JP2007120353A - Compression ignition internal combustion engine - Google Patents

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Hisashi Oki
久 大木
Kiyoshi Fujiwara
清 藤原
Tomoumi Yamada
智海 山田
Tsugufumi Aikawa
嗣史 藍川
Takashi Koyama
崇 小山
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Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology capable of further excellently mixing fuel and air in ordinary combustion by further excellently forming premixed air in premixed combustion when an injection angle of the fuel in the ordinary combustion is the same as an injection angle of the fuel when injecting the fuel for forming the premixed air in the premixed combustion. <P>SOLUTION: This compression ignition internal combustion engine has a piston 1 of recessing a cavity 4 on a top surface and a fuel injection nozzle 5, and switches the ordinary combustion and the premixed combustion. The fuel injection nozzle 5 injects the fuel at the same injection angle θ in both the ordinary combustion and the premixed combustion. The cavity 4 has a first recessed part 42 for colliding the injecting fuel in the ordinary combustion and a second recessed part 43 formed by recessing an opening edge part of the first recessed part 42 and colliding the injecting fuel for forming the premixed air in the premixed combustion. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は通常燃焼及び予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関に関する。   The present invention relates to a compression ignition internal combustion engine that performs normal combustion and premixed combustion.

圧縮着火内燃機関では、圧縮行程上死点近傍の時期の燃料噴射による通常燃焼に加え、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期の燃料噴射によって予混合気を形成して行われる予混合燃焼を行う場合がある。   In a compression ignition internal combustion engine, in addition to normal combustion by fuel injection at a timing near the compression stroke top dead center, premixed combustion is performed by forming a premixed gas by fuel injection at a timing earlier than the timing near the compression stroke top dead center. May do.

通常燃焼時であっても予混合燃焼時であっても噴射角を同様の角度とし、該噴射角を、通常燃焼時ではピストン頂面に凹設されるキャビティの最底位置より外径側の壁面に燃料が到達し、且つ、予混合燃焼時ではキャビティの壁面に燃料が到達するような角度とした技術が特許文献１に開示されている。
特開２００３−８３１１９号公報 特開平１０−１４８１２８号公報 特開２００１−３１７３５９号公報 実開昭６４−４８２４号公報 特開平１０−２５２６０７号公報 The injection angle is set to the same angle during both normal combustion and premixed combustion, and the injection angle is set on the outer diameter side of the bottom position of the cavity recessed in the piston top surface during normal combustion. Patent Document 1 discloses a technique in which an angle is set such that the fuel reaches the wall surface and the fuel reaches the wall surface of the cavity during premix combustion.
JP 2003-83119 A JP-A-10-148128 JP 2001-317359 A Japanese Utility Model Publication No. 64-4824 Japanese Patent Laid-Open No. 10-252607

通常燃焼時及び予混合燃焼時のどちらでも同様の噴射角で燃料を噴射する圧縮着火内燃機関においては、予混合燃焼時にキャビティ内へ燃料を噴射するために、通常燃焼のみを行う場合に比べて燃料噴射の噴射角を狭くしていた。このように噴射角を狭くすると、通常燃焼時には噴射される燃料が空気と良好に混合できるような状態でキャビティの壁面に衝突できないおそれがある。噴射される燃料が良好に空気と混合できない場合には、スモークの発生量の増加を招くおそれがある。   In compression ignition internal combustion engines that inject fuel at the same injection angle during both normal combustion and premixed combustion, the fuel is injected into the cavity during premixed combustion, compared to the case where only normal combustion is performed. The injection angle of fuel injection was narrowed. If the injection angle is narrowed in this way, there is a possibility that the fuel injected during normal combustion cannot collide with the wall surface of the cavity in a state where it can be mixed well with air. If the injected fuel cannot be mixed well with air, the amount of smoke generated may increase.

本発明の目的とするところは、通常燃焼時の燃料の噴射角と予混合燃焼時に予混合気を形成するために燃料を噴射するときの燃料の噴射角とが同様の場合に、予混合燃焼時は予混合気をより良好に形成することができ、且つ通常燃焼時は燃料と空気とをより良好に混合させることができる技術を提供することにある。   The object of the present invention is that when the fuel injection angle during normal combustion and the fuel injection angle when fuel is injected to form a premixed gas during premixed combustion are the same, premixed combustion It is an object of the present invention to provide a technique capable of better forming a premixed gas and better mixing of fuel and air during normal combustion.

