JP2009162187A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼室内においてタンブル流が形成される内燃機関に関するものである。 The present invention relates to an internal combustion engine in which a tumble flow is formed in a combustion chamber.
従来の内燃機関として、燃焼室に連通する吸気ポートの開閉を行う吸気弁のリフト量を可変させる過給機付火花点火式直噴エンジンが知られている(例えば、特許文献1参照)。このエンジンでは、エンジンの運転状態に応じて、吸気弁のリフト量を可変させることにより、燃焼室内に吸入される空気の流速を可変させ、燃焼室内に形成されるタンブル流を強化している。 As a conventional internal combustion engine, a spark ignition direct injection engine with a supercharger that varies the lift amount of an intake valve that opens and closes an intake port communicating with a combustion chamber is known (see, for example, Patent Document 1). In this engine, by varying the lift amount of the intake valve according to the operating state of the engine, the flow rate of the air sucked into the combustion chamber is varied, and the tumble flow formed in the combustion chamber is strengthened.
ところで、従来、エンジンが低速域において運転を行う場合、吸気弁のリフト量は低リフトとなる。この場合、吸気ポートから吸気弁を介して燃焼室に流入した空気は、燃焼室の壁面に沿った流れとなるため、吸気弁の直下付近における燃焼室の圧力は、燃焼室の壁面における圧力に比して低圧となる。すると、燃焼室の壁面に沿って流れる空気は、圧力差により吸気弁の直下付近に向かって流れ、これにより、複数の小さな渦(乱流)が発生する。複数の小さな渦が発生してしまうと、主流となるタンブル流の形成が困難となってしまう場合がある。 By the way, conventionally, when the engine operates in a low speed region, the lift amount of the intake valve is low. In this case, the air flowing into the combustion chamber from the intake port through the intake valve flows along the wall surface of the combustion chamber, so the pressure in the combustion chamber near the intake valve is equal to the pressure on the wall surface of the combustion chamber. Compared to low pressure. Then, the air flowing along the wall surface of the combustion chamber flows toward the vicinity immediately below the intake valve due to the pressure difference, thereby generating a plurality of small vortices (turbulent flow). When a plurality of small vortices are generated, it may be difficult to form a main tumble flow.
そこで、本発明は、吸気弁の開弁時において、好適にタンブル流を形成することができる内燃機関を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can suitably form a tumble flow when the intake valve is opened.
本発明の内燃機関は、燃焼室に連通する吸気通路を閉塞する閉弁位置から吸気通路を開放する開弁位置まで前進可能であると共に、開弁位置から閉弁位置まで後退可能な吸気弁と、吸気弁の開弁時において、吸気弁の前進方向の前方における燃焼室の圧力を上昇可能な圧力上昇手段と、を備えたことを特徴とする。 An internal combustion engine of the present invention is capable of advancing from a valve closing position for closing an intake passage communicating with a combustion chamber to a valve opening position for opening the intake passage, and an intake valve capable of retreating from the valve opening position to the valve closing position. And a pressure raising means capable of raising the pressure of the combustion chamber in the forward direction of the intake valve when the intake valve is opened.
この場合、燃焼室に燃料を噴射可能な燃料噴射弁をさらに備え、燃料噴射弁は、圧力上昇手段として機能することが、好ましい。 In this case, it is preferable that a fuel injection valve capable of injecting fuel into the combustion chamber is further provided, and the fuel injection valve functions as pressure increasing means.
また、この場合、吸気弁の開弁時において、燃料噴射弁は、予め設定された通常貫徹力よりも低い低貫徹力で、吸気弁の前進方向の前方における燃焼室に向けて燃料を噴射する圧力上昇噴射を行うことが、好ましい。 Further, in this case, when the intake valve is opened, the fuel injection valve injects fuel toward the combustion chamber in the forward direction of the intake valve with a low penetration force lower than a preset normal penetration force. It is preferable to perform pressure rising injection.
一方、吸気弁の開弁時において、燃料噴射弁は、予め設定された通常貫徹力で、前進方向における吸気弁の端部に燃料を噴き当てる圧力上昇噴射を行ってもよい。 On the other hand, when the intake valve is opened, the fuel injection valve may perform pressure rising injection in which fuel is injected to the end of the intake valve in the forward direction with a preset normal penetration force.
これらの場合、内燃機関の運転状況に応じて、吸気弁の閉弁位置から開弁位置までのリフト量を、予め設定された通常リフト量と通常リフト量よりも小さい小リフト量との間で可変させるリフト量可変手段をさらに備え、燃料噴射弁は、吸気弁が通常リフト量で進退移動している場合、燃焼室内に形成されるタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行う一方、吸気弁が小リフト量で進退移動している場合、圧力上昇噴射を行うことが、好ましい。 In these cases, the lift amount from the valve closing position to the valve opening position of the intake valve is set between a preset normal lift amount and a small lift amount smaller than the normal lift amount according to the operating state of the internal combustion engine. The fuel injection valve further includes a variable amount of lift that is variable, and the fuel injection valve performs fuel injection along the flow of the tumble flow formed in the combustion chamber when the intake valve moves forward and backward by a normal lift amount, while the intake valve When the valve moves forward and backward with a small lift amount, it is preferable to perform pressure increase injection.
