JPH1136867A - 筒内噴射式火花点火内燃機関 - Google Patents

筒内噴射式火花点火内燃機関

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JPH1136867A
JPH1136867A JP9190235A JP19023597A JPH1136867A JP H1136867 A JPH1136867 A JP H1136867A JP 9190235 A JP9190235 A JP 9190235A JP 19023597 A JP19023597 A JP 19023597A JP H1136867 A JPH1136867 A JP H1136867A
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internal combustion
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Akitoshi Tomota
晃利 友田
Mutsumi Kanda
睦美 神田
Toshimi Kashiwakura
利美 柏倉
Fumiaki Hattori
文昭 服部
Hiroyuki Hokutou
宏之 北東
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/12Other methods of operation
    • F02B2075/125Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成層燃焼可能な領域を拡大して十分な燃費低
減を実現すること。 【解決手段】 気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁1d
と、点火プラグ1aとを具備し、燃料噴射弁から噴射さ
れた燃料により点火プラグ近傍に混合気を形成して成層
燃焼を実現する筒内噴射式火花点火内燃機関において、
吸気増量手段4を具備し、少なくとも機関運転状態によ
り定まる必要燃料量が所定量を越える時には、吸気増量
手段により吸気を増量する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射式火花点
火内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】圧縮行程末期に気筒内へ直接的に燃料を
噴射して、点火時点において着火性の良好な混合気を点
火プラグ近傍に形成することにより、確実な着火性を確
保して低燃費のリーンバーンを可能とする成層燃焼が公
知である。このような成層燃焼を良好なものとするため
には、噴射された燃料が点火までに全て気化しているこ
とが望ましいと共に、気化した燃料が拡散せずに一塊と
なっている間に点火時期を迎えることが必要である。こ
のためには、燃料噴射終了から点火時期までが比較的短
い時間に設定され、噴射終了時に噴射された燃料をこの
短い時間で気化させなければならない。
【0003】成層燃焼の運転では、一般的に、機関運転
状態の変化に対して、吸気量は制御はされず、燃料噴射
量だけが制御される。それにより、単位燃料量当たりの
吸気量は、燃料噴射量が多くなるほど少なくなる。
【0004】従って、必要燃料量が少ない時には、噴射
された燃料は、単位燃料量に対して多量に存在する吸気
から十分な熱を奪って短時間で気化することができる
が、必要燃料量が多くなると、単位燃料量当たりの吸気
量が少なくなって吸気から十分な熱を奪えなくなるため
に、短時間で気化することができなくなる。
【0005】また、成層燃焼を実施するために、ピスト
ンの熱を利用して燃料を気化させる内燃機関も公知であ
る。このような内燃機関においても、燃料の気化に吸気
の熱を全く利用していないわけではなく、前述同様に、
必要燃料量が多くなると、短時間での燃料の気化が難し
くなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このために、一般的な
筒内噴射式火花点火内燃機関は、必要燃料量が所定量を
越える時には、成層燃焼を断念し、吸気行程等に燃料を
噴射して均一燃焼を実施するようになっている。それに
より、全運転状態を通して十分に燃費を低減することが
できない。
【0007】従って、本発明の目的は、成層燃焼可能な
領域を拡大して十分な燃費低減を実現することができる
筒内噴射式火花点火内燃機関を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による請求項1に
記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、気筒内へ燃料を
噴射する燃料噴射弁と、点火プラグとを具備し、前記燃
料噴射弁から噴射された燃料により前記点火プラグ近傍
に混合気を形成して成層燃焼を実現する筒内噴射式火花
点火内燃機関において、吸気増量手段を具備し、少なく
とも機関運転状態により定まる必要燃料量が所定量を越
える時には、前記吸気増量手段により吸気を増量するこ
とを特徴とする。
【0009】また、本発明による請求項2に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関は、請求項1に記載の筒内噴射
