(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有し、前記複数の気筒が少なくとも第一気筒群と第二気筒群とに分けられ、前記第一気筒群へは第一蓄圧室から燃料供給され、前記第二気筒群へは第二蓄圧室から燃料供給され、前記第一蓄圧室及び前記第二蓄圧室には機関駆動式の高圧ポンプが接続され、前記第一蓄圧室には前記高圧ポンプとは別に昇圧機構も接続され、前記昇圧機構は前記第一蓄圧室内の燃料圧力を機関始動時において良好な燃料噴射を可能とする燃料圧力へ昇圧し、前記第一蓄圧室と前記第二蓄圧室とは燃料配管により連通され、前記燃料配管には前記第一蓄圧室への燃料流れのみを許容する逆止弁が配置され、前記第一蓄圧室内の燃料圧力は前記高圧ポンプによって前記逆止弁を介して圧送される燃料により昇圧さ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】
前記第一気筒群と、前記第二気筒群とでは、機関始動時における燃料噴射時期が異なることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【請求項３】
前記第一気筒群では、機関始動時において主に圧縮行程で燃料を噴射し、前記第二気筒群では、機関始動時において主に吸気行程で燃料を噴射することを特徴とする請求項２に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内噴射式火花点火内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮行程後半において気筒内へ直接的に燃料を噴射することによって着火性の良好な可燃混合気を点火プラグ近傍だけに形成し、気筒内全体としてリーンな混合気を燃焼可能な成層燃焼を実現する筒内噴射式火花点火内燃機関が公知である。
【０００３】
このような筒内噴射式火花点火内燃機関は、成層燃焼のために圧縮行程後半の高圧となった気筒内へ燃料を噴射しなければならず、そのために、高圧燃料を蓄える蓄圧室を有している。蓄圧室内の燃料は機関駆動式の高圧ポンプによって加圧されるが、機関始動開始時は、高圧ポンプが良好に作動しないために、通常、電気駆動式の低圧ポンプによって僅かに昇圧されただけの蓄圧室内の燃料を気筒内へ噴射しなければならない。
【０００４】
このような低燃料圧力では、圧縮行程での燃料噴射は困難であり、一般的には、吸気行程で燃料を噴射して気筒内に均質混合気を形成する均質燃焼が実施される。しかしながら、均質燃焼を実施するにしても、低燃料圧力による燃料噴射では、気筒内で噴射燃料が十分に微粒化されないために良好な均質混合気を形成することができず、それにより、均質燃焼が悪化して良好な機関始動性を保証することはできない。
【０００５】
特開平１０−１０３１７５号公報には、多気筒の筒内噴射式火花点火内燃機関において、複数の気筒を二つの気筒群へ分けて気筒群毎に蓄圧室を設け、機関始動時には、機関駆動式の高圧ポンプによって一方の気筒群における第一蓄圧室だけを昇圧することが提案されている。第一蓄圧室は、全気筒に対する単一の蓄圧室に比較して、容量を小さくすることができ、また、一方の気筒群だけへの燃料噴射を担当するので高圧ポンプの一回の吐出に対して噴射に使用される燃料量が少なくなる。それにより、機関始動時において高圧ポンプは良好に作動しないけれども、第一蓄圧室内の燃料圧力は比較的良好に昇圧され、一方の気筒群における均質燃焼を比較的良好にして、良好な機関始動性が確保されるとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、クランキング中の機関回転では、機関駆動式の高圧ポンプは、殆ど機能しないために、一方の気筒群のいずれかの気筒が初爆して機関回転数がクランキング時より上昇するまでは、第一蓄圧室だけへ高圧ポンプの吐出を実施しても、第一蓄圧室内の燃料圧力は、ほとんど昇圧されることはない。それにより、初爆に関しては、全気筒に対する単一の蓄圧室を電気駆動式の低圧ポンプによって昇圧する従来と大差はなく、機関始動性は殆ど改善されることはない。
【０００７】
また、機関始動が完了して、他方の気筒群における第二蓄圧室へ高圧ポンプを接続すると、二つの蓄圧室が連通されることとなり、第二蓄圧室内の燃料圧力は大気圧近傍から瞬間的にある圧力へ高まるが、その一方で、第一蓄圧室内の燃料圧力が瞬間的にこの圧力まで大幅に低下することとなり、一時的に一方の気筒群における均質燃焼が悪化してしまう。
