JPH11117746A - Lean burn method by low pressure cylinder injection for engine - Google Patents

Lean burn method by low pressure cylinder injection for engine

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JPH11117746A
JPH11117746A JP9285931A JP28593197A JPH11117746A JP H11117746 A JPH11117746 A JP H11117746A JP 9285931 A JP9285931 A JP 9285931A JP 28593197 A JP28593197 A JP 28593197A JP H11117746 A JPH11117746 A JP H11117746A
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谷 和 夫 紺
Tadashi Murayama
山 正 村
Yoshio Sekiya
谷 芳 男 関
Keizo Saito
藤 敬 三 斉
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a fuel consumption and to reduce a harmful component in exhaust gas by conducting cylinder injection under low pressure using a simple compressing means such as a compressor in a 4-cycle engine. SOLUTION: A concentrated air-fuel mixture is injected into a cylinder under the pressure of 4 atm or less via an injection valve 10 interlocked with an engine speed by a compressor 2 during a low pressure period of the inside of the cylinder ranging from its suction stroke to the first half of its compression stroke, and lean burn by in-cylinder fuel direct injection is conducted by igniting the injected mixture with a spark plug 9 in the condition that the mixture stays in a subsidiary chamber 7 as one local part of a combustion chamber.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的な4サイク
ルエンジンを低圧筒内噴射により希薄燃焼(リーンバー
ン)させる方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for lean-burning a general four-stroke engine by low-pressure in-cylinder injection.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、研究開発が進められ、実用化され
ている筒内噴射希薄燃焼エンジンでは、通常、無気筒内
噴射方式を採用しているが、その場合には、5MPa程
度の噴射圧力が要求されるので、高価な噴射装置が必要
である。
2. Description of the Related Art A cylinder-injected lean-burn engine, which has recently been researched and developed and put into practical use, usually employs an in-cylinder in-cylinder injection system. In this case, an injection pressure of about 5 MPa is used. Is required, and an expensive injection device is required.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、4サイクルエンジンにおいて、コンプレッサなどの
簡単な圧縮機構を用いて低圧で筒内噴射を行うことによ
り、燃費の向上、並びに排気有害成分の低減を図るよう
にした希薄燃焼方法を提供することにある。本発明のさ
らに具体的な技術的課題は、空気と燃料とを混合して、
吸気行程ないしは圧縮工程の前半の筒内が低圧の間にお
ける空気−燃料噴射により、燃料のみを圧縮行程で噴射
する無気噴射と比較して、十分に低い圧力で噴霧を微細
化して燃焼できるようにした希薄燃焼方法を提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The technical problem of the present invention is to improve fuel economy and reduce harmful exhaust components by performing in-cylinder injection at a low pressure using a simple compression mechanism such as a compressor in a four-cycle engine. It is an object of the present invention to provide a lean burn method capable of reducing the amount of lean burn. A more specific technical object of the present invention is to mix air and fuel,
The air-fuel injection during the low pressure in the cylinder in the first half of the intake stroke or the compression process enables the atomization and combustion of the spray at a sufficiently low pressure as compared with the anaerobic injection in which only the fuel is injected in the compression stroke. To provide a lean burn method.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の低圧筒内噴射による希薄燃焼方法は、4サイ
クルエンジンにおいて、空気と燃料とを混合した濃混合
気を、吸気行程から圧縮行程の前半に至るまでの気筒内
が低圧の間に、圧縮機構によりエンジンの回転と連動さ
せた噴射弁を介して4気圧以下の低圧で筒内に噴射し、
これを燃焼室の一局部に滞留させた状態でスパークプラ
グで点火することにより、筒内燃料直接噴射による希薄
燃焼を行わせることを特徴とするものである。上記希薄
燃焼方法において、燃焼室内に供給した燃料を滞留させ
る一局部は、燃焼室に開口する副室とするのが望まし
い。
According to the present invention, there is provided a lean-burn method using low-pressure in-cylinder injection for compressing a rich mixture of air and fuel from an intake stroke in a four-cycle engine. During the low pressure in the cylinder up to the first half of the stroke, the compression mechanism injects it into the cylinder at a low pressure of 4 atm or less through an injection valve linked with the rotation of the engine by a compression mechanism,
This is characterized in that lean combustion is performed by direct injection of in-cylinder fuel by igniting with a spark plug in a state where the fuel is retained in one part of the combustion chamber. In the above-described lean burn method, it is preferable that a local portion in which the fuel supplied in the combustion chamber is retained is a sub-chamber opening to the combustion chamber.