式火花点火内燃機関において、前記燃料噴射弁は、前記
点火プラグの方向へ燃料を噴射するものであり、前記燃
料噴射弁から噴射された燃料が直接的に前記点火プラグ
近傍に混合気を形成することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は、本発明による筒内噴射式
火花点火内燃機関を示す概略図である。同図において、
1は内燃機関本体、2は機関吸気系、3は機関排気系で
ある。機関吸気系2は、各気筒へ分岐するインテークマ
ニホルド2aと、インテークマニホルド2aの上流側に
位置するサージタンク2bと、サージタンク2bの上流
側に位置する吸気管2cとを有している。この吸気管2
cには、ターボチャージャ4のコンプレッサ4aが配置
されている。一方、機関排気系3は、各気筒から合流す
るエキゾーストマニホルド3aと、エキゾーストマニホ
ルド3aの下流側に位置する排気管3bとを有してい
る。この排気管3bには、ターボチャージャ4のタービ
ン4bが配置されると共に、このタービン4bをバイパ
スするウエストゲート通路3cが接続されている。この
ウエストゲート通路3cには、ウエストゲートバルブ3
dが配置されている。
【0011】図2は、内燃機関本体1の概略断面図であ
る。同図において、1aは点火プラグ、1bは吸気弁、
1cは排気弁、1dはピストンである。1eは気筒内へ
直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁である。この
燃料噴射弁1eは、点火プラグ1aの方向へ燃料を噴射
するものである。また、この燃料噴射弁1eは、噴射さ
れた燃料の気化を容易にするために円錐又は楕円錐状に
燃料を微粒化して噴射するようになっている。
【0012】図3は、燃料噴射量に対する燃料噴射弁1
eの燃料噴射開始時期と燃料噴射終了時期を示すマップ
であり、燃料噴射終了時期は、点火時期の直前で一定と
されているが、燃料噴射開始時期は、燃料噴射量が多い
ほど早められるようになっている。また点火時期はここ
では一定としているが、燃料噴射量に応じて変化させる
ことも可能であり、例えば、燃料噴射量が多いほど点火
時期をリタードさせても良い。この場合には、燃料噴射
開始時期及び燃料噴射終了時期を同様にリタードさせる
ことも可能である。
【0013】図4の実線は、燃料噴射量に対する過給
量、すなわち、増加させる吸気量(重量)を示すマップ
である。燃料噴射量が所定量Q1を越えると、過給量は
ゼロから徐々に大きくされるようになっている。このよ
うに過給量を変化させるために、ウエストゲートバルブ
3dが、ターボチャージャ4のタービン4bを通過する
排気ガス量を調節してコンプレッサ4aの過給圧を制御
するようになっている。
【0014】燃料噴射量は、機関運転状態により定まる
必要燃料量として制御される。燃料噴射量が所定量Q1
より少ない時には、単位燃料量当たりの気筒内の吸気量
は比較的多く、微粒化して噴射された燃料は、吸気から
十分な熱を奪って短時間で気化可能であり、燃料噴射終
了時に噴射された燃料も点火時期までに気化する。それ
により、噴射された燃料は全て気化し、点火時点におい
て点火プラグ1a近傍には一塊の気化燃料と吸気とから
なる着火性の良好な混合気が形成され、低燃費の成層燃
焼を実現することができる。
【0015】一方、燃料噴射量が所定量Q1より多くな
ると、このままでは、単位燃料量当たりの吸気量が少な
くなり、噴射された燃料は、吸気から十分な熱を奪えな
くなって短時間で気化することができなくなる。しかし
ながら、この時には、ターボチャージャ4によって過給
が実施され、燃料噴射量が所定量Q1を越える分に応じ
て吸気量が増加されるために、単位燃料量当たりの吸気
量は、燃料噴射量が所定量Q1の時の値に維持され、噴
射された燃料を短時間で気化させることが可能となる。
【0016】こうして、燃料噴射量が所定量Q1を越え
ても、燃料噴射終了時に噴射された燃料も含めて噴射さ
れた燃料を点火時期までに全て気化させることができ、
点火時点において、点火プラグ1a近傍には一塊の気化
燃料と吸気とからなる着火性の良好な混合気が形成さ
れ、この時にも低燃費の成層燃焼を実現することが可能
となる。
【0017】ターボチャージャ4による過給は、一方で
タービン4bが排気抵抗を増加させることになるため
に、本実施形態のように、燃料噴射量が所定量Q1を越
える場合には、単位燃料量当たりの吸気量を、燃料噴射
量が所定量Q1の時の値、すなわち、燃料噴射終了時に
噴射された燃料が点火時期までに気化可能な値に維持す
るように最低限の過給しか実施しないようにすれば、排
気抵抗の増加を最小にすることができる。
【0018】もちろん、単位燃料量当たりの吸気量が多
いほど噴射された燃料は気化し易くなるために、図4の
実線より上側で過給量を制御することは、噴射された燃
料の早期気化にとっては有利となる。図4の点線は、常
時過給を実施する例であり、燃料噴射量が多いほど過給
量が多くなるように制御されている。また、図4の一点
鎖線は、常時過給を実施する別の例であり、燃料噴射量
に係わらず、一定の過給量となるように制御されてい
る。この例は、ウエストゲートバルブ3dの制御が、燃
料噴射量を考慮する必要がないために、簡単化される利
点を有している。
【0019】本実施形態は、吸気量を増加する手段とし
