(57)【要約】【課題】全負荷時におけるノッキングの改善が効果的に行われる筒内噴射式火花点火内燃機関を提供する。【解決手段】平面視概ね帯状の領域に広角に燃料を噴射することが可能な燃料噴射弁２を備えた筒内噴射式火花点火内燃機関であって、吸気行程で燃料の一部が噴射され、圧縮行程にて燃料の他の一部が前記燃料噴射弁から噴射され、前記圧縮行程での燃料噴射は、前記帯状の領域に広角に噴射された前記燃料の噴霧が概ねボア中心で回転するように行われる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視概ね帯状の領域に広角に燃料を噴射することが可能な燃料噴射弁を備えた筒内噴射式火花点火内燃機関であって、
吸気行程で燃料の一部が噴射され、
圧縮行程にて燃料の他の一部が前記燃料噴射弁から噴射され、
前記圧縮行程での燃料噴射は、前記帯状の領域に広角に噴射された前記燃料の噴霧が概ねボア中心で回転するように行われる
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】
請求項１記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、
前記吸気行程において前記燃料は、前記燃料噴射弁から噴射され、
前記吸気行程での吸気流がタンブル流であるときには、前記吸気行程での燃料噴射は、前記帯状の領域に広角に噴射された前記燃料の噴霧が前記タンブル流の筒内への進入方向と概ね平行となるように行われる
ことを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項３】
請求項１記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、
前記吸気行程において前記燃料は、前記燃料噴射弁から噴射され、
前記吸気行程での吸気流がスワール流であるときには、前記吸気行程での燃料噴射は、前記帯状の領域に広角に噴射された前記燃料の噴霧が前記スワール流の方向と概ね逆方向に回転するように行われる
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し、特に、全負荷時におけるノッキングの改善が効果的に行われる筒内噴射式火花点火内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノッキングの発生を抑制するためには、筒内での気流の乱れを増大させ、燃焼速度を速めることが有効であることが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１６１１５４号公報
【特許文献２】特開２００１−２７１７０号公報
【特許文献３】特開平１１−３３６５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃焼速度を速めるためには、点火時の筒内において気流の乱れが増大していることが必要である。全負荷時におけるノッキングの改善のためには、筒内において燃料が均質に噴霧されている必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、全負荷時におけるノッキングの改善が効果的に行われる筒内噴射式火花点火内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関は、平面視概ね帯状の領域に広角に燃料を噴射することが可能な燃料噴射弁を備えた筒内噴射式火花点火内燃機関であって、吸気行程で燃料の一部が噴射され、圧縮行程にて燃料の他の一部が前記燃料噴射弁から噴射され、前記圧縮行程での燃料噴射は、前記帯状の領域に広角に噴射された前記燃料の噴霧が概ねボア中心で回転するように行われることを特徴としている。
【０００７】
本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記吸気行程において前記燃料は、前記燃料噴射弁から噴射され、前記吸気行程での吸気流がタンブル流であるときには、前記吸気行程での燃料噴射は、前記帯状の領域に広角に噴射された前記燃料の噴霧が前記タンブル流の筒内への進入方向と概ね平行となるように行われることを特徴としている。
【０００８】
本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記吸気行程において前記燃料は、前記燃料噴射弁から噴射され、前記吸気行程での吸気流がスワール流であるときには、前記吸気行程での燃料噴射は、前記帯状の領域に広角に噴射された前記燃料の噴霧が前記スワール流の方向と概ね逆方向に回転するように行われることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、全負荷時におけるノッキングの改善が効果的に行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
