JP3777660B2 - In-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内に燃料噴射弁により燃料を直接噴射し、点火プラグによって火花点火を行う筒内直接噴射式火花点火内燃機関に関し、特に、燃料の噴射時期により、均質混合気形成と成層混合気形成とに切り換える筒内直接噴射式火花点火内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の構造としては、図8に示すようなものがある(特開平5−240044号公報参照)。
即ち、このものは、ピストン20冠面とシリンダヘッド21の下面との間に燃焼室22を形成し、シリンダの中心に沿ったシリンダ軸線23を含む平面を挟んでシリンダヘッド21の一側に吸気ポート24と他側に排気ポート25とを夫々備えると共に、各ポート24,25は夫々吸気バルブ26と排気バルブ27を介して燃焼室22に連通される。
【0003】
又、吸気ポート24側のシリンダヘッド21側壁には、燃料噴射弁28が取り付けられ、該燃料噴射弁28の先端噴孔28aが燃焼室22の周縁部から該燃焼室22内に臨まされ、吸気ポート24と排気ポート25間のシリンダヘッド21下部壁には、点火プラグ29が取り付けられ、該点火プラグ29の先端の電極29aは燃焼室22の中央部付近から該燃焼室22内に臨まされる。
【0004】
更に、燃焼室22内における、吸気ポート24からの吸気の逆タンブル渦流30の発生を助長するため、ピストン20冠面の一側(例えば吸気側)部分に、下に凸の曲面を有した凹所20aが形成されると共に、この凹所20aからなだらかに隆起してピストン20の上死点においてシリンダヘッド21下面に近接する隆起部20bが形成される。
【0005】
かかる機関においては、負荷の高い運転領域では、吸気行程付近の速い時期で燃料を噴射して、できるだけ均質な混合気を形成する一方、負荷の低い運転領域では、圧縮行程付近の遅い時期で点火プラグ29の電極29a方向に向いた燃料噴射弁28から噴射された燃料を直立した吸気ポート24によるガス流動で輸送することにより、点火プラグ29付近にのみ着火可能な空燃比の混合気を選択的に形成して、燃焼室22内の他の部分には希薄な混合気を形成するようにしている。
【0006】
このように、従来の機関は、燃料噴射時期を機関の運転状態に応じて変更することにより、高負荷域の出力性能と低負荷域の燃費性能とを両立する構成となっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の筒内直接噴射式火花点火内燃機関にあっては、上述したように、負荷の低い運転領域では圧縮行程の遅い時期にて燃料噴射弁28から噴射した燃料を点火プラグ29付近に輸送するガス流動を生成するべく、吸気ポート24を直立させる構成となっている。
【0008】
即ち、燃焼室22に流入する吸気流を、その旋回方向が、吸気バルブ26→ピストン20→排気バルブ27という順序となる、所謂逆タンブル渦流とするため、吸気ポート24の燃焼室22に対する連通方向をシリンダヘッド21上方からとしている。
このため、吸気ポート24の燃焼室22に対する連通方向がシリンダヘッド21側方からである一般的なレイアウトと比較して、機関の全高が高くなる等の問題点があり、機関の車両搭載性が悪化し、又、一般的な従来の機関に対して大幅な変更が必要になるため、生産性の悪化を来すという問題点がある。
【0009】
更に、負荷の高い運転領域では均質な混合気を形成する必要があるが、燃料噴射弁28の噴孔28aが燃焼室22の周縁部から燃焼室22に臨む構成では、均質な混合気の形成が困難である。
又、燃料噴射弁28の噴孔28aは、シリンダ内壁近くに設置されており、ピストン20によってシリンダ内壁に付着している潤滑油がかき上げられた場合、これが燃料噴射弁28の噴孔28aに付着し、デポジットとなって燃料噴射弁28の特性に悪影響を与えるという問題点もある。
【0010】
つまり、筒内直接噴射式火花点火内燃機関において、均質混合気形成と成層混合気形成の両方を可能にするためには、吸気ポート24の形態並びに点火プラグ29と燃料噴射弁28との関係において、次の点を考慮する必要がある。
即ち、成層混合気を形成するには、逆タンブル流を形成する必要があり、このためには、吸気ポート24の燃焼室22に対する連通方向をシリンダヘッド21上方からとする直立した吸気ポート形態が必要がある。
【0011】
又、均質混合気を形成するためには、点火プラグ29がシリンダヘッド21の略中央部に配置されているのが望ましい一方で、成層混合気を形成するためには、燃料噴射弁28から噴射された燃料がシリンダヘッド21の略中央部に配置されている点火プラグ29に対して直接ではなく間接的に向かうように、燃料噴射弁28の噴孔28a位置を設定する必要がある。
【0012】
