WO2012157483A1 - 筒内噴射式エンジン及びその燃料噴射方法 - Google Patents

筒内噴射式エンジン及びその燃料噴射方法 Download PDF

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WO2012157483A1
WO2012157483A1 PCT/JP2012/061848 JP2012061848W WO2012157483A1 WO 2012157483 A1 WO2012157483 A1 WO 2012157483A1 JP 2012061848 W JP2012061848 W JP 2012061848W WO 2012157483 A1 WO2012157483 A1 WO 2012157483A1
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cylinder
longitudinal section
section
spray
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PCT/JP2012/061848
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Inventor
木原 裕介
助川 義寛
一浩 押領司
岡本 多加志
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an in-cylinder injection engine having a multi-hole type fuel injection valve that directly injects fuel into a cylinder (combustion chamber) and a fuel injection method thereof.
  • a pair of intake ports are provided symmetrically across a central longitudinal section that equally divides the cylinder bore into left and right, and The multi-hole type fuel injection valve is arranged on a central longitudinal section (see Patent Documents 1 and 2, etc.).
  • PM particulate matter
  • the tumble flow (longitudinal vortex) generated at the time of air intake from the intake port to the combustion chamber is strengthened to improve the degree of air-fuel mixing and to make the mixture concentration distribution in the cylinder uniform.
  • a technique for achieving this is generally used.
  • the tumble flow is a flow of air that is sucked into the combustion chamber from the intake port, and is a vertical vortex that rotates in a plane parallel to the central longitudinal section that equally divides the cylinder bore into left and right.
  • the fuel is agitated by the air flow and mixing with the air proceeds, but it moves in the direction perpendicular to the tumble flow (direction perpendicular to the central longitudinal section). Since there is no flow, mixing of the fuel and air does not progress so much, and unevenness in the mixture concentration distribution in the cylinder (hereinafter sometimes simply referred to as “unevenness of mixture”) occurs. In this case, even if the tumble flow is strengthened, the air-fuel mixture unevenness cannot be improved.
  • the direction of fuel spray injected from the fuel injection valve, etc. (the number, position and orientation of the injection holes of the fuel injection valve, the mounting position of the fuel injection valve) , Posture, fuel injection timing, etc.) are known to be devised, but no technology has been found in the past that could effectively improve air-fuel mixture unevenness by devising the direction of fuel spray. .
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and the object thereof is to make the air-fuel mixture concentration distribution in the cylinder as uniform as possible by the ignition timing, and thereby the particles
  • An object of the present invention is to provide an in-cylinder injection engine that can effectively suppress emission of particulate matter (PM).
  • an in-cylinder injection engine is provided with a pair of left and right intake ports symmetrically across a central longitudinal section that equally divides a cylinder bore into left and right, and on the central longitudinal section.
  • a multi-hole type fuel injection valve for directly injecting fuel into the combustion chamber is provided, and a left end longitudinal section and a right end that are parallel to the central longitudinal section through the outer ends in the left-right direction at the downstream ends of the pair of intake ports It is characterized in that two or more fuel sprays injected from the fuel injection valve are directed to the left and right regions defined by the vertical cross section and the cylinder bore wall surface and having a cross section of a bow shape.
  • two or more fuel sprays injected from the fuel injection valves are directed to the left and right regions of the cross-sectional arc shape located outside the intake port. Therefore, the two or more fuel sprays are brought close to each other, so that the adjacent fuel sprays interfere with each other to generate a larger air flow than usual, and the air flow generated by the fuel sprays.
  • the air-fuel mixture concentration distribution in the combustion chamber can be made uniform, whereby the discharge of particulate matter (PM) can be effectively suppressed.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a direct injection engine according to the present invention.
  • the side view which shows the fuel spray injected from the fuel injection valve shown by FIG. JJ sectional drawing of FIG.
  • the schematic side perspective figure which shows the mode of the fuel spray immediately after the fuel is injected from the fuel injection valve of 1st Embodiment.
  • the schematic plane perspective view which shows the mode of the fuel spray immediately after the fuel is injected from the fuel injection valve of 1st Embodiment.
  • the figure used for description of the tumble flow region and the stagnation region in the engine of the first embodiment The figure used for description of the behavior of fuel spray when there is a single or sufficient space around the spray.
  • FIG. 6 is a schematic plan perspective view showing a first modification of the first embodiment.
  • FIG. 3 which shows the modification 2 of 1st Embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic plan perspective view showing a second modification of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic plan perspective view showing a conventional example.
  • the schematic side surface perspective view which shows the mode of the fuel spray immediately after fuel was injected from the fuel injection valve of 2nd Embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of an in-cylinder injection engine according to the present invention.
  • the engine 20 in the illustrated embodiment is, for example, an in-line 4-cylinder in-cylinder gasoline engine having a cylinder of 500 cc and a compression ratio of about 10, a cylinder 22 including a cylinder head 22a and a cylinder block 22b,
  • the piston 25 is slidably fitted in each cylinder, and the piston 25 is connected to the crankshaft 24 via a connecting rod 26.
  • a combustion chamber 27 having a ceiling portion having a predetermined shape for example, a pent roof shape
  • an ignition signal having a high voltage from an ignition coil is formed.
  • a spark plug 45 to be supplied is provided.
  • the air used for the combustion of fuel is from an air cleaner (not shown), a tubular passage portion (throttle body, etc.) where an electric throttle (valve) is arranged, a collector 23, an intake manifold (manifold) 34, an intake port
  • Each cylinder passes through an intake valve 30, 37 that is opened and closed by an intake camshaft 36, which passes through an intake passage 30 composed of 35, 35, etc. and is disposed at the downstream end (end of intake ports 35, 35). It is sucked into the combustion chamber 27.
  • a multi-hole type fuel injection valve 40 (which will be described in detail later) is provided at the lower portion of the cylinder head 22a on the intake side, and the air sucked into the combustion chamber 27 and the fuel injection valve 40 are injected.
  • the fuel / air mixture is burned by spark ignition by the spark plug 45, and the combustion exhaust gas (exhaust gas) is discharged from the combustion chamber 27 through an exhaust valve 47 driven to open and close by an exhaust camshaft 46.
  • the exhaust gas is discharged to the outside (in the atmosphere) through an exhaust passage 50 including an exhaust manifold and an exhaust pipe.
  • the exhaust passage 50 is provided with an exhaust purification catalyst (three-way catalyst) 55 and an air-fuel ratio sensor or the like (not shown).
  • various controls of the engine 20 that is, fuel injection control (control of fuel injection amount, fuel injection timing, etc.) by the fuel injection valve 40 provided for each cylinder, ignition timing control by the spark plug 45, etc.
  • fuel injection control control of fuel injection amount, fuel injection timing, etc.
  • ignition timing control by the spark plug 45, etc.
  • a control unit which is well known per se and is not shown and described.
