JPH0689659B2 - Stratified combustion engine - Google Patents
Stratified combustion engineInfo
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- JPH0689659B2 JPH0689659B2 JP61097291A JP9729186A JPH0689659B2 JP H0689659 B2 JPH0689659 B2 JP H0689659B2 JP 61097291 A JP61097291 A JP 61097291A JP 9729186 A JP9729186 A JP 9729186A JP H0689659 B2 JPH0689659 B2 JP H0689659B2
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はエンジン、就中成層燃焼式エンジンに関するも
のである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an engine and an intermediate stratified charge combustion engine.
(従来技術) 従来よりエンジンにおいては、スロットルバルブの廃止
によるポンピングロスの低減効果と、燃焼室内へ燃料を
直接噴射する直噴方式の採用との相乗効果により、低燃
費化と低NOx化を実現しようとする試みが行なわれてい
る。(Prior Art) Conventionally, in the engine, fuel consumption and NOx reduction are realized by the synergistic effect of the pumping loss reduction effect by eliminating the throttle valve and the direct injection method that directly injects fuel into the combustion chamber. Attempts are being made.
ところが、このようにスロットルバルブを廃止した場合
には、エンジンの負荷状態の如何にかかわらず常に多量
の空気が燃焼室内に導入されるため、特に燃料噴射量の
少ないエンジンの低負荷運転領域においては空気過剰率
が大きく、噴射燃料を筒内の空気全体と混合させたので
は混合気の空燃比がオーバリーンとなり着火不良等の不
具合をきたすことになる。このため、低負荷運転領域に
おいては、噴射燃料を燃焼室内に導入された空気の一部
分と混合させて該燃焼室内に局部的に理論空燃比に近い
濃度をもつ混合気層を形成し、この混合気層の部分を着
火燃焼させるいわゆる成層燃焼が不可欠な条件となる。However, when the throttle valve is abolished in this way, a large amount of air is always introduced into the combustion chamber regardless of the load condition of the engine, so especially in the low load operation region of the engine with a small fuel injection amount. If the excess air ratio is large and the injected fuel is mixed with all the air in the cylinder, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes over lean, which causes problems such as ignition failure. Therefore, in the low load operation region, the injected fuel is mixed with a part of the air introduced into the combustion chamber to locally form a mixture layer having a concentration close to the stoichiometric air-fuel ratio in the combustion chamber, and the mixture is formed. The so-called stratified combustion in which the air layer portion is ignited and burned becomes an indispensable condition.
このような背景から、特開昭58-85319号公報に開示され
る如く、インジェクターを吸気通路中に設け、吸気弁の
閉じる直前にインジェクターから燃焼室内に向けて燃料
を噴射して該燃焼室内の上部に濃混合気層を形成し、も
って成層燃焼を実現しようとしたエンジンが提案されて
いる。From such a background, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-85319, an injector is provided in the intake passage, and fuel is injected from the injector toward the combustion chamber immediately before the intake valve is closed so that the inside of the combustion chamber is closed. An engine has been proposed in which a rich air-fuel mixture layer is formed in the upper part to realize stratified combustion.
しかしながら、この方法では、燃焼室内の全域において
ほぼ均一な流れ特性を有する空気層の一部分に燃料を噴
射することにより混合気濃度の異なる2つの層を形成す
るものであり、しかも燃料噴射が吸気弁の閉じる直前に
行なわれるため、例え圧縮行程の初期には燃焼室内の上
部に濃混合気層が良好状態に形成されていたとしても、
圧縮行程の終期付近においてはピストンの上動に伴う燃
焼室内の空気の乱れにより上記濃混合気層が減衰あるい
は破壊され、このため、成層燃焼を企図したにもかかわ
らず実質的に成層燃焼は行なわれないというような事態
が想定される。However, in this method, two layers having different air-fuel mixture concentrations are formed by injecting fuel into a part of an air layer having substantially uniform flow characteristics in the entire combustion chamber, and the fuel injection is performed by the intake valve. Since it is performed immediately before closing, even if the rich mixture layer is formed in a good state in the upper part of the combustion chamber at the beginning of the compression stroke,
Near the end of the compression stroke, the rich mixture layer is attenuated or destroyed due to the turbulence of the air in the combustion chamber due to the upward movement of the piston. It is assumed that it will not happen.
このため、上述の如くスロットルバルブの廃止と直噴方
式の採用とにより低燃費化及び低NOx化が実現できると
いうことが理論上説明されているにもかかわらず、その
具体的な成功例が見当たらないのが現状である。Therefore, although it has been theoretically explained that low fuel consumption and low NOx can be realized by eliminating the throttle valve and adopting the direct injection method as described above, if a specific successful example is found. The current situation is that there are none.
また、成層燃焼は直接燃焼に寄与する空気層と燃焼に寄
与しない過剰空気層とが層を接して存在しているため、
過気過剰率が特に大きい場合とか空気流動が強い場合に
は熱損失が大きくなり、燃焼温度の低下により燃焼安定
性が損なわれることになるため、燃焼温度の適正維持を
図る必要がある。このことは成層燃焼が必要な低負荷運
転時に特に要求されるものである。Further, in stratified combustion, an air layer that directly contributes to combustion and an excess air layer that does not contribute to combustion exist in contact with each other,
When the excess air ratio is particularly large or when the air flow is strong, the heat loss becomes large and the combustion stability is impaired due to the decrease in the combustion temperature. Therefore, it is necessary to maintain the combustion temperature appropriately. This is especially required during low load operation that requires stratified charge combustion.
(発明の目的) 本発明は上記従来技術の項で指摘した問題点を解決しよ
うとするもので、空気を絞らずに燃焼室内に導入し、さ
らに該燃焼室内に複数の空気層を成層形成するようにし
た成層燃焼式エンジンにおいて、燃焼室内における空気
層の成層化をより確実ならしめるとともに燃焼温度を適
正に維持しもって高水準の成層燃焼の実現することを目
的としてなされたものである。(Object of the Invention) The present invention is intended to solve the problems pointed out in the above-mentioned prior art, and introduces air into the combustion chamber without throttling, and further forms a plurality of air layers in the combustion chamber. In such a stratified combustion engine, the purpose is to realize a high level of stratified combustion by more reliably stratifying the air layer in the combustion chamber and appropriately maintaining the combustion temperature.
(目的を達成するための手段) 本発明の成層燃焼式エンジンは上記の目的を達成するた
の手段として、燃焼室内の外周部にスワール流を発生さ
せ得る如く空気を供給する主吸気通路と、上記燃焼室の
中央部に上記スワール流とは流れ方向の異なる空気流を
発生させ得る如く空気を供給する副吸気通路とを備え、
さらに少なくともエンジンの低負荷運転領域においては
上記主吸気通路と副吸気通路の両方から吸気導入を行な
わしめて上記燃焼室の外周部に上記主吸気通路を介して
導入された空気による第1の空気層を、燃焼室の中央部
に上記副吸気通路を介して導入された空気による第2の
空気層をそれぞれ形成させ得る如くした吸気制御手段
と、上記主吸気通路中にEGRガスを供給するようにしたE
GRガス供給制御手段と、燃料を上記第2の空気層に向け
て供給するようにした燃料供給手段とを備えたものであ
る。(Means for Achieving the Purpose) As a means for achieving the above object, the stratified combustion engine of the present invention has a main intake passage for supplying air so as to generate a swirl flow in the outer peripheral portion of the combustion chamber, A sub-intake passage for supplying air to the center of the combustion chamber so as to generate an air flow having a flow direction different from that of the swirl flow,
Further, at least in the low load operation region of the engine, intake air is introduced from both the main intake passage and the auxiliary intake passage, and the first air layer is formed by the air introduced into the outer peripheral portion of the combustion chamber through the main intake passage. And an intake control means capable of forming a second air layer by the air introduced through the auxiliary intake passage in the center of the combustion chamber, and supplying EGR gas into the main intake passage. Done E
The GR gas supply control means and the fuel supply means adapted to supply fuel toward the second air layer are provided.
(作用) 本考案では上記の手段により、 (1)吸気行程において燃焼室内に形成される第1の空
気層と第2の空気層はその流れ特性が異なるものである
ためその成層状態の維持が容易である、 (2)直接燃焼に寄与する第2の空気層を包む第1の空
気層にEGRガスを供給することにより上記第2の空気層
の温度が高められ、上記のように比較的良好な成層状態
が維持されしかも層温度が高められた第2の空気層中へ
向けて燃料が供給されるから燃焼室内における燃焼温度
が高く、成層燃焼が効果的且つ安定的に達成されること
になる。(Operation) According to the present invention, by the above means, (1) since the first air layer and the second air layer formed in the combustion chamber in the intake stroke have different flow characteristics, the stratified state can be maintained. (2) The temperature of the second air layer is raised by supplying EGR gas to the first air layer that surrounds the second air layer that directly contributes to the combustion, and as described above, Since the fuel is supplied into the second air layer in which the favorable stratified state is maintained and the stratified temperature is increased, the combustion temperature in the combustion chamber is high and the stratified combustion is effectively and stably achieved. become.
(実施例) 以下、第1図ないし第5図を参照して本発明の好適な実
施例を説明する。(Embodiment) A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5.
(I:構成) 第1図及び第2図には本発明の実施例に係る自動車用多
気筒成層燃焼式エンジンが示されており、各図において
符号1はシリンダブロック、2はシリンダヘッド、3は
燃焼室、4はピストンである。(I: Structure) FIGS. 1 and 2 show a multi-cylinder stratified combustion engine for an automobile according to an embodiment of the present invention. In each drawing, reference numeral 1 is a cylinder block, 2 is a cylinder head, and 3 is a cylinder head. Is a combustion chamber, and 4 is a piston.
シリンダヘッド2には、吸気弁6によって開閉される2
つの吸気通路、即ち、後述する主吸気通路11と副吸気通
路12と、排気弁7によって開閉される排気通路15がそれ
ぞれ形成されている。The cylinder head 2 is opened and closed by an intake valve 6 2
One intake passage, that is, a main intake passage 11 and an auxiliary intake passage 12, which will be described later, and an exhaust passage 15 that is opened and closed by the exhaust valve 7 are formed.
