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JP2007255267A - In-cylinder injection spark ignition internal combustion engine - Google Patents

In-cylinder injection spark ignition internal combustion engine Download PDF

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JP2007255267A
JP2007255267A JP2006079110A JP2006079110A JP2007255267A JP 2007255267 A JP2007255267 A JP 2007255267A JP 2006079110 A JP2006079110 A JP 2006079110A JP 2006079110 A JP2006079110 A JP 2006079110A JP 2007255267 A JP2007255267 A JP 2007255267A
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JP
Japan
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cylinder
swirl flow
ignition
fuel
spark plug
Prior art date
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Pending
Application number
JP2006079110A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Ashizawa
剛 芦澤
Osamu Tomino
修 冨野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

【課題】噴射燃料により直接的に点火プラグ近傍の可燃混合気を形成して成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、成層燃焼時に点火プラグ近傍の混合気が過剰リーン又は過剰リッチとならないようにする。
【解決手段】燃料噴射弁3から噴射される燃料の一部が点火プラグ4の点火ギャップを通過するようにされ、点火時期において点火プラグ近傍に可燃混合気を形成して成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、成層燃焼に際して、機関負荷が高いほどスワール流生成手段により吸気行程において気筒内に生成するスワール流Sを強くする。
【選択図】図1
In a direct injection spark ignition internal combustion engine in which a flammable mixture in the vicinity of a spark plug is directly formed by injected fuel and stratified combustion is performed, the mixture near the spark plug is excessively lean or excessively rich during stratified combustion. Do not become.
A cylinder in which a part of fuel injected from a fuel injection valve 3 passes through an ignition gap of a spark plug 4 and forms a combustible mixture in the vicinity of the spark plug at the ignition timing to perform stratified combustion. In an internal injection spark ignition internal combustion engine, during stratified combustion, the swirl flow S generated in the cylinder in the intake stroke is strengthened by the swirl flow generation means as the engine load increases.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、筒内噴射式火花点火内燃機関に関する。   The present invention relates to a direct injection spark ignition internal combustion engine.

点火プラグ近傍だけに一塊の可燃混合気を形成して気筒内全体としては理論空燃比よりリーンな空燃比の燃焼を可能とする成層燃焼が公知である。成層燃焼を実施するために点火プラグ近傍の可燃混合気をピストン頂面に形成されたキャビティ内に形成する筒内噴射式火花点火内燃機関において、スワール流を利用して噴射燃料を点火プラグが位置するキャビティの中心近傍へ集合させることが提案されている。(例えば、特許文献1参照)。   There is known stratified combustion in which a lump of combustible air-fuel mixture is formed only in the vicinity of the spark plug and combustion in an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio is possible as a whole in the cylinder. In a direct injection spark ignition internal combustion engine in which a combustible mixture in the vicinity of a spark plug is formed in a cavity formed on a piston top surface in order to perform stratified combustion, the spark plug is positioned by using swirl flow. It has been proposed to gather near the center of the cavity. (For example, refer to Patent Document 1).

この筒内噴射式火花点火内燃機関において、機関負荷が小さく燃料噴射量が少ない時には、噴射燃料をキャビティの中心近傍へより集中させて点火プラグ近傍に形成される混合気が過剰リーンとなることを防止するためにスワール流は強くされる。一方、機関負荷が大きく燃料噴射量が多い時には、噴射燃料をキャビティの中心近傍へ集中させ過ぎて点火プラグ近傍に形成される混合気が過剰リッチとなることを防止するためにスワール流は弱くされる。こうして、成層燃焼時において燃料噴射量が少ないほど、吸気行程において気筒内に形成されるスワール流は強められる。   In this in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine, when the engine load is small and the fuel injection amount is small, the air-fuel mixture formed near the spark plug becomes excessively lean by concentrating the injected fuel near the center of the cavity. The swirl flow is strengthened to prevent. On the other hand, when the engine load is large and the fuel injection amount is large, the swirl flow is weakened in order to prevent the air-fuel mixture formed near the spark plug from being excessively concentrated due to excessive concentration of injected fuel near the center of the cavity. The Thus, the smaller the fuel injection amount during stratified combustion, the stronger the swirl flow formed in the cylinder during the intake stroke.

特開2004−225601JP 2004-225601 A 特開2002−371852JP 2002-371852 A

ところで、成層燃焼に際して、燃料噴射弁により噴射される燃料の一部が直接的に点火プラグの点火ギャップを通過するようにして、気筒内に直接的に点火プラグ近傍の可燃混合気を形成する筒内噴射式火花点火内燃機関が公知である。このような筒内噴射式火花点火内燃機関において、前述のように、燃料噴射量が少ないほどスワール流が強められると、燃料噴射量が少ない時に、噴射燃料は強いスワール流により大きく分散させられて、混合気が過剰リーンとなって失火が発生することがある。また、燃料噴射量が多い時に、噴射燃料が弱いスワール流により殆ど分散させられないと、混合気が過剰リッチとなってスモークが発生することがある。   By the way, in stratified combustion, a cylinder that directly forms a combustible air-fuel mixture in the vicinity of the spark plug in the cylinder so that a part of the fuel injected by the fuel injection valve directly passes through the ignition gap of the spark plug. Internal injection spark ignition internal combustion engines are known. In such an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine, as described above, if the swirl flow is strengthened as the fuel injection amount is small, the injected fuel is greatly dispersed by the strong swirl flow when the fuel injection amount is small. If the air-fuel mixture becomes excessively lean, misfires may occur. Further, when the fuel injection amount is large, if the injected fuel is hardly dispersed by a weak swirl flow, the air-fuel mixture becomes excessively rich and smoke may be generated.

