JP3726503B2 - Direct-injection spark ignition internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射弁から燃焼室内に直接燃料を噴射し、点火栓により点火する直噴火花点火式内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の直噴火花点火式内燃機関として、例えば特開平6−81651号公報に開示されているものがある。
このものでは、吸気ポートの下側に燃料噴射弁があり、ピストン冠面の吸気側に凹部があり、この凹部の燃焼室中心側の縁部の延長線上に点火栓が配設されている。そして、吸気ポートは、燃焼室内に逆タンブル(すなわち吸入空気がシリンダ壁に沿って下方に燃料噴射弁の噴射方向線の上流側を横切って流れた後、ピストン冠面の凹部で曲げられて、燃焼室中心部を上方に燃料噴射弁の噴射方向線の下流側を横切って流れて、点火栓に至るようなガス流動)を生成するように設定されている。
【0003】
ここにおいて、低負荷時は圧縮行程にて燃料噴射し(成層燃焼)、高負荷時は吸気行程にて燃料噴射する(均質燃焼)。圧縮行程噴射(成層燃焼)では、燃料噴射弁より噴射された燃料は、すぐさま吸気流に乗って、ピストン冠面に衝突し、筒内に生成された逆タンブルによって、点火栓に向けて、徐々に気化しながら輸送される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の直噴火花点火式内燃機関では、圧縮行程噴射(成層燃焼)時に、ピストン冠面に衝突した燃料が液膜を形成し、排気ガス中のスモークやHC生成の要因になったり、液膜がデポジットとして堆積し、はがれたデポジットによって吸排気弁への噛込み等の不具合を発生したりするという問題点があった。
【0005】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、筒内ガス流動を様々に変化可能として、成層燃焼時の燃料輸送経路の最適化等を図ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明では、燃料噴射弁から燃焼室内に直接燃料を噴射し、点火栓により点火する直噴火花点火式内燃機関において、吸入空気の流れを左右方向に偏らせて燃焼室内にスワールを生成することができるスワール強化手段と、吸入空気の流れを上下方向に偏らせて燃焼室内にタンブルを生成することができるタンブル強化手段と、前記スワール強化手段の作動と前記タンブル強化手段の作動とを制御するガス流動制御手段と、機関の運転条件が所定の成層燃焼運転領域内にあるときに前記燃料噴射弁からの燃料噴射を圧縮行程に行う成層燃焼と、機関の運転条件が所定の均質燃焼運転領域内にあるときに前記燃料噴射弁からの燃料噴射を吸気行程に行う均質燃焼とを制御する燃焼制御手段と、スワール強化時に混合気を形成する凹部を冠面に形成したピストンと、を備え、前記ガス流動制御手段は、前記成層燃焼が行われるときであって、かつ、所定のアイドル運転または機関の運転条件が所定の低回転低負荷領域内であるとき、および、前記均質燃焼が 行われるときであって、かつ、比較的低回転領域であるときに、前記スワール強化手段を作動させる一方、前記成層燃焼が行われるときであって、かつ、所定のアイドル運転または機関の運転条件が所定の低回転負荷領域内でないとき、および、前記均質燃焼が行われるときであって、かつ、比較的低回転領域でないときに、前記タンブル強化手段を作動させることを特徴とする。
【0007】
請求項2に係る発明では、前記スワール強化手段は、各気筒毎の吸気通路に設けられて、閉弁時に吸気通路断面の一部のみを連通させる左右非対称な切欠きを有するスワール用開閉弁であり、前記タンブル強化手段は、各気筒毎の吸気通路に設けられて、閉弁時に吸気通路断面の一部のみを連通させる左右対称な切欠きを有するタンブル用開閉弁であることを特徴とする。
【0008】
請求項3に係る発明では、前記スワール強化手段及び前記タンブル強化手段は、各気筒毎の吸気通路に設けられた第1開閉弁と、この第1開閉弁上流から分岐して第1開閉弁下流に合流する左右対称な2本のサブポートと、一方のサブポートに設けられた第2開閉弁とを含んで構成されることを特徴とする。
請求項4に係る発明では、燃料噴射弁の噴射方向を吸気弁下方位置から燃焼室内にガス流動がない状態で点火栓を直撃しない方向に設定したことを特徴とする。
【0009】
請求項5に係る発明では、ピストン冠面に形成した凹部は、機関前後方向に中心線を持つ円筒面からなることを特徴とする。
請求項6に係る発明では、ピストン冠面上に、吸気弁側に偏心し、略点火栓下にて立上がる壁を有する円形状のボール型燃焼室を形成すると共に、略点火栓下から排気弁側にかけて2つの吸気弁の中心を結ぶ線と略平行に長手方向中心線を持つ円筒面にて形成された円筒型燃焼室を形成したことを特徴とする。
請求項7に係る発明では、前記ガス流動制御手段は、前記燃焼制御手段により成層燃焼が行われるときであって、かつ、所定のアイドル運転が行われるときに前記スワール強化手段を作動させ、前記燃焼制御手段により成層燃焼が行われるときであって、かつ、所定のアイドル運転が行われないときに前記タンブル強化手段を作動させることを特徴とする。
【0010】
