程に燃料を噴射供給してシリンダ内全体の空燃比を
一様とする、いわゆる均質混合気での運転領域を中、低
負荷領域側へ広げると、成層混合気運転の範囲が狭ま
り、実用上の筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンの燃
費向上効果が減少してしまう。
【０００８】この発明は、このような問題点に着目して
なされたもので、成層混合気での運転が可能な筒内直接
燃料噴射式火花点火エンジンにおいて、吸気スワールと
旋回力を与えて噴射された燃料との相互作用を利用して
点火プラグ近傍の混合気形成を行い、運転領域に応じて
吸気スワールと燃料の旋回方向の組み合わせを変えるこ
とで、点火プラグ近傍の空燃比をそれぞれの領域に適し
たものとすることにより、上記問題点を解決することを
目的としている。
なされたもので、成層混合気での運転が可能な筒内直接
燃料噴射式火花点火エンジンにおいて、吸気スワールと
旋回力を与えて噴射された燃料との相互作用を利用して
点火プラグ近傍の混合気形成を行い、運転領域に応じて
吸気スワールと燃料の旋回方向の組み合わせを変えるこ
とで、点火プラグ近傍の空燃比をそれぞれの領域に適し
たものとすることにより、上記問題点を解決することを
目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、シリンダ
内に流入する空気にスワールを生起させ得るスワール生
起手段を備え、圧縮行程に燃焼室に向け燃料を噴射供給
して点火プラグ近傍に可燃空燃比の混合気層を形成しつ
つ全体としては希薄な混合気とする成層混合気での運転
が可能な筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンにおい
て、燃料に対して旋回力を与えつつ噴射供給する燃料噴
射装置を備えると共に、前記スワールの方向を切替える
スワール方向切替手段を備える。
内に流入する空気にスワールを生起させ得るスワール生
起手段を備え、圧縮行程に燃焼室に向け燃料を噴射供給
して点火プラグ近傍に可燃空燃比の混合気層を形成しつ
つ全体としては希薄な混合気とする成層混合気での運転
が可能な筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンにおい
て、燃料に対して旋回力を与えつつ噴射供給する燃料噴
射装置を備えると共に、前記スワールの方向を切替える
スワール方向切替手段を備える。
【００１０】第２の発明は、第１の発明において、予め
定めたエンジン負荷の運転条件に応じてスワールの方向
を切替える。
定めたエンジン負荷の運転条件に応じてスワールの方向
を切替える。
【００１１】第３の発明は、第１の発明において、エン
ジンの安定度もしくは排気の状態に応じてスワールの方
向を切替える。
ジンの安定度もしくは排気の状態に応じてスワールの方
向を切替える。
【００１２】第４の発明は、第１の発明において、スワ
ール方向切替手段は、複数の吸気ポートを切替えること
でスワールの方向を切替えるようになっている。
ール方向切替手段は、複数の吸気ポートを切替えること
でスワールの方向を切替えるようになっている。
【００１３】第５の発明は、第１の発明において、燃料
噴射装置は、シリンダヘッドの燃焼室壁面の周辺部より
燃料を噴射する。
噴射装置は、シリンダヘッドの燃焼室壁面の周辺部より
燃料を噴射する。
【００１４】第６の発明は、第１の発明において、略シ
リンダ上方から見て、スワール方向と燃料の旋回方向と
は、成層混合気運転域の負荷の低いときに逆方向に、成
層混合気運転域の負荷の高いときに同方向に設定する。
リンダ上方から見て、スワール方向と燃料の旋回方向と
は、成層混合気運転域の負荷の低いときに逆方向に、成
層混合気運転域の負荷の高いときに同方向に設定する。
【００１５】
【発明の効果】第１の発明によれば、旋回力を与えて噴
射された燃料と吸気スワールの方向との相互作用によ
り、成層混合気運転において、燃料噴射量が少ないとき
に燃料噴霧が点火プラグに到達するまでの時間を短くし
て、点火プラグ近傍に十分な濃度の混合気を形成した
り、燃料噴射量が多いときに燃料噴霧を適度に拡散させ
て、点火プラグ近傍の混合気が過濃になるのを防止した
りでき、点火プラグ近傍にそれぞれの条件に適した空燃
比の混合気を形成できる。
射された燃料と吸気スワールの方向との相互作用によ
り、成層混合気運転において、燃料噴射量が少ないとき
に燃料噴霧が点火プラグに到達するまでの時間を短くし
