JP2002106353A - Spark ignition type direct injection engine - Google Patents

Spark ignition type direct injection engine

Info

Publication number
JP2002106353A
JP2002106353A JP2000300293A JP2000300293A JP2002106353A JP 2002106353 A JP2002106353 A JP 2002106353A JP 2000300293 A JP2000300293 A JP 2000300293A JP 2000300293 A JP2000300293 A JP 2000300293A JP 2002106353 A JP2002106353 A JP 2002106353A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
swirl
exhaust
cavity
cylinder
intake
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2000300293A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4465849B2 (en
Inventor
Hiroyasu Uchida
浩康 内田
Kazuaki Umezono
和明 梅園
Masashi Maruhara
正志 丸原
Muneyuki Oota
統之 太田
Kaei Nakayama
佳映 中山
Hiroyuki Yamamoto
博之 山本
Motokimi Fujii
幹公 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP2000300293A priority Critical patent/JP4465849B2/en
Publication of JP2002106353A publication Critical patent/JP2002106353A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4465849B2 publication Critical patent/JP4465849B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/26—Pistons  having combustion chamber in piston head
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/12—Other methods of operation
    • F02B2075/125—Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F2001/241—Cylinder heads specially adapted to pent roof shape of the combustion chamber
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent damping of swirl, to suppress outflow of fuel spray to the outside of a cavity as transfer ability of fuel spray is ensured, and to suppress the generation of smoke and accumulation of carbon, in a spark ignition type direct injection engine where a cavity is formed in a manner to be offset to the suction side. SOLUTION: A step is formed between a part (U) on the side situated upper stream of a swirl and a part (L) on the side situated downstream of a swirl of the crown surface of a piston in a pent roof shape having a cavity 13 offset to the suction side. A side wall part 13a on the side situated upper stream of a swirl at the peripheral edge on the exhaust side of the cavity 13 is raised, a squish clearance of the part (U) on the side situated upper stream is approximately uniformly decreased in the central direction of a cylinder, and a clearance of the part (L) on the side situated downstream is gradually increased in the central direction of a cylinder. Outflow of fuel spray is suppressed by the height of a side wall part 13a on the side situated upper stream of a swirl and damping of a swirl due to a squish flow on the side situated downstream of a swirl is suppressed.

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、シリンダ内に直接
燃料を噴射してピストン頂部のキャビティ内にトラップ
し成層燃焼させる火花点火式直噴エンジンに関する。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 cylinder, trapped in a cavity at the top of a piston, and stratified combustion is performed.

【０００２】[0002]

【従来の技術】ピストン頂部に点火プラグを包囲する配
置で凹陥状のキャビティを設けるとともに、該キャビテ
ィに向けてシリンダ内に直接燃料を噴射するよう燃料噴
射弁を配設し、低回転低負荷側の所定運転域においてシ
リンダ内にスワールを生成するとともに、燃料を圧縮上
死点前に噴射してピストン頂部のキャビティ内にトラッ
プし、燃料噴霧をスワールによって点火プラグの周りに
移送して、プラグ周りに可燃混合気を形成し、点火し成
層燃焼させる火花点火式直噴エンジン（直噴ガソリンエ
ンジンあるいは筒内噴射型火花点火式エンジンとも云
う。）が従来から知られている。特開平８−３５４２９
号公報記載のものはその一例である。また、特公平６−
９４８０８号公報には、上記構成の火花点火式直噴エン
ジンであって、吸気側のスキッシュクリアランスを排気
側のスキッシュクリアランスより相対的に大きい設定と
したものが記載されている。2. Description of the Related Art A recessed cavity is provided at the top of a piston so as to surround a spark plug, and a fuel injection valve is arranged to inject fuel directly into the cylinder toward the cavity. A swirl is generated in the cylinder in the predetermined operation range, fuel is injected before the compression top dead center, trapped in the cavity at the top of the piston, and the fuel spray is transferred around the spark plug by swirl, and the fuel is injected around the plug. 2. Description of the Related Art A spark ignition type direct injection engine (also referred to as a direct injection gasoline engine or an in-cylinder injection type spark ignition engine) which forms a combustible air-fuel mixture, ignites and stratifies and burns is conventionally known. JP-A-8-35429
Japanese Patent Application Publication No. JP-A-2006-133125 is one example. In addition,
No. 94808 describes a spark ignition type direct injection engine having the above configuration, wherein the squish clearance on the intake side is set to be relatively larger than the squish clearance on the exhaust side.

【０００３】上記直噴ガソリンエンジンは、より具体的
には例えばシリンダヘッドの下面にクランク軸方向の稜
線部分を挟んで吸気側および排気側に傾斜面を構成する
ペントルーフ形状の燃焼室凹部が形成され、その例えば
稜線部分に点火プラグが配設されるとともに、吸気側お
よび排気側の傾斜面に吸気ポートおよび排気ポートが形
成されて、それら吸気ポートおよび排気ポートに吸気弁
および排気弁がそれぞれ配設され、また、ピストン冠面
がシリンダヘッドの燃焼室凹部に沿ったペントルーフ形
状に形成され、該ペントルーフ形状のピストン冠面（す
なわち頂面）に凹陥状のキャビティが設けられ、燃焼室
凹部の周縁にキャビティに向けて直接燃料を噴射するよ
う燃料噴射弁が配設され、低回転低負荷の所定運転域に
おいて燃料噴射弁から噴射された燃料が噴霧となってス
ワールによりキャビティ内で点火プラグの周りに移送さ
れ、点火プラグ周りに混合気が偏在し成層化するよう構
成される。そして、燃料噴射弁は、排気側では排気弁に
よる熱の影響やカーボンの付着等があって信頼性に問題
があるため、吸気側に配設される。また、キャビティ
は、燃料噴射弁からの燃料噴霧がスワールに乗って略シ
リンダ軸線上の点火プラグの近傍に運ばれるよう、シリ
ンダ軸線近傍の点火プラグを囲んで吸気側にオフセット
（偏位）して設けられる。More specifically, in the direct injection gasoline engine, for example, a pent roof-shaped combustion chamber recess is formed on the lower surface of the cylinder head on the intake side and the exhaust side with a ridge in the crankshaft direction interposed therebetween. For example, a spark plug is provided at a ridgeline portion thereof, and an intake port and an exhaust port are formed on inclined surfaces on the intake side and the exhaust side. An intake valve and an exhaust valve are provided on the intake port and the exhaust port, respectively. Further, the piston crown is formed in a pent roof shape along the combustion chamber recess of the cylinder head, and a recessed cavity is provided in the pent roof piston crown (that is, the top surface), and the periphery of the combustion chamber recess is provided. A fuel injection valve is provided so as to inject fuel directly into the cavity, and the fuel injection valve is provided in a predetermined operation range of low rotation and low load. Et injected fuel is transported around the spark plug in the cavity by the swirl becomes spraying configured to air-fuel mixture around the spark plug is stratified unevenly distributed. The fuel injection valve is disposed on the intake side because there is a problem in reliability on the exhaust side due to the influence of heat from the exhaust valve, adhesion of carbon, and the like. Further, the cavity is offset toward the intake side around the ignition plug near the cylinder axis so that the fuel spray from the fuel injection valve rides on the swirl and is transported to the vicinity of the ignition plug substantially on the cylinder axis. Provided.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このようにシリンダヘ
ッド下面の燃焼室凹部に沿ったペントルーフ形状のピス
トン冠面に吸気側にオフセットしてキャビティを設け、
吸気側に燃料噴射弁を配置して、所定運転域で燃料噴霧
をスワールによりキャビティ内で点火プラグの周りに移
送し、成層燃焼させるについては、キャビティ内に十分
なスワールを生成させることが必要であるとともに、そ
のスワールに乗った燃料噴霧がキャビティ外へ流出する
のを可及的に抑制することが必要である。As described above, a cavity is provided in the pent roof-shaped piston crown surface along the combustion chamber recess on the lower surface of the cylinder head, offset toward the intake side,
To arrange a fuel injection valve on the intake side and transfer fuel spray around the spark plug in the cavity by swirl in a predetermined operation range and perform stratified combustion, it is necessary to generate sufficient swirl in the cavity. In addition, it is necessary to suppress the fuel spray on the swirl from flowing out of the cavity as much as possible.

