JP3893750B2 - Direct cylinder 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、直接筒内噴射式火花点火機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の直接筒内噴射式火花点火機関としては、例えば図18から図20(特開平5−79370号公報)に示すようなものがある。これはピストン01頂面に形成された凹状の燃焼室キャビティ02と、ピストン01の上昇に伴い点火時点において燃焼室キャビティ02の側壁近傍に挿入される点火プラグ04を設置し、吸気ポート05はヘリカル型吸気ポートを形成する第1吸気ポート05aとまっすぐに伸びるストレート型吸気ポートを形成する第2吸気ポート05bとからなる。また、これら各吸気ポート05a,05bは各々インテークマニホールド内に形成された吸気通路010を介してコレクタ011につながり、第2吸気ポート05bにつながる第2吸気通路010b内に吸気制御弁012を設置している。さらに、前記吸気ポート05下部に、燃焼室03に対し斜め下向きに高圧燃料噴射弁06を設置している。そして、この従来例は、特定の運転状態のとき、吸気制御弁012の開閉制御013によりスワール流09のガス流動を生成し、燃料の点火プラグ04周りの成層化をし、超希薄空燃比で運転し燃費の向上を図るものである。なお、07は吸気弁、08は排気弁である。
【0003】
【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接筒内噴射式火花点火機関にあっては、成層時に強いスワール流09を形成する必要があるために、吸気制御弁012による第2吸気ポート05bの閉鎖のみでは強いスワール流09を形成することができないため、第1吸気ポート05aをヘリカル形状としている。
このため、高回転・高負荷時の出力域では吸気抵抗となり、出力性能が低下する。また、成層時にエバポ燃料をパージする場合に、従来のスワール流09のガス流動を用いた成層燃焼ではパージガスは第1吸気ポート05aを介してスワール流09のガス流動にのって燃焼室03内に流入するため、エバポ燃料は燃焼室03の外側に長く存在し、ピストン01頂面上の燃焼室キャビティ02内に集中しないため、この燃焼室キャビティ02内での噴射燃料と混合した燃焼が困難となり、排気性能が悪化してしまう。
この発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、成層燃焼時における良好なパージを行い得るとともに、高回転・高負荷時の出力を向上させることができる直接筒内噴射式火花点火機関を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、請求項1記載の発明は、1つの気筒に対して3つの吸気ポートを形成するとともに、3つの吸気ポートの中央に位置する中央第1吸気ポートを吸気の流れがピストンの凹部に直接向かう形状に形成し、中央第1吸気ポートの上壁に吸気の流れ方向に沿ったガイド溝を形成し、中央第1吸気ポートの上流側に遮断弁を設け、遮断弁下流側の中央第1吸気ポートのガイド溝近傍にエバポパージの流出口を設け、中央第1吸気ポートの両側に位置する第2吸気ポートおよび第3吸気ポートを吸気の流れが燃焼室内でタンブル流を生起する形状に形成し、第3吸気ポートを開閉する吸気弁の作動を運転状態に応じて停止する可変動弁機構と、機関の運転状態に応じて遮断弁の開閉を制御する遮断弁開閉機構と、機関の運転状態に応じて燃料の噴射時期を制御する噴射時期制御手段と、を備えることを特徴とする。
請求項1記載の直接筒内噴射式火花点火機関によれば、運転条件に応じた各ポートの開閉制御により、成層時の強いスワール流の形成と弱成層時の2つの順タンブルガス流動の形成、均質希薄燃焼時の弱いスワール流の形成、高回転・高負荷時の出力域での低吸気抵抗化の両立を図り、特定時期の燃料噴射により超希薄空燃比運転による燃費の向上とスロットル全開運転時の空気の充填効率増大化による出力性能向上の両立を図ることができる。また、成層時にエバポ燃料をパージする場合に、中央第1ポートから導入でき、かつ燃焼室内のガス流動を制御することが可能なため、パージガスをピストン頂面上の燃焼室内に集中でき、この燃焼室内で噴射燃料との混合を促進でき、燃焼が改善され、排気性能の悪化を防ぐことができる。
また、上記のようにガイド溝を設けることで、機関の運転条件が、低中速・低負荷域の成層燃焼領域、および低中速・中負荷域の弱成層燃焼領域でのエバポ燃料をパージする場合において、エバポ燃料は中央第1吸気ポートの上部を流れ、主に第1吸気弁の排気弁側開口部から直接ピストン頂面上の燃焼室に向けて大半が入り、スワールガス流動、あるいは2つの順タンブル流ガス流動の中央に位置するピストン頂面上の燃焼室内により多く集中するのでこの燃焼室内で噴射燃料との混合が促進され、安定燃焼が可能となる。
【0005】
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の直接筒内噴射式火花点火機関において、機関の運転状態が点火栓近傍に混合気を集める成層燃焼を行う領域にあるとき、可変動弁機構は第3吸気ポートの吸気弁の作動を停止し、遮断弁開閉機構は中央第1吸気ポートの遮断弁を閉鎖し、噴射時期制御手段は燃料噴射時期を圧縮行程後期に設定する、ことを特徴とする。
