JP2006112240A - Cylinder direct injection type internal combustion engine - Google Patents

Cylinder direct injection type internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
JP2006112240A
JP2006112240A JP2004297564A JP2004297564A JP2006112240A JP 2006112240 A JP2006112240 A JP 2006112240A JP 2004297564 A JP2004297564 A JP 2004297564A JP 2004297564 A JP2004297564 A JP 2004297564A JP 2006112240 A JP2006112240 A JP 2006112240A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
annular groove
fuel
internal combustion
combustion engine
direct injection
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.)
Pending
Application number
JP2004297564A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Taisuke Shiraishi
泰介 白石
Tomohiko Tatara
知彦 多々良
Nagatomo Koyama
修朋 小山
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.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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 Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2004297564A priority Critical patent/JP2006112240A/en
Publication of JP2006112240A publication Critical patent/JP2006112240A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cylinder direct injection type internal combustion engine in which injected fuel mist can form an air fuel mixture mass without affecting the gas flow generated in the cylinder. <P>SOLUTION: An annular groove 12 is formed on a flat piston crown surface. The air fuel mixture mass is formed near an ignition plug 10 by injecting fuel while the injected fuel mist collides with the annular groove 12. Thereby, the gas flow in the cylinder can be prevented from penetrating into the annular groove 12 to permit the formation of the uniform layered air fuel mixture mass. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、筒内直接噴射式内燃機関に関し、特に筒内に混合気塊を確実に形成することを可能にする筒内直接噴射式内燃機関に関する。   The present invention relates to an in-cylinder direct injection internal combustion engine, and more particularly to an in-cylinder direct injection internal combustion engine that makes it possible to reliably form an air-fuel mixture in the cylinder.

筒内直接噴射式内燃機関においては、混合気に着実に点火・燃焼するために、機関の回転、負荷に応じて、筒内に適切な大きさ、空燃比の混合気を成層化した状態で形成することが重要である。   In an in-cylinder direct injection internal combustion engine, in order to ignite and burn the air-fuel mixture steadily, the air-fuel mixture of an appropriate size and air-fuel ratio is stratified in the cylinder according to the engine rotation and load. It is important to form.

そこでピストン冠面中心付近に内側キャビティを、その外周に外側キャビティをそれぞれ設けたピストンを用いた内燃機関が特許文献1に開示されている。この従来技術では、機関負荷が比較的大きい場合には、圧縮行程時に2度の燃料噴射を行う。すなわち1度目の燃料噴射を外側キャビティへ、2度目の燃料噴射を内側キャビティへそれぞれ衝突させ、比較的大きな混合気塊と比較的小さな混合気塊をそれぞれ形成することで、全体としてむらのない成層混合気塊を形成するとしている。
特開2004−36519号公報
Therefore, Patent Document 1 discloses an internal combustion engine using a piston in which an inner cavity is provided near the center of the piston crown surface and an outer cavity is provided on the outer periphery thereof. In this prior art, when the engine load is relatively large, the fuel is injected twice during the compression stroke. In other words, the first fuel injection collides with the outer cavity, and the second fuel injection collides with the inner cavity to form a relatively large mixture and a relatively small mixture. It is supposed to form a mixed air mass.
JP 2004-36519 A

しかしながら上記従来技術においては、筒内に発生した様々なガス流動が、噴射された燃料噴霧に影響を与える可能性がある。すなわち、キャビティ内に侵入したガス流動が、巻き上がる混合気塊の大きさ、速度、方向などに影響を与え、所望する混合気塊の形成の妨げになる恐れがあるのである。   However, in the above-described prior art, various gas flows generated in the cylinder may affect the injected fuel spray. That is, the gas flow that has entered the cavity affects the size, speed, direction, and the like of the air-fuel mixture that rolls up, and may interfere with the formation of the desired air-fuel mixture.

そこで本発明では、燃料噴霧が筒内のガス流動の影響を受けずに、むらのない混合気塊を形成することができる筒内直接噴射式内燃機関を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a direct injection type internal combustion engine that can form a uniform air-fuel mixture without the fuel spray being affected by the gas flow in the cylinder.

上記目的を達成するために、本発明では平坦なピストン冠面上に環状の溝を形成した。そして本発明では圧縮行程時に燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧を、その環状の溝に衝突する時期に噴射することで、衝突によって形成される混合気塊が燃焼室の上部に配した点火プラグ近傍に形成されるようにした。   In order to achieve the above object, in the present invention, an annular groove is formed on a flat piston crown surface. In the present invention, the fuel spray injected from the fuel injection valve during the compression stroke is injected at the time of collision with the annular groove, so that the air-fuel mixture formed by the collision is in the vicinity of the spark plug disposed at the upper portion of the combustion chamber. To be formed.

本発明によれば、筒内で発生したガス流動の影響が環状の溝内に及ばないため、燃料噴霧に対するガス流動の影響を抑えることができる。その結果、むらのない混合気塊を形成することができ、安定した成層燃焼を行うことができる。   According to the present invention, since the influence of the gas flow generated in the cylinder does not reach the annular groove, the influence of the gas flow on the fuel spray can be suppressed. As a result, a uniform air-fuel mixture can be formed, and stable stratified combustion can be performed.

以下第1の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, a first embodiment will be described with reference to the drawings.

