JP2009191729A - スパークアシストディーゼルエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】単一の燃料噴射弁によりスパークアシストディーゼル燃焼を実現可能なスパークアシストディーゼルエンジンを提供する。
【解決手段】気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁１と、気筒上部に配置された点火プラグ２とを具備し、燃料噴射弁は、平面視において略放射状に燃料を噴射するために複数の噴孔を有して圧縮行程末期に燃料を噴射し、複数の噴孔のうちで点火プラグ近傍へ燃料を噴射するための特定噴孔は、他の噴孔より高い燃料噴射率を有し、特定噴孔から噴射された燃料Ｆ１を点火プラグによって火花点火させることにより気筒内の圧力及び温度を高めて他の噴孔から噴射される燃料Ｆ２を着火させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スパークアシストディーゼルエンジンに関する。

自着火温度が高い燃料による自着火燃焼を実現するために、気筒上部中心に窪み部を形成し、第一燃料噴射弁により窪み部内へ燃料を噴射し、圧縮上死点直前において窪み部内の燃料を点火プラグにより火花点火させ、この窪み部内の燃料の燃焼によって気筒内の圧力及び温度を上昇させ、圧縮上死点直後に第二燃料噴射弁により気筒内へ燃料を噴射して燃料を自着火燃焼させるスパークアシストディーゼルエンジンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２５４１０５ 特表２００３−５３２８２８ 特開２００２−１５５７８０ 特開２００６−１８８９７７ 特開２００４−１００５０１

前述のスパークアシストディーゼルエンジンは、窪み部内へ燃料を噴射する第一燃料噴射弁と、気筒内へ燃料を噴射する第二燃料噴射弁とが必要であるために、燃料噴射系のコストを増大させる。

従って、本発明の目的は、単一の燃料噴射弁によりスパークアシストディーゼル燃焼を実現可能なスパークアシストディーゼルエンジンを提供することである。

本発明による請求項１に記載のスパークアシストディーゼルエンジンは、気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁と、気筒上部に配置された点火プラグとを具備し、前記燃料噴射弁は、平面視において略放射状に燃料を噴射するために複数の噴孔を有して圧縮行程末期に燃料を噴射し、前記複数の噴孔のうちで前記点火プラグ近傍へ燃料を噴射するための特定噴孔は、他の噴孔より高い燃料噴射率を有し、前記特定噴孔から噴射された燃料を前記点火プラグによって火花点火させることにより気筒内の圧力及び温度を高めて前記他の噴孔から噴射される燃料を着火させることを特徴とする。

本発明による請求項２に記載のスパークアシストディーゼルエンジンは、請求項１に記載のスパークアシストディーゼルエンジンにおいて、前記燃料噴射弁は、前記点火プラグの点火時期直後にも燃料を噴射することを特徴とする。

本発明による請求項１に記載のスパークアシストディーゼルエンジンによれば、気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁の複数の噴孔から圧縮行程末期に平面視において略放射状に燃料が噴射され、特定噴孔からは気筒上部に配置された点火プラグ近傍へは高噴射率で燃料が噴射されるために、圧縮行程末期において点火プラグ近傍に確実に燃料を存在させ、この燃料を火花点火させることにより、気筒内の圧力及び温度を高めて、他の噴孔から点火プラグ近傍以外へ噴射された燃料を確実に着火燃焼させることができ、このようにして単一の燃料噴射弁により良好なスパークアシストディーゼル燃焼を実現することができる。

本発明による請求項２に記載のスパークアシストディーゼルエンジンによれば、請求項１に記載のスパークアシストディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射弁は、点火時期直後にも燃料を噴射するようになっている。機関負荷が高く燃料噴射量が多い時に、このように二回に分けて燃料を噴射することにより、圧縮行程末期において一回目の燃料噴射で点火プラグ近傍に噴射された燃料が火花点火され、その直後に一回目の燃料噴射で点火プラグ近傍以外に噴射された燃料が着火して筒内の圧力及び温度をさらに上昇させ、次いで、高温高圧の気筒内へ二回目に噴射された燃料が着火することとなり、こうして、多量の燃料が一度に自着火すると大きな騒音が発生するが、このような騒音の発生を防止することができる。

図１は本発明によるスパークアシストディーゼルエンジンの実施形態を示す概略縦断面図であり、圧縮行程末期の燃料噴射時期を示している。図２は図１のスパークアシストディーゼルエンジンの気筒内平面図である。これらの図において、１は気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁であり、２は燃料噴射弁１周囲の排気ポート側に配置された点火プラグである。３はピストン、４は一対の吸気ポート、５は一対の排気ポートを、それぞれ示している。ピストン３の頂面には、中央部に比較して周囲部の方が深くされた略円形状のキャビティ３ａが形成されており、平面視において、燃料噴射弁１はキャビティ３ａの略中心に位置している。

燃料噴射弁１は、平面視において略放射状に燃料を噴射するための複数（例えば１０）の噴孔を有している。各噴孔は僅かに斜め下方向に燃料を噴射する。これら複数の噴孔のうちで点火プラグ２近傍へ燃料を噴射するための特定噴孔は、噴孔径を大きくする等により他の噴孔より高い燃料噴射率を有している。