また、これらの場合、燃料噴射弁は、一燃焼サイクル中に、複数回に分けて燃料を噴射可能な構成となっており、吸気弁の開弁時において、燃料噴射弁は、一燃焼サイクル中における全回数の燃料噴射のうち、少なくとも1回の燃料噴射を、圧力上昇噴射として行うと共に、残回数の燃料噴射を、燃焼室内に形成されるタンブル流の流れに沿って行うことが、好ましい。 In these cases, the fuel injection valve is configured to be able to inject fuel into a plurality of times during one combustion cycle. When the intake valve is opened, the fuel injection valve is in one combustion cycle. It is preferable that at least one of the total number of fuel injections in (1) is performed as pressure increase injection, and the remaining number of fuel injections is performed along the flow of the tumble flow formed in the combustion chamber.
一方、燃焼室に空気を噴射可能な空気噴射弁をさらに備え、空気噴射弁は、圧力上昇手段として機能しており、吸気弁の開弁時において、空気噴射弁は、吸気弁の前進方向の前方における燃焼室に向けて空気を噴射する圧力上昇噴射を行ってもよい。 On the other hand, an air injection valve capable of injecting air into the combustion chamber is further provided, and the air injection valve functions as a pressure increasing means. When the intake valve is opened, the air injection valve is moved in the forward direction of the intake valve. You may perform the pressure rise injection which injects air toward the combustion chamber in the front.
この場合、燃焼室に燃料を噴射可能な燃料噴射弁をさらに備えており、吸気弁の開弁時において、空気噴射弁は圧力上昇噴射を行うと共に、燃料噴射弁は、燃焼室内に形成されるタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行うことが、好ましい。 In this case, a fuel injection valve capable of injecting fuel into the combustion chamber is further provided. When the intake valve is opened, the air injection valve performs pressure rising injection, and the fuel injection valve is formed in the combustion chamber. It is preferable to perform fuel injection along the tumble flow.
本発明にかかる内燃機関は、吸気弁の開弁時において、吸気弁の前進方向直下における燃焼室の圧力を上昇させることにより、燃焼室内の圧力差を低減することができるため、燃焼室内に吸入された空気が吸気弁直下付近に引き寄せられることなく、好適にタンブル流を形成することができるという効果を奏する。 The internal combustion engine according to the present invention can reduce the pressure difference in the combustion chamber by raising the pressure in the combustion chamber immediately below the intake valve when the intake valve is opened. There is an effect that the tumble flow can be suitably formed without the drawn air being drawn near the vicinity of the intake valve.
以下、添付した図面を参照して、本発明にかかる内燃機関について説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
ここで、図1は、実施例1にかかるエンジンの概略構成図であり、図2は、従来にかかるエンジンの吸気弁が小リフト量で進退移動する場合において燃焼室内に形成されるタンブル流の説明図である。また、図3は、実施例1にかかるエンジンの吸気弁が小リフト量で進退移動する場合において燃焼室内に形成されるタンブル流の説明図であり、図4は、吸気行程において燃焼室内に吸入される空気の流速の変化を表したグラフである。さらに、図5は、吸気弁が通常リフト量で進退移動する場合において燃焼室内に形成されるタンブル流の説明図である。 Here, FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the engine according to the first embodiment, and FIG. 2 is a diagram of the tumble flow formed in the combustion chamber when the intake valve of the conventional engine moves forward and backward with a small lift amount. It is explanatory drawing. FIG. 3 is an explanatory diagram of the tumble flow formed in the combustion chamber when the intake valve of the engine according to the first embodiment moves forward and backward with a small lift amount, and FIG. 4 shows the intake into the combustion chamber during the intake stroke. It is a graph showing the change of the flow velocity of the air to be performed. Further, FIG. 5 is an explanatory diagram of the tumble flow formed in the combustion chamber when the intake valve moves forward and backward by the normal lift amount.
先ず、図1を参照して、実施例1にかかる内燃機関(以下、エンジンと略す)について説明する。このエンジン1は、筒内噴射式のガソリンエンジンであり、エンジンECU2により制御されている。 First, an internal combustion engine (hereinafter abbreviated as an engine) according to a first embodiment will be described with reference to FIG. This engine 1 is an in-cylinder injection type gasoline engine, and is controlled by an engine ECU 2.
