JPH06317161A - 直噴層状燃焼機関ならびに多段噴射燃焼方式 - Google Patents
直噴層状燃焼機関ならびに多段噴射燃焼方式Info
- Publication number
- JPH06317161A JPH06317161A JP8507393A JP8507393A JPH06317161A JP H06317161 A JPH06317161 A JP H06317161A JP 8507393 A JP8507393 A JP 8507393A JP 8507393 A JP8507393 A JP 8507393A JP H06317161 A JPH06317161 A JP H06317161A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- injection
- fuel
- fuel injection
- supply
- 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.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
- F02B2275/14—Direct injection into 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
- F02B23/101—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 or close to the cylinder centre axis, e.g. with mixture formation using spray guided concepts
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 安定した希薄燃焼方式の確立によって、部分
負荷域における絞り損失を軽減して燃費効率を向上さ
せ、従来の直噴火花点火方式機関で解決することが出来
なかったスモーク・ＮＯｘ等、有害排気成分の低減を図
る。 【構成】 従来より一元的であるピストン運動による給
気行程Ａ、圧縮工程Ｂにおける燃料噴射供給期間を前期
Ｄ・後期Ｅに２分割することとし、前期分は早期噴射に
よって予混合・気化を促進し、後期分は少量の燃料を遅
噴射して点火用電極近傍に確実に着火し得る混合気域を
形成することによって、超希薄混合気の燃焼を実現す
る。
負荷域における絞り損失を軽減して燃費効率を向上さ
せ、従来の直噴火花点火方式機関で解決することが出来
なかったスモーク・ＮＯｘ等、有害排気成分の低減を図
る。 【構成】 従来より一元的であるピストン運動による給
気行程Ａ、圧縮工程Ｂにおける燃料噴射供給期間を前期
Ｄ・後期Ｅに２分割することとし、前期分は早期噴射に
よって予混合・気化を促進し、後期分は少量の燃料を遅
噴射して点火用電極近傍に確実に着火し得る混合気域を
形成することによって、超希薄混合気の燃焼を実現す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は直噴火花点火機関の燃料
噴射制御技術と、その燃焼技術に関する。
噴射制御技術と、その燃焼技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のガソリン直噴火花点火機関は、全
運転範囲において着火燃焼せしめるには、燃料と空気割
合を火花点火によって確実に着火し得る範囲に維持する
必要がある。
運転範囲において着火燃焼せしめるには、燃料と空気割
合を火花点火によって確実に着火し得る範囲に維持する
必要がある。
【０００３】このため広い負荷範囲に渡り常に空気量と
燃料量とを着火可能範囲に維持するため、給気に絞り装
置が必要である。
燃料量とを着火可能範囲に維持するため、給気に絞り装
置が必要である。
【０００４】この給気の絞り作用は軽負荷域を多用する
自動車などのポンプ損失・摩擦損失因であり、燃費の経
済性を悪化させる原因であり、その対策として給気絞り
を必要としない希薄燃焼方式が求められている。
自動車などのポンプ損失・摩擦損失因であり、燃費の経
済性を悪化させる原因であり、その対策として給気絞り
を必要としない希薄燃焼方式が求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこの絞り損失
問題を解決すること、ならびに従来の直噴火花点火内燃
機関で解決することが出来ないスモーク発生問題を解決
し得る超希薄混合気燃焼方式を提示することを目的とし
ている。
