JP2008151000A - Internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cylinder injection type spark ignition internal combustion engine capable of stratified combustion by restraining generation of an over-lean air-fuel mixture. <P>SOLUTION: A fuel injection valve 55 and a first spark plug 51 are arranged in a ceiling wall central part 22a of a combustion chamber 40, and a second spark plug 52 is arranged in a ceiling wall peripheral edge part 22c. The fuel injection valve 55 respectively injects fuel in the direction turning to an electrode 51a of the first spark plug 51 and the direction turning to a cavity 44 of a piston 30. The cavity 44 of the piston 30 receives and introduces fuel from the fuel injection valve 55 to an electrode 52a of the second spark plug 51 existing in the ceiling wall peripheral edge part 22c. A stratified air-fuel mixture is respectively and separately formed in the vicinity of the first spark plug 51 and the second spark plug 52. Generation of the over-lean air-fuel mixture by diffusion of an outside part of the stratified air-fuel mixture, is restrained by colliding the mutual stratified air-fuel mixtures expanding by igniting. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、筒内噴射式の火花点火内燃機関に関し、特に、成層燃焼が可能な内燃機関に関する。   The present invention relates to an in-cylinder spark ignition internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine capable of stratified combustion.

筒内噴射式の火花点火内燃機関にあっては、燃費を向上させるために、点火プラグの火花放電部の周辺に層状の混合気(以下、成層混合気と記す)を形成し、これを燃焼させる、いわゆる成層燃焼を行うことが知られている。点火プラグの近傍に成層混合気を形成する手法として、従来から、エアガイド式、スプレーガイド式、及びウォールガイド式等が知られている。   In a cylinder-injected spark ignition internal combustion engine, in order to improve fuel efficiency, a layered mixture (hereinafter referred to as a stratified mixture) is formed around the spark discharge part of the spark plug and burned. It is known to perform so-called stratified combustion. Conventionally, an air guide type, a spray guide type, a wall guide type, and the like are known as a method for forming a stratified mixture in the vicinity of a spark plug.

スプレーガイド式は、点火プラグの火花放電部に向けて燃料を噴射することで、燃料噴霧による層状混合気を点火プラグの火花放電部に形成している。また、エアガイド式は、さらにスキッシュ等の筒内ガス流動を利用することで、低貫徹力の燃料噴霧を点火プラグの火花放電部に導き、ここに成層混合気を形成している。一方、ウォールガイド式は、高貫徹力の燃料噴霧を、ピストン頂面にあるキャビティ壁に沿わせることで点火プラグの火花放電部に導き、ここに成層混合気を形成している。   In the spray guide type, fuel is injected toward the spark discharge portion of the spark plug to form a layered mixture by fuel spray in the spark discharge portion of the spark plug. In addition, the air guide type further utilizes the in-cylinder gas flow such as squish to lead a low penetrating fuel spray to the spark discharge portion of the spark plug, thereby forming a stratified mixture. On the other hand, in the wall guide type, fuel spray having a high penetrating force is guided along the cavity wall on the piston top surface to the spark discharge portion of the spark plug, thereby forming a stratified mixture.

このように点火プラグの火花放電部に成層混合気を形成して成層燃焼が可能な内燃機関として、例えば、下記の特許文献1に記載のものがある。特許文献1に記載の技術では、ピストンのキャビティに向けて燃料を噴射し、この噴射燃料を、点火プラグに向けて傾斜したキャビティ壁で反射させて点火プラグの火花放電部に成層混合気を形成している。圧縮行程で生じるスキッシュ流により、点火プラグの火花放電部に形成された成層混合気が拡散してしまうことを抑制している。   As an internal combustion engine capable of stratified combustion by forming a stratified mixture in the spark discharge portion of the spark plug as described above, for example, there is one described in Patent Document 1 below. In the technique described in Patent Document 1, fuel is injected toward the cavity of the piston, and the injected fuel is reflected by the cavity wall inclined toward the spark plug to form a stratified mixture at the spark discharge portion of the spark plug. is doing. The squish flow generated in the compression stroke prevents the stratified mixture formed in the spark discharge portion of the spark plug from diffusing.

特開平11−182247号公報JP-A-11-182247

点火プラグにより点火されて着火した成層混合気は、着火点から火炎が伝播するとともに、燃焼により膨張する。この膨張により、未着火である成層混合気の外側部分は、シリンダ壁側に押されて拡散する。このように成層混合気が膨張していく過程において、成層混合気の外側部分は、拡散することでより希薄なものとなり、火炎伝播限界(可燃限界)を超えた過希薄な混合気(以下、オーバーリーン混合気と記す)が生じることがある。   A stratified mixture ignited by a spark plug is ignited by a flame as it propagates from the ignition point and expands by combustion. By this expansion, the outer portion of the stratified gas mixture that has not been ignited is pushed and diffused toward the cylinder wall. In this process of expansion of the stratified mixture, the outer part of the stratified mixture becomes more dilute by diffusing, and a super lean mixture (hereinafter referred to as the flammability limit) exceeding the flame propagation limit (flammable limit). May be referred to as an over lean mixture).

このようなオーバーリーン混合気は、燃焼しないまま既燃ガスと共に気筒から排出される。このため、オーバーリーン混合気が生じると、排気ガス中の未燃の炭化水素(HC)が増大するという問題が生じる。また、未燃の炭化水素が増大する分だけ、内燃機関における熱発生が減少して熱効率が低下してしまうという問題が生じる。   Such over-lean air-fuel mixture is discharged from the cylinder together with the burned gas without burning. For this reason, when an overlean air-fuel mixture is generated, there arises a problem that unburned hydrocarbon (HC) in the exhaust gas increases. Further, there is a problem that heat generation in the internal combustion engine is reduced and thermal efficiency is lowered by the amount of unburned hydrocarbons.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、オーバーリーン混合気の発生を極力抑制して成層燃焼が可能な筒内噴射式の火花点火内燃機関を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an in-cylinder spark ignition internal combustion engine capable of performing stratified combustion by suppressing the generation of an over-lean mixture as much as possible.

上記の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、燃焼室内で成層燃焼が可能な内燃機関であって、燃焼室の天井壁中央部に設けられた第1点火プラグと、燃焼室の天井壁周縁部に設けられた第2点火プラグと、燃焼室の天井壁中央部に設けられ、燃焼室内で2つの方向に直接燃料を噴射可能な燃料噴射装置と、燃料噴射装置からの燃料を受けて第2点火プラグの火花放電部に導くことが可能なキャビティが設けられたピストンとを備え、燃料噴射装置は、第1点火プラグの火花放電部に向かう方向と、キャビティに向かう方向に、それぞれ燃料を噴射することを特徴とする。天井壁中央部にある燃料噴射弁が、同じく天井壁中央部にある第1点火プラグの火花放電部に向けて燃料を噴射すると共に、ピストンのキャビティに向けて燃料を噴射する。ピストンのキャビティは、燃料噴射弁からの燃料を受けて天井壁周縁部にある第2点火プラグの火花放電部に導く。   In order to achieve the above object, an internal combustion engine according to the present invention is an internal combustion engine capable of stratified combustion in a combustion chamber, and includes a first spark plug provided in a central portion of a ceiling wall of the combustion chamber, a combustion chamber A second spark plug provided at the peripheral edge of the ceiling wall, a fuel injection device provided at the center of the ceiling wall of the combustion chamber and capable of directly injecting fuel in two directions in the combustion chamber, and fuel from the fuel injection device And a piston provided with a cavity that can be guided to the spark discharge part of the second spark plug, and the fuel injection device is directed to the spark discharge part of the first spark plug and to the cavity The fuel is injected respectively. A fuel injection valve at the center of the ceiling wall injects fuel toward the spark discharge portion of the first spark plug, also at the center of the ceiling wall, and injects fuel toward the piston cavity. The cavity of the piston receives the fuel from the fuel injection valve and guides it to the spark discharge part of the second spark plug at the peripheral part of the ceiling wall.

本発明に係る内燃機関において、キャビティの形状を規定するキャビティ壁は、その一方の縁部が燃料噴射装置のノズル部に対向しており、他方の縁部が第2点火プラグの火花放電部に対向しているものとすることができる。   In the internal combustion engine according to the present invention, the cavity wall that defines the shape of the cavity has one edge portion facing the nozzle portion of the fuel injection device, and the other edge portion serving as a spark discharge portion of the second spark plug. It can be the opposite.

本発明に係る内燃機関において、第2点火プラグは、燃焼室の天井壁周縁部のうち排気側の部位に設けられているものとすることができる。   In the internal combustion engine according to the present invention, the second spark plug may be provided at a portion on the exhaust side of the peripheral edge of the ceiling wall of the combustion chamber.

本発明に係る内燃機関において、第2点火プラグは、燃焼室の天井壁周縁部のうち吸気ポートの外縁と排気ポートの外縁に挟まれた部位に設けられているものとすることができる。   In the internal combustion engine according to the present invention, the second spark plug may be provided in a portion sandwiched between the outer edge of the intake port and the outer edge of the exhaust port in the periphery of the ceiling wall of the combustion chamber.

本発明に係る内燃機関において、燃料噴射装置は、1つの燃料噴射弁で構成されているものとすることができ、燃料噴射弁には、第1点火プラグの火花放電部に向けて燃料を噴射する第1噴孔と、ピストンのキャビティ壁の一方の縁部に向けて燃料を噴射する第2噴孔が設けられているものとすることができ、第1噴孔と第2噴孔からは、同時に燃料が噴射されるものとすることができる。   In the internal combustion engine according to the present invention, the fuel injection device may be composed of one fuel injection valve, and fuel is injected into the fuel injection valve toward the spark discharge portion of the first spark plug. The first injection hole and the second injection hole for injecting fuel toward one edge of the cavity wall of the piston can be provided. From the first injection hole and the second injection hole, At the same time, fuel can be injected.

本発明に係る内燃機関において、第2噴孔は、第1噴孔に比べて、噴射された燃料噴霧の先端速度が大きくなるように噴孔形状が設定されているものとすることができる。   In the internal combustion engine according to the present invention, the second nozzle hole may have a nozzle hole shape set so that the tip speed of the injected fuel spray is larger than that of the first nozzle hole.

本発明に係る内燃機関において、第2噴孔は、第1噴孔に比べて、噴孔長さと噴孔径の比率であるL/D比が大きく設定されているものとすることができる。   In the internal combustion engine according to the present invention, the second nozzle hole may have a larger L / D ratio, which is a ratio between the nozzle hole length and the nozzle hole diameter, as compared with the first nozzle hole.

本発明に係る内燃機関において、燃焼室の天井壁周縁部のうち第2点火プラグが設けられる側の反対側には、第1点火プラグに向かうスキッシュ流を発生させるスキッシュ流発生手段が設けられているものとすることができる。   In the internal combustion engine according to the present invention, a squish flow generating means for generating a squish flow toward the first spark plug is provided on the opposite side of the periphery of the ceiling wall of the combustion chamber to the side where the second spark plug is provided. Can be.

本発明に係る内燃機関において、スキッシュ流発生手段は、吸気弁又は排気弁の燃焼室側の表面と、当該表面と対向する部分が当該表面と平行となるように形成されたピストン頂面であるものとすることができる。   In the internal combustion engine according to the present invention, the squish flow generating means is a combustion chamber side surface of an intake valve or an exhaust valve and a piston top surface formed so that a portion facing the surface is parallel to the surface. Can be.

