JP3152640B2 - ガソリンエンジンの燃料供給方法 - Google Patents

ガソリンエンジンの燃料供給方法

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JP3152640B2 JP00022398A JP22398A JP3152640B2 JP 3152640 B2 JP3152640 B2 JP 3152640B2 JP 00022398 A JP00022398 A JP 00022398A JP 22398 A JP22398 A JP 22398A JP 3152640 B2 JP3152640 B2 JP 3152640B2
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ガソリンエンジ
ンの燃料供給方法に関し、特に、シリンダ内に噴口が臨
む燃料噴射弁により直接燃料をシリンダ内に噴射し、点
火時期において層状の濃混合気層を形成するガソリンエ
ンジンの燃料供給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来よりガソリンエンジンにおける低燃
費化を図るために、上記のようにシリンダ内に直接燃料
を噴射して層状燃焼を行う方法はよく知られており、特
開平９ー７９０３８号公報等に記載されている。
【０００３】上記公報等に記載された従来供給方法は、
ピストンの頂壁に混合気層形成用のキャビティを形成
し、圧縮行程後期にキャビティ内に燃料を噴射し、点火
時期までの圧縮行程中に、燃料噴霧をキャビティ内で成
長させると共に蒸発させることにより濃混合気層を形成
し、点火時期までに点火プラグへと到達させて着火する
ことにより層状燃焼を行うものである。かかる層状燃焼
は、着火性に優れた空燃比（たとえばＡ／Ｆ＝１２程
度）の濃混合気層と、空気層あるいは希薄混合気層とを
形成し、濃混合気層に着火するようにしていることによ
り、着火性を確保しつつ、全体の空燃比を大きくし、す
なわち全体を希薄化し、低燃費化を達成しているのであ
る。
【０００４】上記公報の従来技術の特徴をまとめると次
のようになる。 （ａ）燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の形状は、噴
射弁中心線の延長線を中心とする円錐形状となってい
る。 （ｂ）燃料噴霧をスワール流あるいはタンブル流によっ
て成長させ、点火プラグまで至らせるために、ピストン
頂壁に複雑な表面形状のキャビティを形成している。 （ｃ）キャビティ内に濃混合気層を形成するために、圧
縮行程の後期であって、点火時期前、クランク角で５０
°〜６０°位で燃料噴射が終了するように燃料噴射開始
時期を設定している。また、上記噴射開始時期に設定す
ることにより、噴射燃料のほとんどがキャビティ表面に
直接衝突するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】（１）上記特徴（ａ）
のように円錐状に燃料噴霧を形成しているので、これを
効率良く層状化するためには各種複雑な形状のキャビテ
ィをピストン頂壁に形成し、かつ圧縮行程後期で燃料噴
射して、キャビティ内で濃混合気層を形成しなければな
らず、ピストンに複雑なキャビティ加工が必要となる。
【０００６】（２）キャビティ内における燃料噴霧の成
長及び蒸発による濃混合気層の形成時期と、点火時期と
を適合させなければならないので、噴射開始時期の設定
自由度並びに点火時期の設定自由度が制限される。
【０００７】（３）圧縮工程後期において燃料噴射を行
うので、点火時期までの期間が短く、液滴が充分に蒸発
せず、液滴が多く残り、点火プラグへのディポジット等
の要因となる。
【０００８】（４）圧縮行程後期に燃料噴射開始時期を
設定していると、ピストンへの燃料付着が増加する。
【０００９】
【発明の目的】上記各課題を解消し、ピストンの頂壁形
状を複雑化することなく、低負荷運転時において、容易
に層状燃焼を達成し、一方、高負荷運転時において、中
央の濃混合気層の両側に薄混合気層を形成して、着火性
を維持しながら、シリンダ全体の空気の利用効率を向上
させることができるガソリンエンジンの燃料供給方法を
提供することである。
【００１０】
【目的を達成するための手段】前記目的を達成するた
め、本願請求項１記載のガソリンエンジンの燃料供給方
