JP4103754B2 - Spark ignition direct injection engine - Google Patents
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Description
本発明は、火花点火式直噴エンジンに関し、特に、複数の噴口を有する燃料噴射弁を備えた火花点火式直噴エンジンに関する。 The present invention relates to a spark ignition direct injection engine, and more particularly to a spark ignition direct injection engine including a fuel injection valve having a plurality of injection holes.
従来、点火プラグを備えるとともに、燃料を燃焼室内に直接供給するインジェクタを備え、成層燃焼を行うことによって燃費改善を図るようにして火花点火式直噴エンジンが知られている。この種のエンジンでは、燃料の拡散を抑えつつも気化、霧化を促進し、かつ点火プラグの電極近傍に着火可能な適度の空燃比の混合気が偏在する状態を確保することが要求される。 2. Description of the Related Art Conventionally, a spark ignition direct injection engine is known that includes an ignition plug and an injector that directly supplies fuel into a combustion chamber so as to improve fuel efficiency by performing stratified combustion. In this type of engine, it is required to promote vaporization and atomization while suppressing fuel diffusion, and to ensure that an air-fuel mixture having an appropriate air-fuel ratio that can be ignited in the vicinity of the electrode of the spark plug is unevenly distributed. .
このような技術としては、例えば、下記特許文献1に開示されるように、燃料を直接点火プラグの電極に噴射するとともに、噴霧の下方又は側方近傍に気流を生成して、噴霧の広がりを抑える技術が知られている。
ところで、インジェクタには、下記特許文献2に開示されるように、複数の噴口を有するインジェクタ(以下、マルチホール型インジェクタと称す)が知られている。
つまり、直接電極に燃料を噴射するのではなく、電極を挟んでその周辺に燃料が偏在するように、複数の噴口を位置させることによって、燃料を複数の噴口から噴射されることによってその燃料の微粒化が図られ、しかも、各噴口から噴射された噴霧の分布中心が点火プラグの電極を避けた位置にあるため、燃料が液滴化して電極へ付着する量を減少することができるものである。 In other words, instead of directly injecting fuel into the electrode, the fuel is injected from the plurality of nozzles by positioning the plurality of nozzles so that the fuel is unevenly distributed around the electrode. Since the atomization is achieved and the distribution center of the spray sprayed from each nozzle is located at a position avoiding the electrode of the spark plug, the amount of fuel dropletized and adhering to the electrode can be reduced. is there.
ところで、上述した成層燃焼において着火性を向上するためには、点火プラグの電極近傍に混合気を集めるだけではなく、点火プラグの電極近傍に如何に混合気を長時間滞在させることができるかが重要になる。 By the way, in order to improve the ignitability in the stratified combustion described above, not only the air-fuel mixture is collected in the vicinity of the spark plug electrode, but also how the air-fuel mixture can stay in the vicinity of the spark plug electrode. Become important.
つまり、上述したように、マルチホール型インジェクタによって点火プラグの電極近傍に混合気が集まるように噴口を設定したとしても、燃料の噴霧貫徹力が大き過ぎると、燃料噴霧は点火プラグ近傍を短時間で通過してしまうため、着火性を確保することができなくなる。 That is, as described above, even if the injection hole is set so that the air-fuel mixture is collected near the electrode of the spark plug by the multi-hole type injector, if the fuel spray penetration force is too large, the fuel spray will move around the spark plug for a short time. It will not be possible to ensure ignitability.
尚、点火プラグの電極近傍に混合気を長時間滞在させるため、燃料の噴霧貫徹力を小さくすることが考えられるが、単に、燃料の噴霧貫徹力を小さくするだけでは燃料噴霧が早目に拡散してしまい、点火プラグの電極近傍に混合気を集めることができなくなる虞がある。 In order to allow the air-fuel mixture to stay in the vicinity of the spark plug electrode for a long time, the fuel spray penetration force can be reduced. However, simply by reducing the fuel spray penetration force, the fuel spray spreads quickly. As a result, the air-fuel mixture may not be collected near the electrode of the spark plug.
本発明は、以上のような課題に勘案してなされたもので、その目的は、成層燃焼時、点火プラグの電極近傍に混合気を集めることができるとともに、その滞在時間を長く確保でき、着火性を向上可能な火花点火式直噴エンジンを提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and its purpose is to collect an air-fuel mixture in the vicinity of the electrode of the spark plug during stratified combustion, and to ensure a long staying time for ignition. An object is to provide a spark ignition direct injection engine capable of improving the performance.
前記目的を達成するため、本発明にあってはその解決手法として次のようにしてある。すなわち、本発明の第1の構成において、燃焼室内に配設される点火プラグと、先端部が上記燃焼室内の周縁に臨むよう二つの吸気バルブの間に配設される燃料噴射弁とを備え、該燃料噴射弁から噴射される燃料噴射方向が上記点火プラグの電極近傍に指向された火花点火式直噴エンジンにおいて、上記燃料噴射弁には、上記点火プラグの電極近傍に位置するように複数の噴口が備えられ、それらが、少なくとも当該燃料噴射弁側から燃料噴射方向先端側を見て、軸心が上記点火プラグの電極の下面に近接する空間に指向する電極下方側噴口と、軸心が上記点火プラグの電極の側方に近接する空間に指向する電極側方側噴口とからなるとともに、それら両噴口は、燃料噴射弁の軸心を中心に噴射方向先端側を見て、上記電極下方側噴口が上記両吸気バルブの可動範囲外に位置されるとともに、上記電極側方側噴口が上記両吸気バルブの可動範囲内に位置するように設定され、かつ上記電極側方側噴口から噴射される燃料の噴霧貫徹力が、電極下方側噴口から噴射される燃料の噴霧貫徹力に対して小さくなるよう構成してある。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following solution as a solution. That is, in the first configuration of the present invention, an ignition plug disposed in the combustion chamber, and a fuel injection valve disposed between the two intake valves so that the tip portion faces the peripheral edge of the combustion chamber are provided. In the spark ignition direct injection engine in which the fuel injection direction injected from the fuel injection valve is directed to the vicinity of the electrode of the ignition plug, the fuel injection valve includes a plurality of fuel injection valves so as to be positioned in the vicinity of the electrode of the ignition plug. , Which are at least viewed from the fuel injection valve side toward the front end side in the fuel injection direction, and have an electrode lower side nozzle hole whose axial center is directed to a space close to the lower surface of the electrode of the spark plug, and an axial center Rutotomoni but such a the electrode lateral side injection port directed to the space adjacent to the side electrode of the spark plug, which both injection port watches jetting direction tip end side around the axis of the fuel injection valve, the Electrode lower side nozzle is above A fuel spray that is located outside the movable range of the intake valve, is set so that the electrode side nozzle holes are positioned within the movable range of both the intake valves, and fuel is injected from the electrode side nozzle holes. The force is configured to be smaller than the spray penetration force of the fuel injected from the electrode lower side nozzle hole .
前記の構成によれば、複数の噴口から噴射される燃料の噴霧貫徹力が互いに異なるよう構成されるため、各噴口から噴射された燃料噴霧が点火プラグの電極近傍に到達する時間に差が生じ、結果として長い時間混合気が点火プラグの電極近傍に存在させることができ、成層燃焼時の着火性を向上することができる。 According to the above-described configuration, the spray penetration force of the fuel injected from the plurality of nozzles is configured to be different from each other, so that a difference occurs in the time for the fuel spray injected from each nozzle to reach the vicinity of the spark plug electrode. As a result, the air-fuel mixture can exist in the vicinity of the electrode of the spark plug for a long time, and the ignitability during stratified combustion can be improved.
上記各噴口から噴射される燃料の噴霧貫徹力は、上記各噴口の噴口径または通路長の少なくとも一方を異ならせることによって設定可能である。 Spray penetration force of the fuel injected from the top Symbol each nozzle hole can be set by varying at least one of the injection bore or passage length of each nozzle hole.
また、上記燃料噴射弁には、点火プラグの電極の下面に近接する空間に指向する電極下方側噴口と、点火プラグの電極の側方に近接する空間に指向する電極側方側噴口とが備えられるため、混合気を点火プラグの電極周辺に効果的に集めることができ、成層燃焼時の着火性を向上することができる。 The aforementioned fuel injection valve, comprising the electrode lower side nozzle hole directed to a space adjacent to the lower surface of the electrodes of the spark plug, the electrode lateral side injection port directed to the space adjacent to the side of the spark plug electrodes Therefore, the air-fuel mixture can be effectively collected around the electrode of the spark plug, and the ignitability during stratified combustion can be improved.
