JP3912194B2 - 火花点火式直噴エンジン - Google Patents
火花点火式直噴エンジン Download PDFInfo
- Publication number
- JP3912194B2 JP3912194B2 JP2002170298A JP2002170298A JP3912194B2 JP 3912194 B2 JP3912194 B2 JP 3912194B2 JP 2002170298 A JP2002170298 A JP 2002170298A JP 2002170298 A JP2002170298 A JP 2002170298A JP 3912194 B2 JP3912194 B2 JP 3912194B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- spray
- nozzle
- axis
- ignition
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
- F02M45/02—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship with each cyclic delivery being separated into two or more parts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B17/00—Engines characterised by means for effecting stratification of charge in cylinders
- F02B17/005—Engines characterised by means for effecting stratification of charge in cylinders having direct injection in the combustion chamber
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
- F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
- F02B23/104—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on a side position of the cylinder
- F02B23/105—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on a side position of the cylinder the fuel is sprayed directly onto or close to the spark plug
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
- F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
- F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
- F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
- F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
- F02B2023/103—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector having a multi-hole nozzle for generating multiple sprays
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/12—Other methods of operation
- F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
- F02M69/04—Injectors peculiar thereto
- F02M69/042—Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit
- F02M69/045—Positioning of injectors with respect to engine, e.g. in the air intake conduit for injecting into the combustion chamber
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インジェクタの先端部を燃焼室内に配置し、インジェクタからの噴霧が点火プラグの電極周辺に偏在するようにした火花点火式直噴エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、点火プラグを備えるとともに、燃料を燃焼室内に直接噴射供給するインジェクタを備え、成層燃焼による燃費改善を図るようにした火花点火式の直噴エンジンが知られている。この種のエンジンでは、燃料の拡散を押えつつも気化、霧化を促進し、かつ、点火プラグの電極付近に着火可能な適度の空燃比の混合気が偏在する状態を確保することが要求される。
【０００３】
このような技術として、例えば特開平１０−５４２４６号公報や特開２００１−２４８４４３号公報には、燃料を直接点火プラグの電極付近に噴射し、点火前に燃料が燃焼室のシリンダやピストンに殆ど接触しないようにしたエンジンが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、電極に向けて燃料を噴射するため、この電極周辺に燃料が液滴となって付着し易いという問題があった。電極周辺に燃料が液滴となって付着すると、電気のリークを招き、点火不良に至る可能性がある。また、電極付近の混合気がリッチになり過ぎるという問題があった。これらの問題は、出力低下や燃費の悪化、或いはエミッションの増大を招く原因となっており、その解決が課題となっていた。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑み、燃料の気化、霧化を促進しつつ、電極周辺への液滴化した燃料の付着を防止し、電極付近の混合気がリッチになり過ぎないような火花点火式直噴エンジンを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本明細書において、ピストンの摺動方向を上下方向とし、燃焼室側を上、クランクシャフト側を下とする。また、インジェクタの軸線および上下方向に垂直な方向を左右方向とする。
【０００７】
請求項１の発明は、燃焼室上側の略中央部に点火プラグを設けると共に、燃焼室上側の略周縁部にインジェクタの先端部を設け、上記インジェクタの先端部から上記点火プラグの電極付近に燃料を直接噴射する火花点火式直噴エンジンにおいて、上記インジェクタの先端部において１列に複数の噴口を並べて設け、これらの噴口から噴射される噴霧の上記点火プラグ位置付近での分布中心が、上記点火プラグを避けつつ、上記電極から僅かに離れた電極の左右双方と下方とに位置するように、電極の左右に噴霧を分布させる噴口の軸線と、電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線の、少なくとも一方を、各噴口が並ぶ列方向に対して交差する方向に傾斜させて、その軸線の傾きを相違させたことを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、燃料を複数の噴口から噴射することにより、その燃料の微粒化が図られ、気化、霧化が促進される。しかも、各噴口から噴射された噴霧の分布中心が点火プラグを避けた位置（電極の左右双方と下方）にあるので、燃料が液滴化して電極周辺へ付着する量を削減することができる。更に、最もリッチな各噴霧の分布中心を電極の周囲に僅かに離して配列しているため、電極部の混合気がリッチ過ぎず、着火可能な適度の空燃比となるようにすることができる。
【０００９】