【０００８】
従って、本発明の目的は、機関始動を確実なものとすると共に、機関始動後において蓄圧室内の燃料圧力が大幅に低下して燃焼悪化することを防止可能な筒内噴射式火花点火内燃機関を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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、複数の気筒を有し、前記複数の気筒が少なくとも第一気筒群と第二気筒群とに分けられ、前記第一気筒群へは第一蓄圧室から燃料供給され、前記第二気筒群へは第二蓄圧室から燃料供給され、前記第一蓄圧室及び前記第二蓄圧室には機関駆動式の高圧ポンプが接続され、前記第一蓄圧室には前記高圧ポンプとは別に昇圧機構も接続され、前記昇圧機構は前記第一蓄圧室内の燃料圧力を機関始動時において良好な燃料噴射を可能とする燃料圧力へ昇圧し、前記第一蓄圧室と前記第二蓄圧室とは燃料配管により連通され、前記燃料配管には前記第一蓄圧室への燃料流れのみを許容する逆止弁が配置され、前記第一蓄圧室内の燃料圧力は前記高圧ポンプによって前記逆止弁を介して圧送される燃料により昇圧されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による請求項２に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項１に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記第一気筒群と、前記第二気筒群とでは、機関始動時における燃料噴射時期が異なることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明による請求項３に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項２に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記第一気筒群では、機関始動時において主に圧縮行程で燃料を噴射し、前記第二気筒群では、機関始動時において主に吸気行程で燃料を噴射することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は筒内噴射式火花点火内燃機関の気筒内概略縦断面図であり、図２は図１のピストン平面図である。これらの図において、１は気筒上部略中心に配置された点火プラグであり、２は気筒上部周囲から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る。また、３はピストンであり、その頂面には凹状のキャビティ４が形成されている。燃料噴射弁２は、燃料のベーパを防止するために、気筒内において吸気流により比較的低温度となる吸気ポート側に配置されている。
【００１３】
また、燃料噴射弁２は、スリット状の噴孔を有し、燃料を厚さの薄い扇状に噴射するものである。成層燃焼を実施するためには、図１に示すように、圧縮行程後半において燃料をピストン３の頂面に形成されたキャビティ４内へ噴射する。噴射直後の燃料は液状であるが、キャビティ４の底壁４ａに沿って進行して幅方向に拡がる際に底壁４ａの広範囲部分から熱吸収するために気化し易い。こうして気化しつつある燃料は、対向側壁４ｂによって上方向に偏向させられる。
【００１４】
図２に示すように、対向側壁４ｂは、平面視において円弧形状を有している。それにより、キャビティ４の底壁４ａ上を進行して気化しつつある燃料は、対向側壁４ｂの円弧形状によって中央部へ集合し、点火プラグ１近傍において一塊の可燃混合気となる。こうして、この可燃混合気を着火燃焼させることにより成層燃焼が実現可能である。
【００１５】
筒内噴射式火花点火内燃機関は、このような成層燃焼だけでなく、吸気行程で燃料を噴射することにより、点火時点において気筒内に均質混合気を形成し、この均質混合気を着火燃焼させる均質燃焼も実現可能である。このような均質燃焼は、燃料噴射期間が圧縮行程後半に限られる成層燃焼とは異なり、多量の燃料噴射が可能となるために、主には高回転高負荷時に実施される。
【００１６】