さらに、前記構成では、上記火花点火式直噴エンジンには二つの吸気バルブが備えられるとともに、上記燃料噴射弁の先端部は、上記二つの吸気バルブの間に配設されており、上記両噴口は、燃料噴射弁の軸心を中心に噴射方向先端側を見て、上記電極下方側噴口が上記両吸気バルブの可動範囲外に位置されるとともに、上記電極側方側噴口が上記両吸気バルブの可動範囲内に位置するように設定され、かつ上記電極側方側噴口から噴射される燃料の噴霧の徹力は、電極下方側噴口から噴射される燃料の噴霧貫徹力に対して小さく設定されるよう構成してある。 Further, in the above-described configuration, the spark ignition direct injection engine is provided with two intake valves, and a tip portion of the fuel injection valve is disposed between the two intake valves. The electrode lower side nozzle holes are located outside the movable range of the two intake valves, and the electrode side nozzle holes are the two intake valves. The fuel spray penetrating force injected from the electrode side nozzle hole is set smaller than the fuel spray penetrating force injected from the electrode lower nozzle hole. It is configured as follows.
ここで、各噴口は、吸気バルブと衝突しないよう、吸気バルブの可動範囲外に配置することが望ましい。しかしながら、点火プラグの電極近傍に混合気を集めるため、点火プラグの電極の下方及び側方に噴口を配置した場合、電極の側方に配置される噴口は吸気バルブの可動範囲内に位置し、その噴口から噴射された燃料噴霧は、吸気バルブと衝突することになる。 Here, it is desirable that each nozzle hole is disposed outside the movable range of the intake valve so as not to collide with the intake valve. However, in order to collect the air-fuel mixture near the electrode of the spark plug, when the nozzle holes are arranged below and to the side of the electrode of the spark plug, the nozzle holes arranged on the side of the electrode are located within the movable range of the intake valve, The fuel spray injected from the nozzle hole collides with the intake valve.
そこで、燃料の噴霧貫徹力を異ならせるに際し、燃料噴霧が吸気バルブと衝突する電極側方に配置される噴口から噴射される燃料の噴霧貫徹力を小さくすれば、当該噴口から噴射される燃料流量が減少し、吸気バルブと衝突する燃料噴霧が減少する。 Therefore, when the fuel spray penetration force is made different, if the fuel spray penetration force of the fuel injected from the nozzle arranged on the side of the electrode where the fuel spray collides with the intake valve is reduced, the fuel flow rate injected from the nozzle And the fuel spray colliding with the intake valve is reduced.
前記の構成によれば、電極側方側噴口から噴射される燃料の噴霧貫徹力は、電極下方側噴口から噴射される燃料の噴霧貫徹力に対して小さく設定されるため、電極側方側噴口から噴射される燃料噴霧の吸気バルブへの衝突を極力抑制しつつ、各噴口から噴射された燃料噴霧の点火プラグの電極近傍に到達するまでの時間差を得ることができ、成層燃焼時の着火性を向上することができる。 According to the above-described configuration, the spray penetration force of the fuel injected from the electrode side nozzle hole is set smaller than the spray penetration force of the fuel injected from the electrode lower nozzle hole. While suppressing the collision of fuel spray injected from the intake valve to the intake valve as much as possible, it is possible to obtain a time difference until the fuel spray injected from each nozzle reaches the vicinity of the spark plug electrode, and ignitability during stratified combustion Can be improved .
本発明の第2の構成において、上記電極側方側噴口の軸心は、上記吸気バルブのリフト量が大きい吸気行程中期において、上記吸気バルブの傘部上方に位置するよう設定され、かつ
上記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射時期をエンジンの運転状態に応じて設定する燃料噴射時期制御手段を備え、
該燃料噴射時期制御手段は、均一燃焼時の燃料噴射時期を吸気バルブのリフト量が大きい吸気行程中期に設定するよう構成してある。
In the second configuration of the present invention, the axial center of the electrode side nozzle hole is set so as to be positioned above the umbrella portion of the intake valve in the middle of the intake stroke when the lift amount of the intake valve is large. A fuel injection timing control means for setting the fuel injection timing injected from the injection valve according to the operating state of the engine;
The fuel injection timing control means is configured to set the fuel injection timing during uniform combustion to the middle of the intake stroke where the lift amount of the intake valve is large.
前記の構成によれば、電極側方側噴口の軸心は吸気行程中期に設定され、燃料噴射時期が吸気行程中期に設定されるため、均一燃焼時、電極側方側噴口から噴射される燃料が吸気バルブに衝突することが抑制され、電極側方側噴口から噴射される燃料噴霧の吸気バルブへの衝突を極力抑制しつつ、各噴口から噴射された燃料噴霧の点火プラグの電極近傍に到達するまでの時間差を得ることができ、成層燃焼時の着火性を向上することができる。 According to the above configuration, the axial center of the electrode side nozzle hole is set in the middle of the intake stroke, and the fuel injection timing is set in the middle of the intake stroke, so that the fuel injected from the electrode side nozzle is during uniform combustion. Is prevented from colliding with the intake valve, reaching the vicinity of the electrode of the spark plug of the fuel spray injected from each nozzle while suppressing the collision of the fuel spray injected from the electrode side nozzle with the intake valve as much as possible. Thus, the time difference until the igniting can be obtained, and the ignitability during stratified combustion can be improved .
本発明によれば、成層燃焼時、点火プラグの電極近傍に混合気を集めることができるとともに、その滞在時間を長く確保でき、着火性を向上することができる。 According to the present invention, during stratified combustion, the air-fuel mixture can be collected in the vicinity of the electrode of the spark plug, the staying time can be secured long, and the ignitability can be improved.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る火花点火式直噴エンジン1の全体構成図を示す。
このエンジン1は、複数の気筒、例えば、4つの気筒2、2、2、2(図1では1つのみ開示)が直列に設けられたシリンダブロック3と、このシリンダブロック3上に配置されたシリンダヘッド4とを有しており、各気筒2内にはピストン5が上下方向に往復動可能に嵌挿されている。この各ピストン5とシリンダヘッド4との間の気筒2内には燃焼室6がそれぞれ区画それており、その燃焼室6は、図2に拡大して示すように、気筒2の天井部における略中央部からシリンダヘッド4の下端面付近まで延びる2つの傾斜面を形成することにより、互いに差し掛けられた屋根のような形状をなすいわゆるペントルーフ型燃焼室とされている。一方、ピストン5よりも下方のシリンダブロック3内にはクランク軸7が回転自在に支持されており、このクランク軸7とピストン5とはコネクティングロッド8を介して連結されている。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a spark ignition direct injection engine 1 according to an embodiment of the present invention.
