JP2013015054A - Cylinder injection type internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem in a cylinder injection type internal combustion engine that fuel consumption degrades because of insufficient use of energy due to fuel, flame, or the like contacting with a cavity, causing a heat loss.SOLUTION: The cylinder injection type internal combustion engine includes a piston, a cavity formed on a top face of the piston and formed with a bottom face and a sidewall face, a fuel injection means for injecting fuel toward the cavity, and an injection period control means for controlling an injection period of the fuel. The cavity includes a first cavity located on an outer circumferential side of the piston and a second cavity located on an inner circumferential side of the piston, and the second cavity is formed on a bottom face of the first cavity. The cylinder injection type internal combustion engine controls the fuel injection period by using the cavity located lower than a virtual extended bottom face which the bottom face of the first cavity is extended toward a central axis of the piston.

Description

本発明は筒内噴射式内燃機関に係り、特にピストンの頂面に底面と側壁面とから成るキャビティを設け、ピストンの頂面に対向する位置に燃料噴射用のインジェクタを備える筒内噴射式内燃機関に関するものである。   The present invention relates to an in-cylinder injection internal combustion engine, and more particularly to an in-cylinder injection internal combustion engine in which a cavity including a bottom surface and a side wall surface is provided on the top surface of a piston, and a fuel injection injector is provided at a position facing the top surface of the piston. It is about the institution.

筒内噴射式内燃機関において、ピストンの頂面にキャビティと呼ばれる凹部を設けたものがある。例えば特許文献1では、このキャビティの底面がピストンの外周側になる程低くなる、いわゆるトロイダル型のキャビティ形状が開示されている。   Some in-cylinder injection internal combustion engines are provided with a recess called a cavity on the top surface of a piston. For example, Patent Document 1 discloses a so-called toroidal cavity shape in which the bottom surface of the cavity becomes lower as it goes to the outer peripheral side of the piston.

特許文献2では、トロイダル型キャビティの底面に更に突起部を加えたキャビティ形状が開示されている。このキャビティに向けて噴射される燃料の噴射期間を制御し、噴射期間の前期ではキャビティ側壁面に衝突し、噴射期間の後期ではキャビティ底面の突起部に衝突する。これにより、全噴射期間に亘り、噴射された燃料の拡散、及び空気との十分な混合が可能となり、予混合燃焼が実現される。
特開2003−83119号公報 特開2005−315211号公報
Patent Document 2 discloses a cavity shape in which a protrusion is further added to the bottom surface of a toroidal cavity. The injection period of the fuel injected toward the cavity is controlled, and collides with the cavity side wall surface in the first half of the injection period, and collides with the protrusion on the bottom surface of the cavity in the second half of the injection period. As a result, the injected fuel can be diffused and sufficiently mixed with air over the entire injection period, and premixed combustion is realized.
JP 2003-83119 A JP-A-2005-315211

しかし、上記の筒内噴射式内燃機関においては、噴射された燃料が燃焼することで燃焼室内に生成される、火炎や高温の燃焼ガスが有する熱エネルギーを十分に利用できていない。   However, in the above-described cylinder injection internal combustion engine, the thermal energy of the flame and the high-temperature combustion gas generated in the combustion chamber by burning the injected fuel cannot be sufficiently utilized.

特許文献1では、火炎や高温の燃焼ガスは、キャビティの底面及び側壁面に接触しながら流動する。この際、キャビティの底面及び側壁面は、火炎や高温の燃焼ガスより低温であるため火炎や高温の燃焼ガスが有する熱を奪う。つまり、火炎や高温の燃焼ガスはキャビティの底面及び側壁面と接触することで熱損失を生じ、燃費が悪化する虞がある。   In Patent Document 1, a flame or high-temperature combustion gas flows while being in contact with the bottom surface and the side wall surface of the cavity. At this time, since the bottom surface and the side wall surface of the cavity are lower in temperature than the flame and the high-temperature combustion gas, the heat of the flame and the high-temperature combustion gas is taken away. That is, a flame or high-temperature combustion gas may come into contact with the bottom surface and the side wall surface of the cavity to cause heat loss, which may deteriorate fuel consumption.

特許文献2では、燃料が側壁面に衝突する場合と突起部に衝突する場合とがあるが、いずれの場合でも火炎や高温の燃焼ガスとキャビティの底面(突起部も含む)及び側壁面との接触を抑えることができないため、熱損失を生じ燃費を悪化させる虞がある。   In Patent Document 2, there is a case where the fuel collides with the side wall surface and a case where the fuel collides with the projecting portion. In any case, the flame and the high-temperature combustion gas, the bottom surface of the cavity (including the projecting portion), and the side wall surface Since contact cannot be suppressed, heat loss may occur and fuel consumption may deteriorate.

本発明は上記課題を鑑みてなされた発明であり、火炎や高温の燃焼ガスとキャビティとの接触を抑制することで熱損失を低減させ、これにより燃費を向上させることが目的である。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to reduce heat loss by suppressing contact between a flame or a high-temperature combustion gas and a cavity, thereby improving fuel consumption.

