JP2015063942A - Cylinder injection type internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関に関し、特にピストンの頂面にキャビティを形成し、このキャビティに向けて燃料を噴射する場合に好適なものである。 The present invention relates to an in-cylinder injection internal combustion engine that injects fuel into a cylinder, and is particularly suitable when a cavity is formed on the top surface of a piston and fuel is injected toward the cavity.
このように燃料噴射のためにピストンの頂面にキャビティを形成するものとしては、例えば下記特許文献1に記載されるものがある。この筒内噴射式内燃機関では、燃料噴射弁の燃料噴射方向に沿って複数のキャビティをピストンの頂面に洗濯板状に形成する。そして、夫々のキャビティの底面とピストン移動方向直交面とのなす角度を、燃料噴射方向下流側に向かうにつれて大きくする。この構成によれば、ピストンと衝突した後も霧化されずに進行する燃料が点火プラグに液滴のまま達することを抑制することができ、それにより点火プラグの燻りを抑制することができるとしている。 For example, the following Patent Document 1 discloses a technique for forming a cavity on the top surface of a piston for fuel injection. In this cylinder injection internal combustion engine, a plurality of cavities are formed in the shape of a washing plate on the top surface of the piston along the fuel injection direction of the fuel injection valve. The angle formed between the bottom surface of each cavity and the plane orthogonal to the piston movement direction is increased toward the downstream side in the fuel injection direction. According to this configuration, it is possible to suppress the fuel that is not atomized after colliding with the piston from reaching the spark plug as droplets, thereby suppressing the spark plug from being swung. Yes.
ところで、ピストンの頂面に形成されるキャビティには、前記特許文献1に記載されるもの以外にも種々のものがあるが、燃料噴射弁からキャビティに向けて燃料を噴射すると、燃料がキャビティの底面に付着することがある。そして、キャビティの底面に燃料が付着すると、すすが発生したり、排気ガス性能が低下したりすることがある。 By the way, there are various types of cavities formed on the top surface of the piston other than those described in Patent Document 1, but when fuel is injected from the fuel injection valve toward the cavity, the fuel is contained in the cavity. May stick to the bottom. If fuel adheres to the bottom surface of the cavity, soot may be generated or exhaust gas performance may be deteriorated.
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、ピストン頂面のキャビティに向けて燃料を噴射する場合でも、キャビティの底面への燃料の付着を抑制し、もってすすの発生や排ガス性能の低下を防止することが可能な筒内噴射式内燃機関を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made paying attention to the above problems, and even when fuel is injected toward the cavity on the top surface of the piston, the adhesion of the fuel to the bottom surface of the cavity is suppressed, so that An object of the present invention is to provide an in-cylinder injection internal combustion engine that can prevent generation and deterioration of exhaust gas performance.
上記課題を解決するために、発明の実施態様は、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関において、シリンダヘッドのシリンダブロック側面とピストンの頂面との間に形成される燃焼室と、前記燃焼室の中心上部に配置される点火プラグと、前記点火プラグを挟んで互いに対向する位置に開口する吸気ポート及び排気ポートと、前記ピストンの頂面に形成されるキャビティと、前記吸気ポートより前記燃焼室の外側に配置され、圧縮行程で前記キャビティ内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記キャビティの底面に形成され、前記キャビティの底面と斜めに交差する一対の斜面を稜線の両側に有し、夫々の稜線が前記燃料噴射弁から噴射される燃料の拡がり方向へ放射状に延びる複数のリブとを備えた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-described problems, an embodiment of the present invention provides a cylinder injection internal combustion engine that injects fuel into a cylinder, a combustion chamber formed between a cylinder block side surface of a cylinder head and a top surface of a piston. A spark plug disposed at an upper center portion of the combustion chamber, an intake port and an exhaust port opening at positions opposed to each other across the spark plug, a cavity formed in a top surface of the piston, and the intake port A fuel injection valve disposed outside the combustion chamber and injecting fuel into the cavity in a compression stroke; and a pair of slopes formed on the bottom surface of the cavity and obliquely intersecting the bottom surface of the cavity on both sides of the ridge line And a plurality of ribs each having a ridge line extending radially in the spreading direction of the fuel injected from the fuel injection valve. It is.