The engine 1 is arranged on a
シリンダヘッド4には、図1、図2に示すように、吸気ポート10及び排気ポート11がそれぞれ2つずつ(図1、図2では、いずれも1つのみ開示)形成されている。この2つの吸気ポート10、10は、その各一端が各気筒2天井部における傾斜面の一方から燃焼室6に開口され、その各他端側が燃焼室6から斜め上方に延びて、エンジン1の一側面(図1、図2中右側面)に互いに独立して開口されており、その各吸気ポート10、10の一端開口には、それぞれ所定のタイミングで開閉作動される吸気弁12、12が配置されている。(図1、図2では、いずれも1つのみ開示)2つの排気ポート11、11には、その各一端が各気筒2の天井部における傾斜面の他方から燃焼室6に開口され、その各他端側は、途中で1つに合流した後略水平に延びてエンジン1の他端面(図1、図2中左側面)に開口されており、その各排気ポート11、11の一端開口には、それぞれ所定のタイミングで開閉作動される排気弁13、13が配置されている。(図1、図2では、いずれも1つのみ開示)
エンジン1の一側面には、図1に示すように、各気筒2の吸気ポート10、10にそれぞれ連通する吸気通路30が接続されている。この吸気通路30は、エンジン1の燃焼室6に対してエアクリーナ(不図示)で濾過された吸気を供給するためのものであり、その上流側から下流側に向かって順に、エンジン1に吸入される吸入空気量を検出するためのホットワイヤ式エアフローセンサ31と、吸気通路26を絞る電気式スロットル弁32と、サージタンク33とがそれぞれ配設されている。電気式スロットル弁32は、アクセルペダル(不図示)に対し機械的に連結されておらず、図示しない電気式駆動モータにより駆動されて開閉されるようになっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
As shown in FIG. 1, an
また、サージタンク33よりも下流側の吸気通路30は、各気筒2毎に分岐する独立通路とされていて、その各独立通路の下流端部がさらに2つに分岐してそれぞれ吸気ポート10、10に連通されている。
The
また、燃焼室6の上部には、4つの吸排気弁12、12、13、13に囲まれた燃焼室6の略中心に、点火プラグ16が配設されている。この点火プラグ16の先端の電極は、燃焼室6の天井部から所定距離だけ突出した位置にあり、その点火プラグ16の基端部には点火回路17が接続されており、各気筒2毎に所定のタイミングで点火プラグ16に通電するようになっている。
In addition, an
また、燃焼室6の周縁部には、2つの吸気ポート10、10間で、その各吸気ポート10、10下方に燃料噴射弁18が配設されている。この燃料噴射弁18は、複数の噴口、具体的には八つの噴口を備えたマルチホール型の燃料噴射弁であって、各噴口は、当該各噴口から噴射される燃料噴霧が後述するよう点火プラグ16の電極近傍及びピストン5上方側に指向するよう、その燃料噴射弁18の燃料噴射方向が設定されている。
In addition, a
燃料噴射弁18の基端部には、全気筒2、2、2、2に共通の燃料分配管19が接続されており、その燃料分配管19は、燃料供給系20から供給される高圧の燃料を各気筒2に分配供給するようになっている。この燃料供給系20は、例えば、図3に示すように構成され、燃料分配管19と燃料タンク21とを連通する燃料通路22の上流側から下流側に向かって、低圧燃料ポンプ23、低圧レギュレータ24、燃料フィルタ25、高圧燃料ポンプ26及び燃圧を調節可能とされる高圧レギュレータ27が順に配設されており、高圧燃料ポンプ26及び高圧レギュレータ27は、リターン通路29により燃料タンク21側に接続されている。尚、符合28は、燃料タンク21側に戻す燃料の圧力状態を整える低圧レギュレータである。また、高圧燃料ポンプ26は、カム軸(不図示)の端部側に配設され、カム軸の回転に応じて駆動されるよう構成されている。
A
これにより、低圧燃料ポンプ23により燃料タンク21から吸い上げられた燃料は、低圧レギュレータ24により調圧された後、燃料フィルタ25を介して高圧燃料ポンプ26に圧送される。そして、高圧燃料ポンプ26によって昇圧した燃料の一部を高圧レギュレータ27により流量調節しながらリターン通路29によって燃料タンク21側に戻すことで、燃料分配管19へ供給する燃料の圧力状態を適正値、例えば、12MPa〜20MPaに調整する。
Thus, the fuel sucked up from the
一方、エンジンの他側面には、図1に示すように、燃焼室6から既燃ガス(排気ガス)を排出する排気通路36が接続されている。この排気通路36の上流端部は、各気筒2毎に分岐して排気ポート11に連通する排気マニホールド37であり、この排気マニホールド37の集合部には排気中の酸素濃度を検出するリニアO2センサ38が配設されている。このリニアO2センサ38は排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出するために用いられるもので、理論空燃比を含む所定範囲において酸素濃度に対してリニアな出力が得られるようになっている。
On the other hand, as shown in FIG. 1, an
また、排気マニホールド37の集合部には、排気管39の上流端が接続されており、その排気管39には、上流側から下流側に向けて順に、三元触媒54、NOx吸収剤40が接続されている。そのNOx吸収剤40は、排気中の酸素濃度の高い雰囲気でNOxを吸収する一方、酸素濃度の低下に伴い吸収したNOxを放出し、その放出NOxを排気中のHC、CO等により還元浄化するNOx吸収還元タイプのものとされている。
Further, the upstream end of the exhaust pipe 39 is connected to the collecting portion of the exhaust manifold 37, and the three-
図1中、50は、エンジンコントロールユニットであって、点火回路17、燃料噴射弁18、燃料供給系20の高圧レギュレータ27、電気式スロットル弁32、吸気流動制御弁(不図示)、EGR弁(不図示)等は、このエンジンコントロールユニット(以下、ECUという)50によって制御される。このため、ECU50には、少なくとも、クランク軸7の回転角度(エンジン回転数)を検出するクランク角センサ9、エアフローセンサ31、リニアO2センサ38等からの各出力信号が入力され、加えて、アクセルペダルの開度(アクセル操作量)を検出するアクセル開度センサ51からの出力信号が入力されるようになっている。
In FIG. 1, reference numeral 50 denotes an engine control unit, which is an
ECU50は、各センサから入力される信号に基づいて、燃料噴射弁18による燃料噴射時期、高圧レギュレータ27による燃圧制御、及び燃料噴射弁18、点火回路17、高圧レギュレータ27による燃焼状態制御を行うよう構成されている。
The ECU 50 performs fuel injection timing by the
(燃料噴射制御)
燃料噴射制御は、エンジン温度に応じて燃料噴射制御マップが切換えられ、その切換えられたマップに従ってその制御が行われる。燃料噴射制御マップは、エンジン温度が所定値(例えば、80度)以上の温間時は図4(a)に示す温間時のマップに、エンジン温度が所定値よりも低い冷間時は図4(b)に示す冷間時のマップに切換えられる。
(Fuel injection control)
In the fuel injection control, the fuel injection control map is switched according to the engine temperature, and the control is performed according to the switched map. The fuel injection control map is a warm time map shown in FIG. 4A when the engine temperature is a predetermined value (for example, 80 degrees) or more, and is shown when the engine temperature is lower than the predetermined value. The map is switched to the cold map shown in 4 (b).
温間時のマップは、図4(a)ように、エンジンの運転状態が低負荷低回転領域にある時、成層燃焼領域とされ、その領域では、燃料噴射弁18による燃料噴射時期を圧縮行程の所定時期、例えば、一括噴射の場合、圧縮上死点前(BTDC)0°〜60°の範囲に燃料を噴射させて、点火プラグ16の近傍に混合気が層状に偏在する状態で燃焼させる成層燃焼が行われる。この成層燃焼領域では、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーン側になるように、燃料噴射量やスロットル開度が制御される。また、成層燃焼領域以外の領域は、均一燃焼領域とされており、燃料噴射弁18により気筒2の吸気行程中期、例えば、吸気上死点後100°〜120°付近の、吸気弁12が最大リフトするクランク角を中心に、吸気弁12が最大リフト量の3/4以上リフトする略最大リフトのクランク角範囲内、例えば、吸気上死点後60°〜150°のクランク角範囲内に燃料を噴射させて吸気と十分に混合し、燃焼室6内に均一な混合気を形成した上で燃焼させる均一燃焼が行われる。この均一燃焼領域では、大部分の運転領域で混合気の空燃比が略理論空燃比(A/F≒14.7)になるように、燃料噴射量やスロットル開度が制御されるが、全負荷運転状態では、空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比(A/F=13程度)に制御して、高負荷に対応した大出力が得られるようになっている。また、冷間時のマップは、図4(b)に示すように、全運転領域において均一燃焼が行われる。
As shown in FIG. 4A, the warm-time map is a stratified combustion region when the engine operating state is in the low load low rotation region, and in this region, the fuel injection timing by the
(燃圧制御)
燃圧制御は、エンジン温度に応じて燃圧制御マップが切換えられ、その切換えられたマップに従ってその制御が行われる。燃圧制御マップは、エンジン温度が所定値(例えば、80度)以上の温間時は図5(a)に示す温間時のマップに、エンジン温度が所定値よりも低い冷間時は図5(b)に示す冷間時のマップに切換えられる。
(Fuel pressure control)
In the fuel pressure control, the fuel pressure control map is switched according to the engine temperature, and the control is performed according to the switched map. The fuel pressure control map is a warm time map shown in FIG. 5A when the engine temperature is a predetermined value (for example, 80 degrees) or more, and FIG. 5 when the engine temperature is lower than the predetermined value. The map is switched to the cold map shown in (b).