上記課題を解決するために、請求項1に記載された発明は、ピストンと、前記ピストンの頂面に設けられ、底面と側壁面とから成るキャビティと、前記キャビティに向かって燃料を噴射する燃料噴射手段と、燃料の噴射期間を制御する燃料噴射期間制御手段とを備える筒内噴射式内燃機関において、前記キャビティは、前記ピストンの外周側に位置する第一キャビティと、前記ピストンの内周側に位置する第二キャビティとから成り、前記第二キャビティは、前記第一キャビティにおける底面に設けられ、前記第一キャビティにおける底面を前記ピストンの中心軸に向けて延長した仮想延長底面よりも下方に位置するキャビティであって、前記燃料噴射期間制御手段は、前記燃料噴射手段が噴射する燃料の中心軸とキャビティとの交点が前記第一キャビティの内縁よりも外周側に位置し、かつ前記第二キャビティに位置しないように、燃料の噴射期間を制御することを特徴とする筒内噴射式内燃機関である。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is a fuel provided in a piston, a cavity provided on a top surface of the piston, which is composed of a bottom surface and a side wall surface, and fuel injected into the cavity. An in-cylinder injection internal combustion engine comprising injection means and fuel injection period control means for controlling a fuel injection period, wherein the cavity is a first cavity located on the outer peripheral side of the piston, and an inner peripheral side of the piston The second cavity is provided on the bottom surface of the first cavity, and is below the virtual extended bottom surface extending from the bottom surface of the first cavity toward the central axis of the piston. The fuel injection period control means is configured such that the intersection of the center axis of the fuel injected by the fuel injection means and the cavity is the Located on the outer peripheral side than the inner edge of one cavity and so as not located in the second cavity, a cylinder injection type internal combustion engine and controlling the injection period of the fuel.

また、請求項2に記載された発明は、前記請求項1に記載の筒内噴射式内燃機関において、前記燃料噴射期間制御手段は、エンジン運転領域に応じたベース噴射期間を算出し、前記ベース噴射期間中に前記燃料噴射手段が噴射する燃料の中心軸とキャビティとの交点が前記第二キャビティに位置する場合、圧縮行程においては前記ベース噴射期間の噴射がより早く終了するように前記ベース噴射期間を補正し、膨張行程においては前記ベース噴射期間がより遅く開始するように前記ベース噴射期間を補正することを特徴とする筒内噴射式内燃機関である。   The invention described in claim 2 is the direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel injection period control means calculates a base injection period corresponding to an engine operating region, and When the intersection of the central axis of the fuel injected by the fuel injection means and the cavity is located in the second cavity during the injection period, the base injection is performed so that the injection in the base injection period ends earlier in the compression stroke. The cylinder injection internal combustion engine is characterized in that the base injection period is corrected such that the period is corrected and the base injection period starts later in the expansion stroke.

本発明によれば、燃料は第二キャビティに直接噴射されずに、第一キャビティの内縁よりも外周側に噴射される。第一キャビティの内縁よりも外周側に噴射された燃料は、第一キャビティにおける側壁面に衝突して第一キャビティにおける底面に沿って流れ、第一キャビティにおける底面を前記ピストンの中心軸に向けて延長した仮想延長底面に沿ってピストン中心軸へ向かう。   According to the present invention, the fuel is not directly injected into the second cavity, but is injected to the outer peripheral side from the inner edge of the first cavity. The fuel injected to the outer peripheral side from the inner edge of the first cavity collides with the side wall surface in the first cavity and flows along the bottom surface in the first cavity, and the bottom surface in the first cavity faces the central axis of the piston. It goes to the piston central axis along the extended virtual extension bottom.

あるいは、第一キャビティにおける底面に衝突してそのまま第一キャビティにおける底面に沿って流れ、第一キャビティにおける底面を前記ピストンの中心軸に向けて延長した仮想延長底面に沿ってピストン中心軸へ向かう。   Or it collides with the bottom face in a 1st cavity, flows as it is along the bottom face in a 1st cavity, and goes to a piston central axis along the virtual extended bottom face which extended the bottom face in a 1st cavity toward the central axis of the said piston.

この際、仮想延長底面よりも第二キャビティは下方に位置するため、第一キャビティに噴射された燃料と第二キャビティとの接触を抑えることができる。すなわち、第二キャビティとの接触を抑えるように整流される。   At this time, since the second cavity is positioned below the virtual extension bottom surface, the contact between the fuel injected into the first cavity and the second cavity can be suppressed. That is, rectification is performed so as to suppress contact with the second cavity.

第一キャビティの内縁よりも外周側に噴射された燃料が燃焼して生成される、火炎や高温の燃焼ガスも、その燃料と同じく仮想延長底面より下方に位置する第二キャビティとの接触を抑えるように整流される。よって、火炎や高温の燃焼ガスと第二キャビティとの接触に起因する熱損失が低減され、燃費を向上させることができる。   The flame and high-temperature combustion gas generated by burning the fuel injected from the inner edge of the first cavity to the outer peripheral side also suppresses contact with the second cavity located below the virtual extension bottom surface as well as the fuel. Is rectified as follows. Therefore, the heat loss resulting from the contact between the flame or the high-temperature combustion gas and the second cavity is reduced, and the fuel consumption can be improved.

また、燃料噴射期間制御手段によって、燃料を噴射する期間(噴射開始時期及び噴射終了時期を含む)を制御することにより、燃料が第二キャビティへ直接噴射されることをより確実に防ぐ。これにより、更に確実な熱損失低減及び燃費向上の効果を得ることができる。   Further, the fuel injection period control means controls the fuel injection period (including the injection start timing and the injection end timing), thereby preventing the fuel from being directly injected into the second cavity. Thereby, the effect of more reliable heat loss reduction and fuel consumption improvement can be acquired.