請求項2記載の直接筒内噴射式火花点火機関によれば、機関の運転条件が、低中速・低負荷域の成層燃焼領域では、筒内のガス流動を強めると共に、強いスワール流を形成し、燃料を少なくとも圧縮行程後期に噴射することで、燃料の点火プラグ周りの成層化を図り、超希薄空燃比で運転し燃費の向上を図ることができると共に、燃料は一度ピストン表面の燃焼室を介して、点火プラグ方向へ行くため、燃料微粒化、および気化が進み、点火プラグへの液状燃料付着による失火は無く、安定して運転できるようになる。また、エバポ燃料をパージする場合でも、エバポ燃料は中央第1吸気ポートから直接ピストン頂面上の燃焼室に向けて入れるので、スワールガス流動の中央であるピストン頂面上の燃焼室内にパージガスは集中し、前記燃焼室内で噴射燃料と混合し安定燃焼が可能となる。
【0006】
請求項3記載の発明では、請求項1または2記載の直接筒内噴射式火花点火機関において、機関の運転状態が点火栓近傍に混合気を集める弱成層燃料を行う領域にあるとき、可変動弁機構は第3吸気ポートの吸気弁を作動させ、遮断弁開閉機構は中央第1吸気ポートの遮断弁を閉鎖し、噴射時期制御手段は燃料噴射時期を圧縮行程前期に設定する、ことを特徴とする。
請求項3記載の直接筒内噴射式火花点火機関によれば、機関の運転条件が、低中速・中負荷域の成層燃焼領域では、筒内のガス流動を若干弱めるとともに、燃焼室に入ってくる吸入空気が2つの順タンブル流ガス流動を生成し、燃料を少なくとも圧縮行程前期に噴射することで、前記2つのタンブル流ガス流動の中間に燃料混合気の帯を生成する弱い成層化をし、希薄空燃比で運転し、燃費の向上を図ることができる。また、エバポ燃料をパージする場合も、2つの順タンブル流ガス流動の中央にパージガスは集中し、そのガス流動中間の燃料混合気の帯と混合し安定燃焼が可能となる。
【0007】
請求項4記載の発明では、請求項1ないし3のいずれかの項に記載の直接筒内噴射式火花点火機関において、機関の運転状態が燃焼室内に均質な希薄混合気を形成する均質希薄燃焼を行う領域にあるとき、可変動弁機構は第3吸気ポートの吸気弁を停止させ、遮断弁開閉機構は中央第1吸気ポートの遮断弁を開き、噴射時期制御手段は燃料噴射時期を吸気行程に設定する、ことを特徴とする。
請求項4記載の直接筒内噴射式火花点火機関によれば、機関の運転条件が、低中速・中負荷域の均質希薄燃焼領域では、強いスワール流を、中央第1吸気ポートから流入する燃焼室に入ってくる吸入空気流れにより弱め、燃料を少なくとも吸気行程に噴射することで、燃料混合気の均質化を図り、希薄空燃比で運転し、燃費の向上を図ることができる。また、エバポ燃料をパージする場合は燃料噴射が吸気行程時のためパージガスと噴射燃料は十分混合し、従来の吸気ポート燃料噴射機関と同様に安定燃焼が可能となる。
【0008】
請求項5記載の発明では、請求項1ないし4記載の直接筒内噴射式火花点火機関において、機関の運転状態が燃焼室内に均質な混合気を形成する均質燃焼を行う領域にあるとき、可変動弁機構は第3吸気ポートの吸気弁を作動させ、遮断弁開閉機構は中央第1ポートの遮断弁を開き、噴射時期制御手段は燃料噴射時期を吸気行程に設定する、ことを特徴とする。
請求項5記載の直接筒内噴射式火花点火機関によれば、機関の運転条件が、高速・高負荷域の均質燃焼領域では、吸気ポート面積を大きくし充填効率向上を図るとともに、燃料を少なくとも吸気行程時に噴射することで、混合気の均質化を図り、出力領域も十分な性能を確保できる。また、エバポ燃料をパージする場合は、燃料噴射が吸気行程時のためパージガスと噴射燃料は十分混合し、従来の吸気ポート燃料噴射機関と同様に安定燃焼が可能となる。
【0009】
請求項6記載の発明では、請求項1ないし5記載の直接筒内噴射式火花点火機関において、中央第1吸気ポートはシリンダに対して直立してピストンの凹部を指向する形状であり、第2吸気ポートおよび第3吸気ポートは燃焼室内にタンブル流を生起するストレート形状である、ことを特徴とする。
請求項6記載の直接筒内噴射式火花点火機関によれば、中央第1吸気ポートから流入する流れはピストン頂面上の燃焼室内に向かい、第2、第3吸気ポートから流入する流れは順タンブルを形成するため、運転条件に応じた各ポートの開閉制御時に、運転条件に応じた要求ガス流動(成層時の強いスワール流の形成、弱成層時の2つの順タンブルガス流動の形成、均質希薄燃焼時の弱いスワール流の形成、高回転・高負荷時の出力域での低吸気抵抗化)を形成できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1から図4は、本発明の実施の形態の直接筒内噴射式火花点火機関(以下、機関と称す)の構成を示す図である。
