JP5006905B2 - 筒内噴射式火花点火内燃機関 - Google Patents
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Description
成層燃焼を良好に実施するには、圧縮行程で噴射された燃料噴霧を点火時期までの短い期間で十分に気化させるとともに、燃料噴霧および混合気を点火プラグ近傍にのみ集め、燃焼室内に広く拡散させないことが重要である。
この時、筒内縦旋回主流と燃料噴霧が衝突する位置の左右近傍には、燃料噴霧の拡散を抑制する一対の立壁が設けてあるため、飛散した燃料噴霧は、十分に気化されないうちに立壁壁面に衝突、液膜を形成する。
したがって、成層燃焼に際して、今後一層厳しくなる排ガス規制に対応するためには、点火プラグ近傍に良好な可燃混合気を形成することによる燃焼改善に加えて、シリンダ壁面やピストン冠面への燃料付着を抑制することが必要である。
このように形成された成層度の高い安定的な混合気は、筒内圧縮におけるピストン上昇に伴い筒内上部に押し上げられ、点火時期においては点火プラグ近傍に混合気が配されることになるため、安定した成層燃焼を行うことが可能となる。
そして、上死点におけるピストン冠面とシリンダヘッド頂部の距離をh、上死点におけるピストン冠面位置を基準とするピストン冠面変位をzとしたとき、燃料噴射終了クランク角における筒内中心位置を中心とする半径(h+z)/4の円を想定し、複数の噴口から噴射される燃料噴霧の中心軸線が前記円とそれぞれ接するように燃料噴霧の傾き角θαを定めるようにしたことにより、燃料噴霧を縦旋回主流の内部領域へ確実に入れることができる。
シリンダヘッド5には、複数の噴口から筒内に直接燃料を噴射するマルチホールインジェクタ6が取り付け角度θIで取り付けられており、マルチホールインジェクタ6からの燃料噴射により筒内に燃料噴霧7が形成される。8はマルチホールインジェクタ6に供給する燃料の圧力を調整する燃圧制御手段であり、シリンダヘッド5の中心近傍には筒内に形成された混合気に点火するための点火プラグ9が設けてある。
例えば低エンジン回転数のように、吸入新気の流速が遅く、筒内に形成される縦旋回主流の旋回力が弱い条件では、流動制御バルブ16を閉じて上下分離板15の上部のみに吸入新気を通過させることで、吸入新気は吸気ポート10の上部側に偏流し、吸気バルブ上部から主に筒内に流入するため、筒内に形成される縦旋回主流14の旋回力を強めることができる。
なお、縦旋回主流14の内部には縦旋回主流14と中心を同一とし、旋回半径の小さな旋回流14aが形成されている。
本実施形態によれば、図1に示すように、圧縮行程においてマルチホールインジェクタ6より噴射された燃料噴霧7は筒内に形成されている縦旋回主流14の内部領域で運動エネルギーを失う。このとき縦旋回主流14内部には、縦旋回主流14と中心を同一とする旋回半径の小さな同様の旋回流14aが生じているため、運動エネルギーを失った燃料噴霧はこの旋回流14aに乗って移動し、縦旋回主流14内部を旋回浮遊する。したがって、マルチホールインジェクタ6から噴射された燃料噴霧7は縦旋回主流14内部領域に保持され外部領域に飛散しないため、燃料噴霧7がシリンダ壁面1に衝突、付着することを抑制でき、成層燃焼時の排ガス性状を改善することができる。
なお、マルチホールインジェクタ6より噴射された燃料噴霧7は、図1に示すように、噴射直後に筒内に形成される縦旋回主流14と干渉することになるが、噴射直後における燃料噴霧7の運動エネルギーは流動に比べて相対的に大きく、かつ燃料噴霧7の運動方向と縦旋回主流14の運動方向はほぼ直交し、瞬間的な影響しか受けないことから、燃料噴霧7の運動方向は大きく変わらず、縦旋回主流14の内部領域に燃料噴霧7を噴射することが可能である。
図5は圧縮行程において燃料を噴射した際の燃料噴射開始クランク角、および燃料噴射終了クランク角におけるピストン冠面位置、縦旋回主流の概略形状を示したものである。図5において破線で示す2S、14Sはそれぞれ燃料噴射開始クランク角におけるピストン冠面位置、縦旋回主流の概略形状を示しており、実線で示す2F、14Fはそれぞれ燃料噴射終了クランク角におけるピストン冠面位置、縦旋回主流の概略形状を示している。
図7はマルチホールインジェクタ6から噴射される燃料噴霧7の傾き角θα、および燃料噴霧のペネトレーションの設定方法を示す図であり、燃料噴射終了クランク角における筒内縦断面の概略図を示している。筒内に形成される縦旋回主流は一般的にピストン冠面とシリンダヘッド5頂部の間の距離の1/2以下とはならないため、燃料噴霧を縦旋回主流の内部領域に入れるためには、燃料噴射終了クランク角における筒内中心位置Cを中心とする半径(h+z)/4の円Sを想定し、噴口24から噴射される燃料噴霧7の中心軸線が円Sと接するようにθαを定めると良い。
したがって,噴口特性L/Dと燃圧は、図8、図9を基に式(4)より得られた燃料噴霧のペネトレーションPとなるように設定する。ここで例えば、L/Dを2、燃圧を15MPaに設定すると燃料噴霧のペネトレーションは約50mmとすることができる。
Claims (1)
- 複数の噴口から筒内に直接燃料を噴射するマルチホールインジェクタを備えており、成層燃焼に際して前記マルチホールインジェクタは、燃料噴霧の自身運動エネルギーによる噴霧到達距離が、筒内に形成されている縦旋回主流の内部領域となるように燃料を噴射するものであり、前記マルチホールインジェクタの取り付け角度θI、噴口の傾き角θN、噴口形状特性L/D、燃圧、噴口配置角度θPの設定により、噴霧到達距離が、筒内に形成されている縦旋回主流の内部領域となるようにし、前記マルチホールインジェクタの燃料噴霧の運動方向と前記縦旋回主流の運動方向はほぼ直交しており、燃料噴射終了クランク角における筒内中心位置をマルチホールインジェクタの中心軸線が通るようにマルチホールインジェクタの取り付け角度θIを定めたものであって、上死点におけるピストン冠面とシリンダヘッド頂部の距離をh、上死点におけるピストン冠面位置を基準とするピストン冠面変位をzとしたとき、燃料噴射終了クランク角における筒内中心位置を中心とする半径(h+z)/4の円を想定し、複数の前記噴口から噴射される燃料噴霧の中心軸線が前記円とそれぞれ接するように燃料噴霧の傾き角θαを定めるようにした筒内噴射式火花点火内燃機関。
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