て、点火プラグ近傍に十分な濃度の混合気を形成した
り、燃料噴射量が多いときに燃料噴霧を適度に拡散させ
て、点火プラグ近傍の混合気が過濃になるのを防止した
りでき、点火プラグ近傍にそれぞれの条件に適した空燃
比の混合気を形成できる。
【００１６】第２の発明によれば、燃料噴射量が少なく
負荷の低いときに、点火プラグ近傍に十分な濃度の混合
気を形成して、安定した成層混合気運転を行え、燃料噴
射量が多く負荷の高いときに、燃料噴霧を適度に拡散、
気化させ、点火プラグ近傍の混合気が過濃になるのを防
止して、スモークの発生、点火プラグの汚染等を回避し
て、良好な成層混合気運転を行える。
負荷の低いときに、点火プラグ近傍に十分な濃度の混合
気を形成して、安定した成層混合気運転を行え、燃料噴
射量が多く負荷の高いときに、燃料噴霧を適度に拡散、
気化させ、点火プラグ近傍の混合気が過濃になるのを防
止して、スモークの発生、点火プラグの汚染等を回避し
て、良好な成層混合気運転を行える。
【００１７】第３の発明によれば、エンジンの安定度、
良好な排気状態を維持しながら、的確に成層混合気運転
を行える。
良好な排気状態を維持しながら、的確に成層混合気運転
を行える。
【００１８】第４の発明によれば、例えば吸気ポートの
途中に設ける吸気制御弁を介して、あるいは吸気バルブ
の可変機構を介して、または吸気制御弁と吸気バルブの
可変機構の組み合わせにより、吸気ポートの切替えが行
われ、吸気スワールの方向を切替えられる。
途中に設ける吸気制御弁を介して、あるいは吸気バルブ
の可変機構を介して、または吸気制御弁と吸気バルブの
可変機構の組み合わせにより、吸気ポートの切替えが行
われ、吸気スワールの方向を切替えられる。
【００１９】第５の発明によれば、シリンダヘッドの燃
焼室壁面の周辺部より旋回力を与えて噴射された燃料と
吸気スワールの方向との相互作用により、点火プラグ近
傍にそれぞれの条件に適した空燃比の混合気を形成でき
る。
焼室壁面の周辺部より旋回力を与えて噴射された燃料と
吸気スワールの方向との相互作用により、点火プラグ近
傍にそれぞれの条件に適した空燃比の混合気を形成でき
る。
【００２０】第６の発明によれば、略シリンダ上方から
見て、吸気スワールの方向と燃料の旋回方向とを、成層
混合気運転域の負荷の低いときに逆方向にすることで、
燃料噴霧を点火プラグ近傍に集中させることができ、成
層混合気運転域の負荷の高いときに同方向にすること
で、燃料噴霧を適度に拡散できる。
見て、吸気スワールの方向と燃料の旋回方向とを、成層
混合気運転域の負荷の低いときに逆方向にすることで、
燃料噴霧を点火プラグ近傍に集中させることができ、成
層混合気運転域の負荷の高いときに同方向にすること
で、燃料噴霧を適度に拡散できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００２２】図１〜図３に示すように、シリンダヘッド
１の燃焼室壁面にはシリンダ中心線上に燃焼室２に臨む
点火プラグ１５が配置される。シリンダヘッド１の点火
プラグ１５の回りの燃焼室壁面には、吸気ポート１３
ａ，１３ｂ、排気ポート１４ａ，１４ｂが開口され、そ
れぞれバルブ口に吸気バルブ１１ａ，１１ｂ、排気バル
ブ１２ａ，１２ｂが設けられる。
１の燃焼室壁面にはシリンダ中心線上に燃焼室２に臨む
点火プラグ１５が配置される。シリンダヘッド１の点火
プラグ１５の回りの燃焼室壁面には、吸気ポート１３
ａ，１３ｂ、排気ポート１４ａ，１４ｂが開口され、そ
れぞれバルブ口に吸気バルブ１１ａ，１１ｂ、排気バル
ブ１２ａ，１２ｂが設けられる。
【００２３】シリンダヘッド１の燃焼室壁面の周辺部に
は、吸気ポート１３ａ，１３ｂのバルブ口の中央外方に
燃焼室２に向け燃料を噴射供給する燃料インジェクタ５
が配置される。
は、吸気ポート１３ａ，１３ｂのバルブ口の中央外方に
燃焼室２に向け燃料を噴射供給する燃料インジェクタ５
が配置される。
【００２４】シリンダ内を往復運動するピストン３の冠
面には、燃料インジェクタ５側から冠面中央にかけて深
いキャビティ４が形成される。
面には、燃料インジェクタ５側から冠面中央にかけて深
いキャビティ４が形成される。
【００２５】吸気ポート１３ａ，１３ｂには、スワール
生起手段およびスワール方向切替手段として、それぞれ
片側づつ開閉可能な吸気制御弁１７ａ，１７ｂが介装さ
れ、吸気ポート１３ａ，１３ｂの切替えが行われる。
生起手段およびスワール方向切替手段として、それぞれ