まず、構成を説明すると、本実施の形態の機関は、ピストン1頂面に形成された凹部を有する燃焼室キャビティ2と、シリンダ17のシリンダヘッドに燃焼室キャビティ2を臨んで挿入される点火プラグ4と、吸気ポート5下部に、燃焼室3に対し斜め下向きに燃料を筒内に直接噴射する高圧燃料噴射弁6とを有する。そして、本実施の形態は、1つの気筒に対して3つの吸気弁7と吸気ポート5が形成されているが、3つの吸気弁7の中央に位置する第1吸気弁7aにつながる第1吸気ポート5aはその吸気ポートを介して流入する吸気流れが、図3(a)に示すように、ピストン1頂面上の燃焼室キャビティ2内に向かうような吸気ポート形状としている。そして、第1吸気ポート5a上流の第1吸気通路10aに遮断弁12を設け、この遮断弁12の下流にエバポパージ用流出口14を設ける。また、第1吸気弁7aの両側の2つの第2吸気弁7bおよび第3吸気弁7cにつながる第2吸気ポート5bおよび第3吸気ポート5cは、その吸気ポートを介して流入する吸気流れが、図5に示すように、燃焼室3内で順タンブルガス流動19を形成するような吸気ポート形状としている。そして、前記第1吸気弁7a、第2吸気弁7bおよび第3吸気弁7cを機関の運転条件により各々開閉するような可変動弁機構16と遮断弁開閉機構13とを設ける。なお、8は排気弁、10bは第2吸気ポート5bにつながる第2吸気通路、10cは第3吸気ポート5cにつながる第3吸気通路であり、11はコレクタ、15はエバポパージ制御機構である。
さらに、図3(b)には、図3(a)のS3b−S3b断面を示す。図3(b)に示すように、ピストン1頂面上の燃焼室キャビティ2に向かう第1吸気ポート5aの断面形状として、吸気ポート5a上部に吸入空気流れを誘導するガイド20を設けている。
【0013】
機関の運転状態そして負荷はアクセル開度センサ22により検出され、回転数はクランク角センサ21により検出され、これらはコントロールユニット18へ入力される。
このコントロールユニット18は、こうした機関の運転状態に応じて後述するように遮断弁開閉機構13と可変動弁機構16とを制御する一方、燃料噴射時期制御手段としても機能し、運転状態に応じた噴射時期に対応して、高圧燃料噴射弁6を駆動する。
【0014】
吸気ポート形状としては、第1吸気ポート5aは、ピストン1頂面上の燃焼室キャビティ2内に向かうため、第1吸気弁7a近くでシリンダ17に対し直立する形状とし、第2,第3吸気ポート5b,5cは、順タンブルガス流動19を形成するため、第2,第3吸気弁7b,7c近くではストレート形状とする。
なお、本実施の形態に用いる可変動弁機構16の一例を図6に示す。
【0015】
次に本実施の形態の作用を説明する。
機関の運転条件が、低中速・低負荷域の成層燃焼領域では、図7に示すように可変動弁機構16により第3吸気弁7cは停止し、第1吸気弁7aおよび第2吸気弁7bのみリフトさせ、かつ、遮断弁開閉機構13により第1吸気通路10a内の遮断弁12を閉鎖することで、筒内のガス流動を強めるとともに、第2吸気ポート5bから第2吸気弁7bを介して燃焼室3に入ってくる吸入空気は、第2吸気弁7b方向から排気弁8方向へ向かい、さらに第3吸気弁7c側へと回転するような強いスワール流9を形成し、燃料を少なくとも圧縮行程後期に噴射することで、前記スワール流9により燃料の点火プラグ4周りを成層化し、超希薄空燃比で運転し燃費の向上を図るとともに、かつ、燃料は点火プラグ4方向へ直接向かわず、一度ピストン1表面の燃焼室キャビティ2を介して点火プラグ4方向へ行くため、燃料微粒化、および気化が進み、点火プラグ4への液状燃料付着による失火は無く、安定して運転できるようになる。
【0016】
機関の運転条件が、低中速・中負荷域の弱成層燃焼領域では、図5に示すように可変動弁機構16により第1吸気弁7a、第2吸気弁7bおよび第3吸気弁7cをリフトさせ、かつ、遮断弁開閉機構13により第1吸気通路10a内の遮断弁12を閉鎖することで、筒内のガス流動を若干弱めるとともに、第2吸気ポート5bから第2吸気弁7bを介して燃焼室3に入ってくる吸入空気と第3吸気ポート5cから第3吸気弁7cを介して燃焼室3に入ってくる吸入空気とが2つの順タンブルガス流動19を生成し、燃料を少なくとも圧縮行程前期に噴射することで、前記2つの順タンブルガス流動19の中間に燃料混合気の帯を生成する弱い成層化をし、希薄空燃比で運転し燃費の向上を図る。
【0017】
機関の運転条件が、低中速・中負荷域の均質希薄燃焼領域では、図8に示すように、可変動弁機構16により第3吸気弁7cは停止し、第1吸気弁7aおよび第2吸気弁7bのみをリフトさせ、かつ、遮断弁開閉機構13により第1吸気通路10a内の遮断弁12を開口することで、第2吸気ポート5bから第2吸気弁7bを介して燃焼室3に入ってくる吸入空気により生成される第2吸気弁7b方向から排気弁8方向へ向かい、さらに第3吸気弁7c側へと回転するような強いスワール流9を、第1吸気ポート5aから第1吸気弁7aを介して燃焼室3に入ってくる吸入空気流れにより弱め、燃料を少なくとも吸気行程に噴射することで、燃料混合気の均質化を図り、希薄空燃比で運転し燃費の向上を図る。
【0018】
さらに、機関の運転条件が、高速・高負荷域の均質燃焼領域では、図9に示すように可変動弁機構16により第1吸気弁7a、第2吸気弁7bをリフトさせ、かつ、遮断弁開閉機構13により第1吸気通路10a内の遮断弁12を開口することで、吸気ポート面積を大きくし充填効率向上を図るとともに、燃料を少なくとも吸気行程時に噴射することで、筒内全体として均質な混合気を作り、出力領域も十分な性能を確保できる。
【0019】