図1において、燃焼室4はシリンダヘッド1、シリンダブロック2、およびピストン3によって形成されており、シリンダヘッド1とシリンダブロック2との間にはガスケット15を介装している。燃焼室4は、その上部で吸気バルブ5を介して吸気ポート6と、また、排気バルブ7を介して排気ポート8とそれぞれ連通している。ここで、吸気ポート6はスワール、またはタンブル流を発生させないポートである。
シリンダヘッド1に設けた燃料噴射弁9は、ピストン3とほぼ同軸線上、かつ、燃焼室4の上部中央に位置し、その近傍には点火プラグ10が設けられている。燃料噴射弁9は開弁時に燃料噴霧を燃焼室4に円錐面に沿った放射状に噴射するものであり、その円錐面の中心軸線はシリンダ中心軸線とほぼ平行である。
In FIG. 1, the combustion chamber 4 is formed by a cylinder head 1, a cylinder block 2, and a piston 3, and a gasket 15 is interposed between the cylinder head 1 and the cylinder block 2. The combustion chamber 4 communicates with the intake port 6 via the intake valve 5 and the exhaust port 8 via the exhaust valve 7 at the upper part thereof. Here, the intake port 6 is a port that does not generate a swirl or tumble flow.
The fuel injection valve 9 provided in the cylinder head 1 is positioned substantially coaxially with the piston 3 and in the upper center of the combustion chamber 4, and a spark plug 10 is provided in the vicinity thereof. The fuel injection valve 9 injects fuel spray radially into the combustion chamber 4 along the conical surface when the valve is opened, and the central axis of the conical surface is substantially parallel to the cylinder central axis.

平坦なピストン冠面上には、環状の溝12が形成されている。そして、その環状溝12よりも内側のピストン冠面を中心面11、外側のピストン冠面をピストン周縁部13とそれぞれ呼称する。   An annular groove 12 is formed on the flat piston crown surface. The piston crown surface on the inner side of the annular groove 12 is referred to as the center surface 11, and the outer piston crown surface is referred to as the piston peripheral edge portion 13.

ここで上記燃料噴射弁9は、安定して環状溝12へ燃料噴霧を衝突させるために指向性の強いものが好ましい。そのため例えば図2に示すホールノズル噴射弁や、図3に示すような円錐面の一部が燃料噴射方向に沿って切り欠かれた形状となるスワールノズル噴射弁などを用いる。   Here, it is preferable that the fuel injection valve 9 has a strong directivity in order to cause fuel spray to collide with the annular groove 12 stably. Therefore, for example, a hole nozzle injection valve shown in FIG. 2 or a swirl nozzle injection valve in which a part of a conical surface as shown in FIG. 3 is cut out along the fuel injection direction is used.

燃料噴射弁9と点火プラグ10は機関コントロールユニット(ECU)14からの信号に基づいて燃料噴射および点火を行う。ECU14はエアフロメータ信号、アクセル開度信号、クランク角センサ信号、冷却水温センサ信号などの運転状態信号に基づいて演算を行い、燃料噴射量、燃料噴射時期および点火時期を制御する。   The fuel injection valve 9 and the spark plug 10 perform fuel injection and ignition based on a signal from an engine control unit (ECU) 14. The ECU 14 performs calculations based on operation state signals such as an air flow meter signal, an accelerator opening signal, a crank angle sensor signal, a cooling water temperature sensor signal, and controls the fuel injection amount, fuel injection timing, and ignition timing.

上記のように構成された内燃機関は2つの燃焼形態をとる。圧縮行程時に燃料噴射を行うことで混合気を層状化し、空燃比がリーン状態での運転を実現する成層燃焼と、吸気行程時に燃料噴射を行い、十分な混合時間をとることで空燃比がストイキ(理論空燃比)状態での運転を実現する均質燃焼である。本発明の内燃機関においては、全運転条件の中で比較的低負荷および低回転の領域は成層燃焼を行い、比較的高負荷および高回転の領域では均質燃焼を行う。   The internal combustion engine configured as described above takes two combustion forms. The fuel-air mixture is stratified by performing fuel injection during the compression stroke, and stratified combustion that realizes operation with a lean air-fuel ratio and fuel injection during the intake stroke, and sufficient air-fuel ratio is obtained by taking sufficient mixing time. It is homogeneous combustion that realizes operation in the (theoretical air-fuel ratio) state. In the internal combustion engine of the present invention, stratified combustion is performed in the region of relatively low load and low rotation in all operating conditions, and homogeneous combustion is performed in the region of relatively high load and high rotation.

図4に本実施形態におけるピストンの概略図を示す。   FIG. 4 shows a schematic view of the piston in the present embodiment.

本実施形態において、外壁面12cは底部12bから燃焼室4の中心方向に傾斜する、いわゆるリエントラント形状に形成されている。そしてその傾斜面は、鉛直線に対して角度dだけ燃焼室4の中心方向に傾斜する。   In the present embodiment, the outer wall surface 12c is formed in a so-called reentrant shape that is inclined from the bottom 12b toward the center of the combustion chamber 4. The inclined surface is inclined toward the center of the combustion chamber 4 by an angle d with respect to the vertical line.

また、内壁面12aは燃料噴射弁9によって噴射される燃料噴霧に沿って、底部12bから燃焼室4の中心方向に傾斜しており、その傾斜面は鉛直線に対して角度eだけ傾斜している。ここで角度eは角度dよりも大きく設定されている。   The inner wall surface 12a is inclined from the bottom 12b toward the center of the combustion chamber 4 along the fuel spray injected by the fuel injection valve 9, and the inclined surface is inclined by an angle e with respect to the vertical line. Yes. Here, the angle e is set larger than the angle d.

ピストン周縁部13において、面13aはピストン縦断面で見て中心面11と同じ高さにあり、外壁面12cの上端fで環状溝12とつながっている。すなわち本実施形態では内壁面12aの上端gと外壁面12cの上端fは同じ高さである。   In the piston peripheral edge portion 13, the surface 13 a is at the same height as the center surface 11 when viewed in the longitudinal section of the piston, and is connected to the annular groove 12 at the upper end f of the outer wall surface 12 c. That is, in this embodiment, the upper end g of the inner wall surface 12a and the upper end f of the outer wall surface 12c are the same height.

