JP2008088920A - Cylinder injection type spark ignition internal combustion engine - Google Patents

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Hisato Hirooka
久人 広岡
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cylinder injection type spark ignition internal combustion engine having improved combustion efficiency in a low load operation region during stratified charge combustion while suppressing the occurrence of smoke with the treatment of greatly delayed ignition for heating an exhaust gas purifying catalyst at starting. <P>SOLUTION: The spark ignition internal combustion engine comprises an injector 10 and an ignition plug 12 arranged near the ceiling center of a combustion camber 5, and a piston whose top face portion is formed into a recessed portion and divided with a partition wall shaped sorting protruded portion 14 protruded from a bottom face portion to construct an ignition stratified mixture flow forming cavity 15 which reflects a sprayed fuel flow 11 injected by the injector 10 to form stratified mixture over the ignition plug 12, and a homogeneous mixture forming cavity 16 which changes the sprayed fuel flow 11 distributed by the sorting protruded portion 14 into homogeneous mixture. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃焼室内に燃料を直接的に噴射供給する燃料噴射の時期を大幅に変更調整するのに対応して、燃焼室内で混合気の空燃比を局所的に異ならせる混合気分布の状態を変更して点火可能とする、筒内噴射式火花点火内燃機関に関する。   The present invention is a mixture distribution state in which the air-fuel ratio of the mixture is locally varied in the combustion chamber in response to drastically changing and adjusting the timing of fuel injection directly supplying fuel into the combustion chamber. The present invention relates to an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine that can be ignited.

一般に、自動車等に利用される内燃機関(エンジン)には、燃費の向上を図るため、燃焼室内において局所的に空燃比をリッチにし、あるいは局所的な部分にだけ混合気を形成する等により、燃焼室内全体ではトータルとしてリーン(酸素過多雰囲気)な空燃比で燃焼させる成層燃焼方式を利用するものがある。   In general, for an internal combustion engine (engine) used for automobiles and the like, in order to improve fuel consumption, the air-fuel ratio is locally rich in the combustion chamber, or an air-fuel mixture is formed only in a local portion, etc. Some combustion chambers use a stratified combustion method in which combustion is performed at a lean (oxygen-rich atmosphere) air-fuel ratio as a whole.

この成層燃焼方式の内燃機関には、燃焼室内において局所的に形成される混合気の空燃比を正確に制御するため、インジェクタにより燃料を燃焼室内に直接噴射する筒内噴射方式及び火花点火方式を採用したものがある。   This stratified combustion internal combustion engine has an in-cylinder injection method and a spark ignition method in which fuel is directly injected into the combustion chamber by an injector in order to accurately control the air-fuel ratio of the air-fuel mixture locally formed in the combustion chamber. Some have been adopted.

さらに、筒内噴射式火花点火内燃機関には、ピストンに、頂面の所定部所を凹ませた形状のキャビティを設け、インジェクタで燃料をキャビティ内に向かって噴射することによって、燃料の気化を促進すると共に、シリンダの内壁面への燃料の付着が少なくなるように構成したものがある。   Furthermore, in a cylinder-injection spark ignition internal combustion engine, a piston is provided with a cavity having a concave shape at a predetermined portion of the top surface, and fuel is injected by the injector into the cavity, thereby vaporizing the fuel. There are some which are configured to promote and to reduce the adhesion of fuel to the inner wall surface of the cylinder.

このように構成した従来の筒内噴射式火花点火内燃機関では、例えば、シリンダヘッドにペントルーフ型(切妻屋根型)に形成された燃焼室天井部を形成し、この燃焼室天井部の中央寄り位置(例えば、吸気弁と排気弁とを配置した部分から中心側の所定位置)に配置したインジェクタから所定タイミングでシリンダの軸方向に向けて燃料を噴射するよう構成する。   In a conventional in-cylinder spark ignition internal combustion engine configured in this way, for example, a combustion chamber ceiling formed in a pent roof type (gable roof type) is formed in the cylinder head, and the position closer to the center of the combustion chamber ceiling For example, fuel is injected from the injector disposed at a predetermined position on the center side from the portion where the intake valve and the exhaust valve are disposed toward the axial direction of the cylinder at a predetermined timing.

またピストンには、インジェクタの噴射方向中心軸とほぼ同軸上の位置を中心とする円環状の凹陥部に形成されたキャビティを設ける。   Further, the piston is provided with a cavity formed in an annular recess having a position substantially coaxial with the central axis in the injection direction of the injector.

これと共に燃焼室天井部の中心から吸気側に偏位した位置には、点火プラグを燃焼室内へシリンダ軸方向に対して斜め方向に突出させて配置し、ピストンが上死点の位置にきた際にキャビティの内方上部の中心から吸気側へ偏位した位置に着火可能なように構成する。   At the same time, at the position deviated from the center of the combustion chamber ceiling to the intake side, the spark plug is disposed in the combustion chamber so as to protrude obliquely with respect to the cylinder axial direction, and the piston comes to the top dead center position. In addition, it is configured to be able to ignite at a position displaced from the center of the inner upper part of the cavity toward the intake side.

このように構成された筒内噴射式火花点火内燃機関では、成層燃焼を行う中・低負荷運転領域の内燃機関圧縮行程において、シリンダヘッド側に上昇してきたピストンが上死点の手前所定位置に到達した際に、インジェクタから燃料を噴射する。   In the in-cylinder spark-ignition internal combustion engine configured as described above, in the compression stroke of the internal combustion engine in the middle / low load operation region in which stratified combustion is performed, the piston rising to the cylinder head side is in a predetermined position before top dead center. When it reaches, fuel is injected from the injector.

すると、この筒内噴射式火花点火内燃機関では、噴射された燃料(噴射燃料)は、キャビティ内で受け止められ断面略円弧形状をなす円周溝部にガイドされて噴射燃料の拡散する方向及び広がりが制御されることにより、略ドーナッツ形状の混合気の分布状態を形成するので、噴霧燃料のシリンダ内周壁面側への拡散を防止することができる。   Then, in this in-cylinder spark-ignition internal combustion engine, the injected fuel (injected fuel) is received in the cavity and guided by a circumferential groove portion having a substantially arc shape in cross section, and the direction and spread of the injected fuel spread. By being controlled, the distribution state of the substantially donut-shaped air-fuel mixture is formed, so that it is possible to prevent the sprayed fuel from diffusing toward the inner peripheral wall surface of the cylinder.

よって、このように構成した筒内噴射式火花点火内燃機関では、噴射燃料の一部が直接シリンダの内周壁面に衝突することによって生じる冷却作用による燃焼の悪化や、プラグのくすぶりを防止することができる(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, in the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine configured as described above, it is possible to prevent deterioration of combustion due to a cooling action caused by a part of the injected fuel directly colliding with the inner peripheral wall surface of the cylinder and smoldering of the plug. (For example, refer to Patent Document 1).

また、このような筒内噴射式火花点火内燃機関では、内燃機関の始動時に、この内燃機関から排出される排気ガスを浄化するため設置された触媒の触媒床温を常温から触媒の機能を活性化させる温度まで急速に増加させるために、内燃機関の膨張行程においてインジェクタから燃料を噴射して点火することにより燃料の燃焼エネルギが内燃機関を回転させるために消費されるのを減じて排気ガスを高温のまま排気ガス浄化触媒へ送給することにより触媒床温を急速に上昇させるための、いわゆる大幅遅角点火の処理を行うことが実用化されている。   Also, in such an in-cylinder spark ignition internal combustion engine, when the internal combustion engine is started, the catalyst bed temperature of the catalyst installed to purify the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is changed from room temperature to activate the function of the catalyst. In order to increase the temperature rapidly to the temperature of the internal combustion engine, fuel is injected from the injector and ignited during the expansion stroke of the internal combustion engine, thereby reducing the combustion energy of the fuel consumed to rotate the internal combustion engine and reducing the exhaust gas. It has been put into practical use to perform a so-called greatly retarded ignition process for rapidly increasing the catalyst bed temperature by feeding it to the exhaust gas purification catalyst at a high temperature.

