JP2005171814A - Direct cylinder injection internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、筒内直接噴射式内燃機関に関する。 The present invention relates to a direct injection type internal combustion engine.
ガソリン直噴式内燃機関の一例として、特許文献1に記載されているものがある。これは、シリンダヘッド中心からシリンダ軸と平行に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、この燃料噴射弁に隣接した位置に点火プラグを配設したものである。そして、燃料噴射弁は、部分負荷時に圧縮行程後期にて燃料を噴射することで、高効率な燃焼を実現するものである。
An example of a gasoline direct injection internal combustion engine is described in
このような内燃機関においては、ピストン冠面の中心位置にボウル状にキャビティを形成して、このキャビティの中心位置に概ね円錐形状の隆起部を形成する。そして、燃料噴射弁からの燃料噴霧を、キャビティ周囲壁に鋭角で衝突させてボウル内を循環させることで点火プラグの点火位置に混合気を形成することが知られている。
しかしながら、ボウル内循環による混合気形成だけでは、ボウルの大きさで燃費の良い負荷が決定してしまうため、ボウルの大きさにより燃費の悪い負荷ができてしまう。
本発明は、このような問題に着目してなされたもので、圧縮行程噴射時に、混合気の成層度を保ちながら、点火プラグの点火位置に混合気を安定して形成することを目的とする。
However, since the load with good fuel consumption is determined by the size of the bowl only by the air-fuel mixture formation by circulation in the bowl, the load with poor fuel consumption can be made depending on the size of the bowl.
The present invention has been made paying attention to such problems, and an object thereof is to stably form an air-fuel mixture at an ignition position of a spark plug while maintaining the stratification degree of the air-fuel mixture during compression stroke injection. .
そのため本発明では、筒内にスワール流を形成する筒内直接噴射式内燃機関において、ピストン冠面に円筒形状の第1キャビティと、この第1キャビティ内の第2キャビティとを形成し、第2キャビティの中心を、第1キャビティの中心とずらして形成した。 Therefore, in the present invention, in a direct injection type internal combustion engine that forms a swirl flow in a cylinder, a cylindrical first cavity and a second cavity in the first cavity are formed on the piston crown surface, The center of the cavity was shifted from the center of the first cavity.
本発明によれば、第1キャビティの中心と第2キャビティの中心とをずらすことにより、キャビティ内に生成されるスワール流動の中心位置がずれ、これによって燃料噴霧の上昇流が生まれるとともに、点火プラグの点火位置に混合気を安定して形成することができ、安定かつ高効率な運転を実現できるという効果がある。 According to the present invention, by shifting the center of the first cavity and the center of the second cavity, the center position of the swirl flow generated in the cavity is shifted, thereby generating an upward flow of the fuel spray and the spark plug. Thus, the air-fuel mixture can be stably formed at the ignition position, and stable and highly efficient operation can be realized.
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る内燃機関1の構成を示す断面図である。
内燃機関1の燃焼室2は、シリンダヘッド3、シリンダブロック4及びピストン5によって形成される。
燃焼室2には、シリンダヘッド3に形成された吸気ポート10と排気ポート11とがそれぞれ連通している。そして、吸気ポート10からの吸気または排気ポート11からの排気を行うため、吸気バルブ12と排気バルブ13とがそれぞれ配設されている。吸気バルブ12と排気バルブ13とは、それぞれ吸気バルブ用カムと排気バルブ用カム(図示せず)とによって開閉駆動される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an
A
An
燃焼室2上部の略中心には、燃料噴射弁14がシリンダ軸方向の下向きに配設されている。燃料噴射弁14の近傍(燃焼室2上部の略中心)の排気側には、点火プラグ15が斜めに配設され、点火ギャップが燃焼室中心位置(シリンダ中心軸線上)に配置している。
