JP2010024921A - Spark ignition type direct injection engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spark ignition type direct injection engine capable of stabilizing combustion state during a cold engine period by surely making a large quantity of spray stay in a cavity while keeping the compression ratio of the engine high, in the spark ignition type direct injection engine accelerating catalyst activation during the cold engine period. <P>SOLUTION: A receiving surface 37 receiving spray is formed on an inclined surface 31 at an intake side as indicated in (a). The receiving surface 37 forms a hollow part having a U-shape in a plane view which is one step hollowed. The U-shape is formed in such a manner that a cavity side (anti-injector side) is gradually widened. Injector side upper edge end 34a of the hollow cavity 34 is set to be positioned at a lower side of the anti-injector side upper edge end 34b as indicated in (b) by forming a part of an upper side of the receiving surface 37 to overlap the hollow cavity 34. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、火花点火式直噴エンジンに関し、特に、エンジン冷間時における触媒活性化促進を図る火花点火式直噴エンジンに関する。   The present invention relates to a spark ignition direct injection engine, and more particularly to a spark ignition direct injection engine that promotes catalyst activation when the engine is cold.

従来より、燃費向上を図る等のため、燃料を直接筒内に噴射する直噴エンジンが採用されている。こうした直噴エンジンによると、圧縮比を高くでき、エンジン効率を高めることができる。また、吸入吸気量に関わらず燃料噴射量を自由に調整できる。   2. Description of the Related Art Conventionally, a direct injection engine that directly injects fuel into a cylinder has been adopted in order to improve fuel efficiency. According to such a direct injection engine, the compression ratio can be increased and the engine efficiency can be increased. Further, the fuel injection amount can be freely adjusted regardless of the intake air intake amount.

一方で、近年では、排気ガスのエミッション規制も強化されており、触媒の早期活性化を図ることも求められている。こうした触媒の早期活性化のためには、排気ガス温度を早期に昇温させることが必要であり、点火タイミングをできるだけ遅角することで、排気ガス温度を高めることが考えられる。   On the other hand, in recent years, exhaust gas emission regulations have been strengthened, and it is required to activate the catalyst at an early stage. In order to activate such a catalyst early, it is necessary to raise the exhaust gas temperature as early as possible, and it is conceivable to raise the exhaust gas temperature by retarding the ignition timing as much as possible.

しかし、点火タイミングを大幅に遅角させると、燃焼安定性が悪化してしまうため、この燃焼安定化を確保した上で、点火タイミングを遅角する技術が求められていた。   However, if the ignition timing is significantly retarded, the combustion stability deteriorates. Therefore, a technique for retarding the ignition timing while ensuring this combustion stabilization has been demanded.

そこで、下記特許文献1では、燃料噴射を、上死点を跨ぐタイミングで行なう主噴射と、吸気行程等のタイミングで行なう早期噴射の、前後二回に分けて行い、点火タイミングを上死点よりも大幅に遅角して、燃焼を行なわせるエンジン装置が提案されている。   Therefore, in the following Patent Document 1, fuel injection is performed in two parts, before and after the main injection that is performed at a timing that crosses the top dead center and the early injection that is performed at the timing such as the intake stroke, and the ignition timing is determined from the top dead center. However, there has been proposed an engine device that performs combustion at a greatly retarded angle.

このように、燃料噴射を予め吸気行程等のタイミングで行うことで、噴射された燃料を、主噴射の噴射前に筒内に拡散させておけるため、主噴射の噴霧に点火されて、燃焼が開始したときには、筒内全体に相対的に緩慢な燃焼を生じさせることができ、燃焼を安定的に生じさせることができるのである。   In this way, by performing fuel injection in advance at the timing of the intake stroke or the like, the injected fuel can be diffused into the cylinder before the main injection, so that the main injection spray is ignited and combustion is performed. When started, relatively slow combustion can be generated in the entire cylinder, and combustion can be stably generated.

すなわち、筒内の状態を、点火プラグ周りに濃い混合気を位置させてその周囲には空気だけとする、いわゆる「成層状態」から、その周囲にも薄い混合気を位置させる、いわゆる「弱成層状態」にすることで、エンジンの燃焼状態を安定させるのである。   That is, the in-cylinder state is a so-called “weak stratification” in which a thick air-fuel mixture is placed around the spark plug and only air is present around the spark plug, so that a thin air-fuel mixture is located around the so-called “stratification state”. By setting the “state”, the combustion state of the engine is stabilized.

なお、この特許文献1にも記載されているように、燃料を噴射するインジェクタは、マルチホール型インジェクタを用いることが考えられる。   As described in Patent Document 1, it is conceivable that a multi-hole type injector is used as an injector for injecting fuel.

また、特許文献2には、エンジン冠面の凹部を、点火プラグの点火点を中心とした球曲面に形成したものが開示されている。このように凹部を球曲面にすることで、燃焼室を略球面形状とすることができ、常に均一かつ良好な燃焼状態を維持することができる。
特開2006−250050号公報 特開2007−154827号公報
Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 discloses a structure in which a concave portion of an engine crown surface is formed into a spherical curved surface centering on an ignition point of a spark plug. Thus, by making a recessed part into a spherical curved surface, a combustion chamber can be made into a substantially spherical shape, and a uniform and favorable combustion state can always be maintained.
JP 2006-250050 A JP 2007-154827 A

ところで、燃費向上を図るためには、エンジン効率を高めるため、圧縮比を高めることが行われる。この圧縮比を高める方法としては、ピストン冠面に、燃焼室のペントルーフ形状に沿うような、ペントルーフ形状の斜面を有する隆起部を設けることが考えられる。   By the way, in order to improve the fuel efficiency, the compression ratio is increased in order to increase the engine efficiency. As a method of increasing the compression ratio, it is conceivable to provide a raised portion having a pent roof-shaped slope along the pent roof shape of the combustion chamber on the piston crown surface.

もっとも、特許文献1のエンジン装置のようにエンジン冷間時の触媒の早期活性化を考慮すると、点火タイミングの時期に、点火プラグ周りに濃い混合気を滞留させる必要があるため、この隆起部の点火プラグに対応する位置に、特許文献2と同様に、凹状のキャビティを形成することで、このキャビティを燃焼空間とすることが考えられる。   However, considering the early activation of the catalyst when the engine is cold as in the engine device of Patent Document 1, it is necessary to retain a rich air-fuel mixture around the spark plug at the timing of the ignition timing. As in Patent Document 2, it is conceivable that a concave cavity is formed at a position corresponding to the spark plug to make this cavity a combustion space.

ここで、特許文献1のエンジン装置においては、燃料の主噴射を点火プラグに向かって噴射するように構成しているが、噴霧タイミングの時期から点火タイミングまでの時間が少しでもズレると、着火性が悪化して、安定した燃焼状態を得られないおそれがある。   Here, in the engine device of Patent Document 1, the main fuel injection is configured to be injected toward the spark plug. However, if the time from the spray timing to the ignition timing is slightly shifted, the ignitability is increased. May deteriorate and a stable combustion state may not be obtained.

そこで、凹状のキャビティに向かって燃料を噴射して、キャビティ内に噴霧を滞留させることで、長期間、点火プラグ周りに噴霧(濃い混合気)を位置させることが考えられる。   Therefore, it is conceivable that the spray (dense mixture) is positioned around the spark plug for a long period of time by injecting fuel toward the concave cavity and retaining the spray in the cavity.

しかし、マルチホール型インジェクタを用いた場合には、噴射される噴霧が複数あり、様々な方向に向って噴射されるため、どのように、これらの噴霧を効果的にキャビティに入れるかが問題となる。   However, when a multi-hole injector is used, there are multiple sprays that are sprayed and sprayed in various directions, so there is a problem of how to effectively put these sprays into the cavity. Become.

ここで、例えば、上方に位置する第1噴口から噴射される第1噴霧を、キャビティに直接噴射すると共に、その下方に位置する第2噴口から噴射される第2噴霧を、キャビティの手前の隆起部の斜面に衝突させて、その衝突後に、第1噴霧の通過によって生じた負圧を利用して、第2噴霧をキャビティ内に引き込むことが考えられる。こうすることで、第1噴霧のみならず第2噴霧をキャビティ内に入れることが可能となる。   Here, for example, the first spray injected from the first nozzle located above is directly injected into the cavity, and the second spray injected from the second nozzle positioned below is raised from the first cavity. It is conceivable that the second spray is drawn into the cavity by using the negative pressure generated by the passage of the first spray after the collision with the slope of the part. By doing so, not only the first spray but also the second spray can be put into the cavity.

