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JPH0676771B2 - Stratified combustion engine - Google Patents
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JPH0676771B2 - Stratified combustion engine - Google Patents

Stratified combustion engine

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JPH0676771B2
JPH0676771B2 JP61093694A JP9369486A JPH0676771B2 JP H0676771 B2 JPH0676771 B2 JP H0676771B2 JP 61093694 A JP61093694 A JP 61093694A JP 9369486 A JP9369486 A JP 9369486A JP H0676771 B2 JPH0676771 B2 JP H0676771B2
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air
intake
passage
combustion chamber
intake passage
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博文 山内
賀雄 堀田
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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はエンジン、就中成層燃焼方式のエンジンに関す
るものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an engine and an intermediate stratified charge combustion type engine.

(従来技術) 従来よりエンジンにおいては、スロットルバルブの廃止
によるポンピングロスの低減効果と燃焼室内へ燃料を直
接噴射する直噴方式の採用との相乗効果により、低燃費
化と低NOx化を実現しようとする試みが行なわれてい
る。
(Prior Art) Conventionally, in an engine, try to realize low fuel consumption and low NOx by the synergistic effect of reducing pumping loss by eliminating the throttle valve and adopting a direct injection method that directly injects fuel into the combustion chamber. Attempts are being made to

ところが、このようにスロットルバルブを廃止た場合に
は、エンジンの負荷状態の如何にかかわらず常に多量の
空気が燃焼室内に導入されるため、特に燃料噴射量の少
ないエンジンの低負荷運転領域においては空気過剰率が
大きく、噴射燃料を筒内の空気全体と混合させたのでは
混合気の空燃比がオーバリーンとなり着火不良等の不具
合をきたすことになる。このため、低負荷運転領域にお
いては、噴射燃料を燃焼室内に導入された空気の一部分
と混合させて該燃焼室内に局部的に理論空燃比に近い濃
度をもつ混合気層を形成し、この混合気層の部分を着火
燃焼させるいわゆる成層燃焼が不可欠な条件となる。
However, when the throttle valve is abolished in this way, a large amount of air is always introduced into the combustion chamber regardless of the load condition of the engine. If the excess air ratio is large and the injected fuel is mixed with all the air in the cylinder, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes over lean, which causes problems such as ignition failure. Therefore, in the low load operation region, the injected fuel is mixed with a part of the air introduced into the combustion chamber to locally form a mixture layer having a concentration close to the stoichiometric air-fuel ratio in the combustion chamber, and the mixture is formed. The so-called stratified combustion in which the air layer portion is ignited and burned becomes an indispensable condition.

このような背景から、特開昭58−85319号公報に開示さ
れる如く、インジェクターを吸気通路中に設け、吸気弁
の閉じる直前にインジェクターから燃焼室内に向けて燃
料を噴射して該燃焼室内の上部に濃混合気層を形成し、
もって成層燃焼を実現しようとしたエンジンが提案され
ている。
From such a background, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-85319, an injector is provided in the intake passage, and fuel is injected from the injector toward the combustion chamber immediately before the intake valve is closed to inject the fuel into the combustion chamber. Form a rich mixture layer on top,
An engine that has attempted to realize stratified combustion has been proposed.

しかしながら、この方法では、燃焼室内の全域において
ほぼ均一な流れ特性を有する空気層の一部分に燃料を噴
射することにより混合気濃度の異なる2つの層を形成す
るものであり、しかも燃料噴射が吸気弁の閉じる直前に
行なわれるため、例え圧縮行程の初期には燃焼室内の上
部に濃混合気層が良好状態に形成されていたとしても、
圧縮行程の終期付近においてはピストンの上動に伴う燃
焼室内の空気の乱れにより上記濃混合気層が減衰あるい
は破壊され、このため、成層燃焼を企図したにもかかわ
らず実質的に成層燃焼は行なわれないというような事態
が想定される。
However, in this method, two layers having different air-fuel mixture concentrations are formed by injecting fuel into a part of an air layer having substantially uniform flow characteristics in the entire combustion chamber, and the fuel injection is performed by the intake valve. Since it is performed immediately before closing, even if the rich mixture layer is formed in a good state in the upper part of the combustion chamber at the beginning of the compression stroke,
Near the end of the compression stroke, the rich mixture layer is attenuated or destroyed due to the turbulence of the air in the combustion chamber due to the upward movement of the piston. It is assumed that it will not happen.

このため、上述の如くスロットルバルブの廃止と直噴方
式の採用とにより低燃費化及び低NOx化が実現できると
いうことが理論上説明されているにもかかわらず、その
具体的な成功例が見当たらないのが現状である。
Therefore, although it has been theoretically explained that low fuel consumption and low NOx can be realized by eliminating the throttle valve and adopting the direct injection method as described above, if a specific successful example is found. The current situation is that there are none.

