JP2018003713A - Design method for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、吸気ポートから燃焼室に吸入空気を導入することで同燃焼室内にタンブル流を発生させる内燃機関を設計するための内燃機関の設計方法に関する。 The present invention relates to a method for designing an internal combustion engine for designing an internal combustion engine that generates a tumble flow in the combustion chamber by introducing intake air from an intake port into the combustion chamber.
特許文献1には、吸気ポートから燃焼室に吸入空気を導入することにより、同燃焼室内にタンブル流を発生させることのできる内燃機関の一例が記載されている。このような内燃機関にあっては、吸気ポートの形状を工夫することで吸気行程時におけるタンブル流を強くすることが可能である。
吸気行程時におけるタンブル流の強度をそのときの目標値(以下、「吸気行程時目標値」ともいう。)と等しくし、その後の点火時期におけるタンブル流の強度をそのときの目標値(以下、「点火時期目標値」ともいう。)と等しくすることで、タンブル流を適切に制御すれば、混合気を良好に燃焼させることができる。しかしながら、吸気行程時におけるタンブル流の強度が吸気行程時目標値と等しくなるように吸気ポートの形状を設計した場合、その後の点火時期におけるタンブル流の強度が点火時期目標値と等しくなるとは限らない。このように点火時期におけるタンブル流の強度が点火時期目標値からずれている場合、吸気行程時におけるタンブル流の強度が吸気行程時目標値と等しかったとしても混合気を良好に燃焼させることができないおそれがある。 The intensity of the tumble flow during the intake stroke is made equal to the target value at that time (hereinafter also referred to as “target value during the intake stroke”), and the intensity of the tumble flow at the subsequent ignition timing is set to the target value (hereinafter referred to as “the target value”). When the tumble flow is appropriately controlled, the air-fuel mixture can be burned satisfactorily. However, when the shape of the intake port is designed so that the strength of the tumble flow during the intake stroke is equal to the target value during the intake stroke, the strength of the tumble flow during the subsequent ignition timing is not always equal to the target value of the ignition timing. . As described above, when the strength of the tumble flow at the ignition timing is deviated from the target value at the ignition timing, even if the strength of the tumble flow at the intake stroke is equal to the target value at the intake stroke, the air-fuel mixture cannot be burned well. There is a fear.
本発明の目的は、燃焼室での混合気の良好な燃焼を実現することができる内燃機関の設計方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a design method of an internal combustion engine that can realize good combustion of an air-fuel mixture in a combustion chamber.
上記課題を解決するための内燃機関の設計方法は、気筒内の燃焼室に吸気ポートから吸入空気を導入することにより、同燃焼室内にタンブル流を発生させる内燃機関を設計するための設計方法である。同設計方法を基に製造される内燃機関において、吸気ポートは、燃焼室に接続されているとともに所定の曲率で曲がっている下流通路と、同下流通路の上流端に接続されているとともに所定の延伸方向に延びている上流通路と、を備えている。また、燃焼室は、気筒の内部空間と、シリンダヘッドのうち同内部空間と連通する窪みと、で構成されている。また、シリンダヘッドのうち、ガスケットを挟んでシリンダブロックに取り付けられている面を取付面とし、窪みの壁面のうち、吸気バルブ及び排気バルブよりも外側に位置する部位を外側壁面とした場合、内燃機関のクランク軸の延伸方向に沿うとともに気筒の中心軸を含む断面において同外側壁面における上記取付面との接続部位と同取付面とのなす角である壁面傾斜角は90°以上となっている。そして、上記内燃機関の設計方法では、壁面傾斜角が大きくなるにつれて次第に小さくなるとともに、同壁面傾斜角が基準傾斜角と等しいときには1となる係数を規定係数とした場合、吸気行程時におけるタンブル流の強度に規定係数を乗じた積が点火時期におけるタンブル流の強度となるという前提のもと、点火時期におけるタンブル流の強度の目標値である点火時期目標値を吸気行程時におけるタンブル流の強度以上にするときには壁面傾斜角を基準傾斜角以下の角度に設定する一方、点火時期目標値を吸気行程時におけるタンブル流の強度未満とするときには壁面傾斜角を基準傾斜角よりも大きい角度に設定する。 An internal combustion engine design method for solving the above problem is a design method for designing an internal combustion engine that generates a tumble flow in the combustion chamber by introducing intake air from the intake port into the combustion chamber in the cylinder. is there. In the internal combustion engine manufactured based on the design method, the intake port is connected to the combustion chamber and is bent at a predetermined curvature, and is connected to the upstream end of the downstream passage and has a predetermined An upstream passage extending in the extending direction. The combustion chamber is configured by an internal space of