本発明の一実施例に係る筒内噴射式内燃機関の概略構成を示した縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a direct injection internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. ピストン頂面のキャビティ形状の要部拡大図の1つである。It is one of the principal part enlarged views of the cavity shape of a piston top surface. ピストン頂面のキャビティ形状の要部拡大図の1つである。It is one of the principal part enlarged views of the cavity shape of a piston top surface. 本発明のキャビティにおいて、燃料噴霧及び火炎や高温の燃焼ガスが流動する様子を示した図である。In the cavity of this invention, it is the figure which showed a mode that fuel spray, a flame, and high temperature combustion gas flowed. ECUが実行する燃料噴射期間制御のフロー図である。It is a flowchart of the fuel injection period control which ECU performs. 図5のフロー図において、ピストン上昇時における燃料噴射期間の補正制御についての概要を示した図である。In the flowchart of FIG. 5, it is the figure which showed the outline | summary about correction | amendment control of the fuel-injection period at the time of a piston raise. 図1において、第一キャビティに遮熱材を配した図である。In FIG. 1, it is the figure which arranged the heat-shielding material in the 1st cavity. 噴射する燃料としてガス燃料を用い、噴射角を広角に設定した場合の燃料噴霧の様子を示した図である。It is the figure which showed the mode of the fuel spray at the time of using gas fuel as fuel to inject and setting the injection angle to a wide angle. 従来のキャビティにおいて、燃料噴霧及び火炎や高温の燃焼ガスが流動する様子を示した図である。It is the figure which showed a mode that fuel spray, a flame, and high temperature combustion gas flow in the conventional cavity.

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

本発明に係る実施例1では、噴射する燃料として軽油を用いる。図1は、実施例1における概略構成を示したもので、ピストン10の中心軸Cを含む垂直面で切断した縦断面図である。なお、図1では1気筒のみ示されているが、多気筒であってもよい。   In Example 1 which concerns on this invention, light oil is used as a fuel to inject. FIG. 1 shows a schematic configuration in the first embodiment, and is a longitudinal sectional view taken along a vertical plane including a central axis C of a piston 10. In FIG. 1, only one cylinder is shown, but multiple cylinders may be used.

ピストン10は略円柱状に形成され、外周面11、頂面12を有し、図示しないピストンピン及びコネクティングロッドを介して内燃機関の出力軸であるクランクシャフトに接続されている。   The piston 10 is formed in a substantially cylindrical shape, has an outer peripheral surface 11 and a top surface 12, and is connected to a crankshaft that is an output shaft of the internal combustion engine via a piston pin and a connecting rod (not shown).

外周面11はシリンダボア内面13と所定の間隔を隔てて対向し摺動する部分である。外周面11には複数のリング溝14が形成されており、ピストンリング15がそれぞれはめ込まれる。頂面12にはキャビティ20が形成されている。   The outer peripheral surface 11 is a portion that slides facing the cylinder bore inner surface 13 at a predetermined interval. A plurality of ring grooves 14 are formed on the outer peripheral surface 11, and piston rings 15 are fitted into the ring grooves 14, respectively. A cavity 20 is formed in the top surface 12.

キャビティ20はピストン10の頂面12に形成された凹部であって、底面と側壁面とから形成される。ここで、底面とは、図示しないエンジンヘッドに対向する面のことであり、側壁面とは、底面の縁からピストン10の頂面12に向かい延出する面のことである。   The cavity 20 is a recess formed in the top surface 12 of the piston 10 and is formed of a bottom surface and a side wall surface. Here, the bottom surface is a surface facing an engine head (not shown), and the side wall surface is a surface extending from the edge of the bottom surface toward the top surface 12 of the piston 10.

このピストン10及びキャビティ20は、図1ではその縦断面形状のみを示しているが、中心軸Cを中心として全周にわたり同様の形状が連続して形成されており、頂面12方向から見た平面視ではピストン10及びキャビティ20は円形に形成されている。   Although only the longitudinal cross-sectional shape of the piston 10 and the cavity 20 is shown in FIG. 1, the same shape is continuously formed around the central axis C, and viewed from the direction of the top surface 12. In plan view, the piston 10 and the cavity 20 are formed in a circular shape.

なお、本実施例では図1のように中心軸Cを中心として全周にわたり同様の形状が連続して形成された円形のピストン10を用いた燃焼室形状としているが、これに限定するものではない。例えば中心軸Cとインジェクタ16とがずれて(オフセットして)配されてもよいし、ペントルーフ型の燃焼室形状でもよい。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the combustion chamber shape using the circular piston 10 in which the same shape is continuously formed around the central axis C as a center is used. However, the present invention is not limited to this. Absent. For example, the central axis C and the injector 16 may be offset (offset), or may have a pent roof type combustion chamber shape.

図2にキャビティ20の要部拡大図の1つを示す。キャビティ20は第一キャビティ21及び第二キャビティ22から成る。第一キャビティ21は、ピストン10において外周側に位置し、第二キャビティ22はピストン10において内周側に位置し、かつ第一キャビティにおける底面21bに設けられる。   FIG. 2 shows one of the enlarged views of the main part of the cavity 20. The cavity 20 includes a first cavity 21 and a second cavity 22. The first cavity 21 is positioned on the outer peripheral side of the piston 10, and the second cavity 22 is positioned on the inner peripheral side of the piston 10, and is provided on the bottom surface 21 b in the first cavity.

