(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の運転領域が高負荷側の運転領域と低負荷側の運転領域からなり、機関の運転領域が高負荷側の運転領域のときには圧縮上死点付近において燃焼室内に燃料が噴射され、機関の運転領域が低負荷側の運転領域のときには吸気上死点前に排気弁を閉弁させると共に吸気上死点後に吸気弁を開弁させて排気弁および吸気弁が共に閉弁している吸気上死点付近において燃焼室内に燃料を噴射するようにした圧縮着火式内燃機関。
【請求項２】
機関の運転領域が高負荷側の運転領域と低負荷側の運転領域からなり、機関の運転領域が高負荷側の運転領域のときには圧縮上死点付近において燃焼室内に燃料が噴射され、機関の運転領域が低負荷側の運転領域のときには吸気弁が開弁した後に排気弁を閉弁させると共に吸気弁開弁から吸気上死点までの期間に比べ吸気上死点から排気弁閉弁までの期間を長くして排気弁および吸気弁が共に開弁している吸気上死点付近において燃焼室内に燃料を噴射するようにした圧縮着火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮着火式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼室内に燃料を噴射するようにした圧縮着火式内燃機関では圧縮行程が進むと燃焼室内の温度が上昇し、燃焼室内の温度が一定温度以上になると燃料粒子周りの蒸発燃料が酸素と結合して燃焼せしめられる。このとき燃料粒子の密度が高いと燃料粒子は周囲の燃料粒子から蒸発燃料の燃焼熱を受けて高温となり、その結果燃料粒子内の炭化水素が水素分子Ｈ2 や炭素Ｃに熱分解される。この熱分解により発生した水素分子Ｈ2 は爆発的に燃焼して高温を発生し、斯くしてＮＯX が発生することになる。一方、熱分解により炭素Ｃが発生するとこれら炭素同志が結合し、その一部が煤として排出されることになる。
【０００３】
このように燃料粒子の密度が高いと燃料粒子内の炭化水素の熱分解作用に起因してＮＯX や煤が発生する。このようなＮＯX や煤の発生を阻止するためには燃料粒子間の間隔を大きくしてやればよく、そのためには燃料粒子を広範囲に分散させてやればよいことになる。そこで燃料粒子を燃焼室内に広範囲に分散させるために圧縮上死点前６０度よりも少し前に燃料噴射を行うようにした圧縮着火式内燃機関が公知である（特開平７−３１７５８８号公報）。
【０００４】
即ち、燃焼室内の圧力はほぼ圧縮上死点前６０度以前では低く、圧縮上死点前６０度付近を過ぎると急速に高くなる。燃焼室内の圧力が高くなると燃焼室内の空気の密度が高くなるために抵抗が大きくなり、従って燃焼室内の圧力が高くなったときに燃料噴射を行うと噴射燃料が分散しなくなる。即ち、噴射燃料を燃焼室内に良好に分散させるためには燃焼室内の圧力が低いときに燃料噴射を行う必要があり、そのために上述の圧縮着火式内燃機関では圧縮上死点前６０度よりも少し前に燃料噴射を行うようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこのように圧縮上死点前６０度よりも少し前に燃料噴射を行った場合でも燃料噴射量が増大すると次第に燃料粒子の密度が高くなり、その結果ＮＯX および煤が発生するようになる。この場合、ＮＯX および煤の発生を抑制するには噴射燃料を更に広範囲に分散させればよいことになる。しかしながら噴射燃料を更に広範囲に分散させると噴射燃料が燃焼室の内壁面上に付着し、その結果多量の未燃ＨＣが発生するという問題を生じるばかりでなく、噴射燃料によって潤滑油が希釈されるという問題が生じる。従って上述の内燃機関における燃焼方法によりＮＯX および煤の発生を抑制しうるのは燃料噴射量が比較的少ないときに限られている。
【０００６】
