JP2000179433A - 筒内噴射式火花点火機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 筒内流動を運転条件に応じて適切に制御でき
て、成層燃焼運転，均質燃焼運転の安定性の向上を図
る。 【解決手段】 燃料と共に加圧エアが噴射される燃料噴
射弁１０からの加圧エアの噴射時期および噴射期間を、
成層燃焼運転時および均質燃焼運転時にそれぞれ運転条
件に応じて可変制御できるため、常に安定した成層燃焼
および均質燃焼を行わせることができる。

Description

【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
機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁
と、点火プラグとを備えて、機関の低負荷域で圧縮行程
中に燃料を噴射させて成層燃焼を行わせる一方、機関の
高負荷域では吸気行程中に燃料を噴射させて均質燃焼を
行わせるようにした筒内噴射式火花点火機関では、前述
の成層燃焼を成立させるためには、吸入行程で燃焼室内
に吸入空気に強力な筒内流動を付与することが不可欠と
なる。

【０００３】そこで、一般には吸気ポートをヘリカルポ
ート構造としたり、あるいは吸気ポートに旋回流強化手
段を設けて、吸気行程で吸気に強い旋回流を付与するよ
うにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】吸気行程で吸気に強い
旋回流を付与したとしても、圧縮行程では圧縮作用で筒
内流動が減衰されてしまうことは否めない。

【０００５】一方、特開平５−１８０１２３号公報に
は、燃料と加圧エアとを供給する２流体式の燃料噴射弁
を用いて、機関の特定運転域では加圧エアを増量するよ
うにした燃料供給システムが開示されており、そこで、
この２流体式の燃料噴射弁を用いて加圧エアにより筒内
流動を強化させることが考えられるが、単純に加圧エア
を筒内流動強化手段に用いても、加圧エアによる燃料の
微粒化，気化促進作用と燃料の拡散作用とで却って成層
燃焼が不安定になってしまう可能性がある。

【０００６】そこで、本発明は燃料噴射弁として前述の
２流体式の燃料噴射弁を採用し、成層燃焼運転および均
質燃焼運転の何れの運転時にあっても、運転条件に合わ
せて加圧エアの供給を細かく制御できて各運転条件に最
適な筒内流動を得ることができて、燃焼の安定化と機関
出力の向上および排気エミッションの向上とを実現でき
る筒内噴射式火花点火機関を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にあって
は、燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プ
ラグとを備え、低負荷域で圧縮行程中に燃料を噴射させ
て成層燃焼を行わせると共に、高負荷域で吸気行程中に
燃料を噴射させて均質燃焼を行わせるようにした筒内噴
射式火花点火機関において、前記燃料噴射弁として燃料
と加圧エアとを個別に噴射可能な２流体式の燃料噴射弁
を用いると共に、成層燃焼運転時および均質燃焼運転時
に、機関の運転条件に応じて該燃料噴射弁の加圧エアの
噴射時期および噴射期間を可変制御する噴射時期・期間
可変手段を設けたことを特徴としている。

【０００８】請求項２の発明にあっては、請求項１に記
載の噴射時期・期間可変手段が、成層燃焼運転時に、機
関回転数，負荷，および油水温に応じて、加圧エアの噴
射時期と噴射期間とを変化させるものであることを特徴
としている。

【０００９】請求項３の発明にあっては、請求項２に記
載の噴射時期・期間可変手段が、成層燃焼運転時に、機
関回転数が低くなるほど加圧エアの噴射期間を長くする
ものであることを特徴としている。

【００１０】請求項４の発明にあっては、請求項２，３
に記載の噴射時期・期間可変手段が、成層燃焼運転時
に、機関負荷が増大するほど加圧エアの噴射期間を長く
するものであることを特徴としている。

【００１１】請求項５の発明にあっては、請求項２〜４
に記載の噴射時期・期間可変手段が、成層燃焼運転時
に、油水温が低いほど加圧エアの噴射期間を長くするも
のであることを特徴としている。

【００１２】請求項６の発明にあっては、請求項１〜５
に記載の噴射時期・期間可変手段は、その加圧エア噴射
終了時期が燃料噴射終了時期よりも後に設定されている
ことを特徴している。

【００１３】請求項７の発明にあっては、請求項６に記
載の噴射時期・期間可変手段は、成層燃焼運転時に、油
水温が低いほど燃料噴射終了時期から加圧エア噴射終了
時期までの期間を長くするものであることを特徴として
いる。

【００１４】請求項８の発明にあっては、請求項１〜７
に記載の噴射時期・期間可変手段が、均質燃焼運転時
に、圧縮行程中には燃焼室内に加圧エアのみを噴射させ
るものであることを特徴としている。

