JP4732381B2 - Fuel injection apparatus and fuel injection method for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置及び燃料噴射方法に関し、詳しくは、空気流動の強さに差が生じる2つの吸気ポートを1つの気筒に備えた内燃機関において、各吸気ポートに噴射される燃料の気化性能を向上させるための技術に関する。 The present invention relates to a fuel injection device and a fuel injection method for an internal combustion engine. More specifically, the present invention relates to a fuel injection apparatus and a fuel injection method. The present invention relates to a technique for improving fuel vaporization performance.
特許文献1には、スワール制御弁の閉弁状態で、燃料噴射弁の噴孔の一部をスワール制御弁で塞ぐようにしたスワール制御装置が開示されている。
上記スワール制御装置によると、燃料噴射弁の噴孔の一部がスワール制御弁で塞がれることで、噴射方向を変化させることができ、この噴射方向の変化をスワール制御弁による強い空気流動に適合させることで、スワール制御弁を閉じたときの吸気ポート壁面に対する燃料の付着量を低減することができる。
According to the swirl control device, the injection direction can be changed by partially blocking the injection hole of the fuel injection valve with the swirl control valve, and the change in the injection direction is changed to a strong air flow by the swirl control valve. By adapting, the amount of fuel adhering to the intake port wall surface when the swirl control valve is closed can be reduced.
しかし、従来技術のように、燃料噴射弁の噴孔の一部をスワール制御弁で塞いでしまうと、要求される量の燃料を噴射させることが困難となり、燃料噴射量が不足してエンジン出力を低下させてしまう可能性がある。
また、燃料噴射弁の噴孔をスワール制御弁で塞ぐ際に、充分なシール性が確保できないと、塞がれるはずの噴孔部分から燃料が漏れ出し、これがスワール制御弁を伝って吸気ポートの壁面に付着し、吸気ポート壁面から液状のままシリンダ内に流入して、排気中のHC量を増大させる要因になってしまう。
However, if a part of the injection hole of the fuel injection valve is blocked by a swirl control valve as in the prior art, it becomes difficult to inject the required amount of fuel, and the fuel injection amount becomes insufficient and the engine output May be reduced.
In addition, when the injection hole of the fuel injection valve is closed with the swirl control valve, if sufficient sealing performance cannot be secured, fuel leaks from the injection hole portion that should be closed, and this flows through the swirl control valve to the intake port. It adheres to the wall surface and flows into the cylinder in the liquid state from the intake port wall surface, which causes an increase in the amount of HC in the exhaust.
更に、前記スワール制御弁は吸気に偏流を与え、1つの気筒に2つの吸気ポートを備える場合には、一方の吸気ポートにおける空気流動を強め、相対的に他方の吸気ポートの空気流動を弱めることで、燃焼室内にスワールを生成させるのが一般的である。
しかし、噴霧圧によるペネトレーションが強いため、噴孔の一部を塞ぐなどの噴射方向を積極的に変化させる手段を実行しない場合には、たとえ、吸気ポート間で空気流動の強さに差が生じたとしても、燃料噴霧が強い空気流動に引き込まれることはない。
Furthermore, when the swirl control valve imparts a drift to the intake air and has two intake ports in one cylinder, the air flow in one intake port is strengthened and the air flow in the other intake port is relatively weakened. In general, swirl is generated in the combustion chamber.
However, since the penetration due to the spray pressure is strong, there is a difference in the strength of the air flow between the intake ports even if a means for actively changing the injection direction, such as closing part of the nozzle hole, is not executed. Even so, the fuel spray is not drawn into the strong air flow.
従って、両吸気ポートに噴射される燃料量に変化が生じることはなく、空気流動が強い吸気ポートでは、燃料噴霧の微粒化及び気化が充分に促進されるのに対して、空気流動が弱い吸気ポートでは、空気流動に対する燃料の割合が多いために、燃料噴霧を充分に微粒化及び気化させることができないという問題が発生する。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、2つの吸気ポート間で空気流動の強さに差を生じさせて燃焼室内にスワール等の渦流を生成する内燃機関において、要求の燃料量を噴射させつつ、排気中のHC量を確実に低減させることを目的とし、特に、空気流動の強さの違いによる微粒化・気化性能の違いに着目して気化性能の向上を図ることを目的とする。
Therefore, there is no change in the amount of fuel injected into both intake ports, and in an intake port with a strong air flow, atomization and vaporization of fuel spray are sufficiently promoted, whereas an intake air with a weak air flow is used. In the port, since the ratio of the fuel to the air flow is large, there arises a problem that the fuel spray cannot be sufficiently atomized and vaporized.
The present invention has been made in view of the above problems. In an internal combustion engine that generates a vortex flow such as a swirl in a combustion chamber by causing a difference in strength of air flow between two intake ports, the required fuel amount is reduced. The purpose is to reliably reduce the amount of HC in the exhaust while injecting, and in particular to improve the vaporization performance by paying attention to the difference in atomization and vaporization performance due to the difference in air flow strength. To do.