本実施形態の目的は、全負荷時におけるノッキングの改善が効果的に行われる筒内噴射式火花点火内燃機関を提供することである。
【００１２】
上記のように、ノッキングの発生を抑制するためには、筒内での気流の乱れを増大させ、燃焼速度を速めることが有効であり、そのためには、点火時の筒内において気流の乱れが増大していることが必要である。ここで、全負荷時におけるノッキングの改善のためには、筒内において燃料が均質に噴霧されている必要がある。
【００１３】
このことから、本発明者は、図３に示すように、吸気行程で第１回目の燃料噴射を行い、圧縮行程で第２回目の燃料噴射を行うことで、点火時の筒内において燃料が均質に噴霧された状態にすることを検討した。
【００１４】
ここで、圧縮行程で１回だけの燃料噴射をせずに、吸気行程でも燃料噴射を行うこととした理由は、圧縮行程で燃料の全ての量を噴射すると、気化する時間が足りず、点火時に液滴燃料が存在したり、部分的にリッチな領域が存在し、燃焼状態が悪くなるためである。即ち、前もって吸気行程で燃料噴射を行い、燃料を気化させて空燃比の良好な混合気を作り、圧縮行程で第２回目の燃料噴射によって、気流の乱れを作り、点火時の筒内を均質に燃料が噴霧された状態にしている。
【００１５】
一方、吸気行程で１回だけの燃料噴射をせずに、圧縮行程でも燃料噴射を行うこととした理由は、吸気行程で気流の乱れを作った場合には、点火時にはその乱れは消えており、燃焼速度を速めること（燃焼促進）に寄与しないためである。このことから、圧縮行程の点火時直前にて、気流の乱れを作ることが有効である。
【００１６】
上記のように、気流の乱れを作るべく、圧縮行程で第２回目の燃料噴射を行うに際しては、燃料噴射弁から、ファン噴霧（スリット噴霧）を行うことや、ホロコーン噴霧又はソリッド噴霧を行うことが考えられる。しかし、これらの場合にはいずれも、混合気の均質性が低下するとともに、気流の乱れが促進される領域も狭い。その理由は以下の通りである。
【００１７】
上記において、ファン噴霧（スリット噴霧）とは、側面視概ね扇型状であって、筒内の概ね単一の径の方向に平面視概ね帯状の領域に（比較的厚さが薄く）広角に燃料を噴霧することをいう（図２参照）。ここで、厚さとは、図２に示すように平面視したときに、気筒の径方向に直交する向きの噴霧領域の大きさを意味する。ファン噴霧の場合には、噴霧自体の拡散が悪いため、混合気の均質性が低下するとともに、気流の乱れが促進される領域が狭い。
【００１８】
また、ホロコーン噴霧とは、側面視概ね扇型状（斜視すると概ね円錐状）であって、中空状（円錐の表面積部分のみ）に噴霧することをいい、ソリッド噴霧とは、ホロコーン噴霧と違い中実状（円錐の体積全体）に噴霧することをいう。ホロコーン噴霧又はソリッド噴霧を行った場合には、噴霧自体は拡散しているが、背圧場（圧縮行程）においては、縮流し、燃料が筒内全体ではなく狭い領域にかたまってしまい、混合気の均質性が低下する。
【００１９】
そこで、本実施形態では、図１及び図２に示すように、ファン噴霧をボア中心で回転させながら行うことにより、気流の乱れが促進される領域を拡大するとともに、圧縮行程にて噴射した燃料による混合気の均一化の促進を実現することとしている。図１及び図２において、符号１は筒内噴射式火花点火内燃機関のピストン、２は燃料噴射弁、３は排気ポート、４は吸気ポート、５は吸気バルブ、６は排気バルブ、７は点火バルブ、８はファン噴霧を示している。
【００２０】
燃料噴射弁２は、概ねボア中心に取り付けられ、ファン噴霧を行いつつ、図中の矢印に示すように、気筒の周方向に１８０°以上回転するように制御される。ファン噴霧を行いつつ燃料噴射弁２が気筒の周方向に１８０°以上回転することにより、筒内全体に均質に燃料が噴霧され、筒内全体において気流の乱れが促進される。このように、ファン噴霧をボア中心で回転させながら行うことにより、背圧場であっても、上記のホロコーン噴霧やソリッドコーン噴霧のように、縮流することはない。
【００２１】
上記のように、本実施形態では、気流の乱れ促進（燃焼促進）を狙って、圧縮行程で（第２回目の燃料噴射として）筒内噴射をする時に、広角のファン噴霧をボア中心で回転させて噴射することにより、噴霧による乱れ促進領域の拡大及び圧縮行程に噴射した燃料による混合気の均一化の促進を実現することとしている。
【００２２】