エンジン1は、下部からクランクケース10と、クランクケース10の上部に設けられたシリンダブロック11と、ヘッドガスケット(図示省略)を介してシリンダブロック11の上部に設けられたシリンダヘッド12とで外殻が形成されている。シリンダブロック11の上部には、上下動可能にピストン13が気筒数(図示では1つ)に応じて複数収容され、また、シリンダブロック11の下部およびクランクケース10により形成された収容部には、クランクシャフト14が収容されている。各ピストン13とクランクシャフト14とは、コンロッド15により連結されており、各ピストン13の上下動作をクランクシャフト14に伝達している。そして、上記シリンダブロック11、シリンダヘッド12およびピストン13により、ペントルーフ型の燃焼室16が気筒数に応じて複数形成されている。
The engine 1 includes a
クランクケース10には、クランク角センサ20が配設されており、クランクシャフト14の回転角度を検知している。クランク角センサ20は、エンジンECU2に接続されており、エンジンECU2は、クランク角センサ20の検出結果に基づいて、後述する点火プラグ44による点火時期や、後述する燃料噴射弁45による燃料噴射時期を制御している。
The
シリンダブロック11は、その内部に複数のピストン13を収容するための複数のシリンダボア24がそれぞれ円柱状に貫通形成されている。そして、各ピストン13は、各シリンダボア24に嵌合するように円柱状に形成されており、このシリンダボア24内で上死点と下死点との間を上下動可能に支持されている。また、ピストン13のヘッド面には、ピストンキャビティ25が没入形成されている。
In the
シリンダヘッド12は、その内部の各燃焼室16に連通する2つの吸気ポート(吸気通路)30(図示では1つ)と、各吸気ポート30に対向配置され、各燃焼室16に連通する2つの排気ポート31(図示では1つ)とが形成されている。
The
また、燃焼室16と各吸気ポート30との間の2つの吸気側連通口32には、2つの吸気弁34がそれぞれ配設されており、また、燃焼室16と各排気ポート31との間の2つの排気側連通口33には、2つの排気弁35が配設されている。
In addition, two
各吸気弁34および各排気弁35は、ラッパ形状をなす末広がりの円錐状に形成されており、各吸気側連通口32および各排気側連通口33を開放する開弁位置(下降端位置)と、各吸気側連通口32および各排気側連通口33を閉塞する閉弁位置(上昇端位置)との間で進退自在(上下自在)に構成されている。そして、2つの吸気弁34の基端部には吸気側カムシャフト40が、また、2つの排気弁35の基端部には排気側カムシャフト41が、それぞれ配設されており、各カムシャフト40,41が回転することにより2つの吸気弁34および2つの排気弁35が開閉可能となっている。つまり、各吸気弁34および各排気弁35は、閉弁位置から開弁位置に前進することで、各吸気側連通口32および各排気側連通口33を開放する。一方で、各吸気弁34および各排気弁35は、開弁位置から閉弁位置に後退することで、各吸気側連通口32および各排気側連通口33を閉塞する。
Each of the
このとき、各吸気弁34が閉弁位置から開弁位置まで移動する移動量、すなわちリフト量は、可変バルブ機構50(リフト量可変手段)により変更可能となっている。可変バルブ機構50は、いわゆるVVT(Variable Valve Timing)である。リフト量は、吸気側カムシャフト40に設けられたカム48のカムプロフィールによって設定されており、可変バルブ機構50は、通常リフト量となるカム48と小リフト量となるカム48とを適宜切り換えることにより、各吸気弁34のリフト量を通常リフト量と小リフト量との間で変更することができる。可変バルブ機構50により変更されるリフト量は、エンジン1の運転状況に応じて可変されており、具体的に、エンジン1が低負荷で運転する場合、燃焼室16に吸入される空気量は少ないため、各吸気弁34を小リフトで運転する一方、エンジン1が高負荷で運転する場合、燃焼室16に吸入される空気量は多くなるため、各吸気弁34を通常リフトで運転する。
At this time, the amount of movement of each
また、燃焼室16の頂部には、先端部が突出するように点火プラグ44が配設され、また、シリンダヘッド12の吸気ポート30の下部には、燃焼室16に燃料を噴射する燃料噴射弁45(圧力上昇手段)が配設されている。なお、詳細は後述するが、燃料噴射弁45は、燃焼室16の各吸気弁34近傍に向けて燃料を噴射可能なように配設されている。
A
ここで、エンジン1の各気筒における一燃焼サイクルの燃焼動作について説明する。燃焼サイクルでは、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程が順に行われている。 Here, the combustion operation of one combustion cycle in each cylinder of the engine 1 will be described. In the combustion cycle, an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke are sequentially performed.