【００１５】請求項９の発明にあっては、請求項８に記
載の噴射時期・期間可変手段が、均質燃焼運転時に、機
関回転数，負荷，および油水温に応じて、圧縮行程中の
燃焼室内への加圧エア噴射期間を変化させるものである
ことを特徴としている。

【００１６】請求項１０の発明にあっては、請求項９に
記載の噴射時期・期間可変手段が、均質燃焼運転時に、
機関負荷が増大するほど加圧エア噴射期間を長くするも
のであることを特徴としている。

【００１７】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、燃料噴
射弁として燃料と加圧エアとを噴射可能な２流体式の燃
料噴射弁を用いて、成層燃焼運転時および均質燃焼運転
時に、それぞれ機関の運転条件に応じて該燃料噴射弁の
加圧エアの噴射時期および噴射期間を可変制御するよう
にしてあるため、成層燃焼運転時には運転条件に応じた
加圧エアの噴射時期と噴射期間の制御によって、全ての
運転条件下で最適な燃焼をもたらす筒内流動を積極的に
作り出すことができ、燃焼を安定化させて燃焼効率を向
上できると共に、燃料消費率および排気性状を改善する
ことができる。

【００１８】また、均質燃焼運転時にも前記成層燃焼運
転時と同様に、全ての運転条件下で最適な燃焼をもたら
す筒内流動を積極的に作り出すことができるため、筒内
混合気の均質化がより一層促進されて機関出力の向上と
排気性状の改善とを実現することができる。

【００１９】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の発明の効果に加えて、成層燃焼運転時に、運転条件を
表す主要なパラメータである機関回転数，負荷，および
油水温の検出信号に基づいて加圧エアの噴射時期と噴射
期間とを、運転条件に合わせて細かく適切に可変制御す
ることができて、より一層安定した成層燃焼を行わせる
ことができる。

【００２０】請求項３に記載の発明によれば、請求項２
の発明の効果に加えて、通常、成層燃焼運転時でも機関
回転数が低い場合には、吸気行程で生成される筒内流動
が弱く、良好な混合気形成と点火プラグ周りへの混合気
の輸送作用とが不十分となってしまうが、機関回転数が
低くなるほど加圧エアの噴射期間が長くなるように制御
されるため、機関回転数の低い運転時にあっても混合気
の成層化と輸送性に適切な強い筒内流動が得られて安定
した成層燃焼を行わせることができる。

【００２１】他方、機関回転数が高い場合には、吸気行
程で生成される筒内流動で良好な混合気形成と、点火プ
ラグ周りへの混合気の良好な輸送性とが得られるが、こ
の機関回転数が高い場合には前述とは逆に加圧エアの噴
射期間が短くされるため、混合気の成層化を阻害しない
適切な筒内流動とすることができる。

【００２２】請求項４に記載の発明によれば、請求項
２，３の発明の効果に加えて、通常、成層燃焼運転時で
も機関負荷が高い場合には、圧縮行程で燃焼室内に噴射
される燃料量が多く、吸気行程で生成される筒内流動だ
けでは良好な混合気形成が不十分となってしまうが、機
関負荷が増大するほど加圧エアの噴射期間が長くなるよ
うに制御されるため、機関負荷が高い運転時にあっても
混合気の成層化に適切な強い筒内流動が得られて安定し
た成層燃焼を行わせることができる。

【００２３】他方、機関負荷が低い場合には、圧縮行程
で燃焼室内に噴射される燃料量が少なく、吸気行程で生
成される筒内流動で良好な混合気形成が行われるが、こ
の機関負荷が低い場合には前述とは逆に加圧エアの噴射
期間が短くされるので、混合気の成層化を阻害しない適
切な筒内流動とすることができる。

【００２４】請求項５に記載の発明によれば、請求項２
〜４の発明の効果に加えて、成層燃焼運転時でも油水温
の低い場合、即ち、機関の冷機時には、圧縮行程で燃焼
室内へ燃料が噴射されてピストン冠面に液膜となって付
着する燃料の気化が困難となって、燃焼の不安定化およ
び未燃ＨＣ，スモークの発生やデポジットの堆積が問題
となるが、油水温が低いほど加圧エアの噴射期間が長く
なるように制御されるため、筒内流動が強化されて前記
付着分の燃料の気化を促進させることができて、成層燃
焼の安定化と排気性状の改善とを行わせることができ
る。

