JP5136255B2 - Spark ignition direct injection engine - Google Patents
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Description
この発明は、火花点火式直噴エンジンに関し、特に、エンジン冷間時における触媒活性化促進を図る火花点火式直噴エンジンに関する。 The present invention relates to a spark ignition direct injection engine, and more particularly to a spark ignition direct injection engine that promotes catalyst activation when the engine is cold.
従来より、燃費向上を図る等のため、燃料を直接筒内に噴射する直噴エンジンが採用されている。こうした直噴エンジンによると、圧縮比を高くでき、エンジン効率を高めることができる。また、吸入吸気量に関わらず燃料噴射量を自由に調整できる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a direct injection engine that directly injects fuel into a cylinder has been adopted in order to improve fuel efficiency. According to such a direct injection engine, the compression ratio can be increased and the engine efficiency can be increased. Further, the fuel injection amount can be freely adjusted regardless of the intake air intake amount.
一方で、近年では、排気ガスのエミッション規制も強化されており、触媒の早期活性化を図ることも求められている。こうした触媒の早期活性化のためには、排気ガス温度を早期に昇温させることが必要であり、点火タイミングをできるだけ遅角することで、排気ガス温度を高めることが考えられる。 On the other hand, in recent years, exhaust gas emission regulations have been strengthened, and it is required to activate the catalyst at an early stage. In order to activate such a catalyst early, it is necessary to raise the exhaust gas temperature as early as possible, and it is conceivable to raise the exhaust gas temperature by retarding the ignition timing as much as possible.
しかし、点火タイミングを大幅に遅角させると、燃焼安定性が悪化してしまうため、この燃焼安定化を確保した上で、点火タイミングを遅角する技術が求められていた。 However, if the ignition timing is significantly retarded, the combustion stability deteriorates. Therefore, a technique for retarding the ignition timing while ensuring this combustion stabilization has been demanded.
そこで、下記特許文献1では、燃料噴射を、上死点を跨ぐタイミングで行なう主噴射と、吸気行程等のタイミングで行なう早期噴射の、前後二回に分けて行い、点火タイミングを上死点よりも大幅に遅角して、燃焼を行なうエンジン装置が提案されている。 Therefore, in the following Patent Document 1, fuel injection is performed in two parts, before and after the main injection that is performed at a timing that crosses the top dead center and the early injection that is performed at the timing such as the intake stroke, and the ignition timing is determined from the top dead center. However, an engine device that performs combustion at a greatly retarded angle has been proposed.
このように、燃料噴射を予め吸気行程等で行うことにより、噴射された燃料を、主噴射の噴射前に筒内に拡散させておけるため、主噴射の噴霧に点火されて、燃焼が開始したときには、筒内全体に相対的に緩慢な燃焼を生じさせることができ、燃焼を安定的に生じさせることができる。 In this way, by performing fuel injection in advance in the intake stroke or the like, the injected fuel can be diffused into the cylinder before the main injection, so the main injection spray is ignited and combustion starts. Sometimes, relatively slow combustion can be generated in the entire cylinder, and combustion can be stably generated.
すなわち、筒内の状態を、点火プラグ周りに濃い混合気を位置させてその周囲には空気だけとする、いわゆる「成層状態」から、その周囲にも薄い混合気を位置させる、いわゆる「弱成層状態」にすることで、エンジンの燃焼状態を安定させるのである。 That is, the in-cylinder state is a so-called “weak stratification” in which a thick air-fuel mixture is placed around the spark plug and only air is present around the spark plug, so that a thin air-fuel mixture is located around the so-called “stratification state”. By setting the “state”, the combustion state of the engine is stabilized.
なお、この特許文献1にも記載されているように、燃料を噴射するインジェクタは、マルチホール型インジェクタを用いることが考えられる。
ところで、特許文献1のエンジン装置においては、早期噴射のタイミングを吸気行程や圧縮行程の早いタイミングで行なう旨が開示されているものの、具体的には、どのタイミングで噴射を行なうのか明らかではない。 By the way, in the engine device of Patent Document 1, it is disclosed that the timing of the early injection is performed at an early timing of the intake stroke or the compression stroke, but it is not clear at what timing the injection is performed specifically.
そこで、仮に、噴射タイミングを設定することを考えると、吸気行程の遅い時期や、圧縮行程の早い時期に、早期噴射のタイミングを設定することが考えられる。このように、噴射タイミングを設定すれば、ピストンが下死点近傍に位置するため、筒内に広いスペースを確保でき、筒内での噴霧の拡張を促進することができると考えられるからである。 In view of setting the injection timing, it is conceivable to set the early injection timing at a time when the intake stroke is late or when the compression stroke is early. In this way, if the injection timing is set, the piston is positioned near the bottom dead center, so that it is possible to secure a wide space in the cylinder and promote the expansion of the spray in the cylinder. .
しかし、触媒を早期活性化する場合には、エンジンも冷間状態であるため、筒内のシリンダ側壁(ライナ)も冷たく、噴射した噴霧が筒内のシリンダ側壁に付着して気化霧化しない可能性がある。特に、筒内の下部においては、燃焼室での燃焼温度が伝達されにくいため、エンジン冷間時には、噴霧が筒内下部に付着して液化する可能性が高くなる。 However, in the case of early activation of the catalyst, since the engine is also cold state, Cylinders side wall of the cylinder (liner) is also cold, the injected spray adheres to Cylinders side wall of the cylinder There is a possibility that it does not vaporize. In particular, since the combustion temperature in the combustion chamber is difficult to be transmitted in the lower part of the cylinder, there is a high possibility that the spray adheres to the lower part of the cylinder and liquefies when the engine is cold.
このように、筒内の側壁に、噴霧が液化して付着すると、未燃ガスがHCとして排気系に排出されて、排気ガス性能が悪化するおそれがある。また、気化霧化する燃料が減少して、混合気が薄くなってしまい、所望の燃焼状態を得られないおそれもある。 As described above, when the spray is liquefied and adheres to the side wall in the cylinder, unburned gas is discharged as HC to the exhaust system, and the exhaust gas performance may be deteriorated. In addition, the fuel to be vaporized and atomized is reduced, the air-fuel mixture becomes thin, and the desired combustion state may not be obtained.
また、特許文献1のエンジン装置においては、主噴霧を上死点を跨ぐタイミングで噴射するように記載されているが、点火プラグ周りに濃い混合気を位置させるためには、直接点火プラグに対して燃料を噴射するしかなく、また、高圧の筒内に噴射するためには、噴射圧を高くする必要があり、適切に濃い混合気を点火プラグ周りに位置させるのが困難であるという問題もあった。 In addition, in the engine device of Patent Document 1, it is described that the main spray is injected at a timing across the top dead center, but in order to position a rich air-fuel mixture around the spark plug, In order to inject fuel into a high-pressure cylinder, it is necessary to increase the injection pressure, and it is difficult to position an appropriately rich mixture around the spark plug. there were.