【０００５】特に、燃料噴霧は点火プラグに対しスワー
ル上流でキャビティ周壁を越えて流出しやすく、流出す
ると、点火プラグ周りへ混合気の偏在化が崩れて成層度
が低下し、リーン限界が低下して、燃費が悪化する。[0005] In particular, the fuel spray tends to flow out of the spark plug over the peripheral wall of the cavity upstream of the swirl. When the fuel spray flows out, the uneven distribution of the air-fuel mixture around the spark plug collapses, the stratification degree decreases, and the lean limit decreases. As a result, fuel economy deteriorates.

【０００６】また、キャビティから流出した燃料がピス
トン冠面とシリンダヘッドの燃焼室凹部内面との間の狭
い空間に流れ、空気との混合ができない状態で火炎伝播
することになって、スモークが発生し、特にピストン冠
面排気側のスワール上流側部分にカーボンが堆積する。In addition, the fuel flowing out of the cavity flows into a narrow space between the piston crown surface and the inner surface of the recess of the combustion chamber of the cylinder head, and the flame propagates in a state where it cannot be mixed with air, thereby generating smoke. In particular, carbon is deposited on the swirl upstream portion on the exhaust side of the piston crown surface.

【０００７】カーボンが堆積すると、その堆積したカー
ボンがヒートポイントとなるためにノッキングが発生し
やすくなり、堆積したカーボンが剥離してシリンダとピ
ストンの隙間に入り込むことによってピストン摺動面が
劣化し、バルブとバルブシートの間に入り込むことによ
って圧縮密閉性が損なわれ、また、燃料噴射弁がカーボ
ンの付着によって目詰まりし、噴霧に悪影響が出るな
ど、エンジン信頼性に様々な悪影響が及ぶ。When carbon is deposited, the deposited carbon becomes a heat point, so that knocking is liable to occur. The deposited carbon peels off and enters the gap between the cylinder and the piston, thereby deteriorating the piston sliding surface. The intrusion between the valve and the valve seat impairs the compression tightness, and the fuel injection valve is clogged by the adhesion of carbon, which adversely affects the spraying, and has various adverse effects on engine reliability.

【０００８】そこで、燃料噴霧がキャビティ外に流出し
ないよう、キャビティ周壁を特に排気側周縁の側壁の部
分で相対的に高くすることが考えられる。In order to prevent the fuel spray from flowing out of the cavity, it is conceivable to make the peripheral wall of the cavity relatively high, especially at the side wall of the peripheral edge on the exhaust side.

【０００９】キャビティの排気側周縁の側壁を高くする
ということは、ピストン上死点におけるシリンダヘッド
の燃焼室凹部内面とピストン冠面との間隙すなわちスキ
ッシュクリアランスが、吸気側に対し排気側で小さくな
るようにするということであって、その場合、側壁が高
いことによって燃料噴霧の流出が抑制されるだけでな
く、吸気側に対して排気側のスキッシュクリアランスに
発生するスキッシュ流が強く、それがキャビティから流
出しようとする燃料噴霧をシリンダ中心方向へ押し戻
し、キャビティ外に流出させないようにすると期待でき
る。Increasing the side wall of the cavity on the exhaust side means that the gap between the inner surface of the combustion chamber recess of the cylinder head at the piston top dead center and the piston crown surface, ie, the squish clearance, is smaller on the exhaust side than on the intake side. In this case, the high side walls not only prevent the fuel spray from flowing out, but also generate a strong squish flow in the squish clearance on the exhaust side with respect to the intake side, which is It can be expected that the fuel spray that is about to flow out is pushed back toward the center of the cylinder so as not to flow out of the cavity.

【００１０】なお、上述のように特公平６−９４８０８
号公報には吸気側のスキッシュクリアランスを排気側の
スキッシュクリアランスより大きくする、つまり、吸気
側より排気側のスキッシュクリアランスを小さくするこ
とが記載されているが、同公報記載のものは、排気側の
スキッシュゾーンにおいて発生する強力なスキッシュ作
用により排気側の高温混合気を吸気側まで到達させ、吸
気側の低温混合気と混合させて全体としての温度分布の
均一化を促進するという作用を期待したものであって、
上述のような燃料噴霧のキャビティ外への流出を抑制す
るという技術思想によるものではない。[0010] As described above, Japanese Patent Publication No. 6-94808
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-27139 describes that the squish clearance on the intake side is made larger than the squish clearance on the exhaust side, that is, the squish clearance on the exhaust side is made smaller than that on the intake side. A powerful squish action generated in the squish zone allows the high-temperature mixture on the exhaust side to reach the intake side and mixes it with the low-temperature mixture on the intake side to promote uniform temperature distribution as a whole. And
It is not based on the technical idea of suppressing the fuel spray from flowing out of the cavity as described above.

【００１１】しかしながら、単にキャビティの排気側周
縁の側壁を高くし、排気側のスキッシュクリアランスが
小さくなる構成としたのでは、排気側のスキッシュクリ
アランスの全域でシリンダボア周縁側からシリンダ中心
方向へ向けて強いスキッシュ流が発生し、それが点火プ
ラグよりスワール上流側では燃料噴霧の流出を抑制し点
火プラグ周りへの噴霧移送に寄与するが、スワール下流
側のスキッシュ流は、スワール流を減衰させる方向に作
用し、そのため、適正なスワールの生成が阻害され、燃
料噴霧の移送性が低下する。However, simply increasing the height of the side wall of the peripheral side of the exhaust side of the cavity and reducing the squish clearance on the exhaust side results in a strong force from the peripheral side of the cylinder bore toward the cylinder center in the entire area of the squish clearance on the exhaust side. A squish flow is generated, which suppresses the flow of fuel spray upstream of the spark plug and contributes to spray transfer around the spark plug, but the squish flow downstream of the swirl acts in a direction to attenuate the swirl flow However, the generation of an appropriate swirl is hindered, and the transportability of the fuel spray is reduced.

【００１２】したがって、シリンダヘッド下面の燃焼室
凹部に沿ったペントルーフ形状のピストン冠面に吸気側
にオフセットしてキャビティを設け、吸気側に燃料噴射
弁を配置して、所定運転域で燃料噴霧をスワールにより
キャビティ内で点火プラグの周りに移送し成層燃焼させ
る火花点火式直噴エンジンにおいて、スワールの減衰を
防止し燃料噴霧の移送性を確保しつつ、キャビティ外へ
の燃料噴霧の流出を抑制して、成層度を高め、リーン限
界を高め、燃費を向上させるとともに、空気との混合が
悪い排気側微小間隙でのスモークの発生を防止して、成
層燃焼可能な運転領域を広げ、カーボンの堆積を抑制し
て、耐ノッキング性を向上させ、カーボン剥離に起因す
るピストン摺動面の劣化やバルブシートの密閉性低減や
燃料噴射弁の目詰まり等を防止して、エンジン信頼性を
向上させることが課題である。Therefore, a cavity is provided on the pent roof-shaped piston crown surface along the combustion chamber recess on the lower surface of the cylinder head so as to be offset toward the intake side, and the fuel injection valve is disposed on the intake side to spray fuel in a predetermined operating range. In a spark-ignition direct-injection engine in which the swirl is transferred around the spark plug inside the cavity and stratified combustion is performed, while preventing the swirl from attenuating and ensuring the transferability of the fuel spray, the outflow of the fuel spray outside the cavity is suppressed. In addition to increasing the degree of stratification, increasing the lean limit, improving fuel efficiency, preventing the generation of smoke in the minute gap on the exhaust side where mixing with air is poor, expanding the operating area where stratified combustion is possible, and increasing carbon deposition To improve the knocking resistance, degrade the sliding surface of the piston due to carbon exfoliation, reduce the sealing of the valve seat, and clog the fuel injection valve. Etc. to prevent Ri, it is a problem to improve engine reliability.