従って、以上のような、吸気ポート24の形態並びに点火プラグ29と燃料噴射弁28との関係ゆえに、上述した種々の問題点が生起するのである。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、筒内直接噴射式火花点火内燃機関において、ピストン冠面の形態並びに点火プラグと燃料噴射弁との関係等において工夫を凝らすことにより、均質混合気形成と成層混合気形成の両方を可能にしつつ、従来生起していた問題点を解決することを課題とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明は、
燃料噴射弁により、ピストン冠面とシリンダボア内周面とシリンダヘッド下面との間に形成された燃焼室内に燃料を直接噴射し、点火プラグによって火花点火を行う筒内直接噴射式火花点火内燃機関であって、機関運転状態に応じて燃料噴射時期を可変することにより、燃焼室内の燃料濃度分布が均質な均質混合気形成と、燃料濃度分布が不均質な成層混合気形成と、に選択的に切り換え可能な筒内直接噴射式火花点火内燃機関において、
前記燃料噴射弁を、その先端噴孔が燃焼室に対応するシリンダヘッド下面の略中央部において該燃焼室内に露出し、かつ燃料噴霧の中心線がシリンダ中心軸に略平行となるように、燃焼室壁に配設する一方、
前記点火プラグを2つ設け、
一方の第1点火プラグを、その先端の電極が各気筒毎に2つずつ設けられた吸気バルブと排気バルブ間位置で、該排気バルブ側の前記燃料噴射弁近傍位置において、燃焼室内に露出するように、燃焼室壁に配設し、
他方の第2点火プラグを、その先端の電極が前記吸気バルブ間位置の燃焼室周縁部において、該燃焼室内に露出するように、燃焼室壁に配設し、
前記ピストン冠面の吸気側に内面が凹曲面の凹所を形成した。
【0014】
かかる請求項1に係る発明において、
吸気は、往復運動されるピストン動作によって吸入され、吸気ポートを通り燃焼室内に流入する。燃焼室内のガス流動は、吸気行程中には燃焼室内に流れ、圧縮行程中には、ピストン冠面の凹所内底面に沿って第2点火プラグの電極方向へ向かう流れとなる。
【0015】
ここで、例えば、機関負荷の高い運転領域では、吸気行程付近の早い時期で燃料を噴射し、噴射燃料と吸気とが均質に混合するようにして、燃焼室内の燃料濃度分布が均質な混合気を形成する(均質混合気形成)。
この場合、燃焼室の中心付近に電極が位置する第1点火プラグにより燃焼室内混合気の中心付近に着火し、混合気を良好に燃焼させる。
【0016】
一方、例えば、機関負荷の低い運転領域では、圧縮行程付近の遅い時期で燃料を噴射することで、燃焼室内のガス流動が、前述したように、ピストン冠面の凹所内底面に沿って第2点火プラグの電極方向へ向かう流れとなるようにし、第2点火プラグの電極付近にのみに、着火可能な燃料濃度となるような成層混合気を形成する(成層混合気形成)。
【0017】
即ち、先端の電極が吸気バルブ間位置の燃焼室周縁部において、該燃焼室内に露出する第2点火プラグにより成層混合気に着火して燃焼させる。
尚、この場合、燃料噴射弁から噴射された燃料が第2点火プラグの電極を直撃する構成であると、燃料のくすぶり等を生じてしまうため、噴射燃料が間接的に第2点火プラグの電極に向かうことが望ましく、本請求項1に係る発明のように、燃料噴射弁の噴孔と第2点火プラグの電極とが離れた構成が有効である。
【0018】
請求項2に係る発明は、前記第1点火プラグを、その先端の電極から後端側に向かうに従って前記燃料噴射弁から離れるように前記燃料噴射弁に対して所定角度を有して配設した。また、請求項3に係る発明は、前記第1点火プラグ並びに燃料噴射弁の配設位置に代えて、前記第1点火プラグを、その先端の電極が燃焼室に対応するシリンダヘッド下面の略中央部において該燃焼室内に露出するように、燃焼室壁に配設する一方、前記燃料噴射弁を、その先端噴孔が吸気バルブと排気バルブ間位置で、該排気バルブ側の前記第1点火プラグ近傍位置において、燃焼室内に露出し、かつ燃料噴霧の中心線がシリンダ中心軸と所定の角度を持つように、燃焼室壁に配設した。
【0019】
かかる請求項3に係る発明において、燃焼室内のガス流動は、圧縮行程中にはピストン冠面の凹所内底面に沿って第2点火プラグの電極方向へ向かう流れとなる。
この発明においても、機関負荷の高い運転領域では、吸気行程付近の早い時期で燃料を噴射し、噴射燃料と吸気とが均質に混合するようにして、燃焼室内の燃料濃度分布が均質な混合気を形成する(均質混合気形成)。
【0020】
この場合、燃焼室の中心付近に電極が位置する第1点火プラグにより燃焼室内混合気の中心付近に着火し、混合気を良好に燃焼させる。
一方、機関負荷の低い運転領域では、圧縮行程付近の遅い時期で燃料を噴射することで、燃焼室内のガス流動が、前述したように、ピストン冠面の凹所内底面に沿って第2点火プラグの電極方向へ向かう流れとなるようにし、第2点火プラグの電極付近にのみに、着火可能な燃料濃度となるような成層混合気を形成する(成層混合気形成)。
