JP2012188937A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、吸気通路への燃料の噴射状態を的確に設定することで、シリンダの内部(筒内)に燃料を直接噴射する燃料噴射装置を該筒内に直接設けることなく、性能向上を図ることができる内燃機関に関する。 In the present invention, by accurately setting the state of fuel injection into the intake passage, performance is improved without directly providing a fuel injection device in the cylinder (inside the cylinder) directly in the cylinder. The present invention relates to an internal combustion engine.
内燃機関(エンジン)として、シリンダの内部(筒内)に備えられ筒内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタと、吸気通路に燃料を噴射するポート噴射インジェクタとを備えたエンジンが知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art As an internal combustion engine (engine), an engine is known that includes a direct injection injector that is provided inside a cylinder (in a cylinder) and injects fuel directly into the cylinder, and a port injection injector that injects fuel into an intake passage. (For example, refer to Patent Document 1).
直噴インジェクタとポート噴射インジェクタとを備えたエンジンでは、直噴インジェクタから筒内に高圧の燃料を直接噴射することで、燃料の気化潜熱を吸気の冷却に利用し、混合気の温度を下げてノッキングの発生を抑制することができる。更に、吸気の冷却により空気密度を高くできるので、全負荷時の吸入空気量を増大させて性能を向上させることができる。また、ポート噴射インジェクタから吸気通路に燃料を噴射することで、筒内の流動が弱く、混合気の均質性が悪くなる低負荷の運転領域では、混合気の均質化を促進することができる。 In an engine equipped with a direct-injector and a port-injector, high-pressure fuel is directly injected from the direct-injector into the cylinder, so that the latent heat of vaporization of the fuel is used for cooling the intake air and the temperature of the mixture is lowered. The occurrence of knocking can be suppressed. Furthermore, since the air density can be increased by cooling the intake air, the amount of intake air at the full load can be increased to improve the performance. Further, by injecting fuel from the port injector into the intake passage, homogenization of the air-fuel mixture can be promoted in a low-load operating region where the flow in the cylinder is weak and the air-fuel mixture homogeneity is poor.
しかし、直噴インジェクタとポート噴射インジェクタとを備えたエンジンでは、筒内に装着された直噴インジェクタの先端が、高温・高圧の燃焼ガスに曝されてしまう。このため、混合気の均質化を促進するためにポート噴射インジェクタから燃料を噴射する場合であっても、直噴インジェクタの先端を燃料噴射の冷却作用によって冷却するために、直噴インジェクタから燃料の噴射を継続する必要があり、ポート噴射インジェクタだけから燃料噴射を行うことができないのが現状であった。また、直噴インジェクタから噴射した燃料の一部は燃焼室壁に衝突し、液膜となった状態で燃焼するため、粒子状物質の排出が多いという問題があった。さらに、直噴インジェクタからは高圧で燃料を噴射する必要があるため、高圧ポンプの動力損失が性能に影響を及ぼす虞があった。 However, in an engine provided with a direct injection injector and a port injection injector, the tip of the direct injection injector mounted in the cylinder is exposed to high-temperature and high-pressure combustion gas. For this reason, even when fuel is injected from the port injector to promote homogenization of the air-fuel mixture, in order to cool the tip of the direct injection by the cooling action of the fuel injection, the fuel from the direct injection injector The current situation is that it is necessary to continue the injection, and fuel injection cannot be performed only from the port injector. In addition, a part of the fuel injected from the direct injection injector collides with the wall of the combustion chamber and burns in a liquid film, so that there is a problem that particulate matter is largely discharged. Further, since it is necessary to inject fuel at a high pressure from the direct injection injector, there is a possibility that the power loss of the high-pressure pump may affect the performance.
また、直噴インジェクタは耐温性・耐圧性の確保が必要になり、更に、先端が燃焼ガスに曝されるため、燃焼生成物や燃料の炭化により、運転条件によってはデポジットが堆積しやすく、デポジット対策が必要になっていた。このため、直噴インジェクタを備えた内燃機関では、燃料噴射系のコストが嵩んでしまう問題があった。 In addition, direct injection injectors need to ensure temperature resistance and pressure resistance, and further, because the tip is exposed to combustion gas, carbonization of combustion products and fuels tends to cause deposits to accumulate depending on operating conditions, Deposit measures were required. For this reason, the internal combustion engine provided with the direct injection injector has a problem that the cost of the fuel injection system increases.
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、シリンダの内部に燃料を直接噴射する直噴インジェクタをシリンダの内部に備えることなく、吸気行程時における燃料噴射の状態を的確に制御することで、シリンダの内部に燃料を直接噴射した場合の性能を維持し、高い性能を得ることができる内燃機関を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, by accurately controlling the state of fuel injection during the intake stroke without providing a direct injection injector for directly injecting fuel into the cylinder, An object of the present invention is to provide an internal combustion engine capable of maintaining the performance when fuel is directly injected into a cylinder and obtaining high performance.
上記目的を達成するための請求項1に係る本発明の内燃機関は、燃料噴射口から吸気通路内に燃料を噴射するインジェクタと、前記吸気通路とシリンダの内部とを連通する吸気開口と、吸気行程中に前記インジェクタから燃料を噴射させる吸気行程噴射手段を少なくとも含む燃料噴射手段と、前記吸気行程中に前記インジェクタから燃料を噴射させ、前記吸気開口から燃料を前記シリンダの内部に導入することで前記シリンダの内部に混合気を形成する制御手段とを備え、前記吸気通路は、前記吸気開口に向かい直線状に延びる上壁部を有し、前記インジェクタは、前記燃料の噴射方向が前記上壁部に沿って平行になるように前記燃料噴射口が配置され、前記吸気通路に送られる吸入空気は、前記インジェクタの前記燃料噴射口の上流側から前記吸気開口に向けて導入され、前記燃料の噴射方向と前記吸入空気の導入方向が平行にされることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an internal combustion engine according to a first aspect of the present invention includes an injector that injects fuel from a fuel injection port into an intake passage, an intake opening that communicates the intake passage and the inside of the cylinder, and an intake air Fuel injection means including at least intake stroke injection means for injecting fuel from the injector during the stroke, and fuel is injected from the injector during the intake stroke, and fuel is introduced into the cylinder from the intake opening. Control means for forming an air-fuel mixture inside the cylinder, the intake passage has an upper wall portion extending linearly toward the intake opening, and the injector has an injection direction of the fuel in the upper wall The fuel injection port is arranged so as to be parallel along the portion, and the intake air sent to the intake passage is from the upstream side of the fuel injection port of the injector. Serial introduced toward the suction opening, the direction of introduction of the injection direction and the intake air of the fuel, characterized in that it is in parallel.
請求項1に係る本発明では、吸気行程噴射手段により吸気行程中に吸気通路内に燃料を噴射させ、吸気バルブが開いているときに燃料をシリンダの内部に流入させる。インジェクタからの燃料は、吸気開口に向けて上壁部に沿って真っ直ぐに噴射され、吸入空気は、燃料の噴射口より上流側から吸気開口に向けて導入され、燃料の噴霧が吸入空気の流れに乱されることなく壁面への燃料付着を抑制し、吸入空気と混合されシリンダの内部に流入する。 In the present invention according to claim 1, fuel is injected into the intake passage during the intake stroke by the intake stroke injection means, and the fuel flows into the cylinder when the intake valve is open. Fuel from the injector is injected straight along the upper wall toward the intake opening, intake air is introduced from the upstream side of the fuel injection opening toward the intake opening, and fuel spray flows into the intake air flow. The fuel is prevented from adhering to the wall surface without being disturbed by the air and mixed with the intake air and flows into the cylinder.
これにより、シリンダの内部に燃料を直接噴射する直噴インジェクタをシリンダの内部に備えることなく、燃料の気化潜熱を吸気の冷却に利用してノッキングの発生を抑制し、また、吸気の冷却により空気密度を高くして、全負荷時の吸入空気量を増大させて性能を向上させることができる。 As a result, the occurrence of knocking is suppressed by using the latent heat of vaporization of the fuel for cooling the intake air without providing a direct injection injector for directly injecting the fuel into the cylinder. The performance can be improved by increasing the density and increasing the amount of intake air at full load.
このため、シリンダの内部に燃料を直接噴射する直噴インジェクタをシリンダの内部に備えることなく、吸気行程時における燃料噴射の状態を的確に制御することで、シリンダの内部に燃料を直接噴射した場合の性能を維持し、高い性能を得ることが可能になる。 For this reason, when the fuel is directly injected into the cylinder by accurately controlling the state of the fuel injection during the intake stroke without providing the cylinder with a direct injection injector that directly injects the fuel into the cylinder. It is possible to maintain high performance and maintain high performance.
そして、請求項2に係る本発明の内燃機関は、請求項1に記載の内燃機関において、前記吸気通路に送られる前記吸入空気は、前記インジェクタの前記燃料噴射口の上流側から前記吸気開口に向けて導入され、前記燃料の噴射方向と前記吸入空気の導入方向が平行にされることを特徴とする。
The internal combustion engine of the present invention according to
請求項2に係る本発明では、吸入空気が燃料の噴射口より上流側から吸気開口に向けて導入されるため、燃料の噴霧が乱されず、壁面に付着されることなくシリンダの内部に流入する。
In the present invention according to
また、請求項3に係る本発明の内燃機関は、請求項2に記載の内燃機関において、前記吸気通路の前記上壁部は、前記インジェクタから噴射される燃料が流通する噴霧通路とされ、前記吸気通路には、前記噴霧通路に前記吸入空気を案内して前記噴霧通路に前記吸入空気を導入する案内部が形成されていることを特徴とする。
The internal combustion engine of the present invention according to claim 3 is the internal combustion engine according to
請求項3に係る本発明では、噴霧通路に燃料を噴射して案内部から吸入空気を導入することで、吸入空気が整流されて燃料の上流から平行に導入され、燃料を確実にシリンダの内部に流入させることができる。 In the third aspect of the present invention, the fuel is injected into the spray passage and the intake air is introduced from the guide portion, so that the intake air is rectified and introduced in parallel from the upstream side of the fuel, so that the fuel is reliably supplied to the inside of the cylinder. Can be allowed to flow into.
また、請求項4に係る本発明の内燃機関は、請求項3に記載の内燃機関において、前記吸気通路及び前記噴霧通路は、吸気ポート及び吸気マニホールドにわたり形成され、前記吸気マニホールドまたは前記吸気ポートに位置する前記噴霧通路の部位に前記インジェクタの本体が配置され、前記吸気マニホールドの前記吸気通路は、屈曲部を介して前記吸気ポートの前記吸気通路に連通され、前記吸気マニホールドの部位から前記噴霧通路に前記吸入空気を導入するように、前記屈曲部の屈曲外周側に前記案内部が形成されていることを特徴とする。 The internal combustion engine of the present invention according to claim 4 is the internal combustion engine according to claim 3, wherein the intake passage and the spray passage are formed over the intake port and the intake manifold, and the intake manifold or the intake port is connected to the intake manifold or the intake port. The main body of the injector is disposed at a position of the spray passage located, and the intake passage of the intake manifold is communicated with the intake passage of the intake port via a bent portion, and the spray passage from the intake manifold portion The guide portion is formed on the bent outer peripheral side of the bent portion so as to introduce the intake air into the bent portion.
請求項4に係る本発明では、下方から空気が供給される設計の機関であっても、噴霧通路の燃料に対し、上流から平行に吸入空気を導入することができる。 In the present invention according to claim 4, even in an engine designed to be supplied with air from below, intake air can be introduced in parallel from upstream to the fuel in the spray passage.
請求項5に係る本発明の内燃機関は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の内燃機関において、前記インジェクタの前記燃料噴射口から噴射される前記燃料は、吸気バルブの最大リフト時における前記吸気開口の中央部位に向けられて噴射されることを特徴とする。 An internal combustion engine according to a fifth aspect of the present invention is the internal combustion engine according to any one of the first to fourth aspects, wherein the fuel injected from the fuel injection port of the injector is a maximum of an intake valve. The injection is directed toward the central portion of the intake opening during lift.
燃料が吸気バルブの最大リフト時における吸気開口の中央部位に向けられて噴射されるので、壁面への燃料の付着を大幅に抑制することができる。 Since the fuel is injected toward the central portion of the intake opening at the time of the maximum lift of the intake valve, it is possible to greatly suppress the adhesion of the fuel to the wall surface.
本発明の内燃機関は、シリンダの内部に燃料を直接噴射する直噴インジェクタをシリンダの内部に備えることなく、吸気行程時における燃料噴射の状態を的確に制御することで、シリンダの内部に燃料を直接噴射した場合の性能を維持し、高い性能を得ることが可能になる。 The internal combustion engine of the present invention does not include a direct injection injector that directly injects fuel into the cylinder, and accurately controls the state of fuel injection during the intake stroke so that the fuel is injected into the cylinder. The performance in the case of direct injection can be maintained and high performance can be obtained.
図1から図6に基づいて本発明の内燃機関を説明する。 The internal combustion engine of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1には本発明の一実施形態例に係る内燃機関の全体の概略構成、図2には吸気ポート周りの具体的な構成、図3には吸気ポートの外観を表す斜視状況、図4には燃料の広がりを説明する吸気ポート周りの上面視、図5には燃料の広がりを説明する吸気ポート周りの側面視を示してある。また、図6にはエンジンの回転速度と燃料圧力の関係を示してある。 1 is a schematic configuration of an entire internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a specific configuration around an intake port, FIG. 3 is a perspective view showing the appearance of the intake port, and FIG. FIG. 5 shows a top view around the intake port for explaining the spread of the fuel, and FIG. 5 shows a side view around the intake port for explaining the spread of the fuel. FIG. 6 shows the relationship between the engine speed and fuel pressure.
図1、図2に示すように、内燃機関(エンジン)であるエンジン本体(以下、エンジンと称する)1のシリンダヘッド2には気筒毎に点火プラグ3が取り付けられ、点火プラグ3には高電圧を出力する点火コイル4が接続されている。シリンダヘッド2には気筒毎に吸気通路5を構成する吸気ポート8が形成され、吸気ポート8の各吸気通路5の燃焼室6側には吸気バルブ7がそれぞれ設けられている。吸気バルブ7は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト(図示省略)のカムに倣って開閉作動され、各吸気通路5と燃焼室6との間の吸気開口22の開閉(吸気通路5と燃焼室6の連通・遮断)を行なうようになっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a spark plug 3 is attached to a
各吸気ポート8には吸気マニホールド9の一端がそれぞれ接続され、各吸気ポート8に吸気マニホールド9の吸気通路が連通している。吸気マニホールド9の吸気通路は下方から延びて吸気ポート8の吸気通路5に連通している。吸気マニホールド9には電磁式の燃料噴射弁(インジェクタ)10が取り付けられ、インジェクタ10の燃料噴射口23は吸気開口22を指向して吸気ポート8の吸気通路5に配されている。インジェクタ10には、燃料タンク(図示省略)からの燃料が燃料パイプ21を介して供給される。
One end of an intake manifold 9 is connected to each
また、シリンダヘッド2には気筒毎に排気ポート11が形成され、各排気ポート11の燃焼室6側には排気バルブ12がそれぞれ設けられている。排気バルブ12は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト(図示省略)のカムに倣って開閉作動され、各排気ポート11と燃焼室6との連通・遮断を行うようになっている。そして、各排気ポート11には排気マニホールド13の一端がそれぞれ接続され、各排気ポート11に排気マニホールド13が連通している。
The
尚、このようなエンジンは公知のものであるため、構成の詳細については省略してある。 In addition, since such an engine is a well-known thing, it abbreviate | omitted about the detail of the structure.
吸気マニホールド9の上流側には吸気管14が接続され、吸気管14には電磁式のスロットルバルブ15が取り付けられ、スロットルバルブ15の弁開度を検出するスロットルポジションセンサ16が設けられ、スロットルバルブ15はアクセルペダルの踏み込み量に応じて動作される。
An
スロットルバルブ15の上流側には吸入空気量を計測するエアフローセンサ17が設けられている。エアフローセンサ17としては、カルマン渦流式やホットフィルム式のエアフローセンサが使用される。また、吸気マニホールド9とスロットルバルブ15との間における吸気管14にはサージタンク18が設けられている。
An
エンジン1には、クランク角を検出してエンジン回転速度(Ne)を求めるクランク角センサ25、冷却水温を検出する水温センサ26が備えられている。また、燃料パイプ21にはインジェクタ10に供給される燃料の圧力を検出する燃料圧力センサ27が備えられている。
The engine 1 is provided with a
ECU(電子コントロールユニット)31は、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を備えている。このECU31により、エンジン1の総合的な制御が行われる。
The ECU (electronic control unit) 31 includes an input / output device, a storage device (ROM, RAM, etc.), a central processing unit (CPU), a timer counter, and the like. The
ECU31の入力側には、上述したスロットルポジションセンサ16、エアフローセンサ17、クランク角センサ25、水温センサ26、燃料圧力センサ27等の各種センサ類が接続され、これらセンサ類からの検出情報が入力される。また、ECU31には、吸気バルブ7及び排気バルブ12のリフト量及びリフト時期の情報が入力(もしくは記憶)される。
Various sensors such as the
一方、ECU31の出力側には、上述の点火コイル4、スロットルバルブ15、インジェクタ10の駆動装置等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、各種センサ類からの検出情報に基づきECU31で演算された燃料噴射量、燃料噴射期間、燃料噴射時期、点火時期、吸気バルブ7及び排気バルブ12の動作状態(バルブ動作状態)等がそれぞれ出力される。
On the other hand, the output side of the
各種センサ類からの検出情報に基づき空燃比が適正な目標空燃比に設定され、目標空燃比に応じた量の燃料が適正なタイミングでインジェクタ10から噴射され、また、スロットルバルブ15が適正な開度に調整され、点火プラグ3により適正なタイミングで火花点火が実施される。
Based on detection information from various sensors, the air-fuel ratio is set to an appropriate target air-fuel ratio, an amount of fuel corresponding to the target air-fuel ratio is injected from the
本実施例のエンジン1は、吸気行程中にインジェクタ10から燃料を噴射すると共に排気行程中にインジェクタ10から燃料を噴射するようにされる。尚、噴射した燃料が吸気バルブ7の近傍に到達した際に吸気バルブ7が開弁していれば吸気行程噴射と定義し、吸気バルブ7が開弁前である場合を排気行程噴射と定義する。実際にはインジェクタ駆動指令から燃料が吸気バルブ7の近傍に到達するまでインジェクタ針弁の開弁遅れやインジェクタ10から吸気バルブ7までの輸送遅れなど時間遅れが存在するので、吸気行程噴射のインジェクタ駆動指令が排気行程中に行われる場合もある。
The engine 1 of this embodiment is configured to inject fuel from the
吸気行程中に(吸気バルブ7が開いている間に)燃料を噴射することにより、吸気通路5や吸気バルブ7の傘部等への燃料の付着を抑制して燃料の気化潜熱を吸気の冷却に利用できる。このため、混合気の温度を下げてノッキングの発生を抑制すると共に、空気密度を高めて全負荷時の吸入空気量を増大させ、ポート噴射であっても、吸気冷却の効果を最大限に引き出すことができる。
By injecting fuel during the intake stroke (while the
排気行程中にインジェクタ10から燃料を噴射することにより、吸気通路5の内部で燃料と空気が十分に均質混合された混合気が得られる。インジェクタ10は吸気ポート8に設けられているので、高温・高圧の燃焼ガスに曝されることがなく、耐温性・耐圧性の確保を要しない簡素な取り付け構造とされる。また、高圧の燃料を噴射する必要がないため、ポンプの動力損失による性能への影響を小さくすることができる。
By injecting fuel from the
図2に示すように、吸気ポート8と吸気開口22は筒状部20(スロート部)により接続され、吸気行程中のインジェクタ10による燃料噴射は、吸気バルブ7の最大リフト時に、筒状部20の内側で、吸気開口22のシート座と吸気バルブ7の傘部の間を通過して燃焼室6内に燃料が向かうように、即ち、吸気開口22の中央部に向かうようにされる。
As shown in FIG. 2, the
そして、インジェクタ10からの燃料は、吸気開口22に向けて吸気通路5の上壁部に沿って真っ直ぐに噴射され、吸入空気は、インジェクタ10の燃料噴射口23より上流側から吸気開口22に向けて導入され、燃料の噴射方向と吸入空気の導入方向が平行にされる。これにより、吸入空気の流れによって燃料の噴霧が乱されることなく、壁面への燃料の付着を抑制し、吸入空気と混合されて燃焼室6(シリンダの内部)に流入する。
The fuel from the
吸気通路5を形成する吸気ポート8及び吸気マニホールド9の構成を図2、図3に基づいて具体的に説明する。
The configuration of the
吸気通路5は吸気ポート8及び吸気マニホールド9にわたり形成され、吸気通路5には吸気開口22に向かい直線状に延びる上壁部が設けられている。上壁部は、インジェクタ10から噴射される燃料が流通する噴霧通路33とされ、吸気マニホールド9(または吸気ポート8)に位置する噴霧通路33の部位にインジェクタ10の本体が配置されている。
The
インジェクタ10の燃料噴射口23は吸気開口22に向かい吸気ポート8の吸気通路5に臨んでいる。吸気通路5には、噴霧通路33に吸入空気を案内して噴霧通路33に吸入空気を導入する案内部34が形成されている。案内部34は、吸気マニホールド9の部位から噴霧通路33に吸入空気を導入するように吸気マニホールド9及び吸気ポート8の吸気通路に形成され、インジェクタ10の燃料噴射口23より上流側から吸気開口22に向けて吸入空気が導入される。
A
これにより、インジェクタ10の燃料噴射口23から噴霧通路33に燃料が噴射され(図2中実線矢印で示す)、燃料噴射口23の上流側から案内部34により吸入空気が導入される。このため、吸入空気が噴霧通路33で整流されて燃料の上流から噴射方向と平行に導入され(図2中白抜き矢印で示す)、下方から空気が供給される吸気マニホールド9の形状であっても、噴霧が吸入空気の流れに乱されることがない。
As a result, fuel is injected from the
従って、燃料を確実に燃焼室6(シリンダの内部)に向けて噴射することができ、吸気流速が速くなる、エンジン1の中・高回転速度域で、燃料の噴霧が吸気流動に流されても、吸気ポート8(吸気通路5)の上壁への燃料の付着を大幅に減らして燃焼室6内に燃料を送ることが可能になる。
Accordingly, the fuel can be reliably injected toward the combustion chamber 6 (inside the cylinder), and the fuel spray is flowed into the intake air flow in the middle / high rotation speed range of the engine 1 where the intake air flow velocity becomes high. However, it becomes possible to send the fuel into the
上述したインジェクタ10から噴射される燃料は、吸気開口22に対して所定の広がりで噴射されるように燃料噴射口23が設定されている。図4、図5に基づいて燃料の広がりについて説明する。図に示すように、本実施例の内燃機関は、一つのシリンダに対して2つの吸気開口22及び吸気ポート8が備えられ、2つの吸気ポート8に対して1つのインジェクタ10から燃料が噴射される。
The
図4に示すように、シリンダの上面視の状態において、インジェクタ10の燃料噴射口23から噴射される燃料は、吸気開口22の内側の範囲の幅の広がり(図中一点鎖線で示す)に設定される。燃料の広がりの角度αは、例えば、12度以上確保することが望ましい。
As shown in FIG. 4, in the state of the cylinder as viewed from above, the fuel injected from the
図5に示すように、シリンダの側面視の状態において、インジェクタ10の燃料噴射口23から噴射される燃料は、吸気開口22の内側の範囲で、吸気バルブ7の最大リフト時における弁軸からシリンダ中心側の範囲の幅の広がり(図中一点鎖線で示す)に設定される。燃料の広がりの角度βは、例えば、6以上確保することが望ましい。
As shown in FIG. 5, in the state of the cylinder in a side view, the fuel injected from the
シリンダの側面視の状態の燃料の広がりは、以下のように規定される。 The spread of fuel in a side view of the cylinder is defined as follows.
吸気バルブ7の最大リフト時における吸気バルブ7のバルブシートの部位をAとする。
A portion of the valve seat of the
吸気開口22のシート座の部位をBとする。
The seat portion of the
部位Aを起点として吸気通路5の下面に沿って延びる線を線Cとする(図中点線で示してある)。
A line extending from the part A along the lower surface of the
部位Bを起点として吸気通路5の下面に沿って延びる線(線Cと平行な線)をDとする(図中点線で示してある)。
A line (a line parallel to the line C) extending from the part B along the lower surface of the
吸気ポート8と筒状部20との境界線をEとする(図中一点鎖線で示してある)。
A boundary line between the
線Cと境界線Eの交点をF1、線Dと境界線Eの交点をF2とする。 Assume that the intersection of line C and boundary E is F1, and the intersection of line D and boundary E is F2.
シリンダの側面視の状態において、インジェクタ10の燃料噴射口23から噴射される燃料は、交点F1と交点F2の間を通過するように噴射され、吸気開口22の内側の範囲で、吸気バルブ7の最大リフト時におけるバルブ軸からシリンダ中心側の範囲の幅の広がり(図中一点鎖線で示す)に設定される。
In a state in which the cylinder is viewed from the side, the fuel injected from the
図4、図5に示すように、インジェクタ10の燃料噴射口23から噴射される燃料が、シリンダの上面視の状態において、吸気開口22の内側の範囲の幅の広がりに設定され、シリンダの側面視の状態において、吸気開口22の内側の範囲でシリンダの上面視の状態よりも狭い幅に設定されるので、燃料の噴霧が上面視の広がりが大きく側面視の広がりが小さい扇形にされる。また、燃料の噴射方向は吸気ポートの中央から吸気ポート8の下面(筒状部20との境界線)の曲がり部近傍の範囲を通過するように設定することが望ましい。
As shown in FIGS. 4 and 5, the fuel injected from the
このため、吸気流速が速くなる、エンジン1の中・高回転速度域で、燃料の噴霧が吸気流動に流されても、吸気ポート8(吸気通路5)の上壁への燃料の付着を防止することができる。しかも、燃料の噴霧が上面視の広がりの幅が広く、側面視の広がりの幅が狭い扇形にされ、噴霧の表面積(即ち空気との接触面積)が確保されて吸入空気との混合が阻害されることがなく、排ガス性能を悪化させる虞がない。更に、噴霧の貫徹力が強くなりすぎず、シリンダの壁面(シリンダライナー)に燃料が付着してエンジンオイルが希釈化する虞がない。 For this reason, even if the spray of fuel flows into the intake air flow in the middle / high rotation speed region of the engine 1 where the intake air flow rate becomes fast, the fuel adheres to the upper wall of the intake port 8 (intake passage 5). can do. In addition, the fuel spray is fan-shaped with a wide spread in the top view and a narrow spread in the side view, and the surface area of the spray (that is, the contact area with the air) is secured to prevent mixing with the intake air. There is no risk of deteriorating exhaust gas performance. Further, the penetration force of the spray does not become too strong, and there is no possibility that the fuel adheres to the cylinder wall surface (cylinder liner) and the engine oil is diluted.
シリンダの上面視の状態における燃料の広がりを狭くした場合、棒状の噴霧となり、噴霧の表面積(即ち空気との接触面積)が確保できず、吸入空気との混合が阻害される。また、噴霧の貫徹力が強くなり、シリンダの壁面(シリンダライナー)に燃料が付着してエンジンオイルが希釈化される。 When the spread of the fuel in the state of the top view of the cylinder is narrowed, it becomes a stick-like spray, the surface area of the spray (that is, the contact area with the air) cannot be secured, and mixing with the intake air is hindered. Further, the penetration force of the spray becomes strong, and the fuel adheres to the wall surface (cylinder liner) of the cylinder and the engine oil is diluted.
本実施例では、エンジン1の回転速度に応じて、インジェクタ10から噴射される燃料の圧力(燃圧)が高くなるように設定されている(燃料圧力設定手段)。即ち、図6に示すように、エンジン1の回転速度が高くなると、(回転速度が高くなるほど)燃圧が高くなるように設定されている。燃圧を高くすることで、高い回転速度領域(所定の回転速度の領域)であっても、燃料の噴霧の流速が増大し、噴霧が吸気流動に更に流され難くなり、吸気ポート8(吸気通路5)の上壁への燃料の付着を更に低減することができる。
In the present embodiment, the pressure (fuel pressure) of the fuel injected from the
上述したように、本実施例のエンジン1は、吸気行程時における燃料噴射の状態を的確に制御し、シリンダの内部に燃料を直接噴射する直噴インジェクタをシリンダの内部に備えることなく、燃料の気化潜熱を吸気の冷却に利用してノッキングの発生を抑制し、また、吸気の冷却により空気密度を高くして、全負荷時の吸入空気量を増大させて性能を向上させることができる。また、吸気ポートの圧力が排気ポートの圧力よりも高い場合であっても、排気ポートへの燃料の吹き抜けを低減し、未燃HCの排出を防止できる。さらには、燃料噴射の誘起する流動がシリンダ内での乱れを強めるため、火炎伝播を促進して良好な燃焼を得ることができる。 As described above, the engine 1 of this embodiment accurately controls the state of fuel injection during the intake stroke, and does not include a direct injection injector that directly injects fuel into the cylinder. The occurrence of knocking can be suppressed by using the latent heat of vaporization for cooling the intake air, and the performance can be improved by increasing the air density at the full load by increasing the air density by cooling the intake air. Further, even when the pressure of the intake port is higher than the pressure of the exhaust port, it is possible to reduce the blow-through of fuel to the exhaust port and prevent the unburned HC from being discharged. Furthermore, since the flow induced by fuel injection intensifies the turbulence in the cylinder, it is possible to promote flame propagation and obtain good combustion.
このため、シリンダの内部に燃料を直接噴射する直噴インジェクタをシリンダの内部に備えることなく、吸気行程時における燃料噴射の状態を的確に制御することで、シリンダの内部に燃料を直接噴射した場合の性能を維持し、高い性能を得ることが可能になる。 For this reason, when the fuel is directly injected into the cylinder by accurately controlling the state of the fuel injection during the intake stroke without providing the cylinder with a direct injection injector that directly injects the fuel into the cylinder. It is possible to maintain high performance and maintain high performance.
本発明は、吸気通路への燃料の噴射状態を的確に設定することで、シリンダの内部(筒内)に燃料を直接噴射する燃料噴射装置を該筒内に直接設けることなく、性能向上を図ることができる内燃機関の産業分野で利用することができる。 In the present invention, by accurately setting the state of fuel injection into the intake passage, performance is improved without directly providing a fuel injection device in the cylinder (inside the cylinder) directly in the cylinder. It can be used in the industrial field of internal combustion engines.
1 エンジン
2 シリンダヘッド
3 点火プラグ
4 点火コイル
5 吸気通路
6 燃焼室
7 吸気バルブ
8 吸気ポート
9 吸気マニホールド
10 燃料噴射弁(インジェクタ)
11 排気ポート
12 排気バルブ
13 排気マニホールド
14 吸気管
15 スロットルバルブ
16 スロットルポジションセンサ
17 エアフローセンサ
18 サージタンク
21 燃料パイプ
22 吸気開口
23 燃料噴射口
25 クランク角センサ
26 水温センサ
27 燃料圧力センサ
31 ECU
33 噴霧通路
34 案内部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF
33
Claims (5)
前記吸気通路とシリンダの内部とを連通する吸気開口と、
吸気行程中に前記インジェクタから燃料を噴射させる吸気行程噴射手段を少なくとも含む燃料噴射手段と、
前記吸気行程中に前記インジェクタから燃料を噴射させ、前記吸気開口から燃料を前記シリンダの内部に導入することで前記シリンダの内部に混合気を形成する制御手段とを備え、
前記吸気通路は、前記吸気開口に向かい直線状に延びる上壁部を有し、
前記インジェクタは、前記燃料の噴射方向が前記上壁部に沿って平行になるように前記燃料噴射口が配置される
ことを特徴とする内燃機関。 An injector for injecting fuel into the intake passage from the fuel injection port;
An intake opening communicating the intake passage and the inside of the cylinder;
Fuel injection means including at least intake stroke injection means for injecting fuel from the injector during the intake stroke;
Control means for injecting fuel from the injector during the intake stroke and introducing fuel into the cylinder from the intake opening to form an air-fuel mixture inside the cylinder;
The intake passage has an upper wall portion extending linearly toward the intake opening,
The internal combustion engine, wherein the injector has the fuel injection port arranged so that the fuel injection direction is parallel to the upper wall portion.
前記吸気通路に送られる吸入空気は、前記インジェクタの前記燃料噴射口の上流側から前記吸気開口に向けて導入され、前記燃料の噴射方向と前記吸入空気の導入方向が平行にされる
ことを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 1,
The intake air sent to the intake passage is introduced from the upstream side of the fuel injection port of the injector toward the intake opening, and the fuel injection direction and the intake air introduction direction are made parallel to each other. An internal combustion engine.
前記吸気通路の前記上壁部は、前記インジェクタから噴射される燃料が流通する噴霧通路とされ、
前記吸気通路には、前記噴霧通路に前記吸入空気を案内して前記噴霧通路に前記吸入空気を導入する案内部が形成されている
ことを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 2,
The upper wall portion of the intake passage is a spray passage through which fuel injected from the injector flows,
The internal combustion engine, wherein the intake passage is formed with a guide portion that guides the intake air into the spray passage and introduces the intake air into the spray passage.
前記吸気通路及び前記噴霧通路は、吸気ポート及び吸気マニホールドにわたり形成され、
前記吸気マニホールドまたは前記吸気ポートに位置する前記噴霧通路の部位に前記インジェクタの本体が配置され、
前記吸気マニホールドの前記吸気通路は、屈曲部を介して前記吸気ポートの前記吸気通路に連通され、
前記吸気マニホールドの部位から前記噴霧通路に前記吸入空気を導入するように、前記屈曲部の屈曲外周側に前記案内部が形成されている
ことを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 3,
The intake passage and the spray passage are formed across an intake port and an intake manifold;
A main body of the injector is disposed at a portion of the spray passage located in the intake manifold or the intake port;
The intake passage of the intake manifold communicates with the intake passage of the intake port via a bent portion,
The internal combustion engine, wherein the guide portion is formed on a bent outer peripheral side of the bent portion so as to introduce the intake air from a portion of the intake manifold into the spray passage.
前記インジェクタの前記燃料噴射口から噴射される前記燃料は、吸気バルブの最大リフト時における前記吸気開口の中央部位に向けられて噴射される
ことを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4,
The internal combustion engine, wherein the fuel injected from the fuel injection port of the injector is directed toward a central portion of the intake opening at the time of maximum lift of the intake valve.
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