JPH1182029A - 内燃機関の成層燃焼方法 - Google Patents
内燃機関の成層燃焼方法Info
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- JPH1182029A JPH1182029A JP9239804A JP23980497A JPH1182029A JP H1182029 A JPH1182029 A JP H1182029A JP 9239804 A JP9239804 A JP 9239804A JP 23980497 A JP23980497 A JP 23980497A JP H1182029 A JPH1182029 A JP H1182029A
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- fuel
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- F02B75/12—Other methods of operation
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- 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】 ピストン頂面等に付着した燃料の後燃えによ
るスモークやＨＣの排出量を低減し得る筒内直接燃料噴
射式内燃機関の成層燃焼方法の改良。 【解決手段】 ピストン４の頂面の、筒内直噴用燃料噴
射弁１の噴口に対向する位置に小キャビティ５を形成
し、成層燃焼用点火プラグ２を噴射弁１の噴口の近傍に
配置した筒内直噴式内燃機関を使用する。圧縮行程の初
期から中期において成層燃焼のための燃料をピストン４
の頂面や筒内の壁面に直接に衝突しないように空間に噴
射して浮遊する一次噴射の燃料噴霧を形成し、次に、圧
縮行程の後期における点火作動の直前に少量の燃料を筒
内に噴射して小キャビティ５の表面に衝突させることに
より、小キャビティ５内に二次噴射の燃料噴霧を形成さ
せて、それを小キャビティの表面に沿って点火プラグ２
の電極の近傍へ誘導し、濃厚な二次噴射の燃料噴霧を介
して大量の一次噴射のリーン混合気に着火させる。
るスモークやＨＣの排出量を低減し得る筒内直接燃料噴
射式内燃機関の成層燃焼方法の改良。 【解決手段】 ピストン４の頂面の、筒内直噴用燃料噴
射弁１の噴口に対向する位置に小キャビティ５を形成
し、成層燃焼用点火プラグ２を噴射弁１の噴口の近傍に
配置した筒内直噴式内燃機関を使用する。圧縮行程の初
期から中期において成層燃焼のための燃料をピストン４
の頂面や筒内の壁面に直接に衝突しないように空間に噴
射して浮遊する一次噴射の燃料噴霧を形成し、次に、圧
縮行程の後期における点火作動の直前に少量の燃料を筒
内に噴射して小キャビティ５の表面に衝突させることに
より、小キャビティ５内に二次噴射の燃料噴霧を形成さ
せて、それを小キャビティの表面に沿って点火プラグ２
の電極の近傍へ誘導し、濃厚な二次噴射の燃料噴霧を介
して大量の一次噴射のリーン混合気に着火させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は筒内直噴エンジンに
おける成層燃焼方法に関する。
おける成層燃焼方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】筒内に直接に燃料を噴射する所謂筒内直
噴エンジンにおける従来の所謂成層燃焼方法としては、
圧縮行程の後期に必要燃料量を一度に噴射し、ピストン
の頂面に形成されたキャビティの表面に衝突させるなど
して、キャビティの形状を利用して着火可能な混合気を
形成すると共に、それを点火プラグ位置に誘導して点火
させるのが一般的である。この方式ではキャビティに燃
料が付着するため、燃料を増量したとき、特に始動時は
キャビティが未だ低温のため、付着した燃料の蒸発が遅
れるので、後燃えによるスモーク発生が問題となる。さ
らに燃料噴射弁と点火プラグの位置即ち点火位置との距
離が長いために、燃料噴射弁から点火位置まで誘導され
る混合気が拡散しやすくなるので、それが極低負荷時の
成層燃焼を難しくしている。そこで成層燃焼のための噴
霧の誘導だけを考えると狭噴霧角の燃料噴射弁を使用す
ることも有効であるが、これには高負荷時の均質燃焼と
いう点で問題があるので、それらの問題を同時に解決す
ることが課題となる。
噴エンジンにおける従来の所謂成層燃焼方法としては、
圧縮行程の後期に必要燃料量を一度に噴射し、ピストン
の頂面に形成されたキャビティの表面に衝突させるなど
して、キャビティの形状を利用して着火可能な混合気を
形成すると共に、それを点火プラグ位置に誘導して点火
させるのが一般的である。この方式ではキャビティに燃
料が付着するため、燃料を増量したとき、特に始動時は
