JPH10299538A - 筒内噴射型火花点火エンジン及びその燃料噴射時期設定方法 - Google Patents

筒内噴射型火花点火エンジン及びその燃料噴射時期設定方法

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JPH10299538A
JPH10299538A JP10633997A JP10633997A JPH10299538A JP H10299538 A JPH10299538 A JP H10299538A JP 10633997 A JP10633997 A JP 10633997A JP 10633997 A JP10633997 A JP 10633997A JP H10299538 A JPH10299538 A JP H10299538A
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fuel
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piston
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Katsunori Ueda
克則 上田
Nobuaki Murakami
信明 村上
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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピストンストロークに拘わらず、燃焼の安定
化を容易に図ることができる筒内噴射型火花点火エンジ
ン及びその燃料噴射時期設定方法を提供する。 【解決手段】 燃料噴射時期設定方法により得られた筒
内噴射型火花点火エンジンは、基準となるエンジンに比
べ、そのピストンストロークが増減されている場合、そ
の増減に応じて遅角又は進角された燃料噴射時期を有し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、圧縮行程時、燃
焼室内に燃料を直接に噴射可能な筒内噴射型火花点火エ
ンジンに係わり、より詳しくは、ピストンストロークの
相違に拘わらず、圧縮行程での適切な燃料噴射時期を有
する筒内噴射型火花点火エンジン及びその燃料噴射時期
設定方法に関する。
【0002】
【関連する背景技術】近年、燃焼室内に燃料を直接に噴
射する筒内噴射型火花点火エンジン(以下、単に筒内噴
射エンジンと称する)が市場に提供されている。この筒
内噴射エンジンはその吸気行程又は圧縮工程にて燃料を
噴射し、燃焼室内にて点火プラグの周辺に理想空燃比又
はその近傍の空燃比を有した層状の混合気を生成し、こ
の混合気に着火して燃焼工程を実行可能となっている。
【0003】上述した層状混合気は、燃焼室内に縦向き
の旋回流、いわゆる逆タンブル流を発生させることで得
られ、この逆タンブル流の発生にはピストンの上面形状
が大きく寄与するものとなっている。即ち、ピストンの
上面には半球状のキャビティが形成されており、このキ
ャビティ内に吸気を導くことで、逆タンブル流の生成が
可能となっている。
【0004】また、圧縮行程では、ピストンのキャビテ
ィ内に向けて燃料が噴射され、この燃料噴流はキャビテ
ィ内に保持された逆タンブル流を強め、また、点火時期
の直前にあっては、点火プラグの先端がキャビティ内に
位置する結果、点火プラグの周辺に層状混合気に確実に
作り出し、その着火が可能となる。従って、圧縮行程時
にて燃料が噴射される場合には、吸気行程にて燃料を噴
射する場合に比べても、その全体の空燃比を更に高く設
定でき、燃費を大幅に低減することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した筒
内噴射エンジンを基準とし、そのピストンストロークを
長くし、その排気量を増加させた筒内噴射エンジンを得
ても、この場合、圧縮行程にて燃料を噴射するモード、
即ち、後期噴射モードではその燃料の燃焼が基準のエン
ジンに比べて悪化する問題がある。
【0006】この発明は上述した事情に基づいてなされ
たもので、その目的とするところは、前述の基準エンジ
ンに対し、そのピストンストロークを増減させても、基
準エンジンでの場合と同様に後期噴射モードでの燃料の