しかもその噴口は、１列に並んだ噴口の軸線の傾きを互いに相違させるだけで容易に加工することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記各噴口は、上記電極の左右方向に一列に並び、上記電極の左右に噴霧を分布させる噴口の軸線は、上記電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線に対して、上記列方向に交差する一方向への傾斜角が大きくなるように設定されていることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、左右方向に一列に並ぶ噴口でありながら、リッチな混合気の層を電極部の近傍で上下方向に分布させて形成することができる。そのため、噴口の加工が容易となるとともに、電極部で着火した火炎が、速やかに電極の横方向に伝播し、良好な燃焼を得ることができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記電極の左右に噴霧を分布させる噴口の軸線は、上記列方向に交差する一方向に傾斜し、上記電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線は、その一方向とは反対の方向に傾斜していることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、各噴口の、列方向に対する傾斜角に対し、逆方向に傾斜された噴口同士の相対傾斜角を大きくすることができる。従って、小さな傾斜角で噴口の加工を容易化しつつ、噴霧を上下方向により長く分布させることができる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記各噴口は、上記電極の上下方向に一列に並び、上記電極の左右のうち少なくとも一方に噴霧を分布させる噴口の軸線は、上記電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線に対して、上記列方向に交差する一方向への傾斜角が大きくなるように設定されていることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、リッチな混合気の層を電極部の横に上下に長く形成するとともに、下方の中心寄りにも形成することができる。そのため、電極部で着火した火炎が、速やかに電極の横方向および下方に伝播し、良好な燃焼を得ることができる。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項４記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線の傾斜角が０度であることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、電極の下方の噴霧を、その電極の真下に形成し、より左右のバランスの良い噴霧となすことができる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項５記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記電極の左右に噴霧を分布させる噴口の軸線は、右と左とで、上記列方向に対して反対側にそれぞれ傾斜していることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、各噴口の、列方向に対する傾斜角に対し、逆方向に傾斜された噴口同士の相対傾斜角を大きくすることができる。従って、小さな傾斜角で噴口の加工を容易化しつつ、噴霧を左右方向により長く分布させることができる。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、１行程あたりの噴射燃料を分割し、所定の時間差を設けて噴射することを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、一行程分の噴射燃料を分割して噴射するので、噴射当たりの噴射量を低減することができる。そのため、燃料の微粒化が更に促進される。更に、各噴射タイミングから点火時までの拡散時間に差異を設け、点火時の各噴霧の濃度分布を異なったものとすることができる。点火時における全体の混合気濃度分布は、これらを合成したものとなるので、噴射間隔を適宜調整することにより、運転条件に応じた最適な濃度分布の混合気を形成することができる。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項７記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、気筒あたり複数のインジェクタを備えるか、または複数の先端部を有するインジェクタを備え、上記各先端部からの燃料噴射時期に所定の時間差を設けたことを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、噴射の分割を異なる噴口によって行っているため、同一の噴口から時間差を設けて複数回噴射するものと異なり、噴射間隔の下限に制約がなく、比較的長い間隔から殆ど同時まで、高い自由度で設定することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第一の実施形態による火花点火式直噴エンジンの断面図である。図１において、１はシリンダブロック２上に設置されたシリンダヘッド、３はシリンダブロック２のシリンダボア４内に設置されたピストンであり、ピストン３の上面とシリンダヘッド１の下面との間に燃焼室５が形成されており、この部分におけるシリンダヘッド１の下面側には燃焼室５の天井部を構成する凹陥部が設けられている。
【００２５】
シリンダヘッド１には、燃焼室５に開口する吸気ポートと排気ポートが形成され、当実施形態では気筒毎に２個の吸気ポート６，７と２個の排気ポート８，９とが形成されている。吸気ポート６，７には吸気弁１０，１１が装備され、排気ポート８，９には排気弁１２，１３が装備されており、図外のカムシャフトにより、吸気弁１０，１１および排気弁１２，１３が駆動されるようになっている。
【００２６】
さらに、燃焼室５内に直接燃料を噴射するインジェクタ１４と、点火プラグ１６とがシリンダヘッド１に取り付けられており、インジェクタ１４の先端部は燃焼室５の略周縁部に配置され、点火プラグ１６の先端は燃焼室５の天井部の略中央に配置されている。図１では、インジェクタ１４から噴霧１５が噴射された状態を示す。
【００２７】
このエンジンは、ピストン３が下方に摺動するとともに吸気弁１０，１１が開いて燃焼室５内に空気を吸入する吸気行程と、吸気弁１０，１１が閉じるとともにピストン３が上方に摺動して内部の空気を圧縮する圧縮行程と、燃料を燃焼させて内圧を高め、ピストン３を押し下げる膨張行程と、ピストン３が上方に摺動するとともに排気弁１２，１３が開いて燃焼室５内の空気を排出する排気行程の４行程を順次行う。そして、成層運転域（例えば低回転低負荷領域）では、圧縮行程の適当な時期にインジェクタ１４から燃料が噴射されて、点火プラグ１６周りに燃料が偏在する状態で着火、燃焼が行われるようになっている。
【００２８】
ところで、当実施形態の上記行程における燃料の噴霧１５は、全体として一つの噴霧のように見えるが、詳細には複数の噴口から噴射された複数の噴霧の集合体である。以下に、その噴霧１５および噴霧１５を噴射するインジェクタ１４について詳細に説明する。
【００２９】
図２は噴霧１５の噴射状況を示す説明図である。インジェクタ１４から噴射された噴霧１５は、６個の噴口（詳細は後述する）から噴射された６本の個別噴霧の集合体である。図２には、一例として３本の個別噴霧３１ｅ，３２ｅ，３５ｅが見えている場合の状態を示す。各個別噴霧では、それぞれの噴霧中心線を軸として燃料が噴射される。例えば個別噴霧３５ｅは、噴霧中心線３５ｄを軸として燃料が噴射されている。
【００３０】
図３はインジェクタ１４の斜視図である。インジェクタ１４は、図外の高圧ポンプから圧送される燃料を受入れる連結部２０を後端に備え、本体後部には図外の制御装置からの制御信号を受入れるコネクタ２２を備える。またインジェクタ１４の先端には燃焼室５に突出する先端部２４が形成されている。先端部２４の中心部には、各噴口が穿設された噴口エリア２６が形成されている。インジェクタ１４の内部には、連結部２０から受入れた燃料を噴射するために噴口を開閉するバルブを作動するためのソレノイド２３が設けられている。ソレノイド２３は、コネクタ２２から受入れた制御信号がＯＮの時にバルブを作動して噴口を開く。
【００３１】
図４（イ）は、インジェクタ１４の噴口エリア２６を、図３に示すＡ方向から見た拡大矢視図であり、図４（ロ）は、その噴口から噴射された噴霧の仮想平面９０上の分布を示す説明図である。なお図４（イ）と図４（ロ）の上下方向は、図１の上下方向と同一である。図４（イ）に示すように、噴口エリア２６には、６個の噴口５１，５２，５３，５４，５５，５６（総称を噴口５０とする）が穿設されている。
【００３２】
噴口５０からは、それぞれ燃料が噴射され、それらの個別噴霧が合成されて一つの噴霧１５が形成される。なお、噴口エリア２６を含む端面は、若干丸みを帯びて形成されているため、各噴口から噴射された噴霧の中心線は、全体的に放射状に拡散する。噴口５０の軸線は、その噴口から噴射された個別噴霧の中心線が、噴霧１５全体の中心線に対し、それぞれ個別に傾斜したものとなるように設けられている。図４（イ）では、噴口５０の軸線の傾斜方向を、各噴口に記した矢印で示す。また矢印の長さは、相対的な傾斜度合いを示し、矢印が長いほど傾斜角が大きいことを示す。
【００３３】
噴口５０は、噴口エリア２６の中央で、上下に並ぶ噴口の列となっている。矢印で示すように、噴口５１，５３，５５の軸線は右に傾斜しており、噴口５２，５４の軸線は左に傾斜している。噴口５６の軸線は傾斜していない。以上のように各噴口の軸線が設けられているため、噴口５０から噴射された噴霧の中心線は、平均的な放射状の拡がりに、各々の噴口軸線の傾斜を加えた方向に伸びる。