温間時のマップは、図5(a)に示すように、成層燃焼領域では、エンジン回転数の上昇につれて燃圧が12MPaから20MPaの間で変更される一方、少なくとも高回転側の均一燃焼領域では、一律20MPaに設定される。また、冷間時のマップは、図5(b)に示すように、均一燃焼が行われる全運転領域において一律20MPaに設定される。ただし、上述したとおり、高圧燃料ポンプ26はカム軸の回転に応じて駆動されるようになっており、始動時はカム軸の回転が低くく燃圧が十分に上がらないことから、始動時の燃圧は、例えば、0.5MPa程度になっている。
As shown in FIG. 5A, the warm-time map shows that in the stratified combustion region, the fuel pressure is changed between 12 MPa and 20 MPa as the engine speed increases, but at least in the uniform combustion region on the high rotation side. , Uniformly set to 20 MPa. Further, as shown in FIG. 5B, the map at the time of cold is uniformly set to 20 MPa in the entire operation region where uniform combustion is performed. However, as described above, the high-
次に、本発明のポイントとなるマルチホール型の燃料噴射弁18の八つの噴口について、図2、図6乃至図9に基づき説明する。
Next, the eight injection holes of the multi-hole type
図6はマルチホール型の燃料噴射弁18の軸心を中心に燃料噴射方向先端側を見た時の軸心に対する各噴口の軸心との三次元傾斜角を模式的に示した図、図7はピストンが下死点位置おけるシリンダヘッドの縦断面図、図8は図7のA−A矢視図、図9はマルチホール型の燃料噴射弁18の各噴口から燃料が噴射されている状態を示す斜視図である。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a three-dimensional inclination angle with respect to the axis of each nozzle hole with respect to the axis when the front end side of the fuel injection direction is viewed around the axis of the multi-hole type
図6において、Lはマルチホール型の燃料噴射弁18の軸心、Vは吸気弁12の最大リフト位置(例えば、最大リフト量が9mmの場合の位置を示す)、P1はピストン上死点位置、P2はピストン下死点位置、L1乃至L8は第1噴口乃至第8噴口の各軸心(噴口は図示省略)、A1乃至A8は第1噴口乃至第8噴口から噴射された燃料の噴霧角、Eは点火プラグの電極を示している。
In FIG. 6, L is the axis of the multi-hole
ここで、各噴口径は、次の通り設定されている。第1噴口、第4乃至第8噴口の噴口径は同一径とされており、例えば、0.15mmに設定されるとともに、第2、第3噴口の噴口径は同一径とされており、例えば、第1、第4乃至第8噴口よりも小さい、例えば、0.14mmに設定されている。尚、L1が請求項における電極下方側噴口の軸心、L2、L3が請求項における電極側方側噴口の軸心に該当する。 Here, each nozzle diameter is set as follows. The nozzle diameters of the first nozzle hole and the fourth to eighth nozzle holes are the same diameter, for example, set to 0.15 mm, and the nozzle diameters of the second and third nozzle holes are the same diameter. , Smaller than the first, fourth to eighth nozzles, for example, 0.14 mm. Note that L1 corresponds to the axis of the electrode lower side nozzle hole in the claims, and L2 and L3 correspond to the axis of the electrode side nozzle hole in the claims.
そして、各噴口の軸心L1乃至L8は、軸心L、吸気弁の最大リフト位置V、ピストン上死点位置P1、ピストン下死点位置P2、点火プラグの電極Eに対して次のような傾斜角関係とされている。 The axis L1 to L8 of each nozzle hole is as follows with respect to the axis L, the maximum lift position V of the intake valve, the piston top dead center position P1, the piston bottom dead center position P2, and the electrode E of the spark plug. The inclination angle is related.
まず、第1噴口の軸心L1は、軸心Lから点火プラグの電極E下方の所定位置に指向するよう配置されている。尚、第1噴口の軸心L1、噴霧角A1は、二つの吸気弁12の最大リフト位置V、Vの間に位置、つまり、吸気弁12の可動範囲外に位置されている。
また、第1噴口から噴射される燃料の噴霧角A1は、図8に示すように、吸気弁12、12の間に位置するよう配置されている。
First, the axis L1 of the first nozzle hole is arranged so as to be directed from the axis L to a predetermined position below the electrode E of the spark plug. Note that the axis L1 and the spray angle A1 of the first nozzle are located between the maximum lift positions V of the two
Further, the spray angle A1 of the fuel injected from the first nozzle is arranged so as to be positioned between the
第2噴口の軸心L2は、軸心Lから点火プラグの電極E側方(図中左側)の所定位置に指向するよう配置されている。第3噴口の軸心L3は、軸心Lから点火プラグの電極E側方(図中右側)の所定位置に指向するよう配置されている。尚、第2噴口の軸心L2、噴霧角A2、第3噴口の軸心L3、噴霧角A3は、ともに吸気弁12の最大リフト位置V、Vの可動範囲内に位置されている。
The axis L2 of the second nozzle hole is arranged so as to be directed from the axis L to a predetermined position on the side of the electrode E of the spark plug (left side in the figure). The axial center L3 of the third nozzle hole is arranged so as to be directed from the axial center L to a predetermined position on the side of the electrode E of the spark plug (right side in the figure). The axis L2 of the second nozzle hole, the spray angle A2, the axis L3 of the third nozzle hole, and the spray angle A3 are all located within the movable range of the maximum lift positions V, V of the
また、第2噴口の噴霧角A2、第3噴口の噴霧角A3は、図8に示すように、吸気バルブのリフト量が大きくなる吸気行程中期において吸気弁12、12の上方側に位置されるとともに、その外周縁が、図7に示すように、燃焼室6の吸気側天井壁6aに略平行になるよう設定されている。
Further, as shown in FIG. 8, the spray angle A2 of the second nozzle hole and the spray angle A3 of the third nozzle hole are positioned above the
また、第1噴口乃至第3噴口の各軸心L1乃至L3、各噴霧角A1乃至A3は、図7に示すように、ピストンが上死点位置(図8中二点鎖線で示す)であってもピストン上縁部より上方に位置するよう設定されている。 In addition, the shaft centers L1 to L3 and the spray angles A1 to A3 of the first nozzle hole to the third nozzle hole are the top dead center positions (indicated by two-dot chain lines in FIG. 8), as shown in FIG. However, it is set to be positioned above the upper edge of the piston.
第4噴口の軸心L4は、軸心Lからピストン側(図中下方側)でピストン下死点位置P2よりも上方側の所定位置(図中左側)に指向するよう配置されている。第5噴口の軸心L5は、軸心Lからピストン側(図中下方側)で、ピストン下死点位置P2よりも上方側の所定位置(図中センター位置)に指向するよう配置されている。第6噴口の軸心L6は、軸心Lからピストン側(図中下方側)でピストン下死点位置P2よりも上方側の所定位置(図中右側)に指向するよう配置されている。第7噴口の軸心L7は、軸心Lからピストン側(図中下方側)でピストン下死点位置P2よりも下方側の所定位置(図中左側)に指向するよう配置されている。第8噴口の軸心L8は、軸心Lからピストン側(図中下方側)でピストン下死点位置P2よりも下方側の所定位置(図中右側)に指向するよう配置されている。 The axial center L4 of the fourth nozzle hole is arranged so as to be directed from the axial center L to a predetermined position (left side in the figure) above the piston bottom dead center position P2 on the piston side (lower side in the figure). The axis L5 of the fifth nozzle hole is arranged on the piston side (lower side in the figure) from the axis L so as to be directed to a predetermined position (center position in the figure) above the piston bottom dead center position P2. . The axis L6 of the sixth nozzle hole is arranged so as to be directed from the axis L to a predetermined position (right side in the figure) above the piston bottom dead center position P2 on the piston side (lower side in the figure). The shaft center L7 of the seventh nozzle hole is arranged so as to be directed from the shaft center L to a predetermined position (left side in the figure) below the piston bottom dead center position P2 on the piston side (lower side in the figure). The axial center L8 of the eighth nozzle hole is disposed so as to be directed from the axial center L to a predetermined position (right side in the figure) below the piston bottom dead center position P2 on the piston side (lower side in the figure).
尚、第3噴口乃至第8噴口の軸心L3乃至L8、噴霧角A3乃至A8は、それぞれ吸気弁12の最大リフト位置V、Vの可動範囲外に位置されている。
また、各噴口から噴射された全体の燃料噴霧は、軸心Lを中心とする70°以下の円錐空間内に収まるように設定されている。
The axis L3 to L8 and the spray angles A3 to A8 of the third to eighth nozzles are located outside the movable range of the maximum lift positions V and V of the
Further, the entire fuel spray injected from each nozzle is set so as to be within a conical space of 70 ° or less with the axis L as the center.
