JP2009024637A - Inner cylinder injection type 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し、特に、燃焼室内に生成されるタンブル流を強化するための構成に関する。 The present invention relates to an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine, and more particularly to a configuration for enhancing a tumble flow generated in a combustion chamber.
筒内噴射式火花点火内燃機関において混合気の均質燃焼を実現するために、燃焼室内に供給される吸気によってタンブル流を形成することが知られている。タンブル流が圧縮行程末期まで持続されると、点火時期においてタンブル流の崩壊により発生する乱れによって均質混合気が生成され、燃焼速度が高められて良好な均質燃焼が実現される。 In order to achieve homogeneous combustion of an air-fuel mixture in an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine, it is known to form a tumble flow by the intake air supplied into the combustion chamber. When the tumble flow is maintained until the end of the compression stroke, a homogeneous air-fuel mixture is generated by the turbulence generated by the collapse of the tumble flow at the ignition timing, and the combustion speed is increased to achieve good homogeneous combustion.
タンブル流は、吸気ポート側では上昇し排気ポート側では下降するように旋回する渦であり、このタンブル渦はピストンの上昇によって点火時期よりも早期に崩壊しやすい。特許文献1には、ピストン頂面とシリンダヘッド壁面により圧縮行程の上死点付近においてスキッシュ流を発生し、タンブル流を強化することが提案されている。
スキッシュ流によるタンブル流の強化は圧縮行程の上死点付近で行われ、この時点までタンブル流が維持されているような状態であれば効果的である。しかし上死点付近までタンブル流を維持するのが困難な運転条件の場合には、スキッシュ流によってタンブル流を強化することができない。 The tumble flow is strengthened by the squish flow near the top dead center of the compression stroke, and it is effective if the tumble flow is maintained up to this point. However, in the case of operating conditions where it is difficult to maintain the tumble flow to near the top dead center, the tumble flow cannot be strengthened by the squish flow.
本発明は、吸気行程において生成されたタンブル流が相対的に弱いときであっても、タンブル流を十分に強化して点火時期の直前まで維持することができ、常に良好な均質燃焼を実現できる筒内噴射式火花点火内燃機関を得ることを目的としている。 According to the present invention, even when the tumble flow generated in the intake stroke is relatively weak, the tumble flow can be sufficiently strengthened and maintained until just before the ignition timing, and always good homogeneous combustion can be realized. An object of the present invention is to obtain an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine.
本発明に係る筒内噴射式火花点火内燃機関は、シリンダヘッドの吸気ポートの近傍に設けられ、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃焼室内において吸気ポート側では上昇し、排気ポート側では下降するように旋回するタンブル流を生成する手段と、ピストン頂面の吸気ポート側の部分に形成され、ピストンが圧縮行程にあるときに燃料噴射弁によって噴射された燃料噴霧をタンブル流の流動方向に偏向させるガイド部とを備えることを特徴としている。 An in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to the present invention is provided in the vicinity of an intake port of a cylinder head, injects fuel directly into a combustion chamber, and rises on the intake port side in the combustion chamber, and an exhaust port On the side, a means for generating a tumble flow swirling so as to descend, and a fuel spray injected by the fuel injection valve when the piston is in the compression stroke are formed in a portion on the intake port side of the piston top surface. And a guide portion that deflects in the flow direction.
燃料噴射弁によって噴射された燃料噴霧はガイド部に衝突することによってタンブル流の流動方向に偏向する。すなわち燃料噴霧は、横方向に広がろうとするが、ガイド部に衝突することによって、タンブル流が生成される範囲に対応した角度の扇形等に成形され、タンブル流を効果的に強化する。 The fuel spray injected by the fuel injection valve is deflected in the flow direction of the tumble flow by colliding with the guide portion. That is, the fuel spray tends to spread in the lateral direction, but by colliding with the guide portion, the fuel spray is formed into a fan shape having an angle corresponding to the range in which the tumble flow is generated, and effectively strengthens the tumble flow.
燃料噴射は圧縮行程の後半に行われることが好ましく、これによれば、燃料噴霧はピストン頂面のガイド部に衝突して上方へ偏向され、タンブル流の吸気ポート側から排気ポート側へ向かう成分を十分に強化する。 The fuel injection is preferably performed in the latter half of the compression stroke. According to this, the fuel spray collides with the guide portion on the piston top surface and is deflected upward, and the component of the tumble flow from the intake port side toward the exhaust port side Strengthen enough.
ガイド部には例えば、燃料噴射弁側から点火プラグへ向かって延びる仕切り壁が設けられる。仕切り壁により、燃料噴霧が2つに分離されて、点火プラグへ向くことが阻止され、点火プラグが燃料によって濡れることが防止される。 For example, the guide portion is provided with a partition wall extending from the fuel injection valve side toward the ignition plug. The partition wall separates the fuel spray into two parts and prevents the fuel spray from being directed to the spark plug, thereby preventing the spark plug from being wetted by the fuel.
シリンダヘッドの底面であって排気ポートの近傍に、燃料噴霧をタンブル流に沿う方向に偏向させる反り返り部が形成されることが好ましい。この構成によれば、燃料噴霧はタンブル流の吸気ポート側から排気ポート側へ向かう成分を強化するだけでなく、反り返り部に衝突して反り返り部に沿って偏向することにより、排気ポート側におけるタンブル流の下向き成分をも強化する。 It is preferable that a warping portion for deflecting the fuel spray in a direction along the tumble flow is formed on the bottom surface of the cylinder head and in the vicinity of the exhaust port. According to this configuration, the fuel spray not only strengthens the component of the tumble flow from the intake port side toward the exhaust port side, but also collides with the warped part and deflects along the warped part, thereby causing the tumble on the exhaust port side. Also strengthens the downward flow component.
本発明によれば、吸気行程において生成されたタンブル流が相対的に弱いときであっても、タンブル流を十分に強化して点火時期の直前まで維持することができ、常に良好な均質燃焼を実現することができる。 According to the present invention, even when the tumble flow generated in the intake stroke is relatively weak, the tumble flow can be sufficiently strengthened and maintained until just before the ignition timing, and always good homogeneous combustion is achieved. Can be realized.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図1は本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関の第1の実施形態を示す縦断面図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a direct injection spark ignition internal combustion engine of the present invention.
シリンダブロック11に形成されたシリンダボア12内にはピストン13が摺動自在に設けられ、シリンダブロック11の上に設けられたシリンダヘッド14には吸気ポート15と排気ポート16が形成される。吸気ポート15は吸気弁17によって開閉され、排気ポート16は排気弁18によって開閉される。ピストン頂面19には、円弧状に凹陥する断面形状のキャビティ20が形成されている。シリンダボア12の壁面とシリンダヘッド14の底面とピストン頂面19によって燃焼室10が区画形成される。
A
シリンダヘッド14において、吸気ポート15の下側近傍には燃料噴射弁21が設けられ、また、ほぼ中央には点火プラグ22が設けられる。燃料噴射弁21は斜め下方を向き、ピストン13が圧縮行程後半にあるときにピストン頂面19の周縁部に対して燃料を噴射するように配設されている。燃料噴射弁21には、燃料タンク(図示せず)に貯留された燃料が燃料噴射ポンプ(図示せず)により加圧されて供給される。
In the
図2と図3を参照してピストン頂面19の形状について詳述する。ピストン頂面19の周縁部25は、ピストン13の中心側が高くなるように緩やかに傾斜する円錐状の斜面であり、周縁部25の吸気ポート15側の部分にはガイド部30が形成されている。ガイド部30は周縁部25よりも窪み、周縁部25にほぼ平行な平面であり、キャビティ20側に開放している。ガイド部30は、ピストン頂面19を上から見ると扇形を呈し、扇形の中心角すなわちガイド部30の2つの側壁31、32のなす角は例えば60〜80°である。
The shape of the piston
燃料噴射弁21は燃料を、横方向には拡散するが上下方向にはほとんど拡散しないように、燃焼室10内に直接噴射するように構成されている。この燃料噴射は圧縮行程の後半(例えばクランク角20〜90°BTDC)で行われ、燃料噴霧Fはガイド部30に衝突して、反射すなわち偏向する。このとき燃料噴霧Fは横方向に広がろうとするが、ガイド部30の側壁31、32により案内されて、側壁31、32のなす角とほぼ同じ中心角の扇形に成形される。この扇形の角度は、タンブル流が生成される範囲に対応しており、燃料噴霧はタンブル流の強化のために効果的に作用する。
The
図4を参照して本実施形態の作用を説明する。図4は圧縮行程の後半の状態を示し、吸気弁17と排気弁18は共に閉塞している。図示しない吸気行程において、吸気ポート15から供給された空気によって、燃焼室10内には、吸気ポート15側では上昇し排気ポート16側では下降するように旋回するタンブル流Tが生成される。圧縮行程の後半ではタンブル流Tが弱まるが、本実施形態では燃料噴霧Fによってタンブル流Tが強化される。すなわち圧縮行程の後半では、燃料噴射弁21によって燃料が噴射され、燃料噴霧Fはピストン頂面19のガイド部30に衝突して偏向され、斜め上方すなわちシリンダヘッド14の底面(ペントルーフ)に沿って進む。この燃料噴霧Fはガイド部30によって、中心角が比較的小さい扇形に成形されており、タンブル流Tの吸気ポート15側から排気ポート16側へ向かって流動する成分を付勢するように作用する。これによりタンブル流Tは強化され、上死点直前まで維持されるので、点火時期にタンブル流の大きな渦が崩壊して乱れ(小さな多数の渦)に変化し、混合気が均一になって火炎の伝播速度が高められ、良好な均質燃焼が実現される。
The operation of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a state in the latter half of the compression stroke, and both the
図5と図6は本発明の第2の実施形態を示している。これらの図はピストン頂面19に形成されたガイド部30を示し、その他の構成は第1の実施形態と同じである。
5 and 6 show a second embodiment of the present invention. These drawings show the
第2の実施形態では、ガイド部30のキャビティ20側に、燃料噴射弁側から点火プラグ22へ向かって延びる仕切り壁33が設けられている。仕切り壁33は、ガイド部30のキャビティ20側に形成され、上方から見ると、側壁31、32に平行な2辺を有する二等辺三角形を呈している。仕切り壁33の上面は周縁部25と同じ高さである。
In the second embodiment, a
したがって燃料噴霧Fは仕切り壁33により、2つに分離して点火プラグ22へ向くことが阻止されるので、点火プラグ22が燃料によって濡れることが防止され、点火が阻害されることはない。その他の作用は第1の実施形態と同様である。
Accordingly, the fuel spray F is prevented from being separated into two by the
図7と図8は本発明の第3の実施形態を示している。図7はシリンダヘッド14を下から見た図であり、図8は圧縮行程の後半において実行される燃料噴射を示し、第1の実施形態における図4に対応する。また第3の実施形態では、第2の実施形態と同様に、ピストン頂面19には仕切り壁(図示せず)が設けられている。
7 and 8 show a third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a view of the
図7に示されるように、シリンダヘッド14には、2つの吸気ポート15と2つの排気ポート16が形成され、また中央部には点火プラグ22が配設されている。またシリンダヘッド14の底面であって排気ポート16、16の近傍には、それぞれ反り返り部34が形成されている。反り返り部34は、図8に示されるように、底面の他の部分よりも下方へ突出して、その下端面はシリンダブロック11との境界面とほぼ同じ高さ位置にある。また反り返り部34は、図7において排気ポート16の輪郭に沿った円弧状を呈し、排気ポート16よりもシリンダボア12の壁面側に位置している。
As shown in FIG. 7, the
したがって燃料噴霧Fは仕切り壁(図示せず)により点火プラグ22を避けるように2つに分離された後、排気弁18に沿って流れ、反り返り部34において反射すなわち偏向され、タンブル流Tの流動方向に沿ってピストン頂面19側へ向かう。このように燃料噴霧Fは反り返り部34において下方へ偏向されるので、タンブル流Tの吸気ポート15側から排気ポート16側へ向かう成分を強化するだけでなく、反り返り部34に衝突して反り返り部34に沿って偏向することにより、排気ポート16側におけるタンブル流Tの下向き成分をも強化する。さらに、第1および第2の実施形態と比較して、反り返り部34へ衝突する程度に燃料噴射圧を高めることができるので、タンブル流Tをより強化することができる。また第2の実施形態と同様に、点火プラグ22が燃料によって濡れることが防止され、点火が阻害されることはない。
Accordingly, the fuel spray F is separated into two so as to avoid the
なお上記各実施形態では、ガイド部30の形状を扇形として説明したが、燃料噴霧をタンブル流が存在する領域に向けるような形状を有していれば、如何なる形状であってもよい。
In each of the above embodiments, the shape of the
10 燃焼室
13 ピストン
15 吸気ポート
16 排気ポート
21 燃料噴射弁
30 ガイド部
T タンブル流
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記燃焼室内において吸気ポート側では上昇し、排気ポート側では下降するように旋回するタンブル流を生成する手段と、
ピストン頂面の前記吸気ポート側の部分に形成され、ピストンが圧縮行程にあるときに前記燃料噴射弁によって噴射された燃料噴霧を前記タンブル流の流動方向に偏向させるガイド部と
を備える筒内噴射式火花点火内燃機関。 A fuel injection valve provided near the intake port of the cylinder head and injecting fuel directly into the combustion chamber;
Means for generating a tumble flow that swirls so as to rise on the intake port side and descend on the exhaust port side in the combustion chamber;
In-cylinder injection comprising: a guide portion formed on a portion of the piston top surface on the intake port side and deflecting fuel spray injected by the fuel injection valve in the flow direction of the tumble flow when the piston is in a compression stroke Type spark ignition internal combustion engine.
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JP2007189780A JP2009024637A (en) | 2007-07-20 | 2007-07-20 | Inner cylinder injection type spark ignition internal combustion engine |
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US20190242295A1 (en) * | 2018-02-07 | 2019-08-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Internal combustion engine |
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2007
- 2007-07-20 JP JP2007189780A patent/JP2009024637A/en active Pending
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US20190242295A1 (en) * | 2018-02-07 | 2019-08-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Internal combustion engine |
US10808602B2 (en) * | 2018-02-07 | 2020-10-20 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Internal combustion engine |
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