もっとも、このように、第1噴霧の通過によって生じた負圧を利用して、第2噴霧をキャビティ内に引き込むとしても、発生する負圧の状態が一定ではないため、第2噴霧が確実にキャビティ内に引き込まれない可能性がある。   However, even if the second spray is drawn into the cavity by using the negative pressure generated by the passage of the first spray in this way, the state of the generated negative pressure is not constant, so the second spray is surely It may not be pulled into the cavity.

また、負圧を利用して第2噴霧をキャビティに引き込んだとしても、容易に第1噴霧等がキャビティから外部に漏れてしまうと、第2噴霧を引き込んだ効果が半減してしまうという問題もある。   In addition, even if the second spray is drawn into the cavity using negative pressure, if the first spray easily leaks out of the cavity, the effect of drawing the second spray will be halved. is there.

そこで、本発明は、エンジン冷間時における触媒活性化促進を図る火花点火式直噴エンジンにおいて、エンジンの圧縮比を高い状態で維持しつつ、キャビティ内に多くの噴霧を確実に入れて滞留させるようにすることで、エンジン冷間時の燃焼状態を安定させることができる火花点火式直噴エンジンを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a spark ignition type direct injection engine that promotes catalyst activation when the engine is cold, and reliably retains a large amount of spray in the cavity while maintaining a high compression ratio of the engine. By doing so, an object of the present invention is to provide a spark ignition direct injection engine that can stabilize the combustion state when the engine is cold.

この発明の火花点火式直噴エンジンは、燃焼室天井壁の周縁に斜め下方に複数の噴霧を噴射する多噴口を設けたインジェクタを備え、燃焼室天井壁の中央部に点火プラグを備えた火花点火式直噴エンジンであって、ピストン冠面には前記点火プラグに対応する凹状のキャビティを形成し、該キャビティのインジェクタ側にはペントルーフ状の斜面を形成すると共に、前記インジェクタには、上側に位置する第1噴霧を平面視で前記キャビティを指向するように噴射する第1噴口と、平面視で前記第1噴霧と重なり、正面視で第1噴霧の下側に位置する第2噴霧を噴射する第2噴口と、の少なくとも2つの噴口を設け、前記ペントルーフ状の斜面には、前記第2噴霧が衝突する一段低い第2の斜面を設けており、該第2の斜面を前記キャビティに繋がるように形成することで、キャビティの周縁部のインジェクタ側を、反インジェクタ側より低く設定して、エンジン冷間の運転領域で、圧縮行程後半の所定時期に、燃料を噴射することで第1噴霧がキャビティに入るように、第2噴霧が第2の斜面に衝突するように設定したものである。   A spark ignition direct injection engine according to the present invention includes an injector provided with a plurality of nozzles for injecting a plurality of sprays obliquely downward on a peripheral edge of a combustion chamber ceiling wall, and a spark including an ignition plug at a center portion of the combustion chamber ceiling wall. In the ignition type direct injection engine, a concave cavity corresponding to the spark plug is formed on the piston crown surface, a pent roof-like slope is formed on the injector side of the cavity, and the injector has an upper side A first injection port that injects the first spray that is positioned so as to be directed toward the cavity in a plan view, and a second spray that is overlapped with the first spray in a plan view and is located below the first spray in a front view. At least two nozzle holes, and the pent roof-shaped slope is provided with a second lower slope on which the second spray collides, and the second slope is provided in the cavity. By forming them so as to be connected to each other, the injector side of the peripheral part of the cavity is set lower than the anti-injector side, and fuel is injected at a predetermined time in the second half of the compression stroke in the engine cold operating region. The second spray is set to collide with the second slope so that the spray enters the cavity.

上記構成によれば、ピストン冠面にペントルーフ状の斜面を形成することで、エンジンの圧縮比を高めることができる。また、エンジン冷間時には、第1噴霧がキャビティに向かって噴射されて、第2噴霧が第2の斜面に衝突するように噴射されることで、第2噴霧が第1噴霧の通過によって発生した負圧によってキャビティ内に引き込まれる。そして、第2の斜面がペントルーフ状の斜面よりも一段低いため、第2噴霧が第2の斜面で案内されてキャビティ内に導かれる。さらに、キャビティの周縁部のインジェクタ側が反インジェクタ側より低いため、第1噴霧と第2噴霧は、キャビティに入り易くなり、また、出にくくなる。   According to the above configuration, the compression ratio of the engine can be increased by forming a pent roof-like slope on the piston crown surface. Further, when the engine is cold, the first spray is injected toward the cavity, and the second spray is injected so as to collide with the second slope, whereby the second spray is generated by the passage of the first spray. It is drawn into the cavity by negative pressure. Since the second slope is one step lower than the pent roof-like slope, the second spray is guided by the second slope and guided into the cavity. Furthermore, since the injector side of the peripheral part of the cavity is lower than the anti-injector side, the first spray and the second spray easily enter the cavity and are difficult to exit.

このため、エンジンの圧縮比を高めつつも、第2噴霧を負圧を利用してキャビティ内に引き込むにあたり、負圧の状態にさほど影響を受けずに、第2噴霧を確実にキャビティ内に入れることができる。また、第2噴霧をキャビティ内に入れても、第1噴霧等がキャビティから出にくいため、多くの噴霧をキャビティ内に留めることができる。   For this reason, when the second spray is drawn into the cavity using the negative pressure while increasing the compression ratio of the engine, the second spray is surely put into the cavity without being greatly affected by the negative pressure state. be able to. In addition, even if the second spray is put into the cavity, the first spray or the like is not easily emitted from the cavity, so that a lot of spray can be retained in the cavity.

この発明の一実施態様においては、前記第2の斜面を、平面視でキャビティ側に徐々に広がるように形成された略U字形状としたものである。
上記構成によれば、第2の斜面がキャビティ側に徐々に広がる略U字形状として形成されることで、第2噴霧が第2の斜面に衝突した後に、円滑にキャビティ側に案内されることになる。
よって、第2噴霧をより確実にキャビティに入れることが可能になり、濃い混合気を確実に点火プラグ周りに位置させることができる。
In one embodiment of the present invention, the second inclined surface has a substantially U shape formed so as to gradually spread toward the cavity in a plan view.
According to the said structure, after a 2nd spray collides with a 2nd slope, it is smoothly guided to the cavity side by forming the 2nd slope as a substantially U shape which spreads gradually to the cavity side. become.
Therefore, it becomes possible to put the second spray into the cavity more reliably, and it is possible to reliably position the rich air-fuel mixture around the spark plug.

この発明の一実施態様においては、平面視で前記第2噴霧と重なり、正面視で第2噴霧の下側に位置する第3噴霧を噴射する第3噴口を設けたものである。
上記構成によれば、燃料噴射時に、第2噴霧の下側に第3噴霧が位置するため、第2噴霧に加えて第3噴霧も、第2の斜面等に衝突することになる。
このため、第2の斜面等を利用して、上下に並ぶ第2噴霧と第3噴霧を、キャビティ側に案内することができ、より多くの噴霧をキャビティ内に入れることができる。
よって、さらに多くの濃い混合気(噴霧)を、点火プラグ周りに滞留させることができる。
In one embodiment of the present invention, there is provided a third injection hole for injecting a third spray that overlaps with the second spray in a plan view and is located below the second spray in a front view.
According to the above configuration, since the third spray is positioned below the second spray at the time of fuel injection, the third spray collides with the second inclined surface in addition to the second spray.
For this reason, the 2nd spray and the 3rd spray which are arranged up and down can be guided to the cavity side using the 2nd slope, etc., and more spray can be put in the cavity.
Therefore, a much richer air-fuel mixture (spray) can be retained around the spark plug.

