JP2007064171A - Spark ignition internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、火花点火内燃機関に関する。 The present invention relates to a spark ignition internal combustion engine.
均質混合気を火花点火する均質燃焼又は点火プラグ近傍の可燃混合気を火花点火する成層燃焼を実施する火花点火内燃機関が公知である。成層燃焼に際しては、一般的に、圧縮行程後半に噴射された燃料により点火時期において点火プラグ近傍だけに可燃混合気が形成される。可燃混合気の形成に際して、噴射燃料をタンブル流及びスキッシュ流によって点火プラグ近傍に集中させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 2. Description of the Related Art Spark ignition internal combustion engines that perform homogeneous combustion for spark ignition of a homogeneous mixture or stratified combustion for spark ignition of a combustible mixture near a spark plug are known. In stratified combustion, generally, a combustible air-fuel mixture is formed only near the spark plug at the ignition timing by the fuel injected in the latter half of the compression stroke. In forming the combustible air-fuel mixture, it has been proposed to concentrate the injected fuel in the vicinity of the spark plug by a tumble flow and a squish flow (see, for example, Patent Document 1).
一般的に、火花点火内燃機関において、点火プラグは気筒上部に位置しており、均質燃焼時の均質混合気又は成層燃焼時の可燃混合気のいずれにおいても、点火時期において点火プラグの点火ギャップは混合気周囲部に位置しており、混合気周囲部から燃焼が開始されて火炎が混合気を横断しては反対側の周囲部まで伝播しなければ燃焼が完了せず、燃焼速度をそれほど速くすることはできない。 Generally, in a spark ignition internal combustion engine, the spark plug is located at the upper part of the cylinder, and the ignition gap of the spark plug at the ignition timing is either in a homogeneous mixture during homogeneous combustion or a combustible mixture during stratified combustion. It is located around the mixture, and combustion does not complete unless combustion starts from the mixture and the flame does not propagate across the mixture to the other side of the mixture. I can't do it.
従って、本発明の目的は、均質燃焼及び成層燃焼に係わらずに、気筒内に形成された混合気の燃焼速度を速めることができる火花点火内燃機関を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a spark ignition internal combustion engine capable of increasing the combustion speed of the air-fuel mixture formed in the cylinder irrespective of homogeneous combustion and stratified combustion.
本発明による請求項１に記載の火花点火内燃機関は、気筒上部に配置された点火プラグを具備し、気筒内の気流として、点火時期において発生したスキッシュ流が気筒内中央部へ向かって進行し、前記点火プラグの点火ギャップにおいて発生させたアークを気筒内に形成されている混合気の中央部へ伸ばすようになっていることを特徴とする。 A spark ignition internal combustion engine according to a first aspect of the present invention includes an ignition plug disposed at an upper portion of a cylinder, and a squish flow generated at an ignition timing proceeds toward a central portion of the cylinder as an air flow in the cylinder. The arc generated in the ignition gap of the spark plug is extended to the center of the air-fuel mixture formed in the cylinder.
本発明による請求項２に記載の火花点火内燃機関は、気筒上部に配置された点火プラグを具備し、気筒内の気流として、点火時期において発生したスキッシュ流とタンブル流とが合流して気筒内中央部へ向かって進行し、前記点火プラグの点火ギャップにおいて発生させたアークを気筒内に形成されている混合気の中央部へ伸ばすようになっていることを特徴とする。 A spark ignition internal combustion engine according to a second aspect of the present invention includes an ignition plug disposed at an upper portion of a cylinder, and a squish flow and a tumble flow generated at an ignition timing are merged as an air flow in the cylinder. Advancing toward the center, the arc generated in the ignition gap of the spark plug is extended to the center of the air-fuel mixture formed in the cylinder.
本発明による請求項３に記載の火花点火内燃機関は、請求項１又は２に記載の火花点火内燃機関において、前記点火プラグの前記点火ギャップは中心電極と他方電極との間に形成され、前記他方電極は略Ｌ字形断面を有し、前記点火ギャップは三方向の開口を有し、前記点火プラグは、前記気流が前記開口のうちの互いに対向する二方向の開口を通って前記点火ギャップを通過するように配置されていることを特徴とする。
The spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項４に記載の火花点火内燃機関は、請求項３に記載の火花点火内燃機関において、前記点火プラグの前記他方電極は、前記点火プラグの中心軸線と略平行な平行面と略垂直な垂直面とを有し、前記点火プラグは、前記気流が前記他方電極の前記平行面及び前記垂直面と略平行に前記点火ギャップを通過するように配置されていることを特徴とする。 A spark ignition internal combustion engine according to a fourth aspect of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to the third aspect, wherein the other electrode of the spark plug is substantially parallel to a parallel plane substantially parallel to the center axis of the spark plug. The spark plug is disposed so that the airflow passes through the ignition gap substantially parallel to the parallel surface and the vertical surface of the other electrode.
本発明による請求項５に記載の火花点火内燃機関は、請求項１又は２に記載の火花点火内燃機関において、前記スキッシュ流が強くなる機関運転状態ほど前記点火プラグにおける点火エネルギを大きくすることを特徴とする。
The spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項６に記載の火花点火内燃機関は、請求項２に記載の火花点火内燃機関において、吸気通路内に吸気流制御弁を具備し、前記吸気流制御弁の開度を制御し、機関回転数に応じて変化する前記スキッシュ流の強さに対応させて前記タンブル流を強めることを特徴とする。 A spark ignition internal combustion engine according to a sixth aspect of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to the second aspect, further comprising an intake flow control valve in an intake passage, and controlling an opening degree of the intake flow control valve. The tumble flow is strengthened in accordance with the strength of the squish flow that changes according to the engine speed.
本発明による請求項７に記載の火花点火内燃機関は、請求項６に記載の火花点火内燃機関において、吸気不足が発生する時には前記吸気流制御弁の開度を増加させることを特徴とする。
The spark ignition internal combustion engine according to claim 7 according to the present invention is characterized in that, in the spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項８に記載の火花点火内燃機関は、請求項２に記載の火花点火内燃機関において、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、前記燃料噴射弁により噴射される燃料により、機関回転数に応じて変化する前記スキッシュ流の強さに対応させて前記タンブル流を強めることを特徴とする。 A spark ignition internal combustion engine according to an eighth aspect of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to the second aspect, further comprising a fuel injection valve that directly injects fuel into a cylinder, and the fuel injection valve injects the fuel. The tumble flow is strengthened in accordance with the strength of the squish flow that changes according to the engine speed.
本発明による請求項９に記載の火花点火内燃機関は、請求項８に記載の火花点火内燃機関において、前記燃料は、設定回転数となるまでは機関回転数が高くなるほど前記タンブル流を大きく強め、前記設定回転数を超えると機関回転数が高くなるほど前記タンブル流を小さく強めることを特徴とする。 A spark ignition internal combustion engine according to a ninth aspect of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to the eighth aspect, wherein the fuel greatly increases the tumble flow as the engine speed increases until reaching a set speed. When the engine speed exceeds the set engine speed, the tumble flow becomes smaller and stronger as the engine speed increases.
本発明による請求項１０に記載の火花点火内燃機関は、請求項７に記載の火花点火内燃機関において、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、吸気不足により前記吸気流制御弁の開度を増加させた時には、前記燃料噴射弁により噴射される燃料により、機関回転数に応じて変化する前記スキッシュ流の強さに対応させて前記タンブル流を強めることを特徴とする。 A spark ignition internal combustion engine according to a tenth aspect of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to the seventh aspect, further comprising a fuel injection valve for injecting fuel directly into a cylinder, and the intake flow caused by insufficient intake. When the opening degree of the control valve is increased, the tumble flow is strengthened in accordance with the strength of the squish flow that changes according to the engine speed by the fuel injected by the fuel injection valve. .
本発明による請求項１１に記載の火花点火内燃機関は、請求項８から１０のいずれか一項に記載の火花点火内燃機関において、前記燃料噴射弁により吸気下死点近傍において噴射される燃料により前記タンブル流を強めることを特徴とする。 A spark ignition internal combustion engine according to an eleventh aspect of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to any one of the eighth to tenth aspects, wherein the fuel is injected by fuel injected in the vicinity of an intake bottom dead center. The tumble flow is strengthened.
本発明による請求項１２に記載の火花点火内燃機関は、請求項１１に記載の火花点火内燃機関において、吸気下死点近傍において噴射される前記燃料は機関回転数が高いほど噴射時期が進角されることを特徴とする。 A spark ignition internal combustion engine according to a twelfth aspect of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to the eleventh aspect, wherein the fuel injected near the intake bottom dead center has an injection timing advanced as the engine speed increases. It is characterized by being.