上述したようなシリンダヘッドの燃焼室天井部における中央部位にインジェクタと点火プラグとを並べて配置した構成の筒内噴射式火花点火内燃機関で大幅遅角点火の処理を行う場合には、膨張行程においてインジェクタから燃料を噴射すると、ピストン頂面のキャビティが燃焼室天井部から離れていく動作(インジェクタからピストン頂面が逃げる動作)を行っているため、インジェクタから噴射した噴霧燃料を、逃げて行くピストン頂面に反射させて点火プラグの位置へ戻させる動作が困難となる。   In the case of performing a large retarded ignition process in an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine having a configuration in which an injector and a spark plug are arranged side by side at the central portion of the combustion chamber ceiling of the cylinder head as described above, in the expansion stroke When fuel is injected from the injector, the piston top surface cavity moves away from the combustion chamber ceiling (the piston top surface escapes from the injector), so the fuel sprayed from the injector escapes the piston. The operation of reflecting the light back to the top surface and returning it to the position of the spark plug becomes difficult.

このため、シリンダヘッドの中央部にインジェクタと点火プラグとが配置されている筒内噴射式火花点火内燃機関で大幅遅角点火の処理を行う場合には、インジェクタから噴射された直後の噴霧燃料に、インジェクタに近接して配置された点火プラグで点火しなければならなくなる。   For this reason, in the case of performing a highly retarded ignition process in an in-cylinder spark ignition internal combustion engine in which an injector and a spark plug are arranged at the center of the cylinder head, the sprayed fuel immediately after being injected from the injector It will be necessary to ignite with a spark plug located close to the injector.

この場合には、インジェクタから点火プラグまでの噴霧飛行距離が極端に短くなるため、噴霧燃料が気化して空気と混合する期間が十分にとれないので、噴霧燃料に多く含まれる液状の燃料の粒子で点火プラグが濡れてくすぶるようになったり、リッチな状態の噴霧燃料に点火して未燃の炭化水素(HC)やスモークを発生させたりするおそれがある。   In this case, since the spray flight distance from the injector to the spark plug becomes extremely short, there is not enough time for the sprayed fuel to vaporize and mix with air. As a result, the spark plug may become wet and smoldered, or the sprayed fuel in a rich state may be ignited to generate unburned hydrocarbons (HC) and smoke.

特開平11−107759号公報JP-A-11-107759 特開2003−27945号公報JP 2003-27945 A

本発明は上述した点に鑑み、内燃機関の始動時に排気ガス浄化触媒の触媒床温を急速に増加させるための大幅遅角点火の処理を行った際にスモークが発生することを抑制し、成層燃焼を行う中・低負荷運転領域での内燃機関の圧縮行程で燃料を噴霧し点火した際の燃焼効率を向上できるようにした、筒内噴射式火花点火内燃機関を新たに提供することを目的とする。   In view of the above-described points, the present invention suppresses the occurrence of smoke when performing a process of large retarded ignition for rapidly increasing the catalyst bed temperature of the exhaust gas purification catalyst at the start of the internal combustion engine. A new in-cylinder spark ignition internal combustion engine that can improve the combustion efficiency when fuel is sprayed and ignited during the compression stroke of the internal combustion engine in the middle / low load operation region in which combustion is performed. And

本発明の請求項1に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関は、気筒の燃焼室内へインジェクタにより燃料を直接噴射すると共に、点火プラグによって点火して燃焼を起こさせる筒内噴射式火花点火内燃機関において、インジェクタを燃焼室の天井中央部に配置し、インジェクタから気筒内のピストン側へ向けて斜状に噴霧燃料流を噴射するよう構成し、燃焼室の天井部におけるインジェクタに隣接する位置に、点火プラグを配置し、ピストンの頂面部に、凹部状の噴射パターン変更用キャビティを形成し、噴射パターン変更用キャビティの底面部から隆起するように仕切り壁状の振り分け突部を形成して、点火成層混合気流生成用のキャビティと、均質混合気生成用のキャビティとに分割し、インジェクタから一の所定時期に噴霧燃料流を噴射することにより、振り分け突部によって噴射された噴霧燃料流を、点火成層混合気流生成用のキャビティと均質混合気生成用のキャビティとに振り分けて分配し、点火成層混合気流生成用のキャビティで形成された成層混合気と均質混合気生成用のキャビティで形成された均質混合気とに対して点火プラグで点火可能に構成し、インジェクタから他の所定時期に噴霧燃料流を噴射して点火成層混合気流生成用のキャビティで反射させることにより点火プラグにかかる成層混合気を形成した状態で、点火プラグで点火可能に構成したことを特徴とする。   A direct injection spark ignition internal combustion engine according to claim 1 of the present invention is a direct injection spark ignition internal combustion engine in which fuel is directly injected into a combustion chamber of a cylinder by an injector and ignited by an ignition plug to cause combustion. In an engine, the injector is arranged in the center of the ceiling of the combustion chamber, and is configured to inject a sprayed fuel flow obliquely from the injector toward the piston side in the cylinder, at a position adjacent to the injector on the ceiling of the combustion chamber. The spark plug is disposed, and a concave injection pattern changing cavity is formed on the top surface of the piston, and a partition wall-shaped distribution projection is formed so as to rise from the bottom surface of the injection pattern changing cavity. Divided into a cavity for generating an ignited stratified mixture and a cavity for generating a homogeneous mixture, and a sprayed fuel stream is injected from the injector at a predetermined time. Thus, the atomized fuel flow injected by the distributing projection is distributed and distributed to the cavity for generating the ignition stratified mixed air flow and the cavity for generating the homogeneous air mixed gas, and is formed by the cavity for generating the air stratified mixed air flow. The ignited stratified mixture and the homogeneous mixture formed by the cavity for generating the homogeneous mixture can be ignited by a spark plug, and an atomized fuel stream is injected from the injector at another predetermined timing to ignite the stratified mixture It is characterized in that it can be ignited by a spark plug in a state where a stratified mixture is formed on the spark plug by being reflected by a generation cavity.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、筒内噴射式火花点火内燃機関で、排気ガス浄化触媒の触媒床温を上昇させるための遅角点火の処理を行う場合には、インジェクタから一の所定時期に噴霧燃料流を噴射して点火成層混合気流生成用のキャビティで反射させることにより点火プラグにかかる成層混合気を形成した状態で、点火プラグで点火することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the in-cylinder injection spark-ignition internal combustion engine according to the first aspect, in the in-cylinder injection spark-ignition internal combustion engine, a retardation for increasing the catalyst bed temperature of the exhaust gas purification catalyst. When performing the ignition process, the sprayed fuel flow is injected from the injector at one predetermined timing and reflected by the cavity for generating the ignited stratified mixture airflow to form the stratified mixture applied to the spark plug. It is characterized by igniting with a plug.

