JP3695056B2 - In-cylinder direct fuel injection spark ignition engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンとしては、例えば図14、図15に示すようなものがある(特開平5ー79370号公報等)。
【0003】
これは、シリンダヘッド60の燃焼室壁面の中央部に点火プラグ61が、その燃焼室壁面の周辺部に燃料インジェクタ62が配置され、ピストン63の冠面に燃料インジェクタ62の下方から冠面中央に深い凹部(キャビティ)64が形成される。
【0004】
吸気ポートには、ヘリカル型ポート65と、途中に吸気制御弁(図示しない)が介装されたストレートポート66とが設けられ、ヘリカル型ポート65からシリンダ内に流入した吸気により旋回流(スワール)が生起される。
【0005】
このようなエンジンでは、エンジンの負荷が軽いときには、圧縮行程の後半に燃料インジェクタ62から燃料を噴射供給して、点火プラグ61近傍に可燃空燃比の混合気層を形成しつつシリンダ内全体としては希薄な混合気とする、いわゆる成層混合気運転を行い、少ない燃料に対して理論空燃比よりも多い空気を吸入することで、ポンピングロスや熱損失を少なくし、エンジンの熱効率を向上させ、燃費を向上させることが可能である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンにあっては、燃料噴射量が少ない低負荷運転時でも、エンジンの安定度を損なわずに成層混合気運転を行うためには、点火プラグ61近傍に可燃空燃比の混合気層を形成するべく、燃料インジェクタ62から集中した燃料噴霧を行わせるか、噴射燃料を集中させるような形状、構造の燃焼室等が必要となるが、このようにすると、成層混合気運転域の中でも、比較的負荷が高く燃料噴射量が多い運転領域では、点火プラグ61近傍の混合気が過濃となり、スモークの発生、着火性の悪化、点火プラグ61の汚染等を招きかねない。
【0007】
また、これらの問題を回避するために、吸気行程に燃料を噴射供給してシリンダ内全体の空燃比を一様とする、いわゆる均質混合気での運転領域を中、低負荷領域側へ広げると、成層混合気運転の範囲が狭まり、実用上の筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンの燃費向上効果が減少してしまう。
【0008】
この発明は、このような問題点に着目してなされたもので、成層混合気での運転が可能な筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンにおいて、吸気スワールと旋回力を与えて噴射された燃料との相互作用を利用して点火プラグ近傍の混合気形成を行い、運転領域に応じて吸気スワールと燃料の旋回方向の組み合わせを変えることで、点火プラグ近傍の空燃比をそれぞれの領域に適したものとすることにより、上記問題点を解決することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、シリンダ内に流入する空気にスワールをシリンダの周方向である横方向に生起させるスワール生起手段を備え、圧縮行程に燃焼室に向け燃料を噴射供給して点火プラグ近傍に可燃空燃比の混合気層を形成しつつ全体としては希薄な混合気とする成層混合気での運転が可能な筒内直接燃料噴射式火花点火エンジンにおいて、燃料に対して旋回力を与えつつ噴射供給する燃料噴射装置を備えると共に、前記スワールの旋回方向を切替えるスワール方向切替手段を備える。
【0010】
第2の発明は、第1の発明において、予め定めたエンジン負荷の運転条件に応じてスワールの方向を切替える。
【0011】
第3の発明は、第1の発明において、エンジンの安定度もしくは排気の状態に応じてスワールの方向を切替える。
【0012】
第4の発明は、第1の発明において、スワール方向切替手段は、複数の吸気ポートを切替えることでスワールの方向を切替えるようになっている。
【0013】
第5の発明は、第1の発明において、燃料噴射装置は、シリンダヘッドの燃焼室壁面の周辺部より燃料を噴射する。
【0014】
第6の発明は、第1の発明において、略シリンダ上方から見て、スワール方向と燃料の旋回方向とは、成層混合気運転域の負荷の低いときに逆方向に、成層混合気運転域の負荷の高いときに同方向に設定する。
【0015】
【発明の効果】
第1の発明によれば、旋回力を与えて噴射された燃料と吸気スワールの方向との相互作用により、成層混合気運転において、燃料噴射量が少ないときに燃料噴霧が点火プラグに到達するまでの時間を短くして、点火プラグ近傍に十分な濃度の混合気を形成したり、燃料噴射量が多いときに燃料噴霧を適度に拡散させて、点火プラグ近傍の混合気が過濃になるのを防止したりでき、点火プラグ近傍にそれぞれの条件に適した空燃比の混合気を形成できる。
【0016】
第2の発明によれば、燃料噴射量が少なく負荷の低いときに、点火プラグ近傍に十分な濃度の混合気を形成して、安定した成層混合気運転を行え、燃料噴射量が多く負荷の高いときに、燃料噴霧を適度に拡散、気化させ、点火プラグ近傍の混合気が過濃になるのを防止して、スモークの発生、点火プラグの汚染等を回避して、良好な成層混合気運転を行える。
【0017】
第3の発明によれば、エンジンの安定度、良好な排気状態を維持しながら、的確に成層混合気運転を行える。
【0018】
第4の発明によれば、例えば吸気ポートの途中に設ける吸気制御弁を介して、あるいは吸気バルブの可変機構を介して、または吸気制御弁と吸気バルブの可変機構の組み合わせにより、吸気ポートの切替えが行われ、吸気スワールの方向を切替えられる。
【0019】
第5の発明によれば、シリンダヘッドの燃焼室壁面の周辺部より旋回力を与えて噴射された燃料と吸気スワールの方向との相互作用により、点火プラグ近傍にそれぞれの条件に適した空燃比の混合気を形成できる。
【0020】
第6の発明によれば、略シリンダ上方から見て、吸気スワールの方向と燃料の旋回方向とを、成層混合気運転域の負荷の低いときに逆方向にすることで、燃料噴霧を点火プラグ近傍に集中させることができ、成層混合気運転域の負荷の高いときに同方向にすることで、燃料噴霧を適度に拡散できる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0022】
図1〜図3に示すように、シリンダヘッド1の燃焼室壁面にはシリンダ中心線上に燃焼室2に臨む点火プラグ15が配置される。シリンダヘッド1の点火プラグ15の回りの燃焼室壁面には、吸気ポート13a,13b、排気ポート14a,14bが開口され、それぞれバルブ口に吸気バルブ11a,11b、排気バルブ12a,12bが設けられる。
【0023】
シリンダヘッド1の燃焼室壁面の周辺部には、吸気ポート13a,13bのバルブ口の中央外方に燃焼室2に向け燃料を噴射供給する燃料インジェクタ5が配置される。
【0024】
シリンダ内を往復運動するピストン3の冠面には、燃料インジェクタ5側から冠面中央にかけて深いキャビティ4が形成される。
【0025】
吸気ポート13a,13bには、スワール生起手段およびスワール方向切替手段として、それぞれ片側づつ開閉可能な吸気制御弁17a,17bが介装され、吸気ポート13a,13bの切替えが行われる。
【0026】
図1〜図3のように吸気制御弁17aを閉じて吸気ポート13bからシリンダに吸気させると、旋回方向18a(シリンダ上方より見て反時計回り)のスワール(シリンダの周方向である横方向の筒内ガス流動)が生起され、図4〜図6のように吸気制御弁17bを閉じて吸気ポート13aからシリンダに吸気させると、旋回方向18b(シリンダ上方より見て時計回り)のスワール(シリンダの周方向である横方向の筒内ガス流動)が生起される。
【0027】
燃料インジェクタ5には、例えば図7〜図9に示すようなもの(特開平5ー202825号公報等参照)が用いられ、噴射燃料に旋回力が与えられる。
【0028】
図中、30は励磁によって可動弁31をリフトするコア、32は可動弁31のリフトによってノズル33のシート面34から離れ、噴射孔35を開通させるボール弁を示しており、ボール弁32の回りに旋回室36,37が形成された燃料旋回素子38が設けられ、この燃料旋回素子38およびシート面34により構成される旋回室39等によって、旋回力が与えられた燃料が噴射孔35より噴射される。
【0029】
この燃料インジェクタ5からは、図2、図5のように燃料インジェクタ後方(略シリンダ上方)から見て時計回りの方向9に燃料が旋回しつつ噴射される。
【0030】
燃料インジェクタ5からの燃料噴射量、噴射時期は、コントロールユニットにより制御される。吸気ポート13a,13bの吸気制御弁17a,17bは、それぞれアクチュエータに連結され、コントロールユニットによりアクチュエータを介して開閉が制御される。
【0031】
図10に示すように、エンジンの運転条件、安定度、排気状態を検出する手段として、エンジンの回転数を検出する回転数センサ(クランク角センサ)40、エンジンの負荷を検出する吸気量センサ41、アクセル開度センサ42、エンジンの筒内圧力を検出する筒内圧力センサ43、NOxセンサ44等が設けられ、これらの検出信号に基づき、コントロールユニット45により燃料インジェクタ5からの燃料噴射量、噴射時期、吸気ポート13a,13bの吸気制御弁17a,17bの開閉が制御される。
【0032】
次に、制御内容を説明する。
【0033】
エンジンの高負荷運転域では、吸気ポート13a,13bの吸気制御弁17a,17bを開状態に保ち、燃料インジェクタ5から吸気行程に燃料を噴射供給して、シリンダ内全体の空燃比を一様とするいわゆる均質混合気での運転を行う。
【0034】
一方、エンジンの負荷が高くない軽負荷域では、吸気制御弁17a,17bのいずれか一方を閉じ、燃料インジェクタ5から圧縮行程の後半に燃料を噴射供給して、点火プラグ15近傍に可燃空燃比の混合気層を形成しつつシリンダ内全体としては希薄な混合気とするいわゆる成層混合気運転を行う。即ち、少ない燃料に対して理論空燃比よりも多い空気を吸入することで、ポンピングロスや熱損失を少なくし、エンジンの熱効率を向上させ、燃費を向上させる。
【0035】
以下、この成層混合気運転の制御内容を図11のフローチャートに基づいて説明する。
【0036】
ステップ1では回転数センサ40、吸気量センサ41、アクセル開度センサ42等から運転条件を読み込み、ステップ2ではエンジンの負荷を算出する。
【0037】
ステップ3にてエンジンの負荷を予め設定した低負荷設定値と比較する。
【0038】
エンジンの負荷が低負荷設定値より小さいときにはステップ4に進み、シリンダ内に図2の旋回方向18a(シリンダ上方より見て反時計回り)のスワールが生起するように、吸気制御弁17aを閉じ、吸気制御弁17bを開く。
【0039】
エンジンの負荷が低負荷設定値より大きいときには、ステップ5にて予め設定した高負荷設定値と比較する。
【0040】
エンジンの負荷が高負荷設定値より大きいときには、ステップ6に進み、シリンダ内に図5の旋回方向18b(シリンダ上方より見て時計回り)のスワールが生起するように、吸気制御弁17aを開き、吸気制御弁17bを閉じる。
【0041】
エンジンの負荷が低負荷設定値と高負荷設定値の間にあるときは、ヒステリシスを設けるように、ステップ7にて吸気制御弁17a,17bはそれまでの状態を維持する。
【0042】
燃料インジェクタ5からは、エンジンの運転条件に基づき演算した燃料量を圧縮行程の後半の所定の時期に噴射供給する。噴射燃料は略シリンダ上方から見て時計回りの方向に旋回する。
【0043】
即ち、成層混合気運転域の低負荷運転では、図2のように噴射燃料の旋回方向と吸気スワールの方向とが逆方向となる。
【0044】
逆方向の場合、燃料噴霧の下側つまりピストン3側にて噴霧の方向と吸気スワールの方向とが逆になって、その部分の相対速度が早くなり静圧が下がる。このため、燃料噴霧は燃焼室2の下方つまりピストン3のキャビティ4内に集中し、キャビティ4内を衝突、流動する。
【0045】
このキャビティ4内の流動によって、噴霧燃料は素早く、スムーズに点火プラグ15近傍に到達するのである。
【0046】
したがって、燃料噴霧が点火プラグ15近傍に到達するまでの時間を短くして、十分な濃度の混合気を点火プラグ15近傍に形成でき、燃料噴射量の少ない低負荷領域に安定した成層混合気運転を行うことができる。
【0047】
なお、この低負荷領域ではスモークが若干悪くなるものの、もともとが少ないため、問題になることはない。
【0048】
一方、成層混合気運転域のうち高負荷運転では、図5のように噴射燃料の旋回方向と吸気スワールの方向とが同方向となる。
【0049】
同方向の場合、燃料噴霧の上側つまりシリンダヘッド1側にて噴霧の方向と吸気スワールの方向とが逆になって、その部分の相対速度が遅くなり静圧が上がる。このため、燃料噴霧は燃焼室2の上方へ拡散するようになり、キャビティ4内に留まる燃料噴霧が減少し、全体に適度に拡散、流動しながら気化するのである。
【0050】
これにより、燃料噴射量が多いときに、点火プラグ15近傍の混合気が過濃になることを防止でき、良好な着火、燃焼を行える。
【0051】
したがって、燃料噴射量が多く負荷の高いときにスモークを低減でき、点火プラグ15が汚染するようなこともなく、また特に燃費、HC性能に優れる点火進角側で運転することが可能となる等、良好な成層混合気運転を行える。
【0052】
このように、吸気スワールと燃料噴霧の相互作用を利用して、成層混合気運転のうち燃料噴射量の少ない低負荷域および燃料噴射量の多い高負荷域に、点火プラグ15近傍にそれぞれに適した空燃比の混合気を生成でき、成層混合気運転を的確に行え、運転性能を向上できる。
【0053】
ここで、図16、図17は、成層混合気運転のうちの高負荷運転で、吸気スワールの方向を切替えた場合のスモーク限界を示した図である。吸気スワールの方向を図5とすることで、スモークの排出の少ない領域を拡大でき、特に点火時期をより進角側に設定することが可能となる。そして、点火時期をより進角側に設定することで、燃費の向上とHCの排出を低減することも可能となる。
【0054】
ところで、吸気スワールの方向を切替えるために、吸気制御弁17a,17bの代わりに吸気バルブ11a,11bに可変動弁機構を用いて吸気ポート13a,13bの切替えを行ったり、あるいは吸気ポート13a,13bの形状や吸気バルブ11a,11bの動作時期に位相差を付けたりすることにより、吸気スワールを生起させると共に、吸気制御弁17aと吸気バルブ11bの可変動弁機構、吸気制御弁17bと吸気バルブ11aの可変動弁機構との組み合わせにより吸気ポート13a,13bの切替えを行い、吸気スワールの方向を切替えるようにしても良い。
【0055】
図12は別の実施の形態を示すもので、成層混合気運転域にエンジンの安定度に応じて吸気スワールの方向を切替えるようにしたものである。
【0056】
ステップ11ではエンジンの安定度を測定する。この場合、エンジンの筒内圧力あるいはクランク軸の角速度を計測して、これを気筒間や時系列の値で比較して、そのバラツキからエンジンの安定度を測定する。
【0057】
ステップ12ではエンジンの安定度が設定値よりも良好かどうかを判定する。
【0058】
エンジンの安定度が設定値よりも良い(筒内圧力、クランクシャフトの角速度の変動が小さい等)ときは、ステップ13に進み、シリンダ内に図5の旋回方向18b(シリンダ上方より見て時計回り)のスワールが生起するように、吸気制御弁17aを開き、吸気制御弁17bを閉じる。
【0059】
エンジンの安定度が設定値よりも悪い(筒内圧力、クランクシャフトの角速度の変動が大きい等)ときは、ステップ14に進み、シリンダ内に図2の旋回方向18a(シリンダ上方より見て反時計回り)のスワールが生起するように、吸気制御弁17aを閉じ、遮断弁17bを開く。
【0060】
このようにすれば、エンジンの安定度が予め設定した状態よりも悪化した場合あるいは悪化しそうな場合に、図2の状態にして、燃料インジェクタ5からの燃料噴霧が点火プラグ15近傍に到達するまでの時間を短くして、点火プラグ15近傍に十分な濃度の混合気を形成できる。したがって、エンジンの安定度を良好なレベルに制御できる。
【0061】
ここで、図18、図19は、成層混合気運転で、吸気スワールの方向を切替えた場合の安定度の許容限界を示した図である。吸気スワールの方向を図2とすることで、安定度の良好な領域を拡大されることが理解できる。
【0062】
なお、このエンジンの安定度の測定値によって、成層混合気運転と均質混合気運転の切替えの判定を併せて行っても良い。エンジンの安定度を条件に成層混合気運転を行えば、成層混合気運転域を拡大することができ、燃焼室内の汚染や排気成分の悪化を十分に防止することができたり、燃費の向上を十分に行えたりすることができる。
【0063】
図13は別の実施の形態を示すもので、成層混合気運転域にエンジンの排気状態に応じて吸気スワールの方向を切替えるようにしたものである。
【0064】
ステップ21ではエンジンの排気状態を測定する。この場合、例えば排気の透過率を測る光電管等のセンサを用いてスモークを、またイオンプローブ等のセンサを用いてHC成分を測定する。
【0065】
ステップ22ではエンジンの排気状態が設定値よりも良好かどうかを判定する。
【0066】
エンジンの排気状態が設定値よりも良いときは、ステップ23に進み、シリンダ内に図2の旋回方向18a(シリンダ上方より見て反時計回り)のスワールが生起するように、吸気制御弁17aを閉じ、吸気制御弁17bを開く。
【0067】
エンジンの排気状態が設定値よりも悪い(スモークが発生し始める、HC成分が所定値を越える)ときは、ステップ24に進み、シリンダ内に図5の旋回方向18b(シリンダ上方より見て時計回り)のスワールが生起するように、吸気制御弁17aを開き、吸気制御弁17bを閉じる。
【0068】
即ち、スモーク、HC成分が予め設定した状態よりも悪化した場合あるいは悪化しそうな場合に、図5の状態にして、燃料インジェクタ5を適度に拡散、気化させることにより、点火プラグ15近傍の混合気が必要以上に過濃となることを回避する。したがって、エンジンの良好な排気状態を確保できる。
【0069】
なお、排気中のNOx成分を測定して、これによって吸気スワールの方向の切替えを制御するようにもして良い。ただし、NOxが増えたときは、図5の状態にする。
【0070】
また、このエンジンの排気状態の測定値によって、成層混合気運転と均質混合気運転の切替えの判定を併せて行っても良い。この場合、エンジンの安定度を確保しつつ成層混合気運転域を拡大して、一層の燃費向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態を示すエンジンの概略断面図である。
【図2】図1のA−A線断面図である。
【図3】図1のB−B線断面図である。
【図4】動作状態を示す概略断面図である。
【図5】図4のC−C線断面図である。
【図6】図4のD−D線断面図である。
【図7】燃料インジェクタの断面図である。
【図8】そのノズル部分の断面図である。
【図9】その燃料旋回阻止部分の断面図である。
【図10】制御系統を示すブロック構成図である。
【図11】制御内容を示すフローチャートである。
【図12】別の実施の形態を示すフローチャートである。
【図13】別の実施の形態を示すフローチャートである。
【図14】従来例のシリンダの概略断面図である。
【図15】そのシリンダヘッド部分の構成図である。
【図16】図2の吸気スワールの場合のスモーク限界を示す特性図である。
【図17】図5の吸気スワールの場合のスモーク限界を示す特性図である。
【図18】図2の吸気スワールの場合の安定度の許容限界を示す特性図である。
【図19】図5の吸気スワールの場合の安定度の許容限界を示す特性図である。
【符号の説明】
1 シリンダヘッド
2 燃焼室
3 ピストン
4 キャビティ
5 燃料インジェクタ
9 方向
11a,11b 吸気バルブ
12a,12b 排気バルブ
13a,13b 吸気ポート
14a,14b 排気ポート
15 点火プラグ
17a,17b 吸気制御弁
18a,18b 旋回方向
31 可動弁
32 ボール弁
33 ノズル
34 シート面
35 噴射孔
38 燃料旋回素子
40 回転数センサ(クランク角センサ)
41 吸気量センサ
42 アクセル開度センサ
43 筒内圧力センサ
44 NOxセンサ
45 コントロールユニット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an in-cylinder direct fuel injection spark ignition engine.
[0002]
[Prior art]
Examples of conventional in-cylinder direct fuel injection type spark ignition engines include those shown in FIGS. 14 and 15 (JP-A-5-79370, etc.).
[0003]
This is because an
[0004]
The intake port is provided with a
[0005]
In such an engine, when the load on the engine is light, fuel is injected and supplied from the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such an in-cylinder direct fuel injection type spark ignition engine, in order to perform a stratified mixture operation without impairing the stability of the engine even at a low load operation with a small fuel injection amount, In order to form a combustible air-fuel ratio mixture layer in the vicinity of 61, a fuel spray concentrated from the
[0007]
Also, in order to avoid these problems, if the operating region with a so-called homogeneous mixture is made to be in the middle and low load region side, the fuel is injected and supplied in the intake stroke to make the air-fuel ratio in the entire cylinder uniform. As a result, the range of stratified air-fuel mixture operation is narrowed, and the fuel efficiency improvement effect of a practical in-cylinder direct fuel injection spark ignition engine is reduced.
[0008]
The present invention has been made paying attention to such problems, and in a cylinder direct fuel injection type spark ignition engine capable of operating with a stratified mixture, fuel injected by applying an intake swirl and a turning force The air-fuel ratio in the vicinity of the spark plug is made suitable for each region by changing the combination of the swirl direction of the intake swirl and the fuel according to the operation region. The purpose is to solve the above problems.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The first invention is provided with swirl generating means for generating a swirl in the air flowing into the cylinder in a lateral direction that is the circumferential direction of the cylinder, and injecting and supplying fuel toward the combustion chamber in the compression stroke, and combustible near the spark plug In-cylinder direct fuel injection spark ignition engine capable of operating with a stratified mixture that forms a lean mixture as a whole while forming an air / fuel mixture layer and injecting fuel while applying a turning force to the fuel And a swirl direction switching means for switching the swirling direction of the swirl.
[0010]
In a second aspect based on the first aspect, the direction of the swirl is switched according to a predetermined engine load operating condition.
[0011]
According to a third invention, in the first invention, the direction of the swirl is switched according to the stability of the engine or the state of exhaust.
[0012]
In a fourth aspect based on the first aspect, the swirl direction switching means switches the direction of the swirl by switching a plurality of intake ports.
[0013]
In a fifth aspect based on the first aspect, the fuel injection device injects fuel from the peripheral portion of the wall surface of the combustion chamber of the cylinder head.
[0014]
In a sixth aspect based on the first aspect, when viewed substantially from above the cylinder, the swirl direction and the swirl direction of the fuel are opposite to each other when the load in the stratified mixture operation region is low, and in the stratified mixture operation region. Set in the same direction when the load is high.
[0015]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the fuel spray reaches the spark plug when the fuel injection amount is small in the stratified mixture operation due to the interaction between the fuel injected with the turning force and the direction of the intake swirl. The air-fuel mixture near the spark plug becomes excessively concentrated by forming a sufficiently concentrated air-fuel mixture in the vicinity of the spark plug or by appropriately diffusing the fuel spray when the fuel injection amount is large. And an air-fuel ratio mixture suitable for each condition can be formed in the vicinity of the spark plug.
[0016]
According to the second aspect of the invention, when the fuel injection amount is small and the load is low, an air-fuel mixture having a sufficient concentration is formed in the vicinity of the spark plug so that stable stratified air-fuel mixture operation can be performed. When it is high, the fuel spray is diffused and vaporized appropriately, preventing the air-fuel mixture in the vicinity of the spark plug from becoming excessively rich, avoiding smoke generation, spark plug contamination, etc. Can drive.
[0017]
According to the third aspect of the invention, the stratified mixture operation can be performed accurately while maintaining the stability of the engine and a good exhaust state.
[0018]
According to the fourth aspect of the invention, for example, the intake port is switched through an intake control valve provided in the middle of the intake port, through a variable mechanism of the intake valve, or by a combination of a variable mechanism of the intake control valve and the intake valve. And the direction of the intake swirl is switched.
[0019]
According to the fifth aspect of the present invention, an air-fuel ratio suitable for each condition in the vicinity of the spark plug is obtained by the interaction between the fuel injected by applying a turning force from the periphery of the wall surface of the combustion chamber of the cylinder head and the direction of the intake swirl. Can be formed.
[0020]
According to the sixth aspect of the present invention, the fuel spray is ignited by making the intake swirl direction and the fuel swirl direction opposite to each other when the load in the stratified mixture operation region is low as viewed from above the cylinder. The fuel spray can be appropriately diffused by concentrating in the vicinity and by making the same direction when the load of the stratified mixture operating region is high.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
As shown in FIGS. 1 to 3, a
[0023]
A
[0024]
A
[0025]
The
[0026]
When it is sucked into the cylinder from the intake port 13b by closing the
[0027]
For example, the
[0028]
In the figure, 30 is a core that lifts the
[0029]
From this
[0030]
The fuel injection amount and injection timing from the
[0031]
As shown in FIG. 10, as means for detecting engine operating conditions, stability, and exhaust state, a rotational speed sensor (crank angle sensor) 40 for detecting the rotational speed of the engine and an intake air amount sensor 41 for detecting the engine load. , An accelerator opening sensor 42, an in-cylinder pressure sensor 43 for detecting the in-cylinder pressure of the engine, a NOx sensor 44, and the like are provided. Based on these detection signals, the control unit 45 performs fuel injection amount and injection from the
[0032]
Next, the contents of control will be described.
[0033]
In the high-load operation region of the engine, the
[0034]
On the other hand, in a light load region where the engine load is not high, either one of the
[0035]
Hereinafter, the control content of this stratified gas mixture operation is demonstrated based on the flowchart of FIG.
[0036]
In
[0037]
In
[0038]
When the engine load is smaller than the low load set value, the routine proceeds to step 4 where the
[0039]
When the engine load is larger than the low load set value, it is compared with the high load set value set in advance in
[0040]
When the engine load is larger than the high load set value, the routine proceeds to step 6, where the
[0041]
When the engine load is between the low load set value and the high load set value, the
[0042]
From the
[0043]
That is, in the low load operation in the stratified mixture operation region, the swirling direction of the injected fuel and the direction of the intake swirl are opposite as shown in FIG.
[0044]
In the reverse direction, the direction of the spray and the direction of the intake swirl are reversed on the lower side of the fuel spray, that is, on the
[0045]
Due to the flow in the
[0046]
Therefore, the time until the fuel spray reaches the vicinity of the
[0047]
In this low load region, although smoke is slightly worse, there is no problem because it is originally small.
[0048]
On the other hand, in the high load operation in the stratified mixture operating region, the swirling direction of the injected fuel and the direction of the intake swirl are the same as shown in FIG.
[0049]
In the case of the same direction, the direction of the spray and the direction of the intake swirl are reversed on the upper side of the fuel spray, that is, on the
[0050]
As a result, when the fuel injection amount is large, it is possible to prevent the air-fuel mixture in the vicinity of the
[0051]
Therefore, smoke can be reduced when the fuel injection amount is large and the load is high, the
[0052]
In this way, by utilizing the interaction between the intake swirl and the fuel spray, it is suitable for the vicinity of the
[0053]
Here, FIGS. 16 and 17 are diagrams showing the smoke limit when the direction of the intake swirl is switched in the high load operation of the stratified mixture operation. By making the direction of the intake swirl as shown in FIG. 5, it is possible to enlarge the area where smoke is less discharged, and in particular, it is possible to set the ignition timing to a more advanced side. Further, by setting the ignition timing to a more advanced side, it becomes possible to improve fuel consumption and reduce HC emissions.
[0054]
By the way, in order to change the direction of the intake swirl, the
[0055]
FIG. 12 shows another embodiment, in which the direction of the intake swirl is switched to the stratified mixture operation region in accordance with the stability of the engine.
[0056]
In step 11, the engine stability is measured. In this case, the in-cylinder pressure of the engine or the angular velocity of the crankshaft is measured, and this is compared between cylinders and time-series values, and the stability of the engine is measured from the variation.
[0057]
In
[0058]
When the engine stability is better than the set value (in-cylinder pressure, crankshaft angular speed fluctuation is small, etc.), the process proceeds to step 13, and the turning direction 18b of FIG. ), The
[0059]
When the engine stability is lower than the set value (in-cylinder pressure, crankshaft angular velocity fluctuations are large, etc.), the process proceeds to step 14, and the turning direction 18a of FIG. The
[0060]
In this way, when the stability of the engine deteriorates or is likely to deteriorate from a preset state, the state shown in FIG. 2 is used until the fuel spray from the
[0061]
Here, FIGS. 18 and 19 are diagrams showing the allowable limit of stability when the direction of the intake swirl is switched in the stratified mixture operation. It can be understood that the region of good stability can be expanded by setting the direction of the intake swirl to FIG.
[0062]
Note that the determination of switching between the stratified gas mixture operation and the homogeneous gas mixture operation may be performed in accordance with the measured value of the stability of the engine. If stratified mixture operation is performed on the condition of engine stability, the stratified mixture operation range can be expanded, pollution in the combustion chamber and deterioration of exhaust components can be sufficiently prevented, and fuel efficiency can be improved. It can be done well.
[0063]
FIG. 13 shows another embodiment, in which the direction of the intake swirl is switched to the stratified mixture operation region in accordance with the exhaust state of the engine.
[0064]
In step 21, the engine exhaust state is measured. In this case, for example, smoke is measured using a sensor such as a phototube that measures the transmittance of exhaust gas, and HC components are measured using a sensor such as an ion probe.
[0065]
In step 22, it is determined whether the engine exhaust state is better than a set value.
[0066]
When the exhaust state of the engine is better than the set value, the routine proceeds to step 23, where the
[0067]
When the exhaust state of the engine is worse than the set value (smoke starts to be generated, the HC component exceeds a predetermined value), the process proceeds to step 24, in which the turning direction 18b in FIG. ), The
[0068]
That is, when the smoke and HC components are deteriorated or are likely to deteriorate from the preset state, the mixture in the vicinity of the
[0069]
It is also possible to measure the NOx component in the exhaust gas and thereby control the switching of the direction of the intake swirl. However, when NOx increases, the state shown in FIG. 5 is set.
[0070]
Further, the determination of switching between the stratified gas mixture operation and the homogeneous gas mixture operation may be performed in accordance with the measured value of the exhaust state of the engine. In this case, it is possible to further improve fuel efficiency by expanding the stratified mixture operating region while ensuring the stability of the engine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an engine showing an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an operating state.
5 is a cross-sectional view taken along line CC in FIG.
6 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a fuel injector.
FIG. 8 is a cross-sectional view of the nozzle portion.
FIG. 9 is a cross-sectional view of the fuel swirl prevention portion.
FIG. 10 is a block diagram showing a control system.
FIG. 11 is a flowchart showing control contents.
FIG. 12 is a flowchart showing another embodiment.
FIG. 13 is a flowchart showing another embodiment.
FIG. 14 is a schematic sectional view of a conventional cylinder.
FIG. 15 is a configuration diagram of the cylinder head portion.
FIG. 16 is a characteristic diagram showing a smoke limit in the case of the intake swirl of FIG. 2;
FIG. 17 is a characteristic diagram showing a smoke limit in the case of the intake swirl of FIG. 5;
FIG. 18 is a characteristic diagram showing an allowable limit of stability in the case of the intake swirl of FIG. 2;
FIG. 19 is a characteristic diagram showing an allowable limit of stability in the case of the intake swirl of FIG. 5;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
41 Intake amount sensor 42 Accelerator opening sensor 43 In-cylinder pressure sensor 44 NOx sensor 45 Control unit
Claims (6)
燃料に対して旋回力を与えつつ噴射供給する燃料噴射装置を備えると共に、前記スワールの旋回方向を切替えるスワール方向切替手段を備えたことを特徴とする筒内直接燃料噴射式火花点火エンジン。A swirl generating means for generating a swirl in the air flowing into the cylinder in the lateral direction that is the circumferential direction of the cylinder is provided. In-cylinder direct fuel injection spark ignition engine that can be operated with a stratified mixture that forms a lean mixture as a whole while forming
An in-cylinder direct fuel injection spark ignition engine characterized by comprising a fuel injection device for supplying an injection while applying a turning force to the fuel, and further comprising a swirl direction switching means for switching the swirling direction of the swirl.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP08949597A JP3695056B2 (en) | 1997-04-08 | 1997-04-08 | In-cylinder direct fuel injection spark ignition engine |
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JPH10280964A JPH10280964A (en) | 1998-10-20 |
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-
1997
- 1997-04-08 JP JP08949597A patent/JP3695056B2/en not_active Expired - Lifetime
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JPH10280964A (en) | 1998-10-20 |
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