キャビティが未だ低温のため、付着した燃料の蒸発が遅
れるので、後燃えによるスモーク発生が問題となる。さ
らに燃料噴射弁と点火プラグの位置即ち点火位置との距
離が長いために、燃料噴射弁から点火位置まで誘導され
る混合気が拡散しやすくなるので、それが極低負荷時の
成層燃焼を難しくしている。そこで成層燃焼のための噴
霧の誘導だけを考えると狭噴霧角の燃料噴射弁を使用す
ることも有効であるが、これには高負荷時の均質燃焼と
いう点で問題があるので、それらの問題を同時に解決す
ることが課題となる。
【０００３】また、特開平６−３１７１６１号公報に
は、吸気行程から圧縮行程にかけて２回に分けて燃料噴
射を行い、前期分として大量の燃料を早期に噴射するこ
とによって予混合・気化を促進するとともに、後期分は
少量の燃料を圧縮行程の後期において噴射して点火用電
極の近傍に確実に着火し得る混合気域を形成する直噴層
状燃焼機関の多段噴射燃焼方法が記載されている。
は、吸気行程から圧縮行程にかけて２回に分けて燃料噴
射を行い、前期分として大量の燃料を早期に噴射するこ
とによって予混合・気化を促進するとともに、後期分は
少量の燃料を圧縮行程の後期において噴射して点火用電
極の近傍に確実に着火し得る混合気域を形成する直噴層
状燃焼機関の多段噴射燃焼方法が記載されている。
【０００４】しかしながら、この多段噴射燃焼方法にお
いても、前期分として噴射される大量の燃料の噴射方法
や噴射時期については格別の配慮が払われていないと考
えられるので、前期分の噴射を通常の噴射方法によって
行うものとすれば、噴射された燃料の噴霧がピストンの
頂面に付着し、低温始動時において噴射量を増加させた
ような場合には、付着した燃料の後燃えによってスモー
クやＨＣの排出量が増加する可能性がある。
いても、前期分として噴射される大量の燃料の噴射方法
や噴射時期については格別の配慮が払われていないと考
えられるので、前期分の噴射を通常の噴射方法によって
行うものとすれば、噴射された燃料の噴霧がピストンの
頂面に付着し、低温始動時において噴射量を増加させた
ような場合には、付着した燃料の後燃えによってスモー
クやＨＣの排出量が増加する可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
おける前述の問題を解消することができるような、内燃
機関の改良された成層燃焼方法を提供することを目的と
している。
おける前述の問題を解消することができるような、内燃
機関の改良された成層燃焼方法を提供することを目的と
している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項
に記載された内燃機関の成層燃焼方法を提供する。
解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項
に記載された内燃機関の成層燃焼方法を提供する。
【０００７】本発明の成層燃焼方法によれば、基本的
に、圧縮行程の初期から中期において筒内直噴用燃料噴
射弁によって成層燃焼のための第１回目の比較的多量の
燃料噴射を行う。その際に燃料噴霧がピストン頂面や筒
内の壁面に直接に衝突することがないように筒内の空間
に噴射して、空間に浮遊する一次噴射の燃料噴霧を形成
させる。次いで、圧縮行程の後期における点火動作の直
前に、第２回目の燃料噴射として少量の燃料をピストン
の小キャビティの表面に衝突するように噴射し、小キャ
ビティ内に二次噴射の燃料噴霧を形成させるとともに、
小キャビティの表面に沿って点火電極の近傍へ誘導する
ことにより、二次噴射の燃料噴霧によって比較的燃料濃
度の高い混合気を点火電極の周囲に形成して、まずそれ
に点火するので、一次噴射の燃料噴霧による大量のリー
ン混合気の着火が容易になり、全体として空燃比の高い
リーン混合気を確実に着火させ得る。
に、圧縮行程の初期から中期において筒内直噴用燃料噴
射弁によって成層燃焼のための第１回目の比較的多量の
燃料噴射を行う。その際に燃料噴霧がピストン頂面や筒
内の壁面に直接に衝突することがないように筒内の空間
に噴射して、空間に浮遊する一次噴射の燃料噴霧を形成
させる。次いで、圧縮行程の後期における点火動作の直
前に、第２回目の燃料噴射として少量の燃料をピストン
の小キャビティの表面に衝突するように噴射し、小キャ
ビティ内に二次噴射の燃料噴霧を形成させるとともに、
小キャビティの表面に沿って点火電極の近傍へ誘導する
ことにより、二次噴射の燃料噴霧によって比較的燃料濃
度の高い混合気を点火電極の周囲に形成して、まずそれ
に点火するので、一次噴射の燃料噴霧による大量のリー
ン混合気の着火が容易になり、全体として空燃比の高い
リーン混合気を確実に着火させ得る。
【０００８】従って、失火のない確実な着火が可能にな
るだけでなく、ピストンの頂面や筒内の壁面に付着する
燃料が少なくなるので、付着燃料の蒸発が遅れる低温
