(57)【要約】【課題】燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた直噴火花点火式内燃機関の燃焼安定度の向上と未燃ＨＣの低減を目的とする。【解決手段】複数の点火プラグ２〜４を燃焼室１の中央とその左右に配置し、燃料噴射弁５から噴射されて各点火プラグ２〜４に噴霧Ｆ１〜Ｆ３が到達し混合気が形成されるタイミングに合わせて、各点火プラグ２〜４を点火動作させて混合気を燃焼させるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた直噴火花点火式内燃機関の燃焼方法であって、
点火プラグを複数設け、前記燃料噴射弁から噴射され各点火プラグに直接到達する噴霧による混合気の形成に合わせて前記各点火プラグを点火動作させて混合気を燃焼させることを特徴とする直噴火花点火式内燃機関の燃焼方法。
【請求項２】
前記各点火プラグと燃料噴射弁との間の各距離の差に応じて各点火プラグの点火タイミングに位相差を設けることを特徴とする請求項１に記載の直噴火花点火式内燃機関の燃焼方法
【請求項３】
前記複数の点火プラグの中の少なくとも一部を、前記燃料噴射弁から前記燃焼室の中央までの距離に比べて燃料噴射弁からの距離が長い位置に配置するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の直噴火花点点火式内燃機関の燃焼方法。
【請求項４】
前記複数の点火プラグの中の１つを前記燃焼室の略中央に配置することを特徴とする請求項３に記載の直噴火花点点火式内燃機関の燃焼方法。
【請求項５】
前記燃料噴射弁が複数の噴孔を備えるとき、少なくとも一部の噴孔の噴霧方向を前記複数の点火プラグに指向させるようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の直噴火花点火式内燃機関の燃焼方法。
【請求項６】
前記燃料噴射弁の複数の噴孔の全ての噴霧方向を前記複数の点火プラグに指向させるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の直噴火花点火式内燃機関の燃焼方法。
【請求項７】
均質な混合気形成が要求されるときは、燃料噴射圧力を低下させ、燃料噴射タイミングを早めて均質混合気を形成するようにした請求項６に記載の直噴火花点火式内燃機関の燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた直噴火花点火式内燃機関の燃焼方法に関し、特に、点火プラグを複数設けた直噴火花点火式内燃機関の燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直噴火花点火式内燃機関として、複数の点火プラグを備えた構成のものが特許文献１に開示されている。
このものは、燃焼室の吸気側と燃焼室の中心或いは排気側とにそれぞれ点火プラグを設け、燃焼室内で相対的に温度の低い吸気側の点火プラグを先に点火し、燃焼室の中心または排気側の点火プラグをその後に点火することにより、ノッキングを防止し出力低下を抑制するようにしている。
【特許文献１】特開２００２−２６６７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１には、燃焼室の異なる位置に設けた点火プラグを順次点火する構成の開示はあるものの、燃料噴射弁から噴射された噴霧が点火プラグに到達するタイミングと点火プラグの点火タイミングの関係については特定されていない。例えば、燃料噴射弁から燃料が噴射されその噴霧が点火プラグに到達するまでの時間より点火プラグの点火タイミングが遅い場合、点火プラグを突き抜けた燃料粒子は燃焼室の壁面に付着し未燃ＨＣの増加を招く虞れがある。
【０００４】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、噴霧の点火プラグへの到達タイミングと点火プラグの点火タイミングを最適化することにより、未燃ＨＣの低減と燃焼安定度を向上できる直噴火花点火式内燃機関の燃焼方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、本発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた直噴火花点火式内燃機関の燃焼方法であって、点火プラグを複数設け、前記燃料噴射弁から噴射され各点火プラグに直接到達する噴霧による混合気の形成に合わせて前記各点火プラグを点火動作させて混合気を燃焼させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、噴霧がそれぞれ到達して混合気が各点火プラグ周りに形成されるタイミングに合わせて各点火プラグの点火動作を行って混合気を燃焼させるようにしたので、燃焼安定度を向上できると共に、未燃ＨＣの排出量を大幅に低減できる。