法は、燃料噴射弁によってシリンダ内に直接燃料を噴射
するガソリンエンジンの燃料供給方法において、シリン
ダ内には吸気ポートからの吸気によりタンブル流あるい
は逆タンブル流を形成し、該タンブル流あるいは逆タン
ブル流のシリンダ内流動場に、燃料噴射弁によるシリン
ダ内直接燃料噴射により点火プラグ及びシリンダ中心線
を通る断面を含むように偏平状に広がる燃料噴霧を形成
し、低負荷運転時における燃料噴射開始時期を、吸気行
程中期から圧縮行程中期までの期間内に設定することに
より上記噴霧がピストンの頂壁に殆ど衝突しないように
噴霧し、シリンダ内に上記扁平状噴霧による濃混合気層
とその両側のタンブル流あるいは逆タンブル流による空
気層よりなる層状混合気を生成することにより、低負荷
運転時に層状燃焼を行うことを特徴としている。
【００１１】 請求項２記載のガソリンエンジンの燃料
供給方法は、燃料噴射弁によってシリンダ内に直接燃料
を噴射するガソリンエンジンの燃料供給方法において、
シリンダ内には吸気ポートからの吸気によりタンブル流
あるいは逆タンブル流を形成し、該タンブル流あるいは
逆タンブル流のシリンダ内流動場に、燃料噴射弁による
シリンダ内直接燃料噴射により点火プラグ及びシリンダ
中心線を通る断面を含むように偏平状に広がる燃料噴霧
を形成し、高負荷運転時における燃料噴射開始時期を、
吸気行程初期から吸気行程中期までの期間内に設定する
ことにより上記噴霧をピストンの頂壁に強制的に衝突さ
せて両側に拡散させるように噴霧し、上記扁平状噴霧部
分の濃混合気層の両側に薄混合気層を形成することによ
り、高負荷運転時にシリンダ全体に混合気層を形成する
ことを特徴としている。
【００１２】請求項３記載のガソリンエンジンの燃料供
給方法は、燃料噴射弁によってシリンダ内に直接燃料を
噴射するガソリンエンジンの燃料供給方法において、シ
リンダ内には吸気ポートからの吸気によりタンブル流あ
るいは逆タンブル流を形成し、該タンブル流あるいは逆
タンブル流のシリンダ内流動場に、燃料噴射弁によるシ
リンダ内直接燃料噴射により点火プラグ及びシリンダ中
心線を通る断面を含むように偏平状に広がる燃料噴霧を
形成し、低負荷運転時における燃料噴射開始時期を、吸
気行程中期から圧縮行程中期までの期間内に設定するこ
とにより上記噴霧がピストンの頂壁に殆ど衝突しないよ
うに噴霧し、シリンダ内に上記扁平状噴霧による濃混合
気層とその両側のタンブル流あるいは逆タンブル流によ
る空気層よりなる層状混合気を生成し、低負荷運転時に
層状燃焼を行い、一方、高負荷運転時における燃料噴射
開始時期を、吸気行程初期から吸気行程中期までの期間
内に設定することにより上記噴霧をピストンの頂壁に強
制的に衝突させて両側に拡散させるように噴霧し、上記
扁平状噴霧部分の濃混合気層の両側に薄混合気層を形成
することにより、高負荷運転時にシリンダ全体に混合気
層を形成することを特徴としている。
【００１３】
【００１４】
【発明の第１の実施の形態】第１の実施の形態における
燃料供給方法は、請求項１記載の発明に対応し、部分負
荷運転、特に低負荷運転に適した燃料供給方法であり、
点火プラグ及びシリンダ中心線を通る断面を含むように
偏平状に広がる燃料噴霧を供給すると共に、吸気のタン
ブル流を形成することにより、シリンダ中心線上には着
火性に優れた空燃比１２程度の縦向き濃混合気層を形成
し、その両側には空気層を形成し、濃混合気層に着火す
ることにより、層状燃焼を行うものである。これに加
え、燃料噴射開始時期は吸気行程中期から圧縮行程中期
までの間に設定する。
【００１５】図１は吸気行程後期において燃料噴射した
状態を示すガソリンエンジンの縦断面略図であり、まず
エンジン全体の構造を説明すると、シリンダヘッド４の
燃焼室６はペントルーフ型であって、１対の斜面６ａ，
６ｂを有する断面三角形状になっており、一方の斜面６
ａには、１対の吸気ポート１０が形成されると共に吸気
弁１１が配置され、吸気ポート１０は反対側斜面６ｂに
概ね沿う方向に吸気を供給するような姿勢でシリンダ５
に開口しており、シリンダ５内に供給される吸気は、図
中に白抜きの矢印で示すように、シリンダ５内を縦向き
に旋回するタンブル流を形成する。
【００１６】上端壁の他方の斜面６ｂには１対の排気ポ
ート１２が形成されると共に排気弁１３が配置され、燃
焼室６の頂部にはシリンダ中心線Ｏ１上に点火プラグ１