(発明の目的) 本発明は上記従来技術の項で指摘した問題点を解決しよ
うとするもので、空気を絞らずに燃焼室内に導入して該
燃焼室内の複数の空気層を成層形成するようにした成層
燃焼式エンジンにおいて、燃焼室内における空気層の成
層化をより確実ならしめることにより高水準の成層燃焼
を実現することを目的としてなされたものである。
(Object of the invention) The present invention is intended to solve the problems pointed out in the above-mentioned prior art, and to introduce a plurality of air layers in the combustion chamber by introducing the air into the combustion chamber without throttling. In the above stratified combustion engine, the purpose is to realize a high level of stratified combustion by more reliably stratifying the air layer in the combustion chamber.

(目的を達成するための手段) 本発明の成層燃焼式エンジンは上記の目的を達成するた
の手段として、燃焼室内の外周部にスワール流を発生さ
せ得る如く空気を供給する主吸気通路と、上記燃焼室の
中央部に上記スワール流とは流れ方向の異なる空気流を
発生させ得る如く空気を供給する副吸気通路とを備え、
さらに少なくともエンジンの低負荷運転領域においては
上記主吸気通路と副吸気通路の両方から吸気導入を行な
わしめて上記燃焼室の外周部に上記主吸気通路を介して
導入された空気による第1の空気層を、燃焼室の中央部
に上記副吸気通路を介して導入された空気による第2の
空気層をそれぞれ形成させ得る如くするとともに上記副
吸気通路を介しての吸気導入を吸気行程の中盤以降の時
期に実行させ得る如くした吸気制御手段と、燃料を上記
第2の空気層に向けて供給するようにした燃料供給手段
とを備えたものである。
(Means for Achieving the Purpose) As a means for achieving the above object, the stratified combustion engine of the present invention has a main intake passage for supplying air so as to generate a swirl flow in the outer peripheral portion of the combustion chamber, A sub-intake passage for supplying air to the center of the combustion chamber so as to generate an air flow having a flow direction different from that of the swirl flow,
Further, at least in the low load operation region of the engine, intake air is introduced from both the main intake passage and the auxiliary intake passage, and the first air layer is formed by the air introduced into the outer peripheral portion of the combustion chamber through the main intake passage. To form a second air layer by the air introduced through the auxiliary intake passage in the center of the combustion chamber, and to introduce intake air through the auxiliary intake passage after the middle stage of the intake stroke. Intake control means that can be executed at a certain time, and fuel supply means that supplies fuel toward the second air layer are provided.

(作用) 本考案では上記の手段により、 (1)吸気行程において燃焼室内に形成される第1の空
気層と第2の空気層はその流れ特性が異なるものである
ためその成層状態の維持が容易である、 (2)燃焼に寄与する第2の空気層が吸気行程の中盤か
ら後半にかけての時期に形成されるため、これを吸気行
程の中盤以前に形成する場合に比してその層の形成から
圧縮上死点に至るまでの期間が短くそれだけ圧縮行程中
における第2の空気層の減衰あるいは破壊が少なく、そ
のように比較的良好に成層状態が維持された第2の空気
層中へ向けて燃料が供給されるから燃焼室内における成
層燃焼が効果的に達成されることになる。
(Operation) According to the present invention, by the above means, (1) since the first air layer and the second air layer formed in the combustion chamber in the intake stroke have different flow characteristics, the stratified state can be maintained. (2) The second air layer that contributes to combustion is formed from the middle stage of the intake stroke to the latter half of the intake stroke. In the second air layer in which the period from formation to the compression top dead center is short, the attenuation or destruction of the second air layer during the compression stroke is small, and thus the stratified state is relatively well maintained. Since the fuel is supplied toward the interior, stratified combustion in the combustion chamber is effectively achieved.

(実施例) 以下、第1図ないし第6図を参照して本発明の好適な実
施例を説明する。
(Embodiment) A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 6.

(I:構成) 第1図及び第2図には本発明の実施例に係る自動車用多
気筒成層燃焼式エンジンが示されており、各図において
符号1はシリンダブロック、2はシリンダヘッド、3は
燃焼室、4はピストンである。
(I: Structure) FIGS. 1 and 2 show a multi-cylinder stratified combustion engine for an automobile according to an embodiment of the present invention. In each drawing, reference numeral 1 is a cylinder block, 2 is a cylinder head, and 3 is a cylinder head. Is a combustion chamber, and 4 is a piston.

シリンダヘッド2には、吸気弁6によって開閉される2
つの吸気通路、即ち、後述する主吸気通路11と副吸気通
路12と、排気弁7によって開閉される排気通路15がそれ
ぞれ形成されている。
The cylinder head 2 is opened and closed by an intake valve 6 2
One intake passage, that is, a main intake passage 11 and an auxiliary intake passage 12, which will be described later, and an exhaust passage 15 that is opened and closed by the exhaust valve 7 are formed.