【００１３】本発明はこのような課題を解決することを
目的とするものである。An object of the present invention is to solve such a problem.

【００１４】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、シリンダヘッ
ドの下面にクランク軸方向の稜線部分を挟んで吸気側お
よび排気側のシリンダボア周縁近傍に達する傾斜面を成
すペントルーフ形状の燃焼室凹部が形成され、該燃焼室
凹部の上記稜線部分に点火プラグが配設されるととも
に、吸気側および排気側の傾斜面に吸気ポートおよび排
気ポートが形成されて、それら吸気ポートおよび排気ポ
ートに吸気弁および排気弁がそれぞれ配設され、ピスト
ン冠面が上記シリンダヘッドの燃焼室凹部に沿ったペン
トルーフ形状に形成され、該ペントルーフ形状のピスト
ン冠面にシリンダ軸線に対し吸気側に偏位し排気側周縁
が上記点火プラグよりも排気側となる凹陥状のキャビテ
ィが設けられ、上記燃焼室凹部の吸気側に上記キャビテ
ィに向けて直接燃料を噴射するよう燃料噴射弁が配設さ
れ、シリンダ内にスワールを生成するスワール生成手段
が設けられ、該スワール生成手段により生成されたスワ
ールによって上記燃料噴射弁からの燃料噴霧が上記キャ
ビティ内の点火プラグの周りに移送され、該点火プラグ
周りに混合気が偏在し成層化するよう構成された火花点
火式直噴エンジンにおいて、上記ピストン冠面の排気側
傾斜部分を、ペントルーフの稜線近傍に位置するキャビ
ティ排気側周縁の上記点火プラグに対しスワール上流側
且つ上記燃料噴射弁に対しスワール下流側の側壁が、上
記キャビティ排気側周縁の上記点火プラグに対しスワー
ル下流側且つ上記燃料噴射弁に対しスワール上流側の側
壁よりも高い形状とするものである。According to the present invention, a pentroof-shaped combustion chamber recess is formed on the lower surface of a cylinder head so as to form an inclined surface reaching near the periphery of a cylinder bore on an intake side and an exhaust side with a ridge in a crankshaft direction interposed therebetween. A spark plug is disposed on the ridge of the combustion chamber recess, and an intake port and an exhaust port are formed on the inclined surfaces on the intake side and the exhaust side. Valves are respectively provided, and the piston crown surface is formed in a pent roof shape along the combustion chamber recess of the cylinder head. The piston crown surface of the pent roof shape is deviated toward the intake side with respect to the cylinder axis, and the exhaust side periphery is defined as described above. A recessed cavity is provided on the exhaust side of the spark plug, and the fuel is directly directed toward the cavity on the intake side of the combustion chamber recess. A fuel injection valve is provided so as to inject, and a swirl generating means for generating a swirl is provided in the cylinder. The swirl generated by the swirl generation means causes a fuel spray from the fuel injection valve to emit a spark plug in the cavity. In the spark-ignition type direct injection engine which is transported around the spark plug and is configured so that the air-fuel mixture is unevenly distributed around the spark plug and stratified, the exhaust-side inclined portion of the piston crown surface is positioned near the ridgeline of the pent roof. A side wall on the exhaust side peripheral side of the swirl upstream with respect to the spark plug and a side wall of the swirl downstream side with respect to the fuel injection valve is arranged on a swirl downstream side with respect to the ignition plug on the peripheral side of the cavity exhaust side and a swirl upstream side with respect to the fuel injection valve. Is formed in a shape higher than the side wall.

【００１５】この場合、ピストン冠面のキャビティの排
気側周縁の側壁が、点火プラグに対しスワール上流側且
つ燃料噴射弁に対しスワール下流側で相対的に高いこと
により、その高い側壁によってキャビティ外への燃料噴
霧の流出が抑制されるとともに、排気側のスキッシュク
リアランスがスワール上流側で小さくなることにより、
そのスワール上流側のスキッシュゾーンにシリンダ中心
方向へ向けて比較的強いスキッシュ流が発生し、それに
よりキャビティ外への燃料噴霧の流出が一層抑制され
る。In this case, the side wall on the exhaust side of the cavity on the piston crown surface is relatively high on the swirl upstream side with respect to the spark plug and on the swirl downstream side with respect to the fuel injection valve. Of the fuel spray is suppressed, and the squish clearance on the exhaust side decreases on the upstream side of the swirl,
A relatively strong squish flow is generated in the squish zone on the upstream side of the swirl toward the center of the cylinder, whereby the outflow of the fuel spray to the outside of the cavity is further suppressed.

【００１６】また、スワール下流側且つ燃料噴射弁に対
しスワール上流側でキャビティ排気側周縁の側壁が相対
的に低く、そのスワール下流側のスキッシュゾーンに発
生するスキッシュ流が相対的に弱くなることにより、ス
キッシュ流によるスワールの減衰が抑制され、適正なス
ワールが維持される。Further, the side wall of the cavity exhaust side peripheral edge is relatively low on the swirl downstream side and on the swirl upstream side with respect to the fuel injection valve, and the squish flow generated in the squish zone on the swirl downstream side is relatively weak. Thus, the attenuation of the swirl due to the squish flow is suppressed, and the appropriate swirl is maintained.

【００１７】こうしてスワールが確保され、燃料噴霧の
移送性が確保され、キャビティ外への流出が抑制される
ことにより、成層度が向上して、リーン限界が高まり、
燃費が向上する。In this way, swirl is ensured, fuel spray transferability is ensured, and outflow to the outside of the cavity is suppressed, whereby the degree of stratification is improved, and the lean limit is increased,
Fuel efficiency is improved.

【００１８】また、スモークの発生が防止され、成層燃
焼可能な運転領域が拡大するとともに、カーボンの堆積
が抑制されて、耐ノッキング性が向上し、カーボン剥離
に起因するピストン摺動面の劣化やバルブシートの密閉
性低減や燃料噴射弁の目詰まりが防止されて、エンジン
信頼性が向上する。In addition, the generation of smoke is prevented, the operating region in which stratified combustion can be performed is expanded, and the accumulation of carbon is suppressed, knocking resistance is improved, and deterioration of the piston sliding surface due to carbon exfoliation and Reduction of the sealing property of the valve seat and clogging of the fuel injection valve are prevented, and the reliability of the engine is improved.

【００１９】本発明の上記構成において、ピストン冠面
の排気側傾斜部分の形状は、ピストン上死点におけるシ
リンダヘッドの燃焼室凹部内面との間隙が、点火プラグ
よりスワール上流側ではシリンダボア周縁側からシリン
ダ中心方向へ略均一で、点火プラグよりスワール下流側
ではシリンダボア周縁側からシリンダ中心方向へ徐々に
大きくなるよう設定するのがよい。In the above configuration of the present invention, the shape of the inclined portion on the exhaust side of the piston crown surface is such that the gap between the piston top dead center and the inner surface of the recessed portion of the combustion chamber of the cylinder head is from the peripheral side of the cylinder bore at the swirl upstream side of the spark plug. It is preferable that the setting is made so as to be substantially uniform in the cylinder center direction and gradually increase from the peripheral side of the cylinder bore toward the cylinder center on the downstream side of the swirl from the spark plug.

