(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン上部に形成された燃焼室と、吸気ポート下部に燃焼室に対し斜め下向きに燃料を筒内に直接噴射するようにした高圧の燃料噴射弁と、を有し、前記燃料噴射弁の噴射軸線方向に沿って複数の点火栓が離間して配設された成層燃焼を行う直接筒内噴射式火花点火機関において、
機関の運転条件が低中速域の成層燃焼域では、燃料噴射弁に近い側の複数の点火栓において濃混合気の移動にあわせて燃料噴射弁に近い側から順に点火していき、
機関の運転条件が高速域の成層燃焼域では、燃料噴射弁に遠い側の複数の点火栓において濃混合気の移動にあわせて燃料噴射弁により近い側から順に点火していくことを特徴とする直接筒内噴射式火花点火機関。
【請求項２】
前記成層燃焼時に燃料噴霧をエアガイドするタンブル流を形成するピストン形状として、点火栓の配置方向のタンブル流動を安定化するため、燃料噴射弁の噴射軸線方向に沿って長手形状化した凹面部を有することを特徴とする請求項１記載の直接筒内噴射式火花点火機関。
【請求項３】
前記燃焼室を形成するシリンダヘッド形状において、燃料噴射弁に近い側の第１点火栓は突起させないようにして均質運転時に噴霧が点火栓に直接かからないようにし、燃料噴射弁に遠い側の燃焼室上面部を凹形状にすることで成層燃焼時も十分燃料が第１点火栓近傍に届くようにしたことを特徴とする請求項１記載の直接筒内噴射式火花点火機関。
【請求項４】
前記複数の点火栓の位置間隔において、高速条件で使用する燃料噴射弁に遠い側の点火栓の間隔を、低中速条件で使用する燃料噴射弁に近い側の点火栓の間隔よりも短くしたことを特徴とする請求項１記載の直接筒内噴射式火花点火機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直接筒内噴射式火花点火機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の直接筒内噴射式火花点火機関としては、例えば、図１０〜図１４に示すようなものがある（特開平１０−１６９４４６号公報）。
この直接筒内噴射式火花点火機関０１は、シリンダ内の上部空間を燃焼室０７とし、この燃焼室０７に燃料噴射弁０６から燃料を噴射して混合気０８を形成し点火栓で点火して成層燃焼を行うものであって、前記燃料噴射弁０６はその噴射軸線方向をシリンダ径方向にほぼ沿わせて配置され、燃料噴射弁０６の噴射軸線方向に沿って複数の点火栓０４，０５が互いに離間して配列されており、成層燃焼領域では、機関回転数の低い時には燃料噴射弁０６に近い点火栓０４により混合気０８に点火し、機関回転数の上昇に従って燃料噴射弁０６から遠い点火栓０５により混合気０８に点火する構成となっている。なお、０２は吸気弁、０３は排気弁である。
【０００３】
このような構成とすることによって成層燃焼領域を大幅に拡大することができ、その結果燃費改善が図れるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の直接筒内噴射式火花点火機関０１にあっては、運転条件により主に、点火位置を変えており、各条件で燃焼安定性は向上するものの、燃料噴霧や濃混合気の分布のバラツキによる安定性のサイクル変動の悪化は防げない。また、噴射期間の長い低回転高負荷域のみでは、噴霧の拡散を防止するために噴霧の先端と後端の多点点火を行っているが、多点同時点火であるため、成層運転は可能となり成層燃焼領域はひろがるものの、点火時期は燃料噴射期間、噴霧形状、点火栓位置間隔により決まり、最適燃焼位置での点火は制御できない。このため、燃費重視の点火時期制御ができない。
この発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、複数の点火栓を燃料噴射弁の噴射軸線方向に沿って配列し、運転条件により、２個所以上の異なる位置の点火栓において、移動する濃混合気位置にあわせるように、時間差を設けて点火することで上記問題点を解決することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、請求項１記載の発明では、ピストン上部に形成された燃焼室と、吸気ポート下部に燃焼室に対し斜め下向きに燃料を筒内に直接噴射するようにした高圧の燃料噴射弁と、を有し、前記燃料噴射弁の噴射軸線方向に沿って複数の点火栓が離間して配設された成層燃焼を行う直接筒内噴射式火花点火機関において、前記機関の運転条件が低中速域の成層燃焼域では、燃料噴射弁に近い側の複数の点火栓において濃混合気の移動にあわせて燃料噴射弁に近い側から順に点火していき、機関の運転条件が高速域の成層燃焼域では、燃料噴射弁に遠い側の複数の点火栓において濃混合気の移動にあわせて燃料噴射弁により近い側から順に点火していくことを特徴とする。