そこで、本発明は、エンジン冷間時における触媒活性化促進を図る火花点火式直噴エンジンにおいて、燃料噴射による噴霧ができるだけ筒内の側壁に付着しないように設定して、排気系から未燃ガスが排出されるのを抑え、確実に多くの噴霧を気化霧化して、また、点火プラグ周りに濃い混合気を確実に位置させることで、所望の燃焼状態を得ることができる火花点火式直噴エンジンを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a spark ignition type direct injection engine that promotes catalyst activation when the engine is cold, and is set so that spray by fuel injection does not adhere to the side wall in the cylinder as much as possible. Spark ignition direct injection that can achieve the desired combustion state by suppressing the discharge of gas, surely vaporizing and atomizing a lot of spray, and by reliably positioning a rich mixture around the spark plug The purpose is to provide an engine.
この発明の火花点火式直噴エンジンは、燃焼室天井壁の周縁には、斜め下方に複数の噴霧を噴射する多噴口を設けたインジェクタを備え、燃焼室天井壁の中央部には点火プラグを備えた、火花点火式直噴エンジンであって、ピストン冠面には、前記点火プラグに対応する凹状のキャビティを設け、前記インジェクタから噴射される複数の噴霧のうち、最も下方に位置する最下段噴霧を噴射する最下部噴口と、最も上方に位置する最上段噴霧を噴射する最上部噴口とを設定するとともに、該最上部噴口と最下部噴口の噴射方向を、平面視で前記キャビティを指向するように設定して、エンジン冷間時においては、吸気行程と圧縮行程の2回で燃料を噴射するように設定するとともに、前記吸気行程の燃料噴射を、前記最下段噴霧が、降下する前記ピストンのキャビティに衝突するように設定して、前記圧縮行程の燃焼噴射を、前記最上段噴霧が、上昇する前記ピストンのキャビティに衝突するように設定し、前記最上部噴口と前記最下部噴口との間には、中間高さに位置する中段噴霧を噴射する複数の中間噴口を設け、前記中間噴口の噴射方向を、平面視でキャビティの外側へ指向するように設定したものである。 The spark ignition direct injection engine of the present invention includes an injector provided with a plurality of injection holes for injecting a plurality of sprays obliquely downward at the periphery of the combustion chamber ceiling wall, and an ignition plug at the center of the combustion chamber ceiling wall. A spark ignition direct injection engine provided with a concave cavity corresponding to the spark plug on a piston crown surface, and a lowest stage located at a lowermost position among a plurality of sprays injected from the injector The lowermost nozzle hole for injecting the spray and the uppermost nozzle hole for injecting the uppermost spray located at the uppermost position are set, and the injection directions of the uppermost nozzle hole and the lowermost nozzle hole are directed to the cavity in plan view. When the engine is cold, the fuel is injected in the intake stroke and the compression stroke twice, and the fuel injection in the intake stroke is performed before the lowermost spray drops. Set so as to impinge on the piston cavity, the fuel injection of the compression stroke, the top spray, configured to collide with the cavity of the piston rises, the the uppermost nozzle hole and the lowermost jetting nozzle A plurality of intermediate injection holes for injecting the intermediate spray located at the intermediate height are provided between the two, and the injection direction of the intermediate injection holes is set so as to be directed to the outside of the cavity in plan view .
上記構成によれば、エンジン冷間時における燃料噴射は、吸気行程と圧縮行程の2回に分けて行ない、吸気行程の燃料噴射では、最下段噴霧が降下するピストンのキャビティに衝突するように設定されて、圧縮行程の燃料噴射では、最上段噴霧が、上昇するピストンのキャビティに衝突するように設定される。
すなわち、吸気行程においては、ピストン上方に噴霧空間を確保して、最下段噴霧がピストンのキャビティでトラップ(捕捉)されるように噴射を行い、圧縮行程においては、ピストン上方の空間を少なくして、最上段噴霧がピストンのキャビティでトラップされるように噴射を行なうのである。
このため、吸気行程での燃料噴射では、噴霧を筒内の上下方向に広く分散して噴射しつつ、最下段噴霧を壁面温度の高いピストンでトラップすることで、噴霧が壁面温度の低い筒内の下部壁面に付着するのを防止できる。また、圧縮行程での燃料噴射では、最上段噴霧をキャビティで受けることで、点火プラグ周りに濃い混合気層を確実に形成して、点火プラグの着火性を向上することで、燃焼安定性を向上することができる。
According to the above configuration, the fuel injection when the engine is cold is divided into the intake stroke and the compression stroke, and the fuel injection in the intake stroke is set to collide with the piston cavity where the lowermost spray falls. In the fuel injection in the compression stroke, the uppermost spray is set to collide with the rising piston cavity.
That is, in the intake stroke, a spray space is secured above the piston, and injection is performed so that the lowermost spray is trapped (captured) in the piston cavity, and in the compression stroke, the space above the piston is reduced. The injection is carried out so that the uppermost spray is trapped in the cavity of the piston.
For this reason, in the fuel injection in the intake stroke, the spray is widely dispersed in the vertical direction in the cylinder, and the bottom spray is trapped by a piston having a high wall temperature, so that the spray is injected into the cylinder having a low wall temperature. Can be prevented from adhering to the lower wall surface. In addition, in fuel injection in the compression stroke, by receiving the uppermost spray in the cavity, a dense air-fuel mixture layer is reliably formed around the spark plug, and the ignition stability of the spark plug is improved, thereby improving combustion stability. Can be improved.
また、前記最上部噴口と前記最下部噴口との間には、中間高さに位置する中段噴霧を噴射する複数の中間噴口を設けたものであり、中間噴口から、最上段噴霧と最下段噴霧の間に複数の中段噴霧を噴射することで、筒内に複数の噴霧を上下方向に分散して噴射することができる。このため、上下方向に長い筒内の混合気の分布を、ほぼ均質化することができる。Further, a plurality of intermediate nozzles for injecting a middle spray located at an intermediate height are provided between the uppermost nozzle and the lowermost nozzle. From the intermediate nozzle, the uppermost spray and the lowermost spray are provided. By spraying a plurality of middle-stage sprays in between, a plurality of sprays can be dispersed and sprayed in the vertical direction in the cylinder. For this reason, the distribution of the air-fuel mixture in the cylinder that is long in the vertical direction can be substantially homogenized.
よって、エンジン冷間時においても、燃料の気化霧化の促進を図ることができ、確実に筒内を弱成層化することができる。Therefore, even when the engine is cold, the vaporization and atomization of the fuel can be promoted, and the inside of the cylinder can be reliably stratified.
しかも、前記中間噴口の噴射方向を、平面視でキャビティの外側へ指向するように設定したものであって、中間噴口からの噴霧を、キャビティの外側に向かって噴射することで、複数の噴霧が三次元的に筒内で噴射されることになる。このため、立体空間の筒内の混合気の分布を、ほぼ均質化することができる。In addition, the injection direction of the intermediate nozzle is set to be directed to the outside of the cavity in plan view, and a plurality of sprays are generated by spraying the spray from the intermediate nozzle toward the outside of the cavity. It will be injected in the cylinder three-dimensionally. For this reason, the distribution of the air-fuel mixture in the cylinder of the three-dimensional space can be made substantially uniform.
よって、エンジン冷間時においても、よりさらに気化霧化の促進を図ることができ、筒内を弱成層化することができる。Therefore, even when the engine is cold, vaporization and atomization can be further promoted, and the inside of the cylinder can be weakly stratified.
