JP3692749B2 - Piston for in-cylinder internal combustion engine - Google Patents

Piston for in-cylinder internal combustion engine Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガソリン機関に代表される筒内噴射式内燃機関のピストン、特に、シリンダ燃焼室内に生成されるタンブル成分およびスワール成分を利用して、均質燃焼と成層燃焼の双方が可能な筒内噴射式内燃機関のピストンの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
全開出力時等にシリンダ燃焼室内に略均質な空燃比の混合気を形成していわゆる均質燃焼を行うとともに、低負荷域では、燃焼室内の一部つまり点火プラグ近傍のみに比較的濃い混合気を形成して平均的な空燃比を非常に大きく得るようした成層燃焼を行う筒内噴射式内燃機関が従来から種々提案されている。
【0003】
成層希薄燃焼を可能とした筒内噴射式内燃機関のピストンとしては、例えば、特公平8−35429号公報に記載のものが知られている。この公報に記載の内燃機関は、ピストンの頂部に、ピストン外形円に対し偏心した非円形のボウル(キャビティ)が形成されているとともに、ピストン上死点において該ボウルへ向けて燃料を噴射供給できるように燃料噴射弁が配置されている。上記ピストン頂部は、ボウル内に燃料およびスワールを封じ込めるように、リエントラント型の構成となっている。また、一対の吸気ポートの一方をヘリカルポートとして構成するとともに、他方の吸気ポートを開閉する空気制御弁を備えている。
【0004】
つまり、この公報の内燃機関では、希薄燃焼時には、上記空気制御弁を閉じて一方のヘリカルポートのみから新気を導入し、燃焼室内に強いスワールを生成する。このスワールは、ピストンの上昇に伴ってボウル内に導入されるので、圧縮行程後期にボウル内に燃料を噴射することにより、ボウル内で可燃混合気が形成され、かつボウル内のスワールにより点火プラグ周辺に運ばれる。従って、適宜な時期に点火を行うことにより、着火燃焼に至ることになる。
【0005】
また特開平5−231155号公報には、ピストン頂部に、ピストン外形円に対し偏心した略半球状の深いボウル(深皿部)を凹設するとともに、このボウルの外周の一部に、点火プラグを囲むように半径方向に部分的に窪んだプラグポケットを設けた筒内噴射式内燃機関用ピストンが開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平5−231155号公報のようにプラグポケットを形成したものでは、成層燃焼時のように燃料噴射量が少ない場合には、点火プラグ近傍に燃料を多く集めて良好に可燃混合気を形成することができる。しかしながら、均質燃焼時のように燃料噴射量が多い場合には、点火プラグの周りに噴霧燃料が滞留して、着火性が悪化するとともに、ボウル壁面に付着した燃料液膜が蒸発し切れずに拡散し、スモークを発生したり、点火プラグを汚損するといった問題を生じる。
【0007】
このような問題に対し、特公平8−35429号公報に記載されたものでは、ボウル形状を平面視で非円形とし、このボウル壁面の中で略直線状の区間に点火プラグを近接させることで、点火プラグ周りに噴霧燃料が滞留することを抑制している。しかしながら、このようにボウルを非円形状とすると、ボウル容積が比較的大きくなり、均質燃焼時の圧縮比が低くなって全開性能が低下する虞がある。
【0008】
加えて、両公報のものでは、共に燃料噴射弁による噴射方向が点火プラグのスワール上流側に偏向しているため、噴霧角度を狭くする必要が生じ、均質燃焼による全開性能が低下する主要な要因となる。
【0009】
この発明は、成層希薄燃焼と均質燃焼とを高いレベルで両立しつつ、燃焼室内におけるスモークの発生や点火プラグのくすぶり等を有効に抑制し得る筒内噴射式内燃機関のピストンを提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明に係わる筒内噴射式内燃機関は、内部をピストンが昇降するシリンダと、吸気弁及び排気弁が配設されたシリンダヘッドと、シリンダ軸方向から見てシリンダ略中央を指向した姿勢で吸気弁側に配置され、上記シリンダヘッドとピストン頂部との間に形成された燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、上記軸方向から見てシリンダ略中央に位置する点火プラグと、を備え、上記燃焼室内にタンブル流成分を付与した状態で吸気行程付近で燃料噴射を行うことにより均質燃焼を実現するとともに、上記燃焼室内にスワール成分を付与した状態で圧縮行程付近で燃料噴射を行うことにより成層燃焼を実現する構成となっている。
【0011】
そして、この発明のピストンは、上記ピストン頂部に上記軸方向から見て略真円形のボウルが凹設され、上記軸方向から見て上記ボウルの中心が、その真円形範囲内に位置する上記点火プラグに対して上記吸気弁側に偏心しているとともに、上記点火プラグと上記燃料噴射弁とを結ぶ線を基準としてシリンダの内壁面に沿って燃焼室内を旋回するスワール上流側に偏心しており、かつ、上記ボウル底面の最深底部が、上記ボウル中心に対して上記点火プラグと上記燃料噴射弁とを結ぶ線側に偏心していることを特徴としている。
【0012】
成層燃焼時には、例えば一つの吸気ポートから導入される新気によって、燃焼室内にスワールが生成される。このスワールは、ピストンの上昇に伴ってボウル内に運ばれる。ここで、軸方向から見てボウルが略真円形であるため、十分なスワールをボウル内に確保できる。そして、圧縮行程後期に燃料噴射弁からシリンダ略中央の点火プラグへ向かって噴射された燃料噴霧は、ボウル底面や対向するボウル周壁部に衝突して蒸発,微粒化されるとともに、全体としてボウル内のスワールに乗って拡散,気化しつつ点火プラグ側へ移動し、点火プラグ周辺に可燃混合気を形成する。
【0013】
ここで、軸方向から見てボウルの中心が、点火プラグに対して吸気弁側に偏心しているとともに、点火プラグと燃料噴射弁とを結ぶ線よりスワール上流側に偏心している。つまり、ボウルは、このボウル内を旋回するスワールの流れ方向で点火プラグの下流側領域が相対的に拡大する形となる。この結果、ボウル内を旋回するスワールに乗って点火プラグ周辺を通過した混合気(燃料)は、相対的に内部容積の大きい点火プラグの下流側領域へ滞留することなく良好に拡散,気化される。また、点火プラグを通過した燃料が付着し易いボウル周壁部の表面積が実質的に拡大した形となるから、ボウル周壁部に付着する燃料液膜の厚さが薄肉化され、その蒸発時間が短縮化される。従って、スモークの発生や点火プラグのくすぶり等が効果的に抑制される。
【0014】
また均質燃焼時には、吸気弁を介して燃焼室内に流入した新気によってタンブル流が生成され、かつ吸気行程付近で燃料が噴射される。
【0015】
また、請求項1の発明をより具体化した請求項2の発明では、上記シリンダヘッドは、一対の吸気弁が配設される吸気側傾斜面及び一対の排気弁が配設される排気弁側傾斜面を有するペントルーフ形状となっており、上記ピストン頂部には、上記吸気弁側傾斜面に略平行となるように傾斜した吸気弁側ピストン傾斜面及び排気弁側傾斜面に略平行となるように傾斜した排気弁側ピストン傾斜面が形成されていることを特徴としている。
【0016】
請求項3の発明は、上記ボウルの周壁部の中で、上記点火プラグと上記燃料噴射弁とを結ぶ線よりスワール下流側の部分が、圧縮行程中に噴射された燃料噴霧と直接的に干渉しないように、上記ボウルの偏心量が設定されていることを特徴としている。
【0017】