本発明による請求項１３に記載の火花点火内燃機関は、請求項１１に記載の火花点火内燃機関において、前記燃料により前記タンブル流を強めることができない時及び前記タンブル流を強める必要がない時には、吸気下死点近傍及び吸気及び圧縮上死点近傍以外で燃料を噴射することを特徴とする。 The spark ignition internal combustion engine according to claim 13 according to the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to claim 11, when the tumble flow cannot be strengthened by the fuel and when it is not necessary to strengthen the tumble flow, The fuel is injected outside the vicinity of the intake bottom dead center and the vicinity of the intake and compression top dead centers.
本発明による請求項１４に記載の火花点火内燃機関は、請求項８から１０のいずれか一項に記載の火花点火内燃機関において、前記燃料噴射弁により圧縮上死点近傍において噴射される燃料により前記タンブル流を強めることを特徴とする。 A spark ignition internal combustion engine according to a fourteenth aspect of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to any one of the eighth to tenth aspects, wherein the fuel is injected by the fuel injection valve in the vicinity of a compression top dead center. The tumble flow is strengthened.
本発明による請求項１５に記載の火花点火内燃機関は、請求項１４に記載の火花点火内燃機関において、前記燃料噴射弁は、圧縮上死点近傍以外においても気筒内へ燃料を噴射することを特徴とする。 A spark ignition internal combustion engine according to a fifteenth aspect of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to the fourteenth aspect, wherein the fuel injection valve injects fuel into the cylinder even in a region other than the vicinity of the compression top dead center. Features.
本発明による請求項１６に記載の火花点火内燃機関は、請求項１５に記載の火花点火内燃機関において、圧縮上死点近傍以外の燃料の噴射時期は吸気下死点近傍であることを特徴とする。
The spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項１７に記載の火花点火内燃機関は、請求項１５に記載の火花点火内燃機関において、圧縮上死点近傍以外の燃料の噴射時期は吸気下死点近傍以外であることを特徴とする。 A spark ignition internal combustion engine according to a seventeenth aspect of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to the fifteenth aspect, characterized in that the injection timing of fuel other than the vicinity of the compression top dead center is other than the vicinity of the intake bottom dead center. And
本発明による請求項１８に記載の火花点火内燃機関は、請求項１５に記載の火花点火内燃機関において、圧縮上死点近傍の燃料噴射割合が大きくされるほど前記タンブル流は強められることを特徴とする。 The spark ignition internal combustion engine according to claim 18 of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to claim 15, wherein the tumble flow is strengthened as the fuel injection ratio in the vicinity of the compression top dead center is increased. And
本発明による請求項１９に記載の火花点火内燃機関は、請求項１８に記載の火花点火内燃機関において、内燃機関毎に各機関運転状態で最大機関出力が得られるように、前記燃料噴射割合が決定されることを特徴とする。 A spark ignition internal combustion engine according to a nineteenth aspect of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to the eighteenth aspect, wherein the fuel injection ratio is such that a maximum engine output is obtained in each engine operating state for each internal combustion engine. It is determined.
本発明による請求項２０に記載の火花点火内燃機関は、請求項１４に記載の火花点火内燃機関において、圧縮上死点近傍の噴射時期が遅角されるほど前記タンブル流は強められることを特徴とする。 The spark ignition internal combustion engine according to claim 20 according to the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to claim 14, wherein the tumble flow is strengthened as the injection timing near the compression top dead center is retarded. And
本発明による請求項２１に記載の火花点火内燃機関は、請求項２０に記載の火花点火内燃機関において、内燃機関毎に各機関運転状態で最大機関出力が得られるように、圧縮上死点近傍の前記噴射時期が決定されることを特徴とする。 The spark ignition internal combustion engine according to claim 21 according to the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to claim 20, wherein the maximum engine output is obtained in each engine operating state for each internal combustion engine in the vicinity of the compression top dead center. The injection timing is determined.
本発明による請求項２２に記載の火花点火内燃機関は、請求項１１又は１４に記載の火花点火内燃機関において、燃料噴射方向が前記タンブル流を最も効率的に強める燃料噴射方向に近づけられるほど前記タンブル流は強められることを特徴とする。 A spark ignition internal combustion engine according to a twenty-second aspect of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to the eleventh or fourteenth aspect, wherein the fuel injection direction approaches the fuel injection direction that most effectively enhances the tumble flow. The tumble flow is characterized by being strengthened.
本発明による請求項２３に記載の火花点火内燃機関は、請求項２２に記載の火花点火内燃機関において、内燃機関毎に各機関運転状態で最大機関出力が得られるように、前記燃料噴射方向が決定されることを特徴とする。 A spark ignition internal combustion engine according to a twenty-third aspect of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to the twenty-second aspect, wherein the fuel injection direction is such that a maximum engine output is obtained in each engine operating state for each internal combustion engine. It is determined.
本発明による請求項２４に記載の火花点火内燃機関は、請求項１１又は１４に記載の火花点火内燃機関において、燃料噴射率が高められるほど前記タンブル流は強められることを特徴とする。 The spark ignition internal combustion engine according to claim 24 of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to claim 11 or 14, characterized in that the tumble flow is strengthened as the fuel injection rate is increased.
本発明による請求項２５に記載の火花点火内燃機関は、請求項２４に記載の火花点火内燃機関において、内燃機関毎に各機関運転状態で最大機関出力が得られるように、前記燃料噴射率が決定されることを特徴とする。 A spark ignition internal combustion engine according to a twenty-fifth aspect of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to the twenty-fourth aspect, wherein the fuel injection rate is such that a maximum engine output is obtained in each engine operating state for each internal combustion engine. It is determined.
本発明による請求項２６に記載の火花点火内燃機関は、請求項２に記載の火花点火内燃機関において、ピストン頂面には前記タンブル流の減衰を抑制するためのキャビティが形成され、前記キャビティは、タンブル流の流入側が流出側に比較して浅くされていることを特徴とする。 A spark ignition internal combustion engine according to a twenty-sixth aspect of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to the second aspect, wherein a cavity for suppressing the attenuation of the tumble flow is formed on a piston top surface. The inflow side of the tumble flow is shallower than the outflow side.
本発明による請求項１に記載の火花点火内燃機関によれば、気筒内の気流として、点火時期において発生したスキッシュ流が気筒内中央部へ向かって進行し、点火ギャップにおいて発生させたアークを気筒内に形成されている混合気の中央部へ伸ばすようになっているために、点火プラグが気筒上部に配置されていても、混合気の中央部が最初に燃焼して、この火炎が未燃の混合気の周囲部へ伝播されて燃焼が完了するために、混合気周囲部から燃焼が開始されて火炎が混合気を横断する一般的な場合に比較して、燃焼速度が速められ均質燃焼及び成層燃焼に係わらずに良好な燃焼を実現することができる。 According to the spark ignition internal combustion engine of the first aspect of the present invention, as the airflow in the cylinder, the squish flow generated at the ignition timing proceeds toward the center of the cylinder, and the arc generated in the ignition gap is Because it extends to the center of the air-fuel mixture formed inside, even if the spark plug is placed at the top of the cylinder, the center of the air-fuel mixture burns first, and this flame is unburned. In order to complete the combustion by propagating to the periphery of the air-fuel mixture, the combustion speed is increased and the homogeneous combustion is performed compared to the general case where the combustion starts from the air-fuel mixture and the flame crosses the air-fuel mixture. And good combustion can be realized irrespective of stratified combustion.
本発明による請求項２に記載の火花点火内燃機関によれば、気筒内の気流として、点火時期において発生したスキッシュ流とタンブル流とが合流して気筒内中央部へ向かって進行し、点火ギャップにおいて発生させたアークを気筒内に形成されている混合気の中央部へ伸ばすようになっているために、請求項１に記載の火花点火内燃機関と同様な効果を得ることができる。また、スキッシュ流とタンブル流とを合流させることにより、スキッシュ流が気筒内中央部へ向かわない場合にも、気筒内中央部へ向かう気流を発生させることができ、アークを混合気の中央部へ伸ばすことが可能となる。 According to the spark ignition internal combustion engine of the second aspect of the present invention, the squish flow and the tumble flow generated at the ignition timing merge as the air flow in the cylinder and travel toward the center of the cylinder, and the ignition gap Since the arc generated in is extended to the center of the air-fuel mixture formed in the cylinder, the same effect as that of the spark ignition internal combustion engine according to claim 1 can be obtained. In addition, by combining the squish flow and the tumble flow, even when the squish flow does not go to the center of the cylinder, an air flow toward the center of the cylinder can be generated, and the arc flows to the center of the mixture. It can be stretched.
