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JP2003534485A - 燃料噴射システム - Google Patents

燃料噴射システム

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Publication number
JP2003534485A
JP2003534485A JP2001586719A JP2001586719A JP2003534485A JP 2003534485 A JP2003534485 A JP 2003534485A JP 2001586719 A JP2001586719 A JP 2001586719A JP 2001586719 A JP2001586719 A JP 2001586719A JP 2003534485 A JP2003534485 A JP 2003534485A
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JP
Japan
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fuel injection
jet
combustion chamber
spark plug
fuel
Prior art date
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Application number
JP2001586719A
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English (en)
Inventor
ゼバスティアン トーマス
ヴュルフェル ゲルノート
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of JP2003534485A publication Critical patent/JP2003534485A/ja
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Abstract

(57)【要約】 内燃機関（１′）に用いられる燃料噴射システム（１）は燃料噴射弁（４）を有している。この燃料噴射弁（４）は燃料を燃焼室（７）内に噴射する。この燃焼室（７）はシリンダ壁（１４）によって仕切られている。このシリンダ壁（１４）にはピストン（６）がガイドされている。さらに、内燃機関（１′）に用いられる燃料噴射システム（１）は、燃焼室（７）内に突入した点火プラグ（３）を有している。この場合、燃料噴射弁（４）は燃焼室（７）内に複数の噴射噴流（１０）を発生させる。点火プラグ（３）から離れた領域には、噴射噴流（１０）の、少なくとも１つの隙間（１５）が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 背景技術 本発明は、独立請求項の上位概念部に記載した形式の燃料噴射システムから出
発する。
【０００２】 内部の混合気形成を伴う混合気圧縮型の火花点火式の内燃機関では、層状給気
運転もしくは成層燃焼運転のために点火プラグ領域に「混合気クラウド」が必要
となる。この混合気クラウドは、規定された空燃比を、点火可能な領域に有して
いる。この目的のためには、ノズルを備えた燃料噴射弁が使用される。この燃料
噴射弁は内向きにまたは外向きに開放しかつコーン噴流を発生させる。
【０００３】 たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８０４４６３号明細書に基づき
、混合気圧縮型の火花点火式の内燃機関に用いられる燃料噴射システムが公知で
ある。この燃料噴射システムは、ピストン／シリンダ装置によって形成された燃
焼室内に燃料を噴射する少なくとも１つの燃料噴射弁と、燃焼室内に突入した点
火プラグとを備えている。この場合、燃料噴射弁のノズルボディは、少なくとも
一列にノズルボディの全周にわたって分配されて配置された噴射孔を備えている
。この噴射孔を介して燃料を適切に噴射することによって、混合気クラウドの形
成によりスプレイガイド燃焼法が実現される。この場合、少なくとも１つの噴流
が点火プラグの方向に向けられている。その他の噴流は、少なくともほぼ閉じら
れたかもしくはまとめられた混合気クラウドを形成するために働く。
【０００４】 ドイツ連邦共和国特許第１９６４２６５３号明細書に基づき、点火可能な燃料
・空気混合物を形成するための方法が公知である。直接噴射式の内燃機関のシリ
ンダ内には、ノズル開口を有する弁座からの弁部材の持上りによるノズル開口の
開放時にインジェクタにより、１つのピストンによって仕切られた各燃焼室内に