この発明の一実施態様においては、前記吸気行程の燃料噴射終了時期を、吸気行程を前期、中期、後期に分けた場合の中期に設定したものである。
上記構成によれば、ピストン上方に噴射空間を確保した状態で燃料が噴射されて、吸気行程で最も吸気流動が生じている吸気行程の中期に燃料噴射が完了する。
このため、スワール等の吸気流動を利用して燃料の気化霧化を促進することができ、燃料が気化霧化しにくいエンジン冷間時であっても、燃料を有効に気化霧化することができる。
よって、吸気行程での燃料噴射の気化霧化をより促進することができ、エンジン冷間時の排気ガス性能や燃焼性能を向上することができる。
In one embodiment of the present invention, the fuel injection end timing of the intake stroke is set to the middle period when the intake stroke is divided into the first period, the middle period, and the latter period.
According to the above configuration, the fuel is injected in a state where the injection space is secured above the piston, and the fuel injection is completed in the middle of the intake stroke in which the intake flow is most generated in the intake stroke.
For this reason, fuel vaporization and atomization can be promoted by utilizing the intake air flow such as swirl, and the fuel can be vaporized and atomized effectively even when the engine is cold when the fuel is difficult to vaporize and atomize. .
Therefore, the vaporization atomization of the fuel injection in the intake stroke can be further promoted, and the exhaust gas performance and the combustion performance when the engine is cold can be improved.
この発明の一実施態様においては、前記圧縮行程の燃料噴射終了時期を、圧縮行程の3/4以降に設定して、前記点火プラグの点火時期を、上死点後に設定したものである。
上記構成によれば、圧縮行程の上死点近傍で、燃料を噴射することで、ピストンとの距離が近接して、最上段噴霧を確実にキャビティに入れることができ、点火プラグ周りに、濃い混合気層を形成できる。また、こうして筒内を弱成層化した状態で、上死点後に点火を行なうことで、燃焼安定性を向上することができる。
よって、上死点後の燃焼を、安定的に行わせることができるため、排気ガスの昇温を図ることができ、確実に触媒の活性化を図ることができる。
In one embodiment of the present invention, the fuel injection end timing of the compression stroke is set to 3/4 or later of the compression stroke, and the ignition timing of the spark plug is set after top dead center.
According to the above configuration, by injecting fuel near the top dead center of the compression stroke, the distance from the piston is close, and the uppermost spray can be surely put into the cavity, and there is a strong concentration around the spark plug. A mixture layer can be formed. In addition, combustion stability can be improved by performing ignition after top dead center in the state where the inside of the cylinder is weakly stratified.
Therefore, combustion after top dead center, it is possible to stably performed, it is possible to increase the temperature of the exhaust gas, Ru can be reliably revitalize the catalyst.
この発明の一実施態様においては、前記最上部噴口からの最上段噴霧を、前記点火プラグの下方位置に該点火プラグから外れるように噴射したものである。
上記構成によれば、燃料噴射時において、最上段噴霧が点火プラグにかからないため、点火プラグが燃料で濡れることがなく、点火プラグの着火性の悪化を抑えることができる。
よって、エンジン冷間時であっても、点火プラグが確実に着火して燃焼安定性を高めることができる。
In an embodiment of the present invention, the uppermost spray from the uppermost injection port is sprayed to a position below the spark plug so as to be detached from the spark plug.
According to the above configuration, since the uppermost spray is not applied to the spark plug during fuel injection, the spark plug does not get wet with the fuel, and deterioration of the ignition performance of the spark plug can be suppressed.
Therefore, even when the engine is cold, the spark plug can reliably ignite and the combustion stability can be improved.
この発明によれば、吸気行程での燃料噴射では、噴霧を筒内の上下方向に分散して噴射しつつ、最下段噴霧を壁面温度の高いピストンでトラップすることで、噴霧が壁面温度の低い筒内の下部壁面に付着するのを防止できる。また、圧縮行程での燃料噴射では、最上段噴霧をキャビティで受けることで、点火プラグ周りに濃い混合気層を確実に形成して、点火プラグの着火性を向上して、燃焼安定性を向上することができる。
よって、エンジン冷間時における触媒活性化促進を図る火花点火式直噴エンジンにおいて、燃料噴射による噴霧ができるだけ筒内の側壁に付着しないように設定して、排気系から未燃ガスが排出されるのを抑え、確実に多くの噴霧を気化霧化して、また、点火プラグ周りに濃い混合気を確実に位置させることで、所望の燃焼状態を得ることができる。
According to the present invention, in the fuel injection in the intake stroke, the spray is dispersed in the vertical direction in the cylinder, and the bottom spray is trapped by the piston having the high wall surface temperature so that the spray has a low wall surface temperature. It can prevent adhering to the lower wall surface in a cylinder. In addition, in fuel injection in the compression stroke, the uppermost spray is received by the cavity, so that a rich air-fuel mixture layer is reliably formed around the spark plug, improving the ignition plug ignitability and improving combustion stability. can do.
Therefore, in a spark ignition direct injection engine that promotes catalyst activation when the engine is cold, unburned gas is discharged from the exhaust system by setting so that the spray from the fuel injection does not adhere to the side wall in the cylinder as much as possible. Therefore, a desired combustion state can be obtained by reliably vaporizing and atomizing a large amount of spray, and reliably positioning a rich air-fuel mixture around the spark plug.