吸気行程では、ピストン13が上死点から下死点へ向けて移動を開始すると共に、吸気弁34を前進移動させて吸気側連通口32を開放する。すると、燃焼室16の負圧により空気が吸気側連通口32を介して燃焼室16内に吸入され、この後、吸気弁34を後退移動させて吸気側連通口32を閉塞する。このとき、燃料噴射弁45から燃料の噴射が開始され、吸入された空気と燃料とが混合して混合気となる。
In the intake stroke, the
圧縮行程では、ピストン13が下死点から上死点へ向けて移動する。ピストン13が上死点に移動すると、この移動に伴って混合気は圧縮される。そして、ピストン13が上死点近傍に達すると、点火プラグ44をスパークさせて、混合気に着火する。なお、燃料噴射弁45からの燃料噴射は、点火プラグ44の放電前に終了する。
In the compression stroke, the
膨張行程では、着火による混合気の燃焼により、混合気が膨張(爆発)して、ピストン13を上死点から下死点へ向けて移動させる。
In the expansion stroke, the air-fuel mixture expands (explodes) by combustion of the air-fuel mixture by ignition, and moves the
排気行程では、下死点へ到達したピストン13が、慣性により再び上死点へ向けて移動する。このとき、排気弁35を前進移動させて排気側連通口33を開放し、ピストン13の上死点への移動に伴って、燃焼後の排気ガスを排気側連通口33から排出させる。排気ガスの排出後、排気弁35を後退移動させて排気側連通口33を閉塞する。
In the exhaust stroke, the
以上の燃焼サイクルを繰り返し行うことで、各ピストン13を上下動作させ、この動力をコンロッド15を介してクランクシャフト14に伝達することで、エンジン1は駆動力を得ることができる。
By repeating the above combustion cycle, each
ところで、図2に示すように、エンジン1が低負荷で運転している場合、各吸気弁34は小リフト量で進退移動するため、各吸気弁34の開弁時において、各吸気ポート30から各吸気弁34を介して燃焼室16に吸入された空気は、燃焼室16の壁面に沿った流れとなる。つまり、各吸気弁34のリフト量を小リフト量とすると、通常リフト量に比して、開口面積が小さくなり、燃焼室16の壁面に沿った流れとなりやすい。このとき、各吸気弁34の前進方向の直下付近における燃焼室16の圧力は、燃焼室16の壁面側の圧力に比して低圧となる。すると、燃焼室16の壁面に沿って流れる空気は、この圧力差により、燃焼室16の各吸気弁34近傍に引き寄せられ、これにより、複数の小さな渦(乱流)が発生してしまう。複数の小さな渦が発生してしまうと、主流となるタンブル流の形成が困難となる。このため、本実施例では、各吸気弁34の開弁時において、燃料噴射弁45から燃焼室16の各吸気弁34近傍に燃料を噴射して、燃焼室16の各吸気弁34近傍における圧力を上昇させることにより、燃焼室16内の圧力差を低減する。これにより、燃焼室16の壁面に沿って流れる空気は、各吸気弁34の直下付近に引き寄せられることなく、好適にタンブル流を形成することが可能となっている。以下、本発明の特徴部分である燃料噴射弁45について説明する。
As shown in FIG. 2, when the engine 1 is operating at a low load, each
燃料噴射弁45は、エンジンECU2により燃料噴射動作や燃料噴射時期が制御されており、エンジンECU2は、燃料噴射弁45を制御することにより、一燃焼サイクル中において噴射される全燃料を、複数回に分けて噴射するマルチパイロット噴射を行わせることが可能な構成となっている。マルチパイロット噴射は、一燃焼サイクル中における全回数の燃料噴射のうち、各吸気弁34の開弁時において、少なくとも一回の燃料噴射を行うと共に、ピストン13が下死点近傍に位置する時において、残りの回数の燃料噴射を行う。
The
また、燃料噴射弁45は、各吸気弁34の前進方向の前方における燃焼室16に、換言すると、上下移動する各吸気弁34の直下における燃焼室16に、燃料を噴射可能に配設されている。具体的に、燃料噴射弁45は、燃焼室16へ向けて燃料を噴射する噴射方向が、低V角となるように配設されている。なお、低V角とは、シリンダボア24の中心軸に直交する平面を0°とし、下死点側へ傾けて鋭角となるような角度である。
The
さらに、燃料噴射弁45は、燃料噴射の貫徹力を可変することが可能となっている。貫徹力は、燃料噴射弁45の燃料の圧力(燃圧)、燃料噴射弁45の噴射期間や燃料噴射弁45の噴孔等を可変することにより変化する。燃料噴射の貫徹力を可変する場合、例えば、エンジンECU2が、燃料噴射弁45に燃料を供給する燃料供給系60に設けられた高圧ポンプ66を制御することにより、燃料噴射弁45に供給する燃料の圧力(燃圧)を可変させ、これにより、燃料噴射の貫徹力を可変させている。具体的に、燃料供給系60は、燃焼噴射弁45に接続されたデリバリ通路65と、デリバリ通路65に接続された容積可変型の高圧ポンプ66と、高圧ポンプ66に接続された燃料タンク67とを備え、デリバリ通路65には燃圧センサ68が設けられている。燃圧センサ68および高圧ポンプ66はエンジンECU2に接続され、エンジンECU2は、燃圧センサ67の検出結果に基づいて、高圧ポンプ66を制御する。そして、燃料噴射の貫徹力は、各吸気弁34が通常リフト量で進退移動する場合は、予め設定された通常貫徹力で燃料を噴射するが、一方、各吸気弁34が小リフト量で進退移動する場合は、通常貫徹力よりも低い低貫徹力で燃料を噴射する。
Furthermore, the
ここで、図3および図4を参照して、各吸気弁34が小リフト量で進退移動する場合において、燃料噴射弁45から燃料を噴射する一連の動作について説明する。吸気行程において、各吸気弁34を前進移動させて吸気側連通口32を開放すると、各吸気ポート30から空気が燃焼室16内に吸入される。このとき、図3に示すように、燃料噴射弁45は、各吸気弁34の直下付近における燃焼室16へ向けて、低貫徹力で燃料噴射を行う(圧力上昇噴射)。具体的に、図4に示すように、燃料噴射弁45は、燃焼室16に吸入される空気の流速が最大となった付近で、一燃焼サイクル中における全回数の燃料噴射のうち、少なくとも1回の燃料噴射を、圧力上昇噴射として行う。
