JP2936806B2 - In-cylinder internal combustion engine - Google Patents

In-cylinder internal combustion engine

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JP2936806B2
JP2936806B2 JP3160639A JP16063991A JP2936806B2 JP 2936806 B2 JP2936806 B2 JP 2936806B2 JP 3160639 A JP3160639 A JP 3160639A JP 16063991 A JP16063991 A JP 16063991A JP 2936806 B2 JP2936806 B2 JP 2936806B2
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fuel
fuel injection
injected
load operation
center
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辰夫 小林
徳彦 中村
憲一 野村
裕昭 仁平
浩一 中田
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Toyota Motor Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F1/42Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4214Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
    • F02F1/4221Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder particularly for three or more inlet valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/12Other methods of operation
    • F02B2075/125Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は筒内噴射式内燃機関に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct injection internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】ピストン頂面上に凹溝を形成し、機関低
負荷運転時には圧縮行程末期に燃料噴射弁から凹溝内に
燃料を噴射し、機関高負荷運転時には吸気行程初期に燃
料噴射弁から凹溝内に燃料を噴射するようにした筒内噴
射式内燃機関が公知である(特開平2−169834号公報参
照) 。この内燃機関では燃料噴射量が少ない機関低負荷
運転時には圧縮行程末期に凹溝内に燃料を噴射すること
によって点火栓周りに着火可能な混合気を形成し、燃料
噴射量が多い機関高負荷運転時には吸気行程初期に凹溝
内に燃料を噴射することによって燃焼室内に均一混合気
を形成するようにしている。
2. Description of the Related Art A groove is formed on the top surface of a piston to inject fuel into the groove from a fuel injection valve at the end of a compression stroke during low engine load operation, and at the beginning of an intake stroke during high engine load operation. 2. Description of the Related Art A direct injection internal combustion engine in which fuel is injected into a concave groove is known (see JP-A-2-169834). In this internal combustion engine, during engine low load operation with a small fuel injection amount, fuel is injected into the groove at the end of the compression stroke to form an ignitable mixture around the spark plug, and engine high load operation with a large fuel injection amount Sometimes, a fuel-air mixture is formed in the combustion chamber by injecting fuel into the groove at the beginning of the intake stroke.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
に機関高負荷運転時に凹溝内に燃料を噴射しても多量の
噴射燃料の微粒化を促進して十分に気化した均一混合気
を燃焼室内に形成するのは困難である。
However, even when fuel is injected into the groove during high engine load operation as described above, a large amount of homogeneous fuel-air mixture is promoted by promoting the atomization of a large amount of injected fuel into the combustion chamber. It is difficult to form.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によればシリンダヘッド内壁面の中心部に点
火栓を配置し、シリンダヘッド内壁面の周縁部に一対の
燃料噴射弁を並設し、ピストン頂面上に点火栓の下方か
らこれら燃料噴射弁側に向けて延びる凹溝を形成して機
関低負荷運転時には一方の燃料噴射弁から凹溝内に向け
て燃料を噴射し、点火栓下方の凹溝端部周りに広がるピ
ストン頂面中心部の周縁部を上方に凸の角部から形成し
て機関高負荷運転時には一対の燃料噴射弁からピストン
頂面中心部に向けて燃料を噴射すると共に各燃料噴射弁
から噴射された燃料噴霧をピストン頂面中心部に向け飛
行中に互いに交差させるようにしている。
According to the present invention, an ignition plug is disposed at the center of an inner wall surface of a cylinder head, and a pair of fuel injection valves is provided at a peripheral portion of the inner wall surface of the cylinder head. In parallel, a groove is formed on the top surface of the piston and extends from below the spark plug toward these fuel injection valves, and fuel is injected from one of the fuel injection valves into the groove during low engine load operation. The peripheral edge of the center of the piston top surface spreading around the end of the groove below the spark plug is formed from an upwardly convex corner so that fuel can flow from a pair of fuel injection valves toward the center of the piston top surface during high engine load operation. And the fuel spray injected from each fuel injection valve is directed toward the center of the piston top surface so as to cross each other during flight.

【0005】[0005]

【作用】機関高負荷運転時に各燃料噴射弁から噴射され
た燃料噴霧が飛行中に交差したときに第1回目の燃料の
微粒化作用が行われ、噴射燃料がピストン頂面中心部に
衝突したときに第2回目の燃料の微粒化作用が行われ、
ピストン頂面中心部に衝突した後ピストン頂面中心部上
を流れる燃料がピストン頂面中心部周縁の角部を通過す
る際に第3回目の燃料の微粒化作用が行われる。
When the fuel spray injected from each fuel injection valve intersects during flight during high engine load operation, the first fuel atomization action is performed, and the injected fuel collides with the center of the piston top surface. Sometimes the second atomization of fuel is performed,
After the fuel flowing on the center of the piston top surface after colliding with the center of the piston top surface passes through the corner of the peripheral edge of the center of the piston top surface, the third atomization of the fuel is performed.

