JP2008057479A - Direct injection engine - Google Patents

Direct injection engine Download PDF

Info

Publication number
JP2008057479A
JP2008057479A JP2006237199A JP2006237199A JP2008057479A JP 2008057479 A JP2008057479 A JP 2008057479A JP 2006237199 A JP2006237199 A JP 2006237199A JP 2006237199 A JP2006237199 A JP 2006237199A JP 2008057479 A JP2008057479 A JP 2008057479A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
spray
injection
spark plug
piston
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
JP2006237199A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4500790B2 (en
Inventor
Junichi Yamaguchi
純一 山口
Takeo Miyake
威生 三宅
Masahiko Inoue
雅彦 井上
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi 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 Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2006237199A priority Critical patent/JP4500790B2/en
Publication of JP2008057479A publication Critical patent/JP2008057479A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4500790B2 publication Critical patent/JP4500790B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a direct injection engine forming a good stratified air-fuel mixture in a wide operational area, and mixing air and fuel in a good manner even if an air flow in a cylinder gets stronger so as to improve an air utilization factor. <P>SOLUTION: A recess is formed to a crown surface part of a piston so as to maintain tumble, a fuel spray jetted from at least one of a plurality of injection holes of a fuel injection valve facing an intake side of a combustion chamber is injected toward the recess. The recess is provided with a spray reflecting face formed of a flat face or a curved face whose inclination angle or curvature is set so that at least one fuel splay jetted toward the recess is collided with the spray reflecting face so as to be reflected to an ignition plug when injection is performed at a compression stroke. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ピストン上方に画成される燃焼室内に直接燃料を噴射する複数の噴射口を持つ燃料噴射弁と、頂面部にタンブルを崩すことなく維持保存するための凹所が設けられたピストンとを備えた車載用の直噴ガソリンエンジンに関する。   The present invention relates to a fuel injection valve having a plurality of injection ports for directly injecting fuel into a combustion chamber defined above the piston, and a piston provided with a recess for maintaining and maintaining the top surface without breaking the tumble. It is related with the direct-injection gasoline engine for vehicles equipped with.

従来より、燃焼室内に直接燃料を噴射する火花点火式直噴ガソリンエンジンが広く知られている。この種の直噴エンジンに特徴的な技術として、例えば始動時や低負荷時には圧縮行程に燃料を噴射し、混合気を点火プラグの近傍に偏らせて存在させる、いわゆる成層燃焼によって低負荷時のポンピングロスを少なくしたり、始動時には壁面への付着燃料や、燃焼室天井部近傍の消炎層に存在する混合気を少なくして、HC等の排気特定成分を減らしたりする技術が公知であり、さらにこの中で、点火プラグ近傍に混合気を偏らせるため、例えば下記特許文献1に記載されているような技術が知られている。   Conventionally, a spark ignition direct injection gasoline engine that directly injects fuel into a combustion chamber is widely known. As a characteristic technology of this type of direct injection engine, for example, fuel is injected during the compression stroke at the time of start-up or low load, and the air-fuel mixture is biased in the vicinity of the spark plug. There are known techniques for reducing pumping loss, reducing fuel adhering to the wall surface at the time of start-up, and reducing the air-fuel mixture present in the flame extinguishing layer near the combustion chamber ceiling, and reducing exhaust specific components such as HC, Furthermore, among these, in order to bias the air-fuel mixture in the vicinity of the spark plug, for example, a technique as described in Patent Document 1 below is known.

上記特許文献1によれば、ピストンの頂面部に、タンブルを維持保存するための円筒凹面状のボウル(キャビティ)と、これよりもさらに深く凹んだ凹部を形成する。凹部の長さは、成層低負荷域を中心に運転すると想定される場合には長く、高負荷域を中心に運転される場合には短くする。この凹部により、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧を点火プラグ近傍に案内し、従来よりも広い運転範囲において点火プラグ近傍に良好な混合気を形成できるとしている。   According to Patent Document 1, a cylindrical concave bowl (cavity) for maintaining and storing a tumble and a concave portion deeper than this are formed on the top surface portion of the piston. The length of the recess is long when it is assumed that the operation is centered on the stratified low load region, and is short when it is operated mainly on the high load region. By this recess, the fuel spray injected from the fuel injection valve is guided to the vicinity of the spark plug, and a good air-fuel mixture can be formed in the vicinity of the spark plug in a wider operating range than before.

特開2000-130171号公報JP 2000-130171 A

しかしながら、上記のような構成の従来の直噴エンジンにおいては、次のような問題があった。
すなわち、上記従来技術中にも記載されているように、ある一定のエンジン回転数又は負荷範囲において点火プラグ近傍に混合気を安定して供給できても、回転数ないし負荷が変動すると、燃料を最適なタイミングで上記凹部に案内させることができなくなり、一つのピストン仕様では幅広い回転数や負荷に対応できないという問題があった。
However, the conventional direct injection engine configured as described above has the following problems.
That is, as described in the above prior art, even if the air-fuel mixture can be stably supplied in the vicinity of the spark plug at a certain engine speed or load range, if the speed or load fluctuates, the fuel is supplied. There is a problem that it is impossible to guide the concave portion at an optimal timing, and one piston specification cannot cope with a wide range of rotation speeds and loads.

また、高負荷時ないし高回転時には吸入空気量が増加し、空気流動すなわちタンブル(縦渦)が強くなる傾向がある。本願の発明者らが実験を行ったところ、高負荷で噴射された燃料はこの空気流動に打ち勝つことができず、燃焼室の吸気弁側に多く滞留するため、排気弁側がリーンになり、空気利用率が下がり、出力が下がってしまうといった問題を生じることが明らかになった。これを解決する別の方法としては、点火プラグ近傍のピストン直上側から燃料を噴射する方式が公知であるが、かかる方式は燃焼室上部に燃料噴射弁と点火プラグの両方を配在することが要求されるので、スペースの面で制約が課せられ、システムが高価になりやすい。また、今度は燃焼室の天井部近傍に安定して混合気を存在させることが難しく、高負荷時には同様に空気利用率が低下してしまうという問題があった。   In addition, when the load is high or when the rotation is high, the amount of intake air increases and the air flow, that is, the tumble (vertical vortex) tends to become strong. When the inventors of the present application conducted an experiment, the fuel injected at a high load cannot overcome this air flow, and a large amount of fuel stays on the intake valve side of the combustion chamber. It became clear that problems such as a decrease in usage rate and a decrease in output occurred. As another method for solving this, a method of injecting fuel from the upper side of the piston in the vicinity of the ignition plug is known. As this is required, space constraints are imposed and the system tends to be expensive. In addition, it is difficult to make the air-fuel mixture stably exist in the vicinity of the ceiling portion of the combustion chamber this time, and there is a problem that the air utilization rate similarly decreases at high loads.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、比較的シンプルな構成のもとで、低負荷時に、広い回転数範囲で良好な成層混合気を形成できる直噴エンジンを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is a direct injection capable of forming a good stratified mixture in a wide range of rotation speeds at a low load under a relatively simple configuration. To provide an engine.

また、他の目的とするところは、高負荷時に、空気流動が強くなっても空気と燃料を良好に混合でき、空気利用率が高く、高出力を得ることのできる直噴エンジンを提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a direct-injection engine that can mix air and fuel satisfactorily at high loads even when the air flow becomes strong, has a high air utilization rate, and can achieve high output. It is in.

上記目的を達成すべく、本発明に係る直噴エンジンは、基本的には、シリンダに摺動自在に嵌挿されたピストンと、該ピストン上方に画成される燃焼室内に直接燃料を噴射する複数の噴射口を持つ燃料噴射弁と、前記燃焼室に臨設された点火プラグと、前記燃焼室内でタンブルを生成すべく吸気系に設けられたタンブル生成手段と、前記燃料噴射弁による燃料噴射態様を制御する制御手段と、を備える。   In order to achieve the above object, a direct injection engine according to the present invention basically injects fuel directly into a piston slidably inserted into a cylinder and a combustion chamber defined above the piston. A fuel injection valve having a plurality of injection ports, a spark plug provided adjacent to the combustion chamber, a tumble generating means provided in an intake system for generating a tumble in the combustion chamber, and a fuel injection mode by the fuel injection valve And control means for controlling.

そして、前記ピストンの頂面部に、前記タンブルを崩すことなく維持保存するための凹所が設けられるとともに、該凹所に、前記燃料噴射弁における複数の噴射口のうちの少なくとも一つから噴射される燃料噴霧が衝突して反射される噴霧反射面が設けられ、前記ピストンがクランク角度で見て所定の角度範囲に位置しているとき、前記噴霧反射面に衝突した燃料噴霧が前記点火プラグに向けて反射するようにされていることを特徴としている。   The top surface of the piston is provided with a recess for maintaining and storing the tumble without breaking, and the recess is injected from at least one of the plurality of injection ports in the fuel injection valve. When the fuel spray is collided and reflected, and the piston is located in a predetermined angle range when viewed from the crank angle, the fuel spray colliding with the spray reflective surface is applied to the spark plug. It is characterized by being reflected toward.

本発明に係る直噴エンジンのより好ましい具体的な一つの態様では、基本的には、シリンダに摺動自在に嵌挿されたピストンと、該ピストン上方に画成される燃焼室内に直接燃料を噴射する複数の噴射口を持つ燃料噴射弁と、前記燃焼室に臨設された点火プラグと、前記燃焼室内でタンブルを生成すべく吸気系に設けられたタンブル生成手段と、エンジン運転状態に基づいて、前記燃料噴射弁による一燃焼サイクル中での燃料噴射時期、燃料噴射量、噴射回数等の燃料噴射態様の制御、前記点火プラグによる点火時期の制御、及び前記タンブル生成手段の作動制御等を行う制御手段と、を備える。   In a more preferred specific embodiment of the direct injection engine according to the present invention, basically, a piston is slidably fitted into a cylinder, and fuel is directly fed into a combustion chamber defined above the piston. Based on a fuel injection valve having a plurality of injection ports for injection, a spark plug provided in the combustion chamber, a tumble generating means provided in an intake system for generating a tumble in the combustion chamber, and an engine operating state Control of fuel injection mode such as fuel injection timing, fuel injection amount, number of injections, etc. in one combustion cycle by the fuel injection valve, control of ignition timing by the spark plug, operation control of the tumble generating means, etc. Control means.

そして、前記ピストンの頂面部に、前記タンブルを崩すことなく維持保存すべく、該タンブルの旋回方向に沿うように吸気−排気方向に伸びる概略円筒状に湾曲した底部を有する凹所が設けられる一方、前記燃料噴射弁は、前記燃焼室の吸気側に臨設されて、その複数の噴射口のうちの少なくとも一つから噴射される燃料噴霧が前記ピストンの凹所を指向するようにされ、前記ピストンの凹所に、前記制御手段により圧縮上死点前所定角度以内で燃料噴射が行われる際、前記凹所に向かう少なくとも一つの燃料噴霧が衝突して前記点火プラグに向けて反射するように、その傾斜角度や曲率等が設定された平坦面ないし曲面からなる吸気−排気方向に伸びる噴霧反射面が設けられる。   The top surface of the piston is provided with a recess having a substantially cylindrical bottom that extends in the intake-exhaust direction along the turning direction of the tumble so as to maintain and preserve the tumble without breaking it. The fuel injection valve is provided adjacent to the intake side of the combustion chamber so that fuel spray injected from at least one of the plurality of injection ports is directed to the recess of the piston. When fuel injection is performed within a predetermined angle before compression top dead center by the control means, at least one fuel spray toward the recess collides and is reflected toward the spark plug. A spray reflecting surface extending in the intake-exhaust direction, which is a flat surface or a curved surface in which the inclination angle, curvature, etc. are set, is provided.