Here, a series of operations for injecting fuel from the
図4は、吸気行程において燃焼室16内に吸入される空気の流速の変化を示したグラフである。このグラフは、横軸がクランク角度となっており、縦軸が空気の流速となっている。また、R1は、基準となる開弁時期において各吸気弁34が開弁した場合における空気の流速の変化であり、R2は、基準となる開弁時期から遅角した開弁時期において各吸気弁34が開弁した場合における空気の流速の変化である。ここで、R1とR2を比較するに、R2の流速の最大は、R1の流速の最大に比して遅角している。すなわち、各吸気弁34の開弁時期が遅角すると、これに伴って、流速の最大も遅角することがわかる。そして、このグラフは、エンジンECU2に記憶されており、エンジンECU2は、このグラフに基づいて、流速が最大となるクランク角度において、燃料噴射弁45から燃料を噴射させる。なお、このグラフは、各吸気弁34の開弁時期に対応して複数(本実施例では、2つ:R1,R2)設けられ、予め実験等により導出されている。これにより、各吸気弁34の開弁時期が進角あるいは遅角しても、エンジンECU2は、進角または遅角した各吸気弁34の開弁時期に対応させ、各吸気弁34の開弁時において流速が最大となるクランク角度において、圧力上昇噴射を行うことが可能となる。
FIG. 4 is a graph showing a change in the flow velocity of the air sucked into the
燃料噴射弁45から低貫徹力の燃料が噴射されると、各吸気弁34の前進方向の直下付近における燃焼室16の圧力は、噴射された燃料により上昇する。すると、吸入した空気が流れる燃焼室16の壁面側の圧力と、各吸気弁34の前進方向の直下付近における燃焼室16の圧力との圧力差は低減されるため、燃焼室16の壁面に沿って流れる空気は、各吸気弁34の直下付近に引き寄せられることがない。これにより、燃焼室16の壁面に沿って流れる空気は、良好にタンブル流を形成することができる。
When fuel having a low penetrating force is injected from the
この後、ピストン13が下死点近傍に達すると、燃料噴射弁45は、残りの回数の燃料噴射を低貫徹力で行う(燃料噴射)。このとき、燃焼室16内は、燃料噴射弁45による圧力上昇噴射によりタンブル流が形成されているため、燃料噴射弁45は、このタンブル流の流れに沿って燃料噴射を行うことができ、これにより、タンブル流を増速させることが可能となる。なお、ピストン13の下死点近傍において、燃料噴射弁45は、低貫徹力で燃料を噴射したが、通常貫徹力で燃料を噴射してもよい。
Thereafter, when the
次に、図5を参照して、各吸気弁34が通常リフト量で進退移動する場合において、燃料噴射弁45から燃料を噴射する一連の動作について説明する。吸気行程において、各吸気弁34を前進移動させて吸気側連通口32を開放すると、各吸気ポート30から空気が燃焼室16内に吸入される。この場合、各吸気弁34のリフト量は通常リフト量となっているため、図5に示すように、燃焼室16に吸入された空気は、良好にタンブル流を形成する。このため、各吸気弁34の開弁時において、吸入される空気の流速が最大のときに、燃料噴射弁45による圧力上昇噴射を行う必要は無い。
Next, a series of operations for injecting fuel from the
この後、ピストン13が下死点近傍に達すると、燃料噴射弁45は、通常貫徹力で燃料を噴射する。このとき、燃焼室16内はタンブル流が形成されているため、燃料噴射弁45は、このタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行うことができ、タンブル流を増速させることが可能となる。
Thereafter, when the
以上の構成によれば、吸気行程において燃焼室16にタンブル流を形成することが困難である場合、各吸気弁34の開弁時に、各吸気弁34の前進方向の直下付近における燃焼室16へ向けて、燃料噴射弁45から低貫徹力で燃料を噴射する、すなわち、圧力上昇噴射をすることにより、燃焼室16の各吸気弁34近傍における圧力を上昇させることができる。このため、燃焼室16の壁面側における圧力と、燃焼室16の各吸気弁34の直下近傍における圧力との圧力差を低減することができ、燃焼室16の壁面を沿って流れる空気は、燃焼室16の各吸気弁34近傍に引き寄せられることなく、良好にタンブル流を形成することができる。
According to the above configuration, when it is difficult to form a tumble flow in the
また、各吸気弁34が小リフト量で進退移動する場合、各吸気弁34の開弁時において、燃料噴射弁45により圧力上昇噴射を行った後、ピストン13が下死点近傍に達した時において、燃料噴射弁45により、形成されたタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行うことにより、タンブル流を増速させることができる。
Further, when each
さらに、各吸気弁34が通常リフト量で進退移動する場合においても、ピストン13が下死点近傍に達した時において、燃料噴射弁45により、形成されたタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行うことにより、タンブル流を増速させることができる。
Further, even when each
なお、実施例1では、燃料噴射弁45の噴射角度を変えずに、圧力上昇噴射と燃料噴射とを行ったが、圧力上昇噴射および燃料噴射に応じて最適な噴射が可能なように、それぞれ噴射角度を適宜変更してもよい。また、燃料噴射弁45を2つ用意して、一方を圧力上昇噴射に用い、他方を燃料噴射に用いてもよい。この場合、圧力上昇噴射に用いられる燃料噴射弁45は、圧力上昇噴射に最適の噴射角度となるように配設し、燃料噴射に用いられる燃料噴射弁45は、燃料噴射に最適の噴射角度となるように配設することが好ましい。
