JP2009019539A

JP2009019539A - Cylinder direct injection type internal combustion engine

Info

Publication number: JP2009019539A
Application number: JP2007181831A
Authority: JP
Inventors: Koshiro Kimura; 幸四郎木村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2027-07-11
Also published as: JP4720799B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cylinder direct injection type internal combustion engine for effectively strengthening a forward tumble by using injection fuel. <P>SOLUTION: This cylinder direct injection type internal combustion engine has an intake port 3a for forming the forward tumble of air sucked in a combustion chamber via an intake valve, and has a cylinder injection injector 6 for performing a main spray of injecting the fuel in the direction for strengthening the forward tumble and a sub-spray of injecting the fuel at a flow speed slower than that of the main spray into a space of generating rolling-up for restraining the rolling-up in the inverse tumble direction of the fuel by the main spray. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、筒内直接噴射式内燃機関に関し、特に筒内噴射用のインジェクタから噴射される燃料を用いて順タンブルを強化する内燃機関に関する。 The present invention relates to an in-cylinder direct injection internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine that enhances forward tumble using fuel injected from an in-cylinder injector.

噴射される燃料の方向が調整可能な筒内噴射用のインジェクタが提案されている。 In-cylinder injectors that can adjust the direction of fuel to be injected have been proposed.

特許文献１は、噴射される燃料の方向を二手に分け、一方をタンブルまたはスワールに載せる方向に噴射し、他方を点火プラグの近傍に噴射する筒内噴射用インジェクタを開示する。
特開平１１−３０１２４号公報 Patent Document 1 discloses an in-cylinder injector that divides the direction of fuel to be injected into two parts, injects one in a tumble or swirl direction, and injects the other in the vicinity of a spark plug.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-30124

しかし、タンブルなどの旋回流に載せる噴射燃料は、ピストンの頂面などに衝突する際に、旋回流の流れと逆方向に巻き上がり（跳ね返り）が発生する。跳ね返りによりタンブルなどの旋回流が弱められるおそれがある。 However, when the fuel injected on the swirl flow such as tumble collides with the top surface of the piston or the like, the injected fuel rolls up (bounces) in the opposite direction to the swirl flow. There is a possibility that the swirl flow such as tumble is weakened by the rebound.

したがって本発明の目的は、噴射燃料を用いて効果的に順タンブルを強化する筒内直接噴射式内燃機関を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an in-cylinder direct injection internal combustion engine that effectively enhances forward tumble using injected fuel.

本発明に係る筒内直接噴射式内燃機関は、吸気バルブを介して燃焼室に吸入される空気で、順タンブルを形成する吸気ポートと、順タンブルを強化する方向に燃料を噴射する主噴霧と、主噴霧による燃料の逆タンブル方向への巻き上がりを抑制するために、巻き上がりが発生する空間に対して主噴霧よりも遅い流速で燃料を噴射する副噴霧とを行う筒内噴射用のインジェクタとを備える。主噴霧により噴射された一部の燃料の逆タンブル方向への流れが副噴霧により抑制され、逆タンブル成分により順タンブルが弱められるのを抑えることが可能になる。 An in-cylinder direct injection internal combustion engine according to the present invention includes an intake port that forms a forward tumble with air sucked into a combustion chamber via an intake valve, and a main spray that injects fuel in a direction that strengthens the forward tumble. An in-cylinder injector that performs sub-spraying that injects fuel at a flow rate slower than that of the main spray in a space where the hoisting occurs in order to prevent the fuel from rolling up in the reverse tumble direction due to the main spray With. The flow in the reverse tumble direction of a part of the fuel injected by the main spray is suppressed by the sub spray, and the forward tumble can be prevented from being weakened by the reverse tumble component.

