(57)【要約】本発明は、少なくとも１つのシリンダ（１）と、シリンダ（１）を塞ぐシリンダヘッド（２）と、ピストン（３）と、燃焼室（４）と、ガソリンの噴射手段（５）と、燃焼室内で空気−ガソリン混合気の点火を発生するための点火手段（６）と、燃焼室（４）を選択的に塞ぐ吸気弁（７）および排気弁（８）と、噴射装置（５）に加圧ガソリンを供給するための噴射ポンプ（８）とを備える、点火制御ガソリン内燃エンジンであって、噴射装置（５）に提供されるガソリンの圧力が２５０バールを超えること、ノッキング現象を発生する可能性があるエンジンの少なくともある運転範囲内では、１回の燃焼サイクルに対してポンプ（８）により噴射装置（５）に供給されるガソリンの量が、複数回の異なる分割噴射の形態に分割されること、および、分割噴射のうちの少なくとも１回の分割噴射が点火手段（６）による燃焼室（４）内での充填燃料の発火の前に行われ、かつ、少なくとも１回の分割噴射がこの発火の後に行われることを主な特徴とするエンジンに関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのシリンダ（１）と、シリンダ（１）を塞ぐシリンダヘッド（２）と、シリンダ（１）内に滑動可能に取り付けられたピストン（３）と、ピストン（３）の上面（３０）とシリンダヘッド（２）の下面（２０）との間のシリンダ（１）内に画定された燃焼室（４）と、ガソリンの噴射手段（５）と、燃焼室内で空気−ガソリン混合気の点火を発生するための点火手段（６）と、燃焼室（４）を選択的に塞ぐ吸気弁（７）および排気弁（８）と、噴射装置（５）に加圧ガソリンを供給するための噴射ポンプ（８）とを備える、点火制御ガソリン内燃エンジンであって、噴射装置（５）に提供されるガソリンの圧力が２５０バールを超えること、ノッキング現象を発生する可能性があるエンジンの少なくともある運転範囲内では、１回の燃焼サイクルに対してポンプ（８）により噴射装置（５）に供給されるガソリンの量が、複数回の異なる分割噴射の形態に分割されること、および、分割噴射のうちの少なくとも１回の分割噴射が点火手段（６）による燃焼室（４）内での充填燃料の発火の前に行われ、かつ、少なくとも１回の分割噴射がこの発火の後に行われることを主な特徴とするエンジン。
【請求項２】
発火の前に噴射されるガソリンの量が、当該燃焼サイクルで噴射される総ガソリン量の２０％から５０％であることを特徴とする、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
１回の燃焼サイクルに対する、充填燃料の発火前にポンプ（８）により噴射装置（５）に供給されるガソリンの量が、１回から１０回の分割噴射であることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン。
【請求項４】
１回の燃焼サイクルに対する、充填燃料の発火後にポンプ（８）により噴射装置（５）に供給されるガソリンの量が、１回から１０回の異なる分割噴射であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項５】
エンジンの回転数がおよそ７５０ｒｐｍから４５００ｒｐｍの間、好ましくは１０００ｒｐｍから４０００ｒｐｍの間にある場合に、１回の燃焼サイクルに対してポンプ（８）により噴射手段（５）に供給されるガソリンの量が、複数回の異なる分割噴射の形態に分割されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項６】
エンジンがたとえば４０００ｒｐｍから７０００ｒｐｍの間のいわゆる高速運転範囲にある場合に、１回の燃焼サイクルに対してポンプ（８）により噴射手段（５）に供給されるガソリンの量が、１回または複数回の異なる分割噴射の形態に分割されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項７】
ポンプ（８）により噴射手段（５）に供給されるガソリンの量が、短時間噴射、すなわちおよそクランクシャフト１０°とクランクシャフト１００°の間の時間間隔で行われることを特徴とする請求項６に記載のエンジン。
【請求項８】
エンジンが、４ストロークまたは２ストロークの燃焼サイクルを有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項９】
エンジンが間接噴射エンジンであることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項１０】