本発明によれば、天井壁中央部にある燃料噴射弁が、同じく天井壁中央部にある第1点火プラグの火花放電部に向けて燃料を噴射すると共に、ピストンのキャビティに向けて燃料を噴射する。ピストンのキャビティは、燃料噴射弁からの燃料を天井壁周縁部にある第2点火プラグの火花放電部に導くものとしたので、第1点火プラグの火花放電部の近傍と、第2点火プラグの火花放電部の近傍に、それぞれ別個の成層混合気を形成することができる。これら成層混合気を第1及び第2点火プラグにより、それぞれ着火して、膨張する成層混合気同士を衝突させることで、成層混合気の外側にある未燃部分が拡散を抑制し、この外側部分にオーバーリーン混合気が生じることを抑制することができる。   According to the present invention, the fuel injection valve at the center of the ceiling wall injects fuel toward the spark discharge portion of the first spark plug, which is also at the center of the ceiling wall, and injects fuel toward the cavity of the piston. To do. Since the cavity of the piston guides the fuel from the fuel injection valve to the spark discharge part of the second spark plug at the peripheral part of the ceiling wall, the vicinity of the spark discharge part of the first spark plug and the second spark plug A separate stratified mixture can be formed in the vicinity of the spark discharge portion. The stratified mixture is ignited by the first and second spark plugs, and the expanding stratified mixture collides with each other, so that the unburned portion outside the stratified mixture suppresses diffusion, and this outer portion It is possible to suppress the occurrence of an over lean mixture.

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.

まず、本実施例に係る内燃機関の構成について図1〜図3を用いて説明する。図1は、内燃機関の気筒周辺の構成を示す断面図である。図2は、燃料噴射弁と点火プラグと吸・排気弁の配置関係を示す図であり、ピストン側からシリンダヘッドを見た図である。図3は、ピストンに形成されたキャビティと、燃料噴射弁及び点火プラグの配置関係を示す図であり、シリンダヘッド側からピストン頂面を見た図である。なお、図1〜図3には、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。   First, the configuration of the internal combustion engine according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration around a cylinder of an internal combustion engine. FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship among the fuel injection valve, the spark plug, and the intake / exhaust valve, and is a diagram of the cylinder head viewed from the piston side. FIG. 3 is a view showing the positional relationship between the cavity formed in the piston, the fuel injection valve, and the spark plug, and is a view of the piston top surface as viewed from the cylinder head side. 1 to 3 schematically show only main parts related to the present invention.

本実施例に係る内燃機関は、燃料噴射弁が気筒内に直接燃料(ガソリン)を噴射する、筒内噴射式のガソリン機関であり、気筒内に形成される混合気に点火プラグにより点火を行う火花点火機関である。なお、本実施例において、内燃機関10には、燃料噴射弁及び点火プラグを制御する手段として図示しない電子制御装置(以下、ECUと記す)が設けられている。以下、内燃機関が有する複数の気筒のうち一つの気筒について説明する。   The internal combustion engine according to this embodiment is an in-cylinder injection type gasoline engine in which a fuel injection valve directly injects fuel (gasoline) into a cylinder, and an air-fuel mixture formed in the cylinder is ignited by an ignition plug. It is a spark ignition engine. In the present embodiment, the internal combustion engine 10 is provided with an electronic control device (hereinafter referred to as ECU) (not shown) as means for controlling the fuel injection valve and the spark plug. Hereinafter, one cylinder among the plurality of cylinders of the internal combustion engine will be described.

図1に示すように、内燃機関10には、内部に気筒が形成される機関本体系の部品として、シリンダブロック12と、シリンダヘッド20と、ピストン30と、図示しないコンロッド及びクランク軸が設けられている。シリンダブロック12には、シリンダボア14が形成されており、ピストン30は、シリンダボア14内を、その軸心(以下、ボア軸芯と記し、一点鎖線Cで示す)に沿って往復運動する。   As shown in FIG. 1, the internal combustion engine 10 is provided with a cylinder block 12, a cylinder head 20, a piston 30, and a connecting rod and a crankshaft (not shown) as parts of an engine body system in which a cylinder is formed. ing. A cylinder bore 14 is formed in the cylinder block 12, and the piston 30 reciprocates in the cylinder bore 14 along its axis (hereinafter referred to as a bore axis and indicated by a one-dot chain line C).

なお、以下の説明において、シリンダボア14の軸心Cに沿う方向を、「ボア軸方向」と記す。また、ボア軸方向のうち、ピストン30が気筒内の気体を圧縮する向きを「上方」と記し、図に矢印Uで示す。また、上方とは反対の向きを「下方」と記し、図に矢印Dで示す。また、ボア軸心Cに直交する方向であり、シリンダボア14の径方向を、「ボア径方向」と記し、図に矢印Rで示す。   In the following description, the direction along the axis C of the cylinder bore 14 is referred to as “bore axial direction”. In the bore axis direction, the direction in which the piston 30 compresses the gas in the cylinder is referred to as “upward”, and is indicated by an arrow U in the drawing. Further, the direction opposite to the upper direction is described as “lower”, and is indicated by an arrow D in the figure. Further, it is a direction orthogonal to the bore axis C, and the radial direction of the cylinder bore 14 is referred to as “bore radial direction” and is indicated by an arrow R in the figure.

シリンダブロック12には、ピストン30に対向してシリンダボア14を塞ぐようにシリンダヘッド20が結合されている。シリンダブロック12とシリンダヘッド20との合わせ面となる平面を、以下、「トップデッキ平面」と記し、図に二点鎖線Tで示す。なお、トップデッキ平面Tは、ボア軸心Cに直交している。   A cylinder head 20 is coupled to the cylinder block 12 so as to face the piston 30 and close the cylinder bore 14. Hereinafter, a plane serving as a mating surface between the cylinder block 12 and the cylinder head 20 is referred to as a “top deck plane” and is indicated by a two-dot chain line T in the drawing. The top deck plane T is orthogonal to the bore axis C.

シリンダヘッド20には、ペントルーフ型の燃焼室40が形成されている。具体的には、燃焼室40の形状を規定するシリンダヘッド20の壁面22(以下、天井壁と記す)は、燃焼室40の中央すなわちボア軸心Cからボア径方向Rを吸気側(図中、符号INで示す)又は排気側(図中、符号EXで示す)に離れるに従って、トップデッキ平面Tとの距離が小さくなるよう形成されている。天井壁22は、燃焼室40の周縁40eにおいて、シリンダボア14の壁面15(以下、シリンダ壁と記す)に滑らかに連続するよう形成されている。   A pent roof type combustion chamber 40 is formed in the cylinder head 20. Specifically, the wall surface 22 (hereinafter referred to as a ceiling wall) of the cylinder head 20 that defines the shape of the combustion chamber 40 has a bore radial direction R from the center of the combustion chamber 40, that is, the bore axis C (in the drawing). , Indicated by the symbol IN) or the exhaust side (indicated by the symbol EX in the figure), the distance from the top deck plane T decreases. The ceiling wall 22 is formed on the peripheral edge 40e of the combustion chamber 40 so as to be smoothly continuous with the wall surface 15 of the cylinder bore 14 (hereinafter referred to as a cylinder wall).

ピストン30には、複数のピストンリング37,38,39が設けられている。ピストン30が往復運動すると、これらピストンリング37,38,39がシリンダ壁15と摺接することで、燃焼室40と図示しないクランクケース間における気密を保っている。なお、最もシリンダヘッド20側にあるピストンリングを「トップリング」という。トップリング37より上方Uには、シリンダ壁15とピストン30の側壁30eとの間の空隙であるクレビスボリューム43が形成されている。   The piston 30 is provided with a plurality of piston rings 37, 38 and 39. When the piston 30 reciprocates, the piston rings 37, 38, 39 are in sliding contact with the cylinder wall 15, thereby maintaining airtightness between the combustion chamber 40 and a crankcase (not shown). The piston ring closest to the cylinder head 20 is referred to as a “top ring”. Above the top ring 37, a clevis volume 43, which is a gap between the cylinder wall 15 and the side wall 30e of the piston 30, is formed.

ピストン30の往復運動は、回転運動に変換されて図示しないクランク軸から出力される。内燃機関10には、クランク軸の回転角位置(以下、クランク角と記す)を検出するクランク角センサ(図示せず)が設けられており、クランク角に係る信号を、ECUに送出している。   The reciprocating motion of the piston 30 is converted into a rotational motion and output from a crankshaft (not shown). The internal combustion engine 10 is provided with a crank angle sensor (not shown) that detects a rotation angle position of the crankshaft (hereinafter referred to as a crank angle), and sends a signal related to the crank angle to the ECU. .

また、ピストン30には、ボア軸方向を下方Dに凹む空間であるキャビティ44が形成されている。換言すれば、ピストン30の頂面32には、キャビティ44の形状を規定する湾曲した壁面33(以下、キャビティ壁と記す)が形成されている。キャビティ44及びキャビティ壁33の詳細な形状については、後述する。   Further, the piston 30 is formed with a cavity 44 that is a space that is recessed downward D in the bore axis direction. In other words, a curved wall surface 33 (hereinafter referred to as a cavity wall) that defines the shape of the cavity 44 is formed on the top surface 32 of the piston 30. Detailed shapes of the cavity 44 and the cavity wall 33 will be described later.

以上に説明した、シリンダブロック12のシリンダ壁15、シリンダヘッド20の天井壁22、及びピストン30の頂面32(キャビティ壁33を含む)で囲まれた空間が、いわゆる「気筒」となる。気筒には、シリンダヘッド20に形成された燃焼室40と、ピストン30に形成されたキャビティ44が含まれている。   The space surrounded by the cylinder wall 15 of the cylinder block 12, the ceiling wall 22 of the cylinder head 20, and the top surface 32 (including the cavity wall 33) of the piston 30 described above is a so-called “cylinder”. The cylinder includes a combustion chamber 40 formed in the cylinder head 20 and a cavity 44 formed in the piston 30.

また、シリンダヘッド20には、図1に示すように、ボア軸心Cを挟んで、一方の側には、吸入空気を燃焼室40に導く吸気ポート24が形成されており、他方の側には、燃焼室40からの排気ガスを排出する排気ポート26が形成されている。   Further, as shown in FIG. 1, the cylinder head 20 has an intake port 24 for guiding intake air to the combustion chamber 40 on one side of the bore axis C, and on the other side. Is formed with an exhaust port 26 for exhausting exhaust gas from the combustion chamber 40.

また、シリンダヘッド20には、吸気ポート24及び排気ポート26に対応して、それぞれ吸気弁25と排気弁27が設けられている。これら吸気弁25と排気弁27は、カムシャフトを介して、クランク軸からの機械的動力を受けて駆動される。吸気弁25及び排気弁27は、クランク軸の回転角位置(以下、クランク角と記す)に応じて所定のタイミングで開閉可能に構成されている。   The cylinder head 20 is provided with an intake valve 25 and an exhaust valve 27 corresponding to the intake port 24 and the exhaust port 26, respectively. The intake valve 25 and the exhaust valve 27 are driven by receiving mechanical power from the crankshaft via a camshaft. The intake valve 25 and the exhaust valve 27 are configured to be openable and closable at a predetermined timing according to the rotation angle position of the crankshaft (hereinafter referred to as the crank angle).

吸気弁25を開くと、吸気ポート24と燃焼室40が連通し、図示しない吸気通路からの空気を、吸気ポートから気筒内の燃焼室40に吸入することが可能となる。また、排気弁27を開くと、排気ポート26と燃焼室40が連通し、気筒内の燃焼室40にある排気ガスを、排気ポート26から図示しない排気通路に排出することが可能となる。   When the intake valve 25 is opened, the intake port 24 and the combustion chamber 40 communicate with each other, and air from an intake passage (not shown) can be taken into the combustion chamber 40 in the cylinder from the intake port. When the exhaust valve 27 is opened, the exhaust port 26 and the combustion chamber 40 communicate with each other, and the exhaust gas in the combustion chamber 40 in the cylinder can be discharged from the exhaust port 26 to an exhaust passage (not shown).

これら吸気ポート24と排気ポート26は、図2に示すように、それぞれ2つ設けられており、シリンダボア軸芯Cを含み、且つ図示しないクランク軸の軸方向に延びる仮想の平面(図中、一点鎖線Lで示す)を挟んで、互いに対向するよう配置されている。つまり、各気筒において、吸気ポート24と排気ポート26は、いわゆるクロスフロー式の配置となっている。   As shown in FIG. 2, two intake ports 24 and two exhaust ports 26 are provided, each including a cylinder bore axis C and a virtual plane (one point in the figure) extending in the axial direction of a crankshaft (not shown). They are arranged so as to oppose each other across a chain line L). That is, in each cylinder, the intake port 24 and the exhaust port 26 have a so-called cross flow arrangement.