時、または中負荷以上の運転状態でもスモークやＨＣの
排出量を低減することができ、内燃機関の低燃費運転が
可能になる。
るだけでなく、ピストンの頂面や筒内の壁面に付着する
燃料が少なくなるので、付着燃料の蒸発が遅れる低温
時、または中負荷以上の運転状態でもスモークやＨＣの
排出量を低減することができ、内燃機関の低燃費運転が
可能になる。
【０００９】また、筒内直噴用燃料噴射弁として、噴射
される燃料噴霧に旋回を与えるスワラー部を備えている
ものを使用することにより、燃料噴霧の形を旋回する円
錐形にすると、筒内圧が高くなるのにつれて噴霧角が小
さくなる。従って、圧縮行程の初期から中期の比較的低
圧の状態において行われる一次噴射の燃料噴霧の噴霧角
は大きくなり、筒内空間に広く拡がった形になってピス
トン頂面や筒内の壁面に直接に衝突することが避けられ
るし、圧縮行程の後期における高圧の状態で行われる少
量の燃料による二次噴射の燃料噴霧の噴霧角は小さくな
り、小キャビティに正確に衝突して、点火プラグの電極
の周囲だけに点火の容易な混合気を形成することができ
る。
される燃料噴霧に旋回を与えるスワラー部を備えている
ものを使用することにより、燃料噴霧の形を旋回する円
錐形にすると、筒内圧が高くなるのにつれて噴霧角が小
さくなる。従って、圧縮行程の初期から中期の比較的低
圧の状態において行われる一次噴射の燃料噴霧の噴霧角
は大きくなり、筒内空間に広く拡がった形になってピス
トン頂面や筒内の壁面に直接に衝突することが避けられ
るし、圧縮行程の後期における高圧の状態で行われる少
量の燃料による二次噴射の燃料噴霧の噴霧角は小さくな
り、小キャビティに正確に衝突して、点火プラグの電極
の周囲だけに点火の容易な混合気を形成することができ
る。
【００１０】本発明の成層燃焼方法を用いる内燃機関に
おいては、常時一次噴射と二次噴射を伴う成層燃焼を行
うとは限らず、成層燃焼用点火プラグの他に均質燃焼用
点火プラグをも設けて、高負荷時において一次噴射のみ
のリーン混合気の均質燃焼に切り換えたり、極軽負荷時
において一次噴射を休止するとともに、二次噴射のみの
燃料混合気を着火させる成層燃焼に切り換えることも可
能である。なお、本発明において筒内直噴用燃料噴射弁
として電歪式アクチュエータを有する燃料噴射弁を使用
すると、制御に対する応答性がきわめて高くなるので、
複数回の噴射や微量の噴射を制御するのに好適である。
おいては、常時一次噴射と二次噴射を伴う成層燃焼を行
うとは限らず、成層燃焼用点火プラグの他に均質燃焼用
点火プラグをも設けて、高負荷時において一次噴射のみ
のリーン混合気の均質燃焼に切り換えたり、極軽負荷時
において一次噴射を休止するとともに、二次噴射のみの
燃料混合気を着火させる成層燃焼に切り換えることも可
能である。なお、本発明において筒内直噴用燃料噴射弁
として電歪式アクチュエータを有する燃料噴射弁を使用
すると、制御に対する応答性がきわめて高くなるので、
複数回の噴射や微量の噴射を制御するのに好適である。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は本発明にかかる噴射方法を
ガソリン機関に適用した場合の筒内の状況を経時的に示
したものである。図１に示すように機関の１つの筒内
は、中央に配置した均質燃焼用プラグ３と、スワールノ
ズルを装着した筒内直接噴射用の噴射弁１と、噴射弁１
の近傍に配置した成層燃焼用プラグ２と、噴射弁１側に
小キャビティ５を有するピストン４より構成される。噴
射弁１の取付角は、筒内圧が低く且つ広噴霧角となる吸
気行程噴射時に、筒内全体に噴霧が拡がるような大きい
噴射角を得られる位置に、かつ噴射された噴霧が成層燃
焼用プラグに直接に当らないような位置に配置してあ
る。小キャビティ５には、圧縮ＴＤＣ直前に噴射弁１よ
り噴射された狭噴霧角の僅かな量の燃料を衝突させた後
に成層燃焼用プラグ２の周辺へ誘導できるような角度の
表面が形成されている。
ガソリン機関に適用した場合の筒内の状況を経時的に示
したものである。図１に示すように機関の１つの筒内
は、中央に配置した均質燃焼用プラグ３と、スワールノ
ズルを装着した筒内直接噴射用の噴射弁１と、噴射弁１
の近傍に配置した成層燃焼用プラグ２と、噴射弁１側に
小キャビティ５を有するピストン４より構成される。噴
射弁１の取付角は、筒内圧が低く且つ広噴霧角となる吸
気行程噴射時に、筒内全体に噴霧が拡がるような大きい
噴射角を得られる位置に、かつ噴射された噴霧が成層燃
焼用プラグに直接に当らないような位置に配置してあ
る。小キャビティ５には、圧縮ＴＤＣ直前に噴射弁１よ
り噴射された狭噴霧角の僅かな量の燃料を衝突させた後
に成層燃焼用プラグ２の周辺へ誘導できるような角度の
表面が形成されている。
【００１２】燃料噴射弁１としては、例えば図３に示し
たような電歪式アクチュエータを用いた高圧噴射弁を利
