JPS61244821A - Spark-ignition engine - Google Patents

Spark-ignition engine

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JPS61244821A
JPS61244821A JP60087319A JP8731985A JPS61244821A JP S61244821 A JPS61244821 A JP S61244821A JP 60087319 A JP60087319 A JP 60087319A JP 8731985 A JP8731985 A JP 8731985A JP S61244821 A JPS61244821 A JP S61244821A
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nozzle
cylinder
fuel
combustion
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英樹 田中
Masanori Misumi
三角　正法
Masashi Maruhara
正志 丸原
Akio Nagao
長尾　彰士
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Abstract

PURPOSE:To improve fuel consumption of an engine and its output, by providing a fuel injection nozzle and two spark plugs in a predetermined position in a combustion chamber while a fuel supply means in an intake passage, in the case of the engine properly using the operation to be divided into stratified combustion and premixed combustion in accordance with a load. CONSTITUTION:An engine forms an almost hollow-shaped combustion chamber 12, opened to a cylinder 1, in a side of an exhaust port 7 in the bottom end part of a cylinder head 3, and the engine arranges in said chamber 12 both a fuel injection nozzle 13 and the first spark plug 14, operating when the engine is low loaded, in the vicinity of a jet part of said nozzle 13. While the engine, providing an injector 15 to be arranged just in the upstream of the branch part in a main intake passage 8, actuates the injector when the engine performs premixed combustion. Further the engine, arranging the second spark plug 16 in the cylinder head 3 almost in the central part of a cylinder bore, similarly actuates the spark plug when the engine performs the premixed combustion. While the engine, providing a swirl control valve 17 as a swirl generating means in the main intake passage 8 in the upstream of the injector 15, operates said valve 17 by an actuator 18.

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、火花点火式エンジンに関し、負荷に応じて成
層化燃焼と予混合燃焼とを行わせるようにしたものの改
良に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a spark ignition engine, and relates to an improvement in which stratified combustion and premix combustion are performed depending on the load.

（従来の技術） 従来、燃費の低減および出力の向上を狙った火花点火式
エンジンとして、例えば特開昭５６−１５１２１３号公
報に開示されているように、シリンダヘッドに、燃焼室
内に吸気行程から圧縮行程の間において燃料を噴射する
ノズルを配設し、このノズルの噴口部近傍に点火栓を配
置するとともに、吸気通路に該吸気通路内に燃料を供給
する燃料供給手段を配設して、低負荷時にはノズルのみ
から燃料を噴射して燃焼室のノズル噴口部近傍がリッチ
となる成層状の希薄混合気を形成し、この希薄混合気を
点火栓で良好に着火して成層化燃焼させることにより燃
費を低減する一方、高負荷時には燃料供給手段から燃料
を噴射して吸気通路内で吸入空気を全体的に利用して混
合気を形成し、この混合気を燃焼室に供給し点火栓で着
火して予混合燃焼させることにより空気利用率を高めて
エンジン出力を向上させるようにしたものは知られてい
る。(Prior Art) Conventionally, as a spark ignition engine aiming at reducing fuel consumption and improving output, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 56-151213, a cylinder head is provided with a combustion chamber from the intake stroke. A nozzle for injecting fuel during the compression stroke is disposed, an ignition plug is disposed near the nozzle of the nozzle, and a fuel supply means for supplying fuel into the intake passage is disposed in the intake passage, When the load is low, fuel is injected only from the nozzle to form a stratified lean mixture that is rich near the nozzle nozzle in the combustion chamber, and this lean mixture is ignited well with a spark plug to cause stratified combustion. At the same time, when the load is high, fuel is injected from the fuel supply means to form an air-fuel mixture in the intake passage, making full use of the intake air, and this air-fuel mixture is supplied to the combustion chamber at the ignition plug. Engines are known that increase air utilization and improve engine output by igniting and premixing combustion.

（発明が解決しようとする問題点） ところが、上記従来の火花点火式エンジンでは、ノズル
が吸・排気弁との干渉を避けてシリンダボアの略中央部
からオフセットして配設される関係上、このノズル噴口
部近傍に配置される点火栓もシリンダボアの中央部から
オフセットして配置されることになる。このため、予混
合燃焼時にはシリンダ周端への火炎伝播時間の最短化が
図れないことから、ノッキングが発生し易く、その結果
エンジン出力の低下を招く。さりとて、点火栓をノズル
噴口部から離れたシリンダボアの略中央部に配置して予
混合燃焼時の燃焼速度を速めるようにすると、成層化燃
焼時、シリンダボアの略中央部には希Ｓａ合気のうちリ
ーンな部分が分布するので着火性が損われることになる
。(Problem to be Solved by the Invention) However, in the conventional spark-ignition engine described above, this problem occurs because the nozzle is arranged offset from the approximate center of the cylinder bore to avoid interference with the intake and exhaust valves. The ignition plug disposed near the nozzle outlet is also disposed offset from the center of the cylinder bore. Therefore, during premix combustion, the flame propagation time to the cylinder peripheral end cannot be minimized, so knocking is likely to occur, resulting in a reduction in engine output. In order to increase the combustion speed during premix combustion by arranging the spark plug in the center of the cylinder bore away from the nozzle nozzle, during stratified combustion, the center of the cylinder bore is filled with rare Sa gas. Since the lean portion is distributed, the ignitability will be impaired.

また、上述の如く成層化燃焼をさせる場合、着火性を良
好なものとするにはノズルから噴射された燃料をできる
だけノズル噴口部近傍に偏在させておくのが好ましい。Further, when carrying out stratified combustion as described above, in order to improve the ignitability, it is preferable that the fuel injected from the nozzle is distributed as unevenly as possible near the nozzle outlet.