なお、以下の説明において、ボア軸心Cを含む平面Lに対して吸気ポート24が設けられる側を、吸気側と記し、図に符号INで示す。一方、平面Lに対して排気ポート26が設けられる側を、排気側と記し、図に符号EXで示す。   In the following description, the side on which the intake port 24 is provided with respect to the plane L including the bore axis C is referred to as the intake side, and is indicated by the symbol IN in the drawing. On the other hand, the side on which the exhaust port 26 is provided with respect to the plane L is referred to as the exhaust side, and is indicated by the symbol EX in the figure.

また、シリンダヘッド20には、図1に示すように、気筒内に形成される成層混合気(燃料噴霧を含む)に点火する点火装置として、2つの点火プラグ51,52が設けられている。これら第1及び第2の点火プラグ51,52は、点火火花を発生させる火花放電部としての電極51a,52aを有している。これら電極51a,52aが燃焼室40に突き出すように第1及び第2点火プラグ51,52は配設されている。   As shown in FIG. 1, the cylinder head 20 is provided with two spark plugs 51 and 52 as an ignition device for igniting a stratified mixture (including fuel spray) formed in the cylinder. These first and second spark plugs 51 and 52 have electrodes 51a and 52a as spark discharge portions for generating ignition sparks. The first and second spark plugs 51 and 52 are arranged so that these electrodes 51 a and 52 a protrude into the combustion chamber 40.

第1点火プラグ51は、図1及び図2に示すように、シリンダヘッド20に形成された燃焼室40の天井壁中央部22aに設けられている。詳細には、第1点火プラグ51は、天井壁中央部22aのうち軸心Cを含む平面Lより排気側に配設されており、電極51aは、燃焼室40の中央に向けて突き出ている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the first spark plug 51 is provided in the center portion 22 a of the ceiling wall of the combustion chamber 40 formed in the cylinder head 20. Specifically, the first spark plug 51 is disposed on the exhaust side from the plane L including the axis C in the center portion 22 a of the ceiling wall, and the electrode 51 a protrudes toward the center of the combustion chamber 40. .

一方、第2点火プラグ52は、シリンダヘッド20に形成された燃焼室40の天井壁周縁部22cに設けられている。詳細には、第2点火プラグ52は、天井壁周縁部22cの排気側の部位、すなわち天井壁22の周縁22eと、2つの排気ポート26の外縁26eに挟まれた部位に配設されており、電極52aは、燃焼室40の周縁部40cの排気側に突き出ている。   On the other hand, the second spark plug 52 is provided on the ceiling wall peripheral part 22 c of the combustion chamber 40 formed in the cylinder head 20. Specifically, the second spark plug 52 is disposed at a portion on the exhaust side of the ceiling wall peripheral portion 22 c, that is, a portion sandwiched between the peripheral edge 22 e of the ceiling wall 22 and the outer edge 26 e of the two exhaust ports 26. The electrode 52a protrudes to the exhaust side of the peripheral edge portion 40c of the combustion chamber 40.

なお、「天井壁中央部」22aとは、図2に示すように、燃焼室40の天井壁22のうちボア軸心Cが通る部位を含み、吸気ポート24の外縁24eと排気ポート26の外縁26eとの間に挟まれた部位である。一方、「天井壁周縁部」22cとは、燃焼室40の周縁40eすなわち天井壁22の周縁22eを含む部位であり、天井壁22の周縁22eと、吸気ポート24の外縁24e又は排気ポート26の外縁26eとの間に挟まれた部位である。   As shown in FIG. 2, the “ceiling wall central portion” 22 a includes a portion of the ceiling wall 22 of the combustion chamber 40 through which the bore axis C passes, and the outer edge 24 e of the intake port 24 and the outer edge of the exhaust port 26. 26e. On the other hand, the “ceiling wall peripheral portion” 22c is a portion including the peripheral edge 40e of the combustion chamber 40, that is, the peripheral edge 22e of the ceiling wall 22, and the peripheral edge 22e of the ceiling wall 22 and the outer edge 24e of the intake port 24 or the exhaust port 26. This is a portion sandwiched between the outer edge 26e.

第1及び第2点火プラグ51,52は、それぞれ図示しない点火コイルから2次電流の供給を受けて火花放電部としての電極51a,52aに点火火花を生じさせる。この点火火花により気筒内の燃焼室40に形成される成層混合気(燃料噴霧を含む)は、着火して燃焼を開始する。第1及び第2点火プラグ51,52が点火火花を生じさせる点火時期は、ECUにより制御される。   The first and second spark plugs 51 and 52 receive supply of secondary current from an ignition coil (not shown), respectively, and generate sparks at the electrodes 51a and 52a serving as spark discharge portions. The stratified mixture (including fuel spray) formed in the combustion chamber 40 in the cylinder by this ignition spark ignites and starts combustion. The ignition timing at which the first and second spark plugs 51 and 52 generate an ignition spark is controlled by the ECU.

また、シリンダヘッド20には、図1に示すように、気筒内すなわち燃焼室40に直接燃料を噴射する燃料噴射装置として、1つの燃料噴射弁55が設けられている。燃料噴射弁55は、略円柱形状を呈する電磁駆動式の噴射弁であり、複数の噴孔が設けられたノズル部55aを有している。燃料噴射弁55は、ノズル部55aが燃焼室40に突き出すよう配設されている。燃料噴射弁55は、ボア軸心Cを挟んで第1点火プラグ51と対向するよう、天井壁中央部22aの吸気側に配設されている。なお、燃料噴射弁55は、ノズル部55aが排気側を向くように、その軸心(図中、一点鎖線Jで示す)がボア軸心Cに対して所定角度傾斜した状態で配設されている。   Further, as shown in FIG. 1, the cylinder head 20 is provided with one fuel injection valve 55 as a fuel injection device that directly injects fuel into the cylinder, that is, the combustion chamber 40. The fuel injection valve 55 is an electromagnetically driven injection valve having a substantially cylindrical shape, and has a nozzle portion 55a provided with a plurality of injection holes. The fuel injection valve 55 is disposed so that the nozzle portion 55 a protrudes into the combustion chamber 40. The fuel injection valve 55 is disposed on the intake side of the center portion 22a of the ceiling wall so as to face the first spark plug 51 with the bore axis C interposed therebetween. The fuel injection valve 55 is disposed with its axis (indicated by a one-dot chain line J in the figure) inclined at a predetermined angle with respect to the bore axis C so that the nozzle portion 55a faces the exhaust side. Yes.

燃料噴射弁55は、図示しない燃料レールから所定の燃圧で燃料の供給を受けている。燃料噴射弁55が開弁して燃料を噴射する開弁期間、すなわち開弁時期及び開弁時間長さは、図示しないECUにより制御される。   The fuel injection valve 55 is supplied with fuel at a predetermined fuel pressure from a fuel rail (not shown). The valve opening period during which the fuel injection valve 55 opens and injects fuel, that is, the valve opening timing and the valve opening time length are controlled by an ECU (not shown).

燃料噴射弁55のノズル部55aには、複数の噴孔(図示せず)が形成されており、各噴孔が燃焼室40に露出している。これら噴孔から噴射された燃料は、燃料噴霧の塊(クラウド)となって燃焼室40内を流動する。燃料噴霧は、その流動過程において、周辺にある空気と混合されて、層状の混合気(以下、成層混合気と記す)を形成することとなる。   A plurality of nozzle holes (not shown) are formed in the nozzle portion 55 a of the fuel injection valve 55, and each nozzle hole is exposed to the combustion chamber 40. The fuel injected from these nozzle holes flows in the combustion chamber 40 as a fuel spray lump (cloud). In the flow process, the fuel spray is mixed with the surrounding air to form a layered mixture (hereinafter referred to as a stratified mixture).

本実施例に係る燃料噴射弁55は、ノズル部55aに2つの噴孔63,64(第1噴孔63及び第2噴孔64)が形成されている。以下、燃料噴射弁の噴孔の詳細について、図4を用いて説明する。図4は、第1及び第2噴孔のL/D比と燃料噴霧との関係を説明する図であり、(a)は、L/D比が大きい噴孔(第2噴孔)からの噴射燃料の態様を示す図であり、(b)は、L/D比が小さい噴孔(第1噴孔)からの噴射燃料の態様を示す図である。   In the fuel injection valve 55 according to the present embodiment, two nozzle holes 63 and 64 (a first nozzle hole 63 and a second nozzle hole 64) are formed in the nozzle portion 55a. Hereinafter, the details of the nozzle hole of the fuel injection valve will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the L / D ratio of the first and second nozzle holes and the fuel spray. FIG. 4A is a view from the nozzle hole (second nozzle) having a large L / D ratio. It is a figure which shows the aspect of injected fuel, (b) is a figure which shows the aspect of the injected fuel from a nozzle hole (1st nozzle hole) with a small L / D ratio.

燃料噴射弁55のノズル部55aには、図4に示すように、噴孔形状の異なる第1噴孔63と第2噴孔64が形成されている。図において符号L1,L2は噴孔長さを示し、符号D1,D2は噴孔径を示している。第2噴孔64の噴孔長さL2は、第1噴孔63の噴孔長さに比べて大きく設定されている。また第2噴孔64の噴孔径D2は、第1噴孔63の噴孔径D1に比べて小さなものに設定されている。つまり、第2噴孔64は、噴孔長さLと噴孔径Dの比率であるL/D比が、第1噴孔63に比べて大きく設定されている。   As shown in FIG. 4, a first injection hole 63 and a second injection hole 64 having different injection hole shapes are formed in the nozzle portion 55 a of the fuel injection valve 55. In the figure, reference numerals L1 and L2 indicate the nozzle hole length, and reference numerals D1 and D2 indicate the nozzle hole diameter. The nozzle hole length L2 of the second nozzle hole 64 is set to be larger than the nozzle hole length of the first nozzle hole 63. The nozzle hole diameter D2 of the second nozzle hole 64 is set to be smaller than the nozzle hole diameter D1 of the first nozzle hole 63. That is, the L / D ratio, which is the ratio between the nozzle hole length L and the nozzle hole diameter D, is set larger than that of the first nozzle hole 63 in the second nozzle hole 64.

噴孔のL/D比を大きく設定すると、図4(a)に示すように、噴射角βが小さくなると共に、噴射燃料の速度V2が大きくなる。これにより、噴射直後の燃料噴霧は、細長い形状となり、その流動速度も大きくなる。一方、噴孔のL/D比を小さく設定すると、図4(b)に示すように、噴射角αが大きくなると共に、噴射燃料の速度V1が小さくなる。これにより、噴射直後の燃料噴霧は、燃料が拡散して太く短い形状となり、その流動速度が小さくなる。   When the L / D ratio of the injection hole is set to be large, as shown in FIG. 4A, the injection angle β is decreased and the velocity V2 of the injected fuel is increased. Thereby, the fuel spray immediately after injection becomes a long and narrow shape, and the flow velocity also increases. On the other hand, when the L / D ratio of the injection hole is set small, as shown in FIG. 4B, the injection angle α increases and the injected fuel speed V1 decreases. As a result, the fuel spray immediately after the injection has a thick and short shape due to the diffusion of the fuel, and its flow rate is reduced.

第2噴孔64は、第1噴孔63に比べてL/D比が大きく設定されているため、第1噴孔63に比べて、噴霧角が小さく、且つ噴射された燃料噴霧の流動速度を大きなものとすることができる。このようにして、第1噴孔63からの燃料噴霧の流動、第2噴孔64のL/D比を、第1噴孔63のL/D比に比べて大きく設定することで、第2噴孔64から噴射された燃料噴霧の流動速度を、第1噴孔63からの燃料噴霧の流動速度に比べて、大きなものにすることができる。   Since the second injection hole 64 has a larger L / D ratio than the first injection hole 63, the spray angle is smaller than that of the first injection hole 63 and the flow rate of the injected fuel spray is high. Can be large. In this way, the flow of the fuel spray from the first injection hole 63 and the L / D ratio of the second injection hole 64 are set larger than the L / D ratio of the first injection hole 63, so that the second The flow rate of the fuel spray injected from the injection hole 64 can be made larger than the flow rate of the fuel spray from the first injection hole 63.