本発明に係る直噴エンジンのより好ましい具体的な他の一つの態様では、基本的には、シリンダに摺動自在に嵌挿されたピストンと、該ピストン上方に画成される燃焼室内に直接燃料を噴射する複数の噴射口を持つ燃料噴射弁と、前記燃焼室に臨設された点火プラグと、前記燃焼室内でタンブルを生成すべく吸気系に設けられたタンブル生成手段と、エンジン運転状態に基づいて、前記燃料噴射弁による一燃焼サイクル中での燃料噴射時期、燃料噴射量、噴射回数等の燃料噴射態様の制御、前記点火プラグによる点火時期の制御、及び前記タンブル生成手段の作動制御等を行う制御手段と、を備える。   In another preferred embodiment of the direct injection engine according to the present invention, basically, a piston slidably fitted in a cylinder and a combustion chamber defined above the piston directly. A fuel injection valve having a plurality of injection ports for injecting fuel; a spark plug provided in the combustion chamber; a tumble generating means provided in an intake system for generating tumble in the combustion chamber; and an engine operating state Based on the fuel injection timing, the fuel injection amount, the number of injections, etc. in one combustion cycle by the fuel injection valve, the control of the ignition timing by the spark plug, the operation control of the tumble generating means, etc. And a control means for performing.

そして、前記ピストンの頂面部に、前記タンブルを崩すことなく維持保存すべく、該タンブルの旋回方向に沿うように吸気−排気方向に伸びる概略円筒状に湾曲した底部を有する凹所が設けられる一方、前記燃料噴射弁は、前記燃焼室の吸気側に臨設されて、その複数の噴射口のうちの少なくとも一つから噴射される燃料噴霧が前記ピストンの凹所を指向するようにされ、前記ピストンの凹所に、前記制御手段により排気上死点後所定角度以降で燃料噴射が行われる際、前記凹所に向かう少なくとも一つの燃料噴霧が衝突して前記燃焼室の天井部における前記点火プラグより排気側に向けて反射するように、その傾斜角度や曲率等が設定された平坦面ないし曲面からなる吸気−排気方向に伸びる噴霧反射面が設けられる。   The top surface of the piston is provided with a recess having a substantially cylindrical bottom that extends in the intake-exhaust direction along the turning direction of the tumble so as to maintain and preserve the tumble without breaking it. The fuel injection valve is provided adjacent to the intake side of the combustion chamber so that fuel spray injected from at least one of the plurality of injection ports is directed to the recess of the piston. When fuel is injected into the recess at a predetermined angle after exhaust top dead center by the control means, at least one fuel spray toward the recess collides with the spark plug at the ceiling of the combustion chamber. A spray reflecting surface extending in the intake-exhaust direction, which is a flat surface or a curved surface with a tilt angle, a curvature, etc., is provided so as to reflect toward the exhaust side.

本発明の好ましい態様では、前記燃焼室はペントルーフ型ないし半球型とされ、該燃焼室の天井部中央に前記点火プラグが臨設される。   In a preferred aspect of the present invention, the combustion chamber is a pent roof type or a hemispherical type, and the spark plug is provided in the center of the ceiling portion of the combustion chamber.

前記制御手段は、好ましくは、低負荷時と高負荷時とでは、前記噴霧反射面に衝突した燃料噴霧の反射方向が異なるように、燃料噴射態様を変更するようにされる。   Preferably, the control means is configured to change the fuel injection mode so that the reflection direction of the fuel spray colliding with the spray reflection surface is different between a low load and a high load.

他の好ましい態様では、前記制御手段は、エンジンが所定の運転状態にあるとき、一燃焼サイクル中に燃料噴射を複数回に分割して行うようにされ、その分割噴射のうち少なくとも1回の噴射時においては、前記噴霧反射面に衝突して反射した燃料噴霧が前記点火プラグを指向するようにされ、他の回の噴射時においては、前記噴霧反射面に衝突して反射した燃料噴霧が前記点火プラグ以外の部位を指向するようにされる。   In another preferred aspect, the control means is configured to perform fuel injection divided into a plurality of times during one combustion cycle when the engine is in a predetermined operating state, and at least one of the divided injections. At times, the fuel spray reflected and reflected by the spray reflecting surface is directed to the spark plug, and at the time of another injection, the fuel spray reflected by the spray reflecting surface is reflected by the It is made to point to parts other than a spark plug.

他の好ましい態様では、前記凹所に向かう燃料噴霧と、この燃料噴霧の衝突点に対する法線、及び点火プラグは、同一平面内にあるようにされる。   In another preferred embodiment, the fuel spray toward the recess, the normal to the collision point of the fuel spray, and the spark plug are in the same plane.

他の好ましい態様では、前記凹所に、主として前記タンブルを維持保存するための底面溝と、主として前記燃料噴霧を反射するための噴霧反射面とが並設される。   In another preferred aspect, a bottom groove for mainly maintaining and storing the tumble and a spray reflecting surface for mainly reflecting the fuel spray are juxtaposed in the recess.

他の好ましい態様では、前記凹所に、主として前記タンブルを維持保存するための面と、主として前記燃料噴霧を反射するための噴霧反射面とが別々に設けられる。   In another preferred embodiment, a surface for mainly maintaining and storing the tumble and a spray reflecting surface for mainly reflecting the fuel spray are separately provided in the recess.

他の好ましい態様では、前記燃料噴射弁の複数の噴射口のうちの少なくとも一つから噴射される燃料噴霧が前記点火プラグを直接指向するようにされ、この直接指向する燃料噴霧と、前記噴霧反射面で反射されて前記点火プラグに向かう燃料噴霧とは、主としてその経路の長短により、点火プラグ付近に到達するのに要する時間が異なるようにされる。   In another preferred aspect, the fuel spray injected from at least one of the plurality of injection ports of the fuel injection valve is directed directly to the spark plug, and the directly directed fuel spray and the spray reflection The time required to reach the vicinity of the spark plug differs from the fuel spray reflected from the surface and directed to the spark plug mainly due to the length of the path.

他の好ましい態様では、前記噴霧反射面で反射されて前記点火プラグに向かう燃料噴霧は、前記ピストンの昇降位置に応じてその衝突点が変化することにより、前記点火プラグ付近に到達するタイミングが変化するようにされ、これによって前記点火プラグ周りに混合気が滞留する時間が延長されるように構成される。   In another preferred aspect, the fuel spray reflected by the spray reflecting surface and directed to the spark plug changes in timing when it reaches the vicinity of the spark plug by changing the collision point according to the lift position of the piston. Thus, the time during which the air-fuel mixture stays around the spark plug is extended.

他の好ましい態様では、前記燃料噴射弁から噴射される少なくとも二つの燃料噴霧が前記噴霧反射面で反射されて点火プラグに向かうようにされるとともに、前記制御手段は、エンジンが所定の運転状態にあるとき、一燃焼サイクル中に燃料噴射を複数回に分割して行うようにされ、前記噴霧反射面で反射されて点火プラグに向かう少なくとも二つの燃料噴霧が、主として噴射タイミングと、その経路の長短により、前記点火プラグ付近に到達するタイミングが異なるようにされ、これによって前記点火プラグ周りに混合気が滞留する時間が延長されるように構成される。   In another preferred embodiment, at least two fuel sprays injected from the fuel injection valve are reflected by the spray reflecting surface and directed toward the spark plug, and the control means is configured to bring the engine into a predetermined operating state. At one time, during one combustion cycle, fuel injection is divided into a plurality of times, and at least two fuel sprays reflected by the spray reflecting surface and directed to the spark plug mainly have injection timing and the length of the path. Accordingly, the timing of reaching the vicinity of the spark plug is made different so that the time during which the air-fuel mixture stays around the spark plug is extended.

本発明の効果を列挙すると次のようになる。
まず、始動時や低負荷時には、圧縮行程噴射を行うことで、点火プラグ近傍にのみ可燃混合気を形成することができ、成層燃焼運転が可能となる。これにより、低負荷時にも多くの空気を吸入してポンピングロスを減少させながら、点火燃焼を安定して行わせることができ、失火や燃焼変動を抑えつつ、効率の良い燃焼を行うことが可能になる。また、ピストンや燃焼室内壁に燃料が付着しにくくなるので、未燃炭化水素(HC)の排出を抑制することができる。
The effects of the present invention are listed as follows.
First, at the time of start-up or at a low load, by performing compression stroke injection, a combustible air-fuel mixture can be formed only in the vicinity of the spark plug, and a stratified combustion operation becomes possible. This makes it possible to stably perform ignition combustion while reducing the pumping loss by inhaling a large amount of air even at low load, enabling efficient combustion while suppressing misfire and combustion fluctuation become. In addition, since it is difficult for the fuel to adhere to the piston or the combustion chamber wall, it is possible to suppress the discharge of unburned hydrocarbons (HC).

また、高負荷時には、吸気行程噴射を行うことで、燃料噴霧がタンブルの流れに沿って拡散するので、燃焼室内に均質な混合気が形成され、これによって、燃焼効率、空気利用率が高められ、燃費の向上を図りながら高トルクを得ることが可能となる。   In addition, when the load is high, by performing the intake stroke injection, the fuel spray diffuses along the flow of the tumble, so that a homogeneous mixture is formed in the combustion chamber, thereby improving the combustion efficiency and the air utilization rate. As a result, high torque can be obtained while improving fuel efficiency.

さらに、分割噴射を行うことで、指向方向が同じ燃料噴霧であっても1回目の噴射分と2回目の噴射分をそれぞれ別の部位に導くことができ、燃料噴霧の到達距離を制御しながら壁面付着を低減しつつ、適正な空燃比で良好な混合気形成を行うことができ、点火燃焼性の向上とHC低減、空気利用率の改善等を同時に行うことができる。   Furthermore, by performing split injection, even if the fuel spray has the same direction, the first injection and the second injection can be led to different parts, while controlling the reach of the fuel spray A good air-fuel mixture can be formed at an appropriate air-fuel ratio while reducing wall surface adhesion, and ignition combustibility can be improved, HC can be reduced, and air utilization can be improved simultaneously.

以下、本発明の筒内噴射式エンジンの実施形態を図面を参照しながら説明する。
図1、図2は、それぞれ本発明に係る筒内噴射式エンジンの一実施形態(各実施例共通)を示す概略構成図、概略平面図である。
図示の直噴エンジン90は、例えば車載用直列4気筒エンジンであって、シリンダ92と、このシリンダ92の各気筒(一つの気筒しか示されていない)に摺動自在に嵌挿されたピストン107とを有し、該ピストン107上方にはペントルーフ型の燃焼室95が画成される。燃焼室95には、その天井部中央(シリンダ中心線上)に、点火コイル114を介して高電圧が印加される点火プラグ113が臨設されるとともに、その吸気通路(吸気ポート)101側に、燃焼室95内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁122が横向きで臨設されている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a cylinder injection engine of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 and FIG. 2 are a schematic configuration diagram and a schematic plan view, respectively, showing an embodiment (common to each example) of a direct injection engine according to the present invention.
The illustrated direct injection engine 90 is an in-vehicle in-line four-cylinder engine, for example, and includes a cylinder 92 and a piston 107 slidably fitted into each cylinder 92 (only one cylinder is shown). A pent roof type combustion chamber 95 is defined above the piston 107. In the combustion chamber 95, a spark plug 113 to which a high voltage is applied via the ignition coil 114 is erected in the center of the ceiling (on the cylinder center line), and combustion is performed on the intake passage (intake port) 101 side. A fuel injection valve 122 for directly injecting fuel into the chamber 95 is provided sideways.