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳述する。
図1は本発明を採用した実施形態の火花点火式直噴エンジンの概略構成図である。
この図1に示すように、このエンジンEは、いわゆる4サイクルのレシプロエンジンであり、クランクシャフト1を回転自在に支持するシリンダブロック2と、シリンダブロック2の上部に配置されたシリンダヘッド3とで一体的に構成している。また、このシリンダブロック2とシリンダヘッド3には、複数の気筒4を設けている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a spark ignition direct injection engine according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the engine E is a so-called four-cycle reciprocating engine, and includes a
各気筒4には、コンロッド5を介してクランクシャフト1に連結されたピストン6と、ピストン上方に形成される燃焼室7とを設けている。
Each
シリンダヘッド3の下面には、気筒4毎に燃焼室7の天井壁部8を形成している。この天井壁部8は、中央部分からシリンダヘッド3下端まで延びる2つの対向する傾斜面8a,8bを有する、いわゆるペントルーフ型となっている。
On the lower surface of the
前記燃焼室7の天井壁部8には、各々独立した2つの吸気ポート9と排気ポート10が設けられ、吸気2弁16、排気2弁17の4弁構成としている。
The
燃焼室7の側縁部には、燃料供給システムに接続されているマルチホール型インジェクタ11が斜め下方を向いて設置されている。このマルチホール型インジェクタ11は、燃料供給システム12がコントロールユニット13からの燃料噴射パルスを受けることにより、このパルス幅に対応する燃料を燃焼室7に噴射するように構成されている。
なお、このマルチホール型インジェクタ11の詳細構造については、後述する。
A
The detailed structure of the
また、各気筒4には、シリンダヘッド3に固定されて、燃焼室7内に電極を臨ませて配置される点火プラグ14を設けている。この点火プラグ14は、燃焼室7の略中央位置に配置している。点火プラグ14には、電子制御による点火タイミングのコントロール可能な点火回路15が接続されており、この点火回路15によって制御されるようになっている。
Further, each
各気筒4の吸気弁16及び排気弁17には、それぞれタペットユニット18,19が設けられている。このタペットユニット18,19は、シリンダヘッド3に設けられた動弁機構のカム軸のカム20,21によって、周期的に駆動されるように構成している。
エンジンEの吸気ポート9には、インテークマニホールドの分岐吸気管22が接続されている。分岐吸気管22は気筒毎に設けられており、それぞれがインテークマニホールドに等長の吸気経路を形成した状態で接続されている。
A
次に、排気ポート10には、各気筒に2つ一組で形成された二股状の分岐排気管23が接続されている。各分岐排気管23の下流側には、排気ガスの浄化を行なう触媒コンバータ24を設置している。この触媒コンバータ24には、触媒温度を検出する触媒温度センサ25を設けており、活性化温度まで触媒が昇温したか否かを検出するようにしている。
Next, the
コントロールユニット13は、CPU等で構成しており、図示しない入力センサ(クランク角センサ等)や前述の触媒温度センサ25等の入力要素と、前述した燃料供給システム12や点火回路15等の出力要素と接続することにより、エンジンの運転状態を制御するように構成している。
The
図2はマルチホール型インジェクタとピストンと点火プラグの詳細構造を示した斜視図であり、図3は(a)ピストン冠面の平面図と(b)ピストン冠面のA−A線矢視断面図である。
図2に示すように、マルチホール型インジェクタ11は、先端の噴射面11aが斜め下方に向くように設置しており、ピストン6の冠面30側に向けて複数の噴霧Gを噴射するように構成している。
2 is a perspective view showing a detailed structure of a multi-hole type injector, a piston, and a spark plug. FIG. 3 is (a) a plan view of a piston crown surface and (b) a cross section taken along line AA of the piston crown surface. FIG.
As shown in FIG. 2, the
このマルチホール型インジェクタ11の噴射面11aには、6つの噴口40…を設けている。具体的には、噴射面詳細図に示すように、上段中央に第一噴口40aを、二段目左右両側に第二噴口40bと第三噴口40cを、三段目左右両端に第四噴口40dと第五噴口40eを、下段中央に第六噴口40fを、それぞれ並ぶように設けている。
Six injection holes 40 are provided on the
このように、各噴口40…を設けることで、各噴口40から噴射される噴霧Gを、斜め下方に向かって、筒内に満遍なく均等に噴射することができる。このため、通常運転時の均質燃焼時には、全筒内全てに燃料が行き渡り、効率的に燃焼させることができる。
Thus, by providing each
また、後述するように、エンジン冷間時に、噴射タイミングを適切に制御することで、弱成層化状態を筒内(4)に生成することができる。
ここで、弱成層化状態とは、点火プラグ周りの混合気の濃度を濃くして、その周囲の混合気を薄くなるように、筒内(4)の混合気分布を調整した状態をいう。
Further, as will be described later, a weakly stratified state can be generated in the cylinder (4) by appropriately controlling the injection timing when the engine is cold.
Here, the weakly stratified state refers to a state in which the mixture distribution in the cylinder (4) is adjusted so that the concentration of the mixture around the spark plug is increased and the mixture around the spark plug is thinned.
また、各噴口40…は、極小の径(例えば、0.1mm程度)で形成されており、この径や向き等によって、各噴口40…からの噴射量や指向方向が決定される。 Each of the nozzle holes 40 is formed with a very small diameter (for example, about 0.1 mm), and the injection amount and the directing direction from each of the nozzle holes 40 are determined by the diameter, the direction, and the like.
この各噴口40…の指向方向は、各噴口40…の位置に対応して設定されており、第一噴口40aからの第一噴霧Gaが最も上方を指向して、第二噴口40bからの第二噴霧Gbと、第三噴口40cからの第三噴霧Gcがその下方で左右方向を指向して、第四噴口40dからの第四噴霧Gdと、第五噴口40eからの第五噴霧Geがさらにその下方で左右外方側を指向して、第六噴口40fからの第六噴霧Gfが最も下方で中央を指向するように設定されている。なお、第一噴霧Gaは、図2にも示すように、点火プラグ14の電極14aに燃料が付着しないように、電極14aよりも下方位置を指向するように設定されている。
The directivity direction of each of the nozzle holes 40 is set corresponding to the position of each of the nozzle holes 40, and the first spray Ga from the
この実施形態のピストン6は、ピストン冠面30にクランク軸方向に沿って対向する一対の傾斜面31a,31bを有する隆起部31を形成している。この隆起部31の傾斜面31a,31bは、前述した燃焼室7のペントルーフ型の天井壁部8に沿うように、ペントルーフ形状で傾斜するように形成している。
The
また、隆起部31の両側方には、ピストン冠面30の基準面となる水平面部32,33をそれぞれ設けている。そして、この水平面部32,33には、吸気弁16と排気弁17にそれぞれ対応するように、吸気弁リセス32aと排気弁リセス33aを形成している。
Further, on both sides of the raised
この隆起部31の中央には、平面視略円形の凹状キャビティ34を形成している。この凹状キャビティ34は、略半球面状に形成された内周面35と、略水平面状に形成された平底面36とを備えており、ピストン6が上死点に位置した際には、点火プラグ14の電極14aを中心とした略球状の燃焼空間を構成するようにしている。
A
このように、凹状キャビティ34を形成して、略球面状の燃焼空間を構成することで、圧縮比が極めて高いエンジンにすることができ、エンジン効率を高めることができる。
In this way, by forming the
図3(a)に示すように、吸気側の傾斜面31には、噴霧を受ける受け面37を形成している。この受け面37は、一段凹んだ平面視略ひょうたん形状の凹部で形成している。
As shown in FIG. 3A, a receiving
この受け面37の上部の一部を、凹状キャビティ34にかかるように形成することで、図3(b)に示すように、凹状キャビティ34のインジェクタ側上縁端34aは、反インジェクタ側上縁端34bよりも下方側に位置するように形成される。
このため、後述するように、インジェクタ11から噴射された噴霧(Ga)が、凹状キャビティ34内に、入り易く、かつ出にくいようになる。
By forming a part of the upper portion of the receiving
Therefore, as described later, spray injected from the injector 11 (Ga) is in the
なお、図3(a)に示すように、隆起部31の凹状キャビティ34の両側の頂部分には上面部38,38を形成している。この上面部38,38は、外側端をやや下げた傾斜面で構成している。こうすることで、ピストン6が上死点にある場合であっても、筒内(4)上部で吸気側と排気側を連通する連通空間を形成することができる。
In addition, as shown to Fig.3 (a), the
次に、図4、図5、図6により、エンジン冷間時におけるエンジン運転状態(燃料噴射状態)を説明する。図4はエンジン冷間時の燃料噴射タイミングと点火タイミングのタイムチャートであり、図5は吸気行程での燃料噴射状態を示す側面図であり、図6は圧縮行程での燃料噴射状態を示す側面図である。 Next, the engine operating state (fuel injection state) when the engine is cold will be described with reference to FIGS. 4 is a time chart of fuel injection timing and ignition timing when the engine is cold, FIG. 5 is a side view showing the fuel injection state in the intake stroke, and FIG. 6 is a side view showing the fuel injection state in the compression stroke. FIG.