上記目的を達成するために、本発明にあっては以下の構成を採用する。すなわち、
燃焼室の一部を形成するキャビティが頂面に凹設されたピストンと、前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、を備え、
圧縮行程上死点近傍の時期の燃料噴射による通常燃焼と、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期の燃料噴射によって予混合気を形成して行われる予混合燃焼と、を切り替える圧縮着火内燃機関において、
前記燃料噴射弁は通常燃焼時及び予混合燃焼時のどちらでも同様の噴射角で燃料を噴射するものであり、
前記キャビティは、通常燃焼時に噴射される燃料が衝突する第１凹部と、該第１凹部の開口縁部を凹ませて形成され予混合燃焼時に予混合気を形成するために噴射される燃料が衝突する第２凹部と、を有することを特徴とする圧縮着火内燃機関である。 In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration. That is,
A piston in which a cavity forming a part of the combustion chamber is recessed on the top surface, and a fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber,
Compression ignition internal combustion that switches between normal combustion by fuel injection near the compression stroke top dead center and premixed combustion that forms premixed gas by fuel injection earlier than the timing near the compression stroke top dead center In the institution
The fuel injection valve injects fuel at the same injection angle in both normal combustion and premixed combustion,
The cavity is formed with a first recess where fuel injected during normal combustion collides, and an opening edge of the first recess, and fuel injected to form a premixed gas during premixed combustion. A compression ignition internal combustion engine comprising: a second recess that collides.

本発明では、キャビティが、該キャビティの底面を含んで形成されている第１凹部と該第１凹部の開口縁部を凹ませて形成されておりピストン頂面に開口している第２凹部とを
有している。このように形成された第１凹部と第２凹部とにおいては、第２凹部の開口部の面積が第１凹部の開口部の面積よりも大きくなっている。また、通常燃焼の場合であっても予混合燃焼時に予混合気を形成するために燃料を噴射する場合であっても同様の噴射角で燃料が噴射される。 In the present invention, the cavity includes a first recess formed including the bottom surface of the cavity, and a second recess formed by recessing an opening edge of the first recess and opening the piston top surface. have. In the first recess and the second recess formed in this way, the area of the opening of the second recess is larger than the area of the opening of the first recess. Further, even in the case of normal combustion, fuel is injected at the same injection angle even when fuel is injected to form a premixed gas during premixed combustion.

予混合燃焼時における予混合気を形成するための燃料噴射は、ピストンが上死点近傍よりも低い位置にあるときに行われる。このとき、噴射される燃料は、キャビティにおける第２凹部に衝突するように噴射される。本発明では、第２凹部の開口部の面積がより大きくなっている。そのため、燃料噴射の噴射角をより大きくした場合であっても、予混合気を形成するために噴射された燃料をキャビティの第２凹部に衝突させることができる。このため、噴射された燃料がキャビティ外へ漏れてしまうことが抑制される。よって、噴射された燃料がキャビティ外へ漏れてしまうことに起因するシリンダ内壁への燃料の付着を抑制しつつ、燃料噴射の噴射角をより大きくすることが可能となる。その結果、予混合気をより良好に形成することができる。また、燃料を第２凹部に衝突させることで予混合気が拡散されるのを抑制することができる。   The fuel injection for forming the premixed gas at the time of the premixed combustion is performed when the piston is at a position lower than the vicinity of the top dead center. At this time, the injected fuel is injected so as to collide with the second recess in the cavity. In the present invention, the area of the opening of the second recess is larger. Therefore, even when the injection angle of the fuel injection is made larger, the fuel injected to form the premixed gas can collide with the second recess of the cavity. For this reason, it is suppressed that the injected fuel leaks out of the cavity. Therefore, it is possible to increase the injection angle of the fuel injection while suppressing the adhesion of the fuel to the cylinder inner wall caused by the injected fuel leaking out of the cavity. As a result, the premixed gas can be formed better. Moreover, it can suppress that a premixed gas is spread | diffused by making a fuel collide with a 2nd recessed part.

そして、燃料噴射の噴射角をより大きくすることで、通常燃焼時においては、燃料をより広い範囲に拡散させつつ、該燃料をキャビティの第１凹部に衝突させることが可能となる。その結果、燃料をより多くの空気とより良好に混合させることができる。   Further, by increasing the fuel injection angle, it is possible to cause the fuel to collide with the first recess of the cavity while diffusing the fuel in a wider range during normal combustion. As a result, the fuel can be better mixed with more air.

したがって、通常燃焼時の燃料の噴射角と予混合燃焼時に予混合気を形成するために燃料を噴射するときの燃料の噴射角とが同様の場合に、予混合燃焼時は予混合気をより良好に形成することができ、且つ通常燃焼時は燃料と空気とをより良好に混合させることができる。   Therefore, when the fuel injection angle during normal combustion is the same as the fuel injection angle when fuel is injected to form a premixed gas during premixed combustion, the premixed gas is more preloaded during premixed combustion. It can be formed well, and fuel and air can be mixed better during normal combustion.

