JP2005139987A - Direct injection internal combustion engine and multi-hole type fuel injection valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する直噴式内燃機関及び該直噴式内燃機関に用いられる多孔式燃料噴射弁に関し、特に、成層混合気の形成を良好に行うための技術に関する。 The present invention relates to a direct-injection internal combustion engine that directly injects fuel into a combustion chamber and a porous fuel injection valve used in the direct-injection internal combustion engine, and more particularly to a technique for satisfactorily forming a stratified mixture.
燃焼室略中央部に点火プラグと燃料噴射弁を備えると共に、ピストン冠面の中央部に形成したキャビティを形成し、運転状態に応じて燃料噴射タイミングを変更することによって均一状態の混合気を形成しての均質燃焼と成層状態の混合気を形成しての成層燃焼とを切り換えられるようにしたものがある(特許文献1参照)。
しかしながら、上記直噴式内燃機関では、燃料噴射弁がピストン中心軸に対して傾斜して装着されているため、燃料噴霧のキャビティ到達時期が周方向で同一とならず、その結果、成層混合気内部に空燃比の偏りが生じて、成層燃焼の燃焼性を低下させていた。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、内部での空燃比の偏りが少ない成層混合気を燃焼室内に形成して成層燃焼の燃焼性を高めることを目的とする。
However, in the direct injection internal combustion engine, since the fuel injection valve is mounted inclined with respect to the piston central axis, the arrival time of the fuel spray in the cavity is not the same in the circumferential direction. As a result, the air-fuel ratio was uneven, and the flammability of stratified combustion was reduced.
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to form a stratified air-fuel mixture with little bias in the air-fuel ratio inside the combustion chamber to enhance the flammability of stratified combustion.
このため本発明に係る直噴式内燃機関は、燃焼室上部の略中心にシリンダ中心軸に対して噴霧中心軸を傾斜させて多孔式燃料噴射弁を装着し、ピストン冠面に前記燃料噴射弁からの燃料噴霧を受けるキャビティを設けた直噴式内燃機関であって、燃料噴射弁の各噴孔の中心軸に沿ったキャビティ壁面までの距離が近い側の噴孔ほど燃料噴霧を遅延して噴射するように構成した。 For this reason, the direct injection internal combustion engine according to the present invention is mounted with a porous fuel injection valve at a substantially center of the upper portion of the combustion chamber with the spray central axis inclined with respect to the cylinder central axis, and the piston crown surface from the fuel injection valve. Direct injection type internal combustion engine provided with a cavity for receiving the fuel spray of the fuel injection valve, the fuel spray is delayed and injected toward the side closer to the cavity wall surface along the central axis of each nozzle hole of the fuel injection valve It was configured as follows.
また、本発明に係る多孔式燃料噴射弁は、燃焼室上部の略中心にシリンダ中心軸に対して噴霧中心軸を傾斜させて装着され、ピストン冠面に形成されたキャビティに燃料噴霧が受け止められるように燃料噴射する多孔式燃料噴射弁であって、各噴孔の中心軸に沿ったキャビティ壁面までの距離が近い側の噴孔ほど燃料噴霧を遅延して噴射するように各噴孔を形成した構成とした。 The porous fuel injection valve according to the present invention is mounted at an approximate center of the upper portion of the combustion chamber with the spray central axis inclined with respect to the cylinder central axis, and fuel spray is received in a cavity formed in the piston crown surface. In this way, each nozzle hole is formed so that the fuel spray is delayed and injected toward the side closer to the cavity wall along the central axis of each nozzle hole. The configuration was as follows.
本発明に係る直噴式内燃機関ないし多孔式燃料噴射弁によれば、燃料噴射弁の各噴孔の中心軸に沿ったピストンキャビティまでの距離が短いほど燃料噴霧を遅延して噴射することで、ピストンキャビティに受け止められた燃料噴霧がシリンダヘッド側に巻き上がる時期がピストンキャビティの週方向においてほぼ同一となるため、燃焼室の周方向に空燃比の偏りが少ない成層混合気を形成することが可能となり、良好な成層燃焼を得られる。 According to the direct injection internal combustion engine or the porous fuel injection valve according to the present invention, the fuel spray is delayed and injected as the distance to the piston cavity along the central axis of each injection hole of the fuel injection valve is shorter. Since the fuel spray received in the piston cavity rolls up to the cylinder head side is almost the same in the week direction of the piston cavity, it is possible to form a stratified mixture with little air-fuel ratio deviation in the circumferential direction of the combustion chamber Thus, good stratified combustion can be obtained.