片側づつ開閉可能な吸気制御弁１７ａ，１７ｂが介装さ
れ、吸気ポート１３ａ，１３ｂの切替えが行われる。
【００２６】図１〜図３のように吸気制御弁１７ａを閉
じて吸気ポート１３ｂからシリンダに吸気させると、旋
回方向１８ａ（シリンダ上方より見て反時計回り）のス
ワール（筒内ガス流動）が生起され、図４〜図６のよう
に吸気制御弁１７ｂを閉じて吸気ポート１３ａからシリ
ンダに吸気させると、旋回方向１８ｂ（シリンダ上方よ
り見て時計回り）のスワール（筒内ガス流動）が生起さ
れる。
じて吸気ポート１３ｂからシリンダに吸気させると、旋
回方向１８ａ（シリンダ上方より見て反時計回り）のス
ワール（筒内ガス流動）が生起され、図４〜図６のよう
に吸気制御弁１７ｂを閉じて吸気ポート１３ａからシリ
ンダに吸気させると、旋回方向１８ｂ（シリンダ上方よ
り見て時計回り）のスワール（筒内ガス流動）が生起さ
れる。
【００２７】燃料インジェクタ５には、例えば図７〜図
９に示すようなもの（特開平５ー２０２８２５号公報等
参照）が用いられ、噴射燃料に旋回力が与えられる。
９に示すようなもの（特開平５ー２０２８２５号公報等
参照）が用いられ、噴射燃料に旋回力が与えられる。
【００２８】図中、３０は励磁によって可動弁３１をリ
フトするコア、３２は可動弁３１のリフトによってノズ
ル３３のシート面３４から離れ、噴射孔３５を開通させ
るボール弁を示しており、ボール弁３２の回りに旋回室
３６，３７が形成された燃料旋回素子３８が設けられ、
この燃料旋回素子３８およびシート面３４により構成さ
れる旋回室３９等によって、旋回力が与えられた燃料が
噴射孔３５より噴射される。
フトするコア、３２は可動弁３１のリフトによってノズ
ル３３のシート面３４から離れ、噴射孔３５を開通させ
るボール弁を示しており、ボール弁３２の回りに旋回室
３６，３７が形成された燃料旋回素子３８が設けられ、
この燃料旋回素子３８およびシート面３４により構成さ
れる旋回室３９等によって、旋回力が与えられた燃料が
噴射孔３５より噴射される。
【００２９】この燃料インジェクタ５からは、図２、図
５のように燃料インジェクタ後方（略シリンダ上方）か
ら見て時計回りの方向９に燃料が旋回しつつ噴射され
る。
５のように燃料インジェクタ後方（略シリンダ上方）か
ら見て時計回りの方向９に燃料が旋回しつつ噴射され
る。
【００３０】燃料インジェクタ５からの燃料噴射量、噴
射時期は、コントロールユニットにより制御される。吸
気ポート１３ａ，１３ｂの吸気制御弁１７ａ，１７ｂ
は、それぞれアクチュエータに連結され、コントロール
ユニットによりアクチュエータを介して開閉が制御され
る。
射時期は、コントロールユニットにより制御される。吸
気ポート１３ａ，１３ｂの吸気制御弁１７ａ，１７ｂ
は、それぞれアクチュエータに連結され、コントロール
ユニットによりアクチュエータを介して開閉が制御され
る。
【００３１】図１０に示すように、エンジンの運転条
件、安定度、排気状態を検出する手段として、エンジン
の回転数を検出する回転数センサ（クランク角センサ）
４０、エンジンの負荷を検出する吸気量センサ４１、ア
クセル開度センサ４２、エンジンの筒内圧力を検出する
筒内圧力センサ４３、ＮＯｘセンサ４４等が設けられ、
これらの検出信号に基づき、コントロールユニット４５
により燃料インジェクタ５からの燃料噴射量、噴射時
期、吸気ポート１３ａ，１３ｂの吸気制御弁１７ａ，１
７ｂの開閉が制御される。
件、安定度、排気状態を検出する手段として、エンジン
の回転数を検出する回転数センサ（クランク角センサ）
４０、エンジンの負荷を検出する吸気量センサ４１、ア
クセル開度センサ４２、エンジンの筒内圧力を検出する
筒内圧力センサ４３、ＮＯｘセンサ４４等が設けられ、
これらの検出信号に基づき、コントロールユニット４５
により燃料インジェクタ５からの燃料噴射量、噴射時
期、吸気ポート１３ａ，１３ｂの吸気制御弁１７ａ，１
７ｂの開閉が制御される。
【００３２】次に、制御内容を説明する。
【００３３】エンジンの高負荷運転域では、吸気ポート
１３ａ，１３ｂの吸気制御弁１７ａ，１７ｂを開状態に
保ち、燃料インジェクタ５から吸気行程に燃料を噴射供
給して、シリンダ内全体の空燃比を一様とするいわゆる
均質混合気での運転を行う。
１３ａ，１３ｂの吸気制御弁１７ａ，１７ｂを開状態に
保ち、燃料インジェクタ５から吸気行程に燃料を噴射供
給して、シリンダ内全体の空燃比を一様とするいわゆる
均質混合気での運転を行う。
【００３４】一方、エンジンの負荷が高くない軽負荷域