問題を解決すること、ならびに従来の直噴火花点火内燃
機関で解決することが出来ないスモーク発生問題を解決
し得る超希薄混合気燃焼方式を提示することを目的とし
ている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は熱損失の少ない
単純な燃焼室構造と単孔燃料噴射ノズルよりの噴射制御
技術によって、確実な超希薄混合燃焼を実現するもので
ある。
単純な燃焼室構造と単孔燃料噴射ノズルよりの噴射制御
技術によって、確実な超希薄混合燃焼を実現するもので
ある。
【０００７】即ち、給気・圧縮行程における燃料の噴射
供給期間を第１期間・第２期間等に分割し、第１期間に
供給する燃料は早期に噴射して主に予混合気形成に用
い、第２期間に噴射供給する燃料は少量として、主に点
火栓近傍に展開せしめ、両混合気の相乗作用によって点
火電極近傍に確実に着火し、強力な火炎核を形成しめ得
る混合気域を形成することを特徴とした層状火花点火希
薄混合気燃焼技術である。
供給期間を第１期間・第２期間等に分割し、第１期間に
供給する燃料は早期に噴射して主に予混合気形成に用
い、第２期間に噴射供給する燃料は少量として、主に点
火栓近傍に展開せしめ、両混合気の相乗作用によって点
火電極近傍に確実に着火し、強力な火炎核を形成しめ得
る混合気域を形成することを特徴とした層状火花点火希
薄混合気燃焼技術である。
【０００８】
【実施例】本発明の実施例並びに構成例を図で説明する
と次のごとくである。ピストン下死点近傍において、ノ
ズル（５）より燃料噴射が開始されるが、図１に示すご
とくピストン運動による給気行程または圧縮行程におい
て、機関の負荷が要求する燃料量を段階的に分割して供
給することとし、先ず気筒内の空気（１）中へ第１段階
として早期な供給タイミングによる燃料供給を行ない、
この燃料群の分布と混合気化の促進を２のごとくに意図
するものである。次に第１噴射によって構成された２の
雰囲気中へ第２図のごとくに第２段階の噴霧供給を行な
い、３のごとくに混合気域を形成する。
と次のごとくである。ピストン下死点近傍において、ノ
ズル（５）より燃料噴射が開始されるが、図１に示すご
とくピストン運動による給気行程または圧縮行程におい
て、機関の負荷が要求する燃料量を段階的に分割して供
給することとし、先ず気筒内の空気（１）中へ第１段階
として早期な供給タイミングによる燃料供給を行ない、
この燃料群の分布と混合気化の促進を２のごとくに意図
するものである。次に第１噴射によって構成された２の
雰囲気中へ第２図のごとくに第２段階の噴霧供給を行な
い、３のごとくに混合気域を形成する。
【０００９】この段階においても２域と３域とは混合気
密度の異なる層状給気形態を１内に形成したことにな
る。
密度の異なる層状給気形態を１内に形成したことにな
る。
【００１０】そして更に圧縮作用が進行したピストン上
死点近傍の位置において第３段階の燃料噴射を行なえ
ば、２と３で構成された混合気雰囲気域の中心域に更に
４のごとくの燃料密度域が合理的に形成される。
死点近傍の位置において第３段階の燃料噴射を行なえ
ば、２と３で構成された混合気雰囲気域の中心域に更に
４のごとくの燃料密度域が合理的に形成される。
【００１１】この場合、燃料噴霧軸に対峙するごとくピ
ストンに燃料衝突部（８）を設けることによれば、第３
段階で供給する燃料量は少量でも噴霧軸方向と衝突面角
度との相関によって、任意な拡散方向を得ると同時に、
衝突作用によって燃料群の微粒・活性化が促進されるの
で、火花点火と火炎伝播に有利な混合気雰囲気が形成さ
れるのである。
ストンに燃料衝突部（８）を設けることによれば、第３
段階で供給する燃料量は少量でも噴霧軸方向と衝突面角
度との相関によって、任意な拡散方向を得ると同時に、
衝突作用によって燃料群の微粒・活性化が促進されるの
で、火花点火と火炎伝播に有利な混合気雰囲気が形成さ
れるのである。
【００１２】したがって、この燃焼室中心域に点火用電
極（７）を配備することによれば、燃焼室中心域を起点
とした理想的火炎伝播燃焼が実現され、全体的に希薄な
混合気条件においても安定した燃焼条件の構築が可能と
なった。
極（７）を配備することによれば、燃焼室中心域を起点
とした理想的火炎伝播燃焼が実現され、全体的に希薄な
混合気条件においても安定した燃焼条件の構築が可能と
なった。
【００１３】以上は噴射燃料の３段階分割供給方式を例
とし、それによる層状給気パターンの構築と、確実な中
心域着火方式について説明したが、本発明は図４の模式
図で示すごとく燃料噴射供給条件前期と後期とに２分割
としても、確実な火花点火雰囲気の構成は少量の後期燃
料供給条件によって確保し得る特徴を有するものであ
り、この特徴と前期燃料供給条件（噴射タイミング・時
間・量）の整合制御によれば、機関の全負荷範囲におい
て希薄混合気による安定した運転が実現され、絞り損失
の低減を図ることが出来る。
とし、それによる層状給気パターンの構築と、確実な中
心域着火方式について説明したが、本発明は図４の模式
図で示すごとく燃料噴射供給条件前期と後期とに２分割
としても、確実な火花点火雰囲気の構成は少量の後期燃
料供給条件によって確保し得る特徴を有するものであ
り、この特徴と前期燃料供給条件（噴射タイミング・時
間・量）の整合制御によれば、機関の全負荷範囲におい
て希薄混合気による安定した運転が実現され、絞り損失
の低減を図ることが出来る。
【００１４】尚、噴射供給する燃料群を段階的に分割
し、各段階における供給条件を任意に制御する技術は、
電気的に作動する噴射弁と制御用コンピューターとの組
み合わせにより容易にその目的が達成される。
し、各段階における供給条件を任意に制御する技術は、
電気的に作動する噴射弁と制御用コンピューターとの組
み合わせにより容易にその目的が達成される。
【００１５】
【発明の効果】燃焼室中心域に火花点火で確実に着火し
うる混合気域を構成し、この域を囲成して層状的に希薄
混合域を形成する本層状給気形態の構成ならびに燃焼室
中心域よりの強力・確実な火炎伝播燃焼と火炎到達距離
の均等化は、１．エンドガスノッキングを回避し得るの
で高圧縮比の採用が可能となり燃費率を向上させ、ＣＯ
２を低減し得る。１．従来の直噴方式では解決出来なか
った吸気絞り損失とスモーク発生問題を改善したことに
よる燃費の向上と排気有害成分の低減効果は、地球資源
の節減と大気汚染防止にに貢献し得ること大である。
うる混合気域を構成し、この域を囲成して層状的に希薄
混合域を形成する本層状給気形態の構成ならびに燃焼室
中心域よりの強力・確実な火炎伝播燃焼と火炎到達距離
の均等化は、１．エンドガスノッキングを回避し得るの
で高圧縮比の採用が可能となり燃費率を向上させ、ＣＯ
２を低減し得る。１．従来の直噴方式では解決出来なか
った吸気絞り損失とスモーク発生問題を改善したことに
よる燃費の向上と排気有害成分の低減効果は、地球資源
の節減と大気汚染防止にに貢献し得ること大である。
【００１６】
図は本発明の構成である層状混合気域の形成と、燃焼室
中心域点火方式を示す略図である。
中心域点火方式を示す略図である。
【図１】第１段の噴霧拡散パターンを示す。
【図２】第２段の噴射による噴霧パターンの層状形態を
示す。
示す。
【図３】第３段燃料噴射群の噴流衝突分布状態を示すも
のである。
のである。
【００１６】
１ … 気筒内空気 ２ … 第１段噴霧パターン ３ … 第２段噴霧パターン ４ … 第３段衝突拡散噴霧パターン ５ … 燃料噴射ノズル ６ … 電磁ソレノイド ７ … 点火栓 ８ … 燃料衝突部 ９ … ピストン １０ … シリンダーヘッド １１ … 吸気弁 １２ … 排気弁 Ａ＝給気行程、Ｂ＝圧縮行程、Ｃ＝燃焼行程、Ｄ＝前期
燃料供給期間、Ｅ＝後期燃料供給期間、Ｆ＝点火位置、
ＴＤＣ＝ピストン上死点、ＢＴＣ＝下死点、矢印は回転
方向。
燃料供給期間、Ｅ＝後期燃料供給期間、Ｆ＝点火位置、
ＴＤＣ＝ピストン上死点、ＢＴＣ＝下死点、矢印は回転
方向。
【手続補正書】
【提出日】平成６年４月８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】直噴層状燃焼機関ならびに多段噴射燃焼
方式
方式
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】 図は本発明の構成である層状混合気域の構成形態と、燃
焼室中心域点火方式を示す略図である。
焼室中心域点火方式を示す略図である。
【図１】第１段の噴霧拡散パターンを示す縦断面略図で
ある。
ある。
【図２】第２段の噴射による噴霧パターンの層状形態を
示す縦断面略図である。
示す縦断面略図である。
【図３】第３段燃料噴射群の噴流衝突作用による混合気
の層状分布状態を示す縦断面略図である。
の層状分布状態を示す縦断面略図である。
【図４】燃料噴射供給条件を前期と後期とに二分割した
場合における燃料供給タイミング・点火タイミングを示
した模式図ある。
場合における燃料供給タイミング・点火タイミングを示
した模式図ある。
【００１７】
Claims (5)
- 【請求項１】 燃料噴射ノズルより給気・圧縮行程で噴
射供給する燃料噴射量を複数回に分割し、時間差を以て
波状的に供給することにより、燃焼室内に燃料密度の異