また、燃料噴射弁からの距離が長い点火プラグに指向させた噴霧では、燃料の微粒化、気化が促進される。更には、噴霧を各点火プラグに指向させることで、点火プラグ周りに形成できる混合気量を多くでき、燃焼安定度の向上によりリタード限界を拡大できる。従って、排温の上昇による触媒の早期活性化を図ることができ、後燃えの促進により触媒通過後の未燃ＨＣの排出量を低減できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示すピストン側から見た燃焼室の平面図、図２は図１の燃焼室の正面図であり、燃料噴射弁（マルチホールインジェクタ）による噴霧を示している。図３は図２の燃焼室の側面図で、図２の噴霧により形成される混合気を示している。図４は第１実施形態における噴孔配置図である。
【０００８】
内燃機関の燃焼室１の上面の中央とその左右に、点火プラグ２〜４が配置されている。燃焼室１の側部には、燃焼室１内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）５が図２に示すように斜め下向きに配置されている。
燃料噴射弁５の先端面（平面又は半球面）には、図４に示すように、複数の噴孔５ａ〜５ｆが形成されており、これら複数の噴孔５ａ〜５ｆにより燃焼室１内に燃料を噴射して複数の噴霧を形成する。
【０００９】
前記複数の噴孔５ａ〜５ｆの中、噴孔５ａによる噴霧Ｆ１の方向は燃焼室１中央の点火プラグ２を指向し、噴孔５ｂによる噴霧Ｆ２の方向は図１で燃焼室１の左側の点火プラグ３を指向し、噴孔５ｃによる噴霧Ｆ３の方向は図１で燃焼室１の右側の点火プラグ４を指向している。また、噴孔５ｄ，５ｅによる噴霧Ｆ４，Ｆ５の方向は前記噴霧Ｆ１〜Ｆ３より下方位置を指向している。更に、噴孔５ｆによる噴霧Ｆ６の方向は前記噴霧Ｆ４，Ｆ５より下方位置で、ピストン６の冠面のキャビティ６ａを指向している。
【００１０】
尚、図４では、各点火プラグ２〜４に噴霧を指向させた噴孔５ａ〜５ｃを直線状に形成した例を示したが、噴孔５ａ〜５ｃの軸線が各点火プラグ２〜４に指向していればよく、噴孔５ａ〜５ｃの形成位置は直線状に限らず任意である。
また、各点火プラグ２〜４の点火タイミングは、燃料噴射弁５から噴射されて各点火プラグ２〜４に直接到達する各噴霧Ｆ１〜Ｆ３による混合気の形成に合わせる。即ち、点火プラグ２では、噴霧Ｆ１が到達し、点火プラグ２周りに混合気が形成されるタイミングに合わせて点火動作させ、点火プラグ３では、噴霧Ｆ２が到達し、点火プラグ３周りに混合気が形成されるタイミングに合わせて点火動作させ、点火プラグ４では、噴霧Ｆ３が到達し、点火プラグ３周りに混合気が形成されるタイミングに合わせて点火動作させる。
【００１１】
例えば、図１に示すように、点火プラグ２と燃料噴射弁５との距離と、点火プラグ２と両側の点火プラグ３，４との各距離とが等しい配置関係としたとき、前記距離をＬとすると、燃料噴射弁５と点火プラグ３，４との各距離は２1/2・Ｌであり、点火プラグ２と燃料噴射弁５との距離Ｌに比べて２1/2倍長い。従って、この距離差（２1/2−１）に応じた位相差を設けて点火プラグ３，４の点火タイミングを点火プラグ２の点火タイミングより遅らせるようにする。尚、図１中、７は吸気弁、８は排気弁を示す。
【００１２】
次に、第１実施形態の作用を説明する。
燃料噴射弁５により燃料噴射を行うと、各噴孔５ａ〜５ｆを介して噴霧Ｆ１〜Ｆ６がそれぞれの指向方向に噴射される。この際、燃料噴射弁５からの距離が短い点火プラグ２に噴霧Ｆ１が到達して点火プラグ２周りに図３に示すように混合気Ａが形成される。この混合気形成タイミングに合わせて点火プラグ２の点火動作を行い混合気を燃焼させる。その後、燃料噴射弁５からの距離が点火プラグ２より長い点火プラグ３，４に噴霧Ｆ２，Ｆ３が到達して点火プラグ３，４周りに図３に示すようにそれぞれ混合気Ｂ，Ｃが形成され、この混合気形成タイミングに合わせて点火プラグ３，４の点火動作を行い混合気を燃焼させる。尚、図３中の混合気Ｄは、噴霧４，５により形成されるものである。
【００１３】
かかる第１実施形態によれば、各点火プラグ２〜４に対応する噴霧Ｆ１〜Ｆ３がそれぞれ到達して混合気Ａ〜Ｂが各点火プラグ２〜４周りに形成されるタイミングに合わせて点火動作を行うようにしたので、最適なタイミングで点火ができるので、燃焼安定度を向上できる。また、噴霧の点火プラグ２〜４の突き抜けを抑制でき、燃焼室壁面への燃料粒子の付着を抑制できるので、未燃ＨＣを大幅に低減できる。