好ましくは、インジェクタは、主噴霧に使用される主噴霧用孔と、副噴霧に使用される副噴霧用孔とを有し、主噴霧用孔は副噴霧用孔よりも小さく、主噴霧用孔は副噴霧用孔よりも多くの孔を有する。これにより、同じインジェクタを使って、流速や噴射量の異なる燃料噴射が可能になる。 Preferably, the injector has a main spray hole used for the main spray and a sub spray hole used for the sub spray, and the main spray hole is smaller than the sub spray hole, and the main spray hole is smaller. Has more holes than subspray holes. This enables fuel injection with different flow rates and injection amounts using the same injector.

また、好ましくは、インジェクタは、主噴霧に使用される主噴霧用孔と、副噴霧に使用される副噴霧用孔とを有し、主噴霧用孔の燃圧は副噴霧用孔の燃圧よりも大きく、主噴霧用孔は副噴霧用孔と同じ大きさである。これにより、燃圧の異なるインジェクタを使って簡単に流速や噴射量の異なる燃料噴射が可能になる。 Preferably, the injector has a main spray hole used for the main spray and a sub spray hole used for the sub spray, and the fuel pressure of the main spray hole is higher than the fuel pressure of the sub spray hole. Large, the main spray holes are the same size as the sub spray holes. This makes it possible to easily inject fuel with different flow rates and injection amounts using injectors with different fuel pressures.

以上のように本発明によれば、噴射燃料を用いて効果的に順タンブルを強化する筒内直接噴射式内燃機関を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an in-cylinder direct injection internal combustion engine that effectively enhances forward tumble using injected fuel.

以下、本発明の実施形態について、図１〜４を用いて説明する。本実施形態における筒内直接噴射式内燃機関は、エンジン本体１、吸気通路３、電気制御スロットル弁４、筒内噴射用のインジェクタ６、点火プラグ７、排気通路８、触媒コンバータ９、ＥＣＵ２０、吸気バルブ３１、及び排気バルブ３２を備える。なお、図２において、点火プラグ７は省略している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. The in-cylinder direct injection internal combustion engine in the present embodiment includes an engine body 1, an intake passage 3, an electrically controlled throttle valve 4, an in-cylinder injector 6, a spark plug 7, an exhaust passage 8, a catalytic converter 9, an ECU 20, an intake air A valve 31 and an exhaust valve 32 are provided. In FIG. 2, the spark plug 7 is omitted.

まず、エンジン本体１の動作について説明する。エンジン本体１の各シリンダーの燃焼室には、吸気通路３を介し、電気制御スロットル弁４の制御を受けて、空気が吸入される。空気が吸入される量やタイミングは、吸気バルブ３１の開閉によって制御される。インジェクタ６から噴射された燃料は、吸入された空気と混ざって混合気を形成する。ＥＣＵ２０からの点火信号に基づく点火プラグ７の点火によって、混合気は燃焼する。エンジン本体１からの排気は、排気バルブ３２を介して排気通路８より排出され、排気通路８に設けられた触媒コンバータ９により浄化される。 First, the operation of the engine body 1 will be described. Air is sucked into the combustion chamber of each cylinder of the engine body 1 under the control of the electric control throttle valve 4 via the intake passage 3. The amount and timing of inhaling air are controlled by opening and closing the intake valve 31. The fuel injected from the injector 6 mixes with the sucked air to form an air-fuel mixture. The air-fuel mixture burns by ignition of the spark plug 7 based on the ignition signal from the ECU 20. Exhaust gas from the engine body 1 is discharged from the exhaust passage 8 through the exhaust valve 32 and purified by the catalytic converter 9 provided in the exhaust passage 8.

ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受け、これに基づいて演算処理して、各部の動作制御を行う。 The ECU 20 includes a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, an A / D converter, an input / output interface, and the like, receives input signals from various sensors, performs arithmetic processing based on the signals, Control the operation.