コントロールユニット13で制御されるマルチホール型インジェクタ11と点火プラグ14は、エンジン冷間時には、図4のタイムチャートに示すように制御される。
The
すなわち、触媒温度センサ25等でエンジン冷間状態を検出した際には、燃料噴射タイミングが吸気行程で1回、圧縮行程で1回の合計2回で行われ、1サイクル当りの燃料噴射が2分割で行われる。
That is, when the engine cold state is detected by the
具体的には、例えば、クランク角度80度(以下、「°CA」とする)に一回目の燃料噴射F1が終了して、325°CAに二回目の燃料噴射F2が終了するように設定している。なお、各噴射パルスの幅w1,w2は、各噴射タイミングにおける燃料噴射量に比例するように設定しており、この二回の燃料噴射量の合計が、ほぼ理論空燃比となるような燃料噴射量に設定している。 Specifically, for example, the first fuel injection F1 is finished at a crank angle of 80 degrees (hereinafter referred to as “° CA”), and the second fuel injection F2 is finished at 325 ° CA. ing. The widths w1 and w2 of each injection pulse are set to be proportional to the fuel injection amount at each injection timing, and the fuel injection is such that the sum of the two fuel injection amounts is substantially the stoichiometric air-fuel ratio. The amount is set.
このように、二分割で燃料を噴射することにより、まず、一回目の燃料噴射F1によって、燃料を早期に筒内で気化霧化して、その後、二回目の燃料噴射F2で、点火プラグ14周りに混合気の濃いリッチな層を形成する。すなわち、このような二分割の噴射タイミングによって、筒内をいわゆる弱成層化するのである。
In this way, by injecting the fuel in two parts, first, the fuel is vaporized and atomized early in the cylinder by the first fuel injection F1, and then around the
そして、その後、上死点(TDC)を経過した後、380°CA(=排気行程の20°CA)で点火プラグ14を点火している。すなわち、排気行程に入る時期まで点火タイミングSを遅角しているのである。
Then, after the top dead center (TDC) has elapsed, the
このように、点火タイミングSを遅角することで、エンジンの燃焼エネルギが熱エネルギに多く使われることになり、排気ガス温度が高いまま、排気ガスが排気側に排出されることになる。 Thus, by retarding the ignition timing S, will be burning energy formic the engine is often used to heat energy formic, remains high exhaust gas temperature, so that the exhaust gas is discharged to the exhaust side .
このため、触媒コンバータ24には、温度の高い排気ガスが供給されて、早期に触媒コンバータ24の温度を上昇させることができ、触媒を活性化することができる。
よって、早期に排気ガスを浄化することができる。
Thus, the
Therefore, exhaust gas can be purified at an early stage.
なお、点火プラグ14の点火タイミングSを遅角すると、燃焼状態が不安定になり、燃焼が確実に生じないおそれがある。しかし、本実施形態では、筒内を確実に弱成層化しているため、点火タイミングSが大幅に遅角したとしても、安定した燃焼状態を得ることができる。
Note that if the ignition timing S of the
図5に示すように、吸気行程での燃料噴射(一回目の燃料噴射F1)では、最下部の第六噴口40fから噴射された第六噴霧Gfが、ピストン冠面30の凹状キャビティ34に入るように設定されている。すなわち、最も下方に指向する第六噴霧Gfが、筒内4の側壁面4a(ライナ)に到達(付着)することなく、ピストン冠面30に指向するように噴射されるのである。
As shown in FIG. 5, in the fuel injection in the intake stroke (first fuel injection F <b> 1), the sixth spray Gf injected from the lowest
このように、第六噴霧Gfがピストン冠面30を指向するように、燃料が噴射されることで、筒内4で最も温度が低い側壁面4a(ライナ)の下部4a1に、燃料が付着することがなく、吸気行程での燃料の気化霧化を促進することができる。このため、排気ガスに未燃ガスであるHCが含有されることを防ぐことができる。
Thus, as the sixth spraying Gf is directed to the
また、90°CA近傍で燃料を噴射することで、ピストンスピードが最も速く、スワール等の空気の流れによって筒内流動が最も大きい時期に、燃料を噴射することになるため、燃料の気化霧化をより促進することができる。 In addition, by injecting the fuel in the vicinity of 90 ° CA, the fuel is injected at a time when the piston speed is the fastest and the in-cylinder flow is the largest due to the flow of air such as a swirl. Can be promoted more.
また、この上方に噴射される第一噴霧Gaと第二噴霧Gb(第三噴霧Gc)と第四噴霧Gd(第五噴霧Ge)についても、このタイミングで噴射されることで、立体的空間を構成する筒内(4)に、均質的に広く噴射されることになる。また、スワールQ等の空気流動によって、筒内(4)での各噴霧の攪拌が促進されて、筒内(4)の隅等に液滴が付着することも防止することができる。 Further, the first spray Ga, the second spray Gb (third spray Gc), and the fourth spray Gd (fifth spray Ge) sprayed upward are also sprayed at this timing, so that a three-dimensional space can be obtained. In the cylinder (4) which comprises, it will inject uniformly and widely. Moreover, stirring of each spray in the cylinder (4) is promoted by the air flow of the swirl Q or the like, and it is possible to prevent droplets from adhering to the corners of the cylinder (4).
こうしたことから、第六噴霧Gf以外の噴霧Ga,Gb,Gc,Gd,Geについても、筒内(4)でより均質的に気化霧化を促進することができるため、燃料を効率的に燃焼させることができる。 For these reasons, the sprays Ga, Gb, Gc, Gd, and Ge other than the sixth spray Gf can also promote vaporization and atomization more uniformly in the cylinder (4), so that the fuel is burned efficiently. Can be made.
図6に示すように、圧縮行程での燃料噴射(二回目の燃料噴射F2)では、最上部の第一噴口40aから噴射された第一噴霧Gaがピストン冠面30の凹状キャビティ34に入るように設定されている。すなわち、最も上方に指向する第一噴霧Gaが、凹状キャビティ34の内周面35を指向するように設定されているのである。
As shown in FIG. 6, in the fuel injection in the compression stroke (second fuel injection F <b> 2), the first spray Ga injected from the uppermost
一方、第二噴霧Gb(第三噴霧Gc)は、凹状キャビティ34手前の傾斜面31a(具体的には受け面37)に指向するように設定されている。もっとも、このように、第二噴霧Gb(第三噴霧Gc)が受け面37に指向しても、第二噴霧Gbと第三噴霧Gcは凹状キャビティ34内に入ることになる。すなわち、受け面37に衝突して勢いが弱まった第二噴霧Gbと第三噴霧Gcは、第一噴霧Gaが通過した後に発生する負圧によって、凹状キャビティ34内に引き込まれるのである。
On the other hand, the second spray Gb (third spray Gc) is set to be directed to the
この引き込み挙動について、図7の模式図を利用して説明する。図7の(a)は噴射直後の側面模試図、(b)はその後の側面模式図である。 This pull-in behavior will be described using the schematic diagram of FIG. FIG. 7A is a schematic side view immediately after injection, and FIG. 7B is a schematic side view thereafter.