【００１４】
また、燃焼室１中央の点火プラグ２に比べて点火プラグ３，４は、燃料噴射弁５からの距離が長いので、燃料の微粒化、気化が促進される。更には、１点点火の場合に比べて着火機会が増えるので、内燃機関のサイクル毎の燃焼性のばらつきを抑制でき、機関の回転低下等を防止できる。
また、噴霧Ｆ１〜Ｆ３を各点火プラグ２〜４に指向させるようにしたので、１点点火の場合に比べて点火プラグ周りに形成できる混合気量を多くでき、燃焼が早くなって燃焼安定度が向上し、リタード限界を拡大できる。これにより、排温の上昇による触媒の早期活性化を図ることができると共に、後燃えが促進されるので、触媒通過後の未燃ＨＣの排出量を低減できる効果がある。
【００１５】
次に、図５及び図６を参照して本発明の第２実施形態を説明する。
図５は第２実施形態を示す燃焼室の正面図、図６は図５の燃焼室の側面図である。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
第２実施形態は、燃料噴射弁の燃料噴射による全ての噴霧を点火プラグに指向させるようにしたものである。
【００１６】
図６に示すように燃焼室１に３つの点火プラグ２〜４を配置した場合、例えば先端面に図４の３つの噴孔５ａ〜５ｃだけを形成した燃料噴射弁５を用いる。この場合の噴孔５ａ〜５ｃの孔径は、当該噴孔５ａ〜５ｃの総開口面積が６個の噴孔５ａ〜５ｆの総開口面積と同等となるよう孔径を大きく形成する。そして、噴孔５ａ〜５ｃを介して形成される噴霧Ｆ１〜Ｆ３を、図５に示すように点火プラグ２〜４にそれぞれ指向させるようにする。これにより、図６に示すように点火プラグ２〜４近傍に混合気Ａ〜Ｃが形成されるようになる。
【００１７】
かかる第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、点火プラグ２〜４周りに形成できる混合気量が更に多くなるので、燃焼安定度がより一層向上すると共に、始動直後において燃焼に寄与する燃料量が多くなり、始動直後の未燃ＨＣの排出量を大幅に低減できる。
尚、本実施形態では、機関高負荷時のような均質な混合気が必要な状況では、燃料噴射圧力を低下させると共に燃料噴射タイミングを早くすることで、均質な混合気を形成するようにする。
【００１８】
次に、図７を参照して本発明の第３実施形態を説明する。
図７は、第３実施形態を示すピストン側から見た燃焼室の平面図である。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
第３実施形態は、燃焼室１中央には点火プラグを配置せず、その左右に点火プラグ３，４を配置した例であり、燃料噴射弁５から各点火プラグ３，４までの距離を等しくしてある。また、燃料噴射弁５は、第１実施形態と同様のものを適用するものとする。
【００１９】
かかる実施形態によれば、燃料噴射弁５から点火プラグ３，４までの距離が等しいことから、噴霧Ｆ２，Ｆ３は略同時に点火プラグ３，４に到達するので、点火プラグ３，４の点火タイミングは略同時となる。
尚、第３実施形態の点火プラグ配置構成において、燃料噴射弁５の全ての噴孔を点火プラグ３，４に指向させる構成としてもよい。
【００２０】
また、第１及び第３実施形態の場合、燃料噴射弁は必ずしもマルチホールインジェクタに限らず、単一の噴孔で扇状に噴霧を形成する燃料噴射弁を適用してもよく、扇状の噴霧がそれぞれの点火プラグに到達して混合気が形成されるタイミングに合わせて、各点火プラグの点火動作を行うようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態を示すピストン側から見た燃焼室の平面図
【図２】図１の燃焼室の正面図
【図３】図２の燃焼室の側燃図
【図４】燃料噴射弁の噴孔配置図
【図５】本発明の第２実施形態を示す燃焼室の正面図
【図６】図５の燃焼室の側面図
【図７】本発明の第３実施形態を示すピストン側から見た燃焼室の平面図
【符号の説明】
【００２２】
１    燃焼室
２〜４    点火プラグ
５    燃料噴射弁
５ａ〜５ｆ    噴孔
６    ピストン
Ｆ１〜Ｆ６    噴霧
Ａ〜Ｄ    混合気
【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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【図７】
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