用することができる。電歪式アクチュエータを用いた筒
内直噴用燃料噴射弁としては、特公平４−５４０６５号
公報に記載された噴射弁が知られている。図３は、特に
スワラー部を設けた時の該噴射弁の構造を示す。
たような電歪式アクチュエータを用いた高圧噴射弁を利
用することができる。電歪式アクチュエータを用いた筒
内直噴用燃料噴射弁としては、特公平４−５４０６５号
公報に記載された噴射弁が知られている。図３は、特に
スワラー部を設けた時の該噴射弁の構造を示す。
【００１３】図３において、該噴射弁は、噴口１０１を
有するノズルボデー１０２と、該ノズルボデー１２０内
に収容され、一部に流れを旋回させるスワラー部１１５
を設けられたノズルニードル１０３と、電歪式アクチュ
エータ１０５と、該電歪式アクチュエータ１０５の下端
に接するポンプピストン１１０の下端面および前記ノズ
ルニードル１０３の上端面との間に形成されたポンプ室
１０６とを備えており、電歪効果により前記電歪式アク
チュエータ１０５を伸長・収縮させて、前記ポンプ室１
０６内の圧力を変化させることにより、前記ノズルニー
ドル１０３を軸方向に往復動させて、前記噴口１０１に
通じる流路を開閉するものである。そして前記ノズルニ
ードル１０３の上端面に、閉弁時に周囲の絞り通路１０
７を介して燃料の油圧を作用させることにより閉弁状態
を維持するとともに、前記ポンプ室１０６とノズルニー
ドル１０３の端面との間にディスタンスピース１０８を
設けて、開弁時にはノズルニードル１０３の上端面をデ
ィスタンスピース１０８に密着させることによって、ノ
ズルニードル１０３の開弁状態を維持するものである。
有するノズルボデー１０２と、該ノズルボデー１２０内
に収容され、一部に流れを旋回させるスワラー部１１５
を設けられたノズルニードル１０３と、電歪式アクチュ
エータ１０５と、該電歪式アクチュエータ１０５の下端
に接するポンプピストン１１０の下端面および前記ノズ
ルニードル１０３の上端面との間に形成されたポンプ室
１０６とを備えており、電歪効果により前記電歪式アク
チュエータ１０５を伸長・収縮させて、前記ポンプ室１
０６内の圧力を変化させることにより、前記ノズルニー
ドル１０３を軸方向に往復動させて、前記噴口１０１に
通じる流路を開閉するものである。そして前記ノズルニ
ードル１０３の上端面に、閉弁時に周囲の絞り通路１０
７を介して燃料の油圧を作用させることにより閉弁状態
を維持するとともに、前記ポンプ室１０６とノズルニー
ドル１０３の端面との間にディスタンスピース１０８を
設けて、開弁時にはノズルニードル１０３の上端面をデ
ィスタンスピース１０８に密着させることによって、ノ
ズルニードル１０３の開弁状態を維持するものである。
【００１４】次に、上記燃料噴射弁の作用について簡単
に説明する。まず、電歪式アクチュエータ１０５を収縮
させることにより、ポンプピストン１１０を介してポン
プ室１０６を減圧し、ノズルニードル１０３を、該ノズ
ルニードル１０３に作用する油圧力に打ち勝って引き上
げることにより開弁させる。噴射期間中は、ノズルニー
ドル１０３の上端面により吐出孔１１１が閉塞され、ポ
ンプ室１０６が減圧状態を保つことにより、ノズルニー
ドル１０３を引き上げた状態で保持する。
に説明する。まず、電歪式アクチュエータ１０５を収縮
させることにより、ポンプピストン１１０を介してポン
プ室１０６を減圧し、ノズルニードル１０３を、該ノズ
ルニードル１０３に作用する油圧力に打ち勝って引き上
げることにより開弁させる。噴射期間中は、ノズルニー
ドル１０３の上端面により吐出孔１１１が閉塞され、ポ
ンプ室１０６が減圧状態を保つことにより、ノズルニー
ドル１０３を引き上げた状態で保持する。
【００１５】開弁中は、スワラー部１１５の外周面に形
成された斜め方向の溝によって旋回流を与えられた燃料
が噴孔１０１から噴射され、広噴霧角のコーン状の噴霧
が得られる。この広噴霧角の噴霧の内部は雰囲気圧より
も低圧となるため、筒内圧が高くなる圧縮行程の噴射で
は自然に狭噴霧角の噴霧となる。
成された斜め方向の溝によって旋回流を与えられた燃料
が噴孔１０１から噴射され、広噴霧角のコーン状の噴霧
が得られる。この広噴霧角の噴霧の内部は雰囲気圧より
も低圧となるため、筒内圧が高くなる圧縮行程の噴射で
は自然に狭噴霧角の噴霧となる。
【００１６】次に、閉弁時には、アクチュエータ１０５
を伸張させることにより、ポンプピストン１１０を介し
てポンプ室１０６を増圧すると、ノズルニードル１０３
に下向きの油圧力が作用するので、ノズルニードル１０
３は降下して着座し、噴口１０１への燃料の流れを遮断
する。噴射量は、開弁から閉弁までの時間τによって制
御される。次にこの噴射弁の作動における特徴につい
て、より詳しく説明する。
を伸張させることにより、ポンプピストン１１０を介し
てポンプ室１０６を増圧すると、ノズルニードル１０３
に下向きの油圧力が作用するので、ノズルニードル１０