請求項8に係る発明では、請求項1〜請求項7に係る発明において、前記ガス流動制御手段は、前記燃焼制御手段により成層燃焼が行われるときであって、かつ、機関の暖機が完了していないときに、強制的に前記スワール強化手段を作動させることを特徴とする。
【0011】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、スワール強化手段とタンブル強化手段とを設けるようにしたため、機関の運転条件によって、筒内ガス流動を変化させ、成層燃焼時の燃料輸送経路を制御することが可能になる。また、タンブル流動にすることにより、成層燃焼が可能となり、スワール流動にすることにより、混合気のミキシングを制御できる。
また、ピストン冠面に凹部を設けたことにより、成層燃焼時にスワールを生成した場合に、ピストン凹部に燃料噴射することで、気化した混合気を点火栓に輸送できて、良好な成層燃焼が可能となり、これにより冷間始動時などの点火栓のくすぶりを回避できる。
また、成層燃焼と均質燃焼とを制御する燃焼制御手段と、スワール強化手段及びタンブル強化手段の各作動を制御するガス流動制御手段とを設けることで、最適な組み合わせで制御でき、成層燃焼運転領域において、順タンブルによって燃料噴霧を点火栓回りに導くエアガイドコンセプトで成層燃焼を実現し、均質燃焼運転領域において、スワールによって燃焼の安定化を図ることで、良好な成層燃焼と良好な均質燃焼を実現可能となる。
また、特に成層燃焼運転領域での低回転低負荷域のみスワールコンセプトとすることで、スワール保存用の凹部(ボール型燃焼室)の深さを浅くでき、全開時等の均質燃焼運転 領域においても十分な性能を維持できる。
また、特に成層燃焼運転領域での低回転域のみスワールコンセプトとすることで、スワール保存用の凹部(ボール型燃焼室)の深さを浅くでき、全開時等の均質燃焼運転領域においても十分な性能を維持できる。
また、均質燃焼の場合に、スワールによって燃焼の安定化を図ることで、良好な均質燃焼を実現できる。
【0012】
請求項2に係る発明によれば、スワール強化手段及びタンブル強化手段として、互いに切欠きが異なる開閉弁を用いることにより、切欠き形状を変えるだけで流動の形態を変えることが可能なため、他の機関にも展開が容易であり、かつ、開度を制御することで容易に流動強さを制御できる。
請求項3に係る発明によれば、1本のサブポートから吸入空気を導入することでスワールを生成し、2本のサブポートから吸入空気を導入することでタンブルを生成でき、しかもより強い流動を生成可能となる。
【0013】
請求項4に係る発明によれば、燃料噴射弁の噴射方向を点火栓を直撃しない方向に設定したことにより、冷間時の液滴燃料の点火栓への直撃を回避できる。
請求項5に係る発明によれば、ピストン冠面に機関前後方向に中心線を持つ円筒面からなる凹部を設けたことにより、タンブルの効果的な保存が可能となり、低回転時のように流動が弱い場合にも、燃料の点火栓への輸送を確実にすることができる。
【0014】
請求項6に係る発明によれば、ピストン冠面上にスワール保存用のボール型燃焼室とタンブル保存用の円筒型燃焼室とを形成することで、機関運転のあらゆる領域で良好な性能を発揮することが可能である。
請求項7に係る発明によれば、順タンブルによって成層燃焼を実現する際に筒内流動が弱い領域においては点火栓回りに噴霧を導くのが難しい場合があることから、成層燃焼運転領域において、機関運転状態に応じてスワールとタンブルとを切換え、スワールによって燃料噴霧を点火栓回りに導いて成層燃焼を実現するスワールコンセプトによる成層燃焼とエアガイドコンセプト(順タンブル)による成層燃焼とを使い分けることで、成層燃焼運転領域の全域において良好な成層燃焼が可能となり、特に成層燃焼運転領域でのアイドル運転時のみスワールコンセプトとすることで、スワール保存用の凹部(ボール型燃焼室)の深さを浅くでき、全開時等の均質燃焼運転領域においても十分な性能を維持できる。
【0015】
請求項8に係る発明によれば、成層燃焼の場合に、冷間始動時はスワールを生成し、暖機完了後にタンブルを生成するように切換えることにより、冷間時の液滴燃料の点火栓への直撃を回避できる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の第1実施例を示す機関の概略平面図及び縦断面図である。
図1において、1はシリンダヘッド、2はシリンダブロック、3はピストン、4はこれらにより形成される燃焼室である。ピストン3の冠面には、その吸気側に偏心した位置に中心を持つ円形の凹部(ボール型燃焼室)16を設けている(図2に示すピストン3の平面図を参照)。
【0017】
燃焼室4の上面側(シリンダヘッド1側)には、略中央に点火栓5が設けられ、また、これを取り囲むように、一方の側に2つの吸気弁6A,6B、他方の側に2つの排気弁7A,7Bが設けられている。
吸入空気は、各気筒毎の吸気通路8により導かれ、吸気通路8がシリンダヘッド1内で左右2本の吸気ポートに分岐して、各吸気弁6A,6Bより燃焼室4内に吸入される。排気は、排気弁7A,7Bより排気通路9へ排出される。
【0018】
燃料噴射弁10は、吸気弁6A,6B間でこれらの下方位置より燃焼室4内を指向しており、その噴射方向は、ガス流動がない状態で燃料噴霧が点火栓5を直撃しないように、点火栓5より下側の延長線上に向けられている。
ここにおいて、各気筒毎の吸気通路8に、スワール強化手段としてのスワール用開閉弁11と、タンブル強化手段としてのタンブル用開閉弁12とが、直列に設けられている。