そして、以上のように各噴口、噴霧角が設定された燃料噴射弁18から噴射された燃料の噴霧は、例えば、図9に示すような状態となる。
Then, as described above, the spray of fuel injected from the
以上説明したように、点火プラグの電極Eの下方及び両側方に、第1乃至第3噴口の軸心L1乃至L3が配置されているため、成層燃焼時、点火プラグの電極E近傍に微粒化された混合気を集めることができ、着火性を向上することができる。 As described above, since the axial centers L1 to L3 of the first to third nozzle holes are disposed below and on both sides of the electrode E of the spark plug, atomization occurs near the electrode E of the spark plug during stratified combustion. The collected air-fuel mixture can be collected, and the ignitability can be improved.
また、第2噴口の噴霧角A2、第3噴口の噴霧角A3は、吸気バルブのリフト量が大きくなる吸気行程中期において吸気弁12、12の上方側に位置されるため、第2、第3噴口から噴射された燃料噴霧の吸気弁12、12への衝突を抑制することができる。
Further, the spray angle A2 of the second nozzle hole and the spray angle A3 of the third nozzle hole are positioned above the
また、吸気弁12の可動範囲内に配置される第2、第3噴口の噴口径は、その他の噴口径に対して小さく設定されているため、当該噴口から噴射される燃料流量を減少することができるので、燃料噴霧が吸気弁12に衝突するにしてもその衝突影響度合を抑制することができる。
Moreover, since the nozzle diameters of the second and third nozzle holes arranged within the movable range of the
また、点火プラグの電極E近傍に配置される第1乃至第3噴口の内、第1噴口と、第2、第3噴口とで噴口径が異なるよう設定されているため、第1噴口と、第2、第3噴口とで燃料の噴霧貫徹力が異なるため、図10に示すように、第1噴口から噴射された燃料噴霧により点火プラグの電極E周りに可燃混合気が形成される時期と、第2、第3噴口から噴射された燃料噴霧により点火プラグの電極E周りに可燃混合気が形成される時期とに差が生じ、長い時間可燃混合気を点火プラグの電極E近傍に存在させることができ、成層燃焼時の着火性を向上することができる。 In addition, since the first nozzle hole and the second and third nozzle holes are set to have different nozzle diameters among the first to third nozzle holes arranged in the vicinity of the electrode E of the spark plug, the first nozzle hole, Since the fuel spray penetration force differs between the second and third nozzles, as shown in FIG. 10, the time when the combustible air-fuel mixture is formed around the electrode E of the spark plug by the fuel spray injected from the first nozzle The fuel spray injected from the second and third nozzles causes a difference in the timing when the combustible air-fuel mixture is formed around the electrode E of the spark plug, and the combustible air-fuel mixture remains in the vicinity of the electrode E of the spark plug for a long time. And ignitability during stratified combustion can be improved.
また、軸心Lよりもピストン側に第4乃至第8噴口の軸心L4乃至L8が配置されているため、燃焼室6全体に混合気を存在させることができ、均一燃焼時における混合気の均質化を向上することができる。 Further, since the shaft centers L4 to L8 of the fourth to eighth nozzle holes are arranged on the piston side with respect to the shaft center L, the air-fuel mixture can exist in the entire combustion chamber 6, and the air-fuel mixture at the time of uniform combustion can be made. Homogenization can be improved.
また、第1、第4乃至第8噴口の各軸心L1、L4乃至L8は、吸気弁12の可動範囲外に配置されるため、多噴口としながらも大半の噴口を吸気弁12の可動範囲外に配置でき、各噴口から噴射される燃料噴霧が吸気弁12に衝突することを抑制することができる。
Further, since the axial centers L1, L4 to L8 of the first, fourth to eighth nozzles are arranged outside the movable range of the
ここで、点火プラグの電極E近傍に配置される第1噴口L1乃至第3噴口L3との関係については、つぎのような要求がある。 Here, regarding the relationship with the first nozzle hole L1 to the third nozzle hole L3 arranged in the vicinity of the electrode E of the spark plug, there are the following requirements.
つまり、成層燃焼が行われる温間時は、微粒化された混合気を点火プラグの電極E近傍に集めるため、点火プラグの電極E近傍の各燃料噴霧において相互干渉効果を生じさせる必要がある一方、冷間始動時は、この相互干渉効果が生じると、逆に点火プラグの電極へ濃い混合気が付着して始動性が悪化するため、相互干渉効果が生じさせないようにしたいという要求がある。 That is, during the warm period when stratified combustion is performed, the atomized air-fuel mixture is collected in the vicinity of the electrode E of the spark plug, so that it is necessary to produce a mutual interference effect in each fuel spray near the electrode E of the spark plug. At the time of cold start, if this mutual interference effect occurs, conversely, a rich air-fuel mixture adheres to the electrode of the spark plug and the startability deteriorates, so there is a demand for preventing the mutual interference effect from occurring.
そこで、点火プラグの電極E周辺にその軸心が指向する第1乃至第3噴口の軸心L1乃至L3は、その各噴口から噴射される燃料の噴霧角αと、各噴口の開き角θとが以下に示す関係になるよう設定されている。 Therefore, the axial centers L1 to L3 of the first to third nozzle holes whose axial centers are directed around the electrode E of the spark plug are the spray angle α of the fuel injected from each nozzle hole, and the opening angle θ of each nozzle hole. Is set to have the following relationship.
尚、開き角θは15°〜25°の間の角度、例えば、20°に予め設定されており、噴霧角αが燃圧、筒内圧の違いによって変化し、噴霧角αと開き角θとの関係が変化するようになっている。 The opening angle θ is set in advance to an angle between 15 ° and 25 °, for example, 20 °. The spray angle α varies depending on the difference in fuel pressure and in-cylinder pressure, and the spray angle α is different from the opening angle θ. Relationships are changing.
まず、成層燃焼が行われる温間時、例えば、燃圧が12MPaで、筒内圧が1MPaの時は、図11(a)に示すように、第1噴口から噴射される燃料の噴霧角α1、第2噴口(第3噴口)から噴射される燃料の噴霧角α2(<α1)は共に広がり、第1噴口と第2噴口(第3噴口)との開き角θ1よりもその角度が大きくなっている。 First, when the stratified combustion is performed at a warm time, for example, when the fuel pressure is 12 MPa and the in-cylinder pressure is 1 MPa, as shown in FIG. 11A, the spray angle α1 of the fuel injected from the first injection port, The spray angle α2 (<α1) of the fuel injected from the second nozzle hole (third nozzle hole) is widened and is larger than the opening angle θ1 between the first nozzle hole and the second nozzle hole (third nozzle hole). .
従って、各噴霧角α1、α2は互いに接近し、第1噴口と第2噴口、および第1噴口と第3噴口から噴射された燃料噴霧間に相互干渉効果が生じる状態とされている。 Accordingly, the spray angles α1, α2 are close to each other, and a mutual interference effect is produced between the fuel sprays injected from the first nozzle hole and the second nozzle hole and from the first nozzle hole and the third nozzle hole.
尚、温間時噴霧角α1、α2が拡大するのは、燃圧、筒内圧ともに高く、燃料と筒内空気との摩擦が大きいため、燃料が気化し、気化した燃料が外方に広がるためである。また、均一燃焼が行われる冷間始動時、例えば、燃圧が0.5MPaで、筒内圧が0.1MPaの時は、図11(b)に示すように、第1噴口から噴射される燃料の噴霧角α1’、第2噴口(第3噴口)から噴射される燃料の噴霧角α2’(<α1’)は共に小さくなり、第1噴口と第2噴口(第3噴口)との開き角θ1よりもその角度が小さくなっている。従って、各噴霧角α1’、α2’は互いに離れて位置し、上述の相互干渉効果が生じない状態とされている。 The reason why the warm spray angles α1 and α2 are increased is that both the fuel pressure and the in-cylinder pressure are high and the friction between the fuel and the in-cylinder air is large, so that the fuel vaporizes and the vaporized fuel spreads outward. is there. Further, at the time of cold start in which uniform combustion is performed, for example, when the fuel pressure is 0.5 MPa and the in-cylinder pressure is 0.1 MPa, as shown in FIG. 11B, the fuel injected from the first injection port Both the spray angle α1 ′ and the spray angle α2 ′ (<α1 ′) of the fuel injected from the second nozzle (third nozzle) become smaller, and the opening angle θ1 between the first nozzle and the second nozzle (third nozzle). The angle is smaller than. Accordingly, the spray angles α1 ′ and α2 ′ are positioned away from each other, and the above-described mutual interference effect is not generated.