３は降下して着座し、噴口１０１への燃料の流れを遮断
する。噴射量は、開弁から閉弁までの時間τによって制
御される。次にこの噴射弁の作動における特徴につい
て、より詳しく説明する。
【００１７】この噴射弁は、図示しない制御回路からの
噴射信号により作動する駆動回路によって、電歪アクチ
ュエータに通電することにより開閉弁する。開弁時間τ
は、 τ＝τ１＋τ２ … （但し、τ１は第１噴射期間、τ２は第２噴射期間とす
る。）であって、その値は噴射弁の噴射率δによって決
まる。例えばδ＝１０mm3 ／msであるときに、３０mm3
／stの燃料を噴射したいときはτ＝３msとなる。また３
０mm3 ／stの燃料を２５mm3 ／stと５mm3 ／stの２回に
分けて噴射する場合は、式によって、 τ１＝２．５ms、およびτ２＝０．５ms となる（stはストローク) 。
噴射信号により作動する駆動回路によって、電歪アクチ
ュエータに通電することにより開閉弁する。開弁時間τ
は、 τ＝τ１＋τ２ … （但し、τ１は第１噴射期間、τ２は第２噴射期間とす
る。）であって、その値は噴射弁の噴射率δによって決
まる。例えばδ＝１０mm3 ／msであるときに、３０mm3
／stの燃料を噴射したいときはτ＝３msとなる。また３
０mm3 ／stの燃料を２５mm3 ／stと５mm3 ／stの２回に
分けて噴射する場合は、式によって、 τ１＝２．５ms、およびτ２＝０．５ms となる（stはストローク) 。
【００１８】実際のエンジンでは、回転数やアクセル開
度等によって知り得るいろいろな負荷状況により、制御
回路がマップ値に従って要求噴射量を決定し、開弁時間
τ１、τ２の噴射信号を出力する。その噴射時期は２つ
に分けられる。まず第１の噴射時期においては燃料噴霧
をピストンの頂面に衝突させないで、筒内の空間に混合
気を形成するため、噴射の終了時期が遅くとも９０°Ｂ
ＴＤＣまでに噴き終わることが望ましく、回転数が高い
ほど、また要求噴射量が多いほど速く噴き始めることが
必要となる。
度等によって知り得るいろいろな負荷状況により、制御
回路がマップ値に従って要求噴射量を決定し、開弁時間
τ１、τ２の噴射信号を出力する。その噴射時期は２つ
に分けられる。まず第１の噴射時期においては燃料噴霧
をピストンの頂面に衝突させないで、筒内の空間に混合
気を形成するため、噴射の終了時期が遅くとも９０°Ｂ
ＴＤＣまでに噴き終わることが望ましく、回転数が高い
ほど、また要求噴射量が多いほど速く噴き始めることが
必要となる。
【００１９】例えば回転数４８００rpm 、要求噴射量４
５mm3 ／st（第１の噴射量４０mm3／st、第２の噴射量
５mm3 ／st）の場合には、噴射期間４msの間に１１５．
２℃Ａ進むため、２０５．２°ＢＴＤＣ以前から噴き始
める必要がある。しかしあまり早く噴き始めると、例え
ば３３０°ＢＴＤＣ噴射開始ではピストンが上死点近く
にあるため、噴霧がピストン頂面に衝突した時に蒸発し
ないで油膜として付着する燃料がスモークの発生原因と
なる。そのため、第１の噴射時期としては、３００°Ｂ
ＴＤＣから６０°ＢＴＤＣの範囲か、より好ましくは２
７０°ＢＴＤＣ〜９０°ＢＴＤＣの範囲で噴射する。
５mm3 ／st（第１の噴射量４０mm3／st、第２の噴射量
５mm3 ／st）の場合には、噴射期間４msの間に１１５．
２℃Ａ進むため、２０５．２°ＢＴＤＣ以前から噴き始
める必要がある。しかしあまり早く噴き始めると、例え
ば３３０°ＢＴＤＣ噴射開始ではピストンが上死点近く
にあるため、噴霧がピストン頂面に衝突した時に蒸発し
ないで油膜として付着する燃料がスモークの発生原因と
なる。そのため、第１の噴射時期としては、３００°Ｂ
ＴＤＣから６０°ＢＴＤＣの範囲か、より好ましくは２
７０°ＢＴＤＣ〜９０°ＢＴＤＣの範囲で噴射する。
【００２０】次に第２の噴射時期においては、燃料噴霧
をピストンの小キャビティ５に衝突させて成層燃焼用プ
ラグ２の周辺へ誘導させるため、上死点（ＴＤＣ）直前
の例えば３０°ＢＴＤＣ付近で噴射することが好まし
い。早すぎると誘導すべき燃料が拡散してしまうので確
実な着火が得られず、また遅すぎる場合には着火遅れに
より出力低下を引き起こす。
をピストンの小キャビティ５に衝突させて成層燃焼用プ
ラグ２の周辺へ誘導させるため、上死点（ＴＤＣ）直前
の例えば３０°ＢＴＤＣ付近で噴射することが好まし
い。早すぎると誘導すべき燃料が拡散してしまうので確
実な着火が得られず、また遅すぎる場合には着火遅れに
より出力低下を引き起こす。
【００２１】次に、図２のタイミングチャートに従い本
発明の実施例を説明する。極軽負荷時には、唯１回の噴
射による成層燃焼を行う。噴射信号が入力されることに
より噴射弁は開弁し、遅くとも点火開始までに噴射を終
了する。その時のピストン４の位置は上死点（ＴＤＣ）
の少し前である。噴射された燃料は小キャビティ５の表
