JP2003003854A - In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine and method for forming air-fuel mixture in in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine - Google Patents
In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine and method for forming air-fuel mixture in in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engineInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 成層混合気形成と均質混合気形成とを共に満
足させて、高出力・高効率となる筒内直噴火花点火内燃
機関およびその混合気形成方法を得る。
【解決手段】 筒内直噴火花点火内燃機関10Aは、吸
気ポート22にタンブル流制御手段としてのガイド板3
4を備えており、このガイド板34が吸気ポート2内に
進退することにより、スロート下部32における気流の
壁面からの剥離状態を制御(変更)できる構成となって
いる。ガイド板34の作動によりスロート下部32にお
ける気流の壁面からの剥離状態を変更すると、吸気気流
の偏りが変わることで、燃焼室16内のガスタンブル流
の生成状態(強さ)を制御することができ、成層混合気
の形成(部分負荷状態)と均質混合気の形成(高負荷状
態)とを共に満足させて、高出力・高効率とすることが
できる。
(57) [Problem] To provide a direct injection spark ignition internal combustion engine with high output and high efficiency and a method of forming the mixture by satisfying both stratified mixture formation and homogeneous mixture formation. SOLUTION: A direct injection spark ignition internal combustion engine 10A has a guide plate 3 as a tumble flow control means in an intake port 22.
The guide plate 34 is configured to be able to control (change) the state of separation of the airflow from the wall surface in the throat lower part 32 by moving the guide plate 34 into and out of the intake port 2. When the separation state of the airflow from the wall surface in the lower part of the throat 32 is changed by the operation of the guide plate 34, the bias of the intake airflow is changed, so that the generation state (strength) of the gas tumble flow in the combustion chamber 16 can be controlled. As a result, the formation of a stratified mixture (partial load state) and the formation of a homogeneous mixture (high load state) can both be satisfied to achieve high output and high efficiency.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、燃料をシリンダ内に直
接噴射して混合気を形成し点火プラグによってこの混合
気を点火し燃焼させる筒内直噴火花点火内燃機関及びこ
の筒内直噴火花点火内燃機関における混合気形成方法に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine in which fuel is directly injected into a cylinder to form an air-fuel mixture, and the air-fuel mixture is ignited and burned by an ignition plug, and the in-cylinder direct injection. The present invention relates to a method for forming an air-fuel mixture in a spark ignition internal combustion engine.
【0002】[0002]
【従来の技術】燃料を燃焼室(シリンダ)内に直接噴射
し火花点火により着火・燃焼させる筒内直噴火花点火内
燃機関(所謂、直噴ガソリンエンジン)が知られてい
る。2. Description of the Related Art There is known an in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine (so-called direct injection gasoline engine) which directly injects fuel into a combustion chamber (cylinder) and ignites and burns by spark ignition.
【0003】この種の既存の筒内直噴火花点火内燃機関
のうち、点火プラグの近傍に濃混合気を、その周囲に希
薄混合気を層状に形成させ、全体の平均空燃比がかなり
薄い場合でも点火可能とし、低負荷域(部分負荷時)の
燃費改善を目的として、所謂成層燃焼が行なわれるよう
に構成されたものがある。またしかも、成層燃焼のため
に、すなわち成層混合気を形成するために、燃焼室の壁
面形状を利用するコンセプトに基づいたものが一般的で
ある。すなわち、ピストン頂面に設けたキャビティに向
けて燃料噴霧を噴射し、キャビティ壁の形状を工夫する
ことによって、噴霧の運動方向を変更させたり、キャビ
ティ内に燃料を留めたりして成層混合気を形成する構成
である。In an existing in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine of this type, when a rich air-fuel mixture is formed in the vicinity of a spark plug and a lean air-fuel mixture is formed around it, the average air-fuel ratio of the whole is considerably low. However, there is one configured to perform so-called stratified combustion for the purpose of enabling ignition and improving fuel consumption in a low load range (partial load). Moreover, it is generally based on the concept of utilizing the wall shape of the combustion chamber for stratified combustion, that is, for forming the stratified mixture. In other words, by injecting fuel spray toward the cavity provided on the top surface of the piston and devising the shape of the cavity wall, the direction of spray movement can be changed and fuel can be retained in the cavity to form a stratified mixture. It is a structure to be formed.
【0004】しかしながら、このような成層混合気を形
成するために燃焼室の壁面形状を利用するコンセプトに
基づいた従来の内燃機関では、混合気形成ひいてはエン
ジン性能に対し、燃焼室形状の影響が大きく、その形状
を最適化させることは容易ではなかった。さらに、複雑
な形状となるピストンキャビティは燃焼室表面積の増加
に伴って熱損失が増大し、熱効率の悪化を招くことにな
る。However, in the conventional internal combustion engine based on the concept of utilizing the wall shape of the combustion chamber to form such a stratified mixture, the influence of the shape of the combustion chamber on the formation of the mixture and thus the engine performance is large. , It was not easy to optimize its shape. Further, in the piston cavity having a complicated shape, the heat loss increases as the surface area of the combustion chamber increases, and the heat efficiency deteriorates.
【0005】そこで、成層混合気の形成に前述の如きキ
ャビティ壁を利用しない(要因としない)所謂「エアガ
イド」または「スプレーガイド」といった燃焼系の開発
が進められている。このうち、「エアガイド」というコ
ンセプトに基づいたものでは、気流を利用して、混合気
を点火位置へ導くものである。この場合、低負荷域(部
分負荷時)は成層混合気形成のために強い筒内流動(シ
リンダ内のガスタンブル流)が必要となり、一方、高負
荷時には均質な混合気形成を目指すことから、噴霧を押
し流し混合気を偏在させる可能性があることや冷却損失
を増大することなどにより、あまり強い筒内流動は好ま
しくないと考えられる。したがって、混合気の形成に気
流を利用するというコンセプトに基づいたものでは、吸
気の流動を部分負荷時(低負荷域)と高負荷時とで変更
できる可変機構が必要になる。このため従来では、吸気
ポート内にこの吸気ポートを二分する(空気の流れを上
側と下側に二分する)隔壁を設け、しかも、この隔壁の
上流側には、隔壁下側を通過する気流の流量を調整する
流量調整弁が設けられている。この流量調整弁を閉じる
ことにより正タンブル流を強め、一方、流量調整弁を開
けることにより正タンブル流を弱める構成となってい
る。Therefore, the development of a combustion system such as a so-called "air guide" or "spray guide" which does not utilize the cavity wall as described above (which is not a factor) in the formation of the stratified mixture is under way. Among them, the one based on the concept of "air guide" uses the air flow to guide the air-fuel mixture to the ignition position. In this case, a strong in-cylinder flow (gas tumble flow in the cylinder) is required to form a stratified mixture in the low load region (partial load), while on the other hand, a uniform mixture is formed at high load. It is considered that a very strong in-cylinder flow is not preferable because the spray may be washed away and the air-fuel mixture may be unevenly distributed and the cooling loss may be increased. Therefore, in the one based on the concept of using the airflow to form the air-fuel mixture, a variable mechanism that can change the flow of intake air between partial load (low load range) and high load is required. For this reason, conventionally, a partition wall that divides the intake port into two parts (which divides the air flow into upper and lower parts) is provided in the intake port. A flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate is provided. The normal tumble flow is strengthened by closing the flow rate adjusting valve, while the normal tumble flow is weakened by opening the flow rate adjusting valve.