て、ターボチャージャを使用したが、これは本発明を限
定するものではなく、例えば、機関出力の一部を使用す
るスーパーチャージャ又は吸気弁の開弁期間を可変とす
るような可変バルブタイミング装置等を使用することが
できる。
【0020】本実施形態は、このように吸気量を増加さ
せて機関高負荷時まで成層燃焼を可能とするものである
が、もちろん、全運転状態で成層燃焼を実施する必要は
なく、従来に比較して成層燃焼の領域を高負荷側に拡大
すれば、従来に比較して燃費を低減することができる。
この場合において、均一燃焼を実施するために、吸気通
路2cにはスロットル弁を配置して吸気量を制御し、吸
気行程に燃料を噴射すれば良い。このスロットル弁は、
成層燃焼時には全開とされる。
【0021】本実施形態は、燃料噴射弁から噴射された
燃料が飛行中に吸気から熱を奪って気化し、点火プラグ
近傍に着火性の良好な混合気を形成して成層燃焼を実施
するものである。このように燃料を気化させるものは、
ピストン頂面に形成された凹部内へ燃料を噴射するもの
に比較して燃料噴射開始時期の設定が自由であり、すな
わち、機関高負荷時の多量の燃料を圧縮行程中に容易に
噴射することができる。また、このように燃料の気化に
主に吸気の熱を利用する場合には、本発明による吸気量
の増加は、短時間での燃料気化に特に有効に作用する。
【0022】しかしながら、本発明は、このように燃料
を気化させるものに限定されず、例えば、ピストン頂面
に点火時点において点火プラグが挿入される燃焼室を具
備し、燃料を燃焼室内へ噴射してピストンの熱を利用し
て気化させ、成層燃焼の混合気を形成する内燃機関にお
いても、多量の燃料を短時間で気化させるためにはピス
トンの熱だけでは不十分で吸気の熱も利用しなければな
らず、本発明は有効である。さらに、ピストン頂面に燃
料を衝突させて点火プラグ近傍へ導き成層燃焼の混合気
を形成する内燃機関においても、多量の燃料を短時間で
気化させるためにはピストンの熱だけでは不十分で吸気
の熱も利用しなければならず、本発明は有効である。
【0023】
【発明の効果】このように、本発明による請求項1に記
載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、燃料噴射弁
から気筒内へ噴射された燃料により点火プラグ近傍に混
合気を形成して成層燃焼を実現する筒内噴射式火花点火
内燃機関において、吸気増量手段が、少なくとも機関運
転状態により定まる必要燃料量が所定量を越える時に、
吸気を増量するために、この時の単位燃料量当たりの吸
気量が増加し、噴射された燃料は吸気から十分に熱を奪
って短時間で気化することができ、この時にも成層燃焼
が可能となる。それにより、低燃費の成層燃焼可能な領
域が拡大して十分な燃費低減を実現することができる。
【0024】また、本発明による請求項2に記載の筒内
噴射式火花点火内燃機関によれば、請求項1に記載の筒
内噴射式火花点火内燃機関において、燃料噴射弁は、点
火プラグの方向へ燃料を噴射するものであり、燃料噴射
弁から噴射された燃料が直接的に点火プラグ近傍に混合
気を形成するものであるために、燃料の気化には主に吸
気の熱が利用され、吸気量増加の効果を特に有効に利用
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の概
略図である。
【図2】図1の内燃機関本体の概略断面図である。
【図3】燃料噴射量に対する燃料噴射開始時期及び燃料
噴射終了時期を示すマップである。
【図4】燃料噴射量に対する過給量を示すマップであ
る。
【符号の説明】
1…内燃機関本体 1a…点火プラグ 1e…燃料噴射弁 2…機関吸気系 3…機関排気系 4…ターボチャージャ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02D 41/02 301 F02D 41/02 301F 301D 43/00 301 43/00 301H 301R (72)発明者 服部 文昭 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 北東 宏之 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 (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、
    点火プラグとを具備し、前記燃料噴射弁から噴射された
    燃料により前記点火プラグ近傍に混合気を形成して成層
    燃焼を実現する筒内噴射式火花点火内燃機関において、
    吸気増量手段を具備し、少なくとも機関運転状態により
    定まる必要燃料量が所定量を越える時には、前記吸気増
    量手段により吸気を増量することを特徴とする筒内噴射
    式火花点火内燃機関。
  2. 【請求項2】 前記燃料噴射弁は、前記点火プラグの方
    向へ燃料を噴射するものであり、前記燃料噴射弁から噴
    射された燃料が直接的に前記点火プラグ近傍に混合気を
    形成することを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式
    火花点火内燃機関。
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