なお、燃料噴霧の流動速度を異ならせる手法として、噴孔から噴射される燃料流量を異ならせるという手法もある。噴孔から噴射される燃料流量を、他の噴孔に比べて大きくなるよう燃料噴射弁の内部構造を設定することで、燃料噴霧の運動量を増大させることができ、これにより燃料噴霧の流動速度を大きくするものとしても良い。   As a method for changing the flow rate of the fuel spray, there is also a method for changing the flow rate of fuel injected from the nozzle hole. The fuel spray momentum can be increased by setting the internal structure of the fuel injection valve so that the flow rate of fuel injected from the nozzle hole is larger than that of the other nozzle holes. It is good also as what enlarges.

以上のように構成された燃料噴射弁55が開弁すると、第1噴孔63及び第2噴孔64からは、それぞれ異なる方向に異なる流動速度の燃料が噴射されて、それぞれ流動経路の異なる燃料噴霧を形成することが可能となっている。これら2つの燃料噴霧は、それぞれ流動過程において空気と混合されて、2つの独立した成層混合気を形成することとなる。   When the fuel injection valve 55 configured as described above is opened, fuels having different flow speeds are injected from the first injection holes 63 and the second injection holes 64 in different directions, respectively, and the fuels have different flow paths. It is possible to form a spray. These two fuel sprays are each mixed with air in the flow process to form two independent stratified mixtures.

第1噴孔63から噴射された燃料は、第1の燃料噴霧の塊(以下、第1燃料噴霧と記す)を形成する。第1燃料噴霧は、燃料噴射弁55のノズル部55aから第1点火プラグ51の電極51aに向けて流動する。つまり、燃料噴射弁55の第1噴孔63は、噴射した第1燃料噴霧が第1点火プラグ51に向かうように形状が設定されている。第1燃料噴霧は、第1点火プラグ51の電極51aの近傍に流動すると共に空気と混合されて、第1の層状の混合気(以下、第1成層混合気と記す)を形成することとなる。   The fuel injected from the first injection holes 63 forms a first fuel spray lump (hereinafter referred to as a first fuel spray). The first fuel spray flows from the nozzle portion 55 a of the fuel injection valve 55 toward the electrode 51 a of the first spark plug 51. That is, the shape of the first injection hole 63 of the fuel injection valve 55 is set so that the injected first fuel spray is directed toward the first spark plug 51. The first fuel spray flows in the vicinity of the electrode 51a of the first spark plug 51 and is mixed with air to form a first layered mixture (hereinafter referred to as a first stratified mixture). .

一方、第2噴孔64から噴射された燃料は、第2の燃料噴霧の塊(以下、第2燃料噴霧と記す)を形成する。第2燃料噴霧は、燃料噴射弁55のノズル部55aからピストン30のキャビティ44に向けて流動する。つまり、燃料噴射弁55の第2噴孔64は、噴射した第2燃料噴霧がキャビティ44に向かうよう設定されている。第2燃料噴霧は、キャビティ44により第2点火プラグ52に導かれると共に空気と混合されて、第2の層状の混合気(以下、第2成層混合気と記す)を形成することとなる。   On the other hand, the fuel injected from the second injection holes 64 forms a second fuel spray lump (hereinafter referred to as second fuel spray). The second fuel spray flows from the nozzle portion 55 a of the fuel injection valve 55 toward the cavity 44 of the piston 30. That is, the second injection hole 64 of the fuel injection valve 55 is set so that the injected second fuel spray is directed toward the cavity 44. The second fuel spray is guided to the second spark plug 52 by the cavity 44 and mixed with air to form a second layered mixture (hereinafter referred to as a second stratified mixture).

なお、本実施例において、一つの噴孔が1つの燃料噴霧の塊(クラウド)を形成するものとして説明したが、燃料噴霧の形成手法は、これに限定されるものではない。複数の噴孔により一つの燃料噴霧の塊を形成するものとしても良い。   In the present embodiment, one nozzle hole has been described as forming one fuel spray lump (cloud), but the method of forming the fuel spray is not limited to this. A single fuel spray lump may be formed by a plurality of nozzle holes.

そして、ピストン30には、燃料噴射弁55からの第2燃料噴霧を受ける皿形状のキャビティ44が、ピストン30の略中央から排気側に形成されている。キャビティ44の形状を規定するキャビティ壁33は、図3に示すように、ピストン30の略中央にある縁部33a(以下、中央側縁部と記す)が燃料噴射弁55のノズル部55aに対向するように形成されている。加えて、キャビティ壁33には、中央側縁部33aに対向するピストン30の周縁側にある縁部33c(以下、周縁側縁部と記す)が第2点火プラグ52の電極52aに対向するように形成されている。すなわち、ピストン30は、周縁側縁部33cが排気側を向くように位置決めされて、シリンダボア14内に設けられる。図1に示すように、キャビティ壁33において、中央側縁部33aと周縁側縁部33cは、滑らかに連続している。   In the piston 30, a dish-shaped cavity 44 that receives the second fuel spray from the fuel injection valve 55 is formed from the approximate center of the piston 30 to the exhaust side. As shown in FIG. 3, the cavity wall 33 that defines the shape of the cavity 44 has an edge portion 33 a (hereinafter referred to as a center side edge portion) substantially at the center of the piston 30 facing the nozzle portion 55 a of the fuel injection valve 55. It is formed to do. In addition, the cavity wall 33 has an edge portion 33c (hereinafter referred to as a peripheral edge portion) on the peripheral side of the piston 30 facing the central side edge portion 33a so as to oppose the electrode 52a of the second spark plug 52. Is formed. In other words, the piston 30 is positioned in the cylinder bore 14 so that the peripheral edge 33c faces the exhaust side. As shown in FIG. 1, in the cavity wall 33, the center side edge part 33a and the peripheral side edge part 33c are smoothly continuing.

ピストン30は、燃焼室40の略中央において上方Uから下方Dに流動してくる燃料噴霧を、キャビティ壁33のピストン中央側縁部33aで受けることが可能となっている。加えて、ピストン30は、中央側縁部33aで受けた第2燃料噴霧を、キャビティ壁33に沿わせて、周縁側縁部33cに導くことが可能となっている。つまり、ピストン30のキャビティ44は、上方Uへの移動時(ピストンの上昇時)において、中央側縁部33aからキャビティ44内に流入した燃料噴霧を、もう一方の縁部である周縁側縁部33cに導くことができる。   The piston 30 can receive the fuel spray flowing from the upper side U to the lower side D at the approximate center of the combustion chamber 40 at the piston central side edge 33 a of the cavity wall 33. In addition, the piston 30 can guide the second fuel spray received at the center side edge portion 33 a to the peripheral edge portion 33 c along the cavity wall 33. That is, the cavity 44 of the piston 30 has a peripheral edge that is the other edge of the fuel spray that has flowed into the cavity 44 from the central edge 33a when moving upward U (when the piston is raised). 33c.

このように構成されたピストン30は、内燃機関10の圧縮行程、すなわちピストン30の上昇時において、天井壁中央部22aにある燃料噴射弁55から噴射された第2燃料噴霧を、キャビティ44により天井壁周縁部22cの排気側にある第2点火プラグ52の電極52aに向けて導くことができる。これにより、内燃機関10は、第2点火プラグ52の電極52aの近傍すなわち燃焼室40の周縁部40cに第2成層混合気を形成することが可能となっている。   The piston 30 configured in this manner allows the second fuel spray injected from the fuel injection valve 55 in the central portion 22a of the ceiling wall to be ceiling-suspended by the cavity 44 during the compression stroke of the internal combustion engine 10, that is, when the piston 30 is lifted. It can guide toward the electrode 52a of the second spark plug 52 on the exhaust side of the wall peripheral portion 22c. Thereby, the internal combustion engine 10 can form the second stratified mixture in the vicinity of the electrode 52 a of the second spark plug 52, that is, in the peripheral edge portion 40 c of the combustion chamber 40.

また、ピストン30の頂面32のうち吸気側には、燃焼室40の中央部40a(ボア軸心Cが通る領域)に向かうスキッシュ流を発生させるために、スキッシュ面36が形成されている。スキッシュ面36は、吸気弁25の燃焼室40側の表面25f(以下、吸気弁表面と記す)と対向しており、且つ吸気弁表面25fと平行となるように設定されている。ピストン30が上方Uに移動すると、吸気弁表面25fとスキッシュ面36との間にあるガスが圧縮されて、ここから燃焼室40の中央部40aに向かうスキッシュ流が発生することとなる。   A squish surface 36 is formed on the intake side of the top surface 32 of the piston 30 in order to generate a squish flow toward the central portion 40a of the combustion chamber 40 (a region through which the bore axis C passes). The squish surface 36 faces the surface 25f of the intake valve 25 on the combustion chamber 40 side (hereinafter referred to as the intake valve surface) and is set to be parallel to the intake valve surface 25f. When the piston 30 moves upward U, the gas between the intake valve surface 25f and the squish surface 36 is compressed, and a squish flow from here toward the central portion 40a of the combustion chamber 40 is generated.

ECUは、クランク角センサからの信号を受けて、クランク軸の回転角位置(以下、クランク角と記す)を検出している。このクランク角に基づき内燃機関10のクランク軸の回転速度(以下、機関回転速度と記す)を算出している。また、ECUは、図示しないアクセルポジションセンサからの信号を受けて、内燃機関に要求される出力トルク(以下、機関負荷と記す)を検出している。機関回転速度及び機関負荷に基づいて、ECUは、内燃機関10に均質燃焼を行わせるか、成層燃焼を行わせるかを判断すると共に、燃料噴射弁55の開弁期間や、点火プラグの点火時期を調整している。   The ECU receives a signal from the crank angle sensor and detects a rotation angle position of the crankshaft (hereinafter referred to as a crank angle). Based on this crank angle, the rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine 10 (hereinafter referred to as engine rotational speed) is calculated. Further, the ECU receives a signal from an accelerator position sensor (not shown) and detects an output torque required for the internal combustion engine (hereinafter referred to as engine load). Based on the engine speed and the engine load, the ECU determines whether the internal combustion engine 10 performs homogeneous combustion or stratified combustion, and opens the fuel injection valve 55 and the ignition timing of the ignition plug. Is adjusted.

以上のように構成された内燃機関10は、高回転速度又は高負荷で作動する場合、均質燃焼を行う。均質燃焼を行う場合、燃料噴射弁55を吸気行程において燃料を噴射させることで、内燃機関10は、吸気行程から圧縮行程にかけて、気筒内に均質な混合気を形成する。そして、上死点前の適切なタイミングで、内燃機関10は、第1及び第2点火プラグ51,52を同時に点火させる。均質燃焼時において、内燃機関10は、2つの点火プラグで筒内混合気に点火することで、混合気の着火と火炎伝播を安定したものとすることができる。これにより、点火プラグが1つだけ設けられている内燃機関10に比べて出力トルクに変動が生じることを抑制することができる。   The internal combustion engine 10 configured as described above performs homogeneous combustion when operating at a high rotational speed or a high load. When performing homogeneous combustion, fuel is injected by the fuel injection valve 55 in the intake stroke, so that the internal combustion engine 10 forms a homogeneous air-fuel mixture in the cylinder from the intake stroke to the compression stroke. The internal combustion engine 10 ignites the first and second spark plugs 51 and 52 simultaneously at an appropriate timing before top dead center. At the time of homogeneous combustion, the internal combustion engine 10 can stabilize the ignition of the mixture and the flame propagation by igniting the in-cylinder mixture with two ignition plugs. Thereby, compared with the internal combustion engine 10 provided with only one spark plug, it can suppress that a fluctuation | variation arises in output torque.