本発明による請求項３に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項１又は２に記載の火花点火内燃機関において、点火プラグの他方電極は略Ｌ字形断面を有し、点火プラグの点火ギャップは三方向の開口を有し、点火プラグは、気流が開口のうちの互いに対向する二方向の開口を通って点火ギャップを通過するように配置されているために、アークが気流の下流側へ伸びることは、点火プラグの他方電極によって妨げられない。
According to the spark ignition internal combustion engine of
本発明による請求項４に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項３に記載の火花点火内燃機関において、点火プラグの他方電極は、点火プラグの中心軸線と略平行な平行面と略垂直な垂直面とを有し、点火プラグは、気流が他方電極の平行面及び垂直面と略平行に点火ギャップを通過するように配置されているために、アークは他方電極に関係なく自由に気流の下流側へ伸びることができる。
According to the spark ignition internal combustion engine of claim 4 according to the present invention, in the spark ignition internal combustion engine of
本発明による請求項５に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項１又は２に記載の火花点火内燃機関において、スキッシュ流が強くなる機関運転状態ほど点火プラグにおける点火エネルギを大きくするようになっており、それにより、点火プラグの点火ギャップを通過する気流が強まってもアークが吹き消えるようなことはない。
According to the spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項６に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項２に記載の火花点火内燃機関において、吸気通路内に吸気流制御弁を具備し、吸気流制御弁の開度を制御し、機関回転数に応じて変化するスキッシュ流の強さに対応させてタンブル流を強めるようになっている。機関回転数が高まるほどスキッシュ流は強められるが、タンブル流はそれほど強められない。それにより、吸気流制御弁の開度を制御してスキッシュ流の強さに対応させてタンブル流を強めることにより、合流する気流の進行方向を一定としてアークを混合気の中央部へ伸ばすことができる。
According to the spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項７に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項６に記載の火花点火内燃機関において、吸気不足が発生する時には吸気流制御弁の開度を増加させるようになっている。それにより、吸気不足を解消することができる。
According to the spark ignition internal combustion engine according to claim 7 of the present invention, in the spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項８に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項２に記載の火花点火内燃機関において、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、燃料噴射弁により噴射される燃料により、機関回転数に応じて変化するスキッシュ流の強さに対応させてタンブル流を強めるようになっている。機関回転数が高まるほどスキッシュ流は強められるが、タンブル流はそれほど強められない。それにより、燃料噴射弁により噴射される燃料によりスキッシュ流の強さに対応させてタンブル流を強めることにより、合流する気流の進行方向を一定としてアークを混合気の中央部へ伸ばすことができる。
According to the spark ignition internal combustion engine according to
本発明による請求項９に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項８に記載の火花点火内燃機関において、噴射燃料は、設定回転数となるまでは機関回転数が高くなるほどタンブル流を大きく強め、設定回転数を超えると機関回転数が高くなるほどタンブル流を小さく強めるようになっている。機関回転数が設定回転数を超えると、吸気量が多くなってタンブル流が徐々にスキッシュ流と同様に強められるようになるために、設定回転数を超える時には機関回転数が高くなるほどタンブル流を小さく強めることにより、スキッシュ流の強さに対応させてタンブル流が強められ、合流する気流の進行方向を一定としてアークを混合気の中央部へ伸ばすことができる。 According to the spark ignition internal combustion engine of the ninth aspect of the present invention, in the spark ignition internal combustion engine of the eighth aspect of the invention, the injected fuel increases in tumble flow as the engine speed increases until the set speed is reached. If the engine speed exceeds the preset engine speed, the tumble flow becomes smaller and stronger. When the engine speed exceeds the set speed, the amount of intake increases and the tumble flow gradually increases in the same way as the squish flow. Therefore, when the engine speed exceeds the set speed, the tumble flow increases as the engine speed increases. By strengthening it small, the tumble flow is strengthened in correspondence with the strength of the squish flow, and the arc can be extended to the center of the air-fuel mixture with the traveling direction of the converging air flow being constant.
本発明による請求項１０に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項７に記載の火花点火内燃機関において、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、吸気不足により吸気流制御弁の開度を増加させた時には、燃料噴射弁により噴射される燃料により、機関回転数に応じて変化するスキッシュ流の強さに対応させてタンブル流を強めるようになっている。それにより、吸気不足によって吸気流制御弁の開度を増加させると、タンブル流を強めることができないが、この時には燃料噴射弁により噴射される燃料によりスキッシュ流の強さに対応させてタンブル流が強められ、合流する気流の進行方向を一定としてアークを混合気の中央部へ伸ばすことができる。 According to the spark ignition internal combustion engine according to claim 10 of the present invention, the spark ignition internal combustion engine according to claim 7 is provided with a fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder, and intake due to insufficient intake. When the opening of the flow control valve is increased, the tumble flow is strengthened by the fuel injected by the fuel injection valve in accordance with the strength of the squish flow that changes according to the engine speed. As a result, if the opening degree of the intake flow control valve is increased due to insufficient intake, the tumble flow cannot be strengthened, but at this time, the tumble flow is caused to correspond to the strength of the squish flow by the fuel injected by the fuel injection valve. The arc can be extended to the central portion of the air-fuel mixture with the traveling direction of the airflow that is strengthened and converging constant.
本発明による請求項１１に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項８から１０のいずれか一項に記載の火花点火内燃機関において、燃料噴射弁により吸気下死点近傍において噴射される燃料の慣性力を付勢力として、最も強い状態で気筒内を大きく旋回するタンブル流を強めるようにしている。
According to the spark ignition internal combustion engine according to claim 11 of the present invention, in the spark ignition internal combustion engine according to any one of
本発明による請求項１２に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項１１に記載の火花点火内燃機関において、吸気下死点近傍において噴射される燃料は機関回転数が高いほど噴射時期が進角されるようになっている。機関回転数が高いほどピストンの移動速度が上昇するために、意図するピストン位置においてタンブル流を噴射燃料により強めるためには、機関回転数が高いほど噴射時期を進角することが必要となる。 According to the spark ignition internal combustion engine according to claim 12 of the present invention, in the spark ignition internal combustion engine according to claim 11, the injection timing of the fuel injected in the vicinity of the intake bottom dead center increases as the engine speed increases. It is supposed to be horned. Since the moving speed of the piston increases as the engine speed increases, in order to intensify the tumble flow with the injected fuel at the intended piston position, it is necessary to advance the injection timing as the engine speed increases.
本発明による請求項１３に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項１１に記載の火花点火内燃機関において、噴射燃料によりタンブル流を強めることができない時及びタンブル流を強める必要がない時には、吸気下死点近傍及び吸気及び圧縮上死点近傍以外で燃料を噴射するようになっている。それにより、不必要に吸気下死点近傍において燃料が噴射されて、シリンダボアへの燃料付着によりエンジンオイルが希釈したり、また、ピストン頂面のスキッシュを形成するためのスキッシュエリアへの燃料付着によりデボジットが堆積してスキッシュの発生を阻害したりすることは防止される。また、吸気及び圧縮上死点近傍において噴射された燃料がピストンにより跳ね返って、シリンダヘッド側のスキッシュエリアに付着してそこにデポジットが堆積することも防止される。 According to the spark ignition internal combustion engine of the thirteenth aspect of the present invention, in the spark ignition internal combustion engine of the eleventh aspect, when the tumble flow cannot be strengthened by the injected fuel and when it is not necessary to strengthen the tumble flow, The fuel is injected outside the vicinity of the intake bottom dead center and the vicinity of the intake and compression top dead centers. As a result, the fuel is injected unnecessarily near the bottom dead center of the intake air, and the engine oil is diluted by the fuel adhering to the cylinder bore, or by the fuel adhering to the squish area for forming the squish of the piston top surface. It is possible to prevent the deposits from accumulating and inhibiting the occurrence of squish. Further, the fuel injected near the intake and compression top dead centers is prevented from bouncing off by the piston and adhering to the squish area on the cylinder head side, and deposits being deposited there.
本発明による請求項１４に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項８から１０のいずれか一項に記載の火花点火内燃機関において、燃料噴射弁により圧縮上死点近傍において噴射される燃料の慣性力を付勢力として大きく減衰しているタンブル流をスキッシュ流との合流直前に強めるようになっている。
According to the spark ignition internal combustion engine according to claim 14 of the present invention, in the spark ignition internal combustion engine according to any one of
本発明による請求項１５に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項１４に記載の火花点火内燃機関において、前記燃料噴射弁は、圧縮上死点近傍以外においても気筒内へ燃料を噴射するようになっており、本発明による請求項１６に記載の火花点火内燃機関によれば、圧縮上死点近傍以外の燃料の噴射時期は吸気下死点近傍とされる。それにより、吸気下死点近傍の噴射燃料の慣性力を付勢力として、最も強い状態で気筒内を大きく旋回するタンブル流を強めることができる。 According to the spark ignition internal combustion engine of the fifteenth aspect of the present invention, in the spark ignition internal combustion engine of the fourteenth aspect of the invention, the fuel injection valve injects fuel into the cylinder even outside the vicinity of the compression top dead center. According to the spark ignition internal combustion engine of the sixteenth aspect of the present invention, the fuel injection timing other than the vicinity of the compression top dead center is set to the vicinity of the intake bottom dead center. As a result, the tumble flow that makes a large turn in the cylinder in the strongest state can be strengthened using the inertial force of the injected fuel near the intake bottom dead center as an urging force.
本発明による請求項１７に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項１５に記載の火花点火内燃機関において、圧縮上死点近傍以外の燃料の噴射時期は吸気下死点近傍以外とされる。それにより、吸気下死点近傍において燃料が噴射されて、シリンダボアへの燃料付着によりエンジンオイルが希釈したり、また、ピストン頂面のスキッシュを形成するためのスキッシュエリアへの燃料付着によりデボジットが堆積してスキッシュの発生を阻害したりすることは防止される。 According to the spark ignition internal combustion engine according to claim 17 of the present invention, in the spark ignition internal combustion engine according to claim 15, the fuel injection timing other than the vicinity of the compression top dead center is other than the vicinity of the intake bottom dead center. . As a result, fuel is injected near the intake bottom dead center, and engine oil is diluted by fuel adhering to the cylinder bore, and debogit is accumulated by fuel adhering to the squish area to form a squish on the piston top surface. Thus, it is possible to prevent the occurrence of squish.
本発明による請求項１８に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項１５に記載の火花点火内燃機関において、圧縮上死点近傍の燃料噴射割合が大きくされるほど圧縮上死点近傍の燃料噴射量が増加され、タンブル流はより強められるようになっている。それにより、スキッシュ流の強さに対応させてタンブル流を強めて、合流する気流の進行方向を一定としてアークを混合気の中央部へ伸ばすことができる。 According to the spark ignition internal combustion engine according to claim 18 of the present invention, in the spark ignition internal combustion engine according to claim 15, the fuel near the compression top dead center increases as the fuel injection ratio near the compression top dead center increases. The injection amount is increased, and the tumble flow is strengthened. As a result, the tumble flow can be strengthened in correspondence with the strength of the squish flow, and the arc can be extended to the center of the air-fuel mixture with the traveling direction of the combined airflow being constant.
本発明による請求項１９に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項１８に記載の火花点火内燃機関において、内燃機関毎に各機関運転状態で最大機関出力が得られるように、燃料噴射割合が決定されるようになっている。それにより、内燃機関毎のばらつきが考慮されて決定された燃料噴射割合で噴射された燃料により、スキッシュ流の強さに対応させてタンブル流が確実に強められ、合流する気流の進行方向を一定としてアークを混合気の中央部へ伸ばすことができる。 According to the spark ignition internal combustion engine of the nineteenth aspect of the present invention, in the spark ignition internal combustion engine of the eighteenth aspect, the fuel injection rate is obtained so that the maximum engine output is obtained in each engine operating state for each internal combustion engine. Is to be decided. As a result, fuel injected at a fuel injection rate determined taking into account variations among internal combustion engines, the tumble flow is reliably strengthened corresponding to the strength of the squish flow, and the traveling direction of the combined airflow is constant. As shown, the arc can be extended to the center of the mixture.
本発明による請求項２０に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項１４に記載の火花点火内燃機関において、圧縮上死点近傍の噴射時期が遅角されるほどタンブル流が強められてからスキッシュ流との合流までの時間が短くなり、合流時におけるタンブル流をより強くすることができる。それにより、スキッシュ流の強さに対応させてタンブル流を強めて、合流する気流の進行方向を一定としてアークを混合気の中央部へ伸ばすことができる。 According to the spark ignition internal combustion engine of claim 20 according to the present invention, in the spark ignition internal combustion engine of claim 14, after the tumble flow is strengthened as the injection timing near the compression top dead center is retarded. The time until merging with the squish flow is shortened, and the tumble flow at the time of merging can be made stronger. As a result, the tumble flow can be strengthened in correspondence with the strength of the squish flow, and the arc can be extended to the center of the air-fuel mixture with the traveling direction of the combined airflow being constant.
本発明による請求項２１に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項２０に記載の火花点火内燃機関において、内燃機関毎に各機関運転状態で最大機関出力が得られるように、圧縮上死点近傍の噴射時期が決定されるようになっている。それにより、内燃機関毎のばらつきが考慮されて決定された噴射時期で噴射された燃料により、スキッシュ流の強さに対応させてタンブル流が確実に強められ、合流する気流の進行方向を一定としてアークを混合気の中央部へ伸ばすことができる。 According to the spark ignition internal combustion engine according to claim 21 of the present invention, in the spark ignition internal combustion engine according to claim 20, the compression top dead center is obtained so that the maximum engine output is obtained in each engine operating state for each internal combustion engine. The injection timing near the point is determined. As a result, the fuel injected at the injection timing determined in consideration of the variation among the internal combustion engines, the tumble flow is surely strengthened corresponding to the strength of the squish flow, and the traveling direction of the combined air flow is made constant. The arc can be extended to the center of the mixture.
本発明による請求項２２に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項１１又は１４に記載の火花点火内燃機関において、燃料噴射方向がタンブル流を最も効率的に強める燃料噴射方向に近づけられるほどタンブル流はより強められ、それにより、スキッシュ流の強さに対応させてタンブル流を強めて、合流する気流の進行方向を一定としてアークを混合気の中央部へ伸ばすことができる。 According to the spark ignition internal combustion engine of the twenty-second aspect of the present invention, in the spark ignition internal combustion engine of the eleventh or fourteenth aspect, the fuel injection direction becomes closer to the fuel injection direction that most effectively enhances the tumble flow. The tumble flow is further strengthened, whereby the tumble flow can be strengthened corresponding to the strength of the squish flow, and the arc can be extended to the center of the air-fuel mixture with the traveling direction of the combined air flow being constant.
本発明による請求項２３に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項２２に記載の火花点火内燃機関において、内燃機関毎に各機関運転状態で最大機関出力が得られるように、燃料噴射方向が決定されるようになっている。それにより、内燃機関毎のばらつきが考慮されて決定された燃料噴射方向で噴射された燃料により、スキッシュ流の強さに対応させてタンブル流が確実に強められ、合流する気流の進行方向を一定としてアークを混合気の中央部へ伸ばすことができる。 According to the spark ignition internal combustion engine of claim 23 according to the present invention, in the spark ignition internal combustion engine of claim 22, the fuel injection direction so that the maximum engine output is obtained in each engine operating state for each internal combustion engine. Is to be decided. As a result, the fuel injected in the fuel injection direction determined in consideration of the variation among the internal combustion engines, the tumble flow is surely strengthened according to the strength of the squish flow, and the traveling direction of the combined airflow is constant. As shown, the arc can be extended to the center of the mixture.
本発明による請求項２４に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項１１又は１４に記載の火花点火内燃機関において、燃料噴射率が高められるほど噴射燃料の付勢力が高められ、タンブル流をより強めることができる。それにより、スキッシュ流の強さに対応させてタンブル流を強めて、合流する気流の進行方向を一定としてアークを混合気の中央部へ伸ばすことができる。 According to the spark ignition internal combustion engine according to claim 24 of the present invention, in the spark ignition internal combustion engine according to claim 11 or 14, the urging force of the injected fuel is increased as the fuel injection rate is increased, and the tumble flow is reduced. It can be strengthened. As a result, the tumble flow can be strengthened in correspondence with the strength of the squish flow, and the arc can be extended to the center of the air-fuel mixture with the traveling direction of the combined airflow being constant.
本発明による請求項２５に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項２４に記載の火花点火内燃機関において、内燃機関毎に各機関運転状態で最大機関出力が得られるように、燃料噴射率が決定されるようになっている。それにより、内燃機関毎のばらつきが考慮されて決定された燃料噴射率で噴射された燃料により、スキッシュ流の強さに対応させてタンブル流が確実に強められ、合流する気流の進行方向を一定としてアークを混合気の中央部へ伸ばすことができる。 According to the spark ignition internal combustion engine according to claim 25 of the present invention, in the spark ignition internal combustion engine according to claim 24, the fuel injection rate is obtained so that the maximum engine output is obtained in each engine operating state for each internal combustion engine. Is to be decided. As a result, fuel injected at a fuel injection rate determined taking into account variations among internal combustion engines, the tumble flow is reliably strengthened according to the strength of the squish flow, and the traveling direction of the combined airflow is constant. As shown, the arc can be extended to the center of the mixture.