【００２５】他方、油水温が十分に高まって暖機完了状
態になると、前述とは逆に加圧エアの噴射期間が短くさ
れるので、混合気の成層化を阻害しない適切な筒内流動
とすることができる。

【００２６】請求項６に記載の発明によれば、請求項１
〜５の発明の効果に加えて、加圧エアの噴射終了時期が
燃料の噴射終了時期よりも後となるため、特に成層燃焼
運転時に燃料噴射弁のノズル孔内に残る燃料液膜を加圧
エアの噴射によって吹き飛ばして、該ノズル孔内および
出口付近を常にきれいに保つことができ、ノズル先端の
デポジット付着を回避して燃料の噴霧形状を安定化さ
せ、機関の安定性を向上することができる。

【００２７】請求項７に記載の発明によれば、請求項６
の発明の効果に加えて、成層燃焼運転時でも油水温が低
い機関の冷機時には、圧縮行程で燃焼室内へ燃料が噴射
されてピストン冠面に液膜となって付着する燃料の気化
が困難となって、燃焼の不安定化および未燃ＨＣ，スモ
ークの発生やデポジットの堆積が問題となるが、油水温
が低いほど燃料噴射終了時期から加圧エア噴射終了時期
までの期間が長くなるため、前記付着分の燃料の気化を
促進させることができて、成層燃焼の安定化と排気性状
の改善とを行わせることができる。

【００２８】他方、油水温が十分に高まって暖機完了状
態になると、前述とは逆に燃料噴射終了時期から加圧エ
ア噴射終了時期までの期間が短くされるので、混合気の
成層化を阻害しない適切な筒内流動とすることができ
る。

【００２９】請求項８に記載の発明によれば、請求項１
〜７の発明の効果に加えて、均質燃焼運転時に、圧縮行
程中には燃焼室内に加圧エアのみを噴射させるため、吸
気行程で生成された筒内流動を圧縮行程で加圧エアの噴
射により均質燃焼に最適な筒内流動強さになるように強
化調整することができて、安定した均質燃焼を行わせる
ことができる。

【００３０】請求項９に記載の発明によれば、請求項８
の発明の効果に加えて、均質燃焼運転時に、運転条件を
表す主要なパラメータである機関回転数，負荷，および
油水温の検出信号に基づいて、圧縮行程中に噴射される
加圧エアの噴射期間を運転条件に合わせて細かく適切に
可変制御することができて、より一層安定した均質燃焼
を行わせることができる。

【００３１】請求項１０に記載の発明によれば、請求項
９の発明の効果に加えて、通常、均質燃焼運転時でも機
関の負荷が高い場合には、吸気行程で燃焼室内に噴射さ
れる燃料量が多く、吸気行程で生成される筒内流動だけ
では良好な均質混合気の形成が不十分となってしまう
が、機関負荷が増大するほど加圧エアの噴射期間が長く
なるように制御されるため、機関負荷が高い運転時であ
っても混合気の均質化に適切な強い筒内流動が得られて
安定した均質燃焼を行わせるこができる。

【００３２】他方、機関負荷が低い場合には、吸気行程
で燃焼室内に噴射される燃料量が少なく、吸気行程で生
成される筒内流動で良好な均質混合気の形成が行われる
が、この機関負荷が低い場合には前述とは逆に加圧エア
の噴射期間が短くされるので、筒内流動が強くなりすぎ
て燃焼火炎が吹き消えるのを回避できる適切な筒内流動
とすることができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面と
共に詳細する。

【００３４】図１において、１はシリンダブロック、２
はピストン、３はシリンダヘッド、４はこれらシリンダ
ブロック１とピストン２およびシリンダヘッド３とで形
成された燃焼室を示す。

【００３５】シリンダヘッド３には吸気弁５により開閉
される吸気ポート６、および排気弁７により開閉される
排気ポート８を設けてあると共に、燃焼室４のほぼ中心
に臨む位置に点火プラグ９を配設してある。

【００３６】燃焼室４の周側部には吸気弁４の近傍位置
に、燃料を直接燃焼室４に噴射する燃料噴射弁１０を配
設してある。

【００３７】この燃料噴射弁１０として燃料と加圧エア
とを個別に噴射可能な２流体式の燃料噴射弁が用いられ
ており、制御装置としてのエンジンコントロールユニッ
ト１１の出力信号によって後述するように作動制御され
る。