しかしながらこの燃焼方法を用いればＮＯX および煤の発生を同時に抑制することが可能となり、従ってこの燃焼方法によりＮＯX および煤の発生を抑制しうる機関の運転領域を拡大することが好ましいことになる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで１番目の発明では、機関の運転領域が高負荷側の運転領域と低負荷側の運転領域からなり、機関の運転領域が高負荷側の運転領域のときには圧縮上死点付近において燃焼室内に燃料が噴射され、機関の運転領域が低負荷側の運転領域のときには吸気上死点前に排気弁を閉弁させると共に吸気上死点後に吸気弁を開弁させて排気弁および吸気弁が共に閉弁している吸気上死点付近において燃焼室内に燃料を噴射するようにしている。
また、２番目の発明では、機関の運転領域が高負荷側の運転領域と低負荷側の運転領域からなり、機関の運転領域が高負荷側の運転領域のときには圧縮上死点付近において燃焼室内に燃料が噴射され、機関の運転領域が低負荷側の運転領域のときには吸気弁が開弁した後に排気弁を閉弁させると共に吸気弁開弁から吸気上死点までの期間に比べ吸気上死点から排気弁閉弁までの期間を長くして排気弁および吸気弁が共に開弁している吸気上死点付近において燃焼室内に燃料を噴射するようにしている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１および図２を参照すると、１は圧縮着火式内燃機関本体、２はシリンダブロック、３はピストン、４はシリンダヘッド、５は燃焼室、６はシリンダヘッド４の内壁面中央部に配置された燃料噴射弁、７は一対の吸気弁、８は吸気ポート、９は一対の排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。
【０００９】
シリンダヘッド４の内壁面はペントルーフ型をなしており、従って吸気弁７および排気弁９はそれらの軸線が上方に行くに従いシリンダ軸線から離れるように傾斜配置されている。一方、ピストン３の頂面にはキャビティ１１が形成されており、このキャビティ１１は吸気弁７の弁体全体および排気弁９の弁体全体を包囲するように延びている。
【００１０】
図１に示されるように吸気弁７の頂部には吸気弁駆動用のアクチュエータ１２が配置されており、排気弁９の頂部には排気弁駆動用のアクチュエータ１３が配置されている。これらアクチュエータ１２，１３は同一の構造を有しており、従って図３を参照しつつアクチュエータ１２の構造について説明する。
図３を参照すると、１４は吸気弁７の頂部に取付けられた円板状鉄片、１５，１６は鉄片１４の両側に配置されたソレノイド、１７，１８は鉄片１４の両側に配置された圧縮ばねを夫々示す。ソレノイド１５が付勢されると鉄片１４が上昇し、吸気弁７が閉弁する。これに対してソレノイド１６が付勢されると鉄片１４が下降し、吸気弁７が開弁する。従って各ソレノイド１５，１６の付勢タイミングを制御することによって吸気弁７を任意の時期に開弁し、閉弁することができる。同様にアクチュエータ１３によって排気弁９を任意の時期に開弁し、閉弁することができる。
【００１１】
図４は本発明による燃焼の行われる運転領域Ｉと従来より行われている通常の燃焼の行われる運転領域IIとを示している。図４からわかるように低負荷側において本発明による燃焼が行われ、高負荷側において従来より行われている通常の燃焼が行われる。
図５は図４の運転領域IIにおいて従来より行われている通常の燃焼が行われるときの吸気弁７および排気弁９の開弁期間、および燃料噴射時期を示している。この場合には図５に示されるように吸気上死点ＴＤＣの直前に吸気弁７が開弁せしめられ、吸気上死点ＴＤＣの直後に排気弁９が閉弁せしめられ、圧縮上死点ＴＤＣ付近において燃料噴射が行われる。
【００１２】
図６は図４の運転領域Ｉにおいて本発明による燃焼が行われるときの吸気弁７および排気弁９の開弁期間、および燃料噴射時期の第１実施例を示している。この実施例では排気弁９は吸気上死点ＴＤＣよりもかなり前に閉弁せしめられ、吸気弁７は吸気上死点ＴＤＣをかなり経過した後であって燃焼室５内の圧力と吸気ポート８内の圧力が等しくなった頃に開弁せしめられ、排気弁９および吸気弁７が共に閉弁している吸気上死点ＴＤＣ付近において燃料噴射が行われる。
【００１３】
即ち、この実施例では吸気上死点ＴＤＣ付近ではまだ吸気弁７が開弁していないので燃焼室５内は高温の既燃ガスで満されており、従ってこの実施例では図１のＧで示されるようにキャビティ１１内に向けてこの高温の既燃ガス中へ燃料が噴射される。燃料が高温の既燃ガス中に噴射されると燃料の蒸発作用が促進され、その結果燃料粒子がキャビティ１１内に向かう間に燃料粒子の径が急速に小さくなる。燃料粒子の径が小さくなると燃料粒子の飛行速度が急速に低下し、斯くして燃料粒子が燃焼室５の内壁面上に付着するが抑制される。