【0006】しかしながら、前述の如き従来の構成で
は、吸気ポート内に空気の流れを二分するための隔壁を
設けた構成であるため、必然的に流路抵抗が大きく、全
開時の吸入空気量が制限されることになるため、高出力
が望めなくなる欠点があった。However, in the conventional structure as described above, since the partition wall for dividing the air flow into two is provided in the intake port, the flow path resistance is inevitably large, and the intake air amount when fully opened. Since it is limited, there is a drawback that high output cannot be expected.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事実を考
慮し、互いに相反する要求条件とされる低負荷時におけ
る成層燃焼のための成層混合気形成と高負荷時における
均質燃焼のための均質混合気形成とを共に満足させて、
両燃焼時の性能に優れた高出力、高効率となる筒内直噴
火花点火内燃機関、及び筒内直噴火花点火内燃機関にお
ける混合気形成方法を得ることが目的である。SUMMARY OF THE INVENTION In consideration of the above facts, the present invention considers the above facts and forms a stratified mixture for stratified combustion at low load, which is a contradictory requirement, and a homogeneous mixture for homogeneous combustion at high load. Satisfying both the mixture formation and
It is an object of the present invention to provide a direct injection spark ignition internal combustion engine with high output and high efficiency that is excellent in performance during both combustions, and a mixture forming method in the direct injection spark ignition internal combustion engine.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明の筒
内直噴火花点火内燃機関は、吸気管から空気を吸入し、
シリンダ中心より離れた位置に設置した噴射弁によって
燃料をシリンダ内に直接噴射して混合気を形成し、前記
シリンダの略中心に設置した点火プラグによって前記混
合気を点火し燃焼させる筒内直噴火花点火内燃機関にお
いて、前記吸気管の吸気ポートスロート下部における気
流の壁面からの剥離状態を制御することにより、前記シ
リンダ内のガスタンブル流の生成状態を変更可能なタン
ブル流制御手段を設けた、ことを特徴としている。An in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine of the invention according to claim 1 sucks air from an intake pipe,
Direct in-cylinder eruption in which fuel is directly injected into the cylinder by an injection valve installed at a position distant from the center of the cylinder to form an air-fuel mixture, and the air-fuel mixture is ignited and burned by an ignition plug installed substantially in the center of the cylinder. In the flower ignition internal combustion engine, a tumble flow control means is provided that can change the generation state of the gas tumble flow in the cylinder by controlling the separation state from the wall surface of the air flow in the lower portion of the intake port throat of the intake pipe, It is characterized by that.
【0009】請求項1記載の筒内直噴火花点火内燃機関
では、タンブル流制御手段の作動によって、吸気ポート
スロート下部における気流の壁面からの剥離状態が制御
(変更)される。これにより、シリンダ内のガスタンブ
ル流の生成状態が変更される。すなわち、タンブル流制
御手段によって吸気ポートスロー下部における気流を大
きく剥離させると、吸気ポート内の気流が偏流されるこ
と及び有効流路面積が減少されることになり、シリンダ
内のガスタンブル流の生成を強化できる。一方、タンブ
ル流制御手段によって吸気ポートスロー下部における気
流の剥離を抑制すると、吸気ポート内の気流に偏流が生
じなくなり、シリンダ内のガスタンブル流の生成が弱め
られる。しかも、このように気流の剥離を抑制した場合
には、流路抵抗が増大することが無い。In the in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to the first aspect, the separation state from the wall surface of the air flow in the lower portion of the intake port throat is controlled (changed) by the operation of the tumble flow control means. As a result, the generation state of the gas tumble flow in the cylinder is changed. That is, when the air flow in the lower part of the intake port throw is largely separated by the tumble flow control means, the air flow in the intake port is lopsided and the effective flow passage area is reduced, so that the gas tumble flow in the cylinder is generated. Can be strengthened. On the other hand, if the separation of the airflow in the lower part of the intake port throw is suppressed by the tumble flow control means, the airflow in the intake port does not become uneven, and the generation of the gas tumble flow in the cylinder is weakened. Moreover, when the separation of the airflow is suppressed in this way, the flow path resistance does not increase.
【0010】ここで、このような筒内直噴火花点火内燃
機関では、混合気形成に対して気流の果たす役割が大き
い。また低負荷域(部分負荷時)には、点火プラグ周り
に混合気を成層させる必要があり、一方で、高負荷時は
燃焼室内に均質な混合気を形成する必要がある。In such an in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine, the air flow plays a large role in forming the air-fuel mixture. Further, in the low load region (during partial load), it is necessary to stratify the air-fuel mixture around the spark plug, while at the time of high load, it is necessary to form a homogeneous air-fuel mixture.
【0011】この点、請求項1記載の筒内直噴火花点火
内燃機関では、タンブル流制御手段の作動によってシリ
ンダ内のガスタンブル流の生成状態を変更することで、
全開吸入量を損なうことなく相反する混合気形成の要求
を満たすことができる。すなわち、成層燃焼のために成
層混合気を形成する際(部分負荷時)には、シリンダ内
のガスタンブル流の生成状態を強化することにより、混
合気を点火プラグ位置へ運ぶことができる。一方、均質
燃焼のために均質混合気を形成する際(高負荷時)に
は、吸入空気量を確保しつつ、シリンダ内のガスタンブ
ル流の生成状態を弱め、噴霧が押し流され燃焼室内に偏
在することを防ぐことができる。また、過度の冷却損失
を抑えることができ、高出力、高効率となる。In this respect, in the in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to the first aspect, the generation state of the gas tumble flow in the cylinder is changed by the operation of the tumble flow control means.
It is possible to satisfy the conflicting air-fuel mixture formation requirements without impairing the fully open intake amount. That is, when forming the stratified mixture for stratified combustion (partial load), the mixture can be carried to the ignition plug position by strengthening the generation state of the gas tumble flow in the cylinder. On the other hand, when a homogeneous mixture is formed for homogeneous combustion (at high load), the amount of intake air is secured, the generation state of gas tumble flow in the cylinder is weakened, and spray is swept away and unevenly distributed in the combustion chamber. Can be prevented. Further, excessive cooling loss can be suppressed, resulting in high output and high efficiency.
【0012】このように、請求項1記載の筒内直噴火花
点火内燃機関では、互いに相反する要求条件とされる低
負荷時における成層燃焼のための成層混合気形成と高負
荷時における均質燃焼のための均質混合気形成とを共に
満足させて、両燃焼時の性能に優れた高出力、高効率と
することができる。As described above, in the direct injection spark ignition internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, formation of a stratified mixture for stratified combustion at low load and homogeneous combustion at high load, which are mutually contradictory requirements. The formation of a homogeneous mixture for the above conditions can both be satisfied, and high output and high efficiency with excellent performance during both combustions can be achieved.