そのため請求項1,6記載の発明に係る燃料噴射装置及び燃料噴射方法は、2つの吸気ポートのうちで空気流動が相対的に強くなる吸気ポートに対して、より多くの燃料を噴射すると共に、燃料噴射弁の各吸気ポートに向かう燃料噴霧の形状が、前記2つの吸気ポートの並び方向に直交する方向に長く、各燃料噴霧が、前記2つの吸気ポートそれぞれに介装される吸気バルブの傘部中心から他方の吸気バルブに近い側にオフセットした位置を指向するように設定し、かつ、前記2つの吸気ポートの並び方向に直交する方向での各燃料噴霧における燃料の流量分布が、各吸気バルブの傘部中心を結ぶ線を挟む両側でピーク値を示すようにした。
上記発明によると、空気流動が相対的に強い吸気ポートでは、多くの燃料を充分に微粒化・気化させることができるので、空気流動が相対的に弱い吸気ポートよりも燃料噴射量が多くなるようにして、各吸気ポートで充分な微粒化・気化性能を維持できるようにした。
また、吸気ポートの並び方向に直交する方向に長い噴霧形状としたことで、吸気ポートの中でも特に空気流動の強い部分を指向して燃料を噴射させることができ、また、噴霧の指向方向を他方の吸気バルブ側にオフセットさせたことで、吸気ポートの壁面のうち燃料が付着する部分とシリンダボアとの距離を確保でき、吸気ポートに付着した燃料が液状のままシリンダ内に吸い込まれてしまうことを抑止でき、気化性能を向上させることが可能となる。
更に、吸気バルブの傘部中心を挟んで両側で燃料流量が多くなるようにすることで、吸気流動が強い部分に対する燃料の集中度を上げて、気化性能を向上させることが可能となる。
Therefore, in the fuel injection device and the fuel injection method according to the first and sixth aspects of the invention , more fuel is injected into the intake port of which the air flow is relatively strong out of the two intake ports, The shape of the fuel spray toward each intake port of the fuel injection valve is long in the direction perpendicular to the direction in which the two intake ports are arranged, and each fuel spray is an umbrella of the intake valve interposed in each of the two intake ports. The fuel flow distribution in each fuel spray in the direction orthogonal to the direction in which the two intake ports are aligned is set so as to be directed to a position that is offset from the center of the part toward the side closer to the other intake valve. Peak values were shown on both sides of the line connecting the center of the valve umbrella.
According to the above invention, in the intake port having a relatively strong air flow, a large amount of fuel can be sufficiently atomized and vaporized, so that the fuel injection amount is larger than that in the intake port having a relatively weak air flow. Thus, sufficient atomization and vaporization performance can be maintained at each intake port.
In addition, since the spray shape is long in the direction orthogonal to the direction in which the intake ports are arranged, it is possible to inject fuel in a portion where the air flow is particularly strong in the intake ports, and the direction of spray is set to the other direction. By offsetting to the intake valve side of the intake port, it is possible to secure the distance between the portion of the intake port wall where the fuel adheres to the cylinder bore, and the fuel adhering to the intake port is sucked into the cylinder in a liquid state. It can be suppressed and the vaporization performance can be improved.
Further, by increasing the fuel flow rate on both sides of the center of the umbrella portion of the intake valve, it is possible to increase the concentration of the fuel to the portion where the intake flow is strong and to improve the vaporization performance.
従って、要求の燃料量を噴射させつつ、排気中のHC量を確実に低減させることができる。
尚、本願において、「より多くの燃料を噴射する」とは、要求燃料量のうち空気流動が相対的に強い吸気ポートに噴射させる燃料量の割合を、空気流動が相対的に弱い吸気ポートに噴射させる燃料の割合よりも多くすることを意味する。
Therefore, it is possible to reliably reduce the amount of HC in the exhaust while injecting the required amount of fuel.
In the present application, “injecting more fuel” means the ratio of the amount of fuel to be injected into the intake port having a relatively strong air flow to the intake port having a relatively weak air flow. It means to increase more than the proportion of fuel to be injected.
請求項2記載の発明では、空気流動の差が、気流制御弁を閉じることで生じるものとし、請求項3記載の発明では、前記気流制御弁を閉じることで発生する吸気ポート間の空気流動の違いによって燃焼室内にスワールを生成させるものとした。
上記発明によると、スワールを生成させるために生じた吸気ポート間の空気流動の強さの違いに対応して、各吸気ポートそれぞれに対する燃料噴射量を、気化性能を確保できる量に適正化でき、これによって燃料噴霧を充分に微粒化・気化させることができる一方、燃焼室内のスワール生成によって燃焼を安定化させることができる。
In the second aspect of the invention, the difference in air flow is caused by closing the air flow control valve. In the third aspect of the invention, the air flow between the intake ports generated by closing the air flow control valve is reduced. A swirl was generated in the combustion chamber due to the difference.