前述のように構成することにより、内燃機関の始動時に排気ガス浄化触媒の触媒床温を急速に増加させるため燃料噴射の時期を大幅に変更調整して大幅遅角点火の処理を行う際に、インジェクタから噴射した噴霧燃料流を点火成層混合気流生成用のキャビティで反射させることにより点火プラグにかかるように成層混合気を集めた状態で、点火プラグで点火するのでスモークが発生することを抑制できる。しかもこの構成によれば、成層燃焼を行う中・低負荷運転領域での内燃機関の圧縮行程で燃料を噴霧した際に燃焼室内で混合気の空燃比を局所的に異ならせて適切な混合気分布の状態にしてから点火するので、燃焼室内にある空気を無駄なく利用して燃焼を行わせることにより燃焼効率を向上できる。   By configuring as described above, in order to rapidly increase the catalyst bed temperature of the exhaust gas purification catalyst at the time of starting the internal combustion engine, the timing of fuel injection is greatly changed and adjusted, and when performing the processing of a large retarded ignition, By reflecting the sprayed fuel flow injected from the injector at the ignition stratified mixture flow generation cavity, the stratified mixture is collected so as to be applied to the ignition plug, and the ignition is ignited by the ignition plug, so that the occurrence of smoke can be suppressed. . In addition, according to this configuration, when fuel is sprayed in the compression stroke of the internal combustion engine in the middle / low load operation region where stratified combustion is performed, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is locally varied in the combustion chamber to obtain an appropriate air-fuel mixture. Since ignition is performed after the state of distribution is reached, combustion efficiency can be improved by performing combustion using the air in the combustion chamber without waste.

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関において、インジェクタの所定複数個の燃料噴射用の噴孔から、扇形の範囲に対して放射線方向に所定複数本の噴霧燃料流を噴射するよう構成し、隣接する噴霧燃料流の間位置に、点火プラグを配置したことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the in-cylinder spark-ignition internal combustion engine of the first aspect, a predetermined number in the radial direction from the predetermined number of fuel injection nozzle holes of the injector to the fan-shaped range. The present invention is characterized in that a spray fuel stream is injected and a spark plug is disposed between adjacent spray fuel streams.

上述のように構成することにより、請求項1に記載の発明の作用、効果に加えて、点火プラグに直接噴霧燃料流が当たって、噴霧燃料に多く含まれる液状の燃料の粒子で点火プラグが濡れ点火時にくすぶることを抑制できる。   With the configuration as described above, in addition to the operation and effect of the invention of claim 1, the spark plug is made up of liquid fuel particles contained in the spray fuel in a large amount when the spray fuel flow directly hits the spark plug. Smoldering during wet ignition can be suppressed.

本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関によれば、内燃機関の始動時に排気ガス浄化触媒の触媒床温を急速に増加させるため燃料噴射の時期を大幅に変更調整して大幅遅角点火の処理を行った際にスモークが発生することを抑制でき、しかも成層燃焼を行う中・低負荷運転領域での内燃機関の圧縮行程で燃料を噴霧した際に燃焼室内で混合気の空燃比を局所的に異ならせて適切な混合気分布の状態にしてから点火することにより燃焼効率を向上できるという効果がある。   According to the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine of the present invention, in order to rapidly increase the catalyst bed temperature of the exhaust gas purification catalyst at the start of the internal combustion engine, the timing of fuel injection is greatly changed and adjusted to greatly retard ignition ignition. Smoke can be suppressed during processing, and when the fuel is sprayed during the compression stroke of the internal combustion engine in the middle / low load operation region where stratified combustion is performed, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is locally reduced in the combustion chamber. Therefore, it is possible to improve the combustion efficiency by igniting after making the air-fuel mixture in an appropriate mixture distribution state.

本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関に関する実施の形態について、図1乃至図6により説明する。   An embodiment of the present invention relating to an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine will be described with reference to FIGS.

図1は、筒内噴射式火花点火内燃機関Eが備える単一の気筒の要部を取り出して示す断面概略構成図であり、1はシリンダボア(シリンダボア1というときは、吸気弁及び排気弁等を備えた燃焼室部分と、シリンダ内壁面と、ピストンヘッドとに囲まれた空間を構成する部分を意味するものとする。)、2はピストンである。なお、この筒内噴射式火花点火内燃機関Eは、多気筒の内燃機関又は単気筒の内燃機関として構成することができる。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a main part of a single cylinder provided in an in-cylinder spark-ignition internal combustion engine E. Reference numeral 1 denotes a cylinder bore (the cylinder bore 1 refers to an intake valve, an exhaust valve, and the like). (It shall mean the part which comprises the space enclosed by the provided combustion chamber part, the cylinder inner wall face, and the piston head.) 2 is a piston. The in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine E can be configured as a multi-cylinder internal combustion engine or a single-cylinder internal combustion engine.

この筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、シリンダブロック3に穿設されたシリンダ穴の端部開口部分を塞ぐようにシリンダヘッド4を配置し、シリンダブロック3のシリンダ穴内で、図示しないクランク軸に連動してピストン2が気密を保ちながら往復運動をできるように構成する。   In this in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine E, the cylinder head 4 is disposed so as to close the end opening portion of the cylinder hole formed in the cylinder block 3, and the crankshaft (not shown) is disposed in the cylinder hole of the cylinder block 3. The piston 2 is configured to be able to reciprocate while maintaining airtightness.

この筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、シリンダヘッド4のシリンダ穴に連続するよう対応した燃焼室5を設ける。この燃焼室5は、いわゆるペントルーフ型に形成する。すなわち、燃焼室5のペントルーフ型の燃焼室天井部は、側面視で鈍角の二等辺三角形となるような2つの斜面部を有する切妻屋根形状に形成する。   In the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine E, a combustion chamber 5 corresponding to the cylinder hole of the cylinder head 4 is provided. The combustion chamber 5 is formed in a so-called pent roof type. That is, the pent roof type combustion chamber ceiling portion of the combustion chamber 5 is formed in a gable roof shape having two slope portions that form an isosceles triangle having an obtuse angle in a side view.

図1及び図6に示すように、燃焼室5の一方の斜面部には、シリンダヘッド4に設けられた空気吸入用の通路である2個の吸気ポート6の端部を開口させる開口部分6aを形成する。また、各吸気ポート6の開口部分6aには、各開口部分6aを開放又は遮断するための吸気バルブ7をそれぞれ装着する。   As shown in FIGS. 1 and 6, an opening portion 6 a that opens the end portions of two intake ports 6 that are air intake passages provided in the cylinder head 4 is formed on one inclined surface portion of the combustion chamber 5. Form. In addition, an intake valve 7 for opening or blocking each opening portion 6a is attached to each opening portion 6a of each intake port 6.

各吸気バルブ7は、動弁装置によって操作されることにより、同期して各開口部分6aを開放又は遮断する動作を行う。   Each intake valve 7 is operated by a valve operating device to perform an operation of opening or closing each opening portion 6a in synchronization.

また、燃焼室5の他方の斜面部には、シリンダヘッド4に設けられた排気ガス排出用の通路である2個の排気ポート8の端部を開口させる開口部分8aを形成する。また、各排気ポート8の開口部分8aを開放又は遮断するための排気バルブ9をそれぞれ装着する。各排気バルブ9は、図示しない内燃機関制御システムで制御される可変動弁装置によって操作されることにより、同期して各開口部分8aを開放又は遮断する動作を行う。   Further, an opening 8 a that opens the ends of the two exhaust ports 8, which are exhaust gas discharge passages provided in the cylinder head 4, is formed on the other inclined surface of the combustion chamber 5. Further, an exhaust valve 9 for opening or blocking the opening 8a of each exhaust port 8 is mounted. Each exhaust valve 9 is operated by a variable valve apparatus controlled by an internal combustion engine control system (not shown), and performs an operation of opening or closing each opening portion 8a in synchronization.