従って、本発明の目的は、噴射燃料により直接的に点火プラグ近傍の可燃混合気を形成して成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、成層燃焼時に点火プラグ近傍の混合気が過剰リーン又は過剰リッチとならないようにすることである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine in which a flammable mixture in the vicinity of a spark plug is directly formed by the injected fuel and stratified combustion is performed. Avoid over-leaning or over-riching.

本発明による請求項1に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグと、スワール流生成手段とを具備し、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の一部が前記点火プラグの点火ギャップを通過するようにされ、点火時期において前記点火プラグ近傍に可燃混合気を形成して成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、成層燃焼に際して、機関負荷が高いほど前記スワール流生成手段により吸気行程において気筒内に生成するスワール流を強くすることを特徴とする。   An in-cylinder spark-ignition internal combustion engine according to claim 1 of the present invention includes a fuel injection valve that directly injects fuel into a cylinder, an ignition plug, and a swirl flow generating means. In-cylinder injection spark ignition internal combustion in which a part of the fuel injected from the valve passes through the ignition gap of the spark plug and performs stratified combustion by forming a combustible mixture in the vicinity of the spark plug at the ignition timing In the engine, during stratified combustion, the swirl flow generated in the cylinder in the intake stroke is strengthened by the swirl flow generation means as the engine load increases.

本発明による請求項2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグと、スワール流生成手段とを具備し、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の一部が前記点火プラグの点火ギャップを通過するようにされ、点火時期において前記点火プラグ近傍に可燃混合気を形成して成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、成層燃焼に際して、燃焼空燃比が小さいほど前記スワール流生成手段により吸気行程において気筒内に生成するスワール流を強くすることを特徴とする。   A cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to claim 2 of the present invention comprises a fuel injection valve for directly injecting fuel into a cylinder, an ignition plug, and a swirl flow generating means. In-cylinder injection spark ignition internal combustion in which a part of the fuel injected from the valve passes through the ignition gap of the spark plug and performs stratified combustion by forming a combustible mixture in the vicinity of the spark plug at the ignition timing In the engine, during stratified combustion, the smaller the combustion air-fuel ratio, the stronger the swirl flow generated in the cylinder in the intake stroke by the swirl flow generation means.

本発明による請求項3に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項1又は2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、少なくとも二つの吸気ポートが気筒内へ接続され、前記二つの吸気ポートの一方には前記スワール流生成手段としてのスワール流制御弁が配置され、前記二つの吸気ポートの両方にはタンブル流制御弁が配置され、成層燃焼時には前記タンブル流制御弁を全開として前記スワール流制御弁を制御し、均質燃焼時には、前記スワール流制御弁を全開として前記タンブル流制御弁を制御することを特徴とする。   The in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to claim 3 according to the present invention is the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein at least two intake ports are connected into the cylinder, One of the two intake ports is provided with a swirl flow control valve as the swirl flow generating means, and both of the two intake ports are provided with tumble flow control valves. During stratified combustion, the tumble flow control valve is fully opened. The swirl flow control valve is controlled as follows, and at the time of homogeneous combustion, the swirl flow control valve is fully opened to control the tumble flow control valve.

本発明による請求項4に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、請求項1又は2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、前記点火プラグは気筒上部に配置され、前記点火プラグはL字形電極を有し、前記L字形電極は点火プラグ軸線に平行な平行部と点火プラグ軸線に垂直な垂直部とを有し、前記点火プラグの点火ギャップを通過する際の前記タンブル流が、前記L字形電極の前記平行部の幅方向面に対して垂直に衝突しないように、前記点火プラグの前記L字形電極が配向されていることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to the first or second aspect, wherein the spark plug is disposed at an upper portion of the cylinder, and the spark plug Has an L-shaped electrode, and the L-shaped electrode has a parallel portion parallel to the spark plug axis and a vertical portion perpendicular to the spark plug axis, and the tumble flow when passing through the spark gap of the spark plug is The L-shaped electrode of the spark plug is oriented so as not to collide perpendicularly to the width direction surface of the parallel portion of the L-shaped electrode.

