JP2000220460A - 筒内噴射式内燃機関 - Google Patents
筒内噴射式内燃機関Info
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 内燃機関のシリンダに直接燃料を噴射する火
花点火機関において、フラット型ピストンでも低中負荷
運転時にエンジン回転数によらず良好な希薄燃焼を実現
させる。 【解決手段】 点火プラグ６と、燃料をシリンダ１内に
直接噴射する燃料噴射弁５を備える。シリンダ中心軸を
Ｚ軸、Ｚ軸に垂直に交わりシリンダ重心点と燃料噴射弁
５の直下点とを通過する軸をＸ軸、シリンダ重心点を通
りＸ軸とＺ軸に垂直な軸をＹ軸と定義した場合、シリン
ダ１内でＹ軸を中心に回転する空気流動を形成する。噴
射燃料１６は、低中負荷運転時にはＸＺ平面に垂直な方
向の噴霧角がＸＺ平面に平行な方向の噴霧角より狭くな
る噴霧形態で空燃比が理論空燃比より高くなる燃料噴射
量制御が行なわれるよう設定され、吸気行程後半から圧
縮行程前半の間に燃料を噴射する。
花点火機関において、フラット型ピストンでも低中負荷
運転時にエンジン回転数によらず良好な希薄燃焼を実現
させる。 【解決手段】 点火プラグ６と、燃料をシリンダ１内に
直接噴射する燃料噴射弁５を備える。シリンダ中心軸を
Ｚ軸、Ｚ軸に垂直に交わりシリンダ重心点と燃料噴射弁
５の直下点とを通過する軸をＸ軸、シリンダ重心点を通
りＸ軸とＺ軸に垂直な軸をＹ軸と定義した場合、シリン
ダ１内でＹ軸を中心に回転する空気流動を形成する。噴
射燃料１６は、低中負荷運転時にはＸＺ平面に垂直な方
向の噴霧角がＸＺ平面に平行な方向の噴霧角より狭くな
る噴霧形態で空燃比が理論空燃比より高くなる燃料噴射
量制御が行なわれるよう設定され、吸気行程後半から圧
縮行程前半の間に燃料を噴射する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、点火プラグを使用
した火花点火機関のシリンダに燃料を直接噴射する方式
の筒内噴射式内燃機関に関する。
した火花点火機関のシリンダに燃料を直接噴射する方式
の筒内噴射式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、火花点火機関（ガソリンエンジ
ン）のシリンダに燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機
関が実用化されている。この種の内燃機関は、低中負荷
領域では圧縮行程時に燃料を噴射して局部的に点火プラ
グ周辺に燃料噴霧を集めて着火させる燃焼により（混合
気の成層化あるいは成層燃焼と称せられることもある）
希薄空燃比燃焼（以下、単に希薄燃焼とする）を可能と
し、高負荷運転域では、燃料を空気と均一に混合させて
均質燃焼を図る必要があるため吸入行程時に燃料を噴射
し、このように負荷に応じて燃料噴射開始タイミングを
変えている。
ン）のシリンダに燃料を直接噴射する筒内噴射式内燃機
関が実用化されている。この種の内燃機関は、低中負荷
領域では圧縮行程時に燃料を噴射して局部的に点火プラ
グ周辺に燃料噴霧を集めて着火させる燃焼により（混合
気の成層化あるいは成層燃焼と称せられることもある）
希薄空燃比燃焼（以下、単に希薄燃焼とする）を可能と
し、高負荷運転域では、燃料を空気と均一に混合させて
均質燃焼を図る必要があるため吸入行程時に燃料を噴射
し、このように負荷に応じて燃料噴射開始タイミングを
変えている。
【０００３】また、上記した成層燃焼を図るために、ピ
ストン上面に凹部を設けて低中負荷運転の圧縮行程時に
凹部に燃料を噴射して凹部内での成層化を図る筒内噴射
式火花点火機関（筒内噴射式内燃機関）や（例えば特開
平４−９４４１６号公報）、吸気管に副吸気通路を設
け、副吸気通路から供給された空気流がピストン上部に
設けられた凹部に沿って燃料噴霧を点火プラグに搬送し
て成層化する筒内噴射式内燃機関（特開平１０−１４１
０７０号公報）が提案されている。
ストン上面に凹部を設けて低中負荷運転の圧縮行程時に
凹部に燃料を噴射して凹部内での成層化を図る筒内噴射
式火花点火機関（筒内噴射式内燃機関）や（例えば特開
平４−９４４１６号公報）、吸気管に副吸気通路を設
け、副吸気通路から供給された空気流がピストン上部に
設けられた凹部に沿って燃料噴霧を点火プラグに搬送し
て成層化する筒内噴射式内燃機関（特開平１０−１４１
０７０号公報）が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
したようなピストン上面に凹部を設けることなく、上面
がフラット型ピストンであっても希薄燃焼時（低中負荷
運転時）に火花点火に良好な成層燃焼を可能にし、熱効
率を高めて着火性能を向上させ、燃費向上，排ガス浄化
性，出力アップの要求を満足させることのできる筒内噴
射式内燃機関を提供することにある。
したようなピストン上面に凹部を設けることなく、上面
がフラット型ピストンであっても希薄燃焼時（低中負荷
運転時）に火花点火に良好な成層燃焼を可能にし、熱効
率を高めて着火性能を向上させ、燃費向上，排ガス浄化
性，出力アップの要求を満足させることのできる筒内噴
射式内燃機関を提供することにある。
【０００５】また、低中負荷運転時の良好な希薄燃焼に
加えて、高負荷運転時にはシリンダ内に均一に混合気を
形成して均質燃焼も図り得る筒内噴射式内燃機関も提供
する。
加えて、高負荷運転時にはシリンダ内に均一に混合気を
形成して均質燃焼も図り得る筒内噴射式内燃機関も提供
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】（１）本発明は、上記目
的を達成するために、基本的には次のような課題解決手
段を提案する。
的を達成するために、基本的には次のような課題解決手
段を提案する。
【０００７】すなわち、点火プラグを備え、燃料を燃料
噴射弁により直接シリンダ内に噴射する筒内噴射式内燃
機関において、内燃機関のシリンダ中心軸をＺ軸、Ｚ軸
に垂直に交わりシリンダ重心点と前記燃料噴射弁を配置
した位置の直下点とを通過する軸をＸ軸、シリンダ重心
点を通りＸ軸とＺ軸に垂直な軸をＹ軸と定義した場合、
シリンダ内でＹ軸を中心に回転する空気流動を形成する
手段を備え、前記燃料噴射弁から噴射する燃料は、低中
負荷運転時にはＸＺ平面に垂直な方向の噴霧角がＸＺ平
面に平行な方向の噴霧角より狭くなる噴霧形態で空燃比
が理論空燃比より高くなる燃料噴射量制御が行なわれる
よう設定されていることを特徴とする。
噴射弁により直接シリンダ内に噴射する筒内噴射式内燃
機関において、内燃機関のシリンダ中心軸をＺ軸、Ｚ軸
に垂直に交わりシリンダ重心点と前記燃料噴射弁を配置
した位置の直下点とを通過する軸をＸ軸、シリンダ重心
点を通りＸ軸とＺ軸に垂直な軸をＹ軸と定義した場合、
シリンダ内でＹ軸を中心に回転する空気流動を形成する
手段を備え、前記燃料噴射弁から噴射する燃料は、低中
負荷運転時にはＸＺ平面に垂直な方向の噴霧角がＸＺ平
面に平行な方向の噴霧角より狭くなる噴霧形態で空燃比
が理論空燃比より高くなる燃料噴射量制御が行なわれる
よう設定されていることを特徴とする。
【０００８】上記構成によれば、低中負荷運転時にシリ
ンダ内に噴射される燃料は、Ｙ軸回りの空気流（この空
気流は、シリンダ軸を中心に旋回するスワールではなく
いわゆるシリンダ軸と直交する軸回りに回転するため、
ここでは上記のスワールと区別する意味をこめてタンブ