【００３８】エンジンコントロールユニット１１には、
吸気ポート６に連なる吸気通路１２に設けたエアフロー
メータ１３により検出される空気量信号，エアフローメ
ータ１３の下流のスロットルバルブ１４に設けたスロッ
トルセンサにより検出される負荷信号，クランク角セン
サにより検出される回転数信号，温度センサにより検出
される油水温信号等が入力され（スロットルセンサ，ク
ランク角センサ，温度センサは何れも図示省略）、これ
ら各種センサの検出信号にもとづいて、エンジンコント
ロールユニット１１により点火プラグ９や燃料噴射弁１
０および図外の動弁装置等を総合的に作動制御するよう
にしてある。

【００３９】燃料噴射弁１０に加圧エアを供給する加圧
エア通路１５は前記吸気通路１２に連通し、該吸気通路
１２より取り入れた空気を加圧エア通路１５に設けたエ
アポンプ１６およびエアポンプ１６をバイパスするバイ
パス通路１７に設けた空気圧レギレータ１８によって加
圧および圧力調整して燃料噴射弁１０に供給する。

【００４０】後述するように機関の圧縮行程中に筒内圧
に逆らって燃焼室４に加圧エアを噴射するためには、燃
料噴射弁１０に供給される加圧エアは１ＭＰａ以上の空
気圧に調整される。

【００４１】ここで、前記加圧エア通路１５は吸気通路
１２のエアフローメータ１３とスロットルバルブ１４と
の間に連通し、吸気ポート６から供給される空気量と燃
料噴射弁１０より噴射される空気量との合計をエアフロ
ーメータ１３で検出して空燃比制御を適正に行えるよう
にしてある。

【００４２】前記吸気ポート６は吸気行程で燃焼室４に
吸入された空気流に所要の旋回流、例えば順タンブル流
を形成し得るように所定の傾き角度に設定してある一
方、燃料噴射弁１０は前記吸気行程で生成される筒内流
動の流れとほぼ同じ向きに加圧エアを噴射し得る取付角
度に設定してある。

【００４３】成層燃焼運転時には機関の圧縮行程中に燃
料噴射弁１０から、吸気行程で生成された筒内流動に向
けて燃料を直接燃焼室４に噴射することによって混合気
を成層化し、点火プラグ９により火花着火して成層燃焼
を行わせる一方、均質燃焼運転時には機関の吸気行程中
に燃料噴射弁１０より燃料を直接燃焼室４に噴射するこ
とにより混合気を均質化させ、点火プラグ９により火花
着火して均質燃焼を行わせる。

【００４４】エンジンコントロールユニット１１には加
圧エア噴射期間可変手段１１Ａと、加圧エア噴射時期可
変手段１１Ｂとがソフトウエア的に構成されていて、燃
料噴射弁１０から加圧エアが例えば燃料噴射と同時又は
若干遅れて噴射される他、成層燃焼運転時および均質燃
焼運転時に、それぞれの運転条件に応じて加圧エアの噴
射パルス信号を変化させて噴射時期と噴射期間とが可変
制御される。

【００４５】前述の機関運転条件を示す信号としては、
運転条件を表す主要なパラメータである機関の回転数，
負荷，および油水温の各検出信号が用いられ、これらの
各検出信号に基づいて加圧エアの噴射時期と噴射期間と
を、運転条件に合わせて細かく可変制御して適切な筒内
流動を形成できるようにして、成層燃焼および均質燃焼
をそれぞれの運転条件に応じて安定して行わせるように
している。

【００４６】これを具体的に説明すると、前記エンジン
コントロールユニット１１の加圧エア噴射期間可変手段
１１Ａおよび加圧エア噴射時期可変手段１１Ｂには、例
えば図２に示す成層燃焼運転時における加圧エア噴射の
制御マップと、図３に示す均質燃焼運転時における加圧
エア噴射の制御マップがメモリされている。

【００４７】成層燃焼運転と均質燃焼運転の判断として
は、一般的に機関の高回転，高負荷域は均質燃焼運転で
ないと成立しないことから、図２，３の各マップに示さ
れるように機関の回転数−負荷により成層燃焼運転領域
と均質燃焼運転領域とを区分けしている。

【００４８】図２に示すマップにおいて、成層燃焼運転
領域では機関回転数が低くなるほど前記加圧エアの噴射
開始から噴射終了までの噴射期間が長くなり、また、負
荷が増大するほど加圧エアの前記噴射期間が長くなるよ
うに設定してある。

【００４９】図３に示すマップにおいて、均質燃焼運転
領域では機関負荷が増大するほど前記加圧エアの噴射開
始から噴射終了までの噴射期間が長くなるように設定し
てある。

【００５０】これら成層燃焼運転時および均質燃焼運転
時における加圧エア噴射期間は、油水温の変化に応じて
前記各マップで示された回転数−負荷により求められた
基本噴射期間（パルス幅）と所定の油水温補正係数との
積により補正計算されて、図４に示すように油水温が低
いほど噴射期間が長くなるようにしてある。