尚、冷間始動時噴霧角α1’、α2’が小さくなるのは、燃圧、筒内圧ともに低く、燃料と筒内空気との摩擦が小さいため、燃料の気化が悪く、燃料の外方への広がりが小さいためである。 Note that the spray angles α1 ′ and α2 ′ during cold start are small because both the fuel pressure and the in-cylinder pressure are low, and the friction between the fuel and the in-cylinder air is small. This is because the spread is small.
また、第1噴口の軸心L1と、その第1噴口の軸心L1下方側に配置される第5噴口の軸心L5との関係については、つぎのような要求がある。つまり、成層燃焼時の着火性を確保するためには、第1噴口の軸心L1は、点火プラグの電極E近傍に指向させる必要があるが、第1噴口に対して第5噴口が接近し過ぎると、第1噴口と第5噴口との間において相互干渉効果が生じ、第1噴口から噴射される燃料噴霧が第5噴口側に引き寄せられ、点火プラグの電極E近傍に混合気を集めることができなくなる虞がある。 Moreover, there exists the following request | requirement about the relationship between the axial center L1 of a 1st nozzle hole, and the axial center L5 of the 5th nozzle hole arrange | positioned below the axial center L1 of the 1st nozzle hole. That is, in order to ensure the ignitability during stratified combustion, the axis L1 of the first nozzle hole needs to be directed to the vicinity of the electrode E of the spark plug, but the fifth nozzle approaches the first nozzle hole. If it passes, a mutual interference effect will arise between the 1st nozzle hole and the 5th nozzle hole, the fuel spray injected from the 1st nozzle hole will be drawn to the 5th nozzle side, and air-fuel mixture will be collected in the vicinity of electrode E of a spark plug There is a risk that it will not be possible.
そこで、第1噴口の軸心L1と、第5噴口の軸心L5とは、その各噴口から噴射される燃料の噴霧角αと、各噴口の開き角θとが以下に示すような関係に設定されている。 Therefore, the axis L1 of the first nozzle hole and the axis L5 of the fifth nozzle hole have a relationship such that the spray angle α of the fuel injected from each nozzle hole and the opening angle θ of each nozzle hole are as shown below. Is set.
尚、開き角θは、例えば、略35°に予め設定されており、噴霧角αが燃圧、筒内圧の違いによって変化し、噴霧角αと開き角θとの関係が変化するようになっている。 The opening angle θ is preset to, for example, approximately 35 °, and the spray angle α changes depending on the difference in fuel pressure and in-cylinder pressure, and the relationship between the spray angle α and the opening angle θ changes. Yes.
まず、成層燃焼が行われる温間時、例えば、燃圧が10MPaで、筒内圧が1MPaの時は、図12(a)に示すように、第1噴口、第5噴口から噴射される燃料の噴霧角α3は共に広がるものの、第1噴口と第5噴口との開き角θ2よりもその角度は小さくなっている。 First, when the stratified charge combustion is warm, for example, when the fuel pressure is 10 MPa and the in-cylinder pressure is 1 MPa, as shown in FIG. 12 (a), the spray of fuel injected from the first nozzle hole and the fifth nozzle hole Although the angle α3 widens, the angle is smaller than the opening angle θ2 between the first nozzle hole and the fifth nozzle hole.
従って、各噴霧角α3は互いに離れて位置し、これらの燃料噴霧間に相互干渉効果が生じない状態とされている。 Accordingly, the spray angles α3 are located away from each other, and a mutual interference effect is not generated between these fuel sprays.
また、均一燃焼が行われる冷間始動時、例えば、燃圧が0.5MPaで、筒内圧が0.1MPaの時は、図12(b)に示すように、第1噴口、第5噴口から噴射される燃料噴霧の噴霧角α4は温間時に対して更に小さくなり、冷間時においても温間時と同様、噴霧角α4は第1噴口と第5噴口との開き角θ2よりも小さくなっている。
従って、各噴霧角α4が互いに離れて位置し、上述の相互干渉効果が生じない状態とされている。
Further, at the time of cold start in which uniform combustion is performed, for example, when the fuel pressure is 0.5 MPa and the in-cylinder pressure is 0.1 MPa, as shown in FIG. 12 (b), injection is performed from the first injection port and the fifth injection port. The spray angle α4 of the fuel spray is further reduced with respect to the warm time, and the cold spray angle α4 is smaller than the opening angle θ2 between the first and fifth nozzles in the cold state as in the warm time. Yes.
Therefore, the spray angles α4 are positioned away from each other, and the above-described mutual interference effect is not generated.
以上のように、第1噴口と第5噴口とは、成層燃焼が行われる温間時、均一燃焼が行われる冷間始動時ともに、相互干渉効果が生じないよう、各噴口から噴射される燃料の噴霧角と、各噴口間の開き角との関係が設定されている。 As described above, the first nozzle hole and the fifth nozzle hole are fuels injected from the respective nozzle holes so that the mutual interference effect does not occur both in the warm time in which stratified combustion is performed and in the cold start in which uniform combustion is performed. The relationship between the spray angle and the opening angle between the nozzle holes is set.
ここで、開き角θ1が15°〜25°の間に設定される理由は、次のとおりである。つまり、開き角θが小さ過ぎると、各燃料噴霧間の空気ボリュームが少なく、上述したような相互干渉効果がより大きく作用することによって噴霧貫徹力Lが過剰に大きくなり、噴射された燃料噴霧が点火プラグ16の電極E近傍を通過し、点火プラグ16の電極E近傍に集めることができないという問題が生じる。逆に、開き角θが大きすぎると、各燃料噴霧が離れ過ぎ、上述の相互干渉効果を得ることができないという問題が生じる。
Here, the reason why the opening angle θ1 is set between 15 ° and 25 ° is as follows. That is, if the opening angle θ is too small, the air volume between the fuel sprays is small, and the mutual interference effect as described above acts more, so that the spray penetration force L becomes excessively large, and the injected fuel spray is reduced. There arises a problem that it passes through the vicinity of the electrode E of the
そして、これらの問題が生じない開き角θが、燃料噴射弁18の噴口径を0.15mm、燃圧を20MPaとした場合、15°〜25°であることを、解析、実験により確認した。
Then, it was confirmed by analysis and experiment that the opening angle θ at which these problems do not occur is 15 ° to 25 ° when the nozzle diameter of the
また、第1噴口乃至第3噴口から点火プラグ16の電極Eまでの距離は、20mm以上に設定されている。以下、図13に基づき理由を説明する。まず、噴口から噴射された燃料噴霧は、中心付近に存在し、微粒化していない液状の燃料が分布する中心噴霧領域aと、その中心噴霧領域aの外方に存在し、微粒化された燃料が分布する周辺噴霧領域bとに分けることができる。
The distance from the first through third nozzle holes to the electrode E of the
そして、通常、噴口から噴射された燃料噴霧は、噴口から徐々に円錐状に広がっていくものの、周辺噴霧領域bは、噴口から20mmより短いと微粒化が進んでおらず、存在しない状態にある。一方、点火プラグ16は、各噴霧領域の内、中心噴霧領域a内に配置すると点火プラグ16の電極Eが濡れて着火しないことから、中心噴霧領域a外方の周辺噴霧領域b内に配置する必要がある。
Normally, the fuel spray injected from the nozzle hole gradually spreads conically from the nozzle hole, but if the peripheral spray region b is shorter than 20 mm from the nozzle hole, atomization has not progressed and is not present. . On the other hand, the
以上より、点火プラグ16は噴口から20mm以上離れた周辺噴霧領域bに配置する必要がある。
From the above, it is necessary to arrange the
ここで、以上のように説明してきた噴霧角α、噴霧貫徹力Lの定義について、図14に基づき説明しておく。噴霧角αとは、燃料噴射弁18からの幾何学的な燃料噴射エリアであって、その幾何学的な燃料噴射エリアとは、仮に燃焼室6内に吸気流動がないとした場合における燃料噴霧の液滴エリアのことである。
Here, the definitions of the spray angle α and the spray penetration force L described above will be described with reference to FIG. The spray angle α is a geometric fuel injection area from the
以下、具体例について説明する。図14(a)に示すように、燃料噴射弁18の噴口部A点から20mm下流の位置において、噴霧中心線が通る仮想平面と燃料噴霧の輪郭が交差する二点B、Cを決定し、∠BACをもって噴霧角αを定義する(α=∠BAC)。
また、図14(b)に示すように、燃料噴射弁18の軸心方向に対し、噴霧の最先端部との距離を噴霧貫徹力Lとして定義する。
Hereinafter, specific examples will be described. As shown in FIG. 14 (a), at a
Further, as shown in FIG. 14B, the distance from the most advanced portion of the spray with respect to the axial direction of the
尚、噴霧角α及び噴霧貫徹力Lの実際の計測方法としては、例えばレーザーシート法を用いればよい。 As an actual measurement method of the spray angle α and the spray penetration force L, for example, a laser sheet method may be used.