面に衝突後、成層燃焼用プラグ２に向かって誘導され
て、その周辺で拡散蒸発する。そして成層燃焼用プラグ
２によって点火されて成層燃焼を行う。
発明の実施例を説明する。極軽負荷時には、唯１回の噴
射による成層燃焼を行う。噴射信号が入力されることに
より噴射弁は開弁し、遅くとも点火開始までに噴射を終
了する。その時のピストン４の位置は上死点（ＴＤＣ）
の少し前である。噴射された燃料は小キャビティ５の表
面に衝突後、成層燃焼用プラグ２に向かって誘導され
て、その周辺で拡散蒸発する。そして成層燃焼用プラグ
２によって点火されて成層燃焼を行う。
【００２２】軽中負荷では、本発明の特徴である前述の
ような２回の噴射による成層燃焼を行う。１回目の噴射
は燃料の噴霧のピストン４の頂面への衝突を避けて空間
に混合気を形成するため、ピストン４の位置が下死点
（ＢＤＣ）付近から噴射を開始し、遅くとも行程の中間
点付近までに噴射を終了する。より好ましくは、成層状
態を強めるために噴射終了時期を一定として、噴射量に
応じて噴射開始時期を早めることが望ましい。その後、
ピストンが上死点近くにきた時に２回目の少量噴射を行
う。この時に噴射された燃料は小キャビティの表面に衝
突後、成層燃焼用プラグ２に向かって誘導されて、その
周囲で拡散蒸発する。そして成層燃焼用プラグ２によっ
て点火されて成層燃焼を行う。これによりピストン等へ
の燃料の付着量が低く抑えられるため、始動時のような
低温で噴射量が多いときにも、スモークの量を低減する
ことができる。
ような２回の噴射による成層燃焼を行う。１回目の噴射
は燃料の噴霧のピストン４の頂面への衝突を避けて空間
に混合気を形成するため、ピストン４の位置が下死点
（ＢＤＣ）付近から噴射を開始し、遅くとも行程の中間
点付近までに噴射を終了する。より好ましくは、成層状
態を強めるために噴射終了時期を一定として、噴射量に
応じて噴射開始時期を早めることが望ましい。その後、
ピストンが上死点近くにきた時に２回目の少量噴射を行
う。この時に噴射された燃料は小キャビティの表面に衝
突後、成層燃焼用プラグ２に向かって誘導されて、その
周囲で拡散蒸発する。そして成層燃焼用プラグ２によっ
て点火されて成層燃焼を行う。これによりピストン等へ
の燃料の付着量が低く抑えられるため、始動時のような
低温で噴射量が多いときにも、スモークの量を低減する
ことができる。
【００２３】高負荷の均質燃焼では、ピストンに衝突さ
せない範囲で、できるだけ早いタイミングにおいて燃料
を噴射し、得られた均質混合気を中央に配置した高負荷
用プラグ、即ち均質燃焼用プラグ３によって点火して燃
焼させる。
せない範囲で、できるだけ早いタイミングにおいて燃料
を噴射し、得られた均質混合気を中央に配置した高負荷
用プラグ、即ち均質燃焼用プラグ３によって点火して燃
焼させる。
【００２４】図４は、本発明の成層燃焼方法による前述
のような負荷の程度に応じた燃料噴射パターンの使い分
けを、図表上の領域として例示したものである。また、
図５は、図４に示す破線の回転数における噴射タイミン
グと噴射間隔を示すものである。
のような負荷の程度に応じた燃料噴射パターンの使い分
けを、図表上の領域として例示したものである。また、
図５は、図４に示す破線の回転数における噴射タイミン
グと噴射間隔を示すものである。
【００２５】図４において中段に示した２回の噴射を伴
う成層燃焼の領域では、噴射の終了時期はピストンとの
位置関係から一定のクランク角であることが好ましい
が、その時期はエンジンの行程の長さによって変わり、
例えばショートコンロッドの場合にはロングコンロッド
の場合よりも進角することが好ましい。また噴射の開始
時期は、機関の回転数、噴射量、噴射弁の噴射率に応じ
て次式のように設定することが好ましい。
う成層燃焼の領域では、噴射の終了時期はピストンとの
位置関係から一定のクランク角であることが好ましい
が、その時期はエンジンの行程の長さによって変わり、
例えばショートコンロッドの場合にはロングコンロッド
の場合よりも進角することが好ましい。また噴射の開始
時期は、機関の回転数、噴射量、噴射弁の噴射率に応じ
て次式のように設定することが好ましい。
【００２６】
【数１】
【図１】本発明の方法をガソリン機関に適用した場合の
筒内の状況を経時的に示す概念図である。
筒内の状況を経時的に示す概念図である。
【図２】本発明の方法の実施例を示すタイミングチャー
トである。
トである。
【図３】本発明の方法において使用し得る燃料噴射弁の
構造を示す縦断面図である。
構造を示す縦断面図である。
【図４】本発明の方法による噴射モードの使い分けを領
域によって示す線図である。
域によって示す線図である。
【図５】図４中の特定の状態における噴射タイミングと
噴射量を示す線図である。
噴射量を示す線図である。