４が配置されている。
【００１７】燃料噴射弁１は吸気ポート側の斜面６ａに
配置され、その噴口は燃焼室６内に直接臨んでいる。燃
料噴射弁１の取付姿勢は、燃料噴射弁中心線Ｏ２の延長
線がピストン昇降ストロークＳ１の中央位置Ｃ１よりも
上側の位置でシリンダ中心線Ｏ１と交叉するように傾斜
状に取り付けられている。
【００１８】燃料噴射弁１は、偏平状、具体的には円盤
状の燃料噴霧Ｑ１を形成するように燃料噴射するもので
あり、上記のような取付姿勢で配置されることにより、
シリンダ５内では、図２に示すように、シリンダ中心線
Ｏ１及び点火プラグ１４を通る断面（図２の紙面と直角
な断面）上に、該断面に沿って偏平状に広がるような円
盤状の燃料噴霧Ｑ１を形成する。なお、燃料噴霧Ｑ１
は、偏平状（薄板状）に広がれば、図２８に示すように
三角板状でも有効である。
【００１９】ピストン１７はコネクティングロッド１８
を介してクランク軸１９に連結されており、ピストン１
７の頂壁には混合気層形成用のキャビティは形成されて
いない。
【００２０】偏平状の燃料噴霧を形成するための構造を
説明する。図５及び図６はその一例を示しており、燃料
噴射弁１の環状燃料通路２は、燃料噴射弁中心線Ｏ２に
対して対称な１対の分岐ノズル通路３に枝分かれしてお
り、両分岐ノズル通路３からの噴射燃料が噴射弁中心線
Ｏ２の延長線上で交差（衝突）するように、両分岐ノズ
ル通路３は燃料噴射弁中心線Ｏ２に対して一定角度α１
で傾斜している。噴射燃料同士の交差（衝突）により、
図６に示すように両分岐ノズル通路３を結ぶ線分の垂直
二等分線上に偏平状の燃料噴霧Ｑ１が形成される。
【００２１】図７において、燃料噴射開始時期Ｔ１は吸
気行程中期から圧縮行程中期までの期間Ｗ１の適宜時
期、たとえば吸気行程の後期に設定される。
【００２２】燃料供給方法を説明する。 （１）図１及び図２に示すように、吸気行程中期から圧
縮行程中期までの期間（クランク角範囲Ｗ１）内におい
て、たとえば吸気行程後期で燃料噴射することにより、
縦向偏平状の燃料噴霧Ｑ１をシリンダ５内に形成する。
燃料噴射時、ピストン１７はピストン昇降ストロークＳ
１の中央位置Ｃ１よりも下側のストロークＳ２範囲内に
位置しているので、ピストン頂壁に燃料が直接衝突する
ことはないか、あるいは少ない。
【００２３】（２）図１及び図２の吸気行程において、
燃料噴射に先立って吸気ポート１０からシリンダ５内に
供給される空気は、白抜きの矢印で示すように燃料噴霧
Ｑ１の両側にタンブル流を形成している。すなわち、シ
リンダ内全体としては、図２のように点火プラグ１４及
びシリンダ中心線Ｏ１を通る断面上に縦向き偏平状の燃
料噴霧Ｑ１が形成され、その両側にタンブル流による空
気層Ａが形成されることになる。
【００２４】吸気行程終了後圧縮行程中において、燃料
液滴の蒸発作用が行われると共に空気と燃料との適度の
混合が進められる。このとき燃料噴霧Ｑ１の両側にタン
ブル流が存在していることにより、上記燃料液滴の蒸発
は促進され、かつ、蒸発により燃料噴霧から変化した濃
混合気層Ｑ１は、図３及び図４に示すように圧縮行程後
半まで層状に維持される。
【００２５】圧縮行程後半の点火直前においても両側の
タンブル流により、図４のように中央の濃混合気層Ｑ１
は確保されており、該濃混合気層Ｑ１に点火プラグ１４
で着火することにより、層状燃焼を行う。
【００２６】該実施の形態によると、点火プラグ１４に
接する中央の濃混合気層Ｑ１は空燃比が１２〜１３程度
の着火性に優れた状態を維持し、その両側に空気層Ａを
形成していることにより、全体としては空燃比が７０程
度までの希薄燃焼を行うことが可能となり、燃費節約に
なる。
【００２７】燃料噴射開始時期は、吸気行程中期から圧
縮行程中期までの間、すなわち、図１に示すようにピス
トン昇降ストロークＳ１の下死点側ストロークＳ２範囲
で設定するので、ピストンに直接燃料が付着する量を低
く抑えることができ、ＨＣの発生を抑えることができ
る。
【００２８】燃料噴射開始時期は、吸気行程中期から圧
縮行程中期までの間に設定するので、燃料噴射終了後点
火時期までの間の燃料蒸発時間を充分に確保でき、気化
を促進して、点火プラグへのデポジット及び排気中のス
スの発生を低減することができる。
【００２９】噴射開始時期を吸気行程中期から圧縮行程
中期までの広いクランク角範囲Ｗ１内で設定するので、
回転速度が高くなっても燃料噴射のための時間的余裕が