【0013】請求項2に係る発明の筒内直噴火花点火内
燃機関は、請求項1記載の筒内直噴火花点火内燃機関に
おいて、前記タンブル流制御手段は、前記吸気ポートス
ロートにおける上流側端部が前記吸気ポートスロート壁
に回動可能に支持され、前記支持位置周りに回動するこ
とで前記吸気ポート内に進退して前記気流の壁面からの
剥離状態を制御するガイド板とされる、ことを特徴とし
ている。The cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine of the invention according to claim 2 is the cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to claim 1, wherein the tumble flow control means is an upstream end of the intake port throat. A portion is rotatably supported by the intake port throat wall, and is a guide plate for advancing and retracting into the intake port by rotating around the supporting position to control the separation state of the airflow from the wall surface. It is characterized by that.
【0014】請求項2記載の筒内直噴火花点火内燃機関
では、吸気ポートスロートに設けられたガイド板が支持
位置周りに回動して吸気ポート内に進退することで、気
流の壁面からの剥離状態が制御(変更)される。すなわ
ち、ガイド板の吸気ポート内への進退量を変えることに
より、吸気気流の偏りが変わるため、シリンダ内のガス
タンブル流の生成状態(強さ)を制御することができ
る。In the in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to the second aspect, the guide plate provided on the intake port throat rotates around the support position and moves back and forth into the intake port, so that the wall surface of the air flow is removed. The peeling state is controlled (changed). That is, since the deviation of the intake airflow is changed by changing the amount of advance / retreat of the guide plate into / from the intake port, it is possible to control the generation state (strength) of the gas tumble flow in the cylinder.
【0015】請求項3に係る発明の筒内直噴火花点火内
燃機関は、請求項1記載の筒内直噴火花点火内燃機関に
おいて、前記タンブル流制御手段は、前記吸気ポートス
ロート壁に設けられ、前記吸気ポート内に突出及び退避
することで前記気流の壁面からの剥離状態を制御する突
起部とされる、ことを特徴としている。A cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to a third aspect of the present invention is the cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to the first aspect, wherein the tumble flow control means is provided on the intake port throat wall. The protrusion is a protrusion that controls the separation state of the airflow from the wall surface by projecting and retracting into the intake port.
【0016】請求項3記載の筒内直噴火花点火内燃機関
では、吸気ポートスロート壁に設けられた突起部が吸気
ポート内に突出及び退避することで、気流の壁面からの
剥離状態が制御(変更)される。すなわち、突起部の吸
気ポート内への突出量を変えることにより、吸気気流の
偏りが変わるため、シリンダ内のガスタンブル流の生成
状態(強さ)を制御することができる。In the in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to the third aspect of the present invention, the state of separation of the air flow from the wall surface is controlled by the protrusion provided on the intake port throat wall protruding and retracting into the intake port ( Be changed. That is, since the deviation of the intake airflow is changed by changing the amount of protrusion of the protrusion into the intake port, the generation state (strength) of the gas tumble flow in the cylinder can be controlled.
【0017】請求項4に係る発明の筒内直噴火花点火内
燃機関は、請求項1記載の筒内直噴火花点火内燃機関に
おいて、前記タンブル流制御手段は、前記吸気ポートス
ロート下部に連通して設けられ、前記吸気ポート内に空
気を吹き出し可能な副吸気流路と、前記副吸気流路内に
設けられ、前記空気の吹き出し量を調整する調整弁と、
を備えることを特徴としている。The cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine of the invention according to claim 4 is the cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to claim 1, wherein the tumble flow control means communicates with a lower portion of the intake port throat. A sub-intake passage that is provided in the intake port and is capable of blowing air into the intake port; and a regulating valve that is provided in the sub-intake passage to adjust the blowing amount of the air.
It is characterized by having.
【0018】請求項4記載の筒内直噴火花点火内燃機関
では、副吸気流路内に設けられた調整弁によって吸気ポ
ート内への空気の吹き出し量を調整することで、気流の
壁面からの剥離状態が制御(変更)される。すなわち、
調整弁を閉じて副吸気流路から吸気ポート内への空気の
吹き出し(流入)を無くした場合は、気流は吸気ポート
スロート下部で剥離を生じ、シリンダ内のガスタンブル
流の生成状態(強さ)を強化することができる。一方、
調整弁を開いて副吸気流路から吸気ポート内への空気の
吹き出し(流入)が有る場合は、吸気ポートスロート下
部における気流の境界層へエネルギが供給されることに
なり、気流の剥離が抑制されて流れが壁面に付着し、シ
リンダ内のガスタンブル流の生成状態(強さ)を弱める
ことができる。In the cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to the fourth aspect, the amount of air blown out into the intake port is adjusted by the adjusting valve provided in the auxiliary intake passage, so that the air flow from the wall surface of the air flow is adjusted. The peeling state is controlled (changed). That is,
When the adjustment valve is closed to eliminate the air blow (inflow) from the auxiliary intake flow path into the intake port, the air flow separates at the lower part of the intake port throat, and the gas tumble flow generation state (strength ) Can be strengthened. on the other hand,
When the adjustment valve is opened and air is blown out (inflow) from the auxiliary intake flow path into the intake port, energy is supplied to the boundary layer of the air flow at the lower part of the intake port throat, and air flow separation is suppressed. As a result, the flow adheres to the wall surface, and the generation state (strength) of the gas tumble flow in the cylinder can be weakened.
【0019】このように、調整弁の開閉によって、吸気
気流の剥離状態が変わるため、シリンダ内のガスタンブ
ル流の生成状態(強さ)を制御することができる。As described above, since the separated state of the intake airflow is changed by opening / closing the adjusting valve, the generation state (strength) of the gas tumble flow in the cylinder can be controlled.
【0020】請求項5に係る発明の筒内直噴火花点火内
燃機関は、請求項1乃至請求項4の何れかに記載の筒内
直噴火花点火内燃機関において、前記タンブル流制御手
段によって生じさせる前記吸気ポートスロート下部にお
ける気流の剥離点は、吸気弁の直径をDとするときに吸
気ポートの燃焼室入口から上流側に2D以内の距離とし
た、ことを特徴としている。An in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to a fifth aspect of the present invention is the in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to any one of the first to fourth aspects, wherein the tumble flow control means is provided. The separation point of the air flow in the lower portion of the intake port throat is characterized in that when the diameter of the intake valve is D, the distance is within 2D upstream from the combustion chamber inlet of the intake port.