図7の(a)に示すように、第一噴霧Gaは、凹状キャビティ34の略半球面状の内周面35に、指向するように噴射される。
このため、第一噴霧Gaは、図7の(b)に示すように、内周面35の円弧状傾斜面35aに案内されて、上方にスムーズに反転して、点火プラグ14側(天井壁部8側)に向かうことになる。
As shown in FIG. 7A, the first spray Ga is injected to the substantially hemispherical inner
For this reason, as shown in FIG. 7B , the first spray Ga is guided by the arc-shaped
一方、図7の(a)に示すように、第二噴霧Gb(第三噴霧Gc)は、受け面37に指向するように噴射される。
このため、第二噴霧Gb(第三噴霧Gc)は、受け面37に衝突して勢いが弱まり、受け面37の上方を漂うことになる。しかし、図7の(b)に示すように、第一噴霧Gaが通過した後には、凹状キャビティ34内に引き込む負圧が発生しているため、第二噴霧Gb(第三噴霧Gc)は、この負圧によって、凹状キャビティ34内に引き込まれるのである。
On the other hand, as shown in FIG. 7A, the second spray Gb (third spray Gc) is injected so as to be directed to the receiving
For this reason, the second spray Gb (third spray Gc) collides with the receiving
このように、第二噴霧Gbと第三噴霧Gcが凹状キャビティ34に引き込まれることで、点火プラグ14周りに、濃い混合気を多く位置させることができる。
As described above, since the second spray Gb and the third spray Gc are drawn into the
そして、第一噴霧Gaだけでなく、第二噴霧Gbや第三噴霧Gcも、凹状キャビティ34内に引き込むことで、より多くの混合気を点火プラグ14周りに位置させることができる。
Further, not only the first spray Ga, but also the second spray Gb and the third spray Gc are drawn into the
また、図8の噴射状態を示した平面図にも示すように、第二噴霧Gbと第三噴霧Gcは、傾斜面31aから一段凹んだ受け面37に噴射されるため、側方側(ライナ側)に漏れることがなく、確実に凹状キャビティ34内に案内されることになる。
Further, as shown in the plan view showing the injection state in FIG. 8, the second spray Gb and the third spray Gc are injected from the
また、この図8に示すように、第二噴霧Gbと第三噴霧Gcの指向方向(延長線を一点鎖線で示す)を、平面視で凹状キャビティ34に重なるように設定しているため、前述の負圧による引き込み効果をより生じ易くしている。
Further, as shown in FIG. 8 , since the directing directions of the second spray Gb and the third spray Gc (the extension line is indicated by a one-dot chain line) are set so as to overlap the
図9〜図11は、この実施形態の噴射状態のシミュレーション図である。図9は325°CAのシミュレーション図、図10は340°CAのシミュレーション図、図11は350°CAのシミュレーション図、図12は360°CAのシミュレーション図である。また、各図において、(a)が第一噴霧の噴射状態、(b)が第二噴霧と第三噴霧の噴射状態、(c)が第一噴霧の噴霧状態と第二噴霧と第三噴霧の噴霧状態を組み合わせたものである。そして、上段が平面図、下端が側面図である。また、各ドットが噴霧の液滴である。 9 to 11 are simulation diagrams of the injection state of this embodiment. 9 is a simulation diagram of 325 ° CA, FIG. 10 is a simulation diagram of 340 ° CA, FIG. 11 is a simulation diagram of 350 ° CA, and FIG. 12 is a simulation diagram of 360 ° CA. Moreover, in each figure, (a) is the injection state of the first spray, (b) is the injection state of the second spray and the third spray, (c) is the spray state of the first spray, the second spray and the third spray. The spray state is combined. And the upper stage is a plan view and the lower end is a side view. Each dot is a droplet of the spray.
図9に示すように、噴射完了直後の325°CAでは、(a)のように、第一噴霧Gaは、凹状キャビティ34内に噴射される。また、第二噴霧Gbと第三噴霧Gcは、(b)のように受け面37に反射して上方に漂うようになっている。このため、(c)のように、インジェクタ側には、多くの液滴が位置することになる。
As shown in FIG. 9, at 325 ° CA immediately after the completion of injection, the first spray Ga is injected into the
図10に示すように、その後の340°CAでは、(a)のように、第一噴霧Gaは、凹状キャビティ34内の内周面35に当接して上方に案内される。また、第二噴霧Gbと第三噴霧Gcは、(b)のように、第一噴霧Gaが通過した際に生じる負圧によって、凹状キャビティ34内(図面では上方)に引き込まれる。このため、(c)のように、点火プラグ14の周りには、多くの液滴が位置することになる。
As shown in FIG. 10, at the subsequent 340 ° CA, the first spray Ga is in contact with the inner
図11に示すように、その後の350°CAでは、(a)のように、第一噴霧Gaは、凹状キャビティ34の一方側に偏る。また、第二噴霧Gbと第三噴霧Gcは、(b)のように、凹状キャビティ34を中心に広がる。このため、(c)のように、点火プラグ14の周りには、液滴が位置することになる。なお、図10よりも、液滴が減少しているのは、液滴が順調に蒸発(気化)しているからである。
As shown in FIG. 11, in the subsequent 350 ° CA, the first spray Ga is biased to one side of the
図12に示すように、上死点の位置である360°CAでは、(a)に示すように、第一噴霧Gaは、凹状キャビティ34の一方側に偏った状態で気化している。また、第二噴霧Gbと第三噴霧Gcは、(b)のように、全体に広がって気化する。このため、(c)のように、液滴は、一部凹状キャビティ34の一方側に偏った状態で位置するものの、ほとんど気化することになる。
As shown in FIG. 12, at 360 ° CA, which is the position of the top dead center, as shown in (a), the first spray Ga is vaporized in a state of being biased to one side of the
図13は、この360°CAでの点火プラグ周りの混合気の空燃比(A/F)の分布状態を示した図である。この図で、Rの領域は最もリッチな領域、Lの領域は最もリーンな領域を示している。
この図13に示すように、360°CAにおいても、混合気の空燃比は、比較的ばらついており、点火プラグ14よりもインジェクタ側の方に、濃い混合気(R)が存在することになる。また、点火プラグ14から離間した反インジェクタ側にも、濃い混合気(R)が存在する。そして、薄い混合気(L)が広い範囲に存在することになる。
FIG. 13 is a view showing the distribution of the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture around the spark plug at 360 ° CA. In this figure, the R region indicates the richest region, and the L region indicates the leanest region.
As shown in FIG. 13, also in the 360 ° CA, the air-fuel ratio of the mixture is about relatively rose, towards the injector side of the
一方、図14は、点火タイミング直前の380°CAでの点火プラグ周りの混合気の空燃比(A/F)の分布状態を示した図である。
この図14に示すように、380°CAになると、混合気の空燃比は、点火プラグ14周りに多くのやや濃い混合気(R)が存在しつつも、全体的に混合気の空燃比は均等化されることになる。これによって、点火プラグ14による着火性能を高めることができる。
On the other hand, FIG. 14 is a view showing the distribution of the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture around the spark plug at 380 ° CA immediately before the ignition timing.