主吸気通路11は、スワール流を発生させることを意図し
てヘリカルポート式とされており、その燃焼室3に開口
する主吸気ポート13の近傍部分は略渦巻状に形成されて
いる。従って、該主吸気通路11から主吸気ポート13を介
して上記燃焼室3内に導入される空気は第1図及び第2
図においてそれぞれ矢印A1で示す如く該燃焼室3の外周
部に沿うスワール流とされる。尚、この主吸気通路11の
通路面積は、エンジンの高負荷運転時における必要空気
量を該主吸気通路11のみで賄い得るような大きさに設定
されている。The main intake passage 11 is of a helical port type intended to generate a swirl flow, and a portion of the main intake passage 11 near the main intake port 13 opening to the combustion chamber 3 is formed in a substantially spiral shape. Therefore, the air introduced into the combustion chamber 3 from the main intake passage 11 through the main intake port 13 is the same as in FIGS.
In the figure, a swirl flow is formed along the outer peripheral portion of the combustion chamber 3 as indicated by an arrow A 1 . Incidentally, the passage area of the main intake passage 11 is set to a size such that the main intake passage 11 alone can cover the required air amount during high-load operation of the engine.
副吸気通路12は、上記主吸気通路11よりも小さな通路面
積を有しており、その燃焼室3に開口する副吸気ポート
14は上記主吸気通路11内の上記主吸気ポート13の近傍位
置において、しかも該主吸気ポート13を通して燃焼室3
の中心部を臨み得るようにして開口形成されている。従
って、この副吸気通路12からその副吸気ポート14を通し
て燃焼室3内に導入される空気は、第1図及び第2図に
おいてそれぞれ矢印A2で示す如くほぼピストン4の軸方
向に沿う空気流を現出する。The sub intake passage 12 has a passage area smaller than that of the main intake passage 11, and the sub intake port opening to the combustion chamber 3 thereof.
Reference numeral 14 denotes a position in the main intake passage 11 near the main intake port 13 and through the main intake port 13 to the combustion chamber 3
The opening is formed so that the central part of the can be seen. Therefore, the air introduced into the combustion chamber 3 from the auxiliary intake passage 12 through the auxiliary intake port 14 is the air flow substantially along the axial direction of the piston 4 as indicated by an arrow A 2 in FIGS. 1 and 2. To appear.
一方、上記主吸気通路11と副吸気通路12の外端部は、そ
れぞれ後述する吸気マニホールド5に接続されている。On the other hand, the outer ends of the main intake passage 11 and the sub intake passage 12 are connected to intake manifolds 5 described later, respectively.
吸気マニホールド5は、第1図ないし第3図に示す如く
気筒列設方向に延びる合流通路部30を有している。この
合流通路部30は、その内部にしかも長手方向に延設形成
した隔壁によってその下部に位置する第1の通路部33と
上部に位置する第2の通路部34の上下二通路に区画形成
されている。さらにこの第1の通路部33と第2の通路部
34のうち、第1の通路部33には、エンジンの各気筒の各
主吸気通路11に接続される主吸気分通路31,31……が、
また第2の通路部34には各気筒の各副吸気通路12に接続
される副吸気分通路32,32……がそれぞれ一体的に連設
形成されている。従って、吸気マニホールド5の上流端
部5a(第3図参照)から合流通路部30内に導入される空
気は二手に分流され、その一部は第1の通路部33から各
主吸気分通路31,31……を介してエンジンの各気筒の各
主吸気通路11,11……側に吸入され、他の一部は第2の
通路部34から各副吸気分通路32,32……を介してエンジ
ンの各気筒の各主吸気通路11,11……側に吸入される。The intake manifold 5 has a merging passage portion 30 extending in the cylinder array direction as shown in FIGS. 1 to 3. The merging passage portion 30 is divided into two upper and lower passages, that is, a first passage portion 33 located at the lower portion and a second passage portion 34 located at the upper portion by a partition wall formed in the interior thereof and extending in the longitudinal direction. ing. Further, the first passage portion 33 and the second passage portion
Of the 34, in the first passage portion 33, main intake branch passages 31, 31, ... connected to the main intake passages 11 of the cylinders of the engine,
.. connected to the auxiliary intake passages 12 of the respective cylinders are integrally formed in the second passage portion 34. Therefore, the air introduced from the upstream end portion 5a (see FIG. 3) of the intake manifold 5 into the merging passage portion 30 is divided into two parts, and a part of the air is introduced from the first passage portion 33 into each main intake passage portion 31. , 31 …… through the main intake passages 11, 11 …… of each cylinder of the engine, and a part of the other from the second passage portion 34 through the auxiliary intake passages 32, 32 ……. Are sucked into the main intake passages 11, 11 ... of each cylinder of the engine.
さらに、この各主吸気通路31,31……と各副吸気分通路3
2,32……には、それぞれ主吸気制御弁21と副吸気制御弁
22が設けられている。この主吸気制御弁21と副吸気制御
弁22は、それぞれ制御装置27からの制御信号を受けて作
動すステップモータ23,24により開閉駆動される。尚、
この主吸気制御弁21及び副吸気制御弁22の具体的な制御
方法については後に詳述する。Furthermore, the main intake passages 31, 31, ... and the auxiliary intake passages 3
2,32 ... are the main intake control valve 21 and the auxiliary intake control valve, respectively.
22 are provided. The main intake control valve 21 and the auxiliary intake control valve 22 are opened / closed by step motors 23, 24 which operate by receiving control signals from a control device 27, respectively. still,
Specific control methods of the main intake control valve 21 and the auxiliary intake control valve 22 will be described in detail later.
又、この吸気マニホールド5を含む吸気系にはスロット
ルバルブは設けられておらず、従って、空気は主吸気制
御弁21あるいは副吸気制御弁22が開弁している場合に
は、ピストン4の下動に伴う吸入負荷により燃焼室3内
に自由に導入される。Further, the intake system including the intake manifold 5 is not provided with a throttle valve. Therefore, when the main intake control valve 21 or the sub intake control valve 22 is open, the air is below the piston 4. It is freely introduced into the combustion chamber 3 due to the suction load accompanying the movement.
一方、上記吸気マニホールド5の合流通路部30の第1の
通路部33とエンジンの排気管17との間は、本発明を適用
して、その途中にEGRバルブ19を備えたEGR通路18により
接続されており、該EGRバルブ19の開閉制御により必要
に応じて上記吸気マニホールド5の第1の通路部33側に
EGRガスGを供給できるようになっている。尚、このEGR
バルブ19も上記主吸気制御弁21及び副吸気制御弁22と同
様に後述する制御装置27によってその作動が制御される
ものであり、その具体的な作動方式については後述す
る。On the other hand, between the first passage portion 33 of the confluence passage portion 30 of the intake manifold 5 and the exhaust pipe 17 of the engine, the present invention is applied and is connected by an EGR passage 18 provided with an EGR valve 19 in the middle thereof. By controlling the opening / closing of the EGR valve 19, the intake manifold 5 is connected to the first passage portion 33 side as needed.
EGR gas G can be supplied. In addition, this EGR
Similar to the main intake control valve 21 and the auxiliary intake control valve 22, the valve 19 has its operation controlled by a control device 27 described later, and its specific operation method will be described later.
制御装置27は、エンジン回転数、負荷、大気温(吸気
温)、水温及び吸気圧力を受けて、上記主吸気制御弁21
と副吸気制御弁22及びEGRバルブ19の開閉作動制御ある
いは燃料制御(噴射量及び噴射タイミングの設定)をす
る如く作用する。そして、この実施例においては上記主
吸気制御弁21と副吸気制御弁22及びEGRバルブ19の作動
をそれぞれ次のように制御するようしている。The control device 27 receives the engine speed, the load, the atmospheric temperature (intake air temperature), the water temperature and the intake pressure, and receives the main intake control valve 21.
And the operation of controlling the opening / closing operation of the auxiliary intake control valve 22 and the EGR valve 19 or controlling the fuel (setting the injection amount and injection timing). In this embodiment, the operation of the main intake control valve 21, the auxiliary intake control valve 22 and the EGR valve 19 are controlled as follows.
(a:主吸気制御弁21の制御) 主吸気制御弁21は、エンジンの燃焼室3内におけるスワ
ール流の必要の有無に応じて制御されるものであって、
具体的には、エンジン始動時、即ち、着火性向上の観点
からスワール発生の必要のない運転状態においては全閉
保持され、それ以外の運転領域、即ち、スワール流によ
り燃焼性の改善を図る必要のある領域においては全開保
持される。(A: Control of Main Intake Control Valve 21) The main intake control valve 21 is controlled according to whether swirl flow is required in the combustion chamber 3 of the engine,
Specifically, when the engine is started, that is, in the operating state where swirl generation is not necessary from the viewpoint of improving ignitability, it is kept fully closed, and in other operating regions, that is, swirl flow is required to improve combustibility. It is held fully open in a certain area.
(b:副吸気制御弁22の制御) 副吸気制御弁22は、混合気の着火・燃焼性が悪化するた
め特に成層燃焼の実現が要求される運転領域においては
全開保持されそれにより成層燃焼の実現に寄与するが、
それ以外の運転領域においては全閉保持される。具体的
には第4図に示す如くエンジン回転数とエンジン負荷及
びエンジン温度の3つの要素に基づいて制御されるもの
であり、この実施例においてはエンジンの温間時におい
ては、第4図において領域Iで示す如くアイドル運転域
を含む低負荷領域において上記副吸気制御弁22を全開保
持し、それ以外の運転領域ではこれを全閉とする。(B: Control of the sub-intake control valve 22) The sub-intake control valve 22 is held fully open particularly in an operating region where realization of stratified charge combustion is required because the ignition / combustibility of the air-fuel mixture deteriorates. Contribute to realization,
In other operating regions, it is held fully closed. Specifically, as shown in FIG. 4, it is controlled on the basis of three factors of engine speed, engine load and engine temperature. In this embodiment, when the engine is warm, as shown in FIG. As shown in the region I, the auxiliary intake control valve 22 is kept fully open in the low load region including the idle operating region, and is fully closed in the other operating regions.
これに対して、エンジンの冷間時には温間時よりも一層
混合気の着火性が悪くなるため、第4図において領域I
で示す運転領域にさらに領域IIを加えたより高回転側の
運転領域まで副吸気制御弁22を全開保持し、これ以外の
運転領域ではこれを全閉保持するようにしている。On the other hand, when the engine is cold, the ignitability of the air-fuel mixture becomes worse than when it is warm.
The auxiliary intake control valve 22 is kept fully open up to the operating region on the higher rotation side, which is obtained by adding the region II to the operating region shown by, and is fully closed in the other operating regions.
(EGRバルブ19の制御) EGRガスを主吸気通路11側へ供給する趣旨は、成層燃焼
が行われる場合、燃焼に寄与しない空気層(この実施例
においては第1の空気層51)の温度を高温のEGRガスを
混入させることで上昇させ、もってその内側に存在する
第2の空気層部分において行われる燃焼の燃焼温度を高
めることにある。(Control of EGR valve 19) The purpose of supplying EGR gas to the main intake passage 11 side is to control the temperature of the air layer (first air layer 51 in this embodiment) that does not contribute to combustion when stratified charge combustion is performed. It is intended to raise the temperature by mixing the high temperature EGR gas, and thereby to raise the combustion temperature of the combustion performed in the second air layer portion existing inside thereof.
このため、EGRバルブ19は、上記副吸気制御弁22とほぼ
同様の制御形態でもって制御される。即ち、始動時以外
の通常運転時でしかもエンジンの温感時には第4図にお
いて領域Iで示す運転領域において開弁され、それ以外
の運転領域では閉弁される。またエンジンの冷間時には
第4図において領域Iで示す運転領域と領域IIで示す運
転領域の両方で開弁され、それ以外の運転領域では閉弁
される。尚、始動時には後述する如く成層燃焼を行わな
いため、EGRバルブ19は閉弁保持される。For this reason, the EGR valve 19 is controlled in the same control mode as the auxiliary intake control valve 22. That is, the valve is opened in the operation region indicated by the region I in FIG. 4 during the normal operation other than the start and when the engine temperature is sensed, and is closed in the other operation regions. Further, when the engine is cold, the valve is opened in both the operating region shown by region I and the operating region shown by region II in FIG. 4, and closed in the other operating regions. Since the stratified charge combustion is not performed at the time of starting, the EGR valve 19 is held closed.
さらに、EGRバルブ19の開度、即ちEGRガス量の制御であ
るが、これは、エンジンの負荷が高いときにはEGRガス
の温度自体が高いため、空気層に常時ほぼ均一な熱量を
付与するという要請から、第5図に示すようにエンジン
負荷が高くなるに従って、EGRガス量を減らすように制
御するようにしている。Furthermore, the opening of the EGR valve 19, that is, the control of the EGR gas amount, is a request that the temperature of the EGR gas itself is high when the load of the engine is high, so that a substantially uniform amount of heat is constantly given to the air layer. Therefore, as shown in FIG. 5, the EGR gas amount is controlled to decrease as the engine load increases.
尚、第1図及び第2図において符号8はインジェクター
であって、上記燃焼室3の中心部に向けて燃料を噴射し
得る如く傾斜配置されている。さらに符号9は点火プラ
グであって、この点火プラグ9は上記インジェクター8
に対して上記スワール流(矢印A1)の下流側に位置する
ようにして配置されている。In FIGS. 1 and 2, reference numeral 8 is an injector, which is inclined so that fuel can be injected toward the center of the combustion chamber 3. Further, reference numeral 9 is a spark plug, and this spark plug 9 is the injector 8 described above.
On the other hand, it is arranged so as to be located on the downstream side of the swirl flow (arrow A 1 ).
又、インジェクター8の作動タイミングは、ピストン4
の圧縮上死点付近において燃料噴射が行なわれるように
予め設定されている。The operating timing of the injector 8 is the piston 4
Is set in advance so that fuel injection is performed near the compression top dead center.
(II:作動並びにその作用) 続いて、このエンジンの作動並びにその作用を簡単に説
明する。(II: Operation and Its Action) Next, the operation of this engine and its action will be briefly described.
(a:エンジン始動時) エンジン始動時には、上述の如く主吸気制御弁21とEGR
バルブ19とは全閉保持される。また、この運転状態は上
記領域Iに含まれているため副吸気制御弁22は全開保持
される。このため、この場合における吸気導入は、副吸
気通路12側からのみ行なわれ、主吸気通路11側からは空
気もEGRガスも導入されず、燃焼室3内にはスワール流
は発生しない。従って、スワール流による火炎核の吹き
消し現象も発生せず、良好な着火性能即ち、始動性が確
保される。(A: At engine start) At engine start, as described above, the main intake control valve 21 and the EGR
The valve 19 is held fully closed. Further, since this operating state is included in the region I, the auxiliary intake control valve 22 is held fully open. Therefore, the intake air is introduced in this case only from the side of the auxiliary intake passage 12, neither the air nor the EGR gas is introduced from the side of the main intake passage 11, and the swirl flow is not generated in the combustion chamber 3. Therefore, the blowout phenomenon of the flame kernel due to the swirl flow does not occur, and good ignition performance, that is, startability is secured.
(b:エンジンの通常運転) この場合には、主吸気制御弁21は常時全開保持されてい
るが、副吸気制御弁22とEGRバルブ19はそれぞれエンジ
ン回転数とエンジン負荷及びエンジン温度の三つの制御
要素に基づいて開閉制御される。即ち、例えば、エンジ
ンの運転状態が上記領域Iあるいは領域IIに対応するア
イドル運転領域を含む低負荷運転領域(換言すれば成層
燃焼により燃焼性を改善する必要のある運転領域)にあ
る場合には、副吸気制御弁22とEGRバルブ19がともに開
弁保持されるため、吸気行程の進行(ピストン4の下
動)に伴って主吸気通路11からは空気とEGRガスの混合
気が、また副吸気通路12からは空気のみが、それぞれ燃
焼室3内に導入される。従って、燃焼室3内には、主吸
気通路11からスワール流(矢印A1)を発生しながら導入
される空気とEGRガスとの混合気により該燃焼室3の外
周部に形成される第1の空気層(厳密には混合気層)51
(境界線Lより外側部分)と、副吸気通路12からピスト
ン軸方向の空気流(矢印A2)を発生しながら導入される
空気により該燃焼室3の中央部(第1の空気層51の内
側)に形成される第2の空気層52(境界線Lより内側部
分)の内外2つのしかもそれぞれ流れ特性の異なる空気
層が存在することになる(換言すれば、内側の第2の空
気層52が外側の第1の空気層51によって包まれた状態と
なる)。この内外両方に分離された2つの空気層51,52
は、その流れ特性が異なるところから、相互に合流して
その成層状態が減衰し又は破壊されるということが少な
く、その分離状態(成層状態)はピストン4の上動に伴
う筒内空気の乱れ作用にもかかわらず圧縮上死点付近ま
で維持される。従って、圧縮上死点付近においてインジ
ェクター8から第2の空気層52側に向けて燃料が噴射さ
れると、この噴射燃料は該第2の空気層52の空気と効率
的に混合し、該燃焼室3の内部には局部的に理論空燃比
近くの濃度を持つ混合気層が確実に形成されることにな
る(成層比の促進・維持)。(B: Normal operation of engine) In this case, the main intake control valve 21 is always kept fully open, but the auxiliary intake control valve 22 and the EGR valve 19 are respectively set to three values of engine speed, engine load, and engine temperature. Opening / closing is controlled based on the control element. That is, for example, when the engine operating condition is in the low load operating region including the idle operating region corresponding to the region I or the region II (in other words, the operating region where the combustibility needs to be improved by stratified combustion) Since the auxiliary intake control valve 22 and the EGR valve 19 are both opened and maintained, the air-EGR gas mixture from the main intake passage 11 and the auxiliary intake passage 11 (downward movement of the piston 4) are also retained. Only air is introduced into the combustion chamber 3 from the intake passage 12. Therefore, the first mixture formed in the outer peripheral portion of the combustion chamber 3 by the mixture of air and EGR gas introduced while generating the swirl flow (arrow A 1 ) from the main intake passage 11 in the combustion chamber 3. Air layer (strictly speaking, mixture layer) 51
(The portion outside the boundary line L) and the air introduced from the auxiliary air intake passage 12 while generating the air flow (arrow A 2 ) in the piston axial direction, the central portion of the combustion chamber 3 (the first air layer 51). There are two air layers inside and outside of the second air layer 52 (inside the boundary line L) formed on the inside) and having different flow characteristics (in other words, the inside second air layer). 52 is surrounded by the outer first air layer 51). Two air layers 51,52 separated inside and outside
Since the flow characteristics are different, it is unlikely that the stratified state will be attenuated or destroyed by merging with each other, and the separated state (stratified state) is the turbulence of the air in the cylinder accompanying the upward movement of the piston 4. Despite the action, it is maintained near the compression top dead center. Therefore, when the fuel is injected from the injector 8 toward the second air layer 52 side in the vicinity of the compression top dead center, the injected fuel is efficiently mixed with the air in the second air layer 52 and the combustion is performed. A mixture layer having a concentration close to the stoichiometric air-fuel ratio is surely formed locally in the chamber 3 (promotion and maintenance of the stratification ratio).
また、この場合、第1の空気層51の温度がそれに混入し
たEGRガスGにより空気のみを吸入した場合よりも高め
られている。従って、当然、この第1の空気層51により
その内側に包まれた状態で存在する第2の空気層52も、
上記第1の空気層51の熱影響を受けてその温度が高めら
れている。Further, in this case, the temperature of the first air layer 51 is higher than that in the case where only the air is sucked by the EGR gas G mixed therein. Therefore, naturally, the second air layer 52 existing in a state of being wrapped inside by the first air layer 51 is also
The temperature of the first air layer 51 is increased due to the influence of heat of the first air layer 51.
このような成層化の促進・維持と燃焼温度の高温化との
相乗効果により高水準の成層燃焼が実現されることとな
る。A high level of stratified combustion is realized by the synergistic effect of promoting and maintaining the stratification and increasing the combustion temperature.
一方、エンジンの運転状態が上記領域Iあるいは領域II
以外の運転領域にある場合には、燃料噴射量が多いた
め、この燃料が燃焼室3内に導入された空気の全量と均
一に混合しても混合気濃度がオーバリーンになるという
ことがなく、従って、上述の如き成層燃焼を実現する必
要性はない。このため、この運転領域においては、副吸
気制御弁22とEGRバルブ19がともに全閉保持され、主吸
気通路11側からのみ吸気導入が行なわれ、高水準のスワ
ール効果によりエンジンの高出力運転が実現されること
になる。On the other hand, the operating condition of the engine is the above area I or area II.
In the operating regions other than, since the fuel injection amount is large, even if this fuel is uniformly mixed with the entire amount of the air introduced into the combustion chamber 3, the mixture concentration does not become over lean, Therefore, it is not necessary to realize the stratified combustion as described above. For this reason, in this operating region, both the auxiliary intake control valve 22 and the EGR valve 19 are held fully closed, intake air is introduced only from the main intake passage 11 side, and the high output operation of the engine is performed by the high level swirl effect. Will be realized.
尚、上記実施例においては、主吸気通路11側から導入さ
れる空気によるスワール流と、副吸気通路12側から導入
されピストン軸方向の流れをもつ空気流とによって、相
互に分離した第1の空気層51と第2の空気層52を形成す
るようにしているが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、例えば主吸気通路11側から導入される空気によ
り燃焼室の外周部に正方向のスワール流をもつ第1の空
気層を形成する一方、副吸気通路12側から導入される空
気により逆方向のスワール流をもつ第2の空気層を形成
し、この相互にスワール方向の異なる2つの空気層を燃
焼室内において相互に分離存在させるようにしてもよ
い。In the above embodiment, the first swirl flow separated by the air introduced from the side of the main intake passage 11 and the air flow introduced from the side of the auxiliary intake passage 12 and having a flow in the piston axial direction are separated from each other. Although the air layer 51 and the second air layer 52 are formed, the present invention is not limited to this, and, for example, air introduced from the main intake passage 11 side can be provided to the outer peripheral portion of the combustion chamber. A first air layer having a swirl flow in the opposite direction is formed, while a second air layer having a swirl flow in the opposite direction is formed by the air introduced from the auxiliary intake passage 12 side, and the swirl directions differ from each other. The two air layers may be separated from each other in the combustion chamber.
また、上記実施例においては、EGRガスGを合流通路部3
0の上流側から供給するようにしているが、本発明はこ
れに限定されるものでなく、例えば第3図に鎖線図示
(符号18′)する如く合流通路部30の上流側に供給する
こともできる。Further, in the above embodiment, the EGR gas G is introduced into the confluent passage portion 3
Although it is supplied from the upstream side of 0, the present invention is not limited to this. For example, as shown by the chain line (reference numeral 18 ') in FIG. You can also
さらに、上記実施例においてはEGRガスを主吸気通路11
側に供給することにより第1の空気層51を空気(新気)
とEGRガスとの混合気としたが、本発明はこれに限定さ
れるものでなく、主吸気通路11側への新気導入を止め、
EGRガスのみで第1の空気層51を形成することもでき
る。Further, in the above embodiment, the EGR gas is supplied to the main intake passage 11
To supply air to the first air layer 51 (fresh air)
However, the present invention is not limited to this, and the introduction of fresh air to the main intake passage 11 side is stopped,
It is also possible to form the first air layer 51 using only EGR gas.
(発明の効果) 本発明の成層燃焼式エンジンは、燃焼室内の外周部にス
ワール流を発生させ得る如く空気を供給する主吸気通路
と、上記燃焼室の中央部に上記スワール流とは流れ方向
の異なる空気流を発生させ得る如く空気を供給する副吸
気通路とを備え、さらに少なくともエンジンの低負荷運
転領域においては上記主吸気通路と副吸気通路の両方か
ら吸気導入を行なわしめて上記燃焼室の外周部に上記主
吸気通路を介して導入された空気による第1の空気層
を、燃焼室の中央部に上記副吸気通路を介して導入され
た空気による第2の空気層をそれぞれ形成させ得る如く
した吸気制御手段と、上記主吸気通路中にEGRガスを供
給するようにしたEGRガス供給制御手段と、燃料を上記
第2の空気層に向けて供給するようにした燃料供給手段
とを備えたことを特徴とするものである。(Effects of the Invention) In the stratified combustion engine of the present invention, the main intake passage that supplies air so as to generate a swirl flow in the outer peripheral portion of the combustion chamber, and the swirl flow in the central portion of the combustion chamber And an auxiliary air intake passage for supplying air so as to generate different air flows, and further, at least in a low load operation region of the engine, intake air is introduced from both the main air intake passage and the auxiliary air intake passage so that the combustion chamber It is possible to form a first air layer by the air introduced through the main intake passage in the outer peripheral portion and a second air layer by the air introduced through the auxiliary intake passage in the central portion of the combustion chamber. Intake control means, EGR gas supply control means for supplying EGR gas into the main intake passage, and fuel supply means for supplying fuel toward the second air layer It is characterized by that.
従って、本発明の成層燃焼式エンジンによれば、 (1)吸気行程において燃焼室内に形成される第1の空
気層と第2の空気層はその流れ特性が異なるものである
ためその成層状態の維持が容易であり、 (2)直接燃焼に寄与する第2の空気層を包む第1の空
気層にEGRガスを供給することにより上記第2の空気層
の温度が高められ、上記のように比較的良好な成層状態
が維持されしかも層温度が高められた第2の空気層中へ
向けて燃料が供給されるから燃焼室内における燃焼温度
が高く、成層燃焼が効果的且つ安定的に達成されるとい
う効果が得られる。Therefore, according to the stratified combustion engine of the present invention, (1) since the flow characteristics of the first air layer and the second air layer formed in the combustion chamber in the intake stroke are different, It is easy to maintain, and (2) the temperature of the second air layer is raised by supplying the EGR gas to the first air layer that surrounds the second air layer that directly contributes to combustion, and as described above. Since the fuel is supplied toward the second air layer in which the relatively good stratified state is maintained and the stratified temperature is increased, the combustion temperature in the combustion chamber is high, and the stratified combustion is effectively and stably achieved. The effect is obtained.
第1図は本発明の実施例係る成層燃焼式エンジンの要部
横断面図、第2図は第1図のII-II横断面図、第3図は
第1図のIII-III縦断面図、第4図は主吸気通路と副吸
気通路との作動特性図、第5図は第2図に示したEGRバ
ルブの作動特性図である。 1……シリンダブロック 2……シリンダヘッド 3……燃焼室 4……ピストン 5……吸気マニホールド 6……吸気弁 7……排気弁 8……インジェクター 9……点火プラグ 11……主吸気通路 12……副吸気通路 13……主吸気ポート 14……副吸気ポート 15……排気通路 18……EGR通路 19……EGRバルブ 51……第1の空気層 52……第2の空気層FIG. 1 is a horizontal cross-sectional view of a main part of a stratified charge combustion engine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a horizontal cross-sectional view of II-II of FIG. 1, and FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of III-III of FIG. FIG. 4 is an operating characteristic diagram of the main intake passage and the auxiliary intake passage, and FIG. 5 is an operating characteristic diagram of the EGR valve shown in FIG. 1 ... Cylinder block 2 ... Cylinder head 3 ... Combustion chamber 4 ... Piston 5 ... Intake manifold 6 ... Intake valve 7 ... Exhaust valve 8 ... Injector 9 ... Spark plug 11 ... Main intake passage 12 ...... Sub intake passage 13 ...... Main intake port 14 ...... Sub intake port 15 ...... Exhaust passage 18 ...... EGR passage 19 ...... EGR valve 51 ...... First air layer 52 ...... Second air layer
Claims (1)
得る如く空気を供給する主吸気通路と、上記燃焼室の中
央部に上記スワール流とは流れ方向の異なる空気流を発
生させ得る如く空気を供給する副吸気通路とを備え、さ
らに少なくともエンジンの低負荷運転領域においては上
記主吸気通路と副吸気通路の両方から吸気導入を行なわ
しめて上記燃焼室の外周部に上記主吸気通路を介して導
入された空気による第1の空気層を、燃焼室の中央部に
上記副吸気通路を介して導入された空気による第2の空
気層をそれぞれ形成させ得る如くした吸気制御手段と、
上記主吸気通路中にEGRガスを供給するようにしたEGRガ
ス供給制御手段と、燃料を上記第2の空気層に向けて供
給するようにした燃料供給手段とを備えてなる成層燃焼
式エンジン。1. A main intake passage for supplying air so as to generate a swirl flow in an outer peripheral portion of a combustion chamber, and an air flow having a flow direction different from that of the swirl flow in a central portion of the combustion chamber. An auxiliary air intake passage for supplying air, and at least in a low load operation region of the engine, intake air is introduced from both the main intake air passage and the auxiliary intake air passage to the outer peripheral portion of the combustion chamber through the main intake air passage. Intake air control means capable of forming a first air layer by the air introduced through the auxiliary air intake passage in the central portion of the combustion chamber, and a second air layer by the air introduced through the sub-intake passage.
A stratified combustion engine comprising EGR gas supply control means for supplying EGR gas into the main intake passage, and fuel supply means for supplying fuel toward the second air layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61097291A JPH0689659B2 (en) | 1986-04-26 | 1986-04-26 | Stratified combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61097291A JPH0689659B2 (en) | 1986-04-26 | 1986-04-26 | Stratified combustion engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62253918A JPS62253918A (en) | 1987-11-05 |
JPH0689659B2 true JPH0689659B2 (en) | 1994-11-09 |
Family
ID=14188397
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61097291A Expired - Lifetime JPH0689659B2 (en) | 1986-04-26 | 1986-04-26 | Stratified combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0689659B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2305969A (en) * | 1995-10-06 | 1997-04-23 | Ford Motor Co | Stratified charge engine |
US6073600A (en) * | 1995-11-29 | 2000-06-13 | Ford Global Technologies, Inc. | Stratified charged engine |
-
1986
- 1986-04-26 JP JP61097291A patent/JPH0689659B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS62253918A (en) | 1987-11-05 |
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