前記燃料噴射弁122は、複数(例えば、四つ)の噴射口(ノズル孔)を持つマルチホールタイプのもので、複数の噴射口のうちの少なくとも一つの向き、すなわち、それから噴射される燃料噴霧125a、125b1、125b2は、前記ピストン107(の頂面部)を指向し、残りの噴射口のうちの少なくとも一つの向き、すなわち、それから噴射される燃料噴霧124は点火プラグ113を指向するようになっている(各実施例について後で詳述する)。   The fuel injection valve 122 is a multi-hole type having a plurality of (for example, four) injection ports (nozzle holes), and is directed to at least one of the plurality of injection ports, that is, a fuel spray injected therefrom. 125 a, 125 b 1, 125 b 2 are directed to the piston 107 (the top surface portion thereof), and at least one of the remaining injection ports, that is, the fuel spray 124 injected therefrom is directed to the spark plug 113. (Each embodiment will be described in detail later).

燃料の燃焼に供せられる空気は、吸気通路101の始端部に設けられたエアクリーナ106から取り入れられ、エアフローセンサ105を通り、電制スロットル弁108を通ってコレクタ116に入り、このコレクタ116から各気筒に接続された前記吸気通路101の下流通路部(吸気管、吸気ポート)101Aに分配されてその下流端に配在された吸気弁111を介して燃焼室95に吸入される。   Air to be used for combustion of fuel is taken in from an air cleaner 106 provided at the start end of the intake passage 101, passes through an air flow sensor 105, passes through an electric throttle valve 108, and enters a collector 116. The air is distributed to the downstream passage portion (intake pipe, intake port) 101A of the intake passage 101 connected to the cylinder and sucked into the combustion chamber 95 through the intake valve 111 disposed at the downstream end thereof.

燃焼室95に吸入された空気と燃料噴射弁122から噴射された燃料との混合気は、点火プラグ113により点火されて爆発燃焼せしめられ、その燃焼廃ガス(排ガス)は、排気弁112を介して排気通路110に排出され、排気通路110に配備された三元触媒115で浄化された後、消音器117を介して外部に排出される。   The air-fuel mixture of the air sucked into the combustion chamber 95 and the fuel injected from the fuel injection valve 122 is ignited by the spark plug 113 and explosively burned, and the combustion waste gas (exhaust gas) passes through the exhaust valve 112. The exhaust gas is discharged to the exhaust passage 110, purified by the three-way catalyst 115 disposed in the exhaust passage 110, and then discharged to the outside through the silencer 117.

前記吸気通路101の下流通路部(吸気管、吸気ポート)101Aは、燃焼室95内でタンブル(縦渦)120を生成すべく、仕切り板102によって、上側通路部101aと下側通路部101bとに分割されており、下側通路部101bの上流側端部には吸気制御弁103が配在され、この吸気制御弁103により前記下側通路部101bが選択的に開閉され、これによって、タンブルの強度を調整するようになっている。   A downstream passage portion (intake pipe, intake port) 101A of the intake passage 101 is divided into an upper passage portion 101a and a lower passage portion 101b by a partition plate 102 so as to generate a tumble (vertical vortex) 120 in the combustion chamber 95. An intake control valve 103 is disposed at the upstream end portion of the lower passage portion 101b, and the lower passage portion 101b is selectively opened and closed by the intake control valve 103. It is designed to adjust the intensity.

そして、本実施形態の筒内噴射式エンジン90においては、燃料噴射弁122、点火プラグ113、吸気制御弁103、電制スロットル弁108を含むエンジン90の各部の制御を行うため、マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット200が備えられている。   The in-cylinder injection engine 90 of the present embodiment incorporates a microcomputer to control each part of the engine 90 including the fuel injection valve 122, the spark plug 113, the intake control valve 103, and the electric throttle valve 108. A control unit 200 is provided.

コントロールユニット200は、それ自体はよく知られているもので、MPU、EP−ROM、RAM、及び、A/D変換器を含むI/OLSI等で構成され、入力信号として、燃圧センサ133によって計測される、燃料ギャラリ132内の燃料圧力に応じた信号、エアフローセンサ105により検出される吸入空気量に応じた信号、スロットルセンサ104により検出されるスロットル弁108の開度に応じた信号、クランク角センサ97からのクランクシャフトの回転速度、すなわちエンジン回転数を示す信号の他、図示はされていないが、排気通路110に配設された空燃比センサにより検出される排ガス中の例えば酸素濃度に応じた信号、シリンダ92に配設された水温センサにより検出されるエンジン冷却水温に応じた信号、イグニッションスイッチからの始動開始(クランキング開始)を示す信号、アクセルセンサから得られるアクセルペダルの踏み込み量を示す信号、車速センサから得られる車両の走行速度に応じた信号等も供給される。   The control unit 200 is well known per se, and is composed of MPU, EP-ROM, RAM, I / OLSI including an A / D converter, etc., and measured by a fuel pressure sensor 133 as an input signal. The signal corresponding to the fuel pressure in the fuel gallery 132, the signal corresponding to the intake air amount detected by the air flow sensor 105, the signal corresponding to the opening of the throttle valve 108 detected by the throttle sensor 104, the crank angle In addition to a signal indicating the rotational speed of the crankshaft from the sensor 97, that is, the engine speed, not shown, but depending on, for example, the oxygen concentration in the exhaust gas detected by the air-fuel ratio sensor disposed in the exhaust passage 110 A signal corresponding to the engine coolant temperature detected by the water temperature sensor disposed in the cylinder 92, Signal indicating the beginning of startup from Knitting Deployment switch (cranking start), a signal indicating a depression amount of an accelerator pedal obtained from an accelerator sensor, a signal or the like corresponding to the running speed of the vehicle obtained from the vehicle speed sensor is also provided.

コントロールユニット200は、前記各信号を所定の周期をもって取り込み、それに基づいてエンジンの運転状態を把握し、この運転状態に基づいて、所定の演算処理を実行し、この演算結果として算定された制御信号を、燃料噴射弁122、点火プラグ113、吸気制御弁103、電制スロットル弁108等に供給して、燃料噴射態様(燃料噴射量=噴射パルス幅、噴射時期、噴射回数)制御、点火時期制御、吸気制御弁103の開度制御、スロットル弁108の開度制御等を実行する。   The control unit 200 fetches each signal with a predetermined period, grasps the operating state of the engine based on the signal, executes a predetermined calculation process based on the operating state, and calculates a control signal calculated as a result of the calculation. Is supplied to the fuel injection valve 122, the ignition plug 113, the intake control valve 103, the electric throttle valve 108, etc., and fuel injection mode (fuel injection amount = injection pulse width, injection timing, number of injections) control, ignition timing control Then, the opening control of the intake control valve 103, the opening control of the throttle valve 108, and the like are executed.

ここでは、コントロールユニット200は、基本的には、低負荷時には、空気流動が必要であるので、吸気制御弁103を閉じ方向に制御し、タンブルの強度が最適になるように制御するとともに、成層燃焼運転を行うべく、圧縮行程で燃料噴射を行う。それに対し、高負荷時には、均質燃焼運転を行うべく、前記吸気制御弁103を開いて、吸気行程で燃料噴射を行うようにされる。   Here, the control unit 200 basically requires air flow when the load is low, so the intake control valve 103 is controlled in the closing direction to control the tumble strength to be optimum, and the stratification is performed. In order to perform the combustion operation, fuel injection is performed in the compression stroke. On the other hand, at the time of high load, in order to perform homogeneous combustion operation, the intake control valve 103 is opened, and fuel injection is performed in the intake stroke.

なお、燃料噴射については、コントロールユニット200から燃料噴射弁122に噴射パルス信号を与えると、そのパルス幅(デューティ比)に応じた開弁時間で燃料噴射弁122の各噴射口が開き、各噴射口から燃料が噴射される。この場合、実際の燃料噴射量は、前記開弁時間と、燃圧センサ133によって計測される燃料ギャラリ132内の圧力によって変化するため、コントロールユニット200は、燃圧も考慮してパルス幅を決定するようになっている。   As for fuel injection, when an injection pulse signal is given from the control unit 200 to the fuel injection valve 122, each injection port of the fuel injection valve 122 is opened in a valve opening time corresponding to the pulse width (duty ratio), and each injection is performed. Fuel is injected from the mouth. In this case, since the actual fuel injection amount varies depending on the valve opening time and the pressure in the fuel gallery 132 measured by the fuel pressure sensor 133, the control unit 200 determines the pulse width in consideration of the fuel pressure. It has become.

次に、各実施例(主にピストン107と燃料噴射弁122の仕様)を説明する。
<実施例1>
本実施例1では、図3、図4(A)、(B)に示される如くに、ピストン107の頂面部には、前記タンブル120(図1参照)を崩すことなく維持保存すべく、タンブル120の旋回方向に沿うように吸気−排気方向(Y−Y方向)に伸びる円筒状に湾曲した中央底面107a及びこの中央底面107aと側面107c1、107c2との間に形成された側部傾斜面107b1、107b2を有する凹所107Aが設けられている。本実施例では、中央底面107aと側部傾斜面107b1、107b2とが噴霧反射面となっている(後述)。
Next, each embodiment (mainly the specifications of the piston 107 and the fuel injection valve 122) will be described.
<Example 1>
In the first embodiment, as shown in FIGS. 3, 4A, and 4B, the top surface of the piston 107 is tumbled so as to maintain and store the tumble 120 (see FIG. 1) without breaking it. A central bottom surface 107a curved in a cylindrical shape extending in the intake-exhaust direction (Y-Y direction) along the turning direction of 120, and a side inclined surface 107b1 formed between the central bottom surface 107a and the side surfaces 107c1, 107c2. , 107b2 is provided with a recess 107A. In this embodiment, the center bottom surface 107a and the side inclined surfaces 107b1 and 107b2 are spray reflecting surfaces (described later).

また、燃料噴射弁122には、本例では四つの噴射口が設けられており、その一つの向き、すなわち、それから噴射される燃料噴霧(の軸線)124は、シリンダ中心線O上に配置された点火プラグ113を指向するようになっており、残りの三つの噴射口のうちの一つの向き、すなわち、それから噴射される燃料噴霧(の軸線)125aは、前記中央底面107aの幅方向中央を指向し、他の二つの向き、すなわち、それから噴射される燃料噴霧(の軸線)125b1、125b2は、前記傾斜面107b1、107bの幅方向中央を指向するようになっている。   Further, in this example, the fuel injection valve 122 is provided with four injection ports, and one direction thereof, that is, the fuel spray (axis line) 124 injected therefrom is arranged on the cylinder center line O. The spark plug 113 is directed to one of the remaining three injection ports, that is, the fuel spray (axis) 125a injected from the direction of the center in the width direction of the central bottom surface 107a. The other two directions, that is, the fuel sprays (axis lines) 125b1 and 125b2 injected therefrom are directed to the center in the width direction of the inclined surfaces 107b1 and 107b.