請求項4の発明は、上記軸方向から見て上記ボウルの中心は、上記点火プラグと上記燃料噴射弁とを結ぶ線から上記点火プラグを中心にシリンダの内壁面に沿って燃焼室内を旋回するスワールの旋回方向とは逆方向へ所定量回転した位置に設定されていることを特徴としている。
【0018】
請求項5の発明は、上記ボウルの周壁部の中で上記燃料噴射弁に対向する部分が、リエントラント形状に形成されていることを特徴としている。
【0019】
請求項6の発明は、上記ボウルの外周縁部の中で上記燃料噴射弁に近接する部分に、上記燃料噴射弁からの燃料噴霧が直接的に干渉するのを回避する切欠部が凹設されていることを特徴としている。
【0021】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、ボウル内を旋回するスワールの流れ方向で、点火プラグの下流側領域におけるボウル内の容積及び周壁部の表面積が相対的に拡大する。従って、成層燃焼時に、点火プラグ周辺を通過した混合気(燃料)が効果的に拡散,気化されるとともに、ボウル周壁部へ付着する燃料の液膜が薄肉化されて、蒸発時間が短縮化し、もってスモークの発生やそれに伴う点火プラグのくすぶり等を効果的に防止することができる。
【0022】
また、軸方向から見てボウルが略真円形状となっているから、ボウル容積が比較的小さくなる。従って、圧縮比を高く設定でき、タンブル流を利用した均質燃焼時の全開性能を向上することができる。つまり、均質燃焼による全開性能と成層希薄燃焼とを一層高いレベルで両立させることができる。
【0023】
請求項2の発明によれば、ピストン上死点において、吸気弁側ピストン傾斜面と排気弁側ピストン傾斜面とが、シリンダヘッド側の吸気弁側傾斜面と排気側傾斜面とにそれぞれわずかな間隙を介して対向し、燃焼室内に残る空間の大部分をボウルが占有する。従って、成層燃焼時には、ボウル内にスワールや混合気が良好に封じ込められて、ボウル内で良好に燃焼が進行する。
【0024】
また、上記ボウルが吸気弁側並びにスワール上流側へ偏心している関係で、燃料噴射弁に対向するボウルの周壁部が、軸方向から見てシリンダの中央部寄りに位置し、その表面積がペントルール形状に応じて比較的大きくなる。このため、ボウル周壁部へ付着する燃料の液膜厚さが更に薄肉化される。
【0025】
請求項3の発明によれば、ボウル周壁部の中で点火プラグと燃料噴射弁とを結ぶ線よりスワール下流側の部分に、圧縮行程中に噴射された燃料噴霧が直接的に干渉することがないので、この部分に多くの燃料が付着してスモークの発生や点火プラグの汚損を招く虞がない。
【0026】
請求項4の発明によれば、シリンダや点火プラグに対するボウルの軸方向相対位置関係が、例えばボウル中心が点火プラグと燃料噴射弁とを結ぶ線に対して偏心していない場合と同一となるから、この様な場合と同じレベルのスワールを確保できる。
【0027】
請求項5の発明によれば、燃料噴射弁に対向するボウル周壁部分に付着した燃料やこの部分の周辺を通過する混合気が、ボウルの外周縁部を越えて外部の燃焼室へ飛び出すことが防止される。つまり、成層燃焼時に、ボウル内に燃料および混合気さらにはスワールを確実に封じ込めておくことができる。
【0028】
ところで、請求項1又は2の発明のように、上記ボウルを点火プラグと燃料噴射弁とを結ぶ線よりスワール上流側に偏心させると、その偏心量に応じてボウルの外周縁部が燃料噴射弁から遠ざかるため、燃料噴射弁からの燃料噴霧がボウルの周縁部に干渉する虞がある。そこで請求項6の発明では、燃料噴射弁に近接するボウル周縁部に切欠部を形成して上述した燃料の付着を確実に防止している。
【0029】
更に請求項の発明によれば、ボウル底面の中で、ボウル内を旋回するスワールの流れ方向で点火プラグより下流側領域における曲率半径及び表面積が相対的に大きくなる。従って、点火プラグを通過した混合気がより良好に拡散されるとともに、ボウル底面に付着する燃料の液膜が薄肉化され、より良好な成層燃焼を実現できる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0031】
始めに、この発明のピストン4が用いられる筒内噴射式内燃機関の構成を図1および図2に基づいて説明する。図示するように、シリンダブロック1には、複数のシリンダ3が直列に配置されており、その上面を覆うように、シリンダヘッド2が固定されている。シリンダ3内にはピストン4が摺動,昇降可能に嵌合しており、このピストン4の頂部21とシリンダヘッド2との間に燃焼室11が隔成されている。
【0032】
シリンダヘッド2は、いわゆるペントルーフ型に構成されており、その一方の傾斜面11aに一対の吸気弁5が、他方の傾斜面11bに一対の排気弁6がそれぞれ配置されている。そして、これらの一対の吸気弁5および一対の排気弁6によって囲まれたシリンダ3の軸方向略中心位置に、点火プラグ7が配置されている。
【0033】
また、シリンダヘッド2には、一対の吸気弁5にそれぞれ対応する一対の吸気ポート8が、互いに独立して形成されている。つまり、この一対の吸気ポート8は、シリンダヘッド2内で合流せず、それぞれシリンダヘッド2側面において独立して開口している。また上記排気弁6に対応して排気ポート9が形成されている。
【0034】
略円筒状をなす電磁式燃料噴射弁10は、吸気弁5側のシリンダ3側壁寄りのシリンダヘッド2下面部に配置されており、その中心軸が斜め下方へ向かった姿勢で取り付けられている。特に、図2に示すように、上記燃料噴射弁10は、2つの吸気弁5の間に配置され、点火プラグ7が位置するシリンダ軸方向中心ヘ噴霧軸線が指向している。
【0035】
上記ピストン4の頂部21には、後述するように、シリンダ軸方向から見て真円形をなす椀状のボウル12が形成されており、ピストン4が上死点近傍にあるときに、上記燃料噴射弁10の噴霧軸線がこのボウル12を指向するようになっている。
【0036】
一対の吸気ポート8は、それぞれ吸気マニホルド13側に独立して形成された一対の吸気通路14a,14bに接続されている。そして、一方の吸気通路14b内には、該吸気通路14bを開閉するバタフライバルブ型の空気制御弁15が介装されている。この空気制御弁15は、シャフト16を介して図示せぬ駆動機構により機関運転条件に応じて開閉制御される。なお、上記空気制御弁15が閉じた状態では、他方の吸気通路14aに連なる吸気ポート8のみを通して新気が流入するのであるが、この吸気ポート8は、ヘリカルポートではなく、緩く湾曲した略直線状のポート形状をなしている。
【0037】
上記の内燃機関の基本的な作用について説明すると、機関の全負荷時あるいは希薄燃焼域の中でも比較的空燃比が小さな領域では、燃焼室11内に均質な混合気を形成して点火する均質燃焼が行われる。詳述すると、この均質燃焼時には、上記空気制御弁15は開状態に制御され、一対の吸気ポート8の双方から燃焼室11内へ新気が導入される。これにより、燃焼室11内には、強いタンブル流(縦渦)が生成され、このタンブル流によって、吸気行程中に燃焼室11内に噴射供給された燃料は、ボウル12内に滞留することなく積極的に拡散,均質化される。
【0038】
一方、低負荷域で、かつ空燃比を非常に大きくする希薄燃焼域では、混合気の成層化により確実な着火を可能とする成層希薄燃焼を行う。この成層希薄燃焼時には、空気制御弁15が閉じられ、一方の吸気ポート8のみから燃焼室11内に新気が流入する。これにより、燃焼室11内では、タンブル成分が相対的に弱められ、かつ水平方向に沿ったスワール成分S1が強く生成される。従って、図5(A)に示すように、圧縮行程の後半において燃料噴射弁10からボウル12へ向けて噴射された燃料は、図5(B)に示すようにピストン4頂部のボウル12内へ流れ込んだスワールS2に乗って点火プラグ7側へ移動し、点火プラグ7周辺に着火可能な混合気を形成する。
【0039】
次に、図1及び図3〜図5を参照して、第1実施例に係るピストン4、特にその頂部21の構成及び作用を詳細に説明する。