【0019】
スワール用開閉弁11は、バタフライ弁であり、図3(a)に示すように弁体の上側半分に切欠き(左右非対称な切欠き)11aが設けられている。これにより、閉弁時に、吸気通路断面の上側半分のみを連通させて、燃焼室4内にスワールを生成することができる。
タンブル用開閉弁12は、同じくバタフライ弁であるが、図3(b)に示すように弁体の上側部分に切欠き(左右対称な切欠き)12aが設けられている。これにより、閉弁時に、吸気通路断面の上側部分のみを連通させて、燃焼室4内にタンブルを生成することができる。
【0020】
このタンブルは、図1に示してあるように、順タンブルである。すなわち、吸入空気が燃焼室4の上面側(シリンダヘッド1側)に沿って流れ、次いで下方へ燃料噴射弁10の噴射方向線の下流側を横切って流れ、ピストン3の冠面で反転した後、上方へ燃料噴射弁10の噴射方向線の上流側を横切って流れて、点火栓5に至るようなガス流動である。
【0021】
これらのスワール用開閉弁11及びタンブル用開閉弁12は、図4に示すように、それぞれ、モータ等のアクチュエータ13,14により駆動され、各アクチュエータ13,14は、機関制御用コントロールユニット15により機関運転条件に応じて制御されるようになっている。
ここにおいて、コントロールユニット15は、前記燃料噴射弁10からの燃料噴射を圧縮行程に行う成層燃焼と前記燃料噴射弁10からの燃料噴射を吸気行程に行う均質燃焼とを制御する燃焼制御手段としての機能、及び、前記スワール強化手段(スワール用開閉弁11)の作動と前記タンブル強化手段(タンブル用開閉弁12)の作動とを制御するガス流動制御手段としての機能、を備える。
【0022】
次に機関運転条件に応じてスワールとタンブルとを切換える場合について説明する。
図5〜図7に示した制御用マップでは、成層燃焼(成層リーン燃焼)運転領域内で、機関運転状態に応じてスワールとタンブル(順タンブル強化によるエアガイドコンセプト)とを切換えるようにしている。
【0023】
順タンブルによって成層燃焼を実現する際に筒内流動が弱い領域においては点火栓回りに噴霧を導くのが難しい場合があることから、成層燃焼運転領域において、機関運転状態に応じてスワールとタンブルとを切換え、低回転低負荷側ではスワールコンセプトによる成層燃焼、高回転高負荷側ではエアガイドコンセプト(順タンブル)による成層燃焼とすることで、成層燃焼運転領域の全域にわたって良好な成層燃焼が可能となる。また、ピストン冠面に形成するスワール保存用の凹部(ボール型燃焼室)16を浅くすることが可能となり、均質燃焼運転領域においても十分な性能を維持でき(均質燃焼時に筒内の流動や乱れ強さを十分に確保でき)、全開性能も向上する。
【0024】
図5に示した制御用マップでは、成層燃焼運転領域でのアイドル運転状態においてのみ、スワールにより成層燃焼を実現している。
図6に示した制御用マップでは、成層燃焼運転領域での低回転低負荷域において、スワールにより成層燃焼を実現している。
図7に示した制御用マップでは、成層燃焼運転領域での低回転域において、スワールにより成層燃焼を実現している。
【0025】
また、冷間始動時において、低回転・低負荷での成層燃焼(成層リーン燃焼)運転領域では、水温センサからの信号に基づき、スワール用開閉弁11を閉じてスワールを生成し、暖機完了後に筒内ガス流動を強タンブルとするようにタンブル用開閉弁12を閉じてタンブルを生成するように切換える。
【0026】
また、この領域よりやや高回転側の均質リーン燃焼運転領域では、筒内ガス流動をスワールとするように、スワール用開閉弁11を閉じる。
更に、これら以外の高回転・高負荷での均質ストイキ(又はリッチ)燃焼運転領域では、筒内ガス流動を弱タンブルとするように、タンブル用開閉弁12を少なくとも半開状態まで閉じる。
【0027】
ここで、図8は、成層燃焼時のスワールによる燃料の挙動を示す模式図である。
図8に示すように、成層燃焼での冷間始動時に、スワール用開閉弁11を閉じて、燃焼室4内、特にピストン3の冠面の凹部16内にスワールを生成し、その凹部16内に燃料噴射弁10から燃料を噴射することにより、凹部16内に形成されたスワール流動の作用で、ピストン3の冠面にて気化を促進された燃料を点火栓5に輸送でき、くすぶることなく成層燃焼が可能となる。
【0028】
図9は成層燃焼時のタンブルによる燃料の挙動を示す模式図である。
成層燃焼時(圧縮行程噴射時)は、タンブル用開閉弁12を閉じて、筒内ガス流動を強タンブルとする。圧縮行程にて燃料噴射弁10から噴射された燃料は、ピストン3の冠面にて反転した後の燃焼室4上側へ向かうタンブルにより、燃焼室4上側へと偏向され、広がりながら点火栓5へ到達して、着火される。従って、燃料がピストン3の冠面を経由しないため、液膜をほとんど生じることがなく、スモーク、HCの発生、及びデポジットの堆積を抑制できる。
【0029】
但し、冷間始動時は、スワール流動として、暖機完了後に強タンブルに切換える。これにより、機関始動時の混合分布を改善すると共に、点火栓5がくすぶることなく、成層燃焼が可能となる。
この実施例では、切欠き形状を変えることにより、流動の形態を変えることができるため、他の機関にも展開が容易であり、かつ、開度を制御することにより、容易に流動強さを制御できる。
【0030】
図10は本発明の第2実施例を示す機関の縦断面図、図11はこの場合のピストンの平面図である。