【００２０】こうした構成とすることにより、点火プラ
グよりスワール上流側に発生した比較的強いスキッシュ
流れによりキャビティ外への燃料噴霧の流出を抑制しつ
つ、僅かでもキャビティ外に流出しスワール下流側に流
れた噴霧を徐々に大きくなるシリンダ中心側の空間容積
部に導いて、空気とのミキシングを促進し、スモークの
発生を低減するようにできる。With such a configuration, the flow of the fuel spray to the outside of the cavity due to the relatively strong squish flow generated on the upstream side of the swirl from the spark plug is suppressed, and at least a small amount of the fuel spray flows out of the cavity to the downstream side of the swirl. The spray is guided to the gradually increasing space volume on the center side of the cylinder to promote mixing with the air and reduce the generation of smoke.

【００２１】そして、ピストン冠面のスワール下流側の
排気側傾斜部分は、キャビティ排気側周縁の点火プラグ
に対しスワール上流側且つ燃料噴射弁に対しスワール下
流側の側壁の高さが、吸気側傾斜部分のキャビティ上へ
の仮想延長面のペントルーフの稜線を挟む対称位置の高
さと略同一となる構成とするのがよい。The exhaust-side inclined portion of the piston crown on the swirl downstream side has a height of the side wall on the swirl upstream side with respect to the spark plug and the swirl downstream side with respect to the fuel injection valve on the intake exhaust side. It is preferable that the height is substantially the same as the height of a symmetrical position sandwiching the ridge line of the pent roof on the virtual extension surface of the portion on the cavity.

【００２２】この構成により、キャビティ排気側周縁の
側壁の高さはスワール下流側においては吸気側と略同じ
レベルのものとなり、そのため、高回転高負荷側の均一
燃焼領域で吸気行程において燃料を噴射し、筒内全体で
空気と混合し、均一な混合気で燃焼させる際の、キャビ
ティ周縁の側壁の高さによる火炎伝播の阻害要因を低減
できる。According to this configuration, the height of the side wall of the peripheral edge on the cavity exhaust side is substantially the same level as the intake side on the downstream side of the swirl. Therefore, fuel is injected during the intake stroke in the uniform combustion region on the high rotation and high load side. In addition, when mixing with the air in the entire cylinder and burning the mixture with a uniform mixture, it is possible to reduce a factor that hinders the flame propagation due to the height of the side wall of the peripheral edge of the cavity.

【００２３】また、キャビティは、平面視にてペントル
ーフの稜線方向に長い略長円形状であるのよく、そうす
ることで、キャビティ容積を確保し、空気利用率を向上
させることができる。The cavity may have a substantially elliptical shape which is long in the direction of the ridge line of the pent roof in plan view, so that the cavity volume can be secured and the air utilization can be improved.

【００２４】[0024]

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

【００２５】図１は本発明の実施の形態の一例に係る火
花点火式直噴エンジンの燃焼室部分の吸排気弁軸を通る
シリンダ軸線方向の縦断面図、図２はピストンの斜視
図、図３はピストンの平面図、図４は図１のＡ−Ａ断面
図、図５は図３のＢ−Ｂ断面図、図６は図３のＣ−Ｃ断
面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a portion of a combustion chamber of a spark ignition type direct injection engine according to an embodiment of the present invention in a cylinder axial direction passing through an intake / exhaust valve shaft, and FIG. 2 is a perspective view of a piston. 3 is a plan view of the piston, FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1, FIG. 5 is a sectional view taken along line BB of FIG. 3, and FIG. 6 is a sectional view taken along line CC of FIG.

【００２６】この実施の形態に係る火花点火式直噴エン
ジンは、図１に示すように、直列多気筒で、複数のシリ
ンダ１を構成するシリンダブロック２を有し、そのシリ
ンダブロック２の上端にシリンダヘッド３が組み付けら
れている。そして、各シリンダ１に上下方向すなわちシ
リンダ軸線４方向に往復動可能にピストン５が嵌装され
ている。ピストン５は、連結棒（図示せず）を介してク
ランク軸（図示せず）に連結される。As shown in FIG. 1, the spark ignition type direct injection engine according to this embodiment has a cylinder block 2 which is a multi-cylinder in-line and comprises a plurality of cylinders 1, and an upper end of the cylinder block 2. The cylinder head 3 is assembled. A piston 5 is fitted to each cylinder 1 so as to be able to reciprocate in the vertical direction, that is, in the direction of the cylinder axis 4. The piston 5 is connected to a crankshaft (not shown) via a connecting rod (not shown).

【００２７】シリンダヘッド３の下面には、シリンダ軸
線４近傍を前後方向すなわちクランク軸方向に延びる稜
線部分６ａを挟んで左側（吸気側）及び右側（排気側）
がそれぞれ傾斜しシリンダボアの周縁近傍に達する吸気
側傾斜面６ｂと排気側傾斜面６ｃとを構成する所謂ペン
トルーフ形状の燃焼室凹部６が形成されている。そし
て、その燃焼室凹部６の略シリンダ軸線４上で僅かに排
気側にオフセット（偏位）した位置に点火プラグ７が配
設され、吸気側傾斜面６ｂには図１において前後に略重
なる位置に二つの吸気ポート８ａ、８ｂが、また、排気
側傾斜面６ｃにはやはり前後に略重なる位置に二つの排
気ポート９ａ、９ｂが形成され、それら各吸気ポート８
ａ、８ｂ及び各排気ポート９ａ、９ｂに吸気弁１０ａ、
１０ｂ及び排気弁１１ａ、１１ｂがそれぞれ配設されて
いる。吸気弁１０ａ、１０ｂ及び排気弁１１ａ、１１ｂ
は、シリンダヘッド３の上部に配設される吸気用カム軸
（図示せず）及び排気用カム軸（図示せず）によってそ
れぞれ開閉駆動される。The left side (intake side) and the right side (exhaust side) of the lower surface of the cylinder head 3 with a ridge 6a extending in the front-rear direction near the cylinder axis 4 in the front-rear direction, that is, in the crankshaft direction.
Are formed so as to form a so-called pent roof-shaped combustion chamber recess 6 which forms an intake-side inclined surface 6b and an exhaust-side inclined surface 6c each of which inclines to reach near the periphery of the cylinder bore. The ignition plug 7 is disposed at a position slightly offset (deviation) to the exhaust side on the substantially cylinder axis 4 of the combustion chamber concave portion 6, and is located on the intake side inclined surface 6 b at a position substantially overlapping back and forth in FIG. 1. In addition, two intake ports 8a and 8b are formed on the exhaust-side inclined surface 6c, and two exhaust ports 9a and 9b are formed on the exhaust-side inclined surface 6c so as to substantially overlap each other.
a, 8b and each exhaust port 9a, 9b with an intake valve 10a,
10b and exhaust valves 11a and 11b are provided respectively. Intake valves 10a, 10b and exhaust valves 11a, 11b
Are driven to open and close by an intake camshaft (not shown) and an exhaust camshaft (not shown) provided on the upper portion of the cylinder head 3.

【００２８】図１及び図２に示すように、ピストン５の
頂面（ピストン冠面）は、上記シリンダヘッド３下面の
燃焼室凹部６に沿った稜線部分１２ａと吸気側傾斜面１
２ｂと排気側傾斜面１２ｃとからなる中高のペントルー
フを基本形状とするものである。そして、そのペントル
ーフ形状のピストン冠面には、シリンダ軸線４に対し吸
気側にオフセット（偏位）し排気側周縁が点火プラグ７
よりも排気側となる、平面視にて図３に示すようにペン
トルーフの稜線方向（稜線部分１２ａの長手方向）に長
い略長円形で凹陥状のキャビティ１３が設けられてい
る。As shown in FIGS. 1 and 2, the top surface (piston crown surface) of the piston 5 has a ridge 12 a along the combustion chamber recess 6 on the lower surface of the cylinder head 3 and an intake-side inclined surface 1.
It has a basic shape of a middle-high pent roof composed of 2b and an exhaust-side inclined surface 12c. The pent roof-shaped piston crown surface is offset (deviation) to the intake side with respect to the cylinder axis 4 and the exhaust side periphery is
As shown in FIG. 3, a substantially oval concave cavity 13 which is longer in the ridge line direction of the pent roof (the longitudinal direction of the ridge line portion 12 a) as viewed from above is provided on the exhaust side.

【００２９】そして、シリンダヘッド３には、燃焼室凹
部６の吸気側周縁に臨む位置に、ピストン冠面の上記キ
ャビティ１３に向けて直接燃料を噴射するよう噴口軸線
がシリンダ軸線４と交差し斜め下方に所定の設置角（シ
リンダヘッド３下面に対し例えば４２゜の角度）をなす
設定で燃料噴射弁１４が配設されている。In the cylinder head 3, the injection port axis intersects the cylinder axis 4 obliquely at a position facing the intake-side periphery of the combustion chamber recess 6 so as to directly inject fuel toward the cavity 13 on the piston crown surface. The fuel injection valve 14 is disposed below at a predetermined installation angle (for example, an angle of 42 ° with respect to the lower surface of the cylinder head 3).

【００３０】上記ピストン冠面の排気側傾斜面１２ｃ
（排気側傾斜部分）は、スワール上流側部分（Ｕ）とス
ワール下流側部分（Ｌ）の間に段差をなし、図２〜図５
に示すようにキャビティ１３の排気側周縁の、点火プラ
グ７に対しスワール上流側且つ燃料噴射弁１４に対しス
ワール下流側の側壁部分１３ａが相対的に高く、点火プ
ラグ７に対しスワール下流側且つ燃料噴射弁１４に対し
スワール上流側の側壁部分１３ｂが相対的に低くて、ピ
ストン上死点におけるシリンダヘッド３の燃焼室凹部６
の内面との間隙（スキッシュクリアランス）が、スワー
ル上流側部分（Ｕ）では、図１に示すようにシリンダボ
ア周縁側からシリンダ中心方向へ略均一で、且つ、図１
及び図４にｓ1で示すように相対的に小さく、スワール
下流側部分（Ｌ）では、図１及び図４にｓ2で示すよう
にシリンダ中心側で相対的に大きく、シリンダボア周縁
側からシリンダ中心方向へ徐々に大きくなるよう設定さ
れている。Exhaust-side inclined surface 12c of the piston crown surface
(Exhaust-side inclined portion) forms a step between the swirl upstream portion (U) and the swirl downstream portion (L), and FIGS.
As shown in the figure, the side wall portion 13a on the exhaust-side periphery of the cavity 13 on the swirl upstream side with respect to the spark plug 7 and on the swirl downstream side with respect to the fuel injection valve 14 is relatively high, and the swirl downstream side and fuel The swirl upstream side wall portion 13b is relatively low with respect to the injection valve 14, and the combustion chamber recess 6 of the cylinder head 3 at the piston top dead center.
In the swirl upstream portion (U), the gap (squish clearance) with the inner surface is substantially uniform from the peripheral side of the cylinder bore toward the cylinder center as shown in FIG.
And relatively small as indicated by s 1 in FIG. 4, the swirl downstream portion (L), relatively large in the cylinder center side as indicated by s 2 in FIGS. 1 and 4, the cylinder from the bore peripheral edge It is set to gradually increase toward the center.

【００３１】上記排気側傾斜面１２ｃのスワール下流側
部分（Ｌ）の境をなす、キャビティ１３の排気側周縁の
スワール下流側の側壁部分１３ｂの高さは、吸気側傾斜
面（吸気側傾斜部分）のキャビティ１３上への仮想延長
面の、ペントルーフの稜線を挟む対称位置の高さと略同
一となる設定である。The height of the side wall portion 13b on the swirl downstream side of the exhaust side peripheral edge of the cavity 13 that borders the swirl downstream portion (L) of the exhaust side inclined surface 12c is the intake side inclined surface (intake side inclined portion). The height is substantially the same as the height of the symmetrical position of the virtual extension surface on the cavity 13) above the ridge line of the pent roof.

【００３２】二つの吸気ポート８ａ、８ｂは、各気筒毎
の独立吸気通路（図示せず）から二つに分岐した通路部
分のそれぞれに接続され、それら二つの通路部分の一方
（図１において背面側の吸気ポート８ｂにつながる通路
部分）に通路面積を制御する制御弁（図示せず）が設け
られて、この一方の通路部分の制御弁を閉制御すること
により、他方（図１において表面側）の通路部分につな
がる吸気ポート８ａからの吸気流動によりシリンダ１内
に図２又は図３において反時計周り（矢印で示す方向）
のスワール（横渦）が生成されるようになっている。つ
まり、二つの吸気ポート８ａ、８ｂと、上記各通路部分
及び上記制御弁とでスワール生成手段が構成されてい
る。そして、上記制御弁の開度によってスワール強度が
制御可能である。The two intake ports 8a and 8b are respectively connected to two passage portions branched from independent intake passages (not shown) for each cylinder, and one of the two passage portions (the rear surface in FIG. 1). A control valve (not shown) for controlling a passage area is provided in a passage portion connected to the intake port 8b on the side, and the control valve in one of the passage portions is closed to control the other (the surface side in FIG. 1). 2) or 3 (in the direction indicated by the arrow) in the cylinder 1 due to the flow of intake air from the intake port 8a connected to the passage portion of FIG.
Swirl (lateral vortex) is generated. That is, the two intake ports 8a and 8b, the respective passage portions, and the control valve constitute a swirl generating means. The swirl intensity can be controlled by the opening of the control valve.

【００３３】以上の構成からなるエンジンは、低回転低
負荷側の所定運転域を成層燃焼領域とし、それより高回
転高負荷の運転域を均一燃焼領域とする。In the engine having the above-described configuration, the predetermined operating range on the low rotation and low load side is defined as a stratified combustion region, and the operation range with higher rotation and high load is defined as a uniform combustion region.

【００３４】そして、成層燃焼領域では、上記制御弁を
閉制御して、シリンダ１内にスワールを生起させ、圧縮
上死点手前近傍の例えばＢＴＤＣ５０〜６０゜で燃料を
噴射する。In the stratified combustion region, the control valve is controlled to close to generate swirl in the cylinder 1 and to inject fuel at, for example, BTDC 50 to 60 ° near the compression top dead center.

【００３５】このように成層燃焼領域において圧縮上死
点手前近傍の例えばＢＴＤＣ５０〜６０゜で燃料噴射弁
１４から噴射された燃料は噴霧となってキャビティ１３
内でスワールにより点火プラグ７の周りに移送され、点
火プラグ７の周りに混合気が偏在し成層化する。そし
て、例えばＢＴＤＣ２０゜で点火され、燃焼する。As described above, in the stratified combustion region, the fuel injected from the fuel injection valve 14 at, for example, BTDC 50 to 60 ° near the top dead center of the compression becomes spray,
The gas is transported around the spark plug 7 by swirl inside, and the air-fuel mixture is unevenly distributed around the spark plug 7 and stratified. Then, it is ignited by, for example, BTDC 20 ° and burns.

