JP3695039B2 - In-cylinder direct injection spark ignition engine - Google Patents
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて吸気系の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
点火栓の近傍に燃料を集める混合気の成層化をはかるため、シリンダ内にインジェクタ(燃料噴射弁)を臨ませ、シリンダ内に直接に燃料を噴射するようにした筒内直接噴射式火花点火エンジンがある。
【0003】
従来の筒内直接噴射式火花点火エンジンとして、例えば図10に示すようなものがある(特開平6−81651号公報、参照)。
【0004】
これについて説明すると、インジェクタ6は燃焼室天井壁20の側部からシリンダ14内に臨み、ピストン1の冠部30に窪むキャビティ31に向けて燃料を噴射するようになっている。
【0005】
吸気ポート21がシリンダ14に沿って直立して形成されている。直立した吸気ポート21からシリンダ14内に流入した吸気は、図中矢印で示すように、シリンダ14に沿って下降した後、ピストン冠部30に沿って旋回する逆タンブルRが生起される。キャビティ31上において逆タンブルRと共に旋回する燃料噴霧は、キャビティ31に沿って点火栓4に向けて上昇する。これにより、濃混合気が点火栓4の近傍に集められる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の筒内直接噴射式火花点火エンジンにあっては、直立した吸気ポート21がシリンダヘッド9の上部に貫通して設けられる構造のため、インテークマニホールドをシリンダヘッド9の上部に接続する必要があり、エンジンの全高が大きくなるという問題点が考えられる。
【0007】
また、運転条件によらず常にシリンダ14に逆タンブルRが生起されるため、圧縮行程にインジェクタ6から燃料が噴射される運転状態では、燃料と空気の混合が十分に行われず、シリンダ14内に均質な混合気をつくることが難しいという問題点が考えられる。
【0008】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、筒内直接噴射式火花点火エンジンに適した吸気系および燃焼室構造を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンは、シリンダ内に吸気を導入する吸気ポートと、吸気ポートをエンジン回転に同期して開閉する吸気バルブと、シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと、シリンダ内の混合気に点火する点火栓とを備える筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、前記吸気ポートを吸気流に順タンブルを生起するポート形状とし、前記吸気バルブのステム部に係合する溝を有する円柱状の弁体を備え、その弁体によって運転条件に応じて吸気ポートの燃焼室中心側を遮蔽して吸気流に逆タンブルを生起するタンブルコントロールバルブを備えるものとした。
【0011】
請求項2に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンは、請求項1に記載の発明において、タンブルコントロールバルブの中心線を平面図上において吸気ポートの通路中心線と略直交させ、弁体に吸気ポートの壁面から突出する外周面を形成するとともに、弁体に吸気ポートの壁面に沿って湾曲する凹部を形成するものとした。
【0012】
請求項3に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンは、シリンダ内に吸気を導入する吸気ポートと、吸気ポートをエンジン回転に同期して開閉する吸気バルブと、シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと、シリンダ内の混合気に点火する点火栓とを備える筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、前記吸気ポートを吸気流に順タンブルを生起するポート形状とし、前記吸気ポートに介装される弁体を吸気バルブのステム部の同軸上に設けられるシャフトを介して回動可能に支持され、運転条件に応じて回動して吸気ポートの燃焼室中心側を遮蔽して吸気流に逆タンブルを生起するタンブルコントロールバルブを備えるものとした。