１…筒内直噴用燃料噴射弁 ２…成層燃焼用点火プラグ ３…均質燃焼用点火プラグ ４…ピストン ５…小キャビティ １０１…噴口 １０３…ノズルニードル １０５…電歪式アクチュエータ １０６…ポンプ室 １１０…ポンプピストン １１５…スワラー部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 毅彦 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 神田 睦美 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 友田 晃利 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 (5)
- 【請求項１】 筒内直噴用燃料噴射弁の噴口に対向する
位置のピストン頂面に小キャビティを形成するととも
に、成層燃焼用点火プラグを前記燃料噴射弁の噴口の近
傍に配置した筒内直噴式内燃機関を使用し、圧縮行程の
初期から中期において成層燃焼のための燃料を、その燃
料噴霧が前記ピストン頂面や筒内の壁面に直接に衝突す
ることがないように、前記燃料噴射弁によって筒内の空
間に噴射して、前記筒内の空間に浮遊する一次噴射の燃
料噴霧を形成し、次いで、圧縮行程の後期における前記
成層燃焼用点火プラグの点火の直前に前記燃料噴射弁に
よって少量の燃料を筒内に噴射して、前記小キャビティ
の表面に衝突させることにより、前記小キャビティ内に
二次噴射の燃料噴霧を形成させて、それを前記小キャビ
ティの表面によって前記成層燃焼用点火プラグの電極の
近傍へ誘導することにより、前記二次噴射の燃料噴霧を
介して前記一次噴射の燃料噴霧に着火させることを特徴
とする内燃機関の成層燃焼方法。 - 【請求項２】 前記筒内直噴用燃料噴射弁として、噴射
される燃料噴霧に旋回を与えるスワラー部を備えている
ものを使用することを特徴とする請求項１に記載された
内燃機関の成層燃焼方法。 - 【請求項３】 前記成層燃焼用点火プラグの他に、均質
燃焼用点火プラグをも設けた筒内直噴式内燃機関を使用
し、高負荷時において前記均質燃焼用点火プラグによる
均質燃焼をも可能としたことを特徴とする請求項１また
は２に記載された内燃機関の成層燃焼方法。 - 【請求項４】 極軽負荷時において、前記一次噴射を休
止するとともに、前記二次噴射の燃料噴霧を前記成層燃
焼用点火プラグによって着火させる成層燃焼をも可能と
したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記
載された内燃機関の成層燃焼方法。 - 【請求項５】 前記筒内直噴用燃料噴射弁として、電歪
式アクチュエータを有する燃料噴射弁を使用することを
特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載された内
燃機関の成層燃焼方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9239804A JPH1182029A (ja) | 1997-09-04 | 1997-09-04 | 内燃機関の成層燃焼方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9239804A JPH1182029A (ja) | 1997-09-04 | 1997-09-04 | 内燃機関の成層燃焼方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1182029A true JPH1182029A (ja) | 1999-03-26 |
Family
ID=17050115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9239804A Withdrawn JPH1182029A (ja) | 1997-09-04 | 1997-09-04 | 内燃機関の成層燃焼方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1182029A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0523624A2 (en) * | 1991-07-18 | 1993-01-20 | ROLLWASCH ITALIANA S.p.A. | Agglomerated abrasive device particularly for tumbling and the like, and manufacturing process |
| GB2389148A (en) * | 2002-03-22 | 2003-12-03 | Daimler Chrysler Ag | Direct injection spark ignition i.c. engine combustion chamber with two spark plugs |