面13bはピストン周縁側の端hで面13aとつながっており、ピストン縦断面で見て、ピストン周縁方向に向かって外壁面12cの上端fより高さが低くなるように、燃焼室4の上方に円錐面の頂点を有するテーパ面である。その傾斜は鉛直線に対して角度iに設定されている。一方、面13bのさらにピストン周縁側は面13cで形成され、図中jにおいて面13bとつながっている。面13cは面13aに平行であり、ピストン縦断面で見て、面13aよりもmだけ低い環状の面である。   The surface 13b is connected to the surface 13a at the end h on the piston peripheral side, and is located above the combustion chamber 4 so that the height is lower than the upper end f of the outer wall 12c in the piston peripheral direction when viewed in the piston longitudinal section. It is a tapered surface having the apex of the conical surface. The inclination is set at an angle i with respect to the vertical line. On the other hand, the piston peripheral side of the surface 13b is formed by a surface 13c, and is connected to the surface 13b in FIG. The surface 13c is parallel to the surface 13a and is an annular surface that is lower than the surface 13a by m as viewed in the longitudinal section of the piston.

成層燃焼時において燃料噴射弁9による燃料噴射は、圧縮行程時に行われる。そしてその燃料噴射は、噴射された燃料噴霧が環状溝12に衝突し、点火プラグ10近傍に混合気塊を形成するように噴射される。   During stratified combustion, fuel injection by the fuel injection valve 9 is performed during the compression stroke. The fuel injection is performed such that the injected fuel spray collides with the annular groove 12 to form an air-fuel mixture in the vicinity of the spark plug 10.

上記燃料噴射における燃料噴霧と混合気塊形成の模式図を図5に示す。   FIG. 5 shows a schematic diagram of fuel spraying and air-fuel mixture formation in the fuel injection.

まず、燃料噴射弁9によって噴射された燃料噴霧は、筒内のガス流動の影響を受けることなく内壁面12aに衝突する(図5の(a))。衝突した燃料噴霧は、その貫徹力によって底面12bを経由して、外壁面12cから燃焼室4の上方に巻き上がり(図5の(b))、点火プラグ10近傍に所望する大きさのむらのない混合気塊を形成する(図5の(c))。   First, the fuel spray injected by the fuel injection valve 9 collides with the inner wall surface 12a without being affected by the gas flow in the cylinder ((a) of FIG. 5). The impinging fuel spray is rolled up from the outer wall surface 12c to the upper side of the combustion chamber 4 by the penetrating force (FIG. 5 (b)), and there is no unevenness in the desired size in the vicinity of the spark plug 10. A mixed gas mass is formed ((c) of FIG. 5).

第1の実施形態による効果について説明する。   The effect by 1st Embodiment is demonstrated.

図6の(b)に示すように、従来のピストンでは噴射された燃料噴霧が筒内のガス流動の影響を受け、最終的に形成される混合気塊に影響を与えていた。すなわちピストン中心部に設けられたキャビティ内にピストン中心部、およびピストン周縁部で発生したガス流動が侵入することで、形成された混合気の巻き上がりが不良になる、もしくは、巻き上がりの方向が所望する方向にならないというおそれがあった。   As shown in FIG. 6 (b), in the conventional piston, the injected fuel spray is affected by the gas flow in the cylinder and affects the air-fuel mixture finally formed. That is, the gas flow generated at the piston central part and the piston peripheral part penetrates into the cavity provided in the piston central part, so that the air-fuel mixture formed is poorly wound, or the direction of the winding is There was a fear that it would not be in the desired direction.

一方、本発明では平坦なピストン冠面上に形成された環状溝12と、その環状溝12によって囲まれる中心面11の形状により、筒内に発生するガス流動が環状溝12内に侵入することを抑えることができる。すなわち平坦な中心面11に沿ったガス流動はもはや、ピストン縦断面で見て、下向きの速度成分を有しておらず、環状溝12に侵入することなく燃焼室内を流動する。その結果、環状溝12に衝突した燃料噴霧を筒内のガス流動の影響を受けずに巻き上げ、所望する大きさのむらのない混合気塊を形成することが可能となるのである(図6の(a))。   On the other hand, in the present invention, due to the shape of the annular groove 12 formed on the flat piston crown surface and the central surface 11 surrounded by the annular groove 12, the gas flow generated in the cylinder enters the annular groove 12. Can be suppressed. That is, the gas flow along the flat central surface 11 no longer has a downward velocity component when viewed in the longitudinal section of the piston, and flows in the combustion chamber without entering the annular groove 12. As a result, the fuel spray that has collided with the annular groove 12 can be rolled up without being affected by the gas flow in the cylinder, and an air-fuel mixture having a desired size can be formed (see FIG. 6 ( a)).

本実施形態では外壁面12cを、底部12bから鉛直線に対して角度dだけ燃焼室4の中心方向に傾くリエントラント形状に形成した。このことにより、形成された混合気塊が拡散することを防ぎ、混合気塊を効果的に点火プラグ10近傍へ運ぶことができる。この場合において、環状溝12の外壁面12cは鉛直線に垂直であっても混合気塊の拡散を防ぐ効果があるが、混合気塊をより安定して点火プラグ10近傍へ供給するためにはリエントラント形状であることがより好ましい。   In the present embodiment, the outer wall surface 12c is formed in a reentrant shape inclined from the bottom 12b toward the center of the combustion chamber 4 by an angle d with respect to the vertical line. As a result, the formed air-fuel mixture can be prevented from diffusing and the air-fuel mixture can be effectively carried to the vicinity of the spark plug 10. In this case, even if the outer wall surface 12c of the annular groove 12 is perpendicular to the vertical line, there is an effect of preventing the air-fuel mixture from diffusing, but in order to supply the air-fuel mixture to the vicinity of the spark plug 10 more stably. A reentrant shape is more preferable.