では、吸気制御弁１７ａ，１７ｂのいずれか一方を閉
じ、燃料インジェクタ５から圧縮行程の後半に燃料を噴
射供給して、点火プラグ１５近傍に可燃空燃比の混合気
層を形成しつつシリンダ内全体としては希薄な混合気と
するいわゆる成層混合気運転を行う。即ち、少ない燃料
に対して理論空燃比よりも多い空気を吸入することで、
ポンピングロスや熱損失を少なくし、エンジンの熱効率
を向上させ、燃費を向上させる。
では、吸気制御弁１７ａ，１７ｂのいずれか一方を閉
じ、燃料インジェクタ５から圧縮行程の後半に燃料を噴
射供給して、点火プラグ１５近傍に可燃空燃比の混合気
層を形成しつつシリンダ内全体としては希薄な混合気と
するいわゆる成層混合気運転を行う。即ち、少ない燃料
に対して理論空燃比よりも多い空気を吸入することで、
ポンピングロスや熱損失を少なくし、エンジンの熱効率
を向上させ、燃費を向上させる。
【００３５】以下、この成層混合気運転の制御内容を図
１１のフローチャートに基づいて説明する。
１１のフローチャートに基づいて説明する。
【００３６】ステップ１では回転数センサ４０、吸気量
センサ４１、アクセル開度センサ４２等から運転条件を
読み込み、ステップ２ではエンジンの負荷を算出する。
センサ４１、アクセル開度センサ４２等から運転条件を
読み込み、ステップ２ではエンジンの負荷を算出する。
【００３７】ステップ３にてエンジンの負荷を予め設定
した低負荷設定値と比較する。
した低負荷設定値と比較する。
【００３８】エンジンの負荷が低負荷設定値より小さい
ときにはステップ４に進み、シリンダ内に図２の旋回方
向１８ａ（シリンダ上方より見て反時計回り）のスワー
ルが生起するように、吸気制御弁１７ａを閉じ、吸気制
御弁１７ｂを開く。
ときにはステップ４に進み、シリンダ内に図２の旋回方
向１８ａ（シリンダ上方より見て反時計回り）のスワー
ルが生起するように、吸気制御弁１７ａを閉じ、吸気制
御弁１７ｂを開く。
【００３９】エンジンの負荷が低負荷設定値より大きい
ときには、ステップ５にて予め設定した高負荷設定値と
比較する。
ときには、ステップ５にて予め設定した高負荷設定値と
比較する。
【００４０】エンジンの負荷が高負荷設定値より大きい
ときには、ステップ６に進み、シリンダ内に図５の旋回
方向１８ｂ（シリンダ上方より見て時計回り）のスワー
ルが生起するように、吸気制御弁１７ａを開き、吸気制
御弁１７ｂを閉じる。
ときには、ステップ６に進み、シリンダ内に図５の旋回
方向１８ｂ（シリンダ上方より見て時計回り）のスワー
ルが生起するように、吸気制御弁１７ａを開き、吸気制
御弁１７ｂを閉じる。
【００４１】エンジンの負荷が低負荷設定値と高負荷設
定値の間にあるときは、ヒステリシスを設けるように、
ステップ７にて吸気制御弁１７ａ，１７ｂはそれまでの
状態を維持する。
定値の間にあるときは、ヒステリシスを設けるように、
ステップ７にて吸気制御弁１７ａ，１７ｂはそれまでの
状態を維持する。
【００４２】燃料インジェクタ５からは、エンジンの運
転条件に基づき演算した燃料量を圧縮行程の後半の所定
の時期に噴射供給する。噴射燃料は略シリンダ上方から
見て時計回りの方向に旋回する。
転条件に基づき演算した燃料量を圧縮行程の後半の所定
の時期に噴射供給する。噴射燃料は略シリンダ上方から
見て時計回りの方向に旋回する。
【００４３】即ち、成層混合気運転域の低負荷運転で
は、図２のように噴射燃料の旋回方向と吸気スワールの
方向とが逆方向となる。
は、図２のように噴射燃料の旋回方向と吸気スワールの
方向とが逆方向となる。
【００４４】逆方向の場合、燃料噴霧の下側つまりピス
トン３側にて噴霧の方向と吸気スワールの方向とが逆に
なって、その部分の相対速度が早くなり静圧が下がる。
このため、燃料噴霧は燃焼室２の下方つまりピストン３
のキャビティ４内に集中し、キャビティ４内を衝突、流
動する。
トン３側にて噴霧の方向と吸気スワールの方向とが逆に
なって、その部分の相対速度が早くなり静圧が下がる。
このため、燃料噴霧は燃焼室２の下方つまりピストン３
のキャビティ４内に集中し、キャビティ４内を衝突、流
動する。
【００４５】このキャビティ４内の流動によって、噴霧
燃料は素早く、スムーズに点火プラグ１５近傍に到達す
るのである。
燃料は素早く、スムーズに点火プラグ１５近傍に到達す
るのである。
【００４６】したがって、燃料噴霧が点火プラグ１５近
傍に到達するまでの時間を短くして、十分な濃度の混合
気を点火プラグ１５近傍に形成でき、燃料噴射量の少な