【0021】
尚、この発明の場合にも、燃料噴射弁の噴孔と第2点火プラグの電極とが離れた構成であるから、噴射燃料が間接的に第2点火プラグの電極に向い、燃料のくすぶり等を生じる虞がない。
請求項4に係る発明は、前記燃料噴射弁を、その先端噴孔から後端側に向かうほど前記第1点火プラグからは離れるように前記第1点火プラグに対して所定角度を有して配設した。また、請求項5に係る発明は、前記燃料噴射弁を、燃料噴霧の中心線が前記吸気バルブが配設されるシリンダヘッドの吸気ポートの中心軸に対して略直角をなすように、燃焼室壁に配設した。
【0022】
かかる請求項5に係る発明において、吸気行程中において、燃料噴霧に対して吸気の流れが直交するため、燃料の気化がより促進される。
又、燃料噴射弁は、排気バルブ側に傾いて配設されるが、吸気行程噴射では、吸気の流れにより燃料噴霧が排気バルブ側で燃焼室内に均一に拡がる方向に曲げられる。
【0023】
請求項4に係る発明は、
前記第1及び第2の点火プラグを、機関運転状態に応じて可変される燃料噴射時期によって使用が切り換えられ、夫々機関運転状態に対応して異なる耐久性を持つように構成した。
請求項5に係る発明は、
前記第1点火プラグよりも、第2点火プラグを小型なものとした。
【0025】
【発明の効果】
請求項1〜4に係る発明によれば、吸気ポートの燃焼室に対する連通方向がシリンダヘッド側方からである一般的なレイアウトにしつつ、均質混合気形成と成層混合気形成とによる、高負荷域の出力性能向上と低負荷域の燃費性能との両立を図れ、機関の全高が高くなる等の問題点がなくなって、機関の車両搭載性が良好となり、又、一般的な従来の機関に対して大幅な変更が不要になるため、生産性の向上を図ることができる。
【0026】
又、燃料噴射弁の噴孔がシリンダ内壁から離れた位置に配置されているため、運転領域にかかわらず、ピストンによってシリンダ内壁に付着している潤滑油がかき上げられた場合、これが燃料噴射弁の噴孔に付着する虞がなくなり、デポジットによる燃料噴射弁の特性に悪影響を与えるという問題点を解消することができる。
【0027】
請求項5に係る発明によれば、均質な混合気濃度分布となり、均質混合気形成をより確実なものとできる。
請求項6及び7に係る発明によれば、例えば、第1点火プラグよりも、耐久性が低くとも良い第2点火プラグを小型なものとすることができ、これにより、点火プラグが配設されるシリンダヘッドの設計自由度を高くすることが可能となる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図1,図2及び図3は、夫々本発明の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の一実施形態である4サイクル内燃機関を示す断面図及び平面図であり、図1は、機関が吸気行程中(上死点と下死点の中間付近)のときを示し、図3は、機関が圧縮行程中(上死点付近)のときを示している。
【0030】
かかる本発明の筒内直接噴射式火花点火内燃機関は、機関運転状態に応じて燃料噴射時期を可変することにより、燃焼室内の燃料濃度分布が均質な均質混合気形成と、燃料濃度分布が不均質な成層混合気形成と、に選択的に切り換え可能な構成となっている。
これらの図において、シリンダブロック2のシリンダボア2A内にて往復運動されるピストン3の冠面3Aとシリンダボア2A内周面とシリンダヘッド1下面との間には燃焼室12が形成され、この燃焼室12の上部のシリンダヘッド1壁、即ち、シリンダヘッド1下部に形成されたシリンダヘッド燃焼室12Aの壁には並列する2つの吸気ポート8と並列する2つの排気ポート9とが設けられ、各吸気ポート8には吸気バルブ10が、各排気ポート9には排気バルブ11が、夫々配設され、各吸気ポート8及び各排気ポート9には、夫々図示しない吸気マニホールド及び排気マニホールドが接続される。
【0031】
ここで、燃料噴射弁4は、燃料ギャラリ5から供給される燃料を燃焼室12内に直接噴射するものであり、その先端噴孔4aが燃焼室12に対応するシリンダヘッド1下面の略中央部において該燃焼室12内に露出し、かつ燃料噴霧の中心線がシリンダ中心軸に略平行となるように、燃焼室12のピストン3の冠面3Aと対向するシリンダヘッド1壁、即ち、シリンダヘッド燃焼室12Aの壁に配設される。
【0032】
点火プラグは2つ(6,7)設けられている。
一方の第1点火プラグ6は、その先端の電極6aが前記吸気バルブ10と排気バルブ11間位置で、該排気バルブ11側の前記燃料噴射弁4近傍位置において、燃焼室12内に露出するように、シリンダヘッド燃焼室12Aの壁に配設される。
【0033】
他方の第2点火プラグ7は、その先端の電極7aが前記吸気バルブ10間位置の燃焼室12周縁部において、該燃焼室12内に露出するように、シリンダヘッド燃焼室12Aの壁に配設される。
