(57)【要約】【課題】シリンダボアへ向けて噴射される燃料によりタンブル流を強める筒内噴射式火花点火内燃機関において、シリンダボア壁面の温度が低い時のエンジンオイルの希釈を抑制する。【解決手段】均質燃焼時に吸気下死点近傍においてシリンダボアへ向けて噴射される燃料Ｆによりタンブル流Ｔを強める筒内噴射式火花点火内燃機関において、シリンダボア壁面の測定又は推定温度が設定温度より低い時には、噴射燃料の測定又は推定温度が低いほど、噴射燃料の貫徹力を弱くする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
均質燃焼時に吸気下死点近傍においてシリンダボアへ向けて噴射される燃料によりタンブル流を強める筒内噴射式火花点火内燃機関において、シリンダボア壁面の測定又は推定温度が設定温度より低い時には、噴射燃料の測定又は推定温度が低いほど、前記噴射燃料の貫徹力を弱く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において、気筒内へ供給された吸気により気筒内にタンブル流を形成し、このタンブル流を圧縮行程末期の点火時期まで持続させることにより、点火時期において気筒内にタンブル流による乱れを存在させ、この乱れによって均質混合気の燃焼速度を高めれば、良好な均質燃焼を実現することができる。
【０００３】
タンブル流を圧縮行程末期の点火時期まで持続させるために、吸気ポート内に吸気流制御弁を配置し、この吸気流制御弁によって吸気を吸気ポート上壁に沿わせて気筒内へ供給することにより、気筒内に強いタンブル流を形成する筒内噴射式火花点火内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８０２４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の筒内噴射式火花点火内燃機関において、吸気流制御弁により吸気を吸気ポート上壁に沿わせて気筒内に供給する時には、吸気流制御弁により吸気ポートが絞られることになる。それにより、必要吸気量が比較的少ない時においては、特に問題なく強いタンブル流を気筒内に形成することができるが、必要吸気量が比較的多くなる時においては、吸気流制御弁により吸気ポートを絞ると吸気不足が発生することがあるために、吸気流制御弁によって強いタンブル流を気筒内に形成することはできない。
【０００６】
このような吸気流制御弁を設けなくても、筒内噴射式火花点火内燃機関においては、燃料噴射方向を適当に選択して、吸気行程末期に貫徹力の強い燃料を噴射すればタンブル流を強めることができる。しかしながら、この際に貫徹力の強い噴射燃料の一部はシリンダボアへ到達し、エンジンオイルに取り込まれてシリンダボア壁面に付着することがあり、シリンダボアの壁面温度が高い時には、エンジンオイル中から蒸発するために問題とならないが、シリンダボアの壁面温度が低い時には、エンジンオイルに取り込まれたままとなってエンジンオイルを希釈させてしまう。
【０００７】
従って、本発明の目的は、シリンダボアへ向けて噴射される燃料によりタンブル流を強める筒内噴射式火花点火内燃機関において、シリンダボア壁面の温度が低い時のエンジンオイルの希釈を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、均質燃焼時に吸気下死点近傍においてシリンダボアへ向けて噴射される燃料によりタンブル流を強める筒内噴射式火花点火内燃機関において、シリンダボア壁面の測定又は推定温度が設定温度より低い時には、噴射燃料の測定又は推定温度が低いほど、前記噴射燃料の貫徹力を弱くす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、均質燃焼時に吸気下死点近傍においてシリンダボアへ向けて噴射される燃料によりタンブル流を強める際に、シリンダボア壁面の測定又は推定温度が設定温度より低く、シリンダボア壁面に付着した燃料が蒸発し難くなる時には、噴射燃料の測定又は推定温度が低いほど、そのままでは気筒内を飛行中に気化し難くなってシリンダボア壁面への付着燃料量がより増大するために、噴射燃料の貫徹力をより弱めて、噴射燃料がシリンダボア壁面へ到達し難くしている。それにより、シリンダボア壁面の温度が低い時のエンジンオイルの希釈を抑制することができる。また、噴射燃料の測定又は推定温度が低いほど、気筒内を飛行中に気化し難くなるために、噴射燃料の貫徹力をより弱くしても、タンブル流を十分に強めることができる。