【００３４】
図４（ロ）は、インジェクタ１４から噴射された噴霧が、点火プラグ１６の電極１７付近に達した、点火直前の状況を示す説明図である。二点鎖線で示す仮想平面９０は、噴霧１５の全体の軸線に対し、点火プラグ１６の位置で垂直に立てた仮想の平面である。また、仮想平面９０上の、点火プラグ１６及びその電極１７の位置１６’，１７’を破線で示す。図４（ロ）に示すように、噴口５０から噴射された噴霧は、点火プラグ１６の位置での噴霧の分布中心５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ，５５ａ，５６ａ（総称を噴霧の分布中心５０ａとする）が、点火プラグ１６を避けつつ、電極１７の周囲に僅かに離れて配列している。詳しくは、噴霧の分布中心５２ａと５４ａは、電極１７の横で上下に並ぶ列となっている。同様に、噴霧の分布中心５１ａ、５３ａおよび５５ａも、電極１７の横で上下に並ぶ列となっている。また、噴霧の分布中心５６ａは電極１７の下方に位置している。
【００３５】
従って、仮想平面９０上に斜線で示すように、点火プラグ１６の両側と下方に斜線で示すリッチ噴霧領域５０ｂが分布している。リッチ噴霧領域５０ｂは、点火時における比較的リッチな混合気の分布を示す。またその外側には、着火噴霧領域５０ｃが分布している。着火噴霧領域５０ｃ内の混合気は、リッチ噴霧領域５０ｂ内の混合気よりも若干希薄であり、着火可能な適度の空燃比の混合気となっている。更にその外側には、もっと希薄な混合気の領域が分布している。
【００３６】
但し、各領域の境界線は、図に示すように明確なものではなく、噴霧の空燃比は、噴霧の分布中心５１ａ〜５６ａを中心に連続的な層を成して分布するものであって、図４（ロ）は、説明のために敢えて境界線を示すものである。以下の図においても同様である。
【００３７】
以上のように点火時の燃料の濃度分布が設定されているので、点火時の電極１７は着火噴霧領域５０ｃにあることになり、リッチ噴霧領域５０ｂにある場合よりも液滴化した燃料の付着量が少ない。更に、電極１７周辺の混合気がリッチ過ぎず、着火可能な適度の空燃比となっている。またそのような噴霧を、一列に並べて軸線方向を傾斜させただけの簡単な構造の噴口５０によって得ることができる。
【００３８】
噴口の穿孔パターンは、上記第一実施形態に示すもの以外であっても良い。以下に他の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態において、第一実施形態と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。また、以下の実施形態でも、リッチ噴霧領域とは点火時における比較的リッチな混合気が分布する領域を指し、着火噴霧領域とは、リッチ噴霧領域内よりも若干希薄で、着火可能な適度の空燃比の混合気が分布する 領域を指す。
【００３９】
図５（イ）は、本発明の第二実施形態による、噴口の穿孔パターンを示す説明図、図５（ロ）は、その噴口から噴射された噴霧の仮想平面９０上の分布を示す説明図である。図５（イ）は図４（イ）と、図５（ロ）は図４（ロ）と同様の表記方法で示した図である。図５（イ）に示すように、噴口エリア２６には、５個の噴口６１，６２，６３，６４，６５（総称を噴口６０とする）が穿設されている。噴口６０は、噴口エリア２６の中央で、左右に並ぶ噴口の列となっている。矢印で示すように、噴口６１と６５の軸線は上向きに傾斜しており、噴口６３の軸線は下向きに傾斜している。噴口６１と６５の軸線の傾斜度合いは、噴口６３のものよりも大きい。噴口６２と６４の軸線は傾斜していない。以上のように各噴口の軸線が設けられているため、噴口６０から噴射された噴霧の中心線は、平均的な放射状の拡がりに、各々の噴口軸線の傾斜を加えた方向に伸びる。
【００４０】
図５（ロ）に示すように、噴口６０から噴射された噴霧は、点火プラグ１６の位置での噴霧の分布中心６１ａ，６２ａ，６３ａ，６４ａ，６５ａ（総称を噴霧の分布中心６０ａとする）が、点火プラグ１６を避けつつ、電極１７の周囲に僅かに離れて配列している。詳しくは、噴霧の分布中心６１ａおよび６５ａは、それぞれ電極１７の左右に配されている。噴霧の分布中心６２ａ、６３ａおよび６４ａは、電極１７の下方で略左右かつ下方に位置している。
【００４１】
従って、仮想平面９０上に斜線で示すように、点火プラグ１６の両側と下方にリッチ噴霧領域６０ｂが分布し、その外側には、着火噴霧領域６０ｃが形成されている。更にその外側には、もっと希薄な混合気の領域が分布している。
【００４２】
この第二実施形態においても、第一実施形態と同様、点火時の電極１７は着火噴霧領域６０ｃにあることになり、リッチ噴霧領域６０ｂにある場合よりも液滴化した燃料の付着量が少ない。更に、電極１７周辺の混合気がリッチ過ぎず、着火可能な適度の空燃比となっている。またそのような噴霧を、一列に並べて軸線方向を傾斜させただけの簡単な構造の噴口６０によって得ることができる。
【００４３】
以上の実施形態は、単一の噴口エリア２６から燃料を噴射するものであるが、複数の噴口エリア２６から噴射しても良い。その手段としては、インジェクタ１４を複数用いる他、複数の先端部を有するインジェクタを用いても良い。
【００４４】
そのように複数の噴口エリア２６から燃料を噴射する場合には、一行程分の噴射燃料を分割して噴射するので、各噴口からの一回当たりの噴射量を低減することができる。そのため、燃料の微粒化が更に促進される。また、各噴射タイミングに時間差を設ければ、各噴射タイミングから点火時までの拡散時間に差が生じ、点火時の各噴霧の濃度分布が異なったものとなる。例えば、一方の噴口エリア２６からの噴射の後、所定時間後に他方の噴口エリア２６からの噴射を行えば、点火時における全体の混合気濃度分布は、比較的広く拡散して希薄になった先に噴射した噴霧と、比較的狭く拡散してリッチな状態である後から噴射した噴霧とを合成したものとなる。このように噴射間隔を適宜調整することにより、燃焼室５内の燃料分布や点火プラグ１６および電極１７周囲の燃料分布を更にきめ細かく調整することができるので、運転条件に応じた最適な濃度分布の混合気を形成することができる。しかも、噴射の分割を異なる噴口によって行っているため、同一の噴口から時間差を設けて複数回噴射するものと異なり、噴射間隔の下限に制約がなく、比較的長い間隔から殆ど同時まで、高い自由度で設定することができる。
【００４５】
また、３個以上の先端部を有するインジェクタ、あるいは単数の噴口エリア２６を有する３本以上のインジェクタ１４を用いても良く、その噴射タイミングについては、同時を含めて適宜設定してよい。
【００４６】
本発明は上記第一及び第二の実施形態に示す噴霧の分布中心の配列や各噴口の穿孔パターンに限定するものではなく、噴口を一列に並べるとともに、その点火プラグ１６の位置での噴霧の分布中心が、点火プラグ１６を避けつつ、電極１７から僅かに離れた電極の左右双方と下方とに位置するように、電極の左右に噴霧を分布させる噴口の軸線と、電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線の、少なくとも一方を、各噴口が並ぶ列方向に対して交差する方向に傾斜させて、その軸線の傾きを相違させたものであれば、他の形態も可である。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明の火花点火式直噴エンジンは、燃焼室上側の略中央部に点火プラグを設けると共に、燃焼室上側の略周縁部にインジェクタの先端部を設け、上記インジェクタの先端部から上記点火プラグの電極付近に燃料を直接噴射する火花点火式直噴エンジンにおいて、上記インジェクタの先端部において１列に複数の噴口を並べて設け、これらの噴口から噴射される噴霧の上記点火プラグ位置付近での分布中心が、上記点火プラグを避けつつ、上記電極から僅かに離れた電極の左右双方と下方とに位置するように、電極の左右に噴霧を分布させる噴口の軸線と、電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線の、少なくとも一方を、各噴口が並ぶ列方向に対して交差する方向に傾斜させて、その軸線の傾きを相違させたことを特徴とするので、加工が容易な噴口でありながら、燃料の微粒化が図られ、気化、霧化が促進される。また、燃料が液滴化して電極周辺へ付着する量を削減することができる。更に、電極部の混合気がリッチ過ぎず、着火可能な適度の空燃比となるようにすることができるので、出力の増大、燃費の向上、およびエミッションの減少を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態にかかる火花点火式直噴エンジンの断面図である。
【図２】 本発明の一実施形態にかかる火花点火式直噴エンジンの燃料の噴射状況を示す説明図である。
【図３】 本発明の一実施形態にかかるインジェクタの斜視図である。
【図４】 （イ）は図３に示すインジェクタの噴口エリアの拡大図であり、（ロ）はインジェクタから噴射された噴霧の、点火直前の分布状況を示す説明図である。
【図５】 本発明の一実施形態による、噴口の穿孔パターンと、その噴口から噴射された噴霧の点火直前の分布を示す説明図である。
【符号の説明】
１ シリンダヘッド
２ シリンダブロック
３ ピストン
４ シリンダボア
５ 燃焼室
６，７ 吸気ポート
８，９ 排気ポート
１０，１１ 吸気弁
１２，１３ 排気弁
１４ インジェクタ
１５ 噴霧
１６ 点火プラグ
１７ 電極
２４ 先端部
２６ 噴口エリア
５０，６０ 噴口
５０ａ，６０ａ 噴霧の分布中心
５０ｂ，６０ｂ リッチ噴霧領域
５０ｃ，６０ｃ 着火噴霧領域
５０ｄ，６０ｄ 噴霧中心線
９０ 仮想平面
【発明の属する技術分野】
本発明は、インジェクタの先端部を燃焼室内に配置し、インジェクタからの噴霧が点火プラグの電極周辺に偏在するようにした火花点火式直噴エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、点火プラグを備えるとともに、燃料を燃焼室内に直接噴射供給するインジェクタを備え、成層燃焼による燃費改善を図るようにした火花点火式の直噴エンジンが知られている。この種のエンジンでは、燃料の拡散を押えつつも気化、霧化を促進し、かつ、点火プラグの電極付近に着火可能な適度の空燃比の混合気が偏在する状態を確保することが要求される。
【０００３】
このような技術として、例えば特開平１０−５４２４６号公報や特開２００１−２４８４４３号公報には、燃料を直接点火プラグの電極付近に噴射し、点火前に燃料が燃焼室のシリンダやピストンに殆ど接触しないようにしたエンジンが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、電極に向けて燃料を噴射するため、この電極周辺に燃料が液滴となって付着し易いという問題があった。電極周辺に燃料が液滴となって付着すると、電気のリークを招き、点火不良に至る可能性がある。また、電極付近の混合気がリッチになり過ぎるという問題があった。これらの問題は、出力低下や燃費の悪化、或いはエミッションの増大を招く原因となっており、その解決が課題となっていた。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑み、燃料の気化、霧化を促進しつつ、電極周辺への液滴化した燃料の付着を防止し、電極付近の混合気がリッチになり過ぎないような火花点火式直噴エンジンを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本明細書において、ピストンの摺動方向を上下方向とし、燃焼室側を上、クランクシャフト側を下とする。また、インジェクタの軸線および上下方向に垂直な方向を左右方向とする。
【０００７】
請求項１の発明は、燃焼室上側の略中央部に点火プラグを設けると共に、燃焼室上側の略周縁部にインジェクタの先端部を設け、上記インジェクタの先端部から上記点火プラグの電極付近に燃料を直接噴射する火花点火式直噴エンジンにおいて、上記インジェクタの先端部において１列に複数の噴口を並べて設け、これらの噴口から噴射される噴霧の上記点火プラグ位置付近での分布中心が、上記点火プラグを避けつつ、上記電極から僅かに離れた電極の左右双方と下方とに位置するように、電極の左右に噴霧を分布させる噴口の軸線と、電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線の、少なくとも一方を、各噴口が並ぶ列方向に対して交差する方向に傾斜させて、その軸線の傾きを相違させたことを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、燃料を複数の噴口から噴射することにより、その燃料の微粒化が図られ、気化、霧化が促進される。しかも、各噴口から噴射された噴霧の分布中心が点火プラグを避けた位置（電極の左右双方と下方）にあるので、燃料が液滴化して電極周辺へ付着する量を削減することができる。更に、最もリッチな各噴霧の分布中心を電極の周囲に僅かに離して配列しているため、電極部の混合気がリッチ過ぎず、着火可能な適度の空燃比となるようにすることができる。
【０００９】
しかもその噴口は、１列に並んだ噴口の軸線の傾きを互いに相違させるだけで容易に加工することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記各噴口は、上記電極の左右方向に一列に並び、上記電極の左右に噴霧を分布させる噴口の軸線は、上記電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線に対して、上記列方向に交差する一方向への傾斜角が大きくなるように設定されていることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、左右方向に一列に並ぶ噴口でありながら、リッチな混合気の層を電極部の近傍で上下方向に分布させて形成することができる。そのため、噴口の加工が容易となるとともに、電極部で着火した火炎が、速やかに電極の横方向に伝播し、良好な燃焼を得ることができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記電極の左右に噴霧を分布させる噴口の軸線は、上記列方向に交差する一方向に傾斜し、上記電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線は、その一方向とは反対の方向に傾斜していることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、各噴口の、列方向に対する傾斜角に対し、逆方向に傾斜された噴口同士の相対傾斜角を大きくすることができる。従って、小さな傾斜角で噴口の加工を容易化しつつ、噴霧を上下方向により長く分布させることができる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記各噴口は、上記電極の上下方向に一列に並び、上記電極の左右のうち少なくとも一方に噴霧を分布させる噴口の軸線は、上記電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線に対して、上記列方向に交差する一方向への傾斜角が大きくなるように設定されていることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、リッチな混合気の層を電極部の横に上下に長く形成するとともに、下方の中心寄りにも形成することができる。そのため、電極部で着火した火炎が、速やかに電極の横方向および下方に伝播し、良好な燃焼を得ることができる。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項４記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線の傾斜角が０度であることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、電極の下方の噴霧を、その電極の真下に形成し、より左右のバランスの良い噴霧となすことができる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項５記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、上記電極の左右に噴霧を分布させる噴口の軸線は、右と左とで、上記列方向に対して反対側にそれぞれ傾斜していることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、各噴口の、列方向に対する傾斜角に対し、逆方向に傾斜された噴口同士の相対傾斜角を大きくすることができる。従って、小さな傾斜角で噴口の加工を容易化しつつ、噴霧を左右方向により長く分布させることができる。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、１行程あたりの噴射燃料を分割し、所定の時間差を設けて噴射することを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、一行程分の噴射燃料を分割して噴射するので、噴射当たりの噴射量を低減することができる。そのため、燃料の微粒化が更に促進される。更に、各噴射タイミングから点火時までの拡散時間に差異を設け、点火時の各噴霧の濃度分布を異なったものとすることができる。点火時における全体の混合気濃度分布は、これらを合成したものとなるので、噴射間隔を適宜調整することにより、運転条件に応じた最適な濃度分布の混合気を形成することができる。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項７記載の火花点火式直噴エンジンにおいて、気筒あたり複数のインジェクタを備えるか、または複数の先端部を有するインジェクタを備え、上記各先端部からの燃料噴射時期に所定の時間差を設けたことを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、噴射の分割を異なる噴口によって行っているため、同一の噴口から時間差を設けて複数回噴射するものと異なり、噴射間隔の下限に制約がなく、比較的長い間隔から殆ど同時まで、高い自由度で設定することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第一の実施形態による火花点火式直噴エンジンの断面図である。図１において、１はシリンダブロック２上に設置されたシリンダヘッド、３はシリンダブロック２のシリンダボア４内に設置されたピストンであり、ピストン３の上面とシリンダヘッド１の下面との間に燃焼室５が形成されており、この部分におけるシリンダヘッド１の下面側には燃焼室５の天井部を構成する凹陥部が設けられている。