本発明による請求項1に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、燃料噴射弁から噴射される燃料の一部が点火プラグの点火ギャップを通過するようにされ、点火時期において点火プラグ近傍に可燃混合気を形成して成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、成層燃焼に際して、機関負荷が高いほどスワール流生成手段により吸気行程において気筒内に生成するスワール流を強くするようになっており、それにより、機関負荷が高い時に多量に噴射される燃料は、強められたスワール流によってスワール流の下流側へ広げられ、点火プラグ近傍には過剰リッチではない一塊の可燃混合気を形成することができる。また、機関負荷が低い時に少量しか噴射されない燃料は、弱められたスワールによって殆ど分散させられることなく、点火プラグ近傍には過剰リーンではない一塊の可燃混合気を形成することができる。   According to the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine of the first aspect of the present invention, a part of the fuel injected from the fuel injection valve passes through the ignition gap of the ignition plug, and the ignition plug is set at the ignition timing. In an in-cylinder spark-ignition internal combustion engine that performs stratified combustion by forming a combustible mixture in the vicinity, during stratified combustion, the swirl flow generated in the cylinder in the intake stroke by the swirl flow generation means becomes stronger as the engine load increases. As a result, the fuel that is injected in large quantities when the engine load is high is spread to the downstream side of the swirl flow by the strengthened swirl flow, and a lump of combustible that is not excessively rich in the vicinity of the spark plug. An air-fuel mixture can be formed. Further, the fuel that is injected only in a small amount when the engine load is low is hardly dispersed by the weakened swirl, and a lump of combustible air-fuel mixture that is not excessively lean can be formed in the vicinity of the spark plug.

本発明による請求項2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、燃料噴射弁から噴射される燃料の一部が点火プラグの点火ギャップを通過するようにされ、点火時期において点火プラグ近傍に可燃混合気を形成して成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、成層燃焼に際して、燃焼空燃比が小さいほどスワール流生成手段により吸気行程において気筒内に生成するスワール流を強くするようになっており、それにより、燃焼空燃比が小さい時に多量に噴射される燃料は、強められたスワール流によってスワール流の下流側へ広げられ、点火プラグ近傍には過剰リッチではない一塊の可燃混合気を形成することができる。また、燃焼空燃比が大きい時に少量しか噴射されない燃料は、弱められたスワールによって殆ど分散させられることなく、点火プラグ近傍には過剰リーンではない一塊の可燃混合気を形成することができる。   According to the in-cylinder spark-ignition internal combustion engine of the second aspect of the present invention, a part of the fuel injected from the fuel injection valve is allowed to pass through the ignition gap of the ignition plug, and the ignition plug is set at the ignition timing. In an in-cylinder spark ignition internal combustion engine that performs stratified combustion by forming a combustible mixture in the vicinity, during stratified combustion, the smaller the combustion air-fuel ratio, the more the swirl flow that is generated in the cylinder in the intake stroke by the swirl flow generation means As a result, the fuel that is injected in large quantities when the combustion air-fuel ratio is small is spread to the downstream side of the swirl flow by the strengthened swirl flow, and a lump that is not excessively rich in the vicinity of the spark plug. A flammable gas mixture can be formed. Further, the fuel that is injected only in a small amount when the combustion air-fuel ratio is large is hardly dispersed by the weakened swirl, and a lump of combustible air-fuel mixture that is not excessively lean can be formed in the vicinity of the spark plug.

本発明による請求項3に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、請求項1又は2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、少なくとも二つの吸気ポートが気筒内へ接続され、二つの吸気ポートの一方にはスワール流生成手段としてのスワール流制御弁が配置され、二つの吸気ポートの両方にはタンブル流制御弁が配置され、成層燃焼時にはタンブル流制御弁を全開としてスワール流制御弁を制御して、点火プラグ近傍に過剰リッチ又は過剰リーンでない可燃混合気を形成することができ、また、均質燃焼時には、スワール流制御弁を全開としてタンブル流制御弁を制御することにより、圧縮行程後半まで持続するような強いタンブル流を吸気行程において気筒内に生成し、このタンブル流によって点火時期までには良好に均質化された均質混合気を形成することができると共に点火時期には気筒内に乱れを発生させることができ、燃焼速度の速い良好な均質燃焼を実現することができる。   According to the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to claim 3 of the present invention, in the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to claim 1 or 2, at least two intake ports are connected into the cylinder. , A swirl flow control valve as a swirl flow generating means is arranged at one of the two intake ports, a tumble flow control valve is arranged at both of the two intake ports, and the tumble flow control valve is fully opened during stratified combustion. By controlling the flow control valve, a combustible air-fuel mixture that is not excessively rich or excessively lean can be formed in the vicinity of the spark plug, and at the time of homogeneous combustion, the swirl flow control valve is fully opened to control the tumble flow control valve. A strong tumble flow that lasts until the latter half of the compression stroke is generated in the cylinder during the intake stroke, and this tumble flow is well homogenized by the ignition timing. The ignition timing it is possible to form a homogeneous air-fuel mixture can generate turbulence in the cylinder, it is possible to realize a quick good homogeneous combustion of combustion rate.

