JP2004190532A - Cylinder direct injection spark ignition engine - Google Patents

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JP2004190532A
JP2004190532A JP2002357458A JP2002357458A JP2004190532A JP 2004190532 A JP2004190532 A JP 2004190532A JP 2002357458 A JP2002357458 A JP 2002357458A JP 2002357458 A JP2002357458 A JP 2002357458A JP 2004190532 A JP2004190532 A JP 2004190532A
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Japan
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ignition
direct injection
combustion chamber
plug
cavity
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Pending
Application number
JP2002357458A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Hiratani
康治 平谷
Akihiko Kakuho
章彦 角方
Isamu Hotta
勇 堀田
Masaaki Kubo
賢明 久保
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.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To ignite in the center of an air-fuel mixture mass under both a stratified high load condition and a stratified low load condition in a cylinder direct injection spark ignition engine. <P>SOLUTION: This cylinder direct injection spark ignition engine is provided with a spark plug 14a for igniting in the bottom surface vicinity of a piston cavity 4a and a spark plug 14b for igniting in the center of a combustion chamber 6. Ignition is performed by the spark plug 14a under the stratified low load condition of forming a small air-fuel mixture mass in the bottom surface vicinity of the piston cavity 4a, and the ignition is performed by the spark plug 14b under the stratified high load condition of forming a large air-fuel mixture mass in an upper part of the piston cavity 4a. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた筒内直接噴射式火花点火機関に関し、詳しくは、運転条件に応じて燃焼室内の異なる位置で点火させる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、筒内直接噴射式火花点火機関として、複数の点火プラグを備えた構成のものが、特許文献1に開示されている。
【0003】
このものは、シリンダ上部の可燃混合気が流動する領域内に点火プラグを複数備え、機関の負荷・回転に応じていずれの点火プラグを動作させるかを決定している。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−147242号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特許文献1には、シリンダ上部の可燃混合気が流動する領域内に点火プラグを複数備える構成の開示はあるものの、例えば、成層燃焼時における機関負荷の変動に伴う混合気塊の生成位置の変化に対しては、より具体的に点火プラグの燃焼室内における位置や点火プラグ間の相対位置を特定しないと、点火を最適位置で行わせることが困難で、燃費や排気エミッションを充分に改善することができないという問題があった。
【0006】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、運転条件の変化に対応して最適な点火位置で点火を行わせることができる筒内直接噴射式火花点火機関を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明に係る筒内直接噴射式火花点火機関は、点火プラグによる点火位置が燃焼室内の異なる高さに複数配設され、運転条件に応じて異なる点火位置で点火される構成とした。
【0008】
【発明の効果】
上記構成によると、運転条件によって最適な点火位置が燃焼室内の上下方向に変化する場合に、運転条件毎に最適な点火位置を選択することが可能で、燃費や排気エミッションを改善することができる。
【0009】
尚、本願において燃焼室の上下方向とは、シリンダ軸方向であって、ピストン冠面から遠い側を燃焼室の上側、ピストン冠面に近い側を燃焼室の下側とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、第1実施形態における筒内直接噴射式火花点火機関の構成図である。
【0011】
この図1において、内燃機関1のシリンダブロック2に形成されるシリンダ3には、ピストン4が往復動可能に嵌挿される。