【0021】請求項5記載の筒内直噴火花点火内燃機関
では、タンブル流制御手段によって生じさせる吸気ポー
トスロート下部における気流の剥離点が、吸気弁の直径
をDとするときに吸気ポートの燃焼室入口から上流側に
2D以内の距離とされているため、剥離した流れが吸気
ポート内で再付着することがなく、吸気気流の偏りをス
ムースに行なわせてシリンダ内のガスタンブル流の生成
状態を好適に変更することができる。In the direct injection spark ignition internal combustion engine according to the fifth aspect, when the separation point of the air flow in the lower part of the intake port throat generated by the tumble flow control means is the intake port combustion when the diameter of the intake valve is D. Since the distance from the chamber inlet to the upstream side is within 2D, the separated flow does not redeposit in the intake port, and the intake air flow is biased smoothly to generate the gas tumble flow in the cylinder. Can be suitably changed.
【0022】請求項6に係る発明の筒内直噴火花点火内
燃機関における混合気形成方法は、請求項1乃至請求項
5の何れかに記載の筒内直噴火花点火内燃機関における
混合気の形成方法であって、部分負荷状態においては、
前記シリンダ内のガスタンブル流を強めることにより前
記点火プラグ周りに成層した混合気を形成し、高負荷状
態においては、前記シリンダ内のガスタンブル流を弱め
ることにより燃焼室内に均質な混合気を形成する、こと
を特徴としている。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for forming an air-fuel mixture in a direct injection spark ignition internal combustion engine, comprising the steps of: forming an air-fuel mixture in a direct injection spark ignition internal combustion engine according to any one of the first to fifth aspects. A forming method, in the partial load state,
By strengthening the gas tumble flow in the cylinder, a stratified air-fuel mixture is formed around the spark plug, and under high load conditions, the gas tumble flow in the cylinder is weakened to form a homogeneous air-fuel mixture in the combustion chamber. The feature is that
【0023】請求項6記載の筒内直噴火花点火内燃機関
における混合気形成方法では、シリンダ中心より離れた
位置に設置した噴射弁によって燃料がシリンダ内に直接
噴射される。部分負荷時には、吸気ポートスロート下部
で流れを剥離させてシリンダ内のガスタンブル流を強化
することにより、混合気を点火プラグ位置へ運ぶことで
点火プラグ周りに成層した混合気が形成され、安定な燃
焼が確保できる。一方、高負荷時には、吸気ポートスロ
ート下部で流れを壁面に付着させ、吸入空気量を確保し
つつ、シリンダ内のガスタンブル流を弱め、噴霧が気流
に押し流されて偏在することを防いで燃焼室内に均質な
混合気が形成できる。また、過度の冷却損失を抑えるこ
とができるため、高出力、高効率な内燃機関が提供でき
る。According to the sixth aspect of the method for forming the air-fuel mixture in the direct injection spark ignition internal combustion engine, the fuel is directly injected into the cylinder by the injection valve installed at a position distant from the center of the cylinder. During partial load, the flow is separated at the lower part of the intake port throat to strengthen the gas tumble flow in the cylinder, so that the air-fuel mixture is carried to the spark plug position, so that a stratified air-fuel mixture is formed around the spark plug and stable. Combustion can be secured. On the other hand, when the load is high, the flow adheres to the wall surface at the lower part of the intake port throat to secure the amount of intake air, weaken the gas tumble flow in the cylinder, and prevent the spray from being swept by the air flow and unevenly distributed. A homogeneous mixture can be formed. Further, since excessive cooling loss can be suppressed, it is possible to provide an internal combustion engine with high output and high efficiency.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】図1には本発明の実施の形態に係
る筒内直噴火花点火内燃機関10の主要部分の基本構成
が示されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a basic structure of a main part of a direct injection spark ignition internal combustion engine 10 according to an embodiment of the present invention.
【0025】この筒内直噴火花点火内燃機関10では、
シリンダブロック12及びシリンダヘッド14によって
燃焼室16が構成されており、さらに、燃焼室16内に
はピストン18が収容されている。このピストン18
は、図示を省略したコンロッドを介して クランク軸に
連結されている。また、シリンダヘッド14には、燃料
噴射弁20が設けられている。この燃料噴射弁20は、
シリンダブロック12(燃焼室16)の中心より離れた
位置に配置されており、単孔ホールノズルより噴霧長さ
が短い噴霧を燃焼室16内に直接噴射することができ
る。In this direct injection spark ignition internal combustion engine 10,
A combustion chamber 16 is formed by the cylinder block 12 and the cylinder head 14, and a piston 18 is housed in the combustion chamber 16. This piston 18
Is connected to the crankshaft via a connecting rod (not shown). Further, the cylinder head 14 is provided with a fuel injection valve 20. This fuel injection valve 20
The spray is arranged at a position away from the center of the cylinder block 12 (combustion chamber 16), and a spray having a spray length shorter than that of the single hole nozzle can be directly injected into the combustion chamber 16.
【0026】また、燃焼室16にはシリンダヘッド14
に形成された吸気ポート22及び排気ポート24が連通
している。吸気ポート22には吸気弁26が設けられる
と共に、排気ポート24には排気弁28が設けられてい
る。さらに、シリンダヘッド14の中央部分(吸気ポー
ト22と排気ポート24の間)には、点火プラグ30が
装着されている。The combustion chamber 16 has a cylinder head 14
The intake port 22 and the exhaust port 24 formed in the above are communicated with each other. The intake port 22 is provided with an intake valve 26, and the exhaust port 24 is provided with an exhaust valve 28. Further, a spark plug 30 is attached to a central portion of the cylinder head 14 (between the intake port 22 and the exhaust port 24).
【0027】以上の基本構成とされた筒内直噴火花点火
内燃機関10において、吸入工程時に、吸気ポート22
のスロート下部32における気流の壁面からの剥離状態
を制御(変更)することで、シリンダ内(燃焼室16
内)のガスタンブル流の生成状態を変更可能なタンブル
流制御手段を設けた構成とする。すなわち、図2(A)
に示す如く、スロート下部32において気流を壁面から
剥離させた場合は、吸気ポート22のバルブ開口部にお
ける吸気流れが排気弁28の側に偏るため、及び、吸気
ポート22の有効流路面積が減少し流速が増大するた
め、シリンダ内(燃焼室16内)に強い正ガスタンブル
流を生じさせることができる。一方、図2(B)に示す
如く、吸気ポート22のスロート下部32における吸気
気流の剥離を抑制し流れを壁面に付着させると、吸気ポ
ート22内の気流に偏流が生じなくなり、吸気ポート2
2のバルブ開口部の全周より燃焼室16内に気流が流入
するため、シリンダ内(燃焼室16内)のガスタンブル
流の生成が弱められる。In the in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine 10 having the above basic structure, the intake port 22 is provided during the intake stroke.
In the cylinder (combustion chamber 16
The inside is provided with a tumble flow control means capable of changing the generation state of the gas tumble flow. That is, FIG. 2 (A)
As shown in FIG. 3, when the airflow is separated from the wall surface in the throat lower portion 32, the intake flow at the valve opening of the intake port 22 is biased toward the exhaust valve 28 side, and the effective flow passage area of the intake port 22 decreases. Since the flow velocity increases, a strong positive gas tumble flow can be generated in the cylinder (in the combustion chamber 16). On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the separation of the intake airflow in the throat lower part 32 of the intake port 22 is suppressed and the flow adheres to the wall surface, the airflow in the intake port 22 does not become uneven, and the intake port 2
Since the airflow flows into the combustion chamber 16 from the entire circumference of the second valve opening, the generation of the gas tumble flow in the cylinder (inside the combustion chamber 16) is weakened.