い低負荷領域に安定した成層混合気運転を行うことがで
きる。
傍に到達するまでの時間を短くして、十分な濃度の混合
気を点火プラグ１５近傍に形成でき、燃料噴射量の少な
い低負荷領域に安定した成層混合気運転を行うことがで
きる。
【００４７】なお、この低負荷領域ではスモークが若干
悪くなるものの、もともとが少ないため、問題になるこ
とはない。
悪くなるものの、もともとが少ないため、問題になるこ
とはない。
【００４８】一方、成層混合気運転域のうち高負荷運転
では、図５のように噴射燃料の旋回方向と吸気スワール
の方向とが同方向となる。
では、図５のように噴射燃料の旋回方向と吸気スワール
の方向とが同方向となる。
【００４９】同方向の場合、燃料噴霧の上側つまりシリ
ンダヘッド１側にて噴霧の方向と吸気スワールの方向と
が逆になって、その部分の相対速度が遅くなり静圧が上
がる。このため、燃料噴霧は燃焼室２の上方へ拡散する
ようになり、キャビティ４内に留まる燃料噴霧が減少
し、全体に適度に拡散、流動しながら気化するのであ
る。
ンダヘッド１側にて噴霧の方向と吸気スワールの方向と
が逆になって、その部分の相対速度が遅くなり静圧が上
がる。このため、燃料噴霧は燃焼室２の上方へ拡散する
ようになり、キャビティ４内に留まる燃料噴霧が減少
し、全体に適度に拡散、流動しながら気化するのであ
る。
【００５０】これにより、燃料噴射量が多いときに、点
火プラグ１５近傍の混合気が過濃になることを防止で
き、良好な着火、燃焼を行える。
火プラグ１５近傍の混合気が過濃になることを防止で
き、良好な着火、燃焼を行える。
【００５１】したがって、燃料噴射量が多く負荷の高い
ときにスモークを低減でき、点火プラグ１５が汚染する
ようなこともなく、また特に燃費、ＨＣ性能に優れる点
火進角側で運転することが可能となる等、良好な成層混
合気運転を行える。
ときにスモークを低減でき、点火プラグ１５が汚染する
ようなこともなく、また特に燃費、ＨＣ性能に優れる点
火進角側で運転することが可能となる等、良好な成層混
合気運転を行える。
【００５２】このように、吸気スワールと燃料噴霧の相
互作用を利用して、成層混合気運転のうち燃料噴射量の
少ない低負荷域および燃料噴射量の多い高負荷域に、点
火プラグ１５近傍にそれぞれに適した空燃比の混合気を
生成でき、成層混合気運転を的確に行え、運転性能を向
上できる。
互作用を利用して、成層混合気運転のうち燃料噴射量の
少ない低負荷域および燃料噴射量の多い高負荷域に、点
火プラグ１５近傍にそれぞれに適した空燃比の混合気を
生成でき、成層混合気運転を的確に行え、運転性能を向
上できる。
【００５３】ここで、図１６、図１７は、成層混合気運
転のうちの高負荷運転で、吸気スワールの方向を切替え
た場合のスモーク限界を示した図である。吸気スワール
の方向を図５とすることで、スモークの排出の少ない領
域を拡大でき、特に点火時期をより進角側に設定するこ
とが可能となる。そして、点火時期をより進角側に設定
することで、燃費の向上とＨＣの排出を低減することも
可能となる。
転のうちの高負荷運転で、吸気スワールの方向を切替え
た場合のスモーク限界を示した図である。吸気スワール
の方向を図５とすることで、スモークの排出の少ない領
域を拡大でき、特に点火時期をより進角側に設定するこ
とが可能となる。そして、点火時期をより進角側に設定
することで、燃費の向上とＨＣの排出を低減することも
可能となる。
【００５４】ところで、吸気スワールの方向を切替える
ために、吸気制御弁１７ａ，１７ｂの代わりに吸気バル
ブ１１ａ，１１ｂに可変動弁機構を用いて吸気ポート１
３ａ，１３ｂの切替えを行ったり、あるいは吸気ポート
１３ａ，１３ｂの形状や吸気バルブ１１ａ，１１ｂの動
作時期に位相差を付けたりすることにより、吸気スワー
ルを生起させると共に、吸気制御弁１７ａと吸気バルブ
１１ｂの可変動弁機構、吸気制御弁１７ｂと吸気バルブ
１１ａの可変動弁機構との組み合わせにより吸気ポート
１３ａ，１３ｂの切替えを行い、吸気スワールの方向を
切替えるようにしても良い。
ために、吸気制御弁１７ａ，１７ｂの代わりに吸気バル
ブ１１ａ，１１ｂに可変動弁機構を用いて吸気ポート１
３ａ，１３ｂの切替えを行ったり、あるいは吸気ポート
１３ａ，１３ｂの形状や吸気バルブ１１ａ，１１ｂの動
作時期に位相差を付けたりすることにより、吸気スワー
ルを生起させると共に、吸気制御弁１７ａと吸気バルブ
１１ｂの可変動弁機構、吸気制御弁１７ｂと吸気バルブ
