(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り、必要燃料量を分割して噴射する筒内噴射式火花点火内燃機関において、必要燃料量が設定量以上であって高い機関出力が必要とされる時には、ピストン頂面への燃料付着を抑制すると共に噴射燃料の気化潜熱によって十分に吸気充填効率を高めるようにする。【解決手段】気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁１により、吸気下死点近傍において、シリンダボアの排気ポート側下部又はピストン３頂面の排気ポート側周囲部へ向けて必要燃料量を分割して噴射する筒内噴射式火花点火内燃機関において、必要燃料量が設定量以上であって高い機関出力が必要とされる時には、必要燃料量を分割することなく、燃料噴射終了時期を吸気下死点直前として燃料噴射を実施する。【選択図】図１
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【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から吸気下死点近傍においてシリンダボアの排気ポート側下部又はピストン頂面の排気ポート側周囲部へ向けて必要燃料量を分割して噴射する筒内噴射式火花点火内燃機関において、必要燃料量が設定量以上であって高い機関出力が必要とされる時には、必要燃料量を分割することなく、燃料噴射終了時期を吸気下死点直前として燃料噴射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。
【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】
気筒内へ直接的に燃料を噴射して気筒内に均質混合気を形成し、この均質混合気を圧縮行程末期の点火時期において着火燃焼させる均質燃焼が公知である。このような均質燃焼を良好なものとするためには、気筒内に形成される均質混合気の均質程度を高めることが必要である。
【０００３】
そのためには、機関運転状態毎の必要燃料量を分割して、それぞれを小さな塊として噴射することにより、気筒内を飛行中に気化させ易くすることが望ましい（例えば、特許文献１参照）。また、燃料噴射弁を気筒上部略中心に配置し、吸気下死点近傍において、シリンダボアの排気ポート側下部又はピストン頂面の排気ポート側周囲部へ向けて燃料を噴射するようにすれば、各噴射燃料は、気筒内の排気ポート側を下降して吸気ポート側を上昇するように気筒内を縦方向に旋回するタンブル流中へ噴射され、タンブル流によって気筒内全体に分散されるために、均質混合気の均質程度を高めるのに有利である。
【０００４】
また、こうして吸気下死点近傍においてタンブル流中へ燃料を噴射することにより、噴射燃料の貫徹力によってタンブル流を強めることができる。それにより、そのままでは圧縮行程前半で消滅するタンブル流を圧縮行程後半まで持続させることができ、タンブル流をピストンにより押し潰すことにより、圧縮行程末期の点火時期において気筒内に乱れを存在させ、この乱れによって均質混合気の燃焼速度を高めて良好な均質燃焼を実現することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−７４３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
均質燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、一般的な燃焼空燃比は、理論空燃比又はリーン空燃比とされるが、高い機関出力が必要とされて多量の燃料が噴射される時には、燃焼空燃比はリッチ空燃比（例えば、１２．５）とされることがある。
【０００７】
こうして多量の燃料が噴射される時に分割燃料噴射を実施すると、インターバル（無噴射期間）の存在によって全体的な燃料噴射期間が非常に長くなる。それにより、吸気行程初期から燃料噴射を開始することとなれば、分割噴射であってもピストン頂面に多量の燃料が付着してしまう。また、この燃料付着を抑制するために、燃料噴射開始時期を吸気行程中期とすると、燃料噴射終了時期が圧縮行程中期となり、こうして比較的多くの燃料が圧縮行程で噴射されることとなれば、気化潜熱によって吸気充填効率を十分に高めることができなくなる。
【０００８】
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り、吸気下死点近傍において、シリンダボアの排気ポート側下部又はピストン頂面の排気ポート側周囲部へ向けて必要燃料量を分割して噴射する筒内噴射式火花点火内燃機関において、必要燃料量が設定量以上であって高い機関出力が必要とされる時には、ピストン頂面への燃料付着を抑制すると共に噴射燃料の気化潜熱によって十分に吸気充填効率を高めるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【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は、気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁から吸気下死点近傍においてシリンダボアの排気ポート側下部又はピストン頂面の排気ポート側周囲部へ向けて必要燃料量を分割して噴射する筒内噴射式火花点火内燃機関において、必要燃料量が設定量以上であって高い機関出力が必要とされる時には、必要燃料量を分割することなく、燃料噴射終了時期を吸気下死点直前として燃料噴射を実施することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