【００３６】こうしたエンジンにおいて、スワールによ
り移送される燃料噴霧は、図３に二点鎖線で示すように
点火プラグ７より上流側でピストン冠面のキャビティ１
３から流出しようとするが、キャビティ１３の排気側周
縁のスワール上流側の側壁部分１３ａが高いことによっ
て、そうしたキャビティ１３外への燃料噴霧の流出が抑
制され、さらに、排気側のスキッシュクリアランスがス
ワール上流側で小さくなることにより、そのスワール上
流側のスキッシゾーンにシリンダ中心方向へ向けて比較
的強いスキッシュ流が発生し、それによりキャビティ外
への燃料噴霧の流出が一層抑制される。In such an engine, the fuel spray transferred by the swirl is supplied to the cavity 1 on the piston crown surface upstream of the ignition plug 7 as shown by a two-dot chain line in FIG.
3, the height of the side wall portion 13 a on the swirl upstream side of the exhaust-side peripheral edge of the cavity 13 prevents the fuel spray from flowing out of the cavity 13, and further reduces the exhaust-side squish clearance. By reducing the size on the upstream side, a relatively strong squish flow is generated toward the center of the cylinder in the squish zone on the upstream side of the swirl, thereby further suppressing the fuel spray from flowing out of the cavity.

【００３７】また、キャビティ１３の排気側周縁のスワ
ール下流側の側壁部分１３ｂが低く、且つ、スワール下
流側のスキッシュゾーンに発生するスキッシュ流が相対
的に弱くなることにより、スキッシュ流によるスワール
の減衰が抑制され、適正なスワールが維持される。Further, since the side wall portion 13b on the swirl downstream side of the exhaust side peripheral edge of the cavity 13 is low, and the squish flow generated in the squish zone on the downstream side of the swirl is relatively weak, the swirl is attenuated by the squish flow. Is suppressed, and an appropriate swirl is maintained.

【００３８】こうしてスワールが確保され、燃料噴霧の
移送性が確保され、キャビティ１３外への流出が抑制さ
れることにより、成層度が向上して、リーン限界を高ま
り、燃費が向上する。また、スモークの発生が防止さ
れ、成層燃焼可能な運転領域が拡大するとともに、カー
ボンの堆積が抑制されて、耐ノッキング性が向上し、カ
ーボン剥離に起因するピストン摺動面の劣化やバルブシ
ートの密閉性低減や燃料噴射弁の目詰まりが防止され
て、エンジン信頼性が向上する。In this way, swirl is ensured, the transferability of the fuel spray is ensured, and the outflow to the outside of the cavity 13 is suppressed, whereby the degree of stratification is improved, the lean limit is increased, and the fuel efficiency is improved. In addition, the generation of smoke is prevented, the operating region in which stratified combustion can be performed is expanded, the accumulation of carbon is suppressed, knocking resistance is improved, the piston sliding surface is degraded due to carbon separation, and the valve seat is degraded. The sealing performance is reduced and clogging of the fuel injection valve is prevented, thereby improving engine reliability.

【００３９】また、ピストン冠面の排気側傾斜面１２ｃ
とピストン上死点におけるシリンダヘッド３の燃焼室凹
部６内面との間隙が、スワール上流側ではシリンダボア
周縁側からシリンダ中心方向へ略均一で、スワール下流
側ではシリンダボア周縁側からシリンダ中心方向へ徐々
に大きくなることにより、スワール上流側に発生した比
較的強いスキッシュ流によりキャビティ１３外への燃料
噴霧の流出を抑制しつつ、僅かでもキャビティ１３外に
流出しスワール下流側に流れた噴霧を、徐々に大きくな
るシリンダ中心側の空間容積部に導いて、空気とのミキ
シングを促進し、スモークの発生を低減するようにでき
る。The exhaust-side inclined surface 12c of the piston crown surface
The gap between the cylinder head 3 and the inner surface of the combustion chamber recess 6 of the cylinder head 3 at the top dead center of the cylinder is substantially uniform from the peripheral side of the cylinder bore toward the center of the cylinder on the upstream side of the swirl, and gradually from the peripheral side of the cylinder bore toward the center of the cylinder on the downstream side of the swirl. Due to the increase, the relatively strong squish flow generated on the upstream side of the swirl suppresses the flow of the fuel spray to the outside of the cavity 13, and the spray that slightly flows out of the cavity 13 and flows to the downstream side of the swirl is gradually reduced. It is guided to the larger space volume on the center side of the cylinder to promote mixing with air and reduce generation of smoke.

【００４０】また、キャビティ１３の排気側周縁のスワ
ール下流側の側壁部分１３ｂの高さが、吸気側傾斜面１
２ａのキャビティ１３上への仮想延長面のペントルーフ
の稜線を挟む対称位置の高さと略同一となる程度に低い
ことにより、高回転高負荷側の均一燃焼領域で吸気行程
において燃料を噴射し、筒内全体で空気と混合し、均一
な混合気で燃焼させる際の、キャビティ１３周縁の側壁
の高さによる火炎伝播の阻害要因が低減される。The height of the side wall portion 13b on the downstream side of the swirl at the periphery of the exhaust side of the cavity 13 is determined by the height of the intake side inclined surface 1.
The fuel is injected in the intake stroke in the uniform combustion region on the high-speed high-load side by lowering the height of the imaginary extension surface onto the cavity 13 of the 2a so as to be substantially the same as the height of the symmetrical position sandwiching the ridge line of the pent roof. When the entire inside is mixed with air and burned with a uniform air-fuel mixture, a factor that hinders flame propagation due to the height of the side wall of the peripheral edge of the cavity 13 is reduced.

【００４１】また、キャビティ１３が略長円形状である
ことにより、キャビティ容積が確保され、空気利用率が
向上する。Further, since the cavity 13 has a substantially elliptical shape, the cavity volume is secured and the air utilization rate is improved.

【００４２】図７は、上記実施の形態のピストン形状を
有するエンジンのスモーク低減効果を示している。丸プ
ロットは本発明による排気側傾斜面に段差のあるピスト
ン冠面形状を採用した場合のデータ、四角プロットはそ
うした段差のない場合のデータである。本発明によるピ
ストン冠面形状を採用することにより、スモークが明ら
かに低減している。FIG. 7 shows the smoke reduction effect of the engine having the piston shape of the above embodiment. The circle plot is data when a piston crown shape having a step on the exhaust-side inclined surface according to the present invention is used, and the square plot is data when there is no such step. By adopting the piston crown shape according to the present invention, smoke is significantly reduced.

【００４３】次に、上記実施の形態の応用例を説明す
る。図８に示す応用例は、上記実施の形態の火花点火式
直噴エンジンのピストン信頼性の向上を図るものであ
る。Next, an application example of the above embodiment will be described. The application example shown in FIG. 8 aims at improving the piston reliability of the spark ignition type direct injection engine of the above embodiment.

【００４４】上記実施の形態の火花点火式直噴エンジン
は、ピストン冠面の吸気側にオフセットしてキャビティ
１３を設けることにより、設計上、ピストン上部排気側
の肉厚が大きくなるのに加えて、排気側傾斜面１２ｃが
スワール上流側で高くなる設計となることにより、一層
ピストン上部排気側の肉厚が大きくなり、その排気側の
肉厚の大きな部分が熱的に不利な状態となる。In the spark ignition type direct injection engine of the above embodiment, by providing the cavity 13 offset on the intake side of the piston crown, the thickness of the upper part of the piston on the exhaust side is increased in addition to the design. Since the exhaust-side inclined surface 12c is designed to be higher on the swirl upstream side, the thickness of the upper exhaust side of the piston is further increased, and the thicker portion on the exhaust side is disadvantageously thermally disadvantageous.

【００４５】ピストン上部排気側の肉厚は、裏側から肉
を抜くことによりある程度は小さくなるが、吸気側にオ
フセットしたキャビティ１３があり、更にピンボスがあ
る形状では、ピストン上部排気側の肉を裏側からあまり
大きく抜くと強度的な問題が出てくる。The thickness of the piston upper exhaust side is reduced to some extent by removing the meat from the back side. However, if the cavity 13 is offset on the intake side and the pin boss is provided, the thickness of the piston upper exhaust side is reduced to the back side. If you pull out too much from the, there will be strength problems.