【００５１】一方、成層燃焼運転時および均質燃焼運転
時における加圧エアの噴射時期はエンジンコントロール
ユニット１１の加圧エア噴射時期可変手段１１Ｂによっ
て前記図２および図３のマップに基づいて制御される
が、均質燃焼運転時には、圧縮行程中にも燃焼室４内に
加圧エアのみを噴射させるようにしてある。

【００５２】また、加圧エアの噴射終了時期は燃料の噴
射終了時期よりも後に設定されるが、油水温の変化に応
じて例えば図５に示すように機関の油水温が低いほど燃
料噴射終了時期から加圧エア噴射終了時期までの期間が
長くなるようにしてある。この図５では成層燃焼運転時
における油水温変化に対する加圧エア噴射終了期の変化
状態を示しているが、均質燃焼運転時においても同様の
制御が行われるようにしてもよい。

【００５３】図６は前述したエンジンコントロールユニ
ット１１による加圧エアの噴射制御動作を示すフローチ
ャートである。

【００５４】図６において、ステップＳ１で機関の回転
数信号，負荷信号，油水温信号，および空気量信号を読
み込み、これら各種の入力信号に基づいてステップＳ２
で成層燃焼運転条件か均質燃焼運転条件かを判断する。

【００５５】ステップＳ２で成層燃焼運転条件と判定さ
れると、ステップＳ３へ進んで圧縮行程中に燃料噴射を
行う成層燃焼運転モードで運転される。この成層燃焼運
転モードでは次のステップＳ４で前記回転数信号，負荷
信号，および油水温信号に基づいて図２に示したマップ
および油水温による加圧エア噴射期間の補正計算（図４
参照）により加圧エアの噴射期間が設定されると同時
に、ステップＳ５で前記回転数信号，負荷信号，および
油水温信号に基づいて図２に示したマップおよび油水温
による加圧エア噴射終了時期の補正計算（図５参照）に
より加圧エアの噴射時期が設定され、圧縮行程中に燃料
噴射弁１０より燃料と共に、その時の運転条件に最適な
噴射期間と噴射時期で加圧エアが燃焼室４内に噴射され
る。

【００５６】ステップＳ２で運転状態が成層燃焼運転条
件下になく均質燃焼運転条件と判定されると、ステップ
Ｓ６へ進んで吸気行程中に燃料噴射を行う均質燃焼運転
モードで運転される。

【００５７】この均質燃焼運転モードでは次のステップ
Ｓ７で前記回転数信号，負荷信号，および油水温信号に
基づいて図３に示したマップおよび油水温による加圧エ
ア噴射期間の補正計算（図４参照）により加圧エアの噴
射期間が設定されると同時に、ステップＳ８で前記回転
数信号，負荷信号，および油水温信号に基づいて図３に
示したマップおよび油水温による加圧エア噴射終了時期
の補正計算（図５とほぼ同様）により加圧エアの噴射時
期が設定され、吸気行程中に燃料噴射弁１０より燃料と
共にその時の運転条件に最適な噴射期間と噴射時期で加
圧エアが燃焼室４内に噴射され、かつ、圧縮行程中にも
該燃料噴射弁１０より再び加圧エアのみが燃焼室４内に
噴射される。

【００５８】図７は成層燃焼運転時に機関の回転数に応
じて（但し、負荷は一定とする）、機関回転数が低くな
るほど加圧エアの噴射期間が長くなるように制御される
場合における筒内流動の挙動を模式的に示している。

【００５９】吸気量および吸気流速は機関回転数にほぼ
比例するため、低回転時には同図の（イ）に示すように
吸気行程で生成される筒内流動は弱く、圧縮行程で噴射
される燃料との混合および混合気の点火プラグ９周りへ
の輸送性が不十分になり易い傾向にある。

【００６０】しかしながら、燃料噴射が行われる圧縮行
程で加圧エアが噴射されることにより筒内流動が加勢さ
れ、しかも、該加圧エアの噴射期間が長くされることに
よって最終的には混合気の成層化と輸送性に適切な強い
筒内流動を形成できて安定した成層燃焼を行わせること
ができる。

【００６１】同図の（ロ），（ハ）に示すように機関回
転数が高回転に移行すると、吸気行程で生成される筒内
流動は高まるが、圧縮行程で噴射される加圧エアの噴射
期間は短くされるため、混合気の成層化を阻害しない適
切な筒内流動とすることができ、結果的には全ての回転
数域において、混合気の成層化および点火プラグ９周り
への混合気の輸送性に十分かつ適切な流動を与えること
ができて成層燃焼を安定化させることができる。

