JP5006905B2 - In-cylinder injection spark ignition internal combustion engine - Google Patents
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Description
この発明は筒内噴射式火花点火内燃機関に関するものである。 The present invention relates to a direct injection spark ignition internal combustion engine.
筒内噴射式火花点火内燃機関では、吸気行程で気筒内に直接燃料を噴射することにより、気筒内に均質な混合気を形成して均質燃焼を実施するものや、圧縮行程で気筒内に直接燃料を噴射することにより、点火時点において点火プラグ近傍だけに着火性の良好な可燃混合気を形成し、気筒内全体としては希薄な混合気の燃焼を可能とする成層燃焼を実施するものがある。
成層燃焼を良好に実施するには、圧縮行程で噴射された燃料噴霧を点火時期までの短い期間で十分に気化させるとともに、燃料噴霧および混合気を点火プラグ近傍にのみ集め、燃焼室内に広く拡散させないことが重要である。
In an in-cylinder spark-ignition internal combustion engine, fuel is directly injected into the cylinder during the intake stroke to form a homogeneous mixture in the cylinder to perform homogeneous combustion, or directly into the cylinder during the compression stroke. By injecting fuel, there is a type in which a flammable mixture with good ignitability is formed only near the spark plug at the time of ignition, and stratified combustion is performed that enables combustion of a lean mixture as a whole in the cylinder .
In order to perform stratified combustion well, the fuel spray injected in the compression stroke is sufficiently vaporized in a short period until the ignition timing, and the fuel spray and the air-fuel mixture are collected only in the vicinity of the spark plug and diffused widely in the combustion chamber. It is important not to let them.
これに対して、従来の筒内噴射式火花点火内燃機関の中には、成層燃焼時に、吸気行程で燃焼室に形成された筒内縦旋回主流方向に対して燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧が正対して衝突する設定とすることで、燃料噴霧と流動の相対速度が最大となり、燃料が微粒化されると共に流体摩擦を最大限に利用できることにより燃料噴霧の気化および可燃混合気の形成が促進され、しかも、ピストンの冠面に設けた燃料の噴射軸線に対して左右方向への拡散を抑制する一対の立壁により燃料噴霧の拡散を抑制し、局所的な可燃混合気を形成することで良好な成層燃焼を可能とするものがある(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, in a conventional in-cylinder spark-ignition internal combustion engine, during stratified combustion, fuel injected from the fuel injection valve in the in-cylinder vertical swirl main flow direction formed in the combustion chamber in the intake stroke By setting the spray to collide directly, the relative speed of fuel spray and flow is maximized, the fuel is atomized and the fluid friction can be utilized to the maximum, thereby vaporizing the fuel spray and forming a combustible mixture In addition, the diffusion of fuel spray is suppressed by a pair of standing walls that suppress the diffusion in the lateral direction with respect to the fuel injection axis provided on the crown surface of the piston, thereby forming a local combustible mixture. In some cases, good stratified combustion is possible (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来の筒内噴射式火花点火内燃機関にあっては、前述のように筒内縦旋回主流と燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧が正対して衝突するように設定されているため、相対速度の増大により燃料噴霧の気化が促進される一方で、燃料噴霧は筒内縦旋回主流による反対向きの力を受けて、その運動方向が変わりやすく、衝突後の燃料噴霧は様々な方向に飛散しやすい。
この時、筒内縦旋回主流と燃料噴霧が衝突する位置の左右近傍には、燃料噴霧の拡散を抑制する一対の立壁が設けてあるため、飛散した燃料噴霧は、十分に気化されないうちに立壁壁面に衝突、液膜を形成する。
However, in the conventional in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine, as described above, the in-cylinder longitudinal swirl main flow and the fuel spray injected from the fuel injection valve are set to collide with each other, The increase in relative speed promotes vaporization of the fuel spray, while the fuel spray is subjected to the opposite direction force due to the in-cylinder vertical swirling main stream, its movement direction is easily changed, and the fuel spray after the collision is in various directions. Easy to scatter.
At this time, a pair of standing walls that suppress the diffusion of the fuel spray are provided near the left and right of the position where the in-cylinder vertical swirling main flow collides with the fuel spray. Colliding with the wall surface to form a liquid film.