また、前記燃料噴射弁は、燃料を円錐状に噴射する燃料噴射口を複数備え、前記リブのうち少なくとも1つを、前記稜線が前記燃料噴射口から噴射される燃料の中心線の下方に配置した。 The fuel injection valve includes a plurality of fuel injection ports for injecting fuel in a conical shape, and at least one of the ribs is disposed below a center line of fuel injected from the fuel injection port. did.
而して、発明の実施態様によれば、ピストンの頂面にキャビティを形成し、圧縮行程でキャビティに燃料を噴射する燃料噴射弁を吸気ポートより燃焼室の外側に配置する。そして、キャビティの底面には、キャビティの底面と斜めに交差する一対の斜面を稜線の両側に有し、且つ夫々の稜線が燃料噴射弁から噴射される燃料の拡がり方向へ放射状に延びる複数のリブを形成する。そのため、燃焼室内の空気を圧縮する方向に移動する際、リブの斜面によって燃焼室内の空気を押すことができる。その際、互いに隣接するリブの斜面やキャビティの周縁部に隣接するリブの斜面によって空気はキャビティの底面或いはピストンの上面から離れる方向に旋回させられる。このような空気の流れによって、噴射された燃料をキャビティの底面或いはピストンの上面から離れる方向に旋回させ、燃料がキャビティの底面に付着することを抑制することができる。その結果、すすの発生と排気ガス性能の低下を防止することができる。また、各リブの稜線を燃料の拡がり方向に放射状に延ばしたため、斜面の法線方向に流れる空気を燃料の到達範囲全域に生成することができ、燃料がキャビティの底面に付着することをより確実に抑制することができる。 Thus, according to an embodiment of the invention, a cavity is formed in the top surface of the piston, and a fuel injection valve that injects fuel into the cavity in the compression stroke is disposed outside the combustion chamber from the intake port. The bottom surface of the cavity has a plurality of ribs that have a pair of slopes obliquely intersecting the bottom surface of the cavity on both sides of the ridge line, and each ridge line extends radially in the direction of spreading of the fuel injected from the fuel injection valve. Form. Therefore, when moving in the direction in which the air in the combustion chamber is compressed, the air in the combustion chamber can be pushed by the inclined surfaces of the ribs. At that time, the air is swirled away from the bottom surface of the cavity or the top surface of the piston by the slopes of the ribs adjacent to each other and the slopes of the ribs adjacent to the peripheral edge of the cavity. By such an air flow, the injected fuel can be swung in a direction away from the bottom surface of the cavity or the top surface of the piston, and the fuel can be prevented from adhering to the bottom surface of the cavity. As a result, it is possible to prevent soot generation and deterioration of exhaust gas performance. In addition, the ridgeline of each rib extends radially in the fuel spreading direction, so that air flowing in the normal direction of the slope can be generated throughout the fuel reach range, and it is more reliable that the fuel adheres to the bottom surface of the cavity. Can be suppressed.
また、燃料噴射弁は燃料を円錐状に噴射する燃料噴射口を複数備え、リブの稜線を燃料噴射口から噴射される燃料の中心線の下方に配置した。そのため、リブの稜線に対し、燃料を対称に旋回させることができる。その結果、燃料がキャビティの底面に付着するのを抑制しながら、混合気の濃度が極端に異なる領域が燃焼室内に生成されるのを抑制することができ、内燃機関として燃焼安定性を向上することができる。 The fuel injection valve has a plurality of fuel injection ports for injecting fuel in a conical shape, and the ridge line of the rib is arranged below the center line of the fuel injected from the fuel injection port. Therefore, the fuel can be turned symmetrically with respect to the ridgeline of the rib. As a result, it is possible to suppress the region where the concentration of the air-fuel mixture is extremely different from being generated in the combustion chamber while suppressing the fuel from adhering to the bottom surface of the cavity, thereby improving the combustion stability as an internal combustion engine. be able to.