この発明の一実施態様においては、前記所定時期の燃料噴射終了時期を、圧縮行程の3/4以降に設定すると共に、前記点火プラグの点火時期を、上死点後に設定したものである。
上記構成によれば、ピストンが上死点近傍に位置するときに、燃料を噴射することで、ピストン冠面に正確に噴霧を衝突させることができ、第1噴霧と第2噴霧等を、より正確にキャビティ内に入れることができる。そして、点火プラグの点火時期を上死点後に設定して、点火タイミングを遅らせたとしても、点火プラグ周りに、濃い混合気を滞留させているため、エンジンの燃焼性を確保することができる。
よって、点火タイミングを遅角して燃焼することが可能となり、排気ガス温度を昇温することができる。
In one embodiment of the present invention, the fuel injection end timing of the predetermined timing is set to 3/4 or later of the compression stroke, and the ignition timing of the spark plug is set after top dead center.
According to the above configuration, when the piston is located in the vicinity of the top dead center, the fuel can be injected, so that the spray can be made to collide accurately with the piston crown surface. It can be accurately placed in the cavity. Even if the ignition timing of the ignition plug is set after top dead center and the ignition timing is delayed, the rich air-fuel mixture is retained around the ignition plug, so that the engine combustibility can be ensured.
Therefore, combustion can be performed with retarded ignition timing, and the exhaust gas temperature can be raised.

この発明の一実施態様においては、前記圧縮行程の燃料噴射に加えて、吸気行程でも燃料噴射を行なうものである。
上記構成によれば、吸気行程でも燃料噴射を行なって、二分割噴射とすることにより、筒内をいわゆる弱成層化することができる。
よって、点火タイミングを遅角して燃焼させる場合の燃焼安定性を高めることができ、より確実に排気ガス温度を昇温することができる。
In one embodiment of the present invention, in addition to the fuel injection in the compression stroke, the fuel injection is also performed in the intake stroke.
According to the above configuration, the fuel can be injected even in the intake stroke, and the two-part injection can be performed, so that the inside of the cylinder can be weakly stratified.
Therefore, it is possible to improve the combustion stability when the ignition timing is retarded for combustion, and it is possible to raise the exhaust gas temperature more reliably.

この発明によれば、エンジンの圧縮比を高めつつも、第2噴霧を負圧を利用してキャビティ内に引き込むにあたり、負圧の状態にさほど影響を受けずに、第2噴霧を確実にキャビティ内に入れることができる。また、第2噴霧をキャビティ内に入れても、第1噴霧等がキャビティから出にくいため、多くの噴霧をキャビティ内に留めることができる。
よって、本発明は、エンジン冷間時における触媒活性化促進を図る火花点火式直噴エンジンにおいて、エンジンの圧縮比を高い状態で維持しつつ、キャビティ内に多くの噴霧を確実に入れて滞留させるようにすることで、エンジン冷間時の燃焼状態を安定させることができる。
According to the present invention, when the second spray is drawn into the cavity using the negative pressure while increasing the compression ratio of the engine, the second spray is surely inserted into the cavity without being greatly affected by the negative pressure state. Can be put inside. In addition, even if the second spray is put into the cavity, the first spray or the like is not easily emitted from the cavity, so that a lot of spray can be retained in the cavity.
Therefore, the present invention provides a spark ignition type direct injection engine that promotes catalyst activation when the engine is cold, and reliably retains a large amount of spray in the cavity while maintaining a high compression ratio of the engine. By doing so, the combustion state when the engine is cold can be stabilized.

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳述する。
図1は本発明を採用した実施形態の火花点火式直噴エンジンの概略構成図である。
この図1に示すように、このエンジンEは、いわゆる4サイクルのレシプロエンジンであり、クランクシャフト1を回転自在に支持するシリンダブロック2と、シリンダブロック2の上部に配置されたシリンダヘッド3とで一体的に構成している。またこのシリンダブロック2とシリンダヘッド3には、複数の気筒4を設けている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a spark ignition direct injection engine according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the engine E is a so-called four-cycle reciprocating engine, and includes a cylinder block 2 that rotatably supports the crankshaft 1 and a cylinder head 3 that is disposed above the cylinder block 2. It is composed integrally. The cylinder block 2 and the cylinder head 3 are provided with a plurality of cylinders 4.

各気筒4には、コンロッド5を介してクランクシャフト1に連結されたピストン6と、ピストン上方に形成される燃焼室7とを設けている。   Each cylinder 4 is provided with a piston 6 connected to the crankshaft 1 via a connecting rod 5 and a combustion chamber 7 formed above the piston.

シリンダヘッド3の下面には、気筒4毎に燃焼室7の天井壁部8を形成している。この天井壁部8は、中央部分からシリンダヘッド3下端まで延びる2つの対向する傾斜面8a,8bを有する、いわゆるペントルーフ型となっている。   On the lower surface of the cylinder head 3, a ceiling wall portion 8 of the combustion chamber 7 is formed for each cylinder 4. The ceiling wall portion 8 is a so-called pent roof type having two opposing inclined surfaces 8a and 8b extending from the center portion to the lower end of the cylinder head 3.

前記燃焼室7の天井壁部8には、各々独立した2つの吸気ポート9と排気ポート10が設けられ、吸気2弁16、排気2弁17の4弁構成としている。   The ceiling wall 8 of the combustion chamber 7 is provided with two independent intake ports 9 and exhaust ports 10, and has a four-valve configuration of two intake valves 16 and two exhaust valves 17.

燃焼室7の側縁部には、燃料供給システムに接続されているマルチホール型インジェクタ11を斜め下方を向いて設置している。このマルチホール型インジェクタ11は、燃料供給システム12がコントロールユニット13からの燃料噴射パルスを受けることで、このパルス幅に対応する燃料を、燃焼室7に噴射するように構成している。
なお、このマルチホール型インジェクタ11の詳細構造については、後述する。
A multi-hole injector 11 connected to the fuel supply system is installed at the side edge of the combustion chamber 7 so as to face obliquely downward. The multi-hole injector 11 is configured such that fuel corresponding to the pulse width is injected into the combustion chamber 7 when the fuel supply system 12 receives a fuel injection pulse from the control unit 13.
The detailed structure of the multi-hole injector 11 will be described later.

また、各気筒4には、シリンダヘッド3に固定されて、燃焼室7内に電極を臨ませて配置される点火プラグ14を設けている。この点火プラグ14は、燃焼室7の略中央位置に配置している。点火プラグ14には、電子制御による点火タイミングのコントロール可能な点火回路15が接続されており、この点火回路15によって制御されるように構成している。   Further, each cylinder 4 is provided with a spark plug 14 that is fixed to the cylinder head 3 and is disposed with the electrode facing the combustion chamber 7. The spark plug 14 is disposed at a substantially central position of the combustion chamber 7. An ignition circuit 15 capable of controlling the ignition timing by electronic control is connected to the spark plug 14 and is configured to be controlled by the ignition circuit 15.

各気筒4の吸気弁16及び排気弁17には、それぞれタペットユニット18,19が設けられている。このタペットユニット18,19は、シリンダヘッド3に設けられた動弁機構のカム軸のカム20,21によって、周期的に駆動されるように構成している。   Tappet units 18 and 19 are provided on the intake valve 16 and the exhaust valve 17 of each cylinder 4, respectively. The tappet units 18 and 19 are configured to be periodically driven by cams 20 and 21 of a cam shaft of a valve mechanism provided in the cylinder head 3.

エンジンEの吸気ポート9には、インテークマニホールドの分岐吸気管22が接続されている。分岐吸気管22は気筒毎に設けられており、それぞれがインテークマニホールドに等長の吸気経路を形成した状態で接続されている。   A branch intake pipe 22 of an intake manifold is connected to the intake port 9 of the engine E. The branch intake pipe 22 is provided for each cylinder, and each of them is connected in a state in which an intake passage having an equal length is formed in the intake manifold.

次に、排気ポート10には、各気筒に2つ一組で形成された二股状の分岐排気管23が接続されている。各分岐排気管23の下流側には、排気ガスの浄化を行なう触媒コンバータ24を設置している。この触媒コンバータ24には、触媒温度を検出する触媒温度センサ25を設けており、活性化温度まで触媒が昇温したか否かを検出するようにしている。   Next, the exhaust port 10 is connected to a bifurcated branch exhaust pipe 23 formed in pairs for each cylinder. A catalytic converter 24 for purifying exhaust gas is installed on the downstream side of each branch exhaust pipe 23. The catalytic converter 24 is provided with a catalyst temperature sensor 25 for detecting the catalyst temperature, and detects whether or not the temperature of the catalyst has risen to the activation temperature.

コントロールユニット13は、CPU等で構成しており、図示しない入力センサ(クランク角センサ等)や前述の触媒温度センサ25等の入力要素と、前述した燃料供給システム12や点火回路15等の出力要素4を、接続することにより、エンジンの運転状態を制御するように構成している。   The control unit 13 is composed of a CPU or the like, and includes input elements (not shown) such as an input sensor (crank angle sensor) and the catalyst temperature sensor 25 described above, and output elements such as the fuel supply system 12 and the ignition circuit 15 described above. 4 is connected to control the operating state of the engine.