ピストン5の冠面5aには、キャビティ6が形成されている。このキャビティ6は、ピストン冠面5aに形成される第1キャビティ7と、このキャビティ7の底面に形成される第2キャビティ8との2つから成る。第1キャビティ7及び第2キャビティ8は、第1キャビティ7の中心Aと、第2キャビティ8の中心Bとが、ピストンの径方向(図の左右方向)でずれた位置になるよう形成されている。
A
A cavity 6 is formed in the
第1キャビティ7は、シリンダ軸方向に略円筒形状に所定の深さで形成されている。このキャビティ7の外周の側壁は、ピストン冠面5aからシリンダ軸下方に向かって拡径している。なお、第1キャビティ7の中心Aは、シリンダ軸と平行で且つ点火プラグ15の点火位置を通る直線の近傍にある。
第2キャビティ8は、第1キャビティ7内に形成され、シリンダ軸方向に円筒形状に所定の深さで形成されている。第2キャビティ8の外周(側壁)8aは、ピストン5の軸中心側にて、第1キャビティ7の中心Aが第2キャビティ8のやや内側に位置するように形成されている。第2キャビティ8の底面8bは、燃料噴射弁14に対向して形成され、燃料噴射弁14の軸心と垂直に形成されている。第2キャビティ8の中心Bは、燃料噴射弁14の軸心の延長線近傍にある。
The
The
なお、この内燃機関1は、エンジンコントロールユニット(図示せず)からの信号に基づいて、燃料噴射弁14の燃料噴射時期(燃料噴射量)や点火プラグ15の点火時期などの制御が行われる。
また、本内燃機関1では、燃焼形態として主に、圧縮行程中に燃料噴射を行うことで希薄な空燃比で運転を実現し燃費を向上させる成層運転モードと、吸気行程中に燃料噴射を行い理論空燃比で運転する均質運転モードとが設けられている。これらの運転モードは、運転状態(回転数、負荷)から予め定めておいた運転領域マップ等を参照して、現在の運転状態に応じて適切に選択される。
The
Further, in the
以下、成層運転モードについて説明する。
吸気ポート10の上流の吸気通路16には、スワールコントロールバルブ17が配設されている。スワールコントロールバルブ17は、1気筒に2つの吸気バルブ12を有し且つ吸気バルブ12毎に独立した吸気ポート10を有する場合、一方の吸気ポート10を開閉可能となっている。このバルブ17により、筒内(燃焼室2内)にスワール流動を発生・強化させる。これがスワール流動を強化する手段となる。なお、スワール流動強化手段は、各気筒に2つの吸気バルブ12を有する場合、各吸気バルブの開時期をずらすことで燃焼室2内のスワール流動を強化するようにしてもよい。また、吸気ポート10をヘリカルポートにすることで燃焼室2内のスワール流動を強化するようにしてもよい。
Hereinafter, the stratified operation mode will be described.
A
燃焼室2内にスワール流動を発生させると、図2に示すように、ピストン5の第1キャビティ7内を旋回する第1スワール流動S1と、第2キャビティ8内を旋回する第2スワール流動S2とがそれぞれ形成される。
スワール流動場では、旋回中心付近の圧力が低くなり、外周側ほど圧力が高くなる。このため、2つのスワール流動を上下に重ね、その旋回中心をずらすと、部分的に上昇流や下降流が発生する。本実施形態では、第1スワール流動S1の旋回中心(第1キャビティ7の中心A)付近に第2スワール流動S2の外周部(第2キャビティ8の側壁8a)を配置しているので、第1キャビティ7の中心A付近に上昇流Uが生じる。
When a swirl flow is generated in the
In the swirl flow field, the pressure in the vicinity of the turning center decreases, and the pressure increases toward the outer peripheral side. For this reason, if two swirl flows are piled up and down and the center of rotation is shifted, an upward flow and a downward flow are partially generated. In the present embodiment, since the outer peripheral portion (
予め定められた成層燃焼運転領域で運転する際は、スワールコントロールバルブ17により第1スワール流動S1及び第2スワール流動S2を強化し、圧縮行程の後半に燃料噴射弁14から第2キャビティ8へ向けて燃料を噴射する。第2キャビティ8に到達した燃料は第2スワール流動S2により良好に空気と混合される。この混合気を上昇流Uに乗せて上昇させることにより、点火プラグ15の点火位置に確実に混合気を到達させることができる。
When operating in a predetermined stratified combustion operation region, the first swirl flow S1 and the second swirl flow S2 are strengthened by the
そして、点火プラグ15は、輸送された燃料(混合気)に着火することで燃焼を行う。燃焼後の排気は、排気バルブ13を介して燃焼室2から排気ポート11へ排出される。
本実施形態によれば、燃焼室2上部から直接燃料を噴射する燃料噴射弁14と、燃焼室2上部の略中心に配設される点火プラグ15と、筒内のスワール流動S1,S2を強化する手段(例えば、スワールコントロールバルブ17)とを具備し、ピストン冠面5aに円筒形状の第1キャビティ7を持ち、この第1キャビティ7内に第2キャビティ8を具備すると共に、第2キャビティ8の中心Bを、第1キャビティ7の中心Aとずらすよう前記第1キャビティ7及び前記第2キャビティ8を形成する。このため、第1キャビティ7内と第2キャビティ8内とにそれぞれ生成されるスワール流動S1,S2の中心位置がずれ、この効果によって上昇流Uが生まれるとともに、燃料噴射弁14から噴射された燃料を点火プラグ15に安定供給することが可能となる。
The
According to the present embodiment, the
また本実施形態によれば、ピストン5の軸中心側にて第2キャビティ8の外周(壁面8a)が第1キャビティ7の略中心Aに位置するように形成する。このため、第2キャビティ8内のスワール流動S2が非常に強い場のピストン5からシリンダヘッド3方向に第1キャビティ7内のスワール流動S1が非常に弱い場が存在し得る。この効果により、第2キャビティ8から第1キャビティ7に向けた強い上昇流Uが生成され、供給燃料を点火プラグに安定供給することが可能となる。
Further, according to the present embodiment, the outer periphery (
また本実施形態によれば、第1キャビティ7の中心Aは、シリンダ軸と平行で且つ点火プラグ15の点火位置の下方にある。このため、上昇流Uによって輸送された燃料に安定に着火することが可能となる。
また本実施形態によれば、第2キャビティ8は、燃料噴射弁14の軸心の延長線上にある。このため、燃料を第2キャビティ8内に安定して供給することが可能となり、生成された上昇流Uによって供給燃料を点火プラグ15へ輸送することが可能となる。この効果によって、輸送された燃料に安定に着火することが可能となる。
According to the present embodiment, the center A of the
According to the present embodiment, the
また本実施形態によれば、第2キャビティ8の中心Bは、燃料噴射弁14の軸心の延長線上にある。このため、更に安定した状態で、第2キャビティ8内に燃料を供給することができる。
また本実施形態によれば、燃料噴射弁14を、燃焼室2上部の略中央に配設する。このため、強い成層度を保ちながらキャビティ7,8内に燃料を配することが可能となる。この効果によって、安定燃焼が得られるばかりではなく、排気性能の良い燃焼が可能となる。
Further, according to the present embodiment, the center B of the
Further, according to the present embodiment, the
また本実施形態によれば、予め定められた運転領域(回転数及び負荷に基づく運転領域)において、圧縮行程時に燃料を噴射する成層燃焼での運転を行い、この運転時にスワール流動強化手段(例えばスワールコントロールバルブ17)がスワール流動S1,S2を強化する。このため、成層度を保ちながら、かつ均一な燃料をキャビティ7,8内に生成することが可能となるばかりではなく、第2キャビティ8から第1キャビティ7に向かう上昇流Uを強くすることが可能となる。この効果によって、安定燃焼が得られるばかりではなく、排気性能の良い燃焼が可能となる。
Further, according to the present embodiment, in a predetermined operation region (operation region based on the rotation speed and load), operation is performed with stratified combustion in which fuel is injected during the compression stroke, and swirl flow enhancement means (for example, The swirl control valve 17) strengthens the swirl flow S1, S2. Therefore, it is possible not only to generate a uniform fuel in the
また本実施形態によれば、予め定められた成層燃焼運転領域において、燃料噴射弁14が第2キャビティ8内に燃料を噴射し、スワール流動強化手段17がスワール流動を強化する。このため、更に排気性能の良い安定した燃焼が可能となる。
また本実施形態によれば、予め定められた成層燃焼運転領域において、燃料噴射弁14は、複数回の燃料噴射を1行程中に行い、最後に噴射される燃料を第2キャビティ8内に噴射し、スワール流動強化手段17がスワール流動S1,S2を強化する。このため、総供給燃料が多くなる条件においても第2キャビティ8からの上昇流Uによって安定して点火プラグ15へ燃料を供給することが可能となる。この効果によって、安定燃焼が得られるばかりではなく、排気性能の良い燃焼が可能となる。
Further, according to the present embodiment, in a predetermined stratified combustion operation region, the
Further, according to the present embodiment, in a predetermined stratified combustion operation region, the
次に、第2の実施形態について図4を用いて説明する。
図4は、第2キャビティ8に対する燃料噴射弁14の位置関係を示す図であり、(イ)は断面図、(ロ)は平面図である。
(イ)に示すように、燃料噴射弁14は、この軸心がシリンダ軸線と所定角度αを持った状態で配設されている。(ロ)に示すように、平面視で燃料噴射弁14から噴射された燃料噴霧の中心線上に、第2キャビティ8の中心Bがある。このため、燃料噴射弁14からの燃料は、安定して第2キャビティ8に向けて噴射される。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
4A and 4B are views showing the positional relationship of the
As shown in (a), the
なお前述と同じく、燃料噴射弁14からの燃料は圧縮行程中に噴射され、第1キャビティ7と第2キャビティ8とにそれぞれ形成されたスワール流動S1,S2により、燃料を点火プラグ15に輸送する。
次に、第3の実施形態について図5を用いて説明する。
図5は、燃料噴射弁14からの燃料を複数回に分けて噴射した状態を示す図である。
As described above, the fuel from the
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a view showing a state in which the fuel from the
第2キャビティ8の容積は、第1キャビティ7の容積と比較し、小さいものとなっている。よって、成層燃焼領域の要求負荷に応じて、燃料噴射量が多くなる高負荷側の条件では複数回に分けて燃料を供給することが望ましい。
本実施形態では、一回目の燃料を第1キャビティ7に向け噴射し、二回目の燃料を第2キャビティ8に噴射したものである。前述のスワール流動S1,S2の効果により、第2キャビティ8に噴射された燃料が点火プラグ15に輸送される。
The volume of the
In the present embodiment, the first fuel is injected into the
次に、第4の実施形態について図6を用いて説明する。
図6は、スパイラル角を配した多噴孔式の燃料噴射弁18を用いて燃料噴射を行った状態を示す図であり、(イ)は断面図、(ロ)は平面図である。
この燃料噴射弁18を用いると、噴射弁18にスパイラル角が付加されているため、第2キャビティ8において、より強いスワール流動S2が生成される。これにより点火プラグ15の点火位置に安定して燃料を輸送する。
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
6A and 6B are views showing a state in which fuel injection is performed using a multi-hole type
When this
なお、燃料噴射弁18は、4つ噴孔が形成された噴射弁であるが、噴孔数は幾つであっても同じ効果を得ることができる。
次に、第5の実施形態について図7を用いて説明する。
図7は、ノズル19a内に形成されるスワール流動S3によって中空噴霧を実現する噴射弁19を用いて燃料噴射を行った状態を示す図である。
The
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a view showing a state in which fuel injection is performed using the
ノズル19a内のスワール流動S3をキャビティ7,8内のスワール流動S1,S2と同回転方向とすることにより、より強いスワール流動が生成される。これにより点火プラグ15の点火位置に安定して燃料を輸送する。
図8は、第1の実施形態に対し2つのキャビティの配置を変更した第5の実施形態を示す図であり、この実施形態では、第1キャビティ7の中心Aがシリンダ軸と平行で且つ点火プラグ15の点火位置を通る直線上に位置し、第2キャビティ8の中心Bが燃料噴射弁14の軸心の延長線上に位置し、第2キャビティ8の側壁8aの真上に第1キャビティ7の中心Aが位置している。
By setting the swirl flow S3 in the
FIG. 8 is a diagram showing a fifth embodiment in which the arrangement of two cavities is changed with respect to the first embodiment. In this embodiment, the center A of the
1 内燃機関
2 燃焼室
3 シリンダヘッド
4 シリンダブロック
5 ピストン
6 キャビティ
7 第1キャビティ
8 第2キャビティ
10 吸気ポート
11 排気ポート
12 吸気バルブ
13 排気バルブ
14,18,19 燃料噴射弁
15 点火プラグ
DESCRIPTION OF
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003410520A JP2005171814A (en) | 2003-12-09 | 2003-12-09 | Direct cylinder injection internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003410520A JP2005171814A (en) | 2003-12-09 | 2003-12-09 | Direct cylinder injection internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005171814A true JP2005171814A (en) | 2005-06-30 |
Family
ID=34731592
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003410520A Pending JP2005171814A (en) | 2003-12-09 | 2003-12-09 | Direct cylinder injection internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005171814A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018044511A (en) * | 2016-09-16 | 2018-03-22 | 株式会社Subaru | Piston of internal combustion engine |
-
2003
- 2003-12-09 JP JP2003410520A patent/JP2005171814A/en active Pending
Cited By (3)
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JP2018044511A (en) * | 2016-09-16 | 2018-03-22 | 株式会社Subaru | Piston of internal combustion engine |
CN107829817A (en) * | 2016-09-16 | 2018-03-23 | 株式会社斯巴鲁 | The piston of internal combustion engine |
US10385802B2 (en) | 2016-09-16 | 2019-08-20 | Subaru Corporation | Piston of internal combustion engine |
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