WO2007063728A1

WO2007063728A1 - 筒内噴射式火花点火内燃機関

Info

Publication number: WO2007063728A1
Application number: PCT/JP2006/323053
Authority: WO
Inventors: Takeshi Ashizawa; Osamu Tomino
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2007-06-07
Also published as: DE112006003530B4; JP4329860B2; CN101107436A; CN100543287C; JPWO2007063728A1; DE112006003530T5; US20080110438A1; US7487756B2

Abstract

圧縮行程で気筒内へ噴射された燃料を飛行中に気化させて気筒内の一部に混合気を形成し、点火プラグの点火ギャップを圧縮上死点前の点火時期において混合気内に位置させて混合気を着火燃焼させる成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、要求燃料量が多くなって、点火時期近傍の第一燃料噴射により形成される混合気の空燃比が過剰リッチとなる時には、要求燃料量の一部を第一燃料噴射とは別に圧縮行程において噴射する第二燃料噴射を実施し、第二燃料噴射の燃料量が設定量より多くなる時には、第二燃料噴射を第一燃料噴射より進角側とし、第二燃料噴射の燃料量が設定量より少なくなる時には、第二燃料噴射を第一燃料噴射より遅角側とする。

Description

筒内噴射式火花点火内燃機関

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。明

背景技術 .

圧縮行程で気筒内へ噴射された燃料を飛行中に気化させて気筒内の一部に混合気を形成し、この混合気書を点火プラグによって着火燃焼させることにより、気筒内全体の空燃比を理論空燃比よりリーンとした燃焼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において、燃料噴射弁は、 '少なくとも一部の燃料が点火プラグの点火ギャップを通過するように燃料を噴射し、燃料噴射終了時期を点火時期近傍とすることにより、点火時期において点火プラグの点火ギヤップを混合気内に位置させて、混合気の着火燃焼を可能としている。

このような成層燃焼では、要求燃料量が比較的少ない時には、形成される混合気の空燃比が理論空燃比近傍となり-、良好な成層燃焼を実現することができる'。しかしながら、機関負荷の増加に伴って要求燃料量が多くなると、形成される混合気の空燃比が過剰リッチとなり、良好な成層燃焼を実現不可能となるだけでなく失火が発生することもある。

この問題を解決するために、要求燃料量が多くなると、一部の燃料を圧縮行程において予め気筒内へ噴射し、燃料噴射終了時期を点火時期近傍とする噴射燃料により形成される混合気の空燃比が過剰リッチとなることを防止する筒内噴射式火花点火内燃機関が提案されている（例えば、特開 2 0 0 3 _ 4 9 6 7 9及び特開 2 0 0 2 — 2 0 1 9 9 0参照）。

前述の筒内噴射式火花点火内燃機関において、点火時期近傍の第一燃料噴射における燃料噴射量が適切に選択されれば、この噴射燃料により形成される混合気を確実に着火燃焼させることができる。しかしながら、要求燃料量が第一燃料噴射に適した燃料噴射量を僅かに上回り、第一燃料噴射以前の第、二燃料噴射における燃料噴射量が、第一燃料噴射における燃料噴射量より少なくなる場合において、第二燃料噴射時における筒内圧力は、第一燃料噴射時における筒内圧力より確実に低いために、第二燃料噴射により噴射される燃料は少量であることに加えて分散し易く、この噴射燃料により形成される混合気の空燃比は過剰リーンとなる。

このような過剰リーンの混合気は、第一燃料噴射の噴射燃料により形成される混合気が燃料しながら追いついても着火燃焼させることが難しい。こうして、このような場合において、良好な成層燃焼を実現することは困難であり、第二燃料噴射により噴射された燃料の多くが未燃燃料として気筒内から排出され、排気ェミッションを悪化させると共に、要求燃料量を燃焼させることができずに必要な機関出力を得られないことがある。

従って、本発明の目的は、気筒内へ噴射された燃料を飛行中に気化させて気筒内の一部に混合気を形成し、この混合気を点火プラグによって着火燃焼させる成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、要求燃料量が比較的多くなつても良好な成層燃焼を実現可能とすることである。発明の開示