図１に示すように、燃料噴射弁１は、成層燃焼時において、圧縮行程後半の高圧となった気筒内への燃料噴射を可能とするために、高圧の燃料を蓄える蓄圧室５へ燃料配管５ａを介して接続されている。この蓄圧室５内の燃料の昇圧には、一般的に、機関駆動式の高圧ポンプが使用される。高圧ポンプは、例えば、連続する二気筒の燃料噴射毎に噴射で使用された分の燃料を蓄圧室５へ調量して圧送するか、又は、連続する二気筒の燃料噴射毎に所定量の燃料を蓄圧室５へ圧送して必要以上の燃料を蓄圧室５に設けられた安全弁（図示せず）によって燃料タンクへ戻すようになっており、いずれにしても、高圧ポンプが良好に作動すれば、蓄圧室５内は機関運転状態に応じた成層燃焼を可能とする設定高燃料圧力近傍に維持される。６は蓄圧室５内の燃料圧力を監視するための圧力センサである。
【００１７】
蓄圧室５内の燃料圧力は、機関運転中において前述のように設定高燃料圧力近傍に維持されるが、機関停止によって高圧ポンプが停止すると、高圧ポンプを介しての燃料漏れ等によって、徐々に低下して、遂には大気圧となる。機関始動開始時において、クランキングの機関回転数では機関駆動式の高圧ポンプを殆ど機能させることはできず、それによる蓄圧室５内の昇圧は不可能である。
【００１８】
それにより、一般的な筒内噴射式火花点火内燃機関では、機関始動開始時において、高圧ポンプと直列に配置された電気駆動式の低圧ポンプによって蓄圧室５内の燃料圧力を僅かに昇圧して気筒内への燃料噴射が実施されることとなり、圧縮行程での燃料噴射は無理であるとして、均質燃焼での機関始動が行われる。しかしながら、低圧ポンプによって昇圧された程度では、燃料噴霧の慣性力が弱く、気筒内での吸気との接触による燃料の微粒化が不十分となって十分に均質化した混合気を形成することができず、良好な均質燃焼は実現されないために、機関始動性が悪化してしまう。
【００１９】
図３は、本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第一実施形態を示す概略図である。１０は機関本体であり、前述したような気筒を四つ直列に有している。直列配置の四つの気筒＃１、＃２、＃３、＃４における点火順序は、＃１−＃３−＃４−＃２である。気筒＃１及び＃２は第一気筒群を構成して同じ第一蓄圧室５１から燃料供給される。また、気筒＃３及び＃４は第二気筒群を構成して同じ第二蓄圧室５２から燃料供給される。
【００２０】
第一蓄圧室５１及び第二蓄圧室５２へは、二又に分岐する燃料配管１４を介して燃料タンク１２内の燃料が機関駆動式の単一の高圧ポンプ１１によって圧送されるようになっている。１１ａは、燃料配管１４の分岐上流側に配置されて、僅かな圧力差で開弁すると共に、高圧ポンプ１１への燃料の逆流を防止するための第一逆止弁である。燃料配管１４における第一蓄圧室５１への圧送経路には、僅かな圧力差で開弁して第一蓄圧室５１への燃料流れのみを許容する第二逆止弁１３が配置されている。第一蓄圧室５１と第二蓄圧室５２とには、それぞれ、燃料圧力を検出するための圧力センサ６１，６２が設けられている。燃料タンク１２内には、低圧ポンプ（図示せず）が配置されており、高圧ポンプ１１へ大気圧よりは高圧の燃料を供給するようになっている。それにより、高圧ポンプ１１の吸入側が負圧となることを防止すると共に、低圧ポンプは電気駆動式であるために機関始動開始時から良好に作動し、第一及び第二蓄圧室５１，５２内の燃料圧力を直ぐに低圧ポンプの吐出圧力へ高めることが可能である。
【００２１】
第一蓄圧室５１には、昇圧機構２０が接続されていると共に、第二蓄圧室５２との連通が第二逆止弁１３を介している。それにより、機関始動開始時には、この昇圧機構２０を作動させて第一蓄圧室５１内の燃料圧力だけを低圧ポンプの吐出圧力より高く昇圧可能となっている。機関始動開始時において、第二気筒群（気筒＃３及び＃４）では、第二蓄圧室５２内の燃料圧力が依然として低圧ポンプの吐出圧力であり、吸気行程噴射によって良好な均質混合気を気筒内に形成することはできないために、良好な均質燃焼を実現することは難しい。
【００２２】
しかしながら、第一気筒群（気筒＃１及び＃２）では、第一蓄圧室５１内の燃料圧力は昇圧機構２０によって十分に高められているために、吸気行程噴射によって気筒内へ噴射された燃料は十分に微粒化されて吸気と十分に混合し、良好な均質混合気が形成されるために、第一気筒群では良好な均質燃焼が実現される。それにより、全気筒で均質燃焼が悪化する場合に比較して機関始動性を改善することができる。
【００２３】