各気筒のシリンダボア1における燃焼室5のペントルーフ型の燃焼室天井中央部(例えば、吸気弁と排気弁とを配置した部分から中心側の所定位置)には、シリンダボア1の中心軸H方向に向けて配置されて、その先端部をシリンダボア1内に露呈させるように、インジェクタ10を配置する。このインジェクタ10は、内燃機関制御システムで制御されることにより、図示しない燃料タンクから加圧ポンプで送給された燃料を、制御された所要のタイミングで所要量だけ、シリンダボア1内へ直接噴射するよう構成する。このインジェクタ10は、その先端部に複数個(ここでは6個)の燃料噴射用の噴孔(図示せず)を設ける。   At the center of the pent roof type combustion chamber ceiling of the combustion chamber 5 in the cylinder bore 1 of each cylinder (for example, a predetermined position on the center side from the portion where the intake valve and the exhaust valve are arranged), the direction toward the central axis H of the cylinder bore 1 The injector 10 is disposed so that the tip end portion is exposed in the cylinder bore 1. The injector 10 is controlled by an internal combustion engine control system, and directly injects fuel supplied from a fuel tank (not shown) by a pressure pump into the cylinder bore 1 by a required amount at a controlled required timing. Configure as follows. The injector 10 is provided with a plurality of (here, six) injection holes (not shown) for fuel injection at the tip thereof.

図1、図3及び図6から理解されるように、このインジェクタ10は、その所定複数個の燃料噴射用の噴孔から、吸気バルブ7から排気ポート8へ向かう中心線Nに対して対称となるように、所定複数本の噴霧燃料流11を噴射するよう構成する。   As can be understood from FIGS. 1, 3, and 6, the injector 10 is symmetrical with respect to the center line N from the predetermined plurality of fuel injection holes toward the exhaust port 8 from the intake valve 7. In this manner, a predetermined plurality of sprayed fuel streams 11 are injected.

すなわち、このインジェクタ10では、図3に示すようにシリンダボア1の中央に配置したインジェクタ10から2個の排気バルブ9を配置した半円形(扁平な扇形)の範囲に対して、放射線方向に等間隔で所定複数本の噴霧燃料流11を噴射するよう構成する。   That is, in this injector 10, as shown in FIG. 3, it is equally spaced in the radiation direction with respect to the semicircular (flat fan-shaped) range in which the two exhaust valves 9 are arranged from the injector 10 arranged in the center of the cylinder bore 1. Is configured to inject a predetermined plurality of sprayed fuel streams 11.

また、このインジェクタ10では、図1に示すようにシリンダボア1を縦断面で見たとき、その中央に配置したインジェクタ10から、シリンダボア1の中心線Hに対して所定角度S開いた方向に向けて所定複数本の噴霧燃料流11を噴射するよう構成する。   In addition, in the injector 10, when the cylinder bore 1 is viewed in a longitudinal section as shown in FIG. 1, the injector 10 disposed at the center is directed in a direction opened by a predetermined angle S with respect to the center line H of the cylinder bore 1. It is configured to inject a predetermined plurality of sprayed fuel streams 11.

図1、図3及び図6に示すように、この筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、シリンダボア1の燃焼室5の中央部に装着したインジェクタ10の先端部から、シリンダボア1の中心線Hに対して角度30度だけ開いた方向(図1で斜め下方向)に向けて6本の噴霧燃料流11を噴射するよう構成することにより、吸気行程で吸入される空気の流れに噴霧燃料流11を乗せて良好なタンブル流を形成できる。なお、インジェクタ10から噴霧燃料流11を噴射する方向は、シリンダボア1の部分に作るタンブル流の流れの方向に沿う所要の方向を選択して設定できる。   As shown in FIGS. 1, 3, and 6, in this in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine E, the center line H of the cylinder bore 1 extends from the distal end portion of the injector 10 attached to the center portion of the combustion chamber 5 of the cylinder bore 1. In contrast, the sprayed fuel flow 11 is injected into the flow of the air sucked in the intake stroke by injecting the six sprayed fuel flows 11 in a direction (an obliquely downward direction in FIG. 1) opened by an angle of 30 degrees with respect to the air flow. 11 can be put on and a good tumble flow can be formed. The direction in which the sprayed fuel flow 11 is injected from the injector 10 can be set by selecting a required direction along the direction of the tumble flow created in the cylinder bore 1.

すなわち、上述した図1、図3及び図6に具体的に示すようにインジェクタ10を構成した場合には、例えば、この内燃機関の高負荷高回転時(例えば、最大負荷の80%以上、回転数4000rpm以上)に、吸気行程で吸気バルブ7を開いたときに吸気した空気が吸気ポート6の開口部分6aと吸気バルブ7との間からシリンダボア1内に急速に流れ込む空気の流れに沿うように、インジェクタ10から噴霧燃料流11が噴射される。   That is, when the injector 10 is configured as specifically shown in FIGS. 1, 3, and 6 described above, for example, when the internal combustion engine is rotated at high load and high speed (for example, 80% or more of the maximum load is rotated). (Several 4000 rpm or more) so that the air taken in when the intake valve 7 is opened in the intake stroke follows the flow of air that rapidly flows into the cylinder bore 1 from between the opening 6 a of the intake port 6 and the intake valve 7. The sprayed fuel stream 11 is injected from the injector 10.

よって、この筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、シリンダボア1内において吸気行程で流入した空気の流れと、インジェクタ10から噴射した噴射燃料の貫徹力とが相俟って加速され強められたタンブル流を形成し、これが圧縮行程末期の点火時期まで良好に持続してシリンダボア1内に乱れを存在させている状態で点火することができるので、燃焼速度を速め、筒内噴射式火花点火内燃機関Eの性能を向上できる。   Therefore, in this in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine E, the tumble that is accelerated and strengthened by the combined flow of the air flowing in the intake stroke in the cylinder bore 1 and the penetration force of the injected fuel injected from the injector 10. Can be ignited in a state where turbulence is present in the cylinder bore 1 while maintaining good until the ignition timing at the end of the compression stroke, so that the combustion speed is increased and the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine The performance of E can be improved.

また、このインジェクタ10では、その先端部から6本の噴霧燃料流11を噴射するよう構成する他に、燃料噴霧の形状を種々に設定可能であり、例えば、噴霧燃料流11を、比較的厚さの薄い略扇形状に燃料を噴射するものとし、又は1本の噴霧燃料流11を中実若しくは中空円錐形状若しくは中実柱形状となるようにしても良い。また、このインジェクタ10では、燃料噴霧の形状を円弧状スリット噴孔や複数の直線スリット噴孔の組み合わせにより、比較的に薄い円弧状等の燃料噴霧の形状としても良い。   Further, in this injector 10, in addition to being configured to inject six sprayed fuel streams 11 from the tip thereof, the shape of the fuel spray can be set variously. For example, the sprayed fuel stream 11 is relatively thick. The fuel may be injected into a thin and substantially fan shape, or one sprayed fuel stream 11 may be solid, hollow conical, or solid columnar. In the injector 10, the fuel spray shape may be a relatively thin arc-shaped fuel spray shape by combining arc-shaped slit nozzle holes or a plurality of linear slit nozzle holes.

図1、図3及び図6に示すように、この筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、シリンダボア1の中心軸H上に配置したインジェクタ10に近接し、吸気バルブ7から排気バルブ9へ向かう方向と平行な中心線N上の所定位置に点火プラグ12を配置する。   As shown in FIGS. 1, 3 and 6, this in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine E is close to the injector 10 disposed on the central axis H of the cylinder bore 1 and goes from the intake valve 7 to the exhaust valve 9. The spark plug 12 is disposed at a predetermined position on the center line N parallel to the direction.

この点火プラグ12は、シリンダボア1の中心軸H方向に向くよう傾斜して、一方の端部に設けた着火部である電極部が燃焼室5内に若干突出する状態で露呈するように設置する。   The spark plug 12 is installed so as to be inclined in the direction of the central axis H of the cylinder bore 1 so that an electrode portion which is an ignition portion provided at one end portion is exposed in a state of slightly protruding into the combustion chamber 5. .

