JP2005220768A - 筒内直噴エンジンの燃焼方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 安定した成層燃焼を行うことが可能な筒内直噴エンジンの燃焼方法を提供する。
【解決手段】 燃料の噴射圧力を高めて燃料の微粒化を向上させた燃料噴射弁5を用いる。そして、その燃料噴射弁5の噴霧のぺネトレーションが高いことを利用して、燃料をピストン2に設けたキャビティ21に向けて噴射し、燃料噴霧17の貫通力でその燃料噴霧17をキャビティ21内で反射させ、混合気全体を点火プラグ6近くに輸送する。また、スワール流16を発生させて燃料噴霧17を閉じ込め拡散を防止する。キャビティ21内には、キャビティ中央突起26を設ける。ピストン外周28をスワール流16の流動通路とする。
【選択図】 図1
【解決手段】 燃料の噴射圧力を高めて燃料の微粒化を向上させた燃料噴射弁5を用いる。そして、その燃料噴射弁5の噴霧のぺネトレーションが高いことを利用して、燃料をピストン2に設けたキャビティ21に向けて噴射し、燃料噴霧17の貫通力でその燃料噴霧17をキャビティ21内で反射させ、混合気全体を点火プラグ6近くに輸送する。また、スワール流16を発生させて燃料噴霧17を閉じ込め拡散を防止する。キャビティ21内には、キャビティ中央突起26を設ける。ピストン外周28をスワール流16の流動通路とする。
【選択図】 図1
Description
本発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直噴エンジンの燃焼方法に関する。
従来のセンター噴射筒内直噴エンジンは、例えば下記特許文献1に開示されるような技術が知られている。それによると、燃料を燃焼室略中央からピストンに向けて噴射し、スワール流とピストン表面形状とにより、ピストン全体に分布した燃料を点火プラグ周りに集めるようにして成層燃焼を行っている。
特開平9−280054号公報
ところで、上記従来技術にあっては、噴霧をピストン全面(頂面全体)、すなわち燃焼室の広い範囲に噴射するため、均質混合気を作る場合には良好であるが、燃料噴射圧の高い噴射弁(燃料の微粒化の良い噴射弁)で成層混合気を作る場合には不向きであった。すなわち、上記従来技術にあっては、ピストンに付着した燃料がスワール流とピストン頂面構造とでピストン中央に集められることから、ピストンに付着した燃料は成層化がなされるものの、燃料噴射時に気化した噴霧は、燃焼室全体に拡散して成層化されることはなく、成層の度合いが落ちてしまうという問題点を有していた。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされるもので、安定した成層燃焼を行うことが可能な筒内直噴エンジンの燃焼方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するためなされた請求項1記載の本発明の筒内直噴エンジンの燃焼方法は、ピストン頂面の略中央に設けたキャビティに向けて、燃焼室の略中央に設置した燃料噴射弁から燃料を噴射し、前記燃料噴射弁の噴霧の貫通力で該噴霧を前記キャビティで反射させ、該反射させた噴霧を前記燃料噴射弁近傍に設置した点火プラグに輸送して成層燃焼を行うことを特徴としている。
上記課題を解決するためなされた請求項2記載の本発明の筒内直噴エンジンの燃焼方法は、ピストン頂面の略中央に設けたキャビティに向けて、燃焼室の略中央に設置した点火プラグ近傍の燃料噴射弁から燃料を噴射し、前記燃料噴射弁の噴霧の貫通力で該噴霧を前記キャビティで反射させ、該反射させた噴霧を前記点火プラグに輸送して成層燃焼を行うことを特徴としている。
請求項3記載の本発明の筒内直噴エンジンの燃焼方法は、請求項1又は請求項2に記載の筒内直噴エンジンの燃焼方法において、2つ有る吸気通路の一方を閉じ且つ他方から新気を導入して前記燃焼室内にスワール流を生成し、該スワール流で前記噴霧を前記燃焼室中心に閉じ込めることを特徴としている。
請求項4記載の本発明の筒内直噴エンジンの燃焼方法は、請求項1又は請求項2に記載の筒内直噴エンジンの燃焼方法において、2つ有る吸気通路の一方を閉じ且つ他方から新気を導入して前記燃焼室内にスワール流を生成するとともに、前記閉じた吸気通路の前記燃焼室側となる下流にエンジンの排気を導入してEGRを行うことを特徴としている。
請求項5記載の本発明の筒内直噴エンジンの燃焼方法は、請求項1又は請求項2に記載の筒内直噴エンジンの燃焼方法において、前記キャビティの底部中央に突起を設けるとともに、該突起と前記噴霧の中心とを同軸とし、その上で前記噴霧の反射を行うことを特徴としている。
請求項6記載の本発明の筒内直噴エンジンの燃焼方法は、請求項1又は請求項2に記載の筒内直噴エンジンの燃焼方法において、前記キャビティの底部を平面にし、その上で前記噴霧の反射を行うことを特徴としている。