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の直接筒内噴射式火花点火機関において、前記成層燃焼時に燃料噴霧をエアガイドするタンブル流を形成するピストン形状として、点火栓の配置方向のタンブル流動を安定化するため、燃料噴射弁の噴射軸線方向に沿って長手形状化した凹面部を有することを特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項２記載の直接筒内噴射式火花点火機関において、前記燃焼室を形成するシリンダヘッド形状において、燃料噴射弁に近い側の第１点火栓は突起させないようにして均質運転時に噴霧が点火栓に直接かからないようにし、燃料噴射弁に遠い側の燃焼室上面部を凹形状にすることで成層燃焼時も十分燃料が第１点火栓近傍に届くようにしたことを特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項２記載の直接筒内噴射式火花点火機関において、前記複数の点火栓の位置間隔において、高速条件で使用する燃料噴射弁に遠い側の点火栓の間隔を、低中速条件で使用する燃料噴射弁に近い側の点火栓の間隔よりも短くしたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１を示す図である。
まず、構成を説明すると、本実施の形態の直接筒内噴射式火花点火機関１は、ピストン１１上部に形成された燃焼室７と、吸気ポート９下部に燃焼室７に対し斜め下向きに燃料を筒内に直接噴射するようにした高圧の燃料噴射弁６とを有し、点火栓で点火して成層燃焼を行うものであり、前記燃料噴射弁６の噴射軸線方向に沿って複数の点火栓（第１点火栓１０，第２点火栓４，第３点火栓５）が離間して配設され、運転条件により、２個所以上の異なる位置において、時間差を設けて点火する点火時期制御手段１２が設けられている。機関の運転条件として負荷はアクセル開度センサ１４により検出され、回転数はクランク角センサ１５により検出され、これらはコントロールユニット１３へ入力される。このコントロールユニット１３はこうした機関の運転条件に応じて前述した点火時期制御手段１２を制御する。なお、２は吸気弁、３は排気弁である。
【０００７】
次に作用を説明する。
図２および図３に示すように、機関の運転条件が低中速域の成層燃焼領域では、燃料噴射弁６に近い側の第１点火栓１０および第２点火栓４において、濃混合気８の移動にあわせて燃料噴射弁６に近い側の第１点火栓１０から燃焼室７中央の第２点火栓４へと順に点火していく。低中速域では１回転あたりの時間が長く燃料噴射時期は上死点（以下、ＴＤＣと称す）に近いタイミングとなるため、高背圧下での燃料噴射となり燃料噴霧の貫徹距離が短くなり濃混合気８は燃焼室７の燃料噴射弁６に近い側に存在する。そこで、燃料噴射弁６に近い側の第１点火栓１０および第２点火栓４において点火し、かつ、前記濃混合気８の移動にあわせて順番に点火することで噴霧形状（噴霧の貫徹距離）のバラツキによらず安定して点火できる。また、このように点火することで燃え残しの無いように混合気後端から、ガス流動でガードされた燃焼室７中央部付近のメインの濃混合気８まですばやく燃焼でき、従来例に比べ、最適燃焼（熱発生）位置の制御（燃費重視の点火時期設定）が容易となり、燃費改善が図れる。
【０００８】
機関の運転条件が高速域の成層燃焼領域では燃料噴射弁６に遠い側の第２点火栓４および第３点火栓５において、濃混合気８の移動にあわせて燃焼室７中央の第２点火栓４から燃焼室７排気側の第３点火栓５へと順に点火していく。前述の低中速域に対し高速域では１回転あたりの時間が短く燃料噴射時期はＴＤＣから離れた早いタイミングとなるため、低背圧下での燃料噴射となり、燃料噴霧の貫徹距離は長くなり濃混合気８は燃料噴射弁６から遠い燃焼室７の排気側に存在する。そこで、燃料噴射弁６に遠い側の第２点火栓４および第３点火栓５において点火し、かつ、低中速域と同様に前記濃混合気８の移動にあわせて順番に点火することで噴霧形状（噴霧の貫徹距離）のバラツキによらず安定して点火できる。また、低中速域と同様に、従来例に比べ、最適燃焼（熱発生）位置の制御（燃費重視の点火時期設定）が容易となり、燃費改善が図れる。
【０００９】
（実施の形態２）
図４および図５には実施の形態２を示す。
この実施の形態は、実施の形態１の構成において、機関の運転条件が高速域の成層燃焼領域で第１点火栓１０、第２点火栓４、および第３点火栓５を用い、濃混合気８の移動にあわせて燃料噴射弁６に近い側の第１点火栓１０から燃焼室７中央の第２点火栓４、さらに、燃焼室７排気側の第３点火栓５へと順に点火していくものである。これにより、より一層噴霧形状（噴霧の貫徹距離）のバラツキによらず安定して点火できる。また、燃え残しの無いように混合気後端から、ガス流動でガードされた燃焼室７中央部付近のメインの濃混合気８まですばやく燃焼でき、従来例に比べ、最適燃焼（熱発生）位置の制御（燃費重視の点火時期設定）が容易となり、燃費改善が図れる。
【００１０】
（実施の形態３）
図６には実施の形態３を示す。