【0028】ここで、前述の如き吸気ポート22のスロ
ート下部32における気流の剥離状態を制御するための
タンブル流制御手段の構成及びその作用を説明する。
(第1実施例)図3(A)及び図3(B)に示す如く、
第1実施例における筒内直噴火花点火内燃機関10A
は、タンブル流制御手段としてのガイド板34を備えて
いる。図4にも示す如く、ガイド板34は、その吸気ポ
ート22における上流側端部が吸気ポート22のスロー
ト下部32における壁に支軸36周りに回動可能に支持
されており、支軸36周りに回動することで吸気ポート
22内に進退することができる構成となっている。なお
この場合、本来の(元の)吸気ポート22の形状は、ス
ロート下部32において気流の剥離を生じない形状に設
定されている。このガイド板34が吸気ポート22内に
進退することにより、スロート下部32における気流の
壁面からの剥離状態を制御することができる構成であ
る。The structure and operation of the tumble flow control means for controlling the separated state of the air flow in the throat lower part 32 of the intake port 22 will be described below. (First embodiment) As shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B),
In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine 10A in the first embodiment
Is provided with a guide plate 34 as a tumble flow control means. As shown in FIG. 4, the guide plate 34 has its upstream end portion in the intake port 22 rotatably supported by the wall of the throat lower portion 32 of the intake port 22 about the support shaft 36. It is configured so that it can be moved into and out of the intake port 22 by rotating to. In this case, the original (original) shape of the intake port 22 is set to a shape that does not cause air flow separation in the lower throat 32. By advancing and retracting the guide plate 34 into and out of the intake port 22, it is possible to control the separation state of the air flow in the lower throat 32 from the wall surface.
【0029】なお、図4に示すように、吸気ポート22
が複数ある場合は、同一の(共通の)支軸36によって
各ガイド板34が支持された構成となっている。As shown in FIG. 4, the intake port 22
When there are a plurality of guide plates 34, each guide plate 34 is supported by the same (common) support shaft 36.
【0030】さらにここで、このガイド板34の幅寸法
は、吸気ポート22の円周長の「1/4〜1/2」程度
に設定されている。また、このガイド板34によって生
じさせる前記吸気ポート22のスロート下部32におけ
る気流の剥離点は、吸気弁26の直径をDとするとき
に、吸気ポート22の燃焼室16入口から上流側に2D
以内の距離に設定されている。Further, the width dimension of the guide plate 34 is set to about "1/4 to 1/2" of the circumferential length of the intake port 22. Further, the separation point of the air flow in the throat lower part 32 of the intake port 22 caused by the guide plate 34 is 2D upstream from the inlet of the combustion chamber 16 of the intake port 22 when the diameter of the intake valve 26 is D.
It is set within the distance.
【0031】上記構成のガイド板34を備えた筒内直噴
火花点火内燃機関10Aでは、ガイド板34の作動によ
って、吸気ポート22のスロート下部32における気流
の壁面からの剥離状態が制御(変更)される。これによ
り、燃焼室16内のガスタンブル流の生成状態が変更さ
れる。すなわち、図3(A)に示す如く、ガイド板34
を吸気ポート22内に引き出すことによりガイド板34
先端で吸気ポート22のスロート下部32における気流
を大きく剥離させると、吸気ポート22内の気流が偏流
されること及び有効流路面積が減少されることになり、
燃焼室16内のガスタンブル流の生成が強化される。一
方、図3(B)に示す如く、ガイド板34を吸気ポート
22壁に引き込むことにより、吸気ポート22のスロー
ト下部32における気流の剥離を抑制すると、吸気ポー
ト22内の気流に偏流が生じなくなり、燃焼室16内の
ガスタンブル流の生成が弱められる。しかも、このよう
に気流の剥離を抑制した場合には、吸気ポート22にお
ける流路抵抗が増大することが無い。In the in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine 10A provided with the guide plate 34 having the above-mentioned structure, the operation of the guide plate 34 controls (changes) the state of separation of the air flow in the throat lower part 32 of the intake port 22 from the wall surface. To be done. As a result, the generation state of the gas tumble flow in the combustion chamber 16 is changed. That is, as shown in FIG.
Guide plate 34 by pulling out air into the intake port 22.
If the airflow in the throat lower portion 32 of the intake port 22 is largely separated at the tip, the airflow in the intake port 22 will be lopsided and the effective flow passage area will be reduced.
The generation of gas tumble flow in the combustion chamber 16 is enhanced. On the other hand, as shown in FIG. 3 (B), when the guide plate 34 is drawn into the wall of the intake port 22 to suppress the separation of the air flow in the lower portion throat 32 of the intake port 22, the air flow in the intake port 22 does not become uneven. The generation of the gas tumble flow in the combustion chamber 16 is weakened. Moreover, when the separation of the airflow is suppressed in this way, the flow path resistance in the intake port 22 does not increase.
【0032】このように、ガイド板34の吸気ポート2
2内への進退量を変えることにより、吸気気流の偏りが
変わるため、燃焼室16内のガスタンブル流の生成状態
(強さ)を制御することができる。In this way, the intake port 2 of the guide plate 34
Since the deviation of the intake airflow is changed by changing the advancing / retreating amount to the inside of 2, the generation state (strength) of the gas tumble flow in the combustion chamber 16 can be controlled.
【0033】ここで、このような筒内直噴火花点火内燃
機関10Aでは、混合気形成に対して気流の果たす役割
が大きい。また低負荷域(部分負荷時)には、点火プラ
グ30周りに混合気を成層させる必要があり、一方で、
高負荷時は燃焼室16内に均質な混合気を形成する必要
がある。In such an in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine 10A, the air flow plays a large role in forming the air-fuel mixture. In the low load region (partial load), it is necessary to stratify the air-fuel mixture around the spark plug 30, while
At high load, it is necessary to form a homogeneous air-fuel mixture in the combustion chamber 16.
【0034】この点、上記構成の筒内直噴火花点火内燃
機関10Aでは、ガイド板34の作動によって燃焼室1
6内のガスタンブル流の生成状態を変更することで、全
開吸入量を損なうことなく相反する混合気形成の要求を
満たすことができる。すなわち、成層燃焼のために成層
混合気を形成する際(部分負荷状態)には、燃焼室16
内のガスタンブル流の生成状態を強化することにより、
混合気を点火プラグ30位置へ運ぶことができる。一
方、均質燃焼のために均質混合気を形成する際(高負荷
状態)には、吸入空気量を確保しつつ、燃焼室16内の
ガスタンブル流の生成状態を弱め、噴霧が押し流され燃
焼室16内に偏在することを防ぐことができる。また、
過度の冷却損失を抑えることができ、高出力、高効率と
なる。In this respect, in the in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine 10A having the above structure, the combustion chamber 1 is operated by the operation of the guide plate 34.