また、噴射される燃料が空気とより良好に混合するようになると、スモークの発生量が減少する。そのため、スモークが大量発生するのを抑制するために燃料噴射量を抑制する必要がなくなり、全負荷時のトルクの低下を抑制することができる。   Also, when the injected fuel is better mixed with air, the amount of smoke generated is reduced. Therefore, it is not necessary to suppress the fuel injection amount in order to suppress a large amount of smoke, and a decrease in torque at full load can be suppressed.

前記第１凹部と前記第２凹部との境には、環状に径方向内側に突出する環状突出部が設けられており、通常燃焼時に噴射される燃料が前記環状突出部の前記第１凹部側へ衝突するよう前記環状突出部が形成されていても良い。   At the boundary between the first recess and the second recess, an annular projecting portion projecting radially inward is provided, and fuel injected during normal combustion is on the first recess side of the annular projecting portion. The annular protrusion may be formed so as to collide with.

これによると、通常燃焼時に噴射される燃料が環状突出部の第１凹部側へ衝突し、当該部位へ衝突後の燃料が第１凹部の壁面に沿って下方へ流動する。その結果、第１凹部において燃料が縦方向に旋回するように流動することになる。したがって、上記によれば、キャビティ内で燃料と空気とをより良好に早期に混合させることができる。   According to this, the fuel injected at the time of normal combustion collides with the 1st recessed part side of a cyclic | annular protrusion part, and the fuel after a collision flows into the said part along the wall surface of a 1st recessed part. As a result, the fuel flows so as to swirl in the vertical direction in the first recess. Therefore, according to the above, fuel and air can be mixed better and early in the cavity.

予混合燃焼時における予混合気を形成する際には、燃焼室内温度が冷炎反応開始温度に達する前に燃料噴射を終了させると良い。これによると、予混合気をより確実に形成することができる。   When forming the premixed gas during the premixed combustion, it is preferable to terminate the fuel injection before the temperature in the combustion chamber reaches the cold flame reaction start temperature. According to this, a premixed gas can be formed more reliably.

本発明によると、通常燃焼時の燃料の噴射角と予混合燃焼時に予混合気を形成するために燃料を噴射するときの燃料の噴射角とが同様の場合に、予混合燃焼時は予混合気をより良好に形成することができ、且つ通常燃焼時は燃料と空気とをより良好に混合させることができる。   According to the present invention, when the fuel injection angle during normal combustion is the same as the fuel injection angle when fuel is injected to form a premixed gas during premix combustion, premix combustion during premix combustion The air can be formed better, and fuel and air can be mixed better during normal combustion.

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。   Specific examples of the present invention will be described below.

図１、図２は、本発明の実施例１に係る圧縮着火内燃機関のシリンダ上部の内部を示す断面図である。   1 and 2 are cross-sectional views showing the inside of a cylinder upper part of a compression ignition internal combustion engine according to Embodiment 1 of the present invention.

図１、図２に示す圧縮着火内燃機関のシリンダ２にはピストン１が昇降自在に内包されている。シリンダ２の上部にはシリンダヘッド３が取り付けられている。これらピストン１、シリンダ２及びシリンダヘッド３に囲まれて燃焼室が形成される。   A piston 1 is included in a cylinder 2 of the compression ignition internal combustion engine shown in FIGS. A cylinder head 3 is attached to the upper part of the cylinder 2. A combustion chamber is formed by being surrounded by the piston 1, the cylinder 2 and the cylinder head 3.

ピストン１には、燃焼室の一部を形成するキャビティ４が頂面に凹設されている。シリンダヘッド３には、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁としての燃料噴射ノズル５が取り付けられている。燃料噴射ノズル５は、先端部がシリンダヘッド３から下方のピストン１側に向けて突出されており、この先端部に燃料を噴射する噴孔を有している。   In the piston 1, a cavity 4 forming a part of the combustion chamber is recessed in the top surface. A fuel injection nozzle 5 is attached to the cylinder head 3 as a fuel injection valve that injects fuel into the combustion chamber. The fuel injection nozzle 5 has a tip portion protruding from the cylinder head 3 toward the lower piston 1 side, and has a nozzle hole for injecting fuel to the tip portion.

ピストン１、シリンダ２、燃料噴射ノズル５の軸心は軸心Ｃの同軸上にある。燃料噴射ノズル５の噴孔は、軸心Ｃに対し所定の噴射角θの方向に燃料を噴射する。なお、図示上では軸心Ｃの片側にのみ噴射角θを示しているが、両側とも軸心Ｃに対称に噴射角θの角度で燃料が噴射される。   The axes of the piston 1, the cylinder 2, and the fuel injection nozzle 5 are coaxial with the axis C. The nozzle hole of the fuel injection nozzle 5 injects fuel in the direction of a predetermined injection angle θ with respect to the axis C. Although the injection angle θ is shown only on one side of the axis C in the figure, the fuel is injected at an angle of the injection angle θ symmetrical to the axis C on both sides.