次に、本発明の筒内噴射式内燃機関の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態の筒内噴射式内燃機関のポート中心での縦断面図、図2は、図1の筒内噴射式内燃機関の燃焼室中心での縦断面図である。これらの図では、シリンダブロックの図示を省略し、そのシリンダブロック部分では、シリンダブロック内に挿入固定されているスリーブ(シリンダ)1だけを示している。スリーブ1の内部には、気筒、所謂シリンダボアが形成される。 Next, an embodiment of a direct injection internal combustion engine of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view at the center of a port of the direct injection internal combustion engine of the present embodiment, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view at the center of a combustion chamber of the direct injection internal combustion engine of FIG. In these drawings, the cylinder block is not shown, and only the sleeve (cylinder) 1 inserted and fixed in the cylinder block is shown in the cylinder block portion. A cylinder, a so-called cylinder bore, is formed inside the sleeve 1.
スリーブ1を内装するシリンダブロックの上方にはシリンダヘッド2が搭載される。シリンダヘッド2の上方には、一般的に、図示しないシリンダヘッドカバーが取付けられる。また、シリンダブロックの下方にはクランクケースが形成され、一般的には、このクランクケースの下方にオイルパンが取付けられる。なお、内燃機関は、種々の向きで車両に搭載されるが、凡そシリンダブロックに対してシリンダヘッドが上方になるように搭載されるので、その方向を内燃機関の上方、逆方向を内燃機関の下方と定義する。
A
気筒内にはピストン3がスリーブ1の軸線方向、つまり内燃機関の上下方向にスライド自在に収納されている。また、シリンダブロック下方のクランクケース内には、クランク軸4が回転自在に支持されている。クランク軸4の軸線は、スリーブ1の軸線上を通り、図1、図2の紙面垂直方向に配置されている。このクランク軸4の軸線から偏心した部分にクランクピンが形成されており、このクランクピンとピストン3がコンロッド(コネクティングロッド)5によって連結されている。従って、ピストン3の内燃機関上下方向への往復運動はクランク軸4の回転運動に変換され、車両の駆動力として取り出される。なお、ピストン3の頂面の中心部には、キャビティ(窪み)13が形成されている。
A
本実施形態の内燃機関では、既存の内燃機関と同様に、シリンダヘッド2のシリンダブロック側面とピストン3の頂面との間に燃焼室6が形成される。本実施形態の燃焼室6は、所謂ペントルーフ型の燃焼室であり、この燃焼室6の中心上部に点火プラグ7が配置されている。また、燃焼室6の上面には、吸気ポート8及び排気ポート9が点火プラグ7を挟んで互いに対向する位置に開口している。本実施形態では、各燃焼室6に対して吸気ポート8及び排気ポート9が夫々2つずつ配置されているので、吸気ポート8及び排気ポート9の夫々は点火プラグ7に対してクランク軸線方向にずれている。そして、吸気ポート8は吸気バルブ10によって開閉され、排気ポート9は排気バルブ11によって開閉され、吸気バルブ10は図示しない吸気カムによって駆動され、排気バルブ11は図示しない排気カムによって駆動される。
In the internal combustion engine of the present embodiment, a
本実施形態では、前記吸気ポート8より燃焼室6の外側に燃料噴射弁12が配置されている。この燃料噴射弁12は、各気筒の圧縮行程で、前記ピストン3のキャビティ13に向けて燃料を噴射するものであり、そのため、本実施形態のような内燃機関を筒内噴射式内燃機関と呼んでいる。燃料噴射弁12には、種々の形態のものがあるが、本実施形態の燃料噴射弁12は、後述のように、燃料を円錐状、つまり先方拡がりに噴射する燃料噴射口を複数備えている。
In the present embodiment, a
図3は、図1の筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁及びピストンの斜視図、図4は、図3の燃料噴射弁及びピストンの平面図、図5は、図3の燃料噴射弁及びピストンの側面図、図6は、図1の筒内噴射式内燃機関のピストンの平面図、図7は、図6のピストンの縦断面図である。これらの図から明らかなように、本実施形態のピストン3には、キャビティ13の底面に放射状のリブ14が複数形成されている。これらのリブ14は、夫々の稜線が燃料噴射弁12から噴射される燃料の拡がり方向へ放射状に延びるように配置され、且つ各稜線の両側には、キャビティ13の底面と斜めに交差する一対の斜面が形成されている。また、前述したように、燃料噴射弁12は、燃料を円錐状に噴射する燃料噴射口を複数備えている。この燃料噴射口は、図では認識しにくいが、例えば図3、図4で噴射されている燃料の円錐形状が複数存在することから明らかである。そして、本実施形態では、各リブ14の稜線が各燃料噴射口から噴射される燃料の中心線の下方に配置されている。なお、ピストン3の頂面のうち、キャビティ13の周囲には、吸気バルブ10との干渉を回避するための吸気リセス(凹部)15及び排気バルブ11との干渉を回避するための排気リセス(凹部)16が形成されている。
3 is a perspective view of the fuel injection valve and piston of the direct injection internal combustion engine of FIG. 1, FIG. 4 is a plan view of the fuel injection valve and piston of FIG. 3, and FIG. 5 is the fuel injection valve of FIG. FIG. 6 is a side view of the piston, FIG. 6 is a plan view of the piston of the direct injection internal combustion engine of FIG. 1, and FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the piston of FIG. As is apparent from these drawings, the
図8は、本実施形態のピストン3のキャビティ13内における燃料の流れを示す説明図である。図中の小さな矢印が燃料の流れを示している。これに対し、図9は、従来のピストン3のキャビティ13内における燃料の流れを示す説明図である。ここでは、本実施形態と同じ符号を用いる。この従来のピストン3は、キャビティ13の底面にリブがなく、平坦である。図10は、図8の燃料の流れの模式図であり、図11は、図9の燃料の流れの模式図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the flow of fuel in the
例えば図10に表れるように、ピストン3が燃焼室6内の空気を圧縮する方向に移動する際、リブ14の斜面によって燃焼室6内の空気を押すことができる。その際、キャビティ13の周縁部とそれにリブ14の斜面、或いは互いに隣接するリブ14の斜面によって空気はキャビティ13の底面或いはピストン3の上面から離れる方向に旋回させられる。このような空気の流れによって、噴射された燃料Fをキャビティ13の底面或いはピストン3の上面から離れる方向に旋回させ、燃料Fがキャビティ13の底面に付着することを抑制することができる。その結果、すすの発生と排気ガス性能の低下を防止することができる。また、各リブ14の稜線を燃料の拡がり方向に放射状に延ばしたため、斜面の法線方向に流れる空気を燃料の到達範囲全域に生成することができ、燃料がキャビティ13の底面に付着することをより確実に抑制することができる。
For example, as shown in FIG. 10, when the
これに対し、キャビティ13の底面にリブが形成されていない従来のピストン3では、例えば図11に示すように、ピストン3が燃焼室6内の空気を圧縮する方向に移動するときの空気を押す方向と燃料Fの噴射方向とが単に逆向きになる。このとき、ピストン3の上面又はキャビティ13の底面の移動速度の方が燃料Fの噴射速度より大きいので、燃料Fがキャビティ13の底面に付着する。燃料Fが液体としてキャビティ13の底面に付着すると、混合気としての理想的な燃焼が得られず、排気ガス性能が低下するし、場合によっては燃料中の炭素成分が燃え残ってすすとなる。図12は、キャビティ13の底面に付着する燃料の付着量の説明図である。同図から明らかなように、圧縮上死点前にキャビティ13の底面に付着する燃料の付着量は、リブのないものよりもリブのあるものの方が少ない。このことからも、キャビティ13の底面にリブ14を形成し、そのリブ14の稜線の両側にキャビティ13の底面と斜めに交差する一対の斜面を形成し、リブ14の稜線を燃料噴射弁12から噴射される燃料の拡がり方向へ放射状に設定することによって、キャビティ13の底面への燃料の付着を抑制することが可能となる。
On the other hand, in the
更に本実施形態では、燃料噴射弁12は燃料を円錐状に噴射する燃料噴射口を複数備え、リブ14の稜線を燃料噴射口12から噴射される燃料の中心線の下方に配置した。そのため、リブ14の稜線に対し、燃料を対称に旋回させることができる。その結果、燃料がキャビティ13の底面に付着するのを抑制しながら、混合気の濃度が極端に異なる領域が燃焼室6内に生成されるのを抑制することができ、内燃機関として燃焼安定性を向上することができる。
Furthermore, in this embodiment, the
図13は、本発明の筒内噴射式内燃機関の他の実施形態を示すピストン3の頂面の平面図である。この実施形態では、燃焼室6の中心上部に燃料噴射弁12を配置し、その燃料噴射弁12からスリーブ(シリンダ)1の軸線方向に向けて燃料を噴射する。そのため、本実施形態のピストン3では、キャビティ13のピストン中心部に次第に先細りとなる突起17が形成されている。このように、燃焼室6の中心上部から気筒の中心に向けて燃料を噴射する場合には、キャビティ13のピストン中心部に設けた突起17によって空気の旋回流が発生し、前述の実施形態と同様に、キャビティ13の底面への燃料の付着を抑制することができる。
FIG. 13 is a plan view of the top surface of the
1はスリーブ(シリンダ)
2はシリンダヘッド
3はピストン
4はクランク軸
5はコンロッド
6は燃焼室
7は点火プラグ
8は吸気ポート
9は排気ポート
10は吸気バルブ
11は排気バルブ
12は燃料噴射弁
13はキャビティ
14はリブ
15は吸気リセス
16は排気リセス
17は突起
1 is a sleeve (cylinder)
2 is a
Claims (2)
シリンダヘッドのシリンダブロック側面とピストンの頂面との間に形成される燃焼室と、
前記燃焼室の中心上部に配置される点火プラグと、
前記点火プラグを挟んで互いに対向する位置に開口する吸気ポート及び排気ポートと、
前記ピストンの頂面に形成されるキャビティと、
前記吸気ポートより前記燃焼室の外側に配置され、圧縮行程で前記キャビティ内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記キャビティの底面に形成され、前記キャビティの底面と斜めに交差する一対の斜面を稜線の両側に有し、夫々の稜線が前記燃料噴射弁から噴射される燃料の拡がり方向へ放射状に延びる複数のリブと
を備えたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関。 In a cylinder injection internal combustion engine that injects fuel into a cylinder,
A combustion chamber formed between the cylinder block side surface of the cylinder head and the top surface of the piston;
A spark plug disposed at the upper center of the combustion chamber;
An intake port and an exhaust port that open to positions facing each other across the spark plug;
A cavity formed in the top surface of the piston;
A fuel injection valve disposed outside the combustion chamber from the intake port and injecting fuel into the cavity in a compression stroke;
A plurality of slopes formed on the bottom surface of the cavity and obliquely intersecting the bottom surface of the cavity on both sides of the ridgeline, each ridgeline extending radially in the direction of spreading of the fuel injected from the fuel injection valve A cylinder injection internal combustion engine comprising a rib.
前記リブのうち少なくとも1つを、前記稜線が前記燃料噴射口から噴射される燃料の中心線の下方に配置した
ことを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式内燃機関。 The fuel injection valve includes a plurality of fuel injection ports for injecting fuel in a conical shape,
2. The direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein at least one of the ribs is disposed below a center line of fuel in which the ridge line is injected from the fuel injection port.
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JP2013198342A JP2015063942A (en) | 2013-09-25 | 2013-09-25 | Cylinder injection type internal combustion engine |
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