JP2006522270A - 自己発火ガソリン内燃エンジン - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つのシリンダ（１）と、シリンダ（１）を塞ぐシリンダヘッド（２）と、シリンダ（１）内に滑動可能に取り付けられたピストン（３）と、ピストン（３）の上面（３０）とシリンダヘッド（２）の下面（２０）との間のシリンダ（１）内に画定された燃焼室（４）と、燃焼室（４）内へのガソリンの噴射手段（５）と、燃焼室（４）を選択的に塞ぐ吸気弁（７）および排気弁（８）と、噴射装置（５）に加圧ガソリンを供給するための噴射ポンプ（８）とを備え、燃焼室（４）内の熱力学的条件により、エンジンの少なくともある動作範囲内で自発的に空気−ガソリン混合気の発火が得られる、自己発火ガソリン内燃エンジンであって、噴射装置（５）に供給されるガソリンの圧力が２５０バールを超えることを特徴とするエンジンに関する。

Description

本発明は、自己発火ガソリン内燃エンジンに関する。

より詳細には本発明は、少なくとも１つのシリンダと、シリンダを塞ぐシリンダヘッドと、シリンダ内に滑動可能に取り付けられたピストンと、ピストンの上面とシリンダヘッドの下面との間のシリンダ内に画定された燃焼室と、燃焼室内へのガソリンの噴射手段と、燃焼室を選択的に塞ぐ吸気弁および排気弁と、噴射装置に加圧ガソリンを供給するための噴射ポンプとを備える、自己発火ガソリン内燃エンジンに関する。

そのような自己発火エンジンにおいては、燃焼室内の熱力学的条件により、エンジンの少なくともある動作範囲内で、自発的にすなわち火花の形態のエネルギーの付加なしに空気−ガソリン混合気の発火が得られる。これを達成するために、特にきわめて高い残留ガス率の利用、すなわち、空気−ガソリン混合気の温度を上げるために、先行の燃焼によって生じた既燃ガスの再利用をはかることができる。

発火は燃焼室内の化学量論的条件（圧力、温度．．．）によって異なるので、この燃焼の調節、特にその開始のタイミングを高い精度で制御することは困難である。

この種の自己発火エンジンでは、混合気が著しく希釈されるため、特に、プラグを介して制御される点火によって得られる燃焼の場合よりも低い燃焼温度により、汚染排出物レベルのきわめて低い燃焼を得ることができる。

反対に、直接噴射成層モードでは（すなわち非均質な混合気では）、汚染物質、特にＮＯｘの排出率はより高くなる。

本発明の目的は、上に挙げた先行技術の欠点の全てまたは一部を解消することである。

この目的のため、前文で示す全体的な定義に合致した本発明による自己発火ガソリン内燃エンジンは、噴射手段に提供される圧力が２５０バールを超えることを主な特徴とする。

さらに本発明は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。

− 噴射装置に供給されるガソリンの圧力が５００バールに達するかこれを上回る。

− ガソリンの噴射が、ピストンによる装填燃料の圧縮サイクルの終了時に位置する時間間隔中に行われる。

− ガソリンの噴射が、燃焼サイクルの上死点より前のクランクシャフト６０°とこの上死点後のクランクシャフト２０°の間に含まれる時間間隔中に行われる。

− エンジンが、燃焼室に供給するための吸気空気の過給手段を含む。

− エンジンの少なくともある動作範囲において、ある燃焼サイクルのためにポンプにより噴射手段に供給されるガソリンの量が、複数回の異なる分割噴射の形態に分割される。

− エンジンが、燃焼室４内への空気の吸気段階の間または圧縮段階の第一部分の間に供給を受ける少なくとも１回の分割噴射と、上死点の前後、すなわち燃焼の上死点より前のクランクシャフト６０°とこの上死点後のクランクシャフト２０°の間に含まれる時間間隔中に供給を受ける少なくとも１回の分割噴射とを含む。

− エンジンが、超低負荷または超高負荷運転範囲の時、燃焼室内に空気−ガソリン混合気の発火を生じさせるための点火手段を含む。

− エンジンが、２０％より高く、好ましくは（特に低負荷で）５０％より高い残留ガス率を使用する。

− エンジンが可変圧縮比を使用する。

− エンジンが直接噴射式であり、特に、直接ジェット、擬似直接ジェットまたは偏移ジェットのタイプである。

− 排気ガスの内部再循環を確保するために、エンジンが可変分配システムを使用する。

その他の特徴および利点は、図面を参照して行う以下の説明を読むことにより明らかになろう。

図示する実施例においては、ガソリン直接噴射自己発火ガソリン内燃エンジンは、少なくとも１つのシリンダ１と、シリンダ１を塞ぐシリンダヘッド２と、シリンダ１内に滑動可能に取り付けられ（図示しない）クランクシャフトに接続されたピストン３とを備える。ピストン３の上面３０とシリンダヘッド２の下面２０との間には燃焼室４が画定される。

噴射装置などのガソリン噴射手段５は、燃焼室４内に到達するようにしてシリンダヘッド２内に配置される。エンジンは、噴射装置５に加圧ガソリンを供給するための噴射ポンプ８を含む。

エンジンはまた、燃焼室４と吸気管９の間を塞ぐ吸気弁７、および燃焼室４と排気管１０の間を塞ぐ排気弁８も含むことができる。

従来、燃焼室４内の熱力学的条件により、エンジンの少なくともある動作範囲内では、自発的に空気−ガソリン混合気の発火が得られる。

エンジンはまた、自然発火が不可能なあるいは望ましくない「超低負荷」または「超高負荷」動作範囲時に、燃焼室４内の空気−ガソリン混合気の発火を生じさせるための、プラグ等の点火手段６も含む。