こうして、少なくとも第一気筒群では、燃料噴射後初めての点火によって確実な初爆が実現され、それにより機関回転数がクランキング時より高められれば、高圧ポンプ１１は良好に作動し始める。当初、第二逆止弁１３によって、高圧ポンプ１１の吐出燃料は、第二蓄圧室５２を現在の第一蓄圧室５１と同じ燃料圧力へ高めるように、第二蓄圧室５２へだけ圧送されるために、第二蓄圧室５２を早く昇圧することができ、第二気筒群の良好な均質燃焼も早期に実現される。それによっても機関始動性は改善される。第一蓄圧室５１及び第二蓄圧室５２の燃料圧力が等しくなると第二逆止弁１３は開弁し、高圧ポンプ１１は第一蓄圧室５１と第二蓄圧室５２とを同時にさらに昇圧させることとなり、例えば、第一蓄圧室５１と第二蓄圧室５２との連通によって第一蓄圧室５１内の燃料圧力が大幅に低下して第一気筒群の均質燃焼が悪化するようなことはない。
【００２４】
昇圧機構２０は、例えば、アキュームレータ式であり、これは、前回の機関運転中において蓄圧室内で設定高燃料圧力近傍に加圧された燃料が流入する燃料室とガス室とがダイヤフラム等を介して隣接しているものである。このような構成によって、ガス室が圧縮することにより、燃料室には設定高燃料圧力近傍の燃料を蓄えることができ、機関始動開始時に蓄圧室内へこの高圧燃料を供給することにより、蓄圧室内を瞬間的に昇圧することが可能となる。
【００２５】
また、昇圧機構２０は、ピストン式としても良く、これは、互いに軸線方向に連結された第一ピストンと第二ピストンとを有し、機関始動開始時において低圧ポンプの吐出圧を第一ピストンに作用させて第二ピストンを第一ピストンと共に軸線方向に移動させ、第一ピストンより小さな面積を有する第二ピストンによって蓄圧室内の燃料を圧縮して低圧ポンプの吐出圧より高く昇圧させるものである。
【００２６】
いずれにしても、昇圧機構によって蓄圧室内の燃料を昇圧する際には、蓄圧室の容量が小さいほど燃料を高く昇圧することができる。言い換えれば、蓄圧室内の燃料を同じ圧力に昇圧する場合には、蓄圧室の容量が小さいほど小型の昇圧機構を使用することができる。このように、昇圧機構２０によって蓄圧室内の燃料を昇圧する場合においては、蓄圧室の容積が小さい方が有利である。
【００２７】
本実施形態において、昇圧機構２０が接続された第一蓄圧室５１は、第一気筒群だけへ燃料供給すれば良いために、その分、容積を小さくすることができ、昇圧機構２０による燃料昇圧には有利となる。本実施形態において、第二蓄圧室５２の容積を同様に小さくするためには、高圧ポンプ１１における燃料吐出時期の制限が必要となる。
【００２８】
もし、高圧ポンプ１１の燃料吐出が燃料噴射毎に行われるならば特に問題ないが、前述したように、高圧ポンプ１１による燃料吐出は、連続する二回の燃料噴射毎に行われるものであり、特に、本実施形態のように、第二蓄圧室５２が担当する第二気筒群（＃３、＃４）の点火順序が連続している場合には、第二蓄圧室５２の容積を第一蓄圧室５１と同様に小さくすると、機関高負荷時のように各気筒への燃料噴射が多量である場合において、一回目の燃料噴射（気筒＃３）によって蓄圧室内の燃料圧力は比較的大きく低下し、二回目の燃料噴射（気筒＃４）が困難となることがある。第一蓄圧室５１では、第一気筒群における点火順序が連続しているが、一回目の燃料噴射（気筒＃２）によって燃料圧力が低下すると同時に第二逆止弁１３が開弁して第二蓄圧室５２から第一蓄圧室５１へ燃料が流入するために、二回目の燃料噴射（気筒＃１）時に、それほど大きな燃料圧力の低下はない。
【００２９】
それにより、第二蓄圧室５２の容積を第一蓄圧室５１と同様に小さくする場合には、高圧ポンプ１１の燃料吐出時期を、第二気筒群での一回目の燃料噴射（気筒＃３）と二回目の燃料噴射（気筒＃４）との間に設定しなければならない。高圧ポンプ１１の他方の燃料吐出時期は、必然的に、第一気筒群での一回目の燃料噴射（気筒＃２）と二回目の燃料噴射（気筒＃１）との間に設定される。
【００３０】
こうして、本実施形態では、機関始動時において、昇圧機構２０により第一蓄圧室５１内の燃料圧力が良好に昇圧されるために、第一気筒群での均質燃焼が良好になり、確実な機関始動が実現される。
【００３１】
