JP2006046124A - Cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine - Google Patents
Cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006046124A JP2006046124A JP2004226236A JP2004226236A JP2006046124A JP 2006046124 A JP2006046124 A JP 2006046124A JP 2004226236 A JP2004226236 A JP 2004226236A JP 2004226236 A JP2004226236 A JP 2004226236A JP 2006046124 A JP2006046124 A JP 2006046124A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dead center
- piston
- fuel
- top dead
- injection
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Abstract
Description
この発明は、筒内に燃料を直接に噴射する筒内直接噴射式火花点火内燃機関に関し、特に、その噴射時期および点火時期の制御に関する。 The present invention relates to an in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine that directly injects fuel into a cylinder, and more particularly to control of the injection timing and ignition timing.
特許文献1には、排気浄化用の触媒コンバータが活性温度よりも低い未暖機状態にあるときに、圧縮行程中に燃料噴射を行い、かつ、点火時期を圧縮上死点よりも遅角させる技術が開示されている。
また特許文献2には、圧縮行程中に燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が、ピストン頂部で反射して点火プラグの電極部に集中するように、ピストン頂部の形状を構成した筒内直接噴射式火花点火内燃機関が開示されている。
内燃機関冷機時の触媒の早期活性化を図るべく排気ガス温度を昇温させるとともにHCを低減するためには、点火時期をなるべく大きく遅角させることが望ましいが、点火時期を大幅に遅角すると、燃焼安定度が悪化するため、燃焼安定度の観点から定まるある限界よりも遅角することはできない。上記従来の技術では、特に冷機時のような条件下において、安定した燃焼の確保が難しく、燃焼安定度から定まる点火時期の遅角限界が比較的進み側にあり、十分な点火時期の遅角を実現することができない。 In order to raise the exhaust gas temperature and reduce HC in order to achieve early activation of the catalyst when the internal combustion engine is cold, it is desirable to retard the ignition timing as much as possible, but if the ignition timing is significantly retarded Since the combustion stability deteriorates, it cannot be retarded from a certain limit determined from the viewpoint of combustion stability. In the above-described conventional technology, it is difficult to ensure stable combustion, particularly under conditions such as cold, the ignition timing delay limit determined from the combustion stability is relatively advanced, and the ignition timing is sufficiently retarded. Cannot be realized.
また、特許文献2では、所定の噴射時期に点火プラグ電極部が焦点となる楕円形に沿ってピストン頂部に凹部を形成しているが、噴射時期となる圧縮行程の途中ではピストンの移動速度が高く、従って、実際には、点火プラグ電極部が焦点となる位置関係が保たれるのは、噴射期間の中の一部に過ぎない。そのため、噴射期間の大小等によって燃焼安定度が比較的大きく変化しやすい。
Further, in
この発明は、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えるとともに、点火プラグを備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関において、所定の運転状態のとき、例えば冷機時のような排気ガス温度の昇温が必要な場合などに、燃料噴射を、噴射開始時期が圧縮上死点前で噴射終了時期が圧縮上死点後となるように圧縮上死点を跨ぐ期間に行い、かつ、上記噴射開始時期から遅れた圧縮上死点後に点火を行うことを特徴としている。そして、さらに、ピストンが圧縮上死点位置にあるときに上記燃料噴射弁からピストン頂部へ向けて噴射された燃料噴霧が点火プラグの電極部に向かうように、ピストン頂部の形状が構成されている。 The present invention relates to an in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine that includes a fuel injection valve that directly injects fuel into a cylinder and that includes an ignition plug. When the gas temperature needs to be raised, fuel injection is performed in a period across the compression top dead center so that the injection start time is before the compression top dead center and the injection end time is after the compression top dead center, and The ignition is performed after the compression top dead center delayed from the injection start timing. Further, the shape of the piston top is configured such that when the piston is at the compression top dead center position, the fuel spray injected from the fuel injection valve toward the piston top is directed to the electrode portion of the ignition plug. .
本発明の一つの態様では、上記燃料噴射弁が燃焼室の側部に配置され、ピストン頂部へ向かって斜め下方へ燃料を噴射するように構成されているとともに、燃焼室の略中央部に点火プラグを備えており、ピストンが圧縮上死点位置にあるときに、上記燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧がピストン頂部で反射して点火プラグの電極部へ向かうように構成されている。 In one aspect of the present invention, the fuel injection valve is disposed on the side of the combustion chamber, and is configured to inject fuel obliquely downward toward the top of the piston, and ignites substantially the center of the combustion chamber. A plug is provided, and when the piston is at the compression top dead center position, the fuel spray injected from the fuel injection valve is reflected at the top of the piston and directed toward the electrode portion of the spark plug.