あり、したがって層状燃焼で運転できる範囲が広がるこ
とになると共に、噴射開始時期の設定の自由度が広く、
噴射開始時期のセッティングの簡素化が達成できる。
【００３０】偏平状の燃料噴霧Ｑ１を、点火プラグ１４
を通る断面上に形成するため、点火プラグ付近には少な
くとも圧縮中期以降は濃混合気層Ｑ１が常時存在するこ
とになり、点火時期の設定自由度が広がり、また、ボア
径やピストンストロークにあまり左右されることなく、
濃混合気層Ｑ１を形成することができる。
【００３１】吸気行程中期から圧縮行程中期までの間は
シリンダ内圧が低く、この内圧の低い期間内に燃料噴射
するので、従来の直接燃料噴射式エンジンの噴射圧力
（５０〜１３０kgf/cm2）に比べて低い噴射圧力（３〜
２０kgf/cm2）でも充分に燃料噴霧Ｑ１を形成すること
ができ、燃料ポンプ駆動に要する負荷が少なくなる。
【００３２】シリンダ内に直接縦向き偏平状の燃料噴霧
Ｑ１を形成して層状燃焼を達成するので、従来のように
ピストンのキャビテイと円錐形燃料噴霧との干渉により
層状混合気を形成する場合に比べ、ピストン頂壁に複雑
なキャビティを形成する必要がなく、かつ、ピストン頂
壁形状の自由度が高くなることにより、上死点での燃焼
室容積が小さくて燃焼室形状に制約があるショートスト
ロークエンジンにおいても、適用性が高い。
【００３３】
【発明の第２の実施の形態】第２の実施の形態における
燃料供給方法は、請求項２記載の発明に対応し、高負荷
運転に適した燃料供給方法であり、燃料噴射開始時期を
前期第１の実施の形態の場合と異ならせている。すなわ
ち、点火プラグ及びシリンダ中心線を通る断面を含むよ
うに偏平状に広がる燃料噴霧を供給すると共に、吸気の
タンブル流を形成することにより、シリンダ中心線上に
は着火性に優れた空燃比が１２程度の縦向き濃混合気層
を形成することは第１の実施の形態と同様であるが、燃
料噴射開始時期を吸気行程初期から吸気行程中期までの
間に設定している。これにより、噴射燃料を積極的にピ
ストン頂壁に衝突させて、偏平状燃料噴霧の両側にも拡
散させ、点火プラグを含む断面上には上記のように着火
性のよい濃混合気層を形成し、その両側には希薄（空燃
比１５〜２０程度）な薄混合気層を形成する。
【００３４】添付図面に基づいて詳細に説明すると、図
８は吸気行程初期におけるガソリンエンジンの縦断面略
図を示しており、シリンダ全体の構造及び燃料噴射弁１
の構造は前記第１の実施の形態の場合と同じであり、同
じ部品には同じ符号を付し、詳しい説明は省略する。
【００３５】図７において、燃料噴射開始時期Ｔ２は吸
気行程初期から吸気行程中期の間（クランク角範囲Ｗ
２）であって、たとえば吸気行程初期に設定しており、
図９のように噴射燃料が直接にピストン１７の頂壁に衝
突するように構成してある。なお、高負荷運転であるの
で、燃料噴射量は低負荷運転時よりも増加している。
【００３６】燃料供給方法を説明する。 （１）図８に示すように、吸気行初期から吸気行程中期
までの期間（クランク角範囲Ｗ２）内の吸気行程初期で
燃料噴射し、縦向き偏平状の燃料噴霧Ｑ１をシリンダ５
内に形成する。燃料噴射時、ピストン１７は昇降ストロ
ークＳ１の中央位置Ｃ１よりも上側ストロークＳ３内に
位置しているので、ピストン頂壁に燃料の一部分が直接
衝突し、点火プラグ１４及びシリンダ中心線Ｏ１を通る
断面の両側に、図９に示すように拡散する。
【００３７】（２）図１０及び図１１は吸気行程終期
（下死点）の状態を示しており、偏平状の燃料噴霧Ｑ１
は両側のタンブル流によって層状が維持されると共に、
燃料の蒸発が行われ、点火プラグ１４及びシリンダ中心
線Ｏ１を通る断面上には着火性に優れた空燃比が１２〜
１３程度の濃混合気層Ｑ１が形成されると同時に、両側
には空燃比が１５〜２０程度の薄混合気層Ｑ２が形成さ
れてゆく。
【００３８】（３）図１２及び図１３は圧縮行程後期の
状態を示しおてり、圧縮行程においても、両側のタンブ
ル流によって前記三層Ｑ１、Ｑ２の成層状態が維持され
ると共に燃料蒸発は促進され、点火プラグ１４により中
央の濃混合気層Ｑ１に着火される。
【００３９】このように燃料噴霧Ｑ１の一部分をピスト
ン頂壁に強制的に衝突させて両側に拡散させると、シリ
ンダ内全体の空気を効率よく燃焼に利用できる。特に、
高負荷運転時に、理論混合気比に近い全体空燃比で運転
