JP2008175187A - Fuel injection system for cylinder injection engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置に関し、燃料の噴射を制御することによってエンジンを制御するエンジン制御の技術分野に属する。 The present invention relates to a fuel injection device for an in-cylinder injection engine that directly injects fuel into a cylinder, and belongs to the technical field of engine control for controlling an engine by controlling fuel injection.
従来、筒内噴射式エンジンでは、燃料は、吸気行程において燃料噴射弁(インジェクタ)によって気筒とピストンとが協働して形成する燃焼室にその側方から噴射され、燃焼室頂部に配置された点火プラグの2つの電極間に起こされる火花放電により点火されて燃焼される。 Conventionally, in an in-cylinder injection engine, fuel is injected from the side into a combustion chamber formed by the cooperation of a cylinder and a piston by a fuel injection valve (injector) in an intake stroke, and is arranged at the top of the combustion chamber. It is ignited and burned by a spark discharge caused between the two electrodes of the spark plug.
このとき、インジェクタによる燃料の噴射方向は、吸気行程中の気筒全体に燃料がいきわたるように、空気が流入する吸気弁の方向に設定されている。 At this time, the fuel injection direction by the injector is set to the direction of the intake valve into which the air flows so that the fuel spreads throughout the cylinder during the intake stroke.
ところが、このような場合、エンジンが冷間状態にあり、触媒を暖機するための点火リタードタイミングでは、点火プラグの電極周辺に燃料が不足(混合気の希薄化)し、火花放電を起こしても着火しないことがあった。 However, in such a case, the engine is in a cold state, and at the ignition retard timing for warming up the catalyst, there is a shortage of fuel around the electrode of the spark plug (the mixture is diluted), causing spark discharge. Even did not ignite.
この対処として、例えば特許文献1に記載するようなマルチホールインジェクタと呼ばれる、燃料を噴射する噴射口を複数有するインジェクタが考えられている。これは、複数の噴射口それぞれが異なる方向に燃料を噴射するように構成されており、少なくとも1つの噴射口が点火プラグの2つの電極間に向かって燃料を直接噴射するように設定されている。これにより、点火プラグの電極周辺に十分な燃料を供給し、混合気の希薄化を抑制している。 As a countermeasure, for example, an injector called a multi-hole injector as described in Patent Document 1 has a plurality of injection ports for injecting fuel. This is configured such that each of the plurality of injection ports injects fuel in different directions, and at least one injection port is set to directly inject fuel between the two electrodes of the spark plug. . Thereby, sufficient fuel is supplied to the periphery of the electrode of the spark plug to suppress the dilution of the air-fuel mixture.
しかしながら、上述のマルチホールインジェクタを用いた場合、エンジン始動時、特にエンジンが冷間状態にあるとき、点火プラグの電極に向かって直接噴射された燃料が液状のまま該電極に付着することがある。いわゆる点火プラグがぬれる状態になり、或いは付着燃料に起因するカーボンのいわゆるくすぶりが発生し、正常な火花放電を起こすことができない状態になることがある。また、これに起因し、スモークも生成しやすくなる。これは、点火プラグや気筒内の温度が低いために、燃料が点火プラグの電極に到達するまでの間に十分に気化することができない、または細かい粒子状にならないことによる。 However, when the above-described multi-hole injector is used, when the engine is started, particularly when the engine is in a cold state, the fuel directly injected toward the electrode of the spark plug may adhere to the electrode in a liquid state. . A so-called spark plug may become wet, or so-called smoldering of carbon resulting from attached fuel may occur, and normal spark discharge may not occur. In addition, smoke is easily generated due to this. This is because the temperature inside the spark plug and the cylinder is low, so that the fuel cannot be sufficiently vaporized until it reaches the electrode of the spark plug or does not become fine particles.
そこで、本発明は、エンジンが冷間状態にあっても、確実に燃料を燃焼させることができる筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the fuel-injection apparatus of the cylinder injection type engine which can burn a fuel reliably, even if an engine is a cold state.
上述の課題を解決するために、本願の請求項1に記載の発明は、気筒と協働して燃焼室を形成するピストンと、燃焼室上部に配置された点火プラグと、燃焼室側方部から燃料を噴射するインジェクタとを有する筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置であって、インジェクタの燃料の噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段を有し、前記燃料噴射制御手段は、エンジンが冷間状態にあるときは燃料噴射のタイミングを圧縮行程に設定するように構成されており、前記インジェクタは、燃料噴霧が点火プラグの電極との間に所定距離を隔てて近接するように燃料を噴射する第1の噴射口と、前記第1の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射する第2の噴射口とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the invention according to claim 1 of the present application is directed to a piston that forms a combustion chamber in cooperation with a cylinder, a spark plug disposed at an upper portion of the combustion chamber, and a side portion of the combustion chamber. A fuel injection device for a cylinder injection engine having an injector for injecting fuel from a fuel injection control means for controlling fuel injection timing of the injector, wherein the fuel injection control means When in a state, the fuel injection timing is set to the compression stroke, and the injector injects the fuel so that the fuel spray comes close to the electrode of the spark plug with a predetermined distance. A first injection port and a second injection port for injecting fuel to the piston side as compared with the first injection port are provided.
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置において、前記インジェクタは、前記第1の噴射口を複数備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the fuel injection device for an in-cylinder injection engine according to the first aspect, the injector includes a plurality of the first injection ports.