【００２５】
シリンダヘッド１には、燃焼室５に開口する吸気ポートと排気ポートが形成され、当実施形態では気筒毎に２個の吸気ポート６，７と２個の排気ポート８，９とが形成されている。吸気ポート６，７には吸気弁１０，１１が装備され、排気ポート８，９には排気弁１２，１３が装備されており、図外のカムシャフトにより、吸気弁１０，１１および排気弁１２，１３が駆動されるようになっている。
【００２６】
さらに、燃焼室５内に直接燃料を噴射するインジェクタ１４と、点火プラグ１６とがシリンダヘッド１に取り付けられており、インジェクタ１４の先端部は燃焼室５の略周縁部に配置され、点火プラグ１６の先端は燃焼室５の天井部の略中央に配置されている。図１では、インジェクタ１４から噴霧１５が噴射された状態を示す。
【００２７】
このエンジンは、ピストン３が下方に摺動するとともに吸気弁１０，１１が開いて燃焼室５内に空気を吸入する吸気行程と、吸気弁１０，１１が閉じるとともにピストン３が上方に摺動して内部の空気を圧縮する圧縮行程と、燃料を燃焼させて内圧を高め、ピストン３を押し下げる膨張行程と、ピストン３が上方に摺動するとともに排気弁１２，１３が開いて燃焼室５内の空気を排出する排気行程の４行程を順次行う。そして、成層運転域（例えば低回転低負荷領域）では、圧縮行程の適当な時期にインジェクタ１４から燃料が噴射されて、点火プラグ１６周りに燃料が偏在する状態で着火、燃焼が行われるようになっている。
【００２８】
ところで、当実施形態の上記行程における燃料の噴霧１５は、全体として一つの噴霧のように見えるが、詳細には複数の噴口から噴射された複数の噴霧の集合体である。以下に、その噴霧１５および噴霧１５を噴射するインジェクタ１４について詳細に説明する。
【００２９】
図２は噴霧１５の噴射状況を示す説明図である。インジェクタ１４から噴射された噴霧１５は、６個の噴口（詳細は後述する）から噴射された６本の個別噴霧の集合体である。図２には、一例として３本の個別噴霧３１ｅ，３２ｅ，３５ｅが見えている場合の状態を示す。各個別噴霧では、それぞれの噴霧中心線を軸として燃料が噴射される。例えば個別噴霧３５ｅは、噴霧中心線３５ｄを軸として燃料が噴射されている。
【００３０】
図３はインジェクタ１４の斜視図である。インジェクタ１４は、図外の高圧ポンプから圧送される燃料を受入れる連結部２０を後端に備え、本体後部には図外の制御装置からの制御信号を受入れるコネクタ２２を備える。またインジェクタ１４の先端には燃焼室５に突出する先端部２４が形成されている。先端部２４の中心部には、各噴口が穿設された噴口エリア２６が形成されている。インジェクタ１４の内部には、連結部２０から受入れた燃料を噴射するために噴口を開閉するバルブを作動するためのソレノイド２３が設けられている。ソレノイド２３は、コネクタ２２から受入れた制御信号がＯＮの時にバルブを作動して噴口を開く。
【００３１】
図４（イ）は、インジェクタ１４の噴口エリア２６を、図３に示すＡ方向から見た拡大矢視図であり、図４（ロ）は、その噴口から噴射された噴霧の仮想平面９０上の分布を示す説明図である。なお図４（イ）と図４（ロ）の上下方向は、図１の上下方向と同一である。図４（イ）に示すように、噴口エリア２６には、６個の噴口５１，５２，５３，５４，５５，５６（総称を噴口５０とする）が穿設されている。
【００３２】
噴口５０からは、それぞれ燃料が噴射され、それらの個別噴霧が合成されて一つの噴霧１５が形成される。なお、噴口エリア２６を含む端面は、若干丸みを帯びて形成されているため、各噴口から噴射された噴霧の中心線は、全体的に放射状に拡散する。噴口５０の軸線は、その噴口から噴射された個別噴霧の中心線が、噴霧１５全体の中心線に対し、それぞれ個別に傾斜したものとなるように設けられている。図４（イ）では、噴口５０の軸線の傾斜方向を、各噴口に記した矢印で示す。また矢印の長さは、相対的な傾斜度合いを示し、矢印が長いほど傾斜角が大きいことを示す。
【００３３】
噴口５０は、噴口エリア２６の中央で、上下に並ぶ噴口の列となっている。矢印で示すように、噴口５１，５３，５５の軸線は右に傾斜しており、噴口５２，５４の軸線は左に傾斜している。噴口５６の軸線は傾斜していない。以上のように各噴口の軸線が設けられているため、噴口５０から噴射された噴霧の中心線は、平均的な放射状の拡がりに、各々の噴口軸線の傾斜を加えた方向に伸びる。
【００３４】
図４（ロ）は、インジェクタ１４から噴射された噴霧が、点火プラグ１６の電極１７付近に達した、点火直前の状況を示す説明図である。二点鎖線で示す仮想平面９０は、噴霧１５の全体の軸線に対し、点火プラグ１６の位置で垂直に立てた仮想の平面である。また、仮想平面９０上の、点火プラグ１６及びその電極１７の位置１６’，１７’を破線で示す。図４（ロ）に示すように、噴口５０から噴射された噴霧は、点火プラグ１６の位置での噴霧の分布中心５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ，５５ａ，５６ａ（総称を噴霧の分布中心５０ａとする）が、点火プラグ１６を避けつつ、電極１７の周囲に僅かに離れて配列している。詳しくは、噴霧の分布中心５２ａと５４ａは、電極１７の横で上下に並ぶ列となっている。同様に、噴霧の分布中心５１ａ、５３ａおよび５５ａも、電極１７の横で上下に並ぶ列となっている。また、噴霧の分布中心５６ａは電極１７の下方に位置している。
【００３５】
従って、仮想平面９０上に斜線で示すように、点火プラグ１６の両側と下方に斜線で示すリッチ噴霧領域５０ｂが分布している。リッチ噴霧領域５０ｂは、点火時における比較的リッチな混合気の分布を示す。またその外側には、着火噴霧領域５０ｃが分布している。着火噴霧領域５０ｃ内の混合気は、リッチ噴霧領域５０ｂ内の混合気よりも若干希薄であり、着火可能な適度の空燃比の混合気となっている。更にその外側には、もっと希薄な混合気の領域が分布している。
【００３６】
但し、各領域の境界線は、図に示すように明確なものではなく、噴霧の空燃比は、噴霧の分布中心５１ａ〜５６ａを中心に連続的な層を成して分布するものであって、図４（ロ）は、説明のために敢えて境界線を示すものである。以下の図においても同様である。
【００３７】
以上のように点火時の燃料の濃度分布が設定されているので、点火時の電極１７は着火噴霧領域５０ｃにあることになり、リッチ噴霧領域５０ｂにある場合よりも液滴化した燃料の付着量が少ない。更に、電極１７周辺の混合気がリッチ過ぎず、着火可能な適度の空燃比となっている。またそのような噴霧を、一列に並べて軸線方向を傾斜させただけの簡単な構造の噴口５０によって得ることができる。
【００３８】
噴口の穿孔パターンは、上記第一実施形態に示すもの以外であっても良い。以下に他の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態において、第一実施形態と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。また、以下の実施形態でも、リッチ噴霧領域とは点火時における比較的リッチな混合気が分布する領域を指し、着火噴霧領域とは、リッチ噴霧領域内よりも若干希薄で、着火可能な適度の空燃比の混合気が分布する 領域を指す。
【００３９】
図５（イ）は、本発明の第二実施形態による、噴口の穿孔パターンを示す説明図、図５（ロ）は、その噴口から噴射された噴霧の仮想平面９０上の分布を示す説明図である。図５（イ）は図４（イ）と、図５（ロ）は図４（ロ）と同様の表記方法で示した図である。図５（イ）に示すように、噴口エリア２６には、５個の噴口６１，６２，６３，６４，６５（総称を噴口６０とする）が穿設されている。噴口６０は、噴口エリア２６の中央で、左右に並ぶ噴口の列となっている。矢印で示すように、噴口６１と６５の軸線は上向きに傾斜しており、噴口６３の軸線は下向きに傾斜している。噴口６１と６５の軸線の傾斜度合いは、噴口６３のものよりも大きい。噴口６２と６４の軸線は傾斜していない。以上のように各噴口の軸線が設けられているため、噴口６０から噴射された噴霧の中心線は、平均的な放射状の拡がりに、各々の噴口軸線の傾斜を加えた方向に伸びる。
【００４０】
