JPS61138816A - 直噴式内燃機関の燃料蒸発率制御装置 - Google Patents

直噴式内燃機関の燃料蒸発率制御装置

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JPS61138816A
JPS61138816A JP59257653A JP25765384A JPS61138816A JP S61138816 A JPS61138816 A JP S61138816A JP 59257653 A JP59257653 A JP 59257653A JP 25765384 A JP25765384 A JP 25765384A JP S61138816 A JPS61138816 A JP S61138816A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 口産業上の利用分野］ 本発明は、直噴式内燃機関、とくに壁面蒸発燃焼方式筒
内直接噴射式火花点火機関における燃焼室壁面の付着燃
料の蒸発率コントロールシステムに関する。
口従来の技術］ 燃料を燃焼室壁面へ一旦付着させ、その後の壁面からの
蒸発によって燃焼が律速される方式の筒内直接噴射式火
花点火機関は、燃費に対して極めて有利であることが知
られている。このような直噴式内燃機関においては、燃
焼室壁面付着燃料の蒸発によって可燃混合気が形成され
るので、良好な燃焼状態を実現させるためには、ｅｉａ
の運転状態等に応じた遍切な所定の燃料蒸発が必要にな
る。
従来から、ピストン頂部の過冷却等を防止しピストン頂
部温度を所定範囲に保つために、ピストン裏面に吹きか
けられるオイルジェットの噴射量を制御するようにした
ものは知られているが（たとえば実開昭５９−２２９０
７号、実開昭５９−４９７１９号）、上述の如く燃料蒸
発率の観点から燃焼堅壁温度を制御するようにしたもの
は未だ見当たらない。
［発明が解決しようとする問題点］ 従来の壁面蒸発燃焼方式の直噴式内１１！！膿関におい
ては、エンジンの回転数、負荷を大幅に変化させた場合
には、燃料が付着する燃焼室壁面の温度が大きく変とす
る。その結果、燃焼室壁面温度が高くなる高負荷域では
蒸発率が過大となり、燃焼が早くなりすぎるため、燃焼
騒音、燃焼圧力が上昇し、それに対処するための肉厚増
加等によるエンジン重倦の増大という問題があった。ま
た一方、低速低負荷域では燃焼室壁面温度が低くなりす
ぎ、燃焼の遅延、ＨＣ、アルデヒド類の排出増大という
問題があった。
そこで本発明は、燃焼室壁温の過度の上昇をおさえるこ
とにより、燃焼室壁面にｔ１着した燃料の蒸発速度を抑
制し、それにより燃１！衝撃を抑止することによって燃
焼圧低減による機関の軽量化、低騒音化、低ＮＯｘ化を
実現するとともに、燃焼ｖ壁温を一定のレベル以上に保
つことにより、壁面付着燃料の蒸発を適正なレベルまで
促進し、燃焼期間の短縮、壁面残留ＨＣ、アルデヒド類
の排出抑制を実現することを目的とする。
口問題点を解決するための手段］ この目的に沿う本発明の直噴式内燃機関の燃料蒸発率コ
ントロールシステムは、燃料を筒内に直接噴射する火花
点火機関であって、燃料を一旦ピストンの燃焼室壁面に
付着させ、燃焼室壁面からの加熱によって付着燃料の燃
焼ｖｖ面からの蒸発を促進することにより可燃混合気を
形成する直噴式内意ｔｕｔｉにおいて、燃焼室の壁表面
に冷却用のオイルジェットを吹きかけ、このオイルジェ
ットの油ｌを機関の各運転条件に応じて制御することに
より燃焼室の壁表面温度を制御し、壁表面温度の制御に
より付着燃料の蒸発率を制御するようにしたものから成
っている。
このオイルジェットの油温の制御のための機関の運転条
件としては、たとえば、エンジン回転数、燃料噴射】、
オイルジェットの油温、冷胡水の水温が用いられる。
また、オイルジェットの油量が０あるいは極少最とした
場合でも里温が低下する運転条件のときにも燃焼室壁温
か必要な一定のレベル以上に保たれるように、燃焼室か
らピストン本体への伝熱面積が小とされるか、燃焼室が
断熱材から構成されることが望ましい。
また、層間の各運転条件がコンピュータで判断され、コ
ンピュータからの信号に基づき電磁弁等によりオイルジ
ェットの油ｍを制御することが望ましいが、オイルジェ
ットへのオイル通路の流路面積を、圧送油圧、アクセル
開度等に応じて可変するコンピュータを用いないａｙＩ
ａ　機構によってもよい。
［作用コ このような燃料蒸発率コントロールシステムにおいては