また、本実施形態では内壁面12aを燃料噴霧に沿って、鉛直線に対して角度eだけ燃焼室4の中心方向に傾斜させた。このことにより、燃料噴霧の環状溝12への衝突がやわらぎ、形成される混合気塊が環状溝12の底面12bおよび外壁面12cに沿ってスムーズに巻き上がる。その結果、さらにむらのない混合気塊の形成が可能となる。   In the present embodiment, the inner wall surface 12a is inclined along the fuel spray toward the center of the combustion chamber 4 by an angle e with respect to the vertical line. As a result, the collision of the fuel spray with the annular groove 12 is softened, and the air-fuel mixture formed is smoothly rolled up along the bottom surface 12b and the outer wall surface 12c of the annular groove 12. As a result, the air-fuel mixture can be formed more evenly.

加えて面13a、面13bおよび面13cによってピストン周縁部13を形成した。このテーパ面を形成することで、気筒の圧縮比を高めることができ、内燃機関の性能向上につながる。   In addition, the piston peripheral edge portion 13 was formed by the surface 13a, the surface 13b, and the surface 13c. By forming this tapered surface, the compression ratio of the cylinder can be increased, leading to an improvement in the performance of the internal combustion engine.

さらにピストン周縁部13の高さを、ピストン縦断面で見て外壁面12cの上端fの高さ以下に形成したことで、燃焼室4に発生するガス流動がピストン周縁部13から環状溝12に侵入することを効果的に抑えることができる。   Further, since the height of the piston peripheral portion 13 is formed to be equal to or lower than the height of the upper end f of the outer wall surface 12c when viewed in the longitudinal section of the piston, the gas flow generated in the combustion chamber 4 flows from the piston peripheral portion 13 to the annular groove 12. Intrusion can be effectively suppressed.

さらに、ピストン縦断面で見て、環状溝12の内壁面12aの上端gと外壁面12cの上端fとを同じ高さに形成した。つまりピストン周縁部13の高さを中心面11の高さと一致させた。このことにより、筒内に発生するガス流動が環状溝12内に侵入することをより効果的に抑えることができる。なお、ピストン周縁部13の高さを中心面11の高さよりも低く形成した場合においても同様の効果を発揮する。   Furthermore, the upper end g of the inner wall surface 12a of the annular groove 12 and the upper end f of the outer wall surface 12c were formed at the same height when viewed in the longitudinal section of the piston. That is, the height of the piston peripheral edge portion 13 was made to coincide with the height of the central surface 11. Thereby, it is possible to more effectively suppress the gas flow generated in the cylinder from entering the annular groove 12. It should be noted that the same effect is exhibited even when the height of the piston peripheral edge portion 13 is formed lower than the height of the central surface 11.

第2の実施形態について説明する。   A second embodiment will be described.

図7に本実施形態におけるピストンの概略図を示す。   FIG. 7 shows a schematic view of the piston in the present embodiment.

本実施形態では、ピストン周縁部13が中心面11と平行であることを特徴とする。また、本実施形態においてはピストン縦断面で見てピストン周縁部13と中心面11が同じ高さに形成されている。つまり図中のg、f、およびhは同一平面上に位置する。   The present embodiment is characterized in that the piston peripheral edge portion 13 is parallel to the center plane 11. Moreover, in this embodiment, the piston peripheral part 13 and the center surface 11 are formed in the same height seeing in a piston longitudinal cross-section. That is, g, f, and h in the figure are located on the same plane.

第2の実施形態による効果について説明する。   The effect by 2nd Embodiment is demonstrated.

本実施形態では第1の実施形態に比べてピストン冠面の表面積を小さくすることができる。つまり燃焼室の表面積と体積の比であるS/V比を第1の実施形態よりも小さくすることができ、冷却損失を抑えることができるのである。よって、第1の実施形態による効果に加え、内燃機関の性能向上が可能となる。   In the present embodiment, the surface area of the piston crown surface can be reduced as compared with the first embodiment. That is, the S / V ratio, which is the ratio between the surface area and the volume of the combustion chamber, can be made smaller than in the first embodiment, and cooling loss can be suppressed. Therefore, in addition to the effects of the first embodiment, the performance of the internal combustion engine can be improved.

第3の実施形態について説明する。   A third embodiment will be described.

図8に本実施形態におけるピストンの概略図を示す。   FIG. 8 shows a schematic view of the piston in the present embodiment.

本実施形態では前記実施形態の環状溝を、同心円上に内外2つ設けた。すなわち内壁面12a-i、底面12b-i、および外壁面12c-iからなる内側環状溝12-iと、内壁面12a-o、底面12b-o、および外壁面12c-oからなる外側環状溝12-oである。ここで内側環状溝12-iよりも内側のピストン冠面は中心面11-iである。図8において、内側環状溝12-iの外壁面12c-iの上端fから外側環状溝12-oの内壁面12a-oの上端hへは、平坦な環状の面11-oを介してつながっている。また、外側環状溝12-oの外壁面12c-oは、その上端iでピストン周縁部13につながっている。   In this embodiment, two annular grooves of the above embodiment are provided on the concentric circles. That is, the inner annular groove 12-i composed of the inner wall surface 12a-i, the bottom surface 12b-i, and the outer wall surface 12c-i, and the outer annular groove composed of the inner wall surface 12a-o, the bottom surface 12b-o, and the outer wall surface 12c-o. 12-o. Here, the piston crown surface inside the inner annular groove 12-i is the center surface 11-i. In FIG. 8, the upper end f of the outer wall surface 12c-i of the inner annular groove 12-i is connected to the upper end h of the inner wall surface 12a-o of the outer annular groove 12-o through a flat annular surface 11-o. ing. Further, the outer wall surface 12c-o of the outer annular groove 12-o is connected to the piston peripheral portion 13 at its upper end i.