【0006】[0006]

【実施例】図2および図3を参照すると、1はシリンダ
ブロック、2はシリンダブロック1内で往復動するピス
トン、3はシリンダブロック1上に固定されたシリンダ
ヘッド、4はシリンダヘッド3の内壁面3aとピストン
2の頂面間に形成された燃焼室を夫々示す。シリンダヘ
ッド内壁面3a上には凹溝5が形成され、この凹溝5の
底壁面をなすシリンダヘッド内壁面部分3b上に一対の
給気弁6が配置される。一方、凹溝5を除くシリンダヘ
ッド内壁面部分3cは傾斜したほぼ平坦をなし、このシ
リンダヘッド内壁面部分3c上に3個の排気弁7が配置
される。シリンダヘッド内壁面部分3bとシリンダヘッ
ド内壁面部分3cは凹溝5の周壁8を介して互いに接続
されている。
2 and 3, reference numeral 1 denotes a cylinder block, 2 denotes a piston reciprocating in the cylinder block 1, 3 denotes a cylinder head fixed on the cylinder block 1, and 4 denotes a cylinder head. The combustion chamber formed between the wall surface 3a and the top surface of the piston 2 is shown. A concave groove 5 is formed on the cylinder head inner wall surface 3a, and a pair of air supply valves 6 are arranged on the cylinder head inner wall surface portion 3b that forms the bottom wall surface of the concave groove 5. On the other hand, the cylinder head inner wall surface portion 3c excluding the concave groove 5 is inclined and substantially flat, and three exhaust valves 7 are arranged on the cylinder head inner wall surface portion 3c. The cylinder head inner wall surface portion 3b and the cylinder head inner wall surface portion 3c are connected to each other via the peripheral wall 8 of the concave groove 5.

【0007】この凹溝周壁8は給気弁6の周縁部に極め
て近接配置されかつ給気弁6の周縁部に沿って円弧状に
延びる一対のマスク壁8aと、給気弁6間に位置する新
気ガイド壁8bと、シリンダヘッド内壁面3aの周壁と
給気弁6間に位置する一対の新気ガイド壁8cとにより
構成される。各マスク壁8aは最大リフト位置にある給
気弁6よりも下方まで燃焼室4に向けて延びており、従
って排気弁7側に位置する給気弁6周縁部と弁座9間の
開口は給気弁6の開弁期間全体に亙ってマスク壁8aに
より閉鎖されることになる。また、各新気ガイド壁8
b,8cはほぼ同一平面内に位置しており、更にこれら
の新気ガイド壁8b,8cは両給気弁6の中心を結ぶ線
に対してほぼ平行に延びている。点火栓10はシリンダヘ
ッド内壁面3aの中心に位置するようにシリンダヘッド
内壁面部分3c上に配置されている。一方、排気弁7に
対しては排気弁7と弁座11間の開口を覆うマスク壁が設
けられておらず、従って排気弁7が開弁すると排気弁7
と弁座11間に形成される開口はその全体が燃焼室4内に
開口することになる。
The peripheral wall 8 of the concave groove is located between the pair of mask walls 8a, which are disposed very close to the peripheral edge of the air supply valve 6 and extend in an arc along the peripheral edge of the air supply valve 6, and the air supply valve 6. And a pair of fresh air guide walls 8c located between the supply wall 6 and the peripheral wall of the cylinder head inner wall surface 3a. Each mask wall 8a extends toward the combustion chamber 4 below the intake valve 6 at the maximum lift position, so that the opening between the peripheral portion of the intake valve 6 located on the exhaust valve 7 side and the valve seat 9 is formed. The air supply valve 6 is closed by the mask wall 8a throughout the opening period of the air supply valve 6. In addition, each fresh guide wall 8
The fresh air guide walls 8b and 8c extend substantially parallel to a line connecting the centers of the two air supply valves 6. The ignition plug 10 is disposed on the cylinder head inner wall surface portion 3c so as to be located at the center of the cylinder head inner wall surface 3a. On the other hand, the exhaust valve 7 is not provided with a mask wall that covers the opening between the exhaust valve 7 and the valve seat 11, so that when the exhaust valve 7 is opened, the exhaust valve 7
The entire opening formed between the valve seat 11 and the valve seat 11 opens into the combustion chamber 4.

【0008】シリンダヘッド3内には給気弁6に対して
給気ポート12が形成され、排気弁7に対して排気ポート
13が形成される。一方、各給気弁6近傍のシリンダヘッ
ド内壁面3aの周縁部には一対の燃料噴射弁、即ち第1
燃料噴射弁14aと第2燃料噴射弁14bとが配置され、こ
れら燃料噴射弁14a,14bから燃料が燃焼室4内に向け
て噴射される。
An air supply port 12 is formed in the cylinder head 3 for the air supply valve 6, and an exhaust port is formed for the exhaust valve 7.
13 is formed. On the other hand, a pair of fuel injection valves, that is, a first fuel injection valve,
A fuel injection valve 14a and a second fuel injection valve 14b are arranged, and fuel is injected from the fuel injection valves 14a and 14b into the combustion chamber 4.