ここでは、燃料噴霧125a、125b1、125b2の中央底面107a、側部傾斜面107b1、107b2との衝突点をそれぞれA、B1、B2とすると、これらの衝突点A、B1、B2での燃料噴霧125a、125b1、125b2の入射角と反射角が略等しくなるように、ピストン107及び燃料噴射弁122の仕様が設定されている。   Here, assuming that the collision points of the fuel sprays 125a, 125b1, 125b2 with the central bottom surface 107a and the side inclined surfaces 107b1, 107b2 are A, B1, B2, respectively, the fuel sprays 125a at these collision points A, B1, B2 The specifications of the piston 107 and the fuel injection valve 122 are set so that the incident angle and the reflection angle of 125b1, 125b2 are substantially equal.

さらに、燃料噴霧125b1(燃料噴射弁122の噴射口)、この燃料噴霧125b1の衝突点B1から伸びる法線、及び点火プラグ113は、同一平面内にあり、同様に、燃料噴霧125b2(燃料噴射弁122の噴射口)、この燃料噴霧125b2の衝突点B2から伸びる法線、及び点火プラグ113も、同一平面内にあり、本実施例では、それらの面が水平面となす角度は約30°となっている。また、燃料噴霧125aの衝突点A、点火プラグ113、燃料噴射弁122を含む平面は、水平面に対して略直交している。   Further, the fuel spray 125b1 (injection port of the fuel injection valve 122), the normal extending from the collision point B1 of the fuel spray 125b1, and the spark plug 113 are in the same plane. Similarly, the fuel spray 125b2 (fuel injection valve) 122), the normal extending from the collision point B2 of the fuel spray 125b2, and the spark plug 113 are also in the same plane. In this embodiment, the angle between these planes and the horizontal plane is about 30 °. ing. Further, the plane including the collision point A of the fuel spray 125a, the spark plug 113, and the fuel injection valve 122 is substantially orthogonal to the horizontal plane.

このように構成することで、ピストン107に向かった燃料噴霧125b1、125b2を反射させて点火プラグ113方向に導くことにより、直接点火プラグ113近傍に到達する燃料噴霧124と合わせて、点火プラグ113近傍にのみ可燃混合気121を形成することができ、成層燃焼運転が可能となる。これにより、低負荷時において、点火プラグ113近傍にのみ燃料を分布させ、混合気の成層度を高めることができるので、低負荷時にも多くの空気を吸入してポンピングロスを減少させながら、点火燃焼を安定して行わせることができ、失火や燃焼変動を抑えつつ、効率の良い燃焼を行うことが可能になる。また、ピストン107や燃焼室内壁に燃料が付着しにくくなるので、未燃炭化水素(HC)の排出を抑制することができる。   With this configuration, the fuel sprays 125b1 and 125b2 directed toward the piston 107 are reflected and guided in the direction of the spark plug 113, so that the fuel spray 124 that directly reaches the vicinity of the spark plug 113 is combined with the vicinity of the spark plug 113. Thus, the combustible air-fuel mixture 121 can be formed only in the stratified combustion operation. As a result, fuel can be distributed only in the vicinity of the spark plug 113 when the load is low, and the stratification degree of the air-fuel mixture can be increased. Therefore, ignition can be performed while reducing the pumping loss by inhaling a large amount of air even when the load is low. Combustion can be stably performed, and efficient combustion can be performed while suppressing misfire and combustion fluctuation. In addition, since it is difficult for the fuel to adhere to the piston 107 and the combustion chamber wall, the discharge of unburned hydrocarbon (HC) can be suppressed.

<実施例2>
図5は、実施例2におけるピストン107の頂面部形状を概略的に示す。以下においては、図6、図7、図8を参照しながら実施例2のピストン107の仕様(頂面部形状)とその設定手法を説明する。簡単のため、図6から図8の凹所107B内を、図7に示される如くに、いくつかの面1〜20に分けて説明する。なお、本説明は燃料噴霧125bの片側、すなわち噴霧125b1に対するもので、噴霧125b2については凹所107Aの幅方向中心線を挟んで対称的な関係になっているため、説明は省略する。また、燃料噴射弁122の構成及び点火プラグ113を直接指向する噴霧124については、実施例1と基本的には同じであるのでその説明を省略する。
<Example 2>
FIG. 5 schematically shows the shape of the top surface of the piston 107 in the second embodiment. In the following, the specification (top surface shape) of the piston 107 of the second embodiment and its setting method will be described with reference to FIGS. 6, 7, and 8. For the sake of simplicity, the inside of the recess 107B in FIGS. 6 to 8 will be described by dividing it into several planes 1 to 20 as shown in FIG. Note that this description is for one side of the fuel spray 125b, that is, the spray 125b1, and the spray 125b2 has a symmetrical relationship with respect to the center line in the width direction of the recess 107A, and thus the description is omitted. Further, the configuration of the fuel injection valve 122 and the spray 124 directly directed to the ignition plug 113 are basically the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

本実施例のピストン107の頂面部には、実施例1と同様に、前記タンブル120(図1参照)を崩すことなく維持保存すべく、タンブル120の旋回方向に沿うように吸気−排気方向に伸びる円筒状に湾曲した細長い中央底面溝107i、107iを有する凹所107Bが設けられている。この凹所107Bには、中央底面溝107i−107i間に一定の幅を有する中央突面107gが設けられ、また、中央底面溝107i、107iと側面107c1、107c2との間には、一定の幅を有する側部傾斜突面107h1、107h2が設けられている。前記中央突面107g及び側部傾斜突面107h1、107h2の吸気側には小窪み107m、107j、107mが設けられ、この小窪み107j、107m、107mの端部から排気側には大窪み107n、107k、107nが設けられている。   In the same manner as in the first embodiment, the top surface portion of the piston 107 of the present embodiment is arranged in the intake-exhaust direction so as to follow the turning direction of the tumble 120 in order to maintain and preserve the tumble 120 (see FIG. 1) without breaking it. A recess 107B having an elongated central bottom groove 107i, 107i curved in a cylindrical shape is provided. The recess 107B is provided with a central protrusion 107g having a constant width between the central bottom grooves 107i-107i, and a constant width between the central bottom grooves 107i, 107i and the side faces 107c1, 107c2. Side inclined protrusions 107h1 and 107h2 are provided. Small recesses 107m, 107j, 107m are provided on the intake side of the central projecting surface 107g and the side inclined projecting surfaces 107h1, 107h2, and large recesses 107n are provided from the ends of the small recesses 107j, 107m, 107m to the exhaust side. 107k and 107n are provided.

前記中央突面107g、側部傾斜突面107h1、107h2は、それぞれ実施例1における中央底面107a、側部傾斜面107b1、107b2に対応しており、中央突面107gには燃料噴霧125aが衝突して反射し、側部傾斜突面107h1、107h2には、燃料噴霧125b1、125b2がそれぞれ衝突して反射するようになっている。   The central projecting surface 107g and the side inclined projecting surfaces 107h1 and 107h2 correspond to the central bottom surface 107a and the side inclined surfaces 107b1 and 107b2 in the first embodiment, respectively, and the fuel spray 125a collides with the central projecting surface 107g. The fuel sprays 125b1 and 125b2 collide with the side inclined protrusions 107h1 and 107h2, respectively, and are reflected.

ここでは、図6、図8に示される如くに、燃料噴霧125a(125b1及び125b2も)は、燃料噴射弁122の個別の噴射口から、ピストン107の位置とは無関係に、常に同一の方向に向かう。   Here, as shown in FIGS. 6 and 8, the fuel spray 125 a (and 125 b 1 and 125 b 2) always flows in the same direction from the individual injection ports of the fuel injection valve 122 regardless of the position of the piston 107. Head.

次に、燃料噴射態様が圧縮行程噴射の場合と吸気行程噴射の場合とに分けて説明する。圧縮行程噴射時、すなわち、ピストン107が圧縮行程、例えば、クランク角で圧縮上死点前20度のとき、ピストン107は、図8のpに示される位置にある。このとき、ピストン107の中央突面107gに向かう噴霧125aは、図7の面S1に、これより外側に向かう噴霧125b1は図7の面S5に衝突する。このとき、面S1の法線を基準として、燃料噴射弁122側の入射角と、点火プラグ113側の反射角が略等しくなるように面S1の傾斜角や曲率等が設定される。面S5に関しても同様であるが、噴霧がシリンダ中心線よりも外側に向かっているため、面S5は中央底面溝107iに向かって落ち込むような傾斜面となる。   Next, the fuel injection mode will be described separately for the case of the compression stroke injection and the case of the intake stroke injection. At the time of the compression stroke injection, that is, when the piston 107 is in the compression stroke, for example, 20 degrees before the compression top dead center in the crank angle, the piston 107 is at the position shown by p in FIG. At this time, the spray 125a directed to the central projecting surface 107g of the piston 107 collides with the surface S1 in FIG. 7, and the spray 125b1 directed outward from this impinges on the surface S5 in FIG. At this time, the inclination angle, curvature, etc. of the surface S1 are set so that the incident angle on the fuel injection valve 122 side and the reflection angle on the spark plug 113 side are substantially equal with respect to the normal line of the surface S1. The same applies to the surface S5, but since the spray is directed outward from the cylinder center line, the surface S5 is an inclined surface that falls toward the central bottom groove 107i.

上記よりも前の、クランク角が圧縮上死点前30度のとき、ピストン107の位置は圧縮上死点前20度の場合よりも下がり、図8でqの位置にある。このとき、燃料噴霧125aは面S2に衝突する。噴霧125b1は、図8に示される如くに、ピストン107との距離が開くと到達点が外側に広がっていくため、面S6よりも外側の面S10に衝突する。このとき、圧縮上死点前20度の場合と同様に、面S2、面S10の傾斜角や曲率等は、それぞれの面の法線を基準として、入射角と反射角が略等しくなるように設定される。   Prior to the above, when the crank angle is 30 degrees before compression top dead center, the position of the piston 107 is lower than that at 20 degrees before compression top dead center, and is at the position q in FIG. At this time, the fuel spray 125a collides with the surface S2. As shown in FIG. 8, the spray 125b1 collides with the surface S10 outside the surface S6 because the reaching point spreads outward when the distance from the piston 107 increases. At this time, as in the case of 20 degrees before compression top dead center, the inclination angles and curvatures of the surfaces S2 and S10 are set so that the incident angle and the reflection angle are substantially equal with respect to the normal line of each surface. Is set.

一方、吸気行程噴射時、すなわち、ピストン107が吸気行程、例えば、クランク角で排気上死点後40度のとき、ピストン107は上記の状態よりさらに低いrの位置にあり、上記と同様に、燃料噴霧125aと燃料噴霧125b1はそれぞれ面S3と面S15に衝突する。吸気行程では混合気を拡散させて空気利用率を上げたいので、混合気を反射させる位置は、上記pまたはqの場合と異なり、燃焼室95の天井部における点火プラグ113よりも排気側寄りの、例えば点Tを指向するようにする。ここでも上記と同様の手順で、面S3と面S15の法線を基準とすると、燃料噴射弁122側の入射角と、点Tに向かう反射角が等しくなるように、面S3と面S15の傾斜角や曲率等を設定する。   On the other hand, at the time of intake stroke injection, that is, when the piston 107 is at the intake stroke, for example, at 40 degrees after exhaust top dead center at the crank angle, the piston 107 is at a position r lower than the above state. The fuel spray 125a and the fuel spray 125b1 collide with the surface S3 and the surface S15, respectively. Since the air-fuel mixture is diffused in the intake stroke to increase the air utilization rate, the position where the air-fuel mixture is reflected differs from the case of p or q described above, and is closer to the exhaust side than the spark plug 113 in the ceiling portion of the combustion chamber 95. For example, the point T is directed. Here, in the same procedure as described above, when the normal line of the surfaces S3 and S15 is used as a reference, the incident angle on the fuel injection valve 122 side and the reflection angle toward the point T are equal to each other. Set the tilt angle and curvature.