According to the above invention, the fuel injection amount for each intake port can be optimized to an amount that can ensure the vaporization performance, corresponding to the difference in the strength of the air flow between the intake ports generated to generate the swirl, As a result, the fuel spray can be sufficiently atomized and vaporized, while combustion can be stabilized by swirl generation in the combustion chamber.
請求項4,7記載の発明では、空気流動が相対的に弱い吸気ポートに対して噴射する燃料量に比して、空気流動が相対的に強い吸気ポートに対して1.2倍〜1.4倍の燃料量を噴射させる。
上記発明によると、空気流動が強い吸気ポートと空気流動が弱い吸気ポートとに対する燃料噴射量の比率を最適化でき、燃料噴霧を最大限に気化させて、排気中のHC量を充分に低下させることができる。
According to the fourth and seventh aspects of the present invention, the fuel is 1.2 to 1.4 times that of the intake port having a relatively strong air flow compared to the amount of fuel injected to the intake port having a relatively weak air flow. Inject quantity.
According to the above invention, the ratio of the fuel injection amount to the intake port having a strong air flow and the intake port having a weak air flow can be optimized, and the fuel spray is vaporized to the maximum, thereby sufficiently reducing the HC amount in the exhaust gas. be able to.
請求項5,8記載の発明では、空気流動が相対的に強い吸気ポートに対してより多く燃料を噴射させると共に、前記空気流動が相対的に強い吸気ポートに対してより広範囲に燃料を噴射させる。
上記発明によると、多くの燃料が噴射される空気流動が相対的に強い吸気ポートでは、燃料を広範囲に噴射させることで、吸気バルブや吸気ポートの壁面に付着する燃料の膜厚を薄くでき、気化性能を維持させることができる。
According to the fifth and eighth aspects of the present invention, more fuel is injected into the intake port where the air flow is relatively strong, and fuel is injected more widely into the intake port where the air flow is relatively strong. .
According to the above-described invention, in the intake port where the air flow in which a lot of fuel is injected is relatively strong, by injecting the fuel in a wide range, the film thickness of the fuel adhering to the wall surface of the intake valve or the intake port can be reduced, Vaporization performance can be maintained.
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明に係る燃料噴射装置、燃料噴射方法及び燃料噴射弁を適用する内燃機関の断面図であり、図2は、図1の上面図である。
尚、本実施形態では、シリンダ軸方向をZ軸、吸気バルブと排気バルブとの並び方向をY軸、2つの吸気バルブの並び方向をX軸で示すものとする。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an internal combustion engine to which a fuel injection device, a fuel injection method, and a fuel injection valve according to the present invention are applied, and FIG. 2 is a top view of FIG.
In this embodiment, the cylinder axis direction is indicated by the Z axis, the arrangement direction of the intake valve and the exhaust valve is indicated by the Y axis, and the arrangement direction of the two intake valves is indicated by the X axis.
図1,2に示すように、内燃機関1において、シリンダブロック2に形成されるシリンダ3に対して、往復動可能にピストン4が嵌挿される。
前記シリンダ3の上部には、シリンダヘッド5が取り付けられ、前記ピストン4のヘッドと前記シリンダヘッド5とによって燃焼室11が形成される。
前記シリンダヘッド5の中央部には、点火プラグ12が取り付けられる。