するために噴射量を増大した場合でも、中央の濃混合気
層Ｑ１が過濃度にならずに運転することができる。すな
わち、着火性を確保しながら空気の利用率を向上させ、
高負荷運転時のパワーアップを図ることができる。
【００４０】ピストンに衝突するように燃料噴射する
が、噴射開始時期が吸気行程初期から吸気行程中期の間
なので、点火時期までの間の蒸発時間を相当長く確保す
ることができ、ＨＣの排出を抑制することができる。
【００４１】図１４及び図１５は、第２の実施の形態に
利用できるピストン頂壁を示しており、偏平状の燃料噴
霧Ｑ１が衝突する部分に、楕円形あるいは長円形の浅い
ガイド溝３０を形成している。該ガイド溝３０により、
噴霧液滴が燃料噴霧区域から遠くへ飛散してシリンダ内
壁面に付着するのを防ぐ。なお、上記ガイド溝３０は底
浅で形状も単純であるので、キャビティを形成する場合
に比べると、加工は極めて簡単である。
【００４２】上記のようにピストン頂壁に底浅のガイド
溝を形成する代わりに、図２６及び図２７に示すよう
に、偏平状の燃料噴霧Ｑ１が衝突するピストン１７の頂
壁部分に低い堤部３２を楕円形あるいは長円形状に形成
してもよい。
【００４３】
【発明の第３の実施の形態】第３の実施の形態は、請求
項３記載の発明に対応し、低負荷運転時に適用する第１
の実施の形態と、高負荷運転時に適用する第２の実施の
形態とを切換可能に組み合わせ、負荷の変化に対応させ
て燃料噴射開始時期を変更するものである。
【００４４】図２２は組み合わせの一例をグラフで示し
たものであり、負荷を検出するためのバロメータとし
て、スロットル開度、吸気管圧あるいは回転数などを利
用し、最低負荷時から全負荷までの間で、燃料噴射開始
時期を吸気行程終期から吸気行程初期まで変更自在とし
ており、低負荷期間の噴射開始時期は吸気行程終期ある
いはその近傍に設定され、中負荷期間の噴射開始時期は
吸気行程中期近傍に設定され、高負荷期間の噴射開始時
期は吸気行程初期近傍に設定され、各期間の間で連続的
に変化するようになっている。
【００４５】上記のように設定することにより、ピスト
ン頂壁に直接衝突する燃料噴霧の量は、低負荷では殆ど
衝突せず、中負荷で衝突し始め、高負荷ではその衝突量
が増加する。
【００４６】このように第１及び第２の実施の形態を組
み合わせた構成では、低負荷運転時には、図４に示すよ
うに点火プラグ１４を含む断面上の濃混合気層（空燃比
１２程度）Ｑ１と、その両側の空気層Ａによる層状燃焼
となり、高負荷運転時には、図１３に示すように点火プ
ラグ１４を含む断面上の濃混合気層（空燃比１２程度）
Ｑ１と、その両側の薄混合気層（空燃比１４〜１５程
度）Ｑ２による層状燃焼となり、また中間の中負荷運転
時には、たとえば点火プラグ１４を含む断面上の濃混合
気層（空燃比１２程度）と、その両側の薄混合気層（１
５〜３０程度）による層状燃焼となる。
【００４７】なお燃料噴射開始時期の切換は、図２２の
ように連続的に変化させる方法の他に、低負荷運転時と
中負荷運転時と高負荷運転時との各境目において、段階
的に切り換える方法でも可能である。
【００４８】
【その他の実施の形態】図１及び図８に示す第１及び第
２の実施の形態では、燃料噴射弁１から点火プラグ１４
部分を通って下方へと旋回するタンブル流を形成する構
成であるが、逆タンブル流を利用することももちろん可
能である。その場合は、たとえば吸ポート１０をシリン
ダ中心線Ｏ１と概ね平行な縦向きに形成して、吸気ポー
ト１０からシリンダ内に供給される吸気が、タンブル流
とは逆回りに旋回する。
【００４９】
【燃料噴射弁の変形例】（１）図１６〜図１８は、偏平
状の燃料噴霧を形成することができる燃料噴射弁の変形
例を示しており、図１７に示すように、Ｙ字状に広がる
１対の分岐ノズル通路４０と、該分岐ノズル通路４０の
前に、前方に行くに従い幅狭くなるように傾斜した１対
の衝突面（傾斜面）４１を備えており、各分岐ノズル通
路４０からの燃料噴射が衝突面４１にそれぞれ斜めに衝
突して、図１６に示すように面状に広がるようになって
いる。
【００５０】各衝突面４１は縦幅が前開き状に広くなっ
ており、両衝突面４１間の前端開口部分は、図１８に示
すように縦長のスリット状になっている。燃料噴霧は図
１６に示すように縦長偏平状に形成される。なお、図１
６では燃料噴射弁１に衝突面４１を形成しているが、衝
突面を燃料噴射弁とは別体とし、シリンダヘッドの噴射