ピストン周縁部13は、ピストン縦断面で見て、ピストン中心側の端iからピストン周縁側の端jに向かって高さが低くなるように、鉛直線に対して角度eだけ燃焼室4の中心方向に傾斜するテーパ面である。   The piston peripheral portion 13 is the center of the combustion chamber 4 at an angle e with respect to the vertical line so that the height decreases from the end i on the piston center side toward the end j on the piston peripheral side as viewed in the longitudinal section of the piston. It is a tapered surface inclined in the direction.

なお本実施形態では、内側環状溝12-iの内壁面12a-iの上端gと外壁面12c-iの上端fは、ピストン縦断面で見て同じ高さであり、また、外側環状溝12-oの内壁面12a-oの上端hと外壁面12c-oの上端iも同じ高さである。   In the present embodiment, the upper end g of the inner wall surface 12a-i of the inner annular groove 12-i and the upper end f of the outer wall surface 12c-i have the same height when viewed in the longitudinal section of the piston, and the outer annular groove 12 The upper end h of the inner wall surface 12a-o and the upper end i of the outer wall surface 12c-o have the same height.

また、本実施形態では内外2つの環状溝の外壁面は、それぞれの環状溝の底部から燃焼室4の中心方向に向かって傾斜するリエントラント形状である。そして外側環状溝12-oの外壁面12c-oの鉛直線に対する傾斜kが、内側環状溝12-iの外壁面12c-iの鉛直線に対する傾斜dよりも、燃焼室4の中心方向に大きく傾斜した形状となっている。   Further, in the present embodiment, the outer wall surfaces of the inner and outer two annular grooves have a reentrant shape that is inclined from the bottom of each annular groove toward the center of the combustion chamber 4. The inclination k of the outer annular groove 12-o with respect to the vertical line of the outer wall surface 12c-o is larger in the center direction of the combustion chamber 4 than the inclination d of the inner annular groove 12-i with respect to the vertical line of the outer wall surface 12c-i. It has an inclined shape.

さらに、内側環状溝12-iの底面12b-iの中心面11-iからの深さmは、外側環状溝12-oの底面12b-oの中心面11-iからの深さnに比べて浅い形状となっている。   Furthermore, the depth m from the center surface 11-i of the bottom surface 12b-i of the inner annular groove 12-i is compared with the depth n from the center surface 11-i of the bottom surface 12b-o of the outer annular groove 12-o. It has a shallow shape.

本実施形態における燃料噴射は、例えば機関負荷が比較的低負荷の場合には内側環状溝12-iに燃料噴霧が衝突し、機関負荷が比較的高負荷の場合には外側環状溝12-oに燃料噴霧が衝突するように設定する。   In the fuel injection in this embodiment, for example, when the engine load is relatively low, the fuel spray collides with the inner annular groove 12-i, and when the engine load is relatively high, the outer annular groove 12-o. The fuel spray is set to collide with.

そして、機関負荷が増大し、いずれか1つの環状溝では必要とされる大きさの混合気塊を形成することができない運転領域では、圧縮行程時に2度の燃料噴射を行う。すなわち1度目の燃料噴射は外側環状溝12-oへ、2度目の燃料噴射は内側環状溝12-iへそれぞれ衝突するように燃料を噴射する。   In the operation region where the engine load increases and any one of the annular grooves cannot form an air-fuel mixture having the required size, fuel injection is performed twice during the compression stroke. That is, fuel is injected so that the first fuel injection collides with the outer annular groove 12-o and the second fuel injection collides with the inner annular groove 12-i.

図9の模式図を用いて2度の燃料噴射を行う場合について説明する。   A case where fuel injection is performed twice will be described with reference to the schematic diagram of FIG.

まず、圧縮行程中盤に1度目の燃料噴射を行い、その燃料噴射によって噴射された燃料噴霧は外側環状溝12-oの内壁面12a-oに衝突する(図9の(a))。その後、燃料噴霧はその貫徹力によって底面12b-oを経由して外壁面12c-oから燃焼室4の上方に向かい(図9の(b))、周辺空気を巻き込みつつ、むらのない混合気塊を形成する。この際に形成される混合気塊の大きさは、外側環状溝12-oの大きさに依存して比較的大きくなる。   First, the first fuel injection is performed in the middle of the compression stroke, and the fuel spray injected by the fuel injection collides with the inner wall surface 12a-o of the outer annular groove 12-o ((a) in FIG. 9). Thereafter, the fuel spray is directed from the outer wall surface 12c-o to the upper side of the combustion chamber 4 via the bottom surface 12b-o by the penetrating force ((b) of FIG. 9), and the air-fuel mixture without unevenness while entraining the surrounding air. Form lumps. The size of the air-fuel mixture formed at this time is relatively large depending on the size of the outer annular groove 12-o.