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、気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁から吸気下死点近傍においてシリンダボアの排気ポート側下部又はピストン頂面の排気ポート側周囲部へ向けて必要燃料量を分割して噴射するようになっており、それにより、分割された噴射燃料のそれぞれは、小さな塊のために気化し易く、また、タンブル流中へ噴射されるために、タンブル流と共に気筒内全体に分散して良好な均質混合気を形成することができると共に、各噴射燃料の貫徹力によってタンブル流を強めて点火時期において燃焼速度を速める乱れを気筒内に発生させることができる。また、必要燃料量が設定量以上であって高い機関出力が必要とされる時には、必要燃料量を分割することなく、燃料噴射終了時期を吸気下死点直前として燃料噴射を実施するようになっている。それにより、無噴射期間がないために、必要燃料量が多くても、燃料噴射開始時期を吸気行程初期とせずに、燃料噴射終了時期を吸気下死点直前とすることができ、こうして、ピストン頂面への燃料の付着が抑制されると共に、噴射燃料の気化潜熱によって吸気充填効率を十分に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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り、図２はピストンの平面図であり、いずれも均質燃焼のための吸気行程における燃料噴射時期を示している。これらの図において、１は気筒上部略中心に配置されて気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁であり、２は燃料噴射弁１の吸気ポート側近傍に配置された点火プラグである。３はピストン、４は一対の吸気ポート、５は一対の排気ポートを、それぞれ示している。
【００１２】
本筒内噴射式火花点火内燃機関は、気筒内に理論空燃比又は理論空燃比よりリーンな均質混合気を形成し、この均質混合気を点火プラグ２により着火燃焼させる均質燃焼を実施するものである。理論空燃比よりリーンな均質燃焼が実施される場合のリーン空燃比は、ＮＯX生成量が比較的少なくなるように設定される（例えば、約２０）。機関回転数及び機関負荷等により定まる機関運転状態毎に必要燃料量が設定されている。この必要燃料量が設定量以上であって高い機関出力が必要とされる時には、リッチ空燃比（例えば、約１２．５）での均質燃焼を実施するようにしても良い。
【００１３】
特に、理論空燃比又はリーン空燃比での均質燃焼においては、噴射燃料はそれほど多くないために、噴射燃料を十分に気筒内へ分散させて均質混合気の均質程度を高めることが良好な均質燃焼を実現するのに不可欠である。そのためには、機関運転状態毎の必要燃料量を分割して、それぞれを小さな塊として噴射することにより、気筒内を飛行中に気化させ易くすることが望ましい。また、気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁１から吸気下死点近傍において、シリンダボアの排気ポート側下部又はピストン頂面の排気ポート側周囲部へ向けて燃料Ｆを噴射するようにすれば、各噴射燃料は、気筒内の排気ポート側を下降して吸気ポート側を上昇するように気筒内を縦方向に旋回するタンブル流Ｔ中へ噴射され、タンブル流によって気筒内全体に分散されるために、均質混合気の均質程度を高めるのに有利である。
【００１４】
また、こうして吸気下死点近傍においてタンブル流Ｔ中へ燃料を噴射することにより、噴射燃料の貫徹力によってタンブル流Ｔを強めることができる。それにより、そのままでは圧縮行程前半で消滅するタンブル流Ｔを圧縮行程後半まで持続させることができ、タンブル流Ｔをピストン３により押し潰すことにより、圧縮行程末期の点火時期において気筒内に乱れを存在させ、この乱れによって均質混合気の燃焼速度を高めて良好な均質燃焼を実現することができる。
【００１５】
本実施形態において、図１及び２に示すように、燃料噴射弁１は、略半円弧状スリット噴孔を有して中空半円錐形状に燃料を噴射するものである。また、燃料噴射弁１は、図２に一点鎖線で示すように、複数の丸噴孔を有して、吸気下死点近傍において、各噴孔からシリンダボアの排気ポート側下部又はピストン頂面の排気ポート側周囲部へ向けて複数の燃料を噴射するようにしても良い。
