(57)【要約】【課題】  筒内噴射式火花点火内燃機関において、熱効率をそれほど悪化させることなくＮＯXの生成を抑制して成層燃焼を実施可能とする。【解決手段】  点火プラグ５近傍に形成された第一可燃混合気を点火させた直後に点火プラグ近傍に新たに第二可燃混合気Ｍを形成して点火させることにより成層燃焼を実施する。【選択図】      図１
2006200495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグ近傍に形成された第一可燃混合気を点火させた直後に前記点火プラグ近傍に新たに第二可燃混合気を形成して点火させることにより成層燃焼を実施することを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項２】
前記第一可燃混合気の形成に使用された燃料量は、前記第二可燃混合気の形成に使用される燃料量より少ない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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内噴射式火花点火内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮行程で噴射された燃料によって点火プラグ近傍だけに可燃混合気を形成し、気筒内全体としてはリーンバーンを実現する成層燃焼が公知である。成層燃焼の方式として、燃料噴射弁から点火プラグ近傍へ向けて噴射された燃料によって直接的に点火プラグ近傍に可燃混合気を形成する方式（例えば、特許文献１参照）や、燃料噴射弁からピストン頂面のキャビティへ向けて燃料を噴射してピストン頂面を介して点火プラグ近傍に導かれる燃料によって点火プラグ近傍に可燃混合気を形成する方式等があるが、いずれにしても、成層燃焼においてはＮＯXが生成され易く、一般的には、ＮＯXの生成を抑制するために排気ガス再循環が実施される。
【０００３】
【特許文献１】特表２００２−５３９３６５
【特許文献２】特表２００４−５１８８９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＮＯXの生成を抑制するために、排気ガス再循環によって気筒内へ排気ガスを再循環させる場合には、比較的多量の排気ガスを気筒内全体に分散させなければならず、気筒内全体の比熱比が小さくなって熱効率を悪化させる。
【０００５】
従って、本発明の目的は、筒内噴射式火花点火内燃機関において、熱効率をそれほど悪化させることなくＮＯXの生成を抑制して成層燃焼を実施可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、点火プラグ近傍に形成された第一可燃混合気を点火させた直後に前記点火プラグ近傍に新たに第二可燃混合気を形成して点火させることにより成層燃焼を実施することを特徴とする。
【０００７】
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、前記第一可燃混合気の形成に使用された燃料量は、前記第二可燃混合気の形成に使用される燃料量より少ないことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
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、点火プラグ近傍に形成された第二可燃混合気を燃焼させる際に、点火プラグ近傍には第一可燃混合気の既燃ガスが存在しているために、燃焼温度を低下させてＮＯXの生成を抑制することができ、また、第一可燃混合気の既燃ガスは、点火プラグ近傍だけにしか存在しておらず、気筒内全体の比熱比の減少が抑制され、第二可燃混合気の燃焼に際して、熱効率がそれほど悪化することはない。
【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、第一可燃混合気の燃焼に際して、点火プラグ近傍に既燃ガスは存在せず、ＮＯXが生成され易いが、第一可燃混合気の形成に使用された燃料量は、第二可燃混合気の形成に使用される燃料量に比較して少なくされるために、この時に生成されるＮＯX量を比較的少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。同図において、１は吸気弁２を介して気筒内へ通じる一対の吸気通路であり、３は排気弁４を介して気筒内へ通じる一対の排気通路である。
【００１１】
５は気筒上部略中心に配置された点火プラグであり、６はピストンである。７は気筒上部略中心に配置されて直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁である。燃料噴射弁７は、例えば、スリット状の噴孔を有して比較的厚さの薄い略扇形状に燃料をピストン６頂面へ向けて噴射するものである。圧縮行程において燃料噴射弁７から噴射された燃料は、比較的強い貫徹力を有し、気筒内の吸気との摩擦及び吸気からの受熱によって微粒化及び気化されてピストン６頂面に到達する以前に可燃混合気となる。
【００１２】