【００６２】図８は成層燃焼運転時に機関の負荷に応じ
て、機関負荷が増大するほど加圧エアの噴射期間が長く
なるように制御される場合（但し、回転数は一定とす
る）における筒内流動および混合気形成の挙動を模式的
に示している。

【００６３】燃料噴射量は機関負荷にほぼ比例するた
め、低負荷時には同図の（イ）に示すように圧縮行程中
に燃焼室４内に噴射される燃料量が少なく、吸気行程で
生成される筒内流動で良好な混合気形成が行われ、従っ
て、筒内流動の強化はさほど必要ではないが、この低負
荷時には加圧エアの噴射期間は短く、従って、混合気の
成層化を阻害しない程度に筒内流動を調節できる。

【００６４】同図の（ロ），（ハ）に示すように機関が
高負荷に移行すると、圧縮行程で燃焼室４内に噴射され
る燃料量が多くなり、吸気行程で生成される筒内流動だ
けでは良好な混合気形成が不十分となり易い傾向とな
る。

【００６５】しかしながら、機関負荷が増大するほど前
記加圧エアの噴射期間が長くされることにより筒内流動
がより強化されるため、機関負荷が高い運転時にも混合
気の成層化に適切な筒内流動にして安定した成層燃焼を
行わせることができる。

【００６６】図９は成層燃焼運転時に油水温に応じて、
油水温が低いほど加圧エアの噴射期間が長くなるように
制御される場合における筒内流動の挙動を模式的に示し
ている。

【００６７】成層燃焼運転時でも油水温が低く機関が暖
機未完了状態にある時は、同図の（イ）に示すように圧
縮行程で燃焼室４内へ燃料が噴射されてピストン２の冠
面に付着すると、燃料の気化が困難で該ピストン冠面に
液膜状に付着し、燃焼の不安定化および未燃ＨＣ，スモ
ークの発生やデポジットの堆積が問題となるが、油水温
が低いほど圧縮行程で噴射される加圧エアの噴射期間が
長くされるため、筒内流動が強化されて前記ピストン冠
面に付着した燃料Ｆの気化を促進させて、成層燃焼の安
定化と排気性状の改善とを行わせることができる。

【００６８】同図の（ロ），（ハ）に示すように油水温
が上昇して暖機完了状態になるにつれて、ピストン冠面
に付着する燃料Ｆの気化が良好に行われるようになる
が、この場合前述とは逆に加圧エアの噴射期間が短くさ
れるため、混合気の成層化を阻害しない程度に筒内流動
を調節できる。

【００６９】ここで、前述の各成層燃焼運転状態にあっ
ても、圧縮行程で燃料と共に噴射される加圧エアの噴射
終了時期が、燃料の噴射時期よりも後に設定されている
ため、燃料噴射弁１０のノズル孔内の残留燃料除去対策
を行うことができる。

【００７０】これを、図１０によって説明すると、同図
の（イ）に示すように圧縮行程で燃料の噴射終了時期と
加圧エアの噴射終了時期とがほぼ同時であった場合、燃
料噴射弁１０のノズル孔１０ａから燃料と加圧エアとが
噴射された後に、該ノズル孔１０ａ内には燃料Ｆが液膜
状に付着残留し、これがノズル孔１０ａの出口で次第に
炭化してデポジットが発生する傾向となる。

【００７１】ところが同図の（ロ）に示すように圧縮行
程で噴射される加圧エアの噴射終了時期が、燃料の噴射
終了時期よりも後に設定されているため、燃料噴射弁１
０のノズル孔１０ａから燃料と加圧エアとが噴射され、
燃料噴射が停止されてノズル孔１０ａ内に燃料が液膜状
に付着しても、この付着残留燃料は噴射が継続される加
圧エアによってノズル孔１０ａ外へ吹き飛ばされ、ノズ
ル孔１０ａの内面および出口付近を常にきれいに保つこ
とができる。

【００７２】この結果、ノズル先端のデポジット付着を
回避して燃料の噴霧形状を安定化させ、機関の安定性を
向上することができる。

【００７３】この加圧エアの噴射終了時期は油水温に応
じて制御されるため、成層燃焼の安定化と排気性状の改
善とをより効果的に行わせることができる。

【００７４】図１１は成層燃焼運転時に、油水温が低い
ほど燃料噴射終了時期から加圧エア噴射終了時期までの
期間が長くなるように制御される場合における筒内流動
の挙動を模式的に示している。