前記シリンダヘッド5は、ペントルーフ型の燃焼室6を構成し、該シリンダヘッド5には、吸気ポート7及び排気ポート8が形成される。
【0012】
前記吸気ポート7には、吸気バルブ用カム9で開閉駆動される吸気バルブ10が介装され、前記排気ポート8には、排気バルブ用カム11で開閉駆動される排気バルブ12が介装される。
【0013】
前記吸気ポート7の下方には燃料噴射弁13が設けられ、該燃料噴射弁13は、前記燃焼室6内に直接燃料を噴射する。
前記ピストン4の冠面には、前記燃料噴射弁13からの燃料噴霧を受け止め、燃料噴霧を燃焼室6の上方に向けて進行させるようにすることで、燃焼室6内に成層混合気を生成するキャビティ4aが形成されている。
【0014】
また、燃焼室6の径方向の中心部分に2本の点火プラグ14a,14bが設けられている。
前記点火プラグ14aの電極は長く延設され、先端のプラグギャップ(点火位置)が燃焼室6の下方に配置され、前記キャビティ4aの底面付近で火花放電するように設定されている。
【0015】
一方、前記点火プラグ14bのプラグギャップは、前記点火プラグ14aのプラグギャップよりも上方に配置され、燃焼室6の径方向及び上下方向の中央で火花放電するように設定されている。
【0016】
即ち、2本の点火プラグ14a,14bによる点火位置は、シリンダの径方向においては共に中心付近に配設されるが、燃焼室6の上下方向(シリンダ軸方向)において、相互に異なる高さに配設される。
【0017】
マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット15には、機関負荷を検出する負荷センサ16,機関回転速度を検出する回転センサ17などからの検出信号が入力され、これらの検出信号に基づいて、前記燃料噴射弁13による燃料噴射、及び、前記点火プラグ14a,14bによる点火を制御する。
【0018】
尚、2本の点火プラグ14a,14bは、それぞれに点火コイル及びパワートランジスタを備え、独立に点火を制御できるようになっている。
ここで、前記機関1は、圧縮行程での燃料噴射によって燃焼室6内に混合気を成層化して燃焼を行う成層運転と、吸気行程での燃料噴射によって燃焼室6内に混合気を均質化して燃焼を行う均質運転とに切換えられる。
【0019】
前記成層運転時の低負荷条件では、図2(A)に示すように、前記キャビティ4aの底面付近、即ち、燃焼室6の下方位置に、可燃空燃比の小さな混合気塊が形成される。
【0020】
従って、成層運転時の低負荷条件では、前記点火プラグ14bのプラグギャップ付近には可燃混合気が存在せず、点火プラグ14aのプラグギャップ(点火位置)の周囲にのみ可燃混合気が存在することになる。
【0021】
そこで、前記コントロールユニット15は、前記キャビティ4aの底面付近にプラグギャップが配設される点火プラグ14aによって混合気に点火させるべく、点火プラグ14a側の点火コイルにのみ通電させる。
【0022】
一方、前記成層運転時の高負荷条件では、前記キャビティ4aの略全体を用いて混合気塊が形成される結果、図2(B)に示すように、キャビティ4aの上方に可燃空燃比の混合気塊が広がり、形成される混合気塊は、低負荷時よりも大きく、かつ、その中心が低負荷時よりも燃焼室6のより上方に変位する。
【0023】
また、均質運転時には、燃焼室内に均一な混合気が形成される。
そこで、均質運転時、及び、成層運転時の高負荷条件において、前記コントロールユニット15は、燃焼室6の径方向及び上下方向の中央にプラグギャップが配設される点火プラグ14bによって混合気に点火させるべく、点火プラグ14b側の点火コイルにのみ通電させる。
【0024】
上記のように、点火位置の高さが相互に異なる2本の点火プラグ14a,14bを設けることで、燃焼室6内に形成される混合気塊の大きさ及びその中心位置が変化しても、混合気塊のおおよそ中心で点火を行わせることができる。
【0025】
これにより、失火のない安定した燃焼を実現でき、燃費が良く、然も、排気エミッションの少ない成層燃焼を行える。
尚、上記実施形態では、プラグギャップが燃焼室6の上下に配設される2本の点火プラグ14a,14bを備え、成層運転を高負荷と低負荷とに分けて、2本の点火プラグ14a,14bを使い分ける構成としたが、プラグギャップが燃焼室6の上下方向の異なる位置に配設される点火プラグを3本以上設けると共に、負荷条件を3段階以上に判別して、点火プラグを使い分けるようにしても良い。
【0026】
更に、燃料噴射弁13を燃焼室の中央に配置する構成などであっても同様の作用・効果を発揮するものであり、燃料噴射弁13の配置やキャビティ4aの形状を限定するものではない。
【0027】
図3は、第2実施形態を示す。
この図3に示す第2実施形態は、図1に示した第1実施形態に対し、1本の点火プラグ14cによって燃焼室6内の上下2箇所に点火位置を配設するようにしてある点が異なる。
【0028】
従って、点火プラグ14c以外の要素には、同一符号を付して詳細は説明を省略する。
図3の第2実施形態において、点火プラグ14cは、2つのプラグギャップ14c1,14c2を備えて構成され、一方のプラグギャップ14c1は、燃焼室6の下方に配置されて、前記キャビティ4aの底面付近で点火を行うように設定され、他方のプラグギャップ14c2は、前記一方のプラグギャップ14c1よりも上方に配置されて、燃焼室6の径方向及び上下方向の中央で点火を行うように設定されている。
【0029】
また、下方に位置するプラグギャップ14c1は、上方に位置するプラグギャップ14c2よりも、ギャップが大きく設定される。
尚、前記点火プラグ14cの2つのプラグギャップ4c1,14c2は、共通の点火コイルから2次電圧が供給される。
【0030】
上記構成によると、均質運転時や、第1実施形態の図2(B)と同様に、前記キャビティ4aの略全体を用いて混合気塊が形成される成層運転時の高負荷条件では、プラグギャップ14c1,14c2の双方に混合気が存在することになるが、ギャップの大きさが相対的に小さい上側のプラグギャップ14c2に火花が飛ぶため、混合気の中央に位置するプラグギャップ14c2にて点火が行われる。
【0031】
また、前記キャビティ4aの底面付近に小さな混合気塊が形成される成層運転時の低負荷条件では、プラグギャップ14c1の周囲に混合気塊が形成され、プラグギャップ14c2の付近には、混合気塊が形成されない。
【0032】
このため、下側のプラグギャップ14c1の方が火花が飛び易くなり、結果的に、プラグギャップ14c1により点火が行われる。