As shown in FIGS. 1 and 2, in the internal combustion engine 1, a
A cylinder head 5 is attached to the upper part of the
A
また、前記シリンダヘッド5には、前記点火プラグ12を中心に、2つの吸気バルブ6a,6bと2つの排気バルブ7a,7bとが配置される。
前記2つの吸気バルブ6a,6bの弁座にそれぞれ接続される吸気ポート8a,8bがシリンダヘッド5に形成され、前記吸気ポート8a,8bは、上流側で合流して1つの吸気ポート8を形成する。
The cylinder head 5 is provided with two
前記吸気ポート8の分岐点よりも上流側には、燃焼室11内にスワールを生成するためのスワール制御弁(気流制御弁)9が介装されている。
前記スワール制御弁9は、図示省略したアクチュエータ(モータやダイヤフラム)で開閉されるバタフライ式の開閉弁であり、図3に示すように、シリンダ軸及び吸気ポート8の中心軸に直交する方向(X軸方向)で吸気ポート8の開口を横断するように支持される回転軸9aに対し、切欠きを有した弁体9bを取り付けて構成される。
A swirl control valve (airflow control valve) 9 for generating a swirl in the
The
尚、図3は、図2に示す矢印IIIの方向、即ち、スワール制御弁9の下流側から閉弁状態のスワール制御弁9を見た図である。
前記弁体9bの切欠きは、図3に示すように、スワール制御弁9を閉じたとき(弁体9bが吸気ポート8を遮蔽する位置に回動させたとき)にシリンダヘッド側(上側)でかつ吸気ポート8b(吸気バルブ6b)側に偏った位置が部分的に開口するように設けられている。
FIG. 3 is a view of the
As shown in FIG. 3, the notch of the
また、スワール制御弁9の開弁状態では、吸気ポート8の開口をシリンダ軸方向に仕切るように、弁体9bが吸気ポート8の中心軸と略平行になる。
上記スワール制御弁9を閉じると、弁体9bの切欠きによって吸入空気が吸気ポート8b側に偏って流れることで、燃焼室11内にスワール(横渦)を発生させることができ、該スワールによって均一混合気を生成して、燃焼安定性を向上させる。
When the
When the
但し、スワール制御弁9を閉じた状態では吸気通路の開口面積が狭められて吸気が絞られることになるため、高負荷時には、前記スワール制御弁9を開いてシリンダ吸入空気量を確保できるようにする。
また、前記吸気ポート8の分岐点よりも上流側の前記吸気ポート8の上側(前記スワール制御弁9の上方)には、燃料噴射弁10が取り付けられる。
However, when the
A
前記燃料噴射弁10は、電磁コイルによる電磁吸引力によって弁体をリフトさせることで開弁し、各吸気バルブ6a,6bを指向して燃料(例えばガソリン)を2方向に噴射する。
前記燃料噴射弁10から噴射された燃料は、吸気バルブ6a,6bを介して燃焼室11内に吸引され、燃焼室11内で点火プラグ12による火花点火によって着火燃焼し、ピストン4を押し下げる運動エネルギーを発生させる。
The
The fuel injected from the
そして、燃焼室11内の燃焼ガスは、前記排気バルブ7a,7bを介して排出され、図外の排気浄化装置で浄化された後、大気中に放出される。
ところで、前記スワール制御弁9を閉じた状態では、弁体9bの切欠きによって吸入空気が吸気ポート8b(吸気バルブ6b)側に偏って流れることから、吸気ポート8bにおける空気流速(空気流動)は、吸気ポート8aにおける空気流速(空気流動)よりも速く(強く)なる(図2参照)。
The combustion gas in the
By the way, in the state where the
ここで、前記燃料噴射弁10が各吸気ポート8a,8bそれぞれに同量の燃料を噴射する場合、相対的に空気流速が速い(空気流動が強い)吸気ポート8bでは、強い空気の流れによって燃料の微粒化・気化を充分に促進させることができるが、相対的に空気流速が遅い(空気流動が弱い)吸気ポート8aでは燃料の微粒化・気化が吸気ポート8b側に比べて促進されないことになってしまう。
Here, when the
換言すれば、相対的に空気流速が速い(空気流動が強い)吸気ポート8bでは、相対的に空気流速が遅い(空気流動が弱い)吸気ポート8aに比べて、より多くの燃料を微粒化・気化させることができる。
そこで、本実施形態では、吸気ポート8a側に比べて吸気ポート8b側に噴射する燃料量が多くなり、かつ、吸気ポート8b側の燃料噴霧が吸気ポート8a側に比べて広範囲に噴射されるように、前記燃料噴射弁10の噴射特性が設定されている。
In other words, the
Therefore, in this embodiment, the amount of fuel injected to the
尚、本実施形態において、燃料噴射量の多少は要求燃料噴射量の分担率を示し、要求噴射量の半分を超える量を吸気ポート8b側に噴射し、残りの半分を下回る量の燃料を吸気ポート8a側に噴射するように、前記燃料噴射弁10の噴射特性が設定されるものである。
吸気ポート8b側に噴射する燃料量を多くすれば、相対的に吸気ポート8a側に噴射される燃料量が少なくなり、空気流速が遅い(空気流動が弱い)条件下であっても必要充分に微粒化・気化を図ることができる一方、空気流速が速い(空気流動が強い)吸気ポート8bでは、微粒化・気化を促進できる能力が高いから、より多くの燃料について微粒化・気化を促進させることができ、両吸気ポート8a,8bに噴射された燃料の全てを良好に微粒化・気化させることができる。
In the present embodiment, the amount of fuel injection indicates the share of the required fuel injection amount, an amount exceeding half of the required injection amount is injected to the
If the amount of fuel injected to the