より具体的には、キャビティ20は、第一キャビティ21における底面21bの内縁Aと第二キャビティ22における側壁面22aの上端とを接続することで形成される。   More specifically, the cavity 20 is formed by connecting the inner edge A of the bottom surface 21 b in the first cavity 21 and the upper end of the side wall surface 22 a in the second cavity 22.

また、キャビティ20において、第二キャビティ22は第一キャビティ21における底面21bをピストン10の中心軸Cに向かって延長した仮想延長底面21cよりも下方に位置する。つまり、キャビティ20をピストン10の頂面12から見たときに、仮想延長底面21cの鉛直下方に第二キャビティ21が位置することになる。   Further, in the cavity 20, the second cavity 22 is positioned below a virtual extended bottom surface 21 c obtained by extending the bottom surface 21 b of the first cavity 21 toward the central axis C of the piston 10. That is, when the cavity 20 is viewed from the top surface 12 of the piston 10, the second cavity 21 is positioned vertically below the virtual extended bottom surface 21c.

なお、上述の位置関係が保たれていれば第一キャビティ21及び第二キャビティ22の形状は特に限定されない。   In addition, the shape of the 1st cavity 21 and the 2nd cavity 22 will not be specifically limited if the above-mentioned positional relationship is maintained.

例えばキャビティ20の要部拡大図の1つである図2では、第二キャビティ22における底面22bは、ピストン10の中心軸Cから外周側に向かうに従い緩やかに低くなる錐体状に形成されている。また、第一キャビティ21における側壁面21aと底面21bとの接続は滑らかに連続する曲面で構成されている。   For example, in FIG. 2, which is one of the enlarged views of the main part of the cavity 20, the bottom surface 22 b of the second cavity 22 is formed in a cone shape that gradually decreases from the central axis C of the piston 10 toward the outer peripheral side. . Further, the connection between the side wall surface 21a and the bottom surface 21b in the first cavity 21 is formed by a smoothly continuous curved surface.

これに対し、キャビティ20の要部拡大図の1つである図3では、第二キャビティにおける底面22bは平面状に形成されている。また、第一キャビティ21における側壁面22aと底面22bとの接続は不連続な直線面で構成されている。この様に構成された図3においても、第二キャビティ22が仮想延長底面21cよりも下方に位置する位置関係が成立しており、このようなキャビティ20をピストン10に設けてもよい。   On the other hand, in FIG. 3, which is one of the enlarged views of the main part of the cavity 20, the bottom surface 22b of the second cavity is formed in a planar shape. Further, the connection between the side wall surface 22a and the bottom surface 22b in the first cavity 21 is constituted by a discontinuous straight surface. Also in FIG. 3 configured as described above, a positional relationship is established in which the second cavity 22 is positioned below the virtual extended bottom surface 21 c, and such a cavity 20 may be provided in the piston 10.

図4は、本実施例において、燃料噴射手段であるインジェクタ16が噴射した燃料30の流動の様子、及び燃料30が着火し、生成される火炎及び高温の燃焼ガス31の流動の様子を示す。   FIG. 4 shows the flow of the fuel 30 injected by the injector 16 as fuel injection means and the flow of the flame generated by the ignition of the fuel 30 and the high-temperature combustion gas 31 in this embodiment.

ここで、上述の図4及び図2を用いて、燃料30の流動の様子、火炎及び高温の燃焼ガス31の流動の様子をより具体的に説明する。   Here, the flow state of the fuel 30 and the flow state of the flame and the high-temperature combustion gas 31 will be described more specifically with reference to FIGS. 4 and 2 described above.

インジェクタ16が燃料を噴射する噴射角は、燃料30が第二キャビティ22に直接噴射されることなく、かつ第一キャビティ21に噴射されることが可能であって、良好な燃料を実現するのに適した角度θ(例えばθ=155°)に設定される。 The injection angle at which the injector 16 injects fuel is such that the fuel 30 can be injected into the first cavity 21 without being directly injected into the second cavity 22, so that good fuel can be realized. A suitable angle θ 1 (for example, θ 1 = 155 °) is set.

そして、インジェクタ16が燃料30を噴射する期間は、図5のフローチャートに基づき燃料噴射期間制御手段であるECU17によって制御される。これにより、内燃機関の運転状態やピストン10の位置に応じ、噴射された燃料30が第二キャビティ22に直接噴射されることなく、かつ第一キャビティ21に噴射される。   The period during which the injector 16 injects the fuel 30 is controlled by the ECU 17 which is a fuel injection period control means based on the flowchart of FIG. Thus, the injected fuel 30 is injected into the first cavity 21 without being directly injected into the second cavity 22 according to the operating state of the internal combustion engine and the position of the piston 10.

ECU17の制御に基づいて噴射された燃料30は、第二キャビティ22には直接噴射されず第一キャビティ21に噴射され、衝突した後、その底面21bへと流動する。底面21bに沿って流動した後は、底面21bをピストン10の中心軸Cに向けて延長した仮想延長底面21cに沿って流動し、ピストン10の中心軸Cへ向かうように整流される。   The fuel 30 injected based on the control of the ECU 17 is not directly injected into the second cavity 22, but is injected into the first cavity 21, and after colliding, flows to the bottom surface 21b. After flowing along the bottom surface 21 b, the fluid flows along the virtual extended bottom surface 21 c extending from the bottom surface 21 b toward the central axis C of the piston 10, and is rectified so as to go toward the central axis C of the piston 10.