【００４６】そこで、図８に示す例では、オイルジェッ
トノズル２０をピストン５の排気側下方に配設し、この
オイルジェットノズル２０からピストン上部排気側下面
に向けてオイルジェットを噴出し、ピストン上部排気側
を冷却する。それにより、ピストン５の熱的信頼性が向
上する。そして、その効果は特に過給機付エンジンにお
いて顕著である。Therefore, in the example shown in FIG. 8, the oil jet nozzle 20 is disposed below the exhaust side of the piston 5, and an oil jet is jetted from the oil jet nozzle 20 toward the lower surface of the piston on the exhaust side. Cool the exhaust side. Thereby, the thermal reliability of the piston 5 is improved. The effect is particularly remarkable in a supercharged engine.

【００４７】なお、オイルジェットノズル２０は、コン
ロッドに対して吸気側に配置したオイルギャラリー（図
示せず）からコンロッドを迂回して排気側に取り回して
もよいし、あるいは、オイルギャラリーそのものを排気
側に配置してもよい。The oil jet nozzle 20 may be routed from the oil gallery (not shown) disposed on the intake side to the connecting rod to the exhaust side, bypassing the connecting rod, or the oil gallery itself may be connected to the exhaust side. May be arranged.

【００４８】[0048]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、シリンダヘッド下面の燃焼室凹部に沿ったペ
ントルーフ形状のピストン冠面に吸気側にオフセットし
てキャビティを設け、吸気側に燃料噴射弁を配置して、
所定運転域で燃料噴霧をスワールによりキャビティ内で
点火プラグの周りに移送し成層燃焼させる火花点火式直
噴エンジンにおいて、スワールの減衰を防止し燃料噴霧
の移送性を確保しつつ、キャビティ外への燃料噴霧の流
出を抑制して、成層度を高め、リーン限界を高め、燃費
を向上させるとともに、空気との混合が悪い排気側微小
間隙でのスモークの発生を防止して、成層燃焼可能な運
転領域を広げ、カーボンの堆積を抑制して、耐ノッキン
グ性を向上させ、カーボン剥離に起因するピストン摺動
面の劣化やバルブシートの密閉性低減や燃料噴射弁の目
詰まり等を防止して、エンジン信頼性を向上させること
ができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, a cavity is provided in the pent roof-shaped piston crown surface along the combustion chamber recess on the lower surface of the cylinder head, offset to the intake side, and the cavity is provided on the intake side. Arrange the fuel injection valve,
In a spark-ignition direct-injection engine that transfers fuel spray around the spark plug inside the cavity by swirl in a predetermined operating range and stratifies and burns, while preventing the swirl from attenuating and ensuring the fuel spray transferability, Suppresses fuel spray to increase stratification, raises the lean limit, improves fuel efficiency, and prevents stratified combustion with poor mixing with air, enabling stratified combustion. Expanding the area, suppressing carbon deposition, improving knock resistance, preventing deterioration of piston sliding surface due to carbon peeling, reduction of valve seat sealing, clogging of fuel injection valve, etc. Engine reliability can be improved.

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

【図１】本発明の実施の形態の一例に係る火花点火式直
噴エンジンの燃焼室部分の吸排気弁軸を通るシリンダ軸
線方向の縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a combustion chamber portion of a spark ignition type direct injection engine according to an example of an embodiment of the present invention, taken along a cylinder axis passing through an intake / exhaust valve shaft.

【図２】上記実施の形態のピストンの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the piston according to the embodiment.

【図３】上記実施の形態のピストンの平面図である。FIG. 3 is a plan view of the piston according to the embodiment.

【図４】図１のＡ−Ａ断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1;

【図５】図３のＢ−Ｂ断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along line BB of FIG. 3;

【図６】図３のＣ−Ｃ断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along the line CC of FIG. 3;

【図７】上記実施の形態のピストン形状を有するエンジ
ンのスモーク低減効果を示す実験データのグラフであ
る。FIG. 7 is a graph of experimental data showing a smoke reduction effect of the engine having the piston shape of the embodiment.

【図８】上記実施の形態の応用例の特徴部分を示す縦断
面図である。FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a characteristic portion of an application example of the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ シリンダ ３ シリンダヘッド ４ シリンダ軸線 ５ ピストン ６ 燃焼室凹部 ７ 点火プラグ ８ａ、８ｂ 吸気ポート ９ａ、９ｂ 排気ポート １０ａ、１０ｂ 吸気弁 １１ａ、１１ｂ 排気弁 １２ａ 稜線部分 １２ｂ 吸気側傾斜面 １２ｃ 排気側傾斜面 １３ キャビティ １３ａ スワール上流側の側壁部分 １３ｂ スワール下流側の側壁部分 １４ 燃料噴射弁 Ｕ ピストン冠面排気側傾斜面のスワール上流側部分 Ｌ ピストン冠面排気側傾斜面のスワール下流側部分 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder 3 Cylinder head 4 Cylinder axis 5 Piston 6 Combustion chamber concave part 7 Spark plug 8a, 8b Intake port 9a, 9b Exhaust port 10a, 10b Intake valve 11a, 11b Exhaust valve 12a Ridge part 12b Intake side inclined surface 12c Exhaust side inclined surface 13 Cavity 13a Sidewall part on the swirl upstream side 13b Sidewall part on the swirl downstream side 14 Fuel injection valve U Swirl upstream part of the piston crown exhaust side slope L Downstream swirl part of the piston crown exhaust side slope

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸原 正志 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 太田 統之 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 中山 佳映 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 山本 博之 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 藤井 幹公 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） 3G023 AA04 AA07 AB03 AD02 AD08 AD12 AG01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Masashi Maruhara 3-1 Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Mazda Co., Ltd. (72) Inventor Tomoyuki Ota 3-1 Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Mazda Inside (72) Inventor Yoshiei Nakayama 3-1 Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Mazda Corporation (72) Inventor Hiroyuki Yamamoto 3-1 Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Mazda (72) Inventor Mikiko Fujii 3-1 Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun, Hiroshima Mazda F-term (reference) 3G023 AA04 AA07 AB03 AD02 AD08 AD12 AG01