the cylinder and a recess communicating with the internal space of the cylinder head. Further, in the cylinder head, when the surface attached to the cylinder block with the gasket sandwiched is used as the mounting surface, and the portion located outside the intake valve and the exhaust valve in the wall surface of the depression is the outer wall surface, A wall surface inclination angle, which is an angle formed by a connection portion of the outer wall surface with the mounting surface and the mounting surface in a cross section along the extending direction of the crankshaft of the engine and including the central axis of the cylinder, is 90 ° or more. . In the internal combustion engine design method, the tumble flow during the intake stroke is gradually reduced as the wall surface inclination angle becomes smaller and when the coefficient that becomes 1 when the wall surface inclination angle is equal to the reference inclination angle is defined as the specified coefficient. Assuming that the product of the strength of the engine and the specified coefficient is the strength of the tumble flow at the ignition timing, the target value of the tumble flow at the ignition timing is the target value of the tumble flow during the intake stroke. When the above is set, the wall inclination angle is set to an angle equal to or smaller than the reference inclination angle, while when the ignition timing target value is set to be less than the strength of the tumble flow during the intake stroke, the wall inclination angle is set to an angle larger than the reference inclination angle. .
内燃機関の吸気ポートが、所定の延伸方向に延びている上流通路と、同上流通路の下流端に接続されるとともに所定の曲率半径で曲がっている下流通路とを有している構成である場合、吸気行程時に燃焼室内で発生するタンブル流の強度は、気筒の中心軸に対する上流通路の傾斜角及び下流通路の曲率半径に応じた強度となる。 The intake port of the internal combustion engine has an upstream passage extending in a predetermined extending direction, and a downstream passage connected to the downstream end of the upstream passage and bent at a predetermined curvature radius. In this case, the strength of the tumble flow generated in the combustion chamber during the intake stroke is in accordance with the inclination angle of the upstream passage with respect to the central axis of the cylinder and the curvature radius of the downstream passage.
また、このように燃焼室内にタンブル流を発生させる内燃機関において、本件発明者は、以下に示すような知見を得た。
・壁面傾斜角を大きくして燃焼室の容積を狭くするほど、点火時期におけるタンブル流の強度が小さくなること。
・壁面傾斜角がある角度と等しいときには、点火時期におけるタンブル流の強度を吸気行程時におけるタンブル流の強度と同等とすることができ、壁面傾斜角がある角度よりも大きいときには、点火時期におけるタンブル流の強度を吸気行程時におけるタンブル流の強度よりも小さくすることができ、壁面傾斜角がある角度よりも小さいときには、点火時期におけるタンブル流の強度を吸気行程時におけるタンブル流の強度よりも大きくすることができること。
Further, in the internal combustion engine that generates the tumble flow in the combustion chamber in this way, the present inventor has obtained the following knowledge.
-The strength of the tumble flow at the ignition timing decreases as the wall inclination angle increases and the combustion chamber volume decreases.
When the wall inclination angle is equal to a certain angle, the strength of the tumble flow at the ignition timing can be made equal to the strength of the tumble flow at the intake stroke, and when the wall inclination angle is larger than the certain angle, the tumble flow at the ignition timing The strength of the flow can be made smaller than the strength of the tumble flow during the intake stroke, and when the wall inclination angle is smaller than a certain angle, the strength of the tumble flow at the ignition timing is greater than the strength of the tumble flow during the intake stroke. What you can do.