例えば、上記ピストン頂部に、緩く湾曲した底面を有する凹部が設けられており、この凹部の底面に燃料噴霧が衝突して点火プラグへ向けて反射するように構成されている。つまり、噴霧の噴射方向となる噴霧中心線を凹部の底面で幾何学的に反射させたときに、点火プラグ電極部を指向するようになっており、圧縮上死点を跨ぐ期間に噴射された燃料の多くが点火プラグ側へ反射することになる。 For example, a concave portion having a gently curved bottom surface is provided at the top of the piston, and the fuel spray collides with the bottom surface of the concave portion and is reflected toward the spark plug. In other words, when the spray center line, which is the spray direction of spray, is geometrically reflected by the bottom surface of the recess, it is directed to the spark plug electrode portion, and is sprayed during the period across the compression top dead center. Most of the fuel is reflected to the spark plug side.
あるいは、上記ピストン頂部に、ピストンが圧縮上死点位置にあるときに燃料噴射弁の噴孔部と点火プラグの電極部とをそれぞれ焦点とする楕円形に沿った凹部が形成されている。従って、一方の焦点である燃料噴射弁の噴孔部から円錐状に拡がる燃料噴霧は、凹部の壁面で反射して、他方の焦点である点火プラグ電極部に集中する。なお、凹部の一つの断面、例えば燃料噴射弁噴孔部と点火プラグ電極部とを含むシリンダ軸線に沿った平面における断面が楕円形であれば良く、その平面上において、焦点である点火プラグ電極部に燃料が集中することになるが、さらに立体的に見て、全ての燃料噴霧が点火プラグ電極部へ集中するように、楕円を回転させた楕円体に沿った形状に凹部を形成しても良い。 Or the recessed part along the ellipse which each forms the nozzle hole part of a fuel injection valve and the electrode part of a spark plug when the piston exists in a compression top dead center position is formed in the said piston top part. Accordingly, the fuel spray that expands in a conical shape from the injection hole portion of the fuel injection valve that is one focus is reflected by the wall surface of the recess and is concentrated on the spark plug electrode portion that is the other focus. It should be noted that one cross section of the concave portion, for example, a cross section in a plane along the cylinder axis including the fuel injection nozzle hole portion and the spark plug electrode portion may be elliptical, and the spark plug electrode which is a focal point on the plane The fuel is concentrated in the area, but in a three-dimensional view, the recess is formed in a shape along the ellipsoid that rotates the ellipse so that all fuel spray concentrates on the spark plug electrode. Also good.
また、本発明の一つの態様では、上記燃料噴射弁が燃焼室の側部に配置され、ピストン頂部へ向かって斜め下方へ燃料を噴射するように構成されているとともに、燃焼室の略中央部に点火プラグを備えており、ピストンが圧縮上死点位置にあるときに上記燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧がピストン頂部の湾曲面に沿って進み、点火プラグの電極部へ案内されるように構成されている。つまり、この場合は、燃料噴霧がピストン頂部の面に衝突して反射するのではなく、湾曲面に沿いつつ進行して、点火プラグ電極部へ向かう。 Moreover, in one aspect of the present invention, the fuel injection valve is disposed at a side portion of the combustion chamber, and is configured to inject fuel obliquely downward toward the top of the piston. Is provided with a spark plug so that when the piston is at the compression top dead center position, the fuel spray injected from the fuel injection valve travels along the curved surface of the top of the piston and is guided to the electrode portion of the spark plug. It is configured. That is, in this case, the fuel spray does not collide with the surface of the piston top portion and is reflected, but proceeds along the curved surface and travels toward the spark plug electrode portion.
図1は、本発明の燃料噴射期間および点火時期を筒内圧変化とともに例示したものであり、噴射開始時期ITSが圧縮上死点(TDC)前、噴射終了時期ITEが圧縮上死点(TDC)後となる。その間の噴射期間Tの長さは、噴射量に相当する。点火時期ADVは、圧縮上死点(TDC)後であり、噴射開始時期ITSから所定クランク角(例えば15°CA〜20°CA)遅れた時期となる。この遅れ期間Dは、一般に、燃料噴射弁から点火プラグまでの距離に相関する。 FIG. 1 exemplifies the fuel injection period and ignition timing of the present invention together with the in-cylinder pressure change. The injection start timing ITS is before compression top dead center (TDC), and the injection end timing ITE is compression top dead center (TDC). Later. The length of the injection period T during that time corresponds to the injection amount. The ignition timing ADV is after compression top dead center (TDC), and is a timing delayed by a predetermined crank angle (for example, 15 ° CA to 20 ° CA) from the injection start timing ITS. This delay period D generally correlates with the distance from the fuel injection valve to the spark plug.
なお、圧縮上死点(TDC)を中心として前半の圧縮上死点前の期間と後半の圧縮上死点後の期間とがほぼ等しくなるように、噴射開始時期ITSおよび噴射終了時期ITEを制御するようにしてもよい。 The injection start timing ITS and the injection end timing ITE are controlled so that the period before the compression top dead center in the first half and the period after the compression top dead center in the second half are substantially equal with the compression top dead center (TDC) as the center. You may make it do.
図2は、内燃機関の1サイクル中のピストンストロークによるピストン位置変化量と燃焼室の体積変化量とを示したものである。図示するように、単位クランク角当たりの変化量は、ストロークの中間位置付近で最も大きく、下死点(BDC)付近ならびに上死点(TDC)付近では、非常に小さい。従って、本発明で燃料噴射を行う圧縮上死点付近は、ピストン位置変化や体積変化が非常に小さく、ピストンの動き等に影響されない安定した場が形成され得る。 FIG. 2 shows the piston position change amount and the combustion chamber volume change amount due to the piston stroke in one cycle of the internal combustion engine. As shown in the figure, the amount of change per unit crank angle is the largest near the middle position of the stroke, and is very small near the bottom dead center (BDC) and near the top dead center (TDC). Therefore, in the vicinity of the compression top dead center where the fuel injection is performed in the present invention, the piston position change and volume change are very small, and a stable field that is not affected by the piston movement or the like can be formed.
また、筒内には、吸気行程において、スワール流やタンブル流といった比較的大きな流れのガス流動が発生し、圧縮行程においても残存しているが、このようなスワール流やタンブル流といった大きな流れは、ピストンが圧縮上死点付近に達して燃焼室が狭小なものとなると、急激に崩壊する。図3は、種々の機関回転数の下での燃焼室内の大きな流れの流速変化を示したものであり、図示するように、回転数に応じた強さのスワール流ないしタンブル流が発生するが、圧縮上死点(360°CA)に達する前に、急激に崩壊する。従って、本発明において圧縮上死点付近で噴射された燃料噴霧は、スワール流やタンブル流のような大きな流れにより動かされることがなく、点火プラグに対し、常に安定した形で噴霧を形成することが可能である。 In the cylinder, a relatively large gas flow such as a swirl flow or a tumble flow is generated in the intake stroke and remains in the compression stroke. However, a large flow such as a swirl flow or a tumble flow is When the piston reaches near the compression top dead center and the combustion chamber becomes narrow, it collapses rapidly. FIG. 3 shows a change in flow velocity of a large flow in the combustion chamber under various engine speeds. As shown in the figure, a swirl flow or a tumble flow having a strength corresponding to the rotation speed is generated. Collapses rapidly before reaching compression top dead center (360 ° CA). Therefore, in the present invention, the fuel spray injected near the compression top dead center is not moved by a large flow such as a swirl flow or a tumble flow, and always forms a spray in a stable manner on the spark plug. Is possible.
一方、上記のスワール流やタンブル流といった比較的大きな流れのエネルギは、その流れの崩壊に伴って、微小な乱れへと遷移する。従って、燃焼室内の微小な乱れは、圧縮上死点の直前に、急激に増大する。図4は、図3に示した流れの崩壊に伴って生じる微小な乱れの強さを、流速に換算していわゆる乱れ流速として示したものであり、図示するように、圧縮上死点直前に、乱れが大きく増加する。このような微小な乱れは、燃焼場の活性化に寄与し、燃焼改善作用が得られる。 On the other hand, the energy of a relatively large flow such as the swirl flow or the tumble flow described above transitions to minute turbulence as the flow collapses. Therefore, the minute disturbance in the combustion chamber increases rapidly just before the compression top dead center. FIG. 4 shows the intensity of the minute turbulence caused by the collapse of the flow shown in FIG. 3 as a so-called turbulent flow rate converted to a flow velocity, and as shown in the figure, immediately before the compression top dead center. , Disturbances increase greatly. Such minute disturbances contribute to the activation of the combustion field, and a combustion improving action is obtained.
さらに、本発明では、ピストンが圧縮上死点位置にあるときに燃料噴射弁からピストン頂部へ向けて噴射された燃料噴霧が点火プラグの電極部に向かうように、ピストン頂部の形状が構成されているのであるが、上記のように、燃料が噴射される圧縮上死点付近では、単位クランク角当たりのピストン位置変化量が非常に小さく、燃料噴射弁と点火プラグとピストン頂部との幾何学的な位置関係の変化が緩慢となる。特に、圧縮行程で上昇していったピストンが上死点で反転して下降することから、圧縮上死点を跨ぐ燃料噴射期間におけるピストン位置の変化の幅は、さらに小さくなる。従って、噴射された燃料のより多くの部分が、所期の幾何学的な位置関係に沿って点火プラグ電極部へ向かうこととなり、確実な混合気形成がなされる。そして、燃料噴射期間が増減しても、これに対するピストン位置の変化が小さいため、燃焼が不安定化することがない。 Furthermore, in the present invention, the shape of the piston top is configured so that the fuel spray injected from the fuel injection valve toward the piston top when the piston is at the compression top dead center position is directed to the electrode portion of the spark plug. However, as described above, the piston position change amount per unit crank angle is very small near the compression top dead center where the fuel is injected, and the geometrical relationship between the fuel injection valve, the spark plug, and the piston top part is small. Changes in the positional relationship are slow. In particular, since the piston that has risen in the compression stroke is reversed and lowered at the top dead center, the width of the change in the piston position in the fuel injection period across the compression top dead center is further reduced. Accordingly, a larger portion of the injected fuel is directed to the spark plug electrode portion along the intended geometrical positional relationship, and a reliable air-fuel mixture is formed. Even if the fuel injection period increases or decreases, the change in the piston position relative to the fuel injection period is small, so that the combustion does not become unstable.
このように、本発明では、燃料が噴射される圧縮上死点付近での燃焼室内の場は、噴霧を動かしてしまうような大きな流れが存在せず、かつ燃焼を活発化させる微小な乱れが多く存在し、しかも、ピストンの動きに対し非常に安定した場となる。そして、このような安定した場の中で、燃料噴射弁と点火プラグとピストン頂部との所期の幾何学的な位置関係を利用して点火プラグ近傍に確実に可燃混合気を形成し得るので、圧縮上死点よりも遅角した点火時期でもって、安定した燃焼が可能であり、燃焼安定度の上で制限される点火時期の遅角限界が、より遅角側となる。そのため、点火時期の大幅な遅角により、排気ガス温度を大幅に昇温させることができ、かつHC排出量が低減する。 Thus, in the present invention, the field in the combustion chamber near the compression top dead center where the fuel is injected does not have a large flow that moves the spray, and there is a minute disturbance that activates combustion. There are many, and it is a very stable field against the movement of the piston. In such a stable field, a combustible air-fuel mixture can be reliably formed in the vicinity of the spark plug by utilizing the intended geometric positional relationship among the fuel injection valve, the spark plug, and the piston top. Stable combustion is possible with the ignition timing retarded from the compression top dead center, and the retard limit of the ignition timing that is limited in terms of combustion stability is on the retard side. For this reason, the exhaust gas temperature can be significantly increased by a large retardation of the ignition timing, and the HC emission amount is reduced.
この発明によれば、点火時期を圧縮上死点よりも大幅に遅角させた状態で安定した燃焼を得ることができ、例えば内燃機関の冷機時に、排気ガス温度を昇温させて触媒の早期活性化を図ることができるとともに、HC排出量の低減が可能となる。特に、噴射期間中に燃料噴射弁と点火プラグとピストン頂部との幾何学的な位置関係が殆ど変化しないので、点火プラグ近傍に可燃混合気を安定的に形成でき、より安定した燃焼を実現できる。 According to the present invention, stable combustion can be obtained in a state where the ignition timing is significantly retarded from the compression top dead center. For example, when the internal combustion engine is cold, the exhaust gas temperature is raised and the catalyst is accelerated. Activation can be achieved and HC emissions can be reduced. In particular, since the geometric positional relationship between the fuel injection valve, the spark plug, and the piston top hardly changes during the injection period, a combustible air-fuel mixture can be stably formed in the vicinity of the spark plug, and more stable combustion can be realized. .
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図5〜図7は、この発明が適用される筒内直接噴射式火花点火内燃機関の一実施例を示しており、特に、図5,図6は、一つの気筒の構成を示し、図7は機関全体のシステム構成を示している。 5 to 7 show an embodiment of a direct injection type spark ignition internal combustion engine to which the present invention is applied. In particular, FIGS. 5 and 6 show the configuration of one cylinder. Indicates the system configuration of the entire organization.
図5,図6に示すように、シリンダブロック1に形成されたシリンダ2にピストン3が摺動可能に配置されているとともに、シリンダブロック1上面に固定されたシリンダヘッド4と上記ピストン3との間に、燃焼室5が形成されている。上記シリンダヘッド4には、吸気弁6によって開閉される吸気ポート7と、排気弁8によって開閉される排気ポート9と、が形成されている。1つの気筒に対し、一対の吸気弁6と一対の排気弁8とが設けられており、これらの4つの弁に囲まれた燃焼室5天井面中心部に、点火プラグ10が配置されている。また、この実施例では、運転状態によってタンブル流を強化することができるように、吸気ポート7内に、該吸気ポート7内を上下2つの流路に区画する隔壁11が設けられているとともに、その下側の流路を上流端で開閉するタンブル制御弁12が設けられている。当業者には容易に理解できるように、タンブル制御弁12によって下側の流路を閉塞した状態ではタンブル流が強化され、タンブル制御弁12を開いた状態ではタンブル流が弱まる。なお、このタンブル制御弁12は本発明において必ずしも必須のものではなく、省略することも可能であり、また、これに代えて、公知のスワール制御弁を設けるようにしてもよい。
As shown in FIGS. 5 and 6, a
上記シリンダヘッド4の吸気ポート7の下側、より詳しくは一対の吸気ポート7の中間部の位置には、筒内へ燃料を直接噴射する燃料噴射弁15が配置されている。つまり、この燃料噴射弁15は、燃焼室5の吸気弁6側の側部に位置し、平面図上において図示せぬピストンピンと直交する方向に沿って燃料を噴射するように配置されているとともに、図5の断面図上において、斜め下方を指向して配置されている。但し、下方への傾斜角は比較的小さく、つまり水平に近い方向へ燃料を噴射する。
A
一方、ピストン3の頂部は、ペントルーフ型をなす燃焼室5天井面の凹部に入り込むように凸部形状をなしているとともに、その中央部に、平面図上において略矩形をなす凹部16が形成されている。この凹部16の底面16aは、タンブル流に沿うように、比較的大きな曲率半径の緩い円弧面ないしは円弧に近似した湾曲面をなしている。つまり、上記底面16aは、燃料噴射弁15の噴霧中心線を含むピストンピンに直交する断面では、図5のように緩く湾曲した曲線となり、ピストンピン軸方向の断面では、一定深さの直線状となる。また、平面図上では、略矩形をなす凹部16の一方の側に燃料噴射弁15が臨み、他方の側の上方に点火プラグ10が位置している。
On the other hand, the top portion of the
ここで、本実施例では、ピストン3が上死点位置にあるときに、燃料噴射弁15からの噴霧中心線を凹部16の底面16aで幾何学的に反射させたときに、該噴霧中心線が点火プラグ10の電極部10aを指向するように、三者の幾何学的な位置関係、つまり燃料噴射弁15の位置や噴射方向、点火プラグ10の電極部10aの位置、ピストン3における底面16aの高さ位置や湾曲形状、等が設定されている。
Here, in this embodiment, when the
図7に示すように、この実施例の内燃機関は、例えば直列4気筒機関であり、各気筒の排気ポート9が接続された排気通路21に、排気浄化用の触媒コンバータ22が設けられており、その上流側に、酸素センサ等の空燃比センサ23が配置されている。また、各気筒の吸気ポート7が接続された吸気通路24は、その入口側に、制御信号により開閉される電子制御スロットル弁25を備えている。上記排気通路21と上記吸気通路24との間には、排気還流通路26が設けられており、その途中に、排気還流制御弁27が介装されている。また、各気筒のタンブル制御弁12は、ソレノイドバルブ28を介して導入される吸入負圧により動作する負圧式タンブル制御アクチュエータ29によって、一斉に開閉される構成となっている。
As shown in FIG. 7, the internal combustion engine of this embodiment is, for example, an in-line four-cylinder engine, and a
また、上記燃料噴射弁15には、燃料ポンプ31およびプレッシャレギュレータ32によって所定圧力に調圧された燃料が、燃料ギャラリ33を介して供給されている。従って、各気筒の燃料噴射弁15が制御パルスにより開弁することで、その開弁期間に応じた量の燃料が噴射される。また、各気筒の点火プラグ10は、イグニッションコイル34に接続されている。
The
上記内燃機関の燃料噴射時期や噴射量、点火時期等は、コントロールユニット35によって制御される。このコントロールユニット35には、アクセルペダル踏み込み量を検出するアクセル開度センサ30の検出信号や、クランク角センサ36の検出信号、空燃比センサ23の検出信号、冷却水温を検出する水温センサ37の検出信号、等が入力されている。
The fuel injection timing, injection amount, ignition timing, etc. of the internal combustion engine are controlled by the control unit 35. The control unit 35 includes a detection signal of an
上記のように構成された内燃機関においては、暖機が完了した後の状態、例えば冷却水温が80℃を越えているときには、通常の成層燃焼運転および均質燃焼運転が行われる。すなわち、低速低負荷側の所定の領域では、通常の成層燃焼運転として、基本的にタンブル制御弁12を閉じた状態の下で、圧縮行程の適宜な時期に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前の時期に点火が行われる。なお、この運転モードでは、圧縮上死点前に必ず燃料噴射が終了する。圧縮行程中にピストン3へ向けて噴射された燃料は、凹部16に沿って旋回するタンブル流を利用して点火プラグ10近傍へ集められ、ここで点火される。そのため、平均的な空燃比がリーンとなった成層燃焼が実現される。また、高速高負荷側の所定の領域では、通常の均質燃焼運転として、基本的にタンブル制御弁12を開いた状態の下で、吸気行程中に燃料噴射が行われ、かつ圧縮上死点前のMBT点において点火が行われる。この場合は、燃料は筒内で均質な混合気となり、基本的に理論空燃比近傍で運転が行われる。
In the internal combustion engine configured as described above, when the warm-up is completed, for example, when the cooling water temperature exceeds 80 ° C., normal stratified combustion operation and homogeneous combustion operation are performed. That is, in a predetermined region on the low speed and low load side, as a normal stratified combustion operation, fuel injection is performed at an appropriate time in the compression stroke, with the
これに対し、内燃機関の冷却水温が80℃以下のとき、つまり暖機が完了していない状態では、触媒コンバータ22の活性化つまり温度上昇の促進とHC排出量低減のために、上死点噴射運転とする。この上死点噴射運転では、前述した図1に示したように、噴射開始時期ITSが圧縮上死点(TDC)前、噴射終了時期ITEが圧縮上死点(TDC)後となり、圧縮上死点を跨いで燃料噴射が行われる。点火時期ADVは、圧縮上死点(TDC)後となり、噴射開始時期ITSから15°CA〜20°CA遅れた時期に点火される。この遅れ期間の間に、ピストン3で反射した燃料噴霧がちょうど点火プラグ10付近に到達し、点火プラグ10付近に可燃混合気を形成するので、確実に着火燃焼に至り、成層燃焼が行われる。このとき、燃料噴射量は、平均的な空燃比が理論空燃比となるように制御される。
On the other hand, when the cooling water temperature of the internal combustion engine is 80 ° C. or lower, that is, when the warm-up is not completed, the top dead center is used to activate the
本実施例では、上記の燃料噴射時期は、噴射開始時期ITSが所定のクランク角となるように制御され、噴射終了時期ITEは、この噴射開始時期ITSと燃料噴射量(噴射時間)とによって定まる。なお、燃料噴射期間における圧縮上死点前の期間と圧縮上死点後の期間とが等しくなるように、燃料噴射量に基づき、噴射開始時期ITSと噴射終了時期ITEとを求めるようにすることも可能である。 In this embodiment, the fuel injection timing is controlled so that the injection start timing ITS becomes a predetermined crank angle, and the injection end timing ITE is determined by the injection start timing ITS and the fuel injection amount (injection time). . The injection start timing ITS and the injection end timing ITE are obtained based on the fuel injection amount so that the period before the compression top dead center and the period after the compression top dead center in the fuel injection period are equal. Is also possible.
図8は、ピストン3が圧縮上死点位置にあるときの燃料噴射弁15から噴射された燃料噴霧とピストン3や電極部10aとの位置関係を示している。図示するように、ピストン3はシリンダ2内で最も高い位置にあり、燃料噴射弁15の噴孔は、ピストン3頂部の凹部16底面16aに斜め方向から向かっている。このとき、燃料噴射弁15から噴射された燃料噴霧は、底面16aに斜め方向から衝突して反射し、点火プラグ10の電極部10aへ向かう。図の符号Fは、円錐形に拡がる噴霧の中心線を示しており、この噴霧中心線Fは、底面16aで反射して、電極部10aに達する。なお、本実施例では、図6のような平面図上で見た場合には、噴霧は細い扇形に拡がって電極部10a側へ向かうことになる。
FIG. 8 shows the positional relationship between the fuel spray injected from the
前述したように、圧縮上死点を跨いで燃料噴射を行うことにより、燃料噴射期間中、ピストン3の位置が殆ど変化しないことから、図8に示した位置関係が極端に崩れることなく維持される。従って、点火プラグ10付近に所期の可燃混合気を確実に形成することができる。好ましくは、噴射開始時期ITSと噴射終了時期ITEとが上死点TDCを挟んで対称となるように、つまり燃料噴射期間における圧縮上死点前の期間と圧縮上死点後の期間とが等しくなるように制御すれば、燃料噴射期間の中でのピストン3の位置変化が最小となる。
As described above, by performing fuel injection across the compression top dead center, the position of the
なお、上記プレッシャレギュレータ32によって調圧される燃圧を、上記の上死点噴射運転の間、通常の成層燃焼運転や均質燃焼運転のときよりも相対的に高く与えるようにしてもよく、このようにすれば、噴霧の貫徹力によってより確実に底面16aで反射するようになり、ピストン3に付着する燃料の割合がより少なくなる。また同時に燃料噴射期間が短縮され、その間のピストン3の位置変化がさらに小さくなる。
It should be noted that the fuel pressure regulated by the
このように、内燃機関の暖機が完了していない冷機時に圧縮上死点を跨いで燃料噴射を行うことで、ピストン3頂部の形状を利用して点火プラグ10付近に所期の可燃混合気を確実に形成することができる。そして、前述したように、燃料が噴射される圧縮上死点付近での燃焼室内の場は、大きな流れの崩壊により噴霧を動かしてしまうような大きな流れが存在せず、かつ大きな流れの崩壊に伴い、燃焼を活発化させる微小な乱れが多く存在し、しかも、ピストンの動きに対し非常に安定した場となる。従って、圧縮上死点を跨いで燃料噴射を行い、かつ点火時期を圧縮上死点よりも遅らせることで、点火時期の大幅な遅角と燃焼安定度の確保とを両立させることが可能となり、排気ガス温度の十分な昇温とHC排出量低減とを達成できる。
Thus, by performing fuel injection across the compression top dead center when the internal combustion engine is not warmed up, the desired combustible air-fuel mixture is formed near the
なお、凹部16の底面16aの湾曲形状を、ピストン3が上死点位置にあるときに、燃料噴射弁15の噴孔部および点火プラグ10の電極部10aをそれぞれ焦点とする楕円形に沿った形状とすることもでき、この場合には、噴霧中心線Fの外側に拡がった噴霧も、電極部10aへ向けて反射するようになる。さらに、凹部16の立体的な形状を、上記の楕円形を回転させた所謂楕円体に沿った形状とすれば、平面図上で見たときにも、噴孔部から拡がっていく噴霧が、反射して電極部10aへ集中するものとなる。
It should be noted that the curved shape of the
次に、図9は、この発明の異なる実施例を示している。この実施例では、凹部16の底面16aの湾曲形状が前述した実施例とは異なっており、ピストン3が圧縮上死点位置にあるときに燃料噴射弁15から噴射された燃料噴霧が底面16aに滑らかに沿って進み、点火プラグ10の電極部10aへ案内されるように構成されている。つまり、この実施例では、燃料噴射弁側の底面16aの湾曲形状が燃料噴霧の進行方向にほぼ一致しているので、燃料噴霧fがピストン3の底面16aに衝突して反射するのではなく、該底面16aの湾曲形状に沿いつつ進行して、電極部10aへ向かうようになっている。このような構成においても、圧縮上死点を跨ぐ期間に燃料噴射を行うことにより、ピストン3との位置関係が安定したものとなるため、点火プラグ10付近に所期の可燃混合気を確実に形成することができる。
Next, FIG. 9 shows a different embodiment of the present invention. In this embodiment, the curved shape of the
3…ピストン
5…燃焼室
10…点火プラグ
15…燃料噴射弁
16…凹部
16a…底面
DESCRIPTION OF
Claims (7)
The in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein a period before the compression top dead center and a period after the compression top dead center in the fuel injection period are substantially equal.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004226236A JP2006046124A (en) | 2004-08-03 | 2004-08-03 | Cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine |
CN2005100849620A CN1727651B (en) | 2004-07-26 | 2005-07-25 | Direct fuel injection spark ignition internal combustion engine |
US11/189,128 US7134421B2 (en) | 2004-07-26 | 2005-07-26 | Direct fuel injection spark ignition internal combustion engine |
EP05016211A EP1621747B1 (en) | 2004-07-26 | 2005-07-26 | Direct fuel injection spark ignition internal combustion engine |
DE602005010154T DE602005010154D1 (en) | 2004-07-26 | 2005-07-26 | Internal combustion engine with spark ignition and direct injection |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004226236A JP2006046124A (en) | 2004-08-03 | 2004-08-03 | Cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006046124A true JP2006046124A (en) | 2006-02-16 |
Family
ID=36025008
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004226236A Pending JP2006046124A (en) | 2004-07-26 | 2004-08-03 | Cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006046124A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008175187A (en) * | 2007-01-22 | 2008-07-31 | Mazda Motor Corp | Fuel injection system for cylinder injection engine |
JP2009156064A (en) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel pressure controlling device of in-cylinder direct fuel injection type spark ignition engine |
KR100946484B1 (en) | 2007-12-14 | 2010-03-10 | 기아자동차주식회사 | Piston head for gasoline direct injection engine |
KR101072316B1 (en) | 2008-12-02 | 2011-10-11 | 기아자동차주식회사 | A piston of gasoline direct injection engine |
JP2012149607A (en) * | 2011-01-20 | 2012-08-09 | Toyota Central R&D Labs Inc | Ignition device for internal combustion engine |
-
2004
- 2004-08-03 JP JP2004226236A patent/JP2006046124A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008175187A (en) * | 2007-01-22 | 2008-07-31 | Mazda Motor Corp | Fuel injection system for cylinder injection engine |
KR100946484B1 (en) | 2007-12-14 | 2010-03-10 | 기아자동차주식회사 | Piston head for gasoline direct injection engine |
JP2009156064A (en) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel pressure controlling device of in-cylinder direct fuel injection type spark ignition engine |
EP2075449A3 (en) * | 2007-12-25 | 2012-10-24 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel Pressure Controlling Device of Engine |
KR101072316B1 (en) | 2008-12-02 | 2011-10-11 | 기아자동차주식회사 | A piston of gasoline direct injection engine |
JP2012149607A (en) * | 2011-01-20 | 2012-08-09 | Toyota Central R&D Labs Inc | Ignition device for internal combustion engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7104249B2 (en) | Direct fuel injection/spark ignition engine control device | |
JP2002295260A (en) | Jump spark ignition type direct-injection engine | |
JP4650126B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine | |
JP4400379B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP4492399B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine control device and control method | |
JP2007100546A (en) | Reciprocating piston type engine | |
JP4539476B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP2006250050A (en) | Controller of cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine | |
JP2006046124A (en) | Cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine | |
JP4281647B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP2006037794A (en) | Cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine | |
JP2007032376A (en) | Control device for cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine | |
JP4311300B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP4501743B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP4525509B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP4207866B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP4155242B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP4360323B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP2006070862A (en) | Cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine | |
JP4379279B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller | |
JP2006090202A (en) | Control device of cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine | |
JP2006017062A (en) | Control device for cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine | |
JP2006046126A (en) | Cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine | |
JP2006037792A (en) | Cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine | |
JP4380481B2 (en) | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060727 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070525 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070529 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070904 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071102 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080205 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080327 |