キャビティ４は、その壁面に環状突出部としてのリップ４１を有している。キャビティ４におけるリップ４１が形成された部分の孔径Ｒ１は、ピストン１の頂面におけるキャビティ４の孔径Ｒ２よりも小さくなっている。即ち、キャビティ４は、底面を有しリップ４１を境としてピストン１の頂面とは反対側である下部の凹部を形成する第１凹部４２と、第１凹部４２が仮想的にピストン頂面に開口していた場合の開口縁部を凹ませて形成されておりリップ４１を境としてピストン1の頂面側である上部の凹部を形成する第２凹部４
３と、を備える。このように形成されたキャビティ４は、第１凹部４２と第２凹部４３との境となる部分がリップ４１によってくびれており、第２凹部４３の開口部（孔径Ｒ２の部分）の面積が第１凹部４２の開口部（孔径Ｒ１の部分）の面積よりも大きくなっている。なお、キャビティ４は軸心Ｃに対し対称形状である。 The cavity 4 has a lip 41 as an annular protrusion on its wall surface. The hole diameter R1 of the cavity 4 where the lip 41 is formed is smaller than the hole diameter R2 of the cavity 4 on the top surface of the piston 1. That is, the cavity 4 has a first recess 42 that has a bottom surface and forms a lower recess opposite to the top surface of the piston 1 with the lip 41 as a boundary, and the first recess 42 is virtually on the piston top surface. A second recess 4 is formed by denting the opening edge when it is open, and forming an upper recess on the top surface side of the piston 1 with the lip 41 as a boundary.
3. In the cavity 4 thus formed, the boundary between the first recess 42 and the second recess 43 is constricted by the lip 41, and the area of the opening (portion of the hole diameter R2) of the second recess 43 is the first. It is larger than the area of the opening of the one recess 42 (portion of the hole diameter R1). The cavity 4 is symmetrical with respect to the axis C.

第１凹部４２の側面は、底面付近の側面よりもリップ４１下側付近の側面が小径となってオーバーハングした所謂リエントラント角を有する側面となっている。つまり、第１凹部４２は、リップ４１の先端で開口部がしぼられた形状である。第１凹部４２の底面には、軸心Ｃ部分が最も盛り上がった隆起部が形成されている。   The side surface of the first recess 42 is a side surface having a so-called reentrant angle in which the side surface near the lower side of the lip 41 has a smaller diameter than the side surface near the bottom surface and overhangs. That is, the first recess 42 has a shape in which the opening is squeezed at the tip of the lip 41. On the bottom surface of the first concave portion 42, a raised portion where the axial center C portion is most raised is formed.

第２凹部４３は、リップ４１上面が底面となっており、該底面の外周に沿って側面が形成されている。   The second recess 43 has a bottom surface on the top surface of the lip 41, and a side surface formed along the outer periphery of the bottom surface.

ここで、ピストン１頂面と第２凹部４３の側面とを結ぶ角部Ｋ１並びに第２凹部４３の側面とリップ４１の上面を結ぶ隅部Ｓ１は直角に曲がっている。   Here, the corner K1 connecting the top surface of the piston 1 and the side surface of the second recess 43 and the corner S1 connecting the side surface of the second recess 43 and the upper surface of the lip 41 are bent at a right angle.

本実施例に係る圧縮着火内燃機関においては、燃料噴射ノズル５からの燃料噴射の時期を制御することで、通常燃焼と予混合燃焼とのいずれかが選択されて実行される。   In the compression ignition internal combustion engine according to the present embodiment, by controlling the timing of fuel injection from the fuel injection nozzle 5, either normal combustion or premixed combustion is selected and executed.

通常燃焼は、圧縮行程上死点近傍の時期に燃料噴射ノズル５から燃料を噴射して行われる燃焼であって、所謂拡散燃焼となる。   Normal combustion is combustion performed by injecting fuel from the fuel injection nozzle 5 at a time near the top dead center of the compression stroke, and is so-called diffusion combustion.

予混合燃焼は、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期に燃料噴射ノズル５から燃料を噴射することで予混合気を形成して行われる燃焼である。   Premixed combustion is combustion performed by forming a premixed gas by injecting fuel from the fuel injection nozzle 5 at a time earlier than the time near the top dead center of the compression stroke.

本実施例では、通常燃焼時および予混合燃焼時のどちらの場合であっても、単一の燃料噴射ノズル５から同様の噴射角θで燃料が噴射される。   In this embodiment, the fuel is injected from the single fuel injection nozzle 5 at the same injection angle θ in both cases of normal combustion and premixed combustion.