弁取付孔に形成することもできる。
【００５１】（２）図１９〜図２１は、偏平状の燃料噴
霧を形成することができる燃料噴射弁のさらに別の変形
例を示しており、図２０のように環状燃料通路２の先端
部には横幅が前方に行くに従い狭くなるノズル通路５１
が形成されており、図１９のようにノズル通路５１の縦
幅は前方に行くに広くなるように形成され、先端開口部
分は、図２１に示すように縦長のスリット状に形成され
ている。燃料噴霧Ｑ１は図１９のように縦長偏平状に形
成される。
【００５２】（３）図２３〜図２５は、偏平状の燃料噴
霧を形成することができる燃料噴射弁のさらに別の変形
例を示しており、図２３のように燃料噴射弁１の環状燃
料通路２の先端部には扇型に配置された複数のノズル通
路６３が形成されており、各ノズル通路６３は図２４に
示すように、シリンダ中心線Ｏ１を含む平面内に配置さ
れ、図２５に示すように偏平状の噴霧Ｑ１を形成する。
【００５３】
【発明の効果】本願請求項１記載の発明によると、 （１）燃料噴射弁１によりシリンダ５内に直接噴射され
た燃料噴霧Ｑ１を偏平状に形成し、かつ、その燃料噴霧
Ｑ１は、吸気によるタンブル流動場内に形成すると共
に、点火プラグ１４及びシリンダ中心線Ｏ１を通る断面
上に偏平状に形成するので、従来の円錐状燃料噴霧のよ
うに、ピストンとの干渉によりキャビティ内に濃混合気
層を形成する方法に比べ、シリンダ内に着火性の良い濃
混合気層を簡単に形成することができる。すなわち、ピ
ストンにキャビティのような複雑な加工を施すことな
く、簡単に層状燃焼による低燃費化を達成することがで
きる。また、キャビティの加工が不要となるので、ピス
トン頂壁形状の自由度が高くなり、上死点での燃焼室容
積が小さくて燃焼室形状に制約があるショートストロー
クエンジンにおいても、適用性が高い。
【００５４】（２）偏平状燃料噴霧Ｑ１は、点火プラグ
１４及びシリンダ中心線Ｏ１を通る断面上に形成するの
で、従来のようにキャビティ内で燃料噴霧を成長させて
成層する方法に比べ、点火時期と燃料噴霧の成長時間を
考慮する必要がなく、点火時期の設定の自由度が広くな
る。
【００５５】（３）偏平状噴霧Ｑ１は、点火プラグ１４
を通る断面上に形成するため、点火プラグ１４付近には
少なくとも圧縮中期以降は、濃混合気層Ｑ１が常時存在
することになる。これにより点火時期の設定自由度が広
がり、また、ボア径やピストンストロークにあまり左右
されることなく、濃混合気層Ｑ１を形成することができ
る。
【００５６】燃料噴射開始時期を、ピストン１７が下死
点側のストロークＳ２内に位置する吸気行程中期から圧
縮行程の中期までの間に設定するので、ピストンに直接
付着する燃料を低減することができ、ＨＣの発生を抑制
することができる。
【００５７】燃料噴射開始時期を、吸気行程中期から圧
縮行程中期までの間に設定するので、燃料噴射終了後点
火時期までの間の蒸発時間を充分に確保でき、気化を促
進して、点火プラグ１４へのデポジット及び排気中のス
スの発生を低減することができる。
【００５８】噴射開始時期を吸気行程中期から圧縮行程
中期までの広いクランク角範囲Ｗ１内で設定するので、
回転速度が高くなっても燃料噴射のための時間的余裕が
あり、したがって層状燃焼で運転できる範囲が広がるこ
とになると共に、噴射開始時期の設定の自由度が広く、
噴射開始時期のセッティングの簡素化が達成できる。
【００５９】吸気行程中期から圧縮行程中期までの間は
シリンダ内圧が低く、この内圧の低い期間内に燃料噴射
するので、従来の直接噴射式エンジンの噴射圧力（５０
〜１３０kgf/cm2）に比べて低い噴射圧力（３〜２０kgf
/cm2）でも充分に燃料噴霧を形成することができ、燃料
ポンプ駆動に要する負荷が少なくなる。
【００６０】本願請求項２記載の発明によると、 （１）燃料噴霧Ｑ１の一部分をピストン頂壁に強制的に
衝突させて両側に拡散させ、点火プラグ１４を通る断面
上の偏平状の濃混合気層Ｑ１と、その両側の薄混合気層
Ｑ２とを形成しているので、着火性を確保しつつ、シリ
ンダ内全体の空気を効率よく燃焼に利用できる。特に、
高負荷運転時に、理論混合気比に近い全体空燃比で運転
するために噴射量を増大した場合でも、中央の濃混合気
層Ｑ１が過濃度にならずに運転することができる。すな
わち、着火性を確保しながらシリンダ全体の空気の利用
効率を向上させ、高負荷運転時のパワーアップを図るこ