【００７５】油水温が低く機関が暖機未完了状態にある
時は前述したように圧縮行程で噴射されてピストン冠面
に付着した燃料の気化が不十分となって、燃焼の不安定
化および排気性状の悪化を誘発してしまうが、このよう
な油水温が低い状態時では図１１の（イ）に示すように
燃料噴射終了時期から加圧エア噴射終了時期までの期間
が長くなるため、ピストン２の冠面に液膜状に付着した
燃料Ｆの気化を促進させることができて、成層燃焼の安
定化と排気性状の改善とを行わせることができる。

【００７６】他方、同図の（ロ），（ハ）に示すように
油水温が上昇して暖機完了状態になるにつれて、ピスト
ン冠面に付着する燃料Ｆの気化が良好に行われるように
なるが、この場合、前述とは逆に燃料噴射終了時期から
加圧エア噴射終了時期までの期間が短くされるため、混
合気の成層化を阻害しない程度に筒内流動を調節でき
る。

【００７７】図１２は均質燃焼運転時における加圧エア
噴射制御による筒内流動の挙動を示している。

【００７８】均質燃焼運転は吸気行程中に燃料噴射を行
って混合気を均質化させるが、同図に示すように吸気行
程で燃料が噴射されると、これとほぼ同時に加圧エアも
噴射され、吸気ポート構造および加圧エア噴射により吸
気行程で生成される筒内流動で混合気の微粒化と、攪拌
による気化促進が行われる。

【００７９】圧縮行程に移行すると該圧縮行程中にも加
圧エアのみが噴射されるため、前記吸気行程で生成され
た筒内流動をこの圧縮行程中に噴射された加圧エアによ
り強化して、均質燃焼に最適な流動強さに調整（補正）
でき、従って、安定した均質燃焼を行わせることができ
る。

【００８０】この均質燃焼運転時にあっても、前記成層
燃焼運転時と同様に加圧エアの噴射制御は機関運転の主
要パラメータである機関回転数，負荷，および油水温に
応じて適切に制御される。

【００８１】図１３は一例として機関負荷に応じて、負
荷が増大するほど加圧エア噴射期間が長くなるように制
御される場合（但し、回転数は一定とする）の筒内流動
の挙動を模式的に示している。

【００８２】前述したように燃料噴射量は機関負荷にほ
ぼ比例するため、低負荷時には同図の（イ）に示すよう
に吸気行程中に燃焼室４内に噴射される燃料量が少な
く、吸気行程で生成される筒内流動で良好な均質混合気
の形成が行われ、従って、筒内流動の強化はさほど必要
ではないが、この機関負荷が低い場合には圧縮機行程で
噴射される加圧エアの噴射期間が短くされる。

【００８３】この結果、筒内流動が強くなりすぎて燃焼
火炎が吹き消えるのを回避できる程度に、適切な強さの
筒内流動とすることができる。

【００８４】同図の（ロ），（ハ）に示すように機関が
高負荷に移行すると、吸気行程で燃焼室４内に噴射され
る燃料量が多くなり、吸気行程で生成される筒内流動だ
けでは良好な均質混合気の形成が不十分となってしまう
が、機関負荷が増大するほど圧縮行程で噴射される加圧
エアの噴射期間が長くされる。

【００８５】この結果、機関負荷が高い運転時であって
も混合気の均質化に適切な強い筒内流動が得られて安定
した均質燃焼を行わせることができる。

【００８６】なお、この均質燃焼運転時には前述のよう
に吸気行程での燃料噴射後、圧縮行程では加圧エアのみ
が噴射されるため、吸気行程での加圧エア噴射の終了時
期を燃料噴射終了時期よりも後に設定しなくても、該圧
縮行程で加圧エアの噴射によりノズル孔内の残留燃料の
除去を行うことができるが、場合によって吸気行程にお
ける加圧エア噴射終了時期を燃料噴射終了時期よりも後
に設定して、ノズル孔内の残留燃料除去対策を徹底する
ようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す系統図。