本実施例では、通常燃焼の場合及び予混合燃焼時における予混合気を形成するために燃料を噴射する場合のどちらでも一定の噴射角θのままで、通常燃焼の場合には、燃料噴射ノズル５から噴射された燃料が第１凹部４２に衝突するようにし、予混合燃焼時における予混合気を形成するために燃料を噴射する場合には、燃料噴射ノズル５から噴射された燃料が第２凹部４３に衝突するようにしている。   In this embodiment, the fuel injection nozzle is maintained at a constant injection angle θ both in the case of normal combustion and in the case of injecting fuel to form a premixed gas during premixed combustion. When the fuel injected from the fuel injection nozzle 5 collides with the first recess 42 and the fuel is injected to form a premixed gas during the premixed combustion, the fuel injected from the fuel injection nozzle 5 is the second It collides with the recess 43.

具体的には、予混合燃焼時における予混合気を形成するために燃料を噴射する場合においては、図１に示すように、燃料噴射は、ピストン１が上死点近傍よりも低い位置にあるときに行われる。このとき、燃料噴射ノズル５から噴射角θで燃料を噴射すると、その燃料は第２凹部４３に衝突する。   Specifically, in the case of injecting fuel to form a premixed gas during premixed combustion, as shown in FIG. 1, the fuel injection is at a position where the piston 1 is lower than near the top dead center. Sometimes done. At this time, when fuel is injected from the fuel injection nozzle 5 at an injection angle θ, the fuel collides with the second recess 43.

すなわち、本実施例では、第２凹部４３の開口部の面積が第１凹部４２の開口部の面積より大きくなっている。そのため、第１凹部４２が仮想的にピストン頂面に開口しているようなキャビティに予混合気を形成するために燃料を噴射する場合の狭い噴射角よりも、燃料噴射の噴射角をより大きくした噴射角θの本実施例の場合であっても、予混合気を形成するために噴射された燃料をキャビティの第２凹部４３に衝突させることができる。このため、噴射された燃料がキャビティ４外へ漏れてしまうことを抑制することができる。   That is, in the present embodiment, the area of the opening of the second recess 43 is larger than the area of the opening of the first recess 42. Therefore, the injection angle of the fuel injection is made larger than the narrow injection angle in the case of injecting the fuel in order to form the premixed gas in the cavity where the first concave portion 42 is virtually opened at the top surface of the piston. Even in the case of the present embodiment having the injection angle θ, the fuel injected to form the premixed gas can collide with the second recess 43 of the cavity. For this reason, it can suppress that the injected fuel leaks out of the cavity 4.

これにより、噴射された燃料がキャビティ４外へ漏れてしまうことに起因するシリンダ２内壁への燃料の付着を抑制しつつ、燃料噴射の噴射角をより大きくすることが可能となる。その結果、予混合気をより良好に形成することができる。また、燃料を第２凹部４３に衝突させることで予混合気が拡散されるのを抑制することができる。   This makes it possible to increase the injection angle of the fuel injection while suppressing the adhesion of the fuel to the inner wall of the cylinder 2 due to the injected fuel leaking out of the cavity 4. As a result, the premixed gas can be formed better. In addition, the premixed gas can be prevented from diffusing by causing the fuel to collide with the second recess 43.

尚、図１に示すような予混合燃焼時における予混合気を形成する際の燃料噴射は、燃焼室内温度が冷炎反応開始温度に達する前に終了するように実行される。冷炎反応開始温度は、燃料性状にもよるがおおよそ７５０Ｋである。予混合燃焼時において、予混合気を形成すべく燃料噴射を行っている最中に燃焼室の温度が冷炎反応開始温度に達した場合、予混合気の形成が困難となる虞がある。上記のようなタイミングで予混合気を形成する際の燃料噴射を終了させることで予混合気をより確実に形成することが可能となる。   Note that the fuel injection for forming the premixed gas during premixed combustion as shown in FIG. 1 is executed so as to end before the temperature in the combustion chamber reaches the cold flame reaction start temperature. The cold flame reaction start temperature is approximately 750 K depending on the fuel properties. During premixed combustion, if the temperature of the combustion chamber reaches the cold flame reaction start temperature during fuel injection to form a premixed gas, it may be difficult to form the premixed gas. By terminating the fuel injection when the premixed gas is formed at the above timing, the premixed gas can be more reliably formed.

一方、通常燃焼時においては、図２に示すように、燃料噴射ノズル５から噴射角θで燃料を噴射すると、燃料は広い範囲に拡散しつつ、その燃料は第１凹部４２の壁面（キャビティ４の壁面）に衝突する。   On the other hand, during normal combustion, as shown in FIG. 2, when fuel is injected from the fuel injection nozzle 5 at an injection angle θ, the fuel diffuses over a wide range, and the fuel diffuses into the wall surface of the first recess 42 (cavity 4 To the wall).

