JP2006200494A - Cylinder-injection spark-ignition internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、筒内噴射式火花点火内燃機関に関する。 The present invention relates to a direct injection spark ignition internal combustion engine.
圧縮行程で噴射された燃料によって気筒内の一部だけに可燃混合気を形成し、この可燃混合気を点火プラグによって着火燃焼させることにより、気筒内全体の空燃比を理論空燃比よりリーンとした燃焼を可能とする成層燃焼が公知である。成層燃焼の可燃混合気を形成するために、噴射燃料をピストン頂面によって点火プラグ方向へ偏向させることが提案されているが、このためには、燃料噴射時期がピストン位置の制限を受けることとなる。 The fuel injected in the compression stroke forms a combustible air-fuel mixture only in a part of the cylinder, and this combustible air-fuel mixture is ignited and burned by the spark plug, so that the air-fuel ratio in the entire cylinder is made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Stratified combustion that enables combustion is known. In order to form a flammable mixture for stratified combustion, it has been proposed to deflect the injected fuel in the direction of the spark plug by the top surface of the piston. For this purpose, the fuel injection timing is limited by the piston position. Become.
このような制限なしに燃料噴射時期を設定可能とするために、燃料噴射弁を気筒上部略中心に配置し、ピストン頂面を利用することなく燃料噴射弁からの噴射燃料によって気筒内に直接的に可燃混合気を形成することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。点火プラグは、形成された可燃混合気内に点火ギャップを位置させるように、燃料噴射弁の近傍に配置されている。 In order to make it possible to set the fuel injection timing without such a restriction, the fuel injection valve is arranged at the substantially upper center of the cylinder, and directly into the cylinder by the injected fuel from the fuel injection valve without using the piston top surface. It has been proposed to form a combustible air-fuel mixture (see, for example, Patent Document 1). The spark plug is disposed in the vicinity of the fuel injection valve so as to position the ignition gap in the formed combustible mixture.
前述の背景技術において、燃料噴射弁は中空円錐状に燃料を噴射するものであり、可燃混合気を形成するためには、噴射燃料全体を気筒内のある程度の範囲に分散させ、混合気が過剰リッチとなることを防止しなければならない。そのためには、噴射燃料の貫徹力は比較的大きくされる。 In the above-described background art, the fuel injection valve injects fuel in a hollow conical shape, and in order to form a combustible mixture, the entire injected fuel is dispersed to a certain extent in the cylinder, and the mixture is excessive. It must be prevented from becoming rich. For this purpose, the penetration force of the injected fuel is made relatively large.
しかしながら、こうして噴射燃料の貫徹力を比較的大きくすると、噴射燃料が気筒内の空気と共に混合気となって進行して可燃混合気となる際に、混合気の流速が比較的速くなるために、混合気が点火プラグ近傍を通過する際に点火ギャップで発生させた火花を吹き消して失火を発生させることがある。 However, if the penetrating force of the injected fuel is made relatively large in this way, the flow rate of the air-fuel mixture becomes relatively high when the injected fuel proceeds as an air-fuel mixture with the air in the cylinder and becomes a combustible air-fuel mixture. When the air-fuel mixture passes in the vicinity of the spark plug, the spark generated in the ignition gap may be blown out to cause misfire.
従って、本発明の目的は、気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁によって気筒内の一部に直接的に可燃混合気を形成して成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、失火発生を十分に抑制することである。 Accordingly, an object of the present invention is an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine that performs stratified combustion by directly forming a combustible air-fuel mixture in a part of a cylinder by means of a fuel injection valve disposed substantially at the center of the cylinder upper portion. It is to sufficiently suppress the occurrence of misfire.
本発明による請求項1に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁の近傍に配置された点火プラグとを具備し、前記燃料噴射弁により噴射された燃料により気筒内の一部に直接的に可燃混合気を形成し、前記点火プラグによって前記可燃混合気を着火燃焼させて成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記可燃混合気は、前記燃料噴射弁から噴射された複数の噴射燃料によって形成され、前記点火プラグ近傍に向けて噴射される前記噴射燃料は、前記点火プラグ近傍以外に向けて噴射される前記噴射燃料に比較して、貫徹力が小さくされていることを特徴とする。
An in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項1に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、成層燃焼時に気筒内に形成される可燃混合気は、燃料噴射弁から噴射された比較的貫徹力の大きな複数の噴射燃料によって形成されるために、噴射燃料全体は気筒内のある程度の範囲に分散され、過剰リッチとなることはない。また、可燃混合気の形成に際して、点火プラグ近傍へ向けて噴射される噴射燃料は、点火プラグ近傍以外へ向けて噴射される噴射燃料に比較して貫徹力が小さくされているために、噴射燃料が気筒内の空気と共に混合気となって進行して点火プラグ近傍を通過する時の混合気の流速は比較的遅くなり、それにより、点火ギャップで発生させた火花が吹き消されることは殆どなく、失火発生を十分に抑制することができる。
According to the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to
図1は本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の実施形態を示す概略縦断面図である。同図において、1は吸気弁2を介して気筒内へ通じる一対の吸気通路であり、3は排気弁4を介して気筒内へ通じる一対の排気通路である。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing an embodiment of a direct injection spark ignition internal combustion engine according to the present invention. In the figure, 1 is a pair of intake passages that lead into the cylinder via the
5は気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁であり、6は燃料噴射弁5の近傍に配置された点火プラグであり、7はピストンである。8は吸気通路1に配置されたもう一つの燃料噴射弁であり、この燃料噴射弁8によって吸気弁2の開弁前又は開弁中に燃料を吸気通路1に噴射することにより、気筒内には均質混合気が形成され、均質燃焼を実現することができる。
成層燃焼を実施するためには、圧縮行程において、気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁5の複数の噴孔から複数の燃料f1,f2が柱状に噴射される。複数の噴孔として、燃料噴射弁5には、例えば、その軸線に対して放射状に形成された六つの噴孔が形成される。各燃料f1,f2は、気筒上部略中心に配置された燃料噴射弁5から斜め下方向に放射状にシリンダボアへ向けて噴射される。
In order to perform stratified combustion, in the compression stroke, a plurality of fuels f1 and f2 are injected in a columnar shape from a plurality of injection holes of the
各噴射燃料f1,f2は、自身の貫徹力によって気筒内の空気を巻き込みながら混合気となって進行してシリンダボアに到達する以前にほぼ完全に気化し、燃料噴射弁5の近傍において互いに連結された一塊の可燃混合気となる。こうして、複数の噴射燃料f1,f2によって気筒内の一部には一塊の可燃混合気が形成される。少なくとも一つの噴射燃料f2は、点火プラグ6近傍に向けて噴射され、この噴射燃料f2により形成される可燃混合気の一部分が点火プラグ6の点火ギャップと接触しているようにし、この一部分から着火させることにより、一塊の可燃混合気全体の燃焼を可能としている。可燃混合気の形成に際して、燃料はピストン7頂面を利用して偏向されることはなく、ピストン位置に係らず可燃混合気の形成が可能である。
Each of the injected fuels f1 and f2 is vaporized almost completely before reaching the cylinder bore by being mixed with air in the cylinder by its penetrating force and connected to each other in the vicinity of the
図2はシリンダヘッドの拡大底面図である。燃料噴射弁5から前述のように噴射される複数の噴射燃料f1の貫徹力は、形成される一塊の混合気が過剰リッチとならないように、噴射燃料を気筒内の一部に十分に分散させるために比較的大きくされている。しかしながら、点火プラグ6近傍に向けて噴射される噴射燃料f2の貫徹力だけは、点火プラグ6近傍以外に向けて噴射される噴射燃料f1の貫徹力に比較して小さくされている。
FIG. 2 is an enlarged bottom view of the cylinder head. The penetration force of the plurality of injected fuels f1 injected from the
図4は、燃料噴射弁5の開弁信号Aと、点火プラグ6近傍の流速B1,B2と、点火プラグ6近傍の空燃比C1とを示すタイムチャートである。図4に示されているように、燃料噴射弁5の開弁によって燃料f2が噴射されると、噴射燃料f2は気筒内の空気と共に混合気となって進行し、この混合気によって点火プラグ6近傍の空燃比は急激にリッチとなり、燃料噴射弁5の閉弁によって燃料f2の噴射が停止されると、点火プラグ6近傍の空燃比は徐々にリーンとなる。一点鎖線C2は点火プラグ6により着火可能な混合気空燃比のリーン限界であり、一点鎖線C3は点火プラグ6により点火可能な混合気空燃比のリッチ限界である。すなわち、点火プラグ6近傍の混合気空燃比が二つの一点鎖線C2,C3の間にある時にだけ着火が可能となる。
FIG. 4 is a time chart showing the valve opening signal A of the
もし、噴射燃料f2が、他の噴射燃料f1と同様に比較的大きな貫徹力を有していると、点線B1で示すように、噴射燃料f2により形成される混合気の流速は速くなる。この混合気の少なくとも一部は、点火プラグ6の点火ギャップを通過するために、その流速が一点鎖線B3で示す限界流速より高いと、点火プラグ6により発生される火花を吹き消す可能性が高い。それにより、噴射燃料f2の貫徹力を比較的大きくした場合には、点火プラグ6近傍の流速が限界流速B3以下であって、点火プラグ6近傍の空燃比がリーン限界C2とリッチ限界C3との間にある非常に短い期間R1だけでしか、点火プラグ6によって混合気を着火させることはできないこととなる。こうして、僅かな点火時期のずれ等によって容易に失火が発生してしまう。
If the injected fuel f2 has a relatively large penetration force like the other injected fuels f1, the flow rate of the air-fuel mixture formed by the injected fuel f2 becomes faster as indicated by the dotted line B1. Since at least a part of the air-fuel mixture passes through the ignition gap of the
これに対して、本実施形態のように、噴射燃料f2の貫徹力を他の噴射燃料f1に比較して小さくした場合には、実線B2で示すように、噴射燃料f2により形成される混合気の流速は遅くなって、点火プラグ6により発生される火花を吹き消す可能性の高い限界流速B3を超えることはなく、点火プラグ6近傍の空燃比がリーン限界C2とリッチ限界C3との間にある比較的長い期間R2において、点火プラグ6によって混合気を確実に着火させ、一塊の可燃混合気全体を燃焼させることができる。こうして、僅かな点火時期のずれ等によっても失火が発生することは殆どない。
On the other hand, when the penetration force of the injected fuel f2 is made smaller than that of the other injected fuel f1 as in the present embodiment, the air-fuel mixture formed by the injected fuel f2 is shown by the solid line B2. The flow velocity of the
このように、点火プラグ6近傍へ向けて噴射される噴射燃料f2の貫徹力は、点火プラグ6近傍の混合気の流速が常に限界流速B2を超えないように設定されることが好ましい。しかしながら、噴射燃料f2の貫徹力を、点火プラグ6近傍以外へ向けて噴射される噴射燃料f1の貫徹力より小さく設定することで、噴射燃料f1の貫徹力と同じに設定した場合に比較して、点火プラグ6によって混合気を着火可能な期間を延長することができる。
Thus, the penetration force of the injected fuel f2 injected toward the vicinity of the
図3は燃料噴射弁5の噴孔近傍の断面図である。同図において、5aは点火プラグ6近傍以外へ向けて燃料を噴射するための第1噴孔であり、5bは点火プラグ6近傍へ向けて燃料を噴射するための第2噴孔である。第2噴孔5bの長さL2は、十分に大きな直径を有するザグリ穴5cによって、第1噴孔5aの長さL1に比較して短くされ、第2噴孔5bの噴射燃料f2の貫徹力を小さくしている。そのままでは、第2噴孔5bの噴射燃料f2の流量が第1噴孔5aの噴射燃料f1の流量に比較して多くなり過ぎるために、第2噴孔5bの直径D2は、第1噴孔5aの直径D1に比較して小さくされている。噴孔長さと噴孔径との比(L/D)を小さくするほど、噴射燃料の貫徹力は小さくなることが解かっており、これに基づき、第2噴孔5bの燃料噴射f2の貫徹力を第1噴孔5aの噴射燃料の貫徹力より小さくすると共に、第1噴孔5a及び第2噴孔5bの噴射燃料の流量がそれぞれに最適となるように、第1噴孔5a及び第2噴孔5bの長さL及び直径Dを選択することが好ましい。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the vicinity of the injection hole of the
1 吸気通路
3 排気通路
5 燃料噴射弁
6 点火プラグ
1
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- 2005-01-24 JP JP2005015141A patent/JP2006200494A/en active Pending
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