| EP1406003A1 (en) * | 2001-07-02 | 2004-04-07 | Hitachi, Ltd. | Cylinder direct injection type internal combustion engine |
| JP2006316721A (ja) * | 2005-05-13 | 2006-11-24 | Nissan Motor Co Ltd | 筒内噴射内燃機関 |
| US11834983B2 (en) | 2019-07-15 | 2023-12-05 | The Research Foundation For The State University Of New York | Method for control of advanced combustion through split direct injection of high heat of vaporization fuel or water fuel mixtures |
-
1997
- 1997-09-04 JP JP9239804A patent/JPH1182029A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0523624A2 (en) * | 1991-07-18 | 1993-01-20 | ROLLWASCH ITALIANA S.p.A. | Agglomerated abrasive device particularly for tumbling and the like, and manufacturing process |
| EP0523624A3 (en) * | 1991-07-18 | 1993-05-12 | Rollwasch Italiana S.P.A. | Agglomerated abrasive device particularly for tumbling and the like, and manufacturing process |
| EP1406003A1 (en) * | 2001-07-02 | 2004-04-07 | Hitachi, Ltd. | Cylinder direct injection type internal combustion engine |
| EP1406003A4 (en) * | 2001-07-02 | 2004-11-03 | Hitachi Ltd | COMBUSTION ENGINE WITH DIRECT INJECTION IN THE CYLINDER |
| US6948474B2 (en) | 2001-07-02 | 2005-09-27 | Hitachi, Ltd. | Cylinder direct injection type internal combustion engine |
| GB2389148A (en) * | 2002-03-22 | 2003-12-03 | Daimler Chrysler Ag | Direct injection spark ignition i.c. engine combustion chamber with two spark plugs |
| GB2389148B (en) * | 2002-03-22 | 2004-06-09 | Daimler Chrysler Ag | Internal combustion engine with fuel injection |
| US6848415B2 (en) | 2002-03-22 | 2005-02-01 | Daimlerchrysler Ag | Internal combustion engine with direct injection |
| JP2006316721A (ja) * | 2005-05-13 | 2006-11-24 | Nissan Motor Co Ltd | 筒内噴射内燃機関 |
| JP4604829B2 (ja) * | 2005-05-13 | 2011-01-05 | 日産自動車株式会社 | 筒内噴射内燃機関 |
| US11834983B2 (en) | 2019-07-15 | 2023-12-05 | The Research Foundation For The State University Of New York | Method for control of advanced combustion through split direct injection of high heat of vaporization fuel or water fuel mixtures |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20041207 |