この時、燃料30は第二キャビティ22近傍も通過するが、第二キャビティ22は仮想延長底面21cよりも鉛直下方に位置するため、燃料30と第二キャビティとの接触が抑えられる。   At this time, the fuel 30 also passes in the vicinity of the second cavity 22, but the second cavity 22 is positioned vertically below the virtual extended bottom surface 21c, so that contact between the fuel 30 and the second cavity is suppressed.

そして、噴射された燃料30が着火して生成される火炎及び高温の燃焼ガス31も、その流れは上述のように整流され、第二キャビティとの接触が抑えられる。   The flow of the flame and the high-temperature combustion gas 31 generated when the injected fuel 30 is ignited is rectified as described above, and the contact with the second cavity is suppressed.

一方、図9では従来のキャビティ23を用いた場合の燃料30、火炎及び高温の燃焼ガス31の流動の様子を示す。キャビティ23における底面23bは一様に連続な曲面もしくは平面で構成される。   On the other hand, FIG. 9 shows the flow of the fuel 30, the flame, and the high-temperature combustion gas 31 when the conventional cavity 23 is used. The bottom surface 23b of the cavity 23 is formed of a uniformly continuous curved surface or plane.

キャビティ23へ向けて噴射された燃料30は、キャビティ23に衝突した後、その底面23bへと流動する。そして、底面23bに沿ったままピストン10の中心軸Cへ向かう。   The fuel 30 injected toward the cavity 23 collides with the cavity 23 and then flows to the bottom surface 23b. And it goes to the central axis C of the piston 10 along the bottom face 23b.

火炎及び高温の燃焼ガス31も燃料30と同様のプロセスで流動するため、底面23bに沿ってピストン10の中心軸Cへ向かう。つまり、底面23bの全面に接触しながら流動するため、底面23bとの接触によって生じる熱損失を抑えることができない。   Since the flame and the high-temperature combustion gas 31 also flow in the same process as the fuel 30, the flame and the high-temperature combustion gas 31 travel toward the central axis C of the piston 10 along the bottom surface 23 b. That is, since the fluid flows while being in contact with the entire bottom surface 23b, heat loss caused by the contact with the bottom surface 23b cannot be suppressed.

これに対し、本実施例のキャビティ20を用いて燃料を燃焼させた場合、少なくとも第二キャビティ22と火炎及び高温の燃焼ガス31との接触を抑制できるため、その分の熱損失を低減することができる。   On the other hand, when the fuel is burned using the cavity 20 of the present embodiment, the contact between at least the second cavity 22 and the flame and the high-temperature combustion gas 31 can be suppressed. Can do.

ここで、図5のフローチャートを用い燃料噴射制御手段であるECU17が実行する燃料噴射期間の制御を具体的に説明する。   Here, the control of the fuel injection period executed by the ECU 17 as the fuel injection control means will be specifically described with reference to the flowchart of FIG.

まず、ステップS1において、図示しないエンジン回転数センサ及びエンジン負荷センサによって、エンジン回転数とエンジン負荷を検出する。そして、該エンジン回転数とエンジン負荷に対応した、ベース噴射期間の開始時期であるベース噴射開始時期eainjbmn、及びベース噴射期間の終了時期であるベース噴射終了時期eainjbmxをECU17により算出する。ベース噴射開始時期eainjbmnからベース噴射終了時期eainjbmxまでの期間がベース噴射期間となる。   First, in step S1, an engine speed and an engine load are detected by an engine speed sensor and an engine load sensor (not shown). Then, the ECU 17 calculates a base injection start time eainjbmn, which is the start time of the base injection period, and a base injection end time eainjbmx, which is the end time of the base injection period, corresponding to the engine speed and the engine load. The period from the base injection start time eainjbmn to the base injection end time eainjbmx is the base injection period.

ステップ1において算出されたベース噴射期間が圧縮上死点(以下、TDC)近傍に設定された場合、燃料30が第二キャビティ22に直接噴射され、第二キャビティ22に接触する虞がある。これは、ピストン10がインジェクタ16に接近した状態で燃料30が噴射される場合、インジェクタ16の燃料噴射角θは固定のままピストン10とインジェクタ16との相対的な距離が近づくので、噴射された燃料30の中心軸が第二キャビティ22に差し掛かることが原因である。 When the base injection period calculated in step 1 is set near the compression top dead center (hereinafter referred to as TDC), the fuel 30 may be directly injected into the second cavity 22 and may come into contact with the second cavity 22. This is because when the fuel 30 is injected with the piston 10 approaching the injector 16, the fuel injection angle θ 1 of the injector 16 is fixed and the relative distance between the piston 10 and the injector 16 is approached. This is because the center axis of the fuel 30 reaches the second cavity 22.

よって、圧縮行程ではピストン10がTDC近傍に到達する前に燃料30の噴射が終了するようにベース噴射期間を補正する。このとき、燃料30が第二キャビティ22に直接噴射されることのない噴射終了時期のうち、最もTDCに近い時期を許容噴射終了時期eainjcmxとする。   Therefore, in the compression stroke, the base injection period is corrected so that the injection of the fuel 30 is completed before the piston 10 reaches the vicinity of TDC. At this time, among the injection end times at which the fuel 30 is not directly injected into the second cavity 22, the time closest to the TDC is defined as the allowable injection end time eaincmx.