上記立壁壁面を含め、シリンダ壁面やピストン冠面に形成された液膜は、燃焼時においてスモークや未燃炭化水素の発生要因となると共に、付着した燃料が筒内壁面にデポジットとして堆積することにより、燃焼効率が低下し、燃料消費率が悪化する。
したがって、成層燃焼に際して、今後一層厳しくなる排ガス規制に対応するためには、点火プラグ近傍に良好な可燃混合気を形成することによる燃焼改善に加えて、シリンダ壁面やピストン冠面への燃料付着を抑制することが必要である。
The liquid film formed on the cylinder wall surface and piston crown surface, including the above-mentioned standing wall surface, causes smoke and unburned hydrocarbons during combustion, and the deposited fuel accumulates as deposits on the cylinder inner wall surface. , Combustion efficiency decreases, fuel consumption rate deteriorates.
Therefore, in order to comply with exhaust gas regulations that will become stricter in the future during stratified combustion, in addition to improving combustion by forming a good combustible air-fuel mixture near the spark plug, fuel adheres to the cylinder wall and piston crown. It is necessary to suppress.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、燃料噴射時のシリンダ壁面やピストン冠面への燃料付着を抑制することで排ガス性状を改善するとともに、点火時点で成層燃焼を実施するのに良好な混合気を形成することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and improves the exhaust gas properties by suppressing fuel adhesion to the cylinder wall surface and the piston crown surface during fuel injection, and stratifies at the time of ignition. The aim is to form a good mixture for carrying out the combustion.
この発明における筒内噴射式火花点火内燃機関においては、複数の噴口から筒内に直接燃料を噴射するマルチホールインジェクタを備えており、成層燃焼に際して前記マルチホールインジェクタは、燃料噴霧の自身運動エネルギーによる噴霧到達距離が、筒内に形成されている縦旋回主流の内部領域となるように燃料を噴射するものであり、前記マルチホールインジェクタの取り付け角度θI、噴口の傾き角θN、噴口形状特性L/D、燃圧、噴口配置角度θPの設定により、噴霧到達距離が、筒内に形成されている縦旋回主流の内部領域となるようにし、前記マルチホールインジェクタの燃料噴霧の運動方向と前記縦旋回主流の運動方向はほぼ直交しており、燃料噴射終了クランク角における筒内中心位置をマルチホールインジェクタの中心軸線が通るようにマルチホールインジェクタの取り付け角度θIを定めたものであって、上死点におけるピストン冠面とシリンダヘッド頂部の距離をh、上死点におけるピストン冠面位置を基準とするピストン冠面変位をzとしたとき、燃料噴射終了クランク角における筒内中心位置を中心とする半径(h+z)/4の円を想定し、複数の前記噴口から噴射される燃料噴霧の中心軸線が前記円とそれぞれ接するように燃料噴霧の傾き角θαを定めるようにしたことを特徴とする。 The in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to the present invention includes a multi-hole injector that directly injects fuel into a cylinder from a plurality of nozzles, and the multi-hole injector uses kinetic energy of fuel spray during stratified combustion. The fuel is injected so that the spray reach distance is an internal region of the vertical swirl main flow formed in the cylinder, the mounting angle θ I of the multi-hole injector, the inclination angle θ N of the injection hole, the injection hole shape characteristics By setting the L / D, the fuel pressure, and the nozzle arrangement angle θ P , the spray reach distance becomes an internal region of the vertical swirl mainstream formed in the cylinder, and the fuel spray movement direction of the multi-hole injector and the The direction of motion of the vertical swirling mainstream is almost orthogonal, and the center position in the cylinder at the fuel injection end crank angle is the center of the multi-hole injector. Be those determined the mounting angle theta I multi-hole injector as a line passes through the piston a distance of the piston crown surface and the cylinder head top portion in the top dead center of the reference h, and the piston crown surface located at the top dead center Assuming that the crown surface displacement is z, assuming a circle of radius (h + z) / 4 centered on the center position in the cylinder at the fuel injection end crank angle, the central axis of the fuel spray injected from the plurality of nozzles is The fuel spray inclination angle θ α is determined so as to contact each of the circles.