【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り、均質燃焼のための燃料噴射時期である吸気下死点近傍を示している。同図において、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、２０は燃料噴射弁１の吸気弁側近傍に配置された点火プラグである。図示されていないが、気筒上部の右側には一対の吸気弁が配置されており、左側には一対の排気弁が配置されている。３０はピストンである。
【００１１】
本実施形態の筒内噴射式火花点火内燃機関は、燃料噴射弁１により吸気下死点近傍（例えば、燃料噴射終了クランク角度を吸気下死点近傍とするように燃料噴射量に応じて燃料噴射開始クランク角度を設定するか、又は、燃料噴射量に関係なく吸気行程後半に燃料噴射開始クランク角度を設定する）に気筒内へ直接的に燃料を噴射することにより、圧縮行程末期の点火時期には気筒内に均質混合気を形成し、この均質混合気を火花点火させて均質燃焼を実施する。
【００１２】
燃料噴射弁１は、図１に示すように、燃料Ｆを斜め下方向にシリンダボアの排気弁側（好ましくは、吸気下死点近傍におけるシリンダボアの排気弁側下部）へ向けて噴射する。燃料噴射弁１から噴射される燃料Ｆの貫徹力は、燃料噴射開始から１ｍｓ後の燃料先端が６０ｍｍ以上に達するように設定される。
【００１３】
このように強い貫徹力の燃料Ｆが気筒上部略中心からシリンダボアの排気弁側へ向けて斜め下方向に噴射されると、気筒内の排気弁側を下降して吸気弁側を上昇するように気筒内に形成されたタンブル流Ｔを燃料の貫徹力により強めることができる。こうして強められたタンブル流Ｔは、圧縮行程後半まで確実に気筒内に持続し、圧縮行程末期の点火時期には気筒内に乱れを発生させるために、燃焼速度の速い良好な均質燃焼を実現することができる。
【００１４】
燃料噴射弁１から噴射される噴射燃料Ｆの形状は、任意に設定可能であり、例えば、単一噴孔から噴射される中実又は中空の円錐形状としても良い。また、スリット状噴孔から噴射される比較的厚さの薄い略扇形状としても良い。また、円弧状スリット噴孔や複数の直線スリット噴孔の組み合わせにより、上側及び排気弁側を凸とする比較的厚さの薄い円弧状断面形状又は折れ線状断面形状としても良い。いずれにしても噴射燃料が前述したような強い貫徹力を有して、気筒内のタンブル流Ｔを加速させるようになっていれば良い。
【００１５】
本実施形態において、点火プラグ２は、燃料噴射弁１より吸気弁側に配置されているために、燃料噴射弁１からシリンダボアの排気弁側へ向けて噴射される燃料により濡らされることはなく、点火時期においてアークを確実に発生させることができる。
【００１６】
本実施形態において、均質燃焼の空燃比は、理論空燃比よりリーンとされ（好ましくは、ＮＯXの生成量が抑制されるリーン空燃比とされる）、燃料消費を抑制するようにしているために、燃焼が緩慢となり易く、前述のようにして燃焼速度を速めることは特に有効である。もちろん、均質燃焼の空燃比は、理論空燃比又はリッチ空燃比としても良く、この場合においても燃焼速度を速めることは有効である。
【００１７】
ところで、このように貫徹力の強い燃料が吸気下死点近傍においてシリンダボアの排気弁側へ向けて噴射されると、噴射燃料の一部が、液状のままシリンダボア壁面に到達し、エンジンオイルに取り込まれてシリンダボア壁面に付着することがある。シリンダボア壁面の温度が設定温度以上であれば、エンジンオイルに取り込まれても燃料は容易に蒸発するために、特に問題はない。しかしながら、機関冷間時のようにシリンダボア壁面の温度が設定温度より低いと、エンジンオイルに取り込まれた燃料はそのままとなってエンジンオイルを希釈させてしまう。
