JP2012215098A - 火花点火式ガソリンエンジン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃焼室天井60の径方向中央部分に、ピストン5の冠面から離間する方向に凹むインジェクタ格納部62を形成し、ピストン5の冠面の径方向中央部分に、燃焼室天井60から離間する方向に凹む凹状のキャビティ40を形成し、キャビティ40の開口縁40eをインジェクタ格納部62の開口縁62bよりも径方向外側に位置させ、点火プラグ20の点火点SIを、インジェクタ格納部62の開口縁62bよりも径方向外側、かつ、キャビティ40の開口縁40eよりも径方向内側となる位置に配置するとともに、着火アシストを圧縮行程後期に実行する。
【選択図】図3
Description
図1は、本発明の一実施形態にかかるエンジンの全体構成を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行駆動用の動力源として車両に搭載される往復ピストン型の多気筒ガソリンエンジンである。このエンジンのエンジン本体1は、紙面に直交する方向に並ぶ複数の気筒2(図中ではそのうちの1つのみを示す)を有するシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上面に設けられたシリンダヘッド4と、各気筒2に往復摺動可能に挿入されたピストン5とを有している。エンジン本体1に供給される燃料は、ガソリンを主成分とするものである。なお、この燃料はガソリンが主成分であればよく、その中身は、全てガソリンであってもよいし、ガソリンにエタノール(エチルアルコール)等を含有させたものでもよい。以下、適宜、前記ピストン5の軸方向であってその摺動方向を上下方向といい、シリンダヘッド4側を上側、シリンダブロック3側を下側という。
図4は、エンジンの制御系を示すブロック図である。本図に示されるECU50は、エンジンの各部を統括的に制御するための装置であり、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されている。
次に、前記ECU50が、前記第1運転領域A1〜第4運転領域A4で、それぞれどのような制御を実施するのかを具体的に説明する。
図6は、エンジンが第1運転領域A1で運転されている場合の燃料噴射時期と吸排気弁11,12のリフト特性、およびそれに基づく燃焼により生じる熱発生率(J/deg)を示す図である。本図に示すように、第1運転領域A1では、圧縮行程の前に噴射された燃料と空気との混合気をピストン5の圧縮作用によって自着火させる、一般的な予混合圧縮自己着火燃焼が実行される。具体的に、この第1運転領域A1では、吸気行程中の所定時期にインジェクタ21から燃焼室6に燃料が噴射(P)され、この燃料噴射Pにより噴射された燃料と、吸気通路28から燃焼室6に導入される空気(新気)との混合気が、ピストン5の圧縮作用により高温、高圧化し、圧縮上死点(圧縮行程と膨張行程の間のTDC)付近で自着火する。すると、このような自着火に基づき、波形Qaに示すような熱発生を伴う燃焼が生じることになる。
前記第1運転領域A1よりも負荷Tが高く、かつ回転速度Neが比較的低い領域に設定された第2運転領域A2では、図7に示すような制御が実行される。すなわち、第2運転領域A2では、圧縮上死点を挟んだ2回(P1,P2)に分けてインジェクタ21から燃料を噴射させる分割噴射が実行される。以下では、圧縮行程中に実行される1回目の燃料噴射P1を前段噴射、それより後の圧縮上死点付近(図例では膨張行程のごく初期)に実行される2回目の燃料噴射P2を後段噴射と称する。また、点火プラグ20による混合気への点火は停止される。
前記第1運転領域A1よりも負荷Tが高く、かつ前記第2運転領域A2よりも回転速度Neが高い第3運転領域A3では、図8に示すような制御が実行される。すなわち、第3運転領域A3では、前記第2運転領域A2のときと同様、インジェクタ21からの燃料が複数回に分けて噴射されるが、前記第2運転領域A2のときとは異なり、前段噴射P1および後段噴射P2との間に、自着火を促進するための着火アシストが実行される。なお、図5の制御マップでは、このような分割噴射および着火アシスト(Spark Asist)に基づく圧縮自己着火燃焼が実行されることを指して、第3運転領域A3内に「SA+多段CI」と表記している。
高負荷域に設定された前記第4運転領域A4では、多量の燃料が噴射されるため、圧縮自己着火燃焼を行わせようとすると、燃焼騒音が著しく増大する、また、ノッキングが生じるという問題がある。そこで、この第4運転領域A4では、圧縮自己着火燃焼に代わり、混合気に点火して火炎伝播させる火花点火燃焼(SI燃焼)を実施する。
以上説明したように、当実施形態のガソリンエンジンでは、燃焼室天井面60に形成されたインジェクタ格納部62の頂部にインジェクタ21の先端部I1が位置し、点火点SIが、このインジェクタ格納部62よりも径方向外側の前記フラットヘッド面63に設けられている。そのため、インジェクタ21の先端部I1から噴射された燃料は、点火点SIに到達するまでの間に霧化される。また、前記インジェクタ格納部62の下端の開口縁62bは、前記キャビティ40の上端の開口縁40dよりも径方向内側に位置しており、キャビティ40に流入する際の容積の拡大に伴って燃料が拡散・霧化されるとともに、コアンダ効果によって霧化された燃料が、前記点火点SIに到達する。また、点火点SIは、前記燃料の通過領域F1よりも径方向外側に位置しており、燃料の通過領域F1内の液状の燃料に点火エネルギーが加えられるのが回避される。このようにして、点火点SIにおいて点火エネルギーは十分に霧化された燃料に供給されるため、SOOTの生成が抑制されつつ混合気が確実に燃焼する。また、燃料が圧縮行程中(特に圧縮行程後期)に噴射された場合には、ピストン5の上昇に伴って燃料が上方に巻き上げられることによっても燃料霧化は促進され、点火点SIには十分に霧化された燃料が到達する。