図５（ロ）に示すように、噴口６０から噴射された噴霧は、点火プラグ１６の位置での噴霧の分布中心６１ａ，６２ａ，６３ａ，６４ａ，６５ａ（総称を噴霧の分布中心６０ａとする）が、点火プラグ１６を避けつつ、電極１７の周囲に僅かに離れて配列している。詳しくは、噴霧の分布中心６１ａおよび６５ａは、それぞれ電極１７の左右に配されている。噴霧の分布中心６２ａ、６３ａおよび６４ａは、電極１７の下方で略左右かつ下方に位置している。
【００４１】
従って、仮想平面９０上に斜線で示すように、点火プラグ１６の両側と下方にリッチ噴霧領域６０ｂが分布し、その外側には、着火噴霧領域６０ｃが形成されている。更にその外側には、もっと希薄な混合気の領域が分布している。
【００４２】
この第二実施形態においても、第一実施形態と同様、点火時の電極１７は着火噴霧領域６０ｃにあることになり、リッチ噴霧領域６０ｂにある場合よりも液滴化した燃料の付着量が少ない。更に、電極１７周辺の混合気がリッチ過ぎず、着火可能な適度の空燃比となっている。またそのような噴霧を、一列に並べて軸線方向を傾斜させただけの簡単な構造の噴口６０によって得ることができる。
【００４３】
以上の実施形態は、単一の噴口エリア２６から燃料を噴射するものであるが、複数の噴口エリア２６から噴射しても良い。その手段としては、インジェクタ１４を複数用いる他、複数の先端部を有するインジェクタを用いても良い。
【００４４】
そのように複数の噴口エリア２６から燃料を噴射する場合には、一行程分の噴射燃料を分割して噴射するので、各噴口からの一回当たりの噴射量を低減することができる。そのため、燃料の微粒化が更に促進される。また、各噴射タイミングに時間差を設ければ、各噴射タイミングから点火時までの拡散時間に差が生じ、点火時の各噴霧の濃度分布が異なったものとなる。例えば、一方の噴口エリア２６からの噴射の後、所定時間後に他方の噴口エリア２６からの噴射を行えば、点火時における全体の混合気濃度分布は、比較的広く拡散して希薄になった先に噴射した噴霧と、比較的狭く拡散してリッチな状態である後から噴射した噴霧とを合成したものとなる。このように噴射間隔を適宜調整することにより、燃焼室５内の燃料分布や点火プラグ１６および電極１７周囲の燃料分布を更にきめ細かく調整することができるので、運転条件に応じた最適な濃度分布の混合気を形成することができる。しかも、噴射の分割を異なる噴口によって行っているため、同一の噴口から時間差を設けて複数回噴射するものと異なり、噴射間隔の下限に制約がなく、比較的長い間隔から殆ど同時まで、高い自由度で設定することができる。
【００４５】
また、３個以上の先端部を有するインジェクタ、あるいは単数の噴口エリア２６を有する３本以上のインジェクタ１４を用いても良く、その噴射タイミングについては、同時を含めて適宜設定してよい。
【００４６】
本発明は上記第一及び第二の実施形態に示す噴霧の分布中心の配列や各噴口の穿孔パターンに限定するものではなく、噴口を一列に並べるとともに、その点火プラグ１６の位置での噴霧の分布中心が、点火プラグ１６を避けつつ、電極１７から僅かに離れた電極の左右双方と下方とに位置するように、電極の左右に噴霧を分布させる噴口の軸線と、電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線の、少なくとも一方を、各噴口が並ぶ列方向に対して交差する方向に傾斜させて、その軸線の傾きを相違させたものであれば、他の形態も可である。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明の火花点火式直噴エンジンは、燃焼室上側の略中央部に点火プラグを設けると共に、燃焼室上側の略周縁部にインジェクタの先端部を設け、上記インジェクタの先端部から上記点火プラグの電極付近に燃料を直接噴射する火花点火式直噴エンジンにおいて、上記インジェクタの先端部において１列に複数の噴口を並べて設け、これらの噴口から噴射される噴霧の上記点火プラグ位置付近での分布中心が、上記点火プラグを避けつつ、上記電極から僅かに離れた電極の左右双方と下方とに位置するように、電極の左右に噴霧を分布させる噴口の軸線と、電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線の、少なくとも一方を、各噴口が並ぶ列方向に対して交差する方向に傾斜させて、その軸線の傾きを相違させたことを特徴とするので、加工が容易な噴口でありながら、燃料の微粒化が図られ、気化、霧化が促進される。また、燃料が液滴化して電極周辺へ付着する量を削減することができる。更に、電極部の混合気がリッチ過ぎず、着火可能な適度の空燃比となるようにすることができるので、出力の増大、燃費の向上、およびエミッションの減少を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態にかかる火花点火式直噴エンジンの断面図である。
【図２】 本発明の一実施形態にかかる火花点火式直噴エンジンの燃料の噴射状況を示す説明図である。
【図３】 本発明の一実施形態にかかるインジェクタの斜視図である。
【図４】 （イ）は図３に示すインジェクタの噴口エリアの拡大図であり、（ロ）はインジェクタから噴射された噴霧の、点火直前の分布状況を示す説明図である。
【図５】 本発明の一実施形態による、噴口の穿孔パターンと、その噴口から噴射された噴霧の点火直前の分布を示す説明図である。
【符号の説明】
１ シリンダヘッド
２ シリンダブロック
３ ピストン
４ シリンダボア
５ 燃焼室
６，７ 吸気ポート
８，９ 排気ポート
１０，１１ 吸気弁
１２，１３ 排気弁
１４ インジェクタ
１５ 噴霧
１６ 点火プラグ
１７ 電極
２４ 先端部
２６ 噴口エリア
５０，６０ 噴口
５０ａ，６０ａ 噴霧の分布中心
５０ｂ，６０ｂ リッチ噴霧領域
５０ｃ，６０ｃ 着火噴霧領域
５０ｄ，６０ｄ 噴霧中心線
９０ 仮想平面
Claims (8)
- 燃焼室上側の略中央部に点火プラグを設けると共に、燃焼室上側の略周縁部にインジェクタの先端部を設け、上記インジェクタの先端部から上記点火プラグの電極付近に燃料を直接噴射する火花点火式直噴エンジンにおいて、
上記インジェクタの先端部において１列に複数の噴口を並べて設け、
これらの噴口から噴射される噴霧の上記点火プラグ位置付近での分布中心が、上記点火プラグを避けつつ、上記電極から僅かに離れた電極の左右双方と下方とに位置するように、電極の左右に噴霧を分布させる噴口の軸線と、電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線の、少なくとも一方を、各噴口が並ぶ列方向に対して交差する方向に傾斜させて、その軸線の傾きを相違させたことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。 - 上記各噴口は、上記電極の左右方向に一列に並び、
上記電極の左右に噴霧を分布させる噴口の軸線は、上記電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線に対して、上記列方向に交差する一方向への傾斜角が大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の火花点火式直噴エンジン。 - 上記電極の左右に噴霧を分布させる噴口の軸線は、上記列方向に交差する一方向に傾斜し、上記電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線は、その一方向とは反対の方向に傾斜していることを特徴とする請求項２記載の火花点火式直噴エンジン。
- 上記各噴口は、上記電極の上下方向に一列に並び、
上記電極の左右のうち少なくとも一方に噴霧を分布させる噴口の軸線は、上記電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線に対して、上記列方向に交差する一方向への傾斜角が大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の火花点火式直噴エンジン。 - 上記電極の下方に噴霧を分布させる噴口の軸線の傾斜角が０度であることを特徴とする請求項４記載の火花点火式直噴エンジン。
- 上記電極の左右に噴霧を分布させる噴口の軸線は、右と左とで、上記列方向に対して反対側にそれぞれ傾斜していることを特徴とする請求項５記載の火花点火式直噴エンジン。
- １行程あたりの噴射燃料を分割し、所定の時間差を設けて噴射することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の火花点火式直噴エンジン。
- 気筒あたり複数のインジェクタを備えるか、または複数の先端部を有するインジェクタを備え、上記各先端部からの燃料噴射時期に所定の時間差を設けたことを特徴とする請求項７記載の火花点火式直噴エンジン。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002170298A JP3912194B2 (ja) | 2002-06-11 | 2002-06-11 | 火花点火式直噴エンジン |
| US10/457,752 US6983733B2 (en) | 2002-06-11 | 2003-06-09 | Direct-injection spark-ignition engine |