本実施形態において、機関始動時の燃料噴射を第一気筒群の気筒＃２から実施することが好ましい。それにより、第一気筒群の気筒＃２と気筒＃１とが連続して確実に燃焼し、少なくとも気筒＃２での燃焼による回転上昇によって高圧ポンプが作動し始めて燃料吐出を開始してから第二気筒群の気筒＃３への燃料噴射が開始されることとなる。高圧ポンプの吐出燃料は、前述したように、当初、第二蓄圧室５２だけを昇圧するのに使用されることに加えて、第二蓄圧室５２の容積は第一蓄圧室５１と同様に小さくされていて昇圧に有利であり、こうして、燃料噴射時点での第二蓄圧室５２内の燃料圧力を低圧ポンプの吐出圧よりは高めることができる。それにより、第二気筒群への燃料噴射も比較的良好なものとなり、第二気筒群での燃焼悪化に伴う失火の可能性が低減されるために、さらに、機関始動性を改善することが可能となる。
【００３２】
本実施形態において、第一蓄圧室５１及び第二蓄圧室５２には、それぞれに、圧力センサ６１，６２が設けられている。それにより、機関始動完了によって高圧ポンプ１１が良好に作動し、第一蓄圧室５１及び第二蓄圧室５２内の燃料圧力が等しくなるまでの間において、それぞれの異なる燃料圧力を別々に監視することができ、各燃料噴射弁の開弁時間を、対応する第一又は第二蓄圧室内の現在の燃料圧力に応じて正確に補正することができ、各気筒へ所望量の燃料噴射が可能となる。
【００３３】
図４は、本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第二実施形態を示す概略図である。第一実施形態との違いについてのみ以下に説明する。本実施形態において、第一気筒群は気筒＃２及び＃３から構成され、第二気筒群は気筒＃１及び＃４から構成されている。それにより、昇圧機構２０を備える第一蓄圧室５１’は、点火順序が連続しない二つの気筒へ燃料供給するようになっている。こうして、本実施形態では、機関始動時において、高圧燃料噴射によって良好となる均質燃焼と、低圧燃料噴射によって良好とはならない均質燃焼とが交互に実施されることとなり、良好な均質燃焼によって確実な始動性が確保されると共に、良好でない均質燃焼が二連続で行われないために、機関回転を滑らかにすることができる。
【００３４】
第二実施形態において、第二蓄圧室５２’の長さは、全気筒を担当する蓄圧室とほぼ同じとしたが、内径を小さくする等によって、容積を第一蓄圧室５１’と同様に小さくすることは、前述したように、高圧ポンプ１１での昇圧を有利にする。この場合において、前述のような高圧ポンプ１１の燃料吐出時期の制限は不要である。
【００３５】
本実施形態においても、第二蓄圧室５２’からの燃料噴射開始を少しでも遅くした方が、第二蓄圧室５２’内の燃料昇圧に有利であり、機関始動時において、第一気筒群（気筒＃２又は＃３）から燃料噴射を開始することが好ましい。
【００３６】
図５は、本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第三実施形態を示す概略図である。第二実施形態との違いについてのみ以下に説明する。本実施形態における機関本体は、直列４気筒ではなく、Ｖ型６気筒であり、各バンク１０ａ，１０ｂがそれぞれ第一気筒群（気筒＃１、＃２、＃３）と第二気筒群（気筒＃４、＃５、＃６）とを構成している。第一気筒群のための第一蓄圧室５１”には昇圧機構２０が接続されている。Ｖ型エンジンの場合には、点火順序は、各バンク交互となるために、このような構成によって、機関始動時には第二実施形態と同様な効果が得られる。
【００３７】
図６は、本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第四実施形態を示す概略図である。第一実施形態との違いについてのみ以下に説明する。本実施形態は、第一実施形態と同様な構成によって第一実施形態と同様な効果を得ることができる。また、本実施形態では、高圧ポンプ１１は、前述した二種類の高圧ポンプのうちで、燃料を調量せずに圧送するものであり、それにより、機関始動後において、必要以上に圧送される分の燃料を燃料タンク１２へ戻す必要がある。それにより、通常運転時の蓄圧室内の燃料圧力である設定高燃料圧力より僅かに高い圧力で開弁する安全弁を備えて、蓄圧室と燃料タンクとを連通する戻し配管が必要とされる。
【００３８】
前述したように、第一蓄圧室５１と第二蓄圧室５２とは、第一蓄圧室側への燃料流れのみを許容する第二逆止弁１３を介して連通しているために、本実施形態では、この安全弁１６を備える戻し配管１５によって、第一蓄圧室５１と燃料タンク１２とを連通させている。それにより、第一蓄圧室５１内を設定高燃料圧力近傍に維持することができ、また、第二蓄圧室５２内の燃料圧力は、第二逆止弁１３によって第一蓄圧室５１内の燃料圧力より高くなることはないために、第二蓄圧室５２内も設定高燃料圧力近傍に維持される。