As shown in FIG. 14 , at 380 ° CA, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is such that there are many slightly rich air-fuel mixtures (R) around the
以上のように、燃料を気化霧化して着火性能を高めているため、点火タイミングSを遅らせたとしても、確実に混合気を燃焼させることができ、排気ガスの温度を高めることができる。 As described above, since the fuel is vaporized and atomized to improve the ignition performance, even if the ignition timing S is delayed, the air-fuel mixture can be reliably burned and the temperature of the exhaust gas can be increased.
次に、このように構成した本実施形態の作用効果について説明する。
この実施形態では、エンジン冷間時においては、吸気行程と圧縮行程の2回で燃料を噴射するように設定するとともに、吸気行程の燃料噴射を、第六噴霧Gfが降下するピストン6の凹状キャビティ34に衝突するように設定して、圧縮行程の燃焼噴射を、第一噴霧Gaが上昇するピストン6の凹状キャビティ34に衝突するように設定している。
Next, the effect of this embodiment comprised in this way is demonstrated.
In this embodiment, when the engine is cold, the fuel is injected in the intake stroke and the compression stroke twice, and the fuel injection in the intake stroke is performed in the concave cavity of the
これにより、エンジン冷間時に、吸気行程においては、ピストン6の上方に燃料噴射空間を確保して、第六噴霧Gfがピストン6の凹状キャビティ34でトラップされるように噴射を行い、圧縮行程においては、ピストン6上方の空間を少なくして、第一噴霧Gaがピストン6の凹状キャビティ34でトラップされるように噴射を行なうことになる。
このため、吸気行程での燃料噴射では、噴霧を筒内(4)の上下方向に広く分散して噴射しつつ、第六噴霧Gfを壁面温度の高いピストン6でトラップすることで、噴霧が壁面温度の低い筒内(4)の側壁面の下部4a1(図5参照)に付着するのを防止できる。また、圧縮行程での燃料噴射では、第一噴霧Gaを凹状キャビティ34で受けることで、点火プラグ14周りに濃い混合気層を確実に形成して、点火プラグ14の着火性を向上することで、燃焼安定性を向上することができる。
よって、エンジン冷間時における触媒活性化促進を図る火花点火式直噴エンジンにおいて、燃料噴射による噴霧ができるだけ筒内の側壁面(4a1)に付着しないように設定して、排気系から未燃ガスが排出されるのを抑え、確実に多くの噴霧を気化霧化して、また、点火プラグ4周りに濃い混合気を確実に位置させることで、冷間時のエンジン燃焼状態を向上することができる。
Thus, when the engine is cold, in the intake stroke, a fuel injection space is secured above the
For this reason, in the fuel injection in the intake stroke, the spray is distributed on the wall surface by trapping the sixth spray Gf with the
Therefore, in a spark ignition direct injection engine that promotes catalyst activation when the engine is cold, it is set so that the spray by fuel injection does not adhere to the side wall surface (4a1) in the cylinder as much as possible, and unburned gas from the exhaust system. The engine combustion state in the cold state can be improved by suppressing the discharge of gas, surely vaporizing and atomizing a large amount of spray, and reliably positioning a rich air-fuel mixture around the
また、この実施形態では、吸気行程の燃料噴射終了時期を、吸気行程の中期である80°CAに設定している。
これにより、ピストン6上方に噴射空間を確保した状態で燃料が噴射されることになり、吸気行程で最も吸気流動が生じている吸気行程の中期に、燃料噴射が完了することになる。
このため、スワール等の吸気流動を利用して燃料の気化霧化を促進することができ、燃料が気化霧化しにくいエンジン冷間時であっても、燃料を有効に気化霧化することができる。
よって、吸気行程での燃料噴射の気化霧化をより促進することができ、エンジン冷間時の排気ガス性能や燃焼性能を向上することができる。
なお、この燃料噴射終了時期は、80°CAに限定されるものではなく、吸気行程の中期である60〜120°CAの範囲に設定してもよい。
In this embodiment, the fuel injection end timing of the intake stroke is set to 80 ° CA, which is the middle period of the intake stroke.
As a result, fuel is injected in a state in which an injection space is secured above the
For this reason, fuel vaporization and atomization can be promoted by utilizing the intake air flow such as swirl, and the fuel can be vaporized and atomized effectively even when the engine is cold when the fuel is difficult to vaporize and atomize. .
Therefore, the vaporization atomization of the fuel injection in the intake stroke can be further promoted, and the exhaust gas performance and the combustion performance when the engine is cold can be improved.
The fuel injection end timing is not limited to 80 ° CA, and may be set in the range of 60 to 120 ° CA, which is the middle stage of the intake stroke.
また、この実施形態では、圧縮行程の燃料噴射終了時期を、圧縮行程の3/4以降である325°CAに設定して、点火プラグ14の点火時期を、上死点(TDC)後の380°CAに設定している。
これにより、圧縮行程の上死点(TDC)近傍の325°CAで、燃料が噴射されるため、ピストン6との距離が近接して、第一噴霧Gaを確実に凹状キャビティ34に入れることができ、点火プラグ14周りに濃い混合気層を形成できる。また、こうして筒内(4)を弱成層化した状態で、上死点(TDC)後に点火を行なうことで、燃焼安定性を高めることができる。
よって、上死点後の燃焼を、安定的して行わせることができるため、排気ガスの昇温を図ることができ、確実に触媒の活性化を図ることができる。
Further, in this embodiment, the fuel injection end timing of the compression stroke is set to 325 ° CA that is 3/4 or later of the compression stroke, and the ignition timing of the
As a result, the fuel is injected at 325 ° CA in the vicinity of the top dead center (TDC) of the compression stroke, so that the distance from the
Therefore, since combustion after the top dead center can be stably performed, the temperature of the exhaust gas can be increased, and the catalyst can be reliably activated.
また、この実施形態では、第一噴口40aと第六噴口40fとの間に、中間高さに位置する第二噴霧Gb、第三噴霧Gc、第四噴霧Gd、第五噴霧Geを噴射する、第二噴口40b、第三噴口40c、第四噴口40d、第五噴口40eを設けている。
これにより、第一噴霧Gaと第六噴霧Gfの間に複数の噴霧(Gb,Gc,Gd,Ge,Gf)を噴射することで、筒内(4)に複数の噴霧を上下方向に分散して噴射することができる。このため、上下方向に長い筒内(4)の混合気の分布を、ほぼ均質化することができる。
よって、エンジン冷間時においても、燃料の気化霧化の促進を図ることができ、確実に筒内(4)を弱成層化することができる。
In this embodiment, the second spray Gb, the third spray Gc, the fourth spray Gd, and the fifth spray Ge, which are located at the intermediate height, are injected between the
Thus, by spraying a plurality of sprays (Gb, Gc, Gd, Ge, Gf) between the first spray Ga and the sixth spray Gf, the plurality of sprays are dispersed vertically in the cylinder (4). Can be injected. For this reason, the distribution of the air-fuel mixture in the cylinder (4) that is long in the vertical direction can be made substantially uniform.