この第2実施例では、ピストン3の冠面に、機関前後方向に中心線を持つ円筒面からなる凹部(円筒型燃焼室)17を設けている。その他は第1実施例と同じである。
【0031】
これにより、筒内に形成されたタンブルを圧縮行程後半まで効率良く保存することができるため、タンブルにより燃料を上方に偏向して点火栓5に輸送でき、安定した成層燃焼が可能となる。
図12は本発明の第3実施例を示す機関の縦断面図である。
この第3実施例では、ピストン3の冠面上に、吸気弁6A,6B側に偏心し、略点火栓5下にて立上がる壁18aを有する円形状で浅皿のボール型燃焼室18を形成すると共に、略点火栓5下から排気弁7A,7B側にかけて2つの吸気弁6A,6Bの中心を結ぶ線と略平行に長手方向中心線を持つ円筒面にて形成された円筒型燃焼室19を形成してある。その他は第1実施例と同じである。
【0032】
このように、ピストン3の冠面上にスワール保存用のボール型燃焼室18とタンブル保存用の円筒型燃焼室19とを形成することで、機関運転のあらゆる領域で良好な性能を発揮することが可能である。
図13は本発明の第4実施例を示す機関の概略平面図及び縦断面図である。
この第4実施例では、各気筒毎の吸気通路8に第1開閉弁21を設けてある。また、この第1開閉弁21上流から上側に分岐して第1開閉弁21下流(吸気弁6A,6B直上流)に合流する左右対称な2本のサブポート22A,22Bを設けてある。そして、一方のサブポート22Bの途中に第2開閉弁23を設けてある。これらがスワール強化手段及びタンブル強化手段に相当する。
【0033】
この場合、第1開閉弁21を閉じた状態で、第2開閉弁23を閉じることにより、サブポート22Aのみから左右非対称に吸入空気を導入することにより、スワールを生成することができる。
また、第1開閉弁21を閉じた状態で、第2開閉弁23を開くことにより、両方のサブポート22A,22Bから左右対称に吸入空気を導入し、サブポート22A,22Bにより吸入空気の流れを上下方向に偏らせることで、タンブルを生成することができる。
【0034】
これにより、より強いガス流動を筒内に生成することができ、タンブルにより燃料を上方に偏向して点火栓5へ輸送でき、より安定した成層燃焼が可能となる。
尚、この第4実施例では、ピストン3の冠面に第1実施例と同様の凹部(ボール型燃焼室)16を設けているが、第2実施例と同様な凹部17(円筒型燃焼室)を設けてもよいし、第3実施例と同様にボール型燃焼室18と円筒型燃焼室19とを設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例を示す機関の概略平面図及び縦断面図
【図2】 同上のピストンの平面図
【図3】 スワール用開閉弁及びタンブル用開閉弁の切欠き形状を示す図
【図4】 制御システムの概略図
【図5】 制御用マップを示す図
【図6】 制御用マップを示す図
【図7】 制御用マップを示す図
【図8】 成層燃焼時のスワールによる燃料の挙動を示す模式図
【図9】 成層燃焼時のタンブルによる燃料の挙動を示す模式図
【図 10 】 本発明の第2実施例を示す機関の縦断面図
【図 11 】 同上のピストンの平面図
【図 12 】 本発明の第3実施例を示す機関の縦断面図
【図 13 】 本発明の第4実施例を示す機関の概略平面図及び縦断面図
【符号の説明】
1 シリンダヘッド
2 シリンダブロック
3 ピストン
4 燃焼室
5 点火栓
6A,6B 吸気弁
7A,7B 排気弁
8 吸気通路
9 排気通路
10 燃料噴射弁
11 スワール用開閉弁
11a 切欠き
12 タンブル用開閉弁
12a 切欠き
13 アクチュエータ
14 アクチュエータ
15 コントロールユニット(燃焼制御手段及びガス流動制御手段)
16 凹部(ボール型燃焼室)
17 凹部(円筒型燃焼室)
18 ボール型燃焼室
19 円筒型燃焼室
21 第1開閉弁
22A,22B サブポート
23 第2開閉弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a direct injection spark ignition internal combustion engine in which fuel is directly injected into a combustion chamber from a fuel injection valve and ignited by a spark plug.
[0002]
[Prior art]
As a conventional direct injection spark ignition type internal combustion engine, for example, there is one disclosed in JP-A-6-81651.