ルと称することもある）に乗って点火プラグに搬送され
るので、吸気行程後半から圧縮行程前半の間に前記シリ
ンダ内に燃料噴射を開始するよう設定しても、噴射され
た燃料噴霧がピストン圧縮行程時に上死点付近で上記タ
ンブルにより点火プラグに至るように燃料噴射開始時期
を設定することが可能になる。
ンダ内に噴射される燃料は、Ｙ軸回りの空気流（この空
気流は、シリンダ軸を中心に旋回するスワールではなく
いわゆるシリンダ軸と直交する軸回りに回転するため、
ここでは上記のスワールと区別する意味をこめてタンブ
ルと称することもある）に乗って点火プラグに搬送され
るので、吸気行程後半から圧縮行程前半の間に前記シリ
ンダ内に燃料噴射を開始するよう設定しても、噴射され
た燃料噴霧がピストン圧縮行程時に上死点付近で上記タ
ンブルにより点火プラグに至るように燃料噴射開始時期
を設定することが可能になる。
【０００９】また、この時の燃料噴霧は、ＸＺ平面に垂
直な方向の噴霧角がＸＺ平面に平行な方向の噴霧角より
狭くなるいわゆる縦方向の扁平状の噴霧形態であるの
で、これがタンブル空気流に乗ることで、ピストン上面
に凹部を設けないフラット型ピストンであっても点火プ
ラグ付近に燃料噴霧を集中させ、その結果、良好な燃料
着火ひいては燃焼を図り、空燃比が理論空燃比より高い
燃料噴射量制御により希薄性を高めた空燃比の希薄燃焼
を可能にする。
直な方向の噴霧角がＸＺ平面に平行な方向の噴霧角より
狭くなるいわゆる縦方向の扁平状の噴霧形態であるの
で、これがタンブル空気流に乗ることで、ピストン上面
に凹部を設けないフラット型ピストンであっても点火プ
ラグ付近に燃料噴霧を集中させ、その結果、良好な燃料
着火ひいては燃焼を図り、空燃比が理論空燃比より高い
燃料噴射量制御により希薄性を高めた空燃比の希薄燃焼
を可能にする。
【００１０】なお、高負荷運転時には、燃料噴射開始を
吸入行程時に行なって燃料と空気の混合を充分に行なわ
せたり、或いは、これに併せて複数の燃料噴射口から燃
料を噴射するように設定したり、ＸＺ平面に垂直な方向
の噴霧角がＸＺ平面に平行な方向の噴霧角より広くなる
よう設定すれば、シリンダ内で均一な混合気が形成さ
れ、良好な均質燃焼が可能になる。
吸入行程時に行なって燃料と空気の混合を充分に行なわ
せたり、或いは、これに併せて複数の燃料噴射口から燃
料を噴射するように設定したり、ＸＺ平面に垂直な方向
の噴霧角がＸＺ平面に平行な方向の噴霧角より広くなる
よう設定すれば、シリンダ内で均一な混合気が形成さ
れ、良好な均質燃焼が可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面を用いて説
明する。
明する。
【００１２】図１は、本発明の第１の実施例に係る筒内
噴射式内燃機関（筒内噴射式火花点火機関）のうちシリ
ンダの一つを取り出してみた内部透視の概略平面図、図
７の（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は本実施例で定義す
る座標軸の説明図である。
噴射式内燃機関（筒内噴射式火花点火機関）のうちシリ
ンダの一つを取り出してみた内部透視の概略平面図、図
７の（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は本実施例で定義す
る座標軸の説明図である。
【００１３】まず、これらの図により本発明の要旨につ
いて説明する。
いて説明する。
【００１４】シリンダ１に内装されるピストン２は、そ
の上面が凹部のない平面に形成されるいわゆるフラット
型ピストンである。
の上面が凹部のない平面に形成されるいわゆるフラット
型ピストンである。
【００１５】シリンダ１のヘッドには、２つの吸気弁４
が配設され、各吸気弁４と対応の吸気管（吸気通路）３
とが接続されている。なお、排気弁の数も吸気弁の数に
対応するが、排気弁及びそれに接続される排気管の図示
は省略する。
が配設され、各吸気弁４と対応の吸気管（吸気通路）３
とが接続されている。なお、排気弁の数も吸気弁の数に
対応するが、排気弁及びそれに接続される排気管の図示
は省略する。
【００１６】シリンダ１のヘッドの中心には点火プラグ
６が設けられ、さらに吸気弁４に挟まれた位置に燃料噴
射弁５が設けられている。
６が設けられ、さらに吸気弁４に挟まれた位置に燃料噴
射弁５が設けられている。
【００１７】ここでは、図７（ｂ）に示すように、シリ
ンダ中心軸をＺ軸、Ｚ軸に垂直に交わりシリンダ重心点
と前記燃料噴射弁５を配置した位置の直下点とを通過す
る軸をＸ軸、シリンダ重心点を通りＸ軸とＺ軸に垂直な
軸をＹ軸と定義する。
ンダ中心軸をＺ軸、Ｚ軸に垂直に交わりシリンダ重心点
と前記燃料噴射弁５を配置した位置の直下点とを通過す
る軸をＸ軸、シリンダ重心点を通りＸ軸とＺ軸に垂直な
軸をＹ軸と定義する。
【００１８】このように定義した場合、燃料噴射弁５は
ＸＺ平面上に配置され、吸気弁４はこのＸＺ平面を挾む
ようにして配置される。
ＸＺ平面上に配置され、吸気弁４はこのＸＺ平面を挾む
ようにして配置される。
【００１９】吸気弁４の上流に位置する吸気管３には、
低中負荷運転時に通路横断面の下半分を塞ぐように制御
される半月状の空気流動制御弁８が設けられる。この制
御弁８は、半月状であるため下半分の通路を塞いだ状態
が閉動作になり、高負荷運転時には、この下半分の通路
を開放し上半分は元々開いているので吸気通路内は完全
開放状態になる。この制御弁８は、図示されない空気流
量制御用の絞り弁の下流に配置されている。制御弁８の
開閉制御は制御装置７に制御指令信号に基づいて実行さ
れる。制御装置７は、そのほか、燃料噴射弁５の燃料噴
射料制御、噴射開始時期の制御、点火プラグの点火時期
制御等を行なう。
低中負荷運転時に通路横断面の下半分を塞ぐように制御
される半月状の空気流動制御弁８が設けられる。この制
御弁８は、半月状であるため下半分の通路を塞いだ状態
が閉動作になり、高負荷運転時には、この下半分の通路
を開放し上半分は元々開いているので吸気通路内は完全
開放状態になる。この制御弁８は、図示されない空気流
量制御用の絞り弁の下流に配置されている。制御弁８の
開閉制御は制御装置７に制御指令信号に基づいて実行さ
れる。制御装置７は、そのほか、燃料噴射弁５の燃料噴
射料制御、噴射開始時期の制御、点火プラグの点火時期
制御等を行なう。
【００２０】制御弁８によって吸気管３の流路の下半分
（吸気通路横断面の下半分）を塞ぐと、図７（ａ）に示
すように、吸入行程（吸気行程）では、空気流は吸気管
３の上半分の流路に偏って流れ、シリンダ１には吸気弁
４の点火プラグ寄り側（シリンダ１中心側）を通って空
気が流入し、吸気側と反対の方向に向かった後シリンダ
１内をＹ軸を中心に回転する空気流動（以下タンブルと
称する）が形成される。
（吸気通路横断面の下半分）を塞ぐと、図７（ａ）に示
すように、吸入行程（吸気行程）では、空気流は吸気管
３の上半分の流路に偏って流れ、シリンダ１には吸気弁
４の点火プラグ寄り側（シリンダ１中心側）を通って空
気が流入し、吸気側と反対の方向に向かった後シリンダ
１内をＹ軸を中心に回転する空気流動（以下タンブルと
称する）が形成される。
【００２１】このタンブルの角速度はタンブル数２に設
定してある。タンブル数とは、シリンダ１内に剛体渦
（タンブルの理想渦）を仮定した時に渦（空気流動）の
角速度ωａとクランク軸の角速度ωｃの比（ωａ／ω
ｃ）を表したもので、タンブル数２は剛体渦の角速度ω