ピストン107が排気上死点後50度の位置sで燃料を噴射する場合には、燃料噴霧125a、125b1が、燃焼室95の天井部における点火プラグ113及び前記点Tよりも排気側寄りの、例えば点Uを指向するように、面S4、面S20の傾斜角や曲率等が設定される。   When the piston 107 injects fuel at a position s 50 degrees after exhaust top dead center, the fuel sprays 125a and 125b1 are closer to the exhaust side than the spark plug 113 and the point T at the ceiling of the combustion chamber 95. For example, the inclination angles and curvatures of the surfaces S4 and S20 are set so as to be directed to the point U.

なお、上記噴霧が衝突することの無い面、例えば面S6の傾斜角や曲率等については、面S5、面S10との連続性を保ち、かつ、燃焼室95内に発生するタンブル120を効果的に維持保存できるように滑らかな面で形成する。他の面についても同様である。   It should be noted that the surface on which the spray does not collide, for example, the inclination angle and curvature of the surface S6, keeps continuity with the surfaces S5 and S10, and effectively uses the tumble 120 generated in the combustion chamber 95. It is formed with a smooth surface so that it can be maintained and preserved. The same applies to other aspects.

さらに、ピストン107の動きは連続的であるので、圧縮上死点前20度から30度、好ましくは圧縮上死点前35度前後までは、燃料噴霧125a及び燃料噴霧125b1は全て点火プラグ113を指向するのであるから、本実施例では2つの段階に分けて説明したが、ピストン位置を多段階にすれば、面を細かく分割しても、一つ一つの面に対して同様に傾斜角度や曲率等の設定が可能である。この考えを発展させると、それぞれの面は区切られたメッシュ状の平面の連続ではなく、滑らかな曲面で構成されても良い。それぞれの面の横幅については、噴霧125a、125b1がピストン107に衝突する際の広がりや、ピストン107が下方向に移動した際、噴霧到達点の外側への広がりに応じて決定すればよい。このとき、反射面の幅が広がりすぎると、ピストン107がタンブル120を維持保存する効果が薄れるため、反射面である中央突面107gと側部傾斜突面07h1、107h2の合計幅は、凹所107B全体の幅に対して、30〜70%程度の比率、好ましくは50%程度の比率であることが望ましい。これらの検討を順に行うことで、図5に示される如くの曲面を構成することができる。   Further, since the movement of the piston 107 is continuous, all of the fuel spray 125a and the fuel spray 125b1 hold the spark plug 113 between 20 and 30 degrees before compression top dead center, preferably around 35 degrees before compression top dead center. In this embodiment, it is divided into two stages. However, if the piston position is multistage, even if the surface is divided finely, the inclination angle and Curvature etc. can be set. If this idea is developed, each surface may be constituted by a smooth curved surface instead of a continuous mesh-shaped plane. The lateral width of each surface may be determined according to the spread when the sprays 125a and 125b1 collide with the piston 107 and the spread to the outside of the spray arrival point when the piston 107 moves downward. At this time, if the width of the reflecting surface is too wide, the effect of the piston 107 maintaining and preserving the tumble 120 is diminished, so the total width of the central projecting surface 107g and the side inclined projecting surfaces 07h1 and 107h2 as the reflecting surface is a recess. It is desirable that the ratio is about 30 to 70%, preferably about 50% with respect to the entire width of 107B. By performing these examinations in order, a curved surface as shown in FIG. 5 can be formed.

図9に、実施例2における圧縮行程噴射時(成層燃焼運転時=低負荷時)の混合気形成状態を示す。この例では、燃料噴霧125a、125b(1、2)はピストン107が圧縮上死点前20度から30度、すなわち図のqからpの間で反射されるものとする。燃料噴射時期は、噴霧125が燃料噴射弁122から出てピストン107に到達するまでの時間を考慮して、クランク角で数度早めに噴射される。一方、燃料噴射弁122(の噴射口)からは複数(ここでは四つ)の燃料噴霧が噴射され、このうち燃料噴霧124は点火プラグ113を直接指向する噴霧である。噴射は同時に行われるが、到達距離の違いから、噴霧124が一番先にプラグ113に到達し、次いで中央突面107gで反射された噴霧125a、外側寄りで反射された125bの順になる。このように時間差で噴霧124、125a、125bを点火プラグ113の近傍に到達させることにより、混合気126を点火プラグ113近傍に長く存在させることができ、安定した成層燃焼を行うことができる。   FIG. 9 shows an air-fuel mixture formation state at the time of compression stroke injection in Example 2 (at the time of stratified combustion operation = low load). In this example, it is assumed that the fuel sprays 125a and 125b (1,2) are reflected by the piston 107 between 20 degrees and 30 degrees before compression top dead center, that is, between q and p in the figure. The fuel injection timing is injected several degrees earlier at the crank angle in consideration of the time until the spray 125 exits the fuel injection valve 122 and reaches the piston 107. On the other hand, a plurality of (four in this case) fuel sprays are injected from the fuel injection valve 122 (injection ports thereof), and the fuel spray 124 is a spray directed directly to the spark plug 113. Although spraying is performed at the same time, the spray 124 reaches the plug 113 first because of the difference in the reach distance, and then the spray 125a reflected by the central projecting surface 107g and then 125b reflected by the outer side. In this way, by allowing the sprays 124, 125a, and 125b to reach the vicinity of the spark plug 113 with a time difference, the air-fuel mixture 126 can exist for a long time in the vicinity of the spark plug 113, and stable stratified combustion can be performed.

図10に、実施例2における吸気行程噴射時(均質燃焼運転時=高負荷時)の混合気形成状態を示す。高負荷であるため、燃料噴射量、すなわち噴射パルス幅は大きく、排気行程上死点後40度前後から噴射が開始される。噴射終了は吸気行程下死点付近となる。図に示される上死点後40度から50度、すなわちピストン107がrからsに達するまでは、ピストン107に向かう噴霧125a、125b(1、2)が中央突面107g、側部傾斜突面107h1、107h2で反射され、排気側に拡散する。一方、点火プラグ113を直接指向する噴霧124は主に吸気弁111側に到達し、その辺りに混合気126を形成する。吸気行程噴射であるので、吸気流は凹所107Bの中央底面溝107i、107iに沿って流れてタンブル120を形成する。噴霧125a、125b(1、2)はこの流れに沿って拡散することで、燃焼室95内に均質な混合気が形成され、これによって、燃焼効率、空気利用率が高められ、燃費の向上を図りながら高トルクを得ることが可能となる。   FIG. 10 shows an air-fuel mixture formation state during intake stroke injection (during homogeneous combustion operation = high load) in the second embodiment. Since the load is high, the fuel injection amount, that is, the injection pulse width is large, and the injection is started from around 40 degrees after the top dead center of the exhaust stroke. The end of injection is near the bottom dead center of the intake stroke. The sprays 125a and 125b (1,2) toward the piston 107 are the central projecting surface 107g and the side inclined projecting surfaces until 40 to 50 degrees after the top dead center shown in the figure, that is, until the piston 107 reaches r to s. Reflected by 107h1 and 107h2 and diffused to the exhaust side. On the other hand, the spray 124 directly directed to the spark plug 113 mainly reaches the intake valve 111 side, and forms an air-fuel mixture 126 therearound. Since it is the intake stroke injection, the intake flow flows along the central bottom grooves 107i and 107i of the recess 107B to form the tumble 120. The sprays 125a and 125b (1, 2) diffuse along this flow, thereby forming a homogeneous air-fuel mixture in the combustion chamber 95, thereby improving combustion efficiency and air utilization rate, and improving fuel efficiency. It is possible to obtain a high torque while aiming.

図11、図12は、吸気行程(1回目)と圧縮行程(2回目)の2回噴射を行った場合の、吸気行程及び圧縮行程における混合気形成状態の変化をそれぞれ示す。図11に示される吸気行程での噴射(1回目)は、排気上死点後40度から50度の間にピストン107(の中央突面107g及び側部傾斜突面107h1、107h2)に噴霧125a及び125b(1、2)が到達するように行われる。これにより、図10に示される場合と略同様に、燃料噴霧124、125a、125bによって、吸気弁111、点火プラグ113から排気弁112にかけて広く噴霧125が拡散し、タンブル120とあいまって均質な混合気126が形成される。   11 and 12 show changes in the air-fuel mixture formation state in the intake stroke and the compression stroke, respectively, when two injections of the intake stroke (first time) and the compression stroke (second time) are performed. The injection (first time) in the intake stroke shown in FIG. 11 is sprayed 125a onto the piston 107 (the central projecting surface 107g and the side inclined projecting surfaces 107h1, 107h2) between 40 degrees and 50 degrees after exhaust top dead center. And 125b (1,2) are reached. As a result, as in the case shown in FIG. 10, the fuel spray 124, 125 a, 125 b causes the spray 125 to diffuse widely from the intake valve 111, the spark plug 113 to the exhaust valve 112, and is mixed with the tumble 120 to achieve homogeneous mixing. A gas 126 is formed.

図12に示される圧縮行程での噴射(2回目)は、図9に示される場合と略同様に、圧縮上死点前20度から30度においてピストン107で反射するように行われ、点火プラグ113の近傍に成層の燃料噴霧125が到達する。このようにして、燃焼室95全体には均質の混合気126が存在し、点火プラグ113の近傍のみ濃い混合気125が形成され、弱成層状態となり、燃焼を安定化させながら空気利用率を上げ、例えば始動直後のファストアイドル時に排気温を上げてHCを低減させたりすることができる。   The injection (second time) in the compression stroke shown in FIG. 12 is performed so as to be reflected by the piston 107 at 20 to 30 degrees before the compression top dead center, as in the case shown in FIG. The stratified fuel spray 125 reaches the vicinity of 113. In this way, a homogeneous air-fuel mixture 126 exists in the entire combustion chamber 95, and a rich air-fuel mixture 125 is formed only in the vicinity of the spark plug 113, resulting in a weakly stratified state and increasing the air utilization rate while stabilizing the combustion. For example, the exhaust temperature can be raised to reduce HC during fast idling immediately after startup.

<実施例3>
図13は、実施例3のピストン107並びに燃料噴射弁122の構成を示す。本実施例のピストン107及び燃料噴射弁122の基本構成は実施例2と同じであるが、燃料噴射弁122からピストン107に向かう燃料噴霧を実施例2より左右1本ずつ増やして合計5本としている。すなわち、側部傾斜突面107h1、107h2には、それぞれ燃料噴霧が2本ずつ(燃料噴霧125b1、125b3と燃料噴霧125b2、125b4)衝突して反射するようになっている。この場合、側部傾斜突面107h1、107h2の形状が多少変更され、また、ピストン外側寄りの燃料噴霧125b3、125b4の幅は第2実施例の燃料噴霧125b1、125b2よりも広がっている。
<Example 3>
FIG. 13 shows the configuration of the piston 107 and the fuel injection valve 122 of the third embodiment. The basic configuration of the piston 107 and the fuel injection valve 122 of the present embodiment is the same as that of the second embodiment, but the fuel spray from the fuel injection valve 122 toward the piston 107 is increased by one from the left and right from the second embodiment to make a total of five. Yes. That is, two fuel sprays (fuel sprays 125b1 and 125b3 and fuel sprays 125b2 and 125b4) collide and be reflected on the side inclined protrusions 107h1 and 107h2, respectively. In this case, the shapes of the side inclined protrusions 107h1 and 107h2 are slightly changed, and the widths of the fuel sprays 125b3 and 125b4 near the outside of the piston are wider than the fuel sprays 125b1 and 125b2 of the second embodiment.