１１ａの可変動弁機構との組み合わせにより吸気ポート
１３ａ，１３ｂの切替えを行い、吸気スワールの方向を
切替えるようにしても良い。
【００５５】図１２は別の実施の形態を示すもので、成
層混合気運転域にエンジンの安定度に応じて吸気スワー
ルの方向を切替えるようにしたものである。
層混合気運転域にエンジンの安定度に応じて吸気スワー
ルの方向を切替えるようにしたものである。
【００５６】ステップ１１ではエンジンの安定度を測定
する。この場合、エンジンの筒内圧力あるいはクランク
軸の角速度を計測して、これを気筒間や時系列の値で比
較して、そのバラツキからエンジンの安定度を測定す
る。
する。この場合、エンジンの筒内圧力あるいはクランク
軸の角速度を計測して、これを気筒間や時系列の値で比
較して、そのバラツキからエンジンの安定度を測定す
る。
【００５７】ステップ１２ではエンジンの安定度が設定
値よりも良好かどうかを判定する。
値よりも良好かどうかを判定する。
【００５８】エンジンの安定度が設定値よりも良い（筒
内圧力、クランクシャフトの角速度の変動が小さい等）
ときは、ステップ１３に進み、シリンダ内に図５の旋回
方向１８ｂ（シリンダ上方より見て時計回り）のスワー
ルが生起するように、吸気制御弁１７ａを開き、吸気制
御弁１７ｂを閉じる。
内圧力、クランクシャフトの角速度の変動が小さい等）
ときは、ステップ１３に進み、シリンダ内に図５の旋回
方向１８ｂ（シリンダ上方より見て時計回り）のスワー
ルが生起するように、吸気制御弁１７ａを開き、吸気制
御弁１７ｂを閉じる。
【００５９】エンジンの安定度が設定値よりも悪い（筒
内圧力、クランクシャフトの角速度の変動が大きい等）
ときは、ステップ１４に進み、シリンダ内に図２の旋回
方向１８ａ（シリンダ上方より見て反時計回り）のスワ
ールが生起するように、吸気制御弁１７ａを閉じ、遮断
弁１７ｂを開く。
内圧力、クランクシャフトの角速度の変動が大きい等）
ときは、ステップ１４に進み、シリンダ内に図２の旋回
方向１８ａ（シリンダ上方より見て反時計回り）のスワ
ールが生起するように、吸気制御弁１７ａを閉じ、遮断
弁１７ｂを開く。
【００６０】このようにすれば、エンジンの安定度が予
め設定した状態よりも悪化した場合あるいは悪化しそう
な場合に、図２の状態にして、燃料インジェクタ５から
の燃料噴霧が点火プラグ１５近傍に到達するまでの時間
を短くして、点火プラグ１５近傍に十分な濃度の混合気
を形成できる。したがって、エンジンの安定度を良好な
レベルに制御できる。
め設定した状態よりも悪化した場合あるいは悪化しそう
な場合に、図２の状態にして、燃料インジェクタ５から
の燃料噴霧が点火プラグ１５近傍に到達するまでの時間
を短くして、点火プラグ１５近傍に十分な濃度の混合気
を形成できる。したがって、エンジンの安定度を良好な
レベルに制御できる。
【００６１】ここで、図１８、図１９は、成層混合気運
転で、吸気スワールの方向を切替えた場合の安定度の許
容限界を示した図である。吸気スワールの方向を図２と
することで、安定度の良好な領域を拡大されることが理
解できる。
転で、吸気スワールの方向を切替えた場合の安定度の許
容限界を示した図である。吸気スワールの方向を図２と
することで、安定度の良好な領域を拡大されることが理
解できる。
【００６２】なお、このエンジンの安定度の測定値によ
って、成層混合気運転と均質混合気運転の切替えの判定
を併せて行っても良い。エンジンの安定度を条件に成層
混合気運転を行えば、成層混合気運転域を拡大すること
ができ、燃焼室内の汚染や排気成分の悪化を十分に防止
することができたり、燃費の向上を十分に行えたりする
ことができる。
って、成層混合気運転と均質混合気運転の切替えの判定
を併せて行っても良い。エンジンの安定度を条件に成層
混合気運転を行えば、成層混合気運転域を拡大すること
ができ、燃焼室内の汚染や排気成分の悪化を十分に防止
することができたり、燃費の向上を十分に行えたりする
ことができる。
【００６３】図１３は別の実施の形態を示すもので、成
層混合気運転域にエンジンの排気状態に応じて吸気スワ
ールの方向を切替えるようにしたものである。
層混合気運転域にエンジンの排気状態に応じて吸気スワ
ールの方向を切替えるようにしたものである。
【００６４】ステップ２１ではエンジンの排気状態を測
定する。この場合、例えば排気の透過率を測る光電管等
のセンサを用いてスモークを、またイオンプローブ等の
センサを用いてＨＣ成分を測定する。