本発明による請求項4に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、請求項1又は2に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、点火プラグは気筒上部に配置され、点火プラグの点火ギャップを通過する際のタンブル流が、L字形電極の平行部の幅方向面に対して垂直に衝突しないように、点火プラグのL字形電極が配向されている。それにより、点火ギャップにおいて発生したアークはタンブル流によって下流側へ伸ばされ、特に燃料噴射量が多い時にスワール流の下流側へ広げられた可燃混合気を良好に着火させることができる。   According to the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to claim 4 of the present invention, in the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to claim 1 or 2, the ignition plug is disposed at an upper portion of the cylinder, and the ignition plug The L-shaped electrode of the spark plug is oriented so that the tumble flow when passing through the ignition gap does not collide perpendicularly to the widthwise surface of the parallel portion of the L-shaped electrode. Thereby, the arc generated in the ignition gap is extended to the downstream side by the tumble flow, and particularly when the fuel injection amount is large, the combustible mixture spread to the downstream side of the swirl flow can be favorably ignited.

図1は本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の実施形態を示すシリンダヘッドの底面図であり、図2は図1の筒内噴射式火花点火内燃機関の概略縦断面図である。図1及び2は、いずれも圧縮行程後半を示している。図1及び2において、1は一対の吸気弁であり、2は一対の排気弁である。3は気筒上部略中心に配置されて気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁であり、4は気筒上部の燃料噴射弁1より排気弁側に配置された点火プラグである。   FIG. 1 is a bottom view of a cylinder head showing an embodiment of a direct injection spark ignition internal combustion engine according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the direct injection spark ignition internal combustion engine of FIG. 1 and 2 both show the latter half of the compression stroke. 1 and 2, 1 is a pair of intake valves, and 2 is a pair of exhaust valves. Reference numeral 3 denotes a fuel injection valve that is disposed substantially at the center of the cylinder upper portion and directly injects fuel into the cylinder, and 4 is an ignition plug that is disposed closer to the exhaust valve than the fuel injection valve 1 at the upper portion of the cylinder.

対応する吸気弁1を介して気筒内へ通じる第一吸気ポート51及び第二吸気ポート52は、下流側部分において、隔壁6により上下に二分割され、それぞれの下側部分を閉鎖可能とするタンブル流制御弁7が設けられている。また、第二吸気ポート52には、隔壁6の直上流側において、ポート内を閉鎖可能とするスワール流制御弁8が配置されている。9は対応する排気弁2を介して気筒内へ通じる排気ポートである。また、10はピストンである。   The first intake port 51 and the second intake port 52 that lead into the cylinder via the corresponding intake valve 1 are divided into two vertically by the partition wall 6 in the downstream portion, and the tumble that allows the lower portions of each to be closed. A flow control valve 7 is provided. The second intake port 52 is provided with a swirl flow control valve 8 that can close the inside of the port immediately upstream of the partition wall 6. Reference numeral 9 denotes an exhaust port communicating with the corresponding exhaust valve 2 into the cylinder. Reference numeral 10 denotes a piston.

本筒内噴射式火花点火内燃機関は、機関負荷が設定負荷以下である時に成層燃焼を実施し、機関負荷が設定負荷より大きい時に均質燃焼を実施する。成層燃焼時において、燃料噴射弁3は、圧縮行程後半に燃料を噴射する。燃料噴射弁3は、スリット状の噴孔を有して、比較的厚さの薄い平らな略扇形状に燃料を噴射するものであり、略扇形状の燃料噴霧の幅方向中央部が、点火プラグ4の点火ギャップを通過するように燃料噴射方向が設定されている。   The in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine performs stratified combustion when the engine load is equal to or lower than the set load, and performs homogeneous combustion when the engine load is larger than the set load. During stratified combustion, the fuel injection valve 3 injects fuel in the latter half of the compression stroke. The fuel injection valve 3 has a slit-shaped injection hole, and injects the fuel into a flat, substantially fan shape having a relatively small thickness. The center in the width direction of the substantially fan-shaped fuel spray is ignited. The fuel injection direction is set so as to pass through the ignition gap of the plug 4.

略扇形状の燃料噴霧は、気筒内を飛行中に吸気との摩擦によって微粒化及び気化され、点火プラグ4近傍に直接的に一塊の混合気を形成する。燃料噴射量がかなり少ない時には、このように点火プラグ4近傍に形成された混合気は、適当な燃料濃度となり、確実な着火燃焼が実現される。しかしながら、燃料噴射量が比較的多くなると、点火プラグ4近傍に形成される混合気が過剰リッチとなり、燃焼に際してスモークが発生することがある。   The substantially fan-shaped fuel spray is atomized and vaporized by friction with intake air during flight in the cylinder, and forms a lump of air-fuel mixture directly in the vicinity of the spark plug 4. When the fuel injection amount is considerably small, the air-fuel mixture formed in the vicinity of the spark plug 4 in this way has an appropriate fuel concentration, and reliable ignition combustion is realized. However, when the fuel injection amount is relatively large, the air-fuel mixture formed in the vicinity of the spark plug 4 becomes excessively rich, and smoke may be generated during combustion.