以下、片側の燃料噴霧125b1と125b3について説明する。ピストン107がクランク角で圧縮上死点前20度にあるとき、噴霧125b1は面S5、噴霧125b3は面S9に衝突するので、実施例2と同様に、この面でそれぞれ反射されて点火プラグ113近傍に到達するように、面の傾斜角度や曲率等を設定する。ピストン107が下降すると、燃料噴霧125b1、125b3の側部傾斜突面107h1での衝突位置は、噴霧125b1が面S6、面S11、面S16のように、また、噴霧125b3が面S14、面S19、面S24のように広がっていくが、この際にも前述したように、噴霧125b1、125bが点火プラグ113近傍か、又は、燃焼室95の天井部における点火プラグ113よりも排気側寄りの部位に向かうようにそれぞれの面の傾斜角度や曲率等を設定すればよい。面S1からS24のうち、噴霧が衝突しない面については、他の面との角度を考慮し、タンブル120を維持保存できるようにできるだけ滑らかに連設する。   Hereinafter, the fuel sprays 125b1 and 125b3 on one side will be described. When the piston 107 is at a crank angle of 20 degrees before compression top dead center, the spray 125b1 collides with the surface S5 and the spray 125b3 collides with the surface S9. The inclination angle and curvature of the surface are set so as to reach the vicinity. When the piston 107 descends, the collision positions of the fuel sprays 125b1 and 125b3 on the side inclined protrusions 107h1 are such that the spray 125b1 is the surface S6, the surface S11, the surface S16, and the spray 125b3 is the surface S14, the surface S19, In this case, the sprays 125b1 and 125b are located in the vicinity of the spark plug 113 or in a portion closer to the exhaust side than the spark plug 113 in the ceiling portion of the combustion chamber 95, as described above. What is necessary is just to set the inclination angle, curvature, etc. of each surface so that it may face. Of the surfaces S1 to S24, the surfaces on which the sprays do not collide are arranged as smoothly as possible so that the tumble 120 can be maintained and stored in consideration of the angle with the other surfaces.

<実施例4>
図14は、実施例4のピストン107並びに燃料噴射弁122の構成を示す。本実施例のピストン107及び燃料噴射弁122の基本構成は第2実施例と同じであるが、側部傾斜突面107h1、107h2の形状が多少変更されている。詳しくは,本実施例では、ピストン107が排気上死点後40度から50度にあるとき、すなわち、燃料噴霧125b1、125b2を主として吸気行程で反射させる位置にあるとき、燃料噴霧125b1、125b2が側部傾斜突面107h1、107h2に衝突して反射する方向が、燃焼室95の天井部における点火プラグ113より外周側で、かつ、燃料噴射弁122から見て燃焼室95の対向壁側に向かうように、側部傾斜突面107h1、107h2の傾斜角度や曲率等が設定されている。
<Example 4>
FIG. 14 shows the configuration of the piston 107 and the fuel injection valve 122 of the fourth embodiment. The basic configuration of the piston 107 and the fuel injection valve 122 of this embodiment is the same as that of the second embodiment, but the shapes of the side inclined protrusions 107h1 and 107h2 are slightly changed. More specifically, in this embodiment, when the piston 107 is at 40 to 50 degrees after exhaust top dead center, that is, when the fuel spray 125b1 and 125b2 are mainly reflected in the intake stroke, the fuel spray 125b1 and 125b2 is The direction of collision and reflection on the side inclined protrusions 107h1 and 107h2 is toward the outer peripheral side of the ignition plug 113 at the ceiling of the combustion chamber 95 and toward the opposing wall side of the combustion chamber 95 when viewed from the fuel injection valve 122. As described above, the inclination angle, curvature, and the like of the side inclined protrusion surfaces 107h1 and 107h2 are set.

このように構成することで、吸気行程噴射時の混合気126を燃焼室95内で広く分布させ、より高いトルクを得るようにしたり、始動時に排気温度をより高くしたりすることができる。   With this configuration, the air-fuel mixture 126 at the time of intake stroke injection can be widely distributed in the combustion chamber 95 to obtain a higher torque, or the exhaust gas temperature can be increased at the start.

図15(A)、(B)、(C)、及び(D)に、本実施形態の直噴エンジン(本発明品)90と従来例との比較を示す。図15から理解されるように、本発明品は、従来例に比べてより安定した成層燃焼を行えるので、空燃比を薄くしたり、EGR量を増やしたりしてポンピングロスを抑え、燃料消費量を少なくすることができる。さらにピストン107やシリンダ92の壁面への燃料付着を抑えられるので、HC排出量も低くすることができる。また、エンジン始動直後には吸気行程と圧縮行程の2回噴射等により弱成層混合気を形成し、点火時期を遅らせて後燃えを促進、排気温度を上げることができる。このとき、図16に示される如くに、排気温上昇によりHC排出量を低減しながら排気浄化用触媒の暖機(活性化)を早期に完了し、始動後のHC積算排出量を抑えることができる。   15A, 15B, 15C, and 15D show a comparison between the direct injection engine (product of the present invention) 90 of the present embodiment and a conventional example. As can be seen from FIG. 15, the product of the present invention can perform stratified combustion more stably than the conventional example, so the pumping loss is reduced by reducing the air-fuel ratio or increasing the EGR amount, and the fuel consumption amount. Can be reduced. Furthermore, since the fuel adhesion to the piston 107 and the wall surface of the cylinder 92 can be suppressed, the amount of HC emission can be reduced. Immediately after the engine is started, a weak stratified mixture is formed by two injections of the intake stroke and the compression stroke, etc., and the ignition timing is delayed to promote afterburning and the exhaust temperature can be raised. At this time, as shown in FIG. 16, warming-up (activation) of the exhaust purification catalyst is completed at an early stage while reducing the HC emission amount due to the exhaust gas temperature rise, and the accumulated HC emission amount after starting can be suppressed. it can.

なお、本発明は、前記実施形態(実施例)に限定される訳ではなく、ピストンや燃料噴射弁に種々の変更を加えてもよいことは勿論である。例えば、前記実施形態においては、燃料噴霧の噴射方向が不変(固定)の燃料噴射弁122を用いたが、それに代えて、運転状態に応じて噴霧の本数や方向を変更できる燃料噴射弁を用いてもよく、この場合にも前記実施例と同様の手法で反射面の傾斜角度や曲率等を設定すれば、良好な成層燃焼運転や均質燃焼運転を実現できる。   In addition, this invention is not necessarily limited to the said embodiment (Example), Of course, a various change may be added to a piston and a fuel injection valve. For example, in the above-described embodiment, the fuel injection valve 122 whose fuel spray injection direction is unchanged (fixed) is used. Instead, a fuel injection valve that can change the number and direction of the spray according to the operating state is used. In this case as well, a good stratified combustion operation and homogeneous combustion operation can be realized by setting the inclination angle and curvature of the reflecting surface in the same manner as in the above embodiment.

また、反射した噴霧が、例えば、ピストン107が上死点近傍にあるときには、燃焼室95の天井部における点火プラグ113より外周側の部位を指向するようにし、これよりもピストンが下降したときに点火プラグを指向するようにしてもよいし、さらに広いクランク角の範囲で噴霧が点火プラグ近傍に向かうように構成することも可能である。   Further, for example, when the piston 107 is in the vicinity of the top dead center, the reflected spray is directed toward the outer peripheral side of the spark plug 113 in the ceiling portion of the combustion chamber 95, and when the piston is lowered further than this. The spark plug may be directed, or the spray may be directed to the vicinity of the spark plug in a wider crank angle range.

さらに、前記実施例では燃料噴霧の衝突点における法線に対して入射角と反射角が略等しくなるように反射面の傾斜角度等を設定しているが、タンブルなど、空気流動が強い場合にはその影響を加味して反射面の傾斜角度を決めてもよいし、入射角が例えば45度以上にの大角度に達する場合には、噴霧がピストン面に沿って流れる、いわゆるウォールガイドとなることがあるが、これらの公知である噴霧または混合気の誘導方法と本発明とを組み合わせるようにしてもよい。   Further, in the above embodiment, the angle of inclination of the reflecting surface is set so that the incident angle and the reflection angle are substantially equal to the normal at the collision point of the fuel spray, but when the air flow is strong such as tumble. In consideration of the influence, the inclination angle of the reflecting surface may be determined, and when the incident angle reaches a large angle of, for example, 45 degrees or more, a so-called wall guide is formed in which the spray flows along the piston surface. In some cases, the present invention may be combined with these known methods for inducing spray or air-fuel mixture.

本発明に係る直噴エンジンの一実施形態を示す概略構成図。1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a direct injection engine according to the present invention. 本発明に係る直噴エンジンの一実施形態を示す概略平面図。1 is a schematic plan view showing an embodiment of a direct injection engine according to the present invention. 実施例1における燃料噴霧の挙動等の説明に供されるピストン頂面部の平面図。FIG. 3 is a plan view of a piston top surface portion used for explanation of fuel spray behavior and the like in the first embodiment. 実施例1において燃料噴霧の挙動等の説明に供される図であり、(A)は図3のX−X矢視断面図、(B)は図3のY−Y矢視断面図。It is a figure with which it uses for description of the behavior of fuel spray, etc. in Example 1, (A) is XX arrow sectional drawing of FIG. 3, (B) is YY arrow sectional drawing of FIG. 実施例2で使用されるピストンの鳥かん図。FIG. 5 is a bird's-eye view of a piston used in Example 2. 実施例2における燃料噴霧の挙動等の説明に供される切欠側面図。FIG. 6 is a cutaway side view for explaining fuel spray behavior and the like in the second embodiment. 実施例2における燃料噴霧の挙動等の一例の説明に供される概念図。The conceptual diagram with which it uses for description of examples, such as the behavior of the fuel spray in Example 2. FIG. 実施例2における燃料噴霧の挙動等の他の例の説明に供される切欠側面図。FIG. 6 is a cutaway side view for explaining another example such as the behavior of fuel spray in the second embodiment. 実施例2における成層燃焼時における混合気形成の説明に供される切欠側面図。FIG. 6 is a cutaway side view for explaining the air-fuel mixture formation during stratified combustion in the second embodiment. 実施例2における高負荷時における混合気形成の説明に供される切欠側面図。FIG. 6 is a cutaway side view for explaining the air-fuel mixture formation at the time of high load in Example 2. 実施例2において吸気行程と圧縮行程で2回噴射を行う場合の、1回目の噴射の混合気形成の説明に供される切欠側面図。FIG. 9 is a cutaway side view for explaining the formation of the air-fuel mixture in the first injection when the injection is performed twice in the intake stroke and the compression stroke in the second embodiment. 実施例2において吸気行程と圧縮行程で2回噴射を行う場合の、2回目の噴射の混合気形成の説明に供される切欠側面図。FIG. 6 is a cutaway side view used for explaining the formation of the air-fuel mixture in the second injection when the injection is performed twice in the intake stroke and the compression stroke in the second embodiment. 実施例3における燃料噴霧の挙動等の説明に供される概念図。The conceptual diagram with which it uses for description of the behavior etc. of the fuel spray in Example 3. FIG. 実施例4における燃料噴霧の挙動等の説明に供される切欠側面図。FIG. 9 is a cutaway side view for explaining the fuel spray behavior and the like in the fourth embodiment. 本発明品と従来例における(A)燃料消費量、(B)トルク、(C)排気温、(D)HC排出量の比較説明に供される図。The figure which is provided for the comparative explanation of (A) fuel consumption, (B) torque, (C) exhaust temperature, and (D) HC emission amount in the product of the present invention and the conventional example. 本発明と従来例における始動時HC排出量の時間変化の比較説明に供される図。The figure which is provided for the comparison explanation of the time change of HC discharge amount at the time of starting in the present invention and a conventional example.