【0040】
このピストン4の頂面をなす頂部21には、図1に示すペントルーフ型シリンダヘッド2の吸気弁側傾斜面11a及び排気弁側傾斜面11bに対して略平行な平面となった吸気弁側ピストン傾斜面22および排気弁側ピストン傾斜面23が形成されている。このため、ピストン4が上死点にあるとき、シリンダヘッド2側の傾斜面11a,11bとピストン傾斜面22,23との間に生じるクリアランスは非常に小さくなり、燃焼室11内に残る容積の大部分をボウル12が占有する。なお、頂部21の中で最も高くなった尾根部分はピストンピン軸方向に沿ってピストン4外形円近くまで延びている。
【0041】
ボウル12は、吸気弁側ピストン傾斜面22を中心とした範囲に凹設されている。すなわちボウル12は、ピストン4の平面上(シリンダ軸方向)で見て真円形をなし、かつピストン4の半径よりも僅かに大きい直径を有していて、その一部が排気弁側ピストン傾斜面23に差しかかっている。また、点火プラグ7は、ピストン4が上死点にあるときにボウル12内に入り、かつボウル12の外周部近傍に位置するように設定されている。
【0042】
そして本実施例では、図3に示すように軸方向から見てボウル12の中心40が、その真円形範囲内に位置する点火プラグ7に対して、吸気弁5側(図3の下側)に偏心しているとともに、点火プラグ7と燃料噴射弁10とを結ぶ線Lよりも、シリンダ3の内壁面に沿って燃焼室11内を旋回するスワールS1の上流側に偏心している。すなわちボウル中心40は、点火プラグ7と燃料噴射弁10とを結ぶ線Lから点火プラグ7を中心にスワールS1の上流側へ所定角度θ1だけ回転した位置に設定されている。従って、ボウル12は、図5(C)に示すようなボウル12内を旋回するスワールS2の流れ方向で点火プラグ7より下流側の領域が、実質的に拡大した形となる。
【0043】
なお、上述したようにボウル12の中心40をスワールS1の上流側へ偏心させると、ボウル12の外周縁部(開口縁部)が燃料噴射弁10から遠ざかり、燃料噴射弁10からの燃料噴霧が直接的に干渉する虞があるため、この実施例では、燃料噴射弁10に近接するボウル12の外周縁部に、ボウル12側へ臨んだ適宜な切欠部41を凹設して、このような燃料噴霧の干渉を回避している。
【0044】
また、ボウル12は、ボウル12の中で最も深く凹設された最深底部42が略平面状に形成されるとともに、この最深底部42からボウル周壁部を介してボウル開口縁部へと滑らかに湾曲する略椀状に形成されている。なお、最深底部42を含めてボウル12の壁部全体を滑らかな球面状に形成しても良い。
【0045】
そして、ボウル12の周壁部の中で、燃料噴射弁10に対向する部分43、言い換えると軸方向から見て点火プラグ7の周辺からスワール下流側にかけての部分43が、図4に示すようなリエントラント形状に形成されている。
【0046】
また、ボウル12の周壁部の中で、燃料噴射弁10と点火プラグ7とを結ぶ線LよりもスワールS1の上流側の部分44が、圧縮行程中に噴射された燃料噴霧F1が直接的に干渉しないように、ボウル12の偏心量が設定されている。
【0047】
図5(A)〜(C)は、成層燃焼過程を示すピストン4の平面図である。図5(A)に示す圧縮行程後半では、燃料噴射弁10からボウル12内へ向かって燃料噴霧F1が噴射されるとともに、ピストン4の上昇に伴って燃焼室11内を旋回するスワールS1がボウル12内へ導入される。この燃料噴霧F1は、図5(B)に示すようにボウル12内のスワールS2に乗って拡散,気化しながら点火プラグ7側へ移動し、点火プラグ7周辺に可燃混合気F2を形成する。この可燃混合気を適宜なタイミングで点火することにより着火が行われる。そして図5(C)に示すように、点火プラグ7周辺を通過した混合気F3は、残留する液状燃料とともに、点火プラグ7よりスワールS2下流側領域へ拡散しながら流れ込む。
【0048】
ここで本実施例では、ボウル12の中心40が、点火プラグ7に対して吸気弁5側に偏心しているとともに、点火プラグ7と燃料噴射弁10とを結ぶ線LよりもスワールS1の上流側に偏心しているため、ボウル12は、ボウル12内のスワールS2流れ方向で点火プラグ7より下流側領域が相対的に大きくなる。この結果、圧縮行程付近で燃料噴射を行う成層燃焼時に、点火プラグ7周辺を通過した混合気(燃料)が滞留することなく良好に拡散,気化される。また、点火プラグ7周辺を通過した燃料が付着し易いボウル12の周壁部が実質的に拡大した形となり、ボウル12周壁部に付着する燃料液膜の厚さが薄肉化され、短時間で蒸発を完了することができる。この結果、スモークの発生や点火プラグ7のくすぶり等を効果的に抑制することができる。
【0049】
また、上述したようにピストン上死点付近で燃焼室11の大部分をボウル12が占有するため、ボウル12内にスワールS2や混合気を良好に封じ込めることができる。
【0050】
さらに、ボウル12が平面視で略円形となっているから、ボウル12の容積を比較的小さくでき、圧縮比を十分高く設定できる。また、成層燃焼時にはボウル12内に十分な強さのスワールS2を保存できる。つまり、均質燃焼による全開性能と成層希薄燃焼とを一層高いレベルで両立させることができる。
【0051】
加えて、ボウル12が偏心している関係で、燃料噴射弁10に対向するボウル12の周壁部分43が中央部寄りに位置し、その表面積がペントルーフ形状に応じて比較的大きくなる。従って、この部分43に付着する燃料液膜の厚さが薄くなり、燃料の蒸発時間が短縮化される。
【0052】
さらに、ボウル12の中心40を点火プラグ7を中心に所定角度θ1回転した位置に設定しているから、シリンダ3や点火プラグ7に対するボウル12の軸方向相対位置関係が、例えばボウル中心40が点火プラグ7と燃料噴射弁10とを結ぶ線L上に位置する場合と同一となり、この様な場合と同じレベルのスワールを確保できる。
【0053】
また、燃料噴射弁10に対向するボウル12の周壁部分43をリエントラント形状としているから、この部分43に付着した燃料やこの部分43の近傍を通過する混合気が、ボウル12の外周縁部を越えて外部の燃焼室11内へ飛び出すことが効果的に防止される。つまり、成層燃焼時に、ボウル12内に燃料および混合気さらにはスワールを確実に封じ込めておくことができ、成層燃焼が良好なものとなる。
【0054】
次に、図6,図7は、この発明に係るピストン4の第2実施例を示している。なお、上記第1実施例と同一部分には同じ参照符号を付して重複する説明を省略している。
【0055】
この実施例においては、ボウル12の中心40が第1実施例と同様の位置に設定されているのに対し、ボウル12の最深底部45が、ボウル中心40に対して点火プラグ7と燃料噴射弁10とを結ぶ線L側(図6の右側)に偏心している。より具体的には、最深底部45の中心45aが上記線L上に設定されている。言い換えると、ボウル12の底面の中で、ボウル12内スワールの流れ方向で点火プラグ7の下流側領域46の表面積及び曲率半径が相対的に大きくなっている。従って、この領域46周辺を混合気が滞留することなく良好に通過,拡散するとともに、この領域46に付着する燃料の液膜を薄肉化でき、より一層良好な成層燃焼を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る筒内噴射式内燃機関の構成を示す縦断面図。
【図2】図1のシリンダヘッドを下面側から見た状態を示す底面図。
【図3】この発明に係るピストンの第1実施例を示す平面図。
【図4】図3のA−A線に沿った断面図。
【図5】成層燃焼の過程を示すピストン平面図。
【図6】この発明に係るピストンの第2実施例を示す平面図。
【図7】図6のB−B線に沿った断面図。
【符号の説明】
4…ピストン
7…点火プラグ
10…燃料噴射弁
11…燃焼室
12…ボウル