また、より多くの燃料が噴射される吸気ポート8b側では、吸気ポート8a側よりも燃料を広範囲に噴射させることで、吸気バルブ6bの傘部や吸気ポート8bの壁面に付着する燃料の膜厚が厚くなってしまうことを回避でき、これによっても、吸気ポート8b側での燃料の気化性能を維持できる。
吸気ポート8a側に噴射される燃料量に対する吸気ポート8b側に噴射される燃料量の割合は、吸気ポート8a側の噴射量を1とすると、吸気ポート8b側の噴射量を1.2〜1.4程度に設定することが好ましい。
On the
The ratio of the amount of fuel injected to the
図4に示すように、噴射量の比率を1:1.2〜1.4程度とすれば、吸気ポート8a及び吸気ポート8bの双方で高い気化率を維持でき、排気中のHC量を最大限に低下させることができるが、1.4倍を超えて吸気ポート8b側の噴射量を多くすると、空気流速が速い(空気流動が強い)とはいえ微粒化・気化できる能力を超える燃料量となって気化率が低下してしまう。
As shown in FIG. 4, when the ratio of the injection amount is about 1: 1.2 to 1.4, a high vaporization rate can be maintained in both the
一方、1.2倍を下回る比率では、相対的に吸気ポート8a側の噴射量が過剰となって全体としての気化率の低下を招くことになってしまう。
従って、噴射量の比率を1:1.2〜1.4程度とすることで、両吸気ポート8a,8bでの気化率を高い次元でバランスさせて、排気中のHC量を最大限に低下させることができる。
On the other hand, if the ratio is less than 1.2 times, the injection amount on the
Therefore, by setting the ratio of the injection amount to about 1: 1.2 to 1.4, it is possible to balance the vaporization rates at both
尚、高負荷時には、前記スワール制御弁9を開くことで、両吸気ポート8a,8bにおける空気流速(空気流動の強さ)は同等になり、このときにも、吸気ポート8bに対してより多くの燃料が噴射されることになるが、高負荷時には空気流量が多く充分な気化性能を発揮できるため、燃料噴射量の違いによって気化率が悪化することはない。
次に、前記燃料噴射弁10における噴霧形態を詳細に説明する。
When the load is high, by opening the
Next, the spray form in the
図5に示すように、各吸気ポート8a,8b(吸気バルブ6a,6b)に向けて噴射される燃料噴霧は、その横断面が、前記2つの吸気ポート8a,8bの並び方向に直交する方向に長い楕円になるように設定されており、かつ、吸気ポート8b側の燃料噴霧の長手方向の長さは、吸気ポート8a側よりも長く、その分吸気ポート8b側の燃料噴霧が広範囲に噴射されるようにしてある。
As shown in FIG. 5, the fuel spray injected toward the
そして、吸気ポート8a,8bの並び方向に直交する方向で各燃料噴霧の中心を通る軸上での各燃料噴霧における流量分布は、図5(d)に示すように、中央を挟んで両側にピーク値をもつ形状となり、各燃料噴霧での流量のピーク値は略同レベルを示すが、吸気ポート8b側の燃料噴霧が上記軸上でより広い範囲に燃料を噴射し、吸気ポート8bの壁面に向けてより多くの燃料を噴射することで、吸気ポート8b側に噴射される燃料量が多くなるように設定されている。
The flow distribution in each fuel spray on the axis passing through the center of each fuel spray in a direction orthogonal to the direction in which the
尚、前記図5(d)に示す流量分布におけるピーク値(P4,P6)を、全流量に対する8%未満とすることで、燃料の集中度を下げ、燃料膜厚が過剰に厚くならないようにすることが好ましい。
更に、各吸気ポート8a,8bに向けて噴射される燃料噴霧の中心が、前記2つの吸気ポート8a,8bそれぞれに介装される吸気バルブ6a,6bの傘部中心から他方の吸気バルブ6に近い側にオフセットした位置を指向するように設定される。
Note that the peak value (P4, P6) in the flow rate distribution shown in FIG. 5 (d) is less than 8% of the total flow rate, so that the fuel concentration is lowered and the fuel film thickness is not excessively increased. It is preferable to do.
Further, the center of the fuel spray injected toward each
そして、吸気バルブ6a,6bの中心を結ぶ軸上での流量分布は、図5(c)に示すように、各吸気バルブ6a,6bの中心で挟まれる領域内で2つのピーク値(P1,P3)を示すことになる。
尚、前記図5(c)に示す流量分布におけるピーク値(P1,P3)を、全流量に対する8%未満とすることで、燃料の集中度を下げ、燃料膜厚が過剰に厚くならないようにすることが好ましい。
The flow distribution on the axis connecting the centers of the
Note that the peak value (P1, P3) in the flow rate distribution shown in FIG. 5 (c) is less than 8% of the total flow rate, so that the fuel concentration is lowered and the fuel film thickness is not excessively increased. It is preferable to do.