【００１８】
それにより、冷却水温が高いほどシリンダボア壁面の温度が高くなることに基づき、シリンダボア壁面の温度を推定するか、又は、エンジン回転数が高いほど、燃料噴射量が多いほど、及び、点火時期が進角されるほど、燃焼温度が高くなってシリンダボア壁面の温度が高くなることに基づき、シリンダボア壁面の温度を推定するか（さらに、エンジンオイル溜内のエンジンオイル温度が低いほど、供給された際にシリンダボア壁面をより冷却することを考慮することが好ましい）、又は、シリンダボア壁面の温度を実際に測定する等して、シンダボア壁面の推定又は測定温度が設定温度より低い時には、燃料噴射弁１により吸気下死点近傍において噴射される燃料Ｆの貫徹力を弱めるようにし、噴射燃料がシリンダボア壁面に到達し難くすれば、エンジンオイル希釈の問題を解決することができる。しかしながら、単に噴射燃料Ｆの貫徹力を弱めると、エンジンオイル希釈の問題は解決されても、タンブル流Ｔを強めることができなくなってしまう。
【００１９】
図２は燃料噴射弁１の先端部の断面図である。同図に示すように、燃料噴射弁１は、軸線方向に延在する燃料通路２が設けられ、燃料通路２内には軸線方向に移動可能な弁体３が配置されている。弁体３の先端のシール部に当接する燃料通路２のシート部４より下流側には燃料溜５が形成されている。噴孔６は燃料溜５に連通するように形成される。燃料通路２は、燃料蓄圧室（図示せず）により供給される高圧燃料により満たされている。
【００２０】
このように構成された燃料噴射弁１において、弁体３をリフトさせて弁体３のシール部と燃料通路２のシート部４とを離間させると、燃料通路２内の高圧燃料が燃料溜５内へ供給され、燃料溜５内の燃料圧力が気筒内より高圧となれば、燃料溜５内の燃料が噴孔６を介して噴射される。一方、弁体３のシール部を燃料通路２のシート部４に当接させると、燃料通路２内の高圧燃料が燃料溜５内へ供給されなくなって燃料溜５内の燃料圧力は低下し、気筒内より低圧となれば、噴孔６を介しての燃料噴射は停止する。
【００２１】
本実施形態においては、このような燃料噴射弁１の弁体３のリフト量を無段階に可変とする構造が設けられている。図３は、この構造を概略的に示す図である。図３（Ａ）に示す構造では、弁体３は、燃料噴射弁本体１０との間に配置された閉弁バネ１１により閉弁方向に付勢されていると共に、燃料噴射弁本体１０との間には圧電歪アクチュエータ（ピエゾアクチュエータ）１２が配置され、圧電歪アクチュエータの伸長が弁体３を開弁させるようになっている。それにより、圧電歪アクチュエータへ印加する電圧を制御して伸長量を変化させることにより、弁体３のリフト量を無段階に制御することができる。
【００２２】
一方、図３（Ｂ）に示す構造では、弁体３は、燃料噴射弁本体１０との間に配置された閉弁バネ１３により閉弁方向に付勢されていると共に、燃料噴射弁本体１０には、弁体３の基部に対向する電磁アクチュエータ（ソレノイドアクチュエータ）１４が設けられ、電磁アクチュエータの電磁吸引力が弁体３の開弁方向に作用するようになっている。それにより、電磁アクチュエータへ印加する電圧を制御して、弁体３に作用する電磁吸引力を変化させることにより、弁体３のリフト量を無段階に制御することができる。
【００２３】
本実施形態では、このような構造により弁体３のリフト量を無段階に制御することができるために、シンダボア壁面の推定又は測定温度が設定温度より低い時には、燃料噴射弁１から噴射される燃料温度を、例えば、燃料通路２内に配置された温度センサにより測定し、又は、冷却水温が高いほど噴射燃料温度が高くなることに基づき推定して、噴射燃料の推定又は測定温度が低いほど、燃料噴射弁１の開弁時において、弁体３のリフト量を小さく制御するようにしている。弁体３のリフト量が小さくされるほど、弁体３のリフト時におけるシート部４との間の隙間が小さくなるために、この隙間での圧損が大きくなって燃料溜５内から噴射される燃料圧力は低くなる。それにより、弁体３のリフト量を小さくするほど、噴孔６から噴射される燃料の貫徹力は小さくされる。