本実施形態では、第二吸気ポート52にスワール流制御弁8が配置されており、このスワール流制御弁8の開度を小さくするほど、第二吸気ポート52から気筒内へ供給される吸気量が少なくなって、第一吸気ポート51からシリンダボアの接線方向に供給される吸気により形成されるスワール流Sを強めることができる。それにより、圧縮行程後半までの減衰を考慮して、吸気行程において気筒内に生成するスワール流Sの強さを制御することにより、圧縮行程後半において所望の強さのスワール流Sを気筒内に存在させることができる。第一吸気ポート51及び第二吸気ポート52に配置されたタンブル流制御弁7は、成層燃焼時においては、いずれも全開とされる。   In this embodiment, the swirl flow control valve 8 is disposed in the second intake port 52, and the amount of intake air supplied from the second intake port 52 into the cylinder as the opening of the swirl flow control valve 8 is reduced. And the swirl flow S formed by the intake air supplied from the first intake port 51 in the tangential direction of the cylinder bore can be strengthened. Accordingly, the swirl flow S generated in the cylinder in the intake stroke is controlled in consideration of the damping until the latter half of the compression stroke, so that the swirl flow S having a desired strength is generated in the cylinder in the second half of the compression stroke. Can exist. The tumble flow control valve 7 disposed in the first intake port 51 and the second intake port 52 is fully opened during stratified combustion.

本実施形態では、図3に示すように、成層燃焼時には、燃料噴射量が多くなるほど、スワール流制御弁8の開度をより小さくし、吸気行程において気筒内に生成されるスワール流Sをより強めることにより、圧縮行程後半において気筒内に存在するスワール流Sをより強くしている。それにより、燃料噴射量が多くなるほど、そのままでは、より過剰リッチとなる混合気を、より強いスワール流Sによって強制的にスワール流Sの下流側へより広げるようにして、点火プラグ4近傍の一塊の混合気の燃料濃度を適当にし、スモークの発生を抑制している。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3, during stratified combustion, the larger the fuel injection amount, the smaller the opening of the swirl flow control valve 8 and the more the swirl flow S generated in the cylinder in the intake stroke. By strengthening, the swirl flow S existing in the cylinder in the latter half of the compression stroke is made stronger. Thereby, as the fuel injection amount increases, the mixture that becomes richer as it is as it is is forced to spread further toward the downstream side of the swirl flow S by the stronger swirl flow S, and a lump near the spark plug 4 The fuel concentration of the air-fuel mixture is made appropriate to suppress the generation of smoke.

図3において、燃料噴射量がかなり少ない時には、スワール流制御弁8を全開として、気筒内にスワール流が生成されないようにしている。それにより、点火プラグ4近傍に形成される一塊の混合気が、スワール流によって広げられて、過剰リーンとなることが防止され、失火の発生を抑制している。   In FIG. 3, when the fuel injection amount is considerably small, the swirl flow control valve 8 is fully opened so that a swirl flow is not generated in the cylinder. Thereby, the lump of air-fuel mixture formed in the vicinity of the spark plug 4 is prevented from being excessively leaned by being spread by the swirl flow, and the occurrence of misfire is suppressed.

このように、燃料噴射量に応じて、スワール流制御弁8の開度を制御するのに代えて、アクセルペダルの踏み込み量に対応する機関負荷が高いほど、燃料噴射量が多くなるために、スワール制御弁8の開度を小さくして、吸気行程において生成されるスワール流を強くするようにしても良い。また、成層燃焼に際しては、燃料噴射量に係わらずに気筒内の吸気量はほぼ一定であり、気筒内全体の燃焼空燃比が小さいほど、燃料噴射量が多くなる。それにより、機関排気系の空燃比センサにより検出される燃焼空燃比が小さいほど、スワール流制御弁8の開度を小さくして、吸気行程において生成されるスワール流を強くするようにしても良い。   Thus, instead of controlling the opening degree of the swirl flow control valve 8 according to the fuel injection amount, the higher the engine load corresponding to the depression amount of the accelerator pedal, the higher the fuel injection amount. The swirl flow generated in the intake stroke may be strengthened by reducing the opening of the swirl control valve 8. In stratified combustion, the intake air amount in the cylinder is substantially constant regardless of the fuel injection amount, and the fuel injection amount increases as the combustion air-fuel ratio in the entire cylinder decreases. Thus, the smaller the combustion air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor of the engine exhaust system, the smaller the opening of the swirl flow control valve 8 and the stronger the swirl flow generated in the intake stroke. .