| DE60308757T DE60308757T2 (de) | 2002-06-11 | 2003-06-11 | Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und Direkteinspritzung |
| EP03013133A EP1371843B1 (en) | 2002-06-11 | 2003-06-11 | Direct-injection spark-ignition engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002170298A JP3912194B2 (ja) | 2002-06-11 | 2002-06-11 | 火花点火式直噴エンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004011613A JP2004011613A (ja) | 2004-01-15 |
| JP3912194B2 true JP3912194B2 (ja) | 2007-05-09 |
Family
ID=29561754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002170298A Expired - Fee Related JP3912194B2 (ja) | 2002-06-11 | 2002-06-11 | 火花点火式直噴エンジン |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6983733B2 (ja) |
| EP (1) | EP1371843B1 (ja) |
| JP (1) | JP3912194B2 (ja) |
| DE (1) | DE60308757T2 (ja) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW494182B (en) * | 1999-10-18 | 2002-07-11 | Orbital Eng Pty | Direct injection of fuels in internal combustion engines |
| DE10124750A1 (de) * | 2001-05-21 | 2002-11-28 | Bosch Gmbh Robert | Brennstoffeinspritzsystem |
| JP3722285B2 (ja) * | 2002-02-28 | 2005-11-30 | ヤマハ発動機株式会社 | 筒内燃料噴射式内燃機関 |
| US6659074B2 (en) * | 2002-05-08 | 2003-12-09 | General Motors Corporation | Spark ignition direct injection engine with shaped multihole injectors |
| JP4120799B2 (ja) * | 2003-02-17 | 2008-07-16 | 三菱自動車工業株式会社 | 内燃機関の燃料噴射装置 |
| DE102004041031A1 (de) * | 2004-08-25 | 2006-03-02 | Audi Ag | Kraftstoff-Einspritzventil mit Strahldurchdringung |
| JPWO2006025114A1 (ja) * | 2004-09-01 | 2008-05-08 | 株式会社日立製作所 | 燃料噴射弁 |
| 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 |
| US7441537B2 (en) * | 2005-10-18 | 2008-10-28 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Method and apparatus to control combustion in a spray-guided direct injection spark-ignited engine |
| US7610900B2 (en) * | 2005-11-03 | 2009-11-03 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Method and apparatus for operating a spark-ignited direct fuel injection engine |
| JP2007205331A (ja) * | 2006-02-06 | 2007-08-16 | Toyota Motor Corp | 燃料噴射装置 |
| US7740002B2 (en) | 2006-09-05 | 2010-06-22 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Fuel injector |
| US7574992B2 (en) * | 2007-01-16 | 2009-08-18 | Deere & Company | Fuel injector with multiple injector nozzles for an internal combustion engine |
| US20110277727A1 (en) * | 2010-05-17 | 2011-11-17 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Engine including fuel injector spray pattern |
| US8056531B2 (en) * | 2010-06-24 | 2011-11-15 | Ford Global Technologies Llc | Shallow piston bowl and injector spray pattern for a gasoline, direct-injection engine |
| WO2012153180A1 (en) * | 2011-05-12 | 2012-11-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel injection apparatus for internal combustion engine |
| JP5564484B2 (ja) * | 2011-11-25 | 2014-07-30 | 本田技研工業株式会社 | 内燃機関 |
| JP6217670B2 (ja) * | 2015-03-04 | 2017-10-25 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関 |
| EP3376019B1 (en) * | 2015-11-10 | 2023-01-04 | Nissan Motor Co., Ltd. | Method for controlling internal combustion engine |
| US10077727B2 (en) | 2016-01-13 | 2018-09-18 | GM Global Technology Operations LLC | Engine control systems and methods for nitrogen oxide reduction |
| US9957911B2 (en) | 2016-02-18 | 2018-05-01 | GM Global Technology Operations LLC | Dedicated exhaust gas recirculation control systems and methods |
| WO2021059773A1 (ja) * | 2019-09-25 | 2021-04-01 | ボッシュ株式会社 | 燃料噴射弁及び燃料噴射弁を備える内燃機関 |
| JP2021139773A (ja) * | 2020-03-05 | 2021-09-16 | 株式会社デンソー | 内燃機関の設計方法 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US15194A (en) * | 1856-06-24 | Improvement in hand seeding-machines | ||
| JPS5438439A (en) * | 1977-08-30 | 1979-03-23 | Agency Of Ind Science & Technol | Fuel injection for pump multiple injection |
| DE3690388C2 (de) * | 1985-07-19 | 1996-08-29 | Orbital Eng Pty | Verfahren zur Versorgung einer Zweitaktmaschine mit Brennstoff und Zweitaktmaschine |