21…頂部
22…吸気弁側ピストン傾斜面
23…排気弁側ピストン傾斜面
40…ボウル中心
41…切欠部
42…最深底部
43,44…ボウル周壁部分
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piston of a cylinder injection internal combustion engine represented by a gasoline engine, in particular, a cylinder capable of both homogeneous combustion and stratified combustion using a tumble component and a swirl component generated in a cylinder combustion chamber. The present invention relates to an improvement of a piston of an injection type internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
A so-called homogeneous combustion is performed by forming a substantially homogeneous air-fuel ratio mixture in the cylinder combustion chamber at the time of fully open output, etc., and in the low load region, a relatively rich mixture is only applied to a part of the combustion chamber, that is, only near the spark plug. Various in-cylinder injection internal combustion engines that perform stratified combustion so that an average air-fuel ratio can be obtained to be very large have been proposed.
[0003]
As a piston of a direct injection internal combustion engine capable of stratified lean combustion, for example, a piston described in Japanese Patent Publication No. 8-35429 is known. In the internal combustion engine described in this publication, a non-circular bowl (cavity) eccentric to the piston outer circle is formed at the top of the piston, and fuel can be injected and supplied toward the bowl at the top dead center of the piston. The fuel injection valve is arranged as described above. The piston top has a reentrant configuration so that fuel and swirl are contained in the bowl. In addition, one of the pair of intake ports is configured as a helical port, and an air control valve that opens and closes the other intake port is provided.
[0004]
That is, in the internal combustion engine disclosed in this publication, at the time of lean combustion, the air control valve is closed and fresh air is introduced only from one helical port to generate a strong swirl in the combustion chamber. Since this swirl is introduced into the bowl as the piston rises, a flammable mixture is formed in the bowl by injecting fuel into the bowl late in the compression stroke, and the spark plug is formed by the swirl in the bowl. Carried around. Therefore, ignition is performed by igniting at an appropriate timing.
[0005]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-231155 discloses a substantially hemispherical deep bowl (deep dish portion) that is eccentric with respect to the piston outer circle at the top of the piston, and a spark plug on a part of the outer periphery of the bowl. In-cylinder internal combustion engine pistons having plug pockets partially recessed in the radial direction so as to surround the cylinder are disclosed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the case where the plug pocket is formed as in JP-A-5-231155, when the fuel injection amount is small as in stratified combustion, a large amount of fuel is collected in the vicinity of the spark plug to form a good combustible mixture. can do. However, when the fuel injection amount is large as in homogeneous combustion, the sprayed fuel stays around the spark plug, the ignitability deteriorates, and the fuel film attached to the bowl wall surface does not evaporate completely. Diffusing causes problems such as smoke and fouling of the spark plug.