By changing the generation state of the gas tumble flow in 6, the contradictory air-fuel mixture formation requirements can be satisfied without impairing the fully open intake amount. That is, when the stratified mixture is formed for the stratified combustion (partial load state), the combustion chamber 16
By strengthening the generation state of the gas tumble flow in the
The mixture can be carried to the spark plug 30 position. On the other hand, when forming a homogeneous air-fuel mixture for a homogeneous combustion (high load state), the amount of intake air is secured and the generation state of the gas tumble flow in the combustion chamber 16 is weakened so that the spray is swept away and the combustion chamber is pushed. Uneven distribution within 16 can be prevented. Also,
Excessive cooling loss can be suppressed, resulting in high output and high efficiency.
【0035】このように、筒内直噴火花点火内燃機関1
0Aでは、互いに相反する要求条件とされる低負荷時に
おける成層燃焼のための成層混合気形成と高負荷時にお
ける均質燃焼のための均質混合気形成とを共に満足させ
て、両燃焼時の性能に優れた高出力、高効率とすること
ができる。
(第2実施例)図5(A)及び図5(B)に示す如く、
第2実施例における筒内直噴火花点火内燃機関10B
は、タンブル流制御手段としてのボルテックスジェネレ
ータ(突起部)38を備えている。なおこの筒内直噴火
花点火内燃機関10Bにおいては、本来の(元の)吸気
ポート22の形状は、スロート下部32において気流の
剥離を生じる形状に設定されている。ボルテックスジェ
ネレータ38は、吸気ポート22のスロート下部32に
おいて気流の剥離点の上流から剥離点付近にかけて複数
配設されており、吸気ポート22内に突出及び退避する
ことができる構成となっている。またこの場合にも、吸
気ポート22のスロート下部32における気流の剥離点
は、吸気弁26の直径をDとするときに、吸気ポート2
2の燃焼室入口から上流側に2D以内の距離に設定され
ている。Thus, the direct injection spark ignition internal combustion engine 1
At 0 A, the performance of both combustions is satisfied by satisfying both the formation of a stratified mixture for stratified combustion at low load and the formation of a homogeneous mixture for homogeneous combustion at high load, which are mutually contradictory requirements. It can have excellent high output and high efficiency. (Second Embodiment) As shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B),
In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine 10B in the second embodiment
Includes a vortex generator (projection) 38 as a tumble flow control means. In this in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine 10B, the original (original) intake port 22 is set to a shape that causes airflow separation in the throat lower portion 32. A plurality of vortex generators 38 are arranged in the lower portion of the throat 32 of the intake port 22 from upstream of the separation point of the airflow to near the separation point, and are configured to project and retract inside the intake port 22. Also in this case, when the diameter of the intake valve 26 is D, the separation point of the airflow in the throat lower portion 32 of the intake port 22 becomes
The distance is set within 2D upstream from the inlet of the second combustion chamber.
【0036】ボルテックスジェネレータ38が吸気ポー
ト22内に突出及び退避することにより、スロート下部
32における気流の壁面からの剥離状態を制御すること
ができる構成である。By making the vortex generator 38 project into and retract from the intake port 22, it is possible to control the state of separation of the air flow at the lower portion of the throat 32 from the wall surface.
【0037】上記構成のボルテックスジェネレータ38
を備えた筒内直噴火花点火内燃機関10Bでは、図5
(A)に示す如く、ボルテックスジェネレータ38を吸
気ポート22壁内に引き込むことにより、スロート下部
32で気流の剥離を生じ、燃焼室16内のガスタンブル
流の生成が強化される。一方、図5(B)に示す如く、
ボルテックスジェネレータ38を吸気ポート22内に引
き出した場合は、渦の生成により壁面境界層へエネルギ
供給ができるため、気流の剥離が抑制され、燃焼室16
内のガスタンブル流の生成が弱められる。The vortex generator 38 having the above structure
In a direct injection spark ignition internal combustion engine 10B equipped with
As shown in (A), by pulling the vortex generator 38 into the wall of the intake port 22, separation of the air flow occurs at the lower portion of the throat 32, and the generation of the gas tumble flow in the combustion chamber 16 is strengthened. On the other hand, as shown in FIG.
When the vortex generator 38 is drawn out into the intake port 22, energy can be supplied to the wall boundary layer by generation of vortices, so that separation of the air flow is suppressed and the combustion chamber 16
The generation of the gas tumble flow inside is weakened.
【0038】このように、ボルテックスジェネレータ3
8の吸気ポート22内への突出量を変えることにより、
吸気気流の偏りが変わるため、燃焼室16内のガスタン
ブル流の生成状態(強さ)を制御することができる。In this way, the vortex generator 3
By changing the amount of protrusion of 8 into the intake port 22,
Since the deviation of the intake airflow changes, the generation state (strength) of the gas tumble flow in the combustion chamber 16 can be controlled.
【0039】したがって、上記構成の筒内直噴火花点火
内燃機関10Bでは、ボルテックスジェネレータ38の
作動によって燃焼室16内のガスタンブル流の生成状態
を変更することで、全開吸入量を損なうことなく相反す
る混合気形成の要求を満たすことができる。すなわち、
成層燃焼のために成層混合気を形成する際(部分負荷状
態)には、燃焼室16内のガスタンブル流の生成状態を
強化することにより、混合気を点火プラグ30位置へ運
ぶことができる。一方、均質燃焼のために均質混合気を
形成する際(高負荷状態)には、吸入空気量を確保しつ
つ、燃焼室16内のガスタンブル流の生成状態を弱め、
噴霧が押し流され燃焼室16内に偏在することを防ぐこ
とができる。また、過度の冷却損失を抑えることがで
き、高出力、高効率となる。Therefore, in the in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine 10B having the above configuration, the generation state of the gas tumble flow in the combustion chamber 16 is changed by the operation of the vortex generator 38, so that the full open intake amount is not impaired. It is possible to meet the requirement of forming a mixture. That is,
When forming the stratified mixture for the stratified combustion (partial load state), the mixture can be carried to the spark plug 30 position by strengthening the generation state of the gas tumble flow in the combustion chamber 16. On the other hand, when forming a homogeneous mixture for homogeneous combustion (high load state), while weakening the generation state of the gas tumble flow in the combustion chamber 16 while securing the intake air amount,
It is possible to prevent the spray from being washed away and unevenly distributed in the combustion chamber 16. Further, excessive cooling loss can be suppressed, resulting in high output and high efficiency.