Therefore, even when the engine is cold, the vaporization of fuel can be promoted and the in-cylinder (4) can be reliably stratified.
また、この実施形態では、これらの第二噴口40b、第三噴口40c、第四噴口40d、第五噴口40eの噴射方向を、平面視で凹状キャビティ34の左右外方側へ指向するように設定している。
これにより、複数の噴霧Ga…が、三次元的に筒内(4)で噴射されることになる。このため、立体空間の筒内(4)の混合気分布を、ほぼ均質化することができる。
よって、エンジン冷間時においても、よりさらに気化霧化の促進を図ることができ、筒内(4)を弱成層化することができる。
In this embodiment, the injection directions of the
Thereby, a plurality of sprays Ga ... are jetted three-dimensionally in the cylinder (4). For this reason, the air-fuel mixture distribution in the cylinder (4) of the three-dimensional space can be substantially homogenized.
Therefore, even when the engine is cold, vaporization and atomization can be further promoted, and the in-cylinder (4) can be weakly stratified.
また、この実施形態では、第一噴口40aからの第一噴霧Gaを、点火プラグ14の下方位置に噴射するように設定して、点火プラグ14に第一噴霧Gaがかからないように設定している。
これにより、第一噴霧Gaが、点火プラグ14にかからないため、点火プラグ14が、燃料で濡れることがなく、点火プラグ14の着火性の悪化を抑えることができる。
よって、エンジン冷間時であっても、点火プラグが確実に着火して燃焼安定性を高めることができる。
Moreover, in this embodiment, it sets so that the 1st spray Ga from the
Thereby, since the first spray Ga does not reach the
Therefore, even when the engine is cold, the spark plug can reliably ignite and the combustion stability can be improved.
以上、この発明の構成と前述の実施形態との対応において、
この発明のインジェクタは、実施形態のマルチホール型インジェクタ11に対応して、
以下、同様に、
キャビティは、凹状キャビティ34に対応し、
最上段噴霧は、第一噴霧Gaに対応し、
最下段噴霧は、第六噴霧Gfに対応し、
最上部噴口は、第一噴口40aに対応し、
最下部噴口は、第六噴口40fに対応し、
中段噴霧は、第二噴霧Gb、第三噴霧Gc、第四噴霧Gd、第五噴霧Ge、に対応し、
中間噴口は、第二噴口40b、第三噴口40c、第四噴口40d、第五噴口40eに対応するも、
この発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、あらゆる火花点火式直噴エンジンに適用する実施形態を含むものである。
As described above, in the correspondence between the configuration of the present invention and the above-described embodiment,
The injector of the present invention corresponds to the
Similarly,
The cavity corresponds to the
The uppermost spray corresponds to the first spray Ga,
The lowermost spray corresponds to the sixth spray Gf,
The top nozzle corresponds to the
The lowermost nozzle hole corresponds to the
Middle spray corresponds to the second spray Gb, the third spray Gc, the fourth spray Gd, the fifth spray Ge,
The intermediate nozzle holes correspond to the
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes an embodiment applied to any spark ignition direct injection engine.
6…ピストン
8…天井壁部(燃焼室天井壁)
11…マルチホール型インジェクタ(インジェクタ)
14…点火プラグ
30…ピストン冠面
34…凹状キャビティ(キャビティ)
40a…第一噴口(最上部噴口)
40f…第六噴口(最下部噴口)
40b,40c,40d,40e…中間噴口
Ga…第一噴霧(最上段噴霧)
Gf…第六噴霧(最上段噴霧)
Gb,Gc,Gd,Ge…中段噴霧
6 ... Piston
8 ... Ceiling wall (combustion chamber ceiling wall)
11 ... Multi-hole type injector (injector)
14 ... Spark plug
30 ...
40a ... First nozzle (top nozzle)
40f ... Sixth nozzle (lowermost nozzle)
40b, 40c, 40d, 40e ... Intermediate nozzle Ga ... First spray (top spray)
Gf ... 6th spray (top spray)
Gb, Gc, Gd, Ge ... middle spray
Claims (4)
ピストン冠面には、前記点火プラグに対応する凹状のキャビティを設け、
前記インジェクタから噴射される複数の噴霧のうち、最も下方に位置する最下段噴霧を噴射する最下部噴口と、最も上方に位置する最上段噴霧を噴射する最上部噴口とを設定するとともに、
該最上部噴口と最下部噴口の噴射方向を、平面視で前記キャビティを指向するように設定して、
エンジン冷間時においては、吸気行程と圧縮行程の2回で燃料を噴射するように設定するとともに、
前記吸気行程の燃料噴射を、前記最下段噴霧が、降下する前記ピストンのキャビティに衝突するように設定して、
前記圧縮行程の燃焼噴射を、前記最上段噴霧が、上昇する前記ピストンのキャビティに衝突するように設定し、
前記最上部噴口と前記最下部噴口との間には、中間高さに位置する中段噴霧を噴射する複数の中間噴口を設け、
前記中間噴口の噴射方向を、平面視でキャビティの外側へ指向するように設定した
火花点火式直噴エンジン。 The spark chamber direct injection engine is provided with an injector provided with a plurality of nozzles for injecting a plurality of sprays obliquely downward on the periphery of the combustion chamber ceiling wall, and an ignition plug at the center of the combustion chamber ceiling wall. And
The piston crown surface is provided with a concave cavity corresponding to the spark plug,
Among the plurality of sprays ejected from the injector, while setting the lowermost nozzle for injecting the lowest spray located in the lowermost and the uppermost nozzle for injecting the uppermost spray located in the uppermost,
The injection direction of the uppermost nozzle hole and the lowermost nozzle hole is set so as to face the cavity in plan view,
When the engine is cold, the fuel is set to be injected twice in the intake stroke and the compression stroke.
The fuel injection in the intake stroke is set so that the lowermost spray collides with the descending cavity of the piston;
The compression stroke combustion injection is set so that the uppermost spray hits the rising cavity of the piston ;
Between the uppermost nozzle hole and the lowermost nozzle hole, there are provided a plurality of intermediate nozzle holes for injecting a middle stage spray located at an intermediate height,
A spark ignition direct injection engine in which the injection direction of the intermediate nozzle is set to be directed to the outside of the cavity in plan view .
請求項1記載の火花点火式直噴エンジン。 The spark ignition type direct injection engine according to claim 1, wherein the fuel injection end timing of the intake stroke is set to the middle period when the intake stroke is divided into the first period, the middle period, and the latter period.
前記点火プラグの点火時期を、上死点後に設定した
請求項1または2記載の火花点火式直噴エンジン。 The fuel injection end timing of the compression stroke is set to 3/4 or later of the compression stroke,
Wherein the ignition timing of the spark plug, according to claim 1 or 2 direct-injection spark-ignition engine according to set after top dead center.
請求項1〜3の何れか1項に記載の火花点火式直噴エンジン。 Direct-injection spark-ignition according to uppermost spray, what Re or one of the injected <br/> claims 1 to 3 as out of the ignition plug in the lower position of the spark plug from the top nozzle hole engine.
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