この発明における筒内噴射式火花点火内燃機関では、圧縮行程においてマルチホールインジェクタより噴射される燃料噴霧は噴射直後に筒内に形成される縦旋回主流と衝突するが、噴射直後における燃料噴霧の運動エネルギーは流動に比べて相対的に大きく、かつ燃料噴霧の運動方向と縦旋回主流の運動方向はほぼ直交し、瞬間的な影響しか受けないことから、燃料噴霧の運動方向と縦旋回主流の運動方向とが正対する場合と異なり、燃料噴霧の運動方向は大きく変わらない。その結果、燃料噴霧は縦旋回主流との衝突により筒内に飛散しないため、シリンダ壁面やピストン冠面への燃料付着を抑制できる。 In the in-cylinder injection spark-ignition internal combustion engine according to the present invention, the fuel spray injected from the multi-hole injector in the compression stroke collides with the vertical swirl main flow formed in the cylinder immediately after the injection, but the movement of the fuel spray immediately after the injection The energy is relatively large compared to the flow, and the direction of motion of the fuel spray and the direction of motion of the vertical swirl main flow are almost orthogonal, and only momentary influences occur. Unlike the case where the direction is directly opposite, the movement direction of the fuel spray is not greatly changed. As a result, the fuel spray does not scatter in the cylinder due to the collision with the longitudinally swirling mainstream, so that fuel adhesion to the cylinder wall surface or the piston crown surface can be suppressed.
また、マルチホールインジェクタより噴射された燃料噴霧は、上記のように運動方向を大きく変えられずに縦旋回主流内部に入り、その内部領域で運動エネルギーを失う。このとき縦旋回主流内部には、縦旋回主流と中心を同一とする旋回半径の小さな同様の旋回流が生じているため、運動エネルギーを失った燃料噴霧はこの旋回流に乗って移動し、縦旋回主流内部を旋回浮遊する。したがって、マルチホールインジェクタから噴射された燃料噴霧は縦旋回主流内部領域に保持され外部領域に飛散しないため、燃料噴霧がシリンダ壁面に衝突、付着することを抑制でき、成層燃焼時の排ガス性状を改善することができる。 Further, the fuel spray injected from the multi-hole injector enters the mainstream of the vertical rotation without largely changing the direction of movement as described above, and loses kinetic energy in the internal region. At this time, since the same swirl flow having the same center as that of the swirl main stream and having a small swirl radius is generated inside the swirl main flow, the fuel spray that has lost its kinetic energy moves along the swirl flow and moves vertically. The swirl floats inside the swirl mainstream. Therefore, since the fuel spray injected from the multi-hole injector is held in the longitudinal swirl mainstream inner area and does not scatter to the outer area, the fuel spray can be prevented from colliding with and adhering to the cylinder wall surface, improving the exhaust gas properties during stratified combustion can do.
さらに縦旋回主流内部領域に保持された燃料噴霧は旋回流により生じる流動乱れにより微粒化され、蒸発が促進すると共に、旋回流が燃料噴霧および混合気を縦旋回主流内部領域で攪拌するため、混合気の濃度ムラが軽減され、成層度の高い安定的な混合気を形成することができる。
このように形成された成層度の高い安定的な混合気は、筒内圧縮におけるピストン上昇に伴い筒内上部に押し上げられ、点火時期においては点火プラグ近傍に混合気が配されることになるため、安定した成層燃焼を行うことが可能となる。
そして、上死点におけるピストン冠面とシリンダヘッド頂部の距離をh、上死点におけるピストン冠面位置を基準とするピストン冠面変位をzとしたとき、燃料噴射終了クランク角における筒内中心位置を中心とする半径(h+z)/4の円を想定し、複数の噴口から噴射される燃料噴霧の中心軸線が前記円とそれぞれ接するように燃料噴霧の傾き角θαを定めるようにしたことにより、燃料噴霧を縦旋回主流の内部領域へ確実に入れることができる。
Furthermore, the fuel spray held in the longitudinal swirl main flow inner area is atomized by the flow turbulence caused by the swirl flow, and the evaporation is promoted, and the swirl flow agitates the fuel spray and the air-fuel mixture in the longitudinal swirl main flow inner area. The air density unevenness is reduced, and a stable air-fuel mixture with a high degree of stratification can be formed.
The stable air-fuel mixture having a high degree of stratification formed in this way is pushed up to the upper part of the cylinder as the piston rises in the in-cylinder compression, and at the ignition timing, the air-fuel mixture is arranged near the spark plug. Thus, stable stratified combustion can be performed.