前記ピストン3の冠面3Aは、機関が圧縮行程中(上死点付近)のときにおいて、燃料噴射弁4から吸気側に噴射された燃料の噴霧を受けて、該燃料噴霧が第2点火プラグ7の電極7a方向に向かわしめる形状に形成される。
【0034】
具体的には、ピストン3の冠面3Aの吸気側に内面が凹曲面の凹所3aが形成される。
次に、かかる構成の作用について説明する。
吸気は、シリンダブロック2のシリンダボア2A内にて往復運動されるピストン3動作によって吸入され、吸気マニホールドから吸気ポート8を通り燃焼室12内に流入する。燃焼室12内のガス流動は、吸気行程中には図1の矢印13で示す流れとなり、圧縮行程中には図3の矢印13で示すように、ピストン3の冠面3Aの凹所3a内底面に沿って第2点火プラグ7の電極7a方向へ向かう流れとなる。
【0035】
ここで、機関負荷の高い運転領域では、図1に示すような吸気行程付近の早い時期で燃料を噴射し、噴射燃料と吸気とが均質に混合するようにして、燃焼室12内の燃料濃度分布が均質な混合気を形成する(均質混合気形成)。
この場合、燃焼室12の中心付近に電極6aが位置する第1点火プラグ6により燃焼室12内混合気の中心付近に着火し、混合気を良好に燃焼させる。
【0036】
一方、機関負荷の低い運転領域では、図3に示すような圧縮行程付近の遅い時期で燃料を噴射することで、燃焼室12内のガス流動が、前述したように、ピストン3の冠面3Aの凹所3a内底面に沿って第2点火プラグ7の電極7a方向へ向かう流れとなるようにし、第2点火プラグ7の電極7a付近にのみに、着火可能な燃料濃度となるような成層混合気を形成する(成層混合気形成)。
【0037】
即ち、先端の電極7aが吸気バルブ10間位置の燃焼室12周縁部において、該燃焼室12内に露出する第2点火プラグ7により成層混合気に着火して燃焼させる。
尚、この場合、燃料噴射弁4から噴射された燃料が第2点火プラグ7の電極7aを直撃する構成であると、燃料のくすぶり等を生じてしまうため、噴射燃料が間接的に第2点火プラグ7の電極7aに向かうことが望ましく、本構成のように、燃料噴射弁4の噴孔3aと第2点火プラグ7の電極7aとが離れた構成が有効である。
【0038】
以上説明した実施形態によると、燃料の噴射時期により均質混合気形成と成層混合気形成とを切り換える筒内直接噴射式火花点火内燃機関において、燃料噴射弁4位置に対して、夫々の混合気形成時に適する位置に配置した2つの点火プラグ6,7を設け、成層混合気形成に適したピストン冠面3A形状とするようにしたから、吸気ポート8の燃焼室12に対する連通方向がシリンダヘッド1側方からである一般的なレイアウトにしつつ、均質混合気形成と成層混合気形成とによる、高負荷域の出力性能向上と低負荷域の燃費性能との両立を図れ、機関の全高が高くなる等の問題点がなくなって、機関の車両搭載性が良好となり、又、一般的な従来の機関に対して大幅な変更が不要になるため、生産性の向上を図ることができる。
【0039】
又、燃料噴射弁4の噴孔4aがシリンダ内壁から離れた位置に配置されているため、運転領域にかかわらず、ピストン3によってシリンダ内壁に付着している潤滑油がかき上げられた場合、これが燃料噴射弁4の噴孔4aに付着する虞がなくなり、デポジットによる燃料噴射弁4の特性に悪影響を与えるという問題点を解消することができる。
【0040】
尚、上記の各実施形態の説明から明らかなように、第1点火プラグ6は、機関負荷の高い運転領域で用られ、第2点火プラグ7は、機関負荷の低い運転領域で用られる。
このため、第1及び第2の点火プラグ6及び7は、夫々機関運転状態に対応して異なる耐久性を持つように構成しても良い。
【0041】
即ち、図4及び図5に示すように、第1点火プラグ6よりも、耐久性が低くとも良い第2点火プラグ7を小型なものとすることができ、これにより、点火プラグ6,7が配設されるシリンダヘッド1の設計自由度を高くすることが可能となる。
図6及び図7は、夫々本発明の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の他の実施形態である4サイクル内燃機関を示す断面図及び平面図であり、図6は、機関が圧縮行程中(上死点付近)のときを示している。
【0042】
この実施形態においては、第1点火プラグ6を、その先端の電極6aが燃焼室12に対応するシリンダヘッド1下面の略中央部において該燃焼室12内に露出するように、シリンダヘッド燃焼室12Aの壁に配設する。
又、燃料噴射弁4を、その先端噴孔4aが吸気バルブ10と排気バルブ11間位置で、該排気バルブ11側の前記第1点火プラグ6近傍位置において、燃焼室12内に露出し、かつ燃料噴霧の中心線がシリンダ中心軸と所定の角度を持つように、シリンダヘッド燃焼室12Aの壁に配設する。
【0043】