In this configuration, a fuel injection valve is provided below the intake port, a recess is provided on the intake side of the piston crown surface, and an ignition plug is disposed on an extension line of an edge of the recess on the center side of the combustion chamber. Then, the intake port is inversely tumbled into the combustion chamber (that is, the intake air flows downward along the cylinder wall across the upstream side of the injection direction line of the fuel injection valve, and is then bent at the recess of the piston crown surface. It is set so as to generate a gas flow that flows upward in the center of the combustion chamber across the downstream side of the injection direction line of the fuel injection valve and reaches the spark plug.
[0003]
Here, fuel injection is performed during the compression stroke during the low load (stratified combustion), and fuel injection is performed during the intake stroke during the high load (homogeneous combustion). In compression stroke injection (stratified combustion), the fuel injected from the fuel injection valve immediately takes the intake flow, collides with the crown of the piston, and gradually toward the spark plug by the reverse tumble generated in the cylinder. It is transported while vaporizing.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional direct-injection spark-ignition internal combustion engine, at the time of compression stroke injection (stratified combustion), the fuel that collided with the piston crown forms a liquid film, which causes smoke and HC generation in the exhaust gas. There is a problem that the liquid film accumulates as a deposit, and the peeled deposit causes problems such as biting into the intake and exhaust valves.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to optimize the fuel transportation route during stratified combustion by changing the in-cylinder gas flow in various ways.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the invention according to
[0007]
In the invention according to
[0008]
In the invention according to
The invention according to
[0009]
The invention according to
In the invention according to claim 6 , a circular ball-shaped combustion chamber having a wall that is eccentric to the intake valve side and rises substantially under the spark plug is formed on the piston crown surface, and the exhaust gas is substantially exhausted from under the spark plug. A cylindrical combustion chamber formed by a cylindrical surface having a longitudinal center line substantially parallel to a line connecting the centers of two intake valves toward the valve side is formed.