エンジンが直接噴射エンジンであることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項１１】
発火前に行われる１回または複数回の分割噴射が、ポンプ（８）により、燃焼上死点に近い時間間隔中に供給されることを特徴とする請求項１０に記載のエンジン。
【請求項１２】
噴射装置（５）に供給されるガソリンの圧力が２５０バールから２５００バールの間、好ましくは、３００バールから２０００バールの間であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明は、超高圧噴射システムを備える点火制御ガソリン内燃エンジンに関する。
【０００２】
より詳細には本発明は、少なくとも１つのシリンダと、シリンダを塞ぐシリンダヘッドと、シリンダ内に滑動可能に取り付けられたピストンと、ピストンの上面とシリンダヘッドの下面との間のシリンダ内に画定された燃焼室と、ガソリンの噴射手段と、燃焼室内で空気−ガソリン混合気の点火を発生するための点火手段と、燃焼室を選択的に塞ぐ吸気弁および排気弁と、噴射装置に加圧ガソリンを供給するための噴射ポンプとを備える、点火制御ガソリン内燃エンジンに関する。
【０００３】
ガソリンエンジン内のノッキング現象、すなわち燃焼室内の充填燃料の望ましくない自己発火を防止する方法として、直前の燃焼の残留燃焼物を燃焼室から排出させることが知られている。直接噴射ガソリンエンジンの場合、この作業は、燃焼室内を循環させる吸入外気によって行われる。
【０００４】
間接噴射ガソリンエンジンの場合、特に最大出力運転の場合には、ガソリンの噴射時間はほぼエンジンサイクルの全期間に相当する。しがたって、内燃物を掃き出すことは不可能である。
【０００５】
直接噴射ガソリンエンジンの場合、ノッキング現象を防止するために、特に過給エンジンに関しては、結局、燃焼上死点（燃焼ＴＤＣ）に近い点火進角の設定になる、すなわち、燃焼サイクルにおいて比較的遅いタイミングで点火を発生させることになる。したがって、シリンダ内の圧力が高くなったタイミングで点火が行われ、その結果、点火コイルの寸法（体積、質量およびコスト）に対しマイナスの影響が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、上に挙げた先行技術の欠点の全てまたは一部を解消し、排出する汚染粒子量が少ない点火制御ガソリン内燃エンジンを提供することである。
【０００７】
この目的のため、前文で示す全体的な定義に合致した本発明による点火制御ガソリン内燃エンジンは、噴射手段に提供されるガソリンの圧力が２５０バールを超えること、ノッキング現象を発生する可能性があるエンジンの少なくともある運転範囲内では、１回の燃焼サイクルに対してポンプにより噴射手段に供給されるガソリンの量は、複数回の異なる分割噴射の形態に分割されること、および、分割噴射のうちの少なくとも１回が点火手段による燃焼室内での充填燃料の発火の前に供給され、かつ、少なくとも１回の分割噴射がこの発火の後に供給されることを主な特徴とする。
【０００８】
さらに本発明は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。
【０００９】
−  発火の前に噴射されるガソリンの量が、当該燃焼サイクルで噴射される総ガソリン量の５％から５０％である。
【００１０】
−  燃焼サイクルの場合、充填燃料の発火前において、ポンプにより噴射装置に供給されるガソリンの量が１回から１０回の分割噴射である。
【００１１】
−  燃焼サイクルの場合、充填燃料の発火後において、ポンプにより噴射装置に供給されるガソリンの量が１回から１０回の分割噴射である。
【００１２】
−  エンジンの回転数がおよそ７５０ｒｐｍから４５００ｒｐｍの間、好ましくは１０００ｒｐｍから４０００ｒｐｍの間であり、エンジンの少なくともある運転範囲内では、１回の燃焼サイクルに対してポンプにより噴射手段に供給されるガソリンの量が、複数回の異なる分割噴射の形態に分割される。
【００１３】
−  エンジンがたとえば４０００ｒｐｍから７０００ｒｐｍの間のいわゆる高速運転範囲にある時、１回の燃焼サイクルに対してポンプにより噴射手段に供給されるガソリンの量が、１回または複数回の異なる分割噴射の形態に分割される。
【００１４】
−  ポンプにより噴射手段に供給されるガソリンの量が、短時間噴射、すなわちおよそクランクシャフト１０°とクランクシャフト１００°の間に含まれる時間間隔で供給される。
【００１５】
−  エンジンが、４ストロークまたは２ストロークの燃焼サイクルを有する。
【００１６】
−  エンジンが間接または直接噴射エンジンである。
【００１７】
−  発火前に行われる１回または複数回の分割噴射が、ポンプにより、燃焼上死点に近い時間間隔中に行われる。
【００１８】
−  噴射装置に供給されるガソリンの圧力が２５０バールから２５００バールの間、好ましくは、３００バールから２０００バールの間である。
【００１９】
その他の特徴および利点は、添付の図面を参照して行う以下の説明を読むことにより明らかになろう。
【００２０】
以下に図１および図２に示す好ましい実施形態にて本発明について記述する。
【００２１】
図１および図２に示す本発明によるエンジンは、少なくとも１つのシリンダ１と、シリンダ１を塞ぐシリンダヘッド２と、シリンダ１内に滑動可能に取り付けられピストン３とを備える。ピストン３の上面３０とシリンダヘッド２の下面２０との間には燃焼室４が画定される。
【００２２】
エンジンは、燃焼室４内に到達するノズルまたは噴射装置等のガソリン噴射手段５をも備える。噴射装置５には、加圧ガソリンを噴射装置５に供給するようになっている噴射ポンプ８によって供給される。プラグ等の点火手段６は、ある所定のタイミングに燃焼室４内に空気−ガソリン混合気の発火を発生させるよう、燃焼室４内にも延びている、すなわちガソリンエンジンは直接噴射かつ点火制御方式である。
【００２３】
エンジンはまた、燃焼室４と吸気管９の間を塞ぐ単数または複数の吸気弁７、および燃焼室４と排気管１０の間を塞ぐ単数または複数の排気弁８も含むことができる。
【００２４】
本発明の有利な特徴によれば、噴射装置５に供給されるガソリンの圧力は２５０バールを超え、ノッキング現象を発生する可能性があるエンジンの少なくともある運転範囲内では、１回の燃焼サイクルに対してポンプ８により噴射手段５に供給されるガソリンの量は、複数回の異なる分割噴射の形態に分割され、分割噴射のうちの少なくとも１回の分割噴射１１が点火手段による燃焼室内での充填燃料の発火の前に供給され、かつ、少なくとも１回の分割噴射１３がこの発火の後に供給される（図１および図２を参照のこと）。
【００２５】
たとえば、およそ７５０ｒｐｍから４５００ｒｐｍの間、好ましくは１０００ｒｐｍから４０００ｒｐｍの間というような比較的低速なエンジン回転速度においては、１回燃焼サイクルに対してポンプ８により噴射手段５に供給されるガソリンの量は、複数回の異なる分割噴射の形態に分割される。
【００２６】
本出願人は、本発明によるそのような噴射により、火炎前面の上流側において、燃焼室内の空気−ガソリンの予混合気の圧縮段階の通常の進行をショートカットすることが可能であることを確認した。かつては、空気−ガソリンの予混合気の（圧力温度）圧縮段階を通常に進行させると、燃焼室内での滞留時間が長いため、自然発火を引き起こす可能性があった。
【００２７】
また、本発明による噴射の分散により、点火前においては、燃焼室のある一部分内における充填燃料の均質化の向上をはかることができる。点火後、二回目の高圧による分割噴射１３の集中実行により、初回の分割噴射１１の集中実行の際に準備した空気−ガソリン混合気の燃焼１２によって生じる火炎前面の上流側において、空気−ガソリン混合気の形成を急速に実現することが可能である。
【００２８】
したがって、本発明により、ノッキングの危険性が抑制され、先行技術における場合よりも点火進角が大きくなる。このように本発明により、サイクルのうちの、先行技術の場合よりも圧力が低いタイミングで点火を行うことができるため、より低い圧力用に設計された点火コイル、すなわち先行技術の場合よりも体積が小さく安価なコイルを使用することが可能になる。
【００２９】
直接噴射ガソリンエンジンの場合、発火前に行われる１回または複数回の分割噴射１１が、ポンプ８により、燃焼上死点に近い時間間隔中に供給されるのがきわめて有利である。このような噴射によりプラグ６の近傍で充填燃料の成層化が実現され、それによりガソリンの燃焼がさらに向上し、汚染粒子および排ガスの排出量が低減する。
【００３０】
有利な特徴によれば、発火後に供給される１回または複数回の分割噴射１３は、点火の前に行われた１回または複数回の噴射１１の結果生じる燃焼混合気１２内にガソリンを噴射するようにして行われる。
【００３１】
好ましくは、発火の前に噴射されるガソリンの量は、当該燃焼サイクルで噴射される総ガソリン量の２０％から５０％である。したがって、発火の後に噴射されるガソリンの量は、当該燃焼サイクルで噴射される総ガソリン量の８０％から５０％である。噴射されるガソリンをこのように配分することにより燃焼が向上し、より高い性能がエンジンに付与され、粒子または煙の排出レベルを下げることができる。
【００３２】
たとえば、１回の燃焼サイクルに対して、充填燃料の発火の前に、ポンプ８により噴射装置５に供給されるガソリンの量は１回から１０回、好ましくは１回から５回の分割噴射である。同様に、１回の燃焼サイクルに対して、充填燃料の発火の後に、ポンプ８により噴射装置５に供給されるガソリンの量は１回から１０回、好ましくは１回から５回の分割噴射の間である。
【００３３】
噴射装置５に供給されるガソリンの圧力は、２５０バールから２５００バール、好ましくは、３００バールから２０００バールである。この高圧噴射により、特に噴射されるガソリンの圧力が５００バールに達するかこれを超える時には、空気−ガソリン混合気の噴霧化の向上および充填燃料の均質化の向上をはかることができる。
【００３４】
このように充填燃料の噴霧化が向上することにより、噴霧化中の混合気の揮発の潜熱により空気−燃料充填物の冷却も増加する。このことは充填物の燃焼の向上に寄与するものであり、排気ガスが、ターボコンプレッサのタービンまたは排気ガスの処理装置など装置を破損させるおそれがある高すぎる温度に達するのを防ぐことができる。
【００３５】
本発明の別の特徴によれば、エンジンがたとえば４０００ｒｐｍから７０００ｒｐｍの間のいわゆる高速運転範囲にある時、１回の燃焼サイクルに対してポンプ８により噴射手段５に供給されるガソリンの量は、１回または複数回の異なる分割噴射の形態に分割される。
【００３６】
有利には、エンジン回転数がおよそ４０００ｒｐｍから７０００ｒｐｍの間である時、完全な高圧噴射は短時間噴射、すなわち、およそクランクシャフト１０°からクランクシャフト１００°の間、好ましくは１５°から５０°の間の時間間隔であるような噴射である。
【００３７】
そのような高圧および高速噴射により、火花点および燃焼室４の残りの部分においてある空気力学的効果および乱流が発生し、これらにより充填の開始段階が加速される。このように開始段階が加速されることにより、火炎の伝播段階の時間が短縮され、したがって充填燃料の燃焼速度が上昇する。このように燃焼速度が増加することは、特に排気弁の開動作時、排気された排出ガスの圧力および温度の低下を引き起こすことに直結する。排気温度がこのように下がることにより濃度を下げることができ、結果として、エンジンでの消費量を低減することができる。
【００３８】
さらに、高圧ガソリン噴射により、従来、燃焼速度にとって好都合な空気力学的効果の発生は犠牲になるが、シリンダへの充填を高速に行うことができるよう最適化された吸気管をエンジンに装備させることができる。すなわち本発明により、空気−ガソリン混合気を均質化するために、乱流効果を発生させるために特別に設計された管ではなく、柔軟管を使用することが可能である。たとえば、燃焼効率を最適化するのに必要な点火点における空気力学的効果は、本発明によれば、高圧ガソリンの噴射による空気の駆動により発生する。
【００３９】
本発明は２サイクルまたは４サイクルエンジンに適用することができ、また、図３に示すように、間接噴射エンジンに適用することができる。
【００４０】
簡潔化するための配慮から、上で記述した要素と同一の図３の要素は同じ数字による符号で示してあり、再度詳細に記述することはしない。さらに、単純化するための配慮から、図３には吸気弁および排気弁を示していない。
【００４１】
図３の間接噴射エンジンは、燃焼室４の上流側において吸気管９内にガソリンを噴射するよう、噴射装置５がシリンダヘッド内に配置される点が、直接噴射エンジンと異なる。
【００４２】
上に詳細を示した本発明による高圧噴射は、点火制御間接噴射ガソリン内燃エンジンの場合にもきわめて有利である。事実、これらの高圧噴射により、火花点および燃焼室４の残りの部分において乱流が発生し、これらにより火炎の伝播段階が加速される。これにより充填燃料の燃焼速度が上昇し、対応する弁の開動作時、排気された排出ガスの圧力および温度の低下を引き起こす。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】燃焼サイクルの第一のタイミングの際の本発明による直接噴射エンジンの部分断面略図である。
【図２】燃焼サイクルの第二のタイミングの際の図１のエンジンの部分断面略図である。
【図３】本発明の実施による間接噴射エンジンの部分断面略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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