ところで、点火プラグ4は、図4に示すように、一般的には高電圧側の中心電極41と、一般的には接地側のL字形電極42とを有している。L字形電極42は、点火プラグ4の中心軸線に平行な平行部42aと、中心軸線に垂直な垂直部42bとを有している。本実施形態において、L字形電極42の平行部42aの幅方向面はスワール流Sと略平行に配向されている(図4に対する点対称配置でも、平行部42aの幅方向面はスワール流Sと略平行となる)。それにより、点火プラグ4の中心電極41とL字形電極42との間で発生するアークAは、図4に示すように、スワール流Sによってスワール流Sの下流側へ容易に伸ばされる。それにより、成層燃焼時において、圧縮行程後半のスワール流が強いほど、点火プラグ4近傍の混合気がスワール流Sによってスワール流Sの下流側へより広げられるだけでなく、アークAも下流側へより伸ばされるために、混合気の着火性が向上する。   By the way, as shown in FIG. 4, the spark plug 4 generally has a center electrode 41 on the high voltage side and an L-shaped electrode 42 on the ground side in general. The L-shaped electrode 42 has a parallel part 42 a parallel to the central axis of the spark plug 4 and a vertical part 42 b perpendicular to the central axis. In the present embodiment, the width direction surface of the parallel portion 42a of the L-shaped electrode 42 is oriented substantially parallel to the swirl flow S (even in the point-symmetrical arrangement with respect to FIG. 4, the width direction surface of the parallel portion 42a is the same as the swirl flow S. Almost parallel). Thereby, the arc A generated between the center electrode 41 and the L-shaped electrode 42 of the spark plug 4 is easily extended to the downstream side of the swirl flow S by the swirl flow S as shown in FIG. Thus, during stratified combustion, the stronger the swirl flow in the second half of the compression stroke, the more the air-fuel mixture in the vicinity of the spark plug 4 is expanded further downstream by the swirl flow S, and the arc A also flows downstream. Since it is further extended, the ignitability of the air-fuel mixture is improved.

これに対して、図4に一点鎖線で示すように、スワール流Sが、点火プラグ4の中心電極41とL字形電極42との間の点火ギャップを通過する時に、L字形電極42の平行部42aの幅方向面に対して垂直に衝突するように、L字形電極42が配向されていると、アークAはスワール流によって下流側へ伸ばされることはない。それにより、混合気の着火性を向上させるには、このようにL字形電極42を配向しないことが好ましい。スワール流Sが点火プラグ4の点火ギャップを通過する時に、L字形電極42の平行部42aの幅方向面に対して垂直に衝突しなければ、アークAはスワール流Sによって僅かでも下流側へ伸ばされる。また、スワール流Sが点火プラグ4の点火ギャップへ流入する時に、L字形電極42の平行部42aの幅方向面に対して垂直に衝突するようなL字形電極42の配向でも(図4の一点鎖線の配向とは点対称の配向である)、スワール流Sは、平行部42aを回り込んで点火プラグ4の点火ギャップを通過してアークAを下流側に伸ばすことができる。   On the other hand, when the swirl flow S passes through the ignition gap between the center electrode 41 and the L-shaped electrode 42 of the spark plug 4, as shown by a dashed line in FIG. 4, the parallel portion of the L-shaped electrode 42. When the L-shaped electrode 42 is oriented so as to collide perpendicularly to the width direction surface of 42a, the arc A is not extended downstream by the swirl flow. Thereby, in order to improve the ignitability of the air-fuel mixture, it is preferable not to orient the L-shaped electrode 42 in this way. If the swirl flow S does not collide perpendicularly to the width direction surface of the parallel part 42a of the L-shaped electrode 42 when passing through the ignition gap of the spark plug 4, the arc A is extended slightly downstream by the swirl flow S. It is. Further, even when the swirl flow S flows into the ignition gap of the spark plug 4, the orientation of the L-shaped electrode 42 collides perpendicularly to the width direction surface of the parallel portion 42a of the L-shaped electrode 42 (one point in FIG. 4). The swirl flow S is able to extend the arc A downstream by passing through the ignition gap of the spark plug 4 through the parallel portion 42a.

前述したように、本筒内噴射式火花点火内燃機関は、機関負荷が設定負荷より大きい場合には、均質燃焼を実施する。均質燃焼に際しては、スワール流制御弁8は全開される。一方、第一吸気ポート51及び第二吸気ポート52の二つのタンブル流制御弁7は、同様に開度制御される。二つのタンブル流制御弁7の開度を小さくするほど、吸気行程において、気筒内に生成される排気弁側を下降して吸気弁側を上昇するタンブル流を強くすることができるが、気筒内へ供給される吸気量は少なくなる。   As described above, the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine performs homogeneous combustion when the engine load is larger than the set load. During the homogeneous combustion, the swirl flow control valve 8 is fully opened. On the other hand, the opening degree of the two tumble flow control valves 7 of the first intake port 51 and the second intake port 52 is similarly controlled. The smaller the opening of the two tumble flow control valves 7, the stronger the tumble flow that descends the exhaust valve side generated in the cylinder and rises the intake valve side in the intake stroke. The amount of intake air supplied to is reduced.