When the distance between the piston crown surface at the top dead center and the top of the cylinder head is h, and the piston crown displacement based on the piston crown surface position at the top dead center is z, the cylinder center position at the fuel injection end crank angle by assuming a circle having a radius (h + z) / 4 around the central axis of the fuel spray injected from a plurality of injection ports was to determine the inclination angle theta alpha of the fuel spray so as to contact each said circle The fuel spray can be surely introduced into the internal region of the longitudinal swirl mainstream.
図1はこの発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の実施形態を示す概略図である。図1において、1はシリンダ壁面、2はピストン、3はピストンの往復運動を回転運動に変えるためのクランクシャフト、4はクランクシャフトとピストンをつなぐコネクティングロッド、5はシリンダヘッドを示している。
シリンダヘッド5には、複数の噴口から筒内に直接燃料を噴射するマルチホールインジェクタ6が取り付け角度θIで取り付けられており、マルチホールインジェクタ6からの燃料噴射により筒内に燃料噴霧7が形成される。8はマルチホールインジェクタ6に供給する燃料の圧力を調整する燃圧制御手段であり、シリンダヘッド5の中心近傍には筒内に形成された混合気に点火するための点火プラグ9が設けてある。
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a direct injection spark ignition internal combustion engine according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a cylinder wall surface, 2 is a piston, 3 is a crankshaft for changing the reciprocating motion of the piston into a rotational motion, 4 is a connecting rod connecting the crankshaft and the piston, and 5 is a cylinder head.
A
シリンダヘッド5には、2つの吸気ポート10と2つの排気ポート11が設けてあり、吸気ポート10は吸気バルブ12を介して、排気ポート11は排気バルブ13を介して、それぞれ気筒内へ通じている。吸気ポート10は、吸気行程において吸気ポート10を介して気筒内へ供給された吸入新気が、気筒内の排気バルブ13側を下降して、気筒内の吸気バルブ12側を上昇する順タンブル方向の縦旋回主流14を形成するように設置してある。
The
吸気ポート10には、吸気ポートを上下に分割するための上下分離板15、上下分離板15によって分割された吸気ポート10の下部の開口面積を制御する流動制御バルブ16が設けてあり、流動制御バルブ16の開口面積をバルブ制御手段17により制御することで、上下分離板15の上部、下部をそれぞれ通過する吸入新気の流量割合を変更し、筒内に形成される縦旋回主流14の旋回力を調整できる。
例えば低エンジン回転数のように、吸入新気の流速が遅く、筒内に形成される縦旋回主流の旋回力が弱い条件では、流動制御バルブ16を閉じて上下分離板15の上部のみに吸入新気を通過させることで、吸入新気は吸気ポート10の上部側に偏流し、吸気バルブ上部から主に筒内に流入するため、筒内に形成される縦旋回主流14の旋回力を強めることができる。
なお、縦旋回主流14の内部には縦旋回主流14と中心を同一とし、旋回半径の小さな旋回流14aが形成されている。
The
For example, when the flow rate of fresh intake air is slow and the swirl force of the main swirl formed in the cylinder is weak, such as at a low engine speed, the
Note that a
図2は、マルチホールインジェクタ6の先端部分の拡大縦断面図である。ここでマルチホールインジェクタ6の先端部分は対称であるため、図2はマルチホールインジェクタ6の中心軸線18から左側部分のみを示している。図2において19はニードルであり、ニードル19は上下方向の移動によりバルブシート20と着座、および離座することで燃料通路21を遮蔽、および開口することができる。燃料噴射に際して、ニードル19が上方向へと移動し、燃料通路21が開口されると、バルブシート20と噴口プレート22の間に設けられた燃料キャビティ23に高圧の燃料が供給され、噴口プレート22に設けられた複数の噴口24を通して筒内へと噴射される。
FIG. 2 is an enlarged vertical sectional view of the tip portion of the
図3は本実施形態におけるマルチホールインジェクタ6から噴射された燃料噴霧7の概略縦断面図である。各噴口から噴射される燃料噴霧7のマルチホールインジェクタ中心軸線18に対する傾きθαは、図2に示す噴口24の傾き角θNとほぼ一致するため、θNの設定によりθαが決まる。また燃料噴霧の自身運動エネルギーによる噴霧到達距離(以下、ペネトレーションという)Pは、図2に示す噴口長さLと噴口有効直径Dの比で表される噴口形状特性L/D、およびマルチホールインジェクタ6に供給する燃料の圧力(燃圧)により調整できる。
