JP2874426B2 - 直噴式火花点火機関 - Google Patents

直噴式火花点火機関

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JP2874426B2
JP2874426B2 JP4018964A JP1896492A JP2874426B2 JP 2874426 B2 JP2874426 B2 JP 2874426B2 JP 4018964 A JP4018964 A JP 4018964A JP 1896492 A JP1896492 A JP 1896492A JP 2874426 B2 JP2874426 B2 JP 2874426B2
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valve
fuel
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輝行 伊東
浩子 小木田
勉 中田
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Nissan Motor Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/12Other methods of operation
    • F02B2075/125Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、直噴式火花点火機関の
改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術およびその課題】吸気管に気化器や燃料噴
射弁を備える予混合式の火花点火機関では、とくに過渡
的運転時などに燃料の輸送遅れの問題があり、これを解
決するために、燃焼室に燃料噴射弁を臨ませる直噴式火
花点火機関が考えられている。
【0003】この直噴式火花点火機関として、従来例え
ば特開昭57−62915号公報に開示されたものは、
吸気行程中に燃焼室に燃料を噴射するとともに、燃焼室
に吸気スワールを生起して燃料と空気の混合を促進する
ようになっていた。
【0004】燃料と空気の均一混合化は燃焼の安定に寄
与するが、超希薄混合気による燃焼の場合、このような
均一混合式では点火栓による円滑な点火が非常に難しく
なる。着火性能を安定させるには点火栓近傍の空燃比を
濃くする混合気の成層化が有効であるが、このように吸
気行程から燃料と空気が混合される機関にあっては、点
火栓の近傍に燃料を集めることが難しく、理論空燃比よ
りかなり薄い混合気で超希薄燃焼させる場合に、安定し
た着火性能が得られないという問題点があった。
【0005】本発明は上記の問題点に着目し、希薄燃焼
を可能とするために直噴式火花点火機関の燃焼室形状を
改善することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃焼室に点火
栓と燃料噴射弁を臨ませる直噴式火花点火機関におい
て、燃焼室天井壁に点火栓を挟んで吸気弁と排気弁を互
いに対向させて設け、前記吸気弁の側方に燃料噴射弁を
臨ませ、ピストン頂面に燃料噴射弁から噴射された燃料
噴霧を前記排気弁の方向に反射拡散させる傾斜面を形成
するとともに、前記排気弁の側方に前記拡散燃料と対向
するガス流動を生起するスキッシュエリアを形成し、前
記燃料噴射弁の燃料噴射時期を圧縮行程中に設定する。
【0007】また、上記構成において吸気弁を2個設け
ると共に、各吸気弁に接続する吸気ポートを運転条件に
応じて開閉するスワールコントロールバルブを設け、
スワールコントロールバルブを迂回して何れか一方の
吸気弁の直前に吸気を導く副ポートを形成する。
【0008】
【作用】圧縮行程中に噴射された燃料噴霧は傾斜面に当
たって各排気弁の方に拡散する。これにより、燃料噴霧
は比較的高温となるピストン頂面および排気弁に当たっ
てその微粒化および気化が促進される。
【0009】ピストンの上死点付近で排気弁の側方から
スキッシュが生起され、このスキッシュによって排気弁
の近傍に多く分布する燃料を点火栓の近傍に輸送し、点
火栓の近傍に燃料が多く分布する混合気の成層化を実現
する。燃料噴射が圧縮行程にあるため、この混合気の成
層状態は点火時にも維持され、これにより、混合気を希
薄化したときにも安定した着火性能が確保され、燃費の
低減、エミッションの低減、高出力化がはかれる。
【0010】燃焼室の点火栓から遠い領域では、空燃比
が超希薄となり、ノッキングに至る自己発火反応が抑制
され、その結果として圧縮比を上げて、熱効率、出力の
向上がはかれる
【0011】また、2個の吸気弁のうちの一方の直前に
スワールコントロールバルブを迂回して吸気を導く副ポ
ートを設けた構成においては、スワールコントロールバ
ルブにより各吸気ポートを閉じ、副ポートから導かれる
吸気流によって燃焼室に強いスワールを生起することに
より、火炎の伝播速度を高めて、より一層安定した希薄