請求項7記載の本発明の筒内直噴エンジンの燃焼方法は、請求項3又は請求項4に記載の筒内直噴エンジンの燃焼方法において、前記キャビティの外側となる外縁部を前記ピストン頂面よりも高い位置に設けて前記スワール流の通路とすることを特徴としている。
請求項8記載の本発明の筒内直噴エンジンの燃焼方法は、請求項7に記載の筒内直噴エンジンの燃焼方法において、前記キャビティの底部を前記ピストン頂面と同じ高さにすることを特徴としている。
本発明によれば、燃料の噴射圧力を高めて燃料の微粒化を向上させた燃料噴射弁を用いる。そして、その燃料噴射弁の噴霧のぺネトレーションが高いことを利用して、燃料をピストンに設けたキャビティに向けて噴射し、噴霧の貫通力でその噴霧をキャビティ内で反射させ、混合気全体を点火プラグ近くに輸送する。また、スワール流を発生させて噴霧を閉じ込め拡散を防止する。本発明は成層度合いを高めた燃焼方法である。
本発明によれば、混合気の拡散を防止することができる。従って、負荷や回転数の広い範囲で成層燃焼を安定させることができるという効果を奏する。また、燃費を向上させることができるという効果を奏する。さらに、排気を浄化することができるという効果を奏する。
以下、図面を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施の形態を示す基本構成図である。
図1において、シリンダ1には、ピストン2、吸気弁3a、排気弁4aが設けられる。吸気は、AFM(空気流量計)20から絞り弁19に入り、分岐部であるコレクタ15より吸気通路10a、吸気弁3aを介してシリンダ1に供給される。燃料は、燃焼室8の略中央に設置された燃料噴射弁5より、シリンダ1の燃焼室8に供給される。また、燃料は、点火コイル7と燃料噴射弁5の近傍に設置された点火プラグ6とにより点火される。燃料噴射弁5は、燃料の噴射圧力を高めて燃料の微粒化を向上させたものが用いられる。
シリンダ1の排気は、排気弁4aから排気通路11aを介し、排気管24下流の排気触媒12で浄化されて排出される。ECU(エンジン制御装置)9には、エンジンのクランク角度信号θやエンジンの回転速度Ne、AFM20の空気量信号、排気の酸素濃度を検出する酸素センサ13の信号等が入力される。また、ECU9からは、燃料噴射信号や点火信号、EGR弁14へのEGR信号、スワールコントロール弁制御装置25の制御信号等が出力される。
図1は、成層混合気運転の圧縮行程後半を示したものである。図1中において、ピストン2は上昇を続けているものとする。吸気弁3a、排気弁4aは閉じており、吸気はピストン2により圧縮される。
このような状態で、燃料が燃料噴射弁5より噴射されると、燃焼室8内には、燃料噴霧17が形成される。噴射された燃料、すなわち燃料噴霧17は、ピストン2の略中央付近の頂面に形成された凹状のキャビティ21に吹き込まれ、そこで方向の反転がなされる。そして、方向が反転した燃料噴霧17は上昇し、点火プラグ6付近に混合気を形成した後に点火される。尚、上記方向の反転は、燃料噴霧17の貫通力で行われる。キャビティ21は、燃料噴霧17を反射させることが可能な形状に形成される。上記構成及び形状により、混合気全体が点火プラグ6の近傍に輸送される。
図1及び図2において、シリンダ1には、吸気通路10aと吸気通路10bとが設けられる。吸気通路10aには、図2に示されるようなスワールコントロール弁23が設けられておらず、スワールコントロール弁シャフト22が貫通する。スワールコントロール弁シャフト22は、各吸気通路10a、10bを貫通する。一方、吸気通路10bには、スワールコントロール弁23が設けられ、吸気の流入が防止される。
吸気通路10aには、上述の如く、スワールコントロール弁23がないことから、吸気は吸気弁3aからのみ燃焼室8に流れ込む。そのため、燃焼室8内には、スワール流16が生成される。そのスワール流16は、吸気行程で生成されるが、横方向の空気流であるため、圧縮行程後半になっても消滅せず、噴射された燃料噴霧17がキャビティ21で反射されて点火プラグ6の方向に輸送される際に、燃焼室8内への拡散が防止される。
ピストン2の頂面であってキャビティ21の外側には、平らなピストン外周28が形成される。そのピストン外周28は、スワール流16の流動通路となり、スワール流16の減衰が防止される。キャビティ21の外縁には、環状の傾斜面となる外縁部33が形成される。スワール流16の中心軸は、外縁部33により形成される。外縁部33により、スワール流16の減衰が防止される。
図2には、各二つあるうちの吸気通路10b、排気通路11bが示される。また、吸気弁3b、排気弁4bも示される。尚、燃料噴射弁5や点火プラグ6等は図1と同じものである。吸気通路10bには、EGR通路18が形成される。また、上述のようにスワールコントロール弁23が設けられる。図2において、スワールコントロール弁23は閉じられている。