この場合、燃料噴射弁4は、その燃料噴霧の中心軸が吸気バルブ10が配設されるシリンダヘッド1の吸気ポート8の中心軸に対して略直角をなすように配設される。
尚、この実施形態においても、第1点火プラグ6よりも、耐久性が低くとも良い第2点火プラグ7を小型なものとして、点火プラグ6,7が配設されるシリンダヘッド1の設計自由度を高く効果を得るようにしている。
【0044】
次に、かかる実施形態の作用について説明する。
燃焼室12内のガス流動は、圧縮行程中には図の矢印13で示すように、ピストン冠面3Aの凹所3a内底面に沿って第2点火プラグ7の電極7a方向へ向かう流れとなる。
この実施形態においても、機関負荷の高い運転領域では、吸気行程付近の早い時期で燃料を噴射し、噴射燃料と吸気とが均質に混合するようにして、燃焼室12内の燃料濃度分布が均質な混合気を形成する(均質混合気形成)。
【0045】
この場合、燃焼室12の中心付近に電極6aが位置する第1点火プラグ6により燃焼室内混合気の中心付近に着火し、混合気を良好に燃焼させる。
一方、機関負荷の低い運転領域では、図6に示すような圧縮行程付近の遅い時期で燃料を噴射することで、燃焼室12内のガス流動が、前述したように、ピストン冠面3Aの凹所3a内底面に沿って第2点火プラグ7の電極7a方向へ向かう流れとなるようにし、第2点火プラグ7の電極7a付近にのみに、着火可能な燃料濃度となるような成層混合気を形成する(成層混合気形成)。
【0046】
尚、この実施形態の場合にも、燃料噴射弁4の噴孔4aと第2点火プラグ7の電極7aとが離れた構成であるから、噴射燃料が間接的に第2点火プラグ7の電極7aに向い、燃料のくすぶり等を生じる虞がない。
かかる実施形態においても、吸気ポート8の燃焼室12に対する連通方向がシリンダヘッド1側方からである一般的なレイアウトにしつつ、均質混合気形成と成層混合気形成とによる、高負荷域の出力性能向上と低負荷域の燃費性能との両立を図れ、機関の車両搭載性向上並びに生産性の向上を図ることができる。
【0047】
又、デポジットによる燃料噴射弁4の特性に悪影響を与えるという問題点を解消することができる。
特に、この実施形態においては、燃料噴射弁4の燃料噴霧の中心軸が吸気ポート8の中心軸に対して略直角をなすようにしたから、吸気行程中において、燃料噴霧に対して吸気の流れが直交するため、燃料の気化がより促進される。
【0048】
又、燃料噴射弁4は、排気バルブ11側に傾いて配設されるが、吸気行程噴射では、吸気の流れにより燃料噴霧が排気バルブ11側で燃焼室12内に均一に拡がる方向に曲げられる。
従って,これらにより、均質な混合気濃度分布となり、均質混合気形成をより確実なものとできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の筒内直接噴射式火花点火内燃機関の一実施形態を示す断面図(機関が吸気行程中)
【図2】 同上の実施形態を示すシリンダヘッドの平面図
【図3】 同上の断面図(機関が圧縮行程中)
【図4】 他の実施形態を示す断面図
【図5】 同上の実施形態を示すシリンダヘッドの平面図
【図6】 更に他の実施形態を示す断面図
【図7】 同上の実施形態を示すシリンダヘッドの平面図
【図8】 従来の筒内直接噴射式火花点火内燃機関を示す断面図
【符号の説明】
1 シリンダヘッド
2A シリンダボア
3 ピストン
3A ピストン冠面
3a 凹所
4 燃料噴射弁
4a 噴孔
6 第1点火プラグ
6a 電極
7 第2点火プラグ
7a 電極
8 吸気ポート
9 排気ポート
10 吸気バルブ
11 排気バルブ
12 燃焼室[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an in-cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine in which fuel is directly injected into a cylinder by a fuel injection valve and spark ignition is performed by an ignition plug, and more particularly, homogeneous mixture formation and stratified mixing are performed depending on fuel injection timing. The present invention relates to an in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine that is switched to the formation of air.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of direct injection spark ignition internal combustion engine of this type is shown in FIG. 8 (see Japanese Patent Laid-Open No. 5-240044).