そこで、本件発明者は、壁面傾斜角が90°以上となる範囲内において、壁面傾斜角が大きくなるにつれて次第に小さくなるとともに、同壁面傾斜角が基準傾斜角と等しいときには1と等しくなる係数を規定係数とした場合、吸気行程時におけるタンブル流の強度に同規定係数を乗じた積が点火時期におけるタンブル流の強度となるという前提のもとで、壁面傾斜角を設定するようにした。すなわち、点火時期目標値を吸気行程時におけるタンブル流の強度と同等とするときには、壁面傾斜角が基準傾斜角と等しくされる。また、点火時期目標値を吸気行程時におけるタンブル流の強度よりも小さくするときには、壁面傾斜角が基準傾斜角よりも大きくされる。点火時期目標値を吸気行程時におけるタンブル流の強度よりも大きくするときには、壁面傾斜角が基準傾斜角よりも小さくされる。このように吸気行程時におけるタンブル流の強度と点火時期目標値との大小関係を基に壁面傾斜角を設定することで、吸気行程時におけるタンブル流の強度の目標値と点火時期目標値との大小関係にとらわれることなく、吸気ポートの上流通路における気筒の中心軸に対する傾斜角と、吸気ポートの下流通路の曲率半径とを設定することができる。 Therefore, the present inventor defines a coefficient that gradually decreases as the wall surface inclination angle increases within a range where the wall surface inclination angle is 90 ° or more, and equals 1 when the wall surface inclination angle is equal to the reference inclination angle. In the case of a coefficient, the wall surface inclination angle is set on the assumption that the product of the tumble flow intensity during the intake stroke multiplied by the specified coefficient becomes the tumble flow intensity at the ignition timing. That is, when the ignition timing target value is made equal to the strength of the tumble flow during the intake stroke, the wall surface inclination angle is made equal to the reference inclination angle. Further, when the ignition timing target value is made smaller than the strength of the tumble flow during the intake stroke, the wall surface inclination angle is made larger than the reference inclination angle. When the ignition timing target value is made larger than the strength of the tumble flow during the intake stroke, the wall surface inclination angle is made smaller than the reference inclination angle. In this way, by setting the wall inclination angle based on the magnitude relationship between the intensity of the tumble flow during the intake stroke and the target ignition timing value, the target value of the tumble flow intensity during the intake stroke and the target ignition timing value are determined. Regardless of the size relationship, the inclination angle of the upstream passage of the intake port with respect to the central axis of the cylinder and the radius of curvature of the downstream passage of the intake port can be set.
このようにして設定した各値に基づいて内燃機関を製造した場合、同内燃機関では、吸気行程時におけるタンブル流の強度をそのときの目標値と同等としつつも、その後の点火時期におけるタンブル流の強度を点火時期目標値と同等とすることができる。したがって、燃焼室での混合気の良好な燃焼を実現することができるようになる。 When an internal combustion engine is manufactured based on each value set in this manner, the internal combustion engine has the same tumble flow intensity during the intake stroke as the target value at that time, but the tumble flow at the subsequent ignition timing. Can be made equal to the ignition timing target value. Therefore, good combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber can be realized.
以下、内燃機関の設計方法を具体化した一実施形態を図1〜図4に従って説明する。
図1には、本実施形態の内燃機関の設計方法によって設計され、製造された内燃機関10が図示されている。図1に示すように、内燃機関10では、シリンダヘッド11がガスケット12を介してシリンダブロック13に取り付けられている。なお、本明細書では、シリンダヘッド11のうち、ガスケット12を介してシリンダブロック13に取り付けられている面(図中下面)のことを「取付面111」ともいう。
An embodiment embodying a design method for an internal combustion engine will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 shows an
シリンダブロック13には、図1において紙面と直交する方向に並ぶ複数(図1では1つのみ図示)の気筒14が設けられている。また、シリンダヘッド11には、気筒14の数と同数の窪み15が設けられており、各窪み15は、対応する気筒14の内部空間141とそれぞれ連通している。そして、互いに連通する気筒14の内部空間141と窪み15とによって燃焼室16が構成されている。
The
図1に示すように、シリンダヘッド11には、燃焼室16に接続されている吸気ポート17及び排気ポート18が設けられている。吸気ポート17の燃焼室16に対する開閉は吸気バルブ19によって行われ、排気ポート18の燃焼室16に対する開閉は排気バルブ20によって行われる。
As shown in FIG. 1, the
吸気ポート17は、燃焼室16に接続されているとともに所定の曲率半径で曲がっている下流通路171と、下流通路171の上流端に接続されているとともに所定の延伸方向に延びている上流通路172とを有している。なお、本明細書では、気筒14の中心線に対する上流通路172の延伸方向の傾斜角を「ポート傾斜角θ」といい、下流通路171の曲率半径を「ポート曲率半径R」というものとする。
The
吸気行程時には、吸気バルブ19が開弁され、吸気ポート17を介して吸入空気が燃焼室16に導入される。すると、燃焼室16内では、吸気ポート17を介して吸入空気が導入されることにより、図1に矢印で示すようなタンブル流が発生する。吸気行程の次の行程である圧縮行程では、ピストン21が上死点に向けて移動することにより、吸入空気と燃料とを含む混合気が圧縮され、図2に示す点火プラグ22による点火によって混合気が燃焼される。そして、このような混合気の燃焼によって生じた力が、図1において紙面と直交する方向に延伸するクランク軸にピストン21を介して伝達される。その後の排気行程では、排気バルブ20が開弁され、燃焼室16で生じた排気が排気ポート18に排出される。
During the intake stroke, the
図2には、クランク軸の延伸方向に沿うとともに気筒14の中心軸を含む内燃機関10の断面、すなわち図1における2−2矢視断面が図示されている。図2に示すように、シリンダヘッド11の窪み15の壁面151のうち、吸気バルブ19及び排気バルブ20よりも外側に位置する部位を外側壁面152とした場合、外側壁面152の図中下端部位が、シリンダヘッド11の取付面111に接続されている接続部位153となる。そして、図2に示す断面において、外側壁面152の接続部位153と取付面111とのなす角を壁面傾斜角ξとした場合、壁面傾斜角ξは90°以上となっている。
FIG. 2 shows a cross section of the
次に、本実施形態の内燃機関の設計方法について説明する。
本実施形態の内燃機関の設計方法は、吸気ポート17を設計する第1のステップと、燃焼室16を設計する第2のステップとを有する。第1のステップでは、吸気行程時におけるタンブル流の強度が吸気行程時目標値と等しくなるようにポート曲率半径R及びポート傾斜角θが設定される。第2のステップでは、吸気行程時におけるタンブル流の強度が吸気行程時目標値と等しいという仮定の下、点火時期におけるタンブル流の強度が点火時期目標値と等しくなるように壁面傾斜角ξが設定される。
Next, a method for designing the internal combustion engine of the present embodiment will be described.
The internal combustion engine design method according to the present embodiment includes a first step of designing the
まず、第1のステップについて説明する。
本件発明者は、各種の実験やシミュレーションを行った結果、以下に示す知見を得た。
・上流通路172のポート傾斜角θがある値に達するまではポート傾斜角θが大きくなるにつれて吸気行程時におけるタンブル流の強度が大きくなるものの、ポート傾斜角θがある値を超えた以降ではポート傾斜角θが大きくなるにつれて吸気行程時におけるタンブル流の強度が小さくなること。
・下流通路171のポート曲率半径Rが大きいほど、吸気行程時におけるタンブル流の強度が大きくなること。
・吸気行程時におけるタンブル流の強度を、ポート傾斜角θが吸気行程時におけるタンブル流の強度に寄与する成分と、ポート曲率半径Rが吸気行程時におけるタンブル流の強度に寄与する成分とに分解して示せること。
First, the first step will be described.
As a result of various experiments and simulations, the present inventor has obtained the following knowledge.
-Until the port inclination angle θ of the
The strength of the tumble flow during the intake stroke increases as the port curvature radius R of the
・ Decomposes the strength of the tumble flow during the intake stroke into a component where the port inclination angle θ contributes to the strength of the tumble flow during the intake stroke and a component where the port curvature radius R contributes to the strength of the tumble flow during the intake stroke Show it.
そして、以下に示す関係式(式1)、(式2)及び(式3)は、上記のような知見を数式化したものである。すなわち、関係式(1)において、「F(θ)」はポート傾斜角θが吸気行程時におけるタンブル流の強度に寄与する成分であり、「Xa」、「Xb」及び「Xc」は上流通路172の断面形状や上流通路172の壁面の摩擦係数などから求まる定数である。また、関係式(式2)において、「F(R)」はポート曲率半径Rが吸気行程時におけるタンブル流の強度に寄与する成分であり、「D」は吸気バルブ19の傘部の直径である。また、関係式(式2)において、「Ya」及び「Yb」は、吸気バルブ19用のバルブシートの構造や加工方法に依存する定数であり、下流通路171の壁面とバルブシートとの間の段差が大きいほど大きくなる。
The following relational expressions (Expression 1), (Expression 2), and (Expression 3) are obtained by formulating the above knowledge. That is, in relational expression (1), “F (θ)” is a component in which the port inclination angle θ contributes to the strength of the tumble flow during the intake stroke, and “Xa”, “Xb”, and “Xc” This is a constant determined from the cross-sectional shape of the
F(θ)=Xa・θ2+Xb・θ+Xc ・・・(式1)
F(R)=Ya・Ln(R/D)+Yb ・・・(式2)
Ft_in=F(θ)×F(R) ・・・(式3)
また、ポート曲率半径Rを吸気バルブ19の傘部の直径Dで除した値は、ポート曲率半径Rを正規化した値(以下、「曲率半径正規化値」ともいう。)である。この場合、曲率半径正規化値(=R/D)を1から大きくするにつれて、吸気行程時におけるタンブル流の強度が次第に大きくなる。これは、ポート曲率半径Rが大きいほど、上流通路172から下流通路171に吸入空気が流入したときにおける流速の低下が抑制されるためである。しかし、曲率半径正規化値がある程度の大きさに達すると、それ以降では曲率半径正規化値をさらに大きくしても、吸気行程時におけるタンブル流の強度が大きくなりにくい。
F (θ) = Xa · θ 2 + Xb · θ + Xc (Formula 1)
F (R) = Ya · Ln (R / D) + Yb (Formula 2)
Ft_in = F (θ) × F (R) (Formula 3)
The value obtained by dividing the port curvature radius R by the diameter D of the umbrella portion of the
そして、本件発明者は、曲率半径正規化値を大きくしても吸気行程時におけるタンブル流の強度が大きくなりにくくなったときの曲率半径正規化値、すなわち曲率半径正規化値の最大値を、以下に示す関係式(式4)で表すことができることを発見した。なお、関係式(式1)において、「RDMax」は曲率半径正規化値の最大値である。また、「Za」及び「Zb」は、吸気ポート17内での吸入空気の流速の低下度合いが大きいほど大きい値に設定される定数である。この関係式(式4)で表されているように、曲率半径正規化値の最大値RDMaxは、ポート傾斜角θが小さいほど大きくなる。
And this inventor is the curvature radius normalized value when the strength of the tumble flow during the intake stroke becomes difficult to increase even if the curvature radius normalized value is increased, that is, the maximum value of the curvature radius normalized value, It was discovered that it can be expressed by the following relational expression (formula 4). In the relational expression (Formula 1), “RDMax” is the maximum value of the curvature radius normalized value. “Za” and “Zb” are constants that are set to larger values as the degree of decrease in the flow rate of the intake air in the
RDMax=(Za/θ)+Zb ・・・(式4)
したがって、曲率半径正規化値、すなわちポート曲率半径Rを変えることにより、吸気行程時におけるタンブル流の強度を変更させることができる範囲は、以下の関係式(式5)で表すことができる。
RDMax = (Za / θ) + Zb (Formula 4)
Therefore, the range in which the strength of the tumble flow during the intake stroke can be changed by changing the curvature radius normalized value, that is, the port curvature radius R, can be expressed by the following relational expression (formula 5).
1≦R/D≦(Za/θ)+Zb ・・・(式5)
そして、第1のステップでは、上記各関係式(式1),(式2),(式3)及び(式5)を用い、ポート傾斜角θ及びポート曲率半径Rが設定される。具体的には、関係式(式3)における「Ft_in」に吸気行程時目標値を代入した上で、ポート傾斜角θ及びポート曲率半径Rが設定される。
1 ≦ R / D ≦ (Za / θ) + Zb (Formula 5)
In the first step, the port inclination angle θ and the port curvature radius R are set using the above relational expressions (Expression 1), (Expression 2), (Expression 3), and (Expression 5). Specifically, the port inclination angle θ and the port curvature radius R are set after substituting the target value during the intake stroke into “Ft_in” in the relational expression (Expression 3).
ちなみに、図3には、ポート傾斜角θ及び曲率半径正規化値(R/D)と吸気行程時におけるタンブル流の強度との関係を表すグラフが図示されている。図3において、破線DLは、曲率半径正規化値の最大値RDMaxを示した線である。また、図3において、実線SL1,SL2,SL3,SL4,SL5は、上記関係式(式3)を表している。すなわち、実線SL1は、吸気行程時目標値を第1の値に設定したときの関係式(式3)を表している。また、実線SL2は、吸気行程時目標値を第1の値よりも大きい第2の値に設定したときの関係式(式3)を表しており、実線SL3は、吸気行程時目標値を第2の値よりも大きい第3の値に設定したときの関係式(式3)を表している。また、実線SL4は、吸気行程時目標値を第3の値よりも大きい第4の値に設定したときの関係式(式3)を表しており、実線SL5は、吸気行程時目標値を第4の値よりも大きい第5の値に設定したときの関係式(式3)を表している。
Incidentally, FIG. 3 shows a graph showing the relationship between the port inclination angle θ and the curvature radius normalized value (R / D) and the strength of the tumble flow during the intake stroke. In FIG. 3, a broken line DL is a line indicating the maximum value RDMax of the curvature radius normalized value. In FIG. 3, solid lines SL1, SL2, SL3, SL4, and SL5 represent the relational expression (Expression 3). That is, the solid line SL1 represents a relational expression (formula 3) when the target value during the intake stroke is set to the first value. The solid line SL2 represents the relational expression (formula 3) when the target value during the intake stroke is set to a second value larger than the first value, and the solid line SL3 represents the target value during the intake stroke. The relational expression (formula 3) when it is set to a third value larger than the
次に、第2のステップについて説明する。
本件発明者は、壁面傾斜角ξに応じて点火時期におけるタンブル流の強度が変わるという知見を得た。具体的には、壁面傾斜角ξがある角度よりも大きい場合、壁面傾斜角ξが大きいほど燃焼室16の容積が狭くなることにより、ピストン21が上死点に近づくほどタンブル流の強度を維持しにくくなる。すなわち、壁面傾斜角ξが大きいほど、点火時期におけるタンブル流の強度が小さくなる。また、壁面傾斜角ξがある角度と等しいときには、ピストン21が上死点に向けて移動している場合にタンブル流の強度が保持される。また、壁面傾斜角ξがある角度よりも小さいときには、ピストン21が上死点に向けて移動している場合にタンブル流の強度が僅かに大きくなる。
Next, the second step will be described.
The present inventor has found that the strength of the tumble flow at the ignition timing changes according to the wall surface inclination angle ξ. Specifically, when the wall surface inclination angle ξ is larger than a certain angle, the larger the wall surface inclination angle ξ, the smaller the volume of the
そこで、本件発明者は、このような知見を基に以下に示す関係式(式6)を作成した。関係式(式6)において、「Ft_cmb」は、点火時期におけるタンブル流の強度であり、F(ξ)は、壁面傾斜角ξに応じた規定係数であり、「Ft_in」は、吸気行程時におけるタンブル流の強度である。 Therefore, the present inventor created the following relational expression (formula 6) based on such knowledge. In the relational expression (Expression 6), “Ft_cmb” is the intensity of the tumble flow at the ignition timing, F (ξ) is a specified coefficient corresponding to the wall surface inclination angle ξ, and “Ft_in” is the value during the intake stroke. The strength of the tumble flow.
Ft_cmb=F(ξ)×Ft_in ・・・(式6)
なお、規定係数F(ξ)は、図4に示すような特性を有している。すなわち、図4に示すように、点火時期におけるタンブル流の強度が吸気行程時におけるタンブル流の強度と同等となる場合の壁面傾斜角ξを基準傾斜角ξTHとした場合、規定係数F(ξ)は、壁面傾斜角ξが基準傾斜角ξTHと等しいときには1となる。また、壁面傾斜角ξが基準傾斜角ξTH未満の角度であるときには、規定係数F(ξ)が1よりも大きくなる。そして、壁面傾斜角ξが基準傾斜角ξTH未満の角度である場合、規定係数F(ξ)は壁面傾斜角ξが小さいほど大きくなる。一方、壁面傾斜角ξが基準傾斜角ξTHよりも大きいときには、規定係数F(ξ)が1よりも小さくなる。そして、壁面傾斜角ξが基準傾斜角ξTHよりも大きい角度である場合、規定係数F(ξ)は壁面傾斜角ξが大きいほど小さくなる。
Ft_cmb = F (ξ) × Ft_in (Expression 6)
The specified coefficient F (ξ) has characteristics as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 4, when the wall surface inclination angle ξ when the strength of the tumble flow at the ignition timing is equal to the strength of the tumble flow at the intake stroke is defined as the reference inclination angle ξTH, the specified coefficient F (ξ) Is 1 when the wall inclination angle ξ is equal to the reference inclination angle ξTH. Further, when the wall surface inclination angle ξ is an angle smaller than the reference inclination angle ξTH, the specified coefficient F (ξ) is larger than 1. When the wall surface inclination angle ξ is smaller than the reference inclination angle ξTH, the specified coefficient F (ξ) increases as the wall surface inclination angle ξ decreases. On the other hand, when the wall surface inclination angle ξ is larger than the reference inclination angle ξTH, the specified coefficient F (ξ) is smaller than 1. When the wall surface inclination angle ξ is larger than the reference inclination angle ξTH, the specified coefficient F (ξ) decreases as the wall surface inclination angle ξ increases.
そのため、点火時期目標値を吸気行程時目標値と同等とする場合には、壁面傾斜角ξが基準傾斜角ξTHと等しくされる。また、点火時期目標値を吸気行程時目標値よりも大きくする場合には、壁面傾斜角ξが基準傾斜角ξTHよりも小さい角度とされる。また、点火時期目標値を吸気行程時目標値よりも小さくする場合には、壁面傾斜角ξが基準傾斜角ξTHよりも大きくされる。 Therefore, when the ignition timing target value is made equal to the intake stroke target value, the wall surface inclination angle ξ is made equal to the reference inclination angle ξTH. When the ignition timing target value is set to be larger than the intake stroke target value, the wall surface inclination angle ξ is set to an angle smaller than the reference inclination angle ξTH. Further, when the ignition timing target value is made smaller than the intake stroke target value, the wall surface inclination angle ξ is made larger than the reference inclination angle ξTH.
次に、本実施形態の内燃機関の設計方法によって設定された各値を基に製造された内燃機関10の作用を効果とともに説明する。
吸気ポート17におけるポート曲率半径R及びポート傾斜角θは、上記第1のステップにて設定された値である。そのため、吸気行程時には、このような吸気ポート17から吸入空気が導入されることで、吸気行程時目標値と同等の強度のタンブル流が燃焼室16内に発生する。そして、壁面傾斜角ξは点火時期目標値と吸気行程時目標値とのずれに応じた値に設定されているため、その後の点火時期では、タンブル流の強度が点火時期目標値と同等となる。そのため、吸気行程時におけるタンブル流の強度を吸気行程時目標値と同等としつつも、その後の点火時期におけるタンブル流の強度を点火時期目標値と同等とすることができる。したがって、燃焼室16での混合気の良好な燃焼を実現することができる。
Next, the operation of the
The port curvature radius R and the port inclination angle θ in the
このように、本実施形態の内燃機関の設計方法によれば、燃焼室16での混合気の良好な燃焼を実現することができる内燃機関を設計することができる。
Thus, according to the design method of the internal combustion engine of the present embodiment, an internal combustion engine that can realize good combustion of the air-fuel mixture in the
10…内燃機関、11…シリンダヘッド、111…取付面、12…ガスケット、13…シリンダブロック、14…気筒、15…窪み、151…壁面、152…外側壁面、153…接続部位、141…内部空間、16…燃焼室、17…吸気ポート、171…下流通路、172…上流通路、19…吸気バルブ、20…排気バルブ。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記吸気ポートは、前記燃焼室に接続されているとともに所定の曲率で曲がっている下流通路と、同下流通路の上流端に接続されているとともに所定の延伸方向に延びている上流通路と、を備えており、
前記燃焼室は、前記気筒の内部空間と、シリンダヘッドのうち前記内部空間と連通する窪みと、で構成されており、
前記シリンダヘッドのうち、ガスケットを挟んでシリンダブロックに取り付けられている面を取付面とし、前記窪みの壁面のうち、吸気バルブ及び排気バルブよりも外側に位置する部位を外側壁面とした場合、前記内燃機関のクランク軸の延伸方向に沿うとともに前記気筒の中心軸を含む断面において同外側壁面における前記取付面との接続部位と同取付面とのなす角である壁面傾斜角は90°以上となっており、
前記壁面傾斜角が大きくなるにつれて次第に小さくなるとともに、同壁面傾斜角が基準傾斜角と等しいときには1となる係数を規定係数とした場合、
吸気行程時におけるタンブル流の強度に前記規定係数を乗じた積が点火時期におけるタンブル流の強度となるという前提のもと、
点火時期におけるタンブル流の強度の目標値である点火時期目標値を吸気行程時におけるタンブル流の強度以上にするときには前記壁面傾斜角を前記基準傾斜角以下の角度に設定する一方、前記点火時期目標値を吸気行程時におけるタンブル流の強度未満とするときには前記壁面傾斜角を前記基準傾斜角よりも大きい角度に設定する
内燃機関の設計方法。 An internal combustion engine design method for designing an internal combustion engine that generates a tumble flow in a combustion chamber by introducing intake air from an intake port into the combustion chamber in the cylinder,
The intake port is connected to the combustion chamber and is bent at a predetermined curvature, and an upstream passage is connected to the upstream end of the downstream passage and extends in a predetermined extending direction. With
The combustion chamber is composed of an internal space of the cylinder and a recess communicating with the internal space of a cylinder head.
When the surface of the cylinder head that is attached to the cylinder block with the gasket interposed therebetween is the mounting surface, and the portion located outside the intake valve and the exhaust valve among the wall surfaces of the depression is the outer wall surface, A wall surface inclination angle that is an angle formed by a connection portion of the outer wall surface with the mounting surface and the mounting surface in a cross section along the extending direction of the crankshaft of the internal combustion engine and including the central axis of the cylinder is 90 ° or more. And
When the wall surface inclination angle becomes gradually smaller and becomes a specified coefficient when the wall surface inclination angle is equal to the reference inclination angle,
Under the premise that the product of the tumble flow strength during the intake stroke multiplied by the specified coefficient is the strength of the tumble flow at the ignition timing,
When the ignition timing target value, which is a target value of the tumble flow intensity at the ignition timing, is set to be equal to or greater than the tumble flow intensity at the intake stroke, the wall surface inclination angle is set to an angle equal to or less than the reference inclination angle, while the ignition timing target value is set. A method for designing an internal combustion engine, wherein the wall surface inclination angle is set to an angle larger than the reference inclination angle when the value is less than the strength of the tumble flow during the intake stroke.
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JP2016132505A JP2018003713A (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Design method for internal combustion engine |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
JP2021522445A (en) * | 2018-05-04 | 2021-08-30 | イエフペ エネルジ ヌヴェルIfp Energies Nouvelles | Gas inlet device with intersection of inlet duct and calibration of valve tilted with respect to flammable surface |
-
2016
- 2016-07-04 JP JP2016132505A patent/JP2018003713A/en active Pending
Cited By (2)
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JP2021522445A (en) * | 2018-05-04 | 2021-08-30 | イエフペ エネルジ ヌヴェルIfp Energies Nouvelles | Gas inlet device with intersection of inlet duct and calibration of valve tilted with respect to flammable surface |
JP7453919B2 (en) | 2018-05-04 | 2024-03-21 | イエフペ エネルジ ヌヴェル | Gas inlet device with the intersection of the inlet duct and the calibration of the valve inclined with respect to the ignition plane |
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