主吸気通路11は、スワール流を発生させることを意図し
てヘリカルポート式とされており、その燃焼室3に開口
する主吸気ポート13の近傍部分は略渦巻状に形成されて
いる。従って、該主吸気通路11から主吸気ポート13を介
して上記燃焼室3内に導入される空気は第1図及び第2
図においてそれぞれ矢印A1で示す如く該燃焼室3の外周
部に沿うスワール流とされる。尚、この主吸気通路11の
通路面積は、エンジンの高負荷運転時における必要空気
量を該主吸気通路11のみで賄い得るような大きさに設定
されている。
The main intake passage 11 is of a helical port type intended to generate a swirl flow, and a portion of the main intake passage 11 near the main intake port 13 opening to the combustion chamber 3 is formed in a substantially spiral shape. Therefore, the air introduced into the combustion chamber 3 from the main intake passage 11 through the main intake port 13 is the same as in FIGS.
In the figure, a swirl flow is formed along the outer peripheral portion of the combustion chamber 3 as indicated by an arrow A 1 . Incidentally, the passage area of the main intake passage 11 is set to a size such that the main intake passage 11 alone can cover the required air amount during high-load operation of the engine.

副吸気通路12は、上記主吸気通路11よりも小さな通路面
積を有しており、その燃焼室3に開口する副吸気ポート
14は上記主吸気通路11内の上記主吸気ポート13の近傍位
置において、しかも該主吸気ポート13を通して燃焼室3
の中心部を臨み得るようにして開口形成されている。従
って、この副吸気通路12からその副吸気ポート14を通し
て燃焼室3内に導入される空気は、第1図及び第2図に
おいてそれぞれ矢印A2で示す如くほぼピストン4の軸方
向に沿う空気流を現出する。
The sub intake passage 12 has a passage area smaller than that of the main intake passage 11, and the sub intake port opening to the combustion chamber 3 thereof.
Reference numeral 14 denotes a position in the main intake passage 11 near the main intake port 13 and through the main intake port 13 to the combustion chamber 3
The opening is formed so that the central part of the can be seen. Therefore, the air introduced into the combustion chamber 3 from the auxiliary intake passage 12 through the auxiliary intake port 14 is the air flow substantially along the axial direction of the piston 4 as indicated by an arrow A 2 in FIGS. 1 and 2. To appear.

一方、上記主吸気通路11と副吸気通路12の外端部は、そ
れぞれ吸気マニホールド5に接続されている。この吸気
マニホールド5は、気筒列設方向に伸びる合流通路部30
と、該合流通路部30から各気筒毎にそれぞれ分岐して上
記シリンダヘッド2の主吸気通路11に接続される主吸気
分通路31と、副吸気通路12に接続される副吸気分通路32
とを有している。この副吸気分通路32には、後述するロ
ータリバルブ41が設けられており、該副吸気分通路32は
ロータリバルブ41によって開閉される。
On the other hand, the outer ends of the main intake passage 11 and the sub intake passage 12 are connected to the intake manifold 5, respectively. The intake manifold 5 has a merging passage portion 30 extending in the cylinder row direction.
A main intake branch passage 31 connected to the main intake passage 11 of the cylinder head 2 and a sub intake branch passage 32 connected to the sub intake passage 12 respectively branched from the confluent passage portion 30 for each cylinder.
And have. A rotary valve 41, which will be described later, is provided in the sub intake air passage 32, and the sub intake air passage 32 is opened and closed by the rotary valve 41.

ロータリバルブ41は、第1図及び第3図に示す如く副吸
気分通路32と重合連通可能な通口42を有しており、その
弁軸46の一端に取付けたプーリ48にかけ回されるベルト
(図示省略)を介してエンジンのクランク軸(図示省
略)と同期回転せしめられるようになっている。また、
上記弁軸46には、制御装置27からの制御信号を受けて上
記ロータリバルブ41とクランク軸との回転位相、換言す
ればロータリバルブ41の開弁タイミングを調整する位相
制御装置47が取付けられている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the rotary valve 41 has a passage 42 capable of overlapping and communicating with the auxiliary intake branch passage 32, and a belt that is wound around a pulley 48 attached to one end of a valve shaft 46 thereof. It can be rotated in synchronization with the crankshaft (not shown) of the engine via (not shown). Also,
The valve shaft 46 is provided with a phase control device 47 which receives a control signal from the control device 27 and adjusts the rotational phases of the rotary valve 41 and the crankshaft, in other words, the opening timing of the rotary valve 41. There is.