それほど高い機関出力が必要とされない低負荷側の均質燃焼は、燃料消費を低減するために、燃焼空燃比を理論空燃比よりリーンとすることが好ましい。このようなリーン空燃比の均質燃焼では、圧縮行程末期の点火時期において、この時までタンブル流を確実に気筒内に維持して乱れを存在させることが好ましく、二つのタンブル流制御弁7の開度は小さくされ、吸気行程において気筒内に強いタンブル流を生成する。   In the homogeneous combustion on the low load side where the engine output is not so high, the combustion air-fuel ratio is preferably made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio in order to reduce fuel consumption. In such a homogeneous combustion at a lean air-fuel ratio, it is preferable that the tumble flow is reliably maintained in the cylinder until this time at the ignition timing at the end of the compression stroke so that turbulence exists, and the two tumble flow control valves 7 are opened. The degree is reduced and a strong tumble flow is generated in the cylinder in the intake stroke.

強いタンブル流は、吸気行程中に燃料噴射弁3から噴射される燃料を十分に攪拌し、点火時期までに良好な均質混合気を形成するのに有利である。ピストン10の頂面には、気筒内の排気弁側を下降して吸気弁側を上昇するタンブル流の減衰を抑制してタンブル流を点火時期まで持続させ易くするための円弧断面形状のキャビティ10aが形成されている。   The strong tumble flow is advantageous for sufficiently stirring the fuel injected from the fuel injection valve 3 during the intake stroke and forming a good homogeneous mixture by the ignition timing. On the top surface of the piston 10 is a cavity 10a having an arc cross-sectional shape for suppressing the attenuation of the tumble flow that descends the exhaust valve side and rises the intake valve side in the cylinder to facilitate the tumble flow until the ignition timing. Is formed.

高い機関出力が必要とされる高負荷側の均質燃焼は、燃焼空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすることが好ましい。このような理論空燃比の均質燃焼では、点火時期において気筒内に強い乱れを存在させると、燃焼速度が速くなり過ぎて、熱効率が悪化するために、二つのタンブル流制御弁7の開度は大きくされ、吸気行程において、気筒内にはそれほど強いタンブル流が生成されないようにする。また、この時には、比較的多量の吸気が必要とされるが、二つのタンブル流制御弁7の開度が大きくされるために、吸気不足が発生することはない。   For homogeneous combustion on the high load side where high engine output is required, the combustion air-fuel ratio is preferably the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio. In such homogeneous combustion at the stoichiometric air-fuel ratio, if there is a strong turbulence in the cylinder at the ignition timing, the combustion speed becomes too fast and the thermal efficiency deteriorates, so the opening degree of the two tumble flow control valves 7 is In the intake stroke, the tumble flow is not generated so strongly in the cylinder. At this time, a relatively large amount of intake air is required. However, since the opening degree of the two tumble flow control valves 7 is increased, there is no shortage of intake air.

ところで、均質燃焼時には、スワール流制御弁8は全開されるが、それでも、スワール流制御弁8が配置された第二吸気ポート52の吸気抵抗は、スワール流制御弁8が配置されていない第一吸気ポート51の吸気抵抗に比較して大きくなる。気筒内には、当初、二つの吸気ポート51及び52によって互いに平行な二つのタンブル流が生成され、次いで、二つのタンブル流は合わさって一つのタンブル流となる。これら二つのタンブル流の強さが同じであれば、一つのタンブル流となる際にそれほど大きな減衰は発生しない。しかしながら、スワール流制御弁8の影響によって気筒内に生成される二つのタンブル流の強さが異なると、一つのタンブル流となる際に、比較的大きな減衰が発生し、点火時期までタンブル流を維持することが難しくなる。   By the way, at the time of homogeneous combustion, the swirl flow control valve 8 is fully opened, but the intake resistance of the second intake port 52 where the swirl flow control valve 8 is disposed is still the first where the swirl flow control valve 8 is not disposed. It becomes larger than the intake resistance of the intake port 51. In the cylinder, two tumble flows parallel to each other are initially generated by the two intake ports 51 and 52, and then the two tumble flows are combined into one tumble flow. If the intensity of these two tumble flows is the same, there will be no significant attenuation when one tumble flow is formed. However, if the strengths of the two tumble flows generated in the cylinder differ due to the influence of the swirl flow control valve 8, a relatively large attenuation occurs when the tumble flow becomes one, and the tumble flow is reduced until the ignition timing. It becomes difficult to maintain.

それにより、第一吸気ポート51に、第二吸気ポート52のタンブル流制御弁と同様な弁部材を配置して常時全開とし、タンブル流制御弁8の全開時において、第二吸気ポート52の吸気抵抗と第一吸気ポート51の吸気抵抗とをほぼ等しくすることが好ましい。もちろん、第一吸気ポート51の弁部材は、常時全開とされるために、アクチュエータは必要とされず、また、特に弁部材でなくても、全開時のタンブル流制御弁8の同じ吸気抵抗をもたらす形状の部材としても良い。   As a result, a valve member similar to the tumble flow control valve of the second intake port 52 is disposed in the first intake port 51 so that the valve member is always fully open, and when the tumble flow control valve 8 is fully open, the intake air of the second intake port 52 is It is preferable that the resistance and the intake resistance of the first intake port 51 are substantially equal. Of course, since the valve member of the first intake port 51 is always fully open, an actuator is not required, and even if it is not a valve member, the same intake resistance of the tumble flow control valve 8 when fully open is obtained. It is good also as a member of the shape brought about.