  • the fuel in the fuel tank is supplied to the fuel injection valve 40 by adjusting the fuel pressure to a predetermined fuel pressure by a fuel supply mechanism including a fuel pump, a fuel pressure regulator, and the like.
  • An amount of fuel is injected into the combustion chamber 27.
  • the exhaust valve 47 is closed at the exhaust stroke top dead center (TDC), and the intake valve 37 is opened at the exhaust stroke top dead center (TDC).
  • the valve period is 220 deg in crank angle.
  • the downstream portion (the intake manifold 34 and the intake port 35 portion) of the intake passage 30 connected to each cylinder is bifurcated into a cylinder bore (wall surface).
  • 22i is divided into left and right (upper and lower in FIGS. 5 and 6) central vertical cross-section SC (through the center line O of the cylinder bore 22i and extending in the front (intake) -rear (exhaust) direction)
  • a pair of intake ports 35, 35 are provided symmetrically, and six injections for directly injecting fuel into the combustion chamber 27 on the central longitudinal section SC (between the intake ports 35-35) in the lower portion of the cylinder head 22a on the intake side.
  • a multi-hole type fuel injection valve 40 having a hole is provided.
  • the intake valves 37, 37 are opened during the intake stroke, and the piston 25 is lowered so that air flows into the combustion chamber 27 from the intake ports 35, 35.
  • the intake port 35 is curved in an elliptical arc shape when viewed from the side, the flow is separated from the inside with a small curvature, and the intake port 35 is in a period when it flows from the intake valve 37.
  • the flow is biased to the upper side of 35, and the upper flow velocity becomes faster. Therefore, in the combustion chamber 27, a tumble flow (vertical vortex) rotating clockwise as viewed from the side is generated, as indicated by reference numeral 16 in FIGS. 11, 13, 15, 17, and the like.
  • the longitudinal sections parallel to the central longitudinal section SC through the outer ends (left end 35L, right end 35R) in the left-right direction at the downstream ends of the pair of left and right intake ports 35, 35 are respectively left end. If the longitudinal section SL and the right end longitudinal section SR are taken, the tumble flow is generated by the air flow flowing in from the intake ports 35, 35. Therefore, as shown in FIG. 6, the left end longitudinal section SL and the right end longitudinal section SR
  • the regions 22L and 22R having an arcuate cross section defined by the cylinder bore wall surface 22i are stagnation regions where the flow is very weak, and the region 22C between the left end vertical section SL and the right end vertical section SR is a tumble. It becomes a region where air flow is strong where flow exists.
  • the fuel sprays 10a to 10f injected from the six nozzle holes of the fuel injection valve 40 have a conical shape that expands toward the tip side as shown in the side view in FIGS. Taking a JJ cross section 30 mm below, as shown in FIG. 3, it is formed symmetrically about the central longitudinal section SC, and as shown in FIG. 5, sprays 10c and 10e and spray 10d and 10f are not so far apart, and the angle formed by the sprays 10c and 10d is set to be relatively large, and the angle formed by the sprays 10e and 10f is set to be larger than the angle formed by the sprays 10c and 10d. Has been.
  • the mounting posture and position of the fuel injection valve 40 are as follows. That is, as shown in FIGS. 4 and 5, the fuel sprays 10a and 10b (center axes thereof) are located on the central longitudinal section SC, and the fuel spray 10a is closest to the spark plug 45 (at the top). In addition, the fuel sprays 10c and 10e are directed to the left stagnation region 22L having the above-mentioned cross-sectional arc shape, and the postures and positions are such that the fuel sprays 10d and 10f are directed to the right stagnation region 22R having the above-mentioned cross-sectional arc shape. It is installed at.
  • FIGS. 4 and 5 show the state immediately after fuel injection, where the fuel sprays 10c and 10e are directed to the left stagnation region 22L, and the fuel sprays 10d and 10f are directed to the right stagnation region 22R.
  • the spray interference is to enhance the air flow generated by the spray. By increasing the cross-sectional area of the fuel spray due to the spray interference, the space occupied by the fuel spray is increased, producing a stronger air flow than when there is no interference. can do.
  • FIGS. 7 and 8 show a state in which one spray is used or the spray interval is sufficiently wide.
  • the injected spray generates air flow by pushing air with the spray itself, and when the spray moves, shear force is generated between the fuel droplet and air, and air flow is generated around the fuel spray. .
  • the air flow around the spray is balanced, and as shown in FIG. 8, the spray shape is maintained and the vehicle moves straight, and the air flow in the same traveling direction as the spray is sprayed. Maintained around.
  • FIG. 9 when two sprays are brought close to each other, the air flow generated between the sprays interferes with each other, resulting in an air flow that attracts the sprays. Therefore, as shown in FIG. 10, the sprays are combined to form one spray with a large spray width, and more air is moved than when the two sprays proceed without interference, The generated air flow can be strengthened.
  • the fuel injection (start) timing in the present embodiment is such that the fuel sprays 10c to 10f reach the cylinder bore wall surface 22i without colliding with the crown surface 25a of the piston 25, in other words, the intersections of the fuel sprays 10c to 10f. 11 deg to 11 f are set to 100 degATDC so as to be located above the crown surface 25 a of the piston 25.
  • FIGS. A tumble flow 16 is generated in the combustion chamber 27, and the fuel sprays 10a and 10b travel to the exhaust side and the fuel sprays 10c to 10f travel to the side stagnation regions 22L and 22R while flowing in the rotational direction of the tumble flow.
  • the fuel sprays 10c and 10e and the fuel sprays 10d and 10f are in a combined spray state by interfering with each other.
  • 13 and 14 show the state of fuel spraying at 140 degATDC after 40 deg from the fuel injection (start) time.
  • the fuel sprays 10a and 10b directed to the exhaust side reach the cylinder bore wall surface 22i on the exhaust side, merge while moving along the wall surface 22i, and then rotate in the same rotational direction as the tumble flow 16 (clockwise in side view). Will be moved. Therefore, the air flow generated by the fuel sprays 10a and 10b merges with the tumble flow 16, and the tumble flow 16 has a higher speed.
  • the fuel sprays 10c and 10e and the fuel sprays 10d and 10f toward the stagnation regions 22L and 22R are less affected by the tumble flow 16 when they enter the stagnation regions 22L and 22R. Then, after reaching the cylinder bore wall surface 22i of the stagnation regions 22L and 22R, the air flow generated by the fuel sprays 10c and 10e and the fuel sprays 10d and 10f proceeds downward from the arrival position of the wall surface 22i.
  • 15 and 16 show the state of fuel spraying at 180 degATDC after 80 deg from the fuel injection (start) time.
  • the fuel sprays 10a and 10b are moved by the tumble flow 16.