定する。この場合、例えば排気の透過率を測る光電管等
のセンサを用いてスモークを、またイオンプローブ等の
センサを用いてＨＣ成分を測定する。
【００６５】ステップ２２ではエンジンの排気状態が設
定値よりも良好かどうかを判定する。
定値よりも良好かどうかを判定する。
【００６６】エンジンの排気状態が設定値よりも良いと
きは、ステップ２３に進み、シリンダ内に図２の旋回方
向１８ａ（シリンダ上方より見て反時計回り）のスワー
ルが生起するように、吸気制御弁１７ａを閉じ、吸気制
御弁１７ｂを開く。
きは、ステップ２３に進み、シリンダ内に図２の旋回方
向１８ａ（シリンダ上方より見て反時計回り）のスワー
ルが生起するように、吸気制御弁１７ａを閉じ、吸気制
御弁１７ｂを開く。
【００６７】エンジンの排気状態が設定値よりも悪い
（スモークが発生し始める、ＨＣ成分が所定値を越え
る）ときは、ステップ２４に進み、シリンダ内に図５の
旋回方向１８ｂ（シリンダ上方より見て時計回り）のス
ワールが生起するように、吸気制御弁１７ａを開き、吸
気制御弁１７ｂを閉じる。
（スモークが発生し始める、ＨＣ成分が所定値を越え
る）ときは、ステップ２４に進み、シリンダ内に図５の
旋回方向１８ｂ（シリンダ上方より見て時計回り）のス
ワールが生起するように、吸気制御弁１７ａを開き、吸
気制御弁１７ｂを閉じる。
【００６８】即ち、スモーク、ＨＣ成分が予め設定した
状態よりも悪化した場合あるいは悪化しそうな場合に、
図５の状態にして、燃料インジェクタ５を適度に拡散、
気化させることにより、点火プラグ１５近傍の混合気が
必要以上に過濃となることを回避する。したがって、エ
ンジンの良好な排気状態を確保できる。
状態よりも悪化した場合あるいは悪化しそうな場合に、
図５の状態にして、燃料インジェクタ５を適度に拡散、
気化させることにより、点火プラグ１５近傍の混合気が
必要以上に過濃となることを回避する。したがって、エ
ンジンの良好な排気状態を確保できる。
【００６９】なお、排気中のＮＯｘ成分を測定して、こ
れによって吸気スワールの方向の切替えを制御するよう
にもして良い。ただし、ＮＯｘが増えたときは、図５の
状態にする。
れによって吸気スワールの方向の切替えを制御するよう
にもして良い。ただし、ＮＯｘが増えたときは、図５の
状態にする。
【００７０】また、このエンジンの排気状態の測定値に
よって、成層混合気運転と均質混合気運転の切替えの判
定を併せて行っても良い。この場合、エンジンの安定度
を確保しつつ成層混合気運転域を拡大して、一層の燃費
向上を図れる。
よって、成層混合気運転と均質混合気運転の切替えの判
定を併せて行っても良い。この場合、エンジンの安定度
を確保しつつ成層混合気運転域を拡大して、一層の燃費
向上を図れる。
【図１】実施の形態を示すエンジンの概略断面図であ
る。
る。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】動作状態を示す概略断面図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】図４のＤ−Ｄ線断面図である。
【図７】燃料インジェクタの断面図である。
【図８】そのノズル部分の断面図である。
【図９】その燃料旋回阻止部分の断面図である。
【図１０】制御系統を示すブロック構成図である。
【図１１】制御内容を示すフローチャートである。
【図１２】別の実施の形態を示すフローチャートであ
る。
る。
【図１３】別の実施の形態を示すフローチャートであ
る。
る。
【図１４】従来例のシリンダの概略断面図である。
【図１５】そのシリンダヘッド部分の構成図である。
【図１６】図２の吸気スワールの場合のスモーク限界を
示す特性図である。
示す特性図である。
【図１７】図５の吸気スワールの場合のスモーク限界を
示す特性図である。
示す特性図である。
【図１８】図２の吸気スワールの場合の安定度の許容限
界を示す特性図である。
界を示す特性図である。
【図１９】図５の吸気スワールの場合の安定度の許容限
界を示す特性図である。
界を示す特性図である。