【００２４】
こうして、シンダボア壁面の推定又は測定温度が設定温度より低い時には、噴射燃料の貫徹力を小さくし、噴射燃料の推定又は測定温度が低いほど、噴射燃料の貫徹力をより小さくしている。噴射燃料の温度が低いほど、噴射燃料は気筒内を飛行中に気化し難くなってシリンダボアに容易に到達するようになるために、噴射燃料の貫徹力をより弱めて、噴射燃料がシリンダボア壁面へより到達し難くしている。それにより、シリンダボア壁面の温度が低い時のエンジンオイルの希釈を抑制することができるだけでなく、噴射燃料の測定又は推定温度が低いほど、気筒内を飛行中に気化し難くなるために同じ貫徹力により噴射された燃料でもタンブル流をより強めることができるために、噴射燃料の測定又は推定温度が低いほど噴射燃料の貫徹力をより弱くしても、タンブル流を十分に強めることができる。
【００２５】
本実施形態では、噴射燃料の貫徹力を無段階に制御するために、弁体３のリフト量を無段階に変化させて燃料噴射圧力を制御するようにしたが、弁体３のリフト量を一定として、燃料通路２内の燃料の一部を燃料タンク等へ戻すようにし、この戻し燃料量を無段階に制御して燃料通路２内の燃料圧力を無段階に変化させることにより燃料噴射圧力を制御するようにしても良い。
【００２６】
また、噴射燃料の貫徹力は燃料噴射量が少ないほど弱くなるために、噴射燃料の貫徹力を弱める際には、必要燃料量を分割して噴射するようにしても良い。すなわち、シンダボア壁面の推定又は測定温度が設定温度より低い時には、噴射燃料の推定又は測定温度が低いほど、必要燃料量をより多数に分割して噴射し、噴射燃料の貫徹力をより小さくすれば良い。ここで、必要燃料量は、機関運転状態毎に設定され、例えば、機関回転数が高いほど及び機関負荷が高いほど多くなるように設定される。
【００２７】
噴射燃料を分割する場合において、噴射燃料の貫徹力は多段階（最大可能分割数に対応し、例えば、八分割可能であれば、貫徹力は八段階に制御することができる）にしか制御することはできないが、シンダボア壁面の推定又は測定温度が設定温度以上である時の通常の貫徹力を含めて三段階に貫徹力が制御されれば、エンジンオイル希釈を抑制すると共に、噴射燃料の温度に応じてタンブル流を強めるように二段階に貫徹力を制御することができる。こうして、前述した弁体３のリフト量及び燃料通路２内の燃料圧力も少なくとも三段階に制御可能であれば良い。
【００２８】
本実施形態は、このようにして均質燃焼を実施するものであるが、例えば、機関負荷が設定負荷より低い低負荷時には、燃料噴射弁１により圧縮行程後半において燃料を噴射して成層燃焼を実施するようにしても良い。成層燃焼を実施するためには、ピストン３０の頂面にキャビティを形成して、圧縮行程後半にキャビティ内へ噴射される燃料を点火プラグ２０近傍へ導いて点火プラグ２近傍に可燃混合気を形成するようにしたり、又は、点火プラグ２０を燃料噴射弁１より排気弁側に配置して、燃料噴射弁１により噴射される燃料により直接的に点火プラグ２０近傍に可燃混合気を形成したりするようにすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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】燃料噴射弁の先端部の概略断面図である。
【図３】燃料噴射弁の弁体のリフト量を可変とする構造を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    燃料噴射弁
２０    点火プラグ
３０    ピストン
Ｔ    タンブル流
Ｆ    噴射燃料
【図１】
2008038740.tif 000003
【図２】
2008038740.tif 000004
【図３】
2008038740.tif 000005