本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の実施形態を示すシリンダヘッドの底面図である。It is a bottom view of a cylinder head showing an embodiment of a cylinder injection type spark ignition internal combustion engine by the present invention. 図1の筒内噴射式火花点火内燃機関の圧縮行程後半における概略縦断面図である。FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view in the latter half of the compression stroke of the direct injection spark ignition internal combustion engine of FIG. 1. 燃料噴射量に対するスワール流制御弁開度のマップである。It is a map of the swirl flow control valve opening degree with respect to the fuel injection amount. 図1の点火プラグの拡大図である。It is an enlarged view of the ignition plug of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 吸気弁
2 排気弁
3 燃料噴射弁
4 点火プラグ
7 タンブル流制御弁
8 スワール流制御弁
51 第一吸気ポート
52 第二吸気ポート
S スワール流
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Intake valve 2 Exhaust valve 3 Fuel injection valve 4 Spark plug 7 Tumble flow control valve 8 Swirl flow control valve 51 1st intake port 52 2nd intake port S Swirl flow

Claims (4)

気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグと、スワール流生成手段とを具備し、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の一部が前記点火プラグの点火ギャップを通過するようにされ、点火時期において前記点火プラグ近傍に可燃混合気を形成して成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、成層燃焼に際して、機関負荷が高いほど前記スワール流生成手段により吸気行程において気筒内に生成するスワール流を強くすることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。   A fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder, an ignition plug, and a swirl flow generating means are provided, and a part of the fuel injected from the fuel injection valve passes through the ignition gap of the ignition plug. In a direct injection spark ignition internal combustion engine that performs stratified combustion by forming a combustible mixture in the vicinity of the spark plug at the ignition timing, the intake air is increased by the swirl flow generating means as the engine load increases during stratified combustion. An in-cylinder spark ignition internal combustion engine characterized by strengthening a swirl flow generated in a cylinder in a stroke. 気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と、点火プラグと、スワール流生成手段とを具備し、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の一部が前記点火プラグの点火ギャップを通過するようにされ、点火時期において前記点火プラグ近傍に可燃混合気を形成して成層燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、成層燃焼に際して、燃焼空燃比が小さいほど前記スワール流生成手段により吸気行程において気筒内に生成するスワール流を強くすることを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。   A fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder, an ignition plug, and a swirl flow generating means are provided, and a part of the fuel injected from the fuel injection valve passes through the ignition gap of the ignition plug. In a cylinder injection spark ignition internal combustion engine that performs stratified combustion by forming a combustible mixture in the vicinity of the spark plug at the ignition timing, during stratified combustion, the smaller the combustion air-fuel ratio, the more the swirl flow generating means An in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine characterized by strengthening a swirl flow generated in a cylinder in an intake stroke. 少なくとも二つの吸気ポートが気筒内へ接続され、前記二つの吸気ポートの一方には前記スワール流生成手段としてのスワール流制御弁が配置され、前記二つの吸気ポートの両方にはタンブル流制御弁が配置され、成層燃焼時には前記タンブル流制御弁を全開として前記スワール流制御弁を制御し、均質燃焼時には、前記スワール流制御弁を全開として前記タンブル流制御弁を制御す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火花点火内燃機関。   At least two intake ports are connected to the inside of the cylinder, a swirl flow control valve as the swirl flow generating means is disposed in one of the two intake ports, and a tumble flow control valve is disposed in both of the two intake ports. The tumbling flow control valve is fully opened to control the swirl flow control valve during stratified combustion, and the tumble flow control valve is controlled to open the swirl flow control valve during homogeneous combustion. The in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to 1 or 2. 前記点火プラグは気筒上部に配置され、前記点火プラグはL字形電極を有し、前記L字形電極は点火プラグ軸線に平行な平行部と点火プラグ軸線に垂直な垂直部とを有し、前記点火プラグの点火ギャップを通過する際の前記タンブル流が、前記L字形電極の前記平行部の幅方向面に対して垂直に衝突しないように、前記点火プラグの前記L字形電極が配向されてい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火花点火内燃機関。   The spark plug is disposed at an upper portion of the cylinder, the spark plug has an L-shaped electrode, and the L-shaped electrode has a parallel portion parallel to the spark plug axis and a vertical portion perpendicular to the spark plug axis. The L-shaped electrode of the spark plug is oriented so that the tumble flow when passing through the ignition gap of the plug does not collide perpendicularly to the widthwise surface of the parallel portion of the L-shaped electrode. The in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to claim 1 or 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012207611A (en) * 2011-03-30 2012-10-25 Honda Motor Co Ltd Internal combustion engine
JP2014240644A (en) * 2013-06-12 2014-12-25 三菱自動車工業株式会社 Internal combustion engine

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