That is, in this, a
[0003]
A
[0004]
Further, in order to promote the generation of the
[0005]
In such an engine, in a high-load operating region, fuel is injected at a fast timing near the intake stroke to form a homogeneous mixture as much as possible, while in a low-load operating region, ignition is performed at a late timing near the compression stroke. The fuel injected from the
[0006]
As described above, the conventional engine has a configuration in which both the output performance in the high load range and the fuel efficiency performance in the low load range are achieved by changing the fuel injection timing according to the operating state of the engine.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In such a conventional in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine, as described above, in the operation region where the load is low, the fuel injected from the
[0008]
That is, since the intake flow flowing into the
For this reason, there is a problem that the overall height of the engine becomes higher compared to a general layout in which the communication direction of the
[0009]
Furthermore, it is necessary to form a homogeneous air-fuel mixture in an operating region where the load is high, but in a configuration in which the
The
[0010]
In other words, in a direct injection type spark ignition internal combustion engine, in order to enable both homogeneous mixture formation and stratified mixture formation, in the form of the
That is, in order to form a stratified mixture, it is necessary to form a reverse tumble flow. For this purpose, an upright intake port configuration in which the communication direction of the
[0011]
In order to form a homogeneous air-fuel mixture, it is desirable that the
[0012]
Therefore, the various problems described above occur due to the configuration of the