このように、燃料噴射の噴射角θをより大きくしていると、通常燃焼時においては、燃料をより広い範囲に拡散させつつ、該燃料をキャビティ４の第１凹部４２に衝突させることが可能となる。その結果、燃料をより多くの空気とより良好に混合させることができる。なお、本実施例では、燃料をリップ４１の下側部位Ｐ１に衝突させるようにしているが、それに限らず、燃料を第１凹部４２に衝突させさえすれば上記効果を得ることができる。   As described above, if the injection angle θ of the fuel injection is made larger, it is possible to cause the fuel to collide with the first recess 42 of the cavity 4 while diffusing the fuel in a wider range during normal combustion. It becomes. As a result, the fuel can be better mixed with more air. In this embodiment, the fuel is caused to collide with the lower portion P1 of the lip 41. However, the present invention is not limited to this, and the above-described effect can be obtained as long as the fuel is caused to collide with the first recess 42.

尚、燃料噴射ノズル５から噴射される燃料の噴射角θは、通常燃焼の場合には第１凹部４２に噴射燃料を衝突させることができ、予混合燃焼時における予混合気を形成するために燃料を噴射する場合には第２凹部４３に噴射燃料を衝突させることができる角度に設定される。噴射角θは、この条件を満たせばよく、特に限定されるものではない。   Note that the injection angle θ of the fuel injected from the fuel injection nozzle 5 can cause the injected fuel to collide with the first recess 42 in the case of normal combustion, so as to form a premixed gas during premixed combustion. When fuel is injected, the angle is set such that the injected fuel can collide with the second recess 43. The injection angle θ only needs to satisfy this condition, and is not particularly limited.

特に、燃料噴射の噴射角θを、通常燃焼時に噴射される燃料がリップ４１の第１凹部４
２側である下側部位Ｐ１へ衝突するような角度としても良い。このようにすると、リップ４１の下側部位Ｐ１へ衝突後の燃料が第１凹部４２の壁面に沿って下方へ流動する。その結果、図示矢印のように第１凹部４２において燃料が縦方向に旋回するように流動することになる。したがって、キャビティ４内で燃料と空気とをより良好に早期に混合させることができる。 In particular, the fuel injection angle θ is set so that the fuel injected during normal combustion is the first recess 4 of the lip 41.
It is good also as an angle which collides with the lower part P1 which is 2 sides. If it does in this way, the fuel after a collision to lower part P1 of lip 41 will flow below along the wall surface of the 1st crevice 42. As a result, the fuel flows so as to turn in the vertical direction in the first recess 42 as shown by the arrow in the figure. Therefore, fuel and air can be mixed in the cavity 4 better and early.

通常燃焼では燃料噴射中に着火させて拡散燃焼させるので、このように通常燃焼時に燃料と空気を早期に混合できることが重要である。   In normal combustion, ignition is performed during fuel injection and diffusion combustion is performed, and thus it is important that fuel and air can be mixed early during normal combustion.

さらに、図３に示されるような通常燃焼時に噴射される噴射角θの燃料噴射方向と噴射された燃料が衝突するリップ４１の下側部位Ｐ１との相対衝突角φは、図４に示すようにトルクが最も発揮できる４０°という最適値が存在するため、４０°を中心に±１０°程度の値を採るように設定されることが好適である。   Furthermore, the relative collision angle φ between the fuel injection direction of the injection angle θ injected during normal combustion as shown in FIG. 3 and the lower portion P1 of the lip 41 where the injected fuel collides is as shown in FIG. Since there is an optimum value of 40 ° at which the torque can be exhibited most, it is preferable that the value be set to take a value of about ± 10 ° around 40 °.

尚、図３は、実施例１に係るキャビティ４の拡大図であり、通常燃焼時に噴射される噴射角θと該噴射角θで噴射された燃料が衝突するリップ４１の下側部位Ｐ１との相対衝突角φとを示している。図４は、スモーク一定状態で、横軸に相対衝突角度をとり、縦軸に相対衝突角度によって変化するトルクをとったグラフである。   FIG. 3 is an enlarged view of the cavity 4 according to the first embodiment. The injection angle θ injected during normal combustion and the lower portion P1 of the lip 41 where the fuel injected at the injection angle θ collides are shown. The relative collision angle φ is shown. FIG. 4 is a graph in which the abscissa indicates the relative collision angle and the ordinate indicates the torque that varies depending on the relative collision angle in a constant smoke state.

以上説明したように、本実施例では、通常燃焼時の燃料の噴射角と予混合燃焼時に予混合気を形成するために燃料を噴射するときの燃料の噴射角とが同様の噴射角θである場合に、予混合燃焼時は予混合気をより良好に形成することができ、且つ通常燃焼時は燃料と空気とをより良好に混合させることができる。   As described above, in the present embodiment, the fuel injection angle during normal combustion and the fuel injection angle when fuel is injected to form a premixed gas during premix combustion are the same injection angle θ. In some cases, premixed gas can be formed better during premixed combustion, and fuel and air can be mixed better during normal combustion.

また、噴射される燃料が空気とより良好に混合するようになると、スモークの発生量が減少する。そのため、スモークが大量発生するのを抑制するために燃料噴射量を抑制する必要がなくなり、全負荷時のトルクの低下を抑制することができる。   Also, when the injected fuel is better mixed with air, the amount of smoke generated is reduced. Therefore, it is not necessary to suppress the fuel injection amount in order to suppress a large amount of smoke, and a decrease in torque at full load can be suppressed.

図５は、本発明の実施例２に係る圧縮着火内燃機関の要部を示す図であり、（ｂ）はシリンダ上部の内部を示す断面図であり、（ａ）は（ｂ）の丸で囲った部分の拡大図である。   FIG. 5 is a view showing a main part of a compression ignition internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention, (b) is a cross-sectional view showing the inside of the upper part of the cylinder, and (a) is a circle of (b). It is an enlarged view of the enclosed part.

本実施例では、図５に示すように、第２凹部４３の側面とリップ４１の第２凹部側である上面を結ぶ隅部Ｓ２を湾曲させている。ピストン１頂面と第２凹部４３の側面を結ぶ角部Ｋ２は、実施例１と同様に直角に曲げている。   In this embodiment, as shown in FIG. 5, the corner S <b> 2 connecting the side surface of the second recess 43 and the upper surface of the lip 41 on the second recess side is curved. A corner K2 connecting the top surface of the piston 1 and the side surface of the second recess 43 is bent at a right angle in the same manner as in the first embodiment.

キャビティ４を本実施例のような形状とした場合、キャビティをより容易に加工することが可能となる。   When the cavity 4 is shaped as in this embodiment, the cavity can be processed more easily.

図６は、本発明の実施例３に係る圧縮着火内燃機関の要部を示す図であり、（ｂ）はシリンダ上部の内部を示す断面図であり、（ａ）は（ｂ）の丸で囲った部分の拡大図である。   FIG. 6 is a view showing the main part of a compression ignition internal combustion engine according to Embodiment 3 of the present invention, (b) is a cross-sectional view showing the inside of the upper part of the cylinder, and (a) is a circle of (b). It is an enlarged view of the enclosed part.

本実施例では、図６に示すように、第２凹部４３の側面とリップ４１の上面を結ぶ隅部Ｓ３を湾曲させ、ピストン１頂面と第２凹部４３の側面を結ぶ角部Ｋ３を湾曲させている。   In this embodiment, as shown in FIG. 6, the corner S3 connecting the side surface of the second recess 43 and the upper surface of the lip 41 is curved, and the corner K3 connecting the top surface of the piston 1 and the side surface of the second recess 43 is curved. I am letting.

キャビティ４を本実施例のような形状とした場合、燃焼時に第２凹部４３の側面やリッ
プ４１の上面に加わる応力が低減でき、ピストン１の耐久信頼性が向上できる。 When the cavity 4 is shaped as in this embodiment, the stress applied to the side surface of the second recess 43 and the upper surface of the lip 41 during combustion can be reduced, and the durability reliability of the piston 1 can be improved.

図７は、本発明の実施例４に係る圧縮着火内燃機関の要部を示す図であり、（ｂ）はシリンダ上部の内部を示す断面図であり、（ａ）は（ｂ）の丸で囲った部分の拡大図である。   FIG. 7 is a view showing a main part of a compression ignition internal combustion engine according to a fourth embodiment of the present invention, (b) is a cross-sectional view showing the inside of the upper part of the cylinder, and (a) is a circle of (b). It is an enlarged view of the enclosed part.

本実施例では、図７に示すように、実施例３と同様に、第２凹部４３の側面とリップ４１の上面を結ぶ隅部Ｓ４を湾曲させ、ピストン１頂面と第２凹部４３の側面を結ぶ角部Ｋ４を湾曲させている。なおかつ、第２凹部４３におけるリップ４１の上面の外径側を下側に凹ませて凹空間部４４を形成している。   In this embodiment, as shown in FIG. 7, the corner S4 connecting the side surface of the second concave portion 43 and the upper surface of the lip 41 is curved, as in the third embodiment, and the top surface of the piston 1 and the side surface of the second concave portion 43 are curved. The corner portion K4 connecting the two is curved. In addition, a concave space 44 is formed by denting the outer diameter side of the upper surface of the lip 41 in the second recess 43 downward.

キャビティ４を本実施例のような形状とした場合、予混合燃焼時に予混合気を形成するために燃料を噴射する際に第２凹部４３に噴射された燃料がキャビティ４内から流出し難い方向（軸心Ｃ方向）へ積極的に誘導されて流動するようになり、噴射された燃料が空気と良好によりよく混合できる。   When the cavity 4 is shaped as in this embodiment, the direction in which the fuel injected into the second recess 43 hardly flows out of the cavity 4 when injecting fuel to form premixed gas during premixed combustion. The fuel is positively guided in the direction of the axis C and flows so that the injected fuel can be well mixed with the air.

実施例１に係る圧縮着火内燃機関の予混合燃焼時に予混合気を形成するために燃料を噴射する際のシリンダ上部の内部を示す断面図。Sectional drawing which shows the inside of the cylinder upper part at the time of injecting fuel in order to form a premixed gas at the time of the premixed combustion of the compression ignition internal combustion engine which concerns on Example 1. FIG. 実施例１に係る圧縮着火内燃機関の通常燃焼時のシリンダ上部の内部を示す断面図。1 is a cross-sectional view showing the inside of an upper part of a cylinder during normal combustion of a compression ignition internal combustion engine according to Embodiment 1. FIG. 実施例１に係る圧縮着火内燃機関の通常燃焼時のキャビティ内部を示す図。1 is a view showing the inside of a cavity during normal combustion of a compression ignition internal combustion engine according to Embodiment 1. FIG. 実施例１に係る相対衝突角度とトルクとの関係を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a relative collision angle and torque according to the first embodiment. 実施例２に係る圧縮着火内燃機関の要部を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a main part of a compression ignition internal combustion engine according to a second embodiment. 実施例３に係る圧縮着火内燃機関の要部を示す図。FIG. 5 is a diagram illustrating a main part of a compression ignition internal combustion engine according to a third embodiment. 実施例４に係る圧縮着火内燃機関の要部を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating a main part of a compression ignition internal combustion engine according to a fourth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１ ピストン
２ シリンダ
３ シリンダヘッド
４ キャビティ
５ 燃料噴射ノズル
４１ リップ
４２ 第１凹部
４３ 第２凹部
４４ 凹空間部
Ｃ 軸心
Ｋ１〜Ｋ４ 角部
Ｐ１ 下側部位
Ｓ１〜Ｓ４ 隅部
θ 噴射角
φ 相対衝突角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piston 2 Cylinder 3 Cylinder head 4 Cavity 5 Fuel injection nozzle 41 Lip 42 1st recessed part 43 2nd recessed part 44 Recessed space part C Axis K1-K4 Corner | angular part P1 Lower part S1-S4 Corner | corner (theta) Injection angle (phi) Relative collision Corner

Claims (3)

燃焼室の一部を形成するキャビティが頂面に凹設されたピストンと、前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、を備え、
圧縮行程上死点近傍の時期の燃料噴射による通常燃焼と、圧縮行程上死点近傍の時期より早い時期の燃料噴射によって予混合気を形成して行われる予混合燃焼と、を切り替える圧縮着火内燃機関において、
前記燃料噴射弁は通常燃焼時及び予混合燃焼時のどちらでも同様の噴射角で燃料を噴射するものであり、
前記キャビティは、通常燃焼時に噴射される燃料が衝突する第１凹部と、該第１凹部の開口縁部を凹ませて形成され予混合燃焼時に予混合気を形成するために噴射される燃料が衝突する第２凹部と、を有することを特徴とする圧縮着火内燃機関。 A piston in which a cavity forming a part of the combustion chamber is recessed on the top surface, and a fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber,
Compression ignition internal combustion that switches between normal combustion by fuel injection near the compression stroke top dead center and premixed combustion that forms premixed gas by fuel injection earlier than the timing near the compression stroke top dead center In the institution
The fuel injection valve injects fuel at the same injection angle in both normal combustion and premixed combustion,
The cavity is formed with a first recess where fuel injected during normal combustion collides, and an opening edge of the first recess, and fuel injected to form a premixed gas during premixed combustion. A compression ignition internal combustion engine comprising: a second recess that collides. 前記第１凹部と前記第２凹部との境には、環状に径方向内側に突出する環状突出部が設けられており、通常燃焼時に噴射される燃料が前記環状突出部の前記第１凹部側へ衝突するよう前記環状突出部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火内燃機関。   At the boundary between the first recess and the second recess, an annular projecting portion projecting radially inward is provided, and fuel injected during normal combustion is on the first recess side of the annular projecting portion. The compression ignition internal combustion engine according to claim 1, wherein the annular protrusion is formed so as to collide with the engine. 予混合燃焼時における予混合気を形成する際には、燃焼室内温度が冷炎反応開始温度に達する前に燃料噴射を終了させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮着火内燃機関。
3. The compression ignition according to claim 1, wherein when the premixed gas is formed during the premixed combustion, the fuel injection is terminated before the temperature in the combustion chamber reaches the cold flame reaction start temperature. Internal combustion engine.
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