燃料が噴射されることによって、点火可能な燃料・空気混合物が形成可能である
。内燃機関のあらゆる運転条件下、特に成層燃焼運転において、消費率とエミッ
ションとに対して最適な内部の混合気形成を特性マップ全体のあらゆる運転点で
可能にするために、弁部材の開放行程と、噴射時間とが可変に調整可能であるこ
とが提案されている。
【０００５】 また、ドイツ連邦共和国特許第３８０８６３５号明細書に基づき、燃料を混合
気圧縮型の内燃機関のシリンダ内に直接噴射するための燃料噴射装置が公知であ
る。この場合、この燃料噴射装置は燃料噴射弁を有している。この燃料噴射弁は
、シリンダヘッドから若干の間隔を置いてかつ排気開口に向かい合いってシリン
ダ壁に配置されていて、出口開口もしくは噴射開口を有している。この場合、燃
料噴射弁の噴流軸線は、シリンダヘッドに配置された点火プラグの周辺の領域に
向けられている。この場合、燃料噴射弁は、噴射噴流に渦流を発生させるための
螺旋状の渦流発生溝を備えた電磁操作式の弁ニードルを有している。渦流発生溝
の総横断面積は、出口開口の横断面積よりも少なくとも半分だけ小さく寸法設定
されている。この場合、燃料噴射弁は掃気開口の上方に配置されており、燃料噴
射弁の噴流軸線は、シリンダヘッド中心に配置された点火ポイントに向けられて
いる。
【０００６】 上記印刷物に基づき公知の燃料噴射システムによって、エアガイド燃焼法もし
くはウォールガイド燃焼法が実現される。エアガイド燃焼法は、流入する空気の
運動に極めて強く関連している。この運動は、点火可能な燃料・空気混合物を成
層燃焼運転の特性マップ範囲全体にわたって正確に点火プラグの電極領域に搬送
するという役割を有している。ウォールガイド燃焼法では、燃料が、多かれ少な
かれキャビティを備えた幾何学的な燃焼室形状による助成によって同時の混合気
形成のまま点火プラグにまで運搬される。
【０００７】 ウォールガイド燃焼法およびエアガイド燃焼法では、点火プラグへの混合気搬
送は、アイドリング運転および低部分負荷運転において極めて不十分にしか達成
されず、中部分負荷運転においては、使用される高圧噴射弁の許容不能な僅かな
連続拡散もしくは吸気管による流れ案内によってしか部分的に達成されない。不
十分な再現可能性によって、とりわけ個々の燃焼ミスによって生ぜしめられる不
燃の炭化水素のエミッションが過剰に高められる。
【０００８】 また、特にスプレイガイド燃焼法は、約５００ｃｍ３である規定されたシリン
ダ行程容積から初めて使用可能となる。目下の公知先行技術では、噴射孔の孔直
径のために規定されたサイズを技術的な理由に基づき下回ることができないので
、上述した装置は、小さなシリンダ行程容積で過度にリッチな混合気を招いてし
まう。これに基づき、より好ましくないエミッション値と、より高い燃料消費率
とが生ぜしめられる。現在、孔直径のための下限値は約０．１２ｍｍである。こ
の場合、噴射孔は侵食法で加工成形される。したがって、噴射される燃料容量の
減少は噴射孔の数の低減によってしか達成することができない。しかし、これに
よって、幾何学的な燃焼噴流形状が場合によっては燃料・空気混合物の点火可能
性のために不利となる。したがって、これらの事例では、燃料噴流が点火プラグ
に向けられる。
【０００９】 発明の利点 独立請求項の特徴部に記載の特徴を備えた本発明による燃料噴射システムは従
来のものに比べて、点火プラグから離れた領域のセグメントによって、噴射時に
噴射される燃料量を、噴射孔の直径を縮小させる必要なしに噴射孔の数の削減に
よって減少させることができるという利点を有している。これによって、より小
さな噴射孔を燃料噴射弁に加工成形するための、手間のかかる手段を必要とする
ことなしに、小さな行程を伴う内燃機関のより僅かな燃料需要に課せられる要求
を考慮することができる。
【００１０】 従属請求項に記載した手段によって、独立請求項に記載した燃料噴射システム
の有利な構成が可能となる。
【００１１】 特に点火プラグの熱衝撃負荷とくすぶり汚損とは、点火プラグ位置に対して接
線方向の燃料噴射によって減少させられる。すなわち、噴射噴流は直接点火プラ
グに向けられていない。
【００１２】 さらに、有利には、点火プラグにおける噴流隙間によって、内燃機関のあらゆ
る特性マップ範囲および運転範囲において噴射の間に燃料・空気混合物に点火す
るかもしくは点火の間に燃料を噴射することが可能となる。
【００１３】 噴射孔ひいては噴射噴流を燃焼室内に適切に配置することによって、有利には
、シリンダヘッドへの吸気弁および排気弁ならびに点火プラグの組込み位置も考
慮することができ、それにもかかわらず、ピストンに設けられた燃焼室キャビテ
ィの幾何学的形状を最適に使用することができる。
【００１４】 燃料噴射システムのために適した燃料噴射弁は、有利には、付加的な製造手間