【0040】このように、筒内直噴火花点火内燃機関1
0Bでは、互いに相反する要求条件とされる低負荷時に
おける成層燃焼のための成層混合気形成と高負荷時にお
ける均質燃焼のための均質混合気形成とを共に満足させ
て、両燃焼時の性能に優れた高出力、高効率とすること
ができる。
(第3実施例)図6(A)及び図6(B)に示す如く、
第3実施例における筒内直噴火花点火内燃機関10C
は、タンブル流制御手段を構成する副吸気流路40を備
えている。副吸気流路40は、吸気ポート22のスロー
ト下部32に連通して設けられており、吸気ポート22
内に空気を吹き出し可能となっている。さらに、副吸気
流路40には、同様にタンブル流制御手段を構成する調
整弁42が設けられている。この調整弁42は、副吸気
流路40から吸気ポート22内へ吹き出される空気の吹
き出し量を調整することができるようになっている。な
おこの場合には、本来の(元の)吸気ポート22の形状
は、スロート下部32において気流の剥離を生じる形状
に設定されている。またこの場合にも、吸気ポート22
のスロート下部32における気流の剥離点は、吸気弁2
6の直径をDとするときに、吸気ポート22の燃焼室入
口から上流側に2D以内の距離に設定されている。さら
に、副吸気流路40は、スロート下部32における気流
の剥離点より上流で吸気ポート22に連通された構成と
なっている。As described above, the direct injection spark ignition internal combustion engine 1
In 0B, both of the performances of both combustions are satisfied by satisfying both the stratified mixture formation for the stratified combustion at low load and the homogeneous mixture formation for the homogeneous combustion at high load, which are mutually contradictory requirements. It can have excellent high output and high efficiency. (Third Embodiment) As shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B),
In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine 10C in the third embodiment
Is provided with an auxiliary intake flow passage 40 that constitutes a tumble flow control means. The auxiliary intake flow passage 40 is provided so as to communicate with the throat lower portion 32 of the intake port 22.
Air can be blown inside. Further, the auxiliary intake flow passage 40 is also provided with a regulating valve 42 which also constitutes a tumble flow control means. The adjusting valve 42 is capable of adjusting the amount of air blown from the auxiliary intake passage 40 into the intake port 22. In this case, the original (original) shape of the intake port 22 is set to a shape that causes airflow separation in the throat lower portion 32. Also in this case, the intake port 22
The separation point of the air flow in the throat lower part 32 of the intake valve 2
When the diameter of 6 is D, the distance is set within 2D from the combustion chamber inlet of the intake port 22 to the upstream side. Further, the auxiliary intake flow passage 40 is configured to communicate with the intake port 22 upstream of the airflow separation point in the lower throat 32.
【0041】副吸気流路40から吸気ポート22内へ吹
き出される空気の吹き出し量を調整することにより、ス
ロート下部32における気流の壁面からの剥離状態を制
御することができる構成である。By adjusting the amount of air blown from the auxiliary air intake passage 40 into the intake port 22, it is possible to control the state of separation of the air flow in the lower throat 32 from the wall surface.
【0042】上記構成の副吸気流路40及び調整弁42
を備えた筒内直噴火花点火内燃機関10Cでは、図6
(A)に示す如く、調整弁42を閉じて副吸気流路40
から吸気ポート22内への空気の吹き出し(流入)を無
くした場合は、気流は吸気ポート22のスロート下部3
2で剥離を生じ、燃焼室16内のガスタンブル流の生成
状態(強さ)を強化することができる。一方、図6
(B)に示す如く、調整弁42を開いて副吸気流路40
から吸気ポート22内への空気の吹き出し(流入)が有
る場合は、吸気ポート22のスロート下部32における
気流の境界層へエネルギが供給されることになり、気流
の剥離が抑制されて流れが壁面に付着し、燃焼室16内
のガスタンブル流の生成状態(強さ)を弱めることがで
きる。The auxiliary intake flow passage 40 and the adjusting valve 42 having the above-mentioned configuration
In the in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine 10C equipped with
As shown in (A), the adjusting valve 42 is closed to close the auxiliary intake passage 40.
When the blowout (inflow) of air from the intake port 22 into the intake port 22 is eliminated, the air flow is at the throat lower part 3 of the intake port 22.
The separation occurs at 2, and the generation state (strength) of the gas tumble flow in the combustion chamber 16 can be strengthened. On the other hand, FIG.
As shown in (B), the adjustment valve 42 is opened to open the auxiliary intake passage 40.
When there is a blowout (inflow) of air from the intake port 22 into the intake port 22, energy is supplied to the boundary layer of the airflow in the throat lower portion 32 of the intake port 22, and the separation of the airflow is suppressed and the flow is blocked by the wall surface. And the generation state (strength) of the gas tumble flow in the combustion chamber 16 can be weakened.
【0043】このように、調整弁42の開閉によって、
吸気気流の剥離状態が変わるため、燃焼室16内のガス
タンブル流の生成状態(強さ)を制御することができ
る。Thus, by opening and closing the adjusting valve 42,
Since the separated state of the intake airflow changes, the generation state (strength) of the gas tumble flow in the combustion chamber 16 can be controlled.
【0044】したがって、上記構成の筒内直噴火花点火
内燃機関10Cでは、調整弁42の作動によって燃焼室
16内のガスタンブル流の生成状態を変更することで、
全開吸入量を損なうことなく相反する混合気形成の要求
を満たすことができる。すなわち、成層燃焼のために成
層混合気を形成する際(部分負荷状態)には、燃焼室1
6内のガスタンブル流の生成状態を強化することによ
り、混合気を点火プラグ30位置へ運ぶことができる。
一方、均質燃焼のために均質混合気を形成する際(高負
荷状態)には、吸入空気量を確保しつつ、燃焼室16内
のガスタンブル流の生成状態を弱め、噴霧が押し流され
燃焼室16内に偏在することを防ぐことができる。ま
た、過度の冷却損失を抑えることができ、高出力、高効
率となる。Therefore, in the in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine 10C having the above structure, the generation state of the gas tumble flow in the combustion chamber 16 is changed by the operation of the adjusting valve 42.
It is possible to satisfy the conflicting air-fuel mixture formation requirements without impairing the fully open intake amount. That is, when forming a stratified mixture for stratified combustion (partial load state), the combustion chamber 1
By strengthening the generation state of the gas tumble flow in 6, the air-fuel mixture can be carried to the position of the spark plug 30.
On the other hand, when forming a homogeneous air-fuel mixture for a homogeneous combustion (high load state), the amount of intake air is secured and the generation state of the gas tumble flow in the combustion chamber 16 is weakened so that the spray is swept away and the combustion chamber is pushed. Uneven distribution within 16 can be prevented. Further, excessive cooling loss can be suppressed, resulting in high output and high efficiency.
【0045】このように、筒内直噴火花点火内燃機関1
0Cでは、互いに相反する要求条件とされる低負荷時に
おける成層燃焼のための成層混合気形成と高負荷時にお
ける均質燃焼のための均質混合気形成とを共に満足させ
て、両燃焼時の性能に優れた高出力、高効率とすること
ができる。Thus, the direct injection spark ignition internal combustion engine 1
At 0C, both the conditions of both combustions are satisfied by satisfying both the formation of a stratified mixture for low-load stratified combustion and the formation of a homogeneous mixture for high-load homogeneous combustion, which are mutually contradictory requirements. It can have excellent high output and high efficiency.