また、膨張行程ではピストン10がTDC近傍から離れた後に燃料30の噴射が開始するようにベース噴射期間を補正する。このとき、燃料30が第二キャビティ22に直接噴射されることのない噴射開始時期のうち、最もTDCに近い時期を許容噴射開始時期eainjemnとする。   Further, in the expansion stroke, the base injection period is corrected so that the injection of the fuel 30 starts after the piston 10 moves away from the vicinity of the TDC. At this time, among the injection start timings at which the fuel 30 is not directly injected into the second cavity 22, the timing closest to the TDC is defined as the allowable injection start timing eainjemn.

ステップ2では図示しない燃料噴射圧センサによって、噴射する燃料30の噴射圧を検出し、燃料噴射圧とエンジン回転数によって許容噴射終了時期eainjcmx及び許容噴射開始時期eainjemnをECU17により算出する。   In step 2, the injection pressure of the fuel 30 to be injected is detected by a fuel injection pressure sensor (not shown), and the allowable injection end timing eainjcmx and the allowable injection start timing eainjemn are calculated by the ECU 17 based on the fuel injection pressure and the engine speed.

更に、許容噴射終了時期eainjcmxはエンジン負荷によって補正される。   Further, the allowable injection end timing eaincmx is corrected by the engine load.

より具体的には、エンジン負荷が大きい(燃料30の噴射量が多い)場合、許容噴射終了時期eainjcmxはより前期に設定さる。これは、燃料30の噴射量が通常よりも多い分だけ、燃料30を噴射する指令が終了してから完全に燃料30の噴射が終了するまでの期間が長くなるためである。   More specifically, when the engine load is large (the amount of fuel 30 injected is large), the allowable injection end timing eainjcmx is set to the previous period. This is because the period from when the command for injecting the fuel 30 is completed to when the injection of the fuel 30 is completely completed is increased by an amount larger than usual.

エンジン負荷が小さい(燃料30の噴射量が少ない)場合、許容噴射終了時期eainjcmxはより後期に設定される。これは、燃料30の噴射量が通常よりも少ない分だけ、燃料30を噴射する指令が終了してから完全に燃料30の噴射が終了するまでの期間が短くなるためである。   When the engine load is small (the amount of fuel 30 injected is small), the allowable injection end timing eainjcmx is set later. This is because the period from when the command for injecting the fuel 30 is completed until the injection of the fuel 30 is completely completed is shortened by an amount smaller than the normal amount of fuel 30 injection.

なお、ベース噴射期間、ベース噴射開始時期eainjbmn、ベース噴射終了時期eainjbmx、許容噴射終了時期eainjcmx、及び許容噴射開始時期eainjemnは、エンジン回転数、エンジン負荷及び燃料噴射圧の各値に応じた2次元マップを不揮発性メモリであるRAMに保存しておき、その2次元マップから算出されてもよい。   The base injection period, the base injection start timing eainjbmn, the base injection end timing eainjbmx, the allowable injection end timing eainjcmx, and the allowable injection start timing eainjemn are two-dimensional according to the values of the engine speed, engine load, and fuel injection pressure. The map may be stored in a RAM, which is a nonvolatile memory, and calculated from the two-dimensional map.

ステップS3では、ステップ1で算出されたベース噴射期間が、TDCよりも早いか遅いかを判定する。   In step S3, it is determined whether the base injection period calculated in step 1 is earlier or later than TDC.

ステップS3においてベース噴射期間がTDCよりも早くに設定されていると判定された場合、つまり、ベース噴射期間が圧縮行程にあってピストン10が上昇運動を行っていると判定された場合、ステップS4に進む。   If it is determined in step S3 that the base injection period is set earlier than TDC, that is, if it is determined that the base injection period is in the compression stroke and the piston 10 is moving upward, step S4 Proceed to

ここで、図5のフローチャート及び図6を用いてステップS4、ステップS6及びステップS7を説明する。ステップS4において、補正前のベース噴射終了時期eainjbmxが許容噴射終了時期eainjcmxよりも遅い(図6中の1)と判定された場合ステップS6へ進み、ベース噴射終了時期eainjbmxが許容噴射終了時期eainjcmxを越えないよう、ベース噴射期間はより早くに補正される(図6中の2)。   Here, step S4, step S6, and step S7 will be described with reference to the flowchart of FIG. 5 and FIG. In step S4, when it is determined that the base injection end timing eainjbmx before correction is later than the allowable injection end timing eainjcmx (1 in FIG. 6), the process proceeds to step S6, where the base injection end timing eainjbmx sets the allowable injection end timing eainjcmx. The base injection period is corrected earlier so as not to exceed (2 in FIG. 6).

つまり、ECU17が実行する燃料噴射期間の制御によって導出される最終的な燃料噴射終了時期である最終噴射終了時期eainjfmxは、許容噴射終了時期eainjcmxとなる。   That is, the final injection end timing eainjfmx, which is the final fuel injection end timing derived by the control of the fuel injection period executed by the ECU 17, becomes the allowable injection end timing eainjcmx.