本発明による請求項２６に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項２に記載の火花点火内燃機関において、ピストン頂面にはタンブル流の減衰を抑制するためのキャビティが形成され、前記キャビティは、タンブル流の流入側が流出側に比較して浅くされている。それにより、キャビティの容積を小さくして圧縮比を高くすることができる。
According to the spark ignition internal combustion engine of claim 26 according to the present invention, in the spark ignition internal combustion engine of
図１は本発明による火花点火内燃機関の第一実施形態を示す概略縦断面図であり、図２はピストン側から見たシリンダヘッドの底面図である。図１及び２において、１は気筒上部略中心に配置されて気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁であり、２は気筒上部に配置された点火プラグである。３は一対の吸気弁、４は一対の排気弁である。吸気弁３に比較して排気弁４の方が小さく、点火プラグ２は二つの排気弁４の間のスペースに配置されている。５はピストンである。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a first embodiment of a spark ignition internal combustion engine according to the present invention, and FIG. 2 is a bottom view of the cylinder head viewed from the piston side. In FIGS. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a fuel injection valve that is disposed substantially at the center of the cylinder upper portion and injects fuel directly into the cylinder, and 2 is an ignition plug disposed at the upper portion of the cylinder. 3 is a pair of intake valves, and 4 is a pair of exhaust valves. The exhaust valve 4 is smaller than the
燃料噴射弁１は吸気行程で燃料を噴射し、点火時期において気筒内に均質混合気が形成される。６はシリンダヘッドの排気弁４側に設けられたスキッシュエリアであり、圧縮行程末期の点火時期において、これに対向するピストン側のスキッシュエリア６’に接近することにより、一点鎖線で示すスキッシュ流Ｓが排気弁４側から吸気弁３側へ向かって発生するようになっている。
The fuel injection valve 1 injects fuel in the intake stroke, and a homogeneous air-fuel mixture is formed in the cylinder at the ignition timing.
一般的に、点火プラグは気筒上部に配置され、それほど気筒内へ突出させることはできない。それにより、点火プラグの点火ギャップは、気筒内全体に形成された均質混合気の周囲部内に位置して、均質混合気の周囲部から燃焼が開始される。こうして、周囲部で発生した火炎が均質混合気を横断して反対側の周囲部まで伝播しないと燃焼が完了せず、燃焼速度をそれほど速くすることはできない。 Generally, the spark plug is disposed at the upper part of the cylinder and cannot be protruded so much into the cylinder. As a result, the ignition gap of the spark plug is located in the periphery of the homogeneous mixture formed in the entire cylinder, and combustion starts from the periphery of the homogeneous mixture. Thus, if the flame generated in the surrounding area does not propagate across the homogeneous mixture to the surrounding area on the opposite side, the combustion is not completed and the combustion speed cannot be increased so much.
本実施形態においては、図１に示すように、点火時期において発生するスキッシュ流Ｓが気筒内中央部（三次元的な中央部）へ向かって進行し、点火ギャップにおいて発生させたアークＡを気筒内に形成されている均質混合気の中央部へ伸ばすようになっている。それにより、均質混合気の中央部が最初に燃焼して、この火炎が放射状に未燃の混合気の周囲部へ伝播されて燃焼が完了するために、燃焼速度が速められた良好な均質燃焼を実現することができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a squish flow S generated at the ignition timing travels toward the center part (three-dimensional center part) in the cylinder, and an arc A generated in the ignition gap is generated in the cylinder. It extends to the center of the homogeneous mixture formed inside. As a result, the central part of the homogeneous mixture burns first, and this flame is propagated radially to the surrounding part of the unburned mixture to complete the combustion. Can be realized.
図３は本発明による火花点火内燃機関の第二実施形態を示す概略縦断面図であり、前述の第一実施形態との違いについてのみ以下に説明する。本実施形態の火花点火内燃機関は、ペントルーフ形状のシリンダヘッド側の凹部の容積が大きく、スキッシュ流Ｓがそのままでは、点火時期の気筒内空間における軸線方向中央に対してピストン５側を進行し、気筒内中央部へ向かっては進行しないようになっている。
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view showing a second embodiment of the spark ignition internal combustion engine according to the present invention. Only differences from the first embodiment will be described below. In the spark ignition internal combustion engine of the present embodiment, the volume of the concave portion on the cylinder head side of the pent roof shape is large, and the squish flow S is left as it is, and proceeds on the
それにより、本実施形態では、吸気行程において吸気弁３側を下降して排気弁３側を上昇するタンブル流Ｔを形成し、このタンブル流Ｔを圧縮行程末期まで持続させて、点火時期において発生するスキッシュ流Ｓと合流させることにより、図３に示すように、気筒内中央部へ向かう気流を発生させる。
Thereby, in the present embodiment, a tumble flow T that descends the
この気流によって、点火ギャップにおいて発生させたアークＡは気筒内に形成されている均質混合気の中央部へ伸ばされ、第一実施形態と同様に、燃焼速度の速い良好な均質燃焼を実現することが可能となる。 By this air flow, the arc A generated in the ignition gap is extended to the central portion of the homogeneous mixture formed in the cylinder, and as in the first embodiment, good homogeneous combustion with a high combustion speed is realized. Is possible.
図４は本発明による火花点火内燃機関の第三実施形態を示す概略縦断面図であり、前述の第二実施形態との違いについてのみ以下に説明する。本実施形態の火花点火内燃機関は、ピストン５’の頂面にキャビティ５ａ’が形成されており、スキッシュ流Ｓがそのままでは、点火時期の気筒内空間における軸線方向中央に対してシリンダヘッド側を進行し、気筒内中央部へ向かって進行しないようになっている。キャビティ５ａ’は、タンブル流Ｔ’の流入側が流出側に比較して浅くされている。このようなキャビティ５ａ’の形状でも吸気行程において生成されたタンブル流のピストン頂面での抵抗を低減し、圧縮行程末期までタンブル流を持続させることができる。また、タンブル流の流入側も流出側と同様に深くしたキャビティに比較して、キャビティの容積は小さくなり、圧縮比を高くすることができる。
FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view showing a third embodiment of the spark ignition internal combustion engine according to the present invention, and only the difference from the second embodiment will be described below. In the spark ignition internal combustion engine of the present embodiment, a cavity 5a ′ is formed on the top surface of the
それにより、本実施形態では、吸気行程において排気弁４側を下降して吸気弁３側を上昇するタンブル流Ｔ’（第二実施形態のタンブル流Ｔとは旋回方向が逆である）を形成し、このタンブル流Ｔ’を圧縮行程末期まで持続させて、点火時期において発生するスキッシュ流Ｓと合流させることにより、図４に示すように、気筒内中央部へ向かう気流を発生させる。
Thereby, in the present embodiment, a tumble flow T ′ that descends the exhaust valve 4 side and rises the
この気流によって、点火ギャップにおいて発生させたアークＡは気筒内に形成されている均質混合気の中央部へ伸ばされ、第一実施形態と同様に、燃焼速度の速い良好な均質燃焼を実現することが可能となる。 By this air flow, the arc A generated in the ignition gap is extended to the central portion of the homogeneous mixture formed in the cylinder, and as in the first embodiment, good homogeneous combustion with a high combustion speed is realized. Is possible.
図５は点火プラグ２の正面図であり、図６は図５の側面図である。これらの図に示すように、点火プラグ２の先端には、中心軸線上の中心電極２ａと、中心電極２ａとの間に点火ギャップ２ｂを形成する他方電極２ｃとが設けられている。一般的には、他方電極は接地電極であるが、中心電極が接地電極となることもある。他方電極は、点火プラグ２の中心軸線と略平行な平行部２１ｃと、略垂直な垂直部２２ｃとを有し、図６に示すように略Ｌ字形断面形状を有している。
FIG. 5 is a front view of the
こうして、点火プラグ２の点火ギャップ２ｂは、他方電極２ｃの平行部２１ｃ及び垂直部２２ｃにより二方向が閉鎖されるが、三方向の開口を有している。これらのうちの一つの開口は、正面開口２１ｂであり、他方電極２ｃの平行部２１ｃに垂直な方向の開口である。また、これらのうちの残り二つの開口は、側面開口２２ｂ及び２３ｂであり、他方電極２ｃの平行部２１ｃに平行な方向の開口であり、互いに対向している。
Thus, the
このような点火プラグ２の一般的な構成において、点火ギャップ２ｂにおいて発生させたアークを気流によって気流の下流側へ伸ばすためには、気流が点火プラグ２の点火ギャップ２ｂの三つの開口のうちの互いに対向する二つの側面開口２２ｂ及び２３ｂを通って、点火ギャップ２ｂを通過することが好ましい。特に、前述した三つの実施形態において、点火プラグ２は、スキッシュ流Ｓが他方電極２ｃの平行面２１ｃ及び垂直面２２ｃと略平行に点火ギャップ２ｂを通過するように配置されている（図１、図３、及び図４の点火プラグ２の他方電極の向きは図５と同じである）ために、アークＡは他方電極２ｃに邪魔されることなく自由にスキッシュ流（偏向されてもされなくても）の下流側へ伸びることができる。
In such a general configuration of the
第二及び第三実施形態において、タンブル流との合流以前のスキッシュ流Ｓが点火プラグ２の点火ギャップ２ｂを通過するようにしたが、第三実施形態において、図７に示すように、スキッシュ流Ｓとの合流以前のタンブル流Ｔ’が二つの側面開口２２ｂ及び２３ｂを通って点火ギャップ２ｂを通過するように、点火プラグ２を配置するようにしても良い。また、第二及び第三実施形態において、スキッシュ流Ｓとタンブル流Ｔ又はＴ’との合流部に点火ギャップ２ｂが位置するように、点火プラグ２を配置するようにしても良い。
In the second and third embodiments, the squish flow S before merging with the tumble flow passes through the
ところで、一般的に、機関回転数が高くなるほど、点火時期において発生するスキッシュ流Ｓは強くなる。それにより、点火時期において、常に同じ点火エネルギしか提供されないのでは、高回転時において、非常に強いスキッシュ流Ｓによって点火ギャップ２ｂで発生させたアークＡは吹き消されて失火することがある。それにより、スキッシュ流が強くなる機関運転状態ほど点火プラグ２における点火エネルギを大きくすることが好ましい。
By the way, generally, the higher the engine speed, the stronger the squish flow S generated at the ignition timing. As a result, if only the same ignition energy is always provided at the ignition timing, the arc A generated in the
前述したように、機関回転数が高くなるほど、図８に実線で示すように、スキッシュ流は強くなる。一方、スキッシュ流との合流直前のタンブル流Ｔ及びＴ’も機関回転数が高くなるほど強くなるが、図８に点線で示すように、スキッシュ流に比較して、それほどは強められない。それにより、このままでは、スキッシュ流とタンブル流とを合流させる第二及び第三実施形態において、機関回転数によっては、強められたスキッシュ流に対応してタンブル流は強められず、合流させた気流を意図するように気筒内中央部へ進行させることができなくなる。 As described above, the squish flow becomes stronger as the engine speed increases, as shown by the solid line in FIG. On the other hand, the tumble flows T and T ′ immediately before the merge with the squish flow become stronger as the engine speed increases, but as shown by the dotted line in FIG. Accordingly, in this state, in the second and third embodiments in which the squish flow and the tumble flow are merged, the tumble flow is not enhanced corresponding to the enhanced squish flow depending on the engine speed, and the merged air flow Cannot be advanced to the center of the cylinder as intended.
ここで、図８におけるスキッシュ流の強さ及びタンブル流の強さはそれぞれにスケールを有しており、両者が一致してもスキッシュ流の強さとタンブル流の強さが数値的に一致しているとは限らないが、この時には、スキッシュ流とタンブル流とが合流して意図するように気筒中央部へ進行することを意味している。すなわち、各機関回転数において、スキッシュ流とタンブル流とが合流して意図するように気筒中央部へ進行するようにするためには、図８において、点線で示すタンブル流の強さが、実線で示すスキッシュ流の強さに重なるように、各機関回転数においてタンブル流を強めることが好ましいこととなる。 Here, the strength of the squish flow and the strength of the tumble flow in FIG. 8 each have a scale, and even if they match, the strength of the squish flow and the strength of the tumble flow match numerically. At this time, it means that the squish flow and the tumble flow are merged and proceed to the center of the cylinder as intended. That is, at each engine speed, in order for the squish flow and the tumble flow to merge and proceed to the center of the cylinder as intended, the strength of the tumble flow indicated by the dotted line in FIG. It is preferable to strengthen the tumble flow at each engine speed so as to overlap with the strength of the squish flow shown in FIG.
例えば、吸気通路内に吸気流制御弁が設けられていれば、この吸気流制御弁の開度を小さくすることにより、吸気を吸気ポート上壁に沿わせて気筒内へ流入させ、タンブル流を強めることができる。それにより、吸気流制御弁の開度を制御し、機関回転数に応じて変化するスキッシュ流の強さに対応させてタンブル流を強めるようにすれば良い。こうして、機関回転数に係わらずに、スキッシュ流とタンブル流との合流後の気流の進行方向がほぼ一定となり、アークを混合気の中央部へ伸ばすことが可能となる。 For example, if an intake flow control valve is provided in the intake passage, by reducing the opening of the intake flow control valve, the intake air flows into the cylinder along the upper wall of the intake port, and the tumble flow is reduced. Can strengthen. Thereby, the opening degree of the intake flow control valve is controlled, and the tumble flow may be strengthened corresponding to the strength of the squish flow that changes according to the engine speed. In this way, regardless of the engine speed, the traveling direction of the airflow after the squish flow and the tumble flow merge is substantially constant, and the arc can be extended to the center of the mixture.
ここで、図８に示すように、設定回転数Ｎ２までは、機関回転数が高いほどスキッシュ流に比較してタンブル流は大きく強められるが、設定回転数Ｎ２を超えると、吸気量が多くなるために、機関回転数が高いほどタンブル流に比較してスキッシュ流は大きく強められる。それにより、タンブル流とスキッシュ流とがそれぞれほぼ同じ割合で強められるように、設定回転数Ｎ２までは、機関回転数が高くなるほど吸気流制御弁の開度は徐々に小さくされ、設定回転数Ｎ２を超えると、機関回転数が高くなるほど吸気流制御弁の開度は徐々に大きくされる。しかしながら、設定回転数Ｎ２までにおいて、機関回転数が高くなるほど吸気量が多くなるにも係わらずに、吸気流制御弁の開度が小さくされるために、吸気不足が発生することがあり、この時には、吸気流制御弁の開度を大きくすることが好ましい。 Here, as shown in FIG. 8, until the set speed N2, the higher the engine speed, the greater the tumble flow compared to the squish flow. However, when the engine speed exceeds the set speed N2, the intake amount increases. Therefore, the squish flow is greatly strengthened as the engine speed is higher than the tumble flow. As a result, the opening degree of the intake flow control valve is gradually reduced as the engine speed increases until the set rotational speed N2 so that the tumble flow and the squish flow are strengthened at substantially the same ratio. As the engine speed increases, the opening degree of the intake flow control valve is gradually increased. However, up to the set speed N2, the intake air shortage may occur because the opening of the intake flow control valve is reduced despite the increase in the intake air amount as the engine speed increases. Sometimes it is preferable to increase the opening of the intake flow control valve.
吸気流制御弁以外によりタンブル流を強める手段として、燃料噴射弁１から気筒内へ直接的に噴射される燃料の慣性力を利用することができる。すなわち、燃料の慣性力をタンブル流を強める付勢力として利用するのである。こうして、燃料噴射弁により噴射される燃料によりスキッシュ流の強さに対応させてタンブル流を強めることにより、機関回転数に係わらずに、スキッシュ流とタンブル流との合流後の気流の進行方向がほぼ一定となり、アークを混合気の中央部へ伸ばすことが可能となる。 As means for enhancing the tumble flow other than the intake flow control valve, the inertia force of the fuel directly injected from the fuel injection valve 1 into the cylinder can be used. That is, the inertial force of the fuel is used as an urging force that strengthens the tumble flow. In this way, by increasing the tumble flow according to the strength of the squish flow by the fuel injected by the fuel injection valve, the traveling direction of the air flow after the squish flow and the tumble flow are merged regardless of the engine speed. It becomes almost constant, and the arc can be extended to the center of the air-fuel mixture.
ここで、吸気流制御弁において説明したと同様に、設定回転数Ｎ２までは、機関回転数が高くなるほど噴射燃料によりタンブル流を大きく強め、設定回転数Ｎ２を超えると、機関回転数が高くなるほど噴射燃料によりタンブル流を小さく強めることとなる。 Here, as described in the intake flow control valve, until the set speed N2, the tumble flow is greatly increased by the injected fuel as the engine speed increases. When the engine speed exceeds the set speed N2, the engine speed increases. The tumble flow is strengthened small by the injected fuel.
吸気不足により吸気流制御弁の開度を増加させた時には、吸気流制御弁によっては意図するようにタンブル流を強めることができなくなるために、この時に噴射燃料により機関回転数に応じて変化するスキッシュ流の強さに対応させてタンブル流を強めるようにしても良い。 When the opening of the intake flow control valve is increased due to insufficient intake, the tumble flow cannot be strengthened as intended depending on the intake flow control valve. At this time, the fuel changes depending on the engine speed due to the injected fuel. The tumble flow may be strengthened according to the strength of the squish flow.
ところで、噴射燃料によりタンブル流を強めるには、図９に示すように、吸気下死点近傍においてタンブル流が気筒内を最も強く大きく旋回している時が好ましい。すなわち、吸気下死点近傍において、実線矢印で示すように、タンブル流Ｔ’の旋回方向にタンブル流Ｔ’に合流するように燃料を噴射してタンブル流Ｔ’を強めることが好ましい。 Incidentally, in order to intensify the tumble flow by the injected fuel, it is preferable that the tumble flow is swung most strongly in the cylinder in the vicinity of the intake bottom dead center as shown in FIG. That is, it is preferable to intensify the tumble flow T ′ by injecting the fuel so as to merge with the tumble flow T ′ in the swirling direction of the tumble flow T ′ in the vicinity of the intake bottom dead center as indicated by the solid line arrow.
吸気下死点近傍での噴射燃料によりタンブル流を強めるためには、機関回転数が高いほどピストンの移動速度が速まるために、意図するピストン位置においてタンブル流を噴射燃料により強めるためには、機関回転数が高いほど噴射時期を進角することが好ましい。 In order to intensify the tumble flow with the injected fuel near the intake bottom dead center, the higher the engine speed, the higher the moving speed of the piston. Therefore, in order to intensify the tumble flow with the injected fuel at the intended piston position, It is preferable to advance the injection timing as the rotational speed increases.
吸気下死点近傍において燃料を噴射すると、噴射燃料の一部がシリンダボアに付着してエンジンオイルを希釈させることがある。また、ピストン頂面のスキッシュエリア６’に燃料が付着すると、スキッシュエリアにデボジットが堆積して、スキッシュの発生に悪影響を与えることがある。それにより、図８に示すように、設定回転数Ｎ１より低い回転数では、スキッシュ流は殆ど強められず、この時には、タンブル流を強める必要がないために、吸気下死点近傍以外の燃料噴射時期において燃料を噴射することが好ましい。 When fuel is injected in the vicinity of the intake bottom dead center, a part of the injected fuel may adhere to the cylinder bore and dilute the engine oil. Further, if fuel adheres to the squish area 6 'on the top surface of the piston, debogit may accumulate in the squish area, which may adversely affect the occurrence of squish. As a result, as shown in FIG. 8, the squish flow is hardly enhanced at a rotational speed lower than the set rotational speed N1, and at this time, it is not necessary to strengthen the tumble flow. It is preferable to inject fuel at the time.
また、各機関回転数において、吸気下死点近傍ではタンブル流は最も強くなる。それにより、所定回転数を超えると、吸気下死点近傍でのタンブル流を、噴射燃料により強めることはできなくなり、それにより、所定回転数を超える時には、吸気下死点近傍において燃料を噴射しても意味はなく、この時にも吸気下死点近傍以外において燃料を噴射することが好ましい。 Also, at each engine speed, the tumble flow is strongest in the vicinity of the intake bottom dead center. As a result, the tumble flow in the vicinity of the intake bottom dead center cannot be strengthened by the injected fuel when the predetermined rotational speed is exceeded, so that when the predetermined rotational speed is exceeded, the fuel is injected near the intake bottom dead center. Even at this time, it is preferable to inject fuel outside the vicinity of the intake bottom dead center.
吸気下死点近傍以外の燃料噴射時期として、吸気及び圧縮上死点近傍で燃料を噴射すると、燃料噴射弁１からピストン頂面までの距離が短いために、噴射燃料がピストン頂面に衝突して跳ね返り、これがシリンダヘッドのスキッシュエリア６に付着すると、スキッシュエリア６にデボジットが堆積して、スキッシュの発生に悪影響を与えることがある。それにより、噴射燃料によりタンブル流を強めることができない時及びタンブル流を強める必要がない時には、吸気下死点近傍及び吸気及び圧縮上死点近傍以外で燃料を噴射するようにすることが好ましい。
When fuel is injected near the intake and compression top dead center as a fuel injection timing other than the vicinity of the intake bottom dead center, since the distance from the fuel injection valve 1 to the piston top surface is short, the injected fuel collides with the piston top surface. If this bounces back and adheres to the
また、噴射燃料によりタンブル流を強めるには、図１０に示すように、圧縮上死点近傍においてタンブル流Ｔ’が大きく減衰している時も好ましい。すなわち、圧縮上死点近傍において、実線矢印で示すように、タンブル流Ｔ’の旋回方向にタンブル流Ｔ’に合流するように燃料を噴射してタンブル流Ｔ’を強めることが好ましい。こうして、タンブル流Ｔ’は、燃料の慣性力を付勢力としてスキッシュ流との合流直前に強められる。 Further, in order to strengthen the tumble flow by the injected fuel, it is also preferable when the tumble flow T ′ is greatly attenuated near the compression top dead center as shown in FIG. That is, it is preferable to intensify the tumble flow T ′ by injecting the fuel so as to merge with the tumble flow T ′ in the swirling direction of the tumble flow T ′ near the compression top dead center. In this way, the tumble flow T ′ is strengthened immediately before joining the squish flow using the inertial force of the fuel as an urging force.
しかしながら、圧縮上死点近傍において、現在の運転状態に対して必要な燃料の全てを噴射すると、点火までに全ての燃料を十分に気化させることができないことがある。それにより、必要燃料量の一部を圧縮上死点近傍以外で噴射し、必要燃料量の残りを圧縮上死点近傍で噴射することが好ましい。必要燃料量の残りを吸気下死点近傍において噴射して、前述したようにタンブル流を強めるようにしても良い。また、エンジンオイルの希釈及びピストン側のスキッシュエリア６’へのデポジットの付着を抑制するために、必要燃料量の残りは、前述同様に、吸気下死点近傍以外に噴射されるようにしても良い。 However, if all of the fuel necessary for the current operating state is injected in the vicinity of the compression top dead center, it may not be possible to sufficiently vaporize all the fuel before ignition. Accordingly, it is preferable that a part of the required fuel amount is injected outside the vicinity of the compression top dead center, and the rest of the required fuel amount is injected near the compression top dead center. The remainder of the required fuel amount may be injected in the vicinity of the intake bottom dead center to strengthen the tumble flow as described above. Further, in order to suppress dilution of engine oil and adhesion of deposits to the squish area 6 'on the piston side, the remaining amount of required fuel may be injected outside the vicinity of the intake bottom dead center, as described above. good.
圧縮上死点近傍の燃料噴射割合（必要燃料量に対する圧縮上死点近傍での燃料噴射量）が大きくされるほど圧縮上死点近傍の燃料噴射量が増加され、タンブル流をより強めることができる。それにより、これを利用して、スキッシュ流の強さに対応させてタンブル流を強めることにより、機関回転数に係わらずに、スキッシュ流とタンブル流との合流後の気流の進行方向がほぼ一定となり、アークを混合気の中央部へ伸ばすことが可能となる。 The fuel injection amount in the vicinity of the compression top dead center increases as the fuel injection ratio in the vicinity of the compression top dead center (the fuel injection amount in the vicinity of the compression top dead center with respect to the required fuel amount) increases, which may further strengthen the tumble flow. it can. Therefore, by using this to strengthen the tumble flow according to the strength of the squish flow, the direction of air flow after merging the squish flow and the tumble flow is almost constant regardless of the engine speed. Thus, the arc can be extended to the center of the air-fuel mixture.
また、圧縮上死点近傍の噴射時期が遅角されるほどタンブル流が強められてからスキッシュ流との合流までの時間が短くなり、合流時におけるタンブル流をより強くすることができる。それにより、これを利用して、スキッシュ流の強さに対応させてタンブル流を強めることにより、機関回転数に係わらずに、スキッシュ流とタンブル流との合流後の気流の進行方向がほぼ一定となり、アークを混合気の中央部へ伸ばすことが可能となる。 Further, as the injection timing near the compression top dead center is retarded, the time from the strengthening of the tumble flow to the merge with the squish flow is shortened, and the tumble flow at the time of merge can be made stronger. Therefore, by using this to strengthen the tumble flow according to the strength of the squish flow, the direction of air flow after merging the squish flow and the tumble flow is almost constant regardless of the engine speed. Thus, the arc can be extended to the center of the air-fuel mixture.
また、圧縮上死点近傍での燃料噴射及び前述の吸気下死点近傍での燃料噴射においては、燃料噴射方向がタンブル流を最も効率的に強める燃料噴射方向に近づけられるほどタンブル流をより強くすることができる。例えば、軸線方向に噴射方向の異なる複数の噴孔を形成し、弁体のリフト位置を変化させることにより燃料が噴射される噴孔を選択可能な燃料噴射弁を使用すれば、燃料噴射方向を変化させることができる。こうして燃料噴射方向を変化させることにより、スキッシュ流の強さに対応させてタンブル流を強めることができ、機関回転数に係わらずに、スキッシュ流とタンブル流との合流後の気流の進行方向がほぼ一定となり、アークを混合気の中央部へ伸ばすことが可能となる。 In addition, in fuel injection near the compression top dead center and fuel injection near the intake bottom dead center, the tumble flow becomes stronger as the fuel injection direction approaches the fuel injection direction that most effectively enhances the tumble flow. can do. For example, if a fuel injection valve in which a plurality of injection holes with different injection directions are formed in the axial direction and the injection holes into which fuel is injected can be selected by changing the lift position of the valve body is used, the fuel injection direction is changed. Can be changed. By changing the fuel injection direction in this manner, the tumble flow can be strengthened in accordance with the strength of the squish flow, and the traveling direction of the airflow after the squish flow and the tumble flow are merged regardless of the engine speed. It becomes almost constant, and the arc can be extended to the center of the air-fuel mixture.
また、圧縮上死点近傍での燃料噴射及び前述の吸気下死点近傍での燃料噴射において、燃料噴射率が高められるほど噴射燃料の付勢力が高められ、タンブル流をより強めることができる。それにより、例えば、蓄圧室の燃料圧を変化させて燃料噴射率を変化させることにより、スキッシュ流の強さに対応させてタンブル流を強めることができ、機関回転数に係わらずに、スキッシュ流とタンブル流との合流後の気流の進行方向がほぼ一定となり、アークを混合気の中央部へ伸ばすことが可能となる。 Further, in the fuel injection in the vicinity of the compression top dead center and the fuel injection in the vicinity of the intake bottom dead center, the urging force of the injected fuel is increased as the fuel injection rate is increased, and the tumble flow can be further strengthened. As a result, for example, by changing the fuel injection rate by changing the fuel pressure in the pressure accumulating chamber, the tumble flow can be strengthened corresponding to the strength of the squish flow, and the squish flow can be increased regardless of the engine speed. The traveling direction of the airflow after merging with the tumble flow becomes substantially constant, and the arc can be extended to the center of the air-fuel mixture.
こうして、吸気下死点近傍の燃料噴射又は圧縮上死点近傍の燃料噴射により、スキッシュ流とタンブル流とを合流させて気流の進行方向をほぼ一定とするために、機関回転数に応じてタンブル流が強められる。そのためには、前述したように、吸気下死点近傍の燃料噴射における燃料噴射方向又は燃料噴射率や、圧縮上死点近傍の燃料噴射における燃料噴射割合、噴射時期、燃料噴射方向、又は、燃料噴射率を制御することとなる。これらのうちから選択されて実際の制御で使用する制御パラメータは、機関回転数毎に予め設定されることとなる。 Thus, the squish flow and the tumble flow are merged by fuel injection near the intake bottom dead center or near the compression top dead center so that the traveling direction of the air flow is substantially constant. The flow is strengthened. For that purpose, as described above, the fuel injection direction or fuel injection rate in the fuel injection near the intake bottom dead center, the fuel injection ratio, the injection timing, the fuel injection direction, or the fuel in the fuel injection near the compression top dead center The injection rate will be controlled. Control parameters selected from these and used in actual control are set in advance for each engine speed.
しかしながら、実際において、タンブル流の僅かな強弱によってスキッシュ流とタンブル流とを合流させた気流の進行方向が僅かに変化して機関出力を低下させることがある。それにより、制御パラメータは、内燃機関毎に各機関運転状態で設定し直すことが好ましい。例えば、内燃機関毎に各機関運転状態で最大機関出力が得られるように制御パラメータを変化させて、内燃機関毎の各機関運転状態における最適な制御パラメータを決定することが好ましい。このような制御パラメータの決定は、車両の出荷前において工場で実施されても良いし、また、実際の車両走行中の定常運転時において実施されても良い。 However, in actuality, the traveling direction of the air flow that combines the squish flow and the tumble flow may slightly change due to the slight strength of the tumble flow, which may reduce the engine output. Thereby, it is preferable to reset the control parameters in each engine operating state for each internal combustion engine. For example, it is preferable to change the control parameter so that the maximum engine output is obtained in each engine operating state for each internal combustion engine, and to determine the optimal control parameter in each engine operating state for each internal combustion engine. Such control parameter determination may be performed at a factory before the vehicle is shipped, or may be performed during steady operation during actual vehicle travel.
これまで説明した実施形態において、気筒内への噴射燃料によりタンブル流を強める必要がない場合には、燃料噴射弁を吸気ポートに配置して、吸気同期又は吸気非同期での燃料噴射により気筒内へ燃料を供給して均質燃焼を実施するようにしても良い。もちろん、気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁以外に燃料噴射弁を吸気ポートにも配置して、タンブル流を強めるために気筒内へ噴射される燃料以外の燃料を吸気ポートへ噴射するようにしても良い。 In the embodiments described so far, when it is not necessary to increase the tumble flow by the fuel injected into the cylinder, the fuel injection valve is disposed in the intake port, and the fuel is injected into the cylinder by the intake synchronous or asynchronous intake fuel injection. You may make it implement homogeneous combustion by supplying a fuel. Of course, in addition to the fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder, a fuel injection valve is also arranged at the intake port, and fuel other than the fuel injected into the cylinder to enhance the tumble flow is taken into the intake port. You may make it inject to.
これまで、均質混合気を燃焼させる均質燃焼に関して説明したが、これは本発明を限定するものではなく、成層混合気を燃焼させる成層燃焼にも本発明を適用することができる。この場合には、点火時期における気筒内空間の中央部を中心に可燃混合気（気筒内全体として理論空燃比よりリーンとなる）を形成するために、圧縮行程後半にタンブル流の内側の淀み空間内に燃料を噴射すればよい。このように形成された可燃混合気は、前述したようにして気筒内中央部へ伸ばされるアークによって中央部から放射状に短時間で燃焼させることができ、燃焼速度の速い良好な成層燃焼を実現することができる。 So far, the homogeneous combustion for burning the homogeneous mixture has been described, but this does not limit the present invention, and the present invention can be applied to the stratified combustion for burning the stratified mixture. In this case, a stagnation space inside the tumble flow is formed in the latter half of the compression stroke in order to form a combustible air-fuel mixture (lean from the stoichiometric air-fuel ratio as a whole in the cylinder) around the center of the cylinder space at the ignition timing. What is necessary is just to inject a fuel in. The combustible air-fuel mixture thus formed can be burned radially from the central portion in a short time by the arc extending to the central portion of the cylinder as described above, realizing good stratified combustion with a high combustion rate. be able to.
前述したように噴射燃料によりタンブル流を強める場合において、可燃混合気を形成するために圧縮行程後半にタンブル流の内側へ燃料を噴射するには、燃料噴射弁は二方向に（必要に応じて噴射時期を異ならせて）燃料を噴射することが必要になる。そのためには、前述したような燃料噴射方向を変化させることができる燃料噴射弁を使用すれば良い。 As described above, in the case where the tumble flow is strengthened by the injected fuel, in order to inject the fuel into the tumble flow in the latter half of the compression stroke in order to form a combustible air-fuel mixture, the fuel injection valve is moved in two directions (if necessary) It is necessary to inject fuel (at different injection timings). For this purpose, a fuel injection valve capable of changing the fuel injection direction as described above may be used.
前述した実施形態において点火プラグは一つとしたが、スキッシュ流の進行方向と平行に気筒内空間を複数の領域に分けて考えて、領域毎に点火プラグを配置してアークを各領域の中央部へ伸ばして気筒内の混合気を多点着火させるようにしても良い。この場合において、各点火プラグのアークを各領域の中央部へ伸ばすためには、前述同様に、スキッシュ流だけを使用しても、スキッシュ流とタンブル流とを合流させて使用するようにしても良い。 In the embodiment described above, the number of spark plugs is one. However, considering the cylinder space divided into a plurality of regions parallel to the direction of travel of the squish flow, the spark plugs are arranged in each region, and the arc is arranged at the center of each region. The mixture in the cylinder may be ignited at multiple points. In this case, in order to extend the arc of each spark plug to the center of each region, as described above, only the squish flow or the squish flow and the tumble flow may be used together. good.
１ 燃料噴射弁
２ 点火プラグ
３ 吸気弁
４ 排気弁
５ ピストン
６ シリンダヘッド側のスキッシュエリア
６’ ピストン側のスキッシュエリア
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