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view of the
図4は本実施形態におけるマルチホールインジェクタ6において、噴口プレート22に設けられた複数の噴口24の配置を示したものである。ここで図4においてA−Aで示される断面が図2の縦断面に相当する。噴口24は、図4に示すように、縦断面A−Aを噴口24の中心Oを基準に±θPだけ回転させた範囲内に同心円上に設けてあり、燃料噴霧はOを中心として放射状に噴射されるため、噴口配置角度θPにより筒内水平方向の燃料噴霧の拡がりを調整できる。
FIG. 4 shows the arrangement of the plurality of nozzle holes 24 provided in the
この発明の実施形態における筒内噴射式火花点火内燃機関は以上のように構成されており、上述したマルチホールインジェクタ6の取り付け角度θI、噴口の傾き角θN、噴口形状特性L/D、燃圧、および噴口配置角度θPの設定により、マルチホールインジェクタ6より噴射される燃料噴霧7のペネトレーションが、筒内に形成される縦旋回主流14の内部領域となるように燃料を噴射することを可能としている。
本実施形態によれば、図1に示すように、圧縮行程においてマルチホールインジェクタ6より噴射された燃料噴霧7は筒内に形成されている縦旋回主流14の内部領域で運動エネルギーを失う。このとき縦旋回主流14内部には、縦旋回主流14と中心を同一とする旋回半径の小さな同様の旋回流14aが生じているため、運動エネルギーを失った燃料噴霧はこの旋回流14aに乗って移動し、縦旋回主流14内部を旋回浮遊する。したがって、マルチホールインジェクタ6から噴射された燃料噴霧7は縦旋回主流14内部領域に保持され外部領域に飛散しないため、燃料噴霧7がシリンダ壁面1に衝突、付着することを抑制でき、成層燃焼時の排ガス性状を改善することができる。
The in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to the embodiment of the present invention is configured as described above, and the mounting angle θ I of the
According to this embodiment, as shown in FIG. 1, the
さらに、縦旋回主流14内部領域に保持された燃料噴霧7は旋回流14aにより生じる流動乱れにより微粒化され、蒸発が促進すると共に、旋回流14aが燃料噴霧7および混合気を縦旋回主流14内部領域で攪拌するため、混合気の濃度ムラが軽減され、成層度の高い安定的な混合気を形成することができる。その結果、安定した成層燃焼を行うことが可能となる。
なお、マルチホールインジェクタ6より噴射された燃料噴霧7は、図1に示すように、噴射直後に筒内に形成される縦旋回主流14と干渉することになるが、噴射直後における燃料噴霧7の運動エネルギーは流動に比べて相対的に大きく、かつ燃料噴霧7の運動方向と縦旋回主流14の運動方向はほぼ直交し、瞬間的な影響しか受けないことから、燃料噴霧7の運動方向は大きく変わらず、縦旋回主流14の内部領域に燃料噴霧7を噴射することが可能である。
Further, the
As shown in FIG. 1, the
次に、本実施形態におけるマルチホールインジェクタ6の取り付け角度θI、噴口の傾き角θN、噴口形状特性L/D、燃圧、噴口配置角度θPの設定方法について、図5〜図9を用いて詳細に説明する。
図5は圧縮行程において燃料を噴射した際の燃料噴射開始クランク角、および燃料噴射終了クランク角におけるピストン冠面位置、縦旋回主流の概略形状を示したものである。図5において破線で示す2S、14Sはそれぞれ燃料噴射開始クランク角におけるピストン冠面位置、縦旋回主流の概略形状を示しており、実線で示す2F、14Fはそれぞれ燃料噴射終了クランク角におけるピストン冠面位置、縦旋回主流の概略形状を示している。
Next, a method for setting the mounting angle θ I , the nozzle tilt angle θ N , the nozzle shape characteristic L / D, the fuel pressure, and the nozzle arrangement angle θ P of the
FIG. 5 shows the schematic shape of the fuel injection start crank angle when fuel is injected in the compression stroke, the piston crown surface position at the fuel injection end crank angle, and the vertical swirl main flow. In FIG. 5, 2S and 14S indicated by broken lines indicate the piston crown surface position at the fuel injection start crank angle and the schematic shape of the longitudinal main flow, respectively, and 2F and 14F indicated by solid lines indicate the piston crown surface at the fuel injection end crank angle, respectively. The position and the general shape of the vertical turning mainstream are shown.
図5に示すように、燃料の噴射開始から噴射終了にかけて、筒内に形成される縦旋回主流はピストンの上昇と共に小さくなっていく。そのため、全噴射燃料を筒内に形成される縦旋回主流の内部領域に入れるためには、燃料噴射終了クランク角において筒内に形成されている縦旋回主流14Fの内部領域に向けて燃料を噴射する必要がある。したがってマルチホールインジェクタ6の取り付け角度θI、噴口の傾き角θN、噴口形状特性L/D、燃圧、噴口配置角度θPの各設定値は、燃料噴射終了クランク角における縦旋回主流14Fを基準にして定める。
As shown in FIG. 5, from the start of fuel injection to the end of injection, the longitudinal main flow formed in the cylinder becomes smaller as the piston rises. Therefore, in order to put all the injected fuel into the internal region of the vertical swirl main flow formed in the cylinder, the fuel is injected toward the internal region of the vertical swirl
図6はマルチホールインジェクタ6の取り付け角度θIの設定方法を示す図であり、燃料噴射終了クランク角における筒内縦断面図を示している。圧縮行程においては、一般的に筒内のほぼ中心位置を中心とする縦旋回主流が形成されるため、燃料噴霧を縦旋回主流の内部領域に入れるためには、燃料噴射終了クランク角における筒内中心位置Cをマルチホールインジェクタ6の中心軸線18が通るようにマルチホールインジェクタ6の取り付け角度θIを定めると良い。bをシリンダ直径、dをコネクティングロッド長さ、eをクランク径、hを上死点におけるピストン冠面とシリンダヘッド5頂部の距離、zを上死点におけるピストン冠面位置を基準とするピストン冠面変位とすると、筒内中心位置Cは図6に示すように定まる。ここで、θRは燃料噴射終了クランク角 [deg](図6のように定義)とすると、zは式(1)で表される。
Figure 6 is a diagram showing a method of setting the mounting angle theta I of
マルチホールインジェクタ6の先端位置が上記筒内中心位置Cに対して、筒内水平方向にx、筒内垂直方向にyとなる位置にインジェクタが取り付けられる場合、マルチホールインジェクタ6の取り付け角度θIは式(2)で表される。
When the injector is mounted at a position where the tip position of the
次に、噴口24の傾き角θN、および噴口形状特性L/D、燃圧を定める。
図7はマルチホールインジェクタ6から噴射される燃料噴霧7の傾き角θα、および燃料噴霧のペネトレーションの設定方法を示す図であり、燃料噴射終了クランク角における筒内縦断面の概略図を示している。筒内に形成される縦旋回主流は一般的にピストン冠面とシリンダヘッド5頂部の間の距離の1/2以下とはならないため、燃料噴霧を縦旋回主流の内部領域に入れるためには、燃料噴射終了クランク角における筒内中心位置Cを中心とする半径(h+z)/4の円Sを想定し、噴口24から噴射される燃料噴霧7の中心軸線が円Sと接するようにθαを定めると良い。
Next, the inclination angle θ N of the
FIG. 7 is a diagram showing a method of setting the inclination angle θ α of the
ここで前述したように、マルチホールインジェクタ6の中心軸線18に対する燃料噴霧7の傾きθαは、噴口24の傾き角θNとほぼ等しくなる。したがって図7に示すように角度θIで取り付けられたマルチホールインジェクタ6の先端部と筒内中心位置Cの距離をmとすれば、噴口の傾き角θNは式(3)で表される。
Here, as described above, the inclination θ α of the
また、この時の燃料噴霧のペネトレーションPは、図7より式(4)で表すことができる。 Further, the penetration P of the fuel spray at this time can be expressed by equation (4) from FIG.
図8は燃料噴霧のペネトレーションPと噴口特性L/Dの関係を示すものであり、噴口特性L/Dを小さくすることで燃料噴霧のペネトレーションPを小さくできることを示している。また同様に図9は燃料噴霧のペネトレーションPと燃圧の関係を示すものであり、燃圧を調整することで燃料噴霧のペネトレーションを調整することができることを示している。
したがって,噴口特性L/Dと燃圧は、図8、図9を基に式(4)より得られた燃料噴霧のペネトレーションPとなるように設定する。ここで例えば、L/Dを2、燃圧を15MPaに設定すると燃料噴霧のペネトレーションは約50mmとすることができる。
FIG. 8 shows the relationship between the fuel spray penetration P and the nozzle characteristics L / D, and shows that the fuel spray penetration P can be reduced by reducing the nozzle characteristics L / D. Similarly, FIG. 9 shows the relationship between the fuel spray penetration P and the fuel pressure, and shows that the fuel spray penetration can be adjusted by adjusting the fuel pressure.
Therefore, the nozzle characteristics L / D and the fuel pressure are set to be the fuel spray penetration P obtained from the equation (4) based on FIGS. Here, for example, if L / D is set to 2 and the fuel pressure is set to 15 MPa, the penetration of fuel spray can be about 50 mm.
図10は噴口配置角度θPの設定方法を示す図であり、筒内の概略上視図である。ここで25、26はそれぞれ、吸気バルブ12の中心軸を通る縦断面である。圧縮行程における縦旋回主流は、縦旋回流動を維持しやすい筒内中央部において一般的に形成される。そこで縦旋回流動が維持されやすい領域として、吸気バルブ中心縦断面25、26で挟まれる領域を想定し、燃料噴霧が上記領域に入るように燃料噴霧の筒内水平方向の拡がりを設定する。
FIG. 10 is a diagram showing a method for setting the nozzle opening angle θ P and is a schematic top view inside the cylinder. Here, 25 and 26 are longitudinal sections passing through the central axis of the
図10に示すように吸気バルブの軸間距離をvとすると、図4より噴口配置角度θPは式(5)で表される。 As shown in FIG. 10, assuming that the distance between the axes of the intake valves is v, the nozzle opening angle θ P is expressed by equation (5) from FIG.
以上のように、この発明の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、マルチホールインジェクタの取り付け角度θI、噴口の傾き角θN、噴口形状特性L/D、燃圧、および噴口配置角度θPの設定により、マルチホールインジェクタより噴射される燃料噴霧のペネトレーションが、筒内に形成される縦旋回主流の内部領域となるように燃料を噴射することを可能とし、シリンダ壁面やピストン冠面への燃料付着を抑制できて、排ガス性状を改善することができる。 As described above, according to the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine of the present invention, the mounting angle θ I of the multi-hole injector, the inclination angle θ N of the injection hole, the injection hole shape characteristic L / D, the fuel pressure, and the injection hole arrangement angle θ By setting P , it is possible to inject the fuel so that the penetration of fuel spray injected from the multi-hole injector becomes the internal region of the vertical swirling mainstream formed in the cylinder, and to the cylinder wall surface and piston crown surface The fuel adhesion can be suppressed, and the exhaust gas properties can be improved.
1 シリンダ壁面、2 ピストン、3 クランクシャフト、4 コネクティングロッド、5 シリンダヘッド、6 マルチホールインジェクタ、7 燃料噴霧、8 燃圧制御手段、9 点火プラグ、10 吸気ポート、11 排気ポート、12 吸気バルブ、13 排気バルブ、14 縦旋回主流、14a 旋回流、15 上下分離板、16 流動制御バルブ、17 バルブ制御手段、18 マルチホールインジェクタ中心軸線、24 噴口、θI マルチホールインジェクタ取り付け角度。 1 Cylinder wall surface, 2 piston, 3 crankshaft, 4 connecting rod, 5 cylinder head, 6 multi-hole injector, 7 fuel spray, 8 fuel pressure control means, 9 spark plug, 10 intake port, 11 exhaust port, 12 intake valve, 13 Exhaust valve, 14 Longitudinal swirling main flow, 14a Swirling flow, 15 Vertical separation plate, 16 Flow control valve, 17 Valve control means, 18 Multi-hole injector central axis, 24 nozzle, θ I multi-hole injector mounting angle.
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