図2はマルチホール型インジェクタとピストンと点火プラグの詳細構造を示した斜視図であり、図3は(a)ピストン冠面の平面図と(b)ピストン冠面のA−A線矢視断面図である。
図2に示すように、マルチホール型インジェクタ11は、先端の噴射面11aが斜め下方に向くように設置しており、ピストン6の冠面30側に向けて複数の噴霧Gを噴射するように構成している。
2 is a perspective view showing a detailed structure of a multi-hole type injector, a piston, and a spark plug. FIG. 3 is (a) a plan view of a piston crown surface and (b) a cross section taken along line AA of the piston crown surface. FIG.
As shown in FIG. 2, the multi-hole injector 11 is installed such that the tip injection surface 11 a faces obliquely downward, and injects a plurality of sprays G toward the crown surface 30 side of the piston 6. It is composed.

このマルチホール型インジェクタ11の噴射面11aには、5つの噴口40…を設けている。具体的には、噴射面詳細図に示すように、上段中央に第一噴口40aを、二段目中央に第二噴口40bを、三段目左右両側に第三噴口40cと第四噴口40dを、下段中央に第五噴口40eを、それぞれ並ぶように設けている。   On the injection surface 11a of the multi-hole injector 11, five injection holes 40 are provided. Specifically, as shown in the detailed view of the injection surface, the first injection hole 40a is located at the center of the upper stage, the second injection hole 40b is located at the center of the second stage, and the third injection hole 40c and the fourth injection hole 40d are located on both sides of the third stage. The fifth nozzle holes 40e are provided in the center of the lower stage so as to be arranged in line.

このように、各噴口40…を設けることで、各噴口40から噴射される噴霧Gを、斜め下方に向かって筒内に満遍なく均等に噴射することができる。よって、通常運転時の均質燃焼時には、全筒内全てに燃料が行き渡り、効率的燃焼させることができる。   Thus, by providing each nozzle hole 40..., The spray G injected from each nozzle hole 40 can be evenly sprayed evenly into the cylinder in a diagonally downward direction. Therefore, at the time of homogeneous combustion during normal operation, the fuel is spread throughout the entire cylinder, and can be burned efficiently.

また、後述するように、エンジン冷間時に、噴射タイミングを適切に制御することで、弱成層状態を筒内(4)に生成することもできる。
ここで、弱成層状態とは、点火プラグ周りの混合気の濃度を濃くして、その周囲の混合気を薄くなるように、筒内(4)の混合気比率を調整する状態をいう。
In addition, as will be described later, a weak stratification state can be generated in the cylinder (4) by appropriately controlling the injection timing when the engine is cold.
Here, the weakly stratified state refers to a state in which the mixture ratio in the cylinder (4) is adjusted so that the concentration of the air-fuel mixture around the spark plug is increased and the air-fuel mixture around the spark plug is reduced.

また、各噴口40…は、極小の径(例えば、0.1mm程度)で形成されており、この径や向き等によって、各噴口40…からの噴射量や指向方向が決定される。   Each of the nozzle holes 40 is formed with a very small diameter (for example, about 0.1 mm), and the injection amount and the directing direction from each of the nozzle holes 40 are determined by the diameter, the direction, and the like.

各噴霧G…の指向方向は、各噴口40…の位置に対応して設定されており、第一噴口40aからの第一噴霧Gaが最も上方を指向して、第二噴口40bからの第二噴霧Gbがその下方で中央を指向して、第三噴口40cからの第三噴霧Gcと、第四噴口40dからの第四噴霧Gdが、さらにその下方で左右外方側を指向して、第五噴口40eからの第五噴霧Geが最も下方で中央を指向するように設定されている。なお、第一噴霧Gaは、図2にも示すように、点火プラグ14の電極14aに燃料が付着しないように、電極14aよりも下方位置を指向するように設定されている。   The directing direction of each spray G ... is set corresponding to the position of each nozzle 40 ..., and the first spray Ga from the first nozzle 40a is directed most upward, and the second spray from the second nozzle 40b. The spray Gb is directed to the center below, the third spray Gc from the third nozzle 40c and the fourth spray Gd from the fourth nozzle 40d are further directed to the left and right outer sides below, The fifth spray Ge from the five nozzle holes 40e is set so as to be directed to the center at the lowest position. As shown in FIG. 2, the first spray Ga is set so as to be directed to a position below the electrode 14a so that fuel does not adhere to the electrode 14a of the spark plug 14.

この実施形態のピストン6は、ピストン冠面30にクランク軸方向に沿って対向する一対の傾斜面31a,31bを有する隆起部31を形成している。この隆起部31の傾斜面31a,31bは、前述した燃焼室7のペントルーフ型の天井壁部8に沿うように、ペントルーフ形状で傾斜するように形成している。   The piston 6 of this embodiment forms a raised portion 31 having a pair of inclined surfaces 31a and 31b facing the piston crown surface 30 along the crankshaft direction. The inclined surfaces 31a and 31b of the raised portion 31 are formed so as to be inclined in a pent roof shape along the pent roof type ceiling wall portion 8 of the combustion chamber 7 described above.

また、隆起部31のインジェクタ側、反インジェクタ側には、ピストン冠面30の基準面となる水平面部32,33をそれぞれ設けている。そして、この水平面部32,33には、吸気弁16と排気弁17にそれぞれ対応するように、吸気弁リセス32aと排気弁リセス33aを形成している。   Further, on the injector side and the non-injector side of the raised portion 31, horizontal plane portions 32 and 33 serving as reference surfaces for the piston crown surface 30 are provided, respectively. An intake valve recess 32a and an exhaust valve recess 33a are formed on the horizontal plane portions 32 and 33 so as to correspond to the intake valve 16 and the exhaust valve 17, respectively.

この隆起部31の中央には、平面視略円形の凹状キャビティ34を形成している。この凹状キャビティ34は、略半球面状に形成された内周面35と、略水平面状に形成された平底面36と、を備えており、ピストン6が上死点に位置した際には、点火プラグ14の電極14aを中心とした略球状の燃焼空間を構成するようにしている。   A concave cavity 34 having a substantially circular shape in plan view is formed at the center of the raised portion 31. The concave cavity 34 includes an inner peripheral surface 35 formed in a substantially hemispherical shape and a flat bottom surface 36 formed in a substantially horizontal plane shape. When the piston 6 is located at the top dead center, A substantially spherical combustion space centering on the electrode 14a of the spark plug 14 is formed.

このように、凹状キャビティ34を形成して、略球面状の燃焼空間を構成することで、圧縮比が極めて高いエンジンにすることができ、エンジン効率を高めることができる。   In this way, by forming the concave cavity 34 to form a substantially spherical combustion space, an engine with an extremely high compression ratio can be obtained, and the engine efficiency can be increased.

図3(a)に示すように、吸気側の傾斜面31には、噴霧を受ける受け面37を形成している。この受け面37は、一段凹んだ平面視略U字形状の凹部で形成している。このU字形状は、キャビティ側(反インジェクタ側)が徐々に広くなるように形成しており、後述するように、噴霧Gを受けた際に噴霧Gを凹状キャビティ34内に案内するようにしている。   As shown in FIG. 3A, a receiving surface 37 that receives the spray is formed on the inclined surface 31 on the intake side. The receiving surface 37 is formed by a concave portion having a substantially U shape in plan view that is recessed by one step. This U-shape is formed so that the cavity side (anti-injector side) gradually becomes wider. As will be described later, when the spray G is received, the spray G is guided into the concave cavity 34. Yes.

この受け面37の上部の一部を、凹状キャビティ34にかかるように形成することで、図3(b)に示すように、凹状キャビティ34のインジェクタ側上縁端34aが、反インジェクタ側上縁端34bよりも下方側に位置するように設定している。
このため、後述するように、マルチホール型インジェクタ11から噴射された噴霧(Ga、Gb…)が、凹状キャビティ34内に、入り易く、且つ、出にくくなる。
By forming a part of the upper portion of the receiving surface 37 over the concave cavity 34, as shown in FIG. 3B, the injector-side upper edge 34a of the concave cavity 34 becomes the anti-injector-side upper edge. It is set to be positioned below the end 34b.
For this reason, as will be described later, the spray (Ga, Gb...) Sprayed from the multi-hole injector 11 easily enters the concave cavity 34 and does not easily exit.