図1に本発明の第1実施形態に係る直噴式内燃機関の構成を示す。
シリンダヘッド2と、シリンダブロック3と、ピストン4とによって燃焼室1が形成され、吸気弁7を介して吸気ポート5と、排気弁8を介して排気ポート6とそれぞれ連通している。吸気弁7と排気弁8は、それぞれ吸気弁用カム9と、排気弁用カム10とによって開閉駆動される。
FIG. 1 shows the configuration of a direct injection internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention.
燃焼室1の上面(シリンダヘッド)の略中央付近にシリンダ中心軸に対して噴霧がエンジン後方へ傾くよう傾斜させた多孔式燃料噴射弁11が設けられ、燃焼室1上部のインジェクタより後方に点火プラグ12が配置されている。ピストン4の冠面には略中央付近に、略円筒状のキャビティ14が設けられている。なお、この内燃機関はエンジンコントロールユニット13からの信号に基づいて、燃料噴射および点火が行われる。
Near the center of the upper surface (cylinder head) of the
図2は同上実施形態に用いられる燃料噴射弁11の要部(先端部)の構成を示し、針弁21が、プレート22で形成されたノズルの内面(シート面)に着座して閉弁するようになっている。前記プレート22は、燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔23aと、遅延する噴孔23bとが開口されてノズルを構成している。ここで、前記遅延しない噴孔23aはプレート22の内面に対して略垂直に開けられている一方、前記遅延する噴孔23bはプレート22の内面(噴孔23bより先端側)に対して90度より大きな角度を持ってく傾斜して開けられている。すなわち、燃料噴霧の噴射を遅延する噴孔23bの中心線と、プレート22内面の垂線とのなす角を、噴射を遅延させない噴孔23aの中心線と、前記プレート22内面の垂線とのなす角よりも大きくなるように形成されている。
FIG. 2 shows the configuration of the main part (tip end part) of the
このように形成することで、針弁21のリフト初期において、燃料が噴孔に流入する際の流速方向の変化が、プレート22内面に対して傾斜して開けられた噴孔23bの方が、プレート22の内面に対して略垂直に開けられた噴孔23aより大きくなり、流速の立ち上がりが遅れるため、燃料噴霧が遅延して噴射される。
そして、前記燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔23aは、該噴孔23aからの燃料噴霧がキャビティ14内面に到達するまでの距離が、前記噴射を遅延する噴孔23bからの燃料噴霧がキャビティ14内面に到達するまでの距離より長くなるようにして燃料噴射弁11を装着する。なお、図では、簡明のため燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔23aと遅延する噴孔23bとの2個のみを示してあるが、実際には3個以上の噴孔23を設け、燃料噴霧がキャビティ14内面に到達するまでの距離が最も長い噴孔23を、遅延しない噴孔としてプレート22の内面に対して略垂直に開け、該距離が短くなる噴孔23ほどプレート22の内面に対する傾斜量を大きくして開けることにより遅延量を大きくした噴孔23とする。
By forming in this way, at the initial stage of lift of the
The nozzle hole 23a that does not delay the injection of the fuel spray has a distance until the fuel spray from the nozzle hole 23a reaches the inner surface of the
以下、本実施形態の成層燃焼モードにおける成層混合気形成の概略を、図3を参照しつつ説明する。燃料噴射開始時期は、燃料噴霧がピストン4のキャビティ14に受け止められるよう設定される。
燃料噴霧がキャビティ14に到達するまでの距離が長い位置にある噴孔から先に燃料が噴射され{同図(A)参照}、続いて徐々に距離が短い位置にある噴孔からも噴射が開始される{同図(B)参照}。
Hereinafter, an outline of stratified mixture formation in the stratified combustion mode of the present embodiment will be described with reference to FIG. The fuel injection start time is set so that the fuel spray is received by the
The fuel is injected first from the nozzle hole at a position where the distance until the fuel spray reaches the
時間の経過と共に燃料噴霧の進行とピストン4の上昇が進み、燃料噴霧の先端はキャビティ14に衝突するが、キャビティ14に到達するまでの距離が短い位置にある噴孔ほど燃料噴霧の噴射開始が遅延されているため、どの噴孔から噴射された噴霧でもほぼ同時に衝突する{同図(C)参照}。
衝突後の燃料噴霧は、周方向でほぼ同時にキャビティ14外周壁面で巻き上げられ、周囲の空気を巻き込みながらキャビティ上空に成層混合気を形成する{同図(D),(E)参照}。
As the fuel spray progresses and the piston 4 rises as time passes, the tip of the fuel spray collides with the
The fuel spray after the collision is wound up on the outer peripheral wall surface of the
こうして形成された成層混合気はシリンダ円周方向への偏りが少なく、したがって良好な燃焼性能を得ることが可能となる。
次に、第2実施形態について説明する。第1実施形態との違いは燃料噴射弁の構成だけなので、燃料噴射弁の構成についてのみ説明する。
図4に第2実施形態にかかる燃料噴射弁の構成を示す。針弁11と、ノズルを形成するプレート31と、プレート31に開けられた燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔32aと、遅延する噴孔32bとで構成されている。プレート31の内面は曲面で構成されており、したがって、プレート31内面の垂線は、連続的に変化している。本実施形態では、燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔32aと遅延する噴孔32bは燃料噴射弁11の中心軸に対して同一の傾きを持っているが、噴孔32を開ける位置を変えることでプレート31内面に対する角度を、遅延する噴孔32bの方が大きくすることができる。このように、ノズルの先端の内面を曲面で構成することで、プレート31内面の垂線方向がノズル内の位置によって変化するため、噴孔32を開ける位置を任意にとることで、噴孔32自体の角度を変えることなく噴孔32の中心線と噴孔32を開けるプレート内面の垂線のなす角を変えることにより、所望の噴霧角度を保ちつつ第1実施形態の効果を得ることが可能となる。また、同一の工具ないし同一の加工設定で、第1実施形態と同様の機能をもつ燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔32aと遅延する噴孔32bを形成することができ、加工効率を向上できる。
The stratified air / fuel mixture thus formed is less biased in the cylinder circumferential direction, and therefore good combustion performance can be obtained.
Next, a second embodiment will be described. Since the difference from the first embodiment is only the configuration of the fuel injection valve, only the configuration of the fuel injection valve will be described.
FIG. 4 shows the configuration of the fuel injection valve according to the second embodiment. The
次に、第3実施形態について説明する。第3実施形態も、第1実施形態および第2実施形態との相違は燃料噴射弁の構成だけなので、燃料噴射弁の構成についてのみ説明する。図5に第3実施形態の燃料噴射弁の構成を示す。針弁21と、ノズルを形成するプレート41と、プレート41に開けられた燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔42aと、遅延する噴孔42bで構成されている。遅延しない噴孔42aはサック部分に開けられている一方、遅延する噴孔42bはノズルの先すぼまり状のサック部分より上流で、かつ針弁21が着座するシート面よりも下流の位置に開けられている。
Next, a third embodiment will be described. Since the third embodiment also differs from the first embodiment and the second embodiment only in the configuration of the fuel injection valve, only the configuration of the fuel injection valve will be described. FIG. 5 shows the configuration of the fuel injection valve of the third embodiment. It comprises a
このようにすれば、前記プレート41に針弁21のシート面より下流でかつサック部分より上流に配置した噴孔42bの入口付近は、針弁21のリフト初期において針弁21とノズル内面との隙間にできる流路が絞られているため、圧力の立ち上がりが遅れ、噴霧が遅延して噴射されるので第1実施形態の効果を得ることができる。また、本実施形態も燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔42aと遅延する噴孔42bとの燃料噴射弁11の中心軸に対しての角度は同一で良いので、第2実施形態の効果も同様に得られる。
In this way, the vicinity of the inlet of the injection hole 42b arranged on the
さらに、以上第1〜第3実施形態に共通して、燃料噴霧の噴射を遅延する噴孔の径を、遅延しない噴孔の径よりも大きくする構成としてもよく、このようにすれば、燃料噴霧の噴射を遅延する噴孔の流量低下を補い、噴孔間での燃料噴射量の格差が低減するため、燃焼室の週方向により偏りの少ない成層混合気を形成することが可能となる。 Further, in common with the first to third embodiments, the diameter of the nozzle hole that delays the injection of the fuel spray may be larger than the diameter of the nozzle hole that is not delayed. Since it compensates for the flow rate drop of the nozzle hole that delays spray injection and the difference in the fuel injection amount between the nozzle holes is reduced, it becomes possible to form a stratified mixture with less bias in the week direction of the combustion chamber.
1 燃焼室
2 シリンダヘッド
3 シリンダブロック
4 ピストン
11 燃料噴射弁
12 点火プラグ
14 キャビティ
21 針弁
22,31,41 プレート
22a,31a,41a 燃料噴霧の噴射を遅延しない噴孔
22b,31b,41b 燃料噴霧の噴射を遅延する噴孔
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JP2003376574A JP2005139987A (en) | 2003-11-06 | 2003-11-06 | Direct injection internal combustion engine and multi-hole type fuel injection valve |
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JP2007009865A (en) * | 2005-07-04 | 2007-01-18 | Nissan Motor Co Ltd | Cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine |
JP2007146828A (en) * | 2005-10-28 | 2007-06-14 | Hitachi Ltd | Fuel injection valve |
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2003
- 2003-11-06 JP JP2003376574A patent/JP2005139987A/en active Pending
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JP4650126B2 (en) * | 2005-07-04 | 2011-03-16 | 日産自動車株式会社 | In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine |
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