ステップS4において、ベース噴射終了時期eainjbmxが許容噴射終了時期eainjcmxよりも早くにある(図6中の3)と判定された場合ステップS7に進み、当初のベース噴射終了時期eainjbmxが最終噴射終了時期eainjfmxとなる。   If it is determined in step S4 that the base injection end timing eainjbmx is earlier than the allowable injection end timing eainjcmx (3 in FIG. 6), the process proceeds to step S7, where the initial base injection end timing eainjbmx is the final injection end timing eainjfmx. It becomes.

ステップS3においてベース噴射期間がTDCより遅くに設定されていると判定された場合、つまり、ベース噴射期間が膨張行程にあってピストン10が下降運動を行っていると判定された場合ステップS5に進む。   If it is determined in step S3 that the base injection period is set later than TDC, that is, if it is determined that the base injection period is in the expansion stroke and the piston 10 is moving downward, the process proceeds to step S5. .

ここで、図5のフローチャート及び図6を用いてステップS5、ステップS8及びステップS9を説明する。ステップS5において、ベース噴射開始時期eainjbmnが許容噴射開始時期eainjemnよりも早くにある(図6中の4)と判定された場合ステップS8へ進み、ベース噴射開始時期eainjbmnが許容噴射開始時期eainjemnを越えないよう、ベース噴射期間はより遅くに補正される(図6中の5)。   Here, step S5, step S8, and step S9 will be described with reference to the flowchart of FIG. 5 and FIG. If it is determined in step S5 that the base injection start timing eainjbmn is earlier than the allowable injection start timing eainjemn (4 in FIG. 6), the process proceeds to step S8, where the base injection start timing eainjbmn exceeds the allowable injection start timing eainjemn. The base injection period is corrected later so as not to occur (5 in FIG. 6).

つまり、ECU17が実行する燃料噴射期間の制御によって導出される最終的な燃料噴射開始時期である最終噴射開始時期eainjfmnは、許容噴射開始時期eainjemnとなる。   That is, the final injection start timing eainjfmn, which is the final fuel injection start timing derived by the control of the fuel injection period executed by the ECU 17, becomes the allowable injection start timing eainjemn.

ステップS5において、ベース噴射開始時期eainjbmnが許容噴射開始時期eainjemnよりも遅くにある(図6中の6)と判定された場合ステップS9に進み、当初のベース噴射開始時期eainjemnが最終噴射開始時期eainjfmnとなる。   If it is determined in step S5 that the base injection start timing eainjbmn is later than the allowable injection start timing eainjemn (6 in FIG. 6), the process proceeds to step S9, where the initial base injection start timing eainjmn is the final injection start timing eainjfmn. It becomes.

以上より、キャビティ20が形成されたピストン10を有した内燃機関において、図5のフローチャートに基づいた燃料噴射期間の制御を、ECU17を用いて実行することで、燃料30及び火炎や高温の燃焼ガス31が第二キャビティ22へ直接噴射されることを抑止できる。また、燃料30及び火炎や高温の燃焼ガス31と第二キャビティ22との接触も抑制されるので、熱損失が低減され、燃費が向上する。   As described above, in the internal combustion engine having the piston 10 in which the cavity 20 is formed, the control of the fuel injection period based on the flowchart of FIG. It is possible to prevent 31 from being directly injected into the second cavity 22. In addition, since contact between the fuel 30 and the flame or the high-temperature combustion gas 31 and the second cavity 22 is suppressed, heat loss is reduced and fuel efficiency is improved.

実施例2では、図7に示すように第一キャビティ21に遮熱材19を配置する。遮熱材19には、ピストン10に用いる素材より低熱伝導性である素材、例えばセラミックを用いる。   In Example 2, as shown in FIG. 7, the heat shield 19 is disposed in the first cavity 21. The heat shield 19 is made of a material having a lower thermal conductivity than the material used for the piston 10, for example, ceramic.

これにより、インジェクタ16から噴射された燃料30もしくは火炎及び高温の燃焼ガス31が、第一キャビティ21と接触しても熱が奪われ難くなる。   Thereby, even if the fuel 30 or flame injected from the injector 16 and the high-temperature combustion gas 31 come into contact with the first cavity 21, it is difficult for heat to be taken away.

よって、本実施例によれば、第二キャビティ22で生じる熱損失のみならず、第一キャビティ21で生じる熱損失も低減できる、実施例1よりも更に燃費を向上させることができる。   Therefore, according to the present embodiment, not only the heat loss generated in the second cavity 22 but also the heat loss generated in the first cavity 21 can be reduced, and the fuel efficiency can be further improved compared to the first embodiment.

実施例3では、図8に示すように、インジェクタ16から噴射される燃料としてガス燃料、例えば水素ガス32を用い、水素ガス32の着火手段として点火プラグ19を用いる。また、水素ガス32の噴射角θは十分に広角(例えば170°)とする。 In the third embodiment, as shown in FIG. 8, gas fuel, for example, hydrogen gas 32 is used as fuel injected from the injector 16, and a spark plug 19 is used as ignition means for the hydrogen gas 32. In addition, the injection angle θ 2 of the hydrogen gas 32 is set to a sufficiently wide angle (for example, 170 °).