なお、図3(a)に示すように、隆起部31の凹状キャビティ34の両側の頂部分には上面部38,38を形成している。この上面部38,38は、外側端をやや下げた傾斜面で構成している。こうすることで、ピストン6が上死点にある場合であっても、筒内(4)上部で吸気側と排気側を連通する連通空間を形成することができる。   In addition, as shown to Fig.3 (a), the upper surface parts 38 and 38 are formed in the top part of the both sides of the concave cavity 34 of the protruding part 31. As shown in FIG. The upper surface portions 38 and 38 are formed by inclined surfaces with the outer ends slightly lowered. By doing so, even when the piston 6 is at the top dead center, a communication space that allows the intake side and the exhaust side to communicate with each other at the upper part of the cylinder (4) can be formed.

次に、図4、図5、図6により、エンジン冷間時におけるエンジン運転状態(燃料噴射状態)を説明する。図4はエンジン冷間時の燃料噴射タイミングと点火タイミングのタイムチャートであり、図5は吸気行程での燃料噴射状態を示す側面図であり、図6は圧縮行程での燃料噴射状態を示す側面図である。   Next, the engine operating state (fuel injection state) when the engine is cold will be described with reference to FIGS. 4 is a time chart of fuel injection timing and ignition timing when the engine is cold, FIG. 5 is a side view showing the fuel injection state in the intake stroke, and FIG. 6 is a side view showing the fuel injection state in the compression stroke. FIG.

コントロールユニット13で制御されるマルチホール型インジェクタ11と点火プラグ14は、エンジン冷間時には、図4のタイムチャートに示すように制御される。   The multi-hole injector 11 and the spark plug 14 controlled by the control unit 13 are controlled as shown in the time chart of FIG. 4 when the engine is cold.

すなわち、触媒温度センサ25等でエンジン冷間状態を検出した際には、燃料噴射タイミングが吸気行程で1回、圧縮行程で1回の合計2回に設定され、1サイクル当りの燃料噴射が2分割で行われる。   That is, when the engine cold state is detected by the catalyst temperature sensor 25 or the like, the fuel injection timing is set to two times, once in the intake stroke and once in the compression stroke, and the fuel injection per cycle is 2 It is done in divisions.

具体的には、例えば、クランク角度80度(以下、「°CA」とする)に一回目の燃料噴射F1が終了して、325°CAに二回目の燃料噴射F2が終了するように設定している。なお、各噴射パルスの幅w1,w2は、各噴射タイミングにおける燃料噴射量に比例するように設定しており、この二回の燃料噴射量の合計が、ほぼ理論空燃比となるような燃料噴射量に設定している。   Specifically, for example, the first fuel injection F1 is finished at a crank angle of 80 degrees (hereinafter referred to as “° CA”), and the second fuel injection F2 is finished at 325 ° CA. ing. The widths w1 and w2 of each injection pulse are set to be proportional to the fuel injection amount at each injection timing, and the fuel injection is such that the sum of the two fuel injection amounts is substantially the stoichiometric air-fuel ratio. The amount is set.

このように、2分割で燃料を噴射することにより、まず、1回目の燃料噴射F1によって、燃料を早期に筒内で気化霧化でき、その後、2回目の燃料噴射F2で、点火プラグ14周りに、混合気の濃いリッチな層を形成できる。すなわち、このような2分割の噴射タイミングによって、筒内をいわゆる弱成層化することができるのである。   In this way, by injecting the fuel in two parts, the fuel can be vaporized and atomized in the cylinder at an early stage by the first fuel injection F1, and then around the spark plug 14 by the second fuel injection F2. In addition, a rich layer with a rich mixture can be formed. That is, the so-called weak stratification can be achieved in the cylinder by such two-split injection timing.

そして、その後、上死点(TDC)を経過した後、380°CA(=排気行程の20°CA)で点火プラグ14を点火している。すなわち、排気行程に入る時期まで点火タイミングSを遅角しているのである。   Then, after the top dead center (TDC) has elapsed, the spark plug 14 is ignited at 380 ° CA (= 20 ° CA of the exhaust stroke). That is, the ignition timing S is retarded until the timing for entering the exhaust stroke.

このように、点火タイミングSを遅角することで、エンジンの燃焼エネルギーが熱エネルギーに多く使われることになり、排気温度が高いまま、排気ガスが排気側に排出されることになる。   As described above, by retarding the ignition timing S, the combustion energy of the engine is largely used for heat energy, and the exhaust gas is discharged to the exhaust side while the exhaust temperature is high.

このため、触媒コンデンサ24には、温度の高い排気ガスが供給されて、早期に触媒コンデンサ24の温度を上昇させることができ、触媒を活性化することができる。
よって、エンジン始動時などにおいて、早期に排気ガスを浄化することができる。
For this reason, exhaust gas having a high temperature is supplied to the catalyst capacitor 24, the temperature of the catalyst capacitor 24 can be raised at an early stage, and the catalyst can be activated.
Therefore, exhaust gas can be purified at an early stage when the engine is started.

なお、点火プラグ14の点火タイミングSを遅角すると、燃焼状態が不安定になり、燃焼が確実に生じないおそれがある。しかし、本実施形態では、筒内を確実に弱成層化しているため、点火タイミングSが大幅に遅角したとしても、安定した燃焼状態を得ることができる。   Note that if the ignition timing S of the spark plug 14 is retarded, the combustion state becomes unstable, and combustion may not occur reliably. However, in the present embodiment, since the inside of the cylinder is reliably weakly stratified, a stable combustion state can be obtained even if the ignition timing S is significantly retarded.

図5に示すように、吸気行程での燃料噴射(1回目の燃料噴射F1)では、最下部の第五噴口40eから噴射された第五噴霧Geが、ピストン冠面30の凹状キャビティ34に入るように設定されている。すなわち、最も下方に指向する第五噴霧Geが、筒内4の側壁面4a(ライナー)に到達(付着)することなく、ピストン冠面30に指向するように、噴射されるのである。   As shown in FIG. 5, in the fuel injection in the intake stroke (first fuel injection F <b> 1), the fifth spray Ge injected from the lowermost fifth injection port 40 e enters the concave cavity 34 of the piston crown surface 30. Is set to That is, the fifth spray Ge directed downward is injected so as to be directed to the piston crown surface 30 without reaching (attaching) the side wall surface 4 a (liner) of the cylinder 4.

このように、第五噴霧Geがピストン冠面30を指向するように、燃料が噴射されることで、筒内4で最も温度が低い側壁面4a(ライナー)の下部4a1に、燃料が付着することがなく、吸気行程での燃料の気化霧化を促進することができる。このため、排気ガスに未燃ガスであるHCが含有されることを防ぐことができる。   In this way, the fuel is injected so that the fifth spray Ge is directed to the piston crown surface 30, whereby the fuel adheres to the lower portion 4 a 1 of the side wall surface 4 a (liner) having the lowest temperature in the cylinder 4. In this way, the vaporization and atomization of the fuel in the intake stroke can be promoted. For this reason, it can prevent that HC which is unburned gas is contained in exhaust gas.

また、90°CA近傍で燃料を噴射することで、ピストンスピードが最も速く、筒内流動が最も大きい時期に、燃料を噴射することになるため、気化霧化をより促進することができる。   Further, by injecting fuel in the vicinity of 90 ° CA, the fuel is injected at the time when the piston speed is the fastest and the in-cylinder flow is the largest, so vaporization atomization can be further promoted.

図6に示すように、圧縮行程での燃料噴射(2回目の燃料噴射F2)では、最上部の第一噴口40aから噴射された第一噴霧Gaがピストン冠面30の凹状キャビティ34を指向するように設定されている。すなわち、最も上方に指向する第一噴霧Gaが、凹状キャビティ34の内周面35に指向するように設定されているのである。   As shown in FIG. 6, in the fuel injection in the compression stroke (second fuel injection F <b> 2), the first spray Ga injected from the uppermost first injection port 40 a is directed to the concave cavity 34 of the piston crown surface 30. Is set to That is, the first spray Ga directed upward is set to be directed to the inner peripheral surface 35 of the concave cavity 34.