一方、低回転速度且つ低負荷で作動する場合に、内燃機関10は成層燃焼を行う。以下に、本実施例に係る内燃機関10が成層燃焼を行う場合の動作について、図5〜図7を用いて説明する。図5は、内燃機関の成層燃焼時における燃料噴射時期及び点火時期を示すタイミングチャートである。図6−1〜図6−4は、内燃機関の気筒周辺の構成を示す断面図であり、図6−1は、燃料噴射開始時における噴射角を示す図である。図6−2は、燃料噴射が完了して燃料噴霧が形成された状態を示す図である。図6−3は、燃料噴霧が流動して第1及び第2点火プラグの近傍にそれぞれ成層混合気が形成された状態を示す図である。図6−4は、点火プラグにより着火された成層混合気が膨張し、成層混合気同士が衝突する直前の状態を示す図である。なお、図5において、点火上死点(圧縮上死点)を「ITDC」で示し、下死点を「BDC」で示している。   On the other hand, when operating at a low rotational speed and a low load, the internal combustion engine 10 performs stratified combustion. Hereinafter, the operation when the internal combustion engine 10 according to the present embodiment performs stratified combustion will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a timing chart showing the fuel injection timing and ignition timing during stratified combustion of the internal combustion engine. FIGS. 6-1 to 6-4 are cross-sectional views showing the configuration around the cylinder of the internal combustion engine, and FIG. 6-1 is a view showing the injection angle at the start of fuel injection. FIG. 6B is a diagram illustrating a state where fuel injection is completed and fuel spray is formed. FIG. 6-3 is a diagram illustrating a state in which the fuel spray flows and a stratified mixture is formed in the vicinity of the first and second spark plugs. FIG. 6-4 is a diagram illustrating a state immediately before the stratified mixture ignited by the spark plug expands and the stratified mixtures collide with each other. In FIG. 5, the ignition top dead center (compression top dead center) is indicated by “ITDC”, and the bottom dead center is indicated by “BDC”.

まず、内燃機関10は、図5に示すように圧縮行程の時点T1において、ECUにより制御されて、燃料噴射弁55を開弁させる。燃料噴射弁55は、第1噴孔63及び第2噴孔64から、同時に燃料噴射を開始する。図5−1に示すように、内燃機関10の燃料噴射弁55は、第1噴孔63から第1点火プラグ51の電極51aに向かう燃料を噴射すると共に、第2噴孔64から、ピストン30に形成されているキャビティ壁33の中央側縁部33aに向けて燃料を噴射する。   First, as shown in FIG. 5, the internal combustion engine 10 is controlled by the ECU to open the fuel injection valve 55 at the time T1 of the compression stroke. The fuel injection valve 55 starts fuel injection from the first injection hole 63 and the second injection hole 64 at the same time. As shown in FIG. 5A, the fuel injection valve 55 of the internal combustion engine 10 injects fuel from the first injection hole 63 toward the electrode 51 a of the first spark plug 51 and from the second injection hole 64 to the piston 30. The fuel is injected toward the central side edge 33a of the cavity wall 33 formed in the above.

燃料噴射弁55において、第1噴孔63から噴射される燃料の噴射角(図6−1に角度αで示す)は、第2噴孔64から噴射される燃料の噴射角(図6−1に角度βで示す)に比べて広角なものとなっている。なお、この時点T1すなわち燃料噴射弁55の開弁時期は、点火上死点前30〜50°CAとなるよう設定されている。   In the fuel injection valve 55, the injection angle of fuel injected from the first injection hole 63 (indicated by the angle α in FIG. 6A) is the injection angle of fuel injected from the second injection hole 64 (FIG. 6-1). The angle is wider than the angle β). The time T1, that is, the opening timing of the fuel injection valve 55 is set to be 30 to 50 ° CA before ignition top dead center.

そして、時点T2において、内燃機関10は、ECUにより制御されて燃料噴射弁55を閉弁させる。このとき、図6−2に示すように、燃料噴射弁55は、第1噴孔63から噴射した燃料により第1点火プラグ51の電極51aに向けて流動する第1燃料噴霧61を形成している。これと共に、燃料噴射弁55は、第2噴孔64から噴射した燃料により、ピストン30のキャビティ44に向けて流動する第2燃料噴霧62を形成している。   At time T2, the internal combustion engine 10 is controlled by the ECU to close the fuel injection valve 55. At this time, as shown in FIG. 6B, the fuel injection valve 55 forms a first fuel spray 61 that flows toward the electrode 51a of the first spark plug 51 by the fuel injected from the first injection hole 63. Yes. At the same time, the fuel injection valve 55 forms a second fuel spray 62 that flows toward the cavity 44 of the piston 30 by the fuel injected from the second injection hole 64.

第2噴孔64から噴射された第2燃料噴霧62は、第1噴孔63から噴射された第1燃料噴霧61に比べて細長い形状となっている。第2燃料噴霧62の「先端」の移動速度B(以下、先端速度と記す)は、第1燃料噴霧61の先端速度Aに比べて大きなものとなっている。なお、燃料噴霧の「先端」とは、燃料噴霧の移動経路上の進行方向側の端を意味している。   The second fuel spray 62 injected from the second injection hole 64 has an elongated shape as compared with the first fuel spray 61 injected from the first injection hole 63. The moving speed B of the “tip” of the second fuel spray 62 (hereinafter referred to as the tip speed) is larger than the tip speed A of the first fuel spray 61. Note that the “tip” of the fuel spray means an end on the traveling direction side of the fuel spray moving path.

燃料噴射弁55の第2噴孔64から噴射された第2燃料噴霧62は、先端速度Bでキャビティ44に向けて流動し、ピストン30のキャビティ壁33の中央側縁部33aに衝突する。衝突した第2燃料噴霧62は、キャビティ壁33に沿って排気側にあるもう一方の縁部33cに流動する(図中、流動経路を矢印Gで示す)。このようにして、第2燃料噴霧62は、上昇するピストン30によりキャビティ44内を第2点火プラグ52の電極52aに向けて導かれる。一方、第1噴孔63から噴射された第1燃料噴霧61は、噴霧自体の運動量(貫徹力)で、第1点火プラグ51の電極51aに向けて排気側に流動する。   The second fuel spray 62 injected from the second injection hole 64 of the fuel injection valve 55 flows toward the cavity 44 at the tip speed B and collides with the central side edge 33 a of the cavity wall 33 of the piston 30. The collided second fuel spray 62 flows along the cavity wall 33 to the other edge 33c on the exhaust side (the flow path is indicated by an arrow G in the figure). Thus, the second fuel spray 62 is guided in the cavity 44 toward the electrode 52 a of the second spark plug 52 by the rising piston 30. On the other hand, the first fuel spray 61 injected from the first injection hole 63 flows toward the exhaust side toward the electrode 51a of the first spark plug 51 by the momentum (penetration force) of the spray itself.

そして、時点T3において、第1燃料噴霧61は、流動中に周辺の空気と混合されて、図6−3に示すように、第1点火プラグ51の電極51aの近傍に第1成層混合気71を形成している。一方、キャビティ壁33に沿って流動する第2燃料噴霧62は、流動中に周辺の空気と混合されて、キャビティ壁33の周縁側縁部33cから第2点火プラグ52の電極52aにかけて第2成層混合気72を形成している。なお、図6−3において、第1及び第2成層混合気71,72の外縁をそれぞれ破線で示している。   At the time T3, the first fuel spray 61 is mixed with the surrounding air during the flow, and as shown in FIG. 6-3, the first stratified mixture 71 is formed in the vicinity of the electrode 51a of the first spark plug 51. Is forming. On the other hand, the second fuel spray 62 flowing along the cavity wall 33 is mixed with the surrounding air during the flow, and the second stratification is performed from the peripheral edge 33c of the cavity wall 33 to the electrode 52a of the second spark plug 52. A gas mixture 72 is formed. In FIG. 6C, the outer edges of the first and second stratified mixture 71 and 72 are indicated by broken lines.

このようにして、内燃機関10は、燃料噴射弁55から噴射された第1燃料噴霧61を、その貫徹力で、即ちスプレーガイドで、第1点火プラグ51の近傍に導き、ここに第1成層混合気71を形成している。加えて、内燃機関10は、燃料噴射弁55から噴射された第2燃料噴霧62を、キャビティ壁33に沿わせることで、即ちウォールガイドで、第2点火プラグ52の近傍に導き、ここに第2成層混合気72を形成している。第2燃料噴霧62が導かれる天井壁周縁部22cの排気側の部位は、吸気側に比べて高温な部位であるため、第2燃料噴霧の気化を良好なものとすることができる。   In this way, the internal combustion engine 10 guides the first fuel spray 61 injected from the fuel injection valve 55 to the vicinity of the first spark plug 51 with its penetrating force, that is, with a spray guide, where the first stratification is performed. A gas mixture 71 is formed. In addition, the internal combustion engine 10 guides the second fuel spray 62 injected from the fuel injection valve 55 to the vicinity of the second spark plug 52 along the cavity wall 33, that is, with a wall guide, A two-stratified mixture 72 is formed. Since the portion on the exhaust side of the ceiling wall peripheral portion 22c to which the second fuel spray 62 is guided is a portion having a higher temperature than the intake side, the vaporization of the second fuel spray can be improved.

この時点T3において、内燃機関10は、ECUにより制御されて、第1点火プラグ51及び第2点火プラグ52を同時に点火する。第1及び第2点火プラグ51,52が、それぞれの電極51a,52aに生じさせる点火火花により、第1及び第2成層混合気71,72は、それぞれ中心部が着火して燃焼を開始する。なお、この時点T3すなわち第1及び第2点火プラグ51,52の点火時期は、点火上死点前10〜20°CAとなるよう設定されている。   At this time T3, the internal combustion engine 10 is controlled by the ECU to ignite the first spark plug 51 and the second spark plug 52 simultaneously. The first and second igniter plugs 51 and 52 are ignited by the sparks generated at the respective electrodes 51a and 52a, and the first and second stratified air-fuel mixtures 71 and 72 are ignited at the center and start to burn. At this time T3, that is, the ignition timing of the first and second spark plugs 51 and 52 is set to be 10 to 20 ° CA before ignition top dead center.

第1及び第2成層混合気71,72は、混合気の略中心部から外側に向けて火炎伝播して燃焼する。これにより、第1成層混合気71は、図6−4に示すように、燃焼室40の中央部40aから吸気側及び排気側に向けて膨張する(図中、膨張方向を矢印Ei,矢印Eeで示す)。一方、第2成層混合気72は、燃焼室40の周縁部40cの排気側から燃焼室40の中央に向けて膨張する(図中、膨張方向を矢印Ecで示す)。なお、図6−4において、第1及び第2成層混合気71,72の外縁を破線で示している。   The first and second stratified air-fuel mixtures 71 and 72 are burned by flame propagation outward from the substantially central portion of the air-fuel mixture. As a result, the first stratified mixture 71 expands from the central portion 40a of the combustion chamber 40 toward the intake side and the exhaust side as shown in FIG. 6-4 (in the drawing, the expansion direction is indicated by the arrows Ei and Ee). ). On the other hand, the second stratified mixture 72 expands from the exhaust side of the peripheral edge portion 40c of the combustion chamber 40 toward the center of the combustion chamber 40 (in the drawing, the expansion direction is indicated by an arrow Ec). In addition, in FIG. 6-4, the outer edge of the 1st and 2nd stratified mixture 71 and 72 is shown with the broken line.

そして、点火上死点後5〜10°CAとなる時点T4において、膨張中の第1成層混合気71と、同じく膨張中の第2成層混合気72は、図6−4に示すように、それぞれの外縁(図中、破線で示す)が衝突寸前となる。この時点T4において、第1成層混合気71は、図に一点鎖線Fi,Feで示す部位まで火炎が伝播しており、第2成層混合気72は、図に一点鎖線Fcで示す部位まで火炎が伝播している。   Then, at the time T4 when the ignition top dead center is 5 to 10 ° CA, the expanding first stratified mixture 71 and the expanded second stratified mixture 72 are, as shown in FIG. Each outer edge (indicated by a broken line in the figure) is just before the collision. At this time point T4, the first stratified gas mixture 71 has a flame propagating to the portion indicated by the alternate long and short dash lines Fi and Fe in the drawing, and the second stratified gas mixture 72 has the flame to the portion indicated by the dashed dotted line Fc in the drawing. Propagating.