【００１６】
このような燃料が吸気下死点近傍において噴射されれば、各分割燃料は、ピストン頂面又はシリンダボアに衝突付着し難く、タンブル流Ｔを良好に強めることができる。図３は、必要燃料量が三分割された場合の燃料噴射時期を示すタイムチャート（燃料噴射弁の開弁を示すタイムチャート）である。本タイムチャートにおいては、例えば、吸気下死点ＢＤＣが二つのインターバルを含む全燃料噴射クランク角度範囲Ａの中心とされている。
【００１７】
全燃料噴射クランク角度範囲Ａの中心は、吸気下死点ＢＤＣより前としても良い。また、分割燃料噴射の分割数は、三つに限定されることなく、例えば、必要燃料量が多いほど分割数を多くするようにしても良い。また、必要燃料量が少ない時には必ずしも分割しなくも良い。
【００１８】
このように、燃焼空燃比が理論空燃比又はリーン空燃比の時には、吸気下死点ＢＤＣ直後においても燃料を噴射して、混合気の均質程度を高めてタンブル流Ｔを強めることが望ましい。しかしながら、必要燃料量が設定量以上となって高い機関出力が必要とされる時にも分割燃料噴射を実施すると、複数のインターバルを含む全燃料噴射クランク角度範囲は非常に大きくなり、また、機関回転数が高い時には、さらに全燃料噴射クランク角度範囲が増大する。
【００１９】
それにより、このように増大した全燃料噴射クランク角度範囲のために、吸気行程初期から燃料噴射を開始することとなれば、分割噴射であってもピストン頂面に多量の燃料が付着してしまう。また、この燃料付着を抑制するために、燃料噴射開始時期を吸気行程中期とすると、燃料噴射終了時期が圧縮行程中期となり、こうして比較的多くの燃料が圧縮行程で噴射されることとなれば、気化潜熱によって吸気充填効率を十分に高めることができなくなる。
【００２０】
本実施形態では、必要燃料量が設定量以上であって高い機関出力が必要とされる時には、図４に示すように、必要燃料量を分割することなく全燃料噴射クランク角度範囲Ａ’を設定し、燃料噴射終了時期を吸気下死点ＢＤＣ直前として燃料噴射を実施するようにしている。
【００２１】
それにより、無噴射期間がないために、全燃料噴射クランク角度範囲Ａ’を短くすることができ、必要燃料量が多くても、燃料噴射開始時期を吸気行程初期とせずに、燃料噴射終了時期を吸気下死点直前とすることができる。こうして、ピストン頂面への燃料の付着が抑制されると共に、噴射燃料の気化潜熱によって吸気充填効率を十分に高めることができる。また、吸気行程中期に噴射される燃料の貫徹力はタンブル流を十分に強めることに利用されないが、燃料噴射量が多いために、吸気行程中期から連続的に吸気行程後期に噴射される燃料の貫徹力によってタンブル流を強めることができる。このような燃料噴射によって気筒内に形成される混合気の均質程度が低下するが、燃料噴射量が多いために、理論空燃比よりリーンとなって燃焼が緩慢となる部分は存在しない。
【００２２】
本筒内噴射式火花点火内燃機関において、点火プラグ２は燃料噴射弁１より吸気ポート側に配置されているために、噴射燃料により濡らされてアークの発生が阻害されることはない。また、タンブル流Ｔを確実に強めるために、噴射燃料Ｆの貫徹力は、例えば、噴射開始から１ｍｓ後の燃料先端が６０ｍｍ以上に達するように強くすることが好ましい。
【００２３】
本筒内噴射式火花点火内燃機関において、燃料噴射弁１は、部分円弧状、直線状、又は折れ線状のスリット噴孔を有して部分円弧断面、直線断面、又は折れ線断面の燃料を噴射するものでも、また、直線状又は折れ線状に配列された複数の丸噴孔を有して複数の柱状に燃料を噴射するものでも良く、このような場合において、噴射燃料は、シリンダボアの排気ポート側下部（略半円弧断面の帯状部分）及びピストン頂面の排気ポート側周囲部（略半円弧の帯状部分）の少なくとも一方に向かうようにされれば良い。もちろん、燃料噴射弁１は、吸気下死点近傍において、シリンダボアの排気ポート側下部（略半円弧断面の帯状部分）及びピストン頂面の排気ポート側周囲部（略半円弧の帯状部分）の少なくとも一方に向かうように中空又は中実円錐形状の燃料を噴射するものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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のピストン平面図である。
【図３】燃料噴射時期を示すタイムチャートである。
【図４】もう一つの燃料噴射時期を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００２５】
１    燃料噴射弁
２    点火プラグ
３    ピストン
４    吸気ポート
５    排気ポート
Ｆ    噴射燃料
Ｔ    タンブル流
【図１】
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【図２】
2008303824.tif 000004
【図３】
2008303824.tif 000005
【図４】
2008303824.tif 000006