JP2005090244A - Cylinder injection type spark ignition internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備える火花点火内燃機関に関する。 The present invention relates to a spark ignition internal combustion engine including a fuel injection valve that directly injects fuel into a combustion chamber.
従来より、筒内噴射式火花点火内燃機関においては、燃費の改善等を目的として、点火栓近傍に局所的に混合気を形成することで、成層燃焼が行われる。例えば、ピストンの中央頂部にキャビティを設けることで、噴射した燃料を、該キャビティに集約させることで点火栓近傍に局所的に混合気を形成する技術が公開されている(例えば、特許文献1を参照。)。 Conventionally, in a cylinder injection spark ignition internal combustion engine, stratified combustion is performed by locally forming an air-fuel mixture in the vicinity of a spark plug for the purpose of improving fuel consumption. For example, by providing a cavity at the center top of a piston, a technique for locally forming an air-fuel mixture in the vicinity of a spark plug by concentrating injected fuel in the cavity is disclosed (for example, Patent Document 1). reference.).
また、ピストンの中央頂部にキャビティを設けた場合、燃料噴射弁からの燃料の噴射流量によっては、該キャビティに燃料を確実に集約させることが困難となり、以て成層燃焼の実現が困難となることから、該キャビティを設ける代わりに複数の点火栓を設けて、燃料噴射弁からの燃料の噴射流量に応じて、混合気に点火する点火栓を切り替えて使用する技術が公開されている(例えば、特許文献2を参照。)。
筒内噴射式火花点火内燃機関において成層燃焼を行う場合、燃料噴射弁から噴射された燃料を点火栓の周囲に局所的に集める必要があり、該燃料が燃焼室内に拡散してしまうと成層燃焼を行うことによる燃費の改善が十分に図られない虞がある。 When stratified combustion is performed in an in-cylinder spark-ignition internal combustion engine, it is necessary to locally collect the fuel injected from the fuel injection valve around the spark plug, and if the fuel diffuses into the combustion chamber, stratified combustion There is a possibility that the fuel efficiency cannot be sufficiently improved by performing the above.
また、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射流量によって、燃焼室内での成層状の混合気の形成の程度が変動する。即ち、噴射流量が少ないときと噴射流量が多いときとでは、燃料噴射から成層燃焼に適した空燃比の混合気を形成するまでの時間は異なる。具体的には、燃料噴射流量が多くなるに従い、燃料噴射から成層燃焼に適した空燃比の混合気を形成するまでの時間は長くなるとともに、一般に、噴射された燃料は、燃焼室内において燃料噴射弁からより離れた位置へ移動する。従って、一の燃料点火栓しか持たない筒内噴射式火花点火内燃機関では、効率的な成層燃焼が困難となる虞がある。 Further, the degree of formation of the stratified mixture in the combustion chamber varies depending on the injection flow rate of the fuel injected from the fuel injection valve. That is, the time from the fuel injection to the formation of the air-fuel ratio suitable for stratified combustion differs between when the injection flow rate is low and when the injection flow rate is high. Specifically, as the fuel injection flow rate increases, the time from fuel injection to formation of an air-fuel ratio mixture suitable for stratified combustion becomes longer, and generally, the injected fuel is injected into the fuel chamber within the combustion chamber. Move further away from the valve. Therefore, in a cylinder injection spark ignition internal combustion engine having only one fuel spark plug, there is a possibility that efficient stratified combustion becomes difficult.
更に、成層燃焼によって内燃機関の燃費を改善するためには、内燃機関の圧縮比を可及的に高く設定することが好ましい。 Furthermore, in order to improve the fuel consumption of the internal combustion engine by stratified combustion, it is preferable to set the compression ratio of the internal combustion engine as high as possible.
本発明では、上記した問題に鑑み、筒内噴射式火花点火内燃機関において内燃機関の圧縮比を可及的に高く設定するとともに、燃料噴射弁からの燃料噴射流量のより広い変動に対しても成層燃焼を可能とする筒内噴射式火花点火内燃機関を提供することを目的とする。 In the present invention, in view of the above-described problems, the compression ratio of the internal combustion engine is set as high as possible in the direct injection spark ignition internal combustion engine, and also for a wider variation in the fuel injection flow rate from the fuel injection valve. An object of the present invention is to provide an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine capable of stratified combustion.
本発明は、上記した課題を解決するために、筒内噴射式火花点火内燃機関において燃料噴射弁や点火栓が対向するピストン頂部の形状に着目した。ピストン頂部形状によって内燃機関の圧縮比を高めることが可能であるとともに、点火栓の近傍に燃料噴射弁から噴射された燃料を集約することが可能となるからである。 In order to solve the above-described problems, the present invention focuses on the shape of the piston top portion facing the fuel injection valve and the spark plug in the cylinder injection type spark ignition internal combustion engine. This is because the compression ratio of the internal combustion engine can be increased by the shape of the piston top, and the fuel injected from the fuel injection valve can be concentrated in the vicinity of the spark plug.