燃焼を実現することができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明を直噴式火花点火式4ストロー
ク機関に適用した実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
【0013】図1、図2に示すように、シリンダヘッド
1の燃焼室天井壁11はペントルーフ型に傾斜し、その
中央部に点火栓8が臨み、点火栓8を挟むようにして2
本の吸気弁9と2本の排気弁10が対向して設けられ
る。
【0014】燃焼室5にスワールを生起する手段とし
て、サイアミーズ形に分岐する両吸気ポート13を開閉
するスワールコントロールバルブ7が設けられるととも
に、一方の吸気ポート13の底部にスワールコントロー
ルバルブ7を迂回して吸気を導く副ポート15が設けら
れる。
【0015】副ポート15の取入口15aは全閉位置に
あるスワールコントロールバルブ7の直上流側に開口
し、副ポート12の吹出口15bはバルブシート6の直
上流側に開口している。スワールコントロールバルブ7
が全閉すると、吸気のほとんどは副ポート15を通って
一方の吸気弁9を経て燃焼室5に低い流入角度で吸入さ
れ、断面積の小さい副ポート15から高速で導かれる吸
気流により、図2に矢印Sで示すように、燃焼室5に強
いスワールが生起される。
【0016】スワールコントロールバルブ7は軸19を
中心に図示しない駆動装置によって回転し、部分負荷運
転時に全閉し、高負荷運転時に全開するようになってい
る。
【0017】燃焼室天井壁11には吸気弁9の側方か
つ、この実施例では両吸気弁9の間に位置して燃料噴射
弁3が設けられる。燃料噴射時期は圧縮行程中で点火時
期にできるだけ近づけるよう(例えば上死点前30度)
に設定され、かつ燃料噴射方向は水平よりいくらか斜め
下方に向けられ、燃料噴霧が圧縮上死点近く所定のスト
ローク位置において、ピストン4のほぼ中央に当たるよ
うに設定される。
【0018】図3にも示すように、ピストン4の頂面2
1のほぼ中央には拡散台20が***して形成され、この
拡散台20には燃料噴射弁3からの燃料噴霧に対向する
傾斜面22が形成される。傾斜面22の傾斜角度は燃料
噴射弁3からの燃料噴霧方向に対して所定角度で決めら
れ、図1、図3に2点鎖線で示すように傾斜面22に反
射した燃料噴霧が各排気弁10のヘッド部10aの方に
拡散するようにする。
【0019】燃焼室天井壁11には、両排気弁10の側
方に位置してスキッシュエリア12が設けられる一方、
ピストン4の頂面21には拡散台20より側方にスキッ
シュエリア24が形成される。両者は互いに平行に形成
され、ピストン4の上死点付近で燃焼室5の中央に向か
う、換言すると前記燃料噴霧に対向するスキッシュ(ガ
ス流動)を生起するようになっている。
【0020】拡散台20はピストン4の頂面21から三
角錐形に***し、傾斜面22の背後にはスキッシュエリ
ア12,24に対向する一対の傾斜面23が形成され、
スキッシュが各傾斜面23に反射して点火栓8の近傍に
導かれるように、各傾斜面23の傾斜角度および傾斜方
向が決められる。
【0021】次に、作用について説明する。
【0022】図4において図aはピストン4が圧縮上死
点前90°のクランク角に到達した状態を示しており、
ここではまだ燃料噴射は行われていない。
【0023】図4において図bはピストン4が圧縮上死
点前30°に到達した状態を示しており、ここで燃料噴
射が行われる。燃料噴射弁3からの燃料噴霧の多くは傾
斜面22に反射して各排気弁10のヘッド部10aの方
に導かれる。燃料噴霧を比較的高温となる拡散台20と
排気弁10に衝突、あるいはその近傍で拡散させること
により、燃料噴霧の微粒化および気化が促進される。一
方この燃料噴霧によって熱的負荷の高いピストン4およ
び排気弁10の冷却が行われる。
【0024】一方、図bに白抜き矢印で示すようにピス
トン4の上昇に伴って燃焼室5の中央に向かうスキッシ
ュが生起され、このスキッシュは拡散台20の各傾斜面
23に反射、分流して点火栓8の方に向かうことによ
り、各排気弁10の近傍に多く分布する燃料を燃焼室中
央の点火栓8の近傍に押し戻す。
【0025】図4において図cはピストン4が圧縮上死
点に到達した状態を示しており、ここでは燃料の多くが
点火栓8の近傍に集められ、点火栓8の近傍の混合気を
成層化する。点火栓8の近傍に形成された濃混合気層
は、燃料の噴射が圧縮行程で行われ、その後の点火まで
の行程でピストン4の上昇により燃焼室天井壁11に向
けて押し込められるため、濃混合気層が拡散せず、点火
栓8の近傍に良好な着火雰囲気を生成維持、点火により
確実に着火させ、初期火炎核を生成させる。
【0026】部分負荷運転時にスワールコントロールバ
ルブ7が閉じられ、吸気行程で副ポート15を通して一
方の吸気弁9から導入された吸気が、シリンダ内周に沿
う強いスワール(旋回流)を形成し、このスワールによ
り火炎伝播速度が高められるため、安定した希薄燃焼を
実現し、燃費の低減、エミッションの低減、高出力化が