一方、第二噴霧Gbは、凹状キャビティ34手前の受け面37に指向するように設定されている。もっとも、このように、第二噴霧Gbが受け面37に指向しても、第二噴霧Gbは凹状キャビティ34内に入ることになる。すなわち、受け面37に衝突して勢いが弱まった第二噴霧Gbは、第一噴霧Gaが通過した後に発生する負圧によって、凹状キャビティ34内に引き込まれるのである。   On the other hand, the second spray Gb is set so as to be directed to the receiving surface 37 in front of the concave cavity 34. However, even if the second spray Gb is directed to the receiving surface 37 as described above, the second spray Gb enters the concave cavity 34. That is, the second spray Gb that has collided with the receiving surface 37 and weakened momentum is drawn into the concave cavity 34 by the negative pressure generated after the first spray Ga passes.

また、第二噴霧Gbの下方に位置する第五噴霧Geも、受け面37及びその手前の水平面部32に指向するように設定されている。もっとも、この第五噴霧Geも第二噴霧Gb同様に、第一噴霧Gaが発生した負圧によって凹状キャビティ34内に引き込まれる。   The fifth spray Ge located below the second spray Gb is also set so as to be directed to the receiving surface 37 and the horizontal surface portion 32 in front of it. However, like the second spray Gb, the fifth spray Ge is also drawn into the concave cavity 34 by the negative pressure generated by the first spray Ga.

これらの引き込み挙動について、図7の模式図を利用して説明する。図7の(a)は噴射直後の側面模試図、(b)はその後の側面模式図である。   These pull-in behaviors will be described using the schematic diagram of FIG. FIG. 7A is a schematic side view immediately after injection, and FIG. 7B is a schematic side view thereafter.

(a)に示すように、第一噴霧Gaは、凹状キャビティ34の略半球面状の内周面35に、指向するように噴射される。
このため、第一噴霧Gaは、(b)に示すように、内周面35の円弧状傾斜面35aに案内されて、上方にスムーズに反転して、点火プラグ14側(天井壁部8側)に向かうことになる。
As shown to (a), the 1st spray Ga is injected so that it may direct to the substantially hemispherical inner peripheral surface 35 of the concave cavity 34.
For this reason, as shown in (b), the first spray Ga is guided by the arc-shaped inclined surface 35a of the inner peripheral surface 35, and smoothly reverses upward, so that the spark plug 14 side (ceiling wall 8 side) ).

一方、(a)に示すように、第二噴霧Gbは、受け面37に指向するように噴射される。
このため、第二噴霧Gbは、受け面37に衝突して勢いが弱まり、受け面37の上方を漂うことになる。しかし、(b)に示すように、第一噴霧Gaが通過した後には、凹状キャビティ34内に引き込む負圧が発生しているため、第二噴霧Gbは、この負圧によって、凹状キャビティ34内に引き込まれる。
このように、第二噴霧Gbが凹状キャビティ34に引き込まれることで、点火プラグ14周りに、濃い混合気を多く位置させることができる。
On the other hand, as shown in (a), the second spray Gb is injected so as to be directed toward the receiving surface 37.
For this reason, the second spray Gb collides with the receiving surface 37 to weaken the momentum, and drifts above the receiving surface 37. However, as shown in (b), after the first spray Ga has passed, a negative pressure that is drawn into the concave cavity 34 is generated, so that the second spray Gb is generated in the concave cavity 34 by this negative pressure. Be drawn into.
As described above, since the second spray Gb is drawn into the concave cavity 34, a rich mixture can be positioned around the spark plug 14.

そして、第二噴霧Gbだけでなく、その後方の第五噴霧Geも、受け面37と水平面部32に衝突して勢いが弱まった状態で、負圧によって凹状キャビティ34内に引き込まれる。
このため、第五噴霧Geも、凹状キャビティ34内に引き込まれることになり、点火プラグ14周りに、より濃い混合気が多く位置することになる。
また、図8の噴射状態を示した平面図に示すように、第一噴霧と重なるように噴射される第二噴霧Gbは、傾斜面31aから一段凹んだ受け面37に噴射されるため、側方側(ライナー側)に漏れることがなく、確実に凹状キャビティ34内に案内されることになる。
Then, not only the second spray Gb but also the fifth spray Ge behind the second spray Gb is drawn into the concave cavity 34 by the negative pressure in a state where the momentum is weakened by colliding with the receiving surface 37 and the horizontal surface portion 32.
For this reason, the fifth spray Ge is also drawn into the concave cavity 34, and a richer air-fuel mixture is located around the spark plug 14.
Further, as shown in the plan view showing the injection state in FIG. 8, the second spray Gb that is injected so as to overlap the first spray is injected from the inclined surface 31a to the receiving surface 37 that is recessed by one step. It does not leak to the side (liner side) and is surely guided into the concave cavity 34.

特に、受け面37は、キャビティ側(反インジェクタ側)に向かって、徐々に広くなる略U字形状で形成しているため、第二噴霧Gbの流れが阻害されることなく、確実に凹状キャビティ34内に案内することができる。   In particular, the receiving surface 37 is formed in a substantially U shape that gradually widens toward the cavity side (anti-injector side), so that the flow of the second spray Gb is not hindered and the concave cavity is surely formed. 34 can be guided.

また、第五噴霧Geも、第一噴霧Gaと第二噴霧Gb同様に、中央に位置して、平面視で重なるように噴射されるため、この受け面37による案内機能を受けることができ、キャビティ内に確実に案内されることになる。   Moreover, since the fifth spray Ge is also sprayed so as to be overlapped in a plan view like the first spray Ga and the second spray Gb, it can receive a guide function by the receiving surface 37, It is surely guided into the cavity.

図9〜図12は、この実施形態の噴射状態のシミュレーション図である。図9は325°CAのシミュレーション図、図10は340°CAのシミュレーション図、図11は350°CAのシミュレーション図、図12は360°CAのシミュレーション図である。また、各図において、(a)が第一噴霧の噴射状態、(b)が第二噴霧の噴射状態、(c)が第一噴霧の噴霧状態と第二噴霧の噴霧状態を組み合わせたものである。そして、上段が平面図、下端が側面図である。また、各ドッドが噴霧の液滴である。   9 to 12 are simulation diagrams of the injection state of this embodiment. 9 is a simulation diagram of 325 ° CA, FIG. 10 is a simulation diagram of 340 ° CA, FIG. 11 is a simulation diagram of 350 ° CA, and FIG. 12 is a simulation diagram of 360 ° CA. Moreover, in each figure, (a) is the injection state of the first spray, (b) is the injection state of the second spray, (c) is a combination of the spray state of the first spray and the spray state of the second spray. is there. And the upper stage is a plan view and the lower end is a side view. Each dod is a spray droplet.

図9に示すように、噴射完了直後の325°CAでは、(a)のように、第一噴霧Gaは、凹状キャビティ34内に噴射される。また、第二噴霧Gbは、(b)のように受け面37に衝突して上方に漂うようになっている。このため、(c)のように、インジェクタ側には、多くの液滴が位置することになる。   As shown in FIG. 9, at 325 ° CA immediately after the completion of injection, the first spray Ga is injected into the concave cavity 34 as shown in (a). The second spray Gb collides with the receiving surface 37 and drifts upward as shown in FIG. For this reason, as shown in (c), many droplets are located on the injector side.

図10に示すように、その後の340°CAでは、(a)のように、第一噴霧Gaは、凹状キャビティ34内の内周面35に当接して上方に案内される。また、第二噴霧Gbは、(b)のように、第一噴霧Gaが通過した際に生じる負圧によって、凹状キャビティ34内(図面では上方)に引き込まれる。このため、(c)のように、点火プラグ14の周りには、多くの液滴が位置することになる。   As shown in FIG. 10, at the subsequent 340 ° CA, the first spray Ga is in contact with the inner peripheral surface 35 in the concave cavity 34 and guided upward as shown in FIG. The second spray Gb is drawn into the concave cavity 34 (upward in the drawing) by the negative pressure generated when the first spray Ga passes as shown in FIG. For this reason, as shown in (c), many droplets are located around the spark plug 14.