一方、上記ロータリバルブ41の外側には、筒状のスペー
サ43が相対回動可能に嵌挿されている。このスペーサ43
は、ロータリバルブ41の通口42と重合して該通口42と上
記副吸気分通路32との連通を許容する開口部44と該通口
42と重合して該通口42を閉塞する閉塞部45とを有してお
り、アクチュエータ49によりその回動位置を調節するこ
とによって上記ロータリバルブ41の通口42の開弁タイミ
ング、換言すれば、ロータリバルブ41の開弁時間を増減
調整し得るようになっている。
On the other hand, on the outer side of the rotary valve 41, a cylindrical spacer 43 is fitted so as to be relatively rotatable. This spacer 43
Is an opening 44 that overlaps with the passage 42 of the rotary valve 41 and allows the passage 42 and the auxiliary intake distribution passage 32 to communicate with each other.
It has a closing portion 45 which overlaps with 42 and closes the passage 42, and the opening timing of the passage 42 of the rotary valve 41 by adjusting the rotation position thereof by the actuator 49, in other words, The opening time of the rotary valve 41 can be increased or decreased.

尚、制御装置27は、エンジン回転数、負荷、大気温、水
温及び吸気圧力と各制御要素に基づいて上記位相制御装
置47と後述するアクチュエータ49の作動を制御する他
に、燃料の噴射量及び噴射時期をも制御するようにされ
ている。
The control device 27 controls the operation of the phase control device 47 and an actuator 49, which will be described later, based on the engine speed, the load, the atmospheric temperature, the water temperature, the intake pressure, and each control element, and the fuel injection amount and The injection timing is also controlled.

上記位相制御装置47とアクチュエータ49を上記制御装置
27からの制御信号に基づいて適宜に制御することにより
主吸気通路11に対する副吸気通路12の相対的な開口特性
が設定されるが、特にこの実施例においては下記するよ
うにその特性を特定している。
The phase control device 47 and the actuator 49 are connected to the control device.
The relative opening characteristic of the auxiliary intake passage 12 with respect to the main intake passage 11 is set by performing appropriate control based on the control signal from 27, and in particular, in this embodiment, the characteristic is specified as described below. ing.

即ち、主吸気通路11は吸気弁6の作動に伴い第4図にお
いて円弧L1で示す期間だけ開弁され、この全期間を通じ
て吸気導入が行われる。これに対して、副吸気通路12
は、第4図において実線円弧L2で示す期間、即ち、エン
ジンの吸気行程の中盤の時期に所定期間だけ開口される
ようになっている。さらに、この場合、エンジン負荷が
増大するとそれに伴って必要吸気量が増大し、副吸気通
路12の開口時間が同一値に設定されていると高負荷時に
は副吸気通路12から導入される吸気量即ち、混合気形成
に直接的に寄与する空気量が不足することになる。この
ため、この実施例においてはこのエンジン負荷の増大に
伴う吸気量の不足を補填する意味から、上記アクチュエ
ータ49の作動特性を、上記スペーサ43を、第5図に示す
ようにエンジン負荷の増大に伴ってロータリバルブ41の
開弁時間を延長させる方向に回転させ得る如き特性に設
定し、エンジン負荷の増大に伴って上記副吸気通路12の
開口時間を、第4図において実線円弧L2の範囲から同図
において破線円弧L2′で示す範囲まで延長させるように
している。
That is, the main intake passage 11 is opened for a period indicated by an arc L 1 in FIG. 4 in accordance with the operation of the intake valve 6, and intake is introduced throughout this period. On the other hand, the auxiliary intake passage 12
Is opened for a predetermined period only during the period indicated by the solid line arc L 2 in FIG. 4, that is, in the middle of the intake stroke of the engine. Further, in this case, if the engine load increases, the required intake air amount increases accordingly, and if the opening time of the auxiliary intake passage 12 is set to the same value, the intake air amount introduced from the auxiliary intake passage 12 at high load, that is, Therefore, the amount of air that directly contributes to the mixture formation is insufficient. Therefore, in this embodiment, in order to compensate for the shortage of the intake air amount due to the increase of the engine load, the operating characteristic of the actuator 49 is set to the spacer 43 to increase the engine load as shown in FIG. with set to such properties may be rotated in a direction to extend the opening time of the rotary valve 41, the opening time of the auxiliary air intake passage 12 with an increase in engine load, the solid line arc L 2 in Figure 4 range To the range shown by the broken line arc L 2 ′ in FIG.

尚、上記の如く副吸気通路12の開口時期を吸気行程の中
盤時期に設定したのは下記する如き理由による。
The reason for setting the opening timing of the auxiliary intake passage 12 to the middle timing of the intake stroke as described above is as follows.

即ち、成層燃焼実現という意味においては、後述するよ
うに副吸気通路12から導入される空気による空気層をで
きるだけピストンの圧縮上死点近くまで維持することが
有効であるが、この実施例においては第1図に示すよう
に吸気マニホールド5の主吸気分通路31と副吸気分通路
32が合流通路部30を介して相互に連通されており、主吸
気通路11と副吸気通路12にはそれぞれ同圧の空気が導入
される。従って、上記の如く空気層の維持という点から
副吸気通路12の開口時期を吸気行程の後半に設定した場
合には、該副吸気通路12らの吸気導入時には既に燃焼室
3内に主吸気通路11から多量の空気が導入されてその内
圧が高くなっており、該副吸気通路12からの空気導入が
阻害され、結果的に成層燃焼の実現に悪影響を与えるお
それがあり、これを避けるために上記の如く吸気行程の
中盤時期に設定したものである。
That is, in terms of realizing stratified combustion, it is effective to maintain the air layer by the air introduced from the auxiliary intake passage 12 as close to the compression top dead center of the piston as will be described later, but in this embodiment, As shown in FIG. 1, the main intake branch passage 31 and the auxiliary intake branch passage of the intake manifold 5
32 are communicated with each other through the merging passage portion 30, and the air of the same pressure is introduced into the main intake passage 11 and the sub intake passage 12, respectively. Therefore, as described above, when the opening timing of the sub intake passage 12 is set to the latter half of the intake stroke from the viewpoint of maintaining the air layer, when the intake air is introduced from the sub intake passage 12, the main intake passage is already in the combustion chamber 3. Since a large amount of air is introduced from 11 and its internal pressure is high, the introduction of air from the sub-intake passage 12 may be hindered, which may adversely affect the realization of stratified charge combustion. As described above, it is set in the middle stage of the intake stroke.

尚、第1図及び第2図においてそれぞれ鎖線図示する如
く、吸気マニホールド5の主吸気分通路31と副吸気分通
路32とを隔壁57によって区画して両通路と相互に独立通
路とし、副吸気分通路32側に過給機56を利用して加圧空
気を供給するようにした場合には、副吸気通路12側から
導入される空気の圧力が主吸気通路11側から導入される
圧力よりも高いため、第4図において実線円弧L3で示す
如く副吸気通路12の開口時期をエンジンの吸気行程の後
半に設定することも可能である。また、この場合には、
エンジン負荷の増大に伴って副吸気通路12の開口タイミ
ングを早くしこれによりエンジン負荷増大時の吸気量不
足を補填する必要があり、その具体的手段としては、例
えば上記位相制御装置47によりクランク軸とロータリバ
ルブ41との回転位相を変化させることが考えられる。
As shown by the chain lines in FIG. 1 and FIG. 2, the main intake branch passage 31 and the sub intake branch passage 32 of the intake manifold 5 are partitioned by a partition wall 57 to make them independent passages. When the supercharger 56 is used to supply the pressurized air to the side of the branch passage 32, the pressure of the air introduced from the side of the auxiliary intake passage 12 is lower than the pressure introduced from the side of the main intake passage 11. Since it is also high, it is possible to set the opening timing of the auxiliary intake passage 12 in the latter half of the intake stroke of the engine as shown by the solid line arc L 3 in FIG. Also, in this case,
As the engine load increases, it is necessary to accelerate the opening timing of the auxiliary intake passage 12 to compensate for the shortage of the intake amount when the engine load increases. It is conceivable to change the rotational phase between the rotary valve 41 and the rotary valve 41.

尚、第1図及び第2図において符号8はインジェクター
であって、上記燃焼室3の中心部に向けて燃料を噴射し
得る如く傾斜配置されている。さらに符号9は点火プラ
グであって、この点火プラグ9は上記インジェクター8
に対して上記スワール流(矢印A1)の下流側に位置する
ようにして配置されている。
In FIGS. 1 and 2, reference numeral 8 is an injector, which is inclined so that fuel can be injected toward the center of the combustion chamber 3. Further, reference numeral 9 is a spark plug, and this spark plug 9 is the injector 8 described above.
On the other hand, it is arranged so as to be located on the downstream side of the swirl flow (arrow A 1 ).

(II:作動並びにその作用) 続いて、このエンジンの作動並びにその作用を簡単に説
明する。
(II: Operation and Its Action) Next, the operation of this engine and its action will be briefly described.

エンジンが運転されると、ピストン4の下動に伴う吸気
負圧により、燃焼室3内に主吸気通路11と副吸気通路2
の両方からそれぞれ空気が導入される。その場合、主吸
気通路11から導入される空気は、第1図及び第2図にお
いてそれぞれ矢印A1で示す如く燃焼室3の外周部に沿っ
て旋回流下するスワール流となり該燃焼室3の外周部に
強いスワールをもつ略筒状の第1の空気層51(境界線l
よりも外側の部分)を形成する。これに対して、副吸気
通路12から導入される空気は、矢印A2で示す如く燃焼室
3の中央部をピストン軸方向に流下する空気流となる
が、燃焼室3の外周部に強いスワール流をもつ上記第1
の空気層51があるため、結果的に該第1の空気層51の中
央部でよどみ、該第1の空気層51によって包まれた第2
の空気層52を形成する。即ち、燃焼室3内には、その流
れ特性が異なる二つの空気層51,52が存在することとな
る。
When the engine is operated, the negative pressure of the intake air that accompanies the downward movement of the piston 4 causes the main intake passage 11 and the auxiliary intake passage 2 to enter the combustion chamber 3.
Air is introduced from both. In that case, the air introduced from the main intake passage 11 becomes a swirl flow that swirls down along the outer peripheral portion of the combustion chamber 3 as shown by an arrow A 1 in FIGS. 1 and 2, respectively. First air layer 51 (boundary line 1) having a strong swirl
Outer part). On the other hand, the air introduced from the auxiliary intake passage 12 becomes an air flow that flows down in the central portion of the combustion chamber 3 in the piston axial direction as shown by an arrow A 2 , but has a strong swirl on the outer peripheral portion of the combustion chamber 3. First with flow
Since there is an air layer 51 of the first air layer 51, the stagnation in the central portion of the first air layer 51 results
To form an air layer 52. That is, in the combustion chamber 3, there are two air layers 51 and 52 having different flow characteristics.

この燃焼室3内の二つの空気層51,52のうち、第2の空
気層52に、ピストンの圧縮上死点付近において上記イン
ジェクター8から燃料が噴射されることにより、燃焼室
3の中央部に局部的に混合気層が形成され、この混合気
層において着火・燃焼が発生することにより成層燃焼が
実現されるものである。尚、この成層燃焼はエンジンの
全運転域を通じて行われるものであるが、特に混合気の
オーバリーン現象により着火不良等が発生し易い低負荷
運転域において最もその効果が顕著となり、エンジンの
燃焼向上あるいは排気エミッション向上に寄与するもの
である。
The fuel is injected from the injector 8 into the second air layer 52 of the two air layers 51, 52 in the combustion chamber 3 in the vicinity of the compression top dead center of the piston. An air-fuel mixture layer is locally formed in the air-fuel mixture, and ignition / combustion occurs in this air-fuel mixture layer to realize stratified combustion. Incidentally, this stratified charge combustion is performed throughout the entire operating range of the engine, but its effect is most noticeable especially in the low load operating range where ignition failure is likely to occur due to the over lean phenomenon of the air-fuel mixture, and the combustion improvement of the engine or It contributes to the improvement of exhaust emission.

ところで、上述の如き成層燃焼がより良好且つ確実に行
われるためには、燃焼に最も影響を与える圧縮上死点付
近において、燃焼室3内に第1の空気層51と第2の空気
層52が良好な成層状態を維持したまま存在していること
が必要であるが、この実施例においては、第1の手段と
して、上述の如く燃焼室3の外周部に強いスワールをも
つ第1の空気層51を、また該第1の空気層51の内側に該
第1の空気層51とはその流れ特性の異なる空気層、具体
的にはピストン軸方向の流れをもち且つ最終的によどみ
状態で存在する第2の空気層52とを形成し、両層間の流
れ特性の相異に起因する分離作用を利用して空気層の成
層状態の維持を図るようにしている。さらにこれに加え
て第2の手段として、ロータリバルブ41により副吸気通
路12を開閉制御し、混合気形成に直接寄与する第2の空
気層52を吸気行程の中盤から後半の時期に供給すること
によって、該第2の空気層52の形成時点からピストンの
圧縮上死点に至るまでの時間の可及的に短縮し、第2の
空気層52の成層状態が、ピストン上動に伴う空気の乱れ
作用により減衰あるいは破壊されるのを可及的に防止す
るようにしている。
By the way, in order to perform the stratified charge combustion more favorably and surely, the first air layer 51 and the second air layer 52 in the combustion chamber 3 near the compression top dead center that most affects the combustion. Is required to be maintained while maintaining a good stratified state. In this embodiment, as a first means, the first air having a strong swirl on the outer peripheral portion of the combustion chamber 3 is used as described above. A layer 51, and an air layer having a flow characteristic different from that of the first air layer 51 inside the first air layer 51, specifically, having a flow in the piston axial direction and finally stagnant. The existing second air layer 52 is formed, and the separation state resulting from the difference in the flow characteristics between the two layers is utilized to maintain the stratified state of the air layer. In addition to this, as a second means, the rotary valve 41 controls the opening and closing of the auxiliary intake passage 12 to supply the second air layer 52 that directly contributes to the formation of the air-fuel mixture in the middle to the latter half of the intake stroke. By this, the time from the formation of the second air layer 52 to the compression top dead center of the piston is shortened as much as possible, and the stratified state of the second air layer 52 is the As much as possible, it is prevented from being damped or destroyed by the disturbing action.

この二つの手段が相互に有効に機能することにより、燃
焼室3内における第1の空気層51と第2の空気層52の成
層状態が圧縮上死点付近までより良好状態で維持され、
これにより、エンジンの低負荷運転時の如く要条件下に
おいてもより高水準の成層燃焼が確実に実現されるもの
である。
By the mutual function of these two means, the stratified state of the first air layer 51 and the second air layer 52 in the combustion chamber 3 is maintained in a better state up to near the compression top dead center,
As a result, a higher level of stratified combustion can be reliably realized even under the required conditions such as when the engine is under low load operation.

尚、上記実施例においては、エンジン負荷に対応させて
第2の空気層52のボリュームを調整する手段として、副
吸気通路12に連通する吸気マニホールド5の副吸気分通
路32にロータリバルブ41を設け、該ロータリバルブ41と
クランク軸との回転位相差あるいは該ロータリバルブ41
の外側に嵌装されたスペーサ43とロータリバルブ41との
位相差をそれぞれ調整するようにしているが、本発明に
これは限定されるものでなく、例えば、副吸気通路12を
常時開口通路とし、主吸気通路11側から導入される空気
によるスワールの強さを調整し、第1の空気層51と第2
の空気層5との運動エネルギーの差を利用して該第2の
空気層52のボリューム調整を行うこともできる。
In the above embodiment, the rotary valve 41 is provided in the sub intake passage 32 of the intake manifold 5 communicating with the sub intake passage 12 as a means for adjusting the volume of the second air layer 52 according to the engine load. , The rotational phase difference between the rotary valve 41 and the crankshaft or the rotary valve 41
Although the phase difference between the spacer 43 and the rotary valve 41 fitted on the outer side of is adjusted respectively, this is not limited to the present invention.For example, the auxiliary intake passage 12 is always an open passage. , The strength of the swirl caused by the air introduced from the main intake passage 11 side is adjusted, and the first air layer 51 and the second air layer 51
It is also possible to adjust the volume of the second air layer 52 by utilizing the difference in kinetic energy from the air layer 5 of FIG.

さらに、上記実施例において、第2図の空気層52をピス
トン軸方向への流れをもつ空気流で構成したが、本発明
はこれに限定されるものでなく、空気層の分離という意
味においては、相互に接する2つの層の流れ特性が相違
していればその目的を達し得るものであり、例えば副吸
気通路12から導入される空気を、上記主吸気通路11から
導入される空気によるスワール流とは逆方向のスワール
をもつスワール流としてもよい。
Further, in the above embodiment, the air layer 52 of FIG. 2 is constituted by an air flow having a flow in the piston axial direction, but the present invention is not limited to this, and in the sense of separation of the air layer. If the flow characteristics of the two layers in contact with each other are different, the purpose can be achieved. For example, the air introduced from the sub intake passage 12 is swirled by the air introduced from the main intake passage 11. A swirl flow having a swirl in the opposite direction may be used.

(発明の効果) 本発明の成層燃焼式エンジンは、燃焼室内の外周部にス
ワール流を発生させ得る如く空気を供給する主吸気通路
と、上記燃焼室の中央部に上記スワール流とは流れ方向
の異なる空気流を発生させ得る如く空気を供給する副吸
気通路とを備え、さらに少なくともエンジンの低負荷運
転領域においては上記主吸気通路と副吸気通路の両方か
ら吸気導入を行なわしめて上記燃焼室の外周部に上記主
吸気通路を介して導入された空気による第1の空気層
を、燃焼室の中央部に上記副吸気通路を介して導入され
た空気による第2の空気層をそれぞれ形成させ得る如く
するともに上記副吸気通路を介しての吸気導入を吸気行
程の中盤以降の時期に実行させ得る如くした吸気制御手
段と、燃料を上記第2の空気層に向けて供給するように
した燃料供給手段とを備えたことを特徴とするものであ
る。
(Effects of the Invention) In the stratified combustion engine of the present invention, the main intake passage for supplying air so as to generate a swirl flow in the outer peripheral portion of the combustion chamber, and the swirl flow in the central portion of the combustion chamber in the flow direction. And an auxiliary air intake passage for supplying air so as to generate different air flows, and further, at least in a low load operation region of the engine, intake air is introduced from both the main air intake passage and the auxiliary air intake passage so that the combustion chamber It is possible to form a first air layer by the air introduced through the main intake passage in the outer peripheral portion and a second air layer by the air introduced through the auxiliary intake passage in the central portion of the combustion chamber. In addition, the intake control means is adapted to allow the introduction of the intake air through the auxiliary intake passage at a time after the middle stage of the intake stroke, and the fuel is supplied toward the second air layer. A fuel supply means is provided.

従って、本発明の成層燃焼式エンジンによれば、 (1)吸気行程において燃焼室内に形成される第1の空
気層と第2の空気層はその流れ特性が異なるものである
ためその成層状態の維持が容易である、 (2)燃焼に寄与する第2の空気層が吸気行程の中盤か
ら後半にかけての時期に形成されるため、これを吸気行
程の中盤以前に形成する場合に比してその層の形成から
圧縮上死点に至るまでの期間が短くそれだけ圧縮行程中
における第2の空気層の減衰あるいは破壊が少なくその
ように比較的良好に成層状態が維持された第2の空気層
中へ向けて燃料が供給されるから燃焼室内における成層
燃焼が効果的に達成されるという効果が得られる。
Therefore, according to the stratified combustion engine of the present invention, (1) since the flow characteristics of the first air layer and the second air layer formed in the combustion chamber in the intake stroke are different, It is easy to maintain. (2) The second air layer that contributes to combustion is formed in the middle of the intake stroke to the latter half of the intake stroke. In the second air layer in which the stratified state is maintained relatively well, because the period from the formation of the layer to the compression top dead center is short and the attenuation or destruction of the second air layer during the compression stroke is small. Since the fuel is supplied toward, the effect that the stratified combustion in the combustion chamber is effectively achieved is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の実施例係る成層燃焼式エンジンの要部
縦断面図、第2図第1図のII−II横断面図、第3図は第
2図に示したロータリバルブの拡大図、第4図は主吸気
通路と副吸気通路との作動特性図、第5図は第2図に示
したロータリバルブの作動特性図である。 1……シリンダブロック 2……シリンダヘッド 3……燃焼室 4……ピストン 5……吸気マニホールド 6……吸気弁 7……排気弁 8……インジェクター 9……点火プラグ 11……主吸気通路 12……副吸気通路 13……主吸気ポート 14……副吸気ポート 15……排気通路 41……ロータリバルブ 43……スペーサ 51……第1の空気層 52……第2の空気層
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a main part of a stratified charge combustion engine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a lateral sectional view taken along the line II-II of FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged view of the rotary valve shown in FIG. FIG. 4 is an operation characteristic diagram of the main intake passage and the auxiliary intake passage, and FIG. 5 is an operation characteristic diagram of the rotary valve shown in FIG. 1 ... Cylinder block 2 ... Cylinder head 3 ... Combustion chamber 4 ... Piston 5 ... Intake manifold 6 ... Intake valve 7 ... Exhaust valve 8 ... Injector 9 ... Spark plug 11 ... Main intake passage 12 ...... Sub intake passage 13 ...... Main intake port 14 ...... Sub intake port 15 ...... Exhaust passage 41 ...... Rotary valve 43 ...... Spacer 51 ...... First air layer 52 ...... Second air layer

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】燃焼室内の外周部にスワール流を発生させ
得る如く空気を供給する主吸気通路と、上記燃焼室の中
央部に上記スワール流とは流れ方向の異なる空気流を発
生させ得る如く空気を供給する副吸気通路とを備え、さ
らに少なくともエンジンの低負荷運転領域においては上
記主吸気通路と副吸気通路の両方から吸気導入を行なわ
しめて上記燃焼室の外周部に上記主吸気通路を介して導
入された空気による第1の空気層を、燃焼室の中央部に
上記副吸気通路を介して導入された空気による第2の空
気層をそれぞれ形成させ得る如くするとともに上記副吸
気通路を介しての吸気導入を吸気行程の中盤以降の時期
に実行させ得る如くした吸気制御手段と、燃料を上記第
2の空気層に向けて供給するようにした燃料供給手段と
を備えてなる成層燃焼式エンジン。
1. A main intake passage for supplying air so as to generate a swirl flow in an outer peripheral portion of a combustion chamber, and an air flow having a flow direction different from that of the swirl flow in a central portion of the combustion chamber. An auxiliary air intake passage for supplying air, and at least in a low load operation region of the engine, intake air is introduced from both the main intake air passage and the auxiliary intake air passage to the outer peripheral portion of the combustion chamber through the main intake air passage. And a second air layer formed by the air introduced through the sub-intake passage in the central portion of the combustion chamber, and a second air layer formed by the air introduced through the sub-intake passage. Stratification comprising intake control means capable of performing all the intake introduction after the middle stage of the intake stroke, and fuel supply means adapted to supply the fuel toward the second air layer. Burn engine.
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