この点火プラグ12は、図示しない内燃機関制御システムで制御されるプラグ駆動回路から所要の点火時期に駆動電流が供給されて、所要の点火エネルギで2つの電極間にアークを飛ばして着火させるように構成する。   The spark plug 12 is supplied with a drive current at a required ignition timing from a plug drive circuit controlled by an internal combustion engine control system (not shown) so as to ignite by blowing an arc between the two electrodes with the required ignition energy. Constitute.

さらに、この筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、図3に示すように、隣接する噴霧燃料流11の間に2つの電極が位置するようにシリンダヘッド4の所定位置に点火プラグ12を配置することにより、インジェクタ10から噴射される噴霧燃料流11が点火プラグ12の2つの電極に直接当たって液体の燃料で濡れた状態となってくすぶることを抑制するよう構成する。   Further, in this in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine E, as shown in FIG. 3, the spark plug 12 is disposed at a predetermined position of the cylinder head 4 so that two electrodes are positioned between the adjacent sprayed fuel flows 11. Thus, the sprayed fuel flow 11 injected from the injector 10 is configured to suppress smoldering in a state where the sprayed fuel flow 11 directly hits the two electrodes of the spark plug 12 and gets wet with the liquid fuel.

図1乃至図5に示すように、この筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、シリンダボア1の内部に往復運動可能に配置するピストン2の頂面に、インジェクタ10から噴射された噴霧燃料の流動状態を2つの噴射パターンの間で切り換えるように変更するための噴射パターン変更用キャビティ13を設ける。   As shown in FIGS. 1 to 5, in the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine E, the flow of the sprayed fuel injected from the injector 10 on the top surface of the piston 2 that is reciprocally disposed inside the cylinder bore 1. An injection pattern changing cavity 13 is provided for changing the state so as to switch between two injection patterns.

この噴射パターン変更用キャビティ13は、ピストン2の頂面に穿設した図3に示すような平面視略長円形の凹部として構成する。図1乃至図5に示すように、噴射パターン変更用キャビティ13は、その内周側面部を断面略円弧状にえぐるようにして凹ませた湾曲面Cに形成する。   The injection pattern changing cavity 13 is configured as a substantially oval recess in a plan view as shown in FIG. As shown in FIGS. 1 to 5, the injection pattern changing cavity 13 is formed on a curved surface C that is recessed so that the inner peripheral side surface thereof has a substantially arcuate cross section.

このように構成した噴射パターン変更用キャビティ13では、この噴射パターン変更用キャビティ13内に噴射された噴霧燃料は、キャビティを囲む内周の湾曲面Cにガイドされてシリンダブロック3のシリンダ穴の内壁面に直接当たらない方向に向けて反射するので、噴霧燃料がシリンダブロック3のシリンダ穴の内壁面に付着して燃焼せずに残るようなことを抑制できる。   In the injection pattern changing cavity 13 configured as described above, the sprayed fuel injected into the injection pattern changing cavity 13 is guided by the curved surface C on the inner periphery surrounding the cavity, and the inside of the cylinder hole of the cylinder block 3. Since it reflects toward the direction which does not directly hit a wall surface, it can suppress that sprayed fuel adheres to the inner wall surface of the cylinder hole of the cylinder block 3, and remains without burning.

また、噴射パターン変更用キャビティ13には、その排気ポート8の開口部分8aの下側に対応した底面部の所定位置に、振り分け突部14を設け、全体として縦断面略Wの字形に形成する。   Further, the injection pattern changing cavity 13 is provided with a sorting protrusion 14 at a predetermined position on the bottom surface corresponding to the lower side of the opening 8a of the exhaust port 8, and is formed in a generally W-shaped longitudinal section as a whole. .

この振り分け突部14は、噴射パターン変更用キャビティ13の底面部における、インジェクタ10を通る中心線Mの一方の側に広がる半円弧状の範囲から所定高さで断面略三角形状の仕切り壁状に隆起させて同じ高さで連なるよう一体的に構成する。   The distribution projection 14 is formed in a partition wall shape having a substantially triangular cross section at a predetermined height from a semicircular arc-shaped range extending on one side of the center line M passing through the injector 10 at the bottom surface of the injection pattern changing cavity 13. It is constructed integrally so that it is raised and connected at the same height.

なお、この振り分け突部14の高さは、インジェクタ10から噴射する噴霧燃料流11の状態に対応して決めることができるもので、例えば、噴射パターン変更用キャビティ13の深さの半分程度とすることができる。   The height of the sorting projection 14 can be determined in accordance with the state of the sprayed fuel flow 11 injected from the injector 10 and is, for example, about half the depth of the injection pattern changing cavity 13. be able to.

図1に示すように、この筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、例えばピストン2が圧縮行程で上死点前のクランク角60度の位置にあるときに、インジェクタ10からシリンダボア1の中心線Hに対して所定角度S(ここでは30度)開いた方向に向けて噴射した噴霧燃料流11の先端部が、振り分け突部14の稜線14Aに当たるように構成する。   As shown in FIG. 1, in this in-cylinder spark-ignition internal combustion engine E, for example, when the piston 2 is at a crank angle of 60 degrees before top dead center in the compression stroke, the center line of the cylinder bore 1 from the injector 10 The front end portion of the sprayed fuel flow 11 injected in a direction opened by a predetermined angle S (30 degrees in this case) with respect to H is configured to hit the ridge line 14 </ b> A of the sorting protrusion 14.

図1、図2及び図4に示すように、この噴射パターン変更用キャビティ13では、振り分け突部14から、排気ポート8側のキャビティを囲む内周の湾曲面Cにかけて分割して形成される湾曲凹部により、噴霧燃料を点火プラグ12の電極部側へ反射させて電極部にかかる着火性の良い最適な成層混合気を形成するための点火成層混合気流生成用のキャビティ15を構成する。   As shown in FIGS. 1, 2, and 4, in the injection pattern changing cavity 13, a curve formed by being divided from the sorting projection 14 to the curved surface C on the inner periphery surrounding the cavity on the exhaust port 8 side. A cavity 15 for generating an ignited stratified mixture air flow for reflecting the sprayed fuel to the electrode part side of the spark plug 12 and forming an optimum stratified mixture having good ignitability applied to the electrode part is constituted by the recess.

また、この噴射パターン変更用キャビティ13では、振り分け突部14から吸気ポート6側のキャビティを囲む内周湾曲面にかけて分割して形成される湾曲凹部により、噴霧燃料を均質に混合させるための均質混合気生成用のキャビティ16を構成する。なお、この噴射パターン変更用キャビティ13では、点火成層混合気流生成用のキャビティ15を均質混合気生成用のキャビティ16よりも小さく形成する。   Further, in this injection pattern changing cavity 13, homogeneous mixing for homogeneously mixing the sprayed fuel is performed by a curved concave portion formed by dividing from the distributing projection 14 to the inner peripheral curved surface surrounding the cavity on the intake port 6 side. A gas generating cavity 16 is formed. In the injection pattern changing cavity 13, the ignition stratified mixed airflow generating cavity 15 is formed smaller than the homogeneous mixture generating cavity 16.

次に、上述のように構成した筒内噴射式火花点火内燃機関Eの噴射パターン変更用キャビティ13に関わる作用及び動作について説明する。   Next, operations and operations related to the injection pattern changing cavity 13 of the in-cylinder spark ignition internal combustion engine E configured as described above will be described.

この筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、その冷間始動時に、この筒内噴射式火花点火内燃機関Eから排出される排気ガスを浄化するため設置された触媒の触媒床温を常温から触媒の機能を活性化させる温度まで急速に増加させるために、いわゆる大幅遅角点火の処理を行う。   In the in-cylinder injection type spark ignition internal combustion engine E, the catalyst bed temperature of the catalyst installed for purifying the exhaust gas discharged from the in-cylinder injection type spark ignition internal combustion engine E is changed from the normal temperature to the catalyst at the cold start. In order to rapidly increase the temperature up to the temperature at which the function of the engine is activated, so-called large retarded ignition processing is performed.

この筒内噴射式火花点火内燃機関Eで大幅遅角点火の処理を行うときには、図4に示すように、筒内噴射式火花点火内燃機関Eの膨張行程において、インジェクタ10からピストン2の点火成層混合気流生成用のキャビティ15へ向けて噴霧燃料流11を噴射させる。   When performing the process of large retarded ignition in the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine E, as shown in FIG. 4, during the expansion stroke of the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine E, the ignition stratification of the piston 2 from the injector 10 An atomized fuel flow 11 is injected toward the cavity 15 for generating a mixed airflow.

すると、シリンダヘッド4の燃焼室5天井部の中央部位に配置したインジェクタ10から噴射された噴霧燃料流11が、燃焼室5天井部から離れていく動作(インジェクタ10からピストン2が逃げる動作)を行っているピストン2頂面の点火成層混合気流生成用のキャビティ15によって反射されて点火プラグ12の位置へ戻される。   Then, the sprayed fuel flow 11 injected from the injector 10 disposed at the center of the ceiling portion of the combustion chamber 5 of the cylinder head 4 moves away from the ceiling portion of the combustion chamber 5 (the operation of the piston 2 escaping from the injector 10). It is reflected by the cavity 15 for generating the ignition stratified mixed airflow on the top surface of the piston 2 and is returned to the position of the spark plug 12.

すなわち、この動作では、噴霧燃料流11の進む方向とピストン2の点火成層混合気流生成用のキャビティ15の移動する方向とが同じために噴霧燃料流11を反射する作用が弱まっても、インジェクタ10から噴射される噴霧燃料流11の大部分が点火成層混合気流生成用のキャビティ15に向けて噴射され点火成層混合気流生成用のキャビティ15の凹部で屈曲するように反射されて点火プラグ12近くへ集めるようにして戻されるので、シリンダボア1内の所定の場所にできる狭いエリア内で、点火プラグ12の電極部分にかかる成層混合気を形成できる。   That is, in this operation, even if the action of reflecting the atomized fuel flow 11 is weakened because the direction in which the atomized fuel flow 11 travels is the same as the direction in which the cavity 15 for generating the ignition stratified mixed airflow of the piston 2 moves, the injector 10 Most of the sprayed fuel flow 11 injected from the fuel is injected toward the ignition stratified mixed airflow generating cavity 15, reflected so as to be bent at the recess of the ignition stratified mixed airflow generating cavity 15, and close to the ignition plug 12. Since they are collected and returned, a stratified mixture over the electrode portion of the spark plug 12 can be formed in a narrow area formed at a predetermined location in the cylinder bore 1.

よって、この筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、上述のようにして、点火プラグ12の電極部分の周辺に着火性の良い最適な混合気を形成した状態で点火プラグ12により点火し、良好に燃焼させ、このときの燃料の燃焼エネルギが筒内噴射式火花点火内燃機関Eを回転させるために消費されるのを減じて排気ガスを高温のまま排気ガス浄化触媒へ送給させることにより触媒床温を急速に上昇させることができる。   Therefore, in the in-cylinder spark-ignition internal combustion engine E, as described above, the ignition plug 12 is ignited with the optimal air-fuel mixture having good ignitability formed around the electrode portion of the ignition plug 12 and is good. The combustion energy of the fuel at this time is reduced to be consumed for rotating the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine E, and the exhaust gas is sent to the exhaust gas purification catalyst at a high temperature. The bed temperature can be increased rapidly.

なお、この筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは具体的にいうと、噴霧燃料流11が点火成層混合気流生成用のキャビティ15で反射される状態を作る適切なタイミング(これに適合するクランク角のタイミングである第2の所定クランク角の範囲内)で、インジェクタ10から噴霧燃料流11を噴射する。   More specifically, in this in-cylinder spark-ignition internal combustion engine E, an appropriate timing for creating a state in which the sprayed fuel flow 11 is reflected by the cavity 15 for generating the ignition stratified mixed airflow (a crank angle suitable for this) The sprayed fuel flow 11 is injected from the injector 10 within the range of the second predetermined crank angle that is the timing of

そして、この筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、反射してきた噴霧燃料流11により点火プラグ12の周囲に成層混合気が形成されたタイミング(例えば、膨張行程の上死点からクランク角60度以上進んだタイミングであって、好ましくは70度から80度程度の範囲の所要タイミング)で点火する。   In the in-cylinder spark-ignition internal combustion engine E, the timing at which the stratified mixture is formed around the spark plug 12 by the reflected sprayed fuel flow 11 (for example, the crank angle is 60 degrees from the top dead center of the expansion stroke). The ignition timing is advanced at the above timing, preferably at a required timing in the range of about 70 to 80 degrees.

このように筒内噴射式火花点火内燃機関Eで大幅遅角点火の処理を行った場合には、インジェクタ10から噴射した直後の噴射燃料が点火プラグ12にかかって点火プラグ12が濡れてくすぶることを抑制し、未燃の炭化水素(HC)やスモークが発生することを抑制できる。   In this way, in the case where the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine E performs the processing of the large retarded ignition, the injected fuel immediately after being injected from the injector 10 is applied to the spark plug 12 and the spark plug 12 gets wet and smoldering. And the generation of unburned hydrocarbons (HC) and smoke can be suppressed.

次に、この筒内噴射式火花点火内燃機関Eで、中・低負荷運転領域(例えば、最大負荷の80%以下、回転数4000rpm以下)での運転時に成層燃焼を行う場合について説明する。   Next, a description will be given of a case where stratified combustion is performed in the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine E during operation in the middle / low load operation region (for example, 80% or less of the maximum load and 4000 rpm or less).

この場合には、図1及び図2に示すように、中・低負荷運転領域で運転中の筒内噴射式火花点火内燃機関Eの圧縮行程において、インジェクタ10からピストン2の振り分け突部14へ向けて噴霧燃料流11を噴射させる。   In this case, as shown in FIGS. 1 and 2, in the compression stroke of the in-cylinder spark-ignition internal combustion engine E that is operating in the middle / low load operation region, the injector 10 moves to the sorting protrusion 14 of the piston 2. A sprayed fuel stream 11 is injected toward the head.

すると、シリンダヘッド4の燃焼室5天井部の中央部に配置したインジェクタ10から噴射された噴霧燃料流11が、燃焼室5天井部に接近していく動作を行っているピストン2の振り分け突部14によって、点火成層混合気流生成用のキャビティ15側へ流入されるものと、均質混合気生成用のキャビティ16側へ流入されるものとに、所定の分配率(例えば、50対50)で振り分けられる。   Then, the distribution protrusion of the piston 2 in which the sprayed fuel flow 11 injected from the injector 10 disposed at the center of the ceiling of the combustion chamber 5 of the cylinder head 4 approaches the ceiling of the combustion chamber 5 is performed. 14 is distributed at a predetermined distribution ratio (for example, 50 to 50) between the flow into the cavity 15 side for generating the ignition stratified mixed air flow and the flow into the cavity 16 side for generating the homogeneous air mixture. It is done.

この筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、インジェクタ10から噴霧燃料流11を噴射する噴霧期間を制御することにより、噴霧燃料流11を所要の分配率で点火成層混合気流生成用のキャビティ15側と均質混合気生成用のキャビティ16側とに振り分ける。   In this in-cylinder spark-ignition internal combustion engine E, by controlling the spray period during which the sprayed fuel stream 11 is injected from the injector 10, the sprayed fuel stream 11 is generated at the side of the cavity 15 for generating the ignition stratified mixed airflow at a required distribution rate. And the cavity 16 side for generating a homogeneous mixture.

なお、この筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、例えば、圧縮行程においてピストン2が上死点側へ移動する際に、クランク角が圧縮上死点前60度に至ったときがインジェクタ10から噴霧燃料流11を噴射する噴霧期間の最終時期となるタイミング(第1の所定クランク角の範囲内)で噴射動作を行う。   In this in-cylinder spark-ignition internal combustion engine E, for example, when the piston 2 moves to the top dead center side during the compression stroke, when the crank angle reaches 60 degrees before the compression top dead center, the injector 10 The injection operation is performed at the timing (within the range of the first predetermined crank angle) that is the final timing of the spray period in which the sprayed fuel flow 11 is injected.

これにより筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、圧縮行程の末期に至った図2に示す点火タイミングのときに、振り分け突部14にガイドされて均質混合気生成用のキャビティ16内へ入った噴霧燃料が、比較的長い距離(点火成層混合気流生成用のキャビティ15に比べて長い)を流れる間に気化が進むと共に比較的多くの空気との混合が進んで、リーン(酸素過多雰囲気)な状態の均質な弱成層の混合気を形成する。   As a result, in the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine E, at the ignition timing shown in FIG. 2 that has reached the end of the compression stroke, it is guided by the sorting projection 14 and enters the cavity 16 for generating the homogeneous mixture. While the atomized fuel flows through a relatively long distance (longer than the cavity 15 for generating the ignited stratified mixed air flow), vaporization proceeds and mixing with a relatively large amount of air proceeds, resulting in a lean (oxygen-rich atmosphere). Form a homogeneous, weakly stratified mixture in a state.

また、この筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、図2に示す点火タイミングのときに、振り分け突部14にガイドされて点火成層混合気流生成用のキャビティ15へ導入されて反射した噴霧燃料が、気化して空気と混合して成層混合気を形成し、この成層混合気の一部が点火プラグ12の電極部分にかかる状態となる。   Further, in this in-cylinder spark-ignition internal combustion engine E, at the ignition timing shown in FIG. 2, the sprayed fuel that is guided by the sorting projection 14 and introduced into the cavity 15 for generating the ignition stratified mixed airflow is reflected. Then, it is vaporized and mixed with air to form a stratified mixture, and a part of this stratified mixture is applied to the electrode portion of the spark plug 12.

次に、この筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、点火成層混合気流生成用のキャビティ15側にある点火プラグ12の電極部分の周辺に形成された着火性の良い最適な成層混合気(例えば、ストイキ(理論空燃比)の混合気)に、点火プラグ12により点火してシリンダボア1の中央部で初期火炎を発生させる。   Next, in this in-cylinder spark-ignition internal combustion engine E, an optimal stratified mixture with good ignitability (for example, formed around the electrode portion of the spark plug 12 on the side of the cavity 15 for generating the ignited stratified mixture airflow) The stoichiometric mixture (the stoichiometric air-fuel ratio) is ignited by the spark plug 12 and an initial flame is generated at the center of the cylinder bore 1.

すると、このシリンダボア1の中央部で初期火炎は、点火成層混合気流生成用のキャビティ15側へ火炎を広げると同時に、この初期火炎を発生する部分を共有する状態となった、均質混合気生成用のキャビティ16側にある理論空燃比よりリーン(酸素過多雰囲気)な空燃比での弱成層の混合気に良好に着火して火炎を広げ均質混合気生成用のキャビティ16内の全体で良好に燃焼する。   Then, the initial flame at the central portion of the cylinder bore 1 spreads the flame toward the ignition stratified mixed airflow generating cavity 15 side, and at the same time, the state where the initial flame is generated is shared. Ignites the weakly stratified air-fuel mixture at an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio on the cavity 16 side, spreads the flame, and burns well in the cavity 16 for generating a homogeneous air-fuel mixture To do.

よって、この筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、シリンダボア1の中央部で点火プラグ12により着火性の良い最適な成層混合気に点火して初期火炎を発生させると、この初期火炎から、点火成層混合気流生成用のキャビティ15側と均質混合気生成用のキャビティ16側とへ、同時に火炎が伝播して燃焼室5側の内部全体での燃焼を、比較的に短い期間で行うことができる(すなわち、キャビティの一方の端部から他方の端部へ向けて火炎を伝播させる場合に比べて短い期間とできる)。   Therefore, in the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine E, when an optimal stratified mixture having good ignitability is ignited by the spark plug 12 at the center of the cylinder bore 1 to generate an initial flame, the ignition is started from the initial flame. A flame propagates simultaneously to the cavity 15 side for generating the stratified mixture air flow and the cavity 16 side for generating the homogeneous mixture, and combustion in the entire interior of the combustion chamber 5 side can be performed in a relatively short period of time. (That is, the period can be shorter than when the flame is propagated from one end of the cavity to the other end).

また、この筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、シリンダボア1の中央部にあるインジェクタ10から噴射パターン変更用キャビティ13の点火成層混合気流生成用のキャビティ15側へ向けて噴霧燃料流11を噴射しても、振り分け突部14により噴霧燃料流11の例えば半分程度のものが噴霧燃料流11の噴射方向と反対側の空間へ反射されて充填されるので、噴射パターン変更用キャビティ13内の全体にある空気を満遍なく利用して燃焼効率を向上できる。   Further, in this in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine E, the sprayed fuel flow 11 is injected from the injector 10 at the center of the cylinder bore 1 toward the injection pattern changing cavity 13 toward the ignition stratified mixed airflow generating cavity 15 side. Even so, for example, about half of the sprayed fuel flow 11 is reflected and filled into the space on the opposite side of the spraying direction of the sprayed fuel flow 11 by the sorting projection 14, so that the entire inside of the injection pattern changing cavity 13 is filled. It is possible to improve the combustion efficiency by using the air evenly.

なお、一つの浅い皿状のキャビティにおける一方の側にだけ噴霧燃料を噴射した場合には、キャビティの一方の端部に偏って理論空燃比よりリッチな空燃比になりすぎる状態となり、キャビティの他方の端部でリーンになりすぎる状態となって、全体として均質な燃焼ができなくなって燃焼効率が低下する。   When sprayed fuel is injected only on one side of one shallow dish-shaped cavity, the air-fuel ratio becomes excessively richer than the stoichiometric air-fuel ratio, being biased toward one end of the cavity, and the other end of the cavity. As a result, it becomes too lean at the end of the cylinder, so that homogeneous combustion is impossible as a whole, and combustion efficiency is lowered.

これに比べて、噴射パターン変更用キャビティ13を備えた筒内噴射式火花点火内燃機関Eでは、燃焼効率を向上できることになる。   In comparison, the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine E provided with the injection pattern changing cavity 13 can improve the combustion efficiency.

次に、この筒内噴射式火花点火内燃機関Eで高負荷高回転運転を行う時には、前述したように、吸気行程で開いた吸気バルブ7からシリンダボア1内に急速に流れ込む空気の流れと、インジェクタ10から噴射される噴霧燃料流11の貫徹力とが相俟って加速され強められて強いタンブル流を形成できるので、燃焼速度を速め、筒内噴射式火花点火内燃機関Eの性能を向上できる。   Next, when the high-load high-rotation operation is performed in the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine E, as described above, the flow of air rapidly flowing into the cylinder bore 1 from the intake valve 7 opened in the intake stroke, and the injector In combination with the penetrating force of the sprayed fuel flow 11 injected from 10, it can be accelerated and strengthened to form a strong tumble flow, so that the combustion speed can be increased and the performance of the direct injection spark ignition internal combustion engine E can be improved. .