In the first embodiment, the pressure increase injection and the fuel injection are performed without changing the injection angle of the
次に、図6および図7を参照して、実施例2にかかるエンジン101について説明する。なお、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。図6は、実施例2にかかるエンジンの吸気弁が小リフト量で進退移動する場合において燃焼室内に形成されるタンブル流の説明図であり、図7は、実施例2にかかるエンジンの燃焼室の下面図である。実施例2にかかるエンジン101は、第1燃料噴射弁110および第2燃料噴射弁111を備えており、第1燃料噴射弁110(圧力上昇手段)を圧力上昇噴射に用い、第2燃料噴射弁111を燃料噴射に用いている。このとき、第1燃料噴射弁110は、各吸気弁34の開弁時において、燃料噴射を通常貫徹力で行うことにより、前進方向における各吸気弁34の端部112に燃料を噴き当てている。
Next, the
図6および図7に示すように、このエンジン101において、シリンダヘッド12の吸気ポート30の下部には、圧力上昇噴射に用いられる第1燃料噴射弁110が配設され、シリンダボア24の周方向において第1燃料噴射弁110に隣接して、燃料噴射に用いられる第2燃料噴射弁111が配設されている。第2燃料噴射弁111は、実施例1の燃料噴射弁45と同様に、燃焼室16へ向けて燃料を噴射する噴射方向が、低V角となるように配設されている。一方、第1燃料噴射弁110は、前進方向における各吸気弁34の端部112に燃料が噴き当たる角度となるように配設されている。また、第1燃料噴射弁110は、各吸気弁34が小リフト量で進退移動する場合において、各吸気弁34の開弁時に、燃料を噴射している。
As shown in FIGS. 6 and 7, in the
ここで、各吸気弁34が小リフト量で進退移動する場合において、第1燃料噴射弁110および第2燃料噴射弁111から燃料を噴射する一連の動作について説明する。吸気行程において、各吸気弁34を前進移動させて吸気側連通口32を開放すると、各吸気ポート30から空気が燃焼室16内に吸入される。このとき、第1燃料噴射弁110は、前進方向における各吸気弁34の端部112へ向けて、通常貫徹力で燃料噴射が行われる(圧力上昇噴射)。この場合も、図4に示すように、燃焼室16に吸入される空気の流速が最大となった付近で、第1燃料噴射弁110から燃料を噴射する。
Here, a series of operations for injecting fuel from the first
第1燃料噴射弁110から通常貫徹力の燃料が噴射されると、前進方向における各吸気弁34の端部112は、噴射された燃料が付着する。そして、ピストン13が下死点へ向かうことにより、各吸気弁34に付着した燃料が気化し、これにより、各吸気弁34の前進方向の直下付近における燃焼室16の圧力が上昇する。すると、吸入した空気が流れる燃焼室16の壁面側の圧力と、各吸気弁34近傍における燃焼室16の圧力との圧力差は低減されるため、燃焼室16の壁面に沿って流れる空気は、各吸気弁34の直下付近に引き寄せられることがない。これにより、燃焼室16の壁面に沿って流れる空気は、良好にタンブル流を形成することができる。
When fuel having a normal penetrating force is injected from the first
この後、ピストン13が下死点近傍に達すると、第2燃料噴射弁111は、燃料を通常貫徹力で噴射する。このとき、燃焼室16内は、第1燃料噴射弁110による圧力上昇噴射によりタンブル流が形成されているため、第2燃料噴射弁111は、このタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行うことにより、タンブル流を増速させることが可能となる。
Thereafter, when the
次に、各吸気弁34が通常リフト量で進退移動する場合において、第1燃料噴射弁110および第2燃料噴射弁111から燃料を噴射する一連の動作について説明する。吸気行程において、各吸気弁34を前進移動させて吸気側連通口32を開放すると、各吸気ポート30から空気が燃焼室16内に吸入される。この場合、各吸気弁34のリフト量は通常リフト量となっているため、燃焼室16に吸入された空気は、良好にタンブル流を形成する。このため、各吸気弁34の開弁時において、吸入される空気の流速が最大のときに、第1燃料噴射弁110から燃料を噴射する必要は無い。
Next, a series of operations for injecting fuel from the first
この後、ピストン13が下死点近傍に達すると、第2燃料噴射弁111は、通常貫徹力で燃料を噴射する。このとき、燃焼室16内はタンブル流が形成されているため、第2燃料噴射弁111は、このタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行うことにより、タンブル流を増速させることが可能となる。
Thereafter, when the
以上の構成においても、吸気行程において燃焼室16にタンブル流を形成することが困難である場合、各吸気弁34の開弁時に、前進方向における各吸気弁34の端部112に燃料が噴き当たるように、第1燃料噴射弁110から燃料を噴射する、すなわち、圧力上昇噴射をすることにより、燃焼室16の各吸気弁34近傍における圧力を上昇させることができる。このため、燃焼室16の壁面側における圧力と、燃焼室16の各吸気弁34の直下近傍における圧力との圧力差を低減することができ、燃焼室16の壁面を沿って流れる空気は、燃焼室16の各吸気弁34近傍に引き寄せられることなく、良好にタンブル流を形成することができる。また、第1燃料噴射弁110および第2燃料噴射弁111の貫徹力を変更する必要が無いため、燃圧を変更するような構造にする必要もない。