【0046】[0046]
【発明の効果】以上説明した如く本発明に係る筒内直噴
火花点火内燃機関及び筒内直噴火花点火内燃機関におけ
る混合気形成方法では、互いに相反する要求条件とされ
る低負荷時における成層燃焼のための成層混合気形成と
高負荷時における均質燃焼のための均質混合気形成とを
共に満足させて、両燃焼時の性能に優れた高出力、高効
率となるという優れた効果を有している。As described above, in the cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine and the method for forming the air-fuel mixture in the cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to the present invention, the stratification at low load, which is a conflicting requirement. By satisfying both the formation of stratified mixture for combustion and the formation of homogeneous mixture for high-load combustion, it has the excellent effect of high output and high efficiency with excellent performance during both combustions. is doing.
【図1】本発明の実施の形態に係る筒内直噴火花点火内
燃機関の主要部分の基本構成を示す概略的な断面図であ
る。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a basic configuration of a main part of a direct injection spark ignition internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施の形態に係る筒内直噴火花点火内
燃機関の吸気ポートにおける吸気気流の状態を示す概略
的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state of an intake air flow in an intake port of a direct injection spark ignition internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施の形態における第1実施例に係る
筒内直噴火花点火内燃機関の主要部分の構成及び吸気気
流の状態を示す概略的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a main part of an in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine and a state of an intake air flow according to a first example of an embodiment of the present invention.
【図4】図3に示す筒内直噴火花点火内燃機関のガイド
板の配置状態を示す上面視による概略的な構成図であ
る。FIG. 4 is a schematic configuration diagram from a top view showing an arrangement state of guide plates of the in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine shown in FIG.
【図5】本発明の実施の形態における第2実施例に係る
筒内直噴火花点火内燃機関の主要部分の構成及び吸気気
流の状態を示す概略的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a main part of an in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine and a state of intake air flow according to a second example of the embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施の形態における第3実施例に係る
筒内直噴火花点火内燃機関の主要部分の構成及び吸気気
流の状態を示す概略的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a main part of an in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine and a state of intake air flow according to a third example of an embodiment of the present invention.
10 筒内直噴火花点火内燃機関
10A 筒内直噴火花点火内燃機関
10B 筒内直噴火花点火内燃機関
10C 筒内直噴火花点火内燃機関
16 燃焼室
20 燃料噴射弁
22 吸気ポート
24 排気ポート
26 吸気弁
28 排気弁
30 点火プラグ
32 スロート下部
34 ガイド板(タンブル流制御手段)
38 ボルテックスジェネレータ(タンブル流制御手
段)
40 副吸気流路(タンブル流制御手段)
42 調整弁(タンブル流制御手段)10 in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine 10A in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine 10B in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine 10C in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine 16 combustion chamber 20 fuel injection valve 22 intake port 24 exhaust port 26 Intake valve 28 Exhaust valve 30 Spark plug 32 Lower throat 34 Guide plate (tumble flow control means) 38 Vortex generator (tumble flow control means) 40 Secondary intake flow path (tumble flow control means) 42 Regulator valve (tumble flow control means)
Claims (6)
より離れた位置に設置した噴射弁によって燃料をシリン
ダ内に直接噴射して混合気を形成し、前記シリンダの略
中心に設置した点火プラグによって前記混合気を点火し
燃焼させる筒内直噴火花点火内燃機関において、 前記吸気管の吸気ポートスロート下部における気流の壁
面からの剥離状態を制御することにより、前記シリンダ
内のガスタンブル流の生成状態を変更可能なタンブル流
制御手段を設けた、 ことを特徴とする筒内直噴火花点火内燃機関。1. A spark plug installed in substantially the center of the cylinder by inhaling air from an intake pipe and directly injecting fuel into the cylinder by an injection valve installed at a position distant from the center of the cylinder to form an air-fuel mixture. In a cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine that ignites and burns the air-fuel mixture by means of a gas tumble flow in the cylinder by controlling the state of separation of the airflow from the wall surface of the intake pipe below the intake port throat. An in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine, characterized in that tumble flow control means capable of changing the state is provided.
ートスロートにおける上流側端部が前記吸気ポートスロ
ート壁に回動可能に支持され、前記支持位置周りに回動
することで前記吸気ポート内に進退して前記気流の壁面
からの剥離状態を制御するガイド板とされる、ことを特
徴とする請求項1記載の筒内直噴火花点火内燃機関。2. The tumble flow control means is configured such that an upstream end of the intake port throat is rotatably supported by the intake port throat wall, and the tumble flow control means rotates within the intake port by rotating around the support position. The in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to claim 1, which is a guide plate that advances and retreats to control the state of separation of the airflow from the wall surface.
ートスロート壁に設けられ、前記吸気ポート内に突出及
び退避することで前記気流の壁面からの剥離状態を制御
する突起部とされる、ことを特徴とする請求項1記載の
筒内直噴火花点火内燃機関。3. The tumble flow control means is provided on the intake port throat wall, and is a protrusion that controls the separation state of the airflow from the wall surface by protruding and retracting into the intake port. The in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to claim 1.
吸気ポート内に空気を吹き出し可能な副吸気流路と、 前記副吸気流路内に設けられ、前記空気の吹き出し量を
調整する調整弁と、 を備えることを特徴とする請求項1記載の筒内直噴火花
点火内燃機関。4. The tumble flow control means is provided in communication with a lower portion of the intake port throat, and is provided in an auxiliary intake flow passage capable of blowing air into the intake port, and in the auxiliary intake flow passage, An in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to claim 1, further comprising: a regulating valve that regulates the amount of air blown out.
せる前記吸気ポートスロート下部における気流の剥離点
は、吸気弁の直径をDとするときに吸気ポートの燃焼室
入口から上流側に2D以内の距離とした、ことを特徴と
する請求項1乃至請求項4の何れかに記載の筒内直噴火
花点火内燃機関。5. The separation point of the air flow in the lower part of the intake port throat generated by the tumble flow control means is a distance within 2D upstream from the combustion chamber inlet of the intake port when the diameter of the intake valve is D. The in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, characterized in that.
筒内直噴火花点火内燃機関における混合気の形成方法で
あって、 部分負荷状態においては、前記シリンダ内のガスタンブ
ル流を強めることにより前記点火プラグ周りに成層した
混合気を形成し、高負荷状態においては、前記シリンダ
内のガスタンブル流を弱めることにより燃焼室内に均質
な混合気を形成する、ことを特徴とする筒内直噴火花点
火内燃機関における混合気形成方法。6. A method for forming an air-fuel mixture in a cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to claim 1, wherein the gas tumble flow in the cylinder is set in a partial load state. A cylinder characterized by forming a stratified air-fuel mixture around the spark plug by strengthening it, and by weakening the gas tumble flow in the cylinder in a high load state, forming a homogeneous air-fuel mixture in the combustion chamber. Method for forming air-fuel mixture in internal combustion engine with direct injection spark ignition.
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