燃焼を良好に行うことができる筒内噴射型火花点火エン
ジン及びその燃料噴射時期設定方法を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的はこの発明に
よって達成され、請求項1の筒内噴射型火花点火エンジ
ンは、圧縮行程時に燃焼室に燃料を直接噴射可能な燃料
噴射弁を備えており、この燃料噴射弁の燃料噴射時期
は、基準エンジンのピストンストロークに対し、そのピ
ストンストロークの増減に伴い前記基準エンジンでの最
適燃料噴射時期から遅早されている。
【0008】請求項1の筒内噴射型火花点火エンジンに
よれば、基準エンジンの場合に比べ、そのピストンスト
ロークの長いエンジンにあっては、基準エンジンでの最
適燃料噴射時期からピストンストロークが長くなった分
だけ遅れて燃料が噴射される。逆に、基準エンジンの場
合に比べてピストンストロークの短いエンジンの場合、
その燃料噴射時期は、基準エンジンでの最適燃料噴射時
期よりもピストンストロークが短くなった分だけ早めら
れる。
【0009】請求項2の筒内噴射型火花点火エンジン
は、その噴射された燃料を基準エンジンでの場合と略同
一のピストン位置にて、そのピストンの上面に到達させ
るべく、燃料噴射時期が設定されている。請求項2の筒
内噴射型火花点火エンジンによれば、ピストンストロー
クの増減に拘わらず、圧縮行程時、燃料噴射弁からピス
トンが一定の距離に到達した時点で、燃料が噴射され
る。
【0010】請求項3の筒内噴射型火花点火エンジンの
燃料噴射時期設定方法は、基準エンジンでの最適燃料噴
射時期に対し、ピストンストロークが基準エンジンのピ
ストンストロークよりも長いときには、燃料噴射時期を
基準エンジンの最適燃料噴射時期から遅らせて設定し、
ピストンストロークが基準エンジンのピストンストロー
クよりも短いときとには、燃料噴射時期を基準エンジン
の最適燃料噴射時期から早めて設定する。
【0011】請求項4の燃料噴射時期設定方法は、噴射
された燃料を基準エンジンでの場合と略同一のピストン
位置にて、そのピストンの上面に到達させるべく、燃料
噴射時期を設定する。請求項3,4の燃料噴射時期設定
方法によれば、前述した請求項1,2の筒内噴射型火花
点火エンジンと同様な作用を発揮する。
【0012】請求項5の筒内噴射型火花点火エンジン群
は、各エンジンのピストンストロークと圧縮行程での燃
料噴射時期との間に、ピストンストロークの増減に応じ
て燃料噴射時期が遅早した関係を有している。請求項5
の筒内噴射型火花点火エンジン群によれば、そのピスト
ンストロークの異なる各エンジンにあっても、燃料噴射
弁からピストンまで距離が同一の位置に達した時点で、
燃料が噴射される。
【0013】
【発明の実施の形態】図1を参照すると、筒内噴射型火
花点火エンジン(筒内噴射エンジン)は、シリンダブロ
ック2及びシリンダヘッド4を備えている。シリンダブ
ロック2にはシリンダボア6が形成されており、このシ
リンダボア6内にピストン8が摺動自在に嵌合されてい
る。ピストン8の上面にはその軸線から偏位して半球形
のキャビティ10が形成されている。なお、図1中、ピ
ストン8から延びるコンロッドは図示されていない。
【0014】一方、シリンダヘッド4にはシリンダボア
6に臨んで燃焼室12が形成されているとともに、この
燃焼室12に臨んで吸気ポート14及び排気ポート16
がそれぞれ形成されている。なお、図1中、吸気ポート
14及び排気ポート16を開閉する吸気弁及び排気弁は
図示されていない。また、シリンダヘッド4には燃焼室
12の中心位置、つまり、吸気ポート14及び排気ポー
ト16における開口端の間に位置して点火プラグ18が
取り付けられており、この点火プラグ18はその先端が
燃焼室12内に突出されている。図1中、2点鎖線で示
されているようにピストン8が上死点に到達したとき、
点火プラグ18の先端はピストン8のキャビティ10近
傍に位置するようになっている。
【0015】更に、シリンダヘッド4には、吸気ポート
14の近傍に位置して燃料噴射弁20が取り付けられて
おり、この燃料噴射弁20の噴孔は燃焼室12に臨んで
開口している。従って、燃料噴射弁20は燃焼室12内
に燃料を直接に噴射することができる。より詳しくは、
圧縮行程にて燃料が噴射される場合、燃料噴射弁20は
ピストン8のキャビティ10内に向けて燃料を噴射す
る。