  • the fuel sprays 10c and 10e and the fuel sprays 10d and 10f are lowered along the wall surfaces 22i of the stagnation regions 22L and 22R, and when they reach the piston crown surface 25a, the air flows along the piston crown surface 25a. Therefore, the traveling direction is changed inward in the radial direction.
  • the tumble flow 16 is a vertical vortex rotating in a plane parallel to the central longitudinal section SC
  • FIG. 17 shows the state of air flow at 180 degATDC.
  • a tumble flow 16 and flows 17 and 17 rotating in a direction substantially orthogonal to the tumble are generated. Therefore, the mixture of air and vaporized fuel is agitated clockwise by the tumble flow 16 in a side view, and in a direction substantially orthogonal to the tumble flow 16 generated by the fuel sprays 10c and 10e and the fuel sprays 10d and 10f.
  • the fluids 17 and 17 can be stirred.
  • the two fuel sprays 10c and 10e and the fuel sprays 10d and 10f are directed to the stagnation regions 22L and 22R, respectively, and the two fuel sprays 10c and 10e and the fuel spray are directed. Since the fuel sprays 10c and 10e and the fuel sprays 10d and 10f that are close to each other interfere with each other to generate an air flow larger than usual, the fuel sprays 10c and 10e, The air flows 17 and 17 generated by the fuel sprays 10 d and 10 f become vertical vortices that rotate in a direction substantially orthogonal to the tumble flow 16.
  • the air-fuel mixture in the combustion chamber 27 including the air present in the stagnation regions 22L and 22R that is not easily affected by the tumble flow is uniformly stirred, and the air-fuel mixture concentration distribution in the combustion chamber 27 can be made uniform. Thereby, discharge of particulate matter (PM) can be effectively suppressed.
  • the tumble flow is a symmetrical flow
  • the air-fuel mixture in the firing chamber 27 is more evenly agitated and the air-fuel mixture in the combustion chamber 27 is mixed.
  • the concentration distribution can be made more uniform.
  • the fuel injection (start) timing is set so that the fuel sprays 10c and 10e directed to the left and right stagnation regions 22L and 22R and the fuel sprays 10d and 10f reach the cylinder bore wall surface 22i without colliding with the piston crown surface 25a. Therefore, since the air flow that has reached the cylinder bore wall surface 22i flows toward the piston 25 along the cylinder bore wall surface 22i, it is possible to generate an air flow that is difficult to attenuate, and this also promotes the homogenization of the mixture concentration distribution. .
  • the number of sprays directed to the stagnation regions 22L and 22R is two (fuel sprays 10c and 10e and fuel sprays 10d and 10f).
  • the present invention provides a plurality of fuel sprays.
  • the number of sprays directed to the stagnation regions 22L and 22R may be two or more because the purpose is to generate a strong air flow that rotates in a direction orthogonal to the tumble flow by interfering with each other.
  • three fuel sprays 1c, 1e, 1g and fuel sprays 1d, 1f, 1h
  • the fuel sprays 1a and 1b correspond to the fuel sprays 10a and 10b in the above embodiment (FIGS. 3 and 5), and the spray intersections 2a to 2h are also the spray intersections 11a to 11a in the above embodiment. It is the same as 11f.
  • the fuel spray directed to other than the stagnation regions 22L and 22R is not essential, and as shown in FIGS. 20 and 21, the fuel sprays 1a and 1b are eliminated, and all the fuel sprays 1c, 1e and 1g, and the fuel The sprays 1d, 1f, and 1h may be directed to the stagnation regions 22L and 22R.
  • 22 and 23 show a conventional example (for example, estimated from the contents of Patent Documents 1 and 2), and direct each one (fuel spray 1e and fuel spray 1f) to the stagnation regions 22L and 22R.
  • the remaining four fuel sprays 1a to 1d are directed to the exhaust side.
  • the fuel sprays 1a and 1b correspond to the fuel sprays 10a and 10b of the above-described embodiment (FIGS. 3 and 5), and the spray intersections 2a to 2f are also the spray intersections 11a to 11f of the above-described embodiment. It is the same as 11f.
  • the operating conditions here are the same as in the above embodiment (engine speed 1200 r / min, charging efficiency 60%, medium load state of air-fuel ratio 14.7), and the fuel injection (start) timing is 100 degATDC.
  • FIG. 24 shows the air-fuel mixture distribution of 15 deg BTDC as the ignition timing in the conventional example
  • FIG. 25 shows the air-fuel mixture distribution in the above-described embodiment of the present invention.
  • the black region of the mixture distribution result is a region where particulate matter (PM) having an equivalence ratio larger than 2 is generated.
  • PM particulate matter
  • FIG. 26 shows a result of comparing the amounts of fuel contained in the air-fuel mixture having a large equivalence ratio. Assuming that the fuel amount in the conventional example is 100%, in the embodiment of the present invention, it is reduced to 40%, and it will be understood that the PM generation amount can be greatly reduced.
  • FIG. 27 shows a second embodiment of the in-cylinder injection engine according to the present invention.
  • the difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that a fuel injection valve 40 ′ and a spark plug 45 are arranged close to the center of the ceiling of the combustion chamber 27, and the fuel injection valve 40 ′. Is the intake side, and the spark plug 45 is the exhaust side.
  • the fuel sprays 10a to 10f injected from the fuel injection valve 40 ′ in this embodiment correspond to FIGS. 28 to 31 (corresponding to FIGS. 2 to 5 of the first embodiment, and corresponding parts are denoted by the same reference numerals. Is shown).
  • the fuel injection valve 40 ′ is installed so that the fuel spray 10 a comes to the spark plug 45 side.
  • two fuel sprays 10c and 10e and two fuel sprays 10d and 10f are directed to the stagnation regions 22L and 22R.
  • the fuel sprays 10c and 10e and the fuel sprays 10d and 10f can interfere with each other to generate a strong air flow that rotates in a direction orthogonal to the tumble flow.
  • the air-fuel mixture in the combustion chamber 27 containing the air present in the stagnation regions 22L and 22R that is not easily affected by the flow is uniformly stirred, and the air-fuel mixture concentration distribution in the combustion chamber 27 can be made uniform. Emission of particulate matter (PM) can be effectively suppressed.
  • PM can be reduced by eliminating the air-fuel mixture after the engine is warmed up, but it is also necessary to reduce unburned hydrocarbons in the fast idle immediately after starting.
  • early activation of the catalyst is attempted.
  • As a method for this there is a method of increasing the exhaust gas temperature by promoting afterburning by ignition retard. In order to achieve stable combustion during ignition retard, it is necessary to form a stratified mixture around the spark plug, contrary to the warm-up condition. The operation at fast idle in the first embodiment will be described below.
  • the engine speed is 1200r / min no-load condition, but the ignition timing is set to 15degATDC, so the charging efficiency is equivalent to 50%.
  • the fuel is injected in two at the fast idle.
  • the first fuel injection is intended to form a uniform mixture, and the same injection timing as the warm-up condition is set to 100 degATDC.