Therefore, in view of the conventional problems as described above, the present invention provides an in-cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine, by elaborating on the shape of the piston crown surface and the relationship between the spark plug and the fuel injection valve, etc. It is an object of the present invention to solve the problems that have arisen in the past while enabling both homogeneous and stratified mixture formation.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, the invention according to
An in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine in which fuel is directly injected into a combustion chamber formed between a piston crown surface, a cylinder bore inner peripheral surface, and a cylinder head lower surface by a fuel injection valve, and spark ignition is performed by an ignition plug. Therefore, by varying the fuel injection timing according to the engine operating condition, it is possible to selectively form a homogeneous mixture with a homogeneous fuel concentration distribution in the combustion chamber and a stratified mixture with a non-homogeneous fuel concentration distribution. In a switchable in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine,
Combusting the fuel injection valve so that the tip injection hole is exposed in the combustion chamber at the substantially central portion of the lower surface of the cylinder head corresponding to the combustion chamber, and the fuel spray center line is substantially parallel to the cylinder central axis While arranged on the chamber wall,
Two spark plugs are provided,
One of the first spark plugs is exposed to the combustion chamber at a position between the intake valve and the exhaust valve in which two electrodes at the tip thereof are provided for each cylinder and in the vicinity of the fuel injection valve on the exhaust valve side. Arranged on the combustion chamber wall,
The other second spark plug is disposed on the combustion chamber wall so that the electrode at the tip thereof is exposed in the combustion chamber at the periphery of the combustion chamber between the intake valves,
A recess having a concave curved inner surface was formed on the intake side of the piston crown surface.