ｃがクランク軸の角速度ωａの２倍である。このように
タンブル数を設定すると、吸入行程の下死点近くで燃料
を噴射した場合（本実施例では、低中負荷運転時に吸気
行程後半から圧縮行程前半の間にシリンダ１内に燃料噴
射を開始するよう設定されている）、その燃料を上死点
付近で点火プラグ６の位置に集中するようにタンブルの
気流に乗せて搬送することが可能になる。
定してある。タンブル数とは、シリンダ１内に剛体渦
（タンブルの理想渦）を仮定した時に渦（空気流動）の
角速度ωａとクランク軸の角速度ωｃの比（ωａ／ω
ｃ）を表したもので、タンブル数２は剛体渦の角速度ω
ｃがクランク軸の角速度ωａの２倍である。このように
タンブル数を設定すると、吸入行程の下死点近くで燃料
を噴射した場合（本実施例では、低中負荷運転時に吸気
行程後半から圧縮行程前半の間にシリンダ１内に燃料噴
射を開始するよう設定されている）、その燃料を上死点
付近で点火プラグ６の位置に集中するようにタンブルの
気流に乗せて搬送することが可能になる。
【００２２】さらに、詳細には、燃料がタンブルによっ
て点火プラグ６の位置に搬送される場合、シリンダ１内
を通って点火プラグ６に到達するために必要なタンブル
数は燃料噴射時期によって変化する。成層化に必要なタ
ンブル数は、燃料噴射から点火までのクランク角度をＴ
とした場合に、クランク角度１回転分である３６０度を
角度Ｔで割った値である。すなわち、タンブル（空気流
動）の角速度ωａは、燃料噴射から点火までのクランク
角をＴとした場合、クランク角１回転分である３６０度
を角度Ｔで割った値にクランク軸角速度ωｃを掛けた値
であり、これを式で表せば、次のようになる。
て点火プラグ６の位置に搬送される場合、シリンダ１内
を通って点火プラグ６に到達するために必要なタンブル
数は燃料噴射時期によって変化する。成層化に必要なタ
ンブル数は、燃料噴射から点火までのクランク角度をＴ
とした場合に、クランク角度１回転分である３６０度を
角度Ｔで割った値である。すなわち、タンブル（空気流
動）の角速度ωａは、燃料噴射から点火までのクランク
角をＴとした場合、クランク角１回転分である３６０度
を角度Ｔで割った値にクランク軸角速度ωｃを掛けた値
であり、これを式で表せば、次のようになる。
【００２３】
【数１】ωａ＝（３６０°／Ｔ）×ωｃ 例えば、下死点に噴射された燃料が上死点を点火時期と
した時のクランク角度Ｔは１８０度であり、３６０度を
１８０度で割った値である２が、成層化に必要なタンブ
ル数となる。制御装置７は燃料噴射時期から必要なタン
ブル数を決定すると、制御弁８の閉動作時期（吸気管の
通路横断面の下半分を塞ぐ時期）を制御してシリンダ１
内に所要のタンブルを形成する。高負荷運転時はタンブ
ルの制御は必要が無く、また圧力損失の低減のため制御
弁８は全開にする。
した時のクランク角度Ｔは１８０度であり、３６０度を
１８０度で割った値である２が、成層化に必要なタンブ
ル数となる。制御装置７は燃料噴射時期から必要なタン
ブル数を決定すると、制御弁８の閉動作時期（吸気管の
通路横断面の下半分を塞ぐ時期）を制御してシリンダ１
内に所要のタンブルを形成する。高負荷運転時はタンブ
ルの制御は必要が無く、また圧力損失の低減のため制御
弁８は全開にする。
【００２４】ここで、本実施例に用いる燃料噴射弁５の
内部構造を図２の部分縦断面図により説明する。
内部構造を図２の部分縦断面図により説明する。
【００２５】図２において、燃料噴射弁５の本体中心に
は、メインの燃料通路１２が形成され、その後、複数の
燃料通路１４ａ〜１４ｃに分かれ、各燃料噴射口９ａ〜
９ｃに至る。燃料通路１２と同心状にコア２１，電磁コ
イル１１，ヨーク２２が配置され、電磁コイル１１を通
電して励磁するとコア，ヨーク，弁１０のプランジャ部
等で磁気回路が形成されて、弁１０がリターンスプリン
グ２４のばね力に抗して引き上げられ、開弁状態とな
る。
は、メインの燃料通路１２が形成され、その後、複数の
燃料通路１４ａ〜１４ｃに分かれ、各燃料噴射口９ａ〜
９ｃに至る。燃料通路１２と同心状にコア２１，電磁コ
イル１１，ヨーク２２が配置され、電磁コイル１１を通
電して励磁するとコア，ヨーク，弁１０のプランジャ部
等で磁気回路が形成されて、弁１０がリターンスプリン
グ２４のばね力に抗して引き上げられ、開弁状態とな
る。
【００２６】シリンダ１内に設けられた燃料噴射弁５に
は、図２に示すように複数（本例では３つ）の燃料噴射
口（以下、噴出口とする）９ａ，９ｂ，９ｃがあり、こ
れらの噴出口９ａ，９ｂ，９ｃは、燃料噴射弁５の先端
に設けられた複数層（例えば３層）の板１３に設けた孔
の組み合わせで構成されている。
は、図２に示すように複数（本例では３つ）の燃料噴射
口（以下、噴出口とする）９ａ，９ｂ，９ｃがあり、こ
れらの噴出口９ａ，９ｂ，９ｃは、燃料噴射弁５の先端
に設けられた複数層（例えば３層）の板１３に設けた孔
の組み合わせで構成されている。
【００２７】この３つの噴出口９ａ，９ｂ，９ｃは、Ｙ
軸方向に並んで、その一つ（噴出口９ａ）が真中に位置
し、残り９ｂ，９ｃが真中の噴出口９ａの両側に位置し
ており、燃料噴射弁５は、低中負荷運転時には真中の噴
出口９ａから燃料を噴射させ、高負荷運転時には両側の
噴出口９ｂ，９ｃから燃料を噴射させる噴射口切換手段
を備えている。ここで、この噴射口切換手段の一例につ
いて説明する。
軸方向に並んで、その一つ（噴出口９ａ）が真中に位置
し、残り９ｂ，９ｃが真中の噴出口９ａの両側に位置し
ており、燃料噴射弁５は、低中負荷運転時には真中の噴
出口９ａから燃料を噴射させ、高負荷運転時には両側の
噴出口９ｂ，９ｃから燃料を噴射させる噴射口切換手段
を備えている。ここで、この噴射口切換手段の一例につ
いて説明する。
【００２８】燃料噴射弁５は、内燃機関の運転状態によ
ってコイル１１に流す電流に強弱をつけ、弁１０のリフ
ト量を変えることで噴射弁本体内の燃料流路１４ａと１
４ｂ，１４ｃとを切り替えることが可能である。低中負
荷運転の場合はコイル１１に弱い電流を流し、弁１０の
リフト量を小さく制御することによって、図３に示すよ
うに噴出口９ａに通じる燃料流路１４ａを選択し、高負
荷運転の場合はコイル１１に強い電流を流し、弁１０の
リフト量を大きく制御することによって、図４に示すよ
うに噴出口９ｂ，９ｃに通じる燃料流路１４ｂ，１４ｃ
を選択するよう設定されている。
ってコイル１１に流す電流に強弱をつけ、弁１０のリフ
ト量を変えることで噴射弁本体内の燃料流路１４ａと１
４ｂ，１４ｃとを切り替えることが可能である。低中負
荷運転の場合はコイル１１に弱い電流を流し、弁１０の
リフト量を小さく制御することによって、図３に示すよ
うに噴出口９ａに通じる燃料流路１４ａを選択し、高負
荷運転の場合はコイル１１に強い電流を流し、弁１０の
リフト量を大きく制御することによって、図４に示すよ
うに噴出口９ｂ，９ｃに通じる燃料流路１４ｂ，１４ｃ
を選択するよう設定されている。
【００２９】多層板１３は図５（ａ）に示すように３枚
の円形の金属板（耐食，耐熱性に優れた金属板）１３
ａ，１３ｂ，１３ｃにより構成され、上層の板１３ａに
は円形の孔９ｂ−１，９ａ−１，９ｃ−１が、中層の板
１３ｂには細長孔９ｂ−２，９ａ−２，９ｃ−２が、下
層に板１３ｃには上記中層の細長孔とクロスする細長孔
９ｂ−３，９ａ−３，９ｃ−３がそれぞれ燃料噴射口の
数だけ形成され、これらの円形の孔及びクロスする細長
孔を重ね合わせて、図５（ｂ）に示すように各燃料噴射
口９ｂ，９ａ，９ｃが形成され、このうち下層の細長孔
９ｂ−３，９ａ−３，９ｃ−３は長手方向が前記ＸＺ平
面と平行に向いている。
の円形の金属板（耐食，耐熱性に優れた金属板）１３
ａ，１３ｂ，１３ｃにより構成され、上層の板１３ａに
は円形の孔９ｂ−１，９ａ−１，９ｃ−１が、中層の板
１３ｂには細長孔９ｂ−２，９ａ−２，９ｃ−２が、下
層に板１３ｃには上記中層の細長孔とクロスする細長孔
９ｂ−３，９ａ−３，９ｃ−３がそれぞれ燃料噴射口の
数だけ形成され、これらの円形の孔及びクロスする細長
孔を重ね合わせて、図５（ｂ）に示すように各燃料噴射
口９ｂ，９ａ，９ｃが形成され、このうち下層の細長孔
９ｂ−３，９ａ−３，９ｃ−３は長手方向が前記ＸＺ平
面と平行に向いている。
【００３０】燃料は低中負荷運転時には噴出口９ａを通
り、高負荷運転時には噴出口９ｂ，９ｃを通ることによ
り微粒化され燃料噴霧となる。低中負荷運転時に噴出口
９ａから噴射される燃料噴霧は、上記した噴射口９ａの
構造を採用することにより、図６に示すようにＸＺ平面
に垂直な方向（Ｙ軸方向）の噴霧角θ１がＸＺ平面に平
行な方向の噴霧角θ２より狭くなる噴霧形態となる。ま
た、制御装置７により、低中負荷運転時には、空燃比が
理論空燃比より高くなる燃料噴射量制御が行なわれるよ
う設定されている。
り、高負荷運転時には噴出口９ｂ，９ｃを通ることによ
り微粒化され燃料噴霧となる。低中負荷運転時に噴出口
９ａから噴射される燃料噴霧は、上記した噴射口９ａの
構造を採用することにより、図６に示すようにＸＺ平面
に垂直な方向（Ｙ軸方向）の噴霧角θ１がＸＺ平面に平
行な方向の噴霧角θ２より狭くなる噴霧形態となる。ま
た、制御装置７により、低中負荷運転時には、空燃比が
理論空燃比より高くなる燃料噴射量制御が行なわれるよ
う設定されている。
【００３１】図６に示す噴霧角θ１とθ２は次のように
決定される。
決定される。
【００３２】上記噴霧角θ１については次の通りであ
る。図２５（ａ）に示すように、角度θの二等辺三角形
を仮定し、この角度θは、シリンダ内のピストンのスト
ローク長を二等辺三角形の高さＨとした時の底辺長さを
Ｌとした場合に、シリンダ内径Ｄ×Ｌ×ストローク長Ｈ
よりなるシリンダ内仮想直方体〔図２５（ｂ）の斜線で
示す〕の中に全噴射燃料量が理論混合比の混合気を形成
することが可能な角度であり、この角度θを前記ＸＺ平
面に垂直な方向の燃料噴霧角θ１とした。このような仮
想直方体にて成層燃焼が可能であれば、希薄燃焼域（特
に燃料質量と空気質量との比が１対４０のような超希薄
燃焼）であっても実質的に理論空燃比に近い燃焼が可能
になる。本実施例では、上記したような燃料噴霧角θ１
の設定及びこの燃料噴霧角θ１内の燃料噴霧を２つの吸
気弁からのタンブルで圧縮行程時に点火プラグ６に至る
ように搬送することで、良好な希薄燃焼（成層燃焼）を
保証する。
る。図２５（ａ）に示すように、角度θの二等辺三角形
を仮定し、この角度θは、シリンダ内のピストンのスト
ローク長を二等辺三角形の高さＨとした時の底辺長さを
Ｌとした場合に、シリンダ内径Ｄ×Ｌ×ストローク長Ｈ
よりなるシリンダ内仮想直方体〔図２５（ｂ）の斜線で
示す〕の中に全噴射燃料量が理論混合比の混合気を形成
することが可能な角度であり、この角度θを前記ＸＺ平
面に垂直な方向の燃料噴霧角θ１とした。このような仮
想直方体にて成層燃焼が可能であれば、希薄燃焼域（特
に燃料質量と空気質量との比が１対４０のような超希薄
燃焼）であっても実質的に理論空燃比に近い燃焼が可能
になる。本実施例では、上記したような燃料噴霧角θ１
の設定及びこの燃料噴霧角θ１内の燃料噴霧を２つの吸
気弁からのタンブルで圧縮行程時に点火プラグ６に至る
ように搬送することで、良好な希薄燃焼（成層燃焼）を
保証する。
【００３３】噴霧角θ２は燃料噴霧の外形線を延長した
場合にシリンダヘッド１上壁面やシリンダ１の吸気側の
壁面に衝突しない角度とする。
場合にシリンダヘッド１上壁面やシリンダ１の吸気側の
壁面に衝突しない角度とする。
【００３４】高負荷運転時に用いられる噴出口９ｂ、９
ｃの寸法は、噴出口９ａと同じだが、出口の方向をわず
かに外に向くよう斜めにして、噴出口９ｂ，９ｃから噴
射される燃料噴霧が交差しないようにしてある。その角
度は、噴射された燃料がシリンダ１の側壁面に当たらな
い角度である。
ｃの寸法は、噴出口９ａと同じだが、出口の方向をわず
かに外に向くよう斜めにして、噴出口９ｂ，９ｃから噴
射される燃料噴霧が交差しないようにしてある。その角
度は、噴射された燃料がシリンダ１の側壁面に当たらな
い角度である。
【００３５】低中負荷運転時に理想空燃比より高い空燃
比（希薄空燃比）の混合気を良好に燃焼させるには、既
述したように成層化が必要であり、成層化のために従来
は圧縮行程後期に燃料を噴射していたが、この場合ピス
トン２が上死点に近づいた時に燃料を噴射するため燃料
噴霧とタンブルが正面から当たる状況となってタンブル
が止まってしまい燃料を点火プラグ６に分布できなくな
り着火が出きない事態も考えられる。
比（希薄空燃比）の混合気を良好に燃焼させるには、既
述したように成層化が必要であり、成層化のために従来
は圧縮行程後期に燃料を噴射していたが、この場合ピス
トン２が上死点に近づいた時に燃料を噴射するため燃料
噴霧とタンブルが正面から当たる状況となってタンブル
が止まってしまい燃料を点火プラグ６に分布できなくな
り着火が出きない事態も考えられる。
【００３６】これに対して、本実施例のように、燃料噴
射開始時期をピストン下死点とするとタンブルと燃料噴
霧の干渉が小さくタンブルによって混合気を点火プラグ
へ搬送できる。高負荷運転時は燃料が空気と充分混合す
る必要があるため、燃料噴射開始時期はピストン２が吸
気行程の下死点に達するまでに燃料を噴き終わる時期と
する。
射開始時期をピストン下死点とするとタンブルと燃料噴
霧の干渉が小さくタンブルによって混合気を点火プラグ
へ搬送できる。高負荷運転時は燃料が空気と充分混合す
る必要があるため、燃料噴射開始時期はピストン２が吸
気行程の下死点に達するまでに燃料を噴き終わる時期と
する。
【００３７】以下、本実施例の作用を図７〜１５を用い
て詳述する。
て詳述する。
【００３８】先ず、低中負荷運転（希薄燃焼）について
説明する。
説明する。
【００３９】吸気行程（吸入行程）の初期において、燃
料噴射開始時期が下死点に設定されており、制御装置７
はシリンダ１内にタンブル数２の空気流動を生成するた
めに制御弁８を全閉する。
料噴射開始時期が下死点に設定されており、制御装置７
はシリンダ１内にタンブル数２の空気流動を生成するた
めに制御弁８を全閉する。
【００４０】吸気行程が始まると、吸気弁４が開きピス
トン２が下降することによりシリンダ１内に空気が吸入
され強度２のタンブル１５が生成される（図７）。
トン２が下降することによりシリンダ１内に空気が吸入
され強度２のタンブル１５が生成される（図７）。
【００４１】ピストン２が下死点に到達すると、制御装
置７は燃料噴射弁５に燃料噴射の信号を発信する。この
時コイル１１に弱い電流が流れコイル１１の外周に磁界
が生じ、弁１０は上に持ち上げられ、流路１４ａに燃料
が流れ、多層板１３により構成される噴出口９ａから燃
料が微粒化して噴射され燃料噴霧１６を形成する。噴射
される燃料質量はシリンダ１に吸入される空気質量の１
／４０である。
置７は燃料噴射弁５に燃料噴射の信号を発信する。この
時コイル１１に弱い電流が流れコイル１１の外周に磁界
が生じ、弁１０は上に持ち上げられ、流路１４ａに燃料
が流れ、多層板１３により構成される噴出口９ａから燃
料が微粒化して噴射され燃料噴霧１６を形成する。噴射
される燃料質量はシリンダ１に吸入される空気質量の１
／４０である。
【００４２】図８、図９は圧縮行程中のシリンダ１内を
示したもので、シリンダ１の内部を上部から、図９は側
面から見た図である。吸気弁４は既に閉じているため吸
気管３とともに記述を省く。燃料噴霧１６は気化して燃
料と空気の混合気１７を形成し、タンブル１５に搬送さ
れピストン２の表面に到達する。シリンダ１内の空気流
動はタンブル１５だけであり、タンブル１５に対し直角
方向には混合気１７は拡散しにくく混合気１７はシリン
ダ１中心に保持される。
示したもので、シリンダ１の内部を上部から、図９は側
面から見た図である。吸気弁４は既に閉じているため吸
気管３とともに記述を省く。燃料噴霧１６は気化して燃
料と空気の混合気１７を形成し、タンブル１５に搬送さ
れピストン２の表面に到達する。シリンダ１内の空気流
動はタンブル１５だけであり、タンブル１５に対し直角
方向には混合気１７は拡散しにくく混合気１７はシリン
ダ１中心に保持される。
【００４３】図１０、図１１はピストン２が上死点に到
達した点火時期のシリンダ１内を示したものである。図
１０はシリンダ１の内部を上部から、図１１は側面から
見た図である。混合気１７はタンブル１５に搬送されて
点火プラグ６に到達する。全燃料噴射量は空気の１／４
０と希薄な運転条件だが点火プラグ６周りに混合気１７
を成層化しているため理論空燃比に近い十分な混合気が
得られ、良好に燃焼可能である。また、エンジン回転数
が高くなった場合にシリンダ内に生成されるタンブル数
は一定であるため、低負荷・高回転においても混合気を
タンブルで搬送することにより安定して成層化が実現で
きる。
達した点火時期のシリンダ１内を示したものである。図
１０はシリンダ１の内部を上部から、図１１は側面から
見た図である。混合気１７はタンブル１５に搬送されて
点火プラグ６に到達する。全燃料噴射量は空気の１／４
０と希薄な運転条件だが点火プラグ６周りに混合気１７
を成層化しているため理論空燃比に近い十分な混合気が
得られ、良好に燃焼可能である。また、エンジン回転数
が高くなった場合にシリンダ内に生成されるタンブル数
は一定であるため、低負荷・高回転においても混合気を
タンブルで搬送することにより安定して成層化が実現で
きる。
【００４４】図１２、図１３は高負荷運転時におけるピ
ストン２が下死点にある状態を示したもので、図１２は
シリンダ１を上部から透視してみた図、図１３はシリン
ダ１内部を側面から見た図である。
ストン２が下死点にある状態を示したもので、図１２は
シリンダ１を上部から透視してみた図、図１３はシリン
ダ１内部を側面から見た図である。
【００４５】高負荷運転では高出力を得るために、制御
装置７は制御弁８を全開する。吸気行程が始まると、吸
気弁４が開きピストン２が下降することにより吸気弁４
周囲の隙間からシリンダ１内に空気が流入するが、符号
１５で示すように燃料噴射弁５と反対側の空気流動の力
が部位の空気流動の力に勝り、タンブル１５を形成す
る。
装置７は制御弁８を全開する。吸気行程が始まると、吸
気弁４が開きピストン２が下降することにより吸気弁４
周囲の隙間からシリンダ１内に空気が流入するが、符号
１５で示すように燃料噴射弁５と反対側の空気流動の力
が部位の空気流動の力に勝り、タンブル１５を形成す
る。
【００４６】制御装置７は燃料噴射開始時期になると燃
料を噴射するように燃料噴射弁５に信号を発信する。こ
の時コイル１１に強い電流が流れコイル１１の外周に磁
界が生じ、弁１０は上に持ち上げられる。弁１０が持ち
上がることにより流路１４ｂ，１４ｃに燃料が流れ、多
層板１３により構成される噴出口９ｂ、９ｃから燃料が
微粒化して噴射され燃料噴霧１６を形成する。高負荷運
転時の燃料噴射量はシリンダ１内に流入する空気質量の
１／１４．７（理論空燃比）である。噴出口１３ｂ、１
３ｃの２つの噴出口から燃料を噴射することによって噴
霧角は大きくなり、かつ噴出口は外に向むいているため
燃料噴霧１６はシリンダ１内の全域に広がる。
料を噴射するように燃料噴射弁５に信号を発信する。こ
の時コイル１１に強い電流が流れコイル１１の外周に磁
界が生じ、弁１０は上に持ち上げられる。弁１０が持ち
上がることにより流路１４ｂ，１４ｃに燃料が流れ、多
層板１３により構成される噴出口９ｂ、９ｃから燃料が
微粒化して噴射され燃料噴霧１６を形成する。高負荷運
転時の燃料噴射量はシリンダ１内に流入する空気質量の
１／１４．７（理論空燃比）である。噴出口１３ｂ、１
３ｃの２つの噴出口から燃料を噴射することによって噴
霧角は大きくなり、かつ噴出口は外に向むいているため
燃料噴霧１６はシリンダ１内の全域に広がる。
【００４７】図１４，図１５は圧縮行程中のシリンダ１
内を示し、図１４はシリンダ１内部を上部から透視して
みた図、図１５は側面から見た図である。吸気弁４は既
に閉じているため吸気管３とともに記述を省く。
内を示し、図１４はシリンダ１内部を上部から透視して
みた図、図１５は側面から見た図である。吸気弁４は既
に閉じているため吸気管３とともに記述を省く。
【００４８】燃料噴霧１６は気化して燃料と空気の混合
気１７を形成し、タンブル１５に搬送されピストン２の
表面に到達する。ピストンが上昇し圧縮行程の終わりに
到達するころには、混合気１７はタンブル１５により拡
散されシリンダ１内の全域に均一な混合気を形成する。
この時の混合気空燃比は理論混合比の１４．７で良好に
燃焼する。
気１７を形成し、タンブル１５に搬送されピストン２の
表面に到達する。ピストンが上昇し圧縮行程の終わりに
到達するころには、混合気１７はタンブル１５により拡
散されシリンダ１内の全域に均一な混合気を形成する。
この時の混合気空燃比は理論混合比の１４．７で良好に
燃焼する。
【００４９】次に本発明の第２の実施例を図１６〜図２
３を用いて説明する。
３を用いて説明する。
【００５０】本実施例に係る筒内噴射式内燃機関のタン
ブル形成手段（制御弁８の配置）や、吸気弁４の配置構
成、フラット型ピストン構造，低中負荷運転時の燃料噴
霧形態は図１，図７に示す構成と同様であるため、図
１，図７に相当する図は図示省略する。本実施例と第１
実施例との異なる点は、燃料噴射弁５の内部構造が異な
っている点である。
ブル形成手段（制御弁８の配置）や、吸気弁４の配置構
成、フラット型ピストン構造，低中負荷運転時の燃料噴
霧形態は図１，図７に示す構成と同様であるため、図
１，図７に相当する図は図示省略する。本実施例と第１
実施例との異なる点は、燃料噴射弁５の内部構造が異な
っている点である。
【００５１】図１６に示すように燃料噴射弁５には、２
つの噴出口９ｄ、９ｅがあり、噴出口は燃料噴射弁５の
先端に設けられた多層板１３により構成されている。こ
の２つの噴出口がＹ軸方向に並ぶように燃料噴射弁５を
設置する。燃料出口の上流には弁１０が設けられてお
り、コイル１１に電流を流すことによって磁場が生じ弁
１０は上に動いて噴出口から燃料が噴射される。
つの噴出口９ｄ、９ｅがあり、噴出口は燃料噴射弁５の
先端に設けられた多層板１３により構成されている。こ
の２つの噴出口がＹ軸方向に並ぶように燃料噴射弁５を
設置する。燃料出口の上流には弁１０が設けられてお
り、コイル１１に電流を流すことによって磁場が生じ弁
１０は上に動いて噴出口から燃料が噴射される。
【００５２】内燃機関の運転状態によってコイル１１に
流す電流に強弱をつけ、弁１０のリフト量を変える。低
中負荷運転の場合はコイル１１に弱い電流を流し、入口
１２から流入した燃料が流路１４ｄを選択するように弁
１０のリフト量を決定する。高負荷運転の場合はコイル
１１に強い電流を流し、入口１２から流入した燃料が流
路１４ｅを選択するように弁１０のリフト量を決定す
る。低中負荷運転の場合は図１８に示すように噴出口９
ｄから燃料が噴射され高負荷運転の場合は図１９に示す
ように噴出口９ｅから燃料が噴射される。
流す電流に強弱をつけ、弁１０のリフト量を変える。低
中負荷運転の場合はコイル１１に弱い電流を流し、入口
１２から流入した燃料が流路１４ｄを選択するように弁
１０のリフト量を決定する。高負荷運転の場合はコイル
１１に強い電流を流し、入口１２から流入した燃料が流
路１４ｅを選択するように弁１０のリフト量を決定す
る。低中負荷運転の場合は図１８に示すように噴出口９
ｄから燃料が噴射され高負荷運転の場合は図１９に示す
ように噴出口９ｅから燃料が噴射される。
【００５３】多層板１３は図１７に示すように３枚の金
属板１３ａ，１３ｂ，１３ｃにより構成されており、そ
の上層，中層，下層の金属板のそれぞれに噴出口９ｄ，
９ｅを形成するための円形孔９ｄ−１，９ｅ−１，細長
（長方形）孔９ｄ−２，９ｅ−２及び９ｄ−３，９ｅ−
３が開いており、これらの孔を重ね合わせることで噴出
口９ｄ，９ｅを形成している。
属板１３ａ，１３ｂ，１３ｃにより構成されており、そ
の上層，中層，下層の金属板のそれぞれに噴出口９ｄ，
９ｅを形成するための円形孔９ｄ−１，９ｅ−１，細長
（長方形）孔９ｄ−２，９ｅ−２及び９ｄ−３，９ｅ−
３が開いており、これらの孔を重ね合わせることで噴出
口９ｄ，９ｅを形成している。
【００５４】燃料はこの孔９ｄ，９ｅを通ることにより
微粒化され燃料噴霧となる。噴出口９ｄの形状は第１の
実施例の噴出口９ａと全く同じである。噴出口９ｅの要
素となる細長孔９ｅ−２，９ｅ−３は、噴出口９ｄ−
２，９ｄ−３に対してそれぞれ９０度回転させており、
噴出口９ｅの噴霧形状は、噴出口９ｄの燃料噴霧を９０
度回転させた噴霧形状になり、ＸＺ平面に垂直な燃料噴
霧角θ１をＸＺ平面に平行な燃料噴霧角θ２より大きく
している。
微粒化され燃料噴霧となる。噴出口９ｄの形状は第１の
実施例の噴出口９ａと全く同じである。噴出口９ｅの要
素となる細長孔９ｅ−２，９ｅ−３は、噴出口９ｄ−
２，９ｄ−３に対してそれぞれ９０度回転させており、
噴出口９ｅの噴霧形状は、噴出口９ｄの燃料噴霧を９０
度回転させた噴霧形状になり、ＸＺ平面に垂直な燃料噴
霧角θ１をＸＺ平面に平行な燃料噴霧角θ２より大きく
している。
【００５５】本実施例の燃料噴射開始時期、成層化に要
するタンブル数と、そのタンブルの生成方法は第１の実
施例と同じであり、これらの情報は制御装置７に設定さ
れる。
するタンブル数と、そのタンブルの生成方法は第１の実
施例と同じであり、これらの情報は制御装置７に設定さ
れる。
【００５６】低中負荷運転時の作用は第１の実施例と同
じなので省略し、高負荷運転時の作用について説明す
る。
じなので省略し、高負荷運転時の作用について説明す
る。
【００５７】図２０及び図２１は高負荷運転時における
ピストン２が下死点にある時のシリンダ１内を示したも
のであり、図２０はその時のシリンダ１の内部を上部か
らみた図、図２１は側面から見た図である。
ピストン２が下死点にある時のシリンダ１内を示したも
のであり、図２０はその時のシリンダ１の内部を上部か
らみた図、図２１は側面から見た図である。
【００５８】高負荷運転では高出力を得るために制御装
置７は制御弁８を全開する。吸気行程が始まると、吸気
弁４が開きピストン２が下降することにより吸気弁４の
周囲に形成される隙間からシリンダ１内に空気が流入
し、既述したように燃料噴射弁５がる位置から離れた側
の空気流動力が他の空気流れに勝りタンブル１５を形成
する。
置７は制御弁８を全開する。吸気行程が始まると、吸気
弁４が開きピストン２が下降することにより吸気弁４の
周囲に形成される隙間からシリンダ１内に空気が流入
し、既述したように燃料噴射弁５がる位置から離れた側
の空気流動力が他の空気流れに勝りタンブル１５を形成
する。
【００５９】制御装置７は燃料噴射開始時期になると燃
料を噴射するように燃料噴射弁５に信号を発信する。こ
の時コイル１１に強い電流が流れコイル１１の外周に磁
界が生じ、弁１０は上に持ち上げられる。弁１０が持ち
上がることにより流路１４ｅに燃料が流れ、多層板１３
により構成される噴出口９ｅから燃料が微粒化して噴射
され燃料噴霧１８を形成する。本実施例では噴出口１４
ｅを９０度回転して設けることにより燃料噴霧の噴霧角
θ１は大きくなり、燃料が分散しやしくなる。
料を噴射するように燃料噴射弁５に信号を発信する。こ
の時コイル１１に強い電流が流れコイル１１の外周に磁
界が生じ、弁１０は上に持ち上げられる。弁１０が持ち
上がることにより流路１４ｅに燃料が流れ、多層板１３
により構成される噴出口９ｅから燃料が微粒化して噴射
され燃料噴霧１８を形成する。本実施例では噴出口１４
ｅを９０度回転して設けることにより燃料噴霧の噴霧角
θ１は大きくなり、燃料が分散しやしくなる。
【００６０】図２２、図２３は圧縮行程中のシリンダ１
内を示したものである。図２２はシリンダ１内部を上部
から、図２３は側面から見た図である。吸気弁４は既に
閉じているため吸気管３とともに記述を省く。燃料噴霧
１８は気化して燃料と空気の混合気１７を形成し、タン
ブル１５に搬送されピストン２の表面に到達する。ピス
トンが上昇し圧縮行程の終わりに到達するころには混合
気１７はタンブル１５により拡散されシリンダ１内の全
域に均一な混合気を形成する。この時の混合気空燃比は
理論混合比の１４．７で良好に燃焼する。
内を示したものである。図２２はシリンダ１内部を上部
から、図２３は側面から見た図である。吸気弁４は既に
閉じているため吸気管３とともに記述を省く。燃料噴霧
１８は気化して燃料と空気の混合気１７を形成し、タン
ブル１５に搬送されピストン２の表面に到達する。ピス
トンが上昇し圧縮行程の終わりに到達するころには混合
気１７はタンブル１５により拡散されシリンダ１内の全
域に均一な混合気を形成する。この時の混合気空燃比は
理論混合比の１４．７で良好に燃焼する。
【００６１】図２４は本発明の第３の実施例であり、次
の点を除き、第１実施例と同様の構成をなす。
の点を除き、第１実施例と同様の構成をなす。
【００６２】すなわち、本実施例は、図２４に示すよう
に燃料噴霧１６のうちＸＺ平面に平行な方向の噴霧広が
りのうちピストン側の速度成分Ｖ２をシリンダヘッド側
の速度成分Ｖ１よりも大きくした。このように燃料噴霧
１６のＶ１とＶ２に速度差を設けることにより、燃料噴
霧１６がシリンダ１の内壁に付着することを防止するこ
とができる。特に、速度成分Ｖ１の燃料噴霧がシリンダ
を横断してシリンダ内壁に付着するような事態を防止す
る。この速度差を設ける手法としては、燃料噴射口の流
路長を斜めにカットするなどが考えられる。
に燃料噴霧１６のうちＸＺ平面に平行な方向の噴霧広が
りのうちピストン側の速度成分Ｖ２をシリンダヘッド側
の速度成分Ｖ１よりも大きくした。このように燃料噴霧
１６のＶ１とＶ２に速度差を設けることにより、燃料噴
霧１６がシリンダ１の内壁に付着することを防止するこ
とができる。特に、速度成分Ｖ１の燃料噴霧がシリンダ
を横断してシリンダ内壁に付着するような事態を防止す
る。この速度差を設ける手法としては、燃料噴射口の流
路長を斜めにカットするなどが考えられる。
【００６３】
【発明の効果】本発明によれば、低中負荷運転時にシリ
ンダ内にタンブルを生成し、ＸＺ平面に垂直な方向の噴
霧幅を薄層化した燃料噴霧をピストン下死点で噴射し、
最適タンブル数により圧縮行程時に点火プラグ付近に理
論空燃比に近い混合気を集中させるので、フラット型ピ
ストンであってもエンジン回転数の影響をうけることな
く良好な希薄燃焼（低中負荷運転時の成層燃焼）を保証
する。また、高負荷運転時は燃料噴霧を広くしてシリン
ダ内に均一に混合気を分布させて良好な燃焼を得ること
が可能である。
ンダ内にタンブルを生成し、ＸＺ平面に垂直な方向の噴
霧幅を薄層化した燃料噴霧をピストン下死点で噴射し、
最適タンブル数により圧縮行程時に点火プラグ付近に理
論空燃比に近い混合気を集中させるので、フラット型ピ
ストンであってもエンジン回転数の影響をうけることな
く良好な希薄燃焼（低中負荷運転時の成層燃焼）を保証
する。また、高負荷運転時は燃料噴霧を広くしてシリン
ダ内に均一に混合気を分布させて良好な燃焼を得ること
が可能である。
【００６４】さらに、本発明によれば、フラット型ピス
トンにより良好な成層化燃焼を可能にするため、ピスト
ン凹部を設ける場合よりも熱損失を少なくし（熱効率の
向上）、さらに、ピストン内部の空気流動抵抗を少なく
でき、タンブル形成力を十分に確保できる。
トンにより良好な成層化燃焼を可能にするため、ピスト
ン凹部を設ける場合よりも熱損失を少なくし（熱効率の
向上）、さらに、ピストン内部の空気流動抵抗を少なく
でき、タンブル形成力を十分に確保できる。
【図１】本発明の実施例１の希薄燃焼時のピストン下死
点をシリンダ上面から透視してみた図。
点をシリンダ上面から透視してみた図。
【図２】上記実施例に用いる燃料噴射弁の一部省略断面
図。
図。
【図３】実施例１の希薄燃焼時の燃料噴射弁の一部を示
す断面図。
す断面図。
【図４】実施例１の均質燃焼時の燃料噴射弁の一部を示
す断面図。
す断面図。
【図５】実施例１の燃料噴射口を有する多層板の分解斜
視図及び下層側からみた平面図。
視図及び下層側からみた平面図。
【図６】実施例１の希薄燃焼時のシリンダ内部の燃料噴
霧角の説明図。
霧角の説明図。
【図７】実施例１の希薄燃焼時のピストン下死点の状態
を示すシリンダ側面断面図及びシリンダの座標軸を示す
説明図。
を示すシリンダ側面断面図及びシリンダの座標軸を示す
説明図。
【図８】実施例１の希薄燃焼時の圧縮行程をシリンダ内
部を透視して示す概略上面図。
部を透視して示す概略上面図。
【図９】実施例１の希薄燃焼時の圧縮行程のシリンダ内
部を示す側面断面図。
部を示す側面断面図。
【図１０】実施例１の希薄燃焼時のピストン上死点の状
態をシリンダ内部を透視してみた上面図。
態をシリンダ内部を透視してみた上面図。
【図１１】実施例１の希薄燃焼時のピストン上死点の状
態を示したシリンダの側面断面図。
態を示したシリンダの側面断面図。
【図１２】実施例１の均質燃焼時のピストン下死点の状
態をシリンダ内部を透視してみた上面図。
態をシリンダ内部を透視してみた上面図。
【図１３】実施例１の均質燃焼時のピストン下死点の状
態を示したシリンダの側面断面図。
態を示したシリンダの側面断面図。
【図１４】実施例１の均質燃焼時の圧縮行程をシリンダ
内部を透視してみた上面図。
内部を透視してみた上面図。
【図１５】実施例１の均質燃焼時の圧縮行程の状態を示
したシリンダの側面断面図。
したシリンダの側面断面図。
【図１６】実施例２に用いる燃料噴射弁の部分断面図。
【図１７】実施例２の燃料噴射弁の噴射口を形成する多
層板の分解斜視図及びその下層側からみた平面図。
層板の分解斜視図及びその下層側からみた平面図。
【図１８】実施例２の希薄燃焼時における燃料噴射弁の
部分断面図。
部分断面図。
【図１９】実施例２の均質燃焼時における燃料噴射弁の
部分断面図。
部分断面図。
【図２０】実施例２の均質燃焼時におけるピストン下死
点の状態をシリンダ内部を透視してみた上面図。
点の状態をシリンダ内部を透視してみた上面図。
【図２１】実施例２の均質燃焼時のピストン下死点の状
態を示すシリンダの側面断面図。
態を示すシリンダの側面断面図。
【図２２】実施例２の均質燃焼時の圧縮行程の状態をシ
リンダ内部を透視してみた上面図。
リンダ内部を透視してみた上面図。
【図２３】実施例２の均質燃焼時の圧縮行程の状態を示
したシリンダの側面断面図。
したシリンダの側面断面図。
【図２４】実施例３のシリンダ内部を示す側面断面図。
【図２５】シリンダ内に噴射される燃料の噴霧角とシリ
ンダ内径Ｄ、燃料噴霧の仮想二等辺三角形の底辺Ｌ、シ
リンダの高さ（ストローク）Ｈとの関係を示す説明図及
びＤ×Ｌ×Ｈにより、希薄燃焼時にシリンダ内に形成さ
れる理想の混合気形成空間を示す説明図。
ンダ内径Ｄ、燃料噴霧の仮想二等辺三角形の底辺Ｌ、シ
リンダの高さ（ストローク）Ｈとの関係を示す説明図及
びＤ×Ｌ×Ｈにより、希薄燃焼時にシリンダ内に形成さ
れる理想の混合気形成空間を示す説明図。
１…シリンダ、２…ピストン、３…吸気管、４…吸気
弁、５…燃料噴射弁、６…点火プラグ、７…制御装置、
８…空気流動制御弁、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ…
噴出口（燃料噴射口）、１０…弁、１１…コイル、１２
…燃料入口、１３…多層板、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，
１４ｄ，１４ｅ…流路、１５…タンブル、１６…燃料噴
霧、１７…混合気、１８…燃料噴霧。
弁、５…燃料噴射弁、６…点火プラグ、７…制御装置、
８…空気流動制御弁、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ…
噴出口（燃料噴射口）、１０…弁、１１…コイル、１２
…燃料入口、１３…多層板、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，
１４ｄ，１４ｅ…流路、１５…タンブル、１６…燃料噴
霧、１７…混合気、１８…燃料噴霧。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ａ 61/18 ３５０ 61/18 ３５０Ａ (72)発明者 石賀 琢也 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 白石 拓也 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 3G023 AA01 AA18 AB03 AC05 AD03 AD07 AD09 AD14 AD27 AG01 AG02 3G066 AA02 AA03 AA05 AD12 BA01 BA03 CC01 CC21 CC37 CC48 DB06 DB08 DB09 3G301 HA01 HA04 HA16 HA17 JA00 KA06 KA08 KA09 LA05 LB04 MA01 MA11 MA19 MA29 PA01A PA01Z PA17Z PB03A PB03Z PB06A PB06Z PE09A PE09Z
Claims (13)
- 【請求項１】 点火プラグを備え、燃料を燃料噴射弁に
よりシリンダ内に直接噴射する筒内噴射式内燃機関にお
いて、 内燃機関のシリンダ中心軸をＺ軸、Ｚ軸に垂直に交わり
シリンダ重心点と前記燃料噴射弁を配置した位置の直下
点とを通過する軸をＸ軸、シリンダ重心点を通りＸ軸と
Ｚ軸に垂直な軸をＹ軸と定義した場合、 シリンダ内でＹ軸を中心に回転する空気流動を形成する
手段を備え、 前記燃料噴射弁から噴射する燃料は、低中負荷運転時に
はＸＺ平面に垂直な方向の噴霧角がＸＺ平面に平行な方
向の噴霧角より狭くなる噴霧形態で空燃比が理論空燃比
より高くなる燃料噴射量制御が行なわれるよう設定され
ていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関。 - 【請求項２】 前記燃料噴射弁は、低中負荷運転時に吸
気行程後半から圧縮行程前半の間に前記シリンダ内に燃
料噴射を開始するよう設定されている請求項１記載の筒
内噴射式内燃機関。 - 【請求項３】 前記Ｙ軸を中心に回転する空気流動の角
速度ωａは、燃料噴射から点火までのクランク角をＴと
した場合、クランク角１回転分である３６０度を角度Ｔ
で割った値にクランク軸角速度ωｃを掛けた値とした請
求項１又は２記載の筒内噴射式内燃機関。 - 【請求項４】 前記シリンダのヘッドには、前記ＸＺ平
面を挾むようにして２つの吸気弁が配置されており、前
記吸気弁に通じる各吸気通路には低中負荷運転時に吸気
通路横断面の下半分を塞ぐ空気流動制御弁が設けられ、
この空気流動制御弁により前記シリンダ内でＹ軸を中心
に回転する空気流動を形成する手段が構成されている請
求項１ないし３のいずれか１項記載の筒内噴射式内燃機
関。 - 【請求項５】 前記ＸＺ平面に平行な方向の噴霧広がり
のうちピストン側の速度成分をシリンダヘッド側の速度
成分よりも大きくした請求項１ないし４のいずれか１項
記載の筒内噴射式内燃機関。 - 【請求項６】 前記燃料噴射弁から噴射する燃料は、高
負荷運転時にはＸＺ平面に垂直な方向の噴霧角がＸＺ平
面に平行な方向の噴霧角より広くなるよう設定されてい
る請求項１ないし５のいずれか１項記載の筒内噴射式内
燃機関。 - 【請求項７】 点火プラグを備え、燃料を燃料噴射弁に
より直接シリンダ内に噴射する筒内噴射式内燃機関にお
いて、 内燃機関のシリンダ中心軸をＺ軸、Ｚ軸に垂直に交わり
シリンダ重心点と前記燃料噴射弁を配置した位置の直下
点とを通過する軸をＸ軸、シリンダ重心点を通りＸ軸と
Ｚ軸に垂直な軸をＹ軸と定義した場合、 シリンダ内でＹ軸を中心に回転する空気流動を形成する
手段を備え、 前記燃料噴射弁には、ＸＺ平面に垂直な方向の噴霧角が
ＸＺ平面に平行な方向の噴霧角より狭くなる燃料噴霧を
形成する燃料噴射口が複数設けられ、このうち低中負荷
運転時には一つの燃料噴射口から燃料を噴射し、高負荷
運転時には２以上の燃料噴射口から燃料を噴射するよう
に設定され、且つ低中負荷運転時に空燃比が理論空燃比
より高くなる燃料噴射量制御を行なう手段を備えている
ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関。 - 【請求項８】 前記複数の燃料噴射口は、Ｙ軸方向に並
んで一つが真中に位置し残りがこの真中の燃料噴射口の
両側に位置しており、前記燃料噴射弁には、低中負荷運
転時には前記真中の燃料噴射口から燃料を噴射させ、高
負荷運転時には両側の燃料噴射口から燃料を噴射させる
噴射口切換手段を備えている請求項７記載の筒内噴射式
内燃機関。 - 【請求項９】 前記燃料噴射弁の先端に多層板を備え、
この多層板には金属板で、上層には円形の孔が、中層に
は細長孔が、下層には前記中層の細長孔とクロスする細
長孔がそれぞれ燃料噴射口の数だけ形成され、これらの
円形の孔及びクロスする細長孔を重ね合わせて各燃料噴
射口が形成され、このうち下層の細長孔は長手方向が前
記ＸＺ平面と平行に向いている請求項８記載の筒内噴射
式内燃機関。 - 【請求項１０】 前記両側の燃料噴射口は噴射される燃
料が交差しないように斜めに向けて形成されている請求
項８又は９記載の筒内噴射式内燃機関。 - 【請求項１１】 点火プラグを備え、燃料を燃料噴射弁
により直接シリンダ内に噴射する筒内噴射式内燃機関に
おいて、 内燃機関のシリンダ中心軸をＺ軸、Ｚ軸に垂直に交わり
シリンダ重心点と燃料噴射弁を配置した位置の直下点と
を通過する軸をＸ軸、シリンダ重心点を通りＸ軸とＺ軸
に垂直な軸をＹ軸と定義した場合、 シリンダ内でＹ軸を中心に回転する空気流動を形成する
手段を備え、 前記燃料噴射弁には、ＸＺ平面に垂直な方向の噴霧角が
ＸＺ平面に平行な方向の噴霧角より狭くなる燃料噴霧を
形成する第１の燃料噴射口と、ＸＺ平面に垂直な方向の
噴霧角がＸＺ平面に平行な方向の噴霧角より広くなる燃
料噴霧を形成する第２の燃料噴射口とが形成され、 低中負荷運転域には前記第１の燃料噴射口を選択し、高
負荷運転域には前記第２の燃料噴射口を選択するように
設定されていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関。 - 【請求項１２】 角度θの二等辺三角形を仮定し、この
角度θは、前記シリンダ内のピストンのストローク長を
二等辺三角形の高さＨとした時の底辺長さをＬとした場
合に、シリンダ内径Ｄ×Ｌ×ストローク長Ｈよりなるシ
リンダ内仮想直方体の中に全噴射燃料量が理論混合比の
混合気を形成することが可能な角度であり、この角度θ
を前記ＸＺ平面に垂直な方向の燃料噴霧角とした請求項
１ないし１１のいずれか１項記載の筒内噴射式内燃機
関。 - 【請求項１３】 前記燃料噴射弁は、弁のリフト量を変
えることで噴射弁本体内の燃料流路を切り替えることが
可能で、弁のリフト量を小さく制御した時は前記低中負
荷運転時に使用する燃料噴射口に通じる燃料流路を選択
し、弁のリフト量を大きく制御した時は前記高負荷運転
時に使用する燃料噴射口に通じる燃料流路を選択するよ
う設定されている請求項７ないし１１のいずれか１項記
載の筒内噴射式内燃機関。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP02001399A JP3611471B2 (ja) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | 筒内噴射式内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02001399A JP3611471B2 (ja) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | 筒内噴射式内燃機関 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000220460A true JP2000220460A (ja) | 2000-08-08 |
| JP3611471B2 JP3611471B2 (ja) | 2005-01-19 |
Family
ID=12015236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02001399A Expired - Fee Related JP3611471B2 (ja) | 1999-01-28 | 1999-01-28 | 筒内噴射式内燃機関 |
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