  • the second fuel injection is intended to form a stratified mixture slightly higher than the theoretical mixture ratio around the spark plug, and is set to a compression stroke of 60 degBTDC. At this time, the injection ratio for the second injection is equivalent to 40% of the total.
  • the first fuel injected at 100 degATDC forms a uniform air-fuel mixture by the air flow generated by spraying (this is equivalent to the description in Embodiment 1 and is omitted).
  • the piston crown is close to top dead center, and the injected fuel collides with the piston crown, not the cylinder bore wall. Therefore, unlike the first injection, the air flow generated by the spray flows along the piston crown surface.
  • the fuel behavior at 20degBTDC is shown in Figs.
  • the fuel sprays 10a and 10b become one lump on the piston crown surface.
  • the air flow in the combustion chamber is attenuated, and the fuel sprays 10a and 10b move from the intake side to the exhaust side due to the air flow generated by the spray, and rise after reaching the cylinder bore wall surface. It turns into a flow and moves toward the spark plug.
  • the fuel sprays 10c, 10e and the fuel sprays 10d, 10f reach the piston crown surface, they move toward the cylinder bore wall surface along the piston crown surface by the air flow generated by the spray.
  • the flow changes to an upward flow, further toward the inside along the cylinder head wall surface, and an air-fuel mixture is formed in the spark plug at the ignition timing of 15 degATDC. Since fuel is injected in the latter half of the compression stroke, the diffusion time is short, and a stratified mixture can be formed around the spark plug. As described above, also in the fuel spray of the present invention, the stratified mixture can be formed by delaying the injection timing and forming the air flow in the direction opposite to the warm-up condition. Thus, both PM reduction and unburned hydrocarbon reduction can be achieved. Can be achieved.

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Abstract

 点火時期までに筒内の混合気濃度分布を可及的に均一にすることができ、もって、粒子状物質(PM)の排出を効果的に抑えることのできる筒内噴射式エンジンを提供する。シリンダボアを左右に等分割する中央縦断面(SC)を挟んで左右対称的に一対の吸気ポート(35、35)が設けられるとともに、中央縦断面(SC)上に燃料を燃焼室(27)に直接噴射するマルチホール型の燃料噴射弁(40)が配備されている筒内噴射式エンジン(20)において、左右一対の吸気ポート(35、35)の下流端部における左右方向外端(35L、35R)を通り中央縦断面(SC)に平行な左端縦断面(SL)及び右端縦断面(SR)とシリンダボア壁面(22i)とで画成される、横断面が弓形状の左右の領域(22L、22R)に、それぞれ燃料噴射弁(40)から噴射される2本以上の燃料噴霧(10cと10e並びに10dと10f)を指向させて、タンブル流動に対して略直交する方向に強い空気流動を生成する。

Description

筒内噴射式エンジン及びその燃料噴射方法
 本発明は、燃料を筒内(燃焼室)に直接噴射するマルチホール型の燃料噴射弁を備えた筒内噴射式エンジン及びその燃料噴射方法に関する。
 マルチホール型の燃料噴射弁を備えた筒内噴射式ガソリンエンジンにあっては、通常、シリンダボアを左右に等分割する中央縦断面を挟んで左右対称的に一対の吸気ポートが設けられるとともに、前記中央縦断面上に前記マルチホール型の燃料噴射弁が配備されている(特許文献1、2等を参照)。このような筒内噴射式エンジンにおいては、排ガス中に含まれる粒子状物質(PM)の低減化が優先順位の高い課題となっている。
 粒子状物質(PM)は当量比が高い領域から生成されるため、筒内噴射式エンジンから排出されるPM低減のためには、点火時期までに筒内の混合気濃度分布をできるだけ均一にすることが重要である。
 そのため、従来においては、吸気ポートから燃焼室への空気吸入時に生成されるタンブル流動(縦渦)を強化することで空気と燃料の混合度合いを向上させて筒内の混合気濃度分布の均一化を図る手法が一般的に用いられている。また、タンブル流動の強化には、特許文献3に見られるように、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧により生成される空気流動を用いることが知られている。
特開2008-25534号公報 特開2007-107436号公報 特開2009-228579号公報
 しかしながら、タンブル流動は吸気ポートから燃焼室に吸入される空気の流動であり、シリンダボアを左右に等分割する前記中央縦断面と平行な面内で回転する縦渦であるため、タンブル流動の回転方向(側面視で時計回りもしくは反時計回り)にはその空気流動で燃料がかき混ぜられて空気との混合が進むが、タンブル流動に対して直交する方向(前記中央縦断面に直交する方向)に動く流動がないため、燃料と空気との混合がさほど進まず、筒内の混合気濃度分布にむら(以下、単に「混合気むら」と称することがある)が生じる。この場合、タンブル流動を強化しても上記混合気むらを改善することはできない。