ところで、エバポ燃料をパージする場合において、図10に示すように本実施の形態では、エバポ燃料を第1吸気ポート5aから第1吸気弁7aを介して直接ピストン1頂面上の燃焼室キャビティ2に向けて入れるため、機関の運転条件が、低速・低負荷域の成層燃焼時にエバポ燃料をパージする場合でも、スワール流9の中央であるピストン1頂面上の燃焼室キャビティ2内にパージガスは集中し、この燃焼室キャビティ2内で噴射燃料と混合し安定燃焼が可能となり、排気性能も悪化しなくなるので成立する。
【0020】
また、機関の運転条件が、低中速・中負荷域の弱成層燃焼時にエバポ燃料をパージする場合も、図11に示すように、2つの順タンブルガス流動19の中央にパージガスは集中し、そのガス流動中間の燃料混合気の帯と混合し安定燃焼が可能となる。
【0021】
そして、機関の運転条件が、低中速・中負荷域の均質希薄燃焼時、および高速・高負荷域の均質燃焼時にエバポ燃料をパージする場合は、図12および図13に示すように、燃料噴射が吸気行程時のためパージガスと噴射燃料は十分混合し、従来の吸気ポート燃料噴射機関と同様安定燃焼が可能となる。
【0022】
さらに、機関の運転条件が、低速・低負荷域の成層燃焼時、および低中速・中負荷域の弱成層燃焼時は、スロットル弁開度が大きいため吸気ポート負圧は低下し、吸気ポートへのエバポ燃料のパージ流量は低下するが、本実施の形態によればエバポ燃料を第1吸気ポート5aの遮断弁12閉鎖時にこの遮断弁12下流に入れるため、遮断弁12下流の吸気ポート負圧は発達するのでパージ流量は低下しないという作用も得られる。
これまで説明した各燃焼を行わせる運転領域の一例を図14に示す。
【0024】
また、ガイド20を設けることにより、図15に示すように機関の運転条件が、低中速・低負荷域の成層燃焼領域、および低中速・中負荷域の弱成層燃焼領域でのエバポ燃料をパージする場合において、エバポ燃料は第1吸気ポート5aの上部を流れ、主に第1吸気弁7aの排気弁8側開口部から直接ピストン1頂面上の燃焼室キャビティ2に向けて入るため、スワール流9、あるいは2つの順タンブルガス流動19の中央にあるピストン1頂面上の燃焼室キャビティ2内にパージガスはより多く集中し、前記燃焼室キャビティ2内で噴射燃料と混合し安定燃焼が可能となる。なお、図16に他のガイド形状の例を示す。
【0025】
ところで、応用例として、図17に示すように、3つの吸気弁のリフト量に関して、第1吸気弁7aのリフト量を第2吸気弁7b、および第3吸気弁7cのリフト量よりも短くしてもよい。
【0026】
これにより、機関の運転条件が、低中速・中負荷域の均質希薄燃焼領域での可変動弁機構16により第3吸気弁7cは停止し、第1吸気弁7aおよび第2吸気弁7bのみリフトさせ、かつ、遮断弁開閉機構13により第1吸気通路10a内の遮断弁12を開口し、燃料を少なくとも吸気行程に噴射する領域と、高速・高負荷域の均質燃焼領域での可変動弁機構16により第1吸気弁7a、第2吸気弁7bおよび第3吸気弁7cをリフトさせ、かつ、遮断弁開閉機構13により第1吸気通路10a内の遮断弁12を開口し、燃料を少なくとも吸気行程時に噴射する領域では、第1吸気弁7aと燃料噴霧との干渉が少なくなるため吸気弁7へのデポジット付着、すす発生が減少できる。
【0027】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項1記載の直接筒内噴射式火花点火機関にあっては、運転条件に応じた各ポートの開閉制御により、成層時の強いスワール流の形成と弱成層時の2つの順タンブルガス流動の形成、均質希薄燃焼時の弱いスワール流の形成、高回転・高負荷時の出力域での低吸気抵抗化の両立を図り、特定時期の燃料噴射により超希薄空燃比運転による燃費の向上とスロットル全開運転時の空気の充填効率増大化による出力性能向上の両立を図ることができるという効果がある。
また、成層時にエバポ燃料をパージする場合に、中央ポートから導入でき、かつ燃焼室内のガス流動を制御することが可能なため、パージガスをピストン頂面上の燃焼室内に集中でき、この燃焼室内で噴射燃料との混合を促進でき、燃焼が改善され、排気性能の悪化を防ぐことができるという効果がある。
さらに、上記のようにガイド溝を設けることで、機関の運転条件が、低中速・低負荷域の成層燃焼領域、および低中速・中負荷域の弱成層燃焼領域でのエバポ燃料をパージする場合において、エバポ燃料は中央第1吸気ポート上部を流れ、主に第1吸気弁の排気弁側開口部から直接ピストン頂面の燃焼室に向けて大半が入り、スワールガス流動、あるいは2つの順タンブル流ガス流動の中央に位置するピストン頂面上の燃焼室内により多く集中するのでこの燃焼室内で噴射燃料との混合が促進され、安定燃焼が可能となるという効果がある。
【0028】
請求項2記載の直接筒内噴射式火花点火機関にあっては、機関の運転条件が、低中速・低負荷域の成層燃焼領域では、筒内のガス流動を強めるとともに、強いスワール流を形成し、燃料を少なくとも圧縮行程後期に噴射することで、燃料の点火プラグ周りの成層化を図り、超希薄空燃比で運転し燃費の向上を図るとともに、かつ、燃料は一度ピストン表面の燃焼室を介して、点火プラグ方向へ行くため、燃料微粒化、および気化が進み、点火プラグへの液状燃料付着による失火は無く、安定して運転できるようになるという効果がある。また、エバポ燃料をパージする場合でも、エバポ燃料は中央第1吸気ポートから直接ピストン頂面上の燃焼室内に向けて入れるので、スワールガス流動の中央であるピストン頂面上の燃焼室内にパージガスは集中し、前記燃焼室内で噴射燃料と混合し安定燃焼が可能となるという効果がある。