このように形成された可燃混合気は、燃料噴射弁７と共に気筒上部略中心に配置された点火プラグ５の近傍に位置することとなり、点火プラグ５によって点火されて燃焼し、気筒内全体としては理論空燃比よりリーンな空燃比での成層燃焼を可能とする。ピストン６頂面には、比較的浅いキャビティ６ａが形成されている。このキャビティ６ａは、燃料噴射弁７によって噴射された燃料の一部が、もし液状のままキャビティ６ａ内に到達しても、この液状燃料をピストン６からの受熱によって気化させ、上部に位置する可燃混合気に合流させるためのものである。それにより、噴射燃料のほぼ全てによって可燃混合気を形成することができると共に、液状燃料がシリンダボアへ到達してエンジンオイルを希釈させることは抑制される。
【００１３】
ところで、リーンバーンの成層燃焼では、ＮＯXが生成され易く、一般的には、気筒内へ排気ガスを再循環させることにより、燃焼温度を低下させてＮＯX生成を抑制している。しかしながら、このような排気ガス再循環では、可燃混合気が位置する点火プラグ５近傍だけでなく、比較的多量の排気ガスを気筒内全体に分散させなければならず、気筒内全体の比熱比が小さくなって熱効率が大幅に悪化してしまう。
【００１４】
本実施形態では、成層燃焼に際して、図２の燃料噴射弁７の開弁信号のタイムチャートに示すように、先ずは、機関回転数及び機関負荷によって定まる必要燃料噴射量の一部を圧縮行程において噴射して点火プラグ５近傍に第一可燃混合気を形成し、この第一可燃混合気を点火プラグ５によって点火して燃焼させる。その直後に必要燃料噴射量の残りを圧縮行程において噴射して点火プラグ５近傍に第二可燃混合気Ｍを形成し、この第二可燃混合気を点火プラグ５によって点火して燃焼させるようになっている。
【００１５】
第二可燃混合気Ｍの燃焼に際して、第一可燃混合気の燃焼によって点火プラグ５近傍には、既燃ガスＧが存在している。それにより、既燃ガスの有する大きな熱容量によって第二可燃混合気Ｍの燃焼温度は低下し、ＮＯXの生成を十分に抑制することができる。また、点火プラグ５近傍の外側にも排気ガスを存在させるように気筒内全体に排気ガスを分散させる一般的な排気ガス再循環に比較して、このように点火プラグ５近傍だけに既燃ガスを存在させることにより、気筒内の比熱比が小さくなることは抑制され、第二可燃混合気Ｍの燃焼に際して熱効率がそれほど悪化することはない。
【００１６】
第一可燃混合気の燃焼に際しては、点火プラグ５近傍に既燃ガスは存在しておらず、第一可燃混合気を形成するのに使用した燃料量に応じて比較的多量のＮＯXが生成されてしまう。それにより、第一可燃混合気を形成するのに使用される必要燃料噴射量の一部は、第二可燃混合気を形成するのに使用される必要燃料噴射量の残りに比較して少なくして、第一可燃混合気の燃焼に際して生成されるＮＯX量を低減することが好ましい。さらに好ましくは、第一可燃混合気を形成するのに使用する燃料量は、第一可燃混合気の既燃ガス量Ｇが、第二可燃混合気Ｍの燃焼温度を、ＮＯXの生成が十分に抑制される設定温度まで低下させるのに必要な最少量となるように設定される。
【００１７】
必要燃料噴射量を、第一可燃混合気と第二可燃混合気との形成のために分割する割合を設定しても良い。この割合は、定数としても良いが、機関運転状態又は必要燃料噴射量に応じた変数としても良い。本実施形態において、第二可燃混合気Ｍの点火は、圧縮上死点ＴＤＣ前としたが、これは本願発明を限定するものではなく、圧縮上死点ＴＤＣ後としても良い。
【００１８】
本実施形態において、燃料噴射弁７は、比較的厚さの薄い略扇形状に燃料を噴射するものとしたが、燃料を中空円錐形状に噴射するものとしても良い。また、本実施形態において、燃料噴射弁７から噴射された燃料は直接的に点火プラグ近傍に可燃混合気を形成するようにしたが、ピストン頂面に燃料偏向キャビティを形成し、燃料噴射弁から燃料偏向キャビティ内へ燃料を噴射して、燃料偏向キャビティにより点火プラグ近傍へ燃料を導いて可燃混合気を形成するようにしても良い。この場合において、燃料噴射弁を気筒上部周囲に配置しても良い。
【００１９】
いずれにしても、第一可燃混合気及び第二可燃混合気は、点火プラグ近傍に形成された直後に着火燃焼され、第二可燃混合気は第一可燃混合気の燃焼直後に点火プラグ近傍に形成されるように、第一可燃混合気及び第二可燃混合気のためのそれぞれの燃料噴射開始時期（燃料噴射量も考慮される）及び点火時期を設定することが好ましい。
【００２０】
第一可燃混合気の燃焼により発生したエネルギは、その後の第二可燃混合気の燃焼後にピストン６を押し下げるのに寄与して機関出力の一部となる。しかしながら、第一可燃混合気の燃焼は、圧縮上死点前後の第二可燃混合気の燃焼に比較して燃焼時期が早過ぎるために効率的ではなく、それにより、機関運転状態によって定まる必要燃料噴射量（第一可燃混合気と第二可燃混合気との形成に使用される合計量）を一般的な成層燃焼時に比較して僅かに多くするようにしても良い。
【００２１】
本実施形態において、成層燃焼を低負荷側運転領域の時に実施し、高負荷側運転領域の時には、燃料噴射弁７により吸気行程で燃料を噴射して気筒内に均質混合気を形成する均質燃焼を実施するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】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】燃料噴射弁の開弁信号のタイムチャートである。
【符号の説明】
【００２３】
１    吸気通路
３    排気通路
５    点火プラグ
６    ピストン
７    燃料噴射弁
【図１】
2006200495.tif 000003
【図２】
2006200495.tif 000004