In the invention according to claim 7, wherein the gas flow control means is a is when stratified charge combustion is performed by the combustion control means, and actuates the swirl reinforcing means when the predetermined idle operation is performed, the The tumble strengthening means is operated when stratified combustion is performed by the combustion control means and when a predetermined idle operation is not performed.
[0010]
In the invention according to
[0011]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the swirl strengthening means and the tumble strengthening means are provided, it is possible to change the in-cylinder gas flow and control the fuel transport path during stratified combustion according to the operating conditions of the engine. It becomes possible. In addition, stratified combustion is possible by making the tumble flow, and mixing of the air-fuel mixture can be controlled by making the swirl flow.
In addition, when swirls are generated during stratified combustion by providing a recess on the piston crown, fuel injection into the piston recess allows the vaporized mixture to be transported to the spark plug, enabling good stratified combustion Thus, smoldering of the spark plug at the time of cold start or the like can be avoided.
Further, by providing combustion control means for controlling stratified combustion and homogeneous combustion, and gas flow control means for controlling the operations of the swirl strengthening means and the tumble strengthening means, it is possible to control in an optimum combination, and the stratified charge combustion operation region In, stratified combustion is realized with an air guide concept that guides fuel spray around the spark plug by forward tumble, and in the homogeneous combustion operation region, stabilization of combustion is achieved by swirl to achieve good stratified combustion and good homogeneous combustion It becomes feasible.
In addition, by adopting the swirl concept only in the low-rotation low-load region in the stratified combustion operation region, the depth of the swirl storage recess (ball-type combustion chamber) can be reduced, and even in the homogeneous combustion operation region such as when fully open Sufficient performance can be maintained.
In addition, by adopting the swirl concept only in the low rotation range in the stratified combustion operation region, the depth of the swirl storage recess (ball-type combustion chamber) can be reduced, which is sufficient even in the homogeneous combustion operation region such as when fully open. Performance can be maintained.
In the case of homogeneous combustion, good homogeneous combustion can be realized by stabilizing the combustion by swirl.
[0012]
According to the second aspect of the present invention, since the on / off valves having different notches are used as the swirl strengthening means and the tumble strengthening means, the flow form can be changed only by changing the notch shape. The engine can be easily developed, and the flow strength can be easily controlled by controlling the opening degree.
According to the invention of
[0013]
According to the fourth aspect of the present invention, since the injection direction of the fuel injection valve is set to a direction that does not directly hit the spark plug, it is possible to avoid direct hit of the droplet fuel on the spark plug when cold.
According to the fifth aspect of the present invention, by providing the piston crown surface with the concave portion formed of the cylindrical surface having the center line in the longitudinal direction of the engine, it is possible to effectively store the tumble, and the fluid flows at the time of low rotation. Even when the fuel is weak, the transportation of the fuel to the spark plug can be ensured.
[0014]
According to the sixth aspect of the present invention, the ball-shaped combustion chamber for storing swirls and the cylindrical combustion chamber for storing tumble are formed on the piston crown surface, thereby achieving good performance in all areas of engine operation. Is possible.
According to the seventh aspect of the invention, when stratified combustion is realized by forward tumble, it may be difficult to guide the spray around the spark plug in a region where the in-cylinder flow is weak. By switching between swirl and tumble according to the engine operating condition, and using stratified combustion by swirl concept that realizes stratified combustion by directing fuel spray around spark plug by swirl and stratified combustion by air guide concept (forward tumble) Good stratified combustion is possible in the entire stratified combustion operation region, and by using the swirl concept only during idle operation in the stratified combustion operation region, the depth of the swirl storage recess (ball-type combustion chamber) is shallow. It is possible to maintain sufficient performance even in a homogeneous combustion operation region such as when fully open.