【図２】成層燃焼運転時の加圧エア制御マップ図。

【図３】均質燃焼運転時の加圧エア制御マップ図。

【図４】油水温による加圧エア噴射補正期間のマップ
図。

【図５】成層燃焼運転時の油水温による加圧エア噴射終
了時期の制御マップ図。

【図６】制御装置の制御動作フローチャート。

【図７】成層燃焼運転時の回転数変化に伴う筒内流動の
挙動を示す模式図。

【図８】成層燃焼運転時の負荷変化に伴う筒内流動の挙
動を示す模式図。

【図９】成層燃焼運転時の油水温変化に伴う筒内流動の
挙動を示す模式図。

【図１０】成層燃焼運転時の加圧エア噴射によるノズル
清掃状況を示す説明図。

【図１１】成層燃焼運転時の油水温変化に伴う加圧エア
噴射終了時期制御による筒内流動の挙動を示す模式図。

【図１２】均質燃焼運転時の加圧エア噴射制御による筒
内流動の挙動を示す模式図。

【図１３】均質燃焼運転時の負荷変化に伴う筒内流動の
挙動を示す模式図。

【符号の説明】

４ 燃焼室 ９ 点火プラグ １０ 燃料噴射弁 １０ａ ノズル孔 １１ 制御装置 １１Ａ 噴射時期可変手段 １１Ｂ 噴射期間可変手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２５ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２５Ａ Ｆ０２Ｍ 51/00 Ｆ０２Ｍ 51/00 Ａ (72)発明者 荒井 孝之 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G023 AA02 AA04 AA18 AB03 AC05 AD03 AD09 AG01 3G066 AA02 AA05 AB02 AD12 BA02 BA16 BA17 BA23 BA32 CC46 CC48 CD28 DB08 DB09 DC01 DC04 DC05 DC09 DC11 DC14 3G092 AA01 AA06 AA09 AA10 BA06 DC06 DC07 DE03S EA01 FA01 FA15 HA01Z HA06Z HA10X HA11Z HE01Z HE08Z 3G301 HA01 HA04 HA16 JA01 JA02 JA21 LA00 LB04 MA11 MA18 PA01Z PA11Z PE01Z PE03Z PE08Z

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁
   と、点火プラグとを備え、低負荷域で圧縮行程中に燃料
   を噴射させて成層燃焼を行わせると共に、高負荷域で吸
   気行程中に燃料を噴射させて均質燃焼を行わせるように
   した筒内噴射式火花点火機関において、前記燃料噴射弁
   として燃料と加圧エアとを噴射可能な２流体式の燃料噴
   射弁を用いると共に、成層燃焼運転時および均質燃焼運
   転時に、機関の運転条件に応じて該燃料噴射弁の加圧エ
   アの噴射時期および噴射期間を可変制御する噴射時期・
   期間可変手段を設けたことを特徴とする筒内噴射式火花
   点火機関。
2. 【請求項２】 噴射時期・期間可変手段が、成層燃焼運
   転時に、機関回転数，負荷，および油水温に応じて、加
   圧エアの噴射時期と噴射期間とを変化させるものである
   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
   機関。
3. 【請求項３】 噴射時期・期間可変手段が、成層燃焼運
   転時に、機関回転数が低くなるほど加圧エアの噴射期間
   を長くするものであ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機関。
4. 【請求項４】 噴射時期・期間可変手段が、成層燃焼運
   転時に、機関負荷が増大するほど加圧エアの噴射期間を
   長くするものであることを特徴とする請求項２，３に記
   載の筒内噴射式火花点火機関。
5. 【請求項５】 噴射時期・期間可変手段が、成層燃焼運
   転時に、油水温が低いほど加圧エアの噴射期間を長くす
   るものであることを特徴とする請求項２〜４の何れかに
   記載の筒内噴射式火花点火機関。
6. 【請求項６】 噴射時期・期間可変手段は、その加圧エ
   ア噴射終了時期が燃料噴射終了時期よりも後に設定され
   ていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の
   筒内噴射式火花点火機関。
7. 【請求項７】 噴射時期・期間可変手段は、成層燃焼運
   転時に、油水温が低いほど燃料噴射終了時期から加圧エ
   ア噴射終了時期までの期間を長くするものであることを
   特徴とする請求項６に記載の筒内噴射式火花点火機関。
8. 【請求項８】 噴射時期・期間可変手段が、均質燃焼運
   転時に、圧縮行程中には燃焼室内に加圧エアのみを噴射
   させるものであることを特徴とする請求項１〜７の何れ
   かに記載の筒内噴射式火花点火機関。
9. 【請求項９】 噴射時期・期間可変手段が、均質燃焼運
   転時に、機関回転数，負荷，および油水温に応じて、圧
   縮行程中の燃焼室内への加圧エア噴射期間を変化させる
   ものであることを特徴とする請求項８に記載の筒内噴射
   式火花点火機関。
10. 【請求項１０】 噴射時期・期間可変手段が、均質燃焼
    運転時に、機関負荷が増大するほど加圧エア噴射期間を
    長くするものであることを特徴とする請求項９に記載の
    筒内噴射式火花点火機関。