さらに、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置において、前記第1および第2の噴射口は、所定の基準軸に直交する平面に対して第1の噴射口の噴射方向線が交差する点を第1の交点、第2の噴射口の噴射方向線が交差する点を第2の交点としたとき、隣接しあう第1の交点間の距離が隣接しあう第1の交点と第2の交点との間の距離より短くなるように、噴射方向が設定されていることを特徴とする。ここで、前記基準軸としては、インジェクタの中心軸が想定される。 Furthermore, the invention according to claim 3 is the fuel injection device for a direct injection type engine according to claim 2, wherein the first and second injection ports are in a plane perpendicular to a predetermined reference axis. When the point where the injection direction lines of the first injection ports intersect is the first intersection point, and the point where the injection direction lines of the second injection port intersect is the second intersection point, between the adjacent first intersection points The injection direction is set so that the distance is shorter than the distance between the first intersection and the second intersection that are adjacent to each other. Here, the central axis of the injector is assumed as the reference axis.
さらにまた、請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1つに記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置において、前記インジェクタは、前記第2の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射する第3の噴射口を備えることを特徴とする。 Furthermore, the invention according to claim 4 is the fuel injection device for a direct injection type engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the injector is a piston as compared with the second injection port. A third injection port for injecting fuel on the side is provided.
加えて、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置において、前記インジェクタは、前記第3の噴射口を複数備えることを特徴とする。 In addition, according to a fifth aspect of the present invention, in the fuel injection device for an in-cylinder injection engine according to the fourth aspect, the injector includes a plurality of the third injection ports.
加えてまた、請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置において、前記複数の第3の噴射口は、前記基準軸に直交する平面に対して噴射方向線が交差する点を第3の交点としたとき、隣接しあう第3の交点間の距離が隣接しあう第1の交点間の距離より長くなるように、噴射方向が設定されていることを特徴とする。 In addition, according to a sixth aspect of the present invention, in the fuel injection device for a direct injection engine according to the fifth aspect, the plurality of third injection ports are in a plane perpendicular to the reference axis. The injection direction is set so that the distance between the adjacent third intersections is longer than the distance between the adjacent first intersections when the point at which the injection direction lines intersect is the third intersection. It is characterized by that.
さらに加えて、請求項7に記載の発明は、請求項5に記載の筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置において、前記複数の第3の噴射口は、前記基準軸に直交する平面に対して噴射方向線が交差する点を第3の交点としたとき、隣接しあう第3の交点間の距離が隣接しあう第1の交点間の距離より短くなるように、噴射方向が設定されていることを特徴とする。 In addition, according to a seventh aspect of the invention, in the fuel injection device for an in-cylinder injection engine according to the fifth aspect, the plurality of third injection ports are in a plane perpendicular to the reference axis. The injection direction is set so that the distance between the adjacent third intersections is shorter than the distance between the adjacent first intersections when the point where the injection direction lines intersect is the third intersection. It is characterized by that.
請求項1に記載の発明によれば、インジェクタの第1の噴射口が、点火プラグの電極に向かって直接噴射するのではなく、燃料噴霧が点火プラグの電極との間に所定距離を隔てて近接するように燃料を噴射する。また、エンジンが冷間状態にあるとき、燃料噴射は、圧縮行程において実行する。これらにより、点火プラグの電極に液状の燃料が付着することによる該電極のぬれやカーボンのくすぶり等を抑制しつつ、点火プラグの電極とその周囲を含む領域にミスファイアしない適度な量の燃料を供給すること(混合気の弱成層化)ができ、触媒暖機を早めるためのリタード点火タイミングにおいても着火性が向上する。 According to the first aspect of the present invention, the first spray port of the injector does not inject directly toward the electrode of the spark plug, but the fuel spray is spaced a predetermined distance from the electrode of the spark plug. Inject fuel so that it is close. Also, when the engine is in a cold state, fuel injection is performed during the compression stroke. With these, while suppressing the wetting of the electrode and carbon smoldering due to the liquid fuel adhering to the electrode of the spark plug, an appropriate amount of fuel that does not misfire to the region including the electrode of the spark plug and its surroundings is provided. It can be supplied (a weak stratification of the air-fuel mixture), and the ignitability is improved even at the retard ignition timing for speeding up the catalyst warm-up.
さらに、インジェクタの第2の噴射口が、第1の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射することにより、燃焼室全体に燃料を拡散させることができると共に、噴射時期を早めて十分な気化時間を確保することが可能となることにより、混合気過濃部の不完全燃焼によるスモークの発生が抑制されることになり、これらにより、エンジンが冷間状態にあっても、良好な燃焼状態が実現されることになる。 Further, the second injection port of the injector injects fuel to the piston side as compared with the first injection port, so that the fuel can be diffused throughout the combustion chamber and the injection timing can be advanced to achieve sufficient vaporization. By making it possible to secure the time, the generation of smoke due to incomplete combustion in the rich mixture portion is suppressed, and these ensure good combustion even when the engine is cold. Will be realized.
また、請求項2に記載の発明によれば、インジェクタが第1の噴射口を複数備えることにより、点火プラグの電極とその周囲を含む領域内の燃料濃度が高くなり、第1の噴射口が1つである場合に比べて着火性が向上する。 According to the second aspect of the present invention, since the injector includes a plurality of first injection ports, the fuel concentration in the region including the electrode of the spark plug and the periphery thereof increases, and the first injection port The ignitability is improved as compared with the case of one.
さらに、請求項3に記載の発明によれば、前記第1および第2の噴射口の噴射方向を、所定の基準軸に直交する平面に対して第1の噴射口の噴射方向線が交差する点を第1の交点、第2の噴射口の噴射方向線が交差する点を第2の交点として、隣接しあう第1の交点間の距離が隣接しあう第1の交点と第2の交点との間の距離より短くなるように設定したので、複数の第1の噴射口から噴射された燃料が移動する場所(燃焼室上部)と単一の第2の噴射口から噴射された燃料が移動する場所(燃焼室下部)との間に、流速の相違に基づいて前者が後者よりも低くなるく方向の圧力差が生じ、第2の噴射口から噴射された燃料の一部が燃焼室下部から上部に引かれる。 Furthermore, according to the invention of claim 3, the injection direction line of the first injection port intersects the injection direction of the first and second injection ports with respect to a plane perpendicular to the predetermined reference axis. The first intersection and the second intersection where the distance between the adjacent first intersections is adjacent, where the point is the first intersection and the point where the injection direction lines of the second injection ports intersect is the second intersection Is set so as to be shorter than the distance between the first fuel injection port and the fuel injected from the plurality of first injection ports (upper combustion chamber) and the fuel injected from the single second injection port. A pressure difference in the direction in which the former is lower than the latter is generated based on the difference in flow velocity between the moving location (lower combustion chamber), and a part of the fuel injected from the second injection port is in the combustion chamber. It is drawn from the bottom to the top.
その結果、第2の噴射口から噴射された燃料の一部が電極プラグの電極に向かって移動して着火性を向上させるとともに、燃焼室内において下部から上部へ燃料が移動する流れが形成されて燃焼室全体に燃料がより拡散される。なお、補足すると、上述とは逆で隣接しあう第1の交点間の距離が隣接しあう第1の交点と第2の交点との間の距離より長いと、第2の噴射口から噴射された燃料が燃焼室上部に引かれる現象は生じない。 As a result, a part of the fuel injected from the second injection port moves toward the electrode of the electrode plug to improve ignitability, and a flow is formed in which the fuel moves from the lower part to the upper part in the combustion chamber. Fuel is more diffused throughout the combustion chamber. In addition, if it supplements, if the distance between the 1st intersection which adjoins contrary to the above is longer than the distance between the 1st intersection which adjoins, and the 2nd intersection, it will be injected from the 2nd injection hole. The fuel is not drawn to the upper part of the combustion chamber.
さらにまた、請求項4に記載の発明によれば、インジェクタは、第2の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射する第3の噴射口を備えており、これにより、燃料を燃焼室全体により拡散させることができる。 Furthermore, according to the invention described in claim 4, the injector includes the third injection port for injecting fuel to the piston side as compared with the second injection port, whereby the fuel is injected into the entire combustion chamber. Can be diffused.
加えて、請求項5に記載の発明によれば、インジェクタは、第3の噴射口を複数備えており、これにより、第3の噴射口が1つである場合に比べてさらに燃料を燃焼室全体により拡散させることができる。具体的に言うと、多くの燃料をピストン近くに供給でき、第1および第2の噴射口から噴射された燃焼室上部にある燃料の量と複数の第3の噴射口から噴射された燃焼室下部にある燃料の量との差が小さくなる、すなわち燃焼室全体の燃料の分布が略一様になる。 In addition, according to the fifth aspect of the present invention, the injector includes a plurality of third injection ports, and as a result, more fuel is supplied to the combustion chamber than in the case where there is one third injection port. It can be diffused as a whole. Specifically, a large amount of fuel can be supplied near the piston, the amount of fuel in the upper portion of the combustion chamber injected from the first and second injection ports, and the combustion chamber injected from the plurality of third injection ports The difference from the amount of fuel in the lower portion becomes smaller, that is, the fuel distribution in the entire combustion chamber becomes substantially uniform.
加えてまた、請求項6に記載の発明によれば、複数の第3の噴射口の噴射方向を、所定の基準軸に直交する平面に対して第3の噴射口の噴射方向線が交差する点を第3の交点として、隣接しあう第3の交点間の距離が隣接しあう第1の交点間の距離より長くなるように設定したので、気筒を点火プラグ側から見た場合、複数の第3の噴射口から噴射された燃料がピストンの頭頂面全体に拡散されてあたることになる。したがって、ピストンの頭頂面の一部に集中的に噴射された燃料があたることによりその部分に燃料が付着することが抑制される。 In addition, according to the invention described in claim 6, the injection direction lines of the third injection ports intersect the injection direction of the plurality of third injection ports with respect to a plane orthogonal to the predetermined reference axis. Since the point is set as the third intersection point, the distance between the adjacent third intersection points is set to be longer than the distance between the adjacent first intersection points. The fuel injected from the third injection port is diffused over the entire top surface of the piston. Therefore, it is possible to prevent the fuel from adhering to the portion of the piston top face from being intensively injected.