Even in the above configuration, when it is difficult to form a tumble flow in the
なお、実施例2では、第1燃料噴射弁110および第2燃料噴射弁111を用いて、圧力上昇噴射と燃料噴射とをそれぞれ行ったが、1つの燃料噴射弁を用いて、圧力上昇噴射と燃料噴射とを行ってもよい。この場合、最適な噴射が可能なように、燃料噴射弁の噴射角度を、圧力上昇噴射および燃料噴射に応じてそれぞれ変更することが好ましい。
In Example 2, the first
次に、図8を参照して、実施例3にかかるエンジン201について説明する。なお、重複した記載を避けるべく、異なる部分についてのみ説明する。図8は、実施例3にかかるエンジンの吸気弁が小リフト量で進退移動する場合において燃焼室内に形成されるタンブル流の説明図である。実施例3にかかるエンジン201は、各吸気弁34の開弁時において、燃焼室16に空気を噴射可能な空気噴射弁202(圧力上昇手段)を備えており、空気噴射弁202は、空気噴射を行うことにより、各吸気弁34の前進方向の直下付近における燃焼室16の圧力を上昇させている。
Next, the
このエンジン201において、シリンダヘッド12の吸気ポート30の下部には、燃焼室16に燃料を噴射する燃料噴射弁203が配設され、シリンダボア24の周方向において燃料噴射弁203に隣接して、空気噴射弁202が配設されている。そして、燃料噴射弁203は、実施例1の燃料噴射弁45と同様に、燃焼室16へ向けて燃料を噴射する噴射方向が、低V角となるように配設されている。一方、空気噴射弁202は、エンジンECU2により空気噴射時期が制御されており、各吸気弁34の前進方向の直下付近における燃焼室16に空気を噴射可能に配設されている。また、空気噴射弁202は、各吸気弁34が小リフト量で進退移動する場合において、各吸気弁34の開弁時に、空気を噴射している。
In this
ここで、各吸気弁34が小リフト量で進退移動する場合において、空気噴射弁202および燃料噴射弁203から空気を噴射する一連の動作について説明する。吸気行程において、各吸気弁34を前進移動させて吸気側連通口32を開放すると、各吸気ポート30から空気が燃焼室16内に吸入される。このとき、空気噴射弁202は、各吸気弁34の直下付近における燃焼室16へ向けて、空気噴射を行う(圧力上昇噴射)。具体的には、図4に示すように、燃焼室16に吸入される空気の流速が最大となった付近で、空気噴射弁202から空気を噴射する。
Here, a series of operations for injecting air from the
空気噴射弁202から空気が噴射されると、各吸気弁34の前進方向の直下付近における燃焼室16の圧力は、噴射された空気により上昇する。すると、吸入した空気が流れる燃焼室16の壁面側の圧力と、各吸気弁34近傍における燃焼室16の圧力との圧力差は低減されるため、燃焼室16の壁面に沿って流れる空気は、各吸気弁34の直下付近に引き寄せられることがない。これにより、燃焼室16の壁面に沿って流れる空気は、良好にタンブル流を形成することができる。
When air is injected from the
この後、ピストン13が下死点近傍に達すると、燃料噴射弁203は、燃料を通常貫徹力で噴射する。このとき、燃焼室16内は、空気噴射弁202による圧力上昇噴射によりタンブル流が形成されているため、燃料噴射弁203は、このタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行うことにより、タンブル流を増速させることが可能となる。
Thereafter, when the
次に、各吸気弁34が通常リフト量で進退移動する場合において、空気噴射弁202および燃料噴射弁203から燃料を噴射する一連の動作について説明する。吸気行程において、各吸気弁34を前進移動させて吸気側連通口32を開放すると、各吸気ポート30から空気が燃焼室16内に吸入される。この場合、各吸気弁34のリフト量は通常リフト量となっているため、燃焼室16に吸入された空気は、良好にタンブル流を形成する。このため、各吸気弁34の開弁時において、吸入される空気の流速が最大のときに、空気噴射弁202から空気を噴射する必要は無い。
Next, a series of operations for injecting fuel from the
この後、ピストン13が下死点近傍に達すると、燃料噴射弁203は、通常貫徹力で噴射する。このとき、燃焼室16内はタンブル流が形成されているため、燃料噴射弁203は、このタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行うことにより、タンブル流を増速させることが可能となる。
Thereafter, when the
以上の構成においても、吸気行程において燃焼室16にタンブル流を形成することが困難である場合、各吸気弁34の開弁時に、各吸気弁34の前進方向の直下付近における燃焼室16へ向けて、空気噴射弁202から空気を噴射する、すなわち、圧力上昇噴射をすることにより、燃焼室16の各吸気弁34近傍における圧力を上昇させることができる。このため、燃焼室16の壁面側における圧力と、燃焼室16の各吸気弁34の直下近傍における圧力との圧力差を低減することができ、燃焼室16の壁面を沿って流れる空気は、燃焼室16の各吸気弁34近傍に引き寄せられることなく、良好にタンブル流を形成することができる。
Even in the above configuration, when it is difficult to form a tumble flow in the
以上のように、本発明は、筒内直噴式の内燃機関に有用であり、特に、燃焼室内にタンブル流を形成する場合に適している。 As described above, the present invention is useful for an in-cylinder direct injection internal combustion engine, and is particularly suitable for forming a tumble flow in a combustion chamber.