吸気バルブ３１を介して、燃焼室に吸入される空気の流れ（旋回流の流れ）が順タンブルになるように、吸気通路３の吸気ポート３ａの形状などが設定される。順タンブルの形成は、タンブルコントロールバルブ（不図示）によって行われても良い。また、インジェクタ６から噴射される燃料の方向は、吸気により形成された順タンブルを強化する方向（主噴霧方向）と（主噴霧方向に対する）逆タンブル方向への噴霧の巻き上がりが発生する空間に向けた方向（副噴霧方向）とに設定される。 The shape of the intake port 3a of the intake passage 3 is set so that the flow of air (swirl flow) sucked into the combustion chamber via the intake valve 31 becomes a forward tumble. The formation of the forward tumble may be performed by a tumble control valve (not shown). Further, the direction of the fuel injected from the injector 6 is in a space where the tumbling of the spray occurs in the direction (main spray direction) that strengthens the forward tumble formed by intake air and the reverse tumble direction (relative to the main spray direction). It is set to the direction (sub spray direction).

インジェクタ６は、シリンダーの上面中心近傍に設置され、先端部（インジェクタノズル）６ａに設けられた主噴霧用孔６１、及び副噴霧用孔６２から所定のタイミング（同時）で燃料を噴射する。流速が大きくなるように主噴霧用孔６１の孔径は副噴霧用孔６２の孔径よりも小さく設定され、噴射量が多くなるように副噴霧用孔６２よりも多くの噴射孔を有する。 The injector 6 is installed in the vicinity of the center of the upper surface of the cylinder, and injects fuel at a predetermined timing (simultaneously) from the main spray hole 61 and the sub spray hole 62 provided in the tip (injector nozzle) 6a. The hole diameter of the main spray hole 61 is set smaller than the hole diameter of the sub spray hole 62 so as to increase the flow velocity, and has more injection holes than the sub spray hole 62 so as to increase the injection amount.

主噴霧用孔６１の形状及び噴射方向は、吸気により形成された順タンブルを強化する方向に燃料が噴射されるように設定される。すなわち、主噴霧用孔６１からの燃料は、吸気によって形成された順タンブルの流れの方向に沿って（排気バルブがある側に向けて）噴射され、かかる燃料噴射が順タンブルを増速させる。 The shape and injection direction of the main spray hole 61 are set so that the fuel is injected in a direction that strengthens the forward tumble formed by the intake air. That is, the fuel from the main spray hole 61 is injected along the direction of the flow of the forward tumble formed by the intake air (toward the side where the exhaust valve is present), and the fuel injection accelerates the forward tumble.

副噴霧用孔６２の形状及び噴射方向は、主噴霧用孔６１から噴射された燃料のうち逆タンブル方向に巻き上がりが発生する空間に対して燃料が噴射されるように設定される。すなわち、副噴霧用孔６２からの燃料は、吸気によって形成された順タンブルの流れに沿う方向で且つ順タンブルの流れの外側に向かって噴射される。 The shape and the injection direction of the sub-spray hole 62 are set so that the fuel is injected into the space in which the hoisting occurs in the reverse tumble direction among the fuel injected from the main spray hole 61. That is, the fuel from the secondary spray hole 62 is injected in the direction along the forward tumble flow formed by the intake air and toward the outside of the forward tumble flow.

例えば、主噴霧用孔６１からの燃料は、側面から見て、ピストン１ａの移動方向となす角θ１が小さく、ピストン１ａの頂面に向けて噴射され、副噴霧孔６２からの燃料は、ピストン１ａの移動方向となす角θ２が大きく、シリンダー壁面に向けて噴射される。 For example, the fuel from the main spray hole 61 has a small angle θ1 formed with the moving direction of the piston 1a when viewed from the side, and is injected toward the top surface of the piston 1a. The angle θ2 formed with the moving direction of 1a is large and is injected toward the cylinder wall surface.