そこで、例えば吸気ボートをヘリカルポートにしてシリ
ンダ内にスワールを生成させることにより、ノズルから
噴射された燃料がシリンダ内下部に流動するのを抑制し
てシリンダ内下部に偏在させるようにすることが考えら
れる。Therefore, one idea is to suppress the flow of fuel injected from the nozzle to the lower part of the cylinder and make it unevenly distributed in the lower part of the cylinder by, for example, creating a swirl in the cylinder by making the intake boat a helical port. It will be done.

しかるに、このようなへりカルポート等を設けたエンジ
ンでは、高負荷時には吸気ボートの抵抗のために体積効
率が減少するので、予混合燃焼によってもエンジンの出
力向上を充分図り得ないという問題が生じる。However, in an engine provided with such a helical port, the volumetric efficiency decreases due to the resistance of the intake boat when the load is high, so a problem arises in that the engine output cannot be sufficiently improved even by premix combustion.

本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、上述の如く負荷に応じて成層化燃
焼と予混合燃焼とを使い分けるようにした火花点火式エ
ンジンにおいて、各燃焼方式専用の点火栓をそれぞれ適
切な位置に配置するとともに成層化燃焼時にのみシリン
ダ内にスワールを生成させることにより、成層化燃焼時
の着火性と予混合燃焼時の燃焼安定性とを確保しながら
、成層化燃焼による燃費の向上と予混合燃焼によるエン
ジン出力の向上とを両立させることにある。The present invention has been made in view of these points, and its purpose is to provide a spark ignition engine that uses stratified combustion and premix combustion depending on the load as described above. By arranging dedicated spark plugs at appropriate positions and generating swirl within the cylinder only during stratified combustion, the engine ensures ignition performance during stratified combustion and combustion stability during premixed combustion. The aim is to achieve both improved fuel efficiency through stratified combustion and improved engine output through premixed combustion.

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、シリン
ダヘッド下端部もしくはピストン上端部の少なくとも一
方にシリンダ内に開口する略凹状の燃焼室を形成し、こ
の燃焼室内に吸気行程から圧縮行程の間において燃料を
噴射するノズルを設け、このノズルの噴口部近傍に第１
点火栓を配置する。(Means for solving the problem) In order to achieve the above object, the solving means of the present invention forms a substantially concave combustion chamber that opens into the cylinder at at least one of the lower end of the cylinder head or the upper end of the piston, A nozzle that injects fuel between the intake stroke and the compression stroke is provided in this combustion chamber, and a first nozzle is provided near the nozzle of this nozzle.
Place the spark hydrant.

また、吸気通路内に燃料を供給する燃料供給手段を設け
、シリンダボアの略中央部に第２点火栓を配置する。さ
らにシリンダ内にスワールを生成させるスワール生成手
段を設ける。そして、エンジンの低負荷時に上記ノズル
、第１点火栓およびスワール生成手段を作動させる制御
手段を設ける構成としたものである。Further, a fuel supply means for supplying fuel into the intake passage is provided, and a second spark plug is disposed approximately in the center of the cylinder bore. Further, a swirl generating means for generating a swirl inside the cylinder is provided. Further, a control means is provided for operating the nozzle, the first spark plug, and the swirl generating means when the engine is under low load.

（作用） 上記の構成により、本発明では、エンジンの低負荷時に
は制御手段により上記ノズル、第１点火栓およびスワー
ル生成手段が作動して、スワール生成手段によりシリン
ダ内にスワールが生成されるとともに、このスワールに
対して吸気行程から圧縮行程の間においてノズルから燃
料が噴射されることにより、この燃料がスワールととも
にシリンダ内下部に偏在してノズル噴口部近傍がリッチ
になるような成層状の希薄混合気が形成される。(Function) With the above configuration, in the present invention, when the load of the engine is low, the control means operates the nozzle, the first spark plug, and the swirl generation means, and the swirl generation means generates a swirl in the cylinder. In response to this swirl, fuel is injected from the nozzle between the intake stroke and the compression stroke, resulting in a stratified lean mixture in which the fuel is unevenly distributed in the lower part of the cylinder together with the swirl, and the vicinity of the nozzle outlet is rich. Qi is formed.

そして、この成層状希薄混合気のうち、リッチな混合気
が偏在するノズル噴口部近傍に配置された第１点火栓の
点火により希薄混合気が確実に着火して成層化燃焼がな
される。一方、低角荷時以外には制御手段により上記燃
料供給手段、第２点火栓が作動しかつスワール生成手段
が不作動となり、燃料供給手段により吸気通路内の吸入
空気全体を利用して混合気が生成され、この混合気がス
ワール生成手段の不作動により抵抗なくスムーズにシリ
ンダ内に吸入されて体積効率が高められるとともに、シ
リンダボアの略中央部に配置された第２点火栓の点火に
より速い燃焼速度でもって混合気の予混合燃焼がなされ
る。Of this stratified lean air-fuel mixture, the lean air-fuel mixture is reliably ignited by ignition of the first spark plug disposed near the nozzle nozzle where the rich air-fuel mixture is unevenly distributed, resulting in stratified combustion. On the other hand, when the angle load is not low, the control means operates the fuel supply means and the second ignition plug and deactivates the swirl generation means, so that the fuel supply means utilizes the entire intake air in the intake passage to generate a mixture. is generated, and this air-fuel mixture is smoothly sucked into the cylinder without resistance due to the inactivation of the swirl generating means, increasing volumetric efficiency, and fast combustion due to the ignition of the second spark plug located approximately in the center of the cylinder bore. Premix combustion of the air-fuel mixture is achieved at this speed.