【0009】図1および図2に示されるようにピストン
2の頂面上には点火栓10の下方から各燃料噴射弁14a,
14bの先端部の下方まで延びる凹溝15が形成される。こ
の凹溝15は点火栓10下方の凹溝端部15aから燃料噴射弁
14a,14b側に向けて次第に拡開しつつ延びる一対の側
壁面15bと、ほぼ平坦をなす底壁面15cとにより画定さ
れ、図2に示されるように凹溝端部15aは上方に向けて
ほぼ垂直方向に延びる壁面から形成される。また、図1
からわかるように凹溝端部15aは点火栓10と燃料噴射弁
14a,14b間の中央を通る垂直平面K−K上に形成され
ており、各側壁面15bはこの垂直平面K−Kに関して対
称的な形状を有する。従って凹溝15は垂直平面K−Kに
関して対称的な形状を有することになる。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the fuel injection valves 14a, 14a,
A concave groove 15 extending below the tip of 14b is formed. The groove 15 extends from the groove end 15a below the spark plug 10 to the fuel injection valve.
The groove end 15a is defined by a pair of side wall surfaces 15b extending toward the sides 14a and 14b while gradually expanding and a substantially flat bottom wall surface 15c. As shown in FIG. It is formed from a wall extending in the direction. FIG.
As can be seen, the groove end 15a is the ignition plug 10 and the fuel injection valve.
It is formed on a vertical plane KK passing through the center between 14a and 14b, and each side wall surface 15b has a symmetrical shape with respect to this vertical plane KK. Accordingly, the concave groove 15 has a symmetrical shape with respect to the vertical plane KK.

【0010】一方、図1および図2に示されるようにピ
ストン2の頂面の中央には凹溝端部15a周りに広がるピ
ストン頂面中心部16が形成され、このピストン頂面中心
部16は凹溝15に向けて次第に下降する円錐面から形成さ
れている。また、ピストン頂面中心部16の周縁部16aは
その全長に亘って上方に凸の角部から形成されている。
また、図2に示されるようにピストン2が上死点に達す
ると点火栓10に関し凹溝15と反対側に位置するピストン
2の頂面部分とシリンダヘッドヘッド内壁面部分3cと
の間にはスキッシュエリア17が形成される。
On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 2, a center portion 16 of the piston top surface is formed at the center of the top surface of the piston 2 and extends around the groove end 15a. It is formed of a conical surface that gradually descends toward the groove 15. The peripheral edge 16a of the central portion 16 of the piston top surface is formed from a corner that is upwardly convex over the entire length.
As shown in FIG. 2, when the piston 2 reaches the top dead center, there is a gap between the top surface of the piston 2 located on the opposite side of the groove 15 with respect to the ignition plug 10 and the inner wall surface portion 3c of the cylinder head. A squish area 17 is formed.

【0011】図4に示されるように図1から図3に示す
実施例では排気弁7が給気弁6よりも先に開弁し、排気
弁7が給気弁6よりも先に閉弁する。また、図4におい
てIl は機関低負荷運転時における燃料噴射時期を示し
ており、Im1およびIm2は機関中負荷運転時における燃
料噴射時期を示しており、Ih1,Ih2は機関高負荷運転
時における燃料噴射時期を示している。図4から機関高
負荷運転時における燃料噴射Ih1,Ih2は排気弁7が閉
弁する頃に行われ、機関低負荷運転時における燃料噴射
Il は高負荷運転時に比べてかなり遅い時期に行われる
ことがわかる。また、機関中負荷運転時には2回に分け
て燃料噴射Im1およびIm2が行われ、このとき第1回目
の燃料噴射Im1は機関高負荷運転時とほぼ同じ時期に行
われ、第2回目の燃料噴射Im2は機関低負荷運転時とほ
ぼ同じ時期に行われることがわかる。
As shown in FIG. 4, in the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the exhaust valve 7 opens before the air supply valve 6, and the exhaust valve 7 closes before the air supply valve 6. I do. Further, Il in Figure 4 shows the fuel injection timing at the time of engine low load operation, Im 1 and Im 2 shows the fuel injection timing during in the engine load operation, Ih 1, Ih 2 high engine load This shows the fuel injection timing during operation. From FIG. 4, the fuel injections Ih 1 and Ih 2 during the high engine load operation are performed when the exhaust valve 7 is closed, and the fuel injection Il during the low engine load operation is performed much later than during the high load operation. It is understood that it is done. Further, the fuel injection Im 1 and Im 2 in twice is performed at the time during the engine load operation, the fuel injection Im 1 of the first round this time is performed at a time substantially the same as the time of engine high load operation, the second time It can be understood that the fuel injection Im 2 is performed at substantially the same time as during the low-load operation of the engine.

【0012】なお、図1から図3に示す実施例では機関
低負荷運転時における燃料噴射Ilおよび機関中負荷運
転時における第2回目の燃料噴射Im2は第1燃料噴射弁
14aにより行われ、機関中負荷運転時における第1回目
の燃料噴射Im1は第2燃料噴射弁14bにより行われ、機
関高負荷運転時における燃料噴射Ih1およびIh2は第1
燃料噴射弁14aおよび第2燃料噴射弁14bの双方により
行われる。
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the fuel injection Il at the time of low engine load operation and the second fuel injection Im 2 at the time of medium engine load operation are performed by the first fuel injection valve.
Performed by 14a, the first fuel injection Im 1 when while the engine load operation is carried out by the second fuel injection valve 14b, the fuel injection Ih 1 and Ih 2 at the time of engine high load operation is first
This is performed by both the fuel injection valve 14a and the second fuel injection valve 14b.

【0013】図5に示されるように給気弁6および排気
弁7が開弁すると給気弁6を介して燃焼室4内に空気が
流入する。このとき、排気弁7側の給気弁6の開口はマ
スク壁8aによって覆われているので空気はマスク壁8
aと反対側の給気弁6の開口から燃焼室4内に流入す
る。この空気は矢印Wで示すように給気弁6下方のシリ
ンダボア内壁面に沿い下降し、次いでピストン2の頂面
に沿い進んで排気弁7下方のシリンダボア内壁面に沿い
上昇し、斯くして空気は燃焼室4内をループ状に流れる
ことになる。このループ状に流れる空気Wによって燃焼
室4内の既燃ガスが排気弁7を介して排出され、更にこ
のループ状に流れる空気Wによって燃焼室4内には垂直
面内で旋回する旋回流Xが発生せしめられる。次いでピ
ストン2が下死点BDCを過ぎて上昇を開始するとその
後燃料噴射弁14a,14bからの燃料噴射が開始される。
As shown in FIG. 5, when the air supply valve 6 and the exhaust valve 7 are opened, air flows into the combustion chamber 4 through the air supply valve 6. At this time, since the opening of the air supply valve 6 on the exhaust valve 7 side is covered by the mask wall 8a, air is
The gas flows into the combustion chamber 4 from the opening of the air supply valve 6 on the side opposite to the side a. This air descends along the inner wall surface of the cylinder bore below the air supply valve 6 as indicated by the arrow W, and then travels along the top surface of the piston 2 and rises along the inner wall surface of the cylinder bore below the exhaust valve 7, and Will flow in a loop in the combustion chamber 4. The burned gas in the combustion chamber 4 is discharged through the exhaust valve 7 by the air W flowing in the loop, and the swirling flow X swirling in the vertical plane in the combustion chamber 4 by the air W flowing in the loop. Is generated. Next, when the piston 2 starts rising after passing the bottom dead center BDC, fuel injection from the fuel injection valves 14a and 14b is thereafter started.

【0014】次に図6から図11を参照して機関低負荷運
転時、機関中負荷運転時および機関高負荷運転時におけ
る燃料噴射方法について説明する。なお、図6は機関低
負荷運転時における燃料噴射Il および機関中負荷運転
時における第2回目の燃料噴射Im2を示しており、図9
は機関中負荷運転時における第1回目の燃料噴射Im1
示しており、図10は機関高負荷運転時における燃料噴射
Ih1およびIh2を示している。
Next, with reference to FIGS. 6 to 11, a description will be given of a fuel injection method during low engine load operation, medium engine load operation and high engine load operation. FIG. 6 shows the fuel injection Il during the low engine load operation and the second fuel injection Im 2 during the medium engine load operation.
Shows a first fuel injection Im 1 during medium load operation the engine, Figure 10 shows a fuel injection Ih 1 and Ih 2 at the time of engine high load operation.

【0015】図6に示されるように機関低負荷運転時お
よび機関中負荷運転時の2回目の燃料噴射時には燃料は
第1燃料噴射弁14aから凹溝底壁面15cに向けて斜めに
噴射される。この噴射燃料は凹溝底壁面15c上に衝突し
た後凹溝側壁面15bに沿いつつ凹溝端部15aに向けて進
行する。次にこのときの噴射燃料の挙動について図7を
参照しつつ説明する。図7において鎖線Rは凹溝底壁面
15c上における噴射燃料の衝突領域を示しており、矢印
1,F2 は噴射燃料の代表的な2つの流れを示してい
る。図7に示されるように噴射燃料F1,F2 は凹溝底壁
面15c上に衝突後も慣性力によって噴射方向に進行し、
次いで凹溝側壁面15bまで進んだ後に凹溝側壁面15bに
沿いつつ凹溝端部15aに向けて進行する。ところで各凹
溝側壁面15bは凹溝端部15aから燃料噴射弁14a,14b
側に向けてほぼまっすぐに延びているので凹溝側壁面15
bに対する各噴射燃料F1,F2 の入射角θ12 は噴射
中心に近い噴射燃料ほど小さくなり、従って凹溝側壁面
15bに沿って進行を開始しはじめたときの各噴射燃料F
1,F2 の流動速度v1,v2 は噴射中心に近い噴射燃料ほ
ど速くなる。
As shown in FIG. 6, at the time of the second fuel injection at the time of the engine low load operation and the engine middle load operation, the fuel is obliquely injected from the first fuel injection valve 14a toward the groove bottom wall surface 15c. . The injected fuel collides with the groove bottom wall surface 15c and then proceeds toward the groove end 15a along the groove side wall surface 15b. Next, the behavior of the injected fuel at this time will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the chain line R is the bottom wall of the groove.
The collision area of the injected fuel on 15c is shown, and arrows F 1 and F 2 show two typical flows of the injected fuel. As shown in FIG. 7, the injected fuels F 1 and F 2 continue to travel in the injection direction due to the inertial force even after colliding on the groove bottom wall surface 15c.
Next, after proceeding to the groove side wall surface 15b, it proceeds toward the groove end portion 15a along the groove side wall surface 15b. By the way, each groove side wall surface 15b extends from the groove end 15a to the fuel injection valve 14a, 14b.
Since it extends almost straight toward the side, the concave groove side wall surface 15
The incident angles θ 1 , θ 2 of the injected fuels F 1 , F 2 with respect to b become smaller as the injected fuel is closer to the injection center.
Each injected fuel F when it starts to proceed along 15b
The flow velocities v 1 , v 2 of F 1 and F 2 increase as the injected fuel is closer to the injection center.

【0016】これに対して図8に示されるようにピスト
ン2′の頂面上に形成された凹溝15′の輪郭形状を円形
とし、燃料噴射弁14′から凹溝15′の平坦な底壁面15
c′上に燃料を噴射すると凹溝側壁面15b′に対する各
噴射燃料F1 ′, F2 ′の入射角θ1 ′, θ2 ′は噴射
中心に近い噴射燃料ほど大きくなり、従って凹溝側壁面
15b′に沿って進行を開始しはじめたときの噴射燃料F
1 ′, F2 ′の流動速度v1 ′, v2 ′は噴射中心に近
い噴射燃料ほど遅くなる。ところがこのようにv 1 ′>
2 ′なる関係があると各凹溝側壁面15b′に沿って流
れる燃料又は混合気はほぼ同時期に凹溝端部15a′に集
まり、次いでほぼ同時期に凹溝端部15a′に沿って上昇
して点火栓10の周りに混合気を形成することになる。従
ってこの場合には常にほぼ全噴射燃料によって点火栓10
の周りに混合気が形成されることになり、従ってこのと
き点火栓10周りに形成される混合気の濃度は燃料噴射量
を制御する以外の方法によっては制御することができな
いことになる。斯くして例えば燃料噴射量が少ないとき
に点火栓10の周りに最適な混合気を形成しようとすると
燃料噴射量が増大したときには点火栓10周りに形成され
る混合気は過濃となり、斯くして点火栓10による良好な
着火が得られないばかりでなく、たとえ着火したとして
も多量の未燃HC, COが発生することになる。
On the other hand, as shown in FIG.
The contour of the concave groove 15 'formed on the top surface of the
From the fuel injection valve 14 'to the flat bottom wall 15 of the concave groove 15'.
When fuel is injected onto c ', each of the
Injected fuel F1', FTwo'Incident angle θ1 ′, ΘTwo′ Is injection
The closer the injection fuel is to the center, the larger it is
Injected fuel F when it starts to proceed along 15b '
1', FTwo'Flow velocity v1', VTwo′ Is near the injection center
The slower the injected fuel, the slower it will be. However, like this 1'>
vTwo′, The flow along each groove side wall surface 15b ′
The fuel or air-fuel mixture collected at the groove end 15a 'at about the same time.
And then rises along the groove end 15a 'at about the same time
As a result, an air-fuel mixture is formed around the ignition plug 10. Obedience
In this case, the ignition plug 10
A mixture is formed around the
The concentration of the mixture formed around the spark plug 10 is the fuel injection amount
Cannot be controlled by any method other than controlling
Will be. Thus, for example, when the fuel injection amount is small
Try to form the optimal mixture around spark plug 10
When the fuel injection amount increases, it is formed around the spark plug 10
The air-fuel mixture becomes excessively rich, thus
Not only can not get the ignition, even if the ignition
This also generates a large amount of unburned HC and CO.

【0017】これに対して図7に示されるようにv1
2 なる関係があると噴射燃料F2 が凹溝端部15aに到
達しても噴射燃料F1 は依然として凹溝端部15aに向け
て進行中であり、従って各噴射燃料F1,F2 が凹溝端部
15aに到達するのに時間差を生ずることになる。このよ
うに各噴射燃料F1,F2 が凹溝端部15aに到達するのに
時間差を生ずると点火栓10周りに形成される混合気は時
間を経過するにつれて次第に濃くなることになり、従っ
てこの場合には燃料噴射量が一定であっても燃料噴射か
ら点火が行われるまでの時間を制御することによって点
火が行われるときに点火栓10周に形成される混合気の濃
度を制御できることになる。云い換えると点火が行われ
るときに点火栓10周りに最適な濃度の混合気が形成され
るように点火時期又は噴射時期を制御することによって
点火が行われるときに点火栓10周りに常に最適な混合気
を形成できることになる。従って図7に示すような形状
の凹溝15を用いると燃料噴射量によらずに点火栓10によ
る良好な着火を確保できることになる。
On the other hand, as shown in FIG. 7, v 1 <
v injected fuel F 1 even 2 becomes associated with the injected fuel F 2 has reached the groove end portion 15a is still in progress toward the groove end 15a, so that each injection fuel F 1, F 2 is concave Groove end
There will be a time difference to reach 15a. If a time lag occurs between each of the injected fuels F 1 and F 2 reaching the groove end 15a, the air-fuel mixture formed around the ignition plug 10 gradually becomes thicker as time passes. In this case, even if the fuel injection amount is constant, it is possible to control the concentration of the air-fuel mixture formed around the ignition plug 10 when the ignition is performed by controlling the time from the fuel injection to the ignition. . In other words, by controlling the ignition timing or the injection timing such that an optimum concentration of the mixture is formed around the ignition plug 10 when the ignition is performed, the optimum around the ignition plug 10 is always achieved when the ignition is performed. An air-fuel mixture can be formed. Therefore, if the concave groove 15 having the shape as shown in FIG. 7 is used, it is possible to secure good ignition by the ignition plug 10 irrespective of the fuel injection amount.

【0018】上述したように噴射燃料は慣性力によって
凹溝底壁面15c上を点火栓10の下方に向けて流れる。と
ころで図5に示されるように燃焼室4内に発生した旋回
流Xはピストン2が上昇するにつれて減衰しつつ旋回半
径が次第に小さくなり、ピストン2が上死点に近づくと
図6に示されるように凹溝底壁面15cに沿う旋回流Xと
なる。従って、噴射燃料はこの旋回流Xによっても点火
栓10の下方に向かう力が与えられる。また、ピストン2
が更に上死点に近づくと図6において矢印Sで示すよう
にスキッシュエリア17からスキッシュ流が噴出し、この
スキッシュ流Sも凹溝底壁面15cに沿って進む。従って
噴射燃料はこのスキッシュ流Sによっても点火栓10の下
方に向かう力が与えられる。また、凹溝底壁面15cに沿
い点火栓10の下方に向かう燃料は旋回流Xおよびスキッ
シュ流Sによって気化せしめられ、斯くして点火栓10の
周りに集まる混合気は十分に気化せしめられることにな
る。
As described above, the injected fuel flows toward the lower side of the spark plug 10 on the groove bottom wall surface 15c by inertia force. By the way, as shown in FIG. 5, the swirling flow X generated in the combustion chamber 4 is attenuated as the piston 2 rises and the swirling radius gradually decreases, and as shown in FIG. 6, when the piston 2 approaches the top dead center. A swirling flow X along the groove bottom wall surface 15c is formed. Therefore, the injected fuel is given a force directed downward of the ignition plug 10 also by the swirling flow X. Also, piston 2
6 further approaches the top dead center, a squish flow is ejected from the squish area 17 as shown by an arrow S in FIG. Therefore, the squish flow S gives the injected fuel a downward force on the ignition plug 10. In addition, the fuel flowing down the spark plug 10 along the groove bottom wall surface 15c is vaporized by the swirl flow X and the squish flow S, and thus, the air-fuel mixture collected around the spark plug 10 is sufficiently vaporized. Become.

【0019】一方、機関中負荷運転時の第1回目の燃料
噴射時には図9に示されるようにピストン2が低い位置
にあるときに第2燃料噴射弁14bからピストン頂面中心
部16に向けて燃料が噴射される。この噴射燃料はピスト
ン頂面中心部16に衝突したときに微粒化せしめられ、こ
のとき微粒化されなかった噴射燃料は液状の形でピスト
ン頂面中心部16上をピストン頂面中心部16の周縁部16a
に向けて流れる。このピストン頂面中心部16の周縁部16
aは前述したように角部となっているのでピストン頂面
中心部16上を流れる燃料はピストン頂面中心部16の周縁
部16aを通過するときにピストン頂面から剥離して微粒
化せしめられる。このように機関中負荷運転時の第1回
目の燃料噴射時には2段階の微粒化作用が行われるので
噴射燃料は良好に微粒化せしめられ、斯くして燃焼室4
内には均一混合気が形成される。なお、この均一混合気
は稀薄な混合気からなり、この稀薄混合気は第2回目の
燃料噴射Im2により点火栓10周りに形成された混合気が
着火源となって燃焼せしめられる。
On the other hand, at the time of the first fuel injection during the engine middle load operation, as shown in FIG. 9, when the piston 2 is at the low position, the second fuel injection valve 14b moves toward the center 16 of the piston top surface. Fuel is injected. This injected fuel is atomized when it collides with the center 16 of the piston top surface, and the injected fuel that has not been atomized at this time is in a liquid form on the center 16 of the piston top surface, and the periphery of the center portion 16 of the piston top surface. Part 16a
Flows towards Peripheral part 16 of this piston top surface center part 16
Since a is a corner as described above, the fuel flowing on the central portion 16 of the piston top surface is separated from the piston top surface and atomized when passing through the peripheral portion 16a of the central portion 16 of the piston top surface. . As described above, during the first fuel injection during the engine middle load operation, the two-stage atomization action is performed, so that the injected fuel is atomized satisfactorily.
Inside, a homogeneous mixture is formed. This homogeneous mixture is made up of a lean mixture, and the lean mixture is burned by the second fuel injection Im2 with the mixture formed around the ignition plug 10 serving as an ignition source.

【0020】一方、機関高負荷運転時には図10および図
11に示されるように第1燃料噴射弁14aおよび第2燃料
噴射弁14b(図10には図示されていない)の双方からピ
ストン頂面中心部16に向けて燃料が噴射される。図11に
おいてハッチング領域K1 は第1燃料噴射弁14aから噴
射された燃料のピストン2頂面に対する衝突領域を示し
ており、ハッチング領域K2 は第2燃料噴射弁14bから
噴射された燃料のピストン2頂面に対する衝突領域を示
している。図11からわかるように各燃料噴射弁14a,14
bから噴射された燃料噴霧はピストン頂面中心部16に向
けて飛行中に互いに交差する。このように燃料噴霧が互
いに交差すると各燃料噴霧内の燃料粒子が互いに衝突し
て分裂し、斯くして燃料が微粒化せしめられる。このよ
うに機関高負荷運転時には燃料噴霧が互いに交差するこ
とによって最初の微粒化作用が行われる。次いで各燃料
噴霧がピストン頂面中心部16に衝突したときに第2回目
の微粒化作用が行われ、ピストン頂面中心部16上を流れ
る燃料がピストン頂面中心部16の周縁部16aを通過する
際に第3回目の微粒化作用が行われる。このように機関
高負荷運転時には3段階の微粒化作用が行われるので噴
射燃料は良好に微粒化せしめられ、斯くして燃焼室4内
には十分に気化した均一混合気が形成される。機関高負
荷運転時にはこの均一混合気が点火栓10により着火せし
められる。
On the other hand, at the time of engine high load operation, FIGS.
As shown in FIG. 11, fuel is injected from both the first fuel injection valve 14a and the second fuel injection valve 14b (not shown in FIG. 10) toward the center 16 of the piston top surface. Hatched area K 1 in FIG. 11 shows the impact area against the piston 2 the top surface of the fuel injected from the first fuel injection valve 14a, the hatched region K 2 has a piston of the fuel injected from the second fuel injection valve 14b 2 shows the collision area against the top surface. As can be seen from FIG. 11, each fuel injection valve 14a, 14
The fuel sprays injected from b cross each other during flight toward the center 16 of the piston top surface. When the fuel sprays intersect with each other in this manner, the fuel particles in each fuel spray collide with each other and split, thus atomizing the fuel. As described above, when the engine is under high load operation, the fuel atomization intersects with each other to perform the first atomization action. Next, when each fuel spray collides with the center 16 of the piston top surface, the second atomization action is performed, and the fuel flowing on the center 16 of the piston top surface passes through the peripheral portion 16a of the center 16 of the piston top surface. Then, a third atomization action is performed. As described above, during the high-load operation of the engine, the three-stage atomization action is performed, so that the injected fuel is atomized satisfactorily, and thus a sufficiently vaporized homogeneous mixture is formed in the combustion chamber 4. At the time of engine high load operation, this homogeneous mixture is ignited by the ignition plug 10.

【0021】なお、図5に示すような旋回流Xが燃焼室
4内に発生せしめられると燃焼室4の中心部に高温の既
燃ガスが残留しやすくなり、燃焼室4内で形成された混
合気がこの高温の既燃ガスにより加熱されると自己着火
やノッキングが発生しやすくなる。ところが図9および
図10に示すように噴射燃料が燃焼室4の中央部を飛行す
ると燃焼室4の中心部に残留する既燃ガスが噴射燃料に
よって冷却される。その結果、自己着火やノッキングの
発生が抑制されることになる。
When a swirling flow X as shown in FIG. 5 is generated in the combustion chamber 4, high-temperature burned gas tends to remain in the center of the combustion chamber 4 and is formed in the combustion chamber 4. When the air-fuel mixture is heated by the high-temperature burned gas, self-ignition and knocking are likely to occur. However, as shown in FIGS. 9 and 10, when the injected fuel flies in the center of the combustion chamber 4, the burned gas remaining in the center of the combustion chamber 4 is cooled by the injected fuel. As a result, the occurrence of self-ignition and knocking is suppressed.

【0022】なお、これまで本発明を筒内噴射式2サイ
クル機関に適用した場合について説明してきたが本発明
を筒内噴射式4サイクル機関にも適用することができ
る。
Although the present invention has been described with reference to the case where the present invention is applied to a direct injection two-stroke engine, the present invention can also be applied to a direct injection four-cycle engine.

【0023】[0023]

【発明の効果】燃料噴射量の多い機関高負荷運転時に噴
射燃料の微粒化を促進でき、斯くして十分に気化した均
一混合気を燃焼室内に形成することができる。
According to the present invention, atomization of the injected fuel can be promoted at the time of high load operation of the engine with a large amount of fuel injection, and thus a sufficiently vaporized uniform mixture can be formed in the combustion chamber.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ピストン頂面の平面図である。FIG. 1 is a plan view of a piston top surface.

【図2】2サイクル機関の側面断面図である。FIG. 2 is a side sectional view of the two-stroke engine.

【図3】シリンダヘッドの底面図である。FIG. 3 is a bottom view of the cylinder head.

【図4】給排気弁の開弁期間と燃料噴射時期を示す線図
である。
FIG. 4 is a diagram showing a valve open period of a supply / exhaust valve and a fuel injection timing.

【図5】掃気行程時を示す2サイクル機関の側面断面図
である。
FIG. 5 is a side sectional view of the two-stroke engine during a scavenging stroke.

【図6】低負荷運転時の燃料噴射および中負荷運転時の
第2回目の燃料噴射を示す2サイクル機関の側面断面図
である。
FIG. 6 is a side cross-sectional view of a two-cycle engine showing fuel injection during low-load operation and second fuel injection during medium-load operation.

【図7】図6に示すピストン頂面の拡大平面図である。FIG. 7 is an enlarged plan view of the top surface of the piston shown in FIG. 6;

【図8】好ましくない例を示すピストン頂面の平面図で
ある。
FIG. 8 is a plan view of a piston top surface showing an undesirable example.

【図9】中負荷運転時の第1回目の燃料噴射を示す2サ
イクル機関の側面断面図である。
FIG. 9 is a side cross-sectional view of the two-cycle engine showing the first fuel injection during the medium load operation.

【図10】高負荷運転時の燃料噴射を示す2サイクル機関
の側面断面図である。
FIG. 10 is a side sectional view of the two-stroke engine showing fuel injection during high-load operation.

【図11】図10に示すピストン頂面の拡大平面図である。11 is an enlarged plan view of a piston top surface shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2…ピストン 14a,14b…燃料噴射弁 15…凹溝 16…ピストン頂面中心部 16a…周縁部 2: Pistons 14a, 14b: Fuel injection valve 15: Groove 16: Center of piston top 16a: Peripheral edge

フロントページの続き (72)発明者 仁平 裕昭 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 中田 浩一 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−224229(JP,A) 特開 平2−169834(JP,A) 特開 平3−3934(JP,A) 実開 平3−65864(JP,U) 実開 平4−1652(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02B 23/10 F02D 41/04 F02D 41/34 F02F 3/26 F02M 61/14 Continued on the front page (72) Inventor Hiroaki Nihei 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation (72) Inventor Koichi Nakata 1 Toyota Town Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Corporation (56) Reference Document JP-A-4-224229 (JP, A) JP-A-2-169834 (JP, A) JP-A-3-3934 (JP, A) JP-A-3-65864 (JP, U) JP-A-4-658 1652 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) F02B 23/10 F02D 41/04 F02D 41/34 F02F 3/26 F02M 61/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 シリンダヘッド内壁面の中心部に点火栓
を配置し、シリンダヘッド内壁面の周縁部に一対の燃料
噴射弁を並設し、ピストン頂面上に点火栓の下方からこ
れら燃料噴射弁側に向けて延びる凹溝を形成して機関低
負荷運転時には一方の燃料噴射弁から凹溝内に向けて燃
料を噴射し、点火栓下方の凹溝端部周りに広がるピスト
ン頂面中心部の周縁部を上方に凸の角部から形成して機
関高負荷運転時には一対の燃料噴射弁からピストン頂面
中心部に向けて燃料を噴射すると共に各燃料噴射弁から
噴射された燃料噴霧をピストン頂面中心部に向け飛行中
に互いに交差させるようにした筒内噴射式内燃機関。
An ignition plug is disposed at the center of an inner wall surface of a cylinder head, and a pair of fuel injection valves are arranged side by side at a peripheral portion of the inner wall surface of the cylinder head. At the time of engine low load operation, fuel is injected from one of the fuel injection valves into the groove, and the center of the piston top surface spreading around the groove end below the spark plug is formed during engine low load operation. The peripheral edge is formed from an upwardly convex corner, and during high engine load operation, fuel is injected from the pair of fuel injection valves toward the center of the piston top surface, and the fuel spray injected from each fuel injection valve is injected into the piston top. An in-cylinder injection internal combustion engine that crosses each other during flight toward the center of the plane.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010038096A (en) * 2008-08-07 2010-02-18 Yamaha Motor Co Ltd Engine

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WO2004067928A1 (en) 2003-01-31 2004-08-12 Honda Motor Co., Ltd. Cylinder injection of fuel-type internal combustion engine
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