【0016】上述した筒内噴射エンジンは、燃焼室12
内にて点火プラグ18の周辺に理想空燃比又はその近傍
の空燃比を有する層状の混合気を生成し、この層状の混
合気に着火してその燃焼を行わせるものであり、これに
より、燃焼室12内全体でみて混合気がリーンであって
も安定した燃焼が可能となる。上述の層状の混合気を生
成するため、この種の筒内噴射エンジンにあっては、そ
の燃焼室12内には旋回流としての逆タンブル流が発生
されるようになっている。より詳しくは、吸気行程での
燃料噴射の場合(前期噴射モード)、吸気ポート14か
らの吸気流及び燃料噴射弁20からの燃料噴流がピスト
ン8のキャビティ10の球面により案内されることで逆
タンブル流が生成され、この混合気の逆タンブル流は圧
縮行程終期の点火時期まで維持される。一方、圧縮行程
での燃料噴射の場合(後期噴射モード)には、前述した
ように吸気行程にて吸気ポート14からの吸気流及びピ
ストン8のキャビティ10により旋回吸気流が生成さ
れ、そして、その旋回吸気流中に燃料噴射弁20からの
燃料噴流が加わることで、旋回混合気流が生成される。
ここで、旋回混合気流は燃料噴流及びスキッシュ効果に
より、その旋回が促進されることになる。
【0017】ここで、後期噴射モードでの最適燃料噴射
時期は、筒内噴射エンジンのクランク角に基づいて決定
され、図2中、実線LBは、基準となる前述した筒内噴
射エンジン(基準エンジン)でのピストン8の動き、つ
まり、クランク角に対するピストン上面のキャビティ1
0の運動軌跡が示されている。基準エンジンの場合、ク
ランク角IBにて燃料噴射弁20から燃料が噴射され、
この燃料噴流は図2中2点鎖線JBで示されるようにし
てピストン8のキャビティ10に向かう。そして、キャ
ビティ10がピストン8の上死点(TDC)、即ち、燃料噴
射弁20の噴孔から所定の距離Dを存した燃料噴射ピス
トン位置に到達したとき、燃料噴流の先端がキャビティ
10に衝突するように設定されている。
【0018】このようにして最適燃料噴射時期がクラン
ク角IBに設定されていると、その燃料噴流によりキャ
ビティ10内で逆タンブル流の生成が促進され、キャビ
ティ10内に層状の混合気を良好にして作り出すことが
できる。この結果、この後、点火プラグ18による層状
混合気の着火を良好且つ安定して行え、燃料の燃焼特性
は最適なものとなる。
【0019】上述した基準エンジンに比べ、そのピスト
ンストロークを長くした筒内噴射エンジンの場合、その
ピストン8のキャビティ10は図2中、実線LLで示す
運動軌跡を描いて運動する。このような筒内噴射エンジ
ンでも、基準エンジンでの場合と同様にクランク角IB
にて燃料が噴射されると、その燃料噴流JBの先端はピ
ストン8のキャビティ10が前述した燃料噴射ピストン
位置に到達する前に、キャビティ10に衝突してしま
う。このため、この衝突時での燃料噴流の運動エネルギ
は低いため、キャビティ10内に逆タンブル流、つま
り、層状の混合気流を安定して生成できず、この結果、
その燃焼が悪化する。
【0020】一方、基準エンジンに比べ、そのピストン
ストロークを短くした筒内噴射エンジンの場合、そのピ
ストン8のキャビティ10は図2中、実線Lsで示す運
動軌跡を描いて運動する。このような筒内噴射エンジン
にて、その燃料噴射時期がクランク角IBに設定される
と、その燃料噴流JBの先端は、前述の場合とは逆に、
キャビティ10が前述した燃料噴射ピストン位置を通過
した後、キャビティ10に衝突する。この場合、その燃
料噴流の運動エネルギは高すぎるとともに、この場合に
は、燃料噴流JBがキャビティ10の燃料噴射弁20側
の部分にてピストン8と衝突するため、その燃焼が悪化
する。
【0021】しかしながら、この発明の筒内噴射エンジ
ンは、その基準エンジンのピストンストロークによりも
増減したピストンストロークを有している場合、その圧
縮行程での燃料噴射時期は基準エンジンでの最適燃料噴
射時期に対し、遅角又は進角して設定されている。具体
的には、実線LLで示したピストンストロークの長い筒
内噴射エンジンの場合、その燃料噴射時期はクランク角
IBよりも遅れたクランク角ILに設定されており、そし
て、実線LSで示したピストンストロークの短い筒内噴
射エンジンの場合、その燃料噴射時期はクランク角IB
よりも早いクランク角ISに設定されている。