本発明に係るキャビティ21は、噴射された燃料噴霧17の方向を反転させるのが主な目的であり、燃料噴霧17が外周に拡散するのはスワール流16で防止される。従って、キャビティ21の深さは、浅くても良いものとする。キャビティ21の中心には、キャビティ中央突起26が設けられる。そのキャビティ中央突起26は、燃料噴霧17を均等に反射させる役割を有する。キャビティ中央突起26は、例えば図示のような略円錐形状に形成される。燃料噴霧17の中心とキャビティ中央突起26は、同一線上であることが望ましいものとする。
図3には運転領域のエンジン回転数と負荷の領域が示される。成層混合気領域は、比較的負荷とエンジン回転数が少ない領域である。均質混合気領域は、負荷が大きく、エンジン回転数が大きい領域である。
図4には本発明の他の実施例が示される。本図は図1、図2に対して角度を90度替えて示される。そのため、ピストンピン27が図中の横方向に示される。本例では、点火プラグ6が燃焼室8の略中央に配置される。すなわち、点火プラグ6の位置が燃焼室中心30と合っている。そのため、燃料噴射弁5は、燃焼室中心30よりずれている。しかし、燃料噴霧17は、キャビティ21の中心に向けて噴射されるため、燃料噴射弁5は傾斜して取付けられる。燃料噴霧17は、傾斜した状態に噴射されるため、本例では、キャビティ中央突起26を傾斜させて、燃料噴霧17の方向に合わせて設けている。尚、キャビティ中央突起26を傾斜させるのがコスト高となる場合には、垂直でもよいものとする。
図5には図4の構成でキャビティ中央突起26をなくした例が示される。燃料噴霧17は、キャビティ21に対して傾斜して流入するため、キャビティ21で反射した燃料噴霧17は、点火プラグ6側に多くなり好都合となる。
図6には本発明の他の実施例が示される。本実施例では、キャビティ21のキャビティ中心31を図7に示される中心線BとCとの交点に合わせたものである。図7の中心線Aはピストン2の中心を示している。図6において、燃料噴霧17の噴霧中心軸32は、キャビティ21の中心と底部で交叉するのが最適である。このように燃料噴霧17が傾斜して噴射されると、燃料噴霧17はほぼ全部点火プラグ6の方向に反射され、混合気の成層の面から有利になる。また、キャビティ21の入射側の傾斜を緩やかにし、反射側を逆に急にすれば、燃料噴霧17の拡散が防止され、点火プラグ6近傍での成層混合気の確保が有利になる。
図8にはキャビティ21の底部34がピストン外周28と同程度の高さに形成された例が示される。このようにすると、キャビティ21の外縁部33を確保した状態でキャビティ21の深さを浅くすることが可能になる。尚、キャビティ21は、燃料噴霧17の方向を点火プラグ6の方向に反転させるための部分であるが、あまり深くなると、燃料噴霧17の拡散を防止することができる反面、キャビティ21内の混合気が濃くなりすぎ、SOOT(すす)の発生が多くなる恐れがある。
図9には、EGR流29の燃焼室8内の動きが示される。図9において、スワールコントロール弁23が閉じると、吸気は吸気通路10aから吸気弁3aを通り燃焼室8内に流れるため、スワール流16が発生する。一方、EGR流29は、スワールコントロール弁23の下流で吸気通路10bに入り、吸気弁3bから燃焼室8内に流入する。燃焼室8内において、スワール流16を生成する吸気の量は、EGR流29よりも多くなるので、スワール流16に引き込まれる形で、EGR流29がスワール流16の外側を流れる。そのため、混合気が集まるスワール流16の中心部には、EGRがあまり供給されない状態になる。従って、燃焼性能に影響を来すことなく大量のEGRを供給することができる。
図10には本発明の他の実施例が示される。図10において、キャビティ21は、ピストン外周28よりもその位置が低く形成される。図10の例では、ピストン2の形状が比較的単純になり、燃焼時の熱のピストン2への流失が少なくなり、燃焼効率が高くなる。従って、燃費が向上する。
その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。
1…シリンダ
2…ピストン
3a、3b…吸気弁
4a、4b…排気弁
5…燃料噴射弁
6…点火プラグ
7…点火コイル
8…燃焼室
9…ECU
10a、10b…吸気通路
11a、11b…排気通路
12…排気触媒
13…酸素センサ
14…EGR弁
15…コレクタ
16…スワール流
17…燃料噴霧
18…EGR通路
19…絞り弁
20…AFM
21…キャビティ
22…スワールコントロール弁シャフト
23…スワールコントロール弁
24…排気管
25…スワールコントロール弁制御装置
26…キャビティ中央突起
27…ピストンピン
28…ピストン外周
29…EGR流
30…燃焼室中心
31…キャビティ中心
32…噴霧中心軸
33…外縁部
34…底部
2…ピストン
3a、3b…吸気弁
4a、4b…排気弁
5…燃料噴射弁
6…点火プラグ
7…点火コイル
8…燃焼室
9…ECU
10a、10b…吸気通路
11a、11b…排気通路
12…排気触媒
13…酸素センサ
14…EGR弁
15…コレクタ
16…スワール流
17…燃料噴霧
18…EGR通路
19…絞り弁
20…AFM
21…キャビティ
22…スワールコントロール弁シャフト
23…スワールコントロール弁
24…排気管
25…スワールコントロール弁制御装置
26…キャビティ中央突起
27…ピストンピン
28…ピストン外周
29…EGR流
30…燃焼室中心
31…キャビティ中心
32…噴霧中心軸
33…外縁部
34…底部
Claims (8)
- ピストン頂面の略中央に設けたキャビティに向けて、燃焼室の略中央に設置した燃料噴射弁から燃料を噴射し、前記燃料噴射弁の噴霧の貫通力で該噴霧を前記キャビティで反射させ、該反射させた噴霧を前記燃料噴射弁近傍に設置した点火プラグに輸送して成層燃焼を行う
ことを特徴とする筒内直噴エンジンの燃焼方法。 - ピストン頂面の略中央に設けたキャビティに向けて、燃焼室の略中央に設置した点火プラグ近傍の燃料噴射弁から燃料を噴射し、前記燃料噴射弁の噴霧の貫通力で該噴霧を前記キャビティで反射させ、該反射させた噴霧を前記点火プラグに輸送して成層燃焼を行う
ことを特徴とする筒内直噴エンジンの燃焼方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の筒内直噴エンジンの燃焼方法において、
2つ有る吸気通路の一方を閉じ且つ他方から新気を導入して前記燃焼室内にスワール流を生成し、該スワール流で前記噴霧を前記燃焼室中心に閉じ込める
ことを特徴とする筒内直噴エンジンの燃焼方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の筒内直噴エンジンの燃焼方法において、
2つ有る吸気通路の一方を閉じ且つ他方から新気を導入して前記燃焼室内にスワール流を生成するとともに、前記閉じた吸気通路の前記燃焼室側となる下流にエンジンの排気を導入してEGRを行う
ことを特徴とする筒内直噴エンジンの燃焼方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の筒内直噴エンジンの燃焼方法において、
前記キャビティの底部中央に突起を設けるとともに、該突起と前記噴霧の中心とを同軸とし、その上で前記噴霧の反射を行う
ことを特徴とする筒内直噴エンジンの燃焼方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の筒内直噴エンジンの燃焼方法において、
前記キャビティの底部を平面にし、その上で前記噴霧の反射を行う
ことを特徴とする筒内直噴エンジンの燃焼方法。 - 請求項3又は請求項4に記載の筒内直噴エンジンの燃焼方法において、
前記キャビティの外側となる外縁部を前記ピストン頂面よりも高い位置に設けて前記スワール流の通路とする
ことを特徴とする筒内直噴エンジンの燃焼方法。 - 請求項7に記載の筒内直噴エンジンの燃焼方法において、
前記キャビティの底部を前記ピストン頂面と同じ高さにする
ことを特徴とする筒内直噴エンジンの燃焼方法。
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JP2004027226A JP2005220768A (ja) | 2004-02-03 | 2004-02-03 | 筒内直噴エンジンの燃焼方法 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011247100A (ja) * | 2010-05-24 | 2011-12-08 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関 |
WO2012131391A1 (en) * | 2011-03-30 | 2012-10-04 | Ilmor Engineering Limited | Cylinder head configuration for internal combustion engine |
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2004
- 2004-02-03 JP JP2004027226A patent/JP2005220768A/ja active Pending
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US9097204B2 (en) | 2011-03-30 | 2015-08-04 | Ilmor Engineering Limited | Cylinder head configuration for internal combustion engine |
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