2度目の燃料噴射は圧縮行程の終盤に、内側環状溝12-iに衝突するように行われ、この燃料噴射による燃料噴霧は内側環状溝12-iの内壁面12a-iに衝突する(図9の(c))。衝突した燃料噴霧はその貫徹力によって内側環状溝12-iの底面12b-iを経由して外壁面12c-iから燃焼室4の上方に向かい(図9の(d))、燃焼室4の中心付近に比較的小さな混合気塊を形成する。   The second fuel injection is performed so as to collide with the inner annular groove 12-i at the end of the compression stroke, and the fuel spray by this fuel injection collides with the inner wall surface 12a-i of the inner annular groove 12-i (see FIG. 9 (c)). The impinging fuel spray is directed upward from the outer wall surface 12c-i to the upper side of the combustion chamber 4 via the bottom surface 12b-i of the inner annular groove 12-i (FIG. 9 (d)). A relatively small air-fuel mixture is formed near the center.

そして、1度目の燃料噴射時に形成された混合気塊と2度目の燃料噴射時に形成された混合気塊によって、燃焼室4の点火プラグ10近傍に所望する大きさのむらのない混合気塊を形成することができる(図9の(e))。   Then, the air-fuel mixture formed at the time of the first fuel injection and the air-fuel mixture formed at the time of the second fuel injection form a non-uniform air-fuel mixture having a desired size in the vicinity of the spark plug 10 of the combustion chamber 4. (E in FIG. 9).

第3の実施形態による効果について説明する。   The effect by 3rd Embodiment is demonstrated.

同心円上に内外2つの環状溝を設けたことにより、第1の実施形態による効果に加え、1つのピストンによって形成されるむらのない混合気塊の大きさを調整することが可能となり、より安定した成層燃焼を行うことができる。   By providing two inner and outer annular grooves on a concentric circle, in addition to the effect of the first embodiment, it becomes possible to adjust the size of the uniform air-fuel mixture formed by one piston, which is more stable Stratified combustion can be performed.

特に本実施形態では、機関負荷が比較的低負荷ならば内側環状溝12-iに燃料噴霧を衝突させ、機関負荷が比較的高負荷ならば外側環状溝12-oに燃料噴霧を衝突させることで、それぞれの機関負荷に必要な大きさの混合気塊を、筒内ガス流動の影響を受けずにむらのない状態で形成することができる。   In particular, in this embodiment, when the engine load is relatively low, the fuel spray collides with the inner annular groove 12-i, and when the engine load is relatively high, the fuel spray collides with the outer annular groove 12-o. Thus, an air-fuel mixture having a size required for each engine load can be formed without being affected by the in-cylinder gas flow and without any unevenness.

また、機関負荷が増大し、いずれか1つの環状溝では必要な大きさの混合気塊を形成できない運転領域では、圧縮行程時に2度の燃料噴射を行う。すなわち1度目の燃料噴射による燃料噴霧を外側環状溝12-oに衝突させ、2度目の燃料噴射の燃料噴霧を内側環状溝12-iに衝突させる。このことにより、機関負荷が増大した場合においても、所望する大きさのむらのない混合気塊を形成することができる。   In the operation region where the engine load increases and any one of the annular grooves cannot form an air-fuel mixture having a required size, fuel injection is performed twice during the compression stroke. That is, the fuel spray from the first fuel injection collides with the outer annular groove 12-o, and the fuel spray from the second fuel injection collides with the inner annular groove 12-i. As a result, even when the engine load increases, a desired air-fuel mixture having a uniform size can be formed.

また、本実施形態では外側環状溝12-oの外壁面12c-oを内側環状溝12-iの外壁面12c-iよりも鉛直線に対して燃焼室4の中心方向へより大きく傾ける。その結果、外側環状溝12-oによって形成される混合気塊をより効果的に点火プラグ10近傍に供給することが可能となる。   Further, in the present embodiment, the outer wall surface 12c-o of the outer annular groove 12-o is inclined more toward the center of the combustion chamber 4 with respect to the vertical line than the outer wall surface 12c-i of the inner annular groove 12-i. As a result, the air-fuel mixture formed by the outer annular groove 12-o can be more effectively supplied to the vicinity of the spark plug 10.

さらに、中心面11-iからの深さは内側環状溝12-iの方が、外側環状溝12-oの深さよりも浅いため、内側環状溝12-iによって形成される混合気塊は比較的小さなものとなる。そのためアイドルなどの極低負荷時においても、より安定した成層燃焼を行うことができる。   Further, since the inner annular groove 12-i is shallower than the outer annular groove 12-o from the center plane 11-i, the air-fuel mixture formed by the inner annular groove 12-i is compared. Small. Therefore, more stable stratified combustion can be performed even at extremely low loads such as idle.

第4の実施形態について説明する。   A fourth embodiment will be described.

図10に本実施形態におけるピストンの概略図を示す。   FIG. 10 shows a schematic view of the piston in the present embodiment.

本実施形態では前記実施形態と同様に平坦なピストン冠面上に、同心円上の環状溝を内外2つ設けたことを特徴とする。特に内側環状溝12-iの底面12b-iの中心面11-iからの深さnが、外側環状溝12-oの底面12b-oの中心面11-iからの深さmに比べて深くなっていることを特徴とする。   This embodiment is characterized in that two concentric annular grooves are provided on the flat piston crown surface as in the above embodiment. In particular, the depth n from the center surface 11-i of the bottom surface 12b-i of the inner annular groove 12-i is larger than the depth m from the center surface 11-i of the bottom surface 12b-o of the outer annular groove 12-o. It is characterized by being deep.

第4の実施形態による効果について説明する。   The effect by 4th Embodiment is demonstrated.

本実施形態によれば、内側環状溝12-iによって比較的大きな混合気塊を形成することができる。このため、低負荷時から中負荷時にかけてより安定した成層燃焼を行うことができる。   According to the present embodiment, a relatively large air-fuel mixture can be formed by the inner annular groove 12-i. For this reason, more stable stratified combustion can be performed from low load to medium load.

なお、ピストン冠面上に同心円上の環状溝を内外2つ設けた場合において、内側環状溝12-iの内径が小さくなると、図11のように中心面11-iがなくなり、点状となることが考えられる。この場合においても内側環状溝12-iと外側環状溝12-oの間に位置する環状面11-oによって筒内ガス流動の環状溝への侵入を抑えることができるため、本発明の意図するところである。   When two inner and outer concentric annular grooves are provided on the crown surface of the piston, when the inner diameter of the inner annular groove 12-i decreases, the center surface 11-i disappears as shown in FIG. It is possible. Even in this case, since the annular surface 11-o positioned between the inner annular groove 12-i and the outer annular groove 12-o can suppress the intrusion of the in-cylinder gas flow into the annular groove, the present invention intends. By the way.

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなし得る様々な変更、改良が含まれることは言うまでもない。   It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and improvements that can be made within the scope of the technical idea thereof.

本発明における筒内直接噴射式内燃機関の構成図である。It is a block diagram of the direct injection type internal combustion engine in this invention. ホールノズル噴射弁の概略図である。It is the schematic of a hole nozzle injection valve. 切り欠き付きスワールノズル噴射弁の概略図である。It is the schematic of a swirl nozzle injection valve with a notch. 第1の実施形態におけるピストンの概略図である。It is the schematic of the piston in 1st Embodiment. 本発明における燃料噴霧と混合気塊形成の概略図である。It is the schematic of fuel spray in this invention, and air-fuel | gaseous mass formation. 筒内のガス流動と燃料噴霧の関係を示した概略図である。It is the schematic which showed the relationship between the gas flow in a cylinder, and fuel spray. 第2の実施形態におけるピストンの概略図である。It is the schematic of the piston in 2nd Embodiment. 第3の実施形態におけるピストンの概略図である。It is the schematic of the piston in 3rd Embodiment. 第3の実施形態において2度の燃料噴射を行う際の燃料噴霧と混合気塊の形成の概略図である。It is the schematic of formation of the fuel spray and the air-fuel | gaseous mass at the time of performing fuel injection twice in 3rd Embodiment. 第4の実施形態におけるピストンの概略図である。It is the schematic of the piston in 4th Embodiment. 第4の実施形態におけるピストンの概略図である。It is the schematic of the piston in 4th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリンダヘッド
2 シリンダブロック
3 ピストン
4 燃焼室
5 吸気バルブ
6 吸気ポート
7 排気バルブ
8 排気ポート
9 燃料噴射弁
10 点火プラグ
11 中心面
12 環状溝
13 ピストン周縁部
14 機関コントロールユニット(ECU)
15 ガスケット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder head 2 Cylinder block 3 Piston 4 Combustion chamber 5 Intake valve 6 Intake port 7 Exhaust valve 8 Exhaust port 9 Fuel injection valve 10 Spark plug 11 Center surface 12 Annular groove 13 Piston peripheral part 14 Engine control unit (ECU)
15 Gasket

Claims (13)