主噴霧用孔６１から噴射された燃料の殆どは、吸気により形成された順タンブルを強化する方向に流れる（図２の太破線参照）。主噴霧用孔６１から噴射された燃料の一部は、逆タンブル方向に巻き上がる（図２の点線参照）。しかしながら、副噴霧用孔６２から噴射された燃料は、主噴霧用孔６１から噴射された燃料との流速差により巻き込まれ、主噴霧用孔６１からの燃料の逆タンブル方向の巻き上がりを抑制する（図２の細実線参照）。これにより、逆タンブル方向に巻き上がった燃料によって順タンブルの流れが弱められることなく、噴射された燃料を効果的に利用して順タンブルの強化を行うことが可能になる。 Most of the fuel injected from the main spray hole 61 flows in a direction that reinforces the forward tumble formed by the intake air (see the thick broken line in FIG. 2). Part of the fuel injected from the main spray hole 61 rolls up in the reverse tumble direction (see the dotted line in FIG. 2). However, the fuel injected from the sub-spray hole 62 is entrained due to the difference in flow velocity from the fuel injected from the main spray hole 61, and suppresses the fuel from the main spray hole 61 from rolling up in the reverse tumble direction. (See thin solid line in FIG. 2). Accordingly, the forward tumble can be strengthened by effectively using the injected fuel without the forward tumble flow being weakened by the fuel rolled up in the reverse tumble direction.

本実施形態では、主噴霧用孔６１から噴射される燃料と、副噴霧用孔６２から噴射される燃料との流速差を、１つのインジェクタで、噴霧孔の大きさを異ならしめることにより成立させたが、他の形態で流速差を成立させてもよい。例えば、２つのインジェクタを使って、噴霧孔の大きさを異ならしめる形態、あるいは、２つのインジェクタを使って、噴霧孔は同じ大きさで、燃圧を異ならしめる形態が考えられる（燃圧が高いと流速が早くなる）。 In this embodiment, the flow rate difference between the fuel injected from the main spray hole 61 and the fuel injected from the sub spray hole 62 is established by making the size of the spray hole different with one injector. However, the flow rate difference may be established in other forms. For example, a configuration in which the size of the spray hole is made different by using two injectors, or a mode in which the spray hole is the same size and the fuel pressure is made different by using two injectors is considered. Will be faster).

本実施形態における筒内直接噴射式内燃機関の構成図である。It is a lineblock diagram of a direct injection type internal combustion engine in this embodiment. 本実施形態における筒内噴射用のインジェクタからの燃料噴射状態を示す構成図である。It is a block diagram which shows the fuel-injection state from the injector for cylinder injection in this embodiment. 筒内噴射用のインジェクタの底面図である。It is a bottom view of the injector for in-cylinder injection. 筒内噴射用のインジェクタの側面図である。It is a side view of the injector for cylinder injection.

Explanation of symbols

１エンジン本体
３吸気通路
４電気制御スロットル弁
６筒内噴射用のインジェクタ
７点火プラグ
８排気通路
９触媒コンバータ
２０ＥＣＵ
３１吸気バルブ
３２排気バルブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine main body 3 Intake passage 4 Electric control throttle valve 6 In-cylinder injector 7 Spark plug 8 Exhaust passage 9 Catalytic converter 20 ECU
31 Intake valve 32 Exhaust valve

Claims

An intake port that forms a forward tumble with air drawn into the combustion chamber via the intake valve; and
The main spray that injects fuel in a direction that strengthens the forward tumble, and the main spray in a space where the hoisting occurs in order to suppress the hoisting of the fuel in the reverse tumble direction by the main spray. An in-cylinder direct injection internal combustion engine comprising: an in-cylinder injector that performs sub-spray for injecting the fuel at a slow flow rate.

The injector has a main spray hole used for the main spray and a sub spray hole used for the sub spray, and the main spray hole is smaller than the sub spray hole. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the spray holes have more holes than the sub spray holes.

The injector has a main spray hole used for the main spray and a sub spray hole used for the sub spray, and the fuel pressure of the main spray hole is higher than the fuel pressure of the sub spray hole. 2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the main spray hole is substantially the same size as the sub spray hole.