1 エンジン(実施例1)
16 燃焼室
30 吸気ポート
32 吸気側連通口
34 吸気弁
40 吸気側カムシャフト
45 燃料噴射弁
50 可変バルブ機構
66 高圧ポンプ
101 エンジン(実施例2)
110 第1燃料噴射弁
111 第2燃料噴射弁
112 吸気弁の端部
201 エンジン(実施例3)
202 空気噴射弁
203 燃料噴射弁
1 Engine (Example 1)
16
DESCRIPTION OF
202
Claims (8)
前記吸気弁の開弁時において、前記吸気弁の前進方向の前方における前記燃焼室の圧力を上昇可能な圧力上昇手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関。 An intake valve that can advance from a valve closing position that closes the intake passage communicating with the combustion chamber to a valve opening position that opens the intake passage, and that can retract from the valve opening position to the valve closing position;
An internal combustion engine, comprising: a pressure increasing means capable of increasing the pressure of the combustion chamber in front of the intake valve in the forward direction when the intake valve is opened.
前記燃料噴射弁は、前記圧力上昇手段として機能することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。 A fuel injection valve capable of injecting fuel into the combustion chamber;
The internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel injection valve functions as the pressure increasing means.
前記燃料噴射弁は、
前記吸気弁が前記通常リフト量で進退移動している場合、前記燃焼室内に形成されるタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行う一方、
前記吸気弁が前記小リフト量で進退移動している場合、前記圧力上昇噴射を行うことを特徴とする請求項3または4に記載の内燃機関。 Depending on the operating condition of the internal combustion engine, the lift amount of the intake valve from the closed position to the open position is between a preset normal lift amount and a small lift amount smaller than the normal lift amount. Further comprising a lift amount varying means that can be varied at
The fuel injection valve is
When the intake valve moves forward and backward by the normal lift amount, while performing fuel injection along the flow of the tumble flow formed in the combustion chamber,
5. The internal combustion engine according to claim 3, wherein the pressure increase injection is performed when the intake valve moves forward and backward by the small lift amount.
前記吸気弁の開弁時において、前記燃料噴射弁は、一燃焼サイクル中における全回数の燃料噴射のうち、少なくとも1回の燃料噴射を、前記圧力上昇噴射として行うと共に、残回数の燃料噴射を、前記燃焼室内に形成されるタンブル流の流れに沿って行うことを特徴とする請求項3ないし5のいずれか1項に記載の内燃機関。 The fuel injection valve is configured to be able to inject fuel into a plurality of times during one combustion cycle,
When the intake valve is opened, the fuel injection valve performs at least one fuel injection as the pressure increase injection among the total number of fuel injections in one combustion cycle, and performs the remaining number of fuel injections. The internal combustion engine according to any one of claims 3 to 5, wherein the internal combustion engine is performed along a tumble flow formed in the combustion chamber.
前記空気噴射弁は、前記圧力上昇手段として機能しており、
前記吸気弁の開弁時において、前記空気噴射弁は、前記吸気弁の前進方向の前方における前記燃焼室に向けて空気を噴射する圧力上昇噴射を行うことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。 An air injection valve capable of injecting air into the combustion chamber;
The air injection valve functions as the pressure increasing means,
The said air injection valve performs the pressure rise injection which injects air toward the said combustion chamber ahead of the advancing direction of the said intake valve at the time of the valve opening of the said intake valve. Internal combustion engine.
前記吸気弁の開弁時において、前記空気噴射弁は前記圧力上昇噴射を行うと共に、前記燃料噴射弁は、前記燃焼室内に形成されるタンブル流の流れに沿って、燃料噴射を行うことを特徴とする請求項7に記載の内燃機関。 A fuel injection valve capable of injecting fuel into the combustion chamber;
When the intake valve is opened, the air injection valve performs the pressure rising injection, and the fuel injection valve performs fuel injection along a flow of a tumble flow formed in the combustion chamber. The internal combustion engine according to claim 7.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2008
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