図11に示すように、その後の350°CAでは、(a)のように、第一噴霧Gaは、凹状キャビティ34の一方側に偏る。また、第二噴霧Gbは、(b)のように、凹状キャビティ34を中心に広がる。このため、(c)のように、点火プラグ14の周りには、液滴が位置することになる。なお、図10よりも、液滴が減少しているのは、液滴が順調に蒸発(気化)しているからである。   As shown in FIG. 11, in the subsequent 350 ° CA, the first spray Ga is biased to one side of the concave cavity 34 as shown in (a). Further, the second spray Gb spreads around the concave cavity 34 as shown in (b). For this reason, as shown in (c), a droplet is positioned around the spark plug 14. It should be noted that the reason why the number of liquid droplets is decreasing as compared with FIG. 10 is that the liquid droplets are evaporated (vaporized) smoothly.

図12に示すように、上死点の位置である360°CAでは、(a)に示すように、第一噴霧Gaは、凹状キャビティ34の一方側に偏った状態で気化している。また、第二噴霧Gbは、(b)のように、全体に広がって気化する。このため、(c)のように、液滴は、一部凹状キャビティ34の一方側に偏った状態で位置するものの、ほとんど気化することになる。   As shown in FIG. 12, at 360 ° CA, which is the position of the top dead center, as shown in (a), the first spray Ga is vaporized in a state of being biased to one side of the concave cavity 34. Further, the second spray Gb spreads and vaporizes as a whole as shown in (b). For this reason, as shown in (c), the liquid droplet is almost vaporized although it is located in a state of being partially biased to one side of the concave cavity 34.

以上のように、燃料を気化霧化して着火性能を高めているため、点火タイミングSを遅らせたとしても、確実に混合気を燃焼させることができ、排気ガスの温度を高めることができる。   As described above, since the fuel is vaporized and atomized to improve the ignition performance, even if the ignition timing S is delayed, the air-fuel mixture can be reliably burned and the temperature of the exhaust gas can be increased.

次に、このように構成した本実施形態の作用効果について説明する。
この実施形態では、隆起部31の傾斜面31aに凹状キャビティ34に繋がるように一段凹んだ受け面37を形成して、凹状キャビティ34のインジェクタ側上縁端34aを、反インジェクタ側上縁端34bより低く設定して、エンジン冷間時の運転領域において、圧縮行程後半に燃料を噴射することで、第一噴霧Gaが凹状キャビティ34に入るように噴射し、第二噴霧Gbが受け面37に衝突するように噴射するように設定している。
Next, the effect of this embodiment comprised in this way is demonstrated.
In this embodiment, a receiving surface 37 that is recessed in one step so as to be connected to the concave cavity 34 is formed on the inclined surface 31 a of the raised portion 31, and the injector-side upper edge 34 a of the concave cavity 34 is anti-injector-side upper edge 34 b. By setting it lower and injecting fuel in the second half of the compression stroke in the operating region when the engine is cold, the first spray Ga is injected so as to enter the concave cavity 34, and the second spray Gb is applied to the receiving surface 37. It is set to inject to collide.

これにより、ピストン冠面30にペントルーフ状の隆起部31を形成することで、エンジンの圧縮比を高めることができつつも、第二噴霧Gbが第一噴霧Gaの通過によって発生した負圧によって凹状キャビティ34内に引き込まれる。そして、受け面37が隆起部31の傾斜面31aよりも一段低いため、第二噴霧Gbが受け面37で案内されて凹状キャビティ34内に導かれる。さらに、凹状キャビティ34のインジェクタ側上縁端34aが反インジェクタ側上縁端34bより低いため、第一噴霧Gaと第二噴霧Gbは、凹状キャビティ34に入り易くなり、且つ、出にくくなる。   As a result, the pent roof-shaped raised portion 31 is formed on the piston crown surface 30 to increase the compression ratio of the engine, but the second spray Gb is concave due to the negative pressure generated by the passage of the first spray Ga. It is drawn into the cavity 34. Since the receiving surface 37 is one step lower than the inclined surface 31 a of the raised portion 31, the second spray Gb is guided by the receiving surface 37 and guided into the concave cavity 34. Furthermore, since the injector-side upper edge end 34a of the concave cavity 34 is lower than the anti-injector-side upper edge end 34b, the first spray Ga and the second spray Gb are likely to enter the concave cavity 34 and hardly come out.

このため、エンジンの圧縮比を高めつつも、第二噴霧Gbを負圧を利用して凹状キャビティ34内に引き込むにあたり、負圧の状態にさほど影響を受けずに、第二噴霧Gbを確実に凹状キャビティ34内に入れることができる。また、第二噴霧Gbを凹状キャビティ34内に入れても、第一噴霧Gaや第二噴霧Gbが凹状キャビティ34から出にくいため、多くの噴霧Gを凹状キャビティ34内に留めることができる。   For this reason, when the second spray Gb is drawn into the concave cavity 34 using the negative pressure while increasing the compression ratio of the engine, the second spray Gb is surely not affected by the negative pressure state. It can be placed in the concave cavity 34. Further, even if the second spray Gb is placed in the concave cavity 34, the first spray Ga and the second spray Gb are not easily emitted from the concave cavity 34, so that a large amount of the spray G can be retained in the concave cavity 34.

よって、エンジン冷間時における触媒活性化促進を図る火花点火式直噴エンジンにおいて、エンジンEの圧縮比を高い状態で維持しつつ、凹状キャビティ34内に多くの噴霧Gを確実に入れて滞留させるようにして、エンジン冷間時の燃焼状態を安定させることができる。   Therefore, in a spark ignition direct injection engine that promotes catalyst activation when the engine is cold, a large amount of spray G is reliably put and retained in the concave cavity 34 while maintaining a high compression ratio of the engine E. In this way, the combustion state when the engine is cold can be stabilized.

また、この実施形態では、受け面37を、平面視で凹状キャビティ34側に徐々に広がるように形成された略U字形状としている。
これにより、第二噴霧Gbが受け面37に衝突した後に、円滑に凹状キャビティ34側に案内されることになる。
よって、第二噴霧Gbをより確実に凹状キャビティ34に入れることが可能になり、濃い混合気を、確実に点火プラグ14周りに位置させることができる。
In this embodiment, the receiving surface 37 has a substantially U shape formed so as to gradually spread toward the concave cavity 34 in a plan view.
Thus, after the second spray Gb collides with the receiving surface 37, it is smoothly guided to the concave cavity 34 side.
Therefore, it becomes possible to put the second spray Gb into the concave cavity 34 more reliably, and a rich air-fuel mixture can be reliably positioned around the spark plug 14.

また、この実施形態では、平面視で第二噴霧Gbと重なり、正面視で第二噴霧Gbの下側に位置する、第五噴霧Geを噴射する第五噴口40eを設けている。
これにより、燃料噴射時に、第二噴霧Gbの下側に第五噴霧Geが位置するため、第二噴霧Gbに加えて第五噴霧Geも受け面37等に衝突することになる。
このため、受け面37と水平面部32を利用して、上下に並ぶ第二噴霧Gbと第五噴霧Geを、凹状キャビティ34側に案内することができ、より多くの噴霧Gを凹状キャビティ34内に入れることができる。
よって、さらに多くの濃い混合気(噴霧G)を点火プラグ14周りに滞留させることができる。
Moreover, in this embodiment, the 5th nozzle 40e which injects the 5th spray Ge which overlaps with the 2nd spray Gb by planar view, and is located under the 2nd spray Gb by front view is provided.
Accordingly, since the fifth spray Ge is positioned below the second spray Gb during fuel injection, the fifth spray Ge collides with the receiving surface 37 and the like in addition to the second spray Gb.
Therefore, the second spray Gb and the fifth spray Ge arranged in the vertical direction can be guided to the concave cavity 34 side by using the receiving surface 37 and the horizontal surface portion 32, and more spray G can be contained in the concave cavity 34. Can be put in.
Therefore, a much richer air-fuel mixture (spray G) can be retained around the spark plug 14.

また、この実施形態では、燃料噴射終了時期(F2)を、噴射終了時点が345°CAとなるように設定すると共に、点火プラグ14の点火時期(S)を、上死点後に設定している。
これにより、ピストン6が上死点近傍に位置するときに、燃料を噴射することで、ピストン冠面30に正確に噴霧を衝突させることができ、第一噴霧Gaと第二噴霧Gb等を、より正確に凹状キャビティ34内に入れることができる。そして、点火プラグ14の点火時期(S)を、上死点後に設定して、点火タイミングを遅らせたとしても、点火プラグ14周りに濃い混合気を滞留させているため、エンジンの燃焼性を確保することができる。
よって、点火タイミングを遅角して燃焼することが可能となり、排気ガス温度を昇温することができる。
In this embodiment, the fuel injection end timing (F2) is set so that the injection end time is 345 ° CA, and the ignition timing (S) of the spark plug 14 is set after the top dead center. .
Thereby, when the piston 6 is positioned near the top dead center, it is possible to cause the spray to collide with the piston crown surface 30 accurately by injecting fuel, and the first spray Ga and the second spray Gb, etc. It is possible to enter the concave cavity 34 more precisely. Even if the ignition timing (S) of the spark plug 14 is set after the top dead center and the ignition timing is delayed, the rich air-fuel mixture is retained around the spark plug 14, so that the engine combustibility is ensured. can do.
Therefore, combustion can be performed with retarded ignition timing, and the exhaust gas temperature can be raised.

また、この実施形態では、圧縮行程の燃料噴射(F2)に加えて、吸気行程でも燃料噴射(F1)を行なうものである。
上記構成によれば、燃料噴射を、吸気行程と圧縮行程で行なう二分割噴射(F1,F2)とすることにより、筒内をいわゆる弱成層化することができる。
よって、点火タイミングを遅角して燃焼させる場合の燃焼安定性を高めることができ、より確実に排気ガス温度を昇温することができる。
したがって、より安定的な燃焼を得つつ、排気系の昇温を図ることができ、触媒の活性化を図ることができる。
In this embodiment, in addition to the fuel injection (F2) in the compression stroke, the fuel injection (F1) is also performed in the intake stroke.
According to the above configuration, the cylinder interior can be so-called weakly stratified by performing the fuel injection in the two-split injection (F1, F2) performed in the intake stroke and the compression stroke.
Therefore, it is possible to improve the combustion stability when the ignition timing is retarded for combustion, and it is possible to raise the exhaust gas temperature more reliably.
Therefore, the temperature of the exhaust system can be raised while obtaining more stable combustion, and the catalyst can be activated.

以上、この発明の構成と前述の実施形態との対応において、
この発明のインジェクタは、実施形態のマルチホール型インジェクタ11に対応して、
以下、同様に、
キャビティは、凹状キャビティ34に対応し、
ペントルーフ状の斜面は、傾斜面31aに対応し、
第2の斜面は、受け面37に対応し、
第1噴口は、第一噴口40aに対応し、
第2噴口は、第二噴口40bに対応し、
第3噴口は、第五噴口40eに対応するも、
この発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、あらゆる火花点火式直噴エンジンに適用する実施形態を含むものである。
As described above, in the correspondence between the configuration of the present invention and the above-described embodiment,
The injector of the present invention corresponds to the multi-hole injector 11 of the embodiment,
Similarly,
The cavity corresponds to the concave cavity 34;
The pent roof-shaped slope corresponds to the slope 31a,
The second slope corresponds to the receiving surface 37,
The first nozzle hole corresponds to the first nozzle hole 40a,
The second nozzle hole corresponds to the second nozzle hole 40b,
The third nozzle hole corresponds to the fifth nozzle hole 40e,
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes an embodiment applied to any spark ignition direct injection engine.

本発明を採用した実施形態の火花点火式直噴エンジンの概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a spark ignition direct injection engine according to an embodiment of the present invention. マルチホール型インジェクタとピストンと点火プラグの詳細構造を示した斜視図。The perspective view which showed the detailed structure of the multi-hole type injector, piston, and spark plug. (a)ピストン冠面の平面図と(b)ピストン冠面のA−A線矢視断面図。(A) The top view of a piston crown surface, (b) AA sectional view taken on the line AA of a piston crown surface. エンジン冷間時の燃料噴射タイミングと点火タイミングのタイムチャート。A time chart of fuel injection timing and ignition timing when the engine is cold. 吸気行程での燃料噴射状態を示す側面図。The side view which shows the fuel-injection state in an intake stroke. 圧縮行程での燃料噴射状態を示す側面図。The side view which shows the fuel-injection state in a compression stroke. (a)噴射直後の側面模試図、(b)その後の側面模式図。(A) Side surface schematic diagram immediately after injection, (b) Lateral side schematic diagram. 噴射状態を示した平面図。The top view which showed the injection state. 325°CAのシミュレーション図。The simulation figure of 325 degrees CA. 340°CAのシミュレーション図。The simulation figure of 340 degrees CA. 350°CAのシミュレーション図。Simulation diagram of 350 ° CA. 360°CAのシミュレーション図。The simulation figure of 360 degree CA.

符号の説明Explanation of symbols

6…ピストン
11…マルチホール型インジェクタ
14…点火プラグ
31…隆起部
31a…傾斜面
34…凹状キャビティ
37…受け面
40…噴口
G…噴霧
6 ... Piston 11 ... Multi-hole injector 14 ... Spark plug 31 ... Raised portion 31a ... Inclined surface 34 ... Concave cavity 37 ... Receiving surface 40 ... Injection hole G ... Spray

Claims (5)

燃焼室天井壁の周縁に斜め下方に複数の噴霧を噴射する多噴口を設けたインジェクタを備え、燃焼室天井壁の中央部に点火プラグを備えた火花点火式直噴エンジンであって、
ピストン冠面には前記点火プラグに対応する凹状のキャビティを形成し、
該キャビティのインジェクタ側にはペントルーフ状の斜面を形成すると共に、
前記インジェクタには、上側に位置する第1噴霧を平面視で前記キャビティを指向するように噴射する第1噴口と、
平面視で前記第1噴霧と重なり、正面視で第1噴霧の下側に位置する第2噴霧を噴射する第2噴口と、の少なくとも2つの噴口を設け、
前記ペントルーフ状の斜面には、前記第2噴霧が衝突する一段低い第2の斜面を設けており、
該第2の斜面を前記キャビティに繋がるように形成することで、キャビティの周縁部のインジェクタ側を、反インジェクタ側より低く設定して、
エンジン冷間の運転領域で、圧縮行程後半の所定時期に、燃料を噴射することで第1噴霧がキャビティに入るように、第2噴霧が第2の斜面に衝突するように設定した
火花点火式直噴エンジン。
A spark ignition type direct injection engine comprising an injector provided with a plurality of injection holes for injecting a plurality of sprays obliquely downward on a peripheral edge of the combustion chamber ceiling wall, and having an ignition plug at the center of the combustion chamber ceiling wall,
A concave cavity corresponding to the spark plug is formed on the crown surface of the piston,
A pent roof-like slope is formed on the injector side of the cavity,
The injector has a first injection hole for injecting a first spray located on the upper side so as to be directed to the cavity in plan view;
Provided with at least two injection holes that overlap the first spray in a plan view and a second injection hole for injecting a second spray located below the first spray in a front view;
The pent roof-like slope is provided with a second slope that is one step lower where the second spray collides,
By forming the second inclined surface so as to be connected to the cavity, the injector side of the peripheral edge of the cavity is set lower than the anti-injector side,
A spark ignition type in which the second spray collides with the second slope so that the first spray enters the cavity by injecting fuel at a predetermined time in the second half of the compression stroke in the engine cold operating region. Direct injection engine.
前記第2の斜面を、平面視でキャビティ側に徐々に広がるように形成された略U字形状とした
請求項1記載の火花点火式直噴エンジン。
The spark-ignition direct injection engine according to claim 1, wherein the second inclined surface has a substantially U shape formed so as to gradually spread toward the cavity in a plan view.
平面視で前記第2噴霧と重なり、正面視で第2噴霧の下側に位置する第3噴霧を噴射する第3噴口を設けた
請求項1又は2いずれか記載の火花点火式直噴エンジン。
3. The spark ignition direct injection engine according to claim 1, further comprising a third injection hole that injects a third spray that overlaps the second spray in a plan view and is located below the second spray in a front view.
前記所定時期の燃料噴射終了時期を、圧縮行程の3/4以降に設定すると共に、
前記点火プラグの点火時期を、上死点後に設定した
請求項1〜3いずれか記載の火花点火式直噴エンジン。
The fuel injection end timing of the predetermined timing is set to 3/4 or later of the compression stroke,
The spark ignition direct injection engine according to any one of claims 1 to 3, wherein an ignition timing of the spark plug is set after top dead center.
前記圧縮行程の燃料噴射に加えて、吸気行程で燃料噴射を行なう
請求項4記載の火花点火式直噴エンジン。

The spark ignition type direct injection engine according to claim 4, wherein fuel injection is performed in an intake stroke in addition to fuel injection in the compression stroke.

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