6 燃焼室
20 点火プラグ
21 インジェクタ
40 キャビティ
50 ECU(制御手段)
60 天井面
62 インジェクタ格納部
A1 第1運転領域(限定領域)
A2 第2運転領域(限定領域)
A3 第3運転領域(特定運転領域)
I1 インジェクタの先端部
S1 点火点
Claims (7)
- 燃焼室内に臨む状態で当該燃焼室天井に配設されて、前記燃焼室に形成された少なくとも一部がガソリンからなる燃料と空気との混合気に点火エネルギーを供給可能な点火プラグを備えた火花点火式ガソリンエンジンであって、
前記燃料を燃焼室内に噴射する複数の噴口が先端部に形成されているとともに、当該先端部が前記燃焼室天井の径方向中央部分において前記燃焼室内に臨む状態で配設されたインジェクタと、
前記インジェクタによる燃料の噴射動作および前記点火プラグによる点火動作を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、少なくともエンジンの特定運転領域において、前記インジェクタから前記燃焼室内に燃料を噴射させるとともに、当該噴射された燃料と空気の混合気の自着火を促進するために前記混合気に前記点火プラグから点火エネルギーを供給する着火アシストを圧縮行程後期に実行することにより、前記混合気を自着火により燃焼させ、
前記インジェクタの各噴口の軸線は、当該各噴口を通じて燃料が前記ピストンの冠面に近づくほど径方向外側に拡がって放射状に噴射される方向に傾斜しており、
前記燃焼室天井の径方向中央部分には、前記ピストンの冠面から離間する方向に凹むとともに当該ピストンの冠面に近づくほど径方向外側に広がる内周面を有し、内側に前記インジェクタの先端部が格納されるインジェクタ格納部が形成されており、
前記ピストンの冠面の径方向中央部分には、前記燃焼室天井から離間する方向に凹む凹状のキャビティが形成されており、
前記キャビティの開口縁は前記インジェクタ格納部の開口縁よりも径方向外側に位置しており、
前記点火プラグは、その点火点が、前記インジェクタ格納部の開口縁よりも径方向外側、かつ、前記キャビティの開口縁よりも径方向内側となる位置に配置されていることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項1に記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記インジェクタ格納部の内周面は、前記燃焼室天井の径方向中央部分を頂部とする略円錐面状を有しており、
前記インジェクタの先端部は、前記頂部に位置していることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項1または2に記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記キャビティの径方向中央部分には、前記燃焼室天井に近接する方向に突出して、頂部が前記インジェクタ格納部の径方向中央と対向する***部が形成されていることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記点火プラグの点火点は、前記インジェクタ格納部の開口縁よりも径方向外側において、前記燃焼室天井とほぼ同じ高さ位置に位置していることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記燃焼室と連通する吸気ポートおよび排気ポートと、互いに隣接する位置に配置されて前記吸気ポートを開閉可能な複数の吸気バルブと、互いに隣接する位置に配置されて前記排気ポートを開閉可能な複数の排気バルブとを備え、
前記点火プラグは、互いに隣接する排気バルブ間に配置されていることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記制御手段は、前記特定領域において、前記着火アシストを実行するタイミングよりも前かつ前記燃焼室のうち前記キャビティよりも径方向外側の部分に混合気が偏在するようなタイミングで前記燃焼室内に燃料を噴射する前段噴射と、当該前段噴射のタイミングと前記混合気に前記点火プラグから点火エネルギーを供給するタイミングとの間のタイミングで前記燃焼室内に燃料を噴射する着火アシスト用噴射と、当該着火アシスト用噴射よりも後でかつ前記前段噴射に基づく混合気の燃焼の終了前であって前記キャビティ内に混合気が偏在するようなタイミングで前記燃焼室内に燃料を噴射する後段噴射とを、前記インジェクタに実行させるとともに、前記着火アシスト用噴射において、前記インジェクタに、前記前段噴射および後段噴射時よりも少量の燃料を噴射させることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の火花点火式ガソリンエンジンにおいて、
前記制御手段は、前記特定運転領域を除く運転領域のうち少なくとも一部の限定領域において、前記インジェクタから前記燃焼室内に燃料を噴射させる一方、前記点火プラグによる前記燃焼室内の混合気への点火エネルギーの供給を停止させて、当該燃焼室内の混合気を自着火により燃焼させることを特徴とする火花点火式ガソリンエンジン。
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