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第１図および第２図は本発明の第１実施例を示す。１は
シリンダブロック２およびシリンダヘッド３により形成
されたシリンダであって、該シリンダ１内にはピストン
４が摺動自在に嵌挿されている。上記シリンダヘッド３
にはそれぞれシリンダ１に開口する第１および第２吸気
ボート５．６並びに排気ポート７が形成されており、該
第１および第２吸気ボート５．６には主吸気通路８から
２又状に分岐した第１および第２吸気通路８ａ。1 and 2 show a first embodiment of the invention. Reference numeral 1 denotes a cylinder formed by a cylinder block 2 and a cylinder head 3, and a piston 4 is slidably inserted into the cylinder 1. The above cylinder head 3
are formed with first and second intake boats 5.6 and an exhaust port 7 that open into the cylinder 1, respectively, and the first and second intake boats 5.6 are connected to the main intake passage 8 in a bifurcated manner. Branched first and second intake passages 8a.

８ｂの下流端がそれぞれ個別に接続されており、シリン
ダ１に吸入空気を供給するようにしている。The downstream ends of the cylinders 8b are individually connected to supply intake air to the cylinder 1.

また、上記排気ポート７には排気通路９の上流端が接続
されており、シリンダ１からの排気ガスを排出するよう
にしている。尚、１０．１０は第１および第２吸気ボー
ト５．６に設けられた吸気弁、１１は排気ポート７に設
けられた排気弁である。Further, the upstream end of an exhaust passage 9 is connected to the exhaust port 7, so that exhaust gas from the cylinder 1 is discharged. Note that 10.10 is an intake valve provided on the first and second intake boats 5.6, and 11 is an exhaust valve provided on the exhaust port 7.

上記シリンダヘッド３下端部の排気ポート７側にはシリ
ンダ１に開口する略凹状の燃焼室１２が形成されている
。上記シリンダヘッド３の燃焼室１２内には燃料噴射ノ
ズル１３が配設されていて、エンジンの低負荷時に作動
して燃焼室１２内にシリンダ１の吸気行程から圧縮行程
の間において燃料を噴射してシリンダ１内にノズル１３
の噴口部近傍がリッチになるような成層状の希ｆ［合気
を生成するようになされている。また、上記燃焼室１２
内においてノズル１３の噴口部近傍には、エンジンの低
負荷時に作動する第１点火栓１４が配置されている。A substantially concave combustion chamber 12 that opens into the cylinder 1 is formed at the lower end of the cylinder head 3 on the exhaust port 7 side. A fuel injection nozzle 13 is disposed within the combustion chamber 12 of the cylinder head 3, and operates when the engine is under low load to inject fuel into the combustion chamber 12 between the intake stroke and the compression stroke of the cylinder 1. Nozzle 13 inside cylinder 1
It is designed to generate a stratified rare f [aiki that is rich in the vicinity of the nozzle. In addition, the combustion chamber 12
Inside, a first spark plug 14 is arranged near the spout of the nozzle 13, which operates when the engine is under low load.

一方、上記主吸気通路８の分岐部直上流には、燃料供給
手段としてのインジェクタ１５が配設されていて、予混
合燃焼時に作動して主吸気通路８内に燃料を噴射供給す
ることにより、吸気通路８内で混合気を生成するように
なされている。また、シリンダボアの略中央部のシリン
ダヘッド３には予混合燃焼時に作動する第２点火栓１６
が配置されている。On the other hand, an injector 15 as a fuel supply means is disposed immediately upstream of the branching part of the main intake passage 8, and operates during premix combustion to inject and supply fuel into the main intake passage 8. An air-fuel mixture is generated within the intake passage 8. In addition, a second spark plug 16 that operates during premix combustion is installed in the cylinder head 3 located approximately in the center of the cylinder bore.
is located.

上記ノズル１３の噴口面積はインジェクタ１５の噴口面
積よりも小さく設定されているとともに、ノズル１３の
噴霧角はインジェクタ１５の噴霧角よりも大きく設定さ
れていて、ノズル１３およびインジェクタ１５の各噴口
部から燃焼方式に応じ゛て適切に燃料を噴射するように
している。The nozzle area of the nozzle 13 is set smaller than that of the injector 15, and the spray angle of the nozzle 13 is set larger than the spray angle of the injector 15. Fuel is injected appropriately depending on the combustion method.

また、上記第１点火栓１４は熱価の低い焼は形が採用さ
れ、一方、第２点火栓１６は熱価の高い冷え形が採用さ
れていて、燃焼方式に応じて安定して火花を発生するよ
うにしている。Further, the first spark plug 14 has a fired type with a low heat value, while the second spark plug 16 has a cold type with a high heat value, so that it can stably produce a spark depending on the combustion method. I'm trying to make it happen.

さらに、上記インジェクタ１５上流の主吸気通路８には
スワール生成手段としてのスワールコントロールバルブ
１７がアクチュエータ１８に連結されて配設され、該ス
ワールコントロールバルブ１７上流の主吸気通路８と第
１吸気ボート５直上流の第１吸気通路８ａとはバイパス
通路１９によって連通されていて、上記アクチュエータ
１８の作動によってエンジンの低負荷時にはスワールコ
ントロールバルブ１７を閉じて吸入空気をバイパス通路
１９のみに通して流速を増すことによりシリンダ１内に
スワールを生成させるとともに、低負荷以外にはスワー
ルコントロールバルブ１７を所定開度に設定してエンジ
ン回転数および負荷に応じた流量の吸入空気をシリンダ
１に供給するようになされている。Further, a swirl control valve 17 as a swirl generating means is connected to an actuator 18 and arranged in the main intake passage 8 upstream of the injector 15, and the main intake passage 8 upstream of the swirl control valve 17 and the first intake boat 5 It communicates with the first intake passage 8a immediately upstream by a bypass passage 19, and when the engine is under low load by operating the actuator 18, the swirl control valve 17 is closed and the intake air is passed only through the bypass passage 19 to increase the flow velocity. As a result, a swirl is generated in the cylinder 1, and when the load is not low, the swirl control valve 17 is set to a predetermined opening degree to supply intake air to the cylinder 1 at a flow rate corresponding to the engine speed and load. ing.

そして、上記ノズル１３、インジェクタ１５、第１．第
２点火栓１４．１６およびアクチュエータ１８はＣＰＬ
Ｉ２０に接続されているとともに、第１．第２点火栓１
４．１６はそれぞれイグナイタ２２ａ　、２２ｂを介し
ＴＣＰＵ２０に接続されており、該ＣＰＬ１２０にはエ
ンジン回転数Ｎ１スロットル間度Ｐ１冷却水ＩＴおよび
吸気負圧Ｂの各信号が入力されていて、エンジンの低負
荷時には、上記ノズル１３および第１点火栓１４を作動
させかつスワールコントロールバルブ１７を閉じる一方
、低角荷時以外には、上記インジェクタ１５および第２
点火栓１６を作動させかつスワールコントロールバルブ
１７を所定開度に設定するようにした制御手段２１が構
成されている。The nozzle 13, the injector 15, the first . The second spark plug 14,16 and the actuator 18 are CPL
I20 and the first. 2nd ignition plug 1
4.16 are connected to the TCPU 20 via igniters 22a and 22b, respectively, and the CPL 120 receives signals of engine speed N1, throttle angle P1, cooling water IT, and intake negative pressure B. When under load, the nozzle 13 and the first spark plug 14 are activated and the swirl control valve 17 is closed.
A control means 21 is configured to operate the spark plug 16 and set the swirl control valve 17 to a predetermined opening degree.

次に、上記制御手段２１の作動を第３図に示すフローチ
ャートに基づいて説明するに、スタート後、ステップＳ
＋でエンジン回転数Ｎおよびス［コツドル開度Ｐを読込
み、ステップＳ２で冷却水温Ｔおよび吸気負圧Ｂを読込
んだ後、これらの入力値Ｎ、Ｐ、Ｔ、Ｂに基づいてステ
ップＳ３で吸入空気流１１Ａおよび噴射燃料流量Ｆを算
出し、次のステップＳ４でこの吸入空気流ｍＡおよび噴
射燃料流ＩＦに基づいて空気過剰率λを算出する。Next, the operation of the control means 21 will be explained based on the flowchart shown in FIG.
After reading the engine speed N and throttle opening P in step S2, and reading the cooling water temperature T and intake negative pressure B in step S2, based on these input values N, P, T, and B, in step S3. The intake air flow 11A and the injection fuel flow rate F are calculated, and in the next step S4, the excess air ratio λ is calculated based on the intake air flow mA and the injection fuel flow IF.

次に、ステップＳ５でこの空気過剰率λを基準空気過剰
率λ０と比較し、λ≧λ０のＹＥＳのときには低負荷時
であると判断してステップＳ６でスワールコントロール
バルブ１７を閉じる。このことにより、吸入空気流量が
減少してシリンダ１内の混合気の空燃比がオーバリーン
になるのが防止されるとともに、シリンダ１内にスワー
ルが生成されこのスワールによってノズル１３からの噴
射燃料がシリンダ１内上部に偏在することになる。Next, in step S5, this excess air ratio λ is compared with the reference excess air ratio λ0, and if YES (λ≧λ0), it is determined that the load is low, and the swirl control valve 17 is closed in step S6. This prevents the intake air flow rate from decreasing and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the cylinder 1 to become over-lean, and also creates a swirl in the cylinder 1, which causes the fuel injected from the nozzle 13 to flow into the cylinder. It will be unevenly distributed in the upper part of 1.

その後、ステップＳ７において、ノズル１３の噴射量Ｑ
Ａおよび噴射時期ＴＡを決定する。そして、これらの決
定値ＱＡおよびＴＡに基づいてステップＳ８でノズル１
３を作動させて燃料を噴射させることにより、この噴射
燃料と上記スワールとによってノズル噴口部近傍がリッ
チになるような成層状の希薄混合気が生成される。一方
、この希薄混合気の生成と並行して、ステップＳ９にお
いて、第１点火栓１４の点火時期を決定し、この決定値
に基づいてステップＳ　＋ｏで第１点火栓１４を作動さ
せて上記希薄混合気に着火し成層化燃焼させる。この場
合、第１点火栓１４はリッチな混合気が偏在するノズル
噴口部近傍に配置されているので、希薄混合気は確実に
着火する。したがって、着火性を良好なものとしながら
成層化燃焼による燃費低減を図ることができる。After that, in step S7, the injection amount Q of the nozzle 13 is
A and injection timing TA are determined. Then, based on these determined values QA and TA, nozzle 1 is
3 to inject fuel, the injected fuel and the swirl generate a stratified lean air-fuel mixture that is rich near the nozzle outlet. On the other hand, in parallel with the generation of this lean mixture, the ignition timing of the first spark plug 14 is determined in step S9, and based on this determined value, the first spark plug 14 is operated in step S+o to reduce the lean mixture. The air-fuel mixture is ignited and causes stratified combustion. In this case, since the first spark plug 14 is disposed near the nozzle outlet where the rich air-fuel mixture is unevenly distributed, the lean air-fuel mixture is reliably ignited. Therefore, it is possible to reduce fuel consumption through stratified combustion while maintaining good ignitability.

また、上記ノズル１３の噴口面積はインジェクタ１５の
噴口面積よりも小さく設定されているので、噴射燃料の
霧化が促進されて希薄混合気の燃焼性を向上させること
ができる。しかも、ノズル１４の噴霧角はインジェクタ
１５の噴霧角よりも大きく設定されているので、噴射燃
料の霧化が一層促進されるとともに霧化燃料のシリンダ
方向への拡散が促進されて希薄混合気の燃焼性をより一
層向上させることができる。Further, since the nozzle area of the nozzle 13 is set smaller than the nozzle area of the injector 15, atomization of the injected fuel is promoted and the combustibility of the lean mixture can be improved. Moreover, since the spray angle of the nozzle 14 is set larger than that of the injector 15, the atomization of the injected fuel is further promoted, and the diffusion of the atomized fuel toward the cylinder is promoted, resulting in a lean mixture. Combustibility can be further improved.

さらに、第１点火栓１４は熱価の低い焼は形が採用され
ているので、希薄混合気であるにも拘らず火炎核を安定
して形成することができ、良好な着火性を実現すること
ができる。この場合、第１点火栓１４のアーク時間を第
２点火栓１６のアーク時間よりも長く設定することは、
成層化燃焼時の着火性を向上させることになり好ましい
。また、奥まった略凹状の燃焼室２に第１点火栓１４が
配置されているので、第１点火栓１４の周囲にはスキッ
シュ流による乱れが生成されず、着火性の向上に寄与す
ることができる。Furthermore, since the first ignition plug 14 has a sintered shape with a low heat value, it is possible to stably form a flame kernel even though the mixture is lean, achieving good ignitability. be able to. In this case, setting the arc time of the first spark plug 14 to be longer than the arc time of the second spark plug 16 means that
This is preferable because it improves the ignitability during stratified combustion. In addition, since the first ignition plug 14 is arranged in the recessed, substantially concave combustion chamber 2, turbulence due to squish flow is not generated around the first ignition plug 14, which contributes to improving ignition performance. can.

一方、ステップＳ５において、λくλ０のＮ。On the other hand, in step S5, N of λ>λ0.

のときには低角荷時以外であると判断してステップＳ　
＋＋でスワールコントロールバルブ１７の設定開度θを
吸入空気流量Ａに応じて算出し、次いでステップ３１２
でスワールコントロールバルブ１７を開度θに設定する
。このことにより、シリンダ１に供給する混合気を適正
混合比に精度良く制御することができるとともに、高負
荷時にはスワールコントロールバルブ１７が全開されて
吸入空気が抵抗なくスムーズにシリンダ１内に吸入され
て体積効率が高められることから、エンジン出力を向上
させることが可能となる。When this happens, it is determined that the load is not at a low angle, and the process proceeds to step S.
++ calculates the set opening degree θ of the swirl control valve 17 according to the intake air flow rate A, and then in step 312
The swirl control valve 17 is set to the opening degree θ. As a result, the air-fuel mixture supplied to the cylinder 1 can be precisely controlled to the proper mixture ratio, and at the same time, the swirl control valve 17 is fully opened during high loads, and the intake air is drawn into the cylinder 1 smoothly without resistance. Since the volumetric efficiency is increased, it becomes possible to improve the engine output.

その後、ステップＳ　１３において、インジェクタ１５
の噴射量ＱＢおよび噴射時期Ｔｅを決定する。After that, in step S13, the injector 15
The injection amount QB and injection timing Te are determined.

そして、これら決定値Ｑａ　、ＴＢに基づいてステップ
Ｓ）４でインジェクタ１５を作動させて燃料を噴射させ
ることにより主吸気通路８内の吸入空気全体を利用して
混合気が生成され、この混合気がシリンダ１内に吸入さ
れる。一方、この混合気の生成と並行して、ステップＳ
　＋ｓにおいて、第２点火栓１６の点火時期を決定し、
この決定値に基づいてステップＳ　＋６で第２点火栓１
６を作動させて上記混合気に着火し予混合燃焼させる。Then, in step S)4, the injector 15 is operated to inject fuel based on these determined values Qa and TB, thereby generating an air-fuel mixture using the entire intake air in the main intake passage 8. is sucked into the cylinder 1. Meanwhile, in parallel with the generation of this air-fuel mixture, step S
+s, determining the ignition timing of the second ignition plug 16;
Based on this determined value, the second spark plug 1 is
6 is activated to ignite the air-fuel mixture for premix combustion.

この場合、第２点火栓１６はシリンダボアの略中央部に
配置されているので、シリンダ１周端への火炎伝播時間
を最短化して燃焼速度を速めることができる。In this case, since the second ignition plug 16 is disposed approximately at the center of the cylinder bore, the flame propagation time to the peripheral end of the cylinder 1 can be minimized and the combustion speed can be increased.

したがって、燃焼安定性を高めながら空気利用率を向上
させて予混合燃焼によるエンジン出力の向上を図ること
ができる。Therefore, it is possible to improve engine output through premix combustion by improving air utilization while improving combustion stability.

また、上記インジェクタ１５の噴口面積はノズル１３の
噴口面積よりも大ぎく設定されているので、噴ｒＪＪｆ
ｆｉを大に設定することができ高負荷時のエンジン出力
を確保できるとともに、噴射量が大のときにも噴射パル
ス幅を可及的に短くして噴射時期の制御精度を向上させ
ることができる。しかも、インジェクタ１５の噴霧角は
ノズル１３の噴霧角よりも小さく設定されているので、
噴射燃料が吸気通路８ａ　、８ｂに付着するのを抑制す
ることができ、燃料消費の無駄を省くことができる。In addition, since the nozzle area of the injector 15 is set to be larger than the nozzle area of the nozzle 13,
fi can be set to a large value, ensuring engine output at high loads, and even when the injection amount is large, the injection pulse width can be shortened as much as possible to improve injection timing control accuracy. . Moreover, since the spray angle of the injector 15 is set smaller than that of the nozzle 13,
It is possible to suppress the injected fuel from adhering to the intake passages 8a and 8b, and wasteful fuel consumption can be avoided.

さらに、第２点火栓１６は熱価の高い冷え形が採用され
ているので、熱発生の高い予混合燃焼時における第２点
火栓１６の溶損を防止することができる。このことは、
特に苛酷な熱負荷を受ける高負荷時に有利であり、エン
ジンの信頼性を高めることができる。Furthermore, since the second ignition plug 16 is of a cold type with a high heat value, it is possible to prevent the second ignition plug 16 from being damaged during premixed combustion, which generates a high amount of heat. This means that
This is especially advantageous when the engine is under a high load under severe thermal load, and can improve the reliability of the engine.

次に、エンジンの加速時におけるノズル１３およびイン
ジェクタ１５の各噴射１１ＱＡ、ＱＢの決定動作を第４
図に示すフローチャートに基づいて説明するに、スター
ト後、ステップＳ１でエンジン回転数Ｎ１およびスロッ
トル開度Ｐ＋を読込み、次いでステップＳ２で微小時間
経過後のエンジン回転数Ｎ２およびスロットル開度Ｐ２
を読込み、ステップＳ３でスロットル開度の変化分△Ｐ
−Ｐ２　　Ｐ＋を求める。Next, the determination operation of each injection 11QA, QB of the nozzle 13 and injector 15 during acceleration of the engine is performed in a fourth manner.
To explain based on the flowchart shown in the figure, after a start, the engine speed N1 and the throttle opening P+ are read in step S1, and then in step S2, the engine speed N2 and the throttle opening P2 are read after a short period of time has elapsed.
is read, and in step S3, the change in throttle opening △P
−P2 Find P+.

次に、ステップＳ４でマツプに基づいて上記エンジン回
転数Ｎ２およびスロットル開度Ｐ２に対応するスワール
コントロールバルブ開度θを決定し、ステップＳｓでマ
ツプに基づいてノズル１３およびインジェクタ１５の各
噴射ｆｉｉＱＡ、Ｑａの噴射割合Ｘおよび基本噴射量τ
０を決定する。そして、次のステップＳ６でスロットル
開度の変化分ΔＰを加速゛判定基準値ΔＰＯと比較し、
ΔＰ〉ΔＰＯのＹＥＳのときには加速時であると判断し
てステップＳ７で追加燃料Δτ−ｋ・ΔＰ（ｋは比例定
数）を設定する一方、ΔＰ≦ｐｏのＮＯのときには加速
時でないと判断してステップＳ８で追加燃料ΔτをＯと
し、その後ステップＳ９でこれらＸ、τ０．Δτの多値
に堪づいて各噴射量ＱＡ−（１−Ｘ）・τｏ　、　ＱＢ
　−ｘ　・τθ＋Δτを決定する。このように、エンジ
ンの加速時においてはノズル１３およびインジェクタ１
５の双方から燃料を噴射することにより成層化燃焼から
予混。Next, in step S4, the swirl control valve opening degree θ corresponding to the engine speed N2 and throttle opening degree P2 is determined based on the map, and in step Ss, each injection fiiQA of the nozzle 13 and injector 15, Injection ratio X of Qa and basic injection amount τ
Determine 0. Then, in the next step S6, the change ΔP in the throttle opening is compared with the acceleration determination reference value ΔPO,
When ΔP>ΔPO is YES, it is determined that the vehicle is accelerating, and the additional fuel Δτ−k·ΔP (k is a proportional constant) is set in step S7. On the other hand, when ΔP≦po is NO, it is determined that the vehicle is not accelerating. In step S8, the additional fuel Δτ is set to O, and then in step S9, these X, τ0. Considering the multiple values of Δτ, each injection amount QA-(1-X)・τo, QB
-x・τθ+Δτ is determined. In this way, when the engine accelerates, the nozzle 13 and the injector 1
Premixing from stratified combustion by injecting fuel from both sides.

合燃焼への移行をスムーズに行うことができる。This allows for a smooth transition to joint combustion.

しかも、インジェクタ１５から追加燃料Δτが上乗せさ
れて噴射されるので、加速に見合う吸入空気量を供給す
べくスワールコントロールバルブ１７が略全開となって
も混合気がオーバリーンになるのを防止することができ
、加速性を向上させることができる。また、加速時には
スワールコントロールバルブ１７が開くことにより、シ
リンダ１内にスワールが生成されなくなるので、追加燃
料Δτをノズル１３からではなくインジェクタ１５から
噴射させることは、混合気のミキシングの面から有利で
ある。Moreover, since the additional fuel Δτ is added and injected from the injector 15, it is possible to prevent the air-fuel mixture from becoming over-lean even when the swirl control valve 17 is almost fully opened to supply the amount of intake air commensurate with acceleration. It is possible to improve acceleration performance. Furthermore, since the swirl control valve 17 opens during acceleration, no swirl is generated in the cylinder 1, so injecting the additional fuel Δτ from the injector 15 rather than from the nozzle 13 is advantageous from the standpoint of mixing the air-fuel mixture. be.

さらに、上記実施例では、スワールコントロールバルブ
１７をスワール生成手段としてだけでなく吸入空気流量
を調節するバルブとして利用したので、別々のバルブを
設けることに較べてエンジンのコンパクト化を図る上で
有利である。Furthermore, in the above embodiment, the swirl control valve 17 is used not only as a swirl generating means but also as a valve for regulating the intake air flow rate, which is advantageous in making the engine more compact than using separate valves. be.

尚、ノズル１３の噴射時期ＴＡは、噴射Ｉ　ＯＡが大の
ときには早めるようにした方が燃焼性を良好に維持する
面から好ましい。また、冷間時や始動時においても同様
に早めた方が燃料の霧化を促進でき好ましい。さらに、
インジェクタ１５の噴射時期ＱＢは、吸入空気流速が最
も高くなる吸気行程に設定すれば均質な混合気を得るこ
とができる。Note that it is preferable to advance the injection timing TA of the nozzle 13 when the injection IOA is large in order to maintain good combustibility. Further, it is preferable to similarly accelerate the atomization of the fuel when the temperature is cold or when starting. moreover,
A homogeneous air-fuel mixture can be obtained by setting the injection timing QB of the injector 15 to the intake stroke where the intake air flow rate is highest.

また、本実施例のようにノズル１３とインジェクタ１５
とを完全に切り換えるようにせず、例えば低負荷時には
ノズル１３の燃料噴射量割合を増し、高負荷域ではノズ
ル１３の燃料噴射量割合を減らすようにしてもよい。さ
らに、スワールコントロールバルブ１７の開度に応じて
、ノズル１３とインジェクタ１５への燃料供給割合を変
えるようにしてもよい。また、高負荷域では第１．第２
点火栓１４．１６の両方を点火するようにしてもよく、
着火を確実に行うことができる。In addition, as in this embodiment, the nozzle 13 and the injector 15
For example, the ratio of the fuel injection amount of the nozzle 13 may be increased in a low load range, and the ratio of the fuel injection amount of the nozzle 13 may be decreased in a high load range, instead of completely switching between the two. Furthermore, the proportion of fuel supplied to the nozzle 13 and the injector 15 may be changed depending on the opening degree of the swirl control valve 17. Also, in the high load range, the first. Second
Both spark plugs 14 and 16 may be lit,
Ignition can be performed reliably.

第５図および第６図は本発明の第２実施例を示し、ピス
トン４上端部に略凹状の燃焼室１２′を形成するととと
もに平坦なシリンダヘッド３下端面に第１点火栓１４を
配置したものであり、シリシダ１内に生成されるスキッ
シュ流によって第１点火栓１４周囲に乱れを発生させ、
この乱れにより着火後の初期火炎伝播を速くすることが
できる。5 and 6 show a second embodiment of the present invention, in which a substantially concave combustion chamber 12' is formed at the upper end of the piston 4, and a first spark plug 14 is arranged at the lower end surface of the flat cylinder head 3. The squish flow generated in the cylinder 1 causes turbulence around the first spark plug 14,
This turbulence can speed up the initial flame propagation after ignition.

また、第７図および第８図は本発明の第３実施例を示し
、シリンダヘッド３下端面を円錐状に形成するとともに
ピストン４上端部に燃焼室１２“を形成したペンミール
ーフタイプのエンジンに本発明を適用したものである。7 and 8 show a third embodiment of the present invention, which is a pen-me-roof type engine in which the lower end surface of the cylinder head 3 is formed into a conical shape, and the combustion chamber 12'' is formed in the upper end portion of the piston 4. The present invention is applied to.

本実施例では、吸・排気弁１０．１１を傾斜させて配設
することになるので、吸・排気ボート５．７の直径を大
きく設定することができ、体積効率を向上させることが
できる。In this embodiment, since the intake/exhaust valves 10.11 are arranged at an angle, the diameter of the intake/exhaust boat 5.7 can be set large, and the volumetric efficiency can be improved.

さらに、第９図および第１０図は本発明の第４実施例を
示し、ピストン４上端部に半球形の燃焼室１２　”を形
成したものであり、混合気のミキシングを促進して低負
荷時における着火性を向上できるとともに、燃焼室１２
″′の放熱性を低下させて燃焼室１２　”の温度を高く
維持して燃焼性を高めることができる。Furthermore, FIG. 9 and FIG. 10 show a fourth embodiment of the present invention, in which a hemispherical combustion chamber 12'' is formed at the upper end of the piston 4, which promotes mixing of the air-fuel mixture and is effective at low loads. In addition to improving ignitability in the combustion chamber 12
By lowering the heat dissipation of the combustion chamber 12'', the temperature of the combustion chamber 12'' can be maintained high and the combustibility can be improved.

また、本発明は上記各実施例により限定されるものでは
なく第１点火栓１４のみならず第２点火栓１６をも燃焼
室１２に対向させて配置するようにしてもよく、低負荷
時に両点火柱を併用する場合等には有利となる。さらに
、燃焼室１２をシリンダヘッド３下端部とピストン４上
端部との両方に形成したエンジンに対しても適用可能で
ある。Further, the present invention is not limited to the above embodiments, and not only the first ignition plug 14 but also the second ignition plug 16 may be arranged to face the combustion chamber 12, so that both This is advantageous when an ignition pillar is also used. Furthermore, it is also applicable to an engine in which the combustion chamber 12 is formed at both the lower end of the cylinder head 3 and the upper end of the piston 4.

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の火花点火式エンジンによ
れば、エンジンの低負荷時にはスワール生成手段により
シリンダ内に形成されたスワールに対して吸気行程から
圧縮行程の間においてノズルから燃料を噴射しこの燃料
をスワールとともにシリンダ内上部に偏在させてノズル
噴口部近傍がリッチになるような成層状の希薄混合気を
形成し、ノズル噴口部近傍に配置した第１点火栓を点火
して希薄混合気を成層化燃焼させる一方、低角荷時以外
には燃料供給手段により吸気通路内の吸入空気全体を利
用して生成した混合気をスワール生成手段を不作動とし
てスムーズにシリンダ内に吸入し、シリンダボアの略中
央部に配置した第２点火栓を点火して混合気を予混合燃
焼させるようにしたので、成層化燃焼時には燃料の偏在
化および点火位置の最適化により着火性を高めかつ予混
合燃焼時には点火位置の最適化により燃焼安定性を高め
ながら、低負荷時における成層化燃焼による燃費の低減
と高負荷時における体積効率を高めた予混合燃焼による
エンジン出力の向上とを両立させることができる。(Effects of the Invention) As explained above, according to the spark ignition engine of the present invention, when the load of the engine is low, the nozzle is used in response to the swirl formed in the cylinder by the swirl generating means between the intake stroke and the compression stroke. Fuel is injected from the cylinder, and this fuel is distributed unevenly in the upper part of the cylinder along with a swirl to form a stratified lean air-fuel mixture that is rich near the nozzle orifice, and ignites the first spark plug located near the nozzle orifice. At the same time, except during low angle loads, the mixture generated by the fuel supply means utilizes the entire intake air in the intake passage, and the swirl generation means is deactivated so that the mixture is smoothly transferred into the cylinder. The second ignition plug located approximately in the center of the cylinder bore is ignited to premix and burn the air-fuel mixture. Therefore, during stratified combustion, ignitability is improved by unevenly distributing fuel and optimizing the ignition position. While increasing combustion stability by optimizing the ignition position during premixed combustion, it also reduces fuel consumption through stratified combustion at low loads and improves engine output through premixed combustion with increased volumetric efficiency at high loads. It is possible to achieve both.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図面は本発明の実施例を例示し、第１図〜第４図は本発
明の第１実施例を示し、第１図は全体概略構成図、第２
図は第１図の模式平面図、第３図はＣＰＵの基本作動を
説明するフローチャート図、第４図はＣＰＵの加速時に
おける燃料噴射量の決定動作を説明するフローチャート
図である。第５図は第２実施例を示す全体概略構成図、
第６図は第５図の模式平面図である。第７図は第３実施
例を示す全体概略構成図、第８図は第７図の模式平面図
であり、第９図は第４実施例を示す全体概略構成図、第
１０図は第９図の模式平面図である。 １・・・シリンダ、３・・・シリンダヘッド、４・・・
ピストン、８・・・主吸気通路、８ａ・・・第１吸気通
路、８ｂ・・・第２吸気通路、１２．１２’　、１２”
、１２″・・・燃焼室、１３・・・ノズル、１４・・・
第１点火栓、１５・・・インジェクタ、１６・・・第２
点火栓、１７・・・スワールコントロールバルブ、２０
・・・ＣＰＵ、２１・・・制御手段。 代　　　　　理　　　　　人　　　前　　１）　　　　
づ崎蝉し−・５．１第４図 第３図 スｑ−ト 工ンジ〉０脚（咬Ｎの鏝Δλ スＣｈａｒｔし聞酸　Ｐの名子分いと Ｔの謹込り 均圧Ｂ０語見方 λり気兼番Ａの量と 燃料流量Ｆの貞出 Ｓ４　　　（１墨」翫刺率λの■出 ＾、え。ＮＯ イ氏負イ街、　　　　ＹＥＳ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　泊１潰葡Ｗジ以ｑトス
’ｌ−＋レコント口−１し１刈ν丁 え朗じる　　　　　　　　　　　　　ｍσ隻ｅｆ１；天
定　　　　　　　　Ｓｎｎススし／）　４４）１１　　
　　　　　　　　　スｑ−ＩＬ／　コ＞　ｌ−ｏ　−Ｌ
ｌ（＋ＬＳ７　　　　　　ＱＡおコＶ　　　　　　　　
　　　　　　　　　　／）イ有ψ力ＴＡの宋起 インシェフ９の４身づ量ＱＢ　　　　ｓ１３刃、ｈｙｏ
ＵＨ的苅ＴＢ感針芝 １５゜The drawings illustrate embodiments of the present invention, and FIGS. 1 to 4 show the first embodiment of the present invention, and FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram, and FIG.
1 is a schematic plan view of FIG. 1, FIG. 3 is a flowchart explaining the basic operation of the CPU, and FIG. 4 is a flowchart explaining the operation of determining the fuel injection amount during acceleration of the CPU. FIG. 5 is an overall schematic configuration diagram showing the second embodiment;
FIG. 6 is a schematic plan view of FIG. 5. FIG. 7 is an overall schematic configuration diagram showing the third embodiment, FIG. 8 is a schematic plan view of FIG. 7, FIG. 9 is an overall schematic configuration diagram showing the fourth embodiment, and FIG. FIG. 1...Cylinder, 3...Cylinder head, 4...
Piston, 8... Main intake passage, 8a... First intake passage, 8b... Second intake passage, 12.12', 12''
, 12″... combustion chamber, 13... nozzle, 14...
1st spark plug, 15...injector, 16...2nd
Spark plug, 17...Swirl control valve, 20
...CPU, 21...control means. In front of the agent 1)
Zuzaki Semi-・5.1 Fig. 4 Fig. 3 Sq. How to look at λ, the amount of A and the fuel flow rate F, Sadade S4 (1 ink) ■Output of λ, eh. NO Mr. Lee negative, YES.
Tomari 1 crushed grapes Wjiiq toss'l-+ Leconte mouth-1 and 1 harvest νcho recite mσ ship ef1; Tensei Snn Susushi/) 44) 11
Sq-IL/ ko> l-o-L
l(+LS7 QA Oko V
/) Lee's TA's Song Ki Inchef 9's 4th QB s13 blade, hyo
UH kari TB feeling needle grass 15°

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）シリンダヘッド下端部もしくはピストン上端部の
少なくとも一方にシリンダ内に開口するように形成され
た略凹状の燃焼室と、この燃焼室内に吸気行程から圧縮
行程の間において燃料を噴射するノズルと、このノズル
の噴口部近傍に配置された第１点火栓と、吸気通路内に
燃料を供給する燃料供給手段と、シリンダボアの略中央
部に配置された第２点火栓と、シリンダ内にスワールを
生成させるスワール生成手段とを備えるとともに、エン
ジンの低負荷時、上記ノズル、第１点火栓およびスワー
ル生成手段を作動させる制御手段を設けたことを特徴と
する火花点火式エンジン。(1) A substantially concave combustion chamber formed in at least one of the lower end of the cylinder head or the upper end of the piston so as to open into the cylinder, and a nozzle that injects fuel into the combustion chamber between the intake stroke and the compression stroke. , a first spark plug disposed near the spout of the nozzle, a fuel supply means for supplying fuel into the intake passage, a second spark plug disposed approximately in the center of the cylinder bore, and a swirl within the cylinder. What is claimed is: 1. A spark ignition engine, comprising a swirl generating means for generating swirl, and a control means for operating the nozzle, the first spark plug, and the swirl generating means when the engine is under low load.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3800651A1 (en) * 1987-01-13 1988-07-21 Toyota Motor Co Ltd Two-stroke internal combustion engine with cylinder head valves
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