[0007]
With respect to such a problem, in the one described in Japanese Patent Publication No. 8-35429, the bowl shape is non-circular in plan view, and the spark plug is brought close to a substantially straight section in the bowl wall surface. The fuel spray is prevented from staying around the spark plug. However, when the bowl is made non-circular in this way, the bowl volume becomes relatively large, the compression ratio at the time of homogeneous combustion becomes low, and there is a possibility that the fully open performance is lowered.
[0008]
In addition, in both publications, since the injection direction by the fuel injection valve is deflected to the swirl upstream side of the spark plug, it is necessary to narrow the spray angle, which is a major factor that lowers the fully open performance by homogeneous combustion It becomes.
[0009]
The present invention provides a piston for an in-cylinder injection internal combustion engine that can effectively suppress generation of smoke and smoldering of a spark plug in a combustion chamber while achieving both high-level stratified lean combustion and homogeneous combustion. It is aimed.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A cylinder injection internal combustion engine according to the invention of claim 1 is directed to a cylinder in which a piston moves up and down, a cylinder head in which an intake valve and an exhaust valve are disposed, and a substantially center of the cylinder when viewed from the cylinder axial direction. A fuel injection valve which is disposed on the intake valve side in a posture and directly injects fuel into a combustion chamber formed between the cylinder head and the top of the piston, and an ignition plug positioned substantially in the center of the cylinder when viewed from the axial direction And injecting fuel in the vicinity of the intake stroke in a state where a tumble flow component is applied to the combustion chamber, and realizing fuel injection near the compression stroke in a state where a swirl component is applied in the combustion chamber It is the structure which realizes stratified combustion by performing.
[0011]
In the piston according to the present invention, a substantially round bowl as viewed from the axial direction is recessed at the top of the piston, and the center of the bowl as viewed from the axial direction is located within the true circle range. Eccentric to the intake valve side with respect to the plug, and eccentric to the upstream side of the swirl swirling in the combustion chamber along the inner wall surface of the cylinder with reference to a line connecting the spark plug and the fuel injection valve , And the deepest bottom part of the said bowl bottom face is eccentric to the line side which connects the said ignition plug and the said fuel injection valve with respect to the said bowl center, It is characterized by the above-mentioned.
[0012]
During stratified combustion, swirl is generated in the combustion chamber by, for example, fresh air introduced from one intake port. This swirl is carried into the bowl as the piston rises. Here, since the bowl is substantially round when viewed from the axial direction, a sufficient swirl can be secured in the bowl. In the latter half of the compression stroke, the fuel spray injected from the fuel injection valve toward the spark plug in the center of the cylinder collides with the bottom of the bowl and the opposing peripheral wall of the bowl, evaporates and atomizes, and as a whole It moves to the spark plug side while diffusing and evaporating on the swirl, and forms a combustible mixture around the spark plug.
[0013]
Here, when viewed from the axial direction, the center of the bowl is eccentric to the intake valve side with respect to the ignition plug, and is eccentric to the swirl upstream side from the line connecting the ignition plug and the fuel injection valve. That is, the bowl has a shape in which the downstream region of the spark plug relatively expands in the flow direction of the swirl swirling in the bowl. As a result, the air-fuel mixture (fuel) riding on the swirl swirling in the bowl and passing through the periphery of the spark plug is diffused and vaporized well without staying in the downstream region of the spark plug having a relatively large internal volume. . In addition, the surface area of the peripheral wall of the bowl where the fuel that has passed through the spark plug is likely to adhere is substantially enlarged, so the thickness of the liquid fuel film adhering to the peripheral wall of the bowl is reduced and the evaporation time is shortened. It becomes. Therefore, the generation of smoke, smoldering spark plugs, and the like are effectively suppressed.
[0014]
In homogeneous combustion, a tumble flow is generated by the fresh air flowing into the combustion chamber through the intake valve, and fuel is injected in the vicinity of the intake stroke.
[0015]
According to a second aspect of the present invention that further embodies the first aspect of the invention, the cylinder head includes an intake side inclined surface on which a pair of intake valves are disposed and an exhaust valve side on which a pair of exhaust valves are disposed. It has a pent roof shape having an inclined surface, and the piston top portion is substantially parallel to the intake valve side piston inclined surface and the exhaust valve side inclined surface inclined so as to be substantially parallel to the intake valve side inclined surface. An exhaust valve side piston inclined surface that is inclined in a straight line is formed.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the peripheral wall portion of the bowl, the portion on the downstream side of the swirl from the line connecting the spark plug and the fuel injection valve directly interferes with the fuel spray injected during the compression stroke. In order to avoid this, the amount of eccentricity of the bowl is set.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, the center of the bowl as viewed from the axial direction swirls in the combustion chamber along the inner wall surface of the cylinder around the spark plug from a line connecting the spark plug and the fuel injection valve. It is characterized in that it is set at a position rotated by a predetermined amount in the direction opposite to the swirl turning direction .
[0018]
The invention according to claim 5 is characterized in that a portion of the peripheral wall portion of the bowl facing the fuel injection valve is formed in a reentrant shape.
[0019]
According to a sixth aspect of the present invention, a notch portion for avoiding direct interference of the fuel spray from the fuel injection valve is provided in a concave portion in the vicinity of the fuel injection valve in the outer peripheral edge portion of the bowl. It is characterized by having.
[0021]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the volume in the bowl and the surface area of the peripheral wall in the downstream region of the spark plug are relatively enlarged in the flow direction of the swirl swirling in the bowl. Therefore, during stratified combustion, the air-fuel mixture (fuel) that has passed around the spark plug is effectively diffused and vaporized, and the liquid film of fuel adhering to the peripheral wall of the bowl is thinned, shortening the evaporation time, Therefore, it is possible to effectively prevent the generation of smoke and the accompanying smoldering of the spark plug.
[0022]
Further, since the bowl has a substantially perfect circle shape when viewed from the axial direction, the bowl volume is relatively small. Therefore, the compression ratio can be set high, and the fully open performance during homogeneous combustion using a tumble flow can be improved. That is, the fully open performance by homogeneous combustion and stratified lean combustion can be made compatible at a higher level.
[0023]
According to the invention of claim 2, at the piston top dead center, the intake valve side piston inclined surface and the exhaust valve side piston inclined surface are slightly different from each other on the cylinder head side intake valve side inclined surface and exhaust side inclined surface. The bowl occupies most of the space facing through the gap and remaining in the combustion chamber. Therefore, during stratified combustion, swirl and air-fuel mixture are well contained in the bowl, and combustion proceeds well in the bowl.