本発明によれば、噴射装置５に供給されるガソリンの圧力が２５０バールを超える。好ましい実施形態では、噴射装置５に供給されるガソリンの圧力が３００バールから２０００バールの間に含まれる。たとえば噴射装置５に供給されるガソリンの圧力は５００バールに達するかこれを上回る。

本発明による噴射によりガソリンがすばやく細かな液滴に噴霧化され、噴射されるガソリンに大きな運動が付与される。こうして、本発明により燃焼室内へのガソリンの投入速度の向上が得られる。このように燃焼室内へのガソリンの投入がより効率化されることにより、空気−ガソリン混合気の均質化時間の向上および短縮化をはかることができる。その結果、先行技術と比較して、ＮＯｘ等の汚染排出物および粒子が減少している。

ガソリンの噴射は、ピストン３による装填燃料の圧縮サイクル中に位置する時間間隔中、好ましくは圧縮サイクルの終了時に行うことができる。

このように、本発明により、空気−ガソリン混合気の燃焼の開始時の調節および制御の向上をはかることが可能である。

本出願人は、燃焼の開始が燃焼上死点により近くなり、それによりエンジンの燃焼サイクルの効率を向上させることが可能であることを確認した。

この噴射は、たとえば、燃焼サイクルの上死点より前のクランクシャフト６０°とこの上死点後のクランクシャフト２０°の間に含まれる時間間隔中に行われる。

また、従来の自己発火ガソリン直接噴射内燃エンジンにおいては、空気−ガソリン混合気の自己発火は、主に「中程度負荷」または「低負荷」作動範囲内、およそ１０００ｒｐｍから４５００ｒｐｍのエンジン回転速度域で発生する。本発明によるエンジンにより、自己発火動作範囲を、アイドリング（１０００ｒｐｍ未満の回転数）側にも、高負荷、特に高速回転（４５００ｒｐｍより高い回転数）側にも広げることが可能である。

たとえば低負荷時では、本発明による超高圧噴射により、残留ガスの所要量を減らすことが可能である。

同様に、より高い負荷の場合、本発明による超高圧噴射により空気−ガソリンの混合気の十分な均質化が実現され、比較的タイミングの遅い噴射の場合でも自己発火ができるようになる。

図示するように、本発明は、過給エンジン、すなわちターボコンプレッサ等、燃焼室４に供給するための吸気空気の過給手段１１を備えるエンジンに有利に適用することができる。

特に有利な実施形態においては、エンジンの少なくともある動作範囲において、ある燃焼サイクルのためにポンプ８により噴射手段５に供給されるガソリンの量は、複数回の異なる分割噴射の形態に分割される。たとえば、燃焼室４内への空気の吸気段階中には、空気−ガソリン混合気を形成させるために少なくとも１回の分割噴射が行われ、上死点の前後、すなわち燃焼の上死点より以前のクランクシャフト６０°とこの上死点後のクランクシャフト２０°の間に含まれる時間間隔中には、混合気の燃焼を調節するために少なくとも１回の分割噴射が行われる。

エンジンは、排気ガスの内部再循環（ＩＧＲ）を行うために、可変分配システムを有するのが好ましい。

本発明による内燃エンジンの断面略図である。

Claims (11)

1. 少なくとも１つのシリンダ（１）と、シリンダ（１）を塞ぐシリンダヘッド（２）と、シリンダ（１）内に滑動可能に取り付けられたピストン（３）と、ピストン（３）の上面（３０）とシリンダヘッド（２）の下面（２０）との間のシリンダ（１）内に画定された燃焼室（４）と、燃焼室（４）内へのガソリンの噴射手段（５）と、燃焼室（４）を選択的に塞ぐ吸気弁（７）および排気弁（８）と、噴射装置（５）に加圧ガソリンを供給するための噴射ポンプ（８）とを備え、燃焼室（４）内の熱力学的条件により、エンジンの少なくともある動作範囲内で自発的に空気−ガソリン混合気の発火が得られる、自己発火ガソリン内燃エンジンであって、噴射装置（５）に供給されるガソリンの圧力が２５０バールを超えることを特徴とするエンジン。
2. 噴射装置（５）に供給されるガソリンの圧力が５００バールに達するかこれを上回ることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
3. ガソリンの噴射が、シリンダ（３）による装填燃料の圧縮サイクルの終了時に位置する時間間隔中に行われることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン。
4. ガソリンの噴射が、燃焼サイクルの上死点より前のクランクシャフト６０°とこの上死点後のクランクシャフト２０°の間に含まれる間隔中に行われることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジン。
5. 燃焼室（４）に供給するための吸気空気の過給手段（１１）を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジン。
6. エンジンの少なくともある動作範囲において、ある燃焼サイクルのためにポンプ（８）により噴射手段（５）に供給されるガソリンの量が、複数回の異なる分割噴射の形態に分割されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のエンジン。
7. 燃焼室（４）内への空気の吸気段階の間または圧縮段階の第一部分の間に行われる少なくとも１つの分割噴射と、上死点の前後、すなわち燃焼の上死点より前のクランクシャフト６０°とこの上死点後のクランクシャフト２０°の間に含まれる時間間隔中に行われる少なくとも１つの分割噴射とを含むことを特徴とする請求項６に記載のエンジン。
8. 極低負荷または極高負荷運転範囲の時に、燃焼室（４）内に空気−ガソリン混合気の発火を生じさせるための点火手段（６）を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のエンジン。
9. ２０％より高く、好ましくは５０％より高い残留ガス率を使用することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のエンジン。
10. 可変圧縮比を使用することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のエンジン。
11. 直接ジェット、擬似直接ジェットまたは偏移ジェットのタイプであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のエンジン。

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