、燃焼室壁温度が必要なレベル以上に保たれつつ、オイ
ルジェットの油―制御による冷却により、機関の運転条
件に応じて適切な温度に制御される。燃焼室壁温が適切
に制御されることにより、付着３料の蒸発率が最適な範
囲にコントロールされ、高負荷域では蒸発速度が抑制さ
れて燃焼騒音、燃焼圧力、ＮＯｘが小に抑えられ、低負
荷域では蒸発が促進されて燃焼期間の短縮、ＨＣ、アル
デヒド類排出の抑制が実現される。
［実施例コ 以下に本発明の直噴式内燃ｄ関の燃料蒸発率コントロー
ルシステムの望ましい実施例を図面を参照して説明する
。
第１図は、本発明の第１実施例に係る装置を示しており
、図中、１はピストン、２はシリンダブロック、３はコ
ネクティングロッドを示している。
ピストン１の頂部は、凹状の燃焼室４に構成され、燃焼
室４は、ピストン本体５と狭い伝熱面積６で接する構造
に形成されている。燃焼室４には、燃料噴射ノズル７か
ら燃焼空壁面８に向けて燃料が直接噴射され、燃焼室壁
面８に付着した燃料は燃焼室壁面８からの加熱によって
蒸発され、可燃混合気が形成される。
燃焼室４の壁裏面９には、ピストン１下方に設けられた
オイルノズル１０からオイルジェット１１が吹きかけら
れるようになっている。オイルノズル１０は、オイル通
路１２によりシリンダブロック３内のオイルホール１３
に接続されている。
オイル通路１２には、′Ｆｉｔａ弁１４が設けられてい
る。電磁弁１４は、オイル通路１２の流路面積を可変可
能なニードル１５と、ニードル１５を作動させるソレノ
イド１６と、から成っており、ニードル１５の制御によ
りオイルノズル１０への油量が制御される。
電磁弁１４は、コンピュータ１７に接続されており、コ
ンピュータ１７からの信号に基づき作動される。コンピ
ュータ１７には、滋関の運転条件として、エンジン回転
数１８、燃料噴射量１９、オイルジェット用に供給され
るオイルの油温２０、冷却水の水温２１の信号が入力さ
れる。コンピュータ１７では、これらの入力信号１８．
１９．２０．２１に基づいて、予め入力されているマツ
プにより電磁弁１４への出力信号２２が演算される。
このマツプデータに関し、第２図に、オイルジェット也
不変の場合の運転条件と燃￥Ａ至壁温との関係を示す。
また、第３図に燃焼室壁温を最適とした場合のオイル通
路１２のニードル１５ノズル部の流路面積と運転条件と
の関係を示す。そして、第４図に、上記特性に基いて作
成されたマツプデータを用いてのコンピュータ１７にお
ける演算のフローチャートを示す。すなわち、水温、油
温の゛低い状態では演算は開始されず、ニードル１５は
流路面積が最小となる状態に保持される。したがって、
オイルの流量■は０又は極少である。水温、油温が一定
値以上になると演算が開始され、エンジン回転数の信号
１８、燃料噴射量の信号１つからマツプデータによりオ
イルジェット１１の油量の最適値が算出され、その電圧
２２が出力される。
つぎに、第５図に本発明の第２実施例を示す。
本実施例においては、燃焼室３０が断熱材で構成されて
おり、その断熱特性で燃焼室３０を一定レベル以上の高
温に保つことが可能であるため、燃焼室３０は比較的広
い面積でピストン本体３１と接合されている。そして、
オイルジェット１１は燃焼室３０の壁裏面に吹きかけら
れる。その他の構成は第１実施例に準じる。
つぎに、第６図に本発明の第３実施例を示す。
本実施例においては、オイルジェット１１の油量の制御
にコンピュータは用いられない。オイルボンブ４０から
オイルノズル１０にオイルを圧送するオイル通路４１に
、オイルジェット１１の油量の制御！ｌＩ機構が設けら
れている。オイル通路４１には、ばね４２により上流側
に付勢された円柱状のプランジャ４３が設けられており
、プランジャ４３の上流側からプランジャ４３の途中部
分に通じるバイパス通路４４が設けられている。プラン
ジャ４３には、バイパス通路４４の出口とプランジャ４
３の下流側とを連通可能な溝状のオイル通路４５が設け
られている。そして、プランジャ４３は、アクセル４６
に適当な手段によって接続されている。
オイルポンプ４０から圧送されてくるオイルは、エンジ
ン回転数により徐々に上昇する油圧４７でプランジャ４
３を押し、プランジャ４３は油圧４７とばね４２との力
のバランスした位置に動く。
この移動により、バイパス通路４４とプランジャ４３に
設けられたオイル通路４５との位置関係が変化し、その
時のエンジン回転数で燃料噴射量０の場合のオイルジェ
ット１１の量が決定される。
また一方、プランジャ４３はアクセル４６の開度に比例
して回転され、バイパス通路４４の出口に接するオイル
通路４５の入口の面積が変化される。
それによって、オイルノズル１０から噴射されるオイル
ジェット１１が、エンジン回転数、負荷に対し最適油量
に！Ｉ！される。そして、断熱構造とすることにより一
定レベル以上の温度に達した燃焼室４が冷却される。
上記の各実施例に示したように構成される直噴式内燃機
関の燃料蒸発率コントロールシステムの作用について以
下に説明する。
オイルジェット１１の油量が、エンジン回転数１８、燃
料噴射ｍ１９、油温２０、水温２１等の信号に応じて制
御されることにより、燃焼室４．３０の冷却が機関の運
転条件に応じて制御され、燃焼室４．３０の壁表面温度
が機関の運転条件に応じて制御される。この壁温制御に
おいては、燃焼室４が伝熱面積小の断熱構造とされるこ
とにより、あるいは燃焼室３０が断熱材で構成されるこ
とにより、油量がＯあるいは穫少とされないこととあい
まって比較的高温を保つことができるので、必要な一定
レベル以上の範囲で温度制御される。
そして、壁表面温度の適切な制御により、壁面付着燃料
の加熱が適切に制御され、付着燃料の蒸発率が所定の蒸
発速度となるようにコントロールされる。
このように、オイルジェット１１の冷却油量を変えるこ
とによって燃焼室壁温を変化させた場合の機関の各性能
に関する実験結果の一例を第７図に示す。第７図は、比
較的低回転（２０００ｒｐｎ）の場合のデータであるが
、第７図からも判るように、燃焼室壁温は冷却油量によ
って変化し、燃焼変動率、ＨＣの排出Ｉ　ＮＯＸの排出
量、スモークの排出量、燃焼圧力最大値ＰｌａＸ、燃費
に関し付着燃料の最適蒸発率となるような最適油量が存
在する。もちろん、回転数が異なる場合、高負荷、低負
荷の条件においても最適油量が存在し、燃焼室壁温度を
最適温度にし、燃料蒸発率を最適にするようにオイルジ
ェット１１の油量がコントロールされる。なお、第７図
におけるψは、当量比を示している。
第８図（イ）　（ロ）は、第７図に示されたデータの高
負荷の場合（エンジン回転数２０００　ｒｐｍ、当量比
Ｑ、３ｍｍ、燃Ｆ１噴射時期は上死点から２６度、点火
時期は上死点の条件）についての、シリンダ内圧力の指
圧線図、ならびにシリンダ内圧力レベルの特性を示して
いる。図から判るように、冷却油量を最適値にすること
により、燃焼圧力を小に抑え、燃焼騒音等が小に抑えら
れる。第９図（イ）（ロ）は、同様に低負荷の場合（エ
ンジン回転数２０００ｒｏｍ、当量比０．４ｍｍ、燃料
噴射時期は上死点から２６度、点火時期は上死点から６
度の条件）についての、シリンダ内圧力の指圧線図、な
らびにシリンダ内圧力レベルの特性を示している。図か
ら判るように、低負荷の場合には、油量を絞ることによ
り、必要な燃焼圧力の確保、燃焼期間の短縮がはかられ
る。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によるときは、
冷却オイル油量の制御による燃料蒸発率のコンロールに
より、主として高負荷域において、適度の燃焼空壁面冷
却を行なうことによって、燃費、出力、ＨＣ排出ｍを宿
性とすることなく、燃焼最高圧低減、騒音低減ならびに
スモーク、Ｎ。
×を低減することができるとともに、軽負荷域では、冷
却油量を少なくし、燃焼室壁温度を適当な温度まで高め
ることによって、燃費、燃焼最高圧力、燃焼騒音、ＮＯ
ｘを犠牲とすることなく、ＨＣ１懲焼変動を抑制するこ
とができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１因は本発明の第１実施例に係る直噴式内燃３閏の燃
料蒸発率コントロールシステムの構成図、第２図は通常
のエンジンにおける運転条件と燃焼室壁温に関する特性
線図、 第３図は燃焼室壁温最適化のために必要となる冷却オイ
ル流路面積と運転条件に関する特性線図、第４図は第１
図の装置におけるコンピュータの作動に関するフローチ
ャート、 第５図は本発明の第２実施例に係る直噴式内燃３閏の燃
料蒸発率コントロールシステムの構成図、第６図は本発
明の第３実施例に係る直噴式内燃３閏の燃料蒸発率コン
トロールシステムの構成図、第７図は本発明において冷
却油量を変えることによって懲焼室壁濡を変化させた場
合の１関諸性能に関する実験結果の一例を示す特性図、
第８図（−１’）（ロ）は第７図に示されたデータの高
負荷の場合についての指圧線図ならびにシリンダ内圧力
レベルの特性図、 第９図（イ）　（Ｏ）は第７図に示されたデータの低負
荷の場合についての指圧線図ならびにシリンダ内圧力レ
ベルの特性図、 である。 １・・・・・・ピストン ２・・・・・・シリンダブロック ４．３ｏ・・・・・・！ｌ！焼空 ５．３１・・・・・・ピストン本体 ６・・・・・・伝熱面積 ７・・・・・・燃料噴射ノズル ８・・・・・・燃焼空墾面 ９・・・・・・燃焼空壁裏面 １０・・・・・・オイルノズル １１・・・・・・オイルジェット １２．４１・・・・・・オイル通路 １３・・・・・・オイルホール １４・・・・・・電磁弁 １５・・・・・・ニードル １６・・・・・・ソレノイド １７・・・・・・コンピュータ １８・・・・・・エンジン回転数 １９・・・・・・燃料噴射凹 ２０・・・・・・オイルの油温 ２１・・・・・・冷部水の水温 ２２・・・・・・出力信号 ４２・・・・・・ばね ４３・・・・・・プランジャ ４４・・・・・・バイパス通路 ４５・・・・・・オイル通路 ４６・・・・・・アクセル ４７・・・・・・油圧 −８′ｌ 第２図 第３図 エノジノ回転数 Ａ荷 響倫　　　圭鳴革嬌擬　　　○ＨＸ０Ｎ（−士Ｙ　　　
　　ぶだ　　　　　　憂擬第８図 １００　　　３００　　　１Ｋ　　　　３Ｋ　　　　　
ＩＯＫ周波数（セ） 第９図 （イ） クランク角度ωＯ （ロ）

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）燃料を筒内に直接噴射する火花点火機関であって
    、燃料を一旦ピストンの燃焼室壁面に付着させ、該燃焼
    室壁面からの加熱によって付着燃料の燃焼室壁面からの
    蒸発を促進することにより可燃混合気を形成する直噴式
    内燃機関において、前記燃焼室の壁裏面に冷却用のオイ
    ルジェットを吹きかけ、該オイルジェットの油量を機関
    の各運転条件に応じて制御することにより前記燃焼室の
    壁表面温度を制御し、該壁表面温度の制御により前記付
    着燃料の蒸発率を制御することを特徴とする直噴式内燃
    機関の燃料蒸発率コントロールシステム。
  2. （２）前記オイルジェットの油量の制御のための機関運
    転条件が、エンジン回転数、燃料噴射量、オイルジェッ
    トの油温、冷却水の水温である特許請求の範囲第１項記
    載の直噴式内燃機関の燃料蒸発率コントロールシステム
    。
  3. （３）前記燃焼室の壁表面温度の最小値が所定温度以上
    に保たれるべく、燃焼室を構成する部分と該燃焼室を構
    成する部分に接続されるピストン本体との間の伝熱面積
    を小とした特許請求の範囲第１項記載の直噴式内燃機関
    の燃料蒸発率コントロールシステム。
  4. （４）前記燃焼室のピストン本体との接触部分を断熱材
    で構成した特許請求の範囲第１項記載の直噴式内燃機関
    の燃料蒸発率コントロールシステム。
  5. （５）前記機関の各運転条件の信号をコンピュータに入
    力し、該コンピュータで予め入力されたマップに基づき
    前記オイルジェットの制御油量を演算する特許請求の範
    囲第１項記載の直噴式内燃機関の燃料蒸発率コントロー
    ルシステム。
  6. （６）前記オイルジェットの油量の制御を、該オイルジ
    ェットを噴射するオイルノズルに通じるオイル通路に設
    けられ、前記機関の各運転条件に応じて前記オイル通路
    の流路面積を可変可能な電磁弁により行う特許請求の範
    囲第１項記載の直噴式内燃機関の燃料蒸発率コントロー
    ルシステム。
  7. （７）前記オイルジェットの油量の制御を、該オイルジ
    ェットを噴射するオイルノズルに通じるオイル通路に、
    圧送されてくるオイルの油圧に応じて前記オイル通路内
    を移動するプランジャを設け、プランジャの上流側から
    プランジャの途中部分に通じるバイパス通路を設け、前
    記プランジャに前記バイパス通路の出口とプランジャ下
    流側とを連通可能なオイル通路を設け、前記プランジャ
    をアクセルの開度と連動させて回動させるべくアクセル
    に接続することにより行う特許請求の範囲第１項記載の
    直噴式内燃機関の燃料蒸発率コントロールシステム。
JP59257653A 1984-12-07 1984-12-07 直噴式内燃機関の燃料蒸発率制御装置 Granted JPS61138816A (ja)

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