１ シリンダヘッド ２ 燃焼室 ３ ピストン ４ キャビティ ５ 燃料インジェクタ ９ 方向 １１ａ，１１ｂ 吸気バルブ １２ａ，１２ｂ 排気バルブ １３ａ，１３ｂ 吸気ポート １４ａ，１４ｂ 排気ポート １５ 点火プラグ １７ａ，１７ｂ 吸気制御弁 １８ａ，１８ｂ 旋回方向 ３１ 可動弁 ３２ ボール弁 ３３ ノズル ３４ シート面 ３５ 噴射孔 ３８ 燃料旋回素子 ４０ 回転数センサ（クランク角センサ） ４１ 吸気量センサ ４２ アクセル開度センサ ４３ 筒内圧力センサ ４４ ＮＯｘセンサ ４５ コントロールユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２５ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２５Ｇ ３３５ ３３５ Ｆ０２Ｍ 69/00 ３６０ Ｆ０２Ｍ 69/00 ３６０Ｃ
Claims (6)
- 【請求項１】 シリンダ内に流入する空気にスワールを
生起させ得るスワール生起手段を備え、圧縮行程に燃焼
室に向け燃料を噴射供給して点火プラグ近傍に可燃空燃
比の混合気層を形成しつつ全体としては希薄な混合気と
する成層混合気での運転が可能な筒内直接燃料噴射式火
花点火エンジンにおいて、 燃料に対して旋回力を与えつつ噴射供給する燃料噴射装
置を備えると共に、前記スワールの方向を切替えるスワ
ール方向切替手段を備えたことを特徴とする筒内直接燃
料噴射式火花点火エンジン。 - 【請求項２】 予め定めたエンジン負荷の運転条件に応
じてスワールの方向を切替える請求項１に記載の筒内直
接燃料噴射式火花点火エンジン。 - 【請求項３】 エンジンの安定度もしくは排気の状態に
応じてスワールの方向を切替える請求項１に記載の筒内
直接燃料噴射式火花点火エンジン。 - 【請求項４】 スワール方向切替手段は、複数の吸気ポ
ートを切替えることでスワールの方向を切替えるように
なっている請求項１に記載の筒内直接燃料噴射式火花点
火エンジン。 - 【請求項５】 燃料噴射装置は、シリンダヘッドの燃焼
室壁面の周辺部より燃料を噴射する請求項１に記載の筒
内直接燃料噴射式火花点火エンジン。 - 【請求項６】 略シリンダ上方から見て、スワール方向
と燃料の旋回方向とは、成層混合気運転域の負荷の低い
ときに逆方向に、成層混合気運転域の負荷の高いときに
同方向に設定する請求項１に記載の筒内直接燃料噴射式
火花点火エンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08949597A JP3695056B2 (ja) | 1997-04-08 | 1997-04-08 | 筒内直接燃料噴射式火花点火エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08949597A JP3695056B2 (ja) | 1997-04-08 | 1997-04-08 | 筒内直接燃料噴射式火花点火エンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10280964A true JPH10280964A (ja) | 1998-10-20 |
| JP3695056B2 JP3695056B2 (ja) | 2005-09-14 |
Family
ID=13972351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08949597A Expired - Lifetime JP3695056B2 (ja) | 1997-04-08 | 1997-04-08 | 筒内直接燃料噴射式火花点火エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3695056B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6311665B1 (en) * | 1998-12-10 | 2001-11-06 | Mazda Motor Corporation | Direct injection engine |
-
1997
- 1997-04-08 JP JP08949597A patent/JP3695056B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6311665B1 (en) * | 1998-12-10 | 2001-11-06 | Mazda Motor Corporation | Direct injection engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3695056B2 (ja) | 2005-09-14 |
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