符号の説明Explanation of symbols

90 …直噴エンジン
92 …シリンダ
95 …燃焼室
101…吸気通路
102…仕切り板
103…吸気制御弁
107…ピストン
107A…凹所
107a…中央底面(噴霧反射面)
107b1、107b2…側部傾斜面(噴霧反射面)
110…排気通路
111…吸気弁
112…排気弁
113…点火プラグ
114…点火コイル
115…触媒
116…コレクタ
120…タンブル
121…混合気
122…燃料噴射弁
124…点火プラグを直接指向する燃料噴霧
125a…凹所の中央底面に衝突して反射される燃料噴霧
125b1、125b2…凹所の側部傾斜面に衝突して反射される燃料噴霧
200…コントロールユニット
90 ... direct injection engine 92 ... cylinder 95 ... combustion chamber 101 ... intake passage 102 ... partition plate 103 ... intake control valve 107 ... piston 107A ... recess 107a ... center bottom surface (spray reflection surface)
107b1, 107b2 ... side inclined surfaces (spray reflection surfaces)
110 ... Exhaust passage 111 ... Intake valve 112 ... Exhaust valve 113 ... Ignition plug 114 ... Ignition coil 115 ... Catalyst 116 ... Collector 120 ... Tumble 121 ... Mixture 122 ... Fuel injection valve 124 ... Fuel spray 125a directly directed to the ignition plug ... Fuel sprays 125b1, 125b2 reflected by collision with the central bottom surface of the recess ... Fuel sprays 200 reflected by collision with the inclined side surfaces of the recess ... Control unit

Claims (12)

シリンダに摺動自在に嵌挿されたピストンと、該ピストン上方に画成される燃焼室内に直接燃料を噴射する複数の噴射口を持つ燃料噴射弁と、前記燃焼室に臨設された点火プラグと、前記燃焼室内でタンブルを生成すべく吸気系に設けられたタンブル生成手段と、前記燃料噴射弁による燃料噴射態様を制御する制御手段と、を備えた直噴エンジンであって、
前記ピストンの頂面部に、前記タンブルを崩すことなく維持保存するための凹所が設けられるとともに、該凹所に、前記燃料噴射弁における複数の噴射口のうちの少なくとも一つから噴射される燃料噴霧が衝突して反射される噴霧反射面が設けられ、前記ピストンがクランク角度で見て所定の角度範囲に位置しているとき、前記噴霧反射面に衝突した燃料噴霧が前記点火プラグに向けて反射するようにされていることを特徴とする直噴エンジン。
A piston slidably inserted into the cylinder, a fuel injection valve having a plurality of injection ports for directly injecting fuel into the combustion chamber defined above the piston, and an ignition plug provided adjacent to the combustion chamber; A direct injection engine comprising: tumble generating means provided in an intake system for generating tumble in the combustion chamber; and control means for controlling a fuel injection mode by the fuel injection valve,
The top surface portion of the piston is provided with a recess for maintaining and storing the tumble without breaking, and the fuel injected from at least one of the plurality of injection ports in the fuel injection valve into the recess When a spray reflecting surface is provided to reflect and collide with the spray, and when the piston is located within a predetermined angle range when viewed from the crank angle, the fuel spray that has collided with the spray reflecting surface is directed toward the spark plug. A direct injection engine characterized by being reflected.
シリンダに摺動自在に嵌挿されたピストンと、該ピストン上方に画成される燃焼室内に直接燃料を噴射する複数の噴射口を持つ燃料噴射弁と、前記燃焼室に臨設された点火プラグと、前記燃焼室内でタンブルを生成すべく吸気系に設けられたタンブル生成手段と、エンジン運転状態に基づいて、前記燃料噴射弁による一燃焼サイクル中での燃料噴射時期、燃料噴射量、噴射回数等の燃料噴射態様の制御、前記点火プラグによる点火時期の制御、及び前記タンブル生成手段の作動制御等を行う制御手段と、を備えた直噴エンジンであって、
前記ピストンの頂面部に、前記タンブルを崩すことなく維持保存すべく、該タンブルの旋回方向に沿うように吸気−排気方向に伸びる概略円筒状に湾曲した底部を有する凹所が設けられる一方、前記燃料噴射弁は、前記燃焼室の吸気側に臨設されて、その複数の噴射口のうちの少なくとも一つから噴射される燃料噴霧が前記ピストンの凹所を指向するようにされ、前記ピストンの凹所に、前記制御手段により圧縮上死点前所定角度以内で燃料噴射が行われる際、前記凹所に向かう少なくとも一つの燃料噴霧が衝突して前記点火プラグに向けて反射するように、その傾斜角度や曲率等が設定された平坦面ないし曲面からなる吸気−排気方向に伸びる噴霧反射面が設けられていることを特徴とする直噴エンジン。
A piston slidably inserted into the cylinder, a fuel injection valve having a plurality of injection ports for directly injecting fuel into the combustion chamber defined above the piston, and an ignition plug provided adjacent to the combustion chamber; , Tumble generating means provided in the intake system to generate tumble in the combustion chamber, and fuel injection timing, fuel injection amount, number of injections, etc. in one combustion cycle by the fuel injection valve based on the engine operating state A direct-injection engine comprising: a fuel injection mode control; an ignition timing control by the spark plug; and a control means for controlling the operation of the tumble generating means,
The top surface of the piston is provided with a recess having a substantially cylindrical bottom that extends in the intake-exhaust direction along the swivel direction of the tumble so as to maintain and preserve the tumble without breaking, The fuel injection valve is provided on the intake side of the combustion chamber so that fuel spray injected from at least one of the plurality of injection ports is directed to the recess of the piston. When the fuel injection is performed within the predetermined angle before the compression top dead center by the control means, the inclination is such that at least one fuel spray toward the recess collides and is reflected toward the spark plug. A direct-injection engine having a spray reflecting surface extending in an intake-exhaust direction, which is a flat surface or curved surface, in which an angle, a curvature, and the like are set.
シリンダに摺動自在に嵌挿されたピストンと、該ピストン上方に画成される燃焼室内に直接燃料を噴射する複数の噴射口を持つ燃料噴射弁と、前記燃焼室に臨設された点火プラグと、前記燃焼室内でタンブルを生成すべく吸気系に設けられたタンブル生成手段と、エンジン運転状態に基づいて、前記燃料噴射弁による一燃焼サイクル中での燃料噴射時期、燃料噴射量、噴射回数等の燃料噴射態様の制御、前記点火プラグによる点火時期の制御、及び前記タンブル生成手段の作動制御等を行う制御手段と、を備えた直噴エンジンであって、
前記ピストンの頂面部に、前記タンブルを崩すことなく維持保存すべく、該タンブルの旋回方向に沿うように吸気−排気方向に伸びる概略円筒状に湾曲した底部を有する凹所が設けられる一方、前記燃料噴射弁は、前記燃焼室の吸気側に臨設されて、その複数の噴射口のうちの少なくとも一つから噴射される燃料噴霧が前記ピストンの凹所を指向するようにされ、前記ピストンの凹所に、前記制御手段により排気上死点後所定角度以降で燃料噴射が行われる際、前記凹所に向かう少なくとも一つの燃料噴霧が衝突して前記燃焼室の天井部における前記点火プラグより排気側に向けて反射するように、その傾斜角度や曲率等が設定された平坦面ないし曲面からなる吸気−排気方向に伸びる噴霧反射面が設けられていることを特徴とする直噴エンジン。
A piston slidably inserted into the cylinder, a fuel injection valve having a plurality of injection ports for directly injecting fuel into the combustion chamber defined above the piston, and an ignition plug provided adjacent to the combustion chamber; , Tumble generating means provided in the intake system to generate tumble in the combustion chamber, and fuel injection timing, fuel injection amount, number of injections, etc. in one combustion cycle by the fuel injection valve based on the engine operating state A direct-injection engine comprising: a fuel injection mode control; an ignition timing control by the spark plug; and a control means for controlling the operation of the tumble generating means,
The top surface of the piston is provided with a recess having a substantially cylindrical bottom that extends in the intake-exhaust direction along the swivel direction of the tumble so as to maintain and preserve the tumble without breaking, The fuel injection valve is provided on the intake side of the combustion chamber so that fuel spray injected from at least one of the plurality of injection ports is directed to the recess of the piston. When the fuel injection is performed at a predetermined angle after the exhaust top dead center by the control means, at least one fuel spray directed toward the recess collides with the spark plug at the exhaust chamber on the ceiling side of the combustion chamber. A direct-injection engine having a spray reflecting surface extending in the intake-exhaust direction, which is a flat surface or curved surface with a tilt angle, a curvature, etc. set so as to be reflected toward the Down.
前記燃焼室は、ペントルーフ型ないし半球型とされ、該燃焼室の天井部中央に前記点火プラグが臨設されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の直噴エンジン。   4. The direct injection engine according to claim 1, wherein the combustion chamber is a pent roof type or a hemispherical type, and the ignition plug is provided in the center of a ceiling portion of the combustion chamber. 5. . 前記制御手段は、低負荷時と高負荷時とでは、前記噴霧反射面に衝突した燃料噴霧の反射方向が異なるように、燃料噴射態様を変更するようにされていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の直噴エンジン。   2. The fuel injection mode according to claim 1, wherein the control means is configured to change a fuel injection mode so that a reflection direction of the fuel spray colliding with the spray reflection surface is different between a low load and a high load. The direct injection engine according to any one of 1 to 4. 前記制御手段は、エンジンが所定の運転状態にあるとき、一燃焼サイクル中での燃料噴射を複数回に分割して行うようにされ、その分割噴射のうち少なくとも1回の噴射時においては、前記噴霧反射面に衝突して反射した燃料噴霧が前記点火プラグを指向するようにされ、他の回の噴射時においては、前記噴霧反射面に衝突して反射した燃料噴霧が前記点火プラグ以外の部位を指向するようにされていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の直噴エンジン。   The control means is configured to perform fuel injection in one combustion cycle divided into a plurality of times when the engine is in a predetermined operation state, and at least at the time of one of the divided injections, The fuel spray reflected and collided with the spray reflecting surface is directed to the spark plug, and at the time of another injection, the fuel spray reflected and collided with the spray reflecting surface is a part other than the spark plug. The direct-injection engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the direct-injection engine is directed toward the engine. 前記凹所に向かう燃料噴霧と、この燃料噴霧の衝突点に対する法線、及び点火プラグは、同一平面内にあることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の直噴エンジン。   The direct injection engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the fuel spray toward the recess, the normal to the collision point of the fuel spray, and the spark plug are in the same plane. . 前記凹所に、主として前記タンブルを維持保存するための底面溝と、主として前記燃料噴霧を反射するための噴霧反射面とが並設されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の直噴エンジン。   The bottom surface groove for mainly maintaining and preserving the tumble and the spray reflecting surface for mainly reflecting the fuel spray are arranged in parallel in the recess. The direct injection engine according to one item. 前記凹所に、主として前記タンブルを維持保存するための面と、主として前記燃料噴霧を反射するための噴霧反射面とが別々に設けられていることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の直噴エンジン。   9. The surface according to claim 1, wherein a surface for mainly maintaining and storing the tumble and a spray reflecting surface for mainly reflecting the fuel spray are separately provided in the recess. The direct injection engine according to one item. 前記燃料噴射弁の複数の噴射口のうちの少なくとも一つから噴射される燃料噴霧が前記点火プラグを直接指向するようにされ、この直接指向する燃料噴霧と、前記噴霧反射面で反射されて前記点火プラグに向かう燃料噴霧とは、主としてその経路の長短により、点火プラグ付近に到達するのに要する時間が異なるようにされていることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の直噴エンジン。   The fuel spray injected from at least one of the plurality of injection ports of the fuel injection valve is directed directly to the spark plug, and is reflected by the spray reflection surface by the direct fuel spray and the spray reflection surface. 10. The fuel spray directed to the spark plug is different in time required to reach the vicinity of the spark plug mainly due to the length of the path. 10. Direct injection engine. 前記噴霧反射面で反射されて前記点火プラグに向かう燃料噴霧は、前記ピストンの昇降位置に応じてその衝突点が変化することにより、前記点火プラグ付近に到達するタイミングが変化するようにされ、これによって前記点火プラグ周りに混合気が滞留する時間が延長されるようになっていることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の直噴エンジン。   The fuel spray reflected from the spray reflecting surface and directed to the spark plug changes its timing of arrival near the spark plug by changing its collision point according to the lift position of the piston. The direct-injection engine according to any one of claims 1 to 10, wherein a period of time during which the air-fuel mixture stays around the spark plug is extended by the above. 前記燃料噴射弁から噴射される少なくとも二つの燃料噴霧が前記噴霧反射面で反射されて点火プラグに向かうようにされるとともに、前記制御手段は、エンジンが所定の運転状態にあるとき、一燃焼サイクル中に燃料噴射を複数回に分割して行うようにされ、前記噴霧反射面で反射されて点火プラグに向かう少なくとも二つの燃料噴霧が、主として噴射タイミングと、その経路の長短により、前記点火プラグ付近に到達するタイミングが異なるようにされ、これによって前記点火プラグ周りに混合気が滞留する時間が延長されるようになっていることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の直噴エンジン。   At least two fuel sprays injected from the fuel injection valve are reflected by the spray reflecting surface so as to be directed to the spark plug, and the control means has one combustion cycle when the engine is in a predetermined operating state. The fuel injection is divided into a plurality of times, and at least two fuel sprays reflected by the spray reflecting surface and directed to the spark plug are near the spark plug mainly due to the injection timing and the length of the path. 12. The timing at which the air-fuel mixture reaches the valve is made different so that the time during which the air-fuel mixture stays around the spark plug is extended. 12. Direct injection engine.
JP2006237199A 2006-09-01 2006-09-01 Direct injection engine Expired - Fee Related JP4500790B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006237199A JP4500790B2 (en) 2006-09-01 2006-09-01 Direct injection engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006237199A JP4500790B2 (en) 2006-09-01 2006-09-01 Direct injection engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008057479A true JP2008057479A (en) 2008-03-13
JP4500790B2 JP4500790B2 (en) 2010-07-14