本実施形態では、吸気行程で（第１回目の燃料噴射として）燃料噴射をするに際しての燃料噴射の仕方については、特に限定されない。この場合、上記第１回目の燃料噴射として、燃料噴射弁２から燃料噴射が行われるのは勿論よいし、例えば、燃料噴射弁２とは別に、吸気ポート４に燃料噴射弁（図示せず）がある場合には、上記第１回目の燃料噴射として、その吸気ポート４の燃料噴射弁からポート噴射されてもよい。また、上記第１回目の燃料噴射として、燃料噴射弁２を用いるに際しても、上記第２回目の燃料噴射と同様に、燃料噴射弁２を回転させながらファン噴霧を行ってもよいし、燃料噴射弁２を回転させずに燃料噴射を行ってもよい。
【００２３】
（第２実施形態）
次に、図４及び図５を参照して、第２実施形態について説明する。
第２実施形態において、上記第１実施形態と共通する内容については、同じ符号を付して重複する説明を省略する。
【００２４】
第２実施形態では、上記第１実施形態における上記第１回目の燃料噴射の仕方が特定される。上記第２回目の燃料噴射の仕方については、上記第１実施形態と同様である。
【００２５】
図４に示すように、吸気流がタンブル流１１であるときには、図４及び図５に示すように、燃料噴射弁２によるファン噴霧を回転させずに、吸気排気側方向に噴霧が広がった状態で、ファン噴霧（燃料噴射弁２）を固定して上記第１回目の燃料噴射を行う。即ち、筒内へのタンブル流１１の進入方向に対して、ファン噴霧の広がり方向が平行になる位置で、ファン噴霧を固定する。これにより、タンブル流１１によって噴霧が曲げられて、混合気が偏ることが抑制される。
【００２６】
タンブル流１１の進入方向に対して、上記平行の方向以外でファン噴霧が行われると、ファン噴霧は、タンブル流１１によって方向が変えられて偏って流されるため、筒内において混合気が均質にならない。これに対して、タンブル流１１の進入方向に対して、上記平行の方向でファン噴霧が行われると、ファン噴霧は、タンブル流１１によって方向が変えられることなく、シリンダ内フロント・リア方向に徐々に拡散されていくために、筒内において混合気が均質に広がる。
【００２７】
第２実施形態では、吸気流がタンブル流１１であるときに、上記第１回目の燃料噴射として、燃料噴射弁２によるファン噴霧を固定させて、吸気排気側方向に噴霧が広がった状態で燃料噴射を行うので、筒内に混合気が均質に広がり、上記第１実施形態で述べた上記第２回目の燃料噴射と相俟って、混合気の均質性が向上するとともに、気流の乱れが促進される領域も広い。これにより、全負荷時のノッキングが有効に抑制される。
【００２８】
（第３実施形態）
次に、図６を参照して、第３実施形態について説明する。
第３実施形態において、上記第１実施形態と共通する内容については、同じ符号を付して重複する説明を省略する。
【００２９】
第３実施形態では、上記第１実施形態における上記第１回目の燃料噴射の仕方が特定される。上記第２回目の燃料噴射の仕方については、上記第１実施形態と同様である。
【００３０】
図６に示すように、吸気流がスワール流１２であるときには、そのスワール流１２の回転方向とは反対の方向に燃料噴射弁２によるファン噴霧を回転させる。その回転量としては、吸気工程中に１８０°であることが望ましい。
【００３１】
スワール流１２の回転方向と反対方向に燃料噴射弁２によるファン噴霧を回転させることにより、常に新気の中に燃料を噴射することができるため、混合気の均質性を向上させることができる。これにより、上記第１実施形態で述べた上記第２回目の燃料噴射と相俟って、混合気の均質性が向上するとともに、気流の乱れが促進される領域も広い。これにより、全負荷時のノッキングが有効に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関の第１実施形態の圧縮行程でのファン噴霧の状態を示す側面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関の第１実施形態において、燃料噴射が吸気行程における第１回目と圧縮行程における第２回目に分けて行われることを示す図である。
【図４】本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関の第２実施形態の吸気行程でのファン噴霧の状態を示す側面図である。
【図５】図４の平面図である。
【図６】本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関の第３実施形態の吸気行程でのファン噴霧の状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  ピストン
２  燃料噴射弁
３  排気ポート
４  吸気ポート
５  吸気バルブ
６  排気バルブ
７  点火プラグ
８  ファン噴霧
１１  タンブル流
１２  スワール流
【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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