この実施の形態は、実施の形態１の構成において、機関の運転条件が低中速域のアイドル時の成層燃焼領域では、第１点火栓１０、第２点火栓４、および第３点火栓５を用い、濃混合気８の移動にあわせて燃料噴射弁６に近い側の第１点火栓１０から燃焼室７中央の第２点火栓４、さらに、燃焼室７排気側の第３点火栓５へと順に点火していくものである。アイドル領域では、ガス流動が弱く、このガス流動により第２点火栓４近傍に濃混合気８がガードされにくくなるが、本実施の形態では燃焼室７排気側の第３点火栓５まで濃混合気８の移動にあわせて順番に点火していくので、噴霧形状（噴霧の貫徹距離）のバラツキによらず安定して燃焼できる。
【００１１】
（実施の形態４）
図７には実施の形態４を示す。
この実施の形態は、実施の形態１の構成において、成層燃焼時に燃料噴霧をガイドするタンブル流を形成するピストン１１は、この冠面部に燃料噴射弁６の噴射軸線方向（点火栓の配列方向）に沿って長手形状化した凹面部１６を配設する。これにより、点火栓の配列方向のタンブル流を安定化でき、濃混合気８の移動速度や、最終到達位置のバラツキを低減でき、安定した点火ができる。
【００１２】
（実施の形態５）
図８には実施の形態５を示す。
この実施の形態は、実施の形態１の構成において、燃焼室７を形成するシリンダヘッド形状において、燃料噴射弁６に近い側の第１点火栓１０は突起させない形状とし、さらに、第１点火栓１０の燃料噴射弁６に遠い側の燃焼室７上面を凹形状１７にする。これにより均質運転時に噴霧が点火栓１０に直接かからないようにするとともに、成層燃焼時は背圧下で巻き上がった噴霧が第１点火栓１０の燃料噴射弁６に遠い側の端面から届くようになる。
【００１３】
（実施の形態６）
図９には実施の形態６を示す。
この実施の形態は、実施の形態１を構成する複数の点火栓間隔において、高速条件で使用する第２点火栓４と第３点火栓５の間隔を、低中速条件で使用する第１点火栓１０と第２点火栓４の間隔よりも短くする。これにより、高速条件では、流動が強く混合気が分散しやすくなるが、点火栓間隔が短いため、これを抑制できる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の直接筒内噴射式火花点火機関にあっては、以上のような構成としたため、低中速域では１回転あたりの時間が長く燃料噴射時期は上死点に近いタイミングとなるため、高背圧下での燃料噴射となり燃料噴霧の貫徹距離が短くなり濃混合気は燃焼室の燃料噴射弁に近い側に存在するが、燃料噴射弁に近い側の第１点火栓および第２点火栓において点火し、かつ、前記濃混合気の移動にあわせて順番に点火することで噴霧形状（噴霧の貫徹距離）のバラツキによらず安定して点火でき、また、このように点火することで燃え残しの無いように混合気後端部から、ガス流動でガードされた燃焼室中央部付近のメインの濃混合気部まですばやく燃焼でき、従来例に比べ、最適燃焼（熱発生）位置の制御（燃費重視の点火時期設定）が容易となり、燃費改善が図れる。
また、高速域では１回転あたりの時間が短く燃料噴射時期は上死点から離れた早いタイミングとなるため、低背圧下での燃料噴射となり、燃料噴霧の貫徹距離は長くなり濃混合気は燃料噴射弁から遠い燃焼室の排気側に存在するが、燃料噴射弁に遠い側の第２点火栓および第３点火栓において点火し、かつ、低中速域と同様に前記濃混合気の移動にあわせて順番に点火することで噴霧形状（噴霧の貫徹距離）のバラツキによらず安定して点火でき、低中速域と同様に従来例に比べ、最適燃焼（熱発生）位置の制御（燃費重視の点火時期設定）が容易となり、燃費改善が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１を示す図である。
【図２】実施の形態１の作用を示す図である。
【図３】実施の形態１の作用を示す図である。
【図４】実施の形態２を示す図である。
【図５】実施の形態２を示す図である。
【図６】実施の形態３を示す図である。
【図７】実施の形態４を示す図である。
【図８】実施の形態５を示す図である。
【図９】実施の形態６を示す図である。
【図１０】従来の直接筒内噴射式火花点火機関を示す図である。
【図１１】従来の直接筒内噴射式火花点火機関を示す図である。
【図１２】従来の直接筒内噴射式火花点火機関を示す図である。
【図１３】従来の直接筒内噴射式火花点火機関を示す図である。
【図１４】従来の直接筒内噴射式火花点火機関を示す図である。
【符号の説明】
１  直接筒内噴射式火花点火機関
２  吸気弁
３  排気弁
４  第２点火栓
５  第３点火栓
６  燃料噴射弁
７  燃焼室
８  混合気
９  吸気ポート
１０  第１点火栓
１１  ピストン
１２  点火時期制御手段
１３  コントロールユニット
１４  アクセル開度センサ
１５  クランク角センサ
１６  凹面部
１７  凹形状
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003627546.tif 000012
【図１２】
0003627546.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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