従って、混合気塊の形成位置が変化しても、混合気塊のおおよそ中心に点火を行うことができ、これにより、失火のない安定した燃焼を実現でき、燃費が良く、然も、排気エミッションの少ない成層燃焼を行える。
【0033】
更に、プラグギャップ14c1のギャップをプラグギャップ14c2に比して大きくしてあることで、双方に混合気が存在するときに(均質運転時、成層高負荷条件時に)、上側のプラグギャップ14c2で点火を行わせることができ、使用する点火プラグを1本としつつ、点火位置の選択を簡便に行わせることができる。
【0034】
尚、上記のように、1本の点火プラグを用いる構成において、1本の点火プラグに3つ以上のプラグギャップを設け、下側のプラグギャップほど広くなるようにしても良い。
【0035】
図4は、第3の実施形態を示すものであり、この図4に示す点火プラグ14dは、図3に示した点火プラグ14cに代えて用いられるものとする。
図4に示す点火プラグ14dは、1つの中心電極(プラス側電極)141と2つの側方電極(マイナス側電極)142a,142bを備え、2つの側方電極142a,142bが1つの中心電極141を共用して、燃焼室6内の上下に位置することになる2つのプラグギャップ14d1,14d2を形成している。
【0036】
前記プラグギャップ14d1は、前記キャビティ4aの底面付近で点火されるように配設され、プラグギャップ14d2は、燃焼室6の径方向及び上下方向の中央で点火するように配設される。
【0037】
前記2つの側方電極142a,142bは、前記コントロールユニット15によって制御される切替スイッチ143を介していずれか一方のみがグランドに接続される。
【0038】
前記コントロールユニット15は、成層低負荷運転条件では、側方電極142aをグランドに接続させるべく前記切替スイッチ143を制御し、燃焼室6の下方側に位置し、成層低負荷運転条件でキャビティ4aの底面付近に形成される小さな混合気塊の中心に位置することになるプラグギャップ14d1で点火を行わせる。
【0039】
また、成層高負荷運転条件、及び、均質運転条件では、側方電極142bをグランドに接続させるべく前記切替スイッチ143を制御し、燃焼室6の中央に位置するプラグギャップ14d2で点火を行わせる。
【0040】
従って、混合気塊の形成位置が変化しても、混合気塊のおおよそ中心に点火を行うことができ、これにより、失火のない安定した燃焼を実現でき、燃費が良く、然も、排気エミッションの少ない成層燃焼を行える。
【0041】
更に、各プラグギャップ14d1,14d2の側方電極142a,142bを選択的にグランドに接続させることで、使用する点火プラグを1本としつつ、点火位置の選択を確実に行わせることができる。
【0042】
尚、上記実施形態では、1つの中心電極を共用する複数の側方電極によって、複数のプラグギャップを構成したが、1つの側方電極(マイナス側電極)を共用する複数の中心電極(プラス側電極)を設けて複数のプラグギャップを構成し、前記複数の中心電極(プラス側電極)を、切替えスイッチによって点火コイルの2次側に選択的に接続させる構成としても良い。
【0043】
図5は、第4の実施形態を示すものである。
本実施形態では、燃料噴射弁13を燃焼室6のおおよそ中心に配置してあり、該燃料噴射弁13として、圧縮行程後半における筒内圧力上昇時にも噴霧形状の変化が小さく、指向性の強いホールノズル噴射弁を用いている。
【0044】
また、ピストン4の冠面の中央には、シリンダ軸線と平行な軸線を中心とした円周形状キャビティ4aが形成されている。
また、2本の点火プラグ14a,14bが設けられ、点火プラグ14aは、前記キャビティ4aの底面付近で、かつ、前記キャビティ4aの周縁付近で点火を行うよう構成され、点火プラグ14bは、燃焼室6の径方向及び上下方向の中央で点火を行うように構成される。
【0045】
ここで、第4の実施形態における成層低負荷運転条件と成層高負荷運転条件における混合気と点火位置の関係を、図6に示す。
成層低負荷運転条件においては、燃料噴射弁13から噴射された燃料噴霧は、キャビティ4aに衝突してキャビティ形状に沿って進行するが、燃料噴射量が少ないため、キャビティ4aの底面に混合気塊を形成する。
【0046】
ここで、前記点火プラグ14aは、燃焼室下方のキャビティの側壁付近で点火を行うように配設されるから、成層低負荷運転条件においては、点火プラグ14aによって点火を行わせるべく制御する(図6(A)参照)。
【0047】
一方、成層高負荷運転条件においては,燃料噴射弁13から噴射された燃料噴霧は、キャビティ4aに衝突した後、噴射量が多く噴霧の運動量が大きいためにキャビティ側壁を経て燃焼室6の上方へ進行し、噴射された噴霧流動により、混合気塊がうずのように旋回する流速を持つようになる。
【0048】
これにより、キャビティ4a上空の点火プラグ14bの周囲に積極的に混合気が形成されることになり、成層高負荷運転条件において、点火プラグ14bによって点火を行わせるべく制御することで(図6(B)参照)、失火のない安定した燃焼を実現でき、燃費が良く、然も、排気エミッションの少ない成層燃焼を行える。
【0049】
尚、図5に示すように、燃料噴射弁13を燃焼室6の中央に配設する構成において、図3,4に示したように、1本の点火プラグに複数のプラグギャップを備える構成を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態における機関のシステム構成図。
【図2】第1実施形態における成層低負荷条件,成層高負荷条件における混合気と点火位置との関係を示す図。
【図3】第2実施形態における機関のシステム構成図。
【図4】第3実施形態における点火プラグの構成を示す図。
【図5】第4実施形態における機関のシステム構成図。
【図6】第4実施形態における成層低負荷条件,成層高負荷条件における混合気と点火位置との関係を示す図。
【符号の説明】
1…内燃機関
4…ピストン
4a…キャビティ
6…燃焼室
13…燃料噴射弁
14a,14b,14c,14d…点火プラグ
15…コントロールユニット
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a direct injection type spark ignition engine having a fuel injection valve for directly injecting fuel into a combustion chamber, and more particularly to a technique for igniting at different positions in a combustion chamber according to operating conditions.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an in-cylinder direct injection type spark ignition engine having a configuration including a plurality of spark plugs is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-157421.
[0003]
In this engine, a plurality of spark plugs are provided in a region where a combustible air-fuel mixture flows in an upper portion of a cylinder, and which spark plug is operated according to the load and rotation of the engine is determined.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-147242 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, although Patent Literature 1 discloses a configuration in which a plurality of spark plugs are provided in a region where a combustible air-fuel mixture flows in an upper portion of a cylinder, for example, generation of a fuel-air mixture due to a change in engine load during stratified combustion Regarding the change in position, it is difficult to perform ignition at the optimum position unless the position of the spark plug in the combustion chamber and the relative position between the spark plugs are specified more specifically, and the fuel consumption and exhaust emission are sufficiently reduced. There was a problem that it could not be improved.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an in-cylinder direct injection spark ignition engine that can perform ignition at an optimum ignition position in response to a change in operating conditions. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the in-cylinder direct injection spark ignition engine according to the present invention has a configuration in which a plurality of ignition positions by the ignition plug are arranged at different heights in the combustion chamber, and the ignition is performed at different ignition positions according to the operating conditions.
[0008]
【The invention's effect】
According to the above configuration, when the optimum ignition position changes in the vertical direction in the combustion chamber depending on the operation condition, it is possible to select the optimum ignition position for each operation condition, and it is possible to improve fuel efficiency and exhaust emission. .
[0009]
In the present application, the vertical direction of the combustion chamber is the cylinder axis direction, and the side far from the piston crown is defined as the upper side of the combustion chamber, and the side closer to the piston crown is defined as the lower side of the combustion chamber.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a direct injection type spark ignition engine according to the first embodiment.
[0011]
In FIG. 1, a piston 4 is inserted into a cylinder 3 formed in a cylinder block 2 of the internal combustion engine 1 so as to be able to reciprocate.
The cylinder head 5 forms a pent roof type combustion chamber 6, and an intake port 7 and an exhaust port 8 are formed in the cylinder head 5.
[0012]
The intake port 7 is provided with an intake valve 10 driven to be opened and closed by an intake valve cam 9, and the exhaust port 8 is provided with an exhaust valve 12 driven to be opened and closed by an exhaust valve cam 11. .
[0013]
A fuel injection valve 13 is provided below the intake port 7, and the fuel injection valve 13 injects fuel directly into the combustion chamber 6.
The stratified mixture is generated in the combustion chamber 6 by receiving the fuel spray from the fuel injection valve 13 and advancing the fuel spray toward the upper part of the combustion chamber 6 on the crown surface of the piston 4. A cavity 4a is formed.
[0014]
Further, two ignition plugs 14a and 14b are provided at a radially central portion of the combustion chamber 6.
The electrode of the ignition plug 14a is elongated, and a plug gap (ignition position) at the tip is disposed below the combustion chamber 6 so that spark discharge occurs near the bottom surface of the cavity 4a.
[0015]
On the other hand, the plug gap of the ignition plug 14b is disposed above the plug gap of the ignition plug 14a, and is set so that spark discharge occurs in the radial and vertical centers of the combustion chamber 6.
[0016]
In other words, the ignition positions of the two spark plugs 14a and 14b are arranged near the center in the radial direction of the cylinder, but at different heights in the vertical direction of the combustion chamber 6 (cylinder axial direction). Will be arranged.
[0017]
Detection signals from a load sensor 16 for detecting an engine load, a rotation sensor 17 for detecting an engine rotation speed, and the like are input to a control unit 15 containing a microcomputer, and based on these detection signals, the fuel injection valve is used. 13 and the ignition by the spark plugs 14a and 14b.
[0018]
Each of the two spark plugs 14a and 14b has an ignition coil and a power transistor, so that ignition can be controlled independently.
Here, the engine 1 stratifies the mixture in the combustion chamber 6 by fuel injection in the compression stroke to perform combustion, and homogenizes the mixture in the combustion chamber 6 by fuel injection in the intake stroke. The operation is switched to homogeneous operation in which combustion is performed.
[0019]
Under the low load condition during the stratified operation, as shown in FIG. 2 (A), an air-fuel mixture having a small combustible air-fuel ratio is formed near the bottom surface of the cavity 4a, that is, at a position below the combustion chamber 6.
[0020]
Therefore, under low load conditions during stratified operation, no flammable mixture exists near the plug gap of the ignition plug 14b, but exists only around the plug gap (ignition position) of the ignition plug 14a. become.
[0021]
Therefore, the control unit 15 energizes only the ignition coil on the ignition plug 14a side so that the air-fuel mixture is ignited by the ignition plug 14a provided with a plug gap near the bottom surface of the cavity 4a.
[0022]
On the other hand, under a high load condition during the stratification operation, a mixed air mass is formed using substantially the entire cavity 4a, and as a result, as shown in FIG. The air mass spreads and the formed air mass is larger than at the time of low load, and its center is displaced above the combustion chamber 6 than at the time of low load.
[0023]
In addition, during the homogeneous operation, a uniform air-fuel mixture is formed in the combustion chamber.
Therefore, under the high load condition during the homogeneous operation and the stratified operation, the control unit 15 ignites the air-fuel mixture by the spark plug 14b having a plug gap disposed in the center of the combustion chamber 6 in the radial and vertical directions. In order to cause this, only the ignition coil on the ignition plug 14b side is energized.
[0024]
As described above, by providing the two spark plugs 14a and 14b having different ignition positions at different heights, even if the size of the air-fuel mixture formed in the combustion chamber 6 and the center position thereof change. The ignition can take place approximately at the center of the mixture.
[0025]
As a result, stable combustion without misfire can be realized, fuel economy is good, and stratified combustion with little exhaust emission can be performed.
In the above embodiment, the plug gap is provided with two ignition plugs 14a and 14b arranged above and below the combustion chamber 6, and the stratification operation is divided into a high load and a low load, and the two ignition plugs 14a , 14b are selectively used, but three or more spark plugs whose plug gaps are arranged at different positions in the vertical direction of the combustion chamber 6 are provided, and the load conditions are determined in three or more stages to selectively use the spark plugs. You may do it.
[0026]
Further, even when the fuel injection valve 13 is arranged at the center of the combustion chamber, the same operation and effect are exhibited, and the arrangement of the fuel injection valve 13 and the shape of the cavity 4a are not limited.
[0027]
FIG. 3 shows a second embodiment.
The second embodiment shown in FIG. 3 is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that ignition positions are arranged at two upper and lower positions in the combustion chamber 6 by one ignition plug 14c. Are different.
[0028]
Therefore, elements other than the ignition plug 14c are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
In the second embodiment shown in FIG. 3, the ignition plug 14c is provided with two plug gaps 14c1 and 14c2, and one of the plug gaps 14c1 is disposed below the combustion chamber 6 and near the bottom surface of the cavity 4a. The other plug gap 14c2 is arranged above the one plug gap 14c1, and is set to ignite at the center of the combustion chamber 6 in the radial direction and the vertical direction. I have.
[0029]
The gap of the plug gap 14c1 located below is set larger than the plug gap 14c2 located above.
The two plug gaps 4c1 and 14c2 of the ignition plug 14c are supplied with a secondary voltage from a common ignition coil.
[0030]
According to the above configuration, in the high load condition during the homogeneous operation or during the stratified operation in which a mixed air mass is formed using substantially the entire cavity 4a as in the case of FIG. Although the air-fuel mixture exists in both of the gaps 14c1 and 14c2, sparks fly to the upper plug gap 14c2 where the size of the gap is relatively small. Therefore, ignition occurs at the plug gap 14c2 located at the center of the air-fuel mixture. Is performed.
[0031]
Further, under a low load condition during stratification operation in which a small mixture is formed near the bottom surface of the cavity 4a, a mixture is formed around the plug gap 14c1, and the mixture is formed near the plug gap 14c2. Is not formed.
[0032]
For this reason, the spark becomes easier to fly in the lower plug gap 14c1, and as a result, ignition is performed by the plug gap 14c1.
Therefore, even if the formation position of the air-fuel mixture changes, ignition can be performed at the approximate center of the air-fuel mixture, thereby achieving stable combustion without misfiring, improving fuel efficiency, and of course, improving exhaust emissions. The stratified combustion with less heat can be performed.
[0033]
Furthermore, since the gap of the plug gap 14c1 is made larger than that of the plug gap 14c2, when there is an air-fuel mixture between the two (at the time of homogeneous operation and stratified high load conditions), ignition occurs at the upper plug gap 14c2. Can be performed, and the selection of the ignition position can be easily performed while using only one ignition plug.
[0034]
As described above, in the configuration using one ignition plug, three or more plug gaps may be provided in one ignition plug, and the gap may be wider as the lower plug gap is formed.
[0035]
FIG. 4 shows a third embodiment, and the spark plug 14d shown in FIG. 4 is used in place of the spark plug 14c shown in FIG.
The ignition plug 14d shown in FIG. 4 includes one center electrode (plus side electrode) 141 and two side electrodes (minus side electrodes) 142a and 142b, and the two side electrodes 142a and 142b are one center electrode 141. Are formed to form two plug gaps 14d1 and 14d2 which are located above and below in the combustion chamber 6.
[0036]
The plug gap 14d1 is provided so as to be ignited near the bottom surface of the cavity 4a, and the plug gap 14d2 is provided so as to be ignited at the center in the radial and vertical directions of the combustion chamber 6.
[0037]
Only one of the two side electrodes 142a and 142b is connected to the ground via a changeover switch 143 controlled by the control unit 15.
[0038]
The control unit 15 controls the changeover switch 143 to connect the side electrode 142a to the ground under the stratified low-load operation condition, and is located below the combustion chamber 6 so that the cavity 4a is positioned under the stratified low-load operation condition. The ignition is performed at the plug gap 14d1, which is located at the center of the small air-fuel mixture formed near the bottom surface.
[0039]
Further, under the stratified high load operation condition and the homogeneous operation condition, the switch 143 is controlled so as to connect the side electrode 142b to the ground, and the ignition is performed by the plug gap 14d2 located at the center of the combustion chamber 6.
[0040]
Therefore, even if the formation position of the air-fuel mixture changes, ignition can be performed at the approximate center of the air-fuel mixture, thereby achieving stable combustion without misfiring, improving fuel efficiency, and of course, improving exhaust emissions. The stratified combustion with less heat can be performed.
[0041]
Further, by selectively connecting the side electrodes 142a and 142b of the plug gaps 14d1 and 14d2 to the ground, it is possible to reliably select the ignition position while using only one ignition plug.
[0042]
In the above embodiment, a plurality of plug gaps are formed by a plurality of side electrodes sharing one center electrode, but a plurality of center electrodes (positive side electrodes) sharing one side electrode (minus side electrode). Electrodes) to form a plurality of plug gaps, and the plurality of center electrodes (plus-side electrodes) may be selectively connected to the secondary side of the ignition coil by a changeover switch.
[0043]
FIG. 5 shows a fourth embodiment.
In the present embodiment, the fuel injection valve 13 is disposed approximately at the center of the combustion chamber 6, and the fuel injection valve 13 has a small change in the spray shape even when the in-cylinder pressure increases in the latter half of the compression stroke, and has high directivity. A hole nozzle injection valve is used.
[0044]
In the center of the crown surface of the piston 4, a circumferential cavity 4a is formed around an axis parallel to the cylinder axis.
Further, two ignition plugs 14a and 14b are provided, and the ignition plug 14a is configured to ignite near the bottom surface of the cavity 4a and near the periphery of the cavity 4a. 6 is configured to perform ignition at the center in the radial and vertical directions.
[0045]
Here, the relationship between the mixture and the ignition position under the stratified low load operation condition and the stratified high load operation condition in the fourth embodiment is shown in FIG.
Under the stratified low-load operation condition, the fuel spray injected from the fuel injection valve 13 collides with the cavity 4a and proceeds along the shape of the cavity. To form
[0046]
Here, since the ignition plug 14a is disposed so as to ignite near the side wall of the cavity below the combustion chamber, the ignition plug 14a is controlled so as to ignite under the stratified low load operation condition (FIG. 6 (A)).
[0047]
On the other hand, under the stratified high-load operation condition, the fuel spray injected from the fuel injection valve 13 collides with the cavity 4a and then flows upward through the cavity side wall due to a large injection amount and a large momentum of the spray. The advancing and injected spray flow causes the mixture to have a swirling flow velocity.
[0048]
As a result, an air-fuel mixture is positively formed around the ignition plug 14b above the cavity 4a, and by performing control to cause ignition by the ignition plug 14b under stratified high load operation conditions (FIG. 6 ( B)), stable combustion without misfiring can be realized, fuel economy is good, and stratified combustion with little exhaust emission can be performed.
[0049]
Note that, as shown in FIG. 5, in a configuration in which the fuel injection valve 13 is disposed at the center of the combustion chamber 6, a configuration in which one ignition plug has a plurality of plug gaps as shown in FIGS. Can be applied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of an engine according to a first embodiment.
FIG. 2 is a view showing a relationship between an air-fuel mixture and an ignition position under a stratified low load condition and a stratified high load condition in the first embodiment.
FIG. 3 is a system configuration diagram of an engine according to a second embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a spark plug according to a third embodiment.
FIG. 5 is a system configuration diagram of an engine according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an air-fuel mixture and an ignition position under a stratified low load condition and a stratified high load condition in the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine 4 ... Piston 4a ... Cavity 6 ... Combustion chamber 13 ... Fuel injection valve 14a, 14b, 14c, 14d ... Spark plug 15 ... Control unit

Claims (10)

燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた筒内直接噴射式火花点火機関において、
点火プラグによる点火位置が前記燃焼室内の異なる高さに複数配設され、運転条件に応じて異なる点火位置で点火されることを特徴とする筒内直接噴射式火花点火機関。
In a direct injection type spark ignition engine equipped with a fuel injection valve that injects fuel directly into the combustion chamber,
An in-cylinder direct injection spark ignition engine, wherein a plurality of ignition positions by a spark plug are provided at different heights in the combustion chamber, and ignition is performed at different ignition positions according to operating conditions.
前記筒内直接噴射式火花点火機関が、前記燃焼室内に混合気を成層化して燃焼を行う成層運転条件をもち、
前記成層運転時には、機関負荷が高いときほど上方の点火位置にて点火されることを特徴とする請求項1記載の筒内直接噴射式火花点火機関。
The in-cylinder direct injection type spark ignition engine has stratified operation conditions in which the air-fuel mixture is stratified and combusted in the combustion chamber,
2. The direct injection type spark ignition engine according to claim 1, wherein, during the stratified operation, the higher the engine load, the higher the ignition position at which the ignition is performed.
前記筒内直接噴射式火花点火機関が、前記燃焼室内に混合気を均質化して燃焼を行う均質運転条件をもち、
前記均質運転時には、前記複数の点火位置のうちの上方の点火位置にて点火されることを特徴とする請求項1又は2記載の筒内直接噴射式火花点火機関。
The in-cylinder direct injection type spark ignition engine has a homogeneous operation condition in which the air-fuel mixture is homogenized and burned in the combustion chamber,
3. The direct injection spark ignition engine according to claim 1, wherein the ignition is performed at an upper ignition position among the plurality of ignition positions during the homogeneous operation.
1本の点火プラグに複数のプラグギャップを備えて、前記燃焼室内の異なる高さに複数の点火位置を配設することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の筒内直接噴射式火花点火機関。The cylinder according to any one of claims 1 to 3, wherein one spark plug is provided with a plurality of plug gaps, and a plurality of ignition positions are arranged at different heights in the combustion chamber. Direct injection spark ignition engine. 前記1本の点火プラグが、1つの中心電極を共用する複数の側方電極、又は、1つの側方電極を共用する複数の中心電極を備えて構成されることを特徴とする請求項4記載の筒内直接噴射式火花点火機関。The said one spark plug is comprised including the some side electrode which shares one center electrode, or the some center electrode which shares one side electrode. In-cylinder direct injection spark ignition engine. 前記1本の点火プラグに複数の備えられたプラグギャップが、前記燃焼室内の下方に位置するものほど広く形成されることを特徴とする請求項4又は5記載の筒内直接噴射式火花点火機関。6. The direct injection type spark ignition engine according to claim 4, wherein a plurality of plug gaps provided in the one spark plug are formed to be wider as they are located lower in the combustion chamber. . 前記1本の点火プラグに複数の備えられたプラグギャップのうち、点火回路への接続させるプラグギャップをスイッチの切替えによって選択することを特徴とする請求項4又は5記載の筒内直接噴射式火花点火機関。The in-cylinder direct injection spark according to claim 4 or 5, wherein a plug gap to be connected to an ignition circuit is selected by switching a switch from among a plurality of plug gaps provided in the one spark plug. Ignition engine. 前記燃焼室の中央に燃料噴射弁が配置されると共に、ピストン冠面の中央にキャビティが形成され、
前記複数の点火位置のうち、前記燃焼室内の上方に位置するものが前記キャビティ径方向の中央に配置され、前記燃焼室内の下方に位置するものほど前記キャビティの周縁側に配置されることを特徴とする請求項1又は2記載の筒内直接噴射式火花点火機関。
A fuel injection valve is arranged in the center of the combustion chamber, and a cavity is formed in the center of the piston crown surface,
Among the plurality of ignition positions, the one located above the combustion chamber is arranged at the center in the radial direction of the cavity, and the one located lower inside the combustion chamber is arranged closer to the periphery of the cavity. The in-cylinder direct injection spark ignition engine according to claim 1 or 2.
ピストン冠面に形成されたキャビティによって、前記燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧を受け止めて成層混合気を生成する構成であって、
成層運転時の低負荷運転条件では、前記キャビティの底面に混合気塊が形成され、成層運転時の高負荷運転条件では、前記キャビティ内及び前記キャビティ上方に混合気塊が形成されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の筒内直接噴射式火花点火機関。
A configuration formed by a cavity formed in a piston crown surface to receive a fuel spray injected from the fuel injection valve and generate a stratified mixture,
Under low-load operation conditions during stratified operation, a mixed air mass is formed on the bottom surface of the cavity, and under high-load operation conditions during stratified operation, an air-fuel mixture is formed inside the cavity and above the cavity. The direct injection type spark ignition engine according to any one of claims 1 to 7.
前記成層運転時の高負荷運転条件において、前記燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の流動によって、前記キャビティ内及び前記キャビティ上方に形成される混合気塊が旋回流をもつことを特徴とする請求項9記載の筒内直接噴射式火花点火機関。Under high load operation conditions during the stratified operation, a mixed air mass formed in the cavity and above the cavity has a swirling flow due to the flow of the fuel spray injected from the fuel injection valve. Item 14. An in-cylinder direct injection spark ignition engine according to item 9.
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