一方、請求項7に記載の発明によれば、複数の第3の噴射口の噴射方向を、所定の基準軸に直交する平面に対して第3の噴射口の噴射方向線が交差する点を第3の交点として、隣接しあう第3の交点間の距離が隣接しあう第1の交点間の距離より短くなるように設定したので、複数の第3の噴射口から噴射された燃料は、集合してペネトレーションが大きい流れとなり、その流れはピストンの頭頂面に沿って方向を変え、第2の噴射口から噴射された燃料を点火プラグの電極に向かって運ぶ流れとなる。その結果、点火プラグの電極とその周囲を含む領域に十分量の燃料が供給され、高い着火性が確保される。 On the other hand, according to the seventh aspect of the present invention, the injection direction of the plurality of third injection ports is defined by the point where the injection direction line of the third injection port intersects the plane orthogonal to the predetermined reference axis. Since the third intersection is set so that the distance between the adjacent third intersections is shorter than the distance between the adjacent first intersections, the fuel injected from the plurality of third injection ports is Collectively, the flow becomes a large penetration, the flow changes direction along the top surface of the piston, and the flow of the fuel injected from the second injection port toward the electrode of the spark plug. As a result, a sufficient amount of fuel is supplied to the region including the electrode of the spark plug and its periphery, and high ignitability is ensured.
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置を含むエンジンの制御系を概略的に示している。 FIG. 1 schematically shows a control system of an engine including a fuel injection device according to an embodiment of the present invention.
図1には、多筒式エンジン10と、エンジン10を制御するエンジンコントロールユニット(ECU)12とが示されている。
FIG. 1 shows a
図1においてその出力軸14の軸方向から見た断面で1つの気筒16が示されているエンジン10は、いわゆる筒内噴射式エンジンである。エンジン10は、気筒16とピストン18とが協働して形成する燃焼室20に燃料を噴射するインジェクタ22と、燃焼室20内の燃料を燃焼させるための点火プラグ24と、燃焼室20に空気を供給する吸気路26と、燃焼室20内の排気ガスを排気する排気路28とを有する。
In FIG. 1, the
また、エンジン10は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程からなる燃焼サイクルを実行するための吸気弁30と排気弁32とを有する。
The
ECU12は、インジェクタ22と点火プラグ24を制御して燃焼室20内での燃料の燃焼を制御するように構成されており、具体的にはインジェクタ22と点火プラグ24に制御信号を出力するように構成されている。また、エンジン10の冷却水34の温度を検出する水温センサ36からの信号を受け取るように構成されている。
The
ECU12は、水温センサ36からの信号に基づいて、インジェクタ22に出力する制御信号のタイミング(すなわち、燃料噴射のタイミング)を設定するように構成されている。
The
具体的にいうと、ECU12は、エンジン10が所定の冷間状態であることを示す信号(具体的には、所定の温度以下に対応する信号)が水温センサ36から出力されるときは、燃料噴射のタイミングが圧縮行程中になるようにインジェクタ22を制御する。それ以外は、燃料噴射のタイミングが吸気行程中になるようにインジェクタ22を制御する。
Specifically, when the signal indicating that the
ここで言う「エンジンの所定の冷間状態」とは、エンジンが外気と略同等の温度で、触媒が暖まっていない(活性化していない)状態を言う。例えば、長時間停止していたエンジンが始動されるときの状態が該当する。 Here, the “predetermined cold state of the engine” refers to a state where the engine is at a temperature substantially equal to the outside air and the catalyst is not warmed (not activated). For example, this corresponds to a state when an engine that has been stopped for a long time is started.
エンジンが冷間状態である場合、圧縮行程中に燃料を噴射するタイミングを設定する理由は、プラグ周りに着火しやすい混合気を集め、点火時期をリタードできるようにするためである。エンジンが冷間状態にあるときに燃料の噴射タイミングを圧縮行程中に設定することにより、点火リタードができ、排気温度を上げて触媒暖機を早められ、HCの排出を抑制している。 When the engine is in a cold state, the reason for setting the timing for injecting fuel during the compression stroke is to collect an air-fuel mixture that easily ignites around the plug so that the ignition timing can be retarded. By setting the fuel injection timing during the compression stroke when the engine is in a cold state, ignition retard can be performed, exhaust temperature can be raised, catalyst warm-up can be accelerated, and HC emissions are suppressed.
また、ECU12は、圧縮行程から膨張行程の間に点火プラグ24に制御信号を出力するように(圧縮行程から膨張行程の間に燃料に点火するように)構成されている。なお、エンジン10が冷間状態にあるとき、すなわち圧縮行程中に燃料が気筒16内に噴射される場合、点火のタイミングを吸気行程に燃料が気筒16内に噴射される場合に比べてリタードするようにECU12を構成してもよい。
The
図2に燃焼室20の拡大図を示し、図3にインジェクタ22の先端の断面図を示す。
FIG. 2 shows an enlarged view of the
図2に示すように、インジェクタ22は、燃焼室20にその側方から燃料を噴射するようにエンジン10に配置されている。
As shown in FIG. 2, the
また、図2や図3に示すように、インジェクタ22は、燃焼室20の中心部に向けて、複数の方向A1〜A2、B、C1〜C4の方向に燃料を噴射するように構成されている。噴射方向A1とA2、C1とC4、およびC2とC3は、出力軸14の軸方向から見た場合、図2や図3に示すように重なって見える。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
具体的には、図3に示すように、インジェクタ22は、その先端に設けられたインジェクタヘッド50に形成された、噴射方向A1〜A2に燃料を噴射するための噴射口(特許請求の範囲に記載の第1の噴射口に対応。)52a〜52bと、噴射方向Bに燃料を噴射するための噴射口(特許請求の範囲に記載の第2の噴射口に対応。)54と、噴射方向C1〜C4に燃料を噴射するための噴射口(特許請求の範囲に記載の第3の噴射口に対応。)56a〜56dとを有する。すなわち、インジェクタ22は、合計7つの噴射口を備えるマルチホールインジェクタである。
Specifically, as shown in FIG. 3, the
インジェクタ22は、インジェクタヘッド50内の空間58に燃料ポンプ(図示せず)から供給される高圧の燃料を蓄え、空間58と複数の噴射口52a〜52b、54、56a〜56dとの連絡を遮断するニードル弁60がその中心軸CL方向に後退する(点線の位置に移動する)ことによって該噴射口と該空間を連絡することにより、燃料を噴射するように構成されている。インジェクタ22は、ECU12からの制御信号に基づいてニードル弁60を後退させるように構成されている。
The
複数の噴射方向A1〜A2、B、C1〜C4は、ニードル弁の中心軸CLを基準軸(特許請求の範囲に記載の所定の基準軸に対応。)としてその角度が設定されている。噴射方向A1、A2は、基準軸CLに対して点火プラグ24側の角度αの方向に設定されている。また、噴射方向Bは、基準軸CL方向に略一致するように設定されている。さらに、噴射方向C1とC4は、基準軸CLに対してピストン18側の角度βの方向に設定されている。さらにまた、噴射方向C2とC3は、基準軸CLに対してピストン18側の角度γ(γ>β)の方向に設定されている。
The angles of the plurality of injection directions A1 to A2, B, and C1 to C4 are set with the central axis CL of the needle valve as a reference axis (corresponding to a predetermined reference axis described in claims). The injection directions A1 and A2 are set in the direction of the angle α on the
異なる観点から見れば、噴射方向Bは噴射方向A1(A2)に対してピストン18側の角度αの方向に設定され、噴射方向C1とC4は噴射方向A1(A2)に対してピストン18側の角度(α+β)の方向に設定され、噴射方向C2とC3は噴射方向A1(A2)に対してピストン18側の角度(α+γ)の方向に設定されている。
From a different point of view, the injection direction B is set to the direction of the angle α on the
図2に戻って、全ての噴射方向がピストン18側に向くようにインジェクタ22はエンジン10に配置されており、噴射口52a、52bの噴射方向A1、A2は、図2に示すように、他の噴射方向に比べて最も点火プラグ24側に燃料を噴射する方向である。
Returning to FIG. 2, the
また、噴射口52a、52bの噴射方向A1、A2は、噴射口52a、52bの噴射方向A1、A2軸と点火プラグ24の電極72bとの間の最短距離が所定距離Lになるように設定されている。
Further, the injection directions A1 and A2 of the
所定距離Lについて説明する。一般に噴射口から噴射された燃料は噴射方向に移動しつつ、噴射方向軸を中心として放射状に拡散する。したがって、噴射口52a、52bについては、噴射方向A1、A2軸が直接電極72bを指向していなくても、エンジン10が冷間状態であるときに液状の燃料噴霧が電極72bに付着することがある。このことを考慮し、前記所定距離Lは、液状の燃料噴霧が電極72bに付着しないように求められた距離である。
The predetermined distance L will be described. In general, the fuel injected from the injection port diffuses radially around the injection direction axis while moving in the injection direction. Therefore, for the
噴射方向B、C1〜C4は、噴射口54、56a〜56dから噴射された燃料がピストン18の頭頂面74に形成された凹部(キャビティ)76に向かう方向に設定されている(図3に示す角度β、γが設定されている。)。キャビティ76は、キャビティ76に移動してきた燃料を点火プラグ24に向かう方向にその移動方向を変更するガイドとして機能するものである。これにより、噴射口54、56a〜56dから噴射された燃料が点火プラグ24の電極72a、72bに移動される。
The injection directions B and C1 to C4 are set in a direction in which the fuel injected from the
また、噴射口54の噴射方向Bが燃焼室20の中心線に直交する平面Phに対して点火プラグ24側に角度θで交差するように、インジェクタ22はエンジン10に配置されている。
Further, the
角度θは、圧縮行程中に燃料を噴射したときの燃焼安定性と発生するスモーク量を考慮して決定される。図4(a)に、圧縮行程中に燃料を噴射したときの燃焼安定性、発生するスモーク量と角度θとの関係を示す。 The angle θ is determined in consideration of the combustion stability when the fuel is injected during the compression stroke and the amount of smoke generated. FIG. 4A shows the relationship between the combustion stability when the fuel is injected during the compression stroke, the amount of smoke generated and the angle θ.
燃焼安定性は、図4(a)に示すように、角度θが小さくなると低下し(失火が起こりやすくなり)、大きくなりすぎても低下する。燃料が燃焼室20の側方の所定位置から噴射されるとすると、角度θが小さくなればなるほど、キャビティ76で燃料を点火プラグ24に向かわせるには噴射タイミングが遅角側(ピストン位置が上死点側)となり、噴射方向Bに噴射口54から噴射された燃料は、点火プラグ24の2つの電極72aと72bの間、すなわち火花放電が起こる位置に早く到達することになる。早く到達すればするほど噴射されて気化するまでの時間が短くなり、そのために電極72a,72bに到達した燃料に液状の燃料が多く含まれることになる。その結果、電極72a、72bの表面が液状の燃料に覆われ、火花放電が確実に実行できず、失火しやすくなる。
As shown in FIG. 4 (a), the combustion stability decreases as the angle θ decreases (prone to misfires), and decreases even when the angle θ increases excessively. Assuming that the fuel is injected from a predetermined position on the side of the
一方、角度θが大きくなればなるほど、噴射方向Bに噴射口54から噴射された燃料は、点火プラグ24の2つの電極72aと72bの間に到達するまでに方向を変えつつ長距離を移動するために、その量が減少する。その結果、点火プラグ24の電極72a、72bの間を中心とする所定の領域内の燃料が希薄となり、確実に着火できなくなる。所定の領域とは、電極近傍の領域であって、燃料の着火性に影響を与える領域である。
On the other hand, as the angle θ increases, the fuel injected from the
また、スモーク量は、角度θが大きくなればなるほどその発生量が減少する。スモークは、燃料が不完全に燃焼されることにより発生し、それは点火プラグ24の電極72aと72bの間を中心とする所定の領域に過剰に燃料が供給されることを原因とする。角度θが小さくなればなるほど、噴射タイミングが遅角側となり、気化不足の多くの燃料が点火プラグ24の電極72aと72bの間を中心とする領域に到達するため、スモーク量が増加する。
Further, the amount of smoke generated decreases as the angle θ increases. Smoke is generated by incomplete combustion of fuel, which is caused by excessive supply of fuel to a predetermined region centered between the
これらのことを考慮して、角度θは、図4(a)で斜線で示す範囲、すなわち、燃焼安定性が高く、発生するスモーク量が許容できる範囲内で決定される。 Taking these into consideration, the angle θ is determined within the range indicated by the oblique lines in FIG. 4A, that is, within the range where the combustion stability is high and the amount of smoke generated is acceptable.
また、角度θは、圧縮行程において、燃料を噴射するタイミング、言い換えるとピストン18の位置に基づいて決定される。
Further, the angle θ is determined based on the timing of fuel injection in the compression stroke, in other words, the position of the
角度θと、ピストン18の位置と、点火プラグ24の電極72aと72bの間を中心とする所定の領域(電極の近傍)内の空燃比(A/F)との示す図4(b)に示す。図に示すように、角度θの噴霧をキャビティにてプラグに向けるには、角度θが小さくなると、噴射タイミングが遅角側となるため、所定の領域内の空燃比は過濃となる。逆に、角度θが大きくなると、噴射タイミングが進角側となり、所定の領域内の空燃比はリーンとなる。これにより、いずれも、点火プラグ24の電極72aと72bの間を中心とする所定の領域内の空燃比が正常に燃料の燃焼が実行できる点火の範囲、図においては斜線で示す範囲が小さくなる。よって、この着火可能な点火タイミング(ピストンの位置)の範囲が大きくなるように、角度θが決定される。
FIG. 4B shows the angle θ, the position of the
まとめると、噴射方向A1、A2、Bに噴射する噴射口52a、52b、54が点火プラグの電極に直接液状の燃料が付着することを抑制しつつ、点火プラグの電極とその周囲を含む領域にミスファイアしない十分量の燃料を供給し、噴射方向C1〜C4に噴射する噴射口56a〜56dが、噴射口52a、52b、54に比べてピストン18側に燃料を噴射することにより、燃焼室20全体に燃料を拡散させている。これらにより、正常な燃焼が実行可能となる。
In summary, the
ここまで説明した燃料の噴射方向は、図1に示すエンジン10の出力軸14と直交する平面上の方向である。実際には、複数の燃料噴射方向A1〜A2、B、C1〜C4は、図5に示すように、基準軸CLに対して直交する平面Pv(特許請求の範囲に記載の平面に対応。)に異なる交点で交差するように設定されている。図に示すXYZ座標系において、X軸方向は基準軸CL方向であり、Y軸方向はエンジン10の出力軸14の軸方向、すなわち、図1〜3の紙面に直交する方向である。
The fuel injection direction described so far is a direction on a plane orthogonal to the
図5に示すように、平面Pvに対する各噴射方向A1〜A2、B、C1〜C4の交点を、Pa1、Pa2、Pb、Pc1、Pc2、Pc3、Pc4とする(Pa1とPa2が特許請求の範囲に記載の第1の交点に対応し、Pbが第2の交点に対応し、Pc1〜Pc4が第3の交点に対応している。)。 As shown in FIG. 5, the intersections of the injection directions A1 to A2, B, and C1 to C4 with respect to the plane Pv are Pa1, Pa2, Pb, Pc1, Pc2, Pc3, and Pc4 (Pa1 and Pa2 are claims) And Pb corresponds to the second intersection, and Pc1 to Pc4 correspond to the third intersection).
交点Pa1、Pa2、Pb、Pc1、Pc2、Pc3、Pc4の平面Pv上の位置関係を図6(a)に示す。 FIG. 6A shows the positional relationship on the plane Pv between the intersections Pa1, Pa2, Pb, Pc1, Pc2, Pc3, and Pc4.
図6(a)に示すように、平面Pv上において交点Pa1とPa2との間の距離d1が、Pa1とPbとの間の距離(Pa2とPbとの間の距離)d2より短くなるように、噴射方向A1〜A2.Bが設定されている。これにより、噴射方向A1、A2に噴射口52a、52bから噴射された燃料が移動する燃焼室20の相対的に上の場所と噴射方向Bに噴射口54から噴射された燃料が移動する燃焼室20相対的に下の場所との間に圧力差が生じて、噴射口54から噴射方向Bに噴射された燃料が燃焼室20の上部に向かって引かれる。これは、2つの噴射口52a、52bから噴射された燃料の間の空気が高速に流れてその場所の圧力が下がることにより起こる。その結果、燃焼室20の上部に引かれた噴射口54から噴射方向Bに噴射された燃料の一部が点火プラグ24の電極72a、72bに向かって移動されて着火性が向上する。また、燃焼室20において、下から上に向かう流れが形成され、それにより燃焼室20全体に燃料が拡散される。なお、平面Pv上において交点Pa1とPa2との間の距離d1が、Pa1とPbとの間の距離(Pa2とPbとの間の距離)d2より長くなるように噴射方向A1〜A2.Bが設定されているとこの2つの効果は生じない。
As shown in FIG. 6A, on the plane Pv, the distance d1 between the intersections Pa1 and Pa2 is shorter than the distance between Pa1 and Pb (the distance between Pa2 and Pb) d2. , Injection directions A1 to A2. B is set. Accordingly, a location relatively above the
また、交点Pc1〜Pc4それぞれとPbとの間の距離d3は、d2より大きくされている。これは、噴射口54から噴射方向Bに噴射された燃料が、上述する上方向に引かれる以上の力で下方向に引かれないようにするためである。
Further, the distance d3 between each of the intersections Pc1 to Pc4 and Pb is made larger than d2. This is to prevent the fuel injected from the
さらに、図6(a)に示すように、平面Pv上において交点Pa1とPa2との間の距離d1が、Pc1とPc2との間の距離(Pc2とPc3との間の距離、Pc3とPc4との間の距離)d4より短くなるように、噴射方向A1〜A2.C1〜C4が設定されている。これにより、図7(a)に示すように、点火プラグ24側から気筒16を見た場合、噴射口56a〜56dから噴射方向C1〜C4に噴射された燃料は気筒16全体に拡散する。そのために、噴射口56a〜56dから噴射方向C1〜C4に噴射された燃料はピストン18の頭頂面74全体にあたり、その結果、、ピストン18の頭頂面74の一部に集中的に噴射された燃料があたることによりその部分に燃料が付着することが抑制される。
Further, as shown in FIG. 6A, the distance d1 between the intersections Pa1 and Pa2 on the plane Pv is the distance between Pc1 and Pc2 (the distance between Pc2 and Pc3, Pc3 and Pc4, Between the injection directions A1 to A2. C1 to C4 are set. As a result, as shown in FIG. 7A, when the
以上、上述の一実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。 While the present invention has been described with reference to the above-described embodiment, the present invention is not limited to this.
例えば、上述の実施形態がピストンの頭頂面に燃料が付着することを抑制することを目的にしているのに対し、より多くの燃料を点火プラグの2つの電極とその周囲に供給するために、図6(b)に示すように、平面Pv上において交点Pa1とPa2との間の距離d1が、Pc1とPc2との間の距離(Pc2とPc3との間の距離、Pc3とPc4との間の距離)d4’より長くなるように、噴射方向A1〜A2.C1〜C4を設定してもよい。 For example, in order to supply more fuel to the two electrodes of the spark plug and the periphery thereof, while the above-described embodiment aims to suppress the fuel from adhering to the top surface of the piston, As shown in FIG. 6B, the distance d1 between the intersections Pa1 and Pa2 on the plane Pv is the distance between Pc1 and Pc2 (the distance between Pc2 and Pc3, between Pc3 and Pc4). Of the injection directions A1 to A2. C1 to C4 may be set.
これにより、図7(b)に示すように、噴射方向C1〜C4に噴射された燃料は、集合してペネトレーションが大きい流れとなり、その流れはピストンの頭頂面のキャビティに沿って方向を変え、噴射方向Bに噴射された燃料を点火プラグの電極に向かって運ぶ流れとなる。その結果、点火プラグの電極とその周囲を含む領域に十分量の燃料が供給され、高い着火性を確保することができる。 Thereby, as shown in FIG.7 (b), the fuel injected in the injection directions C1-C4 gathers, and becomes a flow with a large penetration, The flow changes a direction along the cavity of the top surface of a piston, The fuel injected in the injection direction B flows toward the spark plug electrode. As a result, a sufficient amount of fuel is supplied to the region including the electrode of the spark plug and its periphery, and high ignitability can be ensured.
また、複数の噴射口において点火プラグの電極の周囲に燃料を噴射する第1の噴射口は、上述の実施形態の場合2つの噴射口52a、52bであったが、それ以上であってもよく、また1つであってもよい。第2および第3の噴射口の数が一定ならば、第1の噴射口が多ければ多いほど、電極の周囲に多くの燃料を供給することができる。ただし、点火プラグの電極の周囲に過剰に燃料が供給されると大量にスモークが発生する可能性があるため、好ましくは第1の噴射口の数は2つが好ましい。
In addition, the first injection ports for injecting fuel around the electrodes of the spark plug at the plurality of injection ports are the two
また、第3の噴射口は、上述の実施形態の場合4つの噴射口56a〜56dであったが、それ以上であってもよく、また1つであってもよい。第1および第2の噴射口の数が一定ならば、第3の噴射口が多ければ多いほど、ピストン側に多くの燃料を供給することができる。ただし、インジェクタの構造上、すなわち複数の噴射口から噴射される燃料の総量は一定であるため、第3の噴射口を増やすと、第1や第2の噴射口から噴射される燃料が減少して点火プラグの電極の周囲の燃料が希薄になる可能性がある。このことを考慮すると、第3の噴射口の数は、第1の噴射口の数と第2の噴射口の数を合計した数と略同一になるようにするのが好ましく、その結果、燃焼室全体において燃料の分布が略一様になる。
Moreover, although the 3rd injection port was four
最後に、上述の実施形態は7つの噴射口を備えるインジェクタであったが、本発明の課題であるエンジンが低温状態にあるときに確実に燃料を正常に燃焼させることは、1つの第1の噴射口と1つの第2の噴射口があれば達成される。すなわち、1つの第1の噴射口が、点火プラグの電極に液状の燃料が付着することを抑制しつつ、点火プラグの電極とその周囲を含む領域にミスファイアしない十分量の燃料を供給し、1つの第2の噴射口が、第1の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射することにより、燃焼室全体に燃料を拡散させる。これらにより、エンジンが冷温状態であっても、確実に燃料を正常に燃焼させることができる。 Finally, the above-described embodiment is an injector having seven injection ports. However, when the engine, which is the subject of the present invention, is in a low temperature state, the fuel is surely burned normally. This is achieved if there is an injection port and one second injection port. That is, one first injection port supplies a sufficient amount of fuel that does not misfire to the region including the electrode of the spark plug and its surroundings while suppressing liquid fuel from adhering to the electrode of the spark plug, One second injection port injects fuel toward the piston as compared with the first injection port, thereby diffusing the fuel throughout the combustion chamber. As a result, even if the engine is in a cold state, the fuel can be reliably burned normally.
16 気筒
18 ピストン
20 燃焼室
22 インジェクタ
24 点火プラグ
72b 電極
16
Claims (7)
インジェクタの燃料の噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段を有し、
前記燃料噴射制御手段は、エンジンが冷間にあるときは燃料噴射のタイミングを圧縮行程に設定するように構成されており、
前記インジェクタは、燃料噴霧が点火プラグの電極との間に所定距離を隔てて近接するように燃料を噴射する第1の噴射口と、前記第1の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射する第2の噴射口とを備えることを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置。 A fuel injection device for an in-cylinder injection engine having a piston that forms a combustion chamber in cooperation with a cylinder, a spark plug disposed at an upper portion of the combustion chamber, and an injector that injects fuel from a side portion of the combustion chamber. And
A fuel injection control means for controlling the fuel injection timing of the injector;
The fuel injection control means is configured to set the fuel injection timing to the compression stroke when the engine is cold.
The injector has a first injection port for injecting fuel so that the fuel spray comes close to the electrode of the spark plug with a predetermined distance, and injects the fuel to the piston side compared to the first injection port. A fuel injection device for a direct injection type engine, comprising:
前記インジェクタは、前記第1の噴射口を複数備えることを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置。 The fuel injection device for a direct injection engine according to claim 1,
The fuel injector for a direct injection engine, wherein the injector includes a plurality of the first injection ports.
前記第1および第2の噴射口は、所定の基準軸に直交する平面に対して第1の噴射口の噴射方向線が交差する点を第1の交点、第2の噴射口の噴射方向線が交差する点を第2の交点としたとき、隣接しあう第1の交点間の距離が隣接しあう第1の交点と第2の交点との間の距離より短くなるように、噴射方向が設定されていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置。 The fuel injection device for a direct injection engine according to claim 2,
In the first and second injection ports, a point at which the injection direction line of the first injection port intersects a plane orthogonal to a predetermined reference axis is a first intersection, and an injection direction line of the second injection port Is the second intersection, the injection direction is such that the distance between the first intersections adjacent to each other is shorter than the distance between the first intersection and the second intersection adjacent to each other. A fuel injection device for a direct injection engine characterized by being set.
前記インジェクタは、前記第2の噴射口に比べてピストン側に燃料を噴射する第3の噴射口を備えることを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置。 The fuel injection device for a direct injection engine according to any one of claims 1 to 3,
The injector has a third injection port for injecting fuel to the piston side as compared to the second injection port.
前記インジェクタは、前記第3の噴射口を複数備えることを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置。 The fuel injection device for a direct injection engine according to claim 4,
The fuel injector for a direct injection engine, wherein the injector includes a plurality of the third injection ports.
前記複数の第3の噴射口は、前記基準軸に直交する平面に対して噴射方向線が交差する点を第3の交点としたとき、隣接しあう第3の交点間の距離が隣接しあう第1の交点間の距離より長くなるように、噴射方向が設定されていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置。 The fuel injection device for an in-cylinder injection engine according to claim 5,
In the plurality of third injection ports, when a point where the injection direction line intersects a plane orthogonal to the reference axis is a third intersection point, the distances between the adjacent third intersection points are adjacent to each other. A fuel injection device for a direct injection engine, wherein an injection direction is set to be longer than a distance between first intersections.
前記複数の第3の噴射口は、前記基準軸に直交する平面に対して噴射方向線が交差する点を第3の交点としたとき、隣接しあう第3の交点間の距離が隣接しあう第1の交点間の距離より短くなるように、噴射方向が設定されていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃料噴射装置。 The fuel injection device for an in-cylinder injection engine according to claim 5,
In the plurality of third injection ports, when a point where the injection direction line intersects a plane orthogonal to the reference axis is defined as a third intersection point, distances between adjacent third intersection points are adjacent to each other. A fuel injection device for a direct injection engine, wherein an injection direction is set to be shorter than a distance between the first intersections.
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