前記スワール制御弁9を閉じた状態では、吸気ポート8上側で空気流動が強くなり、前記スワール制御弁9を開いた状態では、弁体9bが吸気ポート8を上下に仕切るようになって、吸気ポートの上側及び下側での空気流動が強くなるので、各燃料噴霧の横断面の形状を、吸気ポート8a,8bの並び方向に直交する方向で長くなるようにしてある。
また、吸気ポート8a,8bの燃焼室11に対する開口縁(吸気バルブ6a,6bの弁座周縁)と、シリンダボアとの距離が近いところで、燃料噴霧を吸気ポート8内壁に直撃させると、充分に気化させることができなかった液状燃料がそのままシリンダ内の気流に巻き込まれ、均質な混合気形成を阻害する可能性がある。
When the
Further, if the fuel spray sprays directly against the inner wall of the intake port 8 at a position where the opening edge of the
そこで、吸気ポート8a,8bの燃焼室11に対する開口縁とシリンダボアとの距離が所定値以上になるところで、燃料噴霧が吸気ポート8a,8b内壁に直撃するように、各吸気バルブ6a,6bに向かう燃料噴霧の中心を、隣接する他方の吸気バルブ6a,6bに近い側にオフセットさせてある。
ここで、各燃料噴霧の噴霧角度の適正値を、図6に従って説明する。
Therefore, when the distance between the opening edge of the
Here, the appropriate value of the spray angle of each fuel spray will be described with reference to FIG.
まず、図6(a),(b),(c)に示すように、吸気ポート8a,8bの並び方向に直交する方向での燃料噴霧の広がり角(縦方向の広がり角)をθ3、各吸気バルブ6a,6bにそれぞれ向かう2つの燃料噴霧の中心線がなす角度をθ1、吸気ポート8a,8bの並び方向における各燃料噴霧の広がり角度(横方向の広がり角)をθ2と定義し、前記燃料噴射弁10の噴射位置を基点とし、該基点と前記2つの吸気バルブ6a,6bそれぞれの中心とを結んだ線がなす角度をθbaseとする。
First, as shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C, the fuel spray spread angle (vertical spread angle) in the direction orthogonal to the direction in which the
前記燃料噴射弁10において、前記角度θ1〜θ3,θbaseは、以下の関係を満足するように設定される。
・θ1:θbaseの85〜95%
・θ2:θbaseの65〜75%
・吸気ポート8b側のθ3:θbaseの80〜90%
・吸気ポート8a側のθ3:θbaseの70〜80%
上記角度θ1〜θ3のθbaseに対する比率を実現することで、吸気バルブ6a,6bの並び方向に直交する方向に細長く、かつ、吸気バルブ6b側の噴霧がより細長く、しかも、噴霧中心が他方の吸気バルブ6にオフセットした燃料噴霧形状が実現されると共に、噴霧中心のオフセット量や、燃料噴霧が吸気ポート壁面に直撃する範囲が、燃料噴霧の気化性能を最大限に向上させることができる値に設定されることになる。
In the
・ Θ1: 85-95% of θbase
・ Θ2: 65 to 75% of θbase
-Θ3 on the
-Θ3 on the
By realizing the ratio of the angles θ1 to θ3 with respect to θbase, the spray is elongated in the direction orthogonal to the direction in which the
次に、吸気ポート8a側に比べて吸気ポート8b側により多くの燃料を噴射する燃料噴射弁10の構造を詳述する。
前記燃料噴射弁10は、電磁コイルの磁気吸引力によってリフトする弁体と、該弁体の着座面よりの下流側に設けられ、複数の噴孔が開口されるノズルプレートとを有し、前記弁体が電磁コイルの磁気吸引力によってリフトして開弁状態になると、燃料がノズルプレートに開口される噴孔から噴射されるようになっている。
Next, the structure of the
The
図7(a),(b)は、前記ノズルプレート51に対して開口される噴孔52の開口パターンをそれぞれ示し、上流側からノズルプレート51を見た図であって、図の左右方向が吸気ポート8a,8b(吸気バルブ6a,6b)の並び方向となるように燃料噴射弁10が吸気ポート8に対して取り付けられるものとする。
図7(a),(b)において、ノズルプレート51の図7で左側半分の領域51aに開口される複数の噴孔52は、吸気ポート8b(吸気バルブ6b)に向けて燃料を噴射させるための第1噴孔群を構成し、右側半分の領域51bに開口される複数の噴孔52は、吸気ポート8b(吸気バルブ6b)に向けて燃料を噴射させるための第2噴孔群を構成し、各噴孔群の噴孔は、前述の噴霧中心及び噴霧角を実現すべく、その開口軸がそれぞれに設定される。
7 (a) and 7 (b) show opening patterns of the nozzle holes 52 opened to the
7A and 7B, the plurality of nozzle holes 52 opened in the left half region 51a of FIG. 7 of the
即ち、第1噴孔群に含まれる噴孔52から噴射される燃料によって吸気ポート8b(吸気バルブ6b)に向かう燃料噴霧が形成され、第2噴孔群に含まれる噴孔52から噴射される燃料によって吸気ポート8a(吸気バルブ6a)に向かう燃料噴霧が形成される。
また、ノズルプレート51の図7で左側半分の第1噴孔群に含まれる噴孔52の数と、右半分の第2噴孔群に含まれる噴孔52の数は、それぞれ6個ずつの同数であるが、第1噴孔群の噴孔52の径が、第2噴孔群の噴孔52の径よりも大きく設定されることで、吸気ポート8b(吸気バルブ6b)に向けて噴射される燃料量が、吸気ポート8a(吸気バルブ6a)に向けて噴射される燃料量よりも多くなるようにしてある。
That is, fuel spray directed to the
Further, the number of nozzle holes 52 included in the first nozzle hole group in the left half in FIG. 7 of the
また、第1噴孔群に含まれる噴孔52及び第2噴孔群に含まれる噴孔52は、基本的に左右対称に格子状に配設されるが、第2噴孔群に含まれる噴孔52のうち、吸気ポート8a,8b(吸気バルブ6a,6b)の並び方向に直交する方向の両端側に位置する噴孔52a,52bの開口位置を、左右対称の位置からノズルプレート51の中心寄りにずらしてある。
In addition, the nozzle holes 52 included in the first nozzle hole group and the nozzle holes 52 included in the second nozzle hole group are basically symmetrically arranged in a grid pattern, but are included in the second nozzle hole group. Among the nozzle holes 52, the opening positions of the nozzle holes 52a and 52b located on both ends in the direction orthogonal to the direction in which the
これによって、吸気ポート8a(吸気バルブ6a)に向かう燃料噴霧の、吸気ポート8a,8b(吸気バルブ6a,6b)の並び方向に直交する方向での噴霧角が、吸気ポート8b(吸気バルブ6b)に向かう燃料噴霧の噴霧角よりも狭くなるようにしてある。
尚、図7(a)に示すノズルプレート51と図7(b)に示すノズルプレート51とは、噴孔52を配設する格子が、図7(a)では、上下左右方向の格子であるのに対し、図7(b)では、斜め45°の格子である点が異なる。
As a result, the spray angle of the fuel spray toward the
In the
ここで、噴孔52がノズルプレート51に対して格子状に配設されることで、噴霧パターンが均一化して、粒径のばらつきがなくなり、燃料の気化性能の向上を図ることができる。
但し、噴孔52を格子状に配設することを限定するのではなく、また、各噴孔群に含まれる噴孔52の数を限定するものでもなく、例えば、第1噴孔群に含まれる噴孔52の数を、第2噴孔群に含まれる噴孔52の数よりも多くすることで、吸気ポート8b(吸気バルブ6b)に向けて噴射される燃料量が、吸気ポート8a(吸気バルブ6a)に向けて噴射される燃料量よりも多くなるようにできる。
Here, since the nozzle holes 52 are arranged in a grid pattern with respect to the
However, the arrangement of the nozzle holes 52 in a grid pattern is not limited, and the number of the nozzle holes 52 included in each nozzle hole group is not limited. For example, the nozzle holes 52 are included in the first nozzle hole group. By increasing the number of injection holes 52 to be larger than the number of injection holes 52 included in the second injection hole group, the amount of fuel injected toward the
上記実施形態では、1つの気筒に対して2つの吸気ポート8a,8bが設けられるものとしたが、例えば、1つの気筒に対して3つの吸気ポートを備えた内燃機関において、吸気ポート間で空気流動の強さに差が生じる場合に、空気流動がより強い吸気ポートに対してより多くの燃料を噴射させることができる。
また、空気流動の強さの違いは、上記スワール制御弁9のような気流制御弁の開閉によるものの他、吸気ポートの開口面積や形状の違いによって生じる場合が含まれ、また、燃焼室11内にスワールを生成させる気流制御弁の他、タンブル流(縦渦)を生じさせる気流制御弁を備える場合が含まれる。
In the above-described embodiment, two
The difference in the strength of the air flow includes not only the opening / closing of the airflow control valve such as the
更に、前記スワール制御弁9などの気流制御弁と吸気ポートの開口を仕切る固定の整流板とを組み合わせた内燃機関であっても良い。
次に、上記の実施形態から把握し得る請求項に記載以外の発明について、以下にその作用効果と共に記載する。
Further, the internal combustion engine may be a combination of an airflow control valve such as the
Next, inventions other than those described in the claims that can be grasped from the above-described embodiment will be described together with the effects thereof.
(イ)各燃料噴霧における燃料の流量分布におけるピーク値が全流量の8%未満に設定されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の内燃機関の燃料噴射装置又は請求項6〜8のいずれか1つに記載の内燃機関の燃料噴射方法。 (A) The fuel injection device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein a peak value in a fuel flow distribution in each fuel spray is set to less than 8% of a total flow rate. The fuel injection method for an internal combustion engine according to any one of claims 6 to 8 .
上記発明によると、燃料噴射が一部に過剰に集中することで、例えば吸気バルブの傘部に付着する燃料の膜厚が厚くなって気化性能が低下することを防止できる。
(ロ)前記気流制御弁が、2つの吸気ポートに分岐する点よりも上流側に介装され、弁体に設けた切欠き部によって閉弁状態で空気の流れを一部の吸気ポートに偏流させることによって、前記2つの吸気ポート間で空気流動の強さに差を生じさせることを特徴とする請求項2記載の内燃機関の燃料噴射装置。
According to the above-described invention, it is possible to prevent the vaporization performance from deteriorating due to, for example, the fuel film adhering to the umbrella portion of the intake valve being thick due to excessive concentration of fuel injection.
(B) The airflow control valve is interposed upstream from the point where the airflow control valve branches into two intake ports, and the airflow is unevenly distributed to some intake ports in a closed state by a notch provided in the valve body. 3. The fuel injection device for an internal combustion engine according to
上記発明によると、空気の流れを一部の吸気ポートに偏流させることで、燃焼室内に渦流(例えばスワール)を生成する内燃機関において、渦流の生成による燃焼性の改善と共に、空気流動の強さの違いに応じた燃料量の分担によって燃料噴霧の気化性を改善でき、高い燃焼安定性とHC排出量の低減とを実現できる。 According to the above invention, in the internal combustion engine that generates a vortex (for example, a swirl) in the combustion chamber by causing the air flow to drift to a part of the intake ports, the combustibility is improved by the generation of the vortex and the strength of the air flow is increased. By sharing the fuel amount according to the difference, the vaporization property of the fuel spray can be improved, and high combustion stability and reduction of the HC emission amount can be realized.
1…内燃機関、2…シリンダブロック、3…シリンダ、4…ピストン、5…シリンダヘッド、6a,6b…吸気バルブ、7a,7b…排気バルブ、8,8a,8b…吸気ポート、9…スワール制御弁(気流制御弁)、10…燃料噴射弁、11…燃焼室、12…点火プラグ、51…ノズルプレート、52…噴孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine, 2 ... Cylinder block, 3 ... Cylinder, 4 ... Piston, 5 ... Cylinder head, 6a, 6b ... Intake valve, 7a, 7b ... Exhaust valve, 8, 8a, 8b ... Intake port, 9 ... Swirl control Valve (air flow control valve), 10 ... Fuel injection valve, 11 ... Combustion chamber, 12 ... Spark plug, 51 ... Nozzle plate, 52 ... Injection hole
Claims (8)
前記燃料噴射弁が、前記2つの吸気ポートのうちで空気流動が相対的に強くなる吸気ポートに対して、より多くの燃料を噴射すると共に、
前記燃料噴射弁の各吸気ポートに向かう燃料噴霧の形状が、前記2つの吸気ポートの並び方向に直交する方向に長く、各燃料噴霧が、前記2つの吸気ポートそれぞれに介装される吸気バルブの傘部中心から他方の吸気バルブに近い側にオフセットした位置を指向するように設定され、かつ、
前記2つの吸気ポートの並び方向に直交する方向での各燃料噴霧における燃料の流量分布が、各吸気バルブの傘部中心を結ぶ線を挟む両側でピーク値を示すことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。 And two intake ports provided for one cylinder provided with a fuel injection valve for injecting fuel to each of the two intake ports, a difference in the intensity of the air flow between the two intake ports An internal combustion engine fuel injection device in which
The fuel injection valve injects more fuel into the intake port where the air flow is relatively strong among the two intake ports ,
The shape of the fuel spray toward each intake port of the fuel injection valve is long in a direction orthogonal to the direction in which the two intake ports are arranged, and each fuel spray is an intake valve interposed in each of the two intake ports. Set to point at a position offset from the center of the umbrella to the side closer to the other intake valve, and
The flow rate distribution of the fuel in each fuel spray in a direction orthogonal to the direction in which the two intake ports are arranged shows a peak value on both sides across a line connecting the umbrella center of each intake valve . Fuel injection device.
前記燃料噴射弁による各吸気ポートに対する燃料噴射量を、前記空気流動が相対的に強い吸気ポートに対してより多く設定すると共に、The fuel injection amount for each intake port by the fuel injection valve is set more for the intake port where the air flow is relatively strong,
前記燃料噴射弁の各吸気ポートに向かう燃料噴霧の形状が、前記2つの吸気ポートの並び方向に直交する方向に長く、各燃料噴霧が、前記2つの吸気ポートそれぞれに介装される吸気バルブの傘部中心から他方の吸気バルブに近い側にオフセットした位置を指向するように設定し、かつ、The shape of the fuel spray toward each intake port of the fuel injection valve is long in a direction orthogonal to the direction in which the two intake ports are arranged, and each fuel spray is an intake valve interposed in each of the two intake ports. Set to point at a position offset from the center of the umbrella to the side closer to the other intake valve, and
前記2つの吸気ポートの並び方向に直交する方向での各燃料噴霧における燃料の流量分布が、各吸気バルブの傘部中心を結ぶ線を挟む両側でピーク値を示すようにしたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射方法。The fuel flow rate distribution in each fuel spray in a direction perpendicular to the direction in which the two intake ports are arranged has a peak value on both sides of a line connecting the center of the umbrella portion of each intake valve. A fuel injection method for an internal combustion engine.
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