なる層状混合気形態を構築することを特徴とした直噴層
状給気火花点火式内燃機関。 - 【請求項２】 給気・掃気または圧縮行程中に噴射供給
する燃料噴射条件を前・後期に二分割とし、前期分は早
く噴射し、後期分は着火時期に近接して遅く噴射するこ
とを特徴とした直噴火花点火機関の燃料噴射方法。 - 【請求項３】 ピストン中心域に燃料衝突部を形成し、
前期と後期に分割して供給する燃料群の内、後期噴射分
を上死点で近接する燃料衝突部に衝突拡散させ、この付
近に点火用電極を配備したことを特徴とする前期特許請
求１記載の燃焼方式。 - 【請求項４】 シリンダーヘッド部に装着した燃料噴射
ノズルとその噴流通過位置近傍に点火用電極を配備した
前期特許請求２に記載の条件を具備した希薄燃焼方式内
燃機関。 - 【請求項５】 多段的に燃料噴射供給条件を構築する電
子噴射構成系において、最後期における燃料噴射量を前
期噴射量よりも少量としたことを特徴とした前期特許請
求範囲１記載の直噴内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8507393A JPH06317161A (ja) | 1993-03-06 | 1993-03-06 | 直噴層状燃焼機関ならびに多段噴射燃焼方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8507393A JPH06317161A (ja) | 1993-03-06 | 1993-03-06 | 直噴層状燃焼機関ならびに多段噴射燃焼方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06317161A true JPH06317161A (ja) | 1994-11-15 |
Family
ID=13848450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8507393A Pending JPH06317161A (ja) | 1993-03-06 | 1993-03-06 | 直噴層状燃焼機関ならびに多段噴射燃焼方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06317161A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003049651A (ja) * | 2001-08-02 | 2003-02-21 | Nissan Motor Co Ltd | 筒内直噴式エンジン |
| JP2007009865A (ja) * | 2005-07-04 | 2007-01-18 | Nissan Motor Co Ltd | 筒内直接噴射式火花点火内燃機関 |
| JP2009515087A (ja) * | 2005-11-08 | 2009-04-09 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | 火花点火内燃機関の冷間運転のための方法 |
-
1993
- 1993-03-06 JP JP8507393A patent/JPH06317161A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003049651A (ja) * | 2001-08-02 | 2003-02-21 | Nissan Motor Co Ltd | 筒内直噴式エンジン |
| JP2007009865A (ja) * | 2005-07-04 | 2007-01-18 | Nissan Motor Co Ltd | 筒内直接噴射式火花点火内燃機関 |
| JP4650126B2 (ja) * | 2005-07-04 | 2011-03-16 | 日産自動車株式会社 | 筒内直接噴射式火花点火内燃機関 |
| JP2009515087A (ja) * | 2005-11-08 | 2009-04-09 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | 火花点火内燃機関の冷間運転のための方法 |
| JP4689723B2 (ja) * | 2005-11-08 | 2011-05-25 | ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト | 火花点火内燃機関の冷間運転のための方法 |
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