【0029】
請求項3記載の直接筒内噴射式火花点火機関にあっては、機関の運転条件が、低中速・中負荷域の成層燃焼領域では、筒内のガス流動を若干弱めるとともに、燃焼室に入ってくる吸入空気が2つの順タンブル流ガス流動を生成し、燃料を少なくとも圧縮行程前期に噴射することで、前記2つのタンブル流ガス流動の中間に燃料混合気の帯を生成する弱い成層化をし、希薄空燃比で運転し、燃費の向上を図ることができるという効果がある。また、エバポ燃料をパージする場合も、2つの順タンブル流ガス流動の中央にパージガスは集中し、そのガス流動中間の燃料混合気の帯と混合し安定燃焼が可能となるという効果がある。
【0030】
請求項4記載の直接筒内噴射式火花点火機関にあっては、機関の運転条件が、低中速・中負荷域の均質希薄燃焼領域では、強いスワール流を、中央第1吸気ポートから流入する燃焼室に入ってくる吸入空気流れにより弱め、燃料を少なくとも吸気行程に噴射することで、燃料混合気の均質化を図り、希薄空燃比で運転し、燃費の向上を図ることができるという効果がある。また、エバポ燃料をパージする場合は、燃料噴射が吸気行程時のために、パージガスと噴射燃料は十分混合し、従来の吸気ポート燃料噴射機関と同様に安定燃焼が可能となるという効果がある。
【0031】
請求項5記載の直接筒内噴射式火花点火機関にあっては、機関の運転条件が、高速・高負荷域の均質燃焼領域では、吸気ポート面積を大きくし充填効率向上を図るとともに、燃料を少なくとも吸気行程時に噴射することで、混合気の均質化を図り、出力領域も十分な性能を確保できるという効果がある。またエバポ燃料をパージする場合は燃料噴射が吸気行程時のためパージガスと噴射燃料は十分混合し、従来の吸気ポート燃料噴射機関と同様に安定燃焼が可能となるという効果がある。
【0032】
請求項6記載の直接筒内噴射式火花点火機関にあっては、中央第1吸気ポートから流入する流れはピストン頂面上の燃焼室内に向かい、第2、第3吸気ポートから流入する流れは順タンブルを形成するため、運転条件に応じた各ポートの開閉制御時に、運転条件に応じた要求ガス流動(成層時の強いスワール流の形成、弱成層時の2つの順タンブルガス流動の形成、均質希薄燃焼時の弱いスワール流の形成、高回転・高負荷時の出力域での低吸気抵抗化)を形成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施の形態の直接筒内噴射式火花点火機関の構成を示す図である。
【図2】実施の形態の直接筒内噴射式火花点火機関の構成を示す図である。
【図3】(a)は図2のS3−S3断面図、(b)は(a)のS3b−S3b断面図である。
【図4】図2のS4−S4断面図である。
【図5】実施の形態の作用を説明する図である。
【図6】実施の形態の可変動弁機構16の一例を示す図である。
【図7】実施の形態の作用を説明する図である。
【図8】実施の形態の作用を説明する図である。
【図9】実施の形態の作用を説明する図である。
【図10】実施の形態の作用を説明する図である。
【図11】実施の形態の作用を説明する図である。
【図12】実施の形態の作用を説明する図である。
【図13】実施の形態の作用を説明する図である。
【図14】各燃焼を行わせる運転領域の一例を示す図である。
【図15】実施の形態の作用を説明する図である。
【図16】他のガイド形状の例を示す図である。
【図17】実施の形態の応用例を説明する図である。
【図18】従来の直接筒内噴射式火花点火機関を示す縦断面図である。
【図19】従来の直接筒内噴射式火花点火機関を示す横断面図である。
【図20】従来の直接筒内噴射式火花点火機関のシステム構成を示す図である。 [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a direct in-cylinder spark ignition engine.
[0002]
[Prior art]
As a conventional direct cylinder injection spark ignition engine, for example,FIG.FromFIG.There are some as shown in JP-A-5-79370. This includes a concave
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional direct in-cylinder spark ignition engine, since it is necessary to form a
For this reason, in the output region at the time of high rotation and high load, it becomes an intake resistance and the output performance is lowered. In the case of stratified combustion using the gas flow of the
The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and can perform a good purge at the time of stratified combustion and can directly improve the output at the time of high rotation and high load. It is to provide a spark ignition engine.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, three intake ports are formed for one cylinder, and the flow of intake air flows through a central first intake port located at the center of the three intake ports. It is formed in a shape that goes directly to the concave part of the piston,Forming a guide groove along the flow direction of the intake air on the upper wall of the central first intake port;A shutoff valve is provided upstream of the central first intake port, and the central first intake port downstream of the shutoff valveNear the guide grooveProvided with an evaporative purge outlet, the second intake port and the third intake port located on both sides of the central first intake port are formed in a shape in which the flow of intake air generates a tumble flow in the combustion chamber, and the third intake port is formed. A variable valve mechanism that stops the operation of the intake valve that opens and closes according to the operating state, a shut-off valve opening and closing mechanism that controls opening and closing of the shut-off valve according to the operating state of the engine, and fuel injection according to the operating state of the engine And an injection timing control means for controlling the timing.
According to the direct in-cylinder spark ignition engine according to
In addition, by providing the guide groove as described above, the engine operating condition purges the evaporative fuel in the stratified combustion region in the low / medium / low load region and the weak stratified combustion region in the low / medium / medium load region. In this case, the evaporative fuel flows in the upper part of the central first intake port, mostly enters the combustion chamber on the top surface of the piston directly from the exhaust valve side opening of the first intake valve, swirl gas flow, or More concentrated in the combustion chamber on the top surface of the piston located at the center of the two forward tumble gas flows, mixing with the injected fuel is promoted in this combustion chamber, and stable combustion is possible.
[0005]
According to a second aspect of the present invention, in the direct in-cylinder spark ignition engine according to the first aspect, when the operating state of the engine is in a region where stratified combustion is performed to collect an air-fuel mixture near the spark plug, the variable valve The mechanism stops the operation of the intake valve of the third intake port, the shut-off valve opening / closing mechanism closes the shut-off valve of the central first intake port, and the injection timing control means sets the fuel injection timing to the late stage of the compression stroke. Features.
According to the direct in-cylinder spark ignition engine according to
[0006]
According to a third aspect of the present invention, in the direct in-cylinder spark ignition engine according to the first or second aspect, when the engine is in a region where weakly stratified fuel collecting air-fuel mixture is collected near the spark plug, The valve mechanism operates the intake valve of the third intake port, the shut-off valve opening / closing mechanism closes the shut-off valve of the central first intake port, and the injection timing control means sets the fuel injection timing to the first stage of the compression stroke. And
According to the direct in-cylinder spark ignition engine according to
[0007]
According to a fourth aspect of the present invention, in the direct in-cylinder spark ignition engine according to any one of the first to third aspects, the homogeneous lean combustion in which the operating state of the engine forms a homogeneous lean air-fuel mixture in the combustion chamber. The variable valve mechanism stops the intake valve of the third intake port, the cutoff valve opening / closing mechanism opens the cutoff valve of the central first intake port, and the injection timing control means sets the fuel injection timing to the intake stroke. It is characterized by setting to.
According to the direct in-cylinder spark ignition engine of
[0008]
According to a fifth aspect of the present invention, in the direct in-cylinder spark ignition engine according to the first to fourth aspects, it is possible when the operating state of the engine is in a region where homogeneous combustion is performed to form a homogeneous mixture in the combustion chamber. The variable valve mechanism operates the intake valve of the third intake port, the cutoff valve opening / closing mechanism opens the cutoff valve of the central first port, and the injection timing control means sets the fuel injection timing to the intake stroke. .
According to the direct in-cylinder spark ignition engine according to
[0009]
According to a sixth aspect of the present invention, in the direct in-cylinder spark ignition engine of the first to fifth aspects, the central first intake port has a shape that stands upright with respect to the cylinder and faces the concave portion of the piston. The intake port and the third intake port have a straight shape that generates a tumble flow in the combustion chamber.
According to the direct in-cylinder spark ignition engine of
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 4 show the implementation of the present invention.Form1 is a diagram showing a configuration of a direct in-cylinder injection spark ignition engine (hereinafter referred to as an engine).
First, the configuration will be described. The engine of the present embodiment includes a
Further, FIG. 3B shows a cross section taken along line S3b-S3b of FIG. As shown in FIG. 3 (b), a
[0013]
The operating state and load of the engine are detected by an
The
[0014]
As the shape of the intake port, the
An example of the
[0015]
Next, the operation of this embodiment will be described.
In the stratified combustion region where the engine operating conditions are low, medium, and low load regions, the
[0016]
In the weak stratified combustion region where the engine is operating at low / medium speed / medium load range, the
[0017]
As shown in FIG. 8, the
[0018]
Further, when the engine operating condition is a homogeneous combustion region in a high speed / high load region, the
[0019]
By the way, when the evaporation fuel is purged, as shown in FIG. 10, in this embodiment, the evaporation fuel is directly discharged from the
[0020]
Also, when the engine operating conditions are purged of evaporative fuel at the time of low stratified combustion in the low, medium speed and medium load range, the purge gas is concentrated at the center of the two forward tumble gas flows 19, as shown in FIG. Mixing with the zone of the fuel gas mixture in the middle of the gas flow enables stable combustion.
[0021]
When the engine operating condition is to purge the evaporative fuel during homogeneous lean combustion in the low / medium speed / medium load region and homogeneous combustion in the high speed / high load region, as shown in FIG. 12 and FIG. Since the injection is performed during the intake stroke, the purge gas and the injected fuel are sufficiently mixed, and stable combustion is possible as in the conventional intake port fuel injection engine.
[0022]
In addition, when the engine operating conditions are stratified combustion in the low speed / low load range and weak stratified combustion in the low / medium speed / medium load range, the throttle port opening is large and the intake port negative pressure decreases. However, according to the present embodiment, the evaporative fuel is introduced downstream of the
An example of the operation region in which each combustion described so far is performed is shown in FIG.
[0024]
Further, by providing the
[0025]
By the way, as an application example, as shown in FIG.Regarding the lift amounts of the three intake valves, the lift amount of the
[0026]
ThisThe
[0027]
【The invention's effect】
As described above, in the direct in-cylinder spark ignition engine according to
Further, when evaporative fuel is purged during stratification, the purge gas can be concentrated in the combustion chamber on the piston top surface because it can be introduced from the central port and the gas flow in the combustion chamber can be controlled. Mixing with the injected fuel can be promoted, combustion is improved, and deterioration of exhaust performance can be prevented.
Furthermore, by providing the guide groove as described above, the engine operating conditions purge the evaporated fuel in the stratified combustion region in the low, medium and low load regions and the weak stratified combustion region in the low, medium and medium load regions. In this case, the evaporative fuel flows in the upper part of the central first intake port, and mostly enters from the opening on the exhaust valve side of the first intake valve directly toward the combustion chamber on the piston top surface. Since it concentrates more in the combustion chamber on the top surface of the piston located in the center of the forward tumble flow gas flow, mixing with the injected fuel is promoted in this combustion chamber, and stable combustion is possible.
[0028]
In the direct in-cylinder spark ignition engine according to
[0029]
In the direct in-cylinder spark ignition engine according to
[0030]
In the direct in-cylinder spark ignition engine according to
[0031]
In the direct in-cylinder spark ignition engine according to
[0032]
In the direct cylinder injection type spark ignition engine according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a direct in-cylinder spark ignition engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a direct in-cylinder spark ignition engine according to an embodiment.
[Fig. 3](A) is S3-S3 sectional drawing of FIG. 2, (b) is S3b-S3b sectional drawing of (a).
4 is a cross-sectional view taken along line S4-S4 of FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of the embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a
FIG. 7 is a diagram illustrating the operation of the embodiment.
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating the operation of the embodiment.
FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating the operation of the embodiment.
FIG. 12 is a diagram illustrating the operation of the embodiment.
FIG. 13 is a diagram illustrating the operation of the embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing an example of an operation region in which each combustion is performed.
FIG. 15It is a figure explaining the effect | action of embodiment.
FIG. 16It is a figure which shows the example of another guide shape.
FIG. 17It is a figure explaining the application example of embodiment.
FIG. 18It is a longitudinal cross-sectional view which shows the conventional direct in-cylinder injection type spark ignition engine.
FIG. 19It is a cross-sectional view showing a conventional direct in-cylinder injection spark ignition engine.
FIG. 20It is a figure which shows the system configuration | structure of the conventional direct cylinder injection type spark ignition engine.
Claims (6)
1つの気筒に対して3つの吸気ポートを形成するとともに、3つの吸気ポートの中央に位置する中央第1吸気ポートを吸気の流れがピストンの凹部に直接向かう形状に形成し、中央第1吸気ポートの上壁に吸気の流れ方向に沿ったガイド溝を形成し、中央第1吸気ポートの上流側に遮断弁を設け、遮断弁下流側の中央第1吸気ポートのガイド溝近傍にエバポパージの流出口を設け、中央第1吸気ポートの両側に位置する第2吸気ポートおよび第3吸気ポートを吸気の流れが燃焼室内でタンブル流を生起する形状に形成し、第3吸気ポートを開閉する吸気弁の作動を運転状態に応じて停止する可変動弁機構と、機関の運転状態に応じて遮断弁の開閉を制御する遮断弁開閉機構と、機関の運転状態に応じて燃料の噴射時期を制御する噴射時期制御手段と、を備えることを特徴とする直接筒内噴射式火花点火機関。A combustion chamber having a recess formed on the top surface of the piston, an ignition plug provided facing the combustion chamber, and an injection valve for injecting fuel directly into the cylinder obliquely downward from the intake port side with respect to the combustion chamber In the direct in-cylinder injection spark ignition engine provided,
To form a three intake ports for one cylinder, three intake air flow of the central first inlet port located in the center of the intake port is formed in a shape directly toward the recess of the piston, the central first inlet port A guide groove is formed in the upper wall along the intake flow direction, a shut-off valve is provided upstream of the central first intake port , and an evaporative purge outlet is provided near the guide groove of the central first intake port on the downstream side of the shut-off valve. A second intake port and a third intake port located on both sides of the central first intake port are formed in a shape in which the flow of intake air generates a tumble flow in the combustion chamber, and an intake valve that opens and closes the third intake port A variable valve mechanism that stops operation according to the operating state, a shut-off valve opening / closing mechanism that controls opening / closing of the shut-off valve according to the operating state of the engine, and an injection that controls the fuel injection timing according to the operating state of the engine Timing control Direct cylinder injection type spark ignition engine, characterized in that it comprises a stage, a.
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