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、圧縮行程で気筒内へ噴射された燃料を飛行中に気化させて気筒内の一部に混合気を形成し、点火プラグの点火ギャップを圧縮上死点前の点火時期において前記混合気内に位置させて前記混合気を着火燃焼させる成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、要求燃料量が多くなつて、点火時期近傍の第一燃料噴射の噴射燃料により形成される前記混合気の空燃比が過剰リッチとなる時には、要求燃料量の一部を前記第一燃料噴射とは別に圧縮行程において噴射する第二燃料噴射を実施し、前記第二燃料.噴射'により噴射される燃料量が設定量より多くなる時には、前記第二燃料噴射を前記第一燃料噴射より進角側とし、前記第二燃料噴射により噴射される燃料量が前記設定量より少なくなる時には、前記第二燃料噴射を前記第一燃料噴射より遅角側とす.ることを特徴とする。

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、前記第二燃料噴射が前記第一燃料噴射より進角側とされる時には、前記第二燃料噴射により噴射される燃料量が多くなるほど、前記第二燃料噴射はより進角側とされることを特徴とする。

本発明による請求項 3 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、前記第二燃料噴射が前記第一燃料噴射より遅角側とされる時には、前記第二燃料噴射により噴射される燃料量が少なくなるほど、前記第二燃料噴射はより遅角側とされることを特徴とする。

本発明による請求項 4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、前記第一燃料噴射及び前記第二燃料噴射の噴射燃料の少なくとも一部は前記点火プラグの点火ギャップを通過するようになっており、前記第一燃料噴射による噴射燃料の貫徹力は、前記第二燃料噴射による噴射燃料の貫徹力より小さくされることを特徴とする。

本発明による請求項 5 に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、膨張行程で気筒内へ噴射された燃料を飛行中に気化させて気筒内の一部に混合気を形成し、点火プラグの点火ギャップを圧縮上死点後の点火時期において前記混合気内に位置させて前記混合気を着火燃焼させる成層燃焼を実施する筒内噴射式火花.点火内燃機関において、要求燃料量が多くなつて、点火時期近傍の第一燃料噴射の噴射燃料により形成される前記混合気の空燃比が過剰.リッチとなる時には、要求燃料量の一部を前記第一燃料噴射とは別に膨張行程において噴射する第二燃料噴射を実施し、前記第二燃料噴射により噴射される燃料量が設定量より多くなる時^は、前記第二燃料噴射を前記第一燃料噴射より遅角側とし、前記第二燃料噴射により噴射される燃料量が前記設定量より少なくなる時には、前記第二燃料噴射を前記第一燃料噴射より進角側とすることを特徴とする。

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、要求燃料量が多くなつて、圧縮上死点前の点火時期近傍における第一燃料噴射の噴射燃料により形成される混合気の空燃比が過剰リッチとなる時には、 '要求燃料量の一部を第一燃料噴射とは別に圧縮行程において噴射する第二燃料噴射を実施するようになっており、それにより、第一燃料噴射の噴射燃料により形成される合気の空燃比を理論空燃比近傍とし、この混合気を点火時期において確実に着火燃焼させることが可能となる。

また、その結果として、第二燃料噴射により噴射される燃料量が設定量より多くなる時には、第二燃料噴射を第一燃料噴射より進角側とするようになつており、それにより、第二燃料噴射時の筒内圧力が比較的低くなるために、噴射燃料は分散し易くなり、第二燃料噴射における比較的多量の噴射燃料により形成される混合気の空燃比を理論空燃比近傍とすることができ、この混合気へ、第一燃料噴射の噴射燃料により形成された燃焼中の混合気を追いつかせて、確実に着火燃焼させ、それにより、要求燃料量のほぼ全てを燃焼させる良好な成層燃焼を実現することができる。

また、第二燃料噴射により噴射される燃料量が設定量より少なくなる時には、第二燃料噴射を第一燃料噴射より遅角側とするようになっており、それにより、第二燃料噴射時の筒内圧力が比較的高くなるために、噴射燃料は分散し難くなり、第二燃料噴射における比較的少量の噴射燃料により形成される混合気の空燃比を理論空燃比近傍とすることができ、この混合気は、第一燃料噴射の噴射燃料により形成された燃焼中の混合気へ追いつき、確実に着火燃焼し、それにより、要求燃料量のほぼ全てを燃焼させる良好な成層燃焼を実現することができる。