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、その他種々の構成を採り得ることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, in the range which does not deviate from the summary of this invention, other various structures can be taken.

本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関の実施の形態に係る、一つの気筒の要部を取り出して、成層燃焼を行う中・低負荷運転時にインジェクタからの噴霧燃料流を噴射パターン変更用キャビティ内の振り分け突部へ噴射する状態を示す断面概略構成図である。According to an embodiment of an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine of the present invention, a main part of one cylinder is taken out, and a sprayed fuel flow from an injector is changed into an injection pattern changing cavity during middle / low load operation in which stratified combustion is performed It is a cross-sectional schematic block diagram which shows the state injected to the distribution protrusion part. 本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関の実施の形態に係る、一つの気筒の要部を取り出して、中・低負荷運転時に成層燃焼を行うため点火した状態を示す断面概略構成図である。1 is a schematic cross-sectional configuration diagram showing a state in which a main part of one cylinder is taken out and ignited for stratified combustion during medium / low load operation according to an embodiment of an in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine of the present invention; . 本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関の実施の形態に係る、一つの気筒におけるピストンの部分を示す概略平面図である。1 is a schematic plan view showing a piston portion in one cylinder according to an embodiment of a direct injection spark ignition internal combustion engine of the present invention. 本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関の実施の形態に係る、一つの気筒の要部を取り出して、始動時に膨張行程で大幅遅角点火の処理を行うためインジェクタからピストンの点火成層混合気流生成用のキャビティへ噴霧燃料流を噴射させた状態を示す断面概略構成図である。According to the embodiment of the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine of the present invention, the main part of one cylinder is taken out, and the ignition stratified mixed air flow from the injector to the piston is performed at the time of start-up to perform the process of greatly retarded ignition in the expansion stroke It is a cross-sectional schematic block diagram which shows the state which injected the atomized fuel flow into the production | generation cavity. 本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関の実施の形態に係る、ピストンの部分を取り出して示す斜視図である。It is a perspective view which takes out and shows the part of the piston which concerns on embodiment of the cylinder injection type spark ignition internal combustion engine of this invention. 本発明の筒内噴射式火花点火内燃機関の実施の形態に係る、シリンダヘッドの燃焼室側を示す底面図である。It is a bottom view which shows the combustion chamber side of the cylinder head based on Embodiment of the cylinder injection type spark ignition internal combustion engine of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリンダボア
2 ピストン
3 シリンダブロック
4 シリンダヘッド
5 燃焼室
6 吸気ポート
7 吸気バルブ
8 排気ポート
9 排気バルブ
10 インジェクタ
11 噴霧燃料流
12 点火プラグ
13 噴射パターン変更用キャビティ
14 振り分け突部
15 点火成層混合気流生成用のキャビティ
16 均質混合気生成用のキャビティ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder bore 2 Piston 3 Cylinder block 4 Cylinder head 5 Combustion chamber 6 Intake port 7 Intake valve 8 Exhaust port 9 Exhaust valve 10 Injector 11 Spray fuel flow 12 Spark plug 13 Injection pattern change cavity 14 Sorting protrusion 15 Ignition stratified mixed air flow generation Cavity 16 Cavity for Homogeneous Mixture Generation

Claims (3)

気筒の燃焼室内へインジェクタにより燃料を直接噴射すると共に、点火プラグによって点火して燃焼を起こさせる筒内噴射式火花点火内燃機関において、
前記インジェクタを前記燃焼室の天井中央部に配置し、前記インジェクタから前記気筒内のピストン側へ向けて斜状に噴霧燃料流を噴射するよう構成し、
前記燃焼室の天井部における前記インジェクタに隣接する位置に、前記点火プラグを配置し、
前記ピストンの頂面部に、凹部状の噴射パターン変更用キャビティを形成し、
前記噴射パターン変更用キャビティの底面部から隆起するように仕切り壁状の振り分け突部を形成して、点火成層混合気流生成用のキャビティと、均質混合気生成用のキャビティとに分割し、
前記インジェクタから一の所定時期に前記噴霧燃料流を噴射することにより、前記振り分け突部によって噴射された前記噴霧燃料流を、前記点火成層混合気流生成用のキャビティと前記均質混合気生成用のキャビティとに振り分けて分配し、前記点火成層混合気流生成用のキャビティで形成された成層混合気と前記均質混合気生成用のキャビティで形成された均質混合気とに対して前記点火プラグで点火可能に構成し、
前記インジェクタから他の所定時期に前記噴霧燃料流を噴射して前記点火成層混合気流生成用のキャビティで反射させることにより前記点火プラグにかかる成層混合気を形成した状態で、前記点火プラグで点火可能に構成したことを特徴とする筒内噴射式火花点火内燃機関。
In a cylinder injection spark ignition internal combustion engine in which fuel is directly injected into a combustion chamber of a cylinder by an injector and is ignited by a spark plug to cause combustion.
The injector is disposed in the center of the ceiling of the combustion chamber, and is configured to inject a sprayed fuel flow from the injector toward the piston side in the cylinder in a slanted manner.
The spark plug is disposed at a position adjacent to the injector in the ceiling of the combustion chamber,
Forming a concave injection pattern changing cavity on the top surface of the piston;
A partition wall-shaped distribution projection is formed so as to protrude from the bottom surface of the injection pattern changing cavity, and is divided into a cavity for generating an ignition stratified mixed gas flow and a cavity for generating a homogeneous gas mixture,
By injecting the atomized fuel flow from the injector at a predetermined time, the atomized fuel flow injected by the sorting protrusion is used to generate the ignition stratified mixed airflow generation cavity and the homogeneous mixture generation cavity. The ignition plug can ignite the stratified mixture formed by the cavity for generating the ignited stratified mixture and the homogeneous mixture formed by the cavity for generating the homogeneous mixture. Configure
It is possible to ignite with the spark plug in a state where a stratified mixture is formed on the spark plug by injecting the atomized fuel flow from the injector at another predetermined time and reflecting it at the ignition stratified mixed air flow generation cavity. An in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine characterized by comprising:
前記筒内噴射式火花点火内燃機関で、排気ガス浄化触媒の触媒床温を上昇させるための遅角点火の処理を行う場合には、前記インジェクタから一の所定時期に前記噴霧燃料流を噴射して前記点火成層混合気流生成用のキャビティで反射させることにより前記点火プラグにかかる成層混合気を形成した状態で、前記点火プラグで点火することを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。   In the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine, when performing the retarded ignition process for increasing the catalyst bed temperature of the exhaust gas purification catalyst, the sprayed fuel flow is injected from the injector at one predetermined timing. 2. The in-cylinder injection type according to claim 1, wherein the ignition plug is ignited in a state in which the stratified mixture applied to the spark plug is formed by being reflected by the ignition stratified mixture air flow generation cavity. Spark ignition internal combustion engine. 前記インジェクタの所定複数個の燃料噴射用の噴孔から、扇形の範囲に対して放射線方向に所定複数本の前記噴霧燃料流を噴射するよう構成し、隣接する前記噴霧燃料流の間位置に、前記点火プラグを配置したことを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式火花点火内燃機関。   A predetermined plurality of sprayed fuel flows are injected in a radial direction with respect to a fan-shaped range from a plurality of fuel injection nozzle holes of the injector, and at positions between adjacent sprayed fuel flows, The in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to claim 1, wherein the ignition plug is disposed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010048212A (en) * 2008-08-25 2010-03-04 Hitachi Ltd Direct injection type gasoline engine
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