(57)【要約】【課題】直接噴射式火花点火内燃機関において、排気行程での未燃・不完全燃焼成分の燃焼を促進することにより、すす、ＣＯ、ＨＣの排出を低減し、排気温度を上昇させ、触媒の早期暖機を促進する。【解決手段】排気ポート内に、気体噴射弁を備え、未燃・不完全燃焼成分に、酸素を含んだ気体を噴射する。排気ポートの流路を２分割する隔壁を備え、気体噴射弁を分割された排気ポート部流路のうち、一方の側に配置し、分割された排気ポート部流路のうち、他方の側に、排気流れを開閉制御する制御弁を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に燃料を直接噴射して燃焼させる直接噴射式火花点火内燃機関において、
排気ポート内に、気体噴射弁を備え、
燃焼ガスの不完全燃焼部分が燃焼室から排気ポートに排出される前に、燃焼室内の前記燃焼ガスの不完全燃焼部分に対して、前記気体噴射弁から酸素を含んだ気体を噴射する、
直接噴射式火花点火内燃機関。
【請求項２】
前記排気ポート内に、排気流路を２分割する隔壁を更に備え、
前記気体噴射弁が、前記分割された排気流路のうち、一方の流路に配置され、
前記気体噴射弁からの気体噴射時には、燃焼室からの燃焼ガスが、前記気体噴射弁から噴射された気体と干渉することなく、前記分割された他方の流路を流れ、
更に、前記分割された他方の流路に、排気流れを開閉制御する制御弁を備える、
請求項１に記載の直接噴射式火花点火内燃機関。
【請求項３】
前記気体噴射弁から気体の噴射を行う場合に、燃焼ガスの不完全燃焼部分が燃焼室から排気ポートに排出される前に、前記制御弁を閉じ、
燃焼ガスの不完全燃焼部分が噴射気体と混合する前に排気ポートへ排出されることを防止する、
請求項２に記載の直接噴射式火花点火内燃機関。
【請求項４】
燃焼ガスの不完全燃焼部分が噴射気体と混合した後に、前記制御弁を開く、請求項３に記載の直接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、直接噴射式火花点火内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内直接噴射式火花点火内燃機関においては、冷間始動時には成層燃焼を行い、圧縮行程燃料噴射及び遅角側点火により燃焼を促進し、触媒の早期暖機を行っている。しかし、この場合、燃料の集中部分が存在し、燃料の集中部分は酸素欠乏の状態となるため、未燃・不完全燃焼部分が発生し易い。すなわち、燃焼火炎は輝炎が支配的であり、排気行程においても輝炎燃焼は持続し、未燃・不完全燃焼部分が発生し易く、すす、ＣＯ、ＨＣの発生の原因となり易い。また、排気温度が十分に昇温しないことにより、触媒の暖機が遅れる恐れがある。
【０００３】
特許文献１には、機関始動時において、燃料噴射手段に空気を供給して噴霧燃料粒径を微細化し、燃料噴射及び点火のタイミングを制御して、燃焼を改善し、触媒の早期暖機を行う内燃機関の制御装置が開示されている。しかし、特許文献１のような噴霧燃料微細化による燃焼改善の効果は不十分であり、すす、ＣＯ、ＨＣの排出低減が、不十分である。
特許文献２には、触媒を早期に暖機するために、排気ポート部に案内管とバルブを設け、燃焼室から排出されるガスの流速を制御して、排気系への供給熱量（温度）を制御する技術が記載されているが、燃焼改善を行うものではない。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３３６５００号公報
【特許文献２】特開２００６−１２５３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、直接噴射式火花点火内燃機関において、排気行程での未燃・不完全燃焼成分の燃焼を促進することにより、すす、ＣＯ、ＨＣの排出を低減し、排気温度を上昇させ、触媒の早期暖機を促進することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、燃焼室内に燃料を直接噴射して燃焼させる直接噴射式火花点火内燃機関において、排気ポート内に、気体噴射弁を備え、燃焼ガスの不完全燃焼部分が燃焼室から排気ポートに排出される前に、燃焼室内の燃焼ガスの不完全燃焼部分に対して、気体噴射弁から酸素を含んだ気体を噴射する、直接噴射式火花点火内燃機関が提供される。
【０００７】
すなわち、請求項１の発明では、排気ポート内に気体噴射弁を備え、この気体噴射弁から酸素を含んだ気体、普通は空気、を噴射して、排気行程での未燃・不完全燃焼成分の燃焼を促進することにより、すす、ＣＯ、ＨＣの排出を低減することができる。また、燃焼が促進されることにより、排気温度が上昇し、触媒の暖機を早めることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、排気ポート内に、排気流路を２分割する隔壁を更に備え、気体噴射弁が、分割された排気流路のうち、一方の流路に配置され、気体噴射弁からの気体噴射時には、燃焼室からの燃焼ガスが、気体噴射弁から噴射された気体と干渉することなく、分割された他方の流路を流れ、更に、分割された他方の流路に、排気流れを開閉制御する制御弁を備える、請求項１に記載の直接噴射式火花点火内燃機関が提供される。
【０００９】
すなわち、請求項２の発明では、排気ポート内に、隔壁と制御弁とを備えることにより、酸素を含んだ気体の噴射と、未燃・不完全燃焼成分の燃焼の促進、排出を分離して行なうことができ、排気行程での未燃・不完全燃焼成分の燃焼の促進を有利に行い、すす、ＣＯ、ＨＣの排出を低減し、排気温度を上昇させ、触媒の早期暖機を促進することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、気体噴射弁から気体の噴射を行う場合に、燃焼ガスの不完全燃焼部分が燃焼室から排気ポートに排出される前に、制御弁を閉じ、燃焼ガスの不完全燃焼部分が噴射気体と混合する前に排気ポートへ排出されることを防止する、請求項２に記載の直接噴射式火花点火内燃機関が提供される。
【００１１】
すなわち、請求項３の発明では、気体の噴射を行う場合に、制御弁を閉じ、燃焼ガスの不完全燃焼部分が噴射気体と混合される前に排気ポートへ排出されることを防止することにより、排気行程での未燃・不完全燃焼成分の燃焼の促進を有利に行い、すす、ＣＯ、ＨＣの排出を低減し、排気温度を上昇させ、触媒の早期暖機を促進することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、燃焼ガスの不完全燃焼部分が噴射気体と混合した後に、制御弁を開く、請求項３に記載の直接噴射式火花点火内燃機関が提供される。
【００１３】
すなわち、請求項４の発明では、燃焼ガスの不完全燃焼部分が噴射気体と混合された後に、制御弁を開くことにより、燃焼が促進された燃焼ガスが噴射気体と衝突せずに排気ポートへ排出されるため、排気行程での未燃・不完全燃焼成分の燃焼の促進を有利に行い、すす、ＣＯ、ＨＣの排出を低減し、排気温度を上昇させ、触媒の早期暖機を促進することができる。
【発明の効果】
【００１４】
各請求項に記載の発明によれば、直接噴射式火花点火内燃機関において、燃焼室内排気行程での未燃・不完全燃焼成分の燃焼を促進することにより、すす、ＣＯ、ＨＣの排出を低減し、排気温度を上昇させ、触媒の早期暖機を促進するという共通の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は、燃焼室内に燃料噴射弁５から燃料を直接噴射して燃焼させる直接噴射式火花点火内燃機関における本発明の一実施形態を示す。燃料噴射弁５から噴射された燃料は、点火プラグ４の近傍に混合気の成層部分を形成し、点火プラグ４によって点火され、初期火炎が形成された後、濃度の大きく異なる混合気を火炎が伝播して、燃焼が進むが、燃料の集中部分が存在し、燃料の集中部分は酸素欠乏の状態となるため、未燃・不完全燃焼部分が発生し易い。すなわち、燃焼火炎は輝炎が支配的であり、排気行程においても輝炎燃焼は持続し、未燃・不完全燃焼部分（図中高温排気成分Ｍ１で示す）が存在する。従って、燃焼ガスの不完全燃焼部分が燃焼室から排気ポートに排出される前に、排気ポート内に備える気体噴射弁１から酸素を含んだ気体Ａが噴射され、酸素が付加されると、燃焼が促進され、不完全燃焼部分の少ない高温排気成分Ｍ２となって、排気ポートから排出される。気体噴射弁１から噴射する気体は、純粋の酸素であってもよい。
【００１７】
この場合、排気ポート内に、排気流路を２つに分割する隔壁２を更に備え、２つに分割された排気ポート部のうち、一方の流路の側に、気体噴射弁１を配置し、燃焼の促進された高温排気成分Ｍ２を、他方の流路の側から排出するようにし、燃焼の促進された高温排気成分Ｍ２が気体噴射弁１から噴射される気体Ａの流れと衝突せずに流出できるようにすることが好ましく、更に、開閉制御することができる制御弁３を備え、未燃・不完全燃焼部分すなわち高温排気成分Ｍ１への酸素を含んだ気体の混合と、燃焼の促進された高温排気成分Ｍ２の排出を、制御弁３の開閉によって制御することが好ましい。
【００１８】
この場合、燃焼ガスの未燃・不完全燃焼部分すなわち高温排気成分Ｍ１が燃焼室から排気ポートに排出される前に、排気ポート内に備える気体噴射弁１から気体Ａを噴射し、混合を有利に行うためには、気体噴射弁１から気体Ａの噴射を行う前に、制御弁３を閉じ、高温排気成分Ｍ１が排気ポートから流出しないようにすることが好ましい。
【００１９】
また、燃焼が促進された高温排気成分Ｍ２が、気体噴射弁１から噴射される気体Ａの流れと衝突せずにすみやかに排気ポートへ排出されるようにするためには、燃焼ガスの未燃・不完全燃焼部分すなわち高温排気成分Ｍ１が噴射気体Ａと混合された後に、制御弁３を開くことが好ましい。
【００２０】
すなわち、本発明の一実施形態では、混合気の燃焼、排気は、以下の行程で実施することが好ましい。
１．膨張行程（排気弁７閉）において、制御弁３を閉じる。
２．排気行程初期から中期（排気弁７開）で、排気ポートに備える気体噴射弁１より燃焼室内に酸素を含んだ気体Ａを噴射する。
３．燃焼ガスの未燃・不完全燃焼部分Ｍ１が噴射気体Ａと混合する前に排気ポートへ排出されるのを防止するため、制御弁３を閉状態のままとする。
４．噴射気体により燃焼ガスの未燃・不完全燃焼部分Ｍ１の燃焼が促進される。
５．排気行程中期で、制御弁３を開にし、燃焼の促進された燃焼ガスＭ２を排出する。この場合、排気ポートの気体噴射弁側は噴射気体Ａが圧力を有するため、燃焼の促進された燃焼ガスＭ２は、気体噴射弁側に流入しない。
６、排気行程中期から後期で、気体Ａの噴射を終了する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を直接噴射式火花点火内燃機関に適用した場合の、実施形態の概略構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００２２】
Ａ    噴射気体
Ｍ１    高温排気成分（不完全燃焼部分多）
Ｍ２    高温排気成分（不完全燃焼部分少）
１    気体噴射弁
２    隔壁
３    制御弁
４    点火プラグ
５    燃料噴射弁
６    吸気弁
７    排気弁
８    ピストン
９    吸気ポート
１０    排気ポート
【図１】
2009150303.tif 000003