| DE3824467A1 (de) | 1988-07-19 | 1990-01-25 | Man B & W Diesel Ag | Einspritzventil |
| JPH033934A (ja) | 1989-05-30 | 1991-01-10 | Fuji Heavy Ind Ltd | ２サイクルエンジンの燃料噴射制御装置 |
| US5775288A (en) * | 1995-08-17 | 1998-07-07 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Combustion chamber |
| JP3612874B2 (ja) | 1996-08-12 | 2005-01-19 | マツダ株式会社 | 筒内噴射型エンジン |
| DE19804463B4 (de) | 1998-02-05 | 2006-06-14 | Daimlerchrysler Ag | Kraftstoffeinspritzsystem für Ottomotoren |
| US6357402B1 (en) * | 1998-04-06 | 2002-03-19 | Sanshin Kogyo Kabushiki Kaisha | Direct injected engine for outboard motor |
| KR100372992B1 (ko) | 1998-06-22 | 2003-02-25 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 통내 분사형 내연 기관 및 내연 기관의 제어 방법, 연료분사 밸브 |
| DE19947150A1 (de) | 1999-10-01 | 2001-04-05 | Volkswagen Ag | Fremdgezündete Brennkraftmaschine und Verfahren zur Gemischbildung in deren Brennraum |
| JP3870658B2 (ja) | 2000-03-01 | 2007-01-24 | トヨタ自動車株式会社 | 筒内噴射式火花点火内燃機関 |
| DE10032336A1 (de) * | 2000-07-04 | 2002-01-17 | Bosch Gmbh Robert | Brennstoffeinspritzsystem |
| DE10032330A1 (de) | 2000-07-04 | 2002-01-17 | Bosch Gmbh Robert | Brennstoffeinspritzsystem |
| JP4049669B2 (ja) | 2000-09-04 | 2008-02-20 | 株式会社日立製作所 | 筒内噴射式火花点火機関 |
| DE10124750A1 (de) | 2001-05-21 | 2002-11-28 | Bosch Gmbh Robert | Brennstoffeinspritzsystem |
-
2002
- 2002-06-11 JP JP2002170298A patent/JP3912194B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-06-09 US US10/457,752 patent/US6983733B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-06-11 EP EP03013133A patent/EP1371843B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-06-11 DE DE60308757T patent/DE60308757T2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE60308757D1 (de) | 2006-11-16 |
| EP1371843A1 (en) | 2003-12-17 |
| JP2004011613A (ja) | 2004-01-15 |
| DE60308757T2 (de) | 2007-08-16 |
| EP1371843B1 (en) | 2006-10-04 |
| US6983733B2 (en) | 2006-01-10 |
| US20040011326A1 (en) | 2004-01-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3912194B2 (ja) | 火花点火式直噴エンジン | |
| US7418940B1 (en) | Fuel injector spray pattern for direct injection spark ignition engines | |
| US7104250B1 (en) | Injection spray pattern for direct injection spark ignition engines | |
| JP4280928B2 (ja) | 直接噴射火花点火内燃機関 | |
| US8056531B2 (en) | Shallow piston bowl and injector spray pattern for a gasoline, direct-injection engine | |
| EP0691470B1 (en) | Internal combustion engine and method for forming the combustion charge thereof | |
| US7021280B2 (en) | In-cylinder fuel injection internal-combustion engine | |
| JP7047751B2 (ja) | 圧縮着火エンジン | |
| JP3152640B2 (ja) | ガソリンエンジンの燃料供給方法 | |
| JP5115267B2 (ja) | 筒内直接噴射火花点火式内燃機関 | |
| WO2000077359A1 (fr) | Moteur a injection directe et procede de combustion destine audit moteur | |
| JP3612874B2 (ja) | 筒内噴射型エンジン | |
| JPWO2007066565A1 (ja) | エンジン | |
| JP2006052666A (ja) | 筒内直接噴射式内燃機関 | |
| EP1517017B1 (en) | Spark-ignition direct-injection engine | |
| KR19990078188A (ko) | 직접 분사, 스파크 점화식 4행정 내연기관 | |
| JP3815383B2 (ja) | 火花点火式直噴エンジン | |
| JPH1150848A (ja) | 筒内噴射式火花点火内燃機関 | |
| JP3799675B2 (ja) | 筒内直噴式火花点火エンジン | |
| JP5120002B2 (ja) | 筒内直接噴射火花点火式内燃機関 | |
| JP2861496B2 (ja) | 複吸気弁式内燃機関の吸気装置 | |
| JP3993906B2 (ja) | 直接筒内噴射式火花点火エンジン | |
| JP3838346B2 (ja) | 筒内噴射式火花点火内燃機関 | |
| JPS62253956A (ja) | エンジンの吸気装置 | |
| JPS6316123A (ja) | 内燃機関 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050204 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060511 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060516 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060713 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070109 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070122 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100209 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110209 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120209 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |