JP4143836B2 - 筒内噴射型内燃機関 - Google Patents
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Description
そこで、これを解決する筒内噴射型内燃機関の技術が各種提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
一方、成層燃焼領域の実現を図るにあたり、この内燃機関の圧縮行程中の燃料噴射では、燃料がピストンに吸着されて未燃燃料(HC)が増加するとの問題がある。
この弱成層燃焼領域とは、低回転低負荷時の成層燃焼領域においてアクセルを踏んで中回転中負荷時に達した運転域が該当する。この領域では、一般に、吸気行程中と圧縮行程後期との2回の燃料噴射を行い、トルク増加の変動をスムーズにすべく若干濃いめの混合気を形成させる。
さらに、弱成層燃焼領域は、同一サイクルにおける吸気行程中と圧縮行程後期との燃料噴射が必要であることから、前記各従来の技術を単に組み合わせても形成されるものではない。
なお、ピストン頂面は、シリンダヘッド下面の排気弁側の傾斜面とピストンの水平面とのなす角がピストン頂面の排気弁側の傾斜面とピストンの水平面とのなす角よりも大きくされる形状にされることが好ましい。ピストンが上昇するに連れてピストン頂面の排気弁側の傾斜面の上方にはスキッシュが生起され、ピストンやシリンダの内周面に付着する燃料を抑えて圧縮行程噴射時の未燃燃料(HC)のより一層の低減を図ることができるからである。
さらに、請求項3記載の発明によれば、吸気行程中にはピストン頂面に向けて燃料が噴射されるので、エンジン出力の低下を抑制できる。
図1には、本発明の一実施形態に係る筒内噴射型内燃機関の縦断面図が示され、図2には、当該内燃機関における部分拡大縦断面図が示され、図3には、当該内燃機関における燃料噴射弁の部分拡大縦断面図が示されており、以下図1乃至図3に基づき本発明に係る筒内噴射型内燃機関の構成を説明する。
シリンダヘッド下面12は、吸気弁5及び排気弁6にそれぞれ対向するシリンダヘッド傾斜面14及びシリンダヘッド傾斜面15を有したペントルーフ形状に形成される。具体的には、両シリンダヘッド傾斜面14、15とシリンダ10の軸線に対して垂直な面であるピストン水平面Sとのなす角がαとなるように構成されている。なお、角度αは10〜35度程度である。図2では、吸気弁5及び排気弁6の図示を省略する。
排気ポート9は、シリンダ10の他側においてシリンダヘッド下面12に開口して略水平方向に延び、排気弁6の開閉により排気ポート9を通過した排気流の酸素濃度を検出するO2センサが取付けられた排気マニホールドを介して、三元触媒やマフラー等を備えた排気管(いずれも図示せず)に接続されている。
排気弁側スキッシュ生起凸部22は、シリンダ内周面13側から燃焼室7の中央付近に向けて、換言すれば、ペントルーフ形状の一側をなす上記シリンダヘッド傾斜面15に沿って延びるピストン傾斜面24を有し、このピストン傾斜面24は、点火プラグ4の配置位置よりも排気弁6寄りにて頂部が形成され、このピストン傾斜面24とピストン水平面Sとのなす角がβに構成される。なお、角度βは9〜30度程度である。
次に、本実施形態のインジェクタ3は、図3に示されるように、弁本体30と、該弁本体30に連結され二方向の燃料噴射を可能にするノズルホルダ31とを備えている。
ノズルホルダ31には、二つのノズル32U、32Dと、ピストン36U、36Dに連結し各ノズル32U、32D内に収められたニードル弁35U、35Dと、各ニードル弁35U、35Dに開閉されるスリット33U、33Dとが備えられ、また、各ノズル32U、32Dの内側は、図示しない燃料加圧室からの燃料を一時的に貯留する燃料貯留部34U、34Dが形成されている。
さらに、上述の弱成層燃焼領域においては、吸気行程中にてスリット33Dを介したピストン頂面21に向かう燃料噴射が行われ、その直後の圧縮行程の後期にてスリット33Uを介した排気弁6に向かう燃料噴射が行われる。
エンジン1の暖機が終了すると、現在の燃料噴射制御領域(エンジン運転域)が検索され、この検索された領域に適合する燃料噴射モードと燃料噴射量等とが決定される。
図4を参照すると、噴射制御部41における噴射制御のフローチャートが示されており、以下、上記のように構成された筒内噴射型内燃機関の本発明に係る作用について説明する。
次いで、ステップS402では、エンジン運転域を検索し、現在の燃料噴射制御領域が圧縮行程噴射領域であるか否かを判別する。そして、現在の運転域が圧縮行程噴射領域であると判定された場合、すなわち、YESのときにはステップS403に進み、ピエゾ圧電素子38Uへの電圧印加を停止し、燃焼室7の上方向である排気弁6に向けた燃料噴射を行い、このルーチンを抜ける。
ステップS405では、吸気行程中にてピストン頂面21に向かう燃料噴射と、同一サイクル内の圧縮行程の後期にて排気弁6に向かう燃料噴射とを行うにあたり、噴射量や噴射タイミングを変更してステップS406に進む。つまり、図5を参照すると、噴射制御部41において燃焼室7の下方向であるピストン頂面21に向けた燃料噴射を行う割合が数値で示されているが、ストイキ領域でのピストン頂面21に向けた噴射量を100%とすると、同図に示すように、弱成層燃焼領域内においても低回転側では約20%に抑え、エンジン回転速度Neの増加に伴い、約50%、約70%の如くに設定する。残りは排気弁6に向けた燃料噴射に割り当てられる。これにより燃焼の良好化が図られる。
また、上記ステップS404にて、現在の運転域が弱成層燃焼領域ではないと判定された場合には、ステップS408に進み、エンジン回転速度Neに応じてストイキ領域又はエンリッチ領域であることが検索され、吸気行程初期にてピストン頂面21に向けた燃料噴射を主として行い、このルーチンを抜ける。
現在の領域が弱成層燃焼領域のときには、まず、吸気行程にて同図(a)に示されるように、ピエゾ圧電素子38Uへの電圧を印加するとともに、ピエゾ圧電素子38Dへの電圧印加を停止し、スリット33Dを介してピストン頂面21に向かう燃料噴射を所定の噴射割合分行う。
なお、現在の運転域が圧縮行程噴射領域のときには、同図(b)の如く排気弁6に向かう燃料噴射のみを行えば、低回転低負荷(部分負荷)時の成層燃焼領域を達成できる。つまり、上記スキッシュを利用することにより、燃焼室7の全体としては極めてリーンな空燃比でも着火が可能であり、成層燃焼が安定する。そして、ピストン20やシリンダ内周面13に付着する燃料を抑えることができ、圧縮行程噴射時の未燃燃料(HC)の大幅な低減を図ることができ、また、燃費も一層向上させることができる。
以上のように、本実施形態では、一サイクル内の連続時期において、ピストン頂面21に向かう燃料噴射と排気弁6に向かう燃料噴射とを別個に行うことから、弱成層燃焼領域を形成させることができ、トルク増加の変動がスムーズになるとともに、着火の安定を図ることができる。
また、燃焼室7に臨んで配された吸気弁5及び排気弁6とを備え、シリンダヘッド11は、シリンダヘッド下面12が吸気弁5及び排気弁6にそれぞれ対向するシリンダヘッド傾斜面14、15を有したペントルーフ形状に形成され、その境界部16近傍に点火プラグ4を配し、ピストン頂面21は、シリンダヘッド傾斜面15に沿って延びるピストン傾斜面24を有し、シリンダヘッド傾斜面15とピストンの水平面Sとのなす角αがピストン傾斜面24とピストンの水平面Sとのなす角βよりも大きくされる形状にする。換言すれば、圧縮上死点付近での燃焼室7は、シリンダヘッド傾斜面15とピストン傾斜面24とで、点火プラグ4に向けて拡開するくさび形の形状に構成されるので、ピストン20が上昇するに連れてピストン傾斜面24の上方にはスキッシュが生起され、排気弁6近傍の混合気を点火プラグ4に向けて押し出し、ピストン20やシリンダ内周面13に付着する燃料を抑えて圧縮行程噴射時の未燃燃料(HC)の一層の低減を図ることができる。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
3 インジェクタ(燃料噴射弁)
6 排気弁
7 燃焼室
10 シリンダ
11 シリンダヘッド
12 シリンダヘッド下面
13 シリンダ内周面
20 ピストン
21 ピストン頂面
40 電子コントロールユニット(ECU)
41 噴射制御部(噴射制御手段)
Claims (3)
- シリンダヘッドに装着され、該シリンダヘッドの下面とシリンダの内周面と該シリンダ内に配されたピストンの頂面とにより画成される燃焼室内に直接に燃料噴射を行う燃料噴射弁と、
エンジン運転状況に応じて、圧縮行程に燃料を噴射する成層燃焼領域、吸気行程に燃料を噴射する均質燃焼領域、及び吸気行程で燃料を噴射するとともに連続する圧縮行程で燃料を噴射する弱成層燃焼領域のいずれかを選択する燃焼領域選択手段と、
該燃料噴射弁に対し、均質燃焼領域では、吸気行程中に前記燃焼室の下方に燃料噴射を行わせ、弱成層燃焼領域では、吸気行程中に前記燃焼室の下方向への燃料噴射を行わせるとともに、該吸気行程に連続する圧縮行程中に前記燃焼室の上方向への燃料噴射を行わせ、そして、成層燃焼領域では、圧縮行程中に前記燃焼室の上方向へ燃料噴射を行わせる噴射制御手段とを備え、
前記噴射制御手段は、前記弱成層燃焼領域において、前記吸気行程中に前記燃焼室の下方へ噴射される燃料の量の、前記吸気行程に連続する圧縮行程中に前記燃焼室の上方へ噴射される燃料の量に対する比率を、エンジン回転速度の増加に伴い高くなるように設定することを特徴とする筒内噴射型内燃機関。 - 前記燃焼室の一側に臨んで配された排気弁をさらに備え、
前記噴射制御手段は、前記圧縮行程中における前記燃焼室の上方向への燃料噴射として前記排気弁に向けて燃料噴射を行わせることを特徴とする請求項1記載の筒内噴射型内燃機関。 - 前記噴射制御手段は、前記吸気行程中における前記燃焼室の下方向への燃料噴射として前記ピストン頂面に向けて燃料噴射を行わせることを特徴とする請求項2記載の筒内噴射型内燃機関。
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