【００３９】
もちろん、高圧ポンプ１１が燃料を調量して圧送するものであっても、何らかの要因によって蓄圧室内が設定高燃料圧力を大幅に越える僅かな可能性に対応するために、同様な安全弁を備える戻し配管によって第一蓄圧室と燃料タンクとを連通することは有効である。
【００４０】
図７は、本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第五実施形態を示す概略図である。第四実施形態との違いについてのみ以下に説明する。本実施形態では、高圧ポンプ１１の燃料配管１４’は、二又に分岐することなく、第二蓄圧室５２へ接続され、第一蓄圧室５１と第二蓄圧室５２とが、第一蓄圧室５１側への燃料流れのみを許容する第二逆止弁１３’を有する配管によって連通されている。このような燃料配管１４’を簡素化した構成によっても、第四実施形態と同様な効果を得ることができる。もちろん、このような燃料配管１４’を、第四実施形態以外の実施形態に適用することも可能である。
【００４１】
これまで説明した実施形態において、第一気筒群及び第二気筒群は、いずれも機関始動時に均質燃焼を実施するものであり、吸気行程での燃料噴射が実施される。この吸気行程燃料噴射において、各気筒での燃料噴射開始時期を吸気上死点からの同じクランク角度としても良いが、第二気筒群に比較して第一気筒群における燃料噴射開始時期を遅角することが好ましい。
【００４２】
第二気筒群の燃料噴射圧力は前述したように低く、所望量の燃料を噴射するのに燃料噴射弁は比較的長い開弁時間を必要とする。それにより、吸気行程初期から燃料噴射を開始しなければならない。しかしながら、吸気行程初期に噴射された燃料は、圧縮行程後半に燃料を噴射する成層燃焼と同様にピストン頂面に形成されたキャビティ４ａ内へ侵入して、キャビティ４ａへの付着燃料となり、燃焼に寄与せずに未燃燃料として排出される可能性が高い。
【００４３】
第一気筒群の燃料噴射圧力は前述したように比較的高いために、所望量の燃料を噴射するのに必要な燃料噴射弁の開弁時間を短くすることができ、吸気行程後半から燃料噴射を開始することが可能である。このようにして、第一気筒群ではキャビティ４ａ内へ侵入して付着する燃料を無くすことができ、未燃燃料の排出量を低減することができる。
【００４４】
機関始動時における第二気筒群での均質燃焼は、前述したように、第一気筒群から燃焼を開始する等して多少良好となるが、吸気行程初期の噴射燃料がキャビティ内へ付着して燃焼に寄与しないこともあって失火の可能性を無くすことはできない。失火するのであれば、燃料噴射を中止して燃焼を休止した方が、その分、燃焼開始時における第二蓄圧室内の燃料圧力を高めることができる。それにより、第二気筒群では、燃料噴射圧が最も低くて失火の可能性の高い初回の燃焼を少なくとも休止することが好ましい。もちろん、休止回数を増やせば、第二蓄圧室は、第一気筒群での燃焼による回転上昇に伴って徐々に機能する高圧ポンプによって燃料が圧送される一方となるために、燃料の昇圧には有利であり、第二気筒群での燃焼開始時における燃料噴射を良好にすることができる。
【００４５】
また、第二気筒群での燃焼休止中において、第一気筒群により機関回転が上昇するために、スロットル弁下流側の吸気通路内の負圧が高まるようになる。それにより、第二気筒群での燃焼開始に際して、気筒内へ導入される負圧によって噴射燃料が気化し易くなるために、噴射燃料のほぼ全てを燃焼に寄与させることができ、第二気筒群での燃焼開始時における燃料噴射量の低減が可能となる。これは、特に、機関排気系に配置されている触媒装置が十分に機能しない機関始動時において、未燃燃料の排出量を低減するのに有効である。
【００４６】
前述したように第一蓄圧室の容積は小さくすることができるために、機関始動時において、昇圧機構により第一蓄圧室内の燃料圧力を圧縮行程噴射が可能なほど高めることもできる。このようにして、機関始動時に、第一気筒群での燃料噴射時期を圧縮行程後半として、第一気筒群では成層燃焼を実施するようにしても良い。成層燃焼は、前述したように、キャビティ４ａ内へ高圧で噴射された燃料を自身慣性力によって点火プラグ近傍へ導いて可燃混合気を形成し、これを着火燃焼させるものである。それにより、吸気行程初期に低圧で噴射された燃料のようにキャビティ４ａ内に付着するようなことはなく、噴射燃料のほぼ全ての燃焼に寄与させることができる。それにより、均質燃焼に比較して、燃料噴射量を必要最小限とすることができ、未燃燃料の排出量を低減するのに有利である。