[0015]
According to the eighth aspect of the present invention, in the case of stratified combustion, by switching to generate a swirl at the time of cold start and to generate a tumble after completion of warm-up, the spark plug of the droplet fuel at the time of cold Avoid direct hits.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view and longitudinal sectional view of an engine showing a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, 1 is a cylinder head, 2 is a cylinder block, 3 is a piston, and 4 is a combustion chamber formed by these. A circular recess (ball-type combustion chamber) 16 having a center at a position eccentric to the intake side is provided on the crown surface of the piston 3 (see a plan view of the
[0017]
On the upper surface side (
The intake air is guided by the
[0018]
The
Here, a swirl on / off
[0019]
The swirl on-off
The tumble on / off
[0020]
This tumble is a forward tumble, as shown in FIG. That is, the intake air flows along the upper surface side (
[0021]
As shown in FIG. 4 , the swirl on / off
Here, the control unit 15 serves as combustion control means for controlling stratified combustion in which fuel injection from the
[0022]
Next, the case of switching between swirl and tumble according to engine operating conditions will be described.
In the control map shown in FIGS. 5 to 7, swirl and tumble (air guide concept by forward tumble strengthening) are switched in accordance with the engine operating state in the stratified combustion (stratified lean combustion) operation region. .
[0023]
When stratified combustion is realized by forward tumble, it may be difficult to guide the spray around the spark plug in the region where the in-cylinder flow is weak.Therefore, in the stratified combustion operation region, swirl and tumble Stratified combustion by the swirl concept on the low rotation and low load side, and stratified combustion by the air guide concept (forward tumble) on the high rotation and high load side, enabling good stratified combustion over the entire stratified combustion operation range Become. Further, it becomes possible to shallow the swirl storage recess (ball-type combustion chamber) 16 formed on the piston crown surface, so that sufficient performance can be maintained even in the homogeneous combustion operation region (flow and turbulence in the cylinder during homogeneous combustion). Strength can be secured sufficiently) and the fully open performance is improved.
[0024]
In the control map shown in FIG. 5, stratified combustion is realized by swirl only in the idle operation state in the stratified combustion operation region.
In the control map shown in FIG. 6, stratified combustion is realized by swirl in the low rotation and low load region in the stratified combustion operation region.
In the control map shown in FIG. 7, stratified combustion is realized by swirl in the low rotation region in the stratified combustion operation region.
[0025]
Also, at the time of cold start, in the stratified charge combustion (stratified lean combustion) operation region at low rotation and low load, the swirl on-off
[0026]
In the homogeneous lean combustion operation region slightly higher than this region, the swirl on-off
Furthermore, in the homogeneous stoichiometric (or rich) combustion operation region at high rotation and high load other than these, the tumble on / off
[0027]
Here, FIG. 8 is a schematic diagram showing the behavior of fuel by swirl during stratified combustion .
As shown in FIG. 8, at the time of cold start in stratified combustion, the swirl on-off
[0028]
FIG. 9 is a schematic diagram showing the behavior of fuel by tumble during stratified combustion .
During stratified combustion (compression stroke injection), the tumble on-off
[0029]
However, at the time of cold start, it is switched to strong tumble after completion of warm-up as swirl flow. As a result, the mixing distribution at the time of starting the engine is improved, and stratified combustion is possible without causing the
In this embodiment, since the flow form can be changed by changing the notch shape, it can be easily deployed to other engines, and the flow strength can be easily adjusted by controlling the opening degree. Can be controlled.
[0030]
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of an engine showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a plan view of the piston in this case.
In the second embodiment , a concave portion (cylindrical combustion chamber) 17 having a cylindrical surface having a center line in the longitudinal direction of the engine is provided on the crown surface of the
[0031]
Thereby, since the tumble formed in the cylinder can be efficiently stored until the latter half of the compression stroke , the fuel can be deflected upward by the tumble and transported to the
FIG. 12 is a longitudinal sectional view of an engine showing a third embodiment of the present invention.
In the third embodiment , a circular shallow bowl-shaped
[0032]
Thus, by forming the ball-
FIG. 13 is a schematic plan view and longitudinal sectional view of an engine showing a fourth embodiment of the present invention.
In the fourth embodiment , a first on-off
[0033]
In this case, the swirl can be generated by introducing the intake air asymmetrically only from the
In addition, by opening the second on-off
[0034]
Thereby, a stronger gas flow can be generated in the cylinder, fuel can be deflected upward by tumble and transported to the
In the fourth embodiment , a recess (ball-type combustion chamber) 16 similar to that of the first embodiment is provided on the crown of the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view and longitudinal sectional view of an engine showing a first embodiment of the present invention.
Fig. 2 Top view of the piston
FIG. 3 is a view showing notch shapes of a swirl on-off valve and a tumble on-off valve.
FIG. 4 is a schematic diagram of a control system.
FIG. 5 is a diagram showing a control map
FIG. 6 is a diagram showing a control map
FIG. 7 is a diagram showing a control map . FIG. 8 is a schematic diagram showing fuel behavior by swirl during stratified combustion.
FIG. 9 is a schematic diagram showing the behavior of fuel by tumble during stratified combustion.
Longitudinal sectional view of the engine showing a second embodiment of the invention; FIG
[Fig. 11 ] Top view of the piston
Longitudinal sectional view of the engine showing a third embodiment of the present invention; FIG
Schematic plan view and a longitudinal sectional view of the engine showing a fourth embodiment of Figure 13 the present invention Description of Reference Numerals]
1 Cylinder head
2 Cylinder block
3 Piston
4 Combustion chamber
5 Spark plug
6A, 6B Intake valve
7A, 7B Exhaust valve
8 Intake passage
9 Exhaust passage
10 Fuel injection valve
11 On / off valve for swirl
11a Notch
12 Tumble open / close valve
12a Notch
13 Actuator
14 Actuator
15 Control unit (combustion control means and gas flow control means)
16 Concave (ball-type combustion chamber)
17 Concave (cylindrical combustion chamber)
18-ball type combustion chamber
19 Cylindrical combustion chamber
21 First on-off valve
22A, 22B Subport
23 Second on-off valve
Claims (8)
吸入空気の流れを左右方向に偏らせて燃焼室内にスワールを生成することができるスワール強化手段と、
吸入空気の流れを上下方向に偏らせて燃焼室内にタンブルを生成することができるタンブル強化手段と、
前記スワール強化手段の作動と前記タンブル強化手段の作動とを制御するガス流動制御手段と、
機関の運転条件が所定の成層燃焼運転領域内にあるときに前記燃料噴射弁からの燃料噴射を圧縮行程に行う成層燃焼と、機関の運転条件が所定の均質燃焼運転領域内にあるときに前記燃料噴射弁からの燃料噴射を吸気行程に行う均質燃焼とを制御する燃焼制御手段と、
スワール強化時に混合気を形成する凹部を冠面に形成したピストンと、
を備え、
前記ガス流動制御手段は、前記成層燃焼が行われるときであって、かつ、所定のアイドル運転または機関の運転条件が所定の低回転低負荷領域内であるとき、および、前記均質燃焼が行われるときであって、かつ、比較的低回転領域であるときに、前記スワール強化手段を作動させる一方、前記成層燃焼が行われるときであって、かつ、所定のアイドル運転または機関の運転条件が所定の低回転負荷領域内でないとき、および、前記均質燃焼が行われるときであって、かつ、比較的低回転領域でないときに、前記タンブル強化手段を作動させることを特徴とする直噴火花点火式内燃機関。In a direct-injection spark-ignition internal combustion engine in which fuel is directly injected into a combustion chamber from a fuel injection valve and ignited by a spark plug,
Swirl strengthening means capable of generating a swirl in the combustion chamber by biasing the flow of intake air in the left-right direction;
Tumble strengthening means capable of generating tumble in the combustion chamber by biasing the flow of intake air in the vertical direction;
Gas flow control means for controlling the operation of the swirl strengthening means and the operation of the tumble strengthening means;
Stratified combustion in which fuel injection from the fuel injection valve is performed in a compression stroke when the engine operating condition is within a predetermined stratified combustion operation region, and when the engine operating condition is within a predetermined homogeneous combustion operation region Combustion control means for controlling homogeneous combustion in which fuel injection from the fuel injection valve is performed in the intake stroke;
A piston formed with a concave portion on the crown surface that forms an air-fuel mixture during swirl strengthening,
With
The gas flow control means performs the homogeneous combustion when the stratified combustion is performed and when the predetermined idle operation or the engine operating condition is within a predetermined low rotation and low load region. The swirl strengthening means is operated when the engine is in a relatively low rotation region, and the stratified combustion is performed and the predetermined idle operation or the engine operating condition is predetermined. The direct- injection spark ignition type is characterized in that the tumble strengthening means is operated when it is not within the low-rotation load region and when the homogeneous combustion is performed and is not in the relatively low-rotation region. Internal combustion engine.
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