とができる。
【００６１】（２）ピストンに衝突するように燃料噴射
するが、噴射開始時期が吸気行程初期から吸気行程中期
の間なので、点火時期までの間の蒸発時間を相当長く確
保することができ、ＨＣの排出を抑制することができ
る。
【００６２】本願請求項３記載の発明によると、上記請
求項１及び２記載の発明の効果を全て奏することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願発明の第１の実施の形態における燃料噴
射開始時期の状態を示す縦断面図である。
【図２】 図１のII−II断面図である。
【図３】 第１の実施の形態における圧縮行程後期の状
態を示す縦断面図である。
【図４】 図３のIV−IV断面図である。
【図５】 図１の燃料噴射弁のV−V断面拡大部分図であ
る。
【図６】 図５のVI矢視図である。
【図７】 クランク角度と噴射開始時期との関係を示す
グラフである。
【図８】 本願発明の第２の実施の形態における燃料噴
射開始時期の状態を示す縦断面図である。
【図９】 図８のIX−IX断面図である。
【図１０】 第２の実施の形態における下死点時の状態
を示す縦断面図である。
【図１１】 図１０のXI−XI断面図である。
【図１２】 第２の実施の形態における圧縮行程後期の
状態を示す縦断面図である。
【図１３】 図１２のXIII−XIII断面図である。
【図１４】 第２の実施の形態に適用できるピストン頂
壁の平面図である。
【図１５】 図１４のXV−XV断面図である。
【図１６】 偏平状の燃料噴霧を形成する燃料噴射弁の
変形例を示す縦断面部分図である。
【図１７】 図１６のXVII−XVII断面図である。
【図１８】 図１６のXVIII矢視図である。
【図１９】 偏平状の燃料噴霧を形成する燃料噴射弁の
別の変形例を示す縦断面部分図である。
【図２０】 図１９のXX−XX断面図である。
【図２１】 図１９のXXI矢視図である。
【図２２】 第３の実施の形態における負荷、噴射開始
時期及び噴霧衝突量の関係の一例を示すグラフである。
【図２３】 偏平状の燃料噴霧を形成する燃料噴射弁の
別の変形例を示す縦断面部分図である。
【図２４】 図２３のXXIV−XXIV断面図である。
【図２５】 図２３のXXV矢視図である。
【図２６】 ピストン頂壁の変形例を示す平面図であ
る。
【図２７】 図２６のXXVII−XXVII断面図である。
【図２８】 噴霧形状の変形例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 燃料噴射弁 ５ シリンダ ６ 燃焼室 １０ 吸気ポート １４ 点火プラグ １７ ピストン Ｑ１ 燃料噴霧（濃混合気層） Ａ 空気層 Ｑ２ 薄混合気層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 61/18 ３２０ Ｆ０２Ｍ 61/18 ３２０Ｚ ３３０ ３３０Ｚ ３６０ ３６０Ｊ (56)参考文献 特開 平８−177499（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−240044（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−169447（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−62787（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−177684（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−281039（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−30420（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−86355（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−8967（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−270450（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−144543（