すなわち、まず、燃料噴射弁18により噴射される流体として燃料性状相当のドライソルベルトなる試料を用い、この試料の圧力を常温下において実際に使用される燃料圧力の範囲内の所定値(例えば、12MPa)に設定する。また、雰囲気圧力としては、噴霧の撮影が可能なレーザー通過窓と計測用窓とを備えた圧力容器を例えば、0.5MPaに加圧する。そして、常温下において、1パルス当たりの燃料噴射量が9mm3/strokeになるように、燃料噴射弁18に所定パルス幅の駆動パルス信号を入力して燃料を噴射させる。この際、燃料噴霧に対してその噴霧中心線を通るように厚さ5mmのレーザーシート光を照射しておいて、このレーザーシート光面に対して直交する方向から高速度カメラにて噴霧画像を撮影する。そして、上述の駆動パルス信号の入力時期から1.56ミリ秒後の撮影画面に基づいて、上述の定義に従って噴霧角θ及び噴霧貫徹力Lを決定する。尚、撮影画像における噴霧の輪郭というのは、液滴状の試料粒子のエリアの輪郭であり、試料粒子のエリアはレーザーシート光によって明るくなるため、撮影画像において輝度の変化している部分から噴霧の輪郭を割り出すようにしている。
That is, first, a sample of dry sol belt corresponding to fuel properties is used as the fluid injected by the
従って、本実施形態によれば、温間時は、燃圧、筒内圧ともに高く噴霧角αが広がり易い状態下で、燃料噴射弁18の第1噴口の軸心L1と第2噴口の軸心L2との開き角θ、及び第1噴口の軸心L1と第3噴口の軸心L3との開き角θが、それぞれ、その両噴口から噴射される燃料の噴霧角α以下とされるため、第1噴口と第2噴口とからそれぞれ噴射された燃料の噴霧角αの間の空間における空気ボリューム、第1噴口と第3噴口とからそれぞれ噴射された燃料の噴霧角αの間の空間における空気ボリュームが減少し、上述した各燃料噴霧の相互干渉効果が得られるため、着火性を向上することができる。
Therefore, according to the present embodiment, when warm, both the fuel pressure and the in-cylinder pressure are high and the spray angle α is likely to spread, and the axis L1 of the first injection port of the
また、冷間時は、燃料の圧力、筒内圧ともに低くく噴霧角αが広がり難い状態下で、上記開き角が上記噴霧角αよりも大きくされるため、第1噴口と第2噴口から噴射された噴霧角αの間の空間における空気ボリューム、第1噴口と第3噴口から噴射された噴霧角αの間の空間における空気ボリュームが増加し、上述した相互干渉効果を抑制できるため、微粒化した混合気が電極Eに多量に付着して着火性が悪化することを抑制できる。 Further, when cold, both the fuel pressure and the in-cylinder pressure are low, and the spray angle α is difficult to spread, and the opening angle is made larger than the spray angle α. Therefore, the fuel is injected from the first and second nozzles. Since the air volume in the space between the sprayed angles α and the air volume in the space between the spray angles α ejected from the first and third nozzles can be increased and the above-described mutual interference effect can be suppressed, atomization can be achieved. It can suppress that the air-fuel | gaseous mixture which adhered to the electrode E in large quantities, and ignitability deteriorates.
また、吸気弁12の可動範囲内に配置される第2、第3噴口の噴口径は、その他の噴口径に対して小さく設定されているため、当該噴口から噴射される燃料流量を減少することができるので、燃料噴霧が吸気弁12に衝突するにしてもその衝突影響度合を抑制することができる。
Moreover, since the nozzle diameters of the second and third nozzle holes arranged within the movable range of the
また、点火プラグの電極E近傍に配置される第1乃至第3噴口の内、第1噴口と、第2、第3噴口とで噴口径が異なるよう設定されているため、第1噴口と、第2、第3噴口とで燃料の噴霧貫徹力が異なるため、第1噴口から噴射された燃料噴霧により点火プラグの電極E周りに可燃混合気が形成される時期と、第2、第3噴口から噴射された燃料噴霧により点火プラグの電極E周りに可燃混合気が形成される時期とに差が生じ、長い時間可燃混合気を点火プラグの電極E近傍に存在させることができ、成層燃焼時の着火性を向上することができる。 In addition, since the first nozzle hole and the second and third nozzle holes are set to have different nozzle diameters among the first to third nozzle holes arranged in the vicinity of the electrode E of the spark plug, the first nozzle hole, Since the fuel spray penetration force differs between the second and third nozzles, the time when the combustible air-fuel mixture is formed around the electrode E of the spark plug by the fuel spray injected from the first nozzle, and the second and third nozzles A difference occurs with the time when the combustible air-fuel mixture is formed around the electrode E of the spark plug due to the fuel spray injected from, and the combustible air-fuel mixture can exist in the vicinity of the electrode E of the spark plug for a long time. Can improve the ignitability.
また、第2噴口の軸心L2、噴霧角A2、第3噴口の軸心L3、噴霧角A3は、吸気バルブのリフト量が大きくなる吸気行程中期において吸気弁12、12の上方側に位置されるため、吸気行程中期に第2、第3噴口から噴射された燃料噴霧の吸気弁12、12への衝突を抑制することができる。
Further, the axis L2 of the second nozzle hole, the spray angle A2, the axis L3 of the third nozzle hole, and the spray angle A3 are positioned above the
また、第2噴口の噴霧角A2、第3噴口の噴霧角A3の外周縁が、燃焼室6の吸気側天井壁6aに略平行になるよう設定されるため、第2、第3噴口から噴射された燃料噴霧の天井壁6aへの衝突を抑制することができる。
Further, since the outer peripheral edges of the spray angle A2 of the second nozzle hole and the spray angle A3 of the third nozzle hole are set so as to be substantially parallel to the intake
また、第1噴口乃至第3噴口の各軸心L1乃至L3、各噴霧角A1乃至A3は、ピストン5が上死点位置であってもピストン上縁部より上方に位置するよう設定されているため、第1乃至第3噴口から噴射された燃料噴霧のピストン5への衝突を抑制することができる。
Further, the axial centers L1 to L3 and the spray angles A1 to A3 of the first to third nozzle holes are set so as to be positioned above the upper edge of the piston even when the
また、第1噴口の軸心L1と第2噴口の軸心L2との開き角θ、及び第1噴口の軸心L1と第3噴口の軸心L3との開き角θが、15〜25°の間に設定されるため、相互干渉効果が過剰に大きくなることを抑制しつつ、適切な相互干渉効果が得られるため、着火性を向上することができる。 Further, the opening angle θ between the axis L1 of the first nozzle hole and the axis L2 of the second nozzle hole, and the opening angle θ between the axis L1 of the first nozzle hole and the axis L3 of the third nozzle hole are 15 to 25 °. Therefore, the appropriate mutual interference effect can be obtained while suppressing the mutual interference effect from becoming excessively large, so that the ignitability can be improved.