 また、筒内噴射式エンジンの燃焼性等を向上させる手法として、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の指向方向等(燃料噴射弁の噴孔の個数、位置、向き、燃料噴射弁の取り付け位置、姿勢、燃料噴射時期等)に工夫を施すことが知られているが、従来において、燃料噴霧の指向方向等に工夫を施すことによって混合気むらを効果的に改善し得た技術は見当たらない。
 なお、燃料噴霧の指向方向等に特徴を有する筒内噴射式エンジンの例としては、特許文献1(の図6)に所載のように、前記中央縦断面を挟んで左右対称的に3対の燃料噴霧が形成されるようになし、そのうちの一対の燃料噴霧(第3の燃料噴霧)が、シリンダボアの中心線を通りかつ前記中央縦断面に直交する縦断面とシリンダボア壁面とが交差する交差線上を指向するようにした予混合圧縮自己着火式のものや、特許文献2に所載のように、燃料噴霧が吸気弁に衝突しないようにすべく、前記中央縦断面を挟んで左右対称的に、吸気弁の動作範囲外を2対の側方噴霧が指向するようにしたものがある。
 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、点火時期までに筒内の混合気濃度分布を可及的に均一にすることができるようにされ、もって、粒子状物質(PM)の排出を効果的に抑えることのできる筒内噴射式エンジンを提供することにある。
 上記目的を達成すべく、本発明に係る筒内噴射式エンジンは、シリンダボアを左右に等分割する中央縦断面を挟んで左右対称的に一対の吸気ポートが設けられるとともに、前記中央縦断面上に燃料を燃焼室に直接噴射するマルチホール型の燃料噴射弁が配備されており、前記一対の吸気ポートの下流端部における左右方向の外端を通り前記中央縦断面に平行な左端縦断面及び右端縦断面とシリンダボア壁面とで画成される、横断面が弓形状の左右の領域に、それぞれ前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧が2本以上指向するようにされていることを特徴としている。
 本発明に係る筒内噴射式エンジンでは、吸気ポートより外側に位置する横断面弓形状の左右の領域に、それぞれ燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧が2本以上指向するようにされていることから、それら2本以上の燃料噴霧同士が近接するようされ、そのため、それら近接した燃料噴霧が相互に干渉して通常よりも大きな空気流動が生成されるとともに、この燃料噴霧によって生成された空気流動がタンブル流動に対して略直交する方向に回転する縦渦となるので、タンブル流動の影響を受けにくい前記左右の領域(よどみ領域)に存在する空気を含む燃焼室内の混合気がむらなく撹拌される。そのため、燃焼室内の混合気濃度分布を均一にすることができ、これによって、粒子状物質(PM)の排出を効果的に抑えることができる。
 上記した以外の、課題、構成、及び効果は、以下の実施形態により明らかにされる。
本発明に係る筒内噴射式エンジンの第1実施形態を示す概略構成図。 図1に示される燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧を示す側面図。 図2のJ-J断面図。 第1実施形態の燃料噴射弁から燃料が噴射された直後の燃料噴霧の様子を示す概略側面透視図。 第1実施形態の燃料噴射弁から燃料が噴射された直後の燃料噴霧の様子を示す概略平面透視図。 第1実施形態のエンジンにおけるタンブル流動領域とよどみ領域の説明に供される図。 単一もしくは噴霧周りに十分な空間がある場合の燃料噴霧の挙動説明に供される図。 単一もしくは噴霧周りに十分な空間がある場合の燃料噴霧の挙動説明に供される図。 2本の燃料噴霧が近接している場合の燃料噴霧の挙動説明に供される図。 2本の燃料噴霧が近接している場合の燃料噴霧の挙動説明に供される図。 第1実施形態における燃料噴射(100degATDC)直後の燃焼室内の様子を示す概略図。 第1実施形態における燃料噴射(100degATDC)直後の燃焼室内の様子を示す概略図。 第1実施形態の140degATDCにおける燃焼室内の様子を示す概略図。 第1実施形態の140degATDCにおける燃焼室内の様子を示す概略図。 第1実施形態の180degATDCにおける燃焼室内の様子を示す概略図。 第1実施形態の180degATDCにおける燃焼室内の様子を示す概略図。 第1実施形態の燃焼室内の空気流動の様子を示す概略図。 第1実施形態の変形例1を示す、図3に相当する図。 第1実施形態の変形例1を示す概略平面透視図。 第1実施形態の変形例2を示す、図3に相当する図。 第1実施形態の変形例2を示す概略平面透視図。 従来例を示す、図3に相当する図。 従来例を示す概略平面透視図。 従来例での点火時期における混合気分布を示す図。 本発明実施形態での点火時期における混合気分布を示す図。 従来例と本発明実施形態との過濃混合気の燃料量を比較した結果を示すグラフ。 本発明に係る筒内噴射式エンジンの第2実施形態を示す概略構成図。 図27に示される燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧を示す側面図。 図28のJ-J断面図。 第2実施形態の燃料噴射弁から燃料が噴射された直後の燃料噴霧の様子を示す概略側面透視図。 第2実施形態の燃料噴射弁から燃料が噴射された直後の燃料噴霧の様子を示す概略平面透視図。 第1実施形態の変形の2回目の燃料噴射(60degBTDC)直後の燃焼室内の様子を示す概略図。 第1実施形態の変形の2回目の燃料噴射(60degBTDC)直後の燃焼室内の様子を示す概略図。 第1実施形態の変形の20degBTDCにおける燃焼室内の様子を示す概略図。 第1実施形態の変形の20degBTDCにおける燃焼室内の様子を示す概略図。
10a~10f 燃料噴霧
11a~11f 噴霧交点
16 タンブル流動
17 燃料噴霧(10c、10e、10d、10f)による空気流動
20 筒内噴射式エンジン
22 シリンダ
22i シリンダボア壁面
22L、22R よどみ領域
25 ピストン
27 燃焼室
30 吸気通路
35 吸気ポート
37 吸気弁
40 燃料噴射弁
45 点火プラグ
50 排気通路
SC 中央縦断面
SL 左端縦断面
SR 右端縦断面
 以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
 図1は、本発明に係る筒内噴射式エンジンの第1実施形態を示す概略構成図である。
 図示実施形態のエンジン20は、例えば、1気筒500cc、圧縮比10程度の直列4気筒の筒内噴射式ガソリンエンジンであって、シリンダヘッド22a及びシリンダブロック22bからなるシリンダ22と、このシリンダ22の各気筒内に摺動自在に嵌挿されたピストン25とを有し、ピストン25はコンロッド26を介してクランク軸24に連結されている。ピストン25上方には、所定形状(例えばペントルーフ形)の天井部を持つ燃焼室27が画成され、各気筒の燃焼室27の天井部中央には、点火コイルから高電圧化された点火信号が供給される点火プラグ45が臨設されている。
 燃料の燃焼に供せられる空気は、図外のエアークリーナから、電制スロットル(弁)が配在された管状通路部分(スロットルボディ等)、コレクタ23、吸気マニホールド(多岐管)34、吸気ポート35、35等からなる吸気通路30を通り、その下流端(吸気ポート35、35端部)に配在された、吸気カム軸36により開閉駆動される吸気弁37、37を介して各気筒の燃焼室27に吸入される。
 また、前記シリンダヘッド22aの吸気側下部には、マルチホール型の燃料噴射弁40(後で詳述する)が配備されており、燃焼室27に吸入された空気と燃料噴射弁40から噴射された燃料との混合気は、点火プラグ45による火花点火により燃焼せしめられ、その燃焼排ガス(排気ガス)は、燃焼室27から、排気カム軸46により開閉駆動される排気弁47を介して排気ポート、排気マニホールド、排気管等からなる排気通路50を通って外部(大気中)に排出される。排気通路50には、排気浄化用触媒(三元触媒)55が配備されるとともに、図示はされていないが空燃比センサ等が配備されている。
 また、前記エンジン20の種々の制御、つまり、各気筒毎に配備された燃料噴射弁40による燃料噴射制御(燃料噴射量、燃料噴射時期等の制御)、前記点火プラグ45による点火時期制御等を行なうべく、マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット(それ自体はよく知られているので図示及び説明は省略)が備えられている。
 また、前記燃料噴射弁40には、燃料タンク内の燃料が燃料ポンプや燃圧レギュレータ等を備えた燃料供給機構により所定燃圧に調圧されて供給され、燃料噴射弁40は、前記コントロールユニットから所定のタイミングで供給される、そのときの運転状態に応じたデューティ(=パルス幅=開弁時間に相当する)を持つ燃料噴射(駆動)パルス信号により開弁駆動され、その開弁時間に応じた量の燃料を燃焼室27内に噴射するようになっている。
 なお、図示例のエンジン20においては、排気弁47は排気行程上死点(TDC)で閉じ、吸気弁37は排気行程上死点(TDC)で開くようになっており、吸気弁37の開弁期間はクランク角度で220degとなっている。
 次に、前記燃料噴射弁40及びその周りの構成を詳細に説明する。
 図5、図6に平面透視図で示されているように、各気筒に接続された吸気通路30の下流部分(吸気マニホールド34及び吸気ポート35部分)は二股に分岐されており、シリンダボア(壁面)22iを左右(図5、図6では上下)に等分割する中央縦断面SC(シリンダボア22iの中心線Oを通り、前(吸気)-後(排気)方向に伸びている)を挟んで左右対称的に一対の吸気ポート35、35が設けられるとともに、シリンダヘッド22aの吸気側下部における前記中央縦断面SC上(吸気ポート35-35間)に燃料を燃焼室27に直接噴射する6つの噴孔を有するマルチホール型の燃料噴射弁40が配備されている。
 本実施形態のエンジン20では、吸気行程に吸気弁37、37が開き、ピストン25が下降することで燃焼室27に吸気ポート35、35から空気が流入する。図1、図4に示されているように、吸気ポート35は側面視で楕円弧状に湾曲しているため、曲率の小さな内側から流れが剥離し、吸気弁37から流入する時期には吸気ポート35の上側に流動が偏り、上側の流速が速くなる。そのため、燃焼室27において、図11、図13、図15、図17等において符号16で示される如くの、側面視時計回りに回転するタンブル流動(縦渦)が生成される。
 ここで、図5、図6において、左右一対の吸気ポート35、35の下流端部における左右方向の外端(左端35L、右端35R)を通り前記中央縦断面SCに平行な縦断面をそれぞれ左端縦断面SL及び右端縦断面SRとすると、前記タンブル流動は吸気ポート35、35から流入する空気流動で生成されるため、図6に示される如くに、前記左端縦断面SL及び右端縦断面SRとシリンダボア壁面22iとで画成される、横断面が弓形状の領域22L、22Rは、流動が非常に弱いよどみ領域となり、前記左端縦断面SLと右端縦断面SRとの間の領域22Cは、タンブル流動が存在する空気流動が強い領域となる。
 一方、燃料噴射弁40の6つの噴孔から噴射される燃料噴霧10a~10fは、図2、図4に側面視で示される如くに、先端側ほど拡がる円錐状のものとなり、噴孔先端から30mm下のJ-J断面をとると、図3に示される如くに、前記中央縦断面SCを中心として左右対称的に形成され、また、図5に示される如くに、噴霧10cと10e並びに噴霧10dと10fとはさほど離れず、かつ、噴霧10cと10dとがなす角度が比較的大きく設定されるとともに、噴霧10eと10fとがなす角度は上記噴霧10cと10dとがなす角度よりさらに大きく設定されている。
 そして、燃料噴射弁40の取り付け姿勢、位置は、次のようになっている。すなわち、図4、図5に示される如くに、燃料噴霧10a、10b(の中心軸線)が前記中央縦断面SC上に位置し、燃料噴霧10aが点火プラグ45に最も近く(最上部に)なり、かつ、燃料噴霧10c、10eが前記した横断面弓形状の左よどみ領域22Lを指向するとともに、燃料噴霧10d、10fが前記した横断面弓形状の右よどみ領域22Rを指向するような姿勢、位置で設置されている。言い換えれば、各燃料噴霧10a~10fの中心軸線とシリンダボア壁面22iとが交差する点を噴霧交点11a~11fとすると、噴霧交点11cと11eが前記した左端縦断面SLより外側に存在し、噴霧交点11dと11fが前記した右端縦断面SRより外側に存在するようにされている。
 次に、上記した如くの構成とされた筒内噴射式エンジン20の動作、作用、効果等を説明する。ここでは、暖機後の所定運転条件下(例えば、エンジン回転数1200r/min、充填効率60%、空燃比14.7の中負荷状態)で、燃料噴射(開始)時期は100degATDCの場合について説明する。
 図4、図5は、燃料噴射直後の様子を示しており、燃料噴霧10c、10eが左よどみ領域22Lを指向し、燃料噴霧10d、10fが右よどみ領域22Rを指向している。このように左右のよどみ領域22L、22Rにそれぞれ2本の噴霧10c、10eと噴霧10d、10fを指向させると、必然的に噴霧10cと10eの間隔並びに噴霧10dと10fの間隔が狭くなり噴霧干渉を発生させることができる。噴霧干渉の目的は、噴霧により生成される空気流動の強化であり、噴霧干渉により燃料噴霧の断面積を大きくすることで燃料噴霧が占める空間を増加させ、干渉させない場合よりも強い空気流動を生成することができる。
 噴霧干渉の効果について図7~図10を用いて説明する。図7、図8は、噴霧が1本もしくは噴霧間隔が十分広い場合での様子を示す。噴射された噴霧は、噴霧自身で空気を押すことで空気流動が生成され、更に噴霧が動くことで燃料液滴と空気の間にせん断力が生じ、燃料噴霧の周囲に空気流動が生成される。噴霧の周りに十分な空間がある場合は噴霧周りの空気流動はバランスするため、図8に示される如くに、噴霧形状は維持されて直進する挙動となり、噴霧と同じ進行方向の空気流動が噴霧の周囲に維持される。しかし、図9に示される如くに、2本の噴霧を近接させると、噴霧と噴霧の間に生成された空気流動が干渉し、噴霧同士を引き寄せる空気流動となる。そのため、図10に示される如くに、噴霧が結合して噴霧の幅が大きな一つの噴霧になり、2本の噴霧が干渉せず進行する場合に比べ、より多くの空気を動かすことになり、生成される空気流動を強くすることができる。
 ここで、本実施形態における燃料噴射(開始)時期は、燃料噴霧10c~10fがピストン25の冠面25aに衝突することなくシリンダボア壁面22iに達するように、言い換えれば、燃料噴霧10c~10fの交点11c~11fがピストン25の冠面25aよりも上側に位置するように100degATDCに設定されている。
 燃料噴射後の燃料噴霧の様子を図11、12に示す。燃焼室27内にはタンブル流動16が生成され、タンブル流動の回転方向に流されつつ燃料噴霧10a、10bは排気側へ、燃料噴霧10c~10fは側方のよどみ領域22L、22Rへ進行する。燃料噴霧10c、10e並びに燃料噴霧10d、10fは相互に干渉することで結合した噴霧状態となっている。
 燃料噴射(開始)時期から40deg経過した、140degATDCでの燃料噴霧の様子を図13、14に示す。排気側に向かう燃料噴霧10a、10bは排気側のシリンダボア壁面22iに到達し、壁面22iに沿って移動している途中で合流し、その後はタンブル流動16と同じ回転方向(側面視で時計回り)に流されて移動していく。そのため、燃料噴霧10a、10bで生成された空気流動はタンブル流動16と合流し、タンブル流動16はより速度が大きくなる。
 それに対し、よどみ領域22L、22Rに向かう燃料噴霧10c、10e並びに燃料噴霧10d、10fは、それらがよどみ領域22L、22Rに入ることでタンブル流動16の影響を受けにくくなる。そして、よどみ領域22L、22Rのシリンダボア壁面22iに到達後、燃料噴霧10c、10e並びに燃料噴霧10d、10fで生成された空気流動によって壁面22i到達位置から下方に進行する。
 燃料噴射(開始)時期から80deg経過した、180degATDCでの燃料噴霧の様子を図15、16に示す。燃料噴霧10a、10bはタンブル流動16に流されて移動している。しかし、燃料噴霧10c、10e並びに燃料噴霧10d、10fはよどみ領域22L、22Rの壁面22iに沿って下降しており、ピストン冠面25aに到達すると、空気はピストン冠面25aに沿って流れていくため、進行方向を半径方向内方に変えることとなる。ここで、前述したようにタンブル流動16は前記中央縦断面SCと平行な面内で回転する縦渦であるため、燃料噴霧10c、10e並びに燃料噴霧10d、10fで生成された空気流動17、17は、タンブル流動16に対して略直交する方向(前記中央縦断面SCに直交する直交中央縦断面SV(図5参照)と平行な面内)で回転する縦渦となる。
 180degATDCでの空気流動の様子を図17に示す。燃焼室27内にはタンブル流動16と、タンブルに対して略直交する方向に回転する流動17、17が生成されている。そのため、空気と気化燃料との混合気はタンブル流動16によって側面視時計回りにかき混ぜられるとともに、燃料噴霧10c、10e並びに燃料噴霧10d、10fによって生成されたタンブル流動16に対して略直交する方向の流動17、17でもかき混ぜられることになる。
 以上のように本実施形態では、よどみ領域22L、22Rにそれぞれ2本の燃料噴霧10c、10e並びに燃料噴霧10d、10fが指向するようにされて、それら2本の燃料噴霧10cと10e並びに燃料噴霧10dと10fが近接するようされるので、それら近接した燃料噴霧10cと10e並びに燃料噴霧10dと10fが相互に干渉して通常よりも大きな空気流動が生成されるとともに、この燃料噴霧10cと10e並びに燃料噴霧10dと10fによって生成された空気流動17、17がタンブル流動16に対して略直交する方向に回転する縦渦となる。そのため、タンブル流動の影響を受けにくいよどみ領域22L、22Rに存在する空気を含む燃焼室27内の混合気がむらなく撹拌され、燃焼室27内の混合気濃度分布を均一にすることができ、これによって、粒子状物質(PM)の排出を効果的に抑えることができる。
 また、タンブル流動は左右対称的な流動であるので、燃料噴霧10a~10fを左右対称的に形成することで、焼室27内の混合気がよりむらなく撹拌され、燃焼室27内の混合気濃度分布を一層均一にすることができる。
 さらに、左右のよどみ領域22L、22Rを指向する燃料噴霧10c、10e並びに燃料噴霧10d、10fがピストン冠面25aに衝突することなくシリンダボア壁面22iに達するように燃料噴射(開始)時期が設定されているので、シリンダボア壁面22iに到達した空気流動はシリンダボア壁面22iに沿ってピストン25に向かって流れるため、減衰しにくい空気流動を生成でき、これによっても混合気濃度分布の均一化が一層促進される。
 なお、上記実施形態では、よどみ領域22L、22Rに指向させる噴霧の本数はそれぞれ2本ずつ(燃料噴霧10c、10e並びに燃料噴霧10d、10f)とされているが、本発明は複数本の燃料噴霧を相互に干渉させてタンブル流動に対して直交する方向に回転する強い空気流動を生成することが目的であるので、よどみ領域22L、22Rに指向させる噴霧の本数は2本以上であればよく、例えば、図18、図19に示される如くに、よどみ領域22L、22Rにそれぞれ3本ずつ(燃料噴霧1c、1e、1g並びに燃料噴霧1d、1f、1h)を指向させるようにしてもよい。なお、図18、図19において、燃料噴霧1a、1bは、上記実施形態(図3、図5)の燃料噴霧10a、10bに相当し、噴霧交点2a~2hも上記実施形態の噴霧交点11a~11fと同様のものである。
 さらに、よどみ領域22L、22R以外に指向させる燃料噴霧は必須ではなく、図20、図21に示される如くに、前記燃料噴霧1a、1bを無くして、すべての燃料噴霧1c、1e、1g並びに燃料噴霧1d、1f、1hをよどみ領域22L、22Rに向けるようにしてもよい。
 次に、図22~26を参照しながら本発明の効果を数値シミュレーションにより解析した結果を説明する。
 図22、23は、従来例(例えば、前記特許文献1、2の記載内容から推測したもの)を示し、よどみ領域22L、22Rに1本ずつ(燃料噴霧1e並びに燃料噴霧1f)を指向させ、残りの4本の燃料噴霧1a~1dは排気側を指向させている。なお、図22、図23において、燃料噴霧1a、1bは、上記実施形態(図3、図5)の燃料噴霧10a、10bに相当し、噴霧交点2a~2fも上記実施形態の噴霧交点11a~11fと同様のものである。ここでの運転条件は、上記実施形態と同じ(エンジン回転数1200r/min、充填効率60%、空燃比14.7の中負荷状態)で、燃料噴射(開始)時期は100degATDCである。
 従来例での、点火時期である15degBTDCの混合気分布を図24に、上記した本発明実施形態での混合気分布を図25に示す。混合気分布結果の黒い領域は当量比が2よりも大きい粒子状物質(PM)が発生する領域である。図24に示される従来例では点火時期においても黒い領域が広く存在していることが分かる。それに対し、図25に示される本発明実施形態では、黒い領域が大幅に低減されている。当量比が大きい混合気に含まれる燃料量を比較した結果を図26に示す。従来例での燃料量を100%とすると、本発明実施形態では40%まで低減されており、PM発生量を大幅に低減できることが理解されよう。
 次に、本発明に係る筒内噴射式エンジンの第2実施形態を図27に示す。図1に示される第1実施形態のものとの違いは、燃料噴射弁40’と点火プラグ45が燃焼室27の天井部中央に近接して配備されている点であり、燃料噴射弁40’は吸気側、点火プラグ45が排気側となっている。