【0005】このような本発明の希薄燃焼方法において
は、空気と燃料とを混合して、吸気行程ないしは圧縮工
程の前半の筒内が低圧の間における空気−燃料噴射によ
り、燃料のみを圧縮行程で噴射する無気噴射と比較し
て、十分に低い圧力で噴霧を微細化して希薄燃焼させる
ことができ、特に、ガソリン機関においても、A/F=
70程度までの希薄燃焼を実現することができる。
In the lean combustion method of the present invention, air and fuel are mixed, and only the fuel is compressed by air-fuel injection during a low pressure in the cylinder in the intake stroke or the first half of the compression process. As compared with the anaerobic injection in which the injection is performed at a low pressure, the atomization can be finely performed at a sufficiently low pressure to perform lean combustion. In particular, even in a gasoline engine, A / F =
Lean combustion up to about 70 can be realized.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】図1は、本発明に係る希薄燃焼方
法を適用する4サイクルエンジンの構成例を示してい
る。このエンジンは、汎用のサイドバルブ式4サイクル
エンジンの本体1に、圧縮機構としてのコンプレッサ2
を付設し、このコンプレッサ2の駆動を、エンジンの出
力軸3に取付けたプーリー4により、タイミングベルト
5を介して行うようにしている。筒内の燃焼室において
は、ピストン8を備えた主燃焼室6に連通させて小さな
副室7を設け、スパークプラグ9をその中に設置して、
噴射弁(リードノズル)10からの空気と燃料の噴霧を
それに吹き付けるようにしている。また、上記エンジン
本体1には、排気ポート12に排気用バルブ(サイドバ
ルブ)11を設けて、排気の吐出のタイミングをエンジ
ンに同期させている。さらに、図示していないが、排気
用と同様に給気ポートと給気バルブを備えている。
FIG. 1 shows an example of the configuration of a four-cycle engine to which the lean burn method according to the present invention is applied. This engine has a main body 1 of a general-purpose side-valve four-cycle engine and a compressor 2 as a compression mechanism.
The driving of the compressor 2 is performed via a timing belt 5 by a pulley 4 attached to an output shaft 3 of the engine. In the combustion chamber in the cylinder, a small auxiliary chamber 7 is provided in communication with the main combustion chamber 6 having the piston 8, and a spark plug 9 is installed therein.
The spray of air and fuel from the injection valve (lead nozzle) 10 is blown onto it. The engine body 1 is provided with an exhaust valve (side valve) 11 at an exhaust port 12 to synchronize the exhaust discharge timing with the engine. Further, although not shown, an air supply port and an air supply valve are provided similarly to the exhaust air.

【0007】なお、上記図1に示すエンジンでは、サイ
ドバルブを備えているが、本発明において、オーバーヘ
ッドバルブ等を備えた一般の4サイクルエンジンを用い
得るのは勿論である。噴射弁10についても、図示のリ
ードノズルに限ることなく、各種噴射弁を用い得ること
は勿論である。また、筒内に噴射した混合気を燃焼室の
一局部に滞留させるため、副室7を設けているが、必ず
しもこの副室に限る必要はなく、コンプレッサで筒内に
供給した濃混合気をスパークプラグの近傍に滞留させる
に十分な部分が形成されていればよい。例えば、ピスト
ン8の頭部にへこみを設け、あるいは、燃焼室の一部に
へこみを設けるのも適例である。
Although the engine shown in FIG. 1 is provided with a side valve, it goes without saying that a general four-stroke engine having an overhead valve and the like can be used in the present invention. As for the injection valve 10, it goes without saying that various injection valves can be used without being limited to the illustrated lead nozzle. Further, the sub-chamber 7 is provided to keep the mixture injected into the cylinder in a local portion of the combustion chamber. However, the mixture is not necessarily limited to the sub-chamber, and the rich mixture supplied to the cylinder by the compressor is not necessarily required. It suffices that a sufficient portion is formed near the spark plug to be retained. For example, it is also appropriate to provide a dent in the head of the piston 8 or to provide a dent in a part of the combustion chamber.

【0008】上記4サイクルエンジンでは、給気ポート
から供給されるのは空気だけであって、空気と燃料とを
混合した濃混合気を、吸気行程から圧縮行程の前半に至
るまでの気筒内が低圧の間に、コンプレッサ2によりエ
ンジンの回転と連動させた噴射弁10を介して4気圧以
下の低圧、望ましくは1〜3気圧で筒内に噴射し、これ
を燃焼室の一局部に滞留させた状態で、スパークプラグ
9で点火することにより、通常の4サイクルエンジンに
おいて筒内燃料直接噴射による希薄燃焼(リーンバー
ン)を行わせるものである。このように、上記エンジン
における噴射方法は、空気−燃料噴射であり、空気と燃
料とを混合して吸気行程ないし圧縮行程の前半において
噴射するので、燃料のみを圧縮行程で噴射する無気噴射
と比較して、より低い圧力で噴霧を微細化することが可
能である。
In the four-cycle engine, only air is supplied from the air supply port, and a rich mixture of air and fuel is supplied to the cylinder from the intake stroke to the first half of the compression stroke. During the low pressure, the fuel is injected into the cylinder at a low pressure of 4 atm or less, desirably 1 to 3 atm through the injection valve 10 linked with the rotation of the engine by the compressor 2, and this is accumulated in a local portion of the combustion chamber. By igniting with the spark plug 9 in the closed state, lean combustion (lean burn) by in-cylinder direct fuel injection is performed in a normal four-cycle engine. As described above, the injection method in the engine is air-fuel injection, in which air and fuel are mixed and injected in the first half of the intake stroke or the compression stroke. In comparison, it is possible to atomize the spray at a lower pressure.

