(57)【要約】【課題】  気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁によって気筒内の一部に直接的に一塊の可燃混合気を形成して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、失火発生を十分に抑制する。【解決手段】  一塊の可燃混合気は、燃料噴射弁５から噴射された複数の噴射燃料によって形成され、点火プラグ６近傍に向けて噴射される噴射燃料ｆ２は、点火プラグ近傍以外に向けて噴射される噴射燃料ｆ１に比較して、貫徹力が小さくされている。【選択図】      図１
2006200494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁の近傍に配置された点火プラグとを具備し、前記燃料噴射弁により噴射された燃料により気筒内の一部に直接的に可燃混合気を形成し、前記点火プラグによって前記可燃混合気を着火燃焼させて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、前記可燃混合気は、前記燃料噴射弁から噴射された複数の噴射燃料によって形成され、前記点火プラグ近傍に向けて噴射される前記噴射燃料は、前記点火プラグ近傍以外に向けて噴射される前記噴射燃料に比較して、貫徹力が小さくされていることを特徴とする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気筒内の一部だけに可燃混合気を形成し、この可燃混合気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。成層燃焼の可燃混合気を形成するために、噴射燃料をピストン頂面によって点火プラグ方向へ偏向させることが提案されているが、このためには、燃料噴射時期がピストン位置の制限を受けることとなる。
【０００３】
このような制限なしに燃料噴射時期を設定可能とするために、燃料噴射弁を気筒上部略中心に配置し、ピストン頂面を利用することなく燃料噴射弁からの噴射燃料によって気筒内に直接的に可燃混合気を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。点火プラグは、形成された可燃混合気内に点火ギャップを位置させるように、燃料噴射弁の近傍に配置されている。
【０００４】
【特許文献１】特表２００２−５３９３６５
【特許文献２】特開２００３−２０１８４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の背景技術において、燃料噴射弁は中空円錐状に燃料を噴射するものであり、可燃混合気を形成するためには、噴射燃料全体を気筒内のある程度の範囲に分散させ、混合気が過剰リッチとなることを防止しなければならない。そのためには、噴射燃料の貫徹力は比較的大きくされる。
【０００６】
しかしながら、こうして噴射燃料の貫徹力を比較的大きくすると、噴射燃料が気筒内の空気と共に混合気となって進行して可燃混合気となる際に、混合気の流速が比較的速くなるために、混合気が点火プラグ近傍を通過する際に点火ギャップで発生させた火花を吹き消して失火を発生させることがある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁によって気筒内の一部に直接的に可燃混合気を形成して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、失火発生を十分に抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【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は、気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁の近傍に配置された点火プラグとを具備し、前記燃料噴射弁により噴射された燃料により気筒内の一部に直接的に可燃混合気を形成し、前記点火プラグによって前記可燃混合気を着火燃焼させて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、前記可燃混合気は、前記燃料噴射弁から噴射された複数の噴射燃料によって形成され、前記点火プラグ近傍に向けて噴射される前記噴射燃料は、前記点火プラグ近傍以外に向けて噴射される前記噴射燃料に比較して、貫徹力が小さくされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
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、成層燃焼時に気筒内に形成される可燃混合気は、燃料噴射弁から噴射された比較的貫徹力の大きな複数の噴射燃料によって形成されるために、噴射燃料全体は気筒内のある程度の範囲に分散され、過剰リッチとなることはない。また、可燃混合気の形成に際して、点火プラグ近傍へ向けて噴射される噴射燃料は、点火プラグ近傍以外へ向けて噴射される噴射燃料に比較して貫徹力が小さくされているために、噴射燃料が気筒内の空気と共に混合気となって進行して点火プラグ近傍を通過する時の混合気の流速は比較的遅くなり、それにより、点火ギャップで発生させた火花が吹き消されることは殆どなく、失火発生を十分に抑制することができる。
【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燃料噴射弁であり、６は燃料噴射弁５の近傍に配置された点火プラグであり、７はピストンである。８は吸気通路１に配置されたもう一つの燃料噴射弁であり、この燃料噴射弁８によって吸気弁２の開弁前又は開弁中に燃料を吸気通路１に噴射することにより、気筒内には均質混合気が形成され、均質燃焼を実現することができる。
【００１２】
成層燃焼を実施するためには、圧縮行程において、気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁５の複数の噴孔から複数の燃料ｆ１，ｆ２が柱状に噴射される。複数の噴孔として、燃料噴射弁５には、例えば、その軸線に対して放射状に形成された六つの噴孔が形成される。各燃料ｆ１，ｆ２は、気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁５から斜め下方向に放射状にシリンダボアへ向けて噴射される。
【００１３】
各噴射燃料ｆ１，ｆ２は、自身の貫徹力によって気筒内の空気を巻き込みながら混合気となって進行してシリンダボアに到達する以前にほぼ完全に気化し、燃料噴射弁５の近傍において互いに連結された一塊の可燃混合気となる。こうして、複数の噴射燃料ｆ１，ｆ２によって気筒内の一部には一塊の可燃混合気が形成される。少なくとも一つの噴射燃料ｆ２は、点火プラグ６近傍に向けて噴射され、この噴射燃料ｆ２により形成される可燃混合気の一部分が点火プラグ６の点火ギャップと接触しているようにし、この一部分から着火させることにより、一塊の可燃混合気全体の燃焼を可能としている。可燃混合気の形成に際して、燃料はピストン７頂面を利用して偏向されることはなく、ピストン位置に係らず可燃混合気の形成が可能である。
【００１４】
図２はシリンダヘッドの拡大底面図である。燃料噴射弁５から前述のように噴射される複数の噴射燃料ｆ１の貫徹力は、形成される一塊の混合気が過剰リッチとならないように、噴射燃料を気筒内の一部に十分に分散させるために比較的大きくされている。しかしながら、点火プラグ６近傍に向けて噴射される噴射燃料ｆ２の貫徹力だけは、点火プラグ６近傍以外に向けて噴射される噴射燃料ｆ１の貫徹力に比較して小さくされている。
【００１５】
図４は、燃料噴射弁５の開弁信号Ａと、点火プラグ６近傍の流速Ｂ１，Ｂ２と、点火プラグ６近傍の空燃比Ｃ１とを示すタイムチャートである。図４に示されているように、燃料噴射弁５の開弁によって燃料ｆ２が噴射されると、噴射燃料ｆ２は気筒内の空気と共に混合気となって進行し、この混合気によって点火プラグ６近傍の空燃比は急激にリッチとなり、燃料噴射弁５の閉弁によって燃料ｆ２の噴射が停止されると、点火プラグ６近傍の空燃比は徐々にリーンとなる。一点鎖線Ｃ２は点火プラグ６により着火可能な混合気空燃比のリーン限界であり、一点鎖線Ｃ３は点火プラグ６により点火可能な混合気空燃比のリッチ限界である。すなわち、点火プラグ６近傍の混合気空燃比が二つの一点鎖線Ｃ２，Ｃ３の間にある時にだけ着火が可能となる。
【００１６】
もし、噴射燃料ｆ２が、他の噴射燃料ｆ１と同様に比較的大きな貫徹力を有していると、点線Ｂ１で示すように、噴射燃料ｆ２により形成される混合気の流速は速くなる。この混合気の少なくとも一部は、点火プラグ６の点火ギャップを通過するために、その流速が一点鎖線Ｂ３で示す限界流速より高いと、点火プラグ６により発生される火花を吹き消す可能性が高い。それにより、噴射燃料ｆ２の貫徹力を比較的大きくした場合には、点火プラグ６近傍の流速が限界流速Ｂ３以下であって、点火プラグ６近傍の空燃比がリーン限界Ｃ２とリッチ限界Ｃ３との間にある非常に短い期間Ｒ１だけでしか、点火プラグ６によって混合気を着火させることはできないこととなる。こうして、僅かな点火時期のずれ等によって容易に失火が発生してしまう。
【００１７】
これに対して、本実施形態のように、噴射燃料ｆ２の貫徹力を他の噴射燃料ｆ１に比較して小さくした場合には、実線Ｂ２で示すように、噴射燃料ｆ２により形成される混合気の流速は遅くなって、点火プラグ６により発生される火花を吹き消す可能性の高い限界流速Ｂ３を超えることはなく、点火プラグ６近傍の空燃比がリーン限界Ｃ２とリッチ限界Ｃ３との間にある比較的長い期間Ｒ２において、点火プラグ６によって混合気を確実に着火させ、一塊の可燃混合気全体を燃焼させることができる。こうして、僅かな点火時期のずれ等によっても失火が発生することは殆どない。
【００１８】
このように、点火プラグ６近傍へ向けて噴射される噴射燃料ｆ２の貫徹力は、点火プラグ６近傍の混合気の流速が常に限界流速Ｂ２を超えないように設定されることが好ましい。しかしながら、噴射燃料ｆ２の貫徹力を、点火プラグ６近傍以外へ向けて噴射される噴射燃料ｆ１の貫徹力より小さく設定することで、噴射燃料ｆ１の貫徹力と同じに設定した場合に比較して、点火プラグ６によって混合気を着火可能な期間を延長することができる。
【００１９】
図３は燃料噴射弁５の噴孔近傍の断面図である。同図において、５ａは点火プラグ６近傍以外へ向けて燃料を噴射するための第１噴孔であり、５ｂは点火プラグ６近傍へ向けて燃料を噴射するための第２噴孔である。第２噴孔５ｂの長さＬ２は、十分に大きな直径を有するザグリ穴５ｃによって、第１噴孔５ａの長さＬ１に比較して短くされ、第２噴孔５ｂの噴射燃料ｆ２の貫徹力を小さくしている。そのままでは、第２噴孔５ｂの噴射燃料ｆ２の流量が第１噴孔５ａの噴射燃料ｆ１の流量に比較して多くなり過ぎるために、第２噴孔５ｂの直径Ｄ２は、第１噴孔５ａの直径Ｄ１に比較して小さくされている。噴孔長さと噴孔径との比（Ｌ／Ｄ）を小さくするほど、噴射燃料の貫徹力は小さくなることが解かっており、これに基づき、第２噴孔５ｂの燃料噴射ｆ２の貫徹力を第１噴孔５ａの噴射燃料の貫徹力より小さくすると共に、第１噴孔５ａ及び第２噴孔５ｂの噴射燃料の流量がそれぞれに最適となるように、第１噴孔５ａ及び第２噴孔５ｂの長さＬ及び直径Ｄを選択することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】図１の筒内噴射式火花点火内燃機関におけるシリンダヘッドの拡大底面図である。
【図３】燃料噴射弁の噴孔近傍の断面図である。
【図４】燃料噴射弁の開弁信号と、点火プラグ近傍の流速と、点火プラグ近傍の空燃比とを示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００２１】
１    吸気通路
３    排気通路
５    燃料噴射弁
６    点火プラグ
【図１】
2006200494.tif 000003
【図２】
2006200494.tif 000004
【図３】
2006200494.tif 000005
【図４】
2006200494.tif 000006