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−47121（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−312402（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−312433（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−158736（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02B 17/00 - 23/10 F02D 41/00 - 41/40 F02M 61/14 - 61/18

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料噴射弁によってシリンダ内に直接燃
    料を噴射するガソリンエンジンの燃料供給方法におい
    て、シリンダ内には吸気ポートからの吸気によりタンブ
    ル流あるいは逆タンブル流を形成し、該タンブル流ある
    いは逆タンブル流のシリンダ内流動場に、燃料噴射弁に
    よるシリンダ内直接燃料噴射により点火プラグ及びシリ
    ンダ中心線を通る断面を含むように偏平状に広がる燃料
    噴霧を形成し、低負荷運転時における燃料噴射開始時期
    を、吸気行程中期から圧縮行程中期までの期間内に設定
    することにより上記噴霧がピストンの頂壁に殆ど衝突し
    ないように噴霧し、シリンダ内に上記扁平状噴霧による
    濃混合気層とその両側のタンブル流あるいは逆タンブル
    流による空気層よりなる層状混合気を生成することによ
    り、低負荷運転時に層状燃焼を行うことを特徴とするガ
    ソリンエンジンの燃料供給方法。
  2. 【請求項２】 燃料噴射弁によってシリンダ内に直接燃
    料を噴射するガソリンエンジンの燃料供給方法におい
    て、シリンダ内には吸気ポートからの吸気によりタンブ
    ル流あるいは逆タンブル流を形成し、該タンブル流ある
    いは逆タンブル流のシリンダ内流動場に、燃料噴射弁に
    よるシリンダ内直接燃料噴射により点火プラグ及びシリ
    ンダ中心線を通る断面を含むように偏平状に広がる燃料
    噴霧を形成し、高負荷運転時における燃料噴射開始時期
    を、吸気行程初期から吸気行程中期までの期間内に設定
    することにより上記噴霧をピストンの頂壁に強制的に衝
    突させて両側に拡散させるように噴霧し、上記扁平状噴
    霧部分の濃混合気層の両側に薄混合気層を形成すること
    により、高負荷運転時にシリンダ全体に混合気層を形成
    することを特徴とするガソリンエンジンの燃料供給方
    法。
  3. 【請求項３】 燃料噴射弁によってシリンダ内に直接燃
    料を噴射するガソリンエンジンの燃料供給方法におい
    て、シリンダ内には吸気ポートからの吸気によりタンブ
    ル流あるいは逆タンブル流を形成し、該タンブル流ある
    いは逆タンブル流のシリンダ内流動場に、燃料噴射弁に
    よるシリンダ内直接燃料噴射により点火プラグ及びシリ
    ンダ中心線を通る断面を含むように偏平状に広がる燃料
    噴霧を形成し、低負荷運転時における燃料噴射開始時期
    を、吸気行程中期から圧縮行程中期までの期間内に設定
    することにより上記噴霧がピストンの頂壁に殆ど衝突し
    ないように噴霧し、シリンダ内に上記扁平状噴霧による
    濃混合気層とその両側のタンブル流あるいは逆タンブル
    流による空気層よりなる層状混合気を生成し、低負荷運
    転時に層状燃焼を行い、 一方、高負荷運転時における燃料噴射開始時期を、吸気
    行程初期から吸気行程中期までの期間内に設定すること
    により上記噴霧をピストンの頂壁に強制的に衝突させて
    両側に拡散させるように噴霧し、上記扁平状噴霧部分の
    濃混合気層の両側に薄混合気層を形成することにより、
    高負荷運転時にシリンダ全体に混合気層を形成すること
    を特徴とするガソリンエンジンの燃料供給方法。
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