【0022】従って、クランク角IL又はISにて燃料が
噴射されると、その燃料噴流JL又JSは図2中破線で示
すように基準エンジンでの場合と同様に、前述した上死
点からほぼ所定の距離Dを存した燃料噴射ピストン位置
にてピストン8のキャビティ10に衝突し、その燃料噴
流の運動エネルギの最適化を図ることができる。この結
果、ピストンストロークの増減に拘わらず、そのキャビ
ティ10内に基準エンジンでの場合と同様な逆タンブル
流、つまり、層状の混合気流が作り出され、その燃焼の
安定化を図ることができる。
【0023】この発明は、上述した一実施例に制約され
るものではなく種々に変更することができる。例えば基
準となる筒内噴射エンジンの具体的な構造は図1に示し
たものに限らず、キャビティの形状、燃料噴射弁の取り
付け角などは色々と変更することができ。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように請求項1,3,5の
筒内噴射型火花点火エンジンによれば、そのピストンス
トロークの増減に拘わらず、圧縮行程での燃料噴射時期
が適切に設定され、燃焼の安定化を図ることができる。
請求項2,4の筒内噴射型火花点火エンジンの燃料噴射
時期設定方法によれば、ピストンストロークに拘わら
ず、燃料噴射弁から噴射された燃料が同一のピストン位
置にて、そのビストン上面に到達するので、燃焼をより
高精度に安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】筒内噴射型火花点火エンジンの一部を示した縦
断面図である。
【図2】基準エンジンでの最適燃料噴射時期に対し、ピ
ストンストロークが異なるエンジンでの燃料噴射時期の
遅角及び進角を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
2 シリンダブロック 4 シリンダヘッド 6 シリンダボア 8 ピストン 10 キャビティ 12 燃焼室 14 吸気ポート 16 排気ポート 18 点火プラグ 20 燃料噴射弁

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮行程時、燃焼室内に燃料を直接噴射
    可能な燃料噴射弁を備えた筒内噴射型火花点火エンジン
    において、 基準エンジンのピストンストロークに対し、そのピスト
    ンストロークの増減に伴い前記基準エンジンでの最適燃
    料噴射時期から遅早した燃料噴射時期を有することを特
    徴とする筒内噴射型火花点火エンジン。
  2. 【請求項2】 前記燃料噴射時期は、噴射された燃料を
    基準エンジンでの場合と略同一のピストン位置にて、そ
    のピストンの上面に到達させるべく設定されていること
    を特徴とする請求項1に記載の筒内噴射型火花点火エン
    ジン。
  3. 【請求項3】 圧縮行程時、燃焼室内に燃料を直接噴射
    化可能な燃料噴射弁を備えた筒内噴射型火花点火エンジ
    ンにおいて、 基準エンジンでの最適燃料噴射時期に対し、ピストンス
    トロークが基準エンジンのピストンストロークよりも長
    いときには、燃料噴射時期を前記最適燃料噴射時期から
    遅らせて設定し、 ピストンストロークが前記基準エンジンのピストンスト
    ロークよりも短いときとには、燃料噴射時期を前記最適
    燃料噴射時期から早めて設定することを特徴とする筒内
    噴射型火花点火エンジンの燃料噴射時期設定方法。
  4. 【請求項4】 前記燃料噴射時期は、噴射された燃料を
    基準エンジンでの場合と略同一のピストン位置にて、そ
    のピストンの上面に到達させるべく設定されていること
    を特徴とする請求項3に記載の筒内噴射型火花点火エン
    ジンの燃料噴射時期設定方法。
  5. 【請求項5】 圧縮行程時、燃焼室内に燃料を直接噴射
    可能な燃料噴射弁を個々に備えた筒内噴射型火花点火エ
    ンジン群において、 各エンジンのピストンストロークと燃料噴射時期との間
    に、ピストンストロークの増減に応じて前記燃料噴射時
    期が遅早した関係を有することを特徴とする筒内噴射型
    火花点火エンジン群。
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