 該実施形態における燃料噴射弁40’から噴射される燃料噴霧10a~10fを図28~図31(上記第1実施形態の図2~図5に相当し、対応する部分には同一の符号が付されている)に示す。燃料噴射弁40’は燃料噴霧10aが点火プラグ45側に来るように設置されている。この燃料噴射弁40’から噴射される燃料噴霧10a~10fのうちの燃料噴霧10c、10e並びに燃料噴霧10d、10fの2本ずつをよどみ領域22L、22Rに指向させている。そのため、第1実施形態と同様に、燃料噴霧10cと10e並びに燃料噴霧10dと10fが干渉してタンブル流動に対して直交する方向に回転する強い空気流動を生成することができ、その結果、タンブル流動の影響を受けにくいよどみ領域22L、22Rに存在する空気を含む燃焼室27内の混合気がむらなく撹拌され、燃焼室27内の混合気濃度分布を均一にすることができ、これによって、粒子状物質(PM)の排出を効果的に抑えることができる。
 なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれることは言うまでもない。
 上記のようにエンジン暖機後は混合気むらをなくすことでPMを低減できるが、始動直後のファストアイドルにおいては未燃炭化水素の低減も必要である。そのために触媒早期活性化を図るが、その方法として点火リタードにより後燃えを促進して排気ガス温度を上昇させる手法がある。点火リタード時に安定した燃焼を実現するためには暖機条件とは逆に,点火プラグ周りに成層混合気を形成する必要がある。実施例1のファストアイドルでの動作を以下に示す。
 エンジン回転数は1200r/minの無負荷条件であるが、点火時期を15degATDCに設定しているため、充填効率は50%相当となっている。混合気成層化によりPMを増加させないために、ファストアイドルでは燃料を2回に分けて噴射する。1回目の燃料噴射は均一な混合気を形成することを目的としており、暖機条件と同じ噴射時期は100degATDCに設定している。2回目の燃料噴射は点火プラグ周りに理論混合比よりも少し高い成層混合気を形成することを目的としており、圧縮行程60degBTDCに設定される。この時、2回目の噴射割合は全体の4割に相当する量を噴射している。
 100degATDCで噴射された1回目の燃料は、噴霧により生成される空気流動によって均一な混合気を形成する(実施形態1の記述と同等であり省略)。
 2回目の60degBTDCでの燃料噴射直後の状態を図32~33に示す。60degBTDCではピストン冠面が上死点に近く、噴射された燃料はシリンダボア壁面ではなくピストン冠面に衝突する。そのため、1回目の噴射と異なり、噴霧によって生成された空気流動はピストン冠面に沿って流れることとなる。
 20degBTDCでの燃料の挙動を図34~35に示す。燃料噴霧10a,10bはピストン冠面上で一つの塊になる。圧縮行程後期では燃焼室内の空気流動は減衰しており、燃料噴霧10a,10bは噴霧で生成された空気流動にのって吸気側から排気側に向かって移動し、シリンダボア壁面に到達後は上昇流に変わり、点火プラグに向かって移動する。燃料噴霧10c,10e及び燃料噴霧10d,10fはピストン冠面に到達後、噴霧で生成された空気流動によってピストン冠面に沿ってシリンダボア壁面に向かって移動する。そしてシリンダボア壁面に到達後は上昇流に変わり、更にシリンダヘッド壁面に沿って内側に向かい、点火時期である15degATDCには点火プラグに混合気を形成する。圧縮行程後期に燃料を噴射するため拡散時間が短く、点火プラグ周りに成層混合気を形成することができる。このように本発明の燃料噴霧においても噴射時期を遅らせて暖機条件とは逆方向の空気流動を形成することで成層混合気を形成することができ、PM低減と未燃炭化水素低減の両立を図ることができる。

Claims (8)

  1.  シリンダボアを左右に等分割する中央縦断面を挟んで左右対称的に一対の吸気ポートが設けられるとともに、前記中央縦断面上に燃料を燃焼室に直接噴射するマルチホール型の燃料噴射弁が配備されている筒内噴射式エンジンであって、
     前記一対の吸気ポートの下流端部における左右方向の外端を通り前記中央縦断面に平行な左端縦断面及び右端縦断面とシリンダボア壁面とで画成される、横断面が弓形状の左右の領域に、それぞれ前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧が2本以上指向するようにされていることを特徴とする筒内噴射式エンジン。
  2.  シリンダボアを左右に等分割する中央縦断面を挟んで左右対称的に一対の吸気ポートが設けられるとともに、前記中央縦断面上に燃料を燃焼室に直接噴射するマルチホール型の燃料噴射弁が配備されている筒内噴射式エンジンであって、
     前記燃料噴射弁から噴射される各燃料噴霧は、その中心軸線とシリンダボア壁面とが交差する点を噴霧交点として、前記一対の吸気ポートの下流端部における左右方向の外端を通り前記中央縦断面に平行な左端縦断面及び右端縦断面より外側に、前記噴霧交点が左右にそれぞれ2個以上ずつ合計4個以上存在するようにされていることを特徴とする筒内噴射式エンジン。
  3.  前記燃料噴霧は、前記中央縦断面を中心として左右対称的に形成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の筒内噴射式エンジン。
  4.  前記2本以上指向するもしくは前記2個以上存在する前記左右対称的な燃料噴霧の各々は、右左のなす角度が前記他の左右対称的な燃料噴霧と異なることを特徴とする請求項3に記載の筒内噴射式エンジン。
  5.  暖機後の所定運転条件下では、前記横断面弓形状の左右の領域を指向する燃料噴霧がピストン冠面に衝突することなくシリンダボア壁面に到達するようにされていることを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式エンジン。
  6.  シリンダボアを左右に等分割する中央縦断面を挟んで左右対称的に一対の吸気ポートが設けられるとともに、前記中央縦断面上に燃料を燃焼室に直接噴射するマルチホール型の燃料噴射弁が配備されている筒内噴射式エンジンの燃料噴射方法であって、
     前記一対の吸気ポートの下流端部における左右方向の外端を通り前記中央縦断面に平行な左端縦断面及び右端縦断面とシリンダボア壁面とで画成される、横断面が弓形状の左右の領域に、それぞれ前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧を2本以上指向させることにより、タンブル流動に対して略直交する方向に強い空気流動を生成することを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃料噴射方法。
  7.  シリンダボアを左右に等分割する中央縦断面を挟んで左右対称的に一対の吸気ポートが設けられるとともに、前記中央縦断面上に燃料を燃焼室に直接噴射するマルチホール型の燃料噴射弁が配備されている筒内噴射式エンジンの燃料噴射方法であって、
     前記燃料噴射弁から噴射される各燃料噴霧の中心軸線とシリンダボア壁面とが交差する点を噴霧交点として、前記一対の吸気ポートの下流端部における左右方向の外端を通り前記中央縦断面に平行な左端縦断面及び右端縦断面より外側に、前記噴霧交点を左右にそれぞれ2個以上ずつ合計4個以上存在させることを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃料噴射方法。
  8.  暖機後の所定運転条件下では、前記横断面弓形状の左右の領域を指向する燃料噴霧がピストン冠面に衝突することなくシリンダボア壁面に到達するように燃料噴射時期を設定することを特徴とする請求項6に記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射方法。
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