そこで、本発明は、先ず、シリンダヘッドの吸気弁側に設けられ、燃焼室の中央方向に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室の略中央に設けられ、前記燃焼室内の混合気に点火する第一点火栓と、前記シリンダヘッドの、前記燃料噴射弁に対向した部位に設けられ、前記燃焼室内の混合気に点火する第二点火栓と、を備える筒内噴射式火花点火内燃機関において、ピストンの頂部に前記シリンダヘッドの内壁面の形状に対応した丘状部を設け、且つ、前記第一点火栓と対向する前記丘状部に第一キャビティと前記第二点火栓と対向する前記丘状部に第二キャビティとを設ける。 Accordingly, the present invention first provides a fuel injection valve that is provided on the intake valve side of the cylinder head and injects fuel toward the center of the combustion chamber, and is provided substantially in the center of the combustion chamber. In-cylinder injection spark ignition internal combustion engine comprising: a first ignition plug that ignites; and a second ignition plug that is provided in a portion of the cylinder head facing the fuel injection valve and ignites an air-fuel mixture in the combustion chamber. In the engine, a hill corresponding to the shape of the inner wall surface of the cylinder head is provided at the top of the piston, and the first cavity and the second spark plug are provided in the hill facing the first spark plug. A second cavity is provided in the opposing hill-shaped part.
上述のように構成される筒内噴射式火花点火内燃機関においては、ピストンの頂部に丘状部を設けることで、ピストンの位置が上死点となったときの燃焼室の容積が低減され、以て内燃機関の圧縮比を上昇させることが可能である。 In the cylinder injection spark ignition internal combustion engine configured as described above, the volume of the combustion chamber when the position of the piston becomes top dead center is reduced by providing a hill-shaped portion at the top of the piston, Thus, the compression ratio of the internal combustion engine can be increased.
また、燃焼室の略中央に第一点火栓と、シリンダヘッドの、燃料噴射弁に対向した部位に第二点火栓と、を設けることで、特に燃料噴射弁と第一点火栓、第二点火栓が概ね一直線上に位置するようになる。燃料噴射弁からの燃料の噴射流量が増加し、成層燃焼に適した空燃比の成層混合気が燃料噴射弁より離れた位置に形成される場合でも、第一点火栓と第二点火栓によって、成層混合気に、より確実に点火することが可能となる。更に、第一点火栓と第二点下線のそれぞれに対向した丘状部にキャビティを設けることで、第一点火栓と第二点火栓のそれぞれによって点火すべき成層混合気を、より確実にそれぞれの点火栓の近傍に集約することが可能となる。 In addition, by providing a first spark plug substantially at the center of the combustion chamber and a second spark plug in the portion of the cylinder head facing the fuel injection valve, the fuel injection valve, the first spark plug, The two spark plugs are positioned approximately in a straight line. Even when the fuel injection flow rate from the fuel injection valve increases and an air-fuel ratio stratified mixture suitable for stratified combustion is formed at a position away from the fuel injection valve, the first spark plug and the second spark plug Thus, it becomes possible to ignite the stratified mixture more reliably. Furthermore, by providing a cavity in the hill-shaped part facing each of the first spark plug and the second underline, the stratified mixture to be ignited by each of the first spark plug and the second spark plug is more reliably ensured. It is possible to concentrate in the vicinity of each spark plug.
これにより、筒内噴射式火花点火内燃機関において内燃機関の圧縮比を可及的に高く設定するとともに、燃料噴射弁からの燃料噴射流量が低噴射流量から高噴射流量までのより広い範囲で成層燃焼が可能となる。 As a result, the compression ratio of the internal combustion engine is set as high as possible in the cylinder injection spark ignition internal combustion engine, and the fuel injection flow rate from the fuel injection valve is stratified in a wider range from the low injection flow rate to the high injection flow rate. Combustion is possible.
更に、上記の筒内噴射式火花点火内燃機関に加えて、以下に示す筒内噴射式火花点火内燃機関も有用である。即ち、シリンダヘッドの吸気弁側に設けられ、燃焼室の中央方向に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室の略中央に設けられ、前記燃焼室内の混合気に点火する第一点火栓と、前記シリンダヘッドの、前記燃料噴射弁に対向した部位に設けられ、前記燃焼室内の混合気に点火する第二点火栓と、を備える筒内噴射式火花点火内燃機関において、ピストンの頂部に前記シリンダヘッドの内壁面の形状に対応した丘状部を設け、且つ、前記燃料噴射弁と対向する前記丘状部の部位から前記第二点火栓に対向する前記丘状部の部位まで連通し、前記第一点火栓側に開口する混合気形成溝を設ける。 Further, in addition to the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine, the following in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine is also useful. That is, a fuel injection valve that is provided on the intake valve side of the cylinder head and injects fuel toward the center of the combustion chamber, and a first ignition that is provided substantially in the center of the combustion chamber and ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber In a direct injection spark ignition internal combustion engine, comprising: a stopper; and a second ignition stopper provided at a portion of the cylinder head facing the fuel injection valve and igniting an air-fuel mixture in the combustion chamber. Provided with a hill-shaped portion corresponding to the shape of the inner wall surface of the cylinder head, and communicated from the hill-shaped portion facing the fuel injection valve to the hill-shaped portion facing the second spark plug. And an air-fuel mixture forming groove opened on the first spark plug side.
上述した筒内噴射式火花点火内燃機関と異なる点は、丘状部にキャビティではなく混合気形成溝を設ける点である。混合気形成溝が設けられることで、燃料噴射弁から噴射された燃料による混合気が、混合気形成溝とシリンダヘッドの内壁面とによって囲まれる限定した領域に存在することになり、その結果、燃焼室内に混合気が拡散するのが抑制される。また、混合気形成溝によって混合気が第一点火栓と第二点火栓とが設けられている位置に導かれるため、より効率的な成層燃焼が可能となる。 A difference from the above-described in-cylinder spark-ignition internal combustion engine is that an air-fuel mixture forming groove is provided in the hill-shaped portion instead of a cavity. By providing the air-fuel mixture forming groove, the air-fuel mixture injected from the fuel injection valve is present in a limited region surrounded by the air-fuel mixture forming groove and the inner wall surface of the cylinder head. The air-fuel mixture is prevented from diffusing into the combustion chamber. Further, since the air-fuel mixture is guided to the position where the first spark plug and the second spark plug are provided by the air-fuel mixture formation groove, more efficient stratified combustion is possible.
また、混合気形成溝の横断面積が、燃料噴射弁側から第二点火栓側に進むに従い、増大するようにすることで、即ち混合気形成溝が、燃料噴射弁側から第二点火栓側に向かって末広がりの形状となることで、噴射された燃料が第一点火栓および第二点火栓の方向へ流
れやすくなる。その結果、燃料噴射弁からの燃料の噴射流量が増加しても、第二点火栓の近傍に成層燃焼により適した空燃比、即ち成層燃焼にあたり過濃でない空燃比を形成することが可能となる。
In addition, the cross-sectional area of the air-fuel mixture forming groove increases as it proceeds from the fuel injection valve side to the second spark plug side, that is, the air-fuel mixture forming groove extends from the fuel injection valve side to the second spark plug side. By becoming the shape which spreads toward the end, the injected fuel becomes easy to flow in the direction of the first spark plug and the second spark plug. As a result, even when the fuel injection flow rate from the fuel injection valve increases, it becomes possible to form an air-fuel ratio suitable for stratified combustion in the vicinity of the second spark plug, that is, an air-fuel ratio that is not excessive in stratified combustion. .
これにより、筒内噴射式火花点火内燃機関において内燃機関の圧縮比を可及的に高く設定するとともに、燃料噴射弁からの燃料噴射流量が低噴射流量から高噴射流量までのより広い範囲で成層燃焼が可能となる。 As a result, the compression ratio of the internal combustion engine is set as high as possible in the cylinder injection spark ignition internal combustion engine, and the fuel injection flow rate from the fuel injection valve is stratified in a wider range from the low injection flow rate to the high injection flow rate. Combustion is possible.
ここで、上述した筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記燃料噴射弁の設置位置をシリンダヘッドの、前記吸気弁の下方の部位とし、前記第二点火栓の設置位置を、シリンダヘッドの、排気弁の下方の部位とする。 Here, in the above-described in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine, the installation position of the fuel injection valve is a portion of the cylinder head below the intake valve, and the installation position of the second spark plug is the cylinder head, The part below the exhaust valve.
このように、燃料噴射弁と第二点火栓を設置することで、燃焼室内で生成される燃焼ガス、特に第二点火栓による点火で生成される燃焼ガスを、速やかに燃焼室の外部に排出することが可能となる。また、燃料噴射弁によって噴射された燃料と、吸気弁の開弁により燃焼室内に吸入された新気とがより速やかに混合され、成層燃焼に適した空燃比の混合気がより確実に形成される。 Thus, by installing the fuel injection valve and the second spark plug, the combustion gas generated in the combustion chamber, particularly the combustion gas generated by ignition by the second spark plug, is quickly discharged outside the combustion chamber. It becomes possible to do. In addition, the fuel injected by the fuel injection valve and the fresh air sucked into the combustion chamber by opening the intake valve are mixed more quickly, and an air-fuel ratio mixture suitable for stratified combustion is more reliably formed. The
更には、前記燃焼室と排気ポートとの開口部を水平方向に設け、且つ前記第二点火栓が設けられた前記シリンダヘッドの内壁面は、前記開口部に対して垂直方向に設ける。これにより、第二点火栓による混合気への点火がより確実に行われるとともに、燃料の燃焼によって生成された燃焼ガスを燃焼室の外部により速やかに排出することが可能となる。 Furthermore, an opening between the combustion chamber and the exhaust port is provided in the horizontal direction, and an inner wall surface of the cylinder head provided with the second spark plug is provided in a direction perpendicular to the opening. As a result, the air-fuel mixture is more reliably ignited by the second spark plug, and the combustion gas generated by the combustion of the fuel can be quickly discharged outside the combustion chamber.
また、前記第二点火栓は、複数の点火栓により構成されるようにしてもよい。これにより、第二点火栓による混合気への点火がより確実に行われる。 The second spark plug may be constituted by a plurality of spark plugs. Thereby, ignition to the air-fuel mixture by the second spark plug is more reliably performed.
ここで、燃料噴射弁からの燃料噴射流量によって、燃料噴射から成層燃焼に適した空燃比の混合気が形成されるまでの時間が変動し、燃焼室における該混合気が形成される位置も変動するのは、先述の通りである。そこで、前記燃料噴射弁からの燃料噴射流量が所定の基準噴射流量以下のときは、前記第一点火栓によって前記燃焼室内に形成される混合気に点火し、前記燃料噴射弁からの燃料噴射流量が前記所定の基準噴射流量を超えるときは、更に前記第二点火栓によっても前記燃焼室内に形成される混合気に点火する。 Here, depending on the fuel injection flow rate from the fuel injection valve, the time from the fuel injection until the air-fuel ratio mixture suitable for stratified combustion is formed varies, and the position where the mixture is formed in the combustion chamber also varies. This is done as described above. Therefore, when the fuel injection flow rate from the fuel injection valve is less than or equal to a predetermined reference injection flow rate, the air-fuel mixture formed in the combustion chamber is ignited by the first spark plug, and fuel injection from the fuel injection valve is performed. When the flow rate exceeds the predetermined reference injection flow rate, the air-fuel mixture formed in the combustion chamber is also ignited by the second spark plug.
燃料噴射弁からの燃料噴射流量が比較的少ないときは、燃料噴射から成層燃焼に適した空燃比の混合気が形成されるまでの時間は比較的短く、燃焼室における該混合気が形成される位置は燃焼室の中央近傍である。一方で、燃料噴射弁からの燃料噴射流量が比較的多いときは、燃料噴射から成層燃焼に適した空燃比の混合気が形成されるまでの時間は比較的長いため、該混合気は燃料噴射弁に対向するシリンダヘッドの内壁近傍、即ち第二点火栓の近傍に形成される。 When the fuel injection flow rate from the fuel injection valve is relatively small, the time from the fuel injection until the air-fuel ratio mixture suitable for stratified combustion is formed is relatively short, and the air-fuel mixture is formed in the combustion chamber. The position is near the center of the combustion chamber. On the other hand, when the fuel injection flow rate from the fuel injection valve is relatively large, the time from the fuel injection to the formation of the air-fuel ratio suitable for stratified combustion is relatively long. It is formed near the inner wall of the cylinder head facing the valve, that is, near the second spark plug.
そこで、燃料噴射弁からの燃料噴射流量に応じて、混合気に点火する点火栓を使い分けることで、より効率的な成層燃焼が可能となる。従って、前記所定の基準噴射流量とは、より効率的な成層燃焼を行うために、混合気に点火する点火栓を使い分けるための燃料噴射弁からの燃料噴射流量の閾値である。 Therefore, by using different spark plugs that ignite the air-fuel mixture according to the fuel injection flow rate from the fuel injection valve, more efficient stratified combustion becomes possible. Therefore, the predetermined reference injection flow rate is a threshold value of the fuel injection flow rate from the fuel injection valve for properly using the spark plug that ignites the air-fuel mixture in order to perform more efficient stratified combustion.
更に、前記燃料噴射弁からの燃料噴射流量が、前記所定の基準噴射流量を超えるときは、前記燃料噴射弁からの燃料の噴射を二回に分けて行うことが有用である。燃料噴射流量が比較的多くなると、第一点火栓と第二点火栓との間にも、ある程度の濃度を有する混合気が存在する。このような場合、第一点火栓と第二点火栓によって点火を行っても、第一点火栓と第二点火栓との間の混合気が十分に燃焼しない虞があるため、成層燃焼を効率的
に行うのが困難となる。そこで、燃料噴射を二回にわけることで、先に噴射した燃料を第二点火栓の近傍に集約させるとともに、後に噴射した燃料を第一点火栓の近傍に集約させることが可能となる。その結果、噴射した燃料を、より確実に成層燃焼によって燃焼させることが可能となる。
Further, when the fuel injection flow rate from the fuel injection valve exceeds the predetermined reference injection flow rate, it is useful to perform the fuel injection from the fuel injection valve in two steps. When the fuel injection flow rate is relatively large, an air-fuel mixture having a certain concentration exists also between the first spark plug and the second spark plug. In such a case, even if ignition is performed with the first spark plug and the second spark plug, the air-fuel mixture between the first spark plug and the second spark plug may not be burned sufficiently, so stratified combustion Is difficult to perform efficiently. Therefore, by dividing the fuel injection into two times, the fuel injected earlier can be concentrated in the vicinity of the second spark plug, and the fuel injected later can be concentrated in the vicinity of the first spark plug. As a result, the injected fuel can be more reliably burned by stratified combustion.
筒内噴射式火花点火内燃機関において内燃機関の圧縮比を可及的に高く設定するとともに、燃料噴射弁からの燃料噴射流量のより広い変動に対しても成層燃焼が可能となる。 In the in-cylinder spark ignition internal combustion engine, the compression ratio of the internal combustion engine is set as high as possible, and stratified combustion is possible even with a wider variation in the fuel injection flow rate from the fuel injection valve.
ここで、本発明にかかる筒内噴射式火花点火内燃機関の実施の形態について図面に基づいて説明する。 Here, an embodiment of a direct injection spark ignition internal combustion engine according to the present invention will be described based on the drawings.
図1は、筒内噴射式火花点火内燃機関としての4サイクルガソリンエンジン(以下、単に「内燃機関」という)10の一のシリンダにおける縦断面図である。図2は、図1に示す内燃機関10の燃焼室9を、シリンダヘッド11側から見た上面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of one cylinder of a four-cycle gasoline engine (hereinafter simply referred to as “internal combustion engine”) 10 as an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine. FIG. 2 is a top view of the combustion chamber 9 of the
内燃機関10は、シリンダヘッド11とシリンダブロック12からなるシリンダ内を軸線方向に往復摺動するピストン8を備えている。また、シリンダヘッド11側には、吸気ポート4および排気ポート5が設けられており、燃焼室9と吸気ポート4および排気ポート5との連通は、吸気弁6および排気弁7の開弁動作によって行われる。また、吸気ポート4と燃焼室9との開口部は開口部4aと、排気ポート5と燃焼室9との開口部は開口部5aとして、図2中、点線で示されている。
The
また、吸気弁6の下方のシリンダヘッド11に燃料噴射弁1が設けられ、燃料噴射弁1は燃焼室9の中央方向に向かって、燃料を噴射する弁である。また、吸気側の開口部4aと、排気側の開口部5aとに挟まれる位置であって、燃焼室9の略中央には第一点火栓2が設けられている。更に、燃焼室9の中心を挟んで燃料噴射弁1に対向するシリンダヘッド11には第二点火栓3が設けられている。ここで、図1および図2に示すように、燃料噴射弁1、第一点火栓2および第二点火栓3は、概ね一直線上に位置している。また、排気側の開口部5aは、シリンダの軸線方向に対して垂直となる水平方向に設けられ、第二点火栓3が設けられているシリンダヘッド11の内壁は、シリンダの軸線方向に対して平行となる垂直方向に設けられている。
The
ここで、図1に示すように、ピストン8の頂部は、燃焼室9を形成するシリンダヘッド11の内壁面に沿った形状である丘状部8aが設けられている。図1は、ピストン8が上死点近傍の位置にあるときの図である。よって、ピストン8が上死点近傍の位置にあると、丘状部8aによって、シリンダヘッド11の内壁面とピストンの頂面との距離が短くなることで、燃焼室9の容積が小さくなり、以て内燃機関10の圧縮比が上昇する。
Here, as shown in FIG. 1, the top portion of the
更に、丘状部8において、第一点火栓2に対向する部位に第一点火栓2側に開口する第一キャビティ8bが設けられ、第二点火栓3に対向する部位に第二点火栓3側に開口する第一キャビティ8cが設けられている。尚、第一キャビティ8bおよび第二キャビティ8cは、丘状部8aにおいてそれぞれ独立したキャビティである。
Further, in the hill-shaped
このように構成される内燃機関10においては、ピストン8の丘状部8aによって内燃機関10の圧縮比を上げることが可能となるとともに、燃料噴射弁1から噴射された燃料によって形成される混合気を第一キャビティ8bまたは第二キャビティ8cに集約することで、第一点火栓2または第二点火栓3の近傍に成層混合気を形成することが可能となる
。そして、成層燃焼を行うことで、内燃機関10の燃費の改善を図ることが可能となる。また、第二点火栓3が設けられているシリンダヘッド11の内壁が垂直方向であることより、燃料噴射弁1の方向から流れてくる混合気に対して、より確実に点火することが可能となるとともに、排気側の開口部5aが、シリンダの軸線方向に対して垂直となる水平方向に設けられていることより、燃焼室9内で生成された燃焼ガス、特に第二点火栓3の点火により生成された燃焼ガスをより容易に燃焼室9外へ排出することが可能となる。
In the
尚、内燃機関10の機関回転速度や機関負荷等の運転領域によって、燃料噴射弁1から噴射される燃料の流量は変動し、それに伴い燃料の噴射に要する時間も変動する。そのため、燃焼室9において形成される混合気の状態が、内燃機関10の運転領域によって変動し、効率的な成層燃焼を行う条件が変動する。そこで、内燃機関10の運転領域に応じて、より効率的な成層燃焼を行うための成層燃焼制御について、図3および図4に基づいて説明する。尚、該成層燃焼制御は、図示しない電子制御ユニットであるECUが、実行する。
The flow rate of the fuel injected from the
図3は、該成層燃焼制御を実行するための制御フローチャートである。図4は、内燃機関10の運転領域を、成層燃焼に対応した4つの領域(R1、R2、R3、R4)に分類した図である。横軸は内燃機関10の機関回転速度を示し、図示しないクランクポジションセンサ等からの検出信号より算出される。また、縦軸は圧縮着火内燃機関10の機関負荷を示し、図示しないアクセル開度センサからの検出信号等より算出される。ここで、4つの領域R1、R2、R3、R4は、図4に表すように、内燃機関10の機関回転速度(V1、V2、V3、V4)および機関負荷(T1、T2、T3、T4)によって決定される。ここで、機関回転速度(V1、V2、V3、V4)の関係は、V1<V2<V3<V4となる。また、機関負荷(T1、T2、T3、T4)の関係は、T1<T2<T3<T4となる。図4に示す内燃機関10の運転領域を踏まえて、図3に示す成層燃焼制御の説明を以下に行う。
FIG. 3 is a control flowchart for executing the stratified combustion control. FIG. 4 is a diagram in which the operating region of the
先ず、S101では、内燃機関10において成層燃焼が可能か否か、が判断される。具体的には、クランクポジションセンサやアクセル開度センサの信号から内燃機関10の運転領域が、成層燃焼が不可能な運転領域であるR4以外の領域、即ち領域R1、R2、R3の何れかの領域に属しているか否かが判断される。内燃機関10の運転領域が領域R4に属しているときは、内燃機関10の機関負荷や機関回転速度が過大であるため、成層燃焼を行うことが困難となる。内燃機関10において成層燃焼が可能と判断されるとS102へ進み、内燃機関10において成層燃焼が可能ではないと判断されるとS108へ進む。
First, in S101, it is determined whether or not stratified combustion is possible in the
S102では、内燃機関10の機関負荷や機関回転速度から、燃料噴射弁1から噴射される燃料の噴射流量Qを算出する。機関負荷が増大し、または機関回転速度が増大すると、燃料噴射流量Qも増大する。S102の処理が終了すると、S103へ進む。
In S102, the injection flow rate Q of the fuel injected from the
S103では、S102で算出された燃料噴射流量Qが小噴射流量か否かが判断される。換言すると、内燃機関10の運転領域が、R1に属するか否かが判断される。燃料噴射流量Qが小噴射流量であると判断されるとS104へ進み、燃料噴射流量Qが小噴射流量ではないと判断されるとS105へ進む。
In S103, it is determined whether or not the fuel injection flow rate Q calculated in S102 is a small injection flow rate. In other words, it is determined whether or not the operating range of the
S104では、燃料噴射弁1から燃料を噴射し、該燃料によって形成される成層混合気に対して点火を行う。このとき、燃料は噴射流量が小さいため、燃料の噴射時期はピストン8が圧縮行程上死点に比較的近づいた時点である。そこで、燃料噴射弁1から噴射された燃料は吸気ポート4から燃焼室9へ流入してきた新気と混合するが、燃料噴射流量が小さいため、混合気は燃焼室9の中心近傍の位置までしか到達しない。従って、混合気は第
一キャビティ8bに集約され、ピストン8が上死点近傍に到達すると、第一点火栓2の周囲に成層混合気が形成される。そして、この場合は第一点火栓2によって、当該成層混合気に点火することで、成層燃焼がより確実に実行される。S104の処理が終了すると、本制御を終了する。
In S104, the fuel is injected from the
S105では、S102で算出された燃料噴射流量Qが中噴射流量か否かが判断される。換言すると、内燃機関10の運転領域が、R2に属するか否かが判断される。燃料噴射流量Qが中噴射流量であると判断されるとS106へ進み、燃料噴射流量Qが中噴射流量ではないと判断されると、燃料噴射流量Qが大噴射流量であること、即ち内燃機関10の運転領域が領域R3に属していることを意味し、S107へ進む。
In S105, it is determined whether or not the fuel injection flow rate Q calculated in S102 is a medium injection flow rate. In other words, it is determined whether or not the operating range of the
S106では、燃料噴射弁1から燃料を噴射し、該燃料によって形成される成層混合気に対して点火を行う。このとき、燃料は噴射流量が中程度であるため、上述の小程度である場合と比べ、燃料の噴射時期は、圧縮行程においてピストン8が圧縮行程上死点から比較的離れた時点である。そこで、燃料噴射弁1から噴射された燃料は吸気ポート4から燃焼室9へ流入してきた新気と混合するが、燃料噴射流量が中程度であるため、混合気は燃料噴射弁1と対向する位置にある第二点火栓3近傍にまで到達する。そして、従って、ピストン8が上死点近傍に到達すると、混合気は第一キャビティ8bおよび第二キャビティ8cに集約され、第一点火栓2の周囲と第二点火栓3の周囲に成層混合気が形成される。そして、この場合は第一点火栓2および第二点火栓3によって、当該成層混合気に点火することで、成層燃焼がより確実に実行される。S106の処理が終了すると、本制御を終了する。
In S106, fuel is injected from the
S107では、上述したように、S102で算出された燃料噴射流量Qが大噴射流量であるため、上述の中程度である場合と比べ、燃料の噴射時期はピストン8が圧縮行程上死点から更に離れた時点である。ここで、燃料噴射流量Qが大程度であることより、燃料噴射回数を2回に分割する。これによって、ピストン8が圧縮行程上死点に至ったときに、最初に噴射された燃料は燃焼室9内における噴射距離が長くなるため、主に第二点火栓3近傍にまで到達する。また、最後に噴射された燃料は燃焼室における噴射距離が短くなるため、主に燃焼室9の中心近傍にまでしか至らない。
In S107, as described above, since the fuel injection flow rate Q calculated in S102 is a large injection flow rate, the fuel injection timing is further increased from the top dead center of the compression stroke of the
従って、ピストン8が上死点近傍に到達した時点において、混合気は第一キャビティ8bおよび第二キャビティ8cに効率的に集約され、更に第一キャビティ8bと第二キャビティ8cとの間の空間に残る混合気、換言すると、点火栓の周囲に成層混合気として形成されない混合気の量を可及的に減じることが可能となる。そして、第一点火栓2および第二点火栓3によって、当該成層混合気に点火することで、成層燃焼がより確実に実行される。S107の処理が終了すると、本制御を終了する。
Therefore, when the
また、S108では、内燃機関10の運転領域がR4に属し成層燃焼が可能ではないため、均質燃焼を行う。均質燃焼では、吸気行程において燃料を燃焼室9内に噴射して、より均質な混合気を燃焼室9内に形成し、第一点火栓2および第二点火栓3によって点火をする。S108の処理が終了すると、本制御を終了する。
In S108, since the operation region of the
本制御によると、ピストン8に丘状部8aを設けることで内燃機関10の圧縮比を可及的に高く設定するとともに、第一キャビティ8bおよび第二キャビティ8cによって、燃料噴射弁1からの燃料噴射流量が小噴射流量から大噴射流量まで変動した場合でも、第一点火栓2または第二点火栓3の周囲に成層混合気を集約し、より確実に成層燃焼を実行することが可能となる。即ち、燃料噴射弁1からの燃料噴射流量の広い変動に対しても成層燃焼が可能となる。
According to the present control, the compression ratio of the
内燃機関の圧縮比を高めるとともに、燃料噴射弁からの燃料噴射流量の広い変動に対しても成層燃焼を可能とする筒内噴射式火花点火内燃機関の別の実施の形態について、図5および図6に基づいて説明する。図5は、内燃機関10の一のシリンダにおける縦断面図である。図6は、図5に示す内燃機関10の燃焼室9を、シリンダヘッド11側から見た上面図である。尚、図1および図2に示す内燃機関10と同一の構成要素については、同一の参照番号を付することでその説明を省略する。
FIG. 5 and FIG. 5 show another embodiment of the direct injection spark ignition internal combustion engine that increases the compression ratio of the internal combustion engine and enables stratified combustion even when the fuel injection flow rate from the fuel injection valve varies widely. 6 will be described. FIG. 5 is a longitudinal sectional view of one cylinder of the
本実施の形態における内燃機関10において、図1および図2に示す内燃機関10と異なる点は、第二点火栓3の個数と、ピストン8の頂部に設けられた丘状部8aの形状である。本実施の形態における内燃機関10においては、第二点火栓3は第二点火栓3aと3bの2つの点火栓によって構成されている。また、第一キャビティ8bおよび第二キャビティ8cに代えて、混合気形成溝8dが設けられている。混合気形成溝8dは、燃料噴射弁1と対向する丘状部8aの部位から第二点火栓3a、3bと対向する丘状部8aの部位に至るまでの溝であって、第一点火栓2側に開口している。また、混合気形成溝8dは、燃料噴射弁1から第二点火栓3a、3bの方向に向かうに従い、その横断面積が徐々に広くなっていく。従って、図6に示すように、燃料噴射弁1から第二点火栓3a、3bの方向に向かって、末広がりの形状となっている。混合気形成溝8dをこのような形状とすることで、成層燃焼を行うにあたり、燃料噴射弁1から噴射された燃料と新気とで形成される混合気の、混合気形成溝8dでの流れをより円滑とすることが可能となる。
The
このように構成される内燃機関10において、成層燃焼を行うために燃料噴射弁1から噴射された燃料は、吸気ポート4から燃焼室9内に流入した新気と混合した後、混合気形成溝8dの形状に沿って、第一点火栓2または第二点火栓3a、3bの位置まで到達する。従って、成層燃焼のための混合気が、燃焼室9内に広く拡散することなく、第一点火栓2または第二点火栓3a、3bの周囲に集約され、より効率的な成層燃焼が可能となる。
In the
ここで、本実施の形態に係る内燃機関10においても、図4に示した成層燃焼制御は実行可能である。即ち、内燃機関10の運転領域が、成層燃焼が可能な運転領域に属している場合であって、燃料噴射弁1からの燃料噴射流量が小程度であるときは、第一点火栓2によって成層混合気に点火し、燃料噴射弁1からの燃料噴射流量が中程度であるときは、第一点火栓2および第二点火栓3a、3bによって成層混合気に点火する。また、燃料噴射弁1からの燃料噴射流量が大程度であるときは、燃料噴射弁1からの燃料噴射回数を2回に分割して、第一点火栓2および第二点火栓3a、3bによって成層混合気に点火する。
Here, also in the
このようにすることで、内燃機関10の圧縮比を可及的に高く設定するとともに、燃料噴射弁1からの燃料噴射流量が小噴射流量から大噴射流量まで変動した場合でも、第一点火栓2または第二点火栓3a、3bの周囲に成層混合気を集約し、より確実に成層燃焼を実行することが可能となる。即ち、燃料噴射弁1からの燃料噴射流量の広い変動に対しても成層燃焼が可能となる。
In this way, the compression ratio of the
本実施の形態に示すように、第二点火栓3として第二点火栓3aおよび3bの2つの点火栓を設けることで末広がり状の形状を有する混合気形成溝8dに沿って流れる混合気に対して、より確実に点火を行うことが可能となる。尚、第二点火栓の数は、2つに限られず、一又は複数であってもよい。
As shown in the present embodiment, by providing two spark plugs of the second spark plugs 3a and 3b as the
1・・・・燃料噴射弁
2・・・・第一点火栓
3・・・・第二点火栓
3a・・・・第二点火栓
3b・・・・第二点火栓
4・・・・吸気ポート
4a・・・・開口部
5・・・・排気ポート
5a・・・・開口部
6・・・・吸気弁
7・・・・排気弁
8・・・・ピストン
8a・・・・丘状部
8b・・・・第一キャビティ
8c・・・・第二キャビティ
8d・・・・混合気形成溝
9・・・・燃焼室
10・・・・内燃機関
11・・・・シリンダヘッド
12・・・・シリンダブロック
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記燃焼室の略中央に設けられ、前記燃焼室内の混合気に点火する第一点火栓と、
前記シリンダヘッドの、前記燃料噴射弁に対向した部位に設けられ、前記燃焼室内の混合気に点火する第二点火栓と、を備える筒内噴射式火花点火内燃機関において、
ピストンの頂部に前記シリンダヘッドの内壁面の形状に対応した丘状部を設け、且つ、前記第一点火栓と対向する前記丘状部に第一キャビティと前記第二点火栓と対向する前記丘状部に第二キャビティとを設けることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。 A fuel injection valve that is provided on the intake valve side of the cylinder head and injects fuel toward the center of the combustion chamber;
A first spark plug that is provided substantially in the center of the combustion chamber and ignites an air-fuel mixture in the combustion chamber;
In a cylinder injection spark ignition internal combustion engine comprising: a second spark plug provided in a portion of the cylinder head facing the fuel injection valve and igniting an air-fuel mixture in the combustion chamber;
A hill-shaped portion corresponding to the shape of the inner wall surface of the cylinder head is provided at the top of the piston, and the hill-shaped portion facing the first spark plug is opposed to the first cavity and the second spark plug. A cylinder injection type spark ignition internal combustion engine characterized in that a second cavity is provided in a hill-shaped portion.
前記燃焼室の略中央に設けられ、前記燃焼室内の混合気に点火する第一点火栓と、
前記シリンダヘッドの、前記燃料噴射弁に対向した部位に設けられ、前記燃焼室内の混合気に点火する第二点火栓と、を備える筒内噴射式火花点火内燃機関において、
ピストンの頂部に前記シリンダヘッドの内壁面の形状に対応した丘状部を設け、且つ、前記燃料噴射弁と対向する前記丘状部の部位から前記第二点火栓に対向する前記丘状部の部位まで連通し、前記第一点火栓側に開口する混合気形成溝を設けることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。 A fuel injection valve that is provided on the intake valve side of the cylinder head and injects fuel toward the center of the combustion chamber;
A first spark plug that is provided substantially in the center of the combustion chamber and ignites an air-fuel mixture in the combustion chamber;
In a cylinder injection spark ignition internal combustion engine comprising: a second spark plug provided in a portion of the cylinder head facing the fuel injection valve and igniting an air-fuel mixture in the combustion chamber;
A hill-shaped portion corresponding to the shape of the inner wall surface of the cylinder head is provided at the top of the piston, and the hill-shaped portion facing the second spark plug from the hill-shaped portion facing the fuel injection valve. An in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine characterized in that an air-fuel mixture forming groove is provided which communicates with a portion and opens on the first spark plug side.
前記第二点火栓は、前記シリンダヘッドの、排気弁の下方の部位に設けられることを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。 The fuel injection valve is provided in a portion of the cylinder head below the intake valve,
The in-cylinder spark-ignition internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the second spark plug is provided in a portion of the cylinder head below the exhaust valve.
前記第二点火栓が設けられた前記シリンダヘッドの内壁面は、前記開口部に対して垂直方向に設けられることを特徴とする請求項4に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。 Openings between the combustion chamber and the exhaust port are provided in a horizontal direction,
The in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to claim 4, wherein an inner wall surface of the cylinder head provided with the second ignition plug is provided in a direction perpendicular to the opening.
前記燃料噴射弁からの燃料噴射流量が前記所定の基準噴射流量を超えるときは、更に前記第二点火栓によっても前記燃焼室内に形成される混合気に点火することを特徴とする請求項1から請求項6の何れかに記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。 When the fuel injection flow rate from the fuel injection valve is equal to or less than a predetermined reference injection flow rate, the first spark plug ignites the air-fuel mixture formed in the combustion chamber,
2. The air-fuel mixture formed in the combustion chamber is also ignited by the second spark plug when the fuel injection flow rate from the fuel injection valve exceeds the predetermined reference injection flow rate. The in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to claim 6.
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CN102086818A (en) * | 2009-12-02 | 2011-06-08 | 现代自动车株式会社 | Gasoline direct injection engine |
-
2003
- 2003-09-12 JP JP2003321066A patent/JP2005090244A/en not_active Withdrawn
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US8251040B2 (en) | 2009-12-02 | 2012-08-28 | Hyundai Motor Company | Gasoline direct injection engine |
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