【００１４】
また、図６で示される実施例では排気弁９が吸気上死点ＴＤＣよりもかなり前に閉弁せしめられるので吸気上死点ＴＤＣ付近では燃焼室５内の圧力はかなり高くなっている。従って吸気上死点ＴＤＣ付近で燃料噴射が行われると噴射燃料が分散しずらくなり、従ってこの意味からも燃料粒子が燃焼室５の内壁面に付着するのを抑制することができる。
【００１５】
次いでピストン３が下降する間も燃料粒子からの燃料の蒸発作用が促進され、この間も燃料粒子が燃焼室５の内壁面上に付着するのが抑制される。その結果、多量の未燃ＨＣが発生したり、燃料により潤滑油が希釈されるのが抑制される。次いでピストン３が吸気下死点ＢＤＣを過ぎても燃料粒子からの燃料の蒸発作用が促進され、従って圧縮行程の初期には噴射燃料が燃焼室５内全体に分散せしめられることになる。
【００１６】
次いで圧縮行程が進むと噴射燃料中に含まれる炭化水素が酸化せしめられる。ところがこの場合、燃料粒子間の間隔が広いために各燃料粒子は周囲の燃料粒子の酸化反応熱を受けず、斯くしてこれら燃料粒子は熱分解を生ずることはない。次いで燃料粒子の温度が上昇するとこれら燃料粒子が多数の場所において同時に燃焼せしめられる。その結果、燃焼室５内における燃焼温度は全体的に低くなり、斯くしてＮＯX がほとんど発生しなくなる。また、燃料粒子が分散しているので各燃料粒子周りには十分な空気が存在し、斯くして煤が発生することもない。即ち、このときＮＯX および煤がほとんど発生しないおだやかな燃焼が得られる。
【００１７】
なお、この場合、図６において破線で示すように圧縮上死点ＴＤＣ付近において燃料を追加噴射することもできる。
図７は図４の運転領域Ｉにおいて本発明による燃焼が行われるときの吸気弁７および排気弁９の開弁期間、および燃料噴射時期の第２実施例を示している。この実施例では吸気弁７は吸気上死点ＴＤＣ直前に開弁せしめられ、排気弁９は吸気上死点ＴＤＣをかなり経過した後に閉弁せしめられ、排気弁９および吸気弁７が共に開弁している吸気上死点ＴＤＣ付近において燃料噴射が行われる。
【００１８】
即ち、この実施例では吸気上死点ＴＤＣを過ぎても暫らくの間、排気弁９が開弁し続けているので排気ポート１０から多量の高温排気ガスが燃焼室５内に吸入される。従ってこの実施例でもこの高温排気ガスによって噴射燃料の蒸発作用が促進され、斯くして燃料粒子が燃焼室５の内壁面上に付着するが抑制されると共に、ＮＯX および煤がほとんど発生しないおだやかな燃焼が得られる。
【００１９】
なお、この場合にも図７において破線で示すように圧縮上死点ＴＤＣ付近において燃料を追加噴射することもできる。
【００２０】
【発明の効果】
多量の未燃ＨＣの発生および燃料による潤滑油の希釈を抑制しつつＮＯX および煤の発生量の少ないおだやかな燃焼の得られる運転領域を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧縮着火式内燃機関の側面断面図である。
【図２】シリンダヘッドの底面図である。
【図３】アクチュエータの側面断面図である。
【図４】運転領域を示す図である。
【図５】従来より行われている通常の燃焼が行われているときの吸気弁および排気弁の開弁期間、および噴射時期を示す図である。
【図６】本発明による燃焼が行われているときの吸気弁および排気弁の開弁時期、および噴射時期の第１実施例を示す図である。
【図７】本発明による燃焼が行われているときの吸気弁および排気弁の開弁時期、および噴射時期の第２実施例を示す図である。
【符号の説明】
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
７…吸気弁
９…排気弁
【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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