本実施例の場合、噴射角θを十分に広角設定しているため、上死点近傍で水素ガス32を噴射した場合でも、水素ガス32は第二キャビティ22に直接衝突することがなく、第一キャビティ21に衝突させることができる。すなわち、実施例2のように許容噴射開始時期及び許容噴射終了時期を算出し、上死点付近での燃料噴射を禁止する必要がなくなる。 In this embodiment, since the injection angle theta 2 sufficiently wide set, even when the injected hydrogen gas 32 in the vicinity of the top dead center, hydrogen gas 32 without impinging directly to the second cavity 22, The first cavity 21 can be made to collide. That is, it is not necessary to calculate the allowable injection start timing and the allowable injection end timing as in Embodiment 2 and prohibit the fuel injection near the top dead center.

噴射される燃料が液体燃料の場合、噴射角θのような広角で噴射すると空気との混合が難しくなり、エミッションが悪化する虞がある。しかし本実施例で噴射される燃料はガス燃料(水素ガス32)なので、噴射角θのような広角で噴射しても空気との混合が容易であり、エミッション性能を悪化させる虞が少ない。 If fuel injected is a liquid fuel, when injected at a wide angle, such as injection angle theta 2 becomes difficult mixing with air, there is a possibility that emission degradation. But the fuel injected in this embodiment because the fuel gas (hydrogen gas 32) is easily mixed with even air is injected at a wide angle, such as injection angle theta 2, it is less fear that exacerbate emission performance.

よって、エンジン性能を悪化させることなく圧縮上死点近傍での燃料噴射が可能となるため、常にベース噴射期間に基づいた噴射が可能となる。   Therefore, fuel injection near the compression top dead center can be performed without deteriorating engine performance, so that injection based on the base injection period is always possible.

10…ピストン、11…外周面、12…頂面、13…シリンダボア内面、14…リング溝、15…ピストンリング、16…インジェクタ、17…ECU、18…遮熱材、19…点火プラグ、20…キャビティ、21…第一キャビティ、22…第二キャビティ、23…従来のキャビティ、30…燃料、31…火炎や高温の燃焼ガス、32…水素ガス、A…第一キャビティの底面21aの内縁、C…中心軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Piston, 11 ... Outer peripheral surface, 12 ... Top surface, 13 ... Cylinder bore inner surface, 14 ... Ring groove, 15 ... Piston ring, 16 ... Injector, 17 ... ECU, 18 ... Heat shield, 19 ... Spark plug, 20 ... Cavity, 21 ... first cavity, 22 ... second cavity, 23 ... conventional cavity, 30 ... fuel, 31 ... flame and high-temperature combustion gas, 32 ... hydrogen gas, A ... inner edge of bottom surface 21a of the first cavity, C ... Center axis

Claims (2)

ピストンと、前記ピストンの頂面に設けられ、底面と側壁面とから成るキャビティと、前記キャビティに向かって燃料を噴射する燃料噴射手段と、燃料の噴射期間を制御する燃料噴射期間制御手段とを備える筒内噴射式内燃機関において、
前記キャビティは、前記ピストンの外周側に位置する第一キャビティと、前記ピストンの内周側に位置する第二キャビティとから成り、
前記第二キャビティは、前記第一キャビティにおける底面に設けられ、前記第一キャビティにおける底面を前記ピストンの中心軸に向けて延長した仮想延長底面よりも下方に位置するキャビティであって、
前記燃料噴射期間制御手段は、前記燃料噴射手段が噴射する燃料の中心軸とキャビティとの交点が前記第一キャビティの内縁よりも外周側に位置し、かつ前記第二キャビティに位置しないように、燃料の噴射期間を制御する
ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関。
A piston, a cavity provided on a top surface of the piston, and having a bottom surface and a side wall surface; fuel injection means for injecting fuel toward the cavity; and fuel injection period control means for controlling a fuel injection period. In the cylinder injection internal combustion engine provided,
The cavity consists of a first cavity located on the outer peripheral side of the piston and a second cavity located on the inner peripheral side of the piston,
The second cavity is a cavity that is provided on the bottom surface of the first cavity and is located below a virtual extended bottom surface that extends the bottom surface of the first cavity toward the central axis of the piston,
The fuel injection period control means is such that the intersection of the center axis of the fuel injected by the fuel injection means and the cavity is located on the outer peripheral side of the inner edge of the first cavity and not located in the second cavity. An in-cylinder internal combustion engine characterized by controlling a fuel injection period.
前記燃料噴射期間制御手段は、エンジン運転領域に応じたベース噴射期間を算出し、前記ベース噴射期間中に前記燃料噴射手段が噴射する燃料の中心軸とキャビティとの交点が前記第二キャビティに位置する場合、圧縮行程においては前記ベース噴射期間の噴射がより早く終了するように前記ベース噴射期間を補正し、膨張行程においては前記ベース噴射期間がより遅く開始するように前記ベース噴射期間を補正する
ことを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式内燃機関。
The fuel injection period control unit calculates a base injection period corresponding to an engine operating region, and an intersection of a center axis of fuel injected by the fuel injection unit and the cavity during the base injection period is located in the second cavity. If so, the base injection period is corrected so that the injection in the base injection period ends earlier in the compression stroke, and the base injection period is corrected so that the base injection period starts later in the expansion stroke. The in-cylinder injection internal combustion engine according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105045392A (en) * 2015-07-08 2015-11-11 武汉景山科技有限公司 Remote input method and remote input system of vehicular terminal
JP2016180360A (en) * 2015-03-24 2016-10-13 株式会社豊田中央研究所 diesel engine

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