また、第1乃至第3噴口から点火プラグ16の電極Eまでの距離が20mm以上に設定されるため、燃料噴霧間の相互干渉効果を確実に得ることができ、着火性を向上することができるとともに、微粒化した燃料が分布する周辺噴霧領域b内に点火プラグ16の電極Eを配置することができ、微粒化していない燃料が電極Eに付着するのを抑制することができる。
In addition, since the distance from the first to third nozzle holes to the electrode E of the
また、成層燃焼時、第1噴口の軸心L1と第5噴口の軸心L5との間の開き角θが、その両噴口から噴射される燃料の噴霧角αよりも大きくされるため、両噴口から噴射された噴霧角αの間の空間における空気ボリュームが拡大し、上述した各燃料噴霧の相互干渉を抑制できるため、第1噴口から噴射される燃料噴霧が第5噴口側に引き寄せられる現象を抑制でき、点火プラグ16の電極E近傍付近に混合気を集めることができる。
Further, at the time of stratified combustion, the opening angle θ between the axis L1 of the first nozzle hole and the axis L5 of the fifth nozzle hole is made larger than the spray angle α of the fuel injected from both the nozzle holes. Since the air volume in the space between the spray angles α injected from the nozzle holes is increased and the mutual interference of the fuel sprays described above can be suppressed, the fuel spray injected from the first nozzle holes is attracted to the fifth nozzle side. The air-fuel mixture can be collected near the electrode E of the
また、均一燃焼時、ピストン側に配置される第4乃至第8噴口から燃料が噴射されるため、燃焼室全体に混合気を分散させることができ、燃焼室6内における混合気の均一化を図ることができる。 Further, since fuel is injected from the fourth to eighth nozzles arranged on the piston side during uniform combustion, the air-fuel mixture can be dispersed throughout the combustion chamber, and the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 can be made uniform. Can be planned.
また、均一燃焼時、吸気流速が速い吸気行程中期に燃料が噴射されるたため、燃料と空気とのミキシングが効果的に行われ、混合気の均一化を向上することができる。 In addition, during uniform combustion, fuel is injected in the middle of the intake stroke where the intake flow rate is fast, so that mixing of the fuel and air is performed effectively, and the mixture can be made more uniform.
尚、本実施形態では、燃料の噴霧貫徹力の変更に際し、噴口径を変更する例を示したが、噴口の通路長或いは噴口径、噴口の通路長との両方を変更するようにしてもよい。
例えば、噴霧貫徹力を大きくする場合、図15(a)に示す噴口径d1、噴口の通路長l1を、図15(b)に示すように、噴口径をd2に大きくするとともに、噴口の通路長をl2に長くすれば噴霧貫徹力を大きくすることができる。逆に、噴霧貫徹力を小さくした場合は、噴口径d1を小さく、噴口の通路長l1を短くすればよい。
In the present embodiment, an example in which the nozzle diameter is changed in changing the fuel spray penetration force has been described. However, both the nozzle length or the nozzle diameter and the nozzle path length may be changed. .
For example, when the spray penetration force is increased, the nozzle diameter d1 and the nozzle passage length l1 shown in FIG. 15A are increased to the nozzle diameter d2 as shown in FIG. If the length is increased to 12, the spray penetration force can be increased. On the contrary, when the spray penetration force is reduced, the nozzle diameter d1 may be reduced and the nozzle passage length l1 may be shortened.
また、本実施形態では、点火プラグ16の電極E近傍に配置される噴口として、軸心が電極E下方側に指向する第1噴口と、軸心が電極側方両側に指向する第1、第2噴口とを位置させ、第1乃至第3噴口によって電極Eを取り囲む例を示したが、その他、図16に示すように、第1噴口の両側にそれぞれ隣り合って位置させる、つまり、第1噴口乃至第3噴口を並列に配置するようにしてもよい。この場合、第1噴口が請求項における第1電極下方側噴口、第2、第3噴口が請求項における第2電極下方側噴口に該当する。
Further, in the present embodiment, as the nozzle holes arranged in the vicinity of the electrode E of the
また、本実施形態では、八つの噴口を備えたマルチホール型の燃料噴射弁18の例を示したが、その他の噴口数を備えたマルチホール型の燃料噴射弁に適用するようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, an example of the multi-hole type
1:エンジン
6:燃焼室
12、12:吸気弁
16:点火フプラグ
18:燃料噴射弁
23:低圧燃料ポンプ(燃圧調整手段)
24:低圧レギュレータ(燃圧調整手段)
26:高圧燃料ポンプ(燃圧調整手段)
27:高圧レギュレータ(燃圧調整手段)
50:エンジンコントロールユニット(燃料噴射時期制御手段)
L:吸気弁の最大リフト位置(吸気弁の可動範囲)
O:軸心
O1:第1噴口の軸線(電極下方側噴口の軸心、第1電極下方側噴口の軸心)
O2:第2噴口の軸線(電極側方側噴口の軸心、第2電極下方側噴口の軸心)
O3:第3噴口の軸線(電極側方側噴口の軸心、第2電極下方側噴口の軸心)
α1、α2、α1’、α2’、α3、α4:噴霧角
θ1、θ2:開き角
L:噴霧貫徹力
1: Engine 6:
24: Low pressure regulator (fuel pressure adjustment means)
26: High-pressure fuel pump (fuel pressure adjusting means)
27: High pressure regulator (fuel pressure adjustment means)
50: Engine control unit (fuel injection timing control means)
L: Maximum lift position of intake valve (movable range of intake valve)
O: Axis center O1: Axis of first nozzle hole (axis center of electrode lower nozzle hole, axis of first electrode nozzle hole)
O2: axis of the second nozzle hole (axis of the electrode side nozzle hole, axis of the second electrode lower nozzle hole)
O3: Axis of third nozzle hole (axial center of electrode side nozzle hole, axial center of second electrode lower nozzle hole)
α1, α2, α1 ′, α2 ′, α3, α4: Spray angle θ1, θ2: Opening angle L: Spray penetration force
Claims (2)
上記燃料噴射弁には、上記点火プラグの電極近傍に位置するように複数の噴口が備えられ、それらは、少なくとも当該燃料噴射弁側から燃料噴射方向先端側を見て、軸心が上記点火プラグの電極の下面に近接する空間に指向する電極下方側噴口と、軸心が上記点火プラグの電極の側方に近接する空間に指向する電極側方側噴口とから構成されており、
上記両噴口は、燃料噴射弁の軸心を中心に噴射方向先端側を見て、上記電極下方側噴口が上記両吸気バルブの可動範囲外に位置されるとともに、上記電極側方側噴口が上記両吸気バルブの可動範囲内に位置するように設定され、かつ
上記電極側方側噴口から噴射される燃料の噴霧貫徹力が、電極下方側噴口から噴射される燃料の噴霧貫徹力に対して小さく設定されていることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。 A fuel injection unit that includes an ignition plug disposed in the combustion chamber and a fuel injection valve disposed between the two intake valves so that a tip portion thereof faces the periphery of the combustion chamber, and is injected from the fuel injection valve In a spark ignition direct injection engine whose direction is directed near the electrode of the spark plug,
The fuel injection valve is provided with a plurality of injection holes so as to be positioned in the vicinity of the electrode of the ignition plug , and at least the axis of the ignition plug is seen from the fuel injection valve side when viewed from the front end side in the fuel injection direction. An electrode lower side nozzle hole directed to a space near the lower surface of the electrode, and an electrode side nozzle hole whose axial center is directed to a space near the electrode side of the ignition plug,
The both nozzle holes are located at the tip end side in the injection direction centering on the axis of the fuel injection valve, the electrode lower nozzle holes are positioned outside the movable range of the two intake valves, and the electrode side nozzle holes are Set to be within the movable range of both intake valves, and
A spark ignition type direct injection engine characterized in that a spray penetration force of the fuel injected from the electrode side injection port is set smaller than a spray penetration force of the fuel injected from the electrode lower injection port .
上記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射時期をエンジンの運転状態に応じて設定する燃料噴射時期制御手段を備え、
該燃料噴射時期制御手段は、均一燃焼時の燃料噴射時期を吸気バルブのリフト量が大きい吸気行程中期に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の火花点火式直噴エンジン。 The axial center of the electrode side nozzle hole is set to be positioned above the umbrella portion of the intake valve in the middle of the intake stroke when the lift amount of the intake valve is large, and
Fuel injection timing control means for setting the fuel injection timing injected from the fuel injection valve according to the operating state of the engine,
2. The spark ignition direct injection engine according to claim 1, wherein the fuel injection timing control means sets the fuel injection timing at the time of uniform combustion to the middle stage of the intake stroke where the lift amount of the intake valve is large .
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