燃焼室の上部に点火プラグと燃料噴射弁とを具備する筒内直接噴射式内燃機関において、
平坦なピストン冠面上に環状の溝を形成し、
前記燃料噴射弁から噴射された放射状の燃料噴霧が、圧縮行程時に前記環状の溝に衝突する時期に燃料を噴射し、前記点火プラグ近傍に混合気塊を形成するようにしたことを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関。
In a direct injection type internal combustion engine having an ignition plug and a fuel injection valve at the upper part of the combustion chamber,
An annular groove is formed on the flat piston crown,
The fuel is injected when the radial fuel spray injected from the fuel injection valve collides with the annular groove during the compression stroke, and an air-fuel mixture is formed in the vicinity of the spark plug. In-cylinder direct injection internal combustion engine.
前記環状の溝の外側壁面は、前記環状の溝の底部から前記燃焼室の中心方向に向かって傾斜するリエントラント形状であることを特徴とする請求項1に記載の筒内直接噴射式内燃機関。   2. The direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein an outer wall surface of the annular groove has a reentrant shape inclined from a bottom portion of the annular groove toward a center direction of the combustion chamber. 前記環状の溝の内側壁面は、前記燃料噴射弁によって噴射される燃料噴霧に沿って、前記環状の溝の底部から前記燃焼室の中心方向に向かって傾斜することを特徴とする請求項1または2に記載の筒内直接噴射式内燃機関。   The inner wall surface of the annular groove is inclined from the bottom of the annular groove toward the center of the combustion chamber along the fuel spray injected by the fuel injection valve. 2. The direct injection type internal combustion engine according to 2. 前記環状の溝よりも外側の前記ピストン冠面は、ピストン縦断面で見て、前記環状の溝の外側壁面上端の高さ以下に形成することを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。   4. The piston crown surface outside the annular groove is formed below the height of the upper end of the outer wall surface of the annular groove when viewed in a piston longitudinal section. The direct injection type internal combustion engine described in 1. 前記環状の溝よりも外側の前記ピストン冠面は、前記環状の溝よりも内側の前記ピストン冠面に平行で、かつ、平坦な面によって形成することを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。   4. The piston crown surface outside the annular groove is formed by a flat surface parallel to the piston crown surface inside the annular groove. An in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 1. 前記環状の溝よりも外側の前記ピストン冠面は、ピストン縦断面で見て、前記環状の溝よりも内側の前記ピストン冠面の高さ以下に形成することを特徴とする請求項1に記載の筒内直接噴射式内燃機関。   The said piston crown surface outside the said annular groove is formed below the height of the said piston crown surface inside the said annular groove seeing in a piston longitudinal cross section. In-cylinder direct injection internal combustion engine. 前記環状の溝よりも外側の前記ピストン冠面は、ピストン縦断面で見て、少なくともその一部が燃焼室上方に円錐面の頂点をもつテーパ形状に形成されることを特徴とする請求項6に記載の筒内直接噴射式内燃機関。   7. The piston crown surface outside the annular groove is formed in a taper shape having at least a part thereof having a conical apex above the combustion chamber when viewed in a longitudinal section of the piston. The direct injection type internal combustion engine described in 1. 前記環状の溝を同心円上に内外2つ設けたことを特徴とする請求項1に記載の筒内直接噴射式内燃機関。   The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein the annular groove is provided in two concentric circles inside and outside. 機関負荷が比較的低負荷時には前記内側の環状の溝に燃料を噴射し、比較的高負荷時には前記外側の環状の溝に燃料を噴射することを特徴とする請求項8に記載の筒内直接噴射式内燃機関。   9. In-cylinder direct injection according to claim 8, wherein fuel is injected into the inner annular groove when the engine load is relatively low, and fuel is injected into the outer annular groove when the engine load is relatively high. Injection-type internal combustion engine. 機関負荷が特定の運転領域では、圧縮行程時に燃料噴射を2度行い、1度目の燃料噴射は前記外側の環状の溝に衝突し、2度目の燃料噴射は前記内側の環状の溝に衝突するように燃料を噴射することを特徴とする請求項8または9に記載の筒内直接噴射式内燃機関。   When the engine load is in a specific operating range, fuel is injected twice during the compression stroke, and the first fuel injection collides with the outer annular groove, and the second fuel injection collides with the inner annular groove. The direct injection internal combustion engine according to claim 8 or 9, wherein the fuel is injected as described above. 前記内外2つの環状の溝の外側壁面は、それぞれ前記内外2つの環状の溝の底部から燃焼室の中心方向に向かって傾斜するリエントラント形状であり、前記外側の環状の溝の外側壁面が鉛直線となす傾斜の方が、前記内側の環状の溝の外側壁面が鉛直線となす傾斜よりも大きいことを特徴とする請求項8に記載の筒内直接噴射式内燃機関。   The outer wall surfaces of the two inner and outer annular grooves each have a reentrant shape inclined from the bottom of the two inner and outer annular grooves toward the center of the combustion chamber, and the outer wall surfaces of the outer annular grooves are perpendicular to each other. The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 8, wherein the inclination formed by the inner annular groove is larger than the inclination formed by the outer wall surface of the inner annular groove formed by a vertical line. 前記内側の環状の溝の底面の前記ピストン冠面からの深さが、前記外側の環状の溝の底面の前記ピストン冠面からの深さよりも浅いことを特徴とする請求項8に記載の筒内直接噴射式内燃機関。   9. The cylinder according to claim 8, wherein a depth of a bottom surface of the inner annular groove from the piston crown surface is shallower than a depth of a bottom surface of the outer annular groove from the piston crown surface. Internal direct injection internal combustion engine. 前記内側の環状の溝の底面の前記ピストン冠面からの深さが、前記外側の環状の溝の底面の前記ピストン冠面からの深さよりも深いことを特徴とする請求項8に記載の筒内直接噴射式内燃機関。   The cylinder according to claim 8, wherein a depth of a bottom surface of the inner annular groove from the piston crown surface is deeper than a depth of a bottom surface of the outer annular groove from the piston crown surface. Internal direct injection internal combustion engine.
JP2004297564A 2004-10-12 2004-10-12 Cylinder direct injection type internal combustion engine Pending JP2006112240A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004297564A JP2006112240A (en) 2004-10-12 2004-10-12 Cylinder direct injection type internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004297564A JP2006112240A (en) 2004-10-12 2004-10-12 Cylinder direct injection type internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006112240A true JP2006112240A (en) 2006-04-27

Family

ID=36380986

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004297564A Pending JP2006112240A (en) 2004-10-12 2004-10-12 Cylinder direct injection type internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006112240A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4722129B2 (en) In-cylinder injection spark ignition internal combustion engine
JP2002201946A (en) Cylinder direct fuel injection spark ignition engine
US20140216393A1 (en) Direct-injection engine combustion chamber structure
JP2009197704A (en) Sub-chamber type gas engine
JP2007138779A (en) Cylinder injection internal combustion engine
JP4069750B2 (en) In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine
JP2007291934A (en) Multi-hole injector
JP2007138780A (en) Auxiliary chamber type internal combustion engine
JP2005194929A (en) Cylinder injection internal combustion engine
JP2005155624A (en) Fuel injection system
JP2006258053A (en) Direct injection type internal combustion engine and combustion method for the same
JP4428275B2 (en) Direct injection internal combustion engine and method of forming mixture
JP4428273B2 (en) In-cylinder direct injection internal combustion engine
JP2009174440A (en) Cylinder injection type spark ignition internal combustion engine
JP2007231913A (en) Fuel injection device for internal combustion engine
JP2006112240A (en) Cylinder direct injection type internal combustion engine
JP4048937B2 (en) In-cylinder direct injection internal combustion engine
JP4720799B2 (en) In-cylinder direct injection internal combustion engine
JP6694684B2 (en) engine
JP2006112241A (en) Cylinder direct injection type internal combustion engine
JPH0861187A (en) Hole type fuel injection nozzle
JP2005140006A (en) Cylinder direct injection internal combustion engine
JP2006118465A (en) Cylinder injection type internal combustion engine
JP2008175193A (en) Direct injection internal combustion engine
JP2010121572A (en) Compression ignition internal combustion engine