【0009】なお、空気−燃料噴射は、スパークプラグ
9によりスパークを飛ばす直前までに完了していれよい
が、どの時期にどの位置に濃混合気が溜っているかは、
噴射時期が遅い方がコントロールし易く、逆に、早い時
期に噴射すれば、コントロールが困難になる。従って、
濃混合気のコントロールという観点からすれば、噴射時
期をできるだけ遅くするのが望ましいが、噴射時期が遅
くなると噴射圧を高める必要が生じるので、それらのバ
ランスを考慮して噴射時期、噴射圧を定めるべきであ
る。また、噴射圧を上げるには、コンプレッサを基本と
する蓄圧式の噴射系を構成し、ニードルタイプの噴射弁
から噴射させることが考えられ、この場合の調量、調時
は電気式に行い、噴射圧力としては2〜3気圧が適当で
ある。
The air-fuel injection may be completed just before the spark is blown by the spark plug 9. However, at what time and at what position the rich mixture is stored.
The later the injection timing, the easier it is to control, while the earlier the injection, the more difficult it is to control. Therefore,
From the viewpoint of controlling the rich mixture, it is desirable to delay the injection timing as much as possible.However, if the injection timing is delayed, it is necessary to increase the injection pressure. Therefore, the injection timing and the injection pressure are determined in consideration of their balance. Should. In order to increase the injection pressure, it is conceivable to construct a pressure-accumulation type injection system based on a compressor and inject from a needle type injection valve. In this case, the metering and timing are performed electrically, As the injection pressure, 2-3 atm is appropriate.

【0010】このような本発明の方法によれば、後述の
実施例から分かるように、低燃費、低汚染な燃焼を実現
することができる。しかも、燃料のみを圧縮行程で噴射
する無気噴射で局部的に濃混合気を作る場合には、50
気圧程度の噴射圧を必要とし、噴射装置が高価になるの
に対し、上記空気−燃料噴射では、非常に低い圧力、例
えば1〜2気圧で筒内噴射を行うこともできるため、装
置を低廉化することが可能になる。また、後述の実施例
から明らかなように、通常のエンジンにおける空燃比1
5に対し、空燃比70で運転することができる。
According to such a method of the present invention, low fuel consumption and low pollution combustion can be realized as will be understood from the embodiments described later. In addition, in the case of locally producing a rich air-fuel mixture by airless injection in which only fuel is injected in the compression stroke, 50
Injection pressure of about atmospheric pressure is required, and the injection device becomes expensive. On the other hand, in the air-fuel injection, in-cylinder injection can be performed at a very low pressure, for example, 1 to 2 atm. Will be possible. Further, as will be apparent from the embodiment described later, the air-fuel ratio of a normal engine is 1 unit.
5, it can be operated at an air-fuel ratio of 70.

【0011】[0011]

【実施例】以下に、本発明についての実験例を示す。実
験は、まず、本発明の方法を広い回転数及び負荷の範囲
にわたって適用し、気化器とほぼ同程度の出力及び燃費
での運転が可能であることを確かめた。これにより、あ
る運転範囲では、気化器と比べて最高25%程度の希薄
燃焼が可能であることがわかった。また、スロットル全
開時には、ある回転数範囲で無負荷運転に至るまで空燃
比を十分に大きくできることを見出した。特に、主燃焼
室に連通する小さな副室内にスパークプラグを設置し、
リードノズルからの空気・燃料噴霧をそれに吹き付ける
場合には、A/F=70程度までの安定した無負荷運転
が可能であることがわかった。また、定格出力の6〜1
8%までの出力範囲では、A/F=22〜25程度まで
の希薄燃焼が可能なことを確かめた。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. Experiments first confirmed that the method of the present invention was applied over a wide range of rotation speeds and loads, and that it was possible to operate at almost the same power and fuel efficiency as a carburetor. As a result, it has been found that in a certain operation range, lean combustion of up to about 25% is possible as compared with a carburetor. Also, it has been found that when the throttle is fully opened, the air-fuel ratio can be sufficiently increased up to a no-load operation within a certain rotational speed range. In particular, a spark plug is installed in a small sub-chamber communicating with the main combustion chamber,
It has been found that when air / fuel spray from the lead nozzle is blown onto it, stable no-load operation up to A / F = 70 is possible. In addition, the rated output 6-1
It has been confirmed that in the output range up to 8%, lean burn up to A / F = about 22 to 25 is possible.

【0012】供試したエンジンは、図1に示すような汎
用のサイドバルブ式4サイクル単気筒ガソリン機関であ
り、ボア66mm、ストローク53mm、排気量181
ccで、最大出力は、3.7kw/4200min-1
圧縮比6.4のカム軸駆動式エンジンである。空気・燃
料噴射用のコンプレッサ2としては、ボア22.4m
m、ストローク19mm、排気量7.5ccの4サイク
ルエンジン(模型飛行機用)を改造して転用した。具体
的には、混合気の吐出に排気弁を利用し、排気側のカム
を加工して、本来の圧縮行程で噴射が行われるようにす
ると共に、吸気弁作動期間を若干狭めるように改造し
た。排気弁の作動期間はほぼ180度であった。このコ
ンプレッサ2は、その本来の吸入行程において、小型気
化器から混合気を吸入し、これを圧縮行程で圧縮し、噴
射弁(リードノズル)10からスパークプラグ9にその
空気と燃料噴霧を吹き付けるものである。
The engine tested was a general-purpose, side-valve, four-cycle, single-cylinder gasoline engine as shown in FIG. 1, having a bore of 66 mm, a stroke of 53 mm, and a displacement of 181.
cc, the maximum output is 3.7 kw / 4200 min -1 ,
It is a camshaft driven engine with a compression ratio of 6.4. The air / fuel injection compressor 2 has a bore of 22.4 m.
A 4-cycle engine (for model airplanes) with m, stroke of 19 mm and displacement of 7.5 cc was modified and diverted. Specifically, the exhaust valve was used to discharge the air-fuel mixture, and the cam on the exhaust side was processed so that the injection was performed in the original compression stroke, and the engine was modified to slightly reduce the intake valve operation period. . The operating period of the exhaust valve was approximately 180 degrees. The compressor 2 sucks an air-fuel mixture from a small carburetor in its original suction stroke, compresses it in a compression stroke, and blows the air and fuel spray from an injection valve (lead nozzle) 10 to a spark plug 9. It is.

【0013】図2の(A)及び(B)に上記リードノズ
ルの構造を示す。このリードノズル20において、バル
ブ本体21における噴孔22を閉じるように取付けたリ
ード弁23は、厚さ0.2mmのステンレス鋼材から長
さ16mm、幅9mmに切り出したもので、噴孔径は
4.5mmである。また、このリード弁の開弁圧は、ほ
ぼ0.2MPaである。なお、エンジンには気化器を設
けているが、上記リードノズル20からの空気−燃料噴
射を行うに際しては、その気化器に燃料を供給せず、ス
ロットルバルブの機能のみを使用した。
FIGS. 2A and 2B show the structure of the lead nozzle. In this lead nozzle 20, a reed valve 23 attached so as to close an injection hole 22 in a valve body 21 is cut out of a stainless steel material having a thickness of 0.2 mm to a length of 16 mm and a width of 9 mm. 5 mm. The valve opening pressure of the reed valve is approximately 0.2 MPa. Although the engine is provided with a carburetor, when performing air-fuel injection from the lead nozzle 20, no fuel was supplied to the carburetor, and only the function of the throttle valve was used.

【0014】図1においては、主燃焼室6に連設した副
室7内にリードノズル20及びスパークプラグ9を設
け、リードノズル20からスパークプラグ9に空気と燃
料噴霧を吹き付けるようにした構造を示しているが、こ
の構造は、図5以下において説明する無負荷及び軽負荷
運転時に使用し、エンジンの全開及び負荷運転時には、
シリンダヘッドに装着したリードノズルから空気と燃料
噴霧をスパークプラグに吹き付ける構造のものを使用し
た。
FIG. 1 shows a structure in which a lead nozzle 20 and a spark plug 9 are provided in a sub-chamber 7 connected to a main combustion chamber 6, and air and fuel spray are blown from the lead nozzle 20 to the spark plug 9. Although this structure is shown, this structure is used at the time of no-load and light-load operation described in FIG.
A structure in which air and fuel spray were sprayed from a lead nozzle mounted on a cylinder head to a spark plug was used.

【0015】燃料噴射時期は、噴射圧力が低いために、
図3に示すように、エンジンの吸気行程から圧縮行程の
前半に設定したが、部分負荷時には、可能な限り噴射時
期を遅らせるように配慮した。なお、図中の噴射時期
は、実験の便宜上、コンプレッサの上死点を表示したも
のである。機関動力の吸収には、渦電流式動力計を使用
し、エンジンの空気流量は丸型ノズルにより、またコン
プレッサの空気流量は乾式ガスメータで測定した。
[0015] The fuel injection timing is low because the injection pressure is low.
As shown in FIG. 3, the injection stroke is set in the first half of the compression stroke from the intake stroke of the engine. However, at the time of partial load, consideration was given to delaying the injection timing as much as possible. In addition, the injection timing in the figure shows the top dead center of the compressor for convenience of the experiment. An eddy current dynamometer was used to absorb the engine power. The air flow rate of the engine was measured by a round nozzle, and the air flow rate of the compressor was measured by a dry gas meter.

【0016】実験においては、機関回転速度が3000
min-1における噴霧の連続写真を撮影したが、噴霧の
形状が扇形で、特に、噴射後期にはかなり広い範囲に噴
射されていることがわかった。また、この写真及びリー
ドノズルにストレーンゲージを貼付して行った測定の結
果から推察すると、噴射期間は160〜200°CAと
考えられる。
In the experiment, the engine speed was 3000
A continuous photograph of the spray at min -1 was taken, and it was found that the spray was fan-shaped, and that the spray was sprayed over a fairly wide range, especially in the latter half of the spray. In addition, when inferred from this photograph and the result of measurement performed by attaching a strain gauge to the lead nozzle, the injection period is considered to be 160 to 200 ° CA.

【0017】図4の(A)〜(E)は、スロットル全開
時の出力、燃費、HC、CO及びNOX 濃度を空燃比に
対してプロットして、気化器との性能比較を行ったもの
である。測定に際しては、事前に燃料噴射時期を変えて
機関性能の測定を行ったが、噴射時期による出力性能の
変化は殆ど認められなかった。但し、HC、CO濃度に
関しては若干の変化が認められたので、HC濃度が最も
低くなる噴射時期を最適噴射時期として設定した。この
噴射時期は、コンプレッサピストンの上死点を噴射時期
を代表する値として採用すると、280°CA−BTD
Cである。図に示されるように、出力及び燃料消費率に
関しては、気化器との間に大きな差異は認められなかっ
た。但し、出力に関しては、コンプレッサの駆動損失を
別に測定して補正を行っている。3600min-1にお
いては、スロットル全開のままで無負荷運転を行うこと
が可能であり、ある種の層状化によって、気化器と比べ
て最大で25%程度のリーンバーンが可能なことがわか
った。なお、本実験の場合には、噴射を空気流に対向し
て行わせたので、混合気が適度に撹拌されて良好な混合
が得られ、気化器と比べて火炎速度が増加して効率の良
い燃焼が行われたと考えられる。
[0017] (A) ~ in FIG 4 (E) are those output during full throttle, fuel efficiency, HC, and CO and NO X concentration plotted against air, the performance was compared with the vaporizer It is. At the time of measurement, the engine performance was measured by changing the fuel injection timing in advance, but almost no change in the output performance due to the injection timing was recognized. However, since slight changes were observed in the HC and CO concentrations, the injection timing at which the HC concentration became the lowest was set as the optimal injection timing. When the top dead center of the compressor piston is adopted as a value representing the injection timing, this injection timing is 280 ° CA-BTD.
C. As shown in the figure, there was no significant difference between the carburetor and the output in terms of power and fuel consumption. However, the output is corrected by measuring the drive loss of the compressor separately. At 3600 min −1 , no-load operation can be performed with the throttle fully open, and it has been found that a certain stratification can achieve a maximum of about 25% lean burn compared to a carburetor. In the case of this experiment, the injection was performed in opposition to the air flow, so that the air-fuel mixture was appropriately stirred and good mixing was obtained. It is considered that good combustion was performed.

【0018】図5の(A)〜(E)は、スロットル開度
1/4での機関性能を示すものである。これを全開運転
と比べると、噴射時期のより広い範囲で良好な結果が得
られているが、これは、部分負荷では筒内圧が低下し
て、噴霧がより良好なものとなったためと考えられる。
全般的には、出力及び燃費率に関しては、噴射によりほ
ぼ気化器なみの性能が得られ、気化器に比べて若干の希
薄燃焼が可能になったものといえる。
FIGS. 5A to 5E show the engine performance at a throttle opening of 1/4. Compared with the full-open operation, good results were obtained over a wider range of injection timing, but this is probably because the in-cylinder pressure was reduced at partial load, resulting in better spraying. .
In general, with respect to the output and the fuel efficiency, it can be said that the injection provided a performance almost equal to that of a carburetor, and enabled a slight lean burn as compared with the carburetor.

【0019】以上においては、サイドバルブ式エンジン
にリードバルブを装着して空気・燃料噴射を行った場合
に、気化器の場合とほぼ同程度の性能が得られ、最大2
5%程度の希薄燃焼が可能ではあったが、そのままで
は、より一層の希薄燃焼を図るのは困難であった。そこ
で、図1に示すような容積7.7ccの副室7を主燃焼
室6に付設し、スパークプラグ9及びリードノズル20
をその中に装着して機関の運転を試みた。但し、この場
合には、圧縮比は6.1まで低下した。副室及び主燃焼
室間の連絡通路径は12mmである。なお、エンジンの
点火は、クランク軸でディストリビュータを駆動して、
セミトランジスタ方式による点火により行った。
In the above, when a reed valve is attached to a side-valve engine and air / fuel injection is performed, almost the same performance as that of the carburetor is obtained.
Although lean combustion of about 5% was possible, it was difficult to achieve further lean combustion as it is. Therefore, a sub-chamber 7 having a capacity of 7.7 cc as shown in FIG.
Was put in it and tried to operate the engine. However, in this case, the compression ratio dropped to 6.1. The diameter of the communication passage between the sub chamber and the main combustion chamber is 12 mm. The ignition of the engine drives the distributor with the crankshaft,
The ignition was performed by a semi-transistor method.

【0020】図6は、回転速度1300min-1での無
負荷運転時の可燃限界の比較を示すものであり、点火時
期に対して運転可能なA/Fをプロットしている。図に
見られるように、気化器ではA/F=14程度までしか
運転できないのに対して、供試筒内噴射方式ではA/F
=70程度のかなり安定したリーンバーンが可能であっ
た。図7は、この場合の燃焼圧力のサイクル変動率を点
火時期に対してプロットしたものである。点火時期が遅
くなるほど変動率が大きくなっているが、燃料・空気噴
射の場合には、点火時期の広い範囲で気化器よりも良好
な結果が得られている。図8の(A)〜(C)は、H
C、CO及びNOX 濃度を点火時期に対してプロットし
たものである。図に見られるように、空気−燃料噴射の
場合には、点火時期の広い範囲において気化器よりも安
定した低汚染な運転が可能である。
FIG. 6 shows a comparison of the flammability limits during the no-load operation at a rotational speed of 1300 min -1 , and plots the operable A / F with respect to the ignition timing. As can be seen from the figure, the carburetor can only operate up to A / F = 14, while the in-cylinder injection method uses the A / F.
A considerably stable lean burn of about = 70 was possible. FIG. 7 is a graph in which the cycle fluctuation rate of the combustion pressure in this case is plotted with respect to the ignition timing. Although the fluctuation rate increases as the ignition timing is delayed, in the case of fuel / air injection, better results are obtained than in the carburetor over a wide range of ignition timing. (A) to (C) of FIG.
C, in which CO and NO X concentrations were plotted against the ignition timing. As shown in the figure, in the case of air-fuel injection, stable operation with less pollution than a carburetor is possible in a wide range of ignition timing.

【0021】このように、回転速度1300min-1
の無負荷運転では、A/F=70までの希薄燃焼が可能
なことが実証されたが、それに引き続いて、供試筒内噴
射方式での可能負荷範囲を求めて実験を行った。図9
は、筒内噴射での運転可能なトルクの範囲を示すもので
ある。全開及び負荷運転時にはスパークプラグをシリン
ダヘッドに取付けて運転しているが、この場合のA/F
は気化器とほぼ同程度である。これに対して、無負荷及
び軽負荷運転時には、副室内にスパークプラグ及び噴射
弁を装着して運転しているが、このときのA/Fは32
〜70である。しかし、希薄燃焼が可能な運転範囲は、
各種条件によって更に広げることが期待できる。
As described above, in the no-load operation at a rotation speed of 1300 min -1 , it was proved that the lean combustion up to A / F = 70 was possible. An experiment was performed to determine the possible load range. FIG.
Indicates the range of operable torque in in-cylinder injection. At the time of full opening and load operation, the spark plug is mounted on the cylinder head for operation.
Is about the same as a vaporizer. On the other hand, at the time of no-load and light-load operation, the operation is performed with the spark plug and the injection valve installed in the sub-chamber.
~ 70. However, the operating range where lean burn is possible is
Further expansion can be expected depending on various conditions.

【0022】上記実験例によれば、低圧のエア・アシス
ト式筒内噴射により、4サイクルガソリンエンジンにお
いて、高圧噴射と同様な希薄燃焼が可能となり、それに
よって、気化器の場合に比べてほぼ同程度の出力及び燃
料消費率が得られ、また、噴射時期及びスロットル開度
を変化させた場合でも、気化器に比べてほぼ同程度の機
関性能を得ることができた。更に、上記空気−燃料混合
噴射では、噴射圧が低圧であるにもかかわらず良好な噴
霧を得ることができた。また、副室への噴射と点火で
は、 (1)アイドリング運転時には、A/F=70程度のか
なり安定した希薄燃焼が可能であった。 (2)運転可能な負荷範囲に関しては、A/F=35〜
48の範囲では最大出力の2〜7%、A/F=22〜3
5の範囲では6〜18%の出力が得られた。 以上要するに、低圧の空気・燃料噴射方式によって、4
サイクルガソリン機関において、A/F=70程度まで
のリーンバーンが可能なことを実証し得たのである。
According to the above experimental example, low-pressure air-assisted in-cylinder injection enables lean combustion similar to high-pressure injection in a four-stroke gasoline engine, thereby making it almost the same as in a carburetor. About the same output and fuel consumption rate were obtained, and even when the injection timing and the throttle opening were changed, almost the same engine performance as the carburetor could be obtained. Further, in the air-fuel mixture injection, a good spray could be obtained despite the low injection pressure. In addition, in the injection and ignition of the sub chamber, (1) during idling operation, fairly stable lean combustion with A / F = 70 was possible. (2) Regarding the operable load range, A / F = 35 to
In the range of 48, 2 to 7% of the maximum output, A / F = 22 to 3
In the range of 5, an output of 6 to 18% was obtained. In short, the low-pressure air / fuel injection system
In a cycle gasoline engine, it has been demonstrated that lean burn up to A / F = 70 is possible.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上に詳述した本発明の低圧筒内噴射に
よる希薄燃焼方法によれば、4サイクルエンジンにおい
て、コンプレッサなどの簡単な圧縮機構を用いて低圧で
筒内噴射を行うことにより、燃費の向上並びに排気有害
成分の低減を図り、また、空気と燃料とを混合して、吸
気行程ないしは圧縮工程の前半の筒内が低圧の間におけ
る空気−燃料噴射を行うことにより、燃料のみを圧縮行
程で噴射する無気噴射と比較して、より低い圧力で噴霧
を微細化して希薄燃焼させることができる。
According to the lean-burn method using low-pressure in-cylinder injection of the present invention described in detail above, in-cylinder injection is performed at a low pressure using a simple compression mechanism such as a compressor in a four-cycle engine. In order to improve fuel efficiency and reduce exhaust harmful components, and by mixing air and fuel and performing air-fuel injection during low pressure in the cylinder in the first half of the intake stroke or compression process, only fuel is injected. Compared to the anaerobic injection that is injected in the compression stroke, the spray can be made finer at a lower pressure to perform lean combustion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る希薄燃焼方法を適用する4サイク
ルエンジンの構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a four-cycle engine to which a lean burn method according to the present invention is applied.

【図2】(A)及び(B)は、上記エンジンにおいて用
いているリードノズルの正面図及び下面図である。
FIGS. 2A and 2B are a front view and a bottom view of a lead nozzle used in the engine.

【図3】燃料噴射時期についての説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a fuel injection timing.

【図4】(A)〜(E)は、スロットル全開時の出力、
燃費、CO、HC及びNOX 濃度を空燃比に対してプロ
ットし、気化器との性能比較を行った実験結果のグラフ
である。
FIGS. 4A to 4E show outputs when the throttle is fully opened,
Fuel, CO, HC and NO X concentration plotted against air is a graph of the experimental results of performance comparison between the carburetor.

【図5】(A)〜(E)は、スロットル開度1/4での
図4と同様な機関性能を示す実験結果のグラフである。
5 (A) to 5 (E) are graphs of experimental results showing engine performance similar to FIG. 4 at a throttle opening of 1/4.

【図6】点火時期に対して運転可能なA/Fをプロット
し、回転速度1300min-1での無負荷運転時の可燃
限界の比較を示す実験結果のグラフである。
FIG. 6 is a graph of experimental results showing a comparison of flammability limits during a no-load operation at a rotational speed of 1300 min −1 by plotting an operable A / F with respect to an ignition timing.

【図7】図6の場合の燃焼圧力のサイクル変動率を点火
時期に対してプロットした実験結果のグラフである。
FIG. 7 is a graph of an experimental result in which the cycle fluctuation rate of the combustion pressure in the case of FIG. 6 is plotted with respect to the ignition timing.

【図8】(A)〜(C)は、HC、CO及びNOX 濃度
を点火時期に対してプロットした実験結果のグラフであ
る。
8 (A) ~ (C) is a graph of experimental results of plotting HC, and CO and NO X concentration with respect to the ignition timing.

【図9】筒内噴射での運転可能なトルクの範囲を示すグ
ラフである。
FIG. 9 is a graph showing a range of operable torque in in-cylinder injection.

【符号の説明】 1 エンジン本体 2 コンプレッサ(圧縮機構) 6 主燃焼室 7 副室 9 スパークプラグ 10 噴射弁[Description of Signs] 1 Engine main body 2 Compressor (compression mechanism) 6 Main combustion chamber 7 Sub chamber 9 Spark plug 10 Injection valve

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】4サイクルエンジンにおいて、空気と燃料
とを混合した濃混合気を、吸気行程から圧縮行程の前半
に至るまでの気筒内が低圧の間に、圧縮機構によりエン
ジンの回転と連動させた噴射弁を介して4気圧以下の低
圧で筒内に噴射し、これを燃焼室の一局部に滞留させた
状態でスパークプラグで点火することにより、筒内燃料
直接噴射による希薄燃焼を行わせる、ことを特徴とする
エンジンの低圧筒内噴射による希薄燃焼方法。
In a four-stroke engine, a rich mixture of air and fuel is interlocked with rotation of the engine by a compression mechanism during a low pressure in a cylinder from an intake stroke to a first half of a compression stroke. The fuel is injected into the cylinder at a low pressure of 4 atm or less through the injection valve, and is ignited by a spark plug in a state where the fuel stays in one part of the combustion chamber to perform lean combustion by direct fuel injection in the cylinder. And a lean burn method using low-pressure in-cylinder injection of the engine.
【請求項2】請求項1に記載の方法において、燃焼室内
に供給した燃料を滞留させる一局部を、主燃焼室に開口
する副室とした、ことを特徴とするエンジンの低圧筒内
噴射による希薄燃焼方法。
2. The method according to claim 1, wherein a local portion for retaining the fuel supplied into the combustion chamber is a sub-chamber opening to the main combustion chamber. Lean combustion method.
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Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62191614A (en) * 1986-02-18 1987-08-22 Mazda Motor Corp Fuel injection type engine
JPS62191618A (en) * 1986-02-18 1987-08-22 Mazda Motor Corp Fuel injector for fuel injection type multicylinder engine
JPS6435045A (en) * 1987-07-30 1989-02-06 Mazda Motor Fuel injection controller for engine
JPS6487835A (en) * 1987-09-29 1989-03-31 Toyota Motor Corp Internal combustion engine of within cylinder injection type
JPH0220755U (en) * 1988-07-27 1990-02-13
JPH04292574A (en) * 1991-03-20 1992-10-16 Sanshin Ind Co Ltd Fuel injection device of two-cycle engine
JPH0626390A (en) * 1992-07-08 1994-02-01 Mazda Motor Corp Control device for 2-cycle engine
JPH0763142A (en) * 1993-08-24 1995-03-07 Mazda Motor Corp Fuel injection pressure control device for direct injection engine
JPH08312401A (en) * 1994-11-17 1996-11-26 Mitsubishi Motors Corp Fuel injection control device for spark ignition internal combustion engine of cylinder injection type
JPH08326630A (en) * 1995-05-31 1996-12-10 Yamaha Motor Co Ltd Fuel injection type internal combustion engine
JPH09126003A (en) * 1995-11-06 1997-05-13 Hitachi Ltd Control device for cylinder injection engine
JPH09166039A (en) * 1995-12-15 1997-06-24 Nissan Motor Co Ltd Fuel injector for inter-cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine
JPH1089125A (en) * 1996-09-10 1998-04-07 Nissan Motor Co Ltd Fuel injection control device in direct injection type gasoline internal combustion engine
JPH10176563A (en) * 1996-12-19 1998-06-30 Toyota Motor Corp Fuel injection controller for internal combustion engine of cylinder injection type
JPH10220265A (en) * 1997-02-03 1998-08-18 Mazda Motor Corp Fuel injection device of engine
JPH112145A (en) * 1997-06-13 1999-01-06 Mitsubishi Motors Corp Cylinder injection type internal combustion engine

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62191614A (en) * 1986-02-18 1987-08-22 Mazda Motor Corp Fuel injection type engine
JPS62191618A (en) * 1986-02-18 1987-08-22 Mazda Motor Corp Fuel injector for fuel injection type multicylinder engine
JPS6435045A (en) * 1987-07-30 1989-02-06 Mazda Motor Fuel injection controller for engine
JPS6487835A (en) * 1987-09-29 1989-03-31 Toyota Motor Corp Internal combustion engine of within cylinder injection type
JPH0220755U (en) * 1988-07-27 1990-02-13
JPH04292574A (en) * 1991-03-20 1992-10-16 Sanshin Ind Co Ltd Fuel injection device of two-cycle engine
JPH0626390A (en) * 1992-07-08 1994-02-01 Mazda Motor Corp Control device for 2-cycle engine
JPH0763142A (en) * 1993-08-24 1995-03-07 Mazda Motor Corp Fuel injection pressure control device for direct injection engine
JPH08312401A (en) * 1994-11-17 1996-11-26 Mitsubishi Motors Corp Fuel injection control device for spark ignition internal combustion engine of cylinder injection type
JPH08326630A (en) * 1995-05-31 1996-12-10 Yamaha Motor Co Ltd Fuel injection type internal combustion engine
JPH09126003A (en) * 1995-11-06 1997-05-13 Hitachi Ltd Control device for cylinder injection engine
JPH09166039A (en) * 1995-12-15 1997-06-24 Nissan Motor Co Ltd Fuel injector for inter-cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine
JPH1089125A (en) * 1996-09-10 1998-04-07 Nissan Motor Co Ltd Fuel injection control device in direct injection type gasoline internal combustion engine
JPH10176563A (en) * 1996-12-19 1998-06-30 Toyota Motor Corp Fuel injection controller for internal combustion engine of cylinder injection type
JPH10220265A (en) * 1997-02-03 1998-08-18 Mazda Motor Corp Fuel injection device of engine
JPH112145A (en) * 1997-06-13 1999-01-06 Mitsubishi Motors Corp Cylinder injection type internal combustion engine

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