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、第二燃料噴射が第一燃料噴射より進角側とされる時には、第二燃料噴射により噴射される燃料量が多くなるほど、形成される混合気の空燃比を理論空燃比近傍とするには噴射燃料をより分散させることが好ましく、第二燃料噴射をより進角側とし、第二燃料噴射時の筒内圧力をより低くしている-。

本発明による請求項 3 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、第二燃料噴射が第一燃料噴射より遅角側とされる時には、第二燃料噴射により噴射される燃料量が少なくなるほど、形成される混合気の空燃比を理論空燃比近傍とするには噴射燃料をより分散させないことが好ましく、第二燃料噴射をより遅角側とし、第二燃料噴射時の筒内圧力をより高くしている。本発明による請求項 4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、第一燃料噴射による噴射燃料の貫徹力は、第二燃料噴射による噴射燃料の貫徹力より低くされ、それにより、点火時期において点火ブラグの点火ギャップを通過する第一燃料噴射の噴射燃料が点火ギヤップで発生する火花を吹き消す可能性を低減している。

本発明による請求項 5 に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、機関排気系に配置された触媒装置を暖機するために、点火時期を圧縮上死点後として排気温度を高める場合等において、要求燃料量が多くなつて、点火時期近傍の第一燃料噴射の噴射燃料により形成される混合気の空燃比が過剰リッチとなる時には、要求燃料量の一部を第一燃料噴射とは別に膨張行程において噴射する第二燃料噴射を実施し、第二燃料噴射により噴射される燃料量が設定量より多くなる時には、第二燃料噴射を比較的筒内圧力の低い遅角側とし、第二燃料噴射により噴射される燃料量が設定量より少なくなる時には、第二燃料噴射を比較的筒内圧力の高い進角側とするようになつている。それにより、請求項 1 に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関と同様に、第一燃料噴射の噴射燃料により形成される混合気も第二燃料噴射の噴射燃料により形成される混合気も理論空燃比近傍とすることができ要求'燃料量のほぼ全てを膨張行程において燃焼させる良好な成層燃焼を実現することができる図面の簡単な説明

図 1 は本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の実施形態を示す概略縦断面図である。

図 2は点火時期が圧縮上死点前の成層燃焼における要求燃料量に対する第一燃料噴射及び第二燃料噴射の燃料噴射量の関係を示す図である。

図 3 は点火時期が圧縮上死点後の成層燃焼における要求燃料量に対する第一燃料噴射及び第二燃料噴射の燃料噴射量の関係を示す図である。発明を実施するための最良の形態

図 1 は本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の実施形態を示す概略縦断面図である。図 1 において、 1 は気筒上部略中心に配置されて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り、

2 は燃料噴射弁 5の近傍に配置された点火プラグである。点火プラグ 2 は、例えば、二つの排気弁の間に配置されている。 3 はピストノでめ。

燃料噴射弁 1 は、例えば、中空円錐形状に燃料をビストン頂面に向けて噴射するものであるうして噴射される中空円錐形状の燃料噴霧は、気筒内の吸気との摩擦によつて気化して気筒内の一部に混合気を形成する。燃料噴霧の一部は点火プラグ 2の点火ギヤップを通過するようになってお、それにより、燃料噴射終了時期を点火時期近傍とすれば、点火時期において点火ギヤプを <tt口気内に位置させて、混合気の着火燃焼が可能となる。こうして、 5¾筒内の一部にだけ形成された混合気を着火燃焼させることにより、気筒内全体としては理論空燃比よりリーンな成層燃焼を実現することができる。

ところで、燃料噴射終了時期を点火時期近傍とする噴射燃料により形成される混合気の空燃比は、機関負荷によ定まる要求燃料量が比較的少ない時には、理論空燃比近傍となつて、 HU述したような混合気の着火燃焼が可能となる。しかしながら、機関荷の増加に伴って要求燃料量が多くなると、燃料噴射終了時期を点火時期近傍とする燃料噴射では、燃料噴射時の筒内圧力が比較的高いために噴射燃料がそれほど分散せず、また、成層燃焼では、一般的に、ボンビング損失を低減するためにスロットル弁は全開とされていて、気筒内の吸気量がほぼ一定であるために、形成される混合気の空燃比が過剰リッチとなって良好な成層燃焼が実現することができなくなる。 .

それにより、本実施形態では、燃料噴射終了時期を点火時期近傍とする第一燃料噴射の燃料噴射量は、この第一.燃料噴射時の筒内圧力に基づき、形成される混合気の空燃比が良好な着火燃焼を可能とする理論空燃比近傍となるように設定される。それにより、要求噴射量 Qが、第一燃料噴射の燃料噴射量 Qmより多くなると、燃料噴射量 Qmを超える分の燃料量 Q n (= Q - Qm) は、第一燃料噴射以外の第二燃料噴射により噴射することとなる。図 2は、要求噴射量 Qに対する第一燃料噴射の燃料噴射量 Qm (開弁期間）と第二燃料噴射の燃料噴射量 Q n (開弁期間）との.関係を示している。図 2 において、 Aは圧縮上死点前の点火時期であり、 T D Cは圧縮上死点である。

図 2に示すように、要求噴射量 Qが第一燃料噴射の燃料噴射最適量 Qm 1以下である時には、第一燃料噴射だけで燃料噴射を実施すれば良く、それにより形成される混合気は理論空燃比近,傍となって過剰リッチになることはない。しかしながら、要求噴射量 Qがさらに増加すると、第二燃料噴射による燃料噴射が必要となる。機関負荷がそれほど高くない時には、第二燃料噴射の燃料噴射量 Q n (= Q - Qm 1 ) が第一燃料噴射の燃料噴射最適量 Qm l より少なくなり（Q n l、 Q n 2、又は Q n 3等の場合）、第一燃料噴射時より筒内圧力が高い時に燃料噴射を実施して、噴射燃料の分散を抑制しないと、第二燃料噴射の噴射燃料により形成される混合気を理論空本発明による請求項 4 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、第一燃料噴射による噴射燃料の貫徹力は、第二燃料噴射による噴射燃料の貫徹力より低くされ、それにより、点火時期において点火ブラグの点火ギャップを通過する第一燃料噴射の噴射燃料が点火ギヤップで発生する火花を吹き消す可能性を低減している。

本発明による請求項 5 に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、機関排気系に配置された触媒装置を暖機するために、点火時期を圧縮上死点後として排気温度を高める場合等において、耍求燃料量が多くなつて、点火時期近傍の第一燃料噴射の噴射燃料により形成される混合気の空燃比が過剰リッチとなる時には、要求燃料量の一部を第一燃料噴射とは別に膨張行程において噴射する第二燃料噴射を実施し、第二燃料噴射により噴射される燃料量が設定量より多くなる時には、第二燃料噴射を比較的筒内圧力の低い遅角側とし、第二燃料噴射により噴射される燃料量が設定量より少なくなる時には、第二燃料噴射を比較的筒内圧力の高い進角側とするようになつている。それにより、請求項 1 に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関と同様に、第一燃料噴射の噴射燃料により形成される混合気も第二燃料噴射の噴射燃料により形成される混合気も理論空燃比近傍とすることができ、要求'燃料量のほぼ全てを膨張行程において燃焼させる良好な成層燃焼を実現することができる。図面の簡単な説明

図 2 は点火時期が圧縮上死点前の成層燃焼における要求燃料量に対する第一燃料噴射及び第二燃料噴射の燃料噴射量の関係を示す図

6 である。

図 1 は本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の実施形態を示す概略縦断面図である。図 1 において、 1 は気.筒上部略中心に配置されて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り、 2 は燃料噴射弁 5の近傍に配置された点火プラグである。点火ブラグ 2 は、例えば、二つの排気弁の間に配置されている。 3はピストンである。

燃料噴射弁 1 は、例えば、中空円錐形状に燃料をピストン頂面に向けて噴射するものである。こうして噴射される中空円錐形状の燃料噴霧は、気筒内の吸気との摩擦によって気化して気筒内の一部に混合気を形成する。燃料噴霧の一部は点火プラグ 2の点火ギャップを通過するようになっており、それにより、燃料噴射終了時期を点火時期近傍とすれば、点火時期において点火ギャップを混合気内に位置させて、混合気の着火燃焼が可能となる。こうして、気筒内の一部にだけ形成された混合気を着火燃焼させることにより、気筒内全体としては理論空燃比よりリーンな成層燃焼を実現することがでさる。

ところで、燃料噴射終了時期を点火時期近傍とする噴射燃料により形成される混合気の空燃比は、機関負荷により定まる要求燃料量が比較的少ない時には、理論空燃比近傍となって、前述したような混合気の着火燃焼が可能となる。しかしながら、機関負荷の増加に伴って要求燃料量が多くなると、燃料噴射終了時期を点火時期近傍とする燃料噴射では、燃料噴射時の筒内圧力が比較的高いために噴射燃料がそれほど分散せず、また、成層燃焼では、一般的に、ボンビング損失を低減するためにスロットル弁は全開とされていて、気筒内の吸気量がほぼ一定であるために、形成される混合気の空燃比が過剰リッチとなって良好な成層燃焼が実現することができなくなる。

それにより、本実施形態では、燃料噴射終了時期を点火時期近傍とする第一燃料噴射の燃料噴射量は、この第一.燃料噴射時の筒内圧力に基づき、形成される混合気の空燃比が良好な着火燃焼を可能とする理論空燃比近傍となるように設定される。それにより、要求噴射量 Qが、第一燃料噴射の燃料噴射量 Q mより多くなると、燃料噴射量 Q mを超える分の燃料量. Q n ( = Q— Q m ) は、第一燃料噴射以外の第二燃料噴射により噴射することとなる。図 2 は、要求噴射量 Qに対する第一燃料噴射の燃料噴射量 Q m (開弁期間）と第二燃料噴射の燃料噴射量 Q n (開弁期間）との関係を示している。図 2 において、 Aは圧縮上死点前の点火時期であり、 T D Cは圧縮上死点である。

図 2 に示すように、要求噴射量 Qが第一燃料噴射の燃料噴射最適量 Q m 1 以下である時には.、第一燃料噴射だけで燃料噴射を実施すれば良く、それにより形成される混合気は理論空燃比近,傍となつて過剰リッチになることはない。しかしながら、要求噴射量 Qがさらに増加すると、第二燃料噴射による燃料噴射が必要となる。機関負荷がそれほど高くない時には、第二燃料噴射の燃料噴射量 Q n ( = Q - Q m 1 ) が第一燃料噴射の燃料噴射最適量 Q m 1 より少なくなり（Q n l 、 Q n 2 , 又は Q n 3等の場合）、第一燃料噴射時より筒内圧力が高い時に燃料噴射を実施して、噴射燃料の分散を抑制しないと、第二燃料噴射の噴射燃料により形成される混合気を理論空

8 燃比近傍とすることはできない。

それにより、本実施形態では、第二燃料噴射の燃料噴射量 Q nが第一燃料噴射の燃料噴射最適量 Q m l より少ない時には.、第二燃料噴射を第一燃料噴射より遅角側、すなわち、圧縮上死点側とし、第二燃料噴射時の筒内圧力が第一燃料噴射時の筒内圧力より高くなるようにしている。また、第二燃料噴射の燃料噴射量 Q nが少ないほど、噴射燃料の分散をさらに抑制しなければならないために、第二燃料.噴射の開始時期及び終了時期のいずれもさらに遅角側として噴射時の筒内圧力がさらに高くなるようにしている。

こうして、第一燃料噴射及び第二燃料噴射の噴射燃料は同一方向に噴射されるものであり、点火時期 Aにおいて第一燃料噴射の噴^ 燃料により形成された理論空.燃比近傍の混合気は良好に着火燃焼し、その後の第二燃料噴射の噴射燃料により形成された混合気の空燃比も理論空燃比近傍となるために、この混合気が燃焼している混合気に追いついて良好に着火燃焼することにより、要求燃料量のほぼ全てを燃焼させる良好な成層燃焼.を実現することができる。

要求燃料量 Qがさらに増加すると、第二燃料噴射の燃料噴射量 Q n 3 はそのままにして、'第一燃料噴射の燃料噴射量 Q m 2 は最適量 Q m 1 から僅かに増加させられる。この時には、第一燃料噴射の噴射燃料により形成される混合気は、理論空燃比近傍より僅かにリッチとなるが、それでも十分に着火燃焼可能であり、前述同様に、良好な成層燃焼を実現することができる。さらに要求燃料量 Qが増加すると、第二燃料噴射の燃料噴射量は、第一燃料噴射の燃料噴射最適量 Q m l より多くなり（Q m 4 、 Q m 5 、 Q m 6、又は、 Q m 7 等の場合）、第一燃料噴射時より筒内圧力が低い時に燃料噴射を実施して、噴射燃料の分散を促進しないと、第二燃料噴射の噴射燃料により形成される混合気を理論空燃比近傍とすることはできない。

9 それにより、本実施形態では、第二燃料噴射の燃料噴射量 Q nが第一燃料噴射の燃料噴射最適量 Q m l より多い時には、第二燃料噴射を第一燃料噴射より進角側、すなわち、吸気下死点側とし、第二燃料噴射時の筒内圧力が第一燃料噴射時の筒内圧力より低くなるようにしている。また、第二燃料噴射の燃料噴射量 Q nが多いほど、噴射燃料の分散をさらに促進しなければならないために、第二燃料噴射の開始時期及び終了時期のいずれもさらに進角側として噴射時の筒内圧力がさらに低くなるようにしている。

こうして、第一燃料噴射及び第二燃料噴射の噴射燃料は同一方向に噴射されるものであり、点火時期 Aにおいて第一燃料噴射の噴射燃料により形成された理論空燃比 ^傍の混合気は良好に着火燃焼し、その以前の第二燃料噴射の噴射燃料により形成された混合気の空燃比も理論空燃比近傍となっているために、この混合気へ燃焼している混合気が追いついて良好に着火燃焼させることにより、要求燃料量のほぼ全てを燃焼させる良好な成層燃焼を実現することができる。

ところで、機関始動直後等において、機関排気系に配置された触媒装置を早期に暖機して排気ガスを浄化させることが必要である。そのためには、点火時期を圧縮上死点後に遅角して膨張行程において成層燃焼を実施して、 '燃焼中又は燃焼直後の高温度の排気ガスを機関排気系へ排出することが好ましい。この場合においても、点火時期近傍の第一燃料噴射により形成される混合気が過剰リッチとなれば、良好な成層燃焼が困難となるために、点火時期を圧縮上死点前とした前述の成層燃焼の場合の考え方を適用し、膨張行程での第二燃料噴射を実施することとなる。図 3 は、要求噴射量 Q ' に対する点火時期近傍の第一燃料噴射の燃料噴射量 Q m ' と第二燃料噴射の燃料噴射量 Q n ' との関係を示している。図 3 において、 A ' は

10 圧縮上死点後の点火時期であり、 T D Cは圧縮上死点である。

図 3 に示すように、要求噴射量 Q ' が第一燃料噴射の燃料噴射最適量 Q m l ' 以下である時には、第一燃料噴射だけで燃料噴射を実施すれば良く、それにより形成される混合気は理論空燃比近傍となつて過剰リッチになることはない。しかしながら、要求噴射量 Q ' がさらに増加すると、第二燃料噴射による燃料噴射が必要となる。機関負荷がそれほど高くない時には；第二燃料噴射の燃料噴射量 Q n ' ( = Q ' - Q m l ' ) が第一燃料噴射の燃料噴射最適量 Q m 1 ，より少なくなり（Q n l ' 、 Q n 2 ' 、又は Q n 3 ' 等の場合）、第一燃料噴射時より筒内圧力が高い時に燃料噴射を実施して、噴射燃料の分散を抑制しないと、第二燃料噴射の噴射燃料により形成される混合気を理論空燃比近傍とすることはできない。

それにより、本実施形態では、第二燃料噴射の燃料噴射量 Q n ' が第一燃料噴射の燃料噴射最適量 Q m 1 ' より少ない時には、第二燃料噴射を第一燃料噴射より進角側、すなわち、圧縮上死点側とし、第二燃料噴射時の筒内圧力が第一燃料噴射時の筒内圧力より高くなるようにしている。また、第二燃料噴射の燃料噴射量 Q n ' が少ないほど、噴射燃料の分散をさらに抑制しなければならないために、第二燃料噴射の開始時期及び終了時期のいずれもさらに進角側として噴射時の筒内圧力がさらに高くなるようにしている。

こうして、点火時期 A ' において第一燃料噴射の噴射燃料により形成された理論空燃比近傍の混合気は良好に着火燃焼し、その前の第二燃料噴射の噴射燃料により形成された混合気の空燃比も理論空燃比近傍となるために、この混合気に燃焼している混合気が追いついて良好に着火燃焼させることにより、要求燃料量のほぼ全てを燃焼させる良好な成層燃焼を実現することができる。

要求燃料量 Q ' がさらに増加すると、第二燃料噴射の燃料噴射量

11 Q n 3 ' はそのままにして、第一燃料噴射の燃料噴射量 Q m 2 ' は最適量 Q m 1 ，から僅かに増加させられる。この時には、第一燃料噴射の噴射燃料により形成される混合気は、理論空燃比近傍より僅かにリッチとなるが、それでも十分に着火燃焼可能であり、前述同様に、良好な成層燃焼を実現することができる。さらに要求燃料量 Q ' が増加すると、第二燃料噴射の燃料噴射.量は、第一燃料噴射の燃料噴射最適量 Q m 1 ' よ多くな、り ( Q m 4 ' 、 Q m 5 、 Q m 6 ' 、又は、 Q m 7 ' 等の場合）、第一燃料噴射時より筒内圧力が低い時に燃料噴射を実施して、噴射燃料の分散を促進しないと、第二燃料噴射の噴射燃料に Ό形成される混合気を理論空燃比近傍とすることはできない。

それにより、本実施形態で,は、第二燃料噴射の燃料噴射量 Q n ' が第一燃料噴射の燃料噴射最適量 Q m 1 ' より多い時には、第二燃料噴射を第一燃料噴射より遅角側、すなわち、膨張下死点側とし、第二燃料噴射時の筒内圧力が第一燃料噴射時の筒内圧力より低くなるようにしている。また、第二燃料噴射の燃料噴射量 Q n ' が多レほど、噴射燃料の分散をさらに促進しなければならないために、第二燃料噴射の開始時期及び終了時期のいずれもさらに遅角側として噴射時の筒内圧力がさらに低 <なるようにしている。

こうして、点火時期 A ' において第一燃料噴射の噴射燃料によ Ό 形成された理論空燃比近傍の混合気は良好に着火燃焼し、その後の第二燃料噴射の噴射燃料により形成された混合気の空燃比も理論空燃比近傍となるために、この混合気が燃焼している混合気へ追いいて良好に着火燃焼することにより、要求燃料量のほぼ全てを燃焼させる良好な成層燃焼を実現することができる

点火時期を圧縮上死点前及び圧縮上死点後とするいずれの成層燃焼の場合においても、第一燃料噴射及び第二燃料噴射の噴射燃料の

12 一部は、点火プラグ 2の点火ギャップを通過するようになうている。それにより、点火時期近傍の第一燃料噴射の噴射燃料の貫徹力が大き過ぎると、点火ギャップで発生する火花を吹き消して着火性が悪化することがあるために、第一燃料噴射の噴射燃料の貫徹力は、第ご燃料噴射の噴射燃料の貫徹力より小さくすることが好ましい。これを実現するためには、例えば、第一燃料噴射時の燃料噴射圧力を第二燃料噴射時の燃料噴射圧力より低くしたり、又は、燃料噴射弁において、第一燃料噴射時の弁体のリフト量.を第二燃料噴射時の弁体のリフ卜量より小さくして噴孔に流入する燃料流速を低下させたりすれば良い。

本実施形態において、燃料噴射弁 1 は中空円錐形状に燃料を噴射するものとしたが、もちろん、これは本発明を限定するものではない。燃料噴霧の形状は、任意に設定可能であり、例えば、中実円錐形状、中実柱形状、又は、直線スリット噴孔から噴射される比較的厚さの薄い扇形状としても良い。また、円弧状スリット噴孔ゃ複数の直線スリツト噴孔の組み合わせにより、比較的厚さの薄い円弧状断面又は折れ線状断面の燃料噴霧としても良い。いずれにしても燃料噴霧の少なくとも一部が点火プラグの点火ギヤップを通過するようになっていれば良く、複数方向に燃料を噴射するようにしても良い。 .

前述した二つの成層燃焼において、第一燃料噴射の燃料噴射量と、第二燃料噴射の燃料噴射量との差がそれほど大きくない時（例えば、第二燃料噴射の燃料噴射量が Q n 3又は Q n 4等である時）には、第一燃料噴射及び第二燃料噴射の燃料噴射時期は接近しており、第二燃料噴射の燃料噴射時期を第一燃料噴射の燃料噴射時期より進角させても遅角させても、第二燃料噴射により形成される混合気が着火燃焼しないほど過剰リーン又は過剰リッチとなることはなく

13 、この時には第二燃料噴射の燃料噴射時期をいずれに設定しても良い。

すなわち、図 2 に示す実施形態では、第二燃料噴射の燃料噴射量 Q nが第一燃料噴射の燃料噴射最適量 Q m 1 より多いか少ないかで第二燃料噴射を第一燃料噴射より進角するか遅角するかを決定しているが、第二燃料噴射の燃料噴射量 Q nが第一燃料噴射の燃料噴射最適量 Q m l近傍の第一設定量より多い時に、第二燃料噴射を第一燃料噴射より進角側とし、第二燃料噴射の燃料.噴射量 Q nが第一設定量より少ない時に、第二燃料噴射を第一燃料噴射より遅角側とするようにしても良い。 .

また、同様に、図 3 に示す実施形態では、第二燃料噴射の燃料噴射量 Q n ' が第一燃料噴射の燃料噴射最適量 Q m 1 ' 近傍の第二設定量より多い時に、第二燃料噴射を第一燃料噴射より遅角側とし、第二燃料噴射の燃料噴射量 Q n ' が設定量より少ない時に、第二燃料噴射を第一燃料噴射より進角側とするようにしても良い。

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Claims

請求の範囲

1 . 圧縮行程で気筒内へ噴射された燃料を飛行中に気化させて気筒内の一部に混合気を形成し、点火プラグの点火ギャップを圧縮上死点前の点火時期において前記混合気内に位置させて前記混合気を着火燃焼させる成層燃焼を実施する筒内噴射.式火花点火内燃機関において、要求燃料量が多くなつて、点火時期近傍の第一燃料噴射の噴射燃料により形成される前記混合気の空燃比が過剰リツチとなる時には、要求燃料量の一部を前記第一燃料噴射とは別に庄縮行程において噴射する第二燃料噴射を実施し、前記第二燃料噴射により噴射される燃料量が設定量より多くなる時には、前記第二燃料噴射を前記第一燃料噴射より進角側.とし、前記第二燃料噴射により噴射される燃料量が前記設定量より少なくなる時には、前記第二燃料噴射を前記第一燃料噴射より遅角側とすることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。

2 . 前記第二燃料噴射が前記第一燃料噴射より進角側とされる時には、前記第二燃料噴射により噴射される燃料量が多くなるほど、前記第二燃料噴射はより進角側とされ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。

3 . 前記第二燃料噴射が前記第一燃料噴射より遅角側とされる時には、前記第二燃料噴射により噴射される燃料量が少なくなるほど、前記第二燃料噴射はより遅角側とされ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。

4 . 前記第一燃料噴射及び前記第二燃料噴射の噴射燃料の少なくとも一部は前記点火プラグの点火ギャップを通過するようになっており、前記第一燃料噴射による噴射燃料の貫徹力は、前記第二燃料噴射による噴射燃料の貫徹力より小さくされることを特徴とする請

15 求項 1 に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。

5 . 膨張行程で気筒内へ噴射された燃料を飛行中に気化させて気筒内の一部に混合気を形成し、点火プラグの点火ギャップを圧縮上死点後の点火時期において前記混合気内に位置させて前記混合気を着火燃焼させる成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、要求燃料量が多くなつて、点火時期近傍の第一燃料噴射の噴射燃料により形成される前記混合気の空燃比が過剰リッチとなる時には、要求燃料量の一部を前記第一燃料噴射とは別に膨張行程において噴射する第二燃料噴射を実施し、前記第二燃料噴射により噴射される燃料量が設定量より多くなる時には、前記第二燃料噴射を前記第一燃料噴射より遅角側とし、前記第二燃料噴射により噴射される燃料量が前記設定量より少なくなる時には、前記第二燃料噴射を前記第一燃料噴射より進角側とすることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。

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