はかれる。
【0027】スワールコントロールバルブ7が開かれる
高負荷運転時は、各吸気ポート13から均等に吸気が導
かれ、燃焼室5にスワールは生起されないが、燃料噴射
量が増大するため、十分な着火性能と確実な火炎伝播が
維持される。
【0028】また、混合気の成層化により燃焼室5の点
火栓8から遠い領域で、空燃比を比較的大きく、つまり
超希薄化することにより、燃焼室の端部で起こりがちな
ノッキングに至る自己発火反応を発生しにくく、このた
めに実質的に圧縮比を上げることができ、熱効率、出力
の向上がはかれる
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、直噴式火
花点火機関において、燃焼室天井壁に点火栓を挟んで吸
気弁と排気弁を互いに対向させて設け、吸気弁の側方に
燃料噴射弁を臨ませ、ピストン頂面に燃料噴霧を排気弁
の方向に反射拡散させる傾斜面を形成するとともに、排
気弁の側方に前記拡散燃料と対向するガス流動を生起す
るスキッシュエリアを形成したため、点火直前の点火栓
の近傍に燃料を集め、希薄混合気であっても成層化によ
る安定した着火性を確保し、希薄燃焼にもとづき燃費や
排気エミッションを改善することができる。
【0030】また、2個の吸気弁と前記各吸気弁に接続
する吸気ポートを運転条件に応じて開閉するスワールコ
ントロールバルブを設け、前記スワールコントロールバ
ルブを迂回して何れか一方の吸気弁の直前に吸気を導く
副ポートを形成した構成によれば、部分負荷時などスワ
ールを生起することで火炎伝播速度を高めて、希薄燃焼
の安定性を一層向上させられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す横断面図である。
【図2】同じく燃焼室天井壁の平面図である。
【図3】同じくピストンの平面図である。
【図4】同じく燃料およびガス流動を示す図である。
【符号の説明】
3 燃料噴射弁 4 ピストン 5 燃焼室 7 スワールコントロールバルブ 8 点火栓 9 吸気弁 10 排気弁 11 燃焼室天井壁 12 スキッシュエリア 13 吸気ポート 15 副ポート 20 拡散台 22 傾斜面 23 傾斜面 24 スキッシュエリア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−215817(JP,A) 特開 昭58−25513(JP,A) 特開 平3−105017(JP,A) 実開 昭52−156801(JP,U) 実開 平3−116766(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02B 1/00 - 23/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼室に点火栓と燃料噴射弁を臨ませる
    直噴式火花点火機関において、燃焼室天井壁に点火栓を
    挟んで吸気弁と排気弁を互いに対向させて設け、前記吸
    気弁の側方に燃料噴射弁を臨ませ、ピストン頂面に燃料
    噴射弁から噴射された燃料噴霧を前記排気弁の方向に反
    射拡散させる傾斜面を形成するとともに、前記排気弁の
    側方に前記拡散燃料と対向するガス流動を生起するスキ
    ッシュエリアを形成し、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期
    を圧縮行程中に設定したことを特徴とする直噴式火花点
    火機関。
  2. 【請求項2】 2個の吸気弁と前記各吸気弁に接続する
    吸気ポートを運転条件に応じて開閉するスワールコント
    ロールバルブを設け、前記スワールコントロールバルブ
    を迂回して何れか一方の吸気弁の直前に吸気を導く副ポ
    ートを形成したことを特徴とする請求項1記載の直噴式
    火花点火機関。
JP4018964A 1992-02-04 1992-02-04 直噴式火花点火機関 Expired - Lifetime JP2874426B2 (ja)

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JPH05214940A JPH05214940A (ja) 1993-08-24
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KR100515254B1 (ko) * 1996-08-12 2005-11-25 마츠다 가부시키가이샤 통내분사형엔진
JP4609708B2 (ja) * 2005-03-18 2011-01-12 マツダ株式会社 火花点火式直噴エンジン
JP4542018B2 (ja) * 2005-10-12 2010-09-08 日立オートモティブシステムズ株式会社 エンジンの燃料噴射制御方法、及び、それに用いられるインジェクタを有するエンジン

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