第1成層混合気71において、それぞれ一点鎖線Fi,Feより外側の部分71i,71e(以下、外側部分と記す)は、未だ火炎が伝播しておらず、未燃の混合気となっている。この外側部分71e,71iは、第1成層混合気71の膨張と共に拡散し、周囲の空気と混合されることで、着火時に比べて希薄なものとなっている。同様に、第2成層混合気72においても同様に、一点鎖線Fcより外側の部分72c(以下、外側部分と記す)は、第2成層混合気72の膨張と共に拡散し、着火時に比べて希薄なものとなっている。   In the first stratified mixture 71, the portions 71i and 71e outside the alternate long and short dash lines Fi and Fe (hereinafter referred to as outer portions) are not yet propagated, and are unburned mixtures. The outer portions 71e and 71i are diffused with the expansion of the first stratified air-fuel mixture 71 and mixed with the surrounding air, so that the outer portions 71e and 71i are leaner than when ignited. Similarly, also in the second stratified mixture 72, a portion 72c outside the alternate long and short dash line Fc (hereinafter referred to as an outer portion) diffuses with the expansion of the second stratified mixture 72, and is leaner than at the time of ignition. It has become a thing.

この時点T4において、燃焼室40のうち第1点火プラグ51の電極51aと第2点火プラグ52の電極52aとの間の領域では、燃焼室40の排気側に向けて膨張する第1成層混合気71の外側部分71e(流動方向を矢印Eeで示す)と、吸気側に膨張する第2成層混合気72の外側部分72c(流動方向を矢印Ecで示す)が互いに対向している。   At this time T4, in the region between the electrode 51a of the first spark plug 51 and the electrode 52a of the second spark plug 52 in the combustion chamber 40, the first stratified mixture that expands toward the exhaust side of the combustion chamber 40. The outer portion 71e of the 71 (the flow direction is indicated by an arrow Ee) and the outer portion 72c (the flow direction is indicated by an arrow Ec) of the second stratified mixture 72 expanding to the intake side face each other.

そして、時点T4の直後、排気側に膨張する第1成層混合気71の外側部分71eと、吸気側に膨張する第2成層混合気72の外側部分72cが互いに対向して衝突する。第1成層混合気71と第2成層混合気72が互いに押し合うことで、第1成層混合気71の排気側の外側部分71eと第2成層混合気72の外側部分72cは、これ以上拡散することができなくなる。これにより、第1成層混合気71の排気側の外側部分71eと第2成層混合気72の外側部分72cが過剰に希薄化してしまい、これら部分71e,72cにオーバーリーン混合気が生じることを抑制することができる。   Then, immediately after time T4, the outer portion 71e of the first stratified mixture 71 expanding to the exhaust side and the outer portion 72c of the second stratified mixture 72 expanding to the intake side collide with each other. When the first stratified mixture 71 and the second stratified mixture 72 are pressed against each other, the outer portion 71e on the exhaust side of the first stratified mixture 71 and the outer portion 72c of the second stratified mixture 72 are further diffused. I can't do that. As a result, the outer side portion 71e on the exhaust side of the first stratified gas mixture 71 and the outer side portion 72c of the second stratified gas mixture 72 are excessively diluted, and an overlean gas mixture is prevented from being generated in these portions 71e and 72c. can do.

また、時点T4において、上昇するピストン30のスキッシュ面36と吸気弁25fとの間には、燃焼室40の吸気側から中央に向かうスキッシュ流(図中、流動方向を矢印Sで示す)が生じている。燃焼室40のうち燃料噴射弁55のノズル部55aと吸気弁25との間の領域では、燃焼室40の吸気側に膨張する第1成層混合気71の外側部分71i(流動方向を矢印Eiで示す)と、スキッシュ流Sが互いに対向している。   Further, at time T4, a squish flow (indicated by arrow S in the drawing) is generated between the squish surface 36 of the rising piston 30 and the intake valve 25f from the intake side to the center of the combustion chamber 40. ing. In the region between the nozzle portion 55a of the fuel injection valve 55 and the intake valve 25 in the combustion chamber 40, the outer portion 71i of the first stratified mixture 71 that expands toward the intake side of the combustion chamber 40 (the flow direction is indicated by the arrow Ei) And the squish flow S face each other.

そして、時点T4の直後、吸気側に膨張する第1成層混合気71と、吸気側から中央に向かうスキッシュ流Sが互いに押し合うことで、第1成層混合気71の吸気側の外側部分71iは、これ以上拡散することができなくなる。これにより、第1成層混合気71の吸気側の外側部分71iが過剰に希薄化してしまいオーバーリーン混合気を生じることを抑制することができる。また、燃焼室40の吸気側の領域にスキッシュ流Sを生じさせることで、吸気側に膨張する第1成層混合気71の外側部分71iが、吸気側のクレビスボリューム43に逃げ込んでしまうことを防止している。   Then, immediately after time T4, the first stratified mixture 71 expanding to the intake side and the squish flow S from the intake side toward the center are pressed against each other, so that the outer portion 71i on the intake side of the first stratified mixture 71 becomes , Can no longer diffuse. As a result, it is possible to prevent the outer portion 71i on the intake side of the first stratified mixture 71 from being excessively diluted and generating an over-lean mixture. Further, by generating the squish flow S in the intake side region of the combustion chamber 40, the outer portion 71i of the first stratified mixture 71 expanding to the intake side is prevented from escaping into the clevis volume 43 on the intake side. is doing.

以上に説明したように、本実施例では、燃焼室40の天井壁中央部22aの吸気側に燃料噴射弁55が設けられており、天井壁中央部22aの排気側に第1点火プラグ51が設けられており、さらに、天井壁周縁部22cには、第2点火プラグ52が設けられている。燃料噴射弁55は、第1点火プラグ51の電極51aに向かう方向と、ピストン30のキャビティ44に向かう方向に、それぞれ燃料を噴射する。ピストン30のキャビティ44は、燃料噴射弁55からの燃料を受けて第2点火プラグ52の電極52aに導く。つまり、内燃機関10は、天井壁中央部22aにある燃料噴射弁55から噴射された燃料を、同じく天井壁中央部22aにある第1点火プラグ51の近傍には、スプレーガイドで導くと共に、天井壁周縁部22cにある第2点火プラグ52の近傍には、ウォールガイドで導くものとした。   As described above, in this embodiment, the fuel injection valve 55 is provided on the intake side of the ceiling wall central portion 22a of the combustion chamber 40, and the first spark plug 51 is provided on the exhaust side of the ceiling wall central portion 22a. Further, a second spark plug 52 is provided on the ceiling wall peripheral portion 22c. The fuel injection valve 55 injects fuel in a direction toward the electrode 51 a of the first spark plug 51 and in a direction toward the cavity 44 of the piston 30. The cavity 44 of the piston 30 receives the fuel from the fuel injection valve 55 and guides it to the electrode 52 a of the second spark plug 52. That is, the internal combustion engine 10 guides the fuel injected from the fuel injection valve 55 in the central portion 22a of the ceiling wall to the vicinity of the first spark plug 51 in the central portion 22a of the ceiling wall with the spray guide and A wall guide is used in the vicinity of the second spark plug 52 at the wall peripheral edge 22c.

これにより、第1点火プラグ51の近傍と、第2点火プラグ52の近傍に、それぞれ別個の成層混合気71,72を形成することが可能となる。これら成層混合気71,72をそれぞれ着火し、膨張する成層混合気71,72同士を衝突させることで、成層混合気71,72の外側にある未燃の部分(外側部分)71e,72cが拡散することを抑制し、これら外側部分71e,72cにオーバーリーン混合気が生じることを抑制することができる。   Thereby, separate stratified air-fuel mixtures 71 and 72 can be formed in the vicinity of the first spark plug 51 and in the vicinity of the second spark plug 52, respectively. By igniting the stratified mixture 71 and 72 and colliding the expanding stratified mixture 71 and 72 with each other, unburned portions (outer portions) 71e and 72c outside the stratified mixture 71 and 72 are diffused. It is possible to suppress the occurrence of over lean air-fuel mixture in the outer portions 71e and 72c.

また、本実施例では、ピストン30のキャビティ壁33は、ピストン中央側縁部33aが燃料噴射弁55のノズル部55aに対向しており、ピストン周縁側縁部33cが第2点火プラグ52の電極52aに対向している。このため、ピストン30が上死点付近に位置するときに、燃焼噴射弁55からの燃料(第2燃料噴霧)を中央側縁部33aで受けて、受けた燃料をキャビティ壁33に沿わせてもう一方の縁部である周縁側縁部33cまで沿わせて流動させることができる。これにより、天井壁中央部22aにある燃料噴射弁55からの燃料を、第2点火プラグ52の近傍まで導くことが可能となる。   Further, in the present embodiment, the cavity wall 33 of the piston 30 has the piston central side edge 33 a facing the nozzle part 55 a of the fuel injection valve 55, and the piston peripheral edge 33 c is the electrode of the second spark plug 52. It faces 52a. For this reason, when the piston 30 is positioned near the top dead center, the fuel (second fuel spray) from the combustion injection valve 55 is received by the central side edge portion 33 a, and the received fuel is run along the cavity wall 33. It can be made to flow along the peripheral edge 33c which is the other edge. Thereby, it becomes possible to guide the fuel from the fuel injection valve 55 in the central portion 22a of the ceiling wall to the vicinity of the second spark plug 52.

また、本実施例では、第2点火プラグ52は、天井壁周縁部22cのうち排気側に設けられるものとした。天井壁周縁部22cの排気側は、吸気側に比べて高温な部位であるため、第2点火プラグ52の近傍に導かれた燃料すなわち第2燃料噴霧の気化を良好なものとすることができる。また、第2点火プラグ52を天井壁周縁部22cの排気側に設けることで、天井壁周縁部22cの吸気側において、吸気ポート24の流路断面積を極力確保することができている。   In the present embodiment, the second spark plug 52 is provided on the exhaust side of the ceiling wall peripheral portion 22c. Since the exhaust side of the ceiling wall peripheral portion 22c is a portion having a higher temperature than the intake side, the fuel introduced to the vicinity of the second spark plug 52, that is, the second fuel spray can be vaporized well. . Further, by providing the second spark plug 52 on the exhaust side of the ceiling wall peripheral portion 22c, the flow path cross-sectional area of the intake port 24 can be ensured as much as possible on the intake side of the ceiling wall peripheral portion 22c.

また、本実施例では、燃料噴射装置は、1つの燃料噴射弁55で構成されており、燃料噴射弁55には、第1点火プラグ51の火花放電部(電極)51aに向けて燃料を噴射する第1噴孔63と、ピストン30のキャビティ壁33の中央側縁部33aに向けて燃料を噴射する第2噴孔64を設けるものものとし、第1噴孔63と第2噴孔64からは同時に燃料が噴射されるものとした。1つの燃料噴射弁のノズル部に、噴孔径や噴孔長さの異なる噴孔を形成するだけで、特殊な構造の燃料噴射弁を用いることなく、燃焼室内に2つの成層混合気を形成する内燃機関用の燃料噴射装置を実現することができる。   In this embodiment, the fuel injection device is composed of one fuel injection valve 55, and fuel is injected into the fuel injection valve 55 toward the spark discharge part (electrode) 51 a of the first spark plug 51. The first injection hole 63 and the second injection hole 64 for injecting the fuel toward the central side edge 33a of the cavity wall 33 of the piston 30 are provided, and the first injection hole 63 and the second injection hole 64 are provided. The fuel was injected at the same time. By simply forming nozzle holes with different nozzle hole diameters and nozzle hole lengths in the nozzle portion of one fuel injector, two stratified mixtures are formed in the combustion chamber without using a fuel injector with a special structure. A fuel injection device for an internal combustion engine can be realized.

また、本実施例では、燃焼室40の天井壁周縁部22cのうち第2点火プラグ52が設けられる側の反対側には、第1点火プラグ51に向かうスキッシュ流を発生させる手段(スキッシュ流発生手段)として、吸気弁25の燃焼室40側の表面25fと、ピストン30の頂面32のうち表面25fと対向する部分には、表面25fと平行となるようにスキッシュ面36が形成されている。ピストン30が上昇すると、スキッシュ面36と吸気弁表面25fとの間には、ここから燃焼室40の中央に向かうスキッシュ流Sを生じさせることができ、第1点火プラグ51により着火されて膨張する第1成層混合気71を、第2点火プラグ52により着火されて膨張する第2成層混合気とスキッシュ流Sで挟み込むことができる。これにより、第1成層混合気71の外側部分71i,71eが拡散してオーバーリーン混合気が生じることを効果的に抑制することができる。   Further, in the present embodiment, means for generating a squish flow toward the first spark plug 51 (squish flow generation) on the opposite side of the ceiling wall peripheral portion 22c of the combustion chamber 40 from the side where the second spark plug 52 is provided. As a means, a squish surface 36 is formed on the surface 25f of the intake valve 25 on the combustion chamber 40 side and the portion of the top surface 32 of the piston 30 facing the surface 25f so as to be parallel to the surface 25f. . When the piston 30 rises, a squish flow S from here to the center of the combustion chamber 40 can be generated between the squish surface 36 and the intake valve surface 25f, and is ignited and expanded by the first spark plug 51. The first stratified gas mixture 71 can be sandwiched between the squish flow S and the second stratified gas mixture that is ignited by the second spark plug 52 and expands. Thereby, it can suppress effectively that the outer parts 71i and 71e of the 1st stratified mixture 71 diffuse, and an over lean mixture is produced.

本実施例に係る内燃機関について、図7及び図8を用いて説明する。図7は、燃料噴射弁と点火プラグと吸・排気弁の配置関係を示す図であり、ピストン側からシリンダヘッドを見た図である。図8は、ピストンに形成されたキャビティと、燃料噴射弁及び点火プラグの配置関係を示す図であり、シリンダヘッド側からピストン頂面を見た図である。なお、実施例1と共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。   The internal combustion engine according to this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a view showing the positional relationship among the fuel injection valve, the spark plug, and the intake / exhaust valve, and is a view of the cylinder head as viewed from the piston side. FIG. 8 is a view showing the positional relationship between the cavity formed in the piston, the fuel injection valve, and the spark plug, and is a view of the piston top surface from the cylinder head side. In addition, about the structure which is common in Example 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

図7に示すように、本実施例では、シリンダヘッド20の天井壁22Bにおいて、第2成層混合気に点火する第2点火プラグ52Bが、天井壁周縁部22cのうち吸気ポート24の外縁24eと排気ポート26の外縁26eと、天井壁22Bの周縁22eに挟まれた部位に配設されている。   As shown in FIG. 7, in the present embodiment, the second spark plug 52B that ignites the second stratified mixture on the ceiling wall 22B of the cylinder head 20 is connected to the outer edge 24e of the intake port 24 in the ceiling wall peripheral portion 22c. It is disposed at a portion sandwiched between the outer edge 26e of the exhaust port 26 and the peripheral edge 22e of the ceiling wall 22B.

この天井壁22Bにおける第2点火プラグ52Bの配置に併せて、図8に示すように、ピストン30Bには、キャビティ44Bが、ピストン30Bの略中央から平面Lに沿う方向の一方の側にかけて形成されている。すなわちキャビティ44Bの形状を規定するキャビティ壁33Bは、ピストン30Bの略中央にある縁部33Ba(以下、中央側縁部と記す)が燃料噴射弁55のノズル55aに対向するように形成されている。ピストン30Bの周縁側にある、もう一方の側の縁部33Bc(以下、周縁側縁部と記す)は、第2点火プラグ52Bの電極52Baに対向するよう形成されている。キャビティ壁33Bにおいて、中央側縁部33Baと、周縁側縁部33Bc(以下、周縁側縁部と記す)は、対向しており、且つ滑らかに連続している。   Along with the arrangement of the second spark plug 52B on the ceiling wall 22B, as shown in FIG. 8, a cavity 44B is formed in the piston 30B from the approximate center of the piston 30B to one side along the plane L. ing. That is, the cavity wall 33B that defines the shape of the cavity 44B is formed such that the edge 33Ba (hereinafter referred to as the center side edge) of the piston 30B is opposed to the nozzle 55a of the fuel injection valve 55. . The other edge 33Bc (hereinafter referred to as a peripheral edge) on the peripheral edge of the piston 30B is formed to face the electrode 52Ba of the second spark plug 52B. In the cavity wall 33B, the center side edge 33Ba and the peripheral edge 33Bc (hereinafter referred to as peripheral edge) are opposed and smoothly continuous.

ピストン30Bのキャビティ44Bは、燃焼室40の略中央部40aにおいて上方Uから下方Dに流動してくる燃料噴霧を、中央側縁部33Baで受けることができ、加えて、中央側縁部33Baで受けた燃料を、キャビティ壁33Bに沿わせて、もう一方の側にある周縁側縁部33Bcに導くことが可能となっている。   The cavity 44B of the piston 30B can receive the fuel spray flowing from the upper U to the lower D in the substantially central portion 40a of the combustion chamber 40 at the central side edge portion 33Ba, and in addition, at the central side edge portion 33Ba. The received fuel can be guided along the cavity wall 33B to the peripheral edge 33Bc on the other side.

このように、シリンダヘッド20の天井壁22B及びピストン30Bを構成することで、内燃機関の圧縮行程すなわちピストン30Bの上昇時において、燃料噴射弁55から噴射された第2燃料噴霧を、天井壁周縁部22cのうち吸気ポート24の外縁24eと排気ポート26外縁26eに挟まれた部位にある第2点火プラグ52Bの電極52Baに向けて導くことができる。これにより内燃機関は、第2点火プラグ52Bの電極52Baの近傍にすなわち燃焼室40の周縁部40cに第2成層混合気72を形成することができる。   Thus, by constituting the ceiling wall 22B and the piston 30B of the cylinder head 20, the second fuel spray injected from the fuel injection valve 55 during the compression stroke of the internal combustion engine, that is, when the piston 30B is raised, The portion 22c can be guided toward the electrode 52Ba of the second spark plug 52B at a portion sandwiched between the outer edge 24e of the intake port 24 and the outer edge 26e of the exhaust port 26. As a result, the internal combustion engine can form the second stratified mixture 72 near the electrode 52Ba of the second spark plug 52B, that is, at the peripheral edge portion 40c of the combustion chamber 40.

以上説明したように本実施例では、第2点火プラグ52Bは、燃焼室40の天井壁周縁部22cのうち吸気ポート24の外縁24eと排気ポート26の外縁26eに挟まれた部位に設けられるものとしたので、第2点火プラグ52を、2つの排気ポート26の外縁26eの間の部位に設ける場合に比べて、第2点火プラグ52Bが受ける熱的負荷が小さくて済み、また排気ポート26の流路断面積を極力確保して、燃焼室40内に2つの成層混合気を形成することができる。これら2つの成層混合気を着火して衝突させることで、膨張する成層混合気の外側部分に生じるオーバーリーン混合気の発生を抑制することができる。   As described above, in the present embodiment, the second spark plug 52B is provided at a portion of the ceiling wall peripheral portion 22c of the combustion chamber 40 sandwiched between the outer edge 24e of the intake port 24 and the outer edge 26e of the exhaust port 26. Therefore, compared to the case where the second spark plug 52 is provided at a portion between the outer edges 26e of the two exhaust ports 26, the thermal load received by the second spark plug 52B can be reduced, and the exhaust port 26 Two stratified air-fuel mixtures can be formed in the combustion chamber 40 by ensuring the cross-sectional area of the flow path as much as possible. By igniting and colliding these two stratified mixtures, it is possible to suppress the generation of an over-lean mixture generated in the outer portion of the expanding stratified mixture.

なお、上述した各実施例では、第2点火プラグ(52;52B)は、天井壁周縁部22cのうち排気側の部位、又は天井壁周縁部22cのうち吸気ポート24の外縁24eと排気ポート26の外縁26eに挟まれた部位に設けられるものとしたが、第2点火プラグが設けられる部位は、これに限定されるものではない。別個の混合気を形成できるよう天井壁中央部22aの第1点火プラグ51から距離をあけた部位であれば良く、例えば、天井壁周縁部22cの吸気側に第2点火プラグを設けるものとしても良い。   In each of the above-described embodiments, the second spark plug (52; 52B) includes the outer edge 24e of the intake port 24 and the exhaust port 26 of the ceiling wall peripheral portion 22c or the exhaust wall portion of the ceiling wall peripheral portion 22c. However, the portion where the second spark plug is provided is not limited to this. It may be a part spaced apart from the first spark plug 51 of the ceiling wall central part 22a so that a separate air-fuel mixture can be formed. For example, a second spark plug may be provided on the intake side of the ceiling wall peripheral part 22c. good.

また、上述した各実施例では、第1点火プラグ51と第2点火プラグ(52;52B)が同時に点火を行うものとしたが、これら2つの点火プラグの点火時期に時間差を設定するものとしても良い。第1点火プラグ51により着火されて膨張する第1成層混合気と、第2点火プラグ(52;52B)により着火されて膨張する第2成層混合気を衝突させて、これら成層混合気の外側部分(未燃部分)の拡散が効果的に抑制できるような点火時期であれば良く、例えば、第2点火プラグ(52;52B)が点火した後、所定の時間経過後に第1点火プラグ51を点火するものとしても良い。   In each of the above-described embodiments, the first spark plug 51 and the second spark plug (52; 52B) ignite at the same time. However, it is also possible to set a time difference between the ignition timings of these two spark plugs. good. The first stratified mixture, which is ignited by the first spark plug 51 and expands, and the second stratified mixture, which is ignited and expanded by the second spark plug (52; 52B), collide with each other, and the outer portions of these stratified mixtures are collided. The ignition timing may be such that the diffusion of (unburned portion) can be effectively suppressed. For example, after the second spark plug (52; 52B) is ignited, the first spark plug 51 is ignited after a predetermined time has elapsed. It is good to do.

また、上述した各実施例では、燃料噴射装置として、1つの燃料噴射弁55で、2つの方向に燃料を噴射することで、流動経路の異なる2つの燃料噴霧61,62を形成するものとしたが、流動経路の異なる燃料噴霧を形成する手法は、これに限定されるものではない。第1点火プラグ51の電極51aとピストン30のキャビティ(44;44B)に向けて、それぞれ別個の燃料噴霧を形成できれば良い。複数の燃料噴射弁を設けて、燃料噴射弁ごとに、燃料噴霧を形成する構成としても良い。例えば、天井壁中央部22aに、第1点火プラグ51に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁と、ピストン30のキャビティ(44;44B)に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁とを、それぞれ別個に設けることも好適である。このように燃料噴射装置を構成すれば、各噴孔から時期をずらして燃料を噴射することが容易となり、キャビティ(44;44B)に向かう燃料の噴射を、第1点火プラグ51に向かう燃料噴射に比べて、より早い時期に行うことができる。これにより、第1点火プラグ51の近傍と第2点火プラグ(52;52B)の近傍に同時に成層混合気を形成することを、より容易に実現することができる。   Further, in each of the above-described embodiments, as the fuel injection device, two fuel sprays 61 and 62 having different flow paths are formed by injecting fuel in two directions with one fuel injection valve 55. However, the method of forming fuel sprays with different flow paths is not limited to this. It is only necessary to form separate fuel sprays toward the electrode 51a of the first spark plug 51 and the cavity (44; 44B) of the piston 30. It is good also as a structure which provides a some fuel injection valve and forms fuel spray for every fuel injection valve. For example, a fuel injection valve that injects fuel toward the first spark plug 51 and a fuel injection valve that injects fuel toward the cavity (44; 44B) of the piston 30 are separately provided in the central portion 22a of the ceiling wall. It is also preferable to provide it. If the fuel injection device is configured in this way, it becomes easy to inject fuel from each injection hole at different times, and the fuel injection toward the cavity (44; 44B) is injected into the first spark plug 51. Compared to, it can be done earlier. Thereby, it is possible to more easily realize the stratified mixture simultaneously in the vicinity of the first spark plug 51 and in the vicinity of the second spark plug (52; 52B).

また、上述した各実施例では、燃焼室40の天井壁中央部22aの吸気側にある燃料噴射弁55から、排気側にある第1点火プラグ51の電極51aには、燃料の貫徹力(スプレーガイド)で燃料を導くものとしたが、燃料噴霧を導く手法は、これに限定されるものではない。ピストン30の頂面32及び燃焼室40の天井壁22にスキッシュエリアを形成するなどして、ピストン30の上昇により燃料噴射弁55から第1点火プラグ51に向かうスキッシュ流を発生させることで、燃焼噴射弁55のノズル部55aからの燃料噴霧を、第1点火プラグ51の電極51aに導くものとしても良い。また、スプレーガイドとエアガイドを組み合わせて、燃料噴射弁55のノズル部55aから第1点火プラグ51の電極51aの周辺に燃料噴霧を導くこととしても良い。   Further, in each of the embodiments described above, fuel penetration force (spray) is applied from the fuel injection valve 55 on the intake side of the center portion 22a of the ceiling wall of the combustion chamber 40 to the electrode 51a of the first spark plug 51 on the exhaust side. The guide is used to guide the fuel, but the method of guiding the fuel spray is not limited to this. Combustion is generated by forming a squish area on the top surface 32 of the piston 30 and the ceiling wall 22 of the combustion chamber 40 to generate a squish flow from the fuel injection valve 55 toward the first spark plug 51 by raising the piston 30. The fuel spray from the nozzle portion 55 a of the injection valve 55 may be guided to the electrode 51 a of the first spark plug 51. In addition, a spray guide and an air guide may be combined to guide fuel spray from the nozzle portion 55a of the fuel injection valve 55 to the periphery of the electrode 51a of the first spark plug 51.

以上のように、本発明に係る内燃機関は、燃焼室内で成層燃焼が可能な筒内噴射式の火花点火機関に有用であり、特に、自動車に原動機として搭載されるガソリン機関に適している。   As described above, the internal combustion engine according to the present invention is useful for an in-cylinder spark ignition engine capable of stratified combustion in a combustion chamber, and is particularly suitable for a gasoline engine mounted as a prime mover in an automobile.

内燃機関の気筒周辺の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the cylinder periphery of an internal combustion engine. 実施例1に係る燃料噴射弁と点火プラグと吸・排気弁の配置関係を示す図であり、ピストン側からシリンダヘッドを見た図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning relationship of the fuel injection valve which concerns on Example 1, an ignition plug, and an intake / exhaust valve, and is the figure which looked at the cylinder head from the piston side. 実施例1に係るピストンに形成されたキャビティと、燃料噴射弁及び点火プラグの配置関係を示す図であり、シリンダヘッド側からピストン頂面を見た図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning relationship of the cavity formed in the piston which concerns on Example 1, a fuel injection valve, and a spark plug, and is the figure which looked at the piston top surface from the cylinder head side. 実施例1に係る燃料噴射弁の噴孔のL/D比と燃料噴霧との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between L / D ratio of the nozzle hole of the fuel injection valve which concerns on Example 1, and fuel spray. 実施例1に係る内燃機関の成層燃焼時における燃料噴射時期及び点火時期を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing fuel injection timing and ignition timing during stratified combustion of the internal combustion engine according to the first embodiment. 実施例1に係る内燃機関の気筒周辺の構成を示す断面図であり、燃料噴射開始時(時点T1)における噴射角を示す図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration around a cylinder of the internal combustion engine according to the first embodiment, and is a diagram illustrating an injection angle at the start of fuel injection (time point T1). 実施例1に係る内燃機関の気筒周辺の構成を示す断面図であり、燃料噴射が完了して燃料噴霧が形成された状態(時点T2)を示す図である。It is sectional drawing which shows the structure of the cylinder periphery of the internal combustion engine which concerns on Example 1, and is a figure which shows the state (time T2) in which fuel injection was completed and fuel spray was formed. 実施例1に係る内燃機関の気筒周辺の構成を示す断面図であり、燃料噴霧が流動して第1及び第2点火プラグの近傍にそれぞれ成層混合気が形成された状態(時点T3)を示す図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration around a cylinder of the internal combustion engine according to the first embodiment, showing a state (time point T3) in which a fuel spray flows and a stratified mixture is formed in the vicinity of the first and second spark plugs, respectively. FIG. 実施例1に係る内燃機関の気筒周辺の構成を示す断面図であり、点火プラグにより着火された成層混合気が膨張し、成層混合気同士が衝突する直前の状態(時点T4)を示す図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration around a cylinder of the internal combustion engine according to the first embodiment, and illustrates a state (time T4) immediately before the stratified mixture ignited by the spark plug expands and collides with the stratified mixture. is there. 実施例2に係る燃料噴射弁と点火プラグと吸・排気弁の配置関係を示す図であり、ピストン側からシリンダヘッドを見た図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning relationship of the fuel injection valve which concerns on Example 2, an ignition plug, and an intake / exhaust valve, and is the figure which looked at the cylinder head from the piston side. 実施例2に係るピストンに形成されたキャビティと、燃料噴射弁及び点火プラグの配置関係を示す図であり、シリンダヘッド側からピストン頂面を見た図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning relationship of the cavity formed in the piston which concerns on Example 2, a fuel injection valve, and a spark plug, and is the figure which looked at the piston top surface from the cylinder head side.

符号の説明Explanation of symbols

10 内燃機関
12 シリンダブロック
15 シリンダ壁
20 シリンダヘッド
22,22B 天井壁
22a 天井壁中央部
22c 天井壁周縁部
24 吸気ポート
24e 吸気ポートの外縁
25 吸気弁
25f 吸気弁表面
26 排気ポート
26e 排気ポートの外縁
27 排気弁
30,30B ピストン
32 頂面
33,33B キャビティ壁
33a,33Ba 中央側縁部
33c,33Bc 周縁側縁部
36 スキッシュ面
40 燃焼室
44,44B キャビティ
51 第1点火プラグ
52 第2点火プラグ
51a,52a,52Ba 電極(火花放電部)
55 燃料噴射弁
55a ノズル部
61 第1燃料噴霧
62 第2燃料噴霧
63 第1噴孔
64 第2噴孔
71 第1成層混合気
72 第2成層混合気
C シリンダボア軸芯
L 平面
EX 排気側
IN 吸気側
S スキッシュ流
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine 12 Cylinder block 15 Cylinder wall 20 Cylinder head 22, 22B Ceiling wall 22a Ceiling wall center part 22c Ceiling wall peripheral part 24 Intake port 24e Outer edge of intake port 25 Intake valve 25f Intake valve surface 26 Exhaust port 26e Outer edge of exhaust port 27 Exhaust valve 30, 30B Piston 32 Top surface 33, 33B Cavity wall 33a, 33Ba Central side edge 33c, 33Bc Peripheral side edge 36 Squish surface 40 Combustion chamber 44, 44B Cavity 51 First spark plug 52 Second spark plug 51a , 52a, 52Ba Electrode (spark discharge part)
55 Fuel Injection Valve 55a Nozzle Unit 61 First Fuel Spray 62 Second Fuel Spray 63 First Injection Hole 64 Second Injection Hole 71 First Stratified Mixture 72 Second Stratified Mixture C Cylinder Bore Core L Planar EX Exhaust Side IN Intake Side S Squish flow

Claims (9)

燃焼室内で成層燃焼が可能な内燃機関であって、
燃焼室の天井壁中央部に設けられた第1点火プラグと、
燃焼室の天井壁周縁部に設けられた第2点火プラグと、
燃焼室の天井壁中央部に設けられ、燃焼室内で2つの方向に直接燃料を噴射可能な燃料噴射装置と、
燃料噴射装置からの燃料を受けて第2点火プラグの火花放電部に導くことが可能なキャビティが設けられたピストンと、
を備え、
燃料噴射装置は、第1点火プラグの火花放電部に向かう方向と、キャビティに向かう方向に、それぞれ燃料を噴射することを特徴とする内燃機関。
An internal combustion engine capable of stratified combustion in a combustion chamber,
A first spark plug provided in the center of the ceiling wall of the combustion chamber;
A second spark plug provided at the periphery of the ceiling wall of the combustion chamber;
A fuel injection device provided at the center of the ceiling wall of the combustion chamber and capable of directly injecting fuel in two directions in the combustion chamber;
A piston provided with a cavity capable of receiving fuel from the fuel injection device and guiding the fuel to a spark discharge portion of the second spark plug;
With
An internal combustion engine, wherein the fuel injection device injects fuel in a direction toward the spark discharge portion of the first spark plug and in a direction toward the cavity.
請求項1に記載の内燃機関であって、
キャビティの形状を規定するキャビティ壁は、一方の縁部が燃料噴射装置のノズル部に対向しており、他方の縁部が第2点火プラグの火花放電部に対向していることを特徴とする内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 1,
The cavity wall that defines the shape of the cavity is characterized in that one edge portion faces the nozzle portion of the fuel injection device and the other edge portion faces the spark discharge portion of the second spark plug. Internal combustion engine.
請求項2に記載の内燃機関であって、
第2点火プラグは、燃焼室の天井壁周縁部のうち排気側の部位に設けられていることを特徴とする内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 2,
The internal combustion engine, wherein the second spark plug is provided at a portion on the exhaust side of the peripheral portion of the ceiling wall of the combustion chamber.
請求項2に記載の内燃機関であって、
第2点火プラグは、燃焼室の天井壁周縁部のうち吸気ポートの外縁と排気ポートの外縁に挟まれた部位に設けられていることを特徴とする内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 2,
The internal combustion engine, wherein the second spark plug is provided in a portion sandwiched between an outer edge of the intake port and an outer edge of the exhaust port in the peripheral edge of the ceiling wall of the combustion chamber.
請求項2〜4のいずれか1項に記載の内燃機関であって、
燃料噴射装置は、1つの燃料噴射弁で構成されており、
燃料噴射弁には、第1点火プラグの火花放電部に向けて燃料を噴射する第1噴孔と、ピストンのキャビティ壁の一方の縁部に向けて燃料を噴射する第2噴孔が設けられており、
第1噴孔と第2噴孔からは、同時に燃料が噴射されることを特徴とする内燃機関。
The internal combustion engine according to any one of claims 2 to 4,
The fuel injection device is composed of one fuel injection valve,
The fuel injection valve is provided with a first injection hole for injecting fuel toward the spark discharge portion of the first spark plug and a second injection hole for injecting fuel toward one edge of the cavity wall of the piston. And
An internal combustion engine in which fuel is simultaneously injected from the first nozzle hole and the second nozzle hole.
請求項5に記載の内燃機関であって、
第2噴孔は、第1噴孔に比べて、噴射された燃料噴霧の先端速度が大きくなるように噴孔形状が設定されていることを特徴とする内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 5,
An internal combustion engine characterized in that the second nozzle hole has a nozzle hole shape set so that the tip speed of the injected fuel spray is larger than that of the first nozzle hole.
請求項6に記載の内燃機関であって、
第2噴孔は、第1噴孔に比べて、噴孔長さと噴孔径の比率であるL/D比が大きく設定されていることを特徴とする内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 6,
The internal combustion engine, wherein the second nozzle hole has an L / D ratio that is a ratio between the nozzle hole length and the nozzle hole diameter set larger than that of the first nozzle hole.
請求項1〜7のいずれか1項に記載の内燃機関であって、
燃焼室の天井壁周縁部のうち第2点火プラグが設けられる側の反対側には、第1点火プラグに向かうスキッシュ流を発生させるスキッシュ流発生手段が設けられていることを特徴とする内燃機関。
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7,
An internal combustion engine characterized in that squish flow generating means for generating a squish flow toward the first spark plug is provided on the opposite side of the peripheral edge of the ceiling wall of the combustion chamber to the side where the second spark plug is provided. .
請求項8に記載の内燃機関であって、
スキッシュ流発生手段は、吸気弁又は排気弁の燃焼室側の表面と、当該表面と対向する部分が当該表面と平行となるように形成されたピストン頂面であることを特徴とする内燃機関。
An internal combustion engine according to claim 8,
The squish flow generating means is a combustion chamber side surface of an intake valve or an exhaust valve, and a piston top surface formed so that a portion facing the surface is parallel to the surface.
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