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 シリンダヘッドの下面にクランク軸方向
の稜線部分を挟んで吸気側および排気側のシリンダボア
周縁近傍に達する傾斜面を成すペントルーフ形状の燃焼
室凹部が形成され、該燃焼室凹部の上記稜線部分に点火
プラグが配設されるとともに、吸気側および排気側の傾
斜面に吸気ポートおよび排気ポートが形成されて、それ
ら吸気ポートおよび排気ポートに吸気弁および排気弁が
それぞれ配設され、 ピストン冠面が上記シリンダヘッドの燃焼室凹部に沿っ
たペントルーフ形状に形成され、該ペントルーフ形状の
ピストン冠面にシリンダ軸線に対し吸気側に偏位し排気
側周縁が上記点火プラグよりも排気側となる凹陥状のキ
ャビティが設けられ、 上記燃焼室凹部の吸気側に上記キャビティに向けて直接
燃料を噴射するよう燃料噴射弁が配設され、 シリンダ内にスワールを生成するスワール生成手段が設
けられ、該スワール生成手段により生成されたスワール
によって上記燃料噴射弁からの燃料噴霧が上記キャビテ
ィ内の点火プラグの周りに移送され、該点火プラグ周り
に混合気が偏在し成層化するよう構成された火花点火式
直噴エンジンにおいて、 上記ピストン冠面の排気側傾斜部分を、ペントルーフの
稜線近傍に位置するキャビティ排気側周縁の上記点火プ
ラグに対しスワール上流側且つ上記燃料噴射弁に対しス
ワール下流側の側壁が、上記キャビティ排気側周縁の上
記点火プラグに対しスワール下流側且つ上記燃料噴射弁
に対しスワール上流側の側壁よりも高い形状としたこと
を特徴とする火花点火式直噴エンジン。A pentroof-shaped combustion chamber recess is formed on the lower surface of the cylinder head and forms an inclined surface reaching near the periphery of the cylinder bore on the intake side and the exhaust side with a ridge in the crankshaft direction interposed therebetween. A spark plug is disposed on the ridge portion, an intake port and an exhaust port are formed on the intake and exhaust side inclined surfaces, and an intake valve and an exhaust valve are disposed on the intake port and the exhaust port, respectively. The crown surface is formed in a pent roof shape along the combustion chamber recess of the cylinder head, and the crown surface of the pent roof shape is deviated to the intake side with respect to the cylinder axis, and the exhaust side edge is closer to the exhaust side than the ignition plug. A recessed cavity is provided, and the fuel injection valve is configured to inject fuel directly toward the cavity on the intake side of the combustion chamber recess. A swirl generating means for generating a swirl in the cylinder is provided, and the swirl generated by the swirl generating means transfers fuel spray from the fuel injection valve around an ignition plug in the cavity; In a spark ignition type direct injection engine in which an air-fuel mixture is unevenly distributed around a spark plug and stratified, the exhaust-side inclined portion of the piston crown surface is located at a cavity exhaust-side periphery located near a ridgeline of a pent roof. On the other hand, the swirl upstream side and the swirl downstream side wall with respect to the fuel injection valve have a shape higher than the swirl downstream side with respect to the spark plug and the swirl upstream side wall with respect to the fuel injection valve. A spark-ignition direct-injection engine. 【請求項２】 ピストン上死点における上記シリンダヘ
ッドの燃焼室凹部内面との間隙が、上記点火プラグより
スワール上流側ではシリンダボア周縁側からシリンダ中
心方向へ略均一で、上記点火プラグよりスワール下流側
ではシリンダボア周縁側からシリンダ中心方向へ徐々に
大きくなるよう上記ピストン冠面の排気側傾斜部分の形
状を設定したことを特徴とする請求項１記載の火花点火
式直噴エンジン。2. A gap between a top end of the piston and the inner surface of the recess of the combustion chamber of the cylinder head is substantially uniform from the peripheral side of the cylinder bore toward the center of the cylinder on the swirl upstream side of the ignition plug, and on the swirl downstream side of the ignition plug. 2. The spark-ignition direct injection engine according to claim 1, wherein the shape of the inclined portion on the exhaust side of the piston crown is set so as to gradually increase from the peripheral side of the cylinder bore toward the center of the cylinder. 【請求項３】 上記ピストン冠面の上記排気側傾斜部分
は、上記キャビティ排気側周縁の上記点火プラグに対し
スワール下流側の側壁の高さが、吸気側傾斜部分の上記
キャビティ上への仮想延長面の上記ペントルーフの稜線
を挟む対称位置の高さと略同一となることを特徴とする
請求項１又は２記載の火花点火式直噴エンジン。3. The exhaust-side inclined portion of the piston crown surface, wherein the height of the swirl downstream side wall of the peripheral portion of the cavity exhaust-side with respect to the ignition plug is virtually extended above the cavity of the intake-side inclined portion. 3. The spark-ignition direct injection engine according to claim 1, wherein the height of the surface is substantially the same as the height of a symmetrical position across the ridge line of the pent roof. 【請求項４】 上記キャビティは、平面視にて上記ペン
トルーフの稜線方向に長い略長円形状であることを特徴
とする請求項１、２又は３記載の火花点火式直噴エンジ
ン。4. The spark-ignition direct injection engine according to claim 1, wherein the cavity has a substantially elliptical shape elongated in a ridge direction of the pent roof in plan view.
JP2000300293A 2000-09-29 2000-09-29 Spark ignition direct injection engine Expired - Fee Related JP4465849B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000300293A JP4465849B2 (en) 2000-09-29 2000-09-29 Spark ignition direct injection engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000300293A JP4465849B2 (en) 2000-09-29 2000-09-29 Spark ignition direct injection engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002106353A true JP2002106353A (en) 2002-04-10
JP4465849B2 JP4465849B2 (en) 2010-05-26

Family

ID=18781996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000300293A Expired - Fee Related JP4465849B2 (en) 2000-09-29 2000-09-29 Spark ignition direct injection engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4465849B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005008039A1 (en) * 2003-07-10 2005-01-27 Robert Bosch Gmbh Fuel injection system
JP2008088861A (en) * 2006-09-29 2008-04-17 Mazda Motor Corp Spark ignition type direct injection gasoline engine
JP2016098790A (en) * 2014-11-26 2016-05-30 マツダ株式会社 Combustion chamber structure of direct-injection engine
US11015515B2 (en) * 2018-11-16 2021-05-25 Mazda Motor Corporation Combustion chamber structure for engine
CN115750071A (en) * 2022-11-09 2023-03-07 重庆长安汽车股份有限公司 Gasoline engine combustion system, engine and vehicle
CN115750071B (en) * 2022-11-09 2024-05-03 重庆长安汽车股份有限公司 Gasoline engine combustion system, engine and vehicle

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005008039A1 (en) * 2003-07-10 2005-01-27 Robert Bosch Gmbh Fuel injection system
US7370631B2 (en) 2003-07-10 2008-05-13 Robert Bosch Gmbh Fuel injection system
JP2008088861A (en) * 2006-09-29 2008-04-17 Mazda Motor Corp Spark ignition type direct injection gasoline engine
JP4702249B2 (en) * 2006-09-29 2011-06-15 マツダ株式会社 Spark ignition direct injection gasoline engine
JP2016098790A (en) * 2014-11-26 2016-05-30 マツダ株式会社 Combustion chamber structure of direct-injection engine
US11015515B2 (en) * 2018-11-16 2021-05-25 Mazda Motor Corporation Combustion chamber structure for engine
CN115750071A (en) * 2022-11-09 2023-03-07 重庆长安汽车股份有限公司 Gasoline engine combustion system, engine and vehicle
CN115750071B (en) * 2022-11-09 2024-05-03 重庆长安汽车股份有限公司 Gasoline engine combustion system, engine and vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
JP4465849B2 (en) 2010-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6092501A (en) Direct injection gasoline engine with stratified charge combustion and homogeneous charge combustion
EP1837504B1 (en) Cylinder injection spark ignition type internal combustion engine
US6095114A (en) Gasoline direct-injection engine
JP2002188448A (en) Cylinder fuel injection type gasoline engine where fuel is injected inside the cylinder
JP2010001830A (en) Cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine
KR20170070750A (en) Gasolin-diesel complex combustion engine
JP3047789B2 (en) In-cylinder injection internal combustion engine and piston for in-cylinder injection internal combustion engine
JP4840383B2 (en) Internal combustion engine
JPH10317975A (en) Direct cylinder injection spark ignition engine
JP4465849B2 (en) Spark ignition direct injection engine
JP3612874B2 (en) In-cylinder injection engine
JP3037515B2 (en) Two-point ignition engine
JP2004108161A (en) Cylinder injection type internal combustion engine
JP3644329B2 (en) In-cylinder internal combustion engine
JP6642558B2 (en) Premixed compression ignition engine
JP3207624B2 (en) Engine combustion chamber structure
JP3775038B2 (en) In-cylinder injection spark ignition internal combustion engine piston
JPH11182249A (en) Direct injection spark-ignition type internal combustion engine
JPH0598965A (en) Direct-injection type diesel engine
JP3591141B2 (en) In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine
JP2004324532A (en) Direct injection internal combustion engine
JP3721761B2 (en) Piston for in-cylinder internal combustion engine
JP3852273B2 (en) Combustion chamber of internal combustion engine
JP3298361B2 (en) In-cylinder injection internal combustion engine
JP3468055B2 (en) Lean-burn internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070830

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20091021

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091027

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091228

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100202

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100215

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130305

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130305

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140305

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees