JP2001271650A - Spark ignition type direct injection engine - Google Patents

Spark ignition type direct injection engine

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JP2001271650A
JP2001271650A JP2000091697A JP2000091697A JP2001271650A JP 2001271650 A JP2001271650 A JP 2001271650A JP 2000091697 A JP2000091697 A JP 2000091697A JP 2000091697 A JP2000091697 A JP 2000091697A JP 2001271650 A JP2001271650 A JP 2001271650A
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cylinder
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fuel injection
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Muneyuki Oota
統之 太田
Takehiko Yasuoka
剛彦 安岡
Hiroyuki Yamashita
洋幸 山下
Suketoshi Seto
祐利 瀬戸
Masakazu Matsumoto
正和 松本
Fumihiko Saito
史彦 斉藤
Keiji Araki
啓二 荒木
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Mazda Motor Corp
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Mazda Motor Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve fuel consumption and output by improving combustion performance and broadening the stratification combustion range by controlling the behavior of the fuel atomization in a combustion chamber so that air-fuel mixture can be stratified properly over the broad running range of a spark ignition type direct injection engine in the stratification combustion run by the engine. SOLUTION: A tumble flow T is generated, so as to flow toward an injector between the electrode of an ignition plug 16 and the crown face of a piston 5 in a compression stroke of a cylinder 2. A recessed section 5a is provided, so as to make the tumble flow T flow along the crown face of the piston 5. The electrode of an ignition plug 16 is projected by a prescribed length from the ceiling of the combustion chamber 6. The direction of fuel injected by the injector 18 is set, so that the position P1 where the center line F of fuel atomization and the bottom face of the recessed section 5a cross each other is positioned on the exhaust side more than the position P2 where a center line z of the cylinder 2 and the bottom face of the recessed section 5a cross each other, while fuel is injected in the cylinder 2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、気筒内の燃焼室に
燃料を直接噴射して、混合気を点火プラグの電極周りに
成層化させた状態で点火するようにした火花点火式直噴
エンジンに関し、特に、燃焼室のタンブル流を有効に利
用して、混合気の適切な成層化を促す噴霧の挙動制御の
技術分野に属する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spark-ignition direct-injection engine in which fuel is directly injected into a combustion chamber in a cylinder, and the mixture is ignited while being stratified around the electrodes of a spark plug. Particularly, the present invention belongs to the technical field of spray behavior control for promoting appropriate stratification of an air-fuel mixture by effectively utilizing a tumble flow in a combustion chamber.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、この種の火花点火式直噴エン
ジンでは、気筒内の燃焼室に臨むように高圧の燃料噴射
弁を配設するとともに、ピストンの冠面に所定形状のキ
ャビティを形成し、前記燃料噴射弁から噴射させた燃料
を一旦、対向するキャビティの内壁面や底面に衝突させ
た上で、このキャビティ内に混合気を閉じこめて、点火
プラグの電極周りに成層化させるようにしている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in this type of spark ignition type direct injection engine, a high-pressure fuel injection valve is disposed so as to face a combustion chamber in a cylinder, and a cavity having a predetermined shape is formed in a crown surface of a piston. Then, after the fuel injected from the fuel injection valve once collides with the inner wall surface or the bottom surface of the opposing cavity, the air-fuel mixture is confined in the cavity and stratified around the electrode of the ignition plug. ing.

【0003】また、燃焼室のスワールやタンブル等の吸
気流動を利用して、混合気をキャビティ内に集めたり、
点火プラグの電極付近に輸送するようにしたものもあ
る。例えば、特開平11−161338号公報に開示さ
れる筒内噴射式エンジンでは、燃料の噴射方向をタンブ
ル流と逆向きにして、このタンブル流により、キャビテ
ィから溢れようとする混合気を押し戻して閉じ込めると
ともに、燃料液滴の気化や空気との混合を促しながら、
キャビティ内において混合気を点火プラグの電極付近に
輸送するようにしている。
[0003] In addition, the air-fuel mixture is collected in the cavity by utilizing the intake air flow such as swirl or tumble of the combustion chamber,
Some are transported to the vicinity of the electrode of the spark plug. For example, in the in-cylinder injection engine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-161338, the fuel injection direction is reversed from the tumble flow, and the air-fuel mixture overflowing from the cavity is pushed back and confined by the tumble flow. At the same time, while promoting the vaporization of fuel droplets and mixing with air,
The mixture is transported to the vicinity of the electrode of the spark plug in the cavity.

【0004】或いは、特開平11−200866号公報
に開示される筒内噴射式火花点火機関のように、一旦、
キャビティ内に飛散させた燃料をタンブル流に乗せて点
火プラグ側に輸送するようにしたものもある。このもの
では、キャビティをピストン冠面の略中央部に形成しか
つその形状を球面状としてタンブル流の保存性を高める
とともに、燃料噴射弁からの噴霧の拡がり角を例えば7
0°〜90°と広角化して、燃料噴霧の貫徹力を弱める
ことにより、ピストン冠面への燃料の付着を抑えるよう
にしている。
Alternatively, as in a cylinder injection type spark ignition engine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-200866,
There is also one in which fuel scattered in the cavity is transported to the spark plug side by being carried on a tumble flow. In this device, the cavity is formed substantially at the center of the crown surface of the piston, and the shape thereof is spherical so as to enhance the preservability of the tumble flow.
By widening the angle from 0 ° to 90 ° to reduce the penetration of the fuel spray, the fuel is prevented from adhering to the piston crown.

【0005】さらに、SAE1999-01-0170(Society of
Automotive Engineers による技術文献)に記載された
直噴エンジンのように、気筒内燃焼室に極めて強いタン
ブル流を生成し、このタンブル流により燃料噴射弁から
の燃料噴霧をその噴射方向に沿うように点火プラグの電
極付近に輸送するようにしたものもある。このもので
は、図46(a)に示すように、燃料噴射弁により燃料を
比較的大きく拡がるように噴射させ、同図(b)に示すよ
うに、燃料噴霧のうちの燃焼室天井部に近い上側のもの
をタンブル流に乗せて点火プラグ側に輸送する一方、ピ
ストン冠面に近い下側のものはタンブル流に衝突させて
その勢いを弱める。そして、同図(c)に示すように、燃
料噴霧全体をタンブル流に乗せて、燃焼室の天井部に沿
って点火プラグ側に輸送するようにしている。
Further, SAE1999-01-0170 (Society of
Like the direct injection engine described in Automotive Engineers' technical literature), an extremely strong tumble flow is generated in the combustion chamber inside the cylinder, and the tumble flow ignites the fuel spray from the fuel injector along the injection direction. Some are transported near the electrode of the plug. In this case, as shown in FIG. 46 (a), fuel is injected by a fuel injection valve so as to spread relatively large, and as shown in FIG. 46 (b), the fuel spray is close to the combustion chamber ceiling. The upper one is carried on the tumble flow and transported to the spark plug side, while the lower one close to the piston crown collides with the tumble flow to reduce its momentum. Then, as shown in FIG. 3 (c), the entire fuel spray is put on a tumble flow and transported to the spark plug side along the ceiling of the combustion chamber.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来例の
エンジンにおいては、いずれも負荷状態や回転速度の異
なる広い運転領域に亘って混合気を適切に成層化してい
るとは言い難く、エンジンの全運転領域に亘って見た場
合には、成層燃焼運転による燃費改善等の効果を高める
余地がかなり残されている。すなわち、前記第1の従来
例(特開平11−161338号)のように、混合気を
キャビティ内に閉じこめることを前提としたものでは、
混合気を適切に成層化できる運転領域がキャビティの寸
法形状により厳しい制約を受け、エンジンを成層運転で
きる領域が実際には低負荷低回転側の狭い領域に限られ
ることから、燃費の改善効果もあまり大きくはなり得な
い。
However, it is difficult to say that any of the above-mentioned conventional engines properly stratifies the air-fuel mixture over a wide operating range in which the load state and the rotation speed are different. When viewed over the entire operation range, there is considerable room for improving the effects such as fuel efficiency improvement by the stratified combustion operation. That is, as in the first conventional example (Japanese Patent Laid-Open No. 11-161338), it is assumed that the air-fuel mixture is confined in the cavity.
The operating area where the mixture can be stratified properly is severely restricted by the dimensions and shape of the cavity, and the area where the engine can be stratified is actually limited to a narrow area on the low-load and low-speed side, which also improves the fuel efficiency. It cannot be too large.

【0007】しかも、このような直噴エンジンでは、一
般的に燃料噴射弁からの燃料噴霧を衝突させるキャビテ
ィの内壁面が気筒の中心線付近に位置することになり、
この内壁面によって燃焼初期の火炎核の成長が阻害され
たり、火炎の伝播性が低下したりすることが避けられな
いので、このことによって燃焼性が低下するという実状
がある。加えて、このものでは、前記のように燃料噴霧
をキャビティの内壁面や底面に衝突させるようにしてい
るので、該壁面等への燃料の付着量が多くなり、このこ
とが燃費悪化や排気中の未燃炭化水素(HC)の増大を
招くという不具合もある。
In addition, in such a direct injection engine, generally, the inner wall surface of the cavity where the fuel spray from the fuel injection valve collides is located near the center line of the cylinder.
Since it is inevitable that the growth of the flame nucleus in the early stage of combustion is reduced by the inner wall surface, and the propagating property of the flame is reduced, the fact is that the combustibility is reduced by this. In addition, in this case, as described above, the fuel spray is caused to collide with the inner wall surface and the bottom surface of the cavity, so that the amount of fuel adhering to the wall surface and the like increases, which leads to deterioration of fuel efficiency and exhaust gas. There is also a disadvantage that unburned hydrocarbons (HC) increase.

【0008】例えば、図47は、キャビティの形状の異
なる複数のピストンを用意して、直噴化によるエンジン
の燃費改善率と出力改善率とをそれぞれ実験的に求め、
その結果を対比して示したものである。同図によれば、
燃費の改善と出力の改善との間にはいわゆるトレードオ
フ関係があり、前記前者の従来例のような深皿型のキャ
ビティを設けたものでは(点A)、燃料噴霧を適切に閉
じこめて成層化できることから、低負荷低回転域での燃
費改善効果が高い一方で、特に高回転側において燃焼性
が低下してしまい、出力の改善効果が低くなっている。
For example, FIG. 47 shows that a plurality of pistons having different shapes of cavities are prepared, and a fuel efficiency improvement rate and an output improvement rate of an engine by direct injection are respectively experimentally obtained.
The results are shown in comparison. According to FIG.
There is a so-called trade-off relationship between the improvement of fuel efficiency and the improvement of output. In the former case in which a deep dish-shaped cavity is provided (point A), the fuel spray is appropriately trapped and stratified. Therefore, the effect of improving fuel efficiency in a low-load and low-speed range is high, but the combustibility is reduced particularly on a high-speed side, and the effect of improving output is low.

【0009】一方、冠面を凹面形状としただけのいわゆ
るフラットピストンでは(点C)、高回転側における出
力改善効果は高いものの、低負荷域で混合気を適切に成
層化することが難しいので、燃費の改善効果は低くなら
ざるを得ない。そして、それらの中間的なものとして、
燃料噴射弁に対向するキャビティの内壁面を大きく傾斜
させたものでは(点B)、燃費及び出力の両方について
大幅な改善は見込めないものである。
On the other hand, with a so-called flat piston having only a concave crown surface (point C), although the output improvement effect on the high rotation side is high, it is difficult to appropriately stratify the air-fuel mixture in a low load region. However, the effect of improving fuel efficiency must be reduced. And as an intermediate between them,
When the inner wall surface of the cavity facing the fuel injection valve is greatly inclined (point B), a significant improvement in both fuel consumption and output cannot be expected.

【0010】次に、第2の従来例(特開11−2008
66号)について見ると、このものでも、キャビティの
大きさが小さいときには前記前者の従来例と同様の不具
合が発生すると考えられ、一方、キャビティを大きくす
れば、前記フラットピストンと同様に混合気の適切な成
層化が困難になってしまう。すなわち、このものではキ
ャビティ内に飛散させた燃料をタンブル流に乗せて点火
プラグ側に輸送しようとしているが、キャビティが大き
くなればそのように飛散した燃料を集めること自体が難
しくなる上に、たとえ燃料を集めることができたとして
も、この燃料はタンブル流に乗って移動し、点火プラグ
の電極付近を通過してしまうので、該点火プラグによっ
て混合気に着火可能な期間は極めて短く、混合気の適切
な成層化を実現しているとは言えない。
Next, a second conventional example (Japanese Patent Laid-Open No. 11-2008)
Looking at No. 66), it is considered that, even in this case, when the size of the cavity is small, the same problem as in the former conventional example occurs. On the other hand, when the size of the cavity is large, the air-fuel mixture is similar to the flat piston. Proper stratification becomes difficult. In other words, in this device, the fuel scattered in the cavity is put on the tumble flow and is transported to the ignition plug side. Even if the fuel can be collected, the fuel moves on the tumble flow and passes near the electrode of the spark plug, so that the period during which the fuel mixture can be ignited by the spark plug is extremely short. It cannot be said that appropriate stratification has been achieved.

【0011】このような問題点は、前記第3の従来例
(SAE1999-01-0170)においてより顕著になると考えら
れる。すなわち、この従来例では極めて強いタンブル流
によって燃料の噴射方向をねじ曲げ、燃料噴霧全体をタ
ンブル流により輸送しようとするものであるから、この
ように強いタンブル流に乗って移動する燃料噴霧の速度
は自ずと大きくなり、混合気が点火プラグの電極の付近
を極く僅かな時間で通過してしまうからである。
It is considered that such a problem becomes more prominent in the third conventional example (SAE1999-01-0170). That is, in this conventional example, the fuel injection direction is twisted by an extremely strong tumble flow, and the entire fuel spray is transported by the tumble flow. Therefore, the speed of the fuel spray moving on such a strong tumble flow is This is because the air-fuel mixture naturally increases, and the air-fuel mixture passes near the electrode of the spark plug in a very short time.

【0012】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その主たる目的とするところは、火花点火式直
噴エンジンにより成層燃焼運転を行う場合に、該エンジ
ンの広い運転領域に亘って混合気を適切に成層化し得る
ように、燃焼室における燃料噴霧の挙動を制御して、燃
焼性の改善や成層燃焼領域の拡大により、燃費及び出力
の改善を図ることにある。
The present invention has been made in view of the above points, and a main object of the present invention is to perform a stratified charge combustion operation using a spark ignition type direct injection engine over a wide operating range of the engine. In order to appropriately stratify the air-fuel mixture, the fuel spray behavior in the combustion chamber is controlled, and the fuel efficiency and output are improved by improving the combustibility and expanding the stratified combustion region.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の解決手段では、気筒の圧縮行程におけるタ
ンブル流に着目し、ピストンの冠面にタンブル流を沿わ
せる凹部を形成するとともに、このタンブル流に対する
燃料の噴射方向や点火プラグの電極の位置を最適に設定
し、燃料噴霧の挙動をタンブル流により制御して、前記
点火プラグの電極の周りに混合気を適切に成層化させる
ようにした。
In order to achieve the above object, the present invention focuses on a tumble flow in a compression stroke of a cylinder, and forms a recess along the crown surface of the piston along the tumble flow. The fuel injection direction for the tumble flow and the position of the electrode of the ignition plug are optimally set, and the behavior of the fuel spray is controlled by the tumble flow to appropriately stratify the air-fuel mixture around the electrode of the ignition plug. I did it.

【0014】具体的に、請求項1の発明は、気筒内でピ
ストンの冠面に対向する燃焼室の天井部に、該天井部の
中心付近から燃焼室に向かって突出するように点火プラ
グを配設するとともに、該天井部の周縁部から燃焼室中
央に向かって燃料を噴射するように燃料噴射弁を配設
し、成層燃焼運転時には前記燃料噴射弁から噴射させた
燃料を前記点火プラグの電極の周りに成層化させるよう
にした火花点火式直噴エンジンを前提とする。そして、
気筒の圧縮行程において前記点火プラグの電極とピスト
ンの冠面との間を前記燃料噴射弁に向かうように流れる
タンブル流を生成可能なタンブル流生成手段を備え、前
記ピストンの冠面に前記タンブル流を沿わせるように凹
部を設けるとともに、前記点火プラグの電極を、気筒の
圧縮行程における前記燃料噴射弁による燃料の噴射開始
時期以降であってかつ当該気筒の点火時期以前の所定時
点において、前記ピストン冠面の凹部に沿って流れるタ
ンブル正流と燃焼室天井部に沿って流れるタンブル順流
との中間部分に位置させる。そして、前記燃料噴射弁に
よる燃料の噴射方向を、成層燃焼運転時の気筒の燃料噴
射時期において燃料噴霧の中心線と前記凹部の底面との
交差する位置が気筒中心線と前記凹部の底面との交差す
る位置よりも該燃料噴射弁から遠くなるように設定する
構成とする。
Specifically, in the invention of claim 1, a spark plug is provided on a ceiling of a combustion chamber facing a crown of a piston in a cylinder so as to protrude from near the center of the ceiling toward the combustion chamber. A fuel injection valve is provided so as to inject fuel from the peripheral portion of the ceiling toward the center of the combustion chamber, and the fuel injected from the fuel injection valve is used for the ignition plug during stratified combustion operation. It is assumed that a spark-ignition direct-injection engine stratified around the electrodes. And
Tumble flow generating means capable of generating a tumble flow that flows between the electrode of the spark plug and the crown of the piston during the compression stroke of the cylinder toward the fuel injection valve; At the predetermined time after the fuel injection start timing of the fuel injection valve during the compression stroke of the cylinder and before the ignition timing of the cylinder, the piston is provided with a recess. It is located at an intermediate portion between the tumble forward flow flowing along the concave portion of the crown surface and the tumble forward flow flowing along the combustion chamber ceiling. The direction in which the fuel is injected by the fuel injection valve is such that, at the fuel injection timing of the cylinder during the stratified charge combustion operation, the position where the center line of the fuel spray intersects the bottom surface of the recess is defined by the cylinder center line and the bottom surface of the recess The fuel injection valve is set so as to be farther than the intersection position.

【0015】前記の構成により、エンジンの成層燃焼運
転時には、タンブル流生成手段により生成されたタンブ
ル流のうち、気筒の圧縮行程においてピストン冠面の凹
部に沿って流れるタンブル正流が燃料噴射弁に向かうよ
うになり、燃焼室の天井部に沿って流れるタンブル順流
とともに、当該気筒の圧縮行程後期まで崩壊せずに保持
されるようになる。そして、この状態で前記燃料噴射弁
により燃料が噴射されると、この燃料噴霧は前記タンブ
ル正流に衝突して燃料の微粒化や分散、或いは周囲の空
気との混合が促進されるとともに、前記ピストン冠面の
凹部に沿うようにタンブル正流に逆らって移動し、点火
プラグの電極の付近に適切な濃度状態の可燃混合気とな
って滞留するようになる。
With the above configuration, during stratified charge combustion operation of the engine, of the tumble flow generated by the tumble flow generating means, a positive tumble flow flowing along the concave portion of the piston crown surface in the compression stroke of the cylinder is supplied to the fuel injection valve. With the tumble forward flowing along the ceiling of the combustion chamber, the cylinder is maintained without collapse until the latter half of the compression stroke of the cylinder. When fuel is injected by the fuel injection valve in this state, the fuel spray collides with the tumble positive flow to promote atomization and dispersion of the fuel or mixing with the surrounding air, and It moves against the tumble positive flow along the concave portion of the piston crown surface, and becomes a flammable mixture of an appropriate concentration in the vicinity of the electrode of the spark plug and stays there.

【0016】ここで、前記燃料噴射弁からの燃料噴霧の
中心線が相対的に遠くでピストンの冠面に交差するよう
になっているので、該燃料噴霧はピストンの冠面にはあ
まり付着せず、凹部に沿って流れるタンブル正流の強い
部分に効果的に衝突するようになり、このことで、該燃
料噴霧の挙動をタンブル正流によって精度良く制御する
ことが可能になる。また、前記点火プラグの電極が燃焼
室に大きく突出していて、ちょうどタンブル流の渦の中
心付近に位置するので、該点火プラグの電極の付近は混
合気を滞留させ易い状態になる。
Here, since the center line of the fuel spray from the fuel injection valve is relatively far and intersects the crown of the piston, the fuel spray does not adhere much to the crown of the piston. Instead, it effectively collides with a strong portion of the tumble flow that flows along the concave portion, whereby the behavior of the fuel spray can be accurately controlled by the tumble flow. Further, since the electrode of the spark plug protrudes greatly into the combustion chamber and is located near the center of the vortex of the tumble flow, the vicinity of the electrode of the spark plug is in a state where the air-fuel mixture is easily retained.

【0017】従って、この発明によれば、前記のように
タンブル流により燃料噴霧の挙動を制御して、点火プラ
グの電極周りに適切に成層化させることができるので、
従来例のような燃料噴霧を衝突させるためのキャビティ
内壁面が不要になり、このことによって燃焼性が高まる
ので、燃費を低減することができる。しかも、従来例の
ようなキャビティの寸法形状の制約がなくなって、より
高回転域まで良好な成層燃焼状態とすることができるの
で、エンジンの全運転領域について見たときに大幅な燃
費改善が可能になる。さらに、前記したように点火プラ
グの電極付近に可燃混合気を滞留させることが可能にな
り、この混合気に安定して着火可能な時間が十分に長く
なるので、気筒の点火時期制御の自由度が高まることに
よっても燃費及び出力の改善が図られる。
Therefore, according to the present invention, the behavior of the fuel spray can be controlled by the tumble flow as described above, and the fuel spray can be appropriately stratified around the electrode of the ignition plug.
The inner wall surface of the cavity for colliding the fuel spray as in the conventional example becomes unnecessary, and the flammability is increased by this, so that the fuel efficiency can be reduced. In addition, since there is no restriction on the dimensions and shape of the cavity as in the conventional example, a favorable stratified combustion state can be achieved up to a higher rotation speed range, so that a significant improvement in fuel efficiency can be achieved in the entire operating range of the engine. become. Further, as described above, the combustible air-fuel mixture can be retained near the electrode of the ignition plug, and the time in which the air-fuel mixture can stably ignite is sufficiently long. As a result, the fuel efficiency and the output can be improved.

【0018】請求項2の発明では、点火プラグの電極
は、気筒中心線に直交する方向から見て、燃料噴射弁の
噴孔よりもピストン冠面の近くに位置させるものとす
る。このことで、点火プラグの電極の位置が具体化さ
れ、請求項1の発明の作用効果が十分に得られる。
According to the second aspect of the present invention, the electrode of the spark plug is located closer to the piston crown than the injection hole of the fuel injection valve when viewed from a direction perpendicular to the cylinder center line. Thereby, the positions of the electrodes of the ignition plug are embodied, and the operation and effect of the first aspect of the invention can be sufficiently obtained.

【0019】請求項3の発明では、点火プラグの電極
を、気筒中心線に沿うように燃焼室の天井部から突出さ
せ、気筒の圧縮上死点における燃焼室天井部からピスト
ン冠面までの気筒中心線上の距離をdとしたとき、該燃
焼室天井部から前記点火プラグの電極までの距離eを、
e≧0.4dという関係を満たす値に設定する。このこ
とで、点火プラグの電極の位置が具体化され、請求項1
の発明の作用効果が十分に得られる。
According to the third aspect of the present invention, the electrode of the spark plug projects from the ceiling of the combustion chamber along the cylinder center line, and the cylinder extends from the ceiling of the combustion chamber to the piston crown surface at the compression top dead center of the cylinder. When the distance on the center line is d, the distance e from the combustion chamber ceiling to the electrode of the spark plug is
It is set to a value that satisfies the relationship e ≧ 0.4d. Thereby, the position of the electrode of the spark plug is embodied, and
The effect of the invention of the invention is sufficiently obtained.

【0020】請求項4の発明では、燃料噴射弁による燃
料の噴射方向を、燃料噴霧の中心線が点火プラグの電極
とピストン冠面の凹部との間を通るように設定するもの
とする。こうすることで、燃料噴射弁からの燃料噴霧
が、ピストン冠面の凹部により案内されるタンブル正流
に逆行して、確実に点火プラグの電極付近に滞留するよ
うになり、よって、請求項1の発明の作用効果が十分に
得られる。
According to the fourth aspect of the present invention, the direction of fuel injection by the fuel injection valve is set so that the center line of the fuel spray passes between the electrode of the spark plug and the recess on the piston crown. By doing so, the fuel spray from the fuel injection valve reverses the tumble positive flow guided by the concave portion of the piston crown surface, and reliably stays near the electrode of the spark plug. The effect of the invention of the invention is sufficiently obtained.

【0021】請求項5の発明では、燃料噴射弁による燃
料の噴射方向を、燃料噴霧の中心線が気筒中心線に直交
する仮想平面に対して略25°〜略40°の範囲の傾斜
角度をなすように設定するものとする。
According to the fifth aspect of the present invention, the fuel injection direction of the fuel injection valve is set at an inclination angle of about 25 ° to about 40 ° with respect to an imaginary plane in which the center line of the fuel spray is perpendicular to the cylinder center line. It shall be set as follows.

【0022】こうすることで、燃料噴霧の中心線を気筒
中心線に直交する仮想平面に対して略40°以下とする
ことで、ピストン冠面の凹部に沿って流れるタンブル正
流に対して該燃料噴霧の中心部を略正対するように衝突
させることができる。また、燃料噴霧の中心線を前記仮
想平面に対して略25°以上とすることで、燃料噴霧は
燃焼室の天井部に沿って流れるタンブル順流の影響は受
けにくくなる。よって、前記タンブル正流により燃料噴
霧の挙動をさらに精度良く制御することができる。
In this way, by setting the center line of the fuel spray to approximately 40 ° or less with respect to an imaginary plane orthogonal to the cylinder center line, the tumble positive flow flowing along the concave portion of the piston crown surface can be prevented. The collision can be made such that the center of the fuel spray is substantially directly opposed. Further, by setting the center line of the fuel spray to be approximately 25 ° or more with respect to the virtual plane, the fuel spray is less affected by the tumble forward flow flowing along the ceiling of the combustion chamber. Therefore, the behavior of the fuel spray can be controlled with higher accuracy by the tumble positive flow.

【0023】請求項6の発明では、燃料噴射弁は、気筒
の圧縮行程における燃料噴霧の形状が、気筒中心線に沿
って見たときにクランク軸の軸心に沿って見たときより
も大きく拡がった扁平状となるものとし、かつ、点火プ
ラグの電極を気筒の圧縮行程における前記燃料噴射弁か
らの幾何学的な燃料噴霧エリアの外に位置させるものと
する。尚、前記幾何学的な噴霧エリアというのは、仮に
燃焼室における吸気流動が無いとしたときの燃料噴霧の
液滴のエリアのことである。
According to the sixth aspect of the present invention, the shape of the fuel spray during the compression stroke of the cylinder is larger when viewed along the cylinder center line than when viewed along the axis of the crankshaft. It is assumed that the electrode has an expanded flat shape and that the electrode of the ignition plug is located outside the geometrical fuel spray area from the fuel injection valve in the compression stroke of the cylinder. Note that the geometric spray area is an area of fuel spray droplets when there is no intake air flow in the combustion chamber.

【0024】この構成では、クランク軸の軸心に沿って
見て、気筒中心線の延びる方向についての燃料噴霧の拡
がり角が相対的に小さくなるので、その分、多くの燃料
をタンブル正流に対し効果的に衝突させることができ、
しかも、タンブル順流の影響を受けにくくすることがで
きる。このことで、前記タンブル正流による燃料噴霧の
挙動制御の精度を向上できる。また、点火プラグの電極
を幾何学的な燃料噴霧エリアの外に位置させることで、
該電極への燃料液滴の付着を防いで、点火プラグのくす
ぶりの発生を未然に防止できる。
In this configuration, the spread angle of the fuel spray in the direction in which the cylinder center line extends is relatively small when viewed along the axis of the crankshaft. Can collide effectively,
In addition, the influence of the tumble forward flow can be reduced. Thus, the accuracy of the behavior control of the fuel spray by the positive tumble flow can be improved. Also, by positioning the spark plug electrode outside the geometric fuel spray area,
By preventing fuel droplets from adhering to the electrodes, it is possible to prevent smoldering of the spark plug.

【0025】請求項7の発明では、燃料噴射弁は、気筒
の圧縮行程における燃料噴霧の貫徹力が燃料噴霧の中心
線に対しピストンの冠面に近い側で反対側よりも大きく
なるものとする。
According to the seventh aspect of the present invention, in the fuel injection valve, the penetration force of the fuel spray during the compression stroke of the cylinder is larger on the side closer to the crown of the piston than the opposite side with respect to the center line of the fuel spray. .

【0026】このことで、燃料噴霧のうちのピストン冠
面に近い側をタンブル正流に対し略正対して衝突させる
ようにすれば、該燃料噴霧の拡がり角自体は比較的大き
くても、多くの燃料をタンブル正流に対し効果的に衝突
させることができ、前記タンブル正流による燃料噴霧の
挙動制御の精度を向上できる。一方、該燃料噴霧のうち
の燃焼室天井部に近い側は噴霧貫徹力が小さいので、燃
料噴霧がタンブル順流によって流されて拡散してしまう
混合気の量が減少し、成層度の向上によって燃費が改善
される。
In this way, if the side of the fuel spray that is closer to the piston crown surface is made to substantially directly collide with the tumble positive flow, the spread angle of the fuel spray itself is relatively large, even if it is relatively large. Can be effectively collided with the tumble positive flow, and the accuracy of the fuel spray behavior control by the tumble positive flow can be improved. On the other hand, the side of the fuel spray near the ceiling of the combustion chamber has a small spray penetration force, so that the amount of air-fuel mixture which is diffused by the fuel spray flowing by the tumble forward flow is reduced, and the fuel efficiency is improved due to the improvement of the degree of stratification. Is improved.

【0027】請求項8の発明では、燃料噴射弁は、気筒
の圧縮行程における燃料噴霧の貫徹力が、燃料噴霧の中
心線に対し燃焼室天井部に近い側で反対側よりも大きく
なるものとし、かつ、点火プラグの電極を気筒の圧縮行
程における前記燃料噴射弁からの幾何学的な燃料噴霧エ
リアの外に位置させるものとする。
In the fuel injection valve of the present invention, the fuel spray penetrating force in the compression stroke of the cylinder is larger on the side closer to the combustion chamber ceiling with respect to the center line of the fuel spray than on the opposite side. In addition, it is assumed that the electrode of the ignition plug is located outside the geometric fuel spray area from the fuel injection valve in the compression stroke of the cylinder.

【0028】このことで、燃料噴霧のうちの燃焼室天井
部に近い側をタンブル正流に対し略正対して衝突させる
ようにすれば、該燃料噴霧の拡がり角自体は比較的大き
くても、多くの燃料をタンブル正流に対し効果的に衝突
させることができる。一方、該燃料噴霧のうちのピスト
ン冠面に近い側は噴霧貫徹力が小さいので、該ピストン
冠面への燃料の付着は抑制できる。よって、前記タンブ
ル正流による燃料噴霧の挙動制御の精度を向上できる。
また、点火プラグの電極を幾何学的な燃料噴霧エリアの
外に位置させることで、該電極への燃料液滴の付着を防
いで、点火プラグのくすぶりの発生を未然に防止でき
る。
In this way, if the side of the fuel spray near the ceiling of the combustion chamber is made to substantially directly collide with the tumble positive flow, the spread angle of the fuel spray itself is relatively large, Many fuels can effectively collide with the tumble positive flow. On the other hand, the side of the fuel spray close to the piston crown has a small spray penetration force, so that adhesion of fuel to the piston crown can be suppressed. Therefore, the accuracy of fuel spray behavior control by the tumble positive flow can be improved.
Further, by positioning the electrode of the spark plug outside the geometric fuel spray area, it is possible to prevent fuel droplets from adhering to the electrode and prevent smoldering of the spark plug.

【0029】請求項9の発明では、ピストンの冠面の凹
部を、気筒中心線に沿って見て、燃料噴霧の中心線の延
びる方向に長い形状とするとともに、少なくとも該凹部
の長さ方向略中央部の幅を、燃料噴射弁に近い側の端部
の幅よりも広くし、該凹部の長さ方向略中央部において
幅方向両側の側壁面を底面から所定以上の高さまで突出
させるものとする。
According to the ninth aspect of the present invention, the recess in the crown surface of the piston is elongated in the direction in which the center line of the fuel spray extends when viewed along the cylinder center line, and at least substantially in the length direction of the recess. The width of the central portion is made wider than the width of the end portion on the side close to the fuel injection valve, and the side wall surfaces on both sides in the width direction are protruded from the bottom surface to a predetermined height or more at the substantially central portion in the longitudinal direction of the concave portion. I do.

【0030】このことで、凹部の形状を燃料噴霧の中心
線の延びる方向に長くすることで、該凹部に沿って流れ
るタンブル流の向きが燃料噴霧に向かうように導かれる
ようになり、これにより、タンブル流を燃料噴霧に対し
て安定して衝突させることができる。また、該凹部の側
壁面の高さを所定以上とすることで、この両側壁面によ
り直接的に燃料噴霧の拡散を抑えることができるととも
に、該両側壁面の外方から凹部の内方へ向かうように流
れるスキッシュ流が生成され、このスキッシュ流によっ
ても燃料の燃料の拡散が抑えられる。
By extending the shape of the concave portion in the direction in which the center line of the fuel spray extends, the direction of the tumble flow flowing along the concave portion is directed toward the fuel spray. In addition, the tumble flow can stably collide with the fuel spray. In addition, by making the height of the side wall surface of the concave portion equal to or more than a predetermined value, the diffusion of the fuel spray can be directly suppressed by the both side wall surfaces, and the side surface of the concave portion is directed from the outside to the inside of the concave portion. A squish flow is generated, and the squish flow also suppresses fuel diffusion.

【0031】請求項10の発明では、請求項9における
凹部の長さ方向両側の端部のうち、燃料噴射弁から遠い
側の端部の幅を、該凹部の長さ方向略中央部の幅と略同
じとする。このことで、燃焼室天井部から気筒の内周面
に沿うようにピストンの冠面側に流れるタンブル流の減
衰を効果的に抑制することができるので、該タンブル流
がスムーズに凹部内に導入されるようになり、これによ
り、燃料噴霧の挙動を制御するためのタンブル流の流速
を十分に確保できる。
In the tenth aspect of the present invention, the width of the end farthest from the fuel injector among the two ends in the longitudinal direction of the recess in the ninth aspect is set to the width of the substantially central part in the longitudinal direction of the recess. And it is almost the same. This effectively suppresses the attenuation of the tumble flow flowing from the ceiling of the combustion chamber to the crown of the piston along the inner peripheral surface of the cylinder, so that the tumble flow is smoothly introduced into the recess. As a result, the flow velocity of the tumble flow for controlling the behavior of the fuel spray can be sufficiently ensured.

【0032】請求項11の発明では、請求項9における
凹部の長さ方向両側の端部のうち、燃料噴射弁から遠い
側の端部の幅を、該凹部の長さ方向略中央部よりも広い
ものとする。このことで、前記請求項10の発明と比べ
ても、タンブル流を凹部内にさらにスムーズに導入する
ことができるので、該タンブル流の流速をさらに容易に
確保することができる。
According to the eleventh aspect of the present invention, of the end portions on both sides in the longitudinal direction of the concave portion according to the ninth aspect, the width of the end portion farther from the fuel injection valve is set to be wider than the substantially central portion in the longitudinal direction of the concave portion. Be wide. Thus, the tumble flow can be more smoothly introduced into the concave portion as compared with the invention of the tenth aspect, so that the flow velocity of the tumble flow can be more easily secured.

【0033】請求項12の発明では、ピストンの冠面に
おける少なくとも排気側の外周側部分に、対向する燃焼
室の天井部に沿うような形状のスキッシュエリア部を形
成するものとする。このことで、気筒の点火時期近傍に
おいてピストンの上昇に伴い、該ピストンの冠面のスキ
ッシュエリア部と燃焼室の天井部との間隙(スキッシュ
エリア)から燃焼室の中央側に向かうように流れるスキ
ッシュ流が生成され、このスキッシュ流により燃焼室中
央における混合気の拡散が抑制されることで、該混合気
を点火プラグの電極付近に一層、長く滞留させることが
できる。
In the twelfth aspect of the present invention, a squish area is formed at least on the outer peripheral side of the crown surface of the piston on the exhaust side so as to extend along the ceiling of the opposed combustion chamber. As a result, the squish flowing from the gap (squish area) between the squish area of the crown of the piston and the ceiling of the combustion chamber toward the center of the combustion chamber with the rise of the piston near the ignition timing of the cylinder. A flow is generated, and the diffusion of the air-fuel mixture at the center of the combustion chamber is suppressed by the squish flow, so that the air-fuel mixture can stay longer near the electrode of the spark plug.

【0034】請求項13の発明では、燃料噴射弁を吸気
及び排気弁のうちの吸気弁の近くに位置させ、ピストン
冠面の凹部を、気筒中心線に沿って見て、前記燃料噴射
弁による燃料噴霧の中心線の延びる方向に長い形状と
し、かつ該凹部の容積を気筒中心線に対し前記燃料噴射
弁に近い側において反対側よりも小さいものとする。こ
のことで、相対的に温度状態が低くて、火炎の伝播が遅
くなり易い吸気弁側の燃焼室容積を排気弁側よりも小さ
くすることで、火炎の伝播を均一化して吸気側での異常
燃焼の発生を防止し、ノッキングを抑制できる。
According to the thirteenth aspect of the present invention, the fuel injection valve is located near the intake valve of the intake and exhaust valves, and the concave portion of the piston crown surface is viewed along the cylinder center line. The shape is long in the direction in which the center line of the fuel spray extends, and the volume of the concave portion is smaller on the side closer to the fuel injection valve than the cylinder center line on the side opposite to the fuel injection valve. As a result, the combustion chamber volume on the intake valve side, where the temperature is relatively low and flame propagation tends to be slower, is made smaller than that on the exhaust valve side, so that flame propagation is uniformed and abnormalities on the intake side. Combustion can be prevented and knocking can be suppressed.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0036】(実施形態1)図2は、本発明の実施形態
1に係る火花点火式直噴エンジン1の全体的な構成を示
す。このエンジン1は、複数の気筒2,2,…(1つの
み図示する)が直列に設けられたシリンダブロック3
と、このシリンダブロック3上に配置されたシリンダヘ
ッド4とを有し、該各気筒2内にピストン5が図の上下
方向に往復動可能に嵌挿されていて、そのピストン5と
シリンダヘッド4との間の気筒2内に燃焼室6が区画さ
れたものである。一方、前記ピストン5よりも下方のシ
リンダブロック3内にはクランク軸7が回転自在に支持
されていて、このクランク軸7及びピストン5がコネク
ティングロッド8により連結されている。また、クラン
ク軸7の一端側にはその回転角度を検出する電磁式のク
ランク角センサ9が配設されている。
(Embodiment 1) FIG. 2 shows an overall configuration of a spark ignition type direct injection engine 1 according to Embodiment 1 of the present invention. The engine 1 has a cylinder block 3 in which a plurality of cylinders 2, 2, ... (only one is shown) are provided in series.
And a cylinder head 4 disposed on the cylinder block 3. A piston 5 is inserted into each of the cylinders 2 so as to be able to reciprocate up and down in the figure. The combustion chamber 6 is partitioned in the cylinder 2 between the two. On the other hand, a crankshaft 7 is rotatably supported in the cylinder block 3 below the piston 5, and the crankshaft 7 and the piston 5 are connected by a connecting rod 8. At one end of the crankshaft 7, an electromagnetic crank angle sensor 9 for detecting the rotation angle is provided.

【0037】前記各気筒2の天井部には、図3に拡大し
て示すように、略中央部からシリンダヘッド4の下端面
付近まで延びる2つの傾斜面が形成されており、それら
の傾斜面が互いに差し掛けられた屋根のような形状をな
すいわゆるペントルーフ型燃焼室6となっている。言い
換えると、燃焼室6の高さ寸法、即ちピストン冠面から
燃焼室天井部までの気筒中心線zに平行な距離は、該気
筒中心線z上において少なくとも吸気側及び排気側の周
縁部よりも大きくなっている。そして、前記2つの傾斜
面に吸気ポート10及び排気ポート11がそれぞれ2つ
ずつ開口していて、その各ポート開口端に吸気及び排気
弁12,12,13,13が配置されている。前記2つ
の吸気ポート10,10はそれぞれ燃焼室6から斜め上
方に向かって直線的に延びていて、エンジン1の一側面
(図2の右側面)に互いに独立して開口しており、一
方、前記2つの排気ポート11,11は途中で1つに合
流して略水平に延び、エンジン1の他側面(図2の左側
面)に開口している。
As shown in the enlarged view of FIG. 3, two inclined surfaces extending from a substantially central portion to near the lower end surface of the cylinder head 4 are formed on the ceiling of each of the cylinders 2. Is a so-called pent-roof type combustion chamber 6 having a shape like a roof that is laid over each other. In other words, the height dimension of the combustion chamber 6, that is, the distance parallel to the cylinder center line z from the piston crown surface to the combustion chamber ceiling portion is at least on the cylinder center line z more than the peripheral portions on the intake and exhaust sides. It is getting bigger. Two intake ports 10 and two exhaust ports 11 are respectively opened on the two inclined surfaces, and intake and exhaust valves 12, 12, 13, 13 are arranged at the opening ends of the respective ports. The two intake ports 10, 10 each extend linearly obliquely upward from the combustion chamber 6 and open independently on one side (right side in FIG. 2) of the engine 1. The two exhaust ports 11, 11 merge into one at the middle and extend substantially horizontally, and open to the other side of the engine 1 (the left side in FIG. 2).

【0038】前記吸気弁12及び排気弁13は、シリン
ダヘッド4の内部に軸支された2本のカム軸(図示省
略)により弁軸方向に押圧されて開作動されるもので、
該2本のカム軸がそれぞれタイミングベルトにより前記
クランク軸7に同期して回転されることで、吸気弁12
及び排気弁13がそれぞれ各気筒2毎に所定のタイミン
グで開閉作動されるようになっている。また、前記2本
のカム軸にはそれぞれクランク軸7に対する回転位相を
所定の角度範囲において連続的に変化させる公知の可変
動弁機構14,14が付設されていて、この可変動弁機
構14,14により前記吸気弁12及び排気弁13の開
閉作動時期がそれぞれ独立して変更されるようになって
いる。
The intake valve 12 and the exhaust valve 13 are opened by being pressed in the valve axis direction by two camshafts (not shown) supported in the cylinder head 4.
The two camshafts are each rotated by the timing belt in synchronization with the crankshaft 7, so that the intake valve 12
The exhaust valve 13 is opened and closed at a predetermined timing for each cylinder 2. The two camshafts are respectively provided with known variable valve mechanisms 14, 14 for continuously changing the rotational phase with respect to the crankshaft 7 within a predetermined angle range. 14, the opening / closing operation timing of the intake valve 12 and the exhaust valve 13 is independently changed.

【0039】また、前記図3に示すように、燃焼室6の
上方には前記4つの吸排気弁12,13に取り囲まれる
ように、点火プラグ16が配設されている。この点火プ
ラグ16の先端の電極は燃焼室6の天井部から所定距離
だけ突出した位置にあり、一方、該点火プラグ16の基
端部には点火回路17(図2にのみ示す)が接続されて
いて、各気筒2毎に所定の点火タイミングで点火プラグ
16に通電するようになっている。また、前記燃焼室6
の底部となるピストン5の冠面は対向する燃焼室6の天
井部に沿うような形状とされ、その中央部にレモン型の
凹部5aが設けられている。
As shown in FIG. 3, an ignition plug 16 is disposed above the combustion chamber 6 so as to be surrounded by the four intake and exhaust valves 12 and 13. The electrode at the tip of the spark plug 16 is located at a position protruding from the ceiling of the combustion chamber 6 by a predetermined distance, while an ignition circuit 17 (only shown in FIG. 2) is connected to the base end of the spark plug 16. The ignition plug 16 is energized at a predetermined ignition timing for each cylinder 2. Further, the combustion chamber 6
The crown surface of the piston 5 which is the bottom of the combustion chamber 6 is shaped so as to be along the ceiling of the opposed combustion chamber 6, and a lemon-shaped recess 5a is provided at the center thereof.

【0040】前記燃焼室6の周縁部には、2つの吸気ポ
ート10,10の下方に挟まれるように、インジェクタ
(燃料噴射弁)18が配設されている。このインジェク
タ18は、先端部の噴孔から燃料を旋回流として噴出さ
せて、インジェクタ18の軸心の延びる方向に沿うよう
にホローコーン状に噴射する公知のスワールインジェク
タである。このスワールインジェクタ18では、燃料の
噴射圧力を高めると、この圧力の上昇に応じて燃料噴霧
の貫徹力が高まるようになる。また、図4に一例を示す
ように、噴霧の拡がり角を大きくするほど噴霧の貫徹力
が小さくなる傾向があり、反対に噴霧拡がり角を小さく
すれば貫徹力は大きくなる。尚、前記インジェクタ18
に、燃料の旋回流成分の強さを可変とする可変機構(噴
霧角可変機構)を設け、この可変機構の作動により燃料
の旋回流成分を調節して、燃料噴霧の拡がり角を変更す
るようにしてもよい。
An injector (fuel injection valve) 18 is disposed on the periphery of the combustion chamber 6 so as to be sandwiched below the two intake ports 10 and 10. The injector 18 is a well-known swirl injector that injects fuel as a swirling flow from an injection hole at a tip end thereof and injects the fuel in a hollow cone shape along the direction in which the axis of the injector 18 extends. In the swirl injector 18, when the injection pressure of the fuel is increased, the penetration force of the fuel spray is increased in accordance with the increase in the pressure. In addition, as shown in FIG. 4, as the spread angle of the spray increases, the penetration force of the spray tends to decrease. Conversely, when the spray angle decreases, the penetration force increases. In addition, the injector 18
Is provided with a variable mechanism (spray angle variable mechanism) for varying the strength of the swirl flow component of the fuel. By operating the variable mechanism, the swirl flow component of the fuel is adjusted to change the spread angle of the fuel spray. It may be.

【0041】前記インジェクタ18の基端部には、全気
筒2,2,…に共通の燃料分配管19が接続されてい
て、燃料供給系20から供給される高圧の燃料を各気筒
2に分配するようになっている。詳しくは、該燃料供給
系20は例えば図5(a)に示すように構成され、燃料分
配管19と燃料タンク21とを連通する燃料通路22の
上流側から下流側に向かって、低圧燃料ポンプ23、低
圧レギュレータ24、燃料フィルタ25、高圧燃料ポン
プ26及び高圧レギュレータ27が順に配設されてい
る。
A fuel distribution pipe 19 common to all the cylinders 2, 2,... It is supposed to. More specifically, the fuel supply system 20 is configured, for example, as shown in FIG. 23, a low-pressure regulator 24, a fuel filter 25, a high-pressure fuel pump 26, and a high-pressure regulator 27 are arranged in this order.

【0042】そして、前記低圧燃料ポンプ23により燃
料タンク21から吸い上げた燃料を低圧レギュレータ2
4により調圧し、燃料フィルタ25により濾過して、高
圧燃料ポンプ26に圧送する。この高圧燃料ポンプ26
及び高圧レギュレータ27はそれぞれリターン通路29
により燃料タンク21側に接続されており、高圧燃料ポ
ンプ26によって昇圧した燃料の一部を高圧レギュレー
タ27により流量調節しながら、リターン通路29によ
って燃料タンク21側に戻すことで、燃料分配管19へ
供給する燃料の圧力状態を適正に(例えば略3MPa〜
略13MPa、好ましくは成層燃焼運転時において4M
Pa〜7MPaくらいに)調節するようになっている。
また、前記リターン通路29には、燃料タンク21側に
戻す燃料の圧力状態を整える低圧レギュレータ28が配
設されている。前記燃料供給系20において、前記高圧
燃料ポンプ26及び高圧レギュレータ27が、インジェ
クタ18による燃料の噴射圧力を調節する噴射圧調節手
段を構成している。
The fuel sucked from the fuel tank 21 by the low-pressure fuel pump 23 is supplied to the low-pressure regulator 2.
The pressure is adjusted by the fuel filter 4, filtered by the fuel filter 25, and fed to the high-pressure fuel pump 26. This high pressure fuel pump 26
And the high-pressure regulator 27 are connected to the return passage 29, respectively.
Is connected to the fuel tank 21 side, and while returning a part of the fuel pressurized by the high pressure fuel pump 26 to the fuel tank 21 side by the return passage 29 while adjusting the flow rate by the high pressure regulator 27, the fuel is distributed to the fuel distribution pipe 19. Properly adjust the pressure state of the supplied fuel (for example, from about 3 MPa to
Approx. 13 MPa, preferably 4M during stratified combustion operation
(To about 7 MPa).
The return passage 29 is provided with a low-pressure regulator 28 for adjusting the pressure state of the fuel returned to the fuel tank 21. In the fuel supply system 20, the high-pressure fuel pump 26 and the high-pressure regulator 27 constitute injection pressure adjusting means for adjusting the injection pressure of fuel by the injector 18.

【0043】尚、燃料供給系20の構成は、前記図5
(a)に示すものには限られず、例えば同図(b)に示す燃料
供給系20′のように高圧レギュレータ27を省略する
ことも可能である。この場合には、燃料の吐出量を広い
範囲に亘って変更することのできる電動高圧ポンプ29
を使用し、この電動高圧ポンプ29から燃料分配管19
への燃料の吐出量を可変調節することによって、該燃料
の圧力状態を制御することができる。
The structure of the fuel supply system 20 is the same as that shown in FIG.
The high pressure regulator 27 is not limited to the one shown in (a) but may be omitted, for example, as in a fuel supply system 20 'shown in FIG. In this case, the electric high-pressure pump 29 capable of changing the fuel discharge amount over a wide range.
From the electric high pressure pump 29 to the fuel distribution pipe 19
The pressure state of the fuel can be controlled by variably adjusting the amount of fuel discharged to the fuel cell.

【0044】前記図2に示すように、エンジン1の一側
面には、各気筒2の吸気ポート10,10にそれぞれ連
通する吸気通路30が接続されている。この吸気通路3
0は、エンジン1の燃焼室6に対し図外のエアクリーナ
で濾過した吸気を供給するものであり、その上流側から
下流側に向かって順に、エンジン1に吸入される吸入空
気量を検出するホットワイヤ式エアフローセンサ31
と、吸気通路26を絞る電気式スロットル弁32と、サ
ージタンク33とがそれぞれ配設されている。前記電気
式スロットル弁32は、図外のアクセルペダルに対し機
械的には連結されておらず、図示しない電動式駆動モー
タにより駆動されて開閉するようになっている。
As shown in FIG. 2, an intake passage 30 is connected to one side of the engine 1 so as to communicate with the intake ports 10 of each cylinder 2. This intake passage 3
Numeral 0 denotes the supply of intake air filtered by an air cleaner (not shown) to the combustion chamber 6 of the engine 1. Wire type air flow sensor 31
, An electric throttle valve 32 for restricting the intake passage 26, and a surge tank 33 are provided. The electric throttle valve 32 is not mechanically connected to an accelerator pedal (not shown), and is driven by an electric drive motor (not shown) to open and close.

【0045】また、前記サージタンク33よりも下流側
の吸気通路30は、各気筒2毎に分岐する独立通路とさ
れていて、該各独立通路の下流端部がさらに2つに分岐
してそれぞれ吸気ポート10,10に連通している。こ
の2つの吸気ポート10,10の双方の上流側には、前
記図3にも示すように、燃焼室6におけるタンブル流の
流速を調節するための吸気流動調節弁34が配設され、
例えばステッピングモータ35(図3にのみ示す)によ
って開閉作動されるようになっている。この吸気流動調
節弁34,34はいずれも円形のバタフライバルブの一
部を切り欠いたもので、この実施形態では弁軸34aよ
りも下側の部分を切り欠いている。そして、吸気流動調
節弁34が閉じられたときには吸気が前記の切り欠き部
分のみから下流側に流れて、燃焼室6に強いタンブル流
を生成する。一方、吸気流動調節弁34が開かれるに従
い、吸気は該切り欠き部分以外からも流通するようにな
り、タンブル流の強度は徐々に弱められる。
Further, the intake passage 30 downstream of the surge tank 33 is an independent passage branching for each cylinder 2, and the downstream end of each independent passage is further branched into two. It communicates with the intake ports 10,10. As shown in FIG. 3, an intake flow control valve 34 for adjusting the flow rate of the tumble flow in the combustion chamber 6 is disposed upstream of both of the two intake ports 10, 10.
For example, it is opened and closed by a stepping motor 35 (shown only in FIG. 3). Each of the intake flow control valves 34, 34 is formed by cutting out a part of a circular butterfly valve. In this embodiment, a portion below the valve shaft 34a is cut out. Then, when the intake flow control valve 34 is closed, the intake air flows downstream only from the notch portion, and generates a strong tumble flow in the combustion chamber 6. On the other hand, as the intake flow control valve 34 is opened, the intake air flows from other than the notched portion, and the strength of the tumble flow is gradually reduced.

【0046】前記吸気ポート10,10により、燃焼室
6にタンブル流を生成するタンブル流生成手段が構成さ
れ、このタンブル流は後述の如く気筒2の圧縮行程にお
いて点火プラグ16の電極とピストン5の冠面との間を
インジェクタ18に向かうように流れるようになる。ま
た、前記吸気流動調節弁34とステッピングモータ35
とにより、タンブル流の流速を可変とするタンブル流速
可変手段が構成されている。尚、前記吸気ポート10や
吸気流動調節弁34の形状は上述したものに限られず、
例えば、吸気ポートは上流側で1つに合流するいわゆる
コモンポートであってもよい。この場合、吸気流動調節
弁はコモンポートの断面形状に対応する形状のものをベ
ースとして、前記と同様にバタフライバルブの一部分を
切り欠いた形状とすればよい。
The intake ports 10 and 10 constitute a tumble flow generating means for generating a tumble flow in the combustion chamber 6. The tumble flow is generated between the electrode of the ignition plug 16 and the piston 5 during the compression stroke of the cylinder 2 as described later. It flows between the crown surface and the injector 18. The intake flow control valve 34 and the stepping motor 35
Thus, the tumble flow rate varying means for varying the flow rate of the tumble flow is configured. The shapes of the intake port 10 and the intake flow control valve 34 are not limited to those described above.
For example, the intake port may be a so-called common port that joins one at the upstream side. In this case, the intake flow control valve may have a shape corresponding to the cross-sectional shape of the common port as a base, and a shape in which a part of the butterfly valve is cut out in the same manner as described above.

【0047】一方、エンジン1の他側面には、燃焼室6
から既燃ガス(排気)を排出する排気通路36が接続さ
れている。この排気通路36の上流端部は、各気筒2毎
に分岐して排気ポート11に連通する排気マニホルド3
7であり、該排気マニホルド37の集合部には排気中の
酸素濃度を検出するリニアO2センサ38が配設されて
いる。このリニアO2センサ38は排気中の酸素濃度に
基づいて空燃比を検出するために用いられるもので、理
論空燃比を含む所定の空燃比範囲において酸素濃度に対
しリニアな出力が得られるようになっている。
On the other hand, the combustion chamber 6
An exhaust passage 36 for discharging burned gas (exhaust gas) from the exhaust gas is connected. The upstream end of the exhaust passage 36 is branched for each cylinder 2 and is connected to the exhaust port 11.
7, a linear O 2 sensor 38 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas is provided at the gathering portion of the exhaust manifold 37. The linear O2 sensor 38 is used for detecting the air-fuel ratio based on the oxygen concentration in the exhaust gas, so that a linear output with respect to the oxygen concentration can be obtained in a predetermined air-fuel ratio range including the stoichiometric air-fuel ratio. ing.

【0048】また、前記排気マニホルド37の集合部に
は、排気管39の上流端が接続されており、一方、この
排気管39の下流端には排気を浄化するための触媒40
が接続されている。この触媒40は、排気中の酸素濃度
の高い雰囲気でNOxを吸収する一方、酸素濃度の低下
によって吸収したNOxを放出しかつ還元浄化するNO
x吸収還元タイプのものであり、特に理論空燃比近傍で
はいわゆる三元触媒と同様の高い排気浄化性能を発揮す
る。また、触媒40の下流側には該触媒40の劣化状態
を判定するために、出力が理論空燃比を境にステップ状
に反転する公知のラムダO2センサ41が配設されてい
る。尚、前記NOx吸収還元タイプの触媒40に加え
て、これと直列に三元触媒を配置するようにしてもよ
い。
An exhaust pipe 39 is connected to an upstream end of an exhaust pipe 39, and a downstream end of the exhaust pipe 39 is connected to a catalyst 40 for purifying exhaust gas.
Is connected. The catalyst 40 absorbs NOx in an atmosphere having a high oxygen concentration in the exhaust gas, and releases NOx absorbed by reduction of the oxygen concentration and reduces and purifies NOx.
It is of the x-absorption reduction type, and exhibits a high exhaust gas purification performance similar to that of a so-called three-way catalyst particularly near the stoichiometric air-fuel ratio. Further, a known lambda O2 sensor 41 whose output is reversed in a stepwise manner at the boundary of the stoichiometric air-fuel ratio is disposed downstream of the catalyst 40 in order to determine the deterioration state of the catalyst 40. In addition, in addition to the NOx absorption reduction type catalyst 40, a three-way catalyst may be arranged in series with the NOx absorption reduction catalyst.

【0049】さらに、前記排気管39の上流側には、排
気通路36を流れる排気の一部を吸気通路30に還流さ
せるEGR通路43の上流端が分岐接続されている。こ
のEGR通路43の下流端は前記スロットル弁32とサ
ージタンク33との間の吸気通路30に接続され、その
近傍には開度調節可能な電気式のEGR弁44が配設さ
れていて、EGR通路43による排気の還流量を調節で
きるようになっている。
Further, an upstream end of an EGR passage 43 for recirculating a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 36 to the intake passage 30 is branched and connected upstream of the exhaust pipe 39. The downstream end of the EGR passage 43 is connected to the intake passage 30 between the throttle valve 32 and the surge tank 33, and an electric EGR valve 44 whose opening can be adjusted is disposed near the intake passage 30. The amount of exhaust gas recirculated by the passage 43 can be adjusted.

【0050】前記可変動弁機構14、点火プラグ16の
点火回路17、インジェクタ18、燃料供給系20の高
圧レギュレータ27、電気式スロットル弁32、吸気流
動調節弁34、電気式EGR弁44等は、いずれもエン
ジンコントロールユニット50(以下、ECUという)
によって作動制御されるようになっている。一方、この
ECU50には、少なくとも、前記クランク角センサ
9、エアフローセンサ31、リニアO2センサ38、ラ
ムダO2センサ41等からの各出力信号が入力され、加
えて、アクセルペダルの開度(アクセル操作量)を検出
するアクセル開度センサ51からの出力信号と、エンジ
ン1の回転速度(クランク軸7の回転速度)を検出する
回転速度センサ52からの出力信号とが入力されるよう
になっている。
The variable valve mechanism 14, the ignition circuit 17 of the ignition plug 16, the injector 18, the high-pressure regulator 27 of the fuel supply system 20, the electric throttle valve 32, the intake flow control valve 34, the electric EGR valve 44, etc. In each case, an engine control unit 50 (hereinafter referred to as ECU)
The operation is controlled by the On the other hand, the ECU 50 receives at least each output signal from the crank angle sensor 9, the air flow sensor 31, the linear O2 sensor 38, the lambda O2 sensor 41, and the like. ) And an output signal from a rotation speed sensor 52 that detects the rotation speed of the engine 1 (the rotation speed of the crankshaft 7).

【0051】そして、前記ECU50は、各センサから
入力される信号に基づいて、吸排気弁12,13の開閉
作動時期、インジェクタ18による燃料噴射量、噴射時
期及び噴射圧力、スロットル弁32により調節される吸
入空気量、吸気流動調節弁34により調節されるタンブ
ル流の強さ、EGR弁44により調節される排気の還流
割合等をそれぞれエンジン1の運転状態に応じて制御す
るようになっている。
The ECU 50 adjusts the opening / closing operation timing of the intake / exhaust valves 12, 13, the fuel injection amount by the injector 18, the injection timing and injection pressure, and the throttle valve 32 based on signals input from the respective sensors. The amount of intake air, the strength of the tumble flow adjusted by the intake flow control valve 34, the recirculation ratio of the exhaust adjusted by the EGR valve 44, and the like are controlled in accordance with the operating state of the engine 1, respectively.

【0052】具体的には例えば図6に一例を示すよう
に、エンジン1の温間状態では低負荷かつ低回転側の設
定運転領域(イ)が成層燃焼領域とされ、インジェクタ
18により気筒2の圧縮行程における所定時期(例え
ば、成層燃焼運転時において圧縮上死点前(BTDC)略4
0°CA〜略140°CAの範囲)に燃料を噴射させて、点
火プラグ16の近傍に混合気が層状に偏在する状態で燃
焼させる成層燃焼モードになる。この成層燃焼状態では
エンジン1の吸気損失を低減するためにスロットル弁3
2の開度を相対的に大きくするようにしており、このと
きの燃焼室6の平均的な空燃比は理論空燃比よりもリー
ンな状態(例えばA/F>25)になる。
Specifically, for example, as shown in FIG. 6, when the engine 1 is in the warm state, the set operation region (a) on the low-load and low-rotation side is a stratified combustion region. At a predetermined time in the compression stroke (for example, approximately four times before compression top dead center (BTDC) during stratified combustion operation).
The fuel injection is performed in the range of 0 ° CA to approximately 140 ° CA), and a stratified charge combustion mode is set in which the mixture is burned in a state where the mixture is unevenly distributed in the vicinity of the ignition plug 16. In this stratified combustion state, the throttle valve 3 is used to reduce the intake loss of the engine 1.
The opening degree of the fuel cell 2 is made relatively large. At this time, the average air-fuel ratio of the combustion chamber 6 becomes leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (for example, A / F> 25).

【0053】一方、前記成層燃料領域以外の領域(ロ)
は、均一燃焼領域とされており、インジェクタ17によ
り気筒2の吸気行程で燃料を噴射させて吸気と十分に混
合し、燃焼室6に均一な混合気を形成した上で燃焼させ
る燃焼状態になる。この均一燃焼状態では、大部分の運
転領域において混合気の空燃比が略理論空燃比(A/F
≒14.7)になるように、燃料噴射量やスロットル開
度等が制御されるが、特に全負荷運転状態では、空燃比
を理論空燃比よりもリッチな状態(例えばA/F=13
くらい)に制御して、高負荷に対応した大出力を得られ
るようにしている。
On the other hand, a region other than the stratified fuel region (b)
Is a homogeneous combustion region, in which fuel is injected by the injector 17 in the intake stroke of the cylinder 2 and is sufficiently mixed with the intake air to form a uniform mixture in the combustion chamber 6 and then burn. . In this uniform combustion state, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is substantially equal to the stoichiometric air-fuel ratio (A / F) in most of the operating range.
The fuel injection amount, throttle opening, and the like are controlled so as to achieve (≒ 14.7). Particularly, in the full load operation state, the air-fuel ratio is made richer than the stoichiometric air-fuel ratio (for example, A / F = 13).
Control) to obtain a large output corresponding to a high load.

【0054】さらに、エンジン1の温間時には同図に斜
線を入れて示す領域において、EGR弁44を開弁させ
て、EGR通路43により排気の一部を吸気通路30に
還流させるようにしている。この際、該EGR弁44の
開度をエンジン1の負荷状態及び回転速度に応じて、少
なくとも高負荷側ほど排気の還流割合(以下、EGR率
ともいう)が小さくなるように調節する。このことで、
エンジン1の燃焼安定性を損なうことなく、排気の還流
によりNOxの生成を抑制することができる。また、エ
ンジン冷間時には燃焼安定性の確保を最優先とし、エン
ジン1の全ての運転領域で均一燃焼状態とするととも
に、EGR弁44は全閉とするようにしている。
Further, when the engine 1 is warm, the EGR valve 44 is opened in a region shown by hatching in FIG. . At this time, the opening degree of the EGR valve 44 is adjusted according to the load state and the rotation speed of the engine 1 so that the exhaust gas recirculation ratio (hereinafter, also referred to as the EGR rate) becomes smaller at least on the higher load side. With this,
The generation of NOx can be suppressed by the recirculation of exhaust gas without impairing the combustion stability of the engine 1. In addition, when the engine is cold, the highest priority is given to ensuring combustion stability, and a uniform combustion state is set in all operating regions of the engine 1 and the EGR valve 44 is fully closed.

【0055】尚、前記EGR率としては、例えば、前記
EGR通路43により吸気通路30に還流される排気還
流量の新気量に対する割合を用いればよい。ここで、新
気というのは気筒2に吸入される気体のうちから前記の
還流排気や燃料ガス等を除いた外気のことである。
As the EGR rate, for example, the ratio of the amount of exhaust gas recirculated to the intake passage 30 by the EGR passage 43 to the amount of fresh air may be used. Here, fresh air is outside air obtained by removing the recirculated exhaust gas, fuel gas, and the like from the gas sucked into the cylinder 2.

【0056】本願発明の特徴は、上述の如くエンジン1
を成層燃焼状態で運転するときに、燃焼室6におけるタ
ンブル流を最大限に利用し、このタンブル流によって燃
料噴霧の挙動を制御して、混合気の適切な成層化を図る
ようにしたことにある。
The feature of the present invention is that the engine 1
When the is operated in a stratified combustion state, the tumble flow in the combustion chamber 6 is utilized to the utmost, the behavior of the fuel spray is controlled by the tumble flow, and the stratified mixture is appropriately stratified. is there.

【0057】すなわち、エンジン1が成層燃焼領域
(イ)にあるときには、各気筒2の吸気行程で生成され
るタンブル流を当該気筒2の圧縮行程後期まで保持させ
るとともに、このタンブル流に対し略正対する方向から
衝突するように燃料を噴射させる。こうすることで、燃
料噴霧はタンブル流により徐々に減速されながら点火プ
ラグ16側に移動し、その間に燃料液滴の気化霧化や空
気との混合が促進されて、当該気筒2の点火時期におい
て図1に斜線を入れて示すように可燃混合気となって、
点火プラグ16の電極付近に滞留するようになる。
That is, when the engine 1 is in the stratified combustion region (A), the tumble flow generated in the intake stroke of each cylinder 2 is held until the latter stage of the compression stroke of the cylinder 2 and the tumble flow is substantially positive. Fuel is injected so as to collide from the opposite direction. In this way, the fuel spray moves toward the spark plug 16 while being gradually decelerated by the tumble flow, and during that time, the vaporization and atomization of the fuel droplets and the mixing with the air are promoted, and the fuel spray is moved at the ignition timing of the cylinder 2. As shown in FIG.
It stays near the electrode of the ignition plug 16.

【0058】言い換えると、インジェクタ18による燃
料噴霧の貫徹力をタンブル流の流速に対応するように調
節し、かつ気筒2の点火時期から逆算した所定のタイミ
ングで該インジェクタ18を作動させて、燃料を噴射さ
せるようにしている。このようなインジェクタ18の作
動制御は上述の如くECU50により所定の制御プログ
ラムに従って行われるものであり、従って、該ECU5
0は、前記インジェクタ18による燃料噴霧の貫徹力を
タンブル流の流速に対応するように調節し、該燃料噴霧
が前記タンブル流に対し逆行して、点火プラグ16によ
る点火時点で可燃混合気となって該点火プラグ16の電
極付近に滞留するように、気筒2の点火時期に対応づけ
て、前記インジェクタ18により燃料を噴射させる燃料
噴射制御手段に対応している。
In other words, the penetration force of the fuel spray by the injector 18 is adjusted so as to correspond to the flow velocity of the tumble flow, and the injector 18 is operated at a predetermined timing calculated backward from the ignition timing of the cylinder 2 to discharge the fuel. I am trying to inject it. Such operation control of the injector 18 is performed by the ECU 50 in accordance with a predetermined control program as described above.
0 adjusts the penetration force of the fuel spray by the injector 18 so as to correspond to the flow rate of the tumble flow, and the fuel spray reverses the tumble flow to become a combustible mixture at the time of ignition by the spark plug 16. This corresponds to a fuel injection control means for injecting fuel by the injector 18 in association with the ignition timing of the cylinder 2 so as to stay near the electrode of the ignition plug 16.

【0059】具体的に、この実施形態では、ピストン
5の冠面の形状、インジェクタ18による燃料噴霧の
方向及び噴霧拡がり角、並びに点火プラグ16の電極
の位置を互いに関連づけて最適に設定し、その上で、
該インジェクタ18による燃料噴霧の貫徹力を対向する
タンブル流の流速に応じて調節することによって、前記
の如き混合気の適切な成層化を実現したものである。以
下、前記〜の特徴点についてそれぞれ具体的に説明
する。
Specifically, in this embodiment, the shape of the crown surface of the piston 5, the direction of fuel spray by the injector 18, the spray spread angle, and the position of the electrode of the spark plug 16 are optimally set in relation to each other. Above,
By adjusting the penetration force of the fuel spray by the injector 18 according to the flow velocity of the opposed tumble flow, appropriate stratification of the air-fuel mixture as described above is realized. Hereinafter, each of the above-mentioned features will be specifically described.

【0060】(ピストン冠面の形状)まず、第1に、図
7及び図8並びに前記図1及び図3にも示すように、ピ
ストン5の冠面には気筒中心線zに沿って見たときに、
インジェクタ18による燃料の噴射方向(燃料噴霧の中
心線の延びる方向)について長い凹部5aが形成されて
いる。また、この凹部5aの幅方向寸法は、図8に示す
ように、全体としてインジェクタ18からの燃料噴霧
(同図に斜線を入れて示す)を包含するような大きさと
されている。
(Shape of Piston Crown Surface) First, as shown in FIGS. 7 and 8 and FIGS. 1 and 3, the crown surface of the piston 5 was viewed along the cylinder center line z. sometimes,
A long concave portion 5a is formed in the fuel injection direction of the injector 18 (the direction in which the center line of the fuel spray extends). Further, as shown in FIG. 8, the widthwise dimension of the concave portion 5a is set to include the fuel spray from the injector 18 as a whole (indicated by diagonal lines in FIG. 8).

【0061】詳しくは、前記凹部5aの幅wは、長さ方
向の略中央部において最も広く、そこから両端部に向か
って徐々に狭くなっている。また、該凹部5aの底面
は、図7(b)に示すように気筒中心線zに直交する方向
から見て、略円弧状になっていて、その最深部が気筒中
心線zに対応する位置、即ち気筒2の断面略中心部に位
置している。さらに、同図(c)に示すように、前記凹部
5aの幅方向両側の側壁面は前記底面から緩やかに立ち
上がって上方に延びており、該側壁面の高さは、凹部5
aの長さ方向の略中央部において最も高く、かつインジ
ェクタ18による燃料噴霧の拡散を抑えられるような所
定以上の高さとされている。
More specifically, the width w of the concave portion 5a is the widest at a substantially central portion in the length direction, and gradually narrows from both ends toward both ends. The bottom surface of the concave portion 5a has a substantially arc shape when viewed from a direction orthogonal to the cylinder center line z as shown in FIG. 7B, and the deepest portion corresponds to the cylinder center line z. That is, it is located substantially at the center of the cross section of the cylinder 2. Further, as shown in FIG. 3 (c), the side walls on both sides in the width direction of the recess 5a gradually rise up from the bottom and extend upward, and the height of the side wall is
The height is set to be the highest in the substantially central portion in the length direction of “a”, and is equal to or higher than a predetermined value so as to suppress the diffusion of the fuel spray by the injector 18.

【0062】加えて、前記凹部5aを除いたピストン5
冠面の外周側部分は、対向する燃焼室6天井部の傾斜面
に略平行に沿うような形状のスキッシュエリア部とされ
ていて、気筒2の圧縮上死点前の所定期間(例えば、BT
DC40°CA〜TDC)において該ピストン5冠面の外周側
部分と燃焼室6の天井部とにより挟まれる間隙がスキッ
シュエリアとなる。
In addition, the piston 5 excluding the recess 5a
The outer peripheral portion of the crown surface is formed as a squish area having a shape substantially parallel to the inclined surface of the ceiling of the opposed combustion chamber 6, and is provided for a predetermined period (for example, BT) before the compression top dead center of the cylinder 2.
At DC 40 ° CA to TDC), a squish area is a gap sandwiched between the outer peripheral portion of the piston 5 crown surface and the ceiling of the combustion chamber 6.

【0063】前記のような凹部5aをピストン5の冠面
に設けたことで、燃焼室6におけるタンブル流の流れが
スムーズになり、気筒2の吸気行程で生成されたタンブ
ル流T(図32参照)が当該気筒2の圧縮行程後期まで
あまり減衰せずに、確実に保持されるようになる。そし
て、前記図8に示すように該インジェクタ18により燃
料が噴射されると、タンブル流T,T(タンブル正流)
は凹部5aの側壁面に沿って燃料噴霧を内側に綴じ込め
るように流れ、燃料噴霧の拡散を抑えるとともに、該燃
料噴霧と安定して衝突してその挙動を制御し、燃焼室6
の中央に滞留させる。その上さらに、図示しないが、気
筒2の圧縮上死点近傍(例えば、BTDC20°CA以降)に
おいては、前記の如くピストン5冠面の外周側部分のス
キッシュエリアから気筒中心線zに向かうように流れる
強いスキッシュ流が生成され、このスキッシュ流により
前記混合気の拡散が効果的に抑制される。
By providing the recess 5a on the crown surface of the piston 5, the flow of the tumble flow in the combustion chamber 6 becomes smooth, and the tumble flow T generated during the intake stroke of the cylinder 2 (see FIG. 32). ) Is surely held without being attenuated until late in the compression stroke of the cylinder 2. When fuel is injected by the injector 18 as shown in FIG. 8, the tumble flows T, T (tumble flow)
Flows along the side wall surface of the concave portion 5a so as to bind the fuel spray to the inside, thereby suppressing the diffusion of the fuel spray and stably colliding with the fuel spray to control the behavior thereof.
To stay in the center. Further, although not shown, in the vicinity of the compression top dead center of the cylinder 2 (for example, after BTDC 20 ° CA), the cylinder 2 is moved from the squish area on the outer peripheral side of the crown surface of the piston 5 toward the cylinder center line z as described above. A strong flowing squish flow is generated, which effectively suppresses the diffusion of the mixture.

【0064】(インジェクタの配置構成)第2に、イン
ジェクタ18の配置について説明する。まず、図9に示
すように、インジェクタ18はその軸心(燃料噴霧の中
心線F)が気筒中心線zに直交する仮想平面に対して略
30°の傾斜角度δをなすように配置されている。言い
換えると、インジェクタ18による燃料噴霧の中心線F
は、成層燃焼運転時の気筒2の燃料噴射時期(BTDC40
°CA〜140°CA)において、点火プラグ16の電極と
ピストン5冠面の凹部5aとの間を通り、かつ該噴霧中
心線Fと前記凹部5aの底面との交差する位置(点P
1)が、気筒中心線zと該凹部5aの底面との交差する
位置(点P2)よりもインジェクタ18から遠くなるよ
うに設定されている。また、該インジェクタ18による
燃料噴霧の拡がり角θは一般的に燃焼室6の圧力状態に
よって変化するものであるが、この実施形態では、気筒
2の圧縮行程における噴霧拡がり角θを、θ=略20°
〜略60°の範囲に収めるようにしている。
(Arrangement of Injector) Second, the arrangement of the injector 18 will be described. First, as shown in FIG. 9, the injector 18 is disposed such that its axis (the center line F of the fuel spray) forms an inclination angle δ of approximately 30 ° with respect to a virtual plane orthogonal to the cylinder center line z. I have. In other words, the center line F of the fuel spray by the injector 18
Is the fuel injection timing of the cylinder 2 during the stratified combustion operation (BTDC 40
(° CA to 140 ° CA), a position (point P) that passes between the electrode of the spark plug 16 and the concave portion 5a of the crown surface of the piston 5 and intersects the spray center line F and the bottom surface of the concave portion 5a.
1) is set farther from the injector 18 than a position (point P2) where the cylinder center line z intersects the bottom surface of the concave portion 5a. Although the spread angle θ of the fuel spray by the injector 18 generally changes depending on the pressure state of the combustion chamber 6, in this embodiment, the spray spread angle θ in the compression stroke of the cylinder 2 is represented by θ = approximately 20 °
It is set to fall within a range of about 60 °.

【0065】ここで、本明細書における燃料噴霧につい
ての定義を図10に基づいて説明する。同図(a)に示す
ように、インジェクタ18の噴孔部A点から20mm下
流の位置において、噴霧中心線Fの通る仮想平面と燃料
噴霧の輪郭とが交差する2点B,Cを決定し、∠BAC
をもって噴霧拡がり角θを定義する(θ=∠BAC)。
また、同図(b)に示すように、噴霧中心線Fの通る仮想
平面上において、燃料噴霧の先端側でいわゆる先走り噴
霧(初期噴霧)を除いた主噴霧(燃料液滴のエリア)の
最先端部をそれぞれB点、C点とし、インジェクタ18
の噴孔部A点から前記B点までの噴霧中心線Fに沿った
距離をL1とし、同じくA点からC点までの距離をL2と
して、それらの平均距離をもって噴霧貫徹力Lを定義す
る(L=(L1+L2)/2)。
Here, the definition of fuel spray in this specification will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3A, two points B and C at which a virtual plane passing through the spray center line F and the contour of the fuel spray intersect are determined at a position 20 mm downstream from the injection hole point A of the injector 18. , @BAC
Defines the spray spread angle θ (θ = ∠BAC).
Further, as shown in FIG. 3B, on the virtual plane passing through the spray center line F, the top of the fuel spray at the tip of the main spray (the area of the fuel droplets) excluding the so-called advance spray (initial spray). The tips are point B and point C, respectively.
The distance along the spray center line F from the injection hole portion A to the point B is defined as L1, the distance from the point A to the point C is defined as L2, and the average distance between them defines the spray penetration force L ( L = (L1 + L2) / 2).

【0066】前記の噴霧拡がり角θ及び噴霧貫徹力Lの
実際の計測方法としては、例えばレーザシート法を用い
ればよい。すなわち、まず、インジェクタにより噴射さ
せる流体として燃料性状相当のドライソルベントなる試
料を用い、この試料の圧力を、常温下において実際に使
用される燃料圧力の範囲内の所定値(例えば7MPa)
に設定する。また、雰囲気圧力としては、噴霧の撮影が
可能なレーザ通過窓と計測用窓とを備えた圧力容器内を
例えば0.25MPaに加圧する。
As an actual measuring method of the spray spread angle θ and the spray penetration force L, for example, a laser sheet method may be used. That is, first, as a fluid to be injected by the injector, a dry solvent corresponding to fuel properties is used, and the pressure of this sample is set to a predetermined value (for example, 7 MPa) within the range of the fuel pressure actually used at normal temperature.
Set to. As the atmospheric pressure, the inside of a pressure vessel having a laser passage window capable of photographing the spray and a measurement window is pressurized to, for example, 0.25 MPa.

【0067】そして、常温下において、1パルス当たり
の噴射量が9mm3/strokeになるように、インジェクタ1
8に所定パルス幅の駆動パルス信号を入力して燃料を噴
射させる。この際、燃料噴霧に対しその噴霧中心線を通
るように厚さ5mmのレーザシート光を照射しておい
て、このレーザシート光面に対して直交する方向から高
速度カメラにて噴霧画像を撮影する。そして、前記駆動
パルス信号の入力時期から1.56ミリ秒後の撮影画面
に基づいて、前記の定義に従って噴霧の拡がり角θ及び
貫徹力Lを決定する。
At room temperature, the injector 1 is controlled so that the injection amount per pulse is 9 mm 3 / stroke.
A driving pulse signal having a predetermined pulse width is input to 8 and fuel is injected. At this time, the fuel spray is irradiated with a laser sheet light having a thickness of 5 mm so as to pass through the spray center line, and a spray image is taken with a high-speed camera from a direction perpendicular to the laser sheet light plane. I do. Then, based on the photographing screen 1.56 milliseconds after the input timing of the drive pulse signal, the divergence angle θ and the penetration force L of the spray are determined according to the above definition.

【0068】尚、前記撮影画像における噴霧の輪郭とい
うのは、液滴状の試料粒子のエリアの輪郭であり、試料
粒子のエリアはレーザシート光によって明るくなるた
め、撮影画像において輝度の変化している部分から噴霧
の輪郭を割り出すようにしている。
Note that the outline of the spray in the photographed image is the outline of the area of the droplet-shaped sample particles, and the area of the sample particles becomes brighter by the laser sheet light. The outline of the spray is determined from the part where it is located.

【0069】そうして、前記したようなインジェクタ1
8の配置により、即ち噴霧中心線Fの傾斜角度δと噴霧
拡がり角θとをそれぞれ前記のように最適に設定するこ
とにより、この実施形態のエンジン1では、図11に示
す燃料噴射時点においてピストン5冠面の凹部5aに沿
って流れるタンブル流T(タンブル正流)に対し、燃料
噴霧をその中心部分(噴霧中心線Fを囲む所定範囲)が
略正対するように効果的に衝突させることができ、これ
により、該燃料噴霧の移動速度をタンブル流Tにより減
衰させながら、凹部5aに沿うように移動させて、確実
に点火プラグ16の電極付近に滞留させることができ
る。
Then, the injector 1 as described above
8, that is, by setting the inclination angle δ of the spray center line F and the spray divergence angle θ to the optimum values as described above, the engine 1 of this embodiment has the piston at the fuel injection time shown in FIG. The fuel spray can be made to effectively collide with the tumble flow T (positive tumble flow) flowing along the concave portion 5a of the five crown surface so that the center portion thereof (a predetermined range surrounding the spray center line F) substantially faces. This makes it possible to move the fuel spray along the concave portion 5a while attenuating the moving speed of the fuel spray by the tumble flow T, so that the fuel spray can reliably stay near the electrode of the ignition plug 16.

【0070】(燃料噴霧中心線の設定)ここで、インジ
ェクタ18による燃料噴霧の中心線Fの傾斜角度δの設
定について、図12〜図16を参照しながら、より具体
的に説明する。例えば、噴霧中心線Fの傾斜角度δを略
25°よりも小さくした場合(図12に一点鎖線F1と
して示す)、インジェクタ18からの燃料噴霧の多くが
燃焼室6の天井部に沿って流れるタンブル流(タンブル
順流Ts)によって、点火プラグ16の側に輸送される
とともに、残りの燃料はピストン5冠面の凹部5aに沿
って流れるタンブル流(タンブル正流Tm)に衝突し、
その後、該タンブル正流Tmに乗って燃焼室6の天井部
側に移動するようになる。この結果、図13に一点鎖線
で示すように、点火プラグ16の電極付近の局所空燃比
はタンブル流Ts,Tmにより輸送される混合気の到着
時に一時的に可燃範囲に入るものの、直ぐに過度のリッ
チ状態になり、さらに、極めて短時間で可燃範囲よりも
リーンな状態に戻ってしまう。つまり、点火プラグ16
の電極付近の局所空燃比は激しく変動するようになる。
(Setting of Fuel Spray Center Line) The setting of the inclination angle δ of the fuel spray center line F by the injector 18 will be described more specifically with reference to FIGS. For example, when the inclination angle δ of the spray center line F is set to be smaller than approximately 25 ° (shown as a dashed line F1 in FIG. 12), most of the fuel spray from the injector 18 flows along the ceiling of the combustion chamber 6. By the flow (tumble forward flow Ts), the fuel is transported to the ignition plug 16 side, and the remaining fuel collides with the tumble flow (positive tumble flow Tm) flowing along the concave portion 5a of the piston 5 crown surface,
Thereafter, the vehicle moves on the ceiling side of the combustion chamber 6 on the tumble positive flow Tm. As a result, as shown by the dashed line in FIG. 13, the local air-fuel ratio near the electrode of the ignition plug 16 temporarily enters the combustible range when the air-fuel mixture transported by the tumble flows Ts, Tm arrives, but immediately becomes excessive. It becomes rich and returns to a state leaner than the flammable range in a very short time. That is, the spark plug 16
The local air-fuel ratio near the electrode fluctuates drastically.

【0071】一方、前記図12において二点鎖線F2に
よって示すように、噴霧中心線Fの傾斜角度δを略40
°よりも大きくした場合、同図に破線で示すように、イ
ンジェクタ18からの燃料噴霧の多くがピストン5の冠
面に衝突して、ここに付着してしまうので、前記図13
に二点鎖線で示すように、点火プラグ16の電極付近の
局所空燃比は可燃範囲に入ることがなく、点火不能に陥
ってしまう。このようなピストン5冠面への燃料付着量
と噴霧中心線Fの傾斜角度δ、即ちインジェクタ18の
設置角との間には、例えば図14に示すような関係があ
り、同図によれば、インジェクタ18の設置角が40°
を超えると、燃料の付着量が急激に増大することが分か
る。
On the other hand, as shown by the two-dot chain line F2 in FIG.
When the angle is larger than °, most of the fuel spray from the injector 18 collides with the crown of the piston 5 and adheres to the piston 5 as shown by the broken line in FIG.
As shown by the two-dot chain line, the local air-fuel ratio in the vicinity of the electrode of the ignition plug 16 does not fall within the flammable range, and the ignition becomes impossible. For example, there is a relationship as shown in FIG. 14 between the amount of fuel attached to the crown surface of the piston 5 and the inclination angle δ of the spray center line F, that is, the installation angle of the injector 18. The installation angle of the injector 18 is 40 °
It can be seen that the fuel adhesion amount sharply increases when the pressure exceeds.

【0072】つまり、混合気の濃度状態を安定的に可燃
範囲に保つためには少なくとも噴霧中心線Fの傾斜角度
δを、δ=略25°〜略40°の範囲の値とするのが好
ましいということができる。
That is, in order to stably maintain the concentration state of the air-fuel mixture in the combustible range, it is preferable that at least the inclination angle δ of the spray center line F be a value in the range of approximately 25 ° to approximately 40 °. It can be said.

【0073】例えば、この実施形態のようにインジェク
タ18による燃料噴霧中心線Fの傾斜角度δが略30°
であれば、該インジェクタ18からの燃料噴霧はタンブ
ル流Tに対して略正対して効果的に衝突するようになる
ので、該タンブル流Tによって燃料噴霧の移動速度を精
度良く調節することができ、これにより、混合気を点火
プラグ16の電極付近に安定的に滞留させることができ
る。すなわち、前記図13に実線で示すように、この実
施形態のものでは点火プラグ16の電極付近の局所空燃
比は相対的に長い間、可燃範囲内に留まるようになり、
着火安定性は極めて高くなる。しかも、このことにより
点火時期制御の自由度が向上し(例えば、成層燃焼運転
時に気筒2の圧縮上死点前(BTDC)40°CA〜圧縮上死点
(TDC)までの範囲に設定可能)、これにより、さらなる
燃費改善も可能になる。尚、前記図13のグラフは、い
ずれも燃料噴霧の拡がり角θを、θ=略45°として試
験を行ったものである。
For example, as in this embodiment, the inclination angle δ of the fuel spray center line F by the injector 18 is approximately 30 °.
In this case, the fuel spray from the injector 18 comes to substantially collide with the tumble flow T and effectively collide with each other, so that the movement speed of the fuel spray can be accurately adjusted by the tumble flow T. Thereby, the air-fuel mixture can be stably retained near the electrode of the ignition plug 16. That is, as shown by the solid line in FIG. 13, in this embodiment, the local air-fuel ratio near the electrode of the ignition plug 16 stays within the flammable range for a relatively long time,
The ignition stability becomes extremely high. In addition, this improves the degree of freedom of the ignition timing control (for example, 40 ° CA before the compression top dead center (BTDC) of the cylinder 2 during stratified charge combustion operation)
(It can be set up to the range up to (TDC)), which can further improve fuel efficiency. Note that the graphs in FIG. 13 are all obtained by performing the test with the spread angle θ of the fuel spray set to θ = approximately 45 °.

【0074】ここで、前記の如き燃料噴霧中心線Fの傾
斜角度δに関してさらに詳しく検討する。図15は、イ
ンジェクタ18の設置角、即ち噴霧中心線Fの傾斜角度
δを、δ=30°又はδ=36°のいずれかとして、気
筒2の圧縮上死点(TDC)前における点火プラグ16の電
極付近の局所空燃比の変化を調べたものである。同図に
よれば、δ=36°の場合にはδ=30°とした場合よ
りも、ピストン5の冠面に付着する燃料が多くなるの
で、これを抑えるために相対的に早期に燃料を噴射せざ
るを得ない。
Here, the inclination angle δ of the fuel spray center line F as described above will be examined in more detail. FIG. 15 shows that the setting angle of the injector 18, that is, the inclination angle δ of the spray center line F is either δ = 30 ° or δ = 36 °, and the spark plug 16 before the compression top dead center (TDC) of the cylinder 2 is set. The change in the local air-fuel ratio in the vicinity of the electrode was investigated. According to the figure, when δ = 36 °, more fuel adheres to the crown surface of the piston 5 than when δ = 30 °, so that the fuel is discharged relatively early to suppress this. I have to jet.

【0075】すなわち、図に破線で示すように、圧縮上
死点前(BTDC)70°CAで燃料噴射を行えば、局所空燃比
は十分にリッチになるが、同図に仮想線で示すように、
BTDC55°CAで燃料噴射を行おうとすると、局所空燃比
が希薄化してしまい、着火安定性を確保できる期間はや
や短くなってしまう。これに対し、δ=30°とすれ
ば、同図に実線で示すように、BTDC55°CAで燃料噴射
を行っても、空燃比を十分にリッチ化させることができ
るので、この点において、δ=30°の場合とδ=36
°の場合とを比較すると、δ=30°とする方が好まし
いということができる。
That is, as shown by the broken line in the figure, if the fuel injection is performed at 70 ° CA before the compression top dead center (BTDC), the local air-fuel ratio becomes sufficiently rich. To
If fuel injection is performed at BTDC 55 ° CA, the local air-fuel ratio becomes lean, and the period during which ignition stability can be ensured is slightly shortened. On the other hand, if δ = 30 °, the air-fuel ratio can be sufficiently enriched even when fuel injection is performed at BTDC 55 ° CA, as indicated by the solid line in FIG. = 30 ° and δ = 36
In comparison with the case of °, it can be said that it is preferable to set δ = 30 °.

【0076】また、エンジン1が所定の運転状態にある
ときの気筒2の点火時期(例えば、BTDC30°CA)にお
ける前記局所空燃比が、燃料噴射時期の変化に応じてど
のように変化するかについて、燃料噴霧中心線Fの傾斜
角度δとの関係を含めて調べた結果を、図16に示す。
同図によれば、δ=30°のときには、燃料噴射時期を
かなり広い幅に亘って変更しても、点火プラグ16の電
極付近の局所空燃比は概ね可燃範囲に入っているので、
燃料噴射時期の変更に対しても高い着火安定性を有する
ことが分かる。一方、δ=40°のときには、空燃比は
殆どの場合に可燃範囲よりもリーンになってしまう。
Further, how the local air-fuel ratio at the ignition timing (for example, BTDC 30 ° CA) of the cylinder 2 when the engine 1 is in a predetermined operating state changes according to the change of the fuel injection timing. FIG. 16 shows the results of an investigation including the relationship with the inclination angle δ of the fuel spray center line F.
According to the figure, when δ = 30 °, even if the fuel injection timing is changed over a considerably wide range, the local air-fuel ratio near the electrode of the ignition plug 16 is generally within the flammable range.
It can be seen that the ignition stability is high even when the fuel injection timing is changed. On the other hand, when δ = 40 °, the air-fuel ratio becomes leaner than the flammable range in most cases.

【0077】さらに、δ=20°のときには、燃料噴射
時期にかかわらず、空燃比が過濃な状態になるように見
えるが、これはインジェクタ18からの燃料噴霧がタン
ブル順流に乗って点火プラグ16側に輸送されてしまう
ためであり、前記図13に一点差線で示すように、空燃
比はクランク角の進行に伴い大きく変動するので、空燃
比が過濃状態になる期間は極めて短い。尚、前記図1
5、図16に示す試験結果も、インジェクタ18による
燃料噴霧の拡がり角θをθ=略45°として試験を行っ
たものである。
Further, when δ = 20 °, the air-fuel ratio appears to be in an excessively rich state irrespective of the fuel injection timing. As shown by the dashed line in FIG. 13, the air-fuel ratio greatly changes with the progress of the crank angle, and the period during which the air-fuel ratio becomes excessively rich is extremely short. Note that FIG.
5. The test results shown in FIG. 16 are also obtained by setting the spread angle θ of the fuel spray by the injector 18 to θ = approximately 45 °.

【0078】(噴霧拡がり角の設定)続いて、前記イン
ジェクタ18による燃料噴霧の拡がり角θについて図1
7〜図20を参照しながら説明する。この噴霧拡がり角
θが大きくなるということは自ずと燃料噴霧が拡散し
て、混合気が希薄化しやすくなるということである。一
方、噴霧拡がり角θが小さ過ぎると、燃料液滴の気化霧
化や空気との混合が十分に行われなくなって、点火プラ
グ16の電極付近の混合気が過度にリッチな状態になる
虞れがある。具体的に図18〜図20は、噴霧拡がり角
θを略20°又は略60°として点火プラグ16の電極
付近の混合気の分布状態を観察した結果を示し、各図
(a)は気筒中心線zに沿って燃焼室6の天井部側から見
たものであり、また、各図(b)は、気筒中心線zに直交
する方向のインジェクタ18側から見たものである。
(Setting of Spray Spread Angle) Subsequently, the spread angle θ of the fuel spray by the injector 18 is shown in FIG.
This will be described with reference to FIGS. The fact that the spray spread angle θ becomes large means that the fuel spray naturally diffuses and the air-fuel mixture is easily diluted. On the other hand, if the spray spread angle θ is too small, the vaporization and atomization of the fuel droplets and the mixing with the air are not sufficiently performed, and the mixture near the electrode of the ignition plug 16 may be in an excessively rich state. There is. Specifically, FIGS. 18 to 20 show the results of observing the distribution of the air-fuel mixture near the electrode of the ignition plug 16 with the spray spread angle θ being about 20 ° or about 60 °.
(a) is a view from the ceiling side of the combustion chamber 6 along the cylinder center line z, and (b) is a view from the injector 18 side in a direction orthogonal to the cylinder center line z. It is.

【0079】前記図18及び図19は、この実施形態と
は異なり、冠面全体に球面状の凹部を形成したピストン
(図39参照)を用いて試験を行った結果を示すもの
で、この試験結果によれば、噴霧拡がり角θ=略20°
のときには、気筒の点火時点において混合気が点火プラ
グの電極(図に+印で示す)付近に適切に成層化されて
いるが、θ=略60°のときには混合気は大きく拡がっ
てしまい、点火プラグ電極付近の局所空燃比の低下によ
って着火安定性が損なわれる虞れがある。
FIGS. 18 and 19 show the results of a test performed using a piston (see FIG. 39) in which a spherical concave portion is formed on the entire crown surface, which is different from this embodiment. According to the results, the spray spread angle θ = about 20 °
At the time of ignition of the cylinder, the air-fuel mixture is appropriately stratified in the vicinity of the electrode of the spark plug (indicated by a + sign in the figure), but when θ = approximately 60 °, the air-fuel mixture greatly expands, The ignition stability may be impaired due to a decrease in the local air-fuel ratio near the plug electrode.

【0080】一方、この実施形態のように冠面にレモン
型の凹部を設けたピストンを用いた試験結果によれば、
前記図20に示すように噴霧拡がり角θをθ=略60°
としても、混合気の拡散が抑えられ、図18に示すθ=
略20°のときと同様に混合気が適切に成層化されるこ
とが分かる。これは、ピストン冠面のレモン型凹部によ
ってタンブル流の向きが燃料噴霧に向かうように導かれ
て、該燃料噴霧とタンブル流との衝突によって燃料噴霧
の進行方向への拡散が抑えられるとともに、凹部5aの
幅方向への燃料噴霧の拡散が該凹部5aの幅方向両側の
側壁面と、その外方から凹部5aの内方へ向かうように
流れるスキッシュ流とによって抑えられることによると
考えられる。
On the other hand, according to the test results using a piston having a lemon-shaped recess provided on the crown surface as in this embodiment,
As shown in FIG. 20, the spray spread angle θ is set to θ = approximately 60 °.
The diffusion of the air-fuel mixture is suppressed, and θ =
It can be seen that the mixture is appropriately stratified as in the case of approximately 20 °. This is because the direction of the tumble flow is directed toward the fuel spray by the lemon-shaped concave portion of the piston crown surface, and the collision between the fuel spray and the tumble flow suppresses the diffusion of the fuel spray in the traveling direction. It is considered that the diffusion of the fuel spray in the width direction of the recess 5a is suppressed by the side wall surfaces on both sides in the width direction of the recess 5a and the squish flow flowing from the outside toward the inside of the recess 5a.

【0081】つまり、図17に示すように、この実施形
態においてはインジェクタ18からの燃料噴霧の拡がり
角θをθ=略20°〜略60°の範囲に設定すること
で、点火プラグ16の電極付近の局所空燃比を安定的に
可燃範囲内の値とすることができるものである。尚、前
記したように噴霧拡がり角θは燃焼室6の圧力状態によ
っても変化するものであるが、この実施形態のエンジン
1においては、成層燃焼運転時の噴霧拡がり角θをθ=
略40°〜略45°の範囲の値とすることがより好まし
い。
That is, as shown in FIG. 17, in this embodiment, the spread angle θ of the fuel spray from the injector 18 is set in the range of θ = approximately 20 ° to approximately 60 °, so that the electrode of the spark plug 16 The local air-fuel ratio in the vicinity can be stably set to a value within the flammable range. As described above, the spray divergence angle θ varies depending on the pressure state of the combustion chamber 6, but in the engine 1 of this embodiment, the spray divergence angle θ during the stratified combustion operation is set to θ =
More preferably, the value is in the range of approximately 40 ° to approximately 45 °.

【0082】(点火プラグの電極位置)上述の如く、こ
の実施形態ではインジェクタ18による燃料噴霧の挙動
をタンブル流Tにより制御して、燃焼室6の中央に適度
な濃度状態の可燃混合気を滞留させることができるもの
である。そして、そのように滞留する混合気に対し確実
に点火するために、前記図9及び図21にも示すよう
に、点火プラグ16はその電極が気筒中心線zに沿って
燃焼室6の天井部から突出するように配置されている。
すなわち、点火プラグ16の電極は、両図に示すように
気筒中心線zに直交する方向から見たとき、インジェク
タ18からの燃料噴霧中心線Fよりも上方(燃焼室6の
天井部に近い方)に位置している。言い換えると、前記
噴霧中心線Fに沿って見て、点火プラグ16の電極は、
該噴霧中心線Fに対しピストン5の冠面よりも燃焼室6
の天井部に近い側に位置している。
(Position of Electrode of Spark Plug) As described above, in this embodiment, the behavior of the fuel spray by the injector 18 is controlled by the tumble flow T, and the flammable mixture having an appropriate concentration is retained in the center of the combustion chamber 6. That can be done. In order to reliably ignite the air-fuel mixture thus staying, as shown in FIGS. 9 and 21, the ignition plug 16 has its electrode extending along the cylinder center line z along the ceiling portion of the combustion chamber 6. It is arranged to protrude from.
That is, the electrode of the spark plug 16 is located above the fuel spray center line F from the injector 18 when viewed from the direction orthogonal to the cylinder center line z as shown in both figures (the one closer to the ceiling of the combustion chamber 6). ) Is located. In other words, when viewed along the spray center line F, the electrodes of the spark plug 16
With respect to the spray center line F, the combustion chamber 6
It is located on the side near the ceiling.

【0083】また、前記点火プラグ16の電極は、イン
ジェクタ18により燃料を斜め下方のピストン5冠面側
に噴射させるこの実施形態においては、該インジェクタ
18の噴孔よりも下方(気筒中心線zの延びる方向につ
いてピストン5の冠面に近い方)に位置している。そし
て、前記したように点火プラグ16の電極が燃焼室6の
天井部から離れていることで、火炎の伝播性が良好なも
のになり、燃焼状態の改善が図られる。
In this embodiment, the electrode of the spark plug 16 causes the injector 18 to inject fuel toward the diagonally lower part of the piston 5 crown surface. In this embodiment, the electrode is located below the injection hole of the injector 18 (the cylinder center line z). (In the direction of extension, closer to the crown surface of the piston 5). And, as described above, since the electrode of the ignition plug 16 is separated from the ceiling of the combustion chamber 6, the flame propagation is improved and the combustion state is improved.

【0084】具体的には、図21に示す気筒2の点火時
期(例えば、エンジン1が所定の低負荷運転状態にあっ
て、点火時期がBTDC30°CAのとき)において、燃焼室
6の天井部からピストン5の冠面までの気筒中心線z上
の距離をdとしたとき、即ち、燃焼室6の天井部の略最
上位置からピストン5の凹部5aの最深部までの距離を
dとしたとき、該燃焼室6天井部の最上位置から点火プ
ラグ16の電極までの気筒中心線z上の距離e(突出
量)は、略1/3d〜略2/3dまでの範囲の値に設定さ
れている。このことで、当該気筒2の圧縮行程において
ピストン5の冠面に沿って流れるタンブル流をタンブル
正流Tmとし、一方、燃焼室6の天井部に沿って流れる
タンブル流をタンブル順流Tsとしたときに、インジェ
クタ18による燃料の噴射開始の後で、その噴射燃料と
の衝突によってタンブル正流Tmの流速が大きく減衰す
る当該気筒の点火時期までの時点において、点火プラグ
16の電極が該タンブル正流Tmとタンブル順流Tsと
の間に位置している。
Specifically, at the ignition timing of the cylinder 2 shown in FIG. 21 (for example, when the engine 1 is in a predetermined low load operation state and the ignition timing is BTDC 30 ° CA), the ceiling of the combustion chamber 6 When the distance from the cylinder center line z to the crown surface of the piston 5 is d, that is, the distance from the substantially uppermost position of the ceiling of the combustion chamber 6 to the deepest portion of the recess 5a of the piston 5 is d. The distance e (projection amount) on the cylinder center line z from the uppermost position of the ceiling of the combustion chamber 6 to the electrode of the ignition plug 16 is set to a value in the range of approximately 1 / 3d to approximately 2 / 3d. I have. Thus, in the compression stroke of the cylinder 2, the tumble flow flowing along the crown surface of the piston 5 is defined as a tumble positive flow Tm, while the tumble flow flowing along the ceiling of the combustion chamber 6 is defined as a tumble forward flow Ts. Further, after the start of fuel injection by the injector 18 and before the ignition timing of the cylinder at which the flow velocity of the positive tumble flow Tm is greatly attenuated by collision with the injected fuel, the electrode of the spark plug 16 It is located between Tm and the tumble forward flow Ts.

【0085】そして、その後の点火時点においてはタン
ブル正流Tmが著しく減衰していることもあって、点火
プラグ16の電極はタンブル正流Tm及びタンブル順流
Tsのいずれの流れの影響も受け難い状態になる。つま
り、点火プラグ16の電極はタンブル順流Tsの主流の
生成域から離れていて、気筒2の燃料噴射時期以降でか
つ点火時期以前の期間、タンブル流Tの渦の中心側に位
置し、該点火時期において混合気の滞留し易い状態に保
たれている。
At the subsequent ignition point, the electrode of the ignition plug 16 is hardly affected by any of the tumble positive flow Tm and the tumble forward flow Ts, because the tumble positive flow Tm is significantly attenuated. become. That is, the electrode of the spark plug 16 is located away from the region where the main flow of the tumble forward flow Ts is generated, and is located on the center side of the vortex of the tumble flow T during the period after the fuel injection timing of the cylinder 2 and before the ignition timing. At the time, the mixture is maintained in a state in which the mixture easily stays.

【0086】また、点火プラグ16の電極はインジェク
タ18からの燃料噴霧の幾何学的な噴霧エリアの噴霧中
心線Fに対し上方(噴霧エリア外も含む)に位置してい
る(図9参照)。ここで、幾何学的な噴霧エリアという
のは、燃焼室6におけるタンブルやスワールの影響が仮
に無いとした場合の燃料噴霧の液滴のエリアのことであ
る。このように点火プラグ16の電極を燃料噴霧の幾何
学的な噴霧エリアの噴霧中心線Fに対し上方に配置させ
ることによって、インジェクタ18からの初期噴霧に含
まれる粗大な燃料液滴が点火プラグ16の電極に付着す
ることを回避して、該点火プラグ16のくすぶりを未然
に防止することができる。
The electrode of the ignition plug 16 is located above (including outside the spray area) the spray center line F of the geometrical spray area of the fuel spray from the injector 18 (see FIG. 9). Here, the geometrical spray area is an area of droplets of fuel spray assuming that there is no influence of tumble or swirl in the combustion chamber 6. By arranging the electrodes of the ignition plug 16 above the spray center line F in the geometrical spray area of the fuel spray, coarse fuel droplets contained in the initial spray from the injector 18 can be removed. It is possible to prevent the ignition plug 16 from smoldering, by avoiding sticking to the electrodes.

【0087】図22は、前記点火プラグ16の電極の突
出量eを変化させながら、その電極の位置で気筒2のBT
DC55°CA近傍における燃料噴射直前のタンブル流Tの
流速を測定したものである。同図によれば、タンブル流
Tの流速は、突出量e=1/2d近傍で最小となり、突
出量eがそれよりも小さくても、或いは大きくても、該
突出量eの変化とともにタンブル流Tの流速が徐々に大
きくなっている。このことは、BTDC55°CA近傍では、
突出量e=1/2dの付近において、点火プラグ16の
電極がタンブル流Tの渦の中心付近に位置することを意
味している。
FIG. 22 shows that, while changing the protruding amount e of the electrode of the ignition plug 16, the BT of the cylinder 2 is positioned at the position of the electrode.
This is a measurement of the flow velocity of the tumble flow T immediately before fuel injection near DC 55 ° CA. According to the figure, the flow velocity of the tumble flow T becomes minimum near the protrusion amount e = 11d, and even if the protrusion amount e is smaller or larger than that, the tumble flow changes with the change of the protrusion amount e. The flow velocity of T gradually increases. This means that near 55 ° CA BTDC,
This means that the electrode of the ignition plug 16 is located near the center of the vortex of the tumble flow T in the vicinity of the protrusion amount e = 1d.

【0088】また、図23は、そのように点火プラグ1
6の電極の突出量eを変化させたときのエンジン1の図
示平均有効圧力(PI)の変動率(燃焼変動を表す指標
となる値)の変化を示したものである。同図によれば、
このPi変動率は突出量e<0.2dのときに所定の基
準ライン(例えば5%くらい)を超えてしまい、この状
態では点火プラグ16の電極付近の局所空燃比がリーン
になっていて、燃焼性が低下していることが分かる。一
方、突出量e≧0.2dであれば、該突出量eが大きい
ほど、点火プラグ16の電極はピストン5の冠面に近づ
くことになり、該電極付近の局所空燃比がリッチになる
ので、燃焼変動率は小さくなる。しかしながら、このよ
うに突出量eを0.5dを超えて大きくしていくと、今
度は点火プラグ16の電極が燃料噴霧の幾何学的な噴霧
エリア内の噴霧中心線Fに接して、初期噴霧の粗大な燃
料液滴の付着による不具合の発生する虞れがある。
FIG. 23 shows such a spark plug 1
6 shows a change in a fluctuation rate (a value serving as an index indicating combustion fluctuation) of the indicated mean effective pressure (PI) of the engine 1 when the protrusion amount e of the electrode 6 is changed. According to FIG.
This Pi fluctuation rate exceeds a predetermined reference line (for example, about 5%) when the protrusion amount e <0.2d. In this state, the local air-fuel ratio near the electrode of the ignition plug 16 is lean, It can be seen that the flammability has decreased. On the other hand, if the protrusion amount e ≧ 0.2d, the larger the protrusion amount e is, the closer the electrode of the ignition plug 16 is to the crown surface of the piston 5 and the local air-fuel ratio near the electrode becomes rich. Thus, the combustion fluctuation rate becomes smaller. However, when the protrusion amount e is increased beyond 0.5 d, the electrode of the ignition plug 16 comes into contact with the spray center line F in the geometrical spray area of the fuel spray, and the initial spray There is a possibility that a problem may occur due to the attachment of coarse fuel droplets.

【0089】要するに、点火プラグ16の電極の突出量
eには、混合気の滞留し易さ、該混合気への着火性、粗
大な燃料液滴の付着の防止等の点から見て、最適な範囲
があり、この範囲は、前記図23に示すBTDC55°CA近
傍においては、同図に矢印で示すようにe=略0.2d
〜略0.5dの範囲となる。
In short, the protruding amount e of the electrode of the ignition plug 16 is optimal in view of the easiness of stagnation of the air-fuel mixture, the ignitability of the air-fuel mixture, and the prevention of the attachment of coarse fuel droplets. In the vicinity of the BTDC 55 ° CA shown in FIG. 23, the range e is approximately 0.2 d as indicated by an arrow in FIG.
~ 0.5d.

【0090】ここで、一般に、気筒2の圧縮行程におい
て燃焼室6の天井部からピストン5の冠面までの気筒中
心線z上の距離dは、ピストン5の上昇とともに幾何学
的に小さくなるので、点火プラグ16電極の突出量eが
一定であるとすれば、それらの割合e/dは図24に示
すように変化する。そこで、この実施形態では前記の突
出量の割合e/dの値が同図に示す2つのグラフの間に
挟まれた領域の値となるように、突出量eの値を設定し
ている。同図によれば、例えば、成層燃焼領域において
最も進角側の噴射開始時期(クランク角位置)であるBT
DC140°CAでは、e/d=略10%〜略20%であ
る。
Here, in general, the distance d on the cylinder center line z from the ceiling of the combustion chamber 6 to the crown of the piston 5 in the compression stroke of the cylinder 2 becomes geometrically smaller as the piston 5 rises. Assuming that the amount of protrusion e of the electrodes of the spark plug 16 is constant, their ratio e / d changes as shown in FIG. Therefore, in this embodiment, the value of the protrusion amount e is set such that the value of the ratio e / d of the protrusion amount is a value of the region sandwiched between the two graphs shown in FIG. According to the figure, for example, BT which is the most advanced injection start timing (crank angle position) in the stratified combustion region
At DC 140 ° CA, e / d is approximately 10% to approximately 20%.

【0091】また、成層燃焼領域の比較的低回転域にお
ける噴射開始時期(クランク角位置)であるBTDC55°
CAでは、e/d=略20%〜略50%である。さらに、
略アイドル域の噴射開始時期(クランク角位置)である
BTDC40°CAでは、e/d=略25%〜略60%であ
り、また、気筒2の圧縮上死点(TDC)においては、点火
プラグ電極の突出割合e/dは、e/d=略40%〜略9
5%になっている。尚、この実施形態における成層燃焼
領域での各気筒2の点火時期は、略BTDC40°CA〜略TD
Cの範囲に設定されている。
The BTDC 55 ° which is the injection start timing (crank angle position) in the relatively low rotation speed region of the stratified combustion region.
In CA, e / d is approximately 20% to approximately 50%. further,
It is the injection start timing (crank angle position) in the substantially idle range.
At BTDC40 ° CA, e / d = approximately 25% to approximately 60%, and at the compression top dead center (TDC) of the cylinder 2, the protruding ratio e / d of the spark plug electrode is e / d = approximately 40% to about 9
It is 5%. In this embodiment, the ignition timing of each cylinder 2 in the stratified combustion region ranges from approximately BTDC 40 ° CA to approximately TDDC.
C is set in the range.

【0092】(タンブル流速及び噴霧貫徹力の調節)最
後に、この実施形態ではインジェクタ18による燃料噴
霧の貫徹力を、タンブル流の流速に応じて調節すること
で、エンジン1の運転状態が変化しても安定した混合気
形成が行えるようにしている。以下、この点について詳
細に説明する。
(Adjustment of Tumble Velocity and Spray Penetration Force) Finally, in this embodiment, the operating state of the engine 1 is changed by adjusting the penetration force of the fuel spray by the injector 18 according to the tumble flow velocity. Therefore, a stable mixture can be formed. Hereinafter, this point will be described in detail.

【0093】まず、図25は、インジェクタ18による
燃料噴霧の貫徹力をタンブル流の流速に対応するように
調節して、気筒2の点火時期近傍における燃焼室6の流
れ場をCFD(数値流体力学)の適用により解析したも
のである。同図に太い矢印で示すように、タンブル流及
び噴霧流は図の左右両側からそれぞれピストン冠面に沿
って中央側に向かうように流れていて、それらの衝突地
点Aは、図に+印で表す点火プラグの電極の近傍になっ
ている。これにより、例えば図26(a)に示すように、
当該気筒2の点火時期近傍において適切な濃度状態の可
燃混合気塊を点火プラグ16の電極(図に+印で示す)
付近に滞留させることが可能になる。
First, FIG. 25 shows that the flow field of the combustion chamber 6 near the ignition timing of the cylinder 2 is adjusted by the CFD (computational fluid dynamics) by adjusting the penetration force of the fuel spray by the injector 18 so as to correspond to the velocity of the tumble flow. ) Was analyzed by applying As shown by the thick arrows in the figure, the tumble flow and the spray flow flow from the left and right sides of the figure toward the center side along the piston crown surface, respectively, and their collision points A are indicated by + signs in the figure. In the vicinity of the electrode of the spark plug. Thereby, for example, as shown in FIG.
In the vicinity of the ignition timing of the cylinder 2, a combustible mixed air mass having an appropriate concentration state is supplied to an electrode of the ignition plug 16 (indicated by a + mark in the figure)
It becomes possible to stay near.

【0094】ここで、一般に、燃焼室におけるタンブル
流の流速はエンジンの回転速度(クランク軸7の回転速
度)に応じて変化するものなので、広い運転領域に亘っ
て混合気を適切に成層化させようとすれば、インジェク
タによる燃料噴霧の貫徹力をエンジンの運転状態に応じ
て調節する必要があり、このために、例えばインジェク
タによる燃料噴射圧力を変更調節することが考えられ
る。この際、例えばエンジンのアイドル運転時等にはタ
ンブル流の流速が低くなり過ぎるので、これに対応する
ように燃料の噴射圧を下げようとすると、燃料の微粒化
特性等が低下する虞れがある。反対に、例えばエンジン
の中高回転域においてタンブル流の流速が所定の上限値
を超えたときには、これに対応するように燃料の噴射圧
を高めると、該燃料噴霧とタンブル流との衝突が激しく
なり過ぎるという不具合がある。この場合には、混合気
は点火プラグ16の電極付近に滞留するものの、例えば
図26(b)に示すように大きく拡がって、成層度が低下
してしまい、該混合気への着火安定性が損なわれる虞れ
がある。
Here, in general, the flow rate of the tumble flow in the combustion chamber changes according to the rotation speed of the engine (the rotation speed of the crankshaft 7), so that the mixture is appropriately stratified over a wide operating range. In this case, it is necessary to adjust the fuel spray penetration force by the injector according to the operating state of the engine. For this purpose, for example, it is conceivable to change and adjust the fuel injection pressure by the injector. At this time, for example, when the engine is idling, the flow velocity of the tumble flow becomes too low.Therefore, if the injection pressure of the fuel is reduced to correspond to this, the atomization characteristics of the fuel may be reduced. is there. Conversely, for example, when the flow velocity of the tumble flow exceeds a predetermined upper limit in the middle and high rotation range of the engine, if the fuel injection pressure is increased to correspond to this, the collision between the fuel spray and the tumble flow becomes severe. There is a problem that too much. In this case, although the air-fuel mixture stays in the vicinity of the electrode of the ignition plug 16, for example, as shown in FIG. It may be damaged.

【0095】これに対し、この実施形態では主にエンジ
ン1の回転速度の変化に応じて、各気筒2の吸気ポート
10に配設した吸気流動調節弁34(図3参照)の開度
を調節し、燃焼室6におけるタンブル流Tの流速を変更
するとともに、これに対応するようにインジェクタ18
による燃料の噴射圧力も調節することで、成層燃焼領域
(イ)(図6参照)の全てにおいて、混合気の適切な成
層化を実現している。
On the other hand, in this embodiment, the opening degree of the intake air flow control valve 34 (see FIG. 3) disposed at the intake port 10 of each cylinder 2 is adjusted mainly in accordance with the change in the rotation speed of the engine 1. Then, the flow rate of the tumble flow T in the combustion chamber 6 is changed, and the injector 18
By appropriately adjusting the fuel injection pressure, the stratified combustion region (a) (see FIG. 6) achieves appropriate stratification of the air-fuel mixture.

【0096】具体的には図27(a)に示すように、エン
ジン1が成層燃焼領域にありかつその回転速度が第1設
定値ne1(例えば2500rpm)以下のときには、吸
気流動調節弁34を全閉状態とする。こうすることで、
該吸気流動調節弁34が開いている状態(同図に仮想線
で示す)に比べてタンブル流の流速が高められる。次
に、エンジン回転速度が該第1設定値ne1を超えて、タ
ンブル流の流速が所定の上限値に達すれば、エンジン回
転速度が高くなってもタンブル流Tの流速がそれ以上は
大きくならないように、吸気流動調節弁34をエンジン
回転速度の増大に応じて徐々に開作動させる。そして、
エンジン回転速度が第2設定値ne2(例えば3500r
pm)を超えて、エンジン1が均一燃焼領域に移行すれ
ば、それ以降は吸気流動調節弁34を全開状態として、
吸入空気量を確保するようにしている。
More specifically, as shown in FIG. 27 (a), when the engine 1 is in the stratified charge combustion region and its rotation speed is equal to or lower than the first set value ne1 (for example, 2500 rpm), the intake flow control valve 34 is fully turned off. Closed. By doing this,
The flow velocity of the tumble flow is increased as compared with the state in which the intake flow control valve 34 is open (indicated by a phantom line in the figure). Next, if the engine rotational speed exceeds the first set value ne1 and the flow velocity of the tumble flow reaches a predetermined upper limit value, the flow velocity of the tumble flow T does not increase further even if the engine rotational speed increases. Then, the intake flow control valve 34 is gradually opened according to the increase in the engine speed. And
When the engine speed is equal to the second set value ne2 (for example, 3500r
pm), the engine 1 shifts to the uniform combustion region, thereafter the intake flow control valve 34 is fully opened,
The intake air volume is secured.

【0097】このような吸気流動調節弁34の作動制御
はECU50により所定の制御プログラムに従って行わ
れるものであり、従って、該ECU50は、エンジン1
の回転速度が設定値以上になったとき、該回転速度の上
昇に対応するタンブル流速の増大を抑えるように前記吸
気流動調節弁34を作動させるタンブル流速制御手段に
対応している。
The operation of the intake flow control valve 34 is controlled by the ECU 50 in accordance with a predetermined control program.
Corresponds to a tumble flow rate control means that operates the intake flow control valve 34 so as to suppress an increase in the tumble flow rate corresponding to the increase in the rotation speed when the rotation speed of the engine becomes equal to or higher than the set value.

【0098】そして、前記のようなタンブル流速の変化
に対応するように、インジェクタ18による燃料噴射圧
力を変更して、同図(b)に示すように燃料噴霧の貫徹力
を変化させるようにしている。すなわち、エンジン1が
成層燃焼領域にありかつその回転速度が前記第1設定値
ne1以下のときには、該回転速度の上昇に応じて燃料噴
霧の貫徹力を高める。一方、エンジン回転速度が前記第
1設定値ne1を超えてから第2設定値ne2になるまでは、
燃料噴霧の貫徹力は略一定に維持する。さらに、回転速
度が第2設定値ne2を超えて、エンジン1が均一燃焼領
域に移行すれば、それ以降は燃料の噴射量と噴射可能な
時間間隔とのバランスに応じて燃料噴射圧力を決定する
ようにしている。
Then, the fuel injection pressure by the injector 18 is changed so as to correspond to the above-described change in the tumble flow velocity, and the penetration force of the fuel spray is changed as shown in FIG. I have. That is, when the engine 1 is in the stratified combustion region and the rotation speed thereof
At ne1 or less, the penetration force of the fuel spray is increased in accordance with the increase in the rotation speed. On the other hand, from when the engine speed exceeds the first set value ne1 until the engine speed reaches the second set value ne2,
The penetration force of the fuel spray is maintained substantially constant. Further, if the rotation speed exceeds the second set value ne2 and the engine 1 shifts to the uniform combustion region, thereafter, the fuel injection pressure is determined according to the balance between the fuel injection amount and the time interval during which the fuel can be injected. Like that.

【0099】このような噴霧貫徹力の調節は、ECU5
0により所定の制御プログラムに従って燃料供給系20
の高圧レギュレータ27が作動されることで、インジェ
クタ18へ供給される燃料圧力(燃圧)が変更されるこ
とによる。この燃料圧力と噴霧貫徹力との間には図28
に示すような相関関係があるので、実際の制御手順とし
ては同図の関係を考慮した上で、エンジン回転速度と噴
霧貫徹力との関係が前記図27(b)に示すものになるよ
うに、燃料噴射圧力を調節することになる。従って、前
記ECU50は、インジェクタ18による燃料噴霧の貫
徹力をエンジン回転速度が設定値になるまでは該回転速
度の上昇に応じて増大させる一方、エンジン回転速度が
前記設定値以上になれば貫徹力の増大を抑制するという
燃料噴射制御手段の構成にも対応している。
The adjustment of the spray penetration force is performed by the ECU 5
0 according to a predetermined control program.
Is activated, the fuel pressure (fuel pressure) supplied to the injector 18 is changed. FIG. 28 shows the relationship between the fuel pressure and the spray penetration force.
As shown in FIG. 27 (b), the relationship between the engine rotation speed and the spray penetration force is as shown in FIG. Therefore, the fuel injection pressure is adjusted. Accordingly, the ECU 50 increases the penetration force of the fuel spray by the injector 18 in accordance with the increase in the engine speed until the engine speed reaches the set value, while increasing the penetration force when the engine speed becomes equal to or higher than the set value. This also corresponds to the configuration of the fuel injection control means for suppressing the increase in the fuel injection.

【0100】尚、タンブル流速及び噴霧貫徹力の調節は
例えば図29に示すようにしてもよい。すなわち、同図
(a)に示すように、エンジン1の回転速度が第2設定値n
e2以下の間、吸気流動調節弁34をエンジン回転速度の
増大に応じて徐々に開作動させることにより、タンブル
流Tの流速を上限値以下の範囲で徐々に高めるように
し、これに対応するように、燃料噴霧の貫徹力をエンジ
ン回転速度に応じて徐々に高めるようにすればよい。
The tumble flow velocity and the spray penetration force may be adjusted as shown in FIG. 29, for example. That is,
As shown in (a), the rotation speed of the engine 1 is reduced to a second set value n.
During e2 or less, the intake flow control valve 34 is gradually opened in accordance with the increase in the engine rotation speed, so that the flow velocity of the tumble flow T is gradually increased within the range of the upper limit value or less. Then, the penetration force of the fuel spray may be gradually increased in accordance with the engine speed.

【0101】前記したように、この実施形態の直噴エン
ジン1においては点火プラグ16の電極付近で対流する
混合気が大きく拡散して希薄化することのないように、
吸気流動調節弁34の開度を制御して、燃焼室6におけ
るタンブル流Tの流速が上限値を超えないように調節す
るようにしているが、このことは、エンジン1の成層燃
焼領域において燃焼室6のタンブル比が所定範囲の値に
なるということを意味する。すなわち、この実施形態で
は燃焼室6のタンブル比が略1.1〜略2.3の範囲の
値になるように、前記タンブル流速の上限値を設定し、
これに対応するようにエンジン1の回転速度ne1,ne2を
設定しているということができる。ここで、タンブル比
というのは、気筒内燃焼室におけるタンブル流の強さの
目安となるもので、具体的には、気筒内の吸気流動の縦
方向角速度を吸気弁のバルブリフト毎に測定して積分
し、その上で該積分値をエンジン角速度で除した値とし
て定義される。従って、タンブル比が一定であれば、エ
ンジン回転速度が大きいほど気筒内のタンブル流の流速
も大きくなる。
As described above, in the direct injection engine 1 of this embodiment, the mixture convective near the electrode of the ignition plug 16 is prevented from being greatly diffused and diluted.
The opening degree of the intake flow control valve 34 is controlled so that the flow rate of the tumble flow T in the combustion chamber 6 does not exceed the upper limit. This is because the combustion in the stratified combustion region of the engine 1 is performed. This means that the tumble ratio of the chamber 6 falls within a predetermined range. That is, in this embodiment, the upper limit value of the tumble flow velocity is set so that the tumble ratio of the combustion chamber 6 becomes a value in a range of about 1.1 to about 2.3,
It can be said that the rotational speeds ne1 and ne2 of the engine 1 are set to correspond to this. Here, the tumble ratio is a measure of the strength of the tumble flow in the in-cylinder combustion chamber.Specifically, the vertical angular velocity of the intake flow in the cylinder is measured for each valve lift of the intake valve. , And then defined as a value obtained by dividing the integrated value by the engine angular velocity. Therefore, if the tumble ratio is constant, the flow rate of the tumble flow in the cylinder increases as the engine rotation speed increases.

【0102】また、前記吸気流動縦方向角速度の計測
は、例えば図30に示すような構成の装置80によって
行われる。すなわち、同図において符号4はエンジンの
シリンダヘッドを示し、このシリンダヘッド4はリグ装
置80に横向きに設置されていて、所定気筒の吸気ポー
ト10,10の上流端に、吸気供給通路81により測定
のための吸気を供給するが吸気供給装置82が接続され
ている。一方、該吸気ポート10,10の下流端は接続
管83によって測定用チューブ84の略中央部に接続さ
れている。前記吸気供給装置82はブロワ85から供給
される空気を、前記吸気ポート10,10と測定用チュ
ーブ84との差圧がスロットル全開時の大気圧に近い状
態になるように調節しながら、該吸気ポート10,10
に送給するものである。
The measurement of the intake air flow longitudinal angular velocity is performed by, for example, an apparatus 80 having a structure as shown in FIG. That is, in the figure, reference numeral 4 denotes a cylinder head of the engine, which is installed laterally in the rig device 80, and is measured by an intake supply passage 81 at an upstream end of the intake ports 10, 10 of a predetermined cylinder. The intake air supply device 82 is connected. On the other hand, the downstream ends of the intake ports 10 and 10 are connected to a substantially central portion of a measurement tube 84 by a connection pipe 83. The intake supply device 82 adjusts the air supplied from the blower 85 so that the pressure difference between the intake ports 10 and 10 and the measurement tube 84 is close to the atmospheric pressure when the throttle is fully opened. Port 10, 10
Is to be sent to

【0103】さらに、前記測定用チューブ84は、直径
が例えば気筒の直径と同じで長さがその約10倍の円筒
からなり、図の上側の端部にはハニカム状のロータ86
を備えたインパルスメータ87が接続される一方、図の
下側の端部には、前記ロータ86と同じ回転抵抗を有す
るダミーロータ88が接続されている。尚、前記測定用
チューブ84の長さをその直径の約10倍としているの
は、測定の精度及び安定性を確保するためであり、同様
の理由で、前記接続管83はその長さhが短く(例えば
2cmくらい)かつ直径が気筒の直径と同じにされてい
る。
Further, the measuring tube 84 is formed of a cylinder having the same diameter as, for example, the diameter of a cylinder and having a length of about 10 times that of the cylinder, and a honeycomb-shaped rotor 86 at the upper end in the figure.
Is connected, and a dummy rotor 88 having the same rotational resistance as the rotor 86 is connected to the lower end of the figure. The length of the measuring tube 84 is set to about 10 times its diameter to ensure the accuracy and stability of the measurement. For the same reason, the connecting tube 83 has a length h. It is short (eg, about 2 cm) and has the same diameter as the cylinder.

【0104】そうして、前記吸気供給通路81によりブ
ロワ85からの空気が吸気ポート10,10に送給され
ると、この吸気流は吸気ポート10,10を通って測定
用チューブ83の内部に流入し、周方向に旋回する旋回
流となって該測定用チューブ84の両端側に移動し、こ
の旋回流によりロータ86に回転力が加えられる。この
回転力がインパルスメータ87のトルクアーム89を介
して測定され、この測定値に基づいて吸気流縦方向角速
度が求められる。
When the air from the blower 85 is supplied to the intake ports 10 and 10 through the intake supply passage 81, the intake air flows through the intake ports 10 and 10 into the inside of the measurement tube 83. The flow then flows into a swirling flow that rotates in the circumferential direction and moves to both ends of the measurement tube 84, and a rotational force is applied to the rotor 86 by the swirling flow. This rotational force is measured via a torque arm 89 of the impulse meter 87, and the intake air flow longitudinal angular velocity is determined based on the measured value.

【0105】ところで、一般的にインジェクタ18から
の燃料噴霧の貫徹力は、エンジン1の燃焼室6の温度状
態によって変化するものであるが、この燃焼室6の温度
状態は、そのときのエンジン1の負荷状態や回転速度に
対応して異なるものであり、また、エンジン1の暖機状
態や排気還流(EGR)の有無等によっても変化するも
のである。一例を挙げれば、エンジン暖機後には暖機完
了前に比べて燃焼室6に吸入される吸気の温度状態が高
くなり、燃焼温度も上昇して、燃焼室6の温度状態は高
くなる。さらには燃焼温度の上昇によって排気温度も高
くなるので、EGR通路43による排気の還流時には該
高温の排気の影響によって吸気温度が高められることに
なる。その結果、例えば図31(a)に実線で示すよう
に、燃焼室6の温度状態が高くなると、燃料の気化が促
進されて、同図に破線で示すように噴霧貫徹力が低下す
る傾向がある。
In general, the penetration force of the fuel spray from the injector 18 changes depending on the temperature of the combustion chamber 6 of the engine 1. The temperature of the combustion chamber 6 depends on the temperature of the engine 1 at that time. And changes depending on the warm-up state of the engine 1, the presence or absence of exhaust gas recirculation (EGR), and the like. For example, after the engine is warmed up, the temperature of the intake air drawn into the combustion chamber 6 is higher than before the warm-up is completed, the combustion temperature is also increased, and the temperature of the combustion chamber 6 is higher. Further, since the exhaust gas temperature is also increased by the increase of the combustion temperature, when the exhaust gas is recirculated by the EGR passage 43, the intake air temperature is increased by the influence of the high-temperature exhaust gas. As a result, for example, as shown by the solid line in FIG. 31 (a), when the temperature state of the combustion chamber 6 increases, the vaporization of the fuel is promoted, and the spray penetration force tends to decrease as shown by the broken line in FIG. is there.

【0106】これに対し、上述の如き混合気の適切な成
層化のためには、タンブル流の強さと燃料噴霧の貫徹力
とを均衡させることが極めて重要であるから、この実施
形態では、インジェクタ18による燃料の噴射圧力を燃
料噴射量やエンジン回転速度に応じて設定した上で、さ
らに、前記のような燃焼室6の温度状態に応じて補正す
るようにしている。具体的には、前記図31(b)に実線
で示すように、燃料の噴射圧力(燃圧)は、エンジン1
の負荷状態や回転速度、エンジン水温、EGR弁44に
よる排気還流の有無等に基づいて、該エンジン1の温度
状態が高いと推定されるときほど、燃料噴射圧力も高く
なるように補正され、これにより、同図に破線で示すよ
うに噴霧貫徹力が増大する。つまり、気筒2内燃焼室6
の温度状態が上昇して噴霧貫徹力が低下しても、その
分、噴射圧力を高めて噴霧貫徹力を一定に保つことによ
り、点火プラグ16の電極付近の混合気の濃度状態が変
動することを抑制できるようになっている。
On the other hand, it is extremely important to balance the strength of the tumble flow and the penetration force of the fuel spray for the appropriate stratification of the air-fuel mixture as described above. After setting the fuel injection pressure by the fuel injection amount 18 and the engine rotation speed, the fuel injection pressure is further corrected according to the temperature state of the combustion chamber 6 as described above. Specifically, as shown by the solid line in FIG. 31 (b), the fuel injection pressure (fuel pressure)
The fuel injection pressure is corrected to be higher as the temperature state of the engine 1 is estimated to be higher, based on the load state, rotation speed, engine water temperature, presence or absence of exhaust gas recirculation by the EGR valve 44, etc. As a result, the spray penetration force increases as shown by the broken line in FIG. That is, the combustion chamber 6 in the cylinder 2
Even if the temperature of the fuel cell rises and the spray penetration force decreases, the injection pressure is increased and the spray penetration force is kept constant, whereby the concentration state of the air-fuel mixture near the electrode of the ignition plug 16 fluctuates. Can be suppressed.

【0107】(作用効果)次に、本願発明の火花点火式
直噴エンジン1の成層燃焼時の動作及び作用効果につい
て説明する。
(Operation and Effect) Next, the operation and effect of the spark ignition type direct injection engine 1 of the present invention during stratified combustion will be described.

【0108】このエンジン1が成層燃焼領域(イ)にあ
るときには、図32に示す気筒2の吸気行程においてピ
ストン5が上死点位置から下降すると、開状態の吸気弁
12の傘部と吸気ポート10の開口端との間隙から吸気
が燃焼室6へ流入し、同図に矢印で示すようにタンブル
流Tが生成される。詳しくは、ピストン5の下降によっ
て燃焼室6へ吸い込まれる吸気は、主に吸気ポート10
の開口端の点火プラグ16寄りの部位から燃焼室6へ流
れ込む。そして、ピストン5のさらなる下降に伴い、排
気側(図の左側)の気筒内周面に沿うように下方に向か
い、その後、ピストン5の冠面に沿って吸気側(図の右
側)へ曲げられて、そこからさらに上方に向かって流れ
て、燃焼室6の全体に亘って大きく縦方向に旋回するタ
ンブル流Tとなる。
When the engine 1 is in the stratified combustion region (a), when the piston 5 descends from the top dead center position in the intake stroke of the cylinder 2 shown in FIG. 32, the head portion of the intake valve 12 and the intake port are opened. The intake air flows into the combustion chamber 6 from the gap with the opening end of the cylinder 10, and a tumble flow T is generated as shown by an arrow in FIG. Specifically, the intake air sucked into the combustion chamber 6 by the lowering of the piston 5 is mainly supplied to the intake port 10.
Flows into the combustion chamber 6 from a portion near the spark plug 16 at the open end of the combustion chamber 6. Then, as the piston 5 further descends, it moves downward along the cylinder inner peripheral surface on the exhaust side (left side in the figure), and is then bent to the intake side (right side in the figure) along the crown surface of the piston 5. Thus, the tumble flow T flows further upward from there and turns largely vertically in the entire combustion chamber 6.

【0109】続いて、当該気筒2が圧縮行程に移行し
て、ピストン5が下死点位置から上昇すると、このピス
トン5の上昇に伴う燃焼室6容積の減少により、タンブ
ル流Tは潰されてコンパクトになり、その流速は徐々に
低下するものの、タンブル流Tは崩壊することはなく、
当該気筒2の圧縮行程中期以降まで保持されるようにな
る。また、当該気筒2の圧縮行程中期以降においても、
ペントルーフ型の燃焼室6天井部とピストン5冠面の凹
部5aとの間に適切な形状の燃焼室空間が残されている
ため、該燃焼室6におけるタンブル流Tの保存性が向上
している。このとき、ピストン5の冠面に沿って排気側
から吸気側(図の左側から右側)に流れるタンブル流T
(タンブル正流)はインジェクタ18の噴孔の付近で折
り返し、今度は燃焼室6の天井部に沿って吸気側から排
気側へ流れるようになるが、特に前記タンブル正流T
は、ピストン5冠面の凹部5aにより案内されて、イン
ジェクタ18の噴孔に向かうように流れるようになる。
Subsequently, when the cylinder 2 moves to the compression stroke and the piston 5 rises from the bottom dead center position, the volume of the combustion chamber 6 decreases with the rise of the piston 5, so that the tumble flow T is crushed. Although it becomes compact and its flow velocity gradually decreases, the tumble flow T does not collapse,
The cylinder 2 is held until the middle stage of the compression stroke. Further, even after the middle stage of the compression stroke of the cylinder 2,
Since a combustion chamber space of an appropriate shape is left between the pent roof type combustion chamber 6 ceiling and the recess 5a of the piston 5 crown surface, the preservability of the tumble flow T in the combustion chamber 6 is improved. . At this time, the tumble flow T flowing from the exhaust side to the intake side (from left to right in the figure) along the crown surface of the piston 5
The (tumble normal flow) turns around near the injection hole of the injector 18, and then flows from the intake side to the exhaust side along the ceiling of the combustion chamber 6.
Is guided by the concave portion 5 a of the crown surface of the piston 5 and flows toward the injection hole of the injector 18.

【0110】このため、前記図11に示すように、イン
ジェクタ18により燃料が噴射されると、この燃料噴霧
の大部分は、ピストン5冠面の凹部5aに沿って流れる
タンブル流Tの流れの強いところに略正対するように衝
突することになる。これにより、燃料液滴の気化霧化や
周囲の空気との混合が促進されるとともに、該燃料噴霧
はタンブル流Tを押し退けるように進みながら、徐々に
減速されて、図1に示す当該気筒2の点火時期において
適切な濃度状態の可燃混合気を形成し、この可燃混合気
が燃焼室6中央の点火プラグ16の電極周りに滞留す
る。しかも、前記凹部5aの外方から気筒中心に向かう
ように流れるスキッシュ流が前記可燃混合気の拡散を抑
制して、点火プラグ16の電極周りの滞留精度を高め
る。そして、該点火プラグ16に通電されることよって
混合気に着火され、良好な成層燃焼が行われる。そし
て、該点火プラグ16に通電されることよって混合気に
着火され、良好な成層燃焼が行われる。
For this reason, as shown in FIG. 11, when fuel is injected by the injector 18, most of the fuel spray has a strong flow of the tumble flow T flowing along the concave portion 5a of the piston 5 crown surface. However, the vehicle will collide so as to substantially face. As a result, vaporization and atomization of the fuel droplets and mixing with the surrounding air are promoted, and the fuel spray is gradually decelerated while proceeding so as to displace the tumble flow T, so that the cylinder 2 shown in FIG. At the ignition timing, a combustible mixture having an appropriate concentration is formed, and this combustible mixture stays around the electrode of the ignition plug 16 at the center of the combustion chamber 6. Moreover, the squish flow flowing from the outside of the recess 5a toward the center of the cylinder suppresses the diffusion of the combustible air-fuel mixture, thereby increasing the stagnation accuracy of the spark plug 16 around the electrode. Then, when the ignition plug 16 is energized, the mixture is ignited, and favorable stratified combustion is performed. Then, when the ignition plug 16 is energized, the mixture is ignited, and favorable stratified combustion is performed.

【0111】つまり、気筒2の圧縮行程においてタンブ
ル流Tをピストン5冠面の凹部5aにより案内して、燃
焼室6の中央部からインジェクタ18の噴孔に向かうよ
うに流すとともに、このタンブル流Tに対し燃料噴霧を
適切な方向からかつ適切な拡がり状態でもって効果的に
衝突させることにより、燃焼室6の中央に混合気を適切
に成層化しかつ滞留させることができるものである。
That is, in the compression stroke of the cylinder 2, the tumble flow T is guided by the concave portion 5 a of the crown surface of the piston 5 and flows from the center of the combustion chamber 6 toward the injection hole of the injector 18. In contrast, by effectively colliding the fuel spray from an appropriate direction and in an appropriate spread state, the air-fuel mixture can be appropriately stratified and retained in the center of the combustion chamber 6.

【0112】その際、吸気ポート10に設けられた吸気
流動調節弁34の開度がエンジン1の運転状態に応じて
制御され、タンブル流Tの流速が最適な範囲に収まるよ
うに調節されるとともに、同様にインジェクタ18から
の燃料噴射圧力が制御されて、燃料噴霧の貫徹力が前記
タンブル流Tの流速に見合った最適な範囲に収まるよう
に調節される。このことで、エンジン1の運転状態が成
層燃焼領域(イ)においてアイドル領域から中負荷中回
転領域まで変化しても、その運転状態の変化にかかわら
ず、タンブル流の強さと燃料噴霧の貫徹力とがそれぞれ
強過ぎずかつ弱過ぎない最適な範囲で均衡し、よって、
前記の如く燃焼室6の中央に最適な濃度状態の可燃混合
気を滞留させることができる。
At this time, the opening degree of the intake flow control valve 34 provided in the intake port 10 is controlled in accordance with the operating state of the engine 1 so that the flow rate of the tumble flow T is adjusted to be within an optimum range. Similarly, the fuel injection pressure from the injector 18 is controlled, and the penetration force of the fuel spray is adjusted so as to fall within an optimum range corresponding to the flow velocity of the tumble flow T. As a result, even if the operating state of the engine 1 changes from the idling region to the medium load rotation region in the stratified combustion region (a), regardless of the change in the operating state, the strength of the tumble flow and the penetration of the fuel spray are maintained. Are balanced in the optimal range not too strong and not too weak, respectively.
As described above, the combustible air-fuel mixture having the optimum concentration can be retained in the center of the combustion chamber 6.

【0113】したがって、この実施形態に係る火花点火
式直噴エンジン1によると、成層燃焼領域(イ)の全域
に亘って、気筒2の燃焼室6におけるタンブル流により
燃料噴霧の挙動を適切に制御して、運転状態の変化に依
らず混合気の最適な成層化を達成し、これによる良好な
成層燃焼の実現によって燃費及び出力を改善することが
できる。しかも、そのような混合気の形成方法により、
従来よりも高負荷ないし高回転域まで良好な成層燃焼状
態を実現することが可能になるので、成層燃焼領域の拡
大によって、エンジン1の運転領域全体として、一層高
い燃費改善効果を得ることができる。
Therefore, according to the spark ignition type direct injection engine 1 according to this embodiment, the behavior of the fuel spray is appropriately controlled by the tumble flow in the combustion chamber 6 of the cylinder 2 over the entire stratified combustion region (a). As a result, optimal stratification of the air-fuel mixture can be achieved irrespective of a change in the operating state, and fuel economy and output can be improved by realizing good stratified combustion. Moreover, by such a method of forming an air-fuel mixture,
Since a favorable stratified combustion state can be realized up to a higher load or a higher rotation range than in the past, a higher fuel efficiency improvement effect can be obtained in the entire operation region of the engine 1 by expanding the stratified combustion region. .

【0114】その上さらに、前記のように、気筒2の点
火時期に点火プラグ16の電極付近に適度な濃度状態の
混合気を滞留させることができるので、該混合気に安定
して着火可能な期間が極めて長くなり、気筒2の点火時
期制御の自由度が高まることによっても、燃費及び出力
の改善が図られる。
Further, as described above, the mixture in an appropriate concentration state can be retained near the electrode of the ignition plug 16 at the ignition timing of the cylinder 2, so that the mixture can be stably ignited. The fuel consumption and the output can be improved even when the period is extremely long and the degree of freedom in controlling the ignition timing of the cylinder 2 is increased.

【0115】また、従来例(特開平11−161338
号)の如く、インジェクタ18に対向するキャビティ内
壁面が点火プラグの電極の付近に位置して、燃焼初期の
火炎核の成長を阻害したり、火炎の伝播性を低下させた
りすることがなく、加えて、ピストン冠面への燃料の付
着も低減できるので、このことによっても、燃費及び出
力をさらに高めることができるとともに、排気中の未燃
HCの濃度を低減することができる。
A conventional example (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 11-161338)
), The inner wall surface of the cavity facing the injector 18 is located near the electrode of the ignition plug, and does not hinder the growth of the flame nucleus in the early stage of combustion or reduce the propagation of the flame. In addition, since the adhesion of fuel to the piston crown surface can be reduced, fuel efficiency and output can be further increased, and the concentration of unburned HC in exhaust gas can be reduced.

【0116】具体的に、図33及び図34は、この実施
形態の火花点火式直噴エンジン1の燃費改善及び排気清
浄化の効果を前記従来例の如き直噴エンジンと対比して
示したものである。すなわち、図33は、エンジン1の
低回転運転時(例えば1500rpm)におけるエンジ
ンの燃費改善率、燃費率及びHC排出率を、それぞれ、
吸気ポートに燃料を噴射するようにしたいわゆるポート
噴射式のエンジンを基準として示したものである。同図
に実線で示すように、本願発明の直噴エンジン1では、
低回転域においても、同図に破線で示す従来型の直噴エ
ンジンに対し燃費が改善しており、しかも、未燃HCの
排出を大幅に低減できることが分かる。これは、ピスト
ンの冠面に対する燃料の付着量を低減できることによる
と考えられる。
More specifically, FIGS. 33 and 34 show the effects of improving fuel efficiency and purifying exhaust gas of the spark ignition type direct injection engine 1 of this embodiment in comparison with the conventional direct injection engine. It is. That is, FIG. 33 shows the fuel efficiency improvement rate, fuel efficiency rate, and HC emission rate of the engine 1 at the time of low-speed operation (for example, 1500 rpm), respectively.
This is based on a so-called port injection type engine in which fuel is injected into an intake port. As shown by the solid line in the figure, in the direct injection engine 1 of the present invention,
It can be seen that even in the low rotation speed region, the fuel efficiency is improved as compared with the conventional direct injection engine indicated by the broken line in the same figure, and the emission of unburned HC can be significantly reduced. This is considered to be because the amount of fuel adhering to the crown surface of the piston can be reduced.

【0117】また、図34は、エンジン1の中回転運転
時(例えば2500rpm)における同様の試験結果を
示し、同図に実線で示す本願発明のものでは特に高負荷
側において燃費の改善効果や未燃HCの排出低減効果の
大きいことが見て取れる。これは、従来型の直噴エンジ
ンでは燃料噴霧をピストンのキャビティ内に捉えきれな
いような運転領域においても、本願発明の直噴エンジン
1では、混合気を点火プラグの電極周りに適切に成層化
して、良好な成層燃焼を実現できるからである。
FIG. 34 shows a similar test result at the time of medium rotation operation of the engine 1 (for example, 2500 rpm). In the present invention shown by a solid line in FIG. It can be seen that the effect of reducing the emission of fuel HC is great. This is because the direct injection engine 1 of the present invention appropriately stratifies the air-fuel mixture around the electrodes of the ignition plug even in an operation region where the fuel spray cannot be captured in the piston cavity in the conventional direct injection engine. This is because good stratified combustion can be realized.

【0118】(実施形態2)図35〜図39は、それぞ
れ、本願発明の実施形態2に係る火花点火式直噴エンジ
ン1のピストン5の形状を示し、この実施形態2のもの
は、ピストン5の冠面に実施形態1のようなレモン型の
凹部5aに代えて、それぞれ異なる形状の凹部5aを設
けたものである。尚、この実施形態2のエンジン1の構
成は、前記凹部5aの形状以外は前記実施形態1のもの
と同様なので、以下、同一部材には同一の符号を付して
その説明は省略する。
(Embodiment 2) FIGS. 35 to 39 show the shape of a piston 5 of a spark ignition type direct injection engine 1 according to Embodiment 2 of the present invention. Are provided with concave portions 5a of different shapes instead of the lemon-shaped concave portions 5a as in the first embodiment. The configuration of the engine 1 according to the second embodiment is the same as that according to the first embodiment except for the shape of the concave portion 5a. Therefore, the same members will be denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0119】前記図35(a),(b)に示すピストン5で
は、凹部5aのうちの吸気側(図の右側)の部分は概ね
実施形態1のレモン型凹部と同様の形状とされ、一方、
排気側(図の左側)の部分は、凹部5aの長さ方向の略
中央部から排気側の端部に至るまで、該凹部5aの幅が
略一定とされている。つまり、このものでは、凹部5a
の長さ方向両側の端部のうち、インジェクタ18から遠
い側(排気側)の端部の幅が、該凹部5aの長さ方向略
中央部の幅と略同じになっている。尚、ピストン5の冠
面における吸気側には、インジェクタ18からの燃料噴
霧との干渉を避けるために、前記凹部5aに連続するよ
うに相対的に小さく浅い凹部5bが形成されている。
In the piston 5 shown in FIGS. 35 (a) and 35 (b), the portion of the recess 5a on the intake side (right side in the figure) has substantially the same shape as the lemon-shaped recess of the first embodiment. ,
In the portion on the exhaust side (left side in the figure), the width of the concave portion 5a is substantially constant from the substantially central portion in the longitudinal direction of the concave portion 5a to the end portion on the exhaust side. That is, in this case, the concave portion 5a
Of the ends on both sides in the length direction, the width of the end farther from the injector 18 (exhaust side) is substantially the same as the width of a substantially central portion in the length direction of the concave portion 5a. On the intake side of the crown of the piston 5, a relatively small and shallow recess 5b is formed so as to be continuous with the recess 5a in order to avoid interference with fuel spray from the injector 18.

【0120】また、前記図36(a),(b)に示すピストン
5も、前記図35に示したものと同様に、凹部5aのう
ちの吸気側(図の右側)の部分は概ね実施形態1のレモ
ン型凹部と同様の形状とされているが、排気側(図の左
側)の部分は、凹部5aの長さ方向略中央部から排気側
の端部に向かって、該凹部5aの幅が徐々に拡大されて
いる。つまり、このものでは、凹部5aの長さ方向両側
の端部のうち、インジェクタ18から遠い側(排気側)
の端部の幅は、該凹部5aの長さ方向略中央部の幅より
も広くなっている。
Also, in the piston 5 shown in FIGS. 36 (a) and (b), similarly to the piston 5 shown in FIG. 35, the portion of the recess 5a on the intake side (right side in the figure) is substantially the same as that of the embodiment. 1 has the same shape as the lemon-shaped concave portion, but the portion on the exhaust side (the left side in the figure) has a width of the concave portion 5a from a substantially central portion in the longitudinal direction of the concave portion 5a toward the end on the exhaust side. Is gradually expanding. In other words, in this case, the end farthest from the injector 18 (exhaust side) among the ends on both sides in the longitudinal direction of the concave portion 5a.
Is wider than the width of a substantially central portion in the longitudinal direction of the concave portion 5a.

【0121】そして、前記図35又は図36のいずれか
のピストン5では、気筒2の圧縮行程において燃焼室6
の天井部から気筒2の内周面に沿うようにピストン5の
冠面側に流れるタンブル流Tが、あまり減衰することな
く、スムーズに凹部5a内に導入されるようになり、こ
のことによって、インジェクタ18からの燃料噴霧の挙
動を制御するためのタンブル流Tの流速を十分に確保す
ることができる。
In the piston 5 shown in FIG. 35 or 36, during the compression stroke of the cylinder 2, the combustion chamber 6
The tumble flow T flowing from the ceiling to the crown surface of the piston 5 along the inner peripheral surface of the cylinder 2 is smoothly introduced into the recess 5a without much attenuation. The flow velocity of the tumble flow T for controlling the behavior of the fuel spray from the injector 18 can be sufficiently ensured.

【0122】具体的に、図37は、気筒2の圧縮行程に
おけるクランク角の変化とタンブル比の変化との関係を
示したものであり、同図によれば、ピストン5の冠面に
実施形態1のようなレモン型の凹部を設けたもの(図に
破線で示す)に比べて、前記図35のように排気側の幅
が略一定の凹部を設けたもの(図に一点鎖線で示す)や
前記図36のように排気側の幅が徐々に大きくなる凹部
を設けたもの(図に実線で示す)では、圧縮行程中、常
に大きなタンブル比が得られている。すなわち、この実
施形態2のようなピストン5aを用いれば、特にエンジ
ン1の回転速度が低い状態であっても、タンブル流Tの
流速を確保しやすいので、その分、実施形態1のものに
比べて吸気流動調節弁34の開度を相対的に大きくなる
ように制御することができ、これにより、エンジン1の
吸気絞りによる損失を低減して、さらなる燃費低減が図
られるものである。
More specifically, FIG. 37 shows the relationship between the change in the crank angle and the change in the tumble ratio during the compression stroke of the cylinder 2. According to FIG. As compared with the case where a lemon-shaped concave portion as shown in FIG. 1 is provided (indicated by a broken line in the drawing), a concave portion having a substantially constant width on the exhaust side is provided as shown in FIG. Also, in the case of providing a concave portion whose width on the exhaust side gradually increases as shown in FIG. 36 (shown by a solid line in the figure), a large tumble ratio is always obtained during the compression stroke. That is, if the piston 5a as in the second embodiment is used, the flow rate of the tumble flow T can be easily ensured even when the rotation speed of the engine 1 is particularly low. Thus, the opening degree of the intake flow control valve 34 can be controlled to be relatively large, whereby the loss due to the intake throttle of the engine 1 is reduced, and the fuel consumption is further reduced.

【0123】さらに、前記図38に示すピストン5の凹
部5aは、同図(a)に示すように気筒中心線zに沿って
見たときには、前記実施形態1と同様のレモン型である
が、同図(b)に示すように、該気筒中心線zに直交しか
つエンジン1のクランク軸7の軸心に沿って見たとき
に、気筒中心よりも排気側の部分が吸気側の部分よりも
深くなるように形成されている。すなわち、このもので
は、前記凹部5aの容積が、気筒中心線zに対しインジ
ェクタ18に近い吸気側において反対側の排気側よりも
小さくなっており、このことで、相対的に温度状態が低
くて、火炎の伝播が遅くなり易い吸気側の燃焼室容積を
排気側よりも小さくして、該吸気側での異常燃焼の発生
を防止し、ノッキングを抑制することができるものであ
る。
Further, the recess 5a of the piston 5 shown in FIG. 38 has a lemon shape similar to that of the first embodiment when viewed along the cylinder center line z as shown in FIG. As shown in FIG. 2B, when viewed perpendicularly to the cylinder center line z and along the axis of the crankshaft 7 of the engine 1, a portion closer to the exhaust side than the center of the cylinder is closer to a portion closer to the intake side. Is also formed to be deeper. That is, in this case, the volume of the concave portion 5a is smaller on the intake side closer to the injector 18 than the exhaust side on the opposite side to the cylinder center line z, so that the temperature state is relatively low. Further, the volume of the combustion chamber on the intake side, where the propagation of the flame tends to be slow, is made smaller than that on the exhaust side, so that the occurrence of abnormal combustion on the intake side can be prevented and knocking can be suppressed.

【0124】加えて、前記図39に示すピストン5は、
ピストン5の冠面全体に亘るような球面形状の凹部5a
を設けたものである。このものにも、同図(a),(b)にそ
れぞれ示すように、ピストン5の冠面の吸気側にはイン
ジェクタ18からの燃料噴霧との干渉を避けるために、
相対的に小さく浅い凹部5bが形成されていて、それら
2つの凹部5a,5bを合わせた容積は、気筒2の圧縮
比に基づいて決定されている。そして、このピストン5
の場合、前記のような凹部5aの形状によって燃焼室6
のS/V比(サーフェースボリューム比)が小さくなる
ことや、気筒中心線zに沿って見て上下左右のあらゆる
方向について火炎の伝播が均等になるといった効果が得
られ、このことによる燃費及び出力の改善が図られる。
In addition, the piston 5 shown in FIG.
Spherical recess 5a extending over the entire crown surface of piston 5
Is provided. In order to avoid interference with the fuel spray from the injector 18 on the intake side of the crown surface of the piston 5 as shown in FIGS.
A relatively small and shallow concave portion 5b is formed, and the combined volume of the two concave portions 5a and 5b is determined based on the compression ratio of the cylinder 2. And this piston 5
In the case of the above, the combustion chamber 6 depends on the shape of the recess 5a as described above.
(Surface Volume Ratio) and the uniformity of flame propagation in all directions, up, down, left, and right when viewed along the cylinder center line z. Output is improved.

【0125】尚、前記図39に示すピストン5の凹部5
aには、他の例に比べてインジェクタ18からの燃料噴
霧が噴霧中心線Fに沿って見て左右両側に拡がりやすい
という傾向がある。すなわち、前記実施形態1のもので
は、レモン型の凹部5aの幅方向両側の側壁面によりタ
ンブル流Tを内側に案内するとともに、該両側の側壁面
やその外方からのスキッシュ流により燃料噴霧の拡散を
抑えるようにしているが、前記図39に示すものではそ
のような凹部側壁面やスキッシュ流の作用を得ることは
難しいので、混合気を適切に成層化するために、前記実
施形態1に比べてインジェクタ18による燃料噴霧の拡
がり角θを相対的に小さく(例えばθ=略20°〜略5
0°)設定することが好ましい。
The recess 5 of the piston 5 shown in FIG.
In a, there is a tendency that the fuel spray from the injector 18 is more likely to spread to both left and right sides as viewed along the spray center line F, as compared with other examples. That is, in the first embodiment, the tumble flow T is guided inward by the side walls on both sides in the width direction of the lemon-shaped concave portion 5a, and the squish flows from the side walls on both sides and the outside thereof cause the fuel spray to be sprayed. Although the diffusion is suppressed, it is difficult to obtain the effect of the side wall surface of the concave portion and the squish flow in the one shown in FIG. 39, and therefore, in order to appropriately stratify the air-fuel mixture, the first embodiment is used. In comparison, the spread angle θ of the fuel spray by the injector 18 is relatively small (for example, θ = about 20 ° to about 5).
0 °).

【0126】(実施形態3)図40は、本願発明の実施
形態3に係る火花点火式直噴エンジン1におけるインジ
ェクタ60からの燃料噴霧の形状を示し、このインジェ
クタ60からの燃料噴霧は、燃料噴霧の中心線Fに直交
する仮想平面において燃料噴霧の大きさが縦横いずれか
一方に偏った扁平状となるものである。尚、この実施形
態3のエンジン1の構成は、前記インジェクタ60の構
成以外は前記実施形態1,2のものと同様なので、以
下、同一部材には同一の符号を付してその説明は省略す
る。
(Embodiment 3) FIG. 40 shows the shape of the fuel spray from the injector 60 in the spark ignition type direct injection engine 1 according to the third embodiment of the present invention. In a virtual plane orthogonal to the center line F, the size of the fuel spray becomes flat in one of the vertical and horizontal directions. The configuration of the engine 1 of the third embodiment is the same as that of the first and second embodiments except for the configuration of the injector 60, and therefore, the same members will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. .

【0127】この実施形態3のインジェクタ60は、実
施形態1と同様に先端部の噴孔から噴射する燃料に旋回
方向の速度成分を付加するようにしたスワールインジェ
クタであるが、これに加えて、図示しないが、噴孔をイ
ンジェクタ60の軸心Jに対し一側にずらし、かつ該噴
孔の形状を扁平なスリット状としたものである。これに
より、同図(a)に示すようにインジェクタ60を上方か
ら見ると、該インジェクタ60からの燃料噴霧の形状
は、前記実施形態1のインジェクタ18に比べて大きく
拡がって、相対的に大きな噴霧拡がり角θ1を有するも
のになり、一方、同図(b)に示すようにインジェクタ6
0の側方から見たときには、該燃料噴霧は相対的に小さ
な拡がり角θ2を有するものになる。
The injector 60 according to the third embodiment is a swirl injector in which a velocity component in the swirling direction is added to the fuel injected from the injection hole at the tip end similarly to the first embodiment. Although not shown, the injection hole is shifted to one side with respect to the axis J of the injector 60, and the shape of the injection hole is a flat slit shape. As a result, when the injector 60 is viewed from above as shown in FIG. 3A, the shape of the fuel spray from the injector 60 is greatly expanded as compared with the injector 18 of the first embodiment, and the relatively large spray In this case, the injector 6 has a divergence angle θ1, as shown in FIG.
When viewed from the side of 0, the fuel spray has a relatively small spread angle θ2.

【0128】そして、この実施形態3では、前記のよう
な扁平状噴霧のインジェクタ60を、燃料噴霧の拡がり
角が、気筒中心線zに沿って見たときにクランク軸7の
軸心に沿って見たときよりも大きくなるように設置した
ものである。こうすることで、図41に示すようにクラ
ンク軸7の軸心に沿って見たとき、気筒中心線zの延び
る図の上下方向についての燃料噴霧の拡がり角θ2が相
対的に小さくなり、その分、多くの燃料をピストン5の
凹部5aに沿って流れるタンブル正流Tmに対し効果的
に衝突させることができるようになる。しかも、燃焼室
6の天井部側へ拡がる燃料噴霧が少ないので、この燃料
噴霧に対するタンブル順流Tsの影響が軽減されるとと
もに、ピストン5の冠面側へ拡がる燃料噴霧も少ないの
で、該ピストン5冠面への燃料の付着も抑制できる。
In the third embodiment, the flat spray injector 60 described above has a fuel spray spread angle along the axis of the crankshaft 7 when the fuel spray spread angle is viewed along the cylinder center line z. It is installed so that it is larger than it looks. By doing so, when viewed along the axis of the crankshaft 7 as shown in FIG. 41, the spread angle θ2 of the fuel spray in the vertical direction of the drawing where the cylinder center line z extends becomes relatively small. As a result, more fuel can effectively collide with the positive tumble flow Tm flowing along the concave portion 5a of the piston 5. In addition, since the amount of fuel spray that spreads toward the ceiling of the combustion chamber 6 is small, the influence of the tumble forward flow Ts on the fuel spray is reduced, and the amount of fuel spray that spreads toward the crown of the piston 5 is also small. Fuel adhesion to the surface can also be suppressed.

【0129】したがって、この実施形態3によれば、燃
料噴霧が扁平状となるようなインジェクタ60を用いる
ことにより、実施形態1に比べて、燃料をさらに多くか
つ効果的にタンブル正流Tmに衝突させることが可能に
なり、このことで、該タンブル正流Tmによる燃料噴霧
の挙動制御の精度を向上できる。しかも、前記のような
噴霧形状を利用して、点火プラグ16の電極を幾何学的
な燃料噴霧エリアの外に位置させることが容易になり、
このようにすれば、該電極への燃料液滴の付着を可及的
に抑制して、点火プラグ16のくすぶりの発生を確実に
防止できる。
Therefore, according to the third embodiment, by using the injector 60 in which the fuel spray becomes flat, a larger amount of fuel is colliding with the tumble positive flow Tm more effectively than in the first embodiment. This makes it possible to improve the accuracy of fuel spray behavior control by the tumble positive flow Tm. Moreover, it is easy to position the electrode of the ignition plug 16 outside the geometric fuel spray area by using the above spray shape,
In this way, the adhesion of the fuel droplets to the electrode can be suppressed as much as possible, and the occurrence of smoldering of the ignition plug 16 can be reliably prevented.

【0130】(実施形態4)図42は、本願発明の実施
形態4に係る火花点火式直噴エンジン1におけるインジ
ェクタ61からの燃料噴霧の形状を示し、このインジェ
クタ61は、燃料噴霧の貫徹力が噴霧中心線Fに対し一
方の側で反対側よりも大きな非対称噴霧となるものであ
る。尚、この実施形態4のエンジン1の構成は、前記イ
ンジェクタ61の構成以外は前記実施形態1〜3のもの
と同様なので、以下、同一部材には同一の符号を付して
その説明は省略する。
(Embodiment 4) FIG. 42 shows the shape of fuel spray from an injector 61 in a spark-ignition direct injection engine 1 according to Embodiment 4 of the present invention. The asymmetric spray is larger on one side of the spray center line F than on the other side. The configuration of the engine 1 of the fourth embodiment is the same as that of the first to third embodiments except for the configuration of the injector 61, and therefore, the same members will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. .

【0131】この実施形態4のインジェクタ61の特徴
は、同図(b)に拡大して示す噴孔部分の構造にある。す
なわち、このインジェクタ61においては噴孔部のノズ
ル62がインジェクタ61の軸心Jに対し傾けて形成さ
れているので、該ノズル62とボール弁63との間のシ
ート部を通って上流側から供給される燃料の進行方向
は、同図(b)に矢印で示すようにノズル62の偏向する
方向に曲げられるとともに、この偏向側の燃料流量割合
が増加することになる。この結果として、同図(a)に示
すように、ノズル62の偏向側における燃料噴霧の貫徹
力をL1とし、反対側における燃料噴霧の貫徹力をL2と
すると、前記のように偏向側の燃料流量割合が増加して
いることから、燃料噴霧の運動量に偏差が生じて、前記
偏向側における燃料噴霧の貫徹力L1がL2よりも大きく
なるのである。
A feature of the injector 61 of the fourth embodiment lies in the structure of the injection hole portion shown enlarged in FIG. That is, in the injector 61, since the nozzle 62 of the injection hole portion is formed to be inclined with respect to the axis J of the injector 61, the nozzle 62 is supplied from the upstream side through the seat portion between the nozzle 62 and the ball valve 63. The direction in which the fuel travels is bent in the direction in which the nozzle 62 deflects as shown by the arrow in FIG. 3B, and the fuel flow rate on the deflection side increases. As a result, as shown in FIG. 7A, assuming that the penetration force of the fuel spray on the deflection side of the nozzle 62 is L1 and the penetration force of the fuel spray on the opposite side is L2, the fuel on the deflection side is as described above. Since the flow rate ratio increases, a deviation occurs in the momentum of the fuel spray, and the penetration force L1 of the fuel spray on the deflection side becomes larger than L2.

【0132】そして、この実施形態4では、前記のよう
な非対称噴霧のインジェクタ61を、図43に示すよう
に、該インジェクタ61からの燃料噴霧の貫徹力が気筒
2の圧縮行程において、燃料噴霧中心線Fに対しピスト
ン5の冠面に近い側(図の下側)で反対側よりも大きく
なるように配置するとともに、該インジェクタ61の燃
料噴射方向を、前記噴霧中心線Fの傾斜角度δが実施形
態1に比べてやや小さくなるように設定したものであ
る。
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 43, the injector 61 of asymmetrical spraying as described above uses the fuel spray penetrating force from the injector 61 during the compression stroke of the cylinder 2 to move the fuel spray center. The fuel injection direction of the injector 61 is determined such that the inclination angle δ of the spray center line F is set to be larger on the side closer to the crown surface of the piston 5 (the lower side in the figure) than on the opposite side with respect to the line F. This is set to be slightly smaller than in the first embodiment.

【0133】したがって、この実施形態4によれば、イ
ンジェクタ61からの燃料噴霧のうち、ピストン5の冠
面に近い側の部分がタンブル正流Tmに対し略正対して
衝突するようになり、該燃料噴霧の拡がり角の比較的大
きい状態でも、十分に多くの燃料をタンブル正流Tmに
対し効果的に衝突させることができる。一方、燃料噴霧
のうちの燃焼室6の天井部に近い側は貫徹力が小さいの
で、この燃料噴霧がタンブル順流Tsによって流されて
も、そのことによる悪影響は極めて少なく、過拡散する
混合気の量を削減できることから、成層度が向上して、
燃費の向上が図られる。よって、この実施形態4によれ
ば、前記実施形態3と同様にタンブル正流Tmによる燃
料噴霧の挙動制御の精度を向上させることができる。
Therefore, according to the fourth embodiment, of the fuel spray from the injector 61, the portion of the fuel spray near the crown surface of the piston 5 collides substantially directly with the tumble positive flow Tm. Even in a state where the spread angle of the fuel spray is relatively large, a sufficiently large amount of fuel can effectively collide with the tumble positive flow Tm. On the other hand, since the penetration of the fuel spray on the side close to the ceiling of the combustion chamber 6 is small, even if the fuel spray is caused to flow by the tumble forward flow Ts, the adverse effect caused by the fuel spray is extremely small, and the over-diffused mixture is Because the amount can be reduced, stratification improves,
Fuel efficiency is improved. Therefore, according to the fourth embodiment, it is possible to improve the accuracy of the fuel spray behavior control by the tumble positive flow Tm as in the third embodiment.

【0134】さらに、図44に一例を示すように、前記
非対称噴霧のインジェクタ61を、気筒2の圧縮行程に
おける燃料噴霧の貫徹力が、噴霧中心線Fに対し燃焼室
6の天井部に近い側で反対側よりも大きくなるように配
置してもよい。この場合には、燃料噴霧のうちの燃焼室
6天井部に近い側をタンブル正流Tmに対し略正対して
衝突させるために、インジェクタ61の燃料噴射方向
は、噴霧中心線Fの傾斜角度δが前記各実施形態に比べ
て大きくなるように設定するのが好ましい。このように
すれば、前記実施形態3と同じく、インジェクタ61か
らの燃料噴霧の拡がり角の比較的大きい状態でも、十分
に多くの燃料をタンブル正流Tmに対し効果的に衝突さ
せることができ、一方、ピストン5の冠面に近い側の燃
料噴霧は貫徹力が小さいので、該ピストン5の冠面への
燃料の付着はあまり多くはならないので、この場合も前
記タンブル正流Tmによる燃料噴霧の挙動制御の精度を
向上できる。
Further, as shown in FIG. 44, the asymmetric spray injector 61 is connected to the fuel spray penetration force in the compression stroke of the cylinder 2 on the side closer to the ceiling of the combustion chamber 6 with respect to the spray center line F. May be arranged to be larger than the opposite side. In this case, the fuel injection direction of the injector 61 is set to the inclination angle δ of the spray center line F in order to cause the side of the fuel spray near the ceiling of the combustion chamber 6 to collide with the tumble positive flow Tm substantially. Is preferably set to be larger than those in the above embodiments. In this manner, similarly to the third embodiment, even in a state where the spread angle of the fuel spray from the injector 61 is relatively large, it is possible to cause a sufficiently large amount of fuel to effectively collide with the tumble positive flow Tm, On the other hand, since the fuel spray on the side close to the crown surface of the piston 5 has a small penetration force, the amount of fuel attached to the crown surface of the piston 5 does not increase so much. The accuracy of behavior control can be improved.

【0135】尚、このようにした場合には、インジェク
タ18からの燃料噴霧のうちの燃焼室6天井部に近い側
の貫徹力が大きくなるので、点火プラグ16の電極は、
気筒2の圧縮行程における幾何学的な燃料噴霧エリアの
外に位置させることが好ましい。
In this case, the penetration force of the fuel spray from the injector 18 on the side close to the ceiling of the combustion chamber 6 increases, so that the electrode of the ignition plug 16
Preferably, it is located outside the geometric fuel spray area in the compression stroke of the cylinder 2.

【0136】(他の実施形態)本発明は前記実施形態1
〜4に限定されるものではなく、その他の種々の実施形
態を包含するものである。すなわち、前記各実施形態で
は、吸気ポート10に設けた吸気流動調節弁34の開度
を変更することで、燃焼室6のタンブル流Tの流速を調
節するようにしているが、これに限らず、例えば可変動
弁機構14により吸気弁12ないし排気弁13の開閉作
動時期を変更することによって、タンブル流Tの流速を
調節するようにしてもよい。すなわち、図45(a)に実
線で示すように、排気弁13の閉作動時期(バルブタイ
ミング)を遅角させれば、同図に仮想線で示す通常の場
合に比べて、排気側から燃焼室6に逆流する既燃ガスの
量が増え、これにより、燃焼室6へ吸入される吸気の流
速ないし流量が減少して、タンブル流Tの流速が低下す
るようになる。しかも、この既燃ガスの逆流によって燃
焼室6の温度状態が高められるので、前記のタンブル流
速の低下に対応するように燃料の噴射圧力を低下させて
も、該燃料の気化霧化特性が悪化することはない。
(Other Embodiments) The present invention relates to the first embodiment.
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes other various embodiments. That is, in each of the above-described embodiments, the opening degree of the intake flow control valve 34 provided in the intake port 10 is changed to adjust the flow rate of the tumble flow T in the combustion chamber 6, but is not limited thereto. For example, the flow rate of the tumble flow T may be adjusted by changing the opening / closing operation timing of the intake valve 12 or the exhaust valve 13 by the variable valve mechanism 14. That is, if the closing operation timing (valve timing) of the exhaust valve 13 is retarded as shown by a solid line in FIG. The amount of burned gas flowing back into the chamber 6 increases, whereby the flow rate or flow rate of the intake air drawn into the combustion chamber 6 decreases, and the flow rate of the tumble flow T decreases. In addition, since the temperature of the combustion chamber 6 is increased by the backflow of the burned gas, even if the injection pressure of the fuel is reduced so as to correspond to the decrease in the tumble flow velocity, the vaporization and atomization characteristics of the fuel deteriorate. I will not do it.

【0137】また、同図(b)に実線で示すように、吸気
弁12及び排気弁13の開閉作動時期を両方共に遅角さ
せるようにすれば、前記の作用に加えて、吸気効率が低
くなることによってタンブル流Tの流速が低下する。こ
のようにすれば、吸気弁12や排気弁13の開閉作動時
期の変更量を相対的に少なく抑えて、このことによるエ
ンジン1の運転状態の変動を抑制することができる。或
いは、図示しないが、吸気弁12の開閉作動時期のみを
遅角させることによっても、タンブル流Tの流速を低下
させることができる。
As shown by the solid line in FIG. 11B, if the opening and closing operation timings of both the intake valve 12 and the exhaust valve 13 are both retarded, the intake efficiency is lowered in addition to the above-mentioned operation. As a result, the flow velocity of the tumble flow T decreases. By doing so, the amount of change in the opening / closing operation timing of the intake valve 12 and the exhaust valve 13 can be relatively small, and fluctuations in the operating state of the engine 1 due to this can be suppressed. Alternatively, although not shown, the flow rate of the tumble flow T can be reduced by retarding only the opening / closing operation timing of the intake valve 12.

【0138】[0138]

【発明の効果】以上、説明したように、請求項1の発明
に係る火花点火式直噴エンジンによると、ピストンの冠
面にタンブル流を沿わせる凹部を形成するとともに、そ
のタンブル流に対する燃料の噴射方向や点火プラグの電
極の位置を最適に設定することで、成層燃焼運転時には
気筒の圧縮行程において前記燃料噴射弁により噴射した
燃料噴霧をピストンのキャビティ等に閉じ込めることな
く、前記点火プラグの電極周りに適切に成層化させるこ
とができる。このことで、エンジンの運転状態にかかわ
らず、点火プラグ周りに混合気を適切に成層化させるこ
とができるようになり、燃焼性の向上や成層燃焼領域の
拡大によって、エンジンの全運転領域について見たとき
に燃費を大幅に改善することができる。しかも、ピスト
ン冠面への燃料の付着を抑制しながら、前記の如く混合
気を点火プラグの電極付近に滞留させることができるの
で、点火時期制御の自由度が高まり、このことによって
も燃費及び出力の改善が図られる。
As described above, according to the spark ignition type direct injection engine according to the first aspect of the present invention, a concave portion is formed on the crown surface of the piston so as to follow the tumble flow, and the fuel is supplied to the tumble flow. By optimally setting the injection direction and the position of the electrode of the spark plug, during stratified charge combustion operation, the fuel spray injected by the fuel injector during the compression stroke of the cylinder is not confined in the cavity of the piston, etc. It can be appropriately stratified around. This makes it possible to appropriately stratify the air-fuel mixture around the spark plug regardless of the operating condition of the engine. When the fuel efficiency can be greatly improved. In addition, since the mixture can be retained near the electrode of the spark plug as described above while suppressing the fuel from adhering to the piston crown surface, the degree of freedom of the ignition timing control is increased, which also increases the fuel consumption and output. Is improved.

【0139】請求項2又は請求項3の発明によると、そ
れぞれ点火プラグの電極の位置が具体化され、請求項1
の発明の効果を十分に得ることができる。
According to the second or third aspect of the present invention, the positions of the electrodes of the ignition plug are embodied, respectively.
The effect of the invention can be sufficiently obtained.

【0140】請求項4の発明によると、燃料噴射弁によ
る燃料の噴射方向を点火プラグの電極位置に対して適切
に設定することで、該電極の付近に燃料噴霧を確実に滞
留させて、請求項1の発明の効果を十分に得ることがで
きる。
According to the fourth aspect of the present invention, by appropriately setting the direction of fuel injection by the fuel injection valve with respect to the electrode position of the spark plug, the fuel spray is reliably retained near the electrode. The effect of the invention of Item 1 can be sufficiently obtained.

【0141】請求項5の発明によると、燃料噴射弁によ
る燃料の噴射方向を適切に設定することで、タンブル順
流の影響を軽減しながら、燃料噴霧をタンブル正流に対
し効果的に衝突させて、このタンブル正流により燃料噴
霧の挙動をさらに精度良く制御することができる。
According to the fifth aspect of the invention, by appropriately setting the direction of fuel injection by the fuel injection valve, the fuel spray can be made to effectively collide with the positive tumble flow while reducing the influence of the tumble forward flow. The behavior of the fuel spray can be more accurately controlled by the tumble positive flow.

【0142】請求項6の発明によると、燃料噴射弁によ
る燃料噴霧の形状を扁平状とし、クランク軸の軸心に沿
って見て、気筒中心線の延びる方向についての燃料噴霧
の拡がり角を相対的に小さくさせることで、この燃料噴
霧に対するタンブル順流の影響を軽減しながら、十分に
多くの燃料をタンブル正流に対し効果的に衝突させて、
該タンブル正流による燃料噴霧の挙動制御の精度を高め
ることができる。また、点火プラグの電極への燃料液滴
の付着を可及的に抑制して、くすぶりの発生を防止でき
る。
According to the sixth aspect of the present invention, the shape of the fuel spray by the fuel injection valve is made flat, and the spread angle of the fuel spray in the direction in which the cylinder center line extends is viewed relative to the axis of the crankshaft. By reducing the effect of the tumble forward flow on the fuel spray by making the fuel spray smaller, a sufficient amount of fuel is made to effectively collide with the tumble forward flow,
The accuracy of the fuel spray behavior control by the tumble positive flow can be improved. Further, the adhesion of the fuel droplets to the electrode of the ignition plug can be suppressed as much as possible, and the occurrence of smoldering can be prevented.

【0143】請求項7の発明によると、燃料噴射弁によ
る燃料噴霧の貫徹力を噴霧中心線に対しピストンの冠面
に近い側で相対的に大きくなるように非対称とし、その
貫徹力の大きい側の燃料噴霧をタンブル正流に対し略正
対して衝突させることで、該燃料噴霧に対するタンブル
順流による悪影響を軽減しながら、十分に多くの燃料を
タンブル正流に対し効果的に衝突させて、該タンブル正
流による燃料噴霧の挙動制御の精度を高めることができ
る。
According to the seventh aspect of the present invention, the penetration force of the fuel spray by the fuel injection valve is asymmetrical with respect to the spray center line so as to be relatively large on the side close to the crown surface of the piston, and the side on which the penetration force is large. By colliding the fuel spray with the tumble forward flow substantially in the opposite direction, it is possible to reduce the adverse effect of the tumble forward flow on the fuel spray while effectively colliding a sufficiently large amount of fuel with the tumble forward flow. The accuracy of the behavior control of the fuel spray by the tumble positive flow can be improved.

【0144】請求項8の発明によると、燃料噴射弁によ
る燃料噴霧の貫徹力を噴霧中心線に対し燃焼室天井部に
近い側で相対的に大きくなるように非対称とし、その貫
徹力の大きい側の燃料噴霧をタンブル正流に対し略正対
して衝突させることで、該燃料噴霧のピストン冠面への
付着を抑制しながら、十分に多くの燃料をタンブル正流
に対し効果的に衝突させて、該タンブル正流による燃料
噴霧の挙動制御の精度を高めることができる。また、点
火プラグの電極への燃料液滴の付着を可及的に抑制し
て、くすぶりの発生を防止できる。
According to the eighth aspect of the present invention, the penetration force of the fuel spray by the fuel injection valve is asymmetric so as to be relatively large with respect to the spray center line on the side close to the combustion chamber ceiling, and the side having the greater penetration force. By causing the fuel spray to substantially collide with the tumble positive flow, it is possible to effectively cause a sufficient amount of fuel to collide with the tumble positive flow while suppressing the fuel spray from adhering to the piston crown surface. Thus, the accuracy of the behavior control of the fuel spray by the tumble positive flow can be improved. Further, the adhesion of the fuel droplets to the electrode of the ignition plug can be suppressed as much as possible, and the occurrence of smoldering can be prevented.

【0145】請求項9の発明によると、ピストンの冠面
の凹部の形状を適切なものとすることで、該凹部に沿っ
て流れるタンブル流を燃料噴霧に対し安定して衝突させ
ることができるとともに、該凹部の幅方向への燃料噴霧
の拡散を抑えることができ、よって、混合気の適切な成
層化を促進できる。
According to the ninth aspect of the present invention, by making the shape of the concave portion in the crown face of the piston appropriate, the tumble flow flowing along the concave portion can stably collide with the fuel spray. Thus, diffusion of the fuel spray in the width direction of the concave portion can be suppressed, so that appropriate stratification of the air-fuel mixture can be promoted.

【0146】請求項10又は請求項11の発明による
と、請求項9の発明における凹部の形状をより適切なも
のとして、タンブル流をスムーズに凹部内に導入し、そ
の流速を十分に確保することができる。
According to the tenth or eleventh aspect of the present invention, the shape of the concave portion in the ninth aspect of the present invention is made more appropriate so that the tumble flow is smoothly introduced into the concave portion and the flow velocity thereof is sufficiently ensured. Can be.

【0147】請求項12の発明によると、ピストン冠面
の少なくとも排気側にスキッシュエリア部を形成するこ
とで、気筒の点火時期近傍において生成されるスキッシ
ュ流により、燃焼室中央における混合気の拡散を抑制し
て、該混合気を点火プラグの電極付近に一層、長く滞留
させることができる。
According to the twelfth aspect of the invention, by forming a squish area at least on the exhaust side of the piston crown surface, the squish flow generated near the ignition timing of the cylinder reduces the diffusion of the air-fuel mixture at the center of the combustion chamber. By suppressing the mixture, the air-fuel mixture can stay longer near the electrode of the spark plug.

【0148】請求項13の発明によると、凹部の容積
を、相対的に温度状態の低い吸気側で排気側よりも小さ
くすることで、燃焼室の吸気側における異常燃焼の発生
を防止して、ノッキングを抑制できる。
According to the thirteenth aspect of the present invention, the volume of the concave portion is made smaller on the intake side where the temperature is relatively low than on the exhaust side, thereby preventing abnormal combustion on the intake side of the combustion chamber. Knocking can be suppressed.

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

【図1】本発明の実施形態1に係る火花点火式直噴エン
ジンの気筒の点火時期において、点火プラグの電極付近
に滞留する混合気の様子を示した説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a state of an air-fuel mixture stagnating near an electrode of a spark plug at an ignition timing of a cylinder of a spark ignition type direct injection engine according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】エンジンの全体構成図である。FIG. 2 is an overall configuration diagram of an engine.

【図3】ピストン冠面、吸気ポート、点火プラグ及びイ
ンジェクタの配置構成を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an arrangement configuration of a piston crown, an intake port, a spark plug, and an injector.

【図4】インジェクタからの燃料噴霧貫徹力と噴霧拡が
り角との対応関係の一例を示すグラフ図である。
FIG. 4 is a graph showing an example of a correspondence relationship between a fuel spray penetration force from an injector and a spray divergence angle.

【図5】燃料供給系の概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a fuel supply system.

【図6】エンジンを成層燃焼状態又は均一燃焼状態とす
る運転領域をそれぞれ設定した制御マップの一例を示す
図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a control map in which an operation region in which the engine is in a stratified combustion state or a uniform combustion state is set.

【図7】(a)ピストンの構造を示す上面図、(b) b-b 線
における断面図及び(c) c-c 線における断面図である。
7A is a top view showing the structure of a piston, FIG. 7B is a sectional view taken along line bb, and FIG. 7C is a sectional view taken along line cc.

【図8】気筒中心線に沿って見て、ピストン冠面の凹
部、タンブル流及び燃料噴霧の位置関係を示す説明図で
ある。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a positional relationship among a concave portion of a piston crown surface, a tumble flow, and fuel spray, as viewed along a cylinder center line.

【図9】インジェクタからの燃料噴霧の幾何学的噴霧エ
リア、噴霧中心線及び噴霧拡がり角を示す説明図であ
る。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a geometric spray area, a spray center line, and a spray divergence angle of a fuel spray from an injector.

【図10】(a)噴霧拡がり角及び(b)噴霧貫徹力の説明図
である。
FIG. 10 is an explanatory diagram of (a) a spray divergence angle and (b) a spray penetration force.

【図11】気筒の燃料噴射時期における図1相当図であ
る。
FIG. 11 is a diagram corresponding to FIG. 1 at a fuel injection timing of a cylinder.

【図12】燃料噴霧中心線の変化に伴う噴霧の挙動変化
を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a change in the behavior of the spray with a change in the center line of the fuel spray.

【図13】TDC近傍における点火プラグの電極付近の
局所空燃比の変化を、燃料噴霧中心線の傾斜角度の変化
に対応づけて示すグラフ図である。
FIG. 13 is a graph showing a change in a local air-fuel ratio near an electrode of a spark plug near a TDC in association with a change in an inclination angle of a fuel spray center line.

【図14】燃料噴霧中心線の変化とピストン冠面への燃
料付着量の変化との対応関係を示すグラフ図である。
FIG. 14 is a graph showing a correspondence between a change in the fuel spray center line and a change in the amount of fuel adhering to the piston crown surface.

【図15】燃料噴霧中心線の傾斜角度を30°ないし3
6°としたときの、点火プラグの電極付近の局所空燃比
の変化を示すグラフ図である。
FIG. 15 shows an inclination angle of the fuel spray center line of 30 ° to 3 °.
It is a graph which shows the change of the local air-fuel ratio near the electrode of a spark plug when it is set to 6 degrees.

【図16】燃料噴射時期を変更しながら、これに応じた
局所空燃比の変化を示すグラフ図である。
FIG. 16 is a graph showing a change in a local air-fuel ratio in accordance with a change in fuel injection timing.

【図17】噴霧拡がり角の変化と点火プラグの電極付近
の局所空燃比の変化との対応関係を示すグラフ図であ
る。
FIG. 17 is a graph showing a correspondence relationship between a change in a spray spread angle and a change in a local air-fuel ratio near an electrode of a spark plug.

【図18】噴霧拡がり角が略20°のときの混合気の状
態を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a state of the air-fuel mixture when the spray spread angle is approximately 20 °.

【図19】噴霧拡がり角が略60°のときの図18相当
図である。
FIG. 19 is a diagram corresponding to FIG. 18 when the spray spread angle is approximately 60 °.

【図20】ピストン冠面にレモン型凹部を形成した場合
の図19相当図である。
FIG. 20 is a diagram corresponding to FIG. 19 when a lemon-shaped recess is formed in the piston crown surface.

【図21】点火プラグの電極位置を気筒の点火時期にお
けるタンブル流と対比して示す説明図である。
FIG. 21 is an explanatory diagram showing electrode positions of a spark plug in comparison with a tumble flow at a cylinder ignition timing.

【図22】点火プラグ電極の突出量とタンブル流の流速
との関係を示すグラフ図である。
FIG. 22 is a graph showing the relationship between the amount of protrusion of the spark plug electrode and the flow velocity of the tumble flow.

【図23】点火プラグ電極の突出量と燃焼変動率との対
応関係を示すグラフ図である。
FIG. 23 is a graph showing the correspondence between the amount of protrusion of the spark plug electrode and the variation rate of combustion.

【図24】点火プラグ電極の突出割合の範囲を気筒の燃
料噴射時期の変化に対応するように設定したグラフ図で
ある。
FIG. 24 is a graph in which the range of the protruding ratio of the spark plug electrode is set so as to correspond to the change in the fuel injection timing of the cylinder.

【図25】燃焼室においてタンブル流と燃料噴霧流とが
均衡するCFD解析の結果を示す図である。
FIG. 25 is a diagram illustrating a result of CFD analysis in which a tumble flow and a fuel spray flow are balanced in a combustion chamber.

【図26】(a)タンブル流と噴霧貫徹とが適度に衝突し
ているときと、(b)衝突が過度に激しいときのそれぞれ
について混合気の状態を示す図である。
26A and 26B are diagrams showing the states of the air-fuel mixture when (a) the tumble flow and the spray penetration moderately collide and (b) when the collision is excessively severe, respectively.

【図27】タンブル流速及び噴霧貫徹力のエンジン回転
速度に応じた変化を示すマップ図である。
FIG. 27 is a map diagram showing changes in the tumble flow velocity and the spray penetration force according to the engine rotation speed.

【図28】噴霧貫徹力と燃料噴射圧との対応関係を示す
マップ図である。
FIG. 28 is a map diagram showing a correspondence relationship between a spray penetration force and a fuel injection pressure.

【図29】変形例に係る図27相当図である。FIG. 29 is a diagram corresponding to FIG. 27 according to a modification.

【図30】タンブル比を測定する装置の概略構成図であ
る。
FIG. 30 is a schematic configuration diagram of an apparatus for measuring a tumble ratio.

【図31】燃焼室の温度状態の変化と、(a)吸気温度及
び噴霧貫徹力の変化と、(b)燃料噴射圧力の変更とこれ
に伴う噴霧貫徹力の変化とを互いに対応付けて示したグ
ラフ図である。
FIG. 31 shows a change in the temperature state of the combustion chamber, (a) a change in the intake air temperature and the spray penetration force, and (b) a change in the fuel injection pressure and a change in the spray penetration force associated therewith. FIG.

【図32】気筒の吸気行程における図1相当図である。FIG. 32 is a view corresponding to FIG. 1 in an intake stroke of a cylinder.

【図33】エンジンの低回転域における燃費改善率、燃
費率及びHC排出率とエンジン負荷との対応関係を従来
型の直噴エンジンと対比して示すグラフ図である。
FIG. 33 is a graph showing a correspondence relationship between a fuel efficiency improvement rate, a fuel efficiency rate, an HC emission rate, and an engine load in a low rotation range of the engine in comparison with a conventional direct injection engine.

【図34】エンジン中回転域についての図33相当図で
ある。
FIG. 34 is a diagram corresponding to FIG. 33 for an engine middle rotation range.

【図35】本発明の実施形態2に係る図7相当図であ
る。
FIG. 35 is a diagram corresponding to FIG. 7 according to the second embodiment of the present invention.

【図36】実施形態2の別の変形例に係る図35相当図
である。
FIG. 36 is a view corresponding to FIG. 35 according to another modification of the second embodiment.

【図37】クランク角に対するタンブル比の変化を、ピ
ストン冠面の凹部の形状毎に対比して示すグラフ図であ
る。
FIG. 37 is a graph showing a change in a tumble ratio with respect to a crank angle for each shape of a concave portion of a piston crown surface.

【図38】実施形態2のまた別の変形例に係る図35相
当図である。
FIG. 38 is a diagram corresponding to FIG. 35 according to another modification of the second embodiment.

【図39】実施形態2のさらに別の変形例に係る図35
相当図である。
FIG. 39 according to a further modification of the second embodiment.
FIG.

【図40】本願発明の実施形態3におけるインジェクタ
からの燃料噴霧形状を示す説明図である。
FIG. 40 is an explanatory diagram showing a shape of fuel spray from an injector according to Embodiment 3 of the present invention.

【図41】実施形態3における燃料噴霧とタンブル流と
の関係を示す説明図である。
FIG. 41 is an explanatory diagram showing a relationship between fuel spray and a tumble flow in a third embodiment.

【図42】本願発明の実施形態4に係る図40相当図で
ある。
FIG. 42 is a diagram corresponding to FIG. 40 according to the fourth embodiment of the present invention.

【図43】実施形態4に係る図41相当図である。FIG. 43 is a view corresponding to FIG. 41 according to the fourth embodiment.

【図44】実施形態4の変形例に係る図43相当図であ
る。
FIG. 44 is a view corresponding to FIG. 43 according to a modification of the fourth embodiment.

【図45】バルブタイミングの変更によりタンブル流速
を調節するようにした他の実施形態の説明図である。
FIG. 45 is an explanatory diagram of another embodiment in which the tumble flow velocity is adjusted by changing the valve timing.

【図46】第3の従来例における混合気形成の説明図で
ある。
FIG. 46 is an explanatory diagram of air-fuel mixture formation in a third conventional example.

【図47】従来型の直噴エンジンによる出力改善率と燃
費改善率との間のトレードオフ関係を示すグラフ図であ
る。
FIG. 47 is a graph showing a trade-off relationship between an output improvement rate and a fuel efficiency improvement rate by a conventional direct injection engine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 火花点火式直噴エンジン 2 気筒 5 ピストン 5a 凹部 6 燃焼室 7 クランク軸 10 吸気ポート(タンブル流生成手段) 11 排気ポート 16 点火プラグ 18 インジェクタ(燃料噴射弁) F 燃料噴霧中心線 T タンブル流 Tm タンブル正流 Ts タンブル順流 z 気筒中心線 θ 燃料噴霧拡がり角 Reference Signs List 1 spark ignition type direct injection engine 2 cylinder 5 piston 5a recess 6 combustion chamber 7 crankshaft 10 intake port (tumble flow generating means) 11 exhaust port 16 spark plug 18 injector (fuel injection valve) F fuel spray center line T tumble flow Tm Tumble forward flow Ts Tumble forward flow z Cylinder centerline θ Fuel spray spread angle

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02M 61/14 310 F02M 61/14 310A 310S 61/18 360 61/18 360J F02P 13/00 301 F02P 13/00 301A 302 302A (72)発明者 山下 洋幸 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 瀬戸 祐利 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 松本 正和 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 斉藤 史彦 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 荒木 啓二 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 Fターム(参考) 3G019 AA08 AA09 KA12 KA15 3G023 AA02 AB03 AC05 AD02 AD08 AD09 AG01 3G066 AA02 AA05 AA13 AB02 AD12 BA16 BA17 BA65 CC32 CC48 CD28 CD29 DC05 DC09 DC11 DC24 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (reference) F02M 61/14 310 F02M 61/14 310A 310S 61/18 360 61/18 360J F02P 13/00 301 F02P 13/00 301A 302 302A (72) Inventor Hiroyuki Yamashita 3-1, Fuchi-machi, Shinchu, Aki-gun, Hiroshima Mazda Co., Ltd. Person Masakazu Matsumoto 3-1 Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Mazda Co., Ltd. (72) Inventor Fumihiko Saito 3-1 Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Pref. Mazda Co., Ltd. 3-1, Gunfuchu-cho Shinchi Mazda Co., Ltd. F-term (reference) 3G019 AA08 AA09 KA12 KA15 3G023 AA02 AB03 AC05 AD02 AD08 AD09 AG01 3G066 AA02 AA05 AA13 AB02 AD12 BA16 BA17 BA65 CC32 CC48 CD28 CD29 DC05 DC11 DC24

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 気筒内でピストンの冠面に対向する燃焼
室の天井部に、該天井部の中心付近から燃焼室に向かっ
て突出するように点火プラグを配設するとともに、該天
井部の周縁部から燃焼室中央に向かって燃料を噴射する
ように燃料噴射弁を配設し、成層燃焼運転時には前記燃
料噴射弁から噴射させた燃料を前記点火プラグの電極の
周りに成層化させるようにした火花点火式直噴エンジン
において、 気筒の圧縮行程において前記点火プラグの電極とピスト
ンの冠面との間を前記燃料噴射弁に向かうように流れる
タンブル流を生成可能なタンブル流生成手段を備え、 前記ピストンの冠面には前記タンブル流を沿わせるよう
に凹部が設けられ、 前記点火プラグの電極は、気筒の圧縮行程における前記
燃料噴射弁による燃料の噴射開始時期以降であってかつ
当該気筒の点火時期以前の所定時点において、前記凹部
に沿って流れるタンブル正流と燃焼室天井部に沿って流
れるタンブル順流との中間部分に位置し、 前記燃料噴射弁による燃料の噴射方向は、成層燃焼運転
時の気筒の燃料噴射時期において燃料噴霧の中心線と前
記凹部の底面との交差する位置が、気筒中心線と前記凹
部の底面との交差する位置よりも該燃料噴射弁から遠く
なるように設定されていることを特徴とする火花点火式
直噴エンジン。
An ignition plug is provided at a ceiling of a combustion chamber facing a crown surface of a piston in a cylinder so as to protrude from near the center of the ceiling toward the combustion chamber. A fuel injection valve is disposed so as to inject fuel from the peripheral portion toward the center of the combustion chamber, and during stratified combustion operation, the fuel injected from the fuel injection valve is stratified around the electrode of the ignition plug. A spark ignition type direct injection engine, comprising: a tumble flow generating means capable of generating a tumble flow flowing between the electrode of the spark plug and the crown of the piston in the compression stroke of the cylinder toward the fuel injection valve; A concave portion is provided on the crown surface of the piston so as to follow the tumble flow, and the electrode of the ignition plug is provided after the fuel injection valve starts injection of fuel by the fuel injection valve in a compression stroke of a cylinder. And at a predetermined time before the ignition timing of the cylinder, the fuel injection valve is located at an intermediate portion between the tumble forward flow flowing along the recess and the tumble forward flow flowing along the combustion chamber ceiling. The direction in which the center line of the fuel spray intersects the bottom surface of the recess at the fuel injection timing of the cylinder during the stratified charge combustion operation is higher than the position where the center line of the cylinder intersects the bottom surface of the recess. A spark-ignition direct-injection engine, which is set so as to be away from the engine.
【請求項2】 請求項1において、 点火プラグの電極は、気筒中心線に直交する方向から見
て、燃料噴射弁の噴孔よりもピストン冠面の近くに位置
していることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
2. The fuel injector according to claim 1, wherein the electrode of the spark plug is located closer to the piston crown than the injection hole of the fuel injection valve when viewed from a direction perpendicular to the cylinder center line. Spark-ignition direct injection engine.
【請求項3】 請求項1において、 点火プラグの電極は、気筒中心線に沿うように燃焼室の
天井部から突出しており、 気筒の圧縮上死点における燃焼室天井部からピストン冠
面までの気筒中心線上の距離をdとしたとき、該燃焼室
天井部から前記点火プラグの電極までの距離eは、e≧
0.4dという関係を満たす値であることを特徴とする
火花点火式直噴エンジン。
3. The ignition plug according to claim 1, wherein the electrode of the spark plug protrudes from the ceiling of the combustion chamber along the cylinder center line, and extends from the ceiling of the combustion chamber at the compression top dead center of the cylinder to the piston crown. When the distance on the cylinder center line is d, the distance e from the combustion chamber ceiling to the electrode of the ignition plug is e ≧
A spark-ignition direct-injection engine having a value satisfying a relation of 0.4d.
【請求項4】 請求項1において、 燃料噴射弁による燃料の噴射方向は、燃料噴霧の中心線
が点火プラグの電極とピストン冠面の凹部の底面との間
を通るように設定されていることを特徴とする火花点火
式直噴エンジン。
4. The fuel injection valve according to claim 1, wherein the fuel injection direction of the fuel injection valve is set such that the center line of the fuel spray passes between the electrode of the spark plug and the bottom surface of the concave portion of the piston crown surface. A spark ignition type direct injection engine characterized by the following features.
【請求項5】 請求項1において、 燃料噴射弁による燃料の噴射方向は、燃料噴霧の中心線
が気筒中心線に直交する仮想平面に対して略25°〜略
40°の範囲の傾斜角度をなすように設定されているこ
とを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
5. The fuel injection valve according to claim 1, wherein the fuel injection valve has a fuel injection direction having an inclination angle in a range of approximately 25 ° to approximately 40 ° with respect to an imaginary plane in which the center line of the fuel spray is orthogonal to the cylinder center line. A spark-ignition direct-injection engine, which is set to perform.
【請求項6】 請求項1において、 燃料噴射弁は、気筒の圧縮行程における燃料噴霧の形状
が、気筒中心線に沿って見たときにクランク軸の軸心に
沿って見たときよりも大きく拡がった扁平状となるもの
であり、 点火プラグの電極は、気筒の圧縮行程における前記燃料
噴射弁からの幾何学的な燃料噴霧エリアの外に位置する
ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
6. The fuel injection valve according to claim 1, wherein the shape of the fuel spray in the compression stroke of the cylinder is larger when viewed along the cylinder center line than when viewed along the axis of the crankshaft. A spark-ignition direct-injection engine, wherein an electrode of the spark plug is located outside a geometric fuel spray area from the fuel injection valve in a compression stroke of the cylinder. .
【請求項7】 請求項1において、 燃料噴射弁は、気筒の圧縮行程における燃料噴霧の貫徹
力が、該燃料噴霧の中心線に対しピストンの冠面に近い
側で反対側よりも大きくなるものであることを特徴とす
る火花点火式直噴エンジン。
7. The fuel injection valve according to claim 1, wherein the fuel spray penetrating force in the compression stroke of the cylinder is greater on the side closer to the crown surface of the piston with respect to the center line of the fuel spray than on the opposite side. A spark-ignition direct-injection engine.
【請求項8】 請求項1において、 燃料噴射弁は、気筒の圧縮行程における燃料噴霧の貫徹
力が、該燃料噴霧の中心線に対し燃焼室天井部に近い側
で反対側よりも大きくなるものであり、 点火プラグの電極は、気筒の圧縮行程における前記燃料
噴射弁からの幾何学的な燃料噴霧エリアの外に位置する
ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
8. The fuel injection valve according to claim 1, wherein the fuel spray penetrating force in the compression stroke of the cylinder is larger on the side closer to the combustion chamber ceiling with respect to the center line of the fuel spray than on the opposite side. Wherein the electrode of the spark plug is located outside a geometric fuel spray area from the fuel injection valve during a compression stroke of the cylinder.
【請求項9】 請求項1において、 凹部は、気筒中心線に沿って見て、燃料噴霧の中心線の
延びる方向に長い形状とされ、 前記凹部の長さ方向略中央部の幅は、燃料噴射弁に近い
側の端部の幅よりも広くされ、 前記凹部の長さ方向略中央部において幅方向両側の側壁
面が底面から所定以上の高さまで突出していることを特
徴とする火花点火式直噴エンジン。
9. The fuel injection system according to claim 1, wherein the recess has a shape that is long in a direction in which the center line of the fuel spray extends when viewed along the cylinder center line. Spark-ignition type, characterized in that the width is wider than the width of the end near the injection valve, and that the side walls on both sides in the width direction project from the bottom surface to a predetermined height or more at a substantially central portion in the length direction of the recess. Direct injection engine.
【請求項10】 請求項9において、 凹部の長さ方向両側の端部のうち、燃料噴射弁から遠い
側の端部の幅は、該凹部の長さ方向略中央部の幅と略同
じであることを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
10. The width of an end on a side farther from the fuel injection valve among ends on both sides in a longitudinal direction of the concave portion, which is substantially the same as a width of a substantially central portion in the longitudinal direction of the concave portion. A spark-ignition direct-injection engine.
【請求項11】 請求項9において、 凹部の長さ方向両側の端部のうち、燃料噴射弁から遠い
側の端部の幅は、該凹部の長さ方向略中央部よりも広い
ことを特徴とする火花点火式直噴エンジン。
11. The method according to claim 9, wherein, of the ends on both sides in the length direction of the recess, the width of the end farther from the fuel injection valve is wider than the substantially central portion in the length direction of the recess. Spark ignition type direct injection engine.
【請求項12】 請求項1において、 ピストンの冠面における少なくとも排気側の外周側部分
には、対向する燃焼室の天井部に沿うような形状のスキ
ッシュエリア部が形成されていることを特徴とする火花
点火式直噴エンジン。
12. The squish area according to claim 1, wherein a squish area is formed in at least an outer peripheral portion on the exhaust side of the crown surface of the piston so as to extend along a ceiling of the opposed combustion chamber. Spark-ignition direct injection engine.
【請求項13】 請求項1において、 燃料噴射弁は、吸気及び排気弁のうちの吸気弁の近くに
位置し、 凹部は、気筒中心線に沿って見て、前記燃料噴射弁によ
る燃料噴霧の中心線の延びる方向に長い形状とされ、 前記凹部の容積は、気筒中心線に対し前記燃料噴射弁に
近い側において反対側よりも小さくされていることを特
徴とする火花点火式直噴エンジン。
13. The fuel injection valve according to claim 1, wherein the fuel injection valve is located near the intake valve of the intake and exhaust valves, and the recess is formed by the fuel injection valve when viewed along the cylinder center line. A spark-ignition direct-injection engine, wherein the shape is long in a direction in which a center line extends, and the volume of the concave portion is smaller on a side closer to the fuel injector than on a cylinder center line than on the opposite side.
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