[0024]
Further, because the bowl is eccentric to the intake valve side and the swirl upstream side, the peripheral wall portion of the bowl facing the fuel injection valve is located closer to the center of the cylinder when viewed from the axial direction, and the surface area thereof is pent rule. It becomes relatively large depending on the shape. For this reason, the liquid film thickness of the fuel adhering to the bowl peripheral wall portion is further reduced.
[0025]
According to the invention of claim 3, the fuel spray injected during the compression stroke directly interferes with the swirl downstream side of the line connecting the spark plug and the fuel injection valve in the bowl peripheral wall. Therefore, there is no possibility that a large amount of fuel adheres to this portion and causes smoke generation or spark plug contamination.
[0026]
According to the invention of claim 4, the axial relative positional relationship of the bowl with respect to the cylinder and the spark plug is the same as when the bowl center is not eccentric with respect to the line connecting the spark plug and the fuel injection valve, for example. The same level of swirl can be secured as in such a case.
[0027]
According to the fifth aspect of the invention, the fuel adhering to the peripheral wall portion of the bowl facing the fuel injection valve and the air-fuel mixture passing through the periphery of this portion jump out to the external combustion chamber beyond the outer peripheral edge of the bowl. Is prevented. That is, at the time of stratified combustion, the fuel, the air-fuel mixture and further the swirl can be reliably contained in the bowl.
[0028]
By the way, when the bowl is eccentric to the swirl upstream side from the line connecting the spark plug and the fuel injection valve as in the invention of claim 1 or 2, the outer peripheral edge of the bowl is the fuel injection valve according to the eccentric amount. Therefore, the fuel spray from the fuel injection valve may interfere with the peripheral edge of the bowl. Therefore, in the invention of claim 6, a notch is formed in the peripheral edge of the bowl adjacent to the fuel injection valve to reliably prevent the above-mentioned fuel adhesion.
[0029]
Furthermore , according to the invention of claim 1, the radius of curvature and the surface area in the region downstream of the spark plug in the flow direction of the swirl swirling in the bowl in the bowl bottom surface are relatively large. Therefore, the air-fuel mixture that has passed through the spark plug is diffused more favorably, and the liquid film of the fuel adhering to the bottom surface of the bowl is thinned, thereby realizing better stratified combustion.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0031]
First, the configuration of a direct injection internal combustion engine in which the piston 4 of the present invention is used will be described with reference to FIGS. As illustrated, a plurality of cylinders 3 are arranged in series on the cylinder block 1, and a cylinder head 2 is fixed so as to cover the upper surface thereof. A piston 4 is fitted in the cylinder 3 so as to be slidable and movable up and down, and a combustion chamber 11 is defined between the top 21 of the piston 4 and the cylinder head 2.
[0032]
The cylinder head 2 is configured as a so-called pent roof type, and a pair of intake valves 5 are arranged on one inclined surface 11a, and a pair of exhaust valves 6 are arranged on the other inclined surface 11b. An ignition plug 7 is disposed at a substantially central position in the axial direction of the cylinder 3 surrounded by the pair of intake valves 5 and the pair of exhaust valves 6.
[0033]
The cylinder head 2 is formed with a pair of intake ports 8 corresponding to the pair of intake valves 5 independently of each other. That is, the pair of intake ports 8 do not merge in the cylinder head 2 and open independently on the side surfaces of the cylinder head 2. An exhaust port 9 is formed corresponding to the exhaust valve 6.
[0034]
The electromagnetic fuel injection valve 10 having a substantially cylindrical shape is disposed on the lower surface portion of the cylinder head 2 near the side wall of the cylinder 3 on the intake valve 5 side, and is attached in such a posture that its central axis is directed obliquely downward. In particular, as shown in FIG. 2, the fuel injection valve 10 is disposed between the two intake valves 5, and the spray axis is directed to the center in the cylinder axial direction where the spark plug 7 is located.
[0035]
As will be described later, a bowl-shaped bowl 12 having a true circle shape when viewed from the cylinder axial direction is formed on the top portion 21 of the piston 4. When the piston 4 is near top dead center, the fuel injection is performed. The spray axis of the valve 10 is directed to the bowl 12.
[0036]
The pair of intake ports 8 are connected to a pair of intake passages 14a and 14b formed independently on the intake manifold 13 side. A butterfly valve type air control valve 15 for opening and closing the intake passage 14b is interposed in the one intake passage 14b. The air control valve 15 is controlled to open and close according to engine operating conditions by a drive mechanism (not shown) via a shaft 16. In the state where the air control valve 15 is closed, fresh air flows only through the intake port 8 connected to the other intake passage 14a. However, the intake port 8 is not a helical port, but is a loosely curved substantially straight line. Port shape.
[0037]
The basic operation of the internal combustion engine will be described. The homogeneous combustion in which a homogeneous air-fuel mixture is formed in the combustion chamber 11 and ignited at the full load of the engine or in a region where the air-fuel ratio is relatively small in the lean combustion region. Is done. More specifically, during the homogeneous combustion, the air control valve 15 is controlled to be in an open state, and fresh air is introduced into the combustion chamber 11 from both the pair of intake ports 8. Thereby, a strong tumble flow (longitudinal vortex) is generated in the combustion chamber 11, and the fuel injected and supplied into the combustion chamber 11 during the intake stroke by this tumble flow does not stay in the bowl 12. Actively diffuses and homogenizes.
[0038]
On the other hand, in a lean combustion region where the air-fuel ratio is very large in a low load region, stratified lean combustion is performed that enables reliable ignition by stratification of the air-fuel mixture. During this stratified lean combustion, the air control valve 15 is closed, and fresh air flows into the combustion chamber 11 from only one intake port 8. Thereby, in the combustion chamber 11, the tumble component is relatively weakened, and the swirl component S1 along the horizontal direction is strongly generated. Therefore, as shown in FIG. 5A, the fuel injected from the fuel injection valve 10 toward the bowl 12 in the latter half of the compression stroke enters the bowl 12 at the top of the piston 4 as shown in FIG. 5B. It rides on the swirl S2 that has flowed in and moves toward the spark plug 7 to form an air-fuel mixture that can be ignited around the spark plug 7.
[0039]
Next, with reference to FIGS. 1 and 3 to 5, the configuration and operation of the piston 4 according to the first embodiment, particularly the top portion 21 thereof, will be described in detail.
[0040]
An intake valve side piston which is a plane substantially parallel to the intake valve side inclined surface 11a and the exhaust valve side inclined surface 11b of the pent roof type cylinder head 2 shown in FIG. An inclined surface 22 and an exhaust valve side piston inclined surface 23 are formed. For this reason, when the piston 4 is at the top dead center, the clearance generated between the inclined surfaces 11a, 11b on the cylinder head 2 side and the piston inclined surfaces 22, 23 becomes very small, and the volume remaining in the combustion chamber 11 is reduced. The bowl 12 occupies most of it. The highest ridge portion in the top portion 21 extends to the vicinity of the piston 4 outer circle along the piston pin axial direction.