【００４７】
前述したように、機関始動時は、機関排気系の触媒装置が未暖機状態のために十分に機能せずに、排気エミッションが悪化してしまう。それにより、未燃燃料の排出量を低減することが望まれている。成層燃焼は、これを可能とすると共に、点火プラグ近傍に可燃混合気を形成するものであるために着火性が良く、大幅な点火時期の遅角が可能である。こうして、機関始動時において、第一気筒群で成層燃焼を実施するようにすれば、大幅に点火時期を遅角させて排気ガス温度を十分に高めることにより、触媒装置を早期に暖機して良好に機能させることができ、機関始動直後の排気エミッションの改善に有効となる。
【００４８】
前述した全ての実施形態において、高圧ポンプ１１は、第一気筒群と第二気筒群とで共通としたが、もちろん、第一気筒群と第二気筒群とで別々に高圧ポンプを設けるようにしても良い。また、複数の気筒を二つの気筒群に分けてそれぞれに蓄圧室を設けるようにしたが、もちろん、複数の気筒を三つ以上の気筒群に分けてそれぞれに蓄圧室を設け、少なくとも一つの蓄圧室に昇圧機構を接続するようにしても良い。
【００４９】
【発明の効果】
本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関は、複数の気筒が少なくとも第一気筒群と第二気筒群とに分けられ、第一気筒群へは第一蓄圧室から燃料供給され、第二気筒群へは第二蓄圧室から燃料供給され、第一蓄圧室及び第二蓄圧室には機関駆動式の高圧ポンプが接続され、第一蓄圧室には高圧ポンプとは別に昇圧機構も接続され、昇圧機構は第一蓄圧室内の燃料圧力を機関始動時において良好な燃料噴射を可能とする燃料圧力へ昇圧するようになっている。それにより、機関始動時において、少なくとも第一蓄圧室から燃料供給される第一気筒群では良好な燃焼が実現され、機関始動を確実なものとすることができる。また、第一蓄圧室と第二蓄圧室とは燃料配管により連通され、燃料配管には第一蓄圧室への燃料流れのみを許容する逆止弁が配置され、第一蓄圧室内の燃料圧力は高圧ポンプによって逆止弁を介して圧送される燃料により昇圧されるようになっている。それにより、第二蓄圧室は、少なくとも第一気筒群での燃焼による回転上昇によって駆動し始める高圧ポンプにより第一蓄圧室内の燃料圧力を使用することなく徐々に昇圧されるために、機関始動後において、第一蓄圧室内の燃料圧力が、第二蓄圧室を昇圧するのに使用されて大幅に低下し、第一気筒群において一時的に燃焼が悪化するようなことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の気筒内概略縦断面図である。
【図２】図１のピストンの平面図である。
【図３】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第一実施形態を示す概略図である。
【図４】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第二実施形態を示す概略図である。
【図５】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第三実施形態を示す概略図である。
【図６】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第四実施形態を示す概略図である。
【図７】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第五実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
１…点火プラグ
２…燃料噴射弁
３…ピストン
４…キャビティ
１１…高圧ポンプ
２０…昇圧機構
５１，５１’，５１”…第一蓄圧室
５２，５２’，５２”…第二蓄圧室
【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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