このように構成された本実施形態のスパークアシストディーゼルエンジンは、図１及び２に示すように圧縮行程末期に燃料噴射弁１から燃料Ｆ１及びＦ２を噴射する。図３及び４は、燃料噴射直後の点火時期を示す図１及び２に相当する図であり、これらの図に示すように、高い噴射率を有する特定噴孔から噴射された燃料Ｆ１が気筒内を飛行中に吸気との摩擦により気化して点火プラグ２近傍に可燃混合気Ｍ１を形成すると、この可燃混合気Ｍ１は点火プラグ２により火花点火される。

こうして可燃混合気Ｍ１が燃焼すると、圧縮行程末期の気筒内の圧力及び温度はさらに上昇し、この時には、燃料噴射弁１の他の噴孔から噴射された各燃料Ｆ２は、ピストン３頂面のキャビティ３ａ内において気化して一塊の混合気Ｍ２となっており、この混合気Ｍ２は可燃混合気Ｍ１の燃焼による気筒内の圧力及び温度上昇によって良好に自着火する。ここで、混合気Ｍ２の着火は、自着火に限定されることなく、可燃混合気Ｍ１の火炎伝播でも良い。

このようなスパークアシストディーゼル燃焼によれば、自着火温度が高いアルコール系燃料又は天然ガス等のディーゼル燃焼が可能となり、また、燃料として軽油が使用される場合には内燃機関の圧縮比を下げることができ、例えば、内燃機関の重量を低減することが可能となる。本実施形態によれば、単一の燃料噴射弁１によって、このようなスパークアシストディーゼル燃焼を実現することができる。

燃料噴射開始時期Ｔ１及び終了時期Ｔ２と点火時期ＩＴとの関係は、図７に示すようになっており、燃料噴射終了時期Ｔ２の直後において圧縮上死点ＴＤＣ前に点火時期ＩＴが設定されている。しかしながら、機関負荷が高くなって燃料噴射量が設定量以上となると、燃料噴射弁１の他の噴孔から噴射されて自着火させる燃料量が多くなり、このように多量の燃料を一度に自着火させると大きな騒音が発生する。

それにより、本実施形態において、必要燃料量が設定量以上となる時には、必要燃料量を複数回（例えば２回）に分けて噴射するようになっている。図５及び６は、点火時期ＩＴ直後の二回目の燃料噴射時期を示す図３及び４に相当する図である。二回の燃料噴射と点火時期との関係が図８に示されている。一回目の燃料噴射終了時期Ｔ２’の直後において圧縮上死点ＴＤＣ前に点火時期ＩＴが設定され、点火時期ＩＴの直後において、好ましくは圧縮上死点ＴＤＣ前（圧縮上死点後としても良い）に二回目の燃料噴射の開始時期Ｔ３が設定されている。二回目の燃料噴射の終了時期Ｔ４は圧縮上死点ＴＤＣの前後のいずれでも良い。

このように二回に分けて燃料が噴射されると、先ずは、一回目の燃料噴射において点火プラグ２近傍に形成された可燃混合気Ｍ１が点火プラグ２により火花点火されて燃焼し、気筒内の圧力及び温度を高めるために、一回目の燃料噴射において点火プラグ２近傍以外に形成された混合気Ｍ２が自着火する。この混合気Ｍ２の自着火により気筒内の圧力及び温度はさらに高められ、二回目の燃料噴射によりピストン頂面のキャビティ３ａ内へ噴射された燃料は容易に自着火する。こうして、二段階に燃料を自着火させることにより多量の燃料が一度に自着火して大きな騒音が発生することは防止される。ここで、混合気Ｍ２及びキャビティ３ａ内の燃料の着火は、自着火に限定されることなく、それぞれ、可燃混合気Ｍ１の火炎伝播及び混合気Ｍ２の火炎伝播でも良い。

本発明によるスパークアシストディーゼルエンジンの実施形態を示す概略縦断面図であり、圧縮行程末期の燃料噴射時期を示している。 図１のスパークアシストディーゼルエンジンの気筒内平面図である。 燃料噴射直後の点火時期を示す図１に相当する図である。 燃料噴射直後の点火時期を示す図２に相当する図である。 点火時期直後の燃料噴射時期を示す図３に相当する図である。 点火時期直後の燃料噴射時期を示す図４に相当する図である。 燃料噴射時期と点火時期との関係を示すタイムチャートである。 燃料噴射を二回に分けた場合の燃料噴射時期と点火時期との関係を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ 燃料噴射弁
２ 点火プラグ
３ ピストン
４ 吸気ポート
５ 排気ポート

Claims (2)

1. 気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁と、気筒上部に配置された点火プラグとを具備し、前記燃料噴射弁は、平面視において略放射状に燃料を噴射するために複数の噴孔を有して圧縮行程末期に燃料を噴射し、前記複数の噴孔のうちで前記点火プラグ近傍へ燃料を噴射するための特定噴孔は、他の噴孔より高い燃料噴射率を有し、前記特定噴孔から噴射された燃料を前記点火プラグによって火花点火させることにより気筒内の圧力及び温度を高めて前記他の噴孔から噴射される燃料を着火させることを特徴とするスパークアシストディーゼルエンジン。
2. 前記燃料噴射弁は、前記点火プラグの点火時期直後にも燃料を噴射することを特徴とする請求項１に記載のスパークアシストディーゼルエンジン。

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