をかけることなしに廉価に製作することができる。さらに、噴射孔の、より大き
な可能な直径に基づく点火プラグの組込み深さの敏感性は減少する。
【００１５】 実施例の説明 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１６】 図１には、単気筒または多気筒式の混合気圧縮型の内燃機関１′の１つのシリ
ンダが概略的な部分縦断面図で示してある。内燃機関１′はシリンダヘッド２を
有している。このシリンダヘッド２に設けられた相応に形成された切欠き内には
点火プラグ３と燃料噴射弁４とが配置されている。点火プラグ３の構造だけでな
く燃料噴射弁４の構造も知られているので、両構成部分の詳しい説明は省略する
ことにする。以下では、図１に示した内燃機関１′の部分を燃料噴射システム１
と呼ぶことにする。
【００１７】 燃料噴射弁４は燃料を、部分的に閉じられた噴射コーン５で、シリンダヘッド
２と、ピストン６と、概略的にしか図示していないシリンダ壁１４とによって仕
切られた燃焼室７内に噴射する。この場合、この燃焼室７は、ピストン６に形成
された燃焼室キャビティ８によって部分的に形成される。
【００１８】 燃料噴射弁４と点火プラグ３とは、点火プラグ３が燃料噴射弁４から側方にず
らされて燃焼室７内に突入しているように互いに配置されている。この場合、点
火プラグ電極９は噴射コーン５の範囲内に位置している。
【００１９】 この場合、噴射コーン５の形状は燃料噴射弁４の噴射側の端部の構造に関連し
ている。燃料噴射弁４が、内向きに開放する燃料噴射弁（Ｉ型弁；Ｉ−Ｖｅｎｔ
ｉｌ）４として形成されていると有利である。燃焼室７内への燃料の噴射は、電
磁式のアクチュエータの励磁または圧電式のアクチュエータの励起によって行わ
れる。このアクチュエータによって、弁ニードル（図示せず）もしくは弁ニード
ルに結合された弁閉鎖体が、噴射孔を備えた弁体から持ち上がる。これによって
、燃料が、燃料噴射弁４と、弁体に設けられた噴射孔とを通って燃焼室７内に噴
射される。
【００２０】 図２〜図６には、図１に示した燃料噴射システム１を備えた内燃機関１′のシ
リンダヘッド２によるそれぞれ１つの部分的な断面が示してある。この場合、こ
の断面は、図１に示したＩＩ−ＩＩ線に沿って経過している。この場合、燃料噴
射弁４と、点火プラグ３と、噴射噴流１０と、可変な数の吸気弁１２および排気
弁１３との配置に対するそれぞれ種々異なる実施例が、それぞれ破線で図示した
燃焼室キャビティ縁部１１によって仕切られている燃焼室キャビティ８を有する
ピストン６の上側の端部から見た図で示してある。
【００２１】 この場合、噴射噴流１０は理想化して実線で図示してある。実際には、噴射噴
流１０は、ある程度の空間的な拡がりを有しているので、相並んで角度βを成す
隣り合って位置する噴射噴流１０は相関的に接触していて、この領域にそれぞれ
コーンセグメント状の幾何学的な噴射形状を形成している。部分的に円錐形のこ
の噴流パターンは、点火プラグ３の隙間でもしくは点火プラグ３ａ，３ｂにおい
て（すなわち角度範囲αで）ならびに本発明による隙間１５で中断されている。
【００２２】 この場合、図２には、５００ｃｍ３未満の行程容積のための第１実施例が示し
てある。この場合、燃料噴射弁４は２つの噴射噴流１０を点火プラグ３に対して
接線方向で燃焼室７内に噴射する。この場合、開き角度αが約４５゜であると有
利である。燃焼室キャビティ縁部１１は、燃焼を助成するために、２つの噴射噴
流１０の配置に相応して形成されている。したがって、点火プラグ３の背後の噴
射噴流１０の角度セグメントもしくは隙間１５は約３１５゜である。この領域に
は２つの吸気弁１２も配置されている。２つの排気弁１３は噴射方向に配置され
ていてよい。吸気弁１２と排気弁１３とは逆転させて配置することもできるし、
任意に形成することもできる。
【００２３】 図３には、本発明による燃料噴射システム１の第２実施例が示してある。この
場合、全部で４つの噴射噴流１０が燃料噴射弁４によって燃焼室７内に噴射され
る。この場合、内側の噴射噴流１０ａは点火プラグ３に対してほぼ接線方向に位
置しており、外側の噴射噴流１０ｂは内側の噴射噴流１０ａに対してそれぞれ２
０゜〜３０゜の角距離βで配置されている。燃焼室キャビティ縁部１１は同じく
噴射噴流１０の配置に適合されている。この実施例では、吸気弁１２と排気弁１
３とはシリンダヘッド２の別の領域に配置されている。４つの噴射噴流１０の配
置は、第１実施例に比べてやや多くの燃料が必要となるやや大きな行程容積のた
めに適している。この実施例では、噴射噴流１０によって擦過されない、点火プ
ラグ３とは反対の側に位置する隙間１５の領域における角度セグメントは２５０
゜〜２８０゜の間にある。