[0041]
The bowl 12 is recessed in a range centered on the intake valve side piston inclined surface 22. That is, the bowl 12 has a true circle shape when viewed on the plane of the piston 4 (cylinder axial direction) and has a diameter slightly larger than the radius of the piston 4, and a part of the bowl 12 is an exhaust valve side piston inclined surface. 23 is approaching. The spark plug 7 is set so as to enter the bowl 12 when the piston 4 is at the top dead center and to be positioned in the vicinity of the outer peripheral portion of the bowl 12.
[0042]
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the center 40 of the bowl 12 when viewed from the axial direction is on the intake valve 5 side (lower side in FIG. 3) with respect to the spark plug 7 located within the true circular range. And is more eccentric than the line L connecting the spark plug 7 and the fuel injection valve 10 to the upstream side of the swirl S1 turning inside the combustion chamber 11 along the inner wall surface of the cylinder 3. That is, the bowl center 40 is set at a position rotated from the line L connecting the spark plug 7 and the fuel injection valve 10 by a predetermined angle θ1 about the spark plug 7 toward the upstream side of the swirl S1. Accordingly, the bowl 12 has a substantially enlarged region on the downstream side of the spark plug 7 in the flow direction of the swirl S2 swirling in the bowl 12 as shown in FIG.
[0043]
As described above, when the center 40 of the bowl 12 is eccentric to the upstream side of the swirl S1, the outer peripheral edge (opening edge) of the bowl 12 is moved away from the fuel injection valve 10, and fuel spray from the fuel injection valve 10 is prevented. Since there is a possibility of direct interference, in this embodiment, an appropriate notch 41 that faces the bowl 12 side is recessed in the outer peripheral edge of the bowl 12 adjacent to the fuel injection valve 10, Avoids fuel spray interference.
[0044]
In addition, the deepest bottom portion 42 that is deepest recessed in the bowl 12 is formed in a substantially planar shape, and the bowl 12 is smoothly curved from the deepest bottom portion 42 to the edge of the bowl opening through the peripheral wall portion of the bowl. It is formed in a substantially bowl shape. In addition, you may form the whole wall part of the bowl 12 including the deepest bottom part 42 in smooth spherical shape.
[0045]
Then, a portion 43 facing the fuel injection valve 10 in the peripheral wall portion of the bowl 12, in other words, a portion 43 from the periphery of the spark plug 7 to the downstream side of the swirl as seen from the axial direction is a reentrant as shown in FIG. It is formed into a shape.
[0046]
Further, in the peripheral wall portion of the bowl 12, the portion 44 on the upstream side of the swirl S1 with respect to the line L connecting the fuel injection valve 10 and the spark plug 7 directly receives the fuel spray F1 injected during the compression stroke. The amount of eccentricity of the bowl 12 is set so as not to interfere.
[0047]
5A to 5C are plan views of the piston 4 showing the stratified combustion process. In the latter half of the compression stroke shown in FIG. 5 (A), the fuel spray F1 is injected from the fuel injection valve 10 into the bowl 12, and the swirl S1 swirling in the combustion chamber 11 as the piston 4 rises is in the bowl. 12 is introduced. As shown in FIG. 5B, the fuel spray F1 rides on the swirl S2 in the bowl 12 and moves toward the spark plug 7 while diffusing and vaporizing, thereby forming a combustible mixture F2 around the spark plug 7. Ignition is performed by igniting this combustible mixture at an appropriate timing. Then, as shown in FIG. 5C, the air-fuel mixture F3 that has passed around the spark plug 7 flows together with the remaining liquid fuel while diffusing from the spark plug 7 to the swirl S2 downstream region.
[0048]
Here, in the present embodiment, the center 40 of the bowl 12 is eccentric to the intake valve 5 side with respect to the spark plug 7 and is upstream of the swirl S1 from the line L connecting the spark plug 7 and the fuel injection valve 10. Accordingly, the bowl 12 has a relatively larger downstream area than the spark plug 7 in the direction of flow of the swirl S2 in the bowl 12. As a result, at the time of stratified combustion in which fuel injection is performed in the vicinity of the compression stroke, the air-fuel mixture (fuel) that has passed around the spark plug 7 is diffused and vaporized without stagnation. Further, the peripheral wall portion of the bowl 12 to which the fuel that has passed around the spark plug 7 easily adheres has a substantially enlarged shape, the thickness of the fuel liquid film adhering to the peripheral wall portion of the bowl 12 is reduced, and evaporation is performed in a short time. Can be completed. As a result, it is possible to effectively suppress the generation of smoke and the smoldering of the spark plug 7.
[0049]
Moreover, since the bowl 12 occupies most of the combustion chamber 11 near the top dead center of the piston as described above, the swirl S2 and the air-fuel mixture can be well contained in the bowl 12.
[0050]
Furthermore, since the bowl 12 is substantially circular in plan view, the volume of the bowl 12 can be made relatively small and the compression ratio can be set sufficiently high. Further, the swirl S2 having a sufficient strength can be stored in the bowl 12 during stratified combustion. That is, the fully open performance by homogeneous combustion and stratified lean combustion can be made compatible at a higher level.
[0051]
In addition, because the bowl 12 is eccentric, the peripheral wall portion 43 of the bowl 12 facing the fuel injection valve 10 is located closer to the center, and the surface area thereof becomes relatively large according to the pent roof shape. Accordingly, the thickness of the fuel liquid film adhering to the portion 43 is reduced, and the fuel evaporation time is shortened.
[0052]
Further, since the center 40 of the bowl 12 is set at a position rotated by a predetermined angle θ1 about the spark plug 7, the relative axial relationship of the bowl 12 with respect to the cylinder 3 and the spark plug 7 is, for example, the bowl center 40 being ignited. This is the same as the case where the plug 7 and the fuel injection valve 10 are located on the line L, and the same level of swirl can be secured as in such a case.
[0053]
Further, since the peripheral wall portion 43 of the bowl 12 facing the fuel injection valve 10 has a reentrant shape, the fuel adhering to the portion 43 and the air-fuel mixture passing near the portion 43 exceed the outer peripheral edge of the bowl 12. Jumping out into the external combustion chamber 11 is effectively prevented. That is, at the time of stratified combustion, the fuel, the air-fuel mixture, and further the swirl can be surely contained in the bowl 12, and the stratified combustion becomes good.
[0054]
Next, FIGS. 6 and 7 show a second embodiment of the piston 4 according to the present invention. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0055]
In this embodiment, the center 40 of the bowl 12 is set at the same position as in the first embodiment, whereas the deepest bottom portion 45 of the bowl 12 has a spark plug 7 and a fuel injection valve with respect to the bowl center 40. 10 is eccentric to the line L side (right side in FIG. 6). More specifically, the center 45a of the deepest bottom 45 is set on the line L. In other words, in the bottom surface of the bowl 12, the surface area and the radius of curvature of the downstream region 46 of the spark plug 7 are relatively large in the flow direction of the swirl in the bowl 12. Accordingly, the air-fuel mixture passes and diffuses well around the region 46 without stagnation, and the liquid film of the fuel adhering to the region 46 can be thinned to realize better stratified combustion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a direct injection internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a bottom view showing a state in which the cylinder head of FIG. 1 is viewed from the lower surface side.
FIG. 3 is a plan view showing a first embodiment of a piston according to the present invention.
4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3;
FIG. 5 is a plan view of a piston showing a process of stratified combustion.
FIG. 6 is a plan view showing a second embodiment of the piston according to the present invention.
7 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Piston 7 ... Spark plug 10 ... Fuel injection valve 11 ... Combustion chamber 12 ... Bowl 21 ... Top part 22 ... Intake valve side piston inclined surface 23 ... Exhaust valve side piston inclined surface 40 ... Bowl center 41 ... Notch part 42 ... Deepest bottom part 43, 44 ... Bowl peripheral wall part

Claims (6)

内部をピストンが昇降するシリンダと、吸気弁及び排気弁が配設されたシリンダヘッドと、シリンダ軸方向から見てシリンダ略中央を指向した姿勢で吸気弁側に配置され、上記シリンダヘッドとピストン頂部との間に形成された燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、上記軸方向から見てシリンダ略中央に位置する点火プラグと、を備え、上記燃焼室内にタンブル流成分を付与した状態で吸気行程付近で燃料噴射を行うことにより均質燃焼を実現するとともに、上記燃焼室内にスワール成分を付与した状態で圧縮行程付近で燃料噴射を行うことにより成層燃焼を実現するようにした筒内噴射式内燃機関において、
上記ピストン頂部に上記軸方向から見て略真円形のボウルが凹設され、上記軸方向から見て上記ボウルの中心が、その真円形範囲内に位置する上記点火プラグに対して上記吸気弁側に偏心しているとともに、上記点火プラグと上記燃料噴射弁とを結ぶ線を基準としてシリンダの内壁面に沿って燃焼室内を旋回するスワール上流側に偏心しており、
かつ、上記ボウル底面の最深底部が、上記ボウル中心に対して上記点火プラグと上記燃料噴射弁とを結ぶ線側に偏心していることを特徴とする筒内噴射式内燃機関のピストン。
A cylinder in which a piston moves up and down, a cylinder head in which an intake valve and an exhaust valve are disposed, and an intake valve side arranged in a posture oriented substantially in the center when viewed from the cylinder axial direction. A fuel injection valve that directly injects fuel into the combustion chamber formed between the spark plug and a spark plug positioned substantially in the center of the cylinder when viewed from the axial direction, with a tumble flow component applied to the combustion chamber In-cylinder injection that achieves homogeneous combustion by injecting fuel near the intake stroke at the same time and stratified combustion by injecting fuel near the compression stroke with the swirl component applied to the combustion chamber In the internal combustion engine,
A substantially round bowl as viewed from the axial direction is recessed at the top of the piston, and the center of the bowl as viewed from the axial direction is on the intake valve side with respect to the spark plug located within the true circular range. And eccentric to the upstream side of the swirl that swirls in the combustion chamber along the inner wall surface of the cylinder with reference to a line connecting the ignition plug and the fuel injection valve ,
The deepest bottom portion of the bottom surface of the bowl is eccentric to the line connecting the spark plug and the fuel injection valve with respect to the center of the bowl .
上記シリンダヘッドは、一対の吸気弁が配設される吸気側傾斜面及び一対の排気弁が配設される排気弁側傾斜面を有するペントルーフ形状となっており、
上記ピストン頂部には、上記吸気弁側傾斜面に略平行となるように傾斜した吸気弁側ピストン傾斜面及び排気弁側傾斜面に略平行となるように傾斜した排気弁側ピストン傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。
The cylinder head has a pent roof shape having an intake side inclined surface on which a pair of intake valves are arranged and an exhaust valve side inclined surface on which a pair of exhaust valves are arranged,
An intake valve side piston inclined surface inclined so as to be substantially parallel to the intake valve side inclined surface and an exhaust valve side piston inclined surface inclined so as to be substantially parallel to the exhaust valve side inclined surface are formed on the piston top portion. The piston of the direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein the piston is provided.
上記ボウルの周壁部の中で、上記点火プラグと上記燃料噴射弁とを結ぶ線よりスワール下流側の部分が、圧縮行程中に噴射された燃料噴霧と直接的に干渉しないように、上記ボウルの偏心量が設定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。  In the peripheral wall portion of the bowl, the portion on the downstream side of the swirl from the line connecting the spark plug and the fuel injection valve does not directly interfere with the fuel spray injected during the compression stroke. The eccentric amount is set, The piston of the cylinder injection internal combustion engine according to claim 1 or 2. 上記軸方向から見て上記ボウルの中心は、上記点火プラグと上記燃料噴射弁とを結ぶ線から上記点火プラグを中心にシリンダの内壁面に沿って燃焼室内を旋回するスワールの旋回方向とは逆方向へ所定量回転した位置に設定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。When viewed from the axial direction, the center of the bowl is opposite to the swirling direction of the swirl that swirls in the combustion chamber along the inner wall surface of the cylinder around the ignition plug from the line connecting the spark plug and the fuel injection valve. The piston of the direct injection internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the piston is set at a position rotated by a predetermined amount in the direction. 上記ボウルの周壁部の中で上記燃料噴射弁に対向する部分が、リエントラント形状に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。  The piston of the direct injection internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein a portion of the peripheral wall portion of the bowl facing the fuel injection valve is formed in a reentrant shape. 上記ボウルの外周縁部の中で上記燃料噴射弁に近接する部分に、上記燃料噴射弁からの燃料噴霧が直接的に干渉するのを回避する切欠部が凹設されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の筒内噴射式内燃機関のピストン。  A notch for avoiding direct interference of fuel spray from the fuel injection valve is recessed in a portion adjacent to the fuel injection valve in the outer peripheral edge of the bowl. The piston of the cylinder injection type internal combustion engine of Claim 1 or 2.
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