【0013】
請求項4に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンは、請求項1から3のいずれか一つに記載の発明において、前記吸気バルブは燃焼室天井壁に対する吸気ポートの開口部に着座する傘部を有し、タンブルコントロールバルブを吸気バルブの傘部の直上方の吸気ポートに配置するものとした。
【0014】
請求項5に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジンは、請求項1から4のいずれか一つに記載の発明において、前記インジェクタの燃料噴射時期を高負荷時に吸気行程に設定し、インジェクタの燃料噴射時期を低負荷時に圧縮行程に設定するものとした。
【0015】
【発明の作用および効果】
請求項1に記載の直接筒内噴射式火花点火エンジンにおいて、例えば希薄空燃比で運転される成層燃焼域にて、ピストンが上昇する圧縮行程でインジェクタから燃料が噴射される運転条件では、タンブルコントロールバルブが吸気ポートの燃焼室中心側を遮蔽するポジションに保持される。これにより、吸気ポートを通ってシリンダ内に流入する吸気流は、吸気ポートの直下に位置するシリンダ壁に沿って下降した後にピストン冠部へと進む逆タンブルを生起する。これにより、圧縮行程でインジェクタから燃焼室に噴射される燃料は逆タンブルと共に旋回し、ピストンが上死点に近づくのにしたがって、濃混合気を点火栓の近傍に集める混合気の成層化がはかれるとともに、逆タンブルのガス流動により火炎の伝播が促される。この結果、燃焼性が確保される空燃比のリーン側限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。また、冷間時において燃料噴射量を増やす必要がなく、エミッションを改善することができる。
【0016】
例えば理論空燃比で運転される均質燃焼域にて、ピストンが下降する吸気行程でインジェクタからシリンダ内に燃料が噴射される運転条件では、タンブルコントロールバルブが吸気ポートの燃焼室中心側を遮蔽しないポジションに保持される。吸気ポートを通ってシリンダ内に流入する吸気流は、吸気ポートに対向するシリンダ壁に沿って下降した後にピストン冠部へと進む順タンブルを生起する。これにより、吸気行程で噴射される燃料噴霧は、シリンダ内に生起される順タンブルにより空気との混合が促され、混合気の均質化がはかれるとともに、順タンブルのガス流動により火炎の伝播が促される。この結果、燃焼性が確保される空燃比のリッチ側限界値を拡大し、出力性能の向上がはかれる。
【0017】
また、吸気ポートはシリンダの中心線に対して大きく傾斜して設けられる構造のため、シリンダヘッドの上部を貫通する直立形の吸気ポートを備える従来装置に比べて、エンジンの高さを小さくすることができる。
【0019】
請求項2に記載の直接筒内噴射式火花点火エンジンにおいて、タンブルコントロールバルブはその弁体の外周面が吸気ポートの壁面から突出するポジションに保持されることにより、吸気ポートの通路中心線をシリンダの中心線に沿うように湾曲させ、吸気流を吸気ポートの直下に位置するシリンダ壁に沿うように曲げて、逆タンブルを有効に生起する。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【0020】
タンブルコントロールバルブはその弁体の凹部が吸気ポートの壁面と連続するポジションに保持されることにより、ポート面積が拡大してエンジンの吸気充填効率を高められる。
【0021】
請求項3に記載の直接筒内噴射式火花点火エンジンにおいて、例えば成層燃焼域で、タンブルコントロールバルブの弁体を吸気ポートの燃焼室中心側を遮蔽するポジションに保持して、吸気流に逆タンブルを生起する。一方、均質燃焼域で、タンブルコントロールバルブの弁体を吸気バルブを中心に回動させて吸気ポートの燃焼室中心側を遮蔽しないポジションに駆動して、吸気流に順タンブルを生起する。
【0022】
請求項4に記載の直接筒内噴射式火花点火エンジンにおいて、吸気バルブの傘部の直上方に配置されたタンブルコントロールバルブが吸気ポートの燃焼室中心側を遮蔽することにより、吸気ポートを通ってシリンダ内に流入する吸気流を吸気ポートの直下に位置するシリンダ壁に沿うように曲げて、逆タンブルを有効に生起する。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【0024】
請求項5に記載の直接筒内噴射式火花点火エンジンにおいて、低負荷時ではピストンが上昇する圧縮行程にインジェクタから燃料が噴射される。燃料噴霧は逆タンブルと合流し、濃混合気が点火栓の近傍に集められる。この結果、燃焼性が確保される空燃比のリーン側限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
【0025】
高負荷時では、ピストンが下降する吸入行程にインジェクタから燃料が噴射される。燃料噴霧は、シリンダ内に生起される順タンブルによって空気との混合が促され、点火時期を迎えるときに、燃焼室に均質な混合気が形成される。この結果、燃焼性が確保される空燃比のリッチ側限界値を拡大し、出力の向上がはかれる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【0027】
図1に示すように、ペントルーフ型に傾斜する燃焼室天井壁20には2つの吸気ポート21と2つの排気ポート23が互いに対向して開口している。燃焼室天井壁20は、各吸気ポート21が開口する吸気ポート側傾斜面25と、各排気ポート23が開口する排気ポート側傾斜面26によって構成される。
【0028】
燃焼室天井壁20の中央部からシリンダ14内に臨む点火栓4が設けられる。燃焼室天井壁20には点火栓4を挟むようにして2つの吸気バルブ7と2つの排気バルブ8が互いに対向して設けられる。
【0029】
燃焼室天井壁20の側部からシリンダ14内に臨むインジェクタ6が設けられる。インジェクタ6には図示しない燃料ポンプから吐出する燃料がプレッシャレギュレータを介して調圧された後に導かれる。インジェクタ6が開弁するのに伴ってその噴口からシリンダ14内に燃料が噴射される。
【0030】
インジェクタ6はその開弁時期と開弁期間(噴射パルス幅)がコントロールユニットにより運転状態に応じて制御される。
【0031】
コントロールユニットは、図示しない各センサによって検出された吸入空気量Qaとエンジン回転数Nとに基づいて基本噴射量Tpを次式で算出する。
【0032】
Tp=K・Qa/N ‥‥(1)
ただし、K;定数
そして、所定の均質燃焼域で空燃比がストイキを中心とした狭い範囲に収めるか、または成層燃焼を実現するための空燃比となるように最終的な燃料噴射量Tiを次式で算出して燃料噴射量をフィードバック制御する。
【0033】
Ti=Tp×α×COEF+Ts …(2)
ただし、αは空燃比フィードバック補正係数、COEFは冷却水温度補正係数、および成層燃焼のための補正係数等をパラメータとした各種補正係数の和、Tsは無効噴射パルス幅である。
【0034】
この演算された燃料噴射量Tiに対応するパルス信号をインジェクタ6に出力し、燃料噴射制御を行う。
【0035】
コントロールユニットは、エンジンの負荷および回転数が所定値以下の成層燃焼域で、シリンダ1に供給される混合気の空燃比をストイキより希薄側に調節する。エンジンの負荷または回転数が所定値を超えて上昇する均質燃焼域で、シリンダ1に供給される混合気の空燃比をストイキまたはリッチ側に調節する。
【0036】
インジェクタ6が開弁するのに伴ってシリンダ14内に噴射される燃料は、各吸気バルブ7が開かれるのに伴って吸気ポート21から吸入される空気と混合する。シリンダ14内に形成された混合気はピストン1で圧縮された状態で点火プラグ4を介して燃料が着火燃焼する。燃焼したガスはピストン1を下降させてクランクシャフトを介して回転力を取り出した後、ピストン1が上昇する排気行程中に排気バルブ8が開かれるのに伴って各排気ポート23から排出される。これらの各行程が連続して繰り返される。
【0037】
インジェクタ6の開弁時期である燃料噴射時期は、予め設定されたマップに基づき、エンジンの負荷および回転数が所定値以下の成層燃焼域でピストン1が上昇する圧縮行程の後半に設定され、エンジンの負荷または回転数が所定値を超えて上昇する均質燃焼域でピストン1が下降する吸気行程に設定されている。
【0038】
インジェクタ6は各吸気バルブ7の傘部7aの側方で、かつ各傘部7aの間からシリンダ14内に臨んでいる。インジェクタ6はその噴口がピストン1の冠部30を指向するようにシリンダ14の中心線に対して傾斜して取付けられる。インジェクタ6の噴口から噴射される燃料噴霧はその中心線が水平線に対して所定角度で下向きに傾斜する放射状に拡散する。
【0039】
各吸気ポート21は、その通路中心線が各排気ポート側傾斜面26およびシリンダ14に対向するように、シリンダ14の中心線に対して大きく傾斜している。これにより、各吸気ポート21からシリンダ14内に流入する吸気を、図2に白抜き矢印で示すように、排気ポート側傾斜面26およびシリンダ14に沿って下降させた後、ピストン冠部30に沿って上昇させる順タンブルTを生起する。
【0040】
吸気ポート21にはその燃焼室中心側を遮蔽して吸気流に逆タンブルを生起するタンブルコントロールバルブ40が設けられる。タンブルコントロールバルブ40は吸気ポート21の壁面から突出する図1に示すポジションで、吸気ポート21の通路中心線を図1の正面図上において下方に向けて大きく湾曲させる。これにより、吸気ポート21を通ってシリンダ14内に流入する吸気を、図1に白抜き矢印で示すように、吸気ポート21の直下に位置するシリンダ14に沿って下降させた後、ピストン冠部30に沿って上昇させる逆タンブルRを生起する。
【0041】
ピストン1の冠部30には凹状に窪むキャビティ31が形成される。キャビティ31はピストン冠部30の中央部から吸気ポート側傾斜面25の下方に配置される。
【0042】
インジェクタ6はその噴口がキャビティ31を指向して取付けられ、噴口から噴射される燃料噴霧がキャビティ31に向けて放射状に拡がるようになっている。
【0043】
キャビティ31には点火栓4に向けて傾斜するスロープ32が形成される。インジェクタ6から噴射された燃料噴霧は、シリンダ14内に生起される逆タンブルRと共に旋回すると、スロープ32に沿って上昇することにより、濃混合気が点火栓4の近傍に集められる。
【0044】
ピストン冠部30の凸部34はペントルーフ状の燃焼室天井壁20に沿って傾斜するように隆起して形成される。
【0045】
ピストン冠部30の外周部33は燃焼室天井壁20の外周部に平行に対峙する平面状に形成される。これにより、ピストン1が上死点近傍に達するときにピストン冠部30と燃焼室天井壁20の間で圧縮する空気に燃焼室3の中央部に向かうスキッシュを生起する。
【0046】
図3にも示すように、吸気ポート21から燃焼室3に導入される吸気の流れ方向を調節するタンブルコントロールバルブ40は、各吸気ポート21に介装される円柱状の弁体41を備える。各気筒の吸気ポート21に介装される弁体41はシリンダヘッド9に共通のシャフト45を介して回動可能に支持される。
【0047】
シャフト45は図示しないクランクシャフトと平行に設けられる。これにより、タンブルコントロールバルブ40の中心線は平面図上において吸気ポート21の通路中心線と略直交する。シャフト45は吸気ポート21の外側にオフセットして設けられ、吸気ポート21の通路面積を削減しないようになっている。
【0048】
各弁体41は各吸気バルブ7の傘部7aの直上方に配置される。シリンダヘッド9には吸気ポート21に臨んでタンブルコントロールバルブ40を回動可能に収装する凹部27が形成される。
【0049】
タンブルコントロールバルブ40は、図1に示すように逆タンブルを生起するポジションで、吸気ポート21の壁面から円柱状に突出する外周面44を有する。外周面44は吸気バルブ7の傘部7aの上方に位置する吸気ポート3の燃焼室中心側の壁面から突出して、吸気ポート3の通路中心線をシリンダ14の中心線に沿うように湾曲させる。
【0050】
外周面44には吸気バルブ7のステム部7bに係合する溝42が形成される。タンブルコントロールバルブ40がシャフト45を中心として回動するときに、外周面44が吸気バルブ7のステム部7bに衝突しないようになっている。
【0051】
タンブルコントロールバルブ40は、図2に示すように吸気ポート21に突出しないポジションで、吸気ポート21の壁面に連続して湾曲する凹部43を有する。凹部43は吸気ポート21の壁面に段差なく連続し、吸気を吸気ポート21から燃焼室3へと直線的に導入するようになっている。
【0052】
シャフト45はアクチュエータ46を介して回転駆動される。アクチュエータ46の作動を制御するコントロールユニット49は、エンジンの負荷および回転数が所定値以下の成層燃焼域、タンブルコントロールバルブ40を吸気ポート21から突出させるポジションに駆動して、吸気流に逆タンブルを生起する。一方、エンジンの負荷または回転数が所定値を超えて上昇する均質燃焼域に、タンブルコントロールバルブ40を吸気ポート21から突出しないポジションに駆動して、吸気流に順タンブルを生起する。
【0053】
図3において、15は各吸気ポート21に接続して吸気を導くインテークマニホールドであり、16はスロットルバルブ17を収装するスロットルチャンバである。
【0054】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【0055】
成層燃焼域では、図4に示すように、タンブルコントロールバルブ40が吸気ポート21に突出するポジションに保持される。これにより、各吸気バルブ7が開かれるのに伴って吸気ポート21を通ってシリンダ14内に流入する吸気を、図4の(a)図に白抜き矢印で示すように、シリンダ14に沿って下降させた後、ピストン冠部30に沿って上昇させる逆タンブルRを生起する。
【0056】
こうしてシリンダ14内に逆タンブルRが生起されることにより、圧縮行程の後半にインジェクタ6からシリンダ14内に噴射された燃料はキャビティ31上において逆タンブルと共に旋回し、キャビティ31に沿って旋回する過程でピストン1によって加熱され、その微粒化および気化が進み、スロープ32に沿って燃焼室3の中央部へと上昇する。これにより、図4の(b)図に示すように、ピストン1が上死点に近づくのにしたがって、濃混合気を点火栓4の近傍に集める混合気の成層化がはかれるとともに、逆タンブルRのガス流動により火炎の伝播が促される。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。また、冷間時において燃料噴射量を増やす必要がなく、エミッションを改善することができる。
【0057】
また、インジェクタ6からシリンダ14内に噴射された燃料は、この逆タンブルRによって一旦下降するため、点火栓4に液状燃料が直接的に付着することを回避し、失火を起こすことを防止できる。
【0058】
一方、均質燃焼域では、図5図に示すように、タンブルコントロールバルブ40の凹部43が吸気ポート21の壁面と連続するポジションに保持される。これにより、各吸気バルブ7が開かれるのに伴って吸気ポート21を通ってシリンダ14内に流入する吸気を、図5(a)図に白抜き矢印で示すように、排気ポート側傾斜面26およびシリンダ14に沿って下降させた後、ピストン冠部30に沿って上昇させる順タンブルTを生起する。
【0059】
この順タンブルTは吸気ポート21からシリンダ14へと直線的に流れる吸気流により生起される一方、逆タンブルRは吸気ポート21からシリンダ14へと蛇行して流れる吸気流により生起されるため、順タンブルTの勢力は逆タンブルRより強くなる。
【0060】
こうしてシリンダ14内に強い順タンブルTが生起されることにより、吸気行程にインジェクタ6から燃焼室3に噴射される燃料噴霧は、シリンダ14内で順タンブルTとともに旋回して空気との混合が促され、ピストン1が上昇して点火時期を迎えるまでに燃焼室3に均質な混合気が形成される。均質燃焼域では、燃焼室3に供給される混合気の空燃比がストイキまたはリッチ側に調節されるため、均質な混合気に対して着火が確実に行われるとともに、火炎の伝播が促され、出力性能の向上がはかれる。
【0061】
また、均質燃焼域ではタンブルコントロールバルブ40の凹部43が吸気ポート21の壁面と連続していることにより、ポート面積が拡大してエンジンの吸気充填効率を高められる。
【0062】
各吸気ポート21はシリンダ14の中心線に対して大きく傾斜して設けられる構造のため、インテークマニホールド15の取付け位置が高くなることを抑えられ、エンジンのコンパクト化がはかれる。
【0063】
次に、図6、図7に示す実施形態について説明する。なお、図1、図3との対応部分には同一符号を付す。
【0064】
本実施形態において、吸気ポート21から燃焼室3に導入される吸気の流れ方向を調節するタンブルコントロールバルブ50は、吸気ポート21に介装される弁体51を備える。各気筒の吸気ポート21に介装される弁体51は各吸気バルブ7のステム部7bと同軸上に設けられるシャフト55を介して回動可能に支持される。
【0065】
各弁体51は各吸気バルブ7の傘部7aの直上方に配置される。タンブルコントロールバルブ50は、吸気ポート21の燃焼室中心側を遮蔽して逆タンブルを生起するポジションと、吸気ポート21の燃焼室中心側を遮蔽せずに順タンブルを生起するポジションとを切換えられる。
【0066】
各シャフト55は図示しないアクチュエータを介して回転駆動される。アクチュエータの作動を制御するコントロールユニット49は、エンジンの負荷および回転数が所定値以下の成層燃焼域で、タンブルコントロールバルブ50を吸気ポート21の燃焼室中心側を遮蔽するポジションに駆動して、吸気流に逆タンブルを生起する。一方、エンジンの負荷または回転数が所定値を超えて上昇する均質燃焼域で、タンブルコントロールバルブ50を吸気ポート21の燃焼室中心側を遮蔽しないポジションに駆動して、吸気流に順タンブルを生起する。
【0067】
次に、図8、図9に示す実施形態について説明する。なお、図1、図3との対応部分には同一符号を付す。
【0068】
本実施形態において、吸気ポート21から燃焼室3に導入される吸気の流れ方向を調節するタンブルコントロールバルブ60は、吸気ポート21に介装される弁体61を備える。半円盤状の弁体61は各吸気ポート21を貫通する共通のシャフト65を介して回動可能に支持される。
【0069】
シャフト65は図示しないクランクシャフトと平行に設けられる。これにより、タンブルコントロールバルブ60の回動中心線は平面図上において吸気ポート21の通路中心線と略直交する。
【0070】
各弁体61は各吸気バルブ7の傘部7aの直上方に配置される。弁体61には吸気バルブ7のステム部7bに係合する溝62が形成される。タンブルコントロールバルブ60がシャフト65を中心として回動するときに、弁体61が吸気バルブ7のステム部7bに衝突しないようになっている。
【0071】
各弁体61は各吸気バルブ7の傘部7aの直上方に配置される。タンブルコントロールバルブ60は、吸気ポート21の燃焼室中心側を遮蔽して逆タンブルを生起するポジションと、吸気ポート21の燃焼室中心側を遮蔽せずに順タンブルを生起するポジションとに切換えられる。
【0072】
各シャフト65は図示しないアクチュエータを介して回転駆動される。アクチュエータの作動を制御するコントロールユニット49は、エンジンの負荷および回転数が所定値以下の成層燃焼域で、タンブルコントロールバルブ60を吸気ポート21の燃焼室中心側を遮蔽するポジションに駆動して、吸気流に逆タンブルを生起する。一方、エンジンの負荷または回転数が所定値を超えて上昇する均質燃焼域で、タンブルコントロールバルブ60を吸気ポート21の燃焼室中心側を遮蔽しないポジションに駆動して、吸気流に順タンブルを生起する。
【0073】
タンブルコントロールバルブ60は弁体61の形状に対する自由度が高く、逆タンブルの強さ等の設定範囲が拡大する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示すエンジンの断面図。
【図2】同じくエンジンの断面図。
【図3】同じくエンジンの概略平面図。
【図4】同じく成層燃焼域におけるエンジンの断面図。
【図5】同じく均質燃焼域におけるエンジンの断面図。
【図6】他の実施形態を示すエンジンの断面図。
【図7】同じくエンジンの概略平面図。
【図8】さらに他の実施形態を示すエンジンの断面図。
【図9】同じくエンジンの概略平面図。
【図10】従来例を示すエンジンの断面図。
【符号の説明】
1 ピストン
2 シリンダヘッド
3 燃焼室
4 点火栓
6 インジェクタ
7 吸気バルブ
8 排気バルブ
20 燃焼室天井壁
21 吸気ポート
22 排気ポート
25 傾斜面
26 傾斜面
30 ピストン冠部
31 キャビティ
40 タンブルコントロールバルブ
41 弁体
44 外周面
43 凹部
45 シャフト
50 タンブルコントロールバルブ
51 弁体
55 シャフト
60 タンブルコントロールバルブ
61 弁体
65 シャフト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of an intake system in an in-cylinder direct injection spark ignition engine.
[0002]
[Prior art]
In-cylinder direct-injection spark-ignition engine with an injector (fuel injection valve) facing the cylinder to inject fuel directly into the cylinder in order to achieve stratification of the air-fuel mixture that collects fuel near the spark plug There is.
[0003]
As a conventional in-cylinder direct injection type spark ignition engine, for example, there is one shown in FIG. 10 (see Japanese Patent Laid-Open No. 6-81651).
[0004]
This will be described. The
[0005]
An
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional in-cylinder direct injection spark ignition engine, since the
[0007]
In addition, since the reverse tumble R is always generated in the
[0008]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an intake system and a combustion chamber structure suitable for an in-cylinder direct injection spark ignition engine.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
An in-cylinder direct injection spark ignition engine according to
[0011]
Cylinder direct injection spark ignition engine according to
[0012]
The direct injection type spark ignition engine according to
[0013]
The in-cylinder direct injection spark ignition engine according to
[0014]
The direct injection type spark ignition engine according to
[0015]
Operation and effect of the invention
2. A direct in-cylinder spark ignition engine according to
[0016]
For example, in a homogeneous combustion zone operated at a stoichiometric air-fuel ratio, in the operating condition in which fuel is injected from the injector into the cylinder during the intake stroke when the piston descends, the position where the tumble control valve does not shield the combustion chamber center side of the intake port Retained. The intake flow that flows into the cylinder through the intake port causes a forward tumble that descends along the cylinder wall facing the intake port and then travels to the piston crown. As a result, the fuel spray injected in the intake stroke is promoted to be mixed with the air by the forward tumble generated in the cylinder, and the mixture is homogenized, and the propagation of the flame is promoted by the gas flow of the forward tumble. It is. As a result, the rich limit value of the air-fuel ratio at which combustibility is ensured is expanded, and the output performance is improved.
[0017]
In addition, because the intake port is provided with a structure that is greatly inclined with respect to the center line of the cylinder, the height of the engine is reduced compared to a conventional device having an upright intake port that penetrates the top of the cylinder head. Can do.
[0019]
3. The direct in-cylinder injection spark ignition engine according to
[0020]
The tumble control valve is held at a position where the concave portion of the valve body is continuous with the wall surface of the intake port, so that the port area is increased and the intake charge efficiency of the engine can be increased.
[0021]
4. The direct in-cylinder spark ignition engine according to
[0022]
5. The direct in-cylinder spark ignition engine according to
[0024]
In the direct in-cylinder injection spark ignition engine according to
[0025]
When the load is high, fuel is injected from the injector during the intake stroke in which the piston descends. The fuel spray is promoted to be mixed with air by the forward tumble generated in the cylinder, and when the ignition timing is reached, a homogeneous air-fuel mixture is formed in the combustion chamber. As a result, the rich limit value of the air-fuel ratio at which combustibility is ensured is expanded, and the output is improved.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0027]
As shown in FIG. 1, two
[0028]
A
[0029]
An
[0030]
The
[0031]
The control unit calculates the basic injection amount Tp by the following equation based on the intake air amount Qa detected by each sensor (not shown) and the engine speed N.
[0032]
Tp = K · Qa / N (1)
However, K is a constant, and the final fuel injection amount Ti is set so that the air-fuel ratio falls within a narrow range centered on stoichiometry in a predetermined homogeneous combustion region, or the air-fuel ratio for realizing stratified combustion becomes the air-fuel ratio. The fuel injection amount is feedback-controlled by calculation using an equation.
[0033]
Ti = Tp × α × COEF + Ts (2)
Where α is the air-fuel ratio feedback correction coefficient, COEF is the sum of various correction coefficients using parameters such as the cooling water temperature correction coefficient and the correction coefficient for stratified combustion, and Ts is the invalid injection pulse width.
[0034]
A pulse signal corresponding to the calculated fuel injection amount Ti is output to the
[0035]
The control unit adjusts the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the
[0036]
The fuel injected into the
[0037]
The fuel injection timing, which is the valve opening timing of the
[0038]
The
[0039]
Each
[0040]
The
[0041]
A
[0042]
The
[0043]
In the
[0044]
The
[0045]
The outer
[0046]
As shown in FIG. 3, the
[0047]
The
[0048]
Each valve body 41 is disposed immediately above the umbrella portion 7 a of each
[0049]
As shown in FIG. 1, the
[0050]
A
[0051]
As shown in FIG. 2, the
[0052]
The
[0053]
In FIG. 3,
[0054]
It is comprised as mentioned above, Next, an effect | action is demonstrated.
[0055]
In the stratified combustion zone, as shown in FIG. 4, the
[0056]
Thus, the reverse tumble R is generated in the
[0057]
Further, since the fuel injected from the
[0058]
On the other hand, in the homogeneous combustion region, as shown in FIG. 5, the
[0059]
The forward tumble T is generated by the intake flow that flows linearly from the
[0060]
As a result of the strong forward tumble T occurring in the
[0061]
In the homogeneous combustion region, the
[0062]
Since each
[0063]
Next, the embodiment shown in FIGS. 6 and 7 will be described. The parts corresponding to those in FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals.
[0064]
In the present embodiment, the
[0065]
Each
[0066]
Each
[0067]
Next, the embodiment shown in FIGS. 8 and 9 will be described. The parts corresponding to those in FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals.
[0068]
In the present embodiment, the
[0069]
The
[0070]
Each
[0071]
Each
[0072]
Each
[0073]
The
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an engine showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the engine.
FIG. 3 is a schematic plan view of the engine.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the engine in the stratified charge combustion region.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the engine in a homogeneous combustion region.
FIG. 6 is a cross-sectional view of an engine showing another embodiment.
FIG. 7 is a schematic plan view of the engine.
FIG. 8 is a cross-sectional view of an engine showing still another embodiment.
FIG. 9 is a schematic plan view of the engine.
FIG. 10 is a cross-sectional view of an engine showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
吸気ポートをエンジン回転に同期して開閉する吸気バルブと、
シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと、
シリンダ内の混合気に点火する点火栓と、
を備える筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、
前記吸気ポートを吸気流に順タンブルを生起するポート形状とし、
前記吸気バルブのステム部に係合する溝を有する円柱状の弁体を備え、その弁体によって運転条件に応じて吸気ポートの燃焼室中心側を遮蔽して吸気流に逆タンブルを生起するタンブルコントロールバルブを備えた
ことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火エンジン。An intake port for introducing intake air into the cylinder;
An intake valve that opens and closes the intake port in synchronization with the engine rotation;
An injector for injecting fuel into the cylinder;
A spark plug that ignites the air-fuel mixture in the cylinder;
In-cylinder direct injection spark ignition engine with
The intake port has a port shape that causes forward tumble in the intake flow,
A tumble that includes a cylindrical valve body having a groove that engages with a stem portion of the intake valve and shields the combustion chamber center side of the intake port according to operating conditions to cause a reverse tumble in the intake air flow. In-cylinder direct injection spark ignition engine characterized by having a control valve.
弁体に吸気ポートの壁面から突出する外周面を形成するとともに、
弁体に吸気ポートの壁面に沿って湾曲する凹部を形成した
ことを特徴とする請求項1に記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。Substantially is perpendicular to the passage center line of the intake port in plan diagram the center line of the data down Blu control valve,
While forming an outer peripheral surface protruding from the wall surface of the intake port on the valve body,
The in-cylinder direct injection spark ignition engine according to claim 1, wherein a concave portion that is curved along the wall surface of the intake port is formed in the valve body.
吸気ポートをエンジン回転に同期して開閉する吸気バルブと、
シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと、
シリンダ内の混合気に点火する点火栓と、
を備える筒内直接噴射式火花点火エンジンにおいて、
前記吸気ポートを吸気流に順タンブルを生起するポート形状とし、
前記吸気ポートに介装される弁体を吸気バルブのステム部の同軸上に設けられるシャフトを介して回動可能に支持され、運転条件に応じて回動して吸気ポートの燃焼室中心側を遮蔽して吸気流に逆タンブルを生起するタンブルコントロールバルブを備えた
ことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火エンジン。 An intake port for introducing intake air into the cylinder;
An intake valve that opens and closes the intake port in synchronization with the engine rotation;
An injector for injecting fuel into the cylinder;
A spark plug that ignites the air-fuel mixture in the cylinder;
In-cylinder direct injection spark ignition engine with
The intake port has a port shape that causes forward tumble in the intake flow,
The valve body interposed in the intake port is rotatably supported via a shaft provided coaxially with the stem portion of the intake valve, and rotates according to operating conditions so that the combustion chamber center side of the intake port is located. shielding to tumble control cylinder direct injection spark ignition engine you characterized by <br/> with a valve to rise to reverse tumble to the intake flow.
タンブルコントロールバルブを吸気バルブの傘部の直上方の吸気ポートに配置した
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。The intake valve has an umbrella seated in the opening of the intake port with respect to the combustion chamber ceiling wall;
The in-cylinder direct injection spark ignition engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the tumble control valve is disposed in an intake port directly above an umbrella portion of the intake valve.
インジェクタの燃料噴射時期を低負荷時に圧縮行程に設定した
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。The fuel injection timing of the injector is set to the intake stroke at high load,
The direct injection spark ignition engine according to any one of claims 1 to 4 , wherein the fuel injection timing of the injector is set to a compression stroke at a low load.
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- 1997-01-29 JP JP01546097A patent/JP3695039B2/en not_active Expired - Lifetime
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