Family

ID=39240519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006237199A Expired - Fee Related JP4500790B2 (en) 2006-09-01 2006-09-01 Direct injection engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4500790B2 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2105595A1 (en) * 2008-03-24 2009-09-30 Mazda Motor Corporation Internal combustion engine of spark-Ignition direct-injection type and fuel injection method thereof
JP2009228582A (en) * 2008-03-24 2009-10-08 Mazda Motor Corp Cylinder direct injection spark ignition type internal combustion engine
JP2009293422A (en) * 2008-06-03 2009-12-17 Mitsubishi Motors Corp Cylinder injection type spark ignition internal combustion engine
JP2010024921A (en) * 2008-07-17 2010-02-04 Mazda Motor Corp Spark ignition type direct injection engine
JP2010048212A (en) * 2008-08-25 2010-03-04 Hitachi Ltd Direct injection type gasoline engine
JP2010096088A (en) * 2008-10-16 2010-04-30 Mitsubishi Motors Corp Cylinder direct-injection internal combustion engine
JP2012087706A (en) * 2010-10-21 2012-05-10 Hitachi Automotive Systems Ltd Cylinder injection engine and control device therefor
AT514021A1 (en) * 2013-03-13 2014-09-15 Avl List Gmbh Combustion chamber for an internal combustion engine
JP2017186918A (en) * 2016-04-01 2017-10-12 日産自動車株式会社 Controller and control method for direct injection engine

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1130124A (en) * 1997-07-09 1999-02-02 Nippon Soken Inc Fuel injection device of cylinder injection-type spark-ignition engine
JP2867772B2 (en) * 1991-12-24 1999-03-10 トヨタ自動車株式会社 In-cylinder internal combustion engine
JP2940232B2 (en) * 1991-07-15 1999-08-25 トヨタ自動車株式会社 In-cylinder internal combustion engine
JP2000087750A (en) * 1998-09-09 2000-03-28 Nissan Motor Co Ltd In-cylinder direct injection type internal combustion engine
JP2000120440A (en) * 1998-10-15 2000-04-25 Nissan Motor Co Ltd Cylinder injection type spark ignition engine
JP2000130171A (en) * 1998-10-28 2000-05-09 Nissan Motor Co Ltd Direct injection spark ignition type internal combustion engine
JP2001065351A (en) * 1999-08-30 2001-03-13 Nissan Motor Co Ltd Direct fuel injection type spark ignition engine
JP2002295261A (en) * 2001-03-30 2002-10-09 Mazda Motor Corp Jump spark ignition type direct injection engine
JP2004137989A (en) * 2002-10-18 2004-05-13 Toyota Motor Corp Combustion control device of internal combustion engine
JP2007146675A (en) * 2005-11-24 2007-06-14 Toyota Motor Corp Cylinder injection type spark ignition internal combustion engine

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2940232B2 (en) * 1991-07-15 1999-08-25 トヨタ自動車株式会社 In-cylinder internal combustion engine
JP2867772B2 (en) * 1991-12-24 1999-03-10 トヨタ自動車株式会社 In-cylinder internal combustion engine
JPH1130124A (en) * 1997-07-09 1999-02-02 Nippon Soken Inc Fuel injection device of cylinder injection-type spark-ignition engine
JP2000087750A (en) * 1998-09-09 2000-03-28 Nissan Motor Co Ltd In-cylinder direct injection type internal combustion engine
JP2000120440A (en) * 1998-10-15 2000-04-25 Nissan Motor Co Ltd Cylinder injection type spark ignition engine
JP2000130171A (en) * 1998-10-28 2000-05-09 Nissan Motor Co Ltd Direct injection spark ignition type internal combustion engine
JP2001065351A (en) * 1999-08-30 2001-03-13 Nissan Motor Co Ltd Direct fuel injection type spark ignition engine
JP2002295261A (en) * 2001-03-30 2002-10-09 Mazda Motor Corp Jump spark ignition type direct injection engine
JP2004137989A (en) * 2002-10-18 2004-05-13 Toyota Motor Corp Combustion control device of internal combustion engine
JP2007146675A (en) * 2005-11-24 2007-06-14 Toyota Motor Corp Cylinder injection type spark ignition internal combustion engine

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8196560B2 (en) 2008-03-24 2012-06-12 Mazda Motor Corporation Internal combustion engine of spark-ignition direct-injection type and fuel injecting method thereof
JP2009228579A (en) * 2008-03-24 2009-10-08 Mazda Motor Corp Cylinder direct injection spark ignition type internal combustion engine, and its fuel injection method
JP2009228582A (en) * 2008-03-24 2009-10-08 Mazda Motor Corp Cylinder direct injection spark ignition type internal combustion engine
EP2105595A1 (en) * 2008-03-24 2009-09-30 Mazda Motor Corporation Internal combustion engine of spark-Ignition direct-injection type and fuel injection method thereof
JP2009293422A (en) * 2008-06-03 2009-12-17 Mitsubishi Motors Corp Cylinder injection type spark ignition internal combustion engine
JP2010024921A (en) * 2008-07-17 2010-02-04 Mazda Motor Corp Spark ignition type direct injection engine
JP2010048212A (en) * 2008-08-25 2010-03-04 Hitachi Ltd Direct injection type gasoline engine
JP2010096088A (en) * 2008-10-16 2010-04-30 Mitsubishi Motors Corp Cylinder direct-injection internal combustion engine
JP2012087706A (en) * 2010-10-21 2012-05-10 Hitachi Automotive Systems Ltd Cylinder injection engine and control device therefor
CN102454501A (en) * 2010-10-21 2012-05-16 株式会社日立制作所 Cylinder injection engine and control device therefor
AT514021A1 (en) * 2013-03-13 2014-09-15 Avl List Gmbh Combustion chamber for an internal combustion engine
AT514021B1 (en) * 2013-03-13 2015-01-15 Avl List Gmbh Combustion chamber for an internal combustion engine
JP2017186918A (en) * 2016-04-01 2017-10-12 日産自動車株式会社 Controller and control method for direct injection engine

Also Published As

Publication number Publication date
JP4500790B2 (en) 2010-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4500790B2 (en) Direct injection engine
JP4501832B2 (en) Spark ignition direct injection engine
US7104250B1 (en) Injection spray pattern for direct injection spark ignition engines
US10167797B2 (en) Control system of engine
JP5257054B2 (en) Spark ignition direct injection engine
KR20030022040A (en) Controller for spark ignition type direct injection engine
JP2006291839A (en) Cylinder direct fuel injection type engine and its control method, and piston and fuel injection valve to be used for the same
JP4541846B2 (en) In-cylinder injection engine
US20100147261A1 (en) Gasoline engine
JP2007092633A (en) Spark-ignition direct-ignition engine
JP2008151020A (en) Cylinder injection engine having piston with level difference and control device
JP2008157197A (en) Cylinder injection type spark ignition internal combustion engine
JP2006257921A (en) Control device and control method of cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine
JP2007138780A (en) Auxiliary chamber type internal combustion engine
JP2007051549A (en) Fuel injection valve and direct injection engine provided with it
JP2001271650A (en) Spark ignition type direct injection engine
JP2006037794A (en) Cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine
JP2010150970A (en) Spark ignition direct injection engine
JP6402753B2 (en) Combustion chamber structure of direct injection engine
JP5071284B2 (en) Spark ignition direct injection engine
JP2006046124A (en) Cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine
JP2008088920A (en) Cylinder injection type spark ignition internal combustion engine
CN100441839C (en) Direct-injection spark-ignition internal combustion engine
JP2010096088A (en) Cylinder direct-injection internal combustion engine
JP4311300B2 (en) In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine controller

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080501

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20100115

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100119

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100323

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: 20100413

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: 20100419

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130423

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4500790

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140423

Year of fee payment: 4

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees