JP3365257B2 - In-cylinder direct injection spark ignition engine - Google Patents

In-cylinder direct injection spark ignition engine

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JP3365257B2
JP3365257B2 JP15247897A JP15247897A JP3365257B2 JP 3365257 B2 JP3365257 B2 JP 3365257B2 JP 15247897 A JP15247897 A JP 15247897A JP 15247897 A JP15247897 A JP 15247897A JP 3365257 B2 JP3365257 B2 JP 3365257B2
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cavity
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fuel spray
injector
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    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • F02B23/104Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder the injector being placed on a side position of the cylinder
    • 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
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、筒内直接噴射式火
花点火エンジンにおいて燃焼室の改良に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a combustion chamber in a direct injection spark ignition engine for a cylinder.

【0002】[0002]

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】点火
プラグの近傍に燃料を集める混合気の成層化をはかるた
め、シリンダ内にインジェクタ(燃料噴射弁)を臨ま
せ、シリンダ内に直接に燃料を噴射するようにした筒内
直接噴射式火花点火エンジンがある。
2. Description of the Related Art In order to stratify an air-fuel mixture that collects fuel in the vicinity of a spark plug, an injector (fuel injection valve) is faced in the cylinder so that the fuel is directly injected into the cylinder. There is a direct injection type spark ignition engine that is designed to inject.

【0003】従来の筒内直接噴射式火花点火エンジンと
して、例えば特開平6−81651号公報に開示してい
るように、吸気ポートをシリンダ壁に沿って直立させる
ものがある。
As a conventional in-cylinder direct injection type spark ignition engine, there is one in which an intake port is made to stand upright along a cylinder wall, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-81651.

【0004】直立した吸気ポートからシリンダ内に流入
した吸気は、シリンダ壁に沿って下降した後、ピストン
冠部に沿って旋回する逆タンブルを生起する。
The intake air that has flowed into the cylinder from the upright intake port descends along the cylinder wall and then causes a reverse tumble that swivels along the piston crown.

【0005】インジェクタからシリンダ内に噴射された
燃料は、この逆タンブルによって旋回する過程で、その
微粒化および気化が進み、点火プラグに液状燃料が付着
することを防止し、失火を防止するようになっている。
The fuel injected from the injector into the cylinder is atomized and vaporized in the process of being swirled by the reverse tumble, and the liquid fuel is prevented from adhering to the spark plug and misfire is prevented. Has become.

【0006】しかしながら、このような従来の筒内直接
噴射式火花点火エンジンにあっては、直立した吸気ポー
トがシリンダヘッドの上部に貫通して設けられる構造の
ため、インテークマニホールドをシリンダヘッドの上部
に接続する必要があり、エンジンの全高が大きくなると
いう問題点が考えられる。
However, in such a conventional direct injection type spark ignition engine for a cylinder, since the upright intake port is provided so as to penetrate through the upper part of the cylinder head, the intake manifold is provided above the cylinder head. It is necessary to connect them, and there is a problem that the total height of the engine becomes large.

【0007】シリンダヘッドに直立する吸気ポートを備
えるため、シリンダヘッドの燃焼室壁のまわりに形成さ
れるウォータジャケットの配置自由度が小さくなるとい
う問題点が考えられる。
Since the cylinder head is provided with an upright intake port, there is a problem in that the degree of freedom in arranging the water jacket formed around the combustion chamber wall of the cylinder head is reduced.

【0008】また、従来の筒内直接噴射式火花点火エン
ジンとして、例えば特開平8−35429号公報に開示
されたものは、吸気ポートを渦巻き状に湾曲させてい
る。
Further, as a conventional direct injection type spark ignition engine for a cylinder, for example, the one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-35429 has an intake port curved in a spiral shape.

【0009】渦巻き状に湾曲した吸気ポートからシリン
ダ内に流入した吸気は、シリンダに沿って旋回する強い
スワールを生起するようになっている。
The intake air that has flowed into the cylinder from the intake port curved in a spiral shape causes a strong swirl that swirls along the cylinder.

【0010】しかしながら、このような従来の筒内直接
噴射式火花点火エンジンにあっては、渦巻き状に湾曲し
た吸気ポートが吸気の流れに付与する圧力損失が大きい
ため、エンジンの高出力化が妨げられるという問題点が
考えられる。
However, in such a conventional in-cylinder direct injection type spark ignition engine, since the pressure loss imparted to the flow of intake air by the intake port curved in a spiral shape is large, it is difficult to increase the output of the engine. There is a problem that it will be.

【0011】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、筒内直接噴射式火花点火エンジンに適した燃
焼室構造を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a combustion chamber structure suitable for a direct injection spark ignition engine in a cylinder.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の筒内直
接噴射式火花点火エンジンは、吸気ポートからシリンダ
内に流入する吸気にシリンダ中心線を中心に旋回するス
ワールの成分を有する旋回流を生起するスワール生起手
段と、ピストンの冠部には中央部に隆起する凸部が形成
されると共に、皿状に窪み、シリンダ中心線と直交する
断面が円形のキャビティが、シリンダ中心線から偏心し
て形成され、前記キャビティは、平面状円形のキャビテ
ィ底面と、このキャビティ底面の外周のキャビティ側面
とから画成され、インジェクタの燃料噴霧形態を、初期
噴霧を有する中空円錐状に設定し、圧縮行程後半にある
ときの燃料噴霧の中心線が前記キャビティ底面の中央部
と交差するように構成し、圧縮行程噴射における燃料噴
霧の拡がりを抑えて燃料噴霧がキャビティ側面に衝突し
て付着することを抑えるようにするものとした。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a direct injection type spark ignition engine for a direct injection type spark ignition engine, wherein an intake port is connected to a cylinder.
The intake air flowing into the cylinder swirls around the cylinder center line.
Swirl Initiator Producing Swirl Flow with Whirl Components
The step and the crown of the piston are formed with a convex portion protruding in the center
And is dented in a dish shape and is orthogonal to the cylinder center line.
A cavity with a circular cross section is eccentric from the cylinder centerline.
And the cavity is a flat circular cavitation.
B bottom and the cavity side of the outer periphery of this cavity bottom
The fuel spray form of the injector is defined as
Set in the shape of a hollow cone with spray, in the latter half of the compression stroke
When the center line of the fuel spray is the center of the bottom of the cavity
Fuel injection in compression stroke injection.
The spread of the fog was suppressed and the fuel spray collided with the side surface of the cavity.
Therefore, it is intended to suppress the adhesion.

【0013】請求項2に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、吸気ポートからシリンダ内に流入する吸気
にシリンダ中心線を中心に旋回するスワールの成分を有
する旋回流を生起するスワール生起手段と、ピストン冠
部には中央部にルーフ状に隆起する凸部が形成されると
共に、皿状に窪むキャビティが形成され、前記キャビテ
ィはシリンダ中心線と直交する断面が円形に形成され、
平面状円形をしたキャビティ底面と、キャビティ底面の
外周から逆円錐面状に拡がるキャビティ側面によって画
成され、インジェクタの燃料噴霧形態を、初期噴霧を有
する中空円錐状に設定し、圧縮行程後半にあるときの燃
料噴霧の中心線が前記キャビティ底面の中央部と交差す
るように構成し、圧縮行程噴射における燃料噴霧の拡が
りを抑えて燃料噴霧がキャビティ側面に衝突して付着す
ることを抑えるようにするものとした。
According to another aspect of the present invention, there is provided an in-cylinder direct injection type spark ignition engine in which intake air flows into the cylinder through an intake port.
Has a swirl component that rotates around the cylinder center line.
Swirl generating means for generating a swirling flow and a piston crown
When a convex portion protruding like a roof is formed in the center of the part
In both cases, a cavity that is dish-shaped is formed,
I has a circular cross section perpendicular to the cylinder center line,
The bottom surface of the cavity with a flat circular shape
The side surface of the cavity expands from the outer periphery to the shape of an inverted cone,
The fuel spray form of the injector is
It is set to a hollow conical shape, and the fuel during the latter half of the compression stroke is
The center line of the material spray intersects the center of the bottom of the cavity.
And the spread of fuel spray in compression stroke injection
The fuel spray collides with the side surface of the cavity and adheres.
I tried to suppress it.

【0014】請求項3に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項1または2に記載の発明において、
点火プラグを燃焼室天井壁の略中央部に配置し、中心電
極の突出高さを3.5mmより大きく設定するものとし
た。
A cylinder direct injection type spark ignition engine according to a third aspect is the invention according to the first or second aspect,
The spark plug was arranged at a substantially central portion of the ceiling wall of the combustion chamber, and the protrusion height of the center electrode was set to be larger than 3.5 mm.

【0015】請求項4に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項1から3のいずれか一つに記載の発
明において、前記インジェクタから噴射される燃料噴霧
をその円錐角が40°〜70°の範囲にある中空の円錐
状に拡がる構成とし、燃料噴霧の中心部にも6%〜12
%の燃料が分布する構成とした。
A cylinder direct injection type spark ignition engine according to a fourth aspect is the invention according to any one of the first to third aspects, wherein the fuel spray injected from the injector has a cone angle of 40 °. The configuration is such that it expands into a hollow conical shape in the range of up to 70 °, and 6% to 12% in the central portion of the fuel spray.
% Of fuel is distributed.

【0016】請求項5に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項1から4のいずれか一つに記載の発
明において、前記キャビティの深さを4mm以上に設定
するものとした。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a direct injection spark ignition engine for a direct injection type cylinder in which the depth of the cavity is set to 4 mm or more.

【0017】請求項6に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項1から5のいずれか一つに記載の発
明において、前記インジェクタから噴射される燃料噴霧
の中心線が水平線に対して為す俯角を約36°に設定す
るものとした。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a direct injection type spark ignition engine for a direct injection type cylinder in which the center line of the fuel spray injected from the injector is horizontal to the horizontal line. The depression angle is set to about 36 °.

【0018】請求項7に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項1から6のいずれか一つに記載の発
明において、インジェクタの燃料噴射時期を高負荷時に
吸気行程に設定し、インジェクタの燃料噴射時期を低負
荷時に圧縮行程に設定するものとした。
A cylinder direct injection type spark ignition engine according to a seventh aspect is the invention according to any one of the first to sixth aspects, wherein the fuel injection timing of the injector is set to an intake stroke at a high load, The fuel injection timing of the injector is set to the compression stroke when the load is low.

【0019】請求項8に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンは、請求項1から7のいずれか一つに記載の発
明において、前記吸気ポートとして平面図上略直線状に
延びる2本のストレートポートを備え、スワール生起手
段として、一方の吸気ポートからシリンダ内に導入され
る吸気を絞るスワールコントロールバルブを備えるもの
とした。
An in-cylinder direct injection spark ignition engine according to an eighth aspect of the present invention is the invention according to any one of the first to seventh aspects, in which the two intake ports extend substantially linearly in a plan view. A straight port is provided, and a swirl control valve that restricts intake air introduced into the cylinder from one intake port is provided as a swirl generating means.

【0020】[0020]

【発明の作用および効果】請求項1および2に記載の筒
内直接噴射式火花点火エンジンは、例えば希薄空燃比で
運転される成層燃焼領域にて、ピストンが上昇する圧縮
行程においてインジェクタが開弁し、燃焼室に燃料が噴
射される。吸気ポートを通ってシリンダ内に吸入された
空気がピストンで圧縮された状態で、点火プラグを介し
て燃料を着火燃焼させる。
In the cylinder direct injection spark ignition engine according to the first and second aspects of the present invention, the injector opens in the compression stroke in which the piston rises in the stratified charge combustion region operated at a lean air-fuel ratio, for example. Then, fuel is injected into the combustion chamber. In a state where the air sucked into the cylinder through the intake port is compressed by the piston, the fuel is ignited and burned through the spark plug.

【0021】ピストンが上昇する圧縮行程においてイン
ジェクタから噴射される燃料噴霧は、吸気ポートにおけ
る吸気の流れ方向に噴射され、スワールによってキャビ
ティ内に集められる。キャビティ内に集められた燃料噴
霧は、ピストンによって加熱され、その微粒化および気
化が進み、高濃度の混合気がキャビティ内に溜まる。ピ
ストンが上死点に近づくのにしたがって、キャビティ内
の高濃度の混合気に点火プラグが近づき、混合気の成層
化がはかれる。
The fuel spray injected from the injector in the compression stroke in which the piston rises is injected in the intake air flow direction in the intake port and is collected in the cavity by the swirl. The fuel spray collected in the cavity is heated by the piston, atomized and vaporized, and a high-concentration mixture is accumulated in the cavity. As the piston approaches the top dead center, the ignition plug approaches the high-concentration mixture in the cavity, and the mixture is stratified.

【0022】ピストンが下降する吸入行程でインジェク
タから燃料が噴射される均質燃焼領域においても、キャ
ビティの壁面に衝突しないように低背圧下で燃料噴霧の
拡がりを抑えることが要求される。
Even in the homogeneous combustion region where fuel is injected from the injector in the intake stroke in which the piston descends, it is required to suppress the spread of fuel spray under a low back pressure so as not to collide with the wall surface of the cavity.

【0023】インジェクタの燃料噴霧形態を初期噴霧を
有する中空の円錐状に設定することにより、背圧の高い
圧縮行程噴射において噴霧粒径を小さくするとともに、
燃料噴霧の拡がりを抑えられ、燃料噴霧がキャビティの
側面に衝突して付着することが抑えられる。
By setting the fuel spray form of the injector to a hollow conical shape having an initial spray, the spray particle size is made small in the compression stroke injection with high back pressure, and
The spread of the fuel spray can be suppressed, and the fuel spray can be prevented from colliding with and adhering to the side surface of the cavity.

【0024】こうして燃料を点火プラグの近傍に集中さ
せることにより、着火が確実に行われ、燃焼性が確保さ
れる希薄空燃比の限界値を拡大することができる。シリ
ンダに供給される混合気の空燃比を希薄化することによ
り、エンジンのポンピング損失を低減し、燃費の低減が
はかれる。また、冷間時において燃料噴射量を増やす必
要がなく、エミッションを改善することができる。
By thus concentrating the fuel in the vicinity of the spark plug, ignition can be reliably performed, and the limit value of the lean air-fuel ratio at which combustibility is ensured can be expanded. By reducing the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the cylinder, pumping loss of the engine can be reduced and fuel consumption can be reduced. Further, it is not necessary to increase the fuel injection amount in the cold state, and the emission can be improved.

【0025】インジェクタから噴射される燃料は、ピス
トンの冠部に窪むキャビティに拡がることにより、ピス
トンの冠部に当たって点火プラグに跳ね返ることが抑え
られ、点火プラグに液状燃料が直接的に付着することが
防止され、失火を起こすことを回避できる。
Since the fuel injected from the injector spreads into the cavity depressed in the crown of the piston, it is prevented from hitting the crown of the piston and bouncing back to the ignition plug, and the liquid fuel directly adheres to the ignition plug. It prevents the occurrence of misfire.

【0026】一方、ピストンが下降する吸入行程でイン
ジェクタから燃料が噴射される均質燃焼領域において
も、燃料噴霧がピストンの冠部やシリンダに衝突しない
ように、燃料噴霧のペネトレーションを短く、かつ粒径
を小さくすることが要求される。
On the other hand, even in the homogeneous combustion region where the fuel is injected from the injector in the intake stroke in which the piston descends, the penetration of the fuel spray is short and the particle size is small so that the fuel spray does not collide with the crown or cylinder of the piston. Is required to be small.

【0027】インジェクタの燃料噴霧形態を初期噴霧を
有する中空の円錐状に設定することにより、背圧の低い
吸入行程噴射において噴霧粒径を小さくするとともに、
燃料噴霧のペネトレーションを短くし、燃料噴霧がピス
トン冠部やシリンダ壁面に衝突して付着することが抑え
られ、エミッションを改善するとともに、高出力化がは
かれる。
By setting the fuel spray form of the injector to a hollow conical shape having an initial spray, the spray particle size is reduced in the intake stroke injection with low back pressure, and
The penetration of the fuel spray is shortened, and the fuel spray is prevented from colliding with and adhering to the piston crown portion and the cylinder wall surface, thereby improving the emission and increasing the output.

【0028】吸気ポートをシリンダ壁に沿って直立させ
る必要がなく、インテークマニホールドの取付け位置が
高くなることを抑えられ、エンジンのコンパクト化がは
かれる。また、シリンダヘッドの燃焼室壁のまわりに冷
却水を循環させるウォータジャケットの配置自由度が高
まり、エンジンの冷却性を高められる。
Since it is not necessary to make the intake port stand upright along the cylinder wall, it is possible to prevent the intake manifold from being mounted at a high position and to make the engine compact. Further, the degree of freedom in arranging the water jacket for circulating the cooling water around the combustion chamber wall of the cylinder head is increased, and the cooling performance of the engine can be improved.

【0029】また、キャビティのシリンダ中心線に直交
する断面を円形とすることにより、キャビティに燃料噴
霧を集めるとともに、スワールの勢力を維持することが
できる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限
界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
Further , by making the cross section of the cavity orthogonal to the cylinder center line into a circular shape, the fuel spray can be collected in the cavity and the swirl force can be maintained. As a result, the limit value of the lean air-fuel ratio at which combustibility is ensured is expanded, and fuel consumption is reduced.

【0030】請求項3に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、点火プラグを燃焼室天井壁の略中央
部に配置し、中心電極の突出高さを3.5mmより大き
く設定することにより、濃混合気をキャビティを介して
点火プラグの放電ギャップの近傍へと集められる。この
結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大
し、燃費の低減がはかれる。
In the in-cylinder direct injection type spark ignition engine according to claim 3, the spark plug is arranged substantially in the center of the ceiling wall of the combustion chamber, and the protrusion height of the center electrode is set to be larger than 3.5 mm. The rich mixture is collected near the discharge gap of the spark plug through the cavity. As a result, the limit value of the lean air-fuel ratio at which combustibility is ensured is expanded, and fuel consumption is reduced.

【0031】請求項4に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、インジェクタから噴射される燃料噴
霧をその円錐角が40°〜70°の範囲にある中空の円
錐状に拡がり、燃料噴霧の中心部にも6%〜12%の燃
料が分布する構成とすることにより、背圧の高い圧縮行
程噴射において噴霧粒径を小さくするとともに、燃料噴
霧の拡がりを抑えられ、燃料噴霧がキャビティの側面に
衝突して付着することが抑えられる。
In the in-cylinder direct injection spark ignition engine according to claim 4, the fuel spray injected from the injector spreads into a hollow conical shape having a cone angle in the range of 40 ° to 70 °. 6% to 12% of fuel is also distributed in the central portion to reduce the spray particle size in the compression stroke injection with a high back pressure, and to suppress the spread of the fuel spray, so that the fuel spray has a side surface of the cavity. It is possible to prevent the particles from colliding with and adhering to.

【0032】こうして燃料を点火プラグの近傍に集中さ
せることにより、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界
値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
By thus concentrating the fuel in the vicinity of the spark plug, the limit value of the lean air-fuel ratio for ensuring the combustibility is expanded and the fuel consumption is reduced.

【0033】請求項5に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、キャビティの深さを4mm以上に設
定することにより、キャビティに燃料噴霧を集めるとと
もに、スワールの勢力を維持することができる。この結
果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、
燃費の低減がはかれる。
In the cylinder direct injection type spark ignition engine according to the fifth aspect, by setting the depth of the cavity to 4 mm or more, the fuel spray can be collected in the cavity and the swirl force can be maintained. As a result, the limit value of the lean air-fuel ratio that ensures combustibility is expanded,
Fuel consumption can be reduced.

【0034】請求項6に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、インジェクタから噴射される燃料噴
霧の中心線が水平線に対して為す俯角を約36°に設定
することにより、キャビティに燃料噴霧を集めるととも
に、スワールの勢力を維持することができる。この結
果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限界値を拡大し、
燃費の低減がはかれる。
In the cylinder direct injection type spark ignition engine according to the sixth aspect, by setting the depression angle formed by the center line of the fuel spray injected from the injector with respect to the horizontal line to about 36 °, the fuel spray is injected into the cavity. You can collect swarms and maintain swirl power. As a result, the limit value of the lean air-fuel ratio that ensures combustibility is expanded,
Fuel consumption can be reduced.

【0035】請求項7に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、低負荷時ではピストンが上昇する圧
縮行程にインジェクタからに燃料が噴射され、濃混合気
をキャビティを介して点火プラグの近傍へと有効に集め
られる。この結果、燃焼性が確保される希薄空燃比の限
界値を拡大し、燃費の低減がはかれる。
In the in-cylinder direct injection spark ignition engine according to claim 7, fuel is injected from the injector in the compression stroke in which the piston rises when the load is low, and the rich mixture is passed through the cavity to the vicinity of the spark plug. Effectively collected. As a result, the limit value of the lean air-fuel ratio at which combustibility is ensured is expanded, and fuel consumption is reduced.

【0036】高負荷時では、ピストンが下降する吸入行
程にインジェクタから燃料が噴射され、点火時期を迎え
るまでに燃焼室に均質な混合気が形成され、サイクル変
動に影響されない安定した燃焼性が確保され、出力の向
上がはかれる。
At high load, fuel is injected from the injector during the intake stroke in which the piston descends, and a homogeneous mixture is formed in the combustion chamber by the ignition timing, ensuring stable combustion without being affected by cycle fluctuations. The output is improved.

【0037】請求項8に記載の筒内直接噴射式火花点火
エンジンにおいて、シリンダに対して直線状に延びる2
本のストレートポートのうち一方をスワールコントロー
ルバルブを介して絞ることにより、高い吸気充填効率を
維持しながらスワール比を調節できる。
In the in-cylinder direct injection type spark ignition engine according to claim 8, 2 which extends linearly with respect to the cylinder
By squeezing one of the straight ports of the book via the swirl control valve, the swirl ratio can be adjusted while maintaining high intake charge efficiency.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0039】図1に示すように、シリンダヘッドに形成
された燃焼室天井壁20とピストン1の間に燃焼室3が
画成される。ピストン1のシリンダ5における往復運動
はコンロッド(図示せず)を介してクランクシャフト
(図示せず)の連続回転運動に変換される。
As shown in FIG. 1, the combustion chamber 3 is defined between the combustion chamber ceiling wall 20 formed in the cylinder head and the piston 1. The reciprocating motion of the piston 1 in the cylinder 5 is converted into a continuous rotary motion of a crankshaft (not shown) via a connecting rod (not shown).

【0040】ペントルーフ型に傾斜する燃焼室天井壁2
0には2本に分岐する吸気ポート21と2本の排気ポー
ト(図示せず)が互いに対向して開口している。燃焼室
天井壁20は、各吸気ポート21が開口する吸気ポート
側傾斜面と各排気ポートが開口する排気ポート側傾斜面
によって構成される。
Combustion chamber ceiling wall 2 inclined to a pent roof type
At 0, an intake port 21 that branches into two and two exhaust ports (not shown) are opened facing each other. The combustion chamber ceiling wall 20 is composed of an intake port side inclined surface where each intake port 21 opens and an exhaust port side inclined surface where each exhaust port opens.

【0041】燃焼室天井壁20の中央部から燃焼室3に
臨む点火プラグ4が設けられる。点火プラグ4はシリン
ダ5の中心線と同軸上に配置され、各吸気バルブ7と各
排気バルブ8の間に位置して燃焼室3に臨んでいる。点
火プラグ4を挟むようにして2つの吸気バルブ7と2つ
の排気バルブ8が互いに対向して設けられる。
An ignition plug 4 is provided which faces the combustion chamber 3 from the central portion of the combustion chamber ceiling wall 20. The spark plug 4 is disposed coaxially with the center line of the cylinder 5, is located between each intake valve 7 and each exhaust valve 8, and faces the combustion chamber 3. Two intake valves 7 and two exhaust valves 8 are provided to face each other so as to sandwich the spark plug 4.

【0042】スワール生起手段として、各吸気ポート2
1を平面図上において略直線上に延びるストレートポー
トとし、一方の吸気ポート21からシリンダ5内に導入
される吸気量を調節するスワールコントロールバルブ2
6が設けられる。
Each intake port 2 is used as a swirl generating means.
A swirl control valve 2 is a straight port that extends substantially linearly in a plan view and adjusts the amount of intake air introduced into the cylinder 5 from one intake port 21.
6 is provided.

【0043】吸気通路には各吸気ポート21の分岐点よ
り上流側にスワールコントロールバルブ26が介装され
る。バタフライ式のスワールコントロールバルブ26は
回転軸27を介して回動する。
A swirl control valve 26 is provided in the intake passage upstream of the branch point of each intake port 21. The butterfly type swirl control valve 26 rotates via a rotary shaft 27.

【0044】図2に示すように、半円盤状をしたスワー
ルコントロールバルブ26は三日月形の切欠き部28を
有する。切欠き部28は、スワールコントロールバルブ
26の閉弁位置で一方の吸気ポート21より他方の吸気
ポート21に大きく対峙するように回転軸27と同方向
にオフセットして開口される。これにより、スワールコ
ントロールバルブ26はその閉弁時に一方の吸気ポート
21を通ってシリンダ5に吸入される吸気流を絞り、他
方の吸気ポート21からシリンダ5に流入する吸気量の
割合を増やし、シリンダ5に旋回流を生起するようにな
っている。
As shown in FIG. 2, the swirl control valve 26 in the shape of a semi-disc has a crescent-shaped notch 28. The cutout portion 28 is offset and opened in the same direction as the rotating shaft 27 so as to face the intake port 21 of the other side more largely at the closed position of the swirl control valve 26. As a result, the swirl control valve 26 throttles the intake flow that is taken into the cylinder 5 through the one intake port 21 when the swirl control valve is closed, and increases the ratio of the intake amount that flows into the cylinder 5 from the other intake port 21. 5 creates a swirling flow.

【0045】シリンダ5に生起される旋回流はシリンダ
5の中心線に対して所定角度をもって傾斜する軸を中心
に旋回し、シリンダ5の中心線を中心に旋回するスワー
ルの成分と、シリンダ5の中心線と直交する水平線を中
心に旋回するタンブルの成分を有する。シリンダ5には
図2において白抜き矢印で示すように反時計回り方向に
旋回するスワールが生起される。
The swirl flow generated in the cylinder 5 swirls around an axis inclined at a predetermined angle with respect to the center line of the cylinder 5, and the swirl component swirling around the center line of the cylinder 5 and the swirl component of the cylinder 5. It has a tumble component that revolves around a horizontal line that is orthogonal to the center line. In the cylinder 5, a swirl that swivels in the counterclockwise direction is generated as shown by the white arrow in FIG.

【0046】スワールコントロールバルブ26の回転軸
27にアクチューエータ(図示せず)が連結される。ア
クチュエータの作動を制御するコントロールユニット
(図示せず)は予め設定されたマップに基づいてエンジ
ンの負荷および回転数が所定値以下の成層燃焼領域では
スワールコントロールバルブ26を閉弁し、成層燃焼領
域以外ではスワールコントロールバルブ26を開弁す
る。
An actuator (not shown) is connected to the rotary shaft 27 of the swirl control valve 26. A control unit (not shown) that controls the operation of the actuator closes the swirl control valve 26 in the stratified combustion region where the engine load and the rotational speed are equal to or less than a predetermined value based on a preset map, and excludes the stratified combustion region. Then, the swirl control valve 26 is opened.

【0047】燃焼室天井壁20の側部から燃焼室3に臨
むインジェクタ(燃料噴射弁)6と、中央部から燃焼室
3に臨む点火プラグ4がそれぞれ設けられる。
An injector (fuel injection valve) 6 facing the combustion chamber 3 from the side of the combustion chamber ceiling wall 20 and an ignition plug 4 facing the combustion chamber 3 from the center are provided.

【0048】インジェクタ6はその開弁時期と開弁期間
(噴射パルス幅)がコントロールユニットにより運転状
態に応じて制御される。
The valve opening timing and valve opening period (injection pulse width) of the injector 6 are controlled by the control unit according to the operating state.

【0049】コントロールユニットは、図示しない各セ
ンサによって検出された吸入空気量Qaとエンジン回転
数Nとに基づいて基本噴射量Tpを次式で算出する。
The control unit calculates the basic injection amount Tp by the following equation based on the intake air amount Qa detected by each sensor (not shown) and the engine speed N.

【0050】 Tp=K・Qa/N ‥‥(1) ただし、K;定数そして、所定の均質燃焼領域で空燃比
が理論空燃比を中心とした狭い範囲に収める一方、所定
の成層燃焼領域で希薄混合気による成層燃焼を実現する
ための空燃比となるように最終的な燃料噴射量Tiを次
式で算出して燃料噴射量をフィードバック制御する。
Tp = K · Qa / N (1) where K is a constant, and in a predetermined homogeneous combustion region, the air-fuel ratio falls within a narrow range around the theoretical air-fuel ratio, while in a predetermined stratified combustion region. The final fuel injection amount Ti is calculated by the following equation so that the air-fuel ratio for achieving the stratified combustion by the lean air-fuel mixture is calculated, and the fuel injection amount is feedback-controlled.

【0051】 Ti=Tp×α×COEF+Ts …(2) ただし、αは空燃比フィードバック補正係数、COEF
は冷却水温度補正係数、および成層燃焼のための補正係
数等をパラメータとした各種補正係数の和、Tsは無効
噴射パルス幅である。
Ti = Tp × α × COEF + Ts (2) where α is the air-fuel ratio feedback correction coefficient, COEF
Is a sum of various correction coefficients using parameters such as a cooling water temperature correction coefficient and a correction coefficient for stratified combustion, and Ts is an invalid injection pulse width.

【0052】この演算された燃料噴射量Tiに対応する
パルス信号をインジェクタ6に出力し、燃料噴射制御を
行う。
A pulse signal corresponding to the calculated fuel injection amount Ti is output to the injector 6 to control the fuel injection.

【0053】コントロールユニットは、エンジンの負荷
および回転数が所定値以下の成層燃焼領域で、シリンダ
5に供給される混合気の空燃比を理論空燃比より希薄側
に調節する。エンジンの負荷または回転数が所定値を超
えて上昇する均質燃焼領域で、シリンダ5に供給される
混合気の空燃比を理論空燃比またはリッチ側に調節す
る。
The control unit adjusts the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the cylinder 5 to a leaner side of the stoichiometric air-fuel ratio in the stratified combustion region where the engine load and engine speed are below a predetermined value. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the cylinder 5 is adjusted to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich side in the homogeneous combustion region where the engine load or rotation speed rises above a predetermined value.

【0054】インジェクタ6が開弁するのに伴ってシリ
ンダ5内に噴射される燃料は、各吸気バルブ7が開かれ
るのに伴って吸気ポート21から吸入される空気と混合
する。シリンダ5内に形成された混合気はピストン1で
圧縮された状態で点火プラグ4を介して燃料が着火燃焼
する。燃焼したガスはピストン1を下降させてクランク
シャフトを介して回転力を取り出した後、ピストン1が
上昇する排気行程中に排気バルブ8が開かれるのに伴っ
て各排気ポートから排出される。これらの各行程が連続
して繰り返される。
The fuel injected into the cylinder 5 as the injector 6 opens is mixed with the air taken in from the intake port 21 as each intake valve 7 is opened. The air-fuel mixture formed in the cylinder 5 is ignited and combusted through the ignition plug 4 while being compressed by the piston 1. The burned gas is discharged from each exhaust port as the exhaust valve 8 is opened during the exhaust stroke in which the piston 1 rises after the piston 1 is lowered and the rotational force is taken out via the crankshaft. Each of these steps is continuously repeated.

【0055】インジェクタ6の開弁時期である燃料噴射
時期は、予め設定されたマップに基づき、エンジンの負
荷および回転数が所定値以下の成層燃焼領域でピストン
1が上昇する圧縮行程の後半に設定され、エンジンの負
荷または回転数が所定値を超えて上昇する均質燃焼領域
でピストン1が下降する吸気行程に設定されている。
The fuel injection timing, which is the valve opening timing of the injector 6, is set based on a preset map in the latter half of the compression stroke in which the piston 1 rises in the stratified combustion region where the engine load and the rotational speed are below a predetermined value. The intake stroke is set so that the piston 1 descends in the homogeneous combustion region where the engine load or engine speed rises above a predetermined value.

【0056】ピストン1の冠部10には、その中央部に
ルーフ状に隆起する凸部31が形成されるとともに、皿
状に窪むキャビティ11が形成される。
In the crown portion 10 of the piston 1, a convex portion 31 protruding in a roof shape is formed in the central portion thereof, and a cavity 11 recessed in a dish shape is formed.

【0057】キャビティ11は、シリンダ5の中心線と
直交する断面が円形に形成され、平面状円形をしたキャ
ビティ底面15と、キャビティ底面15の外周から逆円
錐面状に拡がるキャビティ側面16によって画成され
る。キャビティ側面16の垂直線に対する傾斜角度を1
0°程度に設定される。
The cavity 11 has a circular cross section perpendicular to the center line of the cylinder 5, and is defined by a planar circular cavity bottom surface 15 and a cavity side surface 16 extending from the outer periphery of the cavity bottom surface 15 into an inverted conical surface shape. To be done. The inclination angle of the cavity side surface 16 with respect to the vertical line is 1
It is set to about 0 °.

【0058】キャビティ11はシリンダ5の中心線につ
いてインジェクタ6側に偏心した円形の断面を持ち、イ
ンジェクタ6に近接するように配置される。キャビティ
11の深さDcは4mm以上に設定される。
The cavity 11 has a circular cross section that is eccentric to the injector 6 side with respect to the center line of the cylinder 5, and is arranged so as to be close to the injector 6. The depth Dc of the cavity 11 is set to 4 mm or more.

【0059】点火プラグ4は、キャビティ11に対して
インジェクタ6から最も離れた位置に対向するように臨
む。点火プラグ4の放電ギャップは円柱状をした中心電
極41の先端面とこれに対峙する側方電極により構成さ
れ、通常は中心電極41の突出高さHpは3.5mm程
度に設定されているが、本実施形態においてはキャビテ
ィ11の深底化に対応して中心電極41の突出高さHp
を3.5mmより大きく設定し、放電ギャップをキャビ
ティ11に近づける構成とする。
The spark plug 4 faces the cavity 11 at a position farthest from the injector 6. The discharge gap of the spark plug 4 is composed of a tip end surface of a cylindrical center electrode 41 and side electrodes facing the end surface. Normally, the protrusion height Hp of the center electrode 41 is set to about 3.5 mm. In the present embodiment, the protrusion height Hp of the center electrode 41 corresponds to the deepening of the cavity 11.
Is set to be larger than 3.5 mm to bring the discharge gap closer to the cavity 11.

【0060】ピストン1の冠部10は凸部31によって
燃焼室天井壁20に沿って傾斜する。これにより、ピス
トン1が上死点に到達するとき、ピストン1と燃焼室天
井壁20の間に画成される燃焼室3の容積をキャビティ
11に集中させて、高い圧縮比が得られる。
The crown portion 10 of the piston 1 is inclined along the combustion chamber ceiling wall 20 by the convex portion 31. Thereby, when the piston 1 reaches the top dead center, the volume of the combustion chamber 3 defined between the piston 1 and the combustion chamber ceiling wall 20 is concentrated in the cavity 11, and a high compression ratio is obtained.

【0061】インジェクタ6は各吸気バルブ7の側方
で、かつ各吸気バルブ7の間に位置して燃焼室3に臨ん
でいる。インジェクタ6の燃料噴射方向はキャビティ1
1に対向するように配置され、燃料噴霧が点火プラグ4
に当たらない構成とする。インジェクタ6から噴射され
る燃料噴霧の中心線Fが水平線Lに対して為す俯角θf
を約36°に設定し、図1に示すようにピストン1が圧
縮行程後半にあるときキャビティ11の底面15の中央
部と交差するように構成される。
The injectors 6 are located laterally of the intake valves 7 and between the intake valves 7 and face the combustion chamber 3. The fuel injection direction of the injector 6 is the cavity 1
1, the fuel spray is arranged so as to face the spark plug 4
The configuration does not hit. The depression angle θf formed by the center line F of the fuel spray injected from the injector 6 with respect to the horizontal line L
Is set to about 36 °, and as shown in FIG. 1, when the piston 1 is in the latter half of the compression stroke, the piston 1 intersects the central portion of the bottom surface 15 of the cavity 11.

【0062】インジェクタ6が開弁するのに伴ってその
噴口から噴射される燃料噴霧形態は初期噴霧を有する中
空の円錐状とし、その円錐角が40°〜70°の範囲に
あり、その中心部にも6%〜12%の燃料が分布する構
成とする。インジェクタ6はスワール噴射弁が用いら
れ、燃料噴霧の貫徹力を抑えながら微粒化がはかられる
ものとする。
As the injector 6 is opened, the fuel spray injected from its nozzle is in the form of a hollow cone having an initial spray, the cone angle of which is in the range of 40 ° to 70 ° and the central portion thereof. In addition, 6% to 12% of fuel is distributed. A swirl injection valve is used as the injector 6, and atomization can be achieved while suppressing the penetration force of the fuel spray.

【0063】以上のように構成され、次に作用について
説明する。
With the above construction, the operation will be described below.

【0064】各吸気バルブ7が開かれるのに伴って各吸
気ポート21からシリンダ5内に空気が吸入される。均
質燃焼領域ではピストン1が下降する吸入行程でインジ
ェクタ6が開弁し、成層燃焼領域ではピストン1が上昇
する圧縮行程の後半にインジェクタ6が開弁し、インジ
ェクタ6から燃料噴霧が燃焼室3に噴射される。
As each intake valve 7 is opened, air is taken into the cylinder 5 from each intake port 21. In the homogeneous combustion region, the injector 6 opens in the intake stroke in which the piston 1 descends, and in the stratified combustion region, the injector 6 opens in the latter half of the compression stroke in which the piston 1 rises, and fuel spray from the injector 6 into the combustion chamber 3 Is jetted.

【0065】各吸気ポート21を通ってシリンダ5内に
吸入された空気がピストン1で圧縮された状態で、点火
プラグ4を介して燃料を着火燃焼させる。燃焼したガス
はピストン1を下降させてクランクシャフトを介して回
転力を取り出した後、ピストン1が上昇する排気行程中
に排気バルブ8が開かれるのに伴って各排気ポートから
排出される。これらの各行程が連続して繰り返される。
In a state where the air sucked into the cylinder 5 through each intake port 21 is compressed by the piston 1, the fuel is ignited and burned through the spark plug 4. The burned gas is discharged from each exhaust port as the exhaust valve 8 is opened during the exhaust stroke in which the piston 1 rises after the piston 1 is lowered and the rotational force is taken out via the crankshaft. Each of these steps is continuously repeated.

【0066】エンジンの負荷または回転数が所定値を超
えて上昇する均質燃焼領域で、スワールコントロールバ
ルブ26が全開し、吸気は2本の吸気ポート21に略均
等に分流してシリンダ5内に吸入される。したがって、
ポート面積が拡大してエンジンの吸気充填効率を高めら
れる。
In the homogeneous combustion region where the engine load or engine speed rises above a predetermined value, the swirl control valve 26 is fully opened, and the intake air is divided into the two intake ports 21 substantially evenly and sucked into the cylinder 5. To be done. Therefore,
The port area is expanded and the intake charge efficiency of the engine can be improved.

【0067】均質燃焼領域では、各吸気ポート21を通
ってシリンダ5内に流入する吸気流が互いに衝突し、シ
リンダ5内に生起されるスワールの勢力は弱まるが、シ
リンダ5に供給される混合気の空燃比が理論空燃比また
はリッチ側に調節され、ピストン1が下降する吸入行程
でインジェクタ6から燃料が噴射されることにより、ピ
ストン1が上昇して点火時期を迎えるまでに燃焼室3に
均質な混合気が形成され、着火が確実に行われるととも
に、火炎の伝播が促される。
In the homogeneous combustion region, the intake flows flowing into the cylinder 5 through the intake ports 21 collide with each other and the swirl force generated in the cylinder 5 weakens, but the mixture supplied to the cylinder 5 is weakened. Is adjusted to the stoichiometric air-fuel ratio or to the rich side, and fuel is injected from the injector 6 in the intake stroke in which the piston 1 descends, so that the piston 1 rises and is homogeneous in the combustion chamber 3 by the ignition timing. An air-fuel mixture is formed, ignition is reliably performed, and flame propagation is promoted.

【0068】エンジンの負荷または回転数が所定値以下
の成層燃焼領域でスワールコントロールバルブ26が閉
弁し、各吸気バルブ7が開かれるのに伴って吸気の大部
分が一方の吸気ポート21を通ってシリンダ5内に吸入
され、シリンダ5およびキャビティ11の側面16に沿
って旋回するスワールが生起される。
The swirl control valve 26 is closed in a stratified combustion region where the engine load or engine speed is below a predetermined value, and most of the intake air passes through one intake port 21 as each intake valve 7 is opened. Is swirled into the cylinder 5 and swirls along the side surface 16 of the cylinder 5 and the cavity 11.

【0069】シリンダ5に対して直線状に延びる2本の
ストレートポートのうち一方をスワールコントロールバ
ルブ26を介して絞ることにより、高い吸気充填効率を
維持しながらスワール比を調節できる。
By narrowing one of the two straight ports extending linearly with respect to the cylinder 5 via the swirl control valve 26, the swirl ratio can be adjusted while maintaining a high intake charging efficiency.

【0070】ピストン1が上昇する圧縮行程の後半にイ
ンジェクタ6から噴射された燃料噴霧は、その大部分が
キャビティ11内に向かい、スワールによってキャビテ
ィ11内に集められる。キャビティ11内に集められた
燃料噴霧は、ピストン1によって加熱され、その微粒化
および気化が進み、高濃度の混合気がキャビティ11内
に溜まる。ピストン1が上死点に近づくのにしたがっ
て、キャビティ11内の高濃度の混合気に点火プラグ4
が近づき、混合気の成層化がはかれ、着火が確実に行わ
れる。
Most of the fuel spray injected from the injector 6 in the latter half of the compression stroke in which the piston 1 rises goes into the cavity 11 and is collected in the cavity 11 by the swirl. The fuel spray collected in the cavity 11 is heated by the piston 1, atomized and vaporized, and a high-concentration mixture is accumulated in the cavity 11. As the piston 1 approaches the top dead center, the spark plug 4
Approaching, stratification of the air-fuel mixture is achieved, and ignition is reliably performed.

【0071】キャビティ11の断面を円形に形成し、キ
ャビティ側面16の垂直線に対する傾斜角度を10°程
度に設定し、キャビティ11の深さを4mm以上に設定
することにより、エンジンの大型化を避け、キャビティ
11に燃料噴霧を集めるとともに、スワールの勢力を維
持することができる。
By forming the cavity 11 in a circular cross section, setting the inclination angle of the cavity side surface 16 with respect to the vertical line to about 10 °, and setting the depth of the cavity 11 to 4 mm or more, it is possible to avoid an increase in the size of the engine. It is possible to collect the fuel spray in the cavity 11 and maintain the swirl force.

【0072】図3はキャビティ11の深さと排気ガスの
未燃焼HC濃度およびエンジン高さの関係を示す特性図
である。キャビティ11の深さが大きくなるのに伴って
未燃焼HC排出量が減少する。これは、キャビティ11
の深さが大きくなるのに伴って燃料噴霧がキャビティ1
1の壁面、特に底面15に衝突して付着することが抑え
られるためである。しかし、キャビティ11の深さが大
きくなるのに伴ってピストン1の冠部の肉厚が大きくな
り、エンジン高さが大きくなる。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the depth of the cavity 11, the unburned HC concentration of exhaust gas, and the engine height. The unburned HC emission amount decreases as the depth of the cavity 11 increases. This is cavity 11
As the fuel depth increases, the fuel spray becomes
This is because it is possible to prevent the wall surface of No. 1, particularly the bottom surface 15, from colliding and adhering. However, as the depth of the cavity 11 increases, the wall thickness of the crown portion of the piston 1 increases and the engine height increases.

【0073】また、キャビティ11を4mm以上に深く
しても、点火プラグ4の放電ギャップを環状側方電極よ
り3.5mm以上に離すことにより、ピストン1の上死
点付近でキャビティ11内に集められる高濃度の混合気
が点火プラグ4の放電ギャップに近づき、燃料を点火プ
ラグ4の放電ギャップの近傍に集中させることができ
る。
Even if the cavity 11 is deepened to 4 mm or more, the discharge gap of the spark plug 4 is separated from the annular side electrode by 3.5 mm or more, so that the piston 1 collects in the cavity 11 near the top dead center. The high-concentration air-fuel mixture thus generated approaches the discharge gap of the spark plug 4, and the fuel can be concentrated near the discharge gap of the spark plug 4.

【0074】ピストン1が下降する吸入行程でインジェ
クタ6から燃料が噴射される均質燃焼領域においても、
キャビティ11の壁面に衝突しないように低背圧下で燃
料噴霧の拡がりを抑えることが要求される。
Even in the homogeneous combustion region where fuel is injected from the injector 6 in the intake stroke in which the piston 1 descends,
It is required to suppress the spread of the fuel spray under a low back pressure so as not to collide with the wall surface of the cavity 11.

【0075】一方、ピストン1が下降する吸入行程でイ
ンジェクタ6から燃料が噴射される均質燃焼領域におい
ても、燃料噴霧がピストン1の冠部10やシリンダ5に
衝突しないように、燃料噴霧のペネトレーションを短
く、かつ粒径を小さくすることが要求される。
On the other hand, even in the homogeneous combustion region where the fuel is injected from the injector 6 in the intake stroke in which the piston 1 descends, the penetration of the fuel spray is carried out so that the fuel spray does not collide with the crown portion 10 of the piston 1 or the cylinder 5. It is required to be short and have a small particle size.

【0076】インジェクタ6の燃料噴霧形態を初期噴霧
を有する中空の円錐状に設定することにより、背圧の高
い圧縮行程噴射において噴霧粒径を小さくするととも
に、燃料噴霧の拡がりを抑えられ、燃料噴霧がキャビテ
ィ11の側面16に衝突して付着することが抑えられ
る。
By setting the fuel spray form of the injector 6 to a hollow conical shape having the initial spray, the spray particle size can be made small in the compression stroke injection with a high back pressure, and the spread of the fuel spray can be suppressed and the fuel spray Are prevented from colliding with and adhering to the side surface 16 of the cavity 11.

【0077】図4は、インジェクタ6の背圧に対する燃
料噴霧の円錐角の関係を示す特性図である。中実円錐状
の燃料噴霧形態に比べて中空円錐状の燃料噴霧形態は高
背圧下における燃料噴霧の拡がりを抑えられ、中空円錐
状の燃料噴霧形態に比べて初期噴霧を有する中空円錐状
の燃料噴霧形態は高背圧下における燃料噴霧の拡がりを
さらに抑えられる。これは噴射初期に燃料噴霧の中心部
に拡がる噴霧群の慣性質量が大きいため、液膜が存在し
てその内側に負圧が発生し、燃料噴霧の拡がりを抑えら
れるのである。そして、初期噴霧を有する中空円錐状の
噴霧形態は先端が空気との衝突によるまくれを持たず、
キャビティ11の壁面に対する衝突、干渉を防止するこ
とができる。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the back pressure of the injector 6 and the cone angle of the fuel spray. Compared to the solid cone fuel spray form, the hollow cone fuel spray form suppresses the spread of the fuel spray under high back pressure, and the hollow cone fuel spray with the initial spray is compared to the hollow cone fuel spray form. The spray form can further suppress the spread of fuel spray under high back pressure. This is because the inertial mass of the spray group that spreads to the central portion of the fuel spray is large at the initial stage of injection, so that a negative pressure is generated inside the liquid film and the spread of the fuel spray can be suppressed. And, the hollow cone-shaped spray form having the initial spray does not have a blister due to collision of the tip with air,
It is possible to prevent collision and interference with the wall surface of the cavity 11.

【0078】図5は、燃料噴霧の円錐角に対する燃焼性
能の関係を示した特性図である。これから燃料噴霧の円
錐角が40°〜70°の範囲にあるときに、排気ガス中
におけるHC濃度が低下するとともにエンジン安定度C
Piが良くなることがわかる。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship of the combustion performance to the cone angle of the fuel spray. From this, when the cone angle of the fuel spray is in the range of 40 ° to 70 °, the HC concentration in the exhaust gas decreases and the engine stability C
It can be seen that Pi is improved.

【0079】図6は、燃料噴霧の円錐角に対して排気性
能が変化する様子をキャビティ11の深さに応じて示し
た特性図である。これからキャビティ11が深いと、要
求される燃料噴霧の円錐角が小さくなることがわかる。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing how the exhaust performance changes with respect to the cone angle of the fuel spray according to the depth of the cavity 11. From this, it can be seen that the deeper the cavity 11, the smaller the cone angle of the fuel spray required.

【0080】図7は、高背圧下における燃料噴霧の形状
を示したものである。これから中空噴射はその噴霧先端
が拡がり、初期噴射を有する中空噴射は噴霧先端の拡が
りが抑えられることがわかる。
FIG. 7 shows the shape of fuel spray under high back pressure. From this, it is understood that the spray tip of the hollow jet expands, and the hollow jet having the initial injection suppresses the spread of the spray tip.

【0081】図8は、燃料噴霧を区分けされた皿状のも
ので受ける受け止め法により高背圧下において燃料の分
布を測定したものである。これからも中空噴射に比べて
初期噴射を有する中空噴射では燃料が最も多く分布する
円錐角が小さくなることがわかる。また、初期噴射を有
する中空噴射では円錐角が0°から10°となる中心部
にも6%〜12%の燃料が分布している。
FIG. 8 shows the fuel distribution measured under high back pressure by the receiving method in which the fuel spray is received by the divided dish. From this, it can be seen that the cone angle in which the fuel is most distributed is smaller in the hollow injection having the initial injection than in the hollow injection. In the hollow injection having the initial injection, 6% to 12% of fuel is also distributed in the central portion where the cone angle is 0 ° to 10 °.

【0082】こうして燃料を点火プラグ4の近傍に集中
させることにより、着火が確実に行われ、燃焼性が確保
される希薄空燃比の限界値を拡大することができる。シ
リンダ5に供給される混合気の空燃比を希薄化すること
により、エンジンのポンピング損失を低減し、燃費の低
減がはかれる。また、冷間時において燃料噴射量を増や
す必要がなく、エミッションを改善することができる。
By thus concentrating the fuel in the vicinity of the spark plug 4, ignition can be reliably performed, and the limit value of the lean air-fuel ratio at which the combustibility is ensured can be expanded. By leaning the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the cylinder 5, pumping loss of the engine is reduced and fuel consumption is reduced. Further, it is not necessary to increase the fuel injection amount in the cold state, and the emission can be improved.

【0083】インジェクタ6から噴射される燃料は、ピ
ストン1の冠部10に窪むキャビティ11に拡がること
により、ピストン1の冠部10に当たって点火プラグ4
に跳ね返ることが抑えられ、点火プラグ4に液状燃料が
直接的に付着して失火が起きることを回避できる。
The fuel injected from the injector 6 spreads into the cavity 11 recessed in the crown portion 10 of the piston 1 and hits the crown portion 10 of the piston 1 to make the spark plug 4
Therefore, it is possible to prevent the liquid fuel from directly adhering to the ignition plug 4 and causing misfire.

【0084】各吸気ポート2が直線状に延びるため、全
開出力運転時における出力が損なわれない。また、スワ
ールコントロールバルブ26の開閉により運転条件に応
じた流動場を供給できる。例えば、成層燃焼と均質燃焼
の切換時に同一空燃比で運転が可能となるため、この切
換時にトルク段差を解消することができる。
Since each intake port 2 extends linearly, the output during full-open output operation is not impaired. Further, by opening / closing the swirl control valve 26, a flow field according to operating conditions can be supplied. For example, since it is possible to operate with the same air-fuel ratio when switching between stratified combustion and homogeneous combustion, it is possible to eliminate the torque step during this switching.

【0085】各吸気ポート21はシリンダ5の中心線に
対して大きく傾斜して設けられる構造のため、インテー
クマニホールド(図示せず)の取付け位置が高くなるこ
とを抑えられ、エンジンのコンパクト化がはかれる。ま
た、シリンダヘッドの燃焼室壁のまわりに形成されるウ
ォータジャケット(図示せず)の配置自由度が高くな
り、エンジンの冷却性を高められる。
Since each intake port 21 is provided so as to be largely inclined with respect to the center line of the cylinder 5, it is possible to prevent the intake manifold (not shown) from being mounted at a high position and to make the engine compact. . Further, the degree of freedom of arrangement of the water jacket (not shown) formed around the combustion chamber wall of the cylinder head is increased, and the cooling performance of the engine can be improved.

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

【図1】本発明の実施形態を示すエンジンの概略断面
図。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an engine showing an embodiment of the present invention.

【図2】同じくピストンの概略平面図。FIG. 2 is a schematic plan view of a piston.

【図3】同じくキャビティの深さと排気ガスの未燃焼H
C濃度およびエンジン高さの関係を示す特性図。
[Fig. 3] Similarly, cavity depth and unburned H of exhaust gas
The characteristic view which shows the relationship between C concentration and engine height.

【図4】同じくインジェクタの背圧に対する燃料噴霧の
円錐角の関係を示す特性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the back pressure of the injector and the cone angle of the fuel spray.

【図5】同じく、燃料噴霧の円錐角に対する燃焼性能の
関係を示した特性図。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between combustion performance and cone angle of fuel spray.

【図6】同じく燃料噴霧の円錐角に対して排気性能が変
化する様子をキャビティの深さに応じて示した特性図。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing how the exhaust performance changes with the cone angle of the fuel spray according to the depth of the cavity.

【図7】同じく高背圧下における燃料噴霧の形状を示し
た図。
FIG. 7 is a view showing the shape of fuel spray under the same high back pressure.

【図8】同じく燃料噴霧を区分けされた皿状のもので受
ける受け止め法により高背圧下において燃料の分布を示
す図。
FIG. 8 is a diagram showing a fuel distribution under a high back pressure by a receiving method in which the fuel spray is similarly received by a divided dish.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ピストン 3 燃焼室 4 点火プラグ 5 シリンダ 6 インジェクタ 7 吸気バルブ 10 ピストン冠部 11 キャビティ 15 キャビティ底面 16 キャビティ側面 20 燃焼室天井壁 21 吸気ポート 26 スワールコントロールバルブ 28 切欠き部 31 凸部 41 中心電極 1 piston 3 Combustion chamber 4 spark plugs 5 cylinders 6 injectors 7 intake valve 10 Piston crown 11 cavities 15 Cavity bottom 16 Cavity side 20 Combustion chamber ceiling wall 21 intake port 26 swirl control valve 28 Notch 31 convex 41 Center electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // F02F 3/26 F02F 3/26 A (56)参考文献 特開 平7−102976(JP,A) 特開 平1−203613(JP,A) 特開 平8−35429(JP,A) 特開 昭60−95188(JP,A) 特開 昭60−56118(JP,A) 特開 平10−299539(JP,A) 特開 平10−281039(JP,A) 特開 平7−63061(JP,A) 特開 平9−144543(JP,A) 特開 平10−339139(JP,A) 特開 平6−81651(JP,A) 特開 平5−79337(JP,A) 特開 平8−200116(JP,A) 特開 平9−79038(JP,A) 特開 平7−286520(JP,A) 特開 平7−217436(JP,A) 実開 平1−124040(JP,U) 国際公開96/36808(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02B 23/10 F02M 61/18 F02B 17/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI // F02F 3/26 F02F 3/26 A (56) References JP-A-7-102976 (JP, A) JP-A-1- 203613 (JP, A) JP-A-8-35429 (JP, A) JP-A-60-95188 (JP, A) JP-A-60-56118 (JP, A) JP-A-10-299539 (JP, A) JP 10-281039 (JP, A) JP 7-63061 (JP, A) JP 9-144543 (JP, A) JP 10-339139 (JP, A) JP 6-81651 (JP, A) JP 5-79337 (JP, A) JP 8-200116 (JP, A) JP 9-79038 (JP, A) JP 7-286520 (JP, A) Kaihei 7-217436 (JP, A) Actual Kaihei 1-124040 (JP, U) International Publication 96/36808 (WO, A1) (58) Fields investigated ( Int.Cl. 7 , DB name) F02B 23/10 F02M 61/18 F02B 17/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】吸気ポートからシリンダ内に流入する吸気
にシリンダ中心線を中心に旋回するスワールの成分を有
する旋回流を生起するスワール生起手段と、 ピストンの冠部には中央部に隆起する凸部が形成される
と共に、皿状に窪み、シリンダ中心線と直交する断面が
円形のキャビティが、シリンダ中心線から偏心して形成
され、 前記キャビティは、平面状円形のキャビティ底面と、こ
のキャビティ底面の外周のキャビティ側面とから画成さ
れ、 インジェクタの燃料噴霧形態を、初期噴霧を有する中空
円錐状に設定し、圧縮行程後半にあるときの燃料噴霧の
中心線が前記キャビティ底面の中央部と交差するように
構成し、圧縮行程噴射における燃料噴霧の拡がりを抑え
て燃料噴霧がキャビティ側面に衝突して付着することを
抑えるようにした ことを特徴とする筒内直接噴射式火花
点火エンジン。
1. Intake that flows into a cylinder from an intake port
Has a swirl component that rotates around the cylinder center line.
Swirl generating means for generating a swirling flow, and a convex portion protruding in the central portion is formed on the crown portion of the piston
At the same time, the dish-shaped depressions and the cross section orthogonal to the cylinder center line
Circular cavity formed off-center from the cylinder centerline
The cavity has a flat circular cavity bottom and
It is defined by the bottom of the cavity and the outer side of the cavity.
Is, the fuel spray form of the injector, the hollow having an initial spray
It is set to a conical shape so that the fuel spray
So that the center line intersects the center of the bottom of the cavity.
Composed to suppress spread of fuel spray in compression stroke injection
That the fuel spray collides with and adheres to the side of the cavity.
In- cylinder direct injection spark ignition engine characterized by suppressing .
【請求項2】吸気ポートからシリンダ内に流入する吸気
にシリンダ中心線を中心に旋回するスワールの成分を有
する旋回流を生起するスワール生起手段と、 ピストン冠部には中央部にルーフ状に隆起する凸部が形
成されると共に、皿状に窪むキャビティが形成され、 前記キャビティはシリンダ中心線と直交する断面が円形
に形成され、平面状円形をしたキャビティ底面と、キャ
ビティ底面の外周から逆円錐面状に拡がるキャビティ側
面によって画成され、 インジェクタの燃料噴霧形態を、初期噴霧を有する中空
円錐状に設定し、圧縮行程後半にあるときの燃料噴霧の
中心線が前記キャビティ底面の中央部と交差するように
構成し、圧縮行程噴射における燃料噴霧の拡がりを抑え
て燃料噴霧がキャビティ側面に衝突して付着することを
抑えるようにした ことを特徴とする筒内直接噴射式火花
点火エンジン。
2. An intake air flowing into a cylinder from an intake port
Has a swirl component that rotates around the cylinder center line.
The swirl generating means for generating the swirling flow and the convex portion protruding in the roof shape in the center of the piston crown
Is formed and a dish-shaped cavity is formed, and the cavity has a circular cross section orthogonal to the cylinder center line.
The bottom surface of the cavity, which has a circular shape, and the
Cavity side that spreads from the outer periphery of the bottom of the vity to the shape of an inverted cone
Defined by the plane, the fuel spray form of the injector, the hollow having an initial spray
It is set to a conical shape so that the fuel spray
So that the center line intersects the center of the bottom of the cavity.
Composed to suppress spread of fuel spray in compression stroke injection
That the fuel spray collides with and adheres to the side surface of the cavity.
In- cylinder direct injection spark ignition engine characterized by suppressing .
【請求項3】点火プラグを燃焼室天井壁の略中央部に配
置し、 中心電極の突出高さを3.5mmより大きく設定したこ
とを特徴とする請求項1または2に記載の筒内直接噴射
式火花点火エンジン。
3. The in-cylinder direct cylinder according to claim 1 or 2, wherein the spark plug is arranged substantially in the center of the ceiling wall of the combustion chamber, and the protrusion height of the center electrode is set to be larger than 3.5 mm. Injection spark ignition engine.
【請求項4】前記インジェクタから噴射される燃料噴霧
をその円錐角が40°〜70°の範囲にある中空の円錐
状に拡がる構成とし、 燃料噴霧の中心部にも6%〜12%の燃料が分布する構
成としたことを特徴とする請求項1から3のいずれか一
つに記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。
4. The fuel spray injected from the injector is configured to spread into a hollow conical shape having a cone angle in the range of 40 ° to 70 °, and 6% to 12% of fuel is also contained in the center of the fuel spray. The in-cylinder direct injection spark ignition engine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that
【請求項5】前記キャビティの深さを4mm以上に設定
したことを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに
記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。
5. The direct injection spark ignition engine for a cylinder according to claim 1, wherein the depth of the cavity is set to 4 mm or more.
【請求項6】前記インジェクタから噴射される燃料噴霧
の中心線が水平線に対して成す俯角を約36°に設定し
たことを特徴とする請求項1から5のいずれか一つに記
載の筒内直接噴射式火花点火エンジン。
6. The in-cylinder according to claim 1, wherein a depression angle formed by a center line of the fuel spray injected from the injector with respect to a horizontal line is set to about 36 °. Direct injection spark ignition engine.
【請求項7】前記インジェクタの燃料噴射時期を高負荷
時に吸気行程に設定し、インジェクタの燃料噴射時期を
低負荷時に圧縮行程に設定したことを特徴とする請求項
1から6のいずれか一つに記載の筒内直接噴射式火花点
火エンジン。
7. The fuel injection timing of the injector is set to an intake stroke when the load is high, and the fuel injection timing of the injector is set to a compression stroke when the load is low. In-cylinder direct injection type spark ignition engine described in.
【請求項8】前記吸気ポートとして平面図上略直線状に
延びる2本のストレートポートを備え、 スワール生起手段として、一方の吸気ポートからシリン
ダ内に導入される吸気を絞るスワールコントロールバル
ブを備えたことを特徴とする請求項1から7のいずれか
一つに記載の筒内直接噴射式火花点火エンジン
8. The intake port is provided with two straight ports extending substantially linearly in a plan view, and the swirl generating means is provided with a swirl control valve for restricting intake air introduced into the cylinder from one intake port. In-cylinder direct injection spark ignition engine according to any one of claims 1 to 7.
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