【００２４】 図４には、さらに増加させられた行程容積を備えた内燃機関１′のための第３
実施例が示してある。この場合、ここでは、噴射噴流１０の数は８つである。内
側の噴射噴流１０ａは、前記実施例と同様に点火プラグ３に対してほぼ接線方向
に配置されており、両噴射噴流１０ａが成す角度αは約４５゜である。外側の噴
射噴流１０ｂは内側の噴射噴流１０ａに対してそれぞれ２０゜〜３０゜の角距離
βで配置されている。本実施例では、噴射噴流１０によって擦過されない、点火
プラグ３とは反対の側に位置する隙間１５の領域における角度は１３０゜〜２０
０゜の間にある。燃焼室キャビティ縁部１１は同じく噴流パターンに適合されて
いる。燃料噴射弁４と点火プラグ３とが配置されている線に対して対称的に１つ
の吸気弁１２と１つの排気弁１３とを対応配置することができる。
【００２５】 図５および図６に示した実施例には、少なくとも２つの点火プラグ３ａ，３ｂ
を備えた燃料噴射システム１のための有利な構成が示してある。
【００２６】 図５には、図２〜図４と同じ図で燃料噴射システム１の第４実施例が示してあ
る。この燃料噴射システム１は２つの点火プラグ３ａ，３ｂを有している。両点
火プラグ３ａ，３ｂは燃料噴射弁４に対して対称的に配置されている。１つの吸
気弁１２と１つの排気弁１３とは、両点火プラグ３ａ，３ｂと、吸気弁１２と、
排気弁１３とが、クローバ状の配置を形成するように配置されている。小容積の
内燃機関１′のためには、４つの噴射噴流１０を備えた配置を実現することがで
きる。これらの噴射噴流１０は、それぞれ互いに約４５゜の角度αを成して両点
火プラグ３ａ，３ｂに対してほぼ接線方向で燃焼室７内に噴射される。やや大き
な行程容積のためには、全部で８つの噴射噴流１０の噴射が提案される。これら
の噴射噴流１０が吸気弁１２もしくは排気弁１３と２つの点火プラグ３ａ，３ｂ
との間の中間室を覆っていると有利である。この実施例では、燃焼室キャビティ
縁部１１は円形に形成されている。２つの噴射噴流１０ｃは第１の点火プラグ３
ａに対してほぼ接線方向にかつ２つの別の噴射噴流１０ｄは第２の点火プラグ３
ｂに対してほぼ接線方向に内側の噴射噴流１０ｃ，１０ｄとして噴射される。内
側の噴射噴流１０ｃ，１０ｄに対して角距離βで４つの外側の噴射噴流１０ｅが
噴射される。
【００２７】 図６には、本発明による燃料噴射システム１のための第５実施例が示してある
。この場合、ここでは、１つの排気弁１３に対して２つの吸気弁１２が配置され
ている。燃焼室キャビティ縁部１１は同じく円形に形成されている。両点火プラ
グ３ａ，３ｂはほぼ接線方向で噴射噴流１０によって取り囲まれる。この噴射噴
流１０の開き角度αは４５゜である。やや大きな行程容積のためには、６つの噴
射噴流１０が燃焼室７内に噴射されてもよい。この場合、両点火プラグ３ａ，３
ｂに対して接線方向に延びる内側の噴射噴流１０ａと、破線で図示した外側の噴
射噴流１０ｂとの間の角距離βは２０゜〜３０゜の間にあってよい。
【００２８】 燃料噴射システム１の全ての実施例では、噴射噴流１０は、１つまたはそれ以
上の隙間１５が形成されているように位置決めされている。この隙間１５は、少
なくとも１５０゜と、最大で３１５゜との角度範囲にわたっている。
【００２９】 本発明は、図示の実施例に制限されるものではなく、たとえば多かれ少なかれ
噴射孔と、吸気弁と、排気弁と、特に複数の点火プラグと、５００ｃｍ３未満の
可変な行程容積とを備えた燃料噴射システム１のためにも使用可能である。特に
噴射噴流の、３０゜〜１５０゜の間の任意の値をとることができるコーン開き角
度を備えた燃料噴射弁を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 公知先行技術による、スプレイガイド燃焼法に用いられる燃料噴射システムの
概略的な断面図である。
【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った、本発明による燃料噴射システムの第１実施例の
概略的な断面を示す図である。
【図３】 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った、本発明による燃料噴射システムの第２実施例の
概略的な断面を示す図である。
【図４】 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った、本発明による燃料噴射システムの第３実施例の
概略的な断面を示す図である。
【図５】 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った、本発明による燃料噴射システムの第４実施例の
概略的な断面を示す図である。
【図６】 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った、本発明による燃料噴射システムの第５実施例の
概略的な断面を示す図である。
【符号の説明】
１ 燃料噴射システム、 １′ 内燃機関、 ２ シリンダヘッド、 ３，３
ａ，３ｂ 点火プラグ、 ４ 燃料噴射弁、 ５ 噴射コーン、 １６ ピスト
ン、 ７ 燃焼室、 ８ 燃焼室キャビティ、 ９ 点火プラグ電極、 １０，
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ 噴射噴流、 １１ 燃焼室キャビテ
ィ縁部、 １２ 吸気弁、 １３ 排気弁、 １４ シリンダ壁、 １５ 隙間
、 α 開き角度、 β 角距離
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ｚ 61/18 ３２０ 61/18 ３２０Ｚ Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０１ Ｆ０２Ｐ 13/00 ３０１Ａ ３０２ ３０２Ｄ Ｆターム(参考） 3G019 KA12 KA18 3G023 AA07 AB02 AB03 AC05 AD02 AD12 AG01 3G066 AA02 AA05 AB02 AD12 BA00 BA14 BA61 CC26 CC31 CD28

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関に用いられる燃料噴射システム（１）であって、少
    なくとも１つの燃料噴射弁（４）が設けられており、該燃料噴射弁（４）が、燃
    料を燃焼室（７）内に噴射するようになっており、該燃焼室（７）が、シリンダ
    壁（１４）によって仕切られており、該シリンダ壁（１４）にピストン（６）が
    ガイドされており、さらに、燃焼室（７）内に突入した点火プラグ（３）が設け
    られており、燃料噴射弁（４）が、燃焼室（７）内に複数の噴射噴流（１０）を
    発生させるようになっている形式のものにおいて、 点火プラグ（３）から離れた領域に、噴射噴流（１０）の、少なくとも１つの
    隙間（１５）が設けられていることを特徴とする、燃料噴射システム。
  2. 【請求項２】 燃料噴射弁（４）の噴射孔が分配されており、これによって
    、少なくとも２つの噴射噴流（１０）が、点火プラグ（３）に対して接線方向で
    、設定された開き角度（α）を成して燃焼室（７）内に噴射されるようになって
    いる、請求項１記載の燃料噴射システム。
  3. 【請求項３】 設定された開き角度（α）が約４５゜である、請求項２記載
    の燃料噴射システム。
  4. 【請求項４】 ピストン（６）の一方の端部に配置された燃焼室キャビティ
    （８）が形成されており、これによって、噴射噴流（１０）が、燃焼室キャビテ
    ィ（８）の領域に延びるようになっている、請求項３記載の燃料噴射システム。
  5. 【請求項５】 少なくとも４つの噴射噴流（１０）が、燃焼室（７）内に噴
    射されるようになっており、点火プラグ（３）に対して接線方向に噴射される内
    側の噴射噴流（１０ａ）が、設定された第１の角度（α）を成すようになってお
    り、これに対して、外側の噴射噴流（１０ｂ）と内側の噴射噴流（１０ａ）とが
    、設定された第２の角度（β）を成すようになっている、請求項１から４までの
    いずれか１項記載の燃料噴射システム。
  6. 【請求項６】 第２の角度（β）が、２０゜〜３０゜の間にある、請求項５
    記載の燃料噴射システム。
  7. 【請求項７】 少なくとも４つの噴射噴流（１０）が、燃焼室（７）内に噴
    射されるようになっており、２つの第１の噴射噴流（１０ｃ）が、第１の点火プ
    ラグ（３ａ）に対して接線方向に噴射されるようになっており、２つの第２の噴
    射噴流（１０ｄ）が、第２の点火プラグ（３ｂ）に対して接線方向に噴射される
    ようになっており、第１の両噴射噴流（１０ｃ）および第２の両噴射噴流（１０
    ｄ）が、それぞれ設定された第１の角度（α）を成すようになっている、請求項
    １から６までのいずれか１項記載の燃料噴射システム。
  8. 【請求項８】 少なくとも８つの噴射噴流（１０）が、燃焼室（７）内に噴
    射されるようになっており、第１の点火プラグ（３ａ）および第２の点火プラグ
    （３ｂ）を閉じ込める内側の噴射噴流（１０ｃ，１０ｄ）と、外側の別の噴射噴
    流（１０ｅ）との間に、それぞれ一定の角度（β）が形成されている、請求項７
    記載の燃料噴射システム。
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