[0014]
In the invention according to
The intake air is sucked by a reciprocating piston operation and flows into the combustion chamber through the intake port. The gas flow in the combustion chamber flows into the combustion chamber during the intake stroke, and flows toward the electrode of the second spark plug along the bottom surface of the recess of the piston crown during the compression stroke.
[0015]
Here, for example, in an operating region where the engine load is high, the fuel is injected at an early stage near the intake stroke, and the injected fuel and the intake air are uniformly mixed so that the fuel concentration distribution in the combustion chamber is uniform. (Homogeneous gas mixture formation).
In this case, the first spark plug in which the electrode is positioned near the center of the combustion chamber ignites near the center of the mixture in the combustion chamber, and the mixture is burned well.
[0016]
On the other hand, for example, in the operation region where the engine load is low, by injecting fuel at a late time near the compression stroke, the gas flow in the combustion chamber is second along the bottom surface in the recess of the piston crown as described above. A stratified mixture is formed so that the fuel concentration is ignitable only in the vicinity of the electrode of the second spark plug so as to flow toward the electrode of the spark plug (stratified mixture formation).
[0017]
In other words, the stratified mixture is ignited and burned by the second spark plug exposed in the combustion chamber at the peripheral edge of the combustion chamber at the position between the intake valves of the tip electrode.
In this case, if the fuel injected from the fuel injection valve directly hits the electrode of the second spark plug, fuel smoldering or the like occurs, so that the injected fuel is indirectly connected to the electrode of the second spark plug. As in the invention according to
[0018]
According to a second aspect of the present invention, the first spark plug is disposed at a predetermined angle with respect to the fuel injection valve so as to move away from the fuel injection valve toward the rear end side from the electrode at the tip. . According to a third aspect of the present invention, in place of the position of the first spark plug and the fuel injection valve, the first spark plug is substantially centered on the lower surface of the cylinder head whose tip electrode corresponds to the combustion chamber. The fuel injection valve is disposed on the wall of the combustion chamber so as to be exposed to the combustion chamber at the portion, and the first injection plug on the exhaust valve side is disposed at a position between the intake valve and the exhaust valve. In the vicinity position, it was exposed to the combustion chamber and disposed on the combustion chamber wall so that the center line of the fuel spray had a predetermined angle with the cylinder central axis.
[0019]
In the invention according to
Also in the present invention, in the operating region where the engine load is high, the fuel is injected at an early stage near the intake stroke so that the injected fuel and the intake air are uniformly mixed, so that the fuel concentration distribution in the combustion chamber is uniform. (Homogeneous gas mixture formation).
[0020]
In this case, the first spark plug in which the electrode is positioned near the center of the combustion chamber ignites near the center of the mixture in the combustion chamber, and the mixture is burned well.
On the other hand, in the operation region where the engine load is low, by injecting fuel at a late time near the compression stroke, the gas flow in the combustion chamber is caused to flow along the bottom surface of the recess of the piston crown surface as described above. The stratified mixture is formed only in the vicinity of the electrode of the second spark plug so that the fuel concentration can be ignited (stratified mixture formation).
[0021]
Even in the case of the present invention, since the injection hole of the fuel injection valve and the electrode of the second spark plug are separated from each other, the injected fuel is indirectly directed to the electrode of the second spark plug, so that fuel smoldering, etc. There is no possibility of producing.
According to a fourth aspect of the present invention, the fuel injection valve is disposed at a predetermined angle with respect to the first spark plug so as to move away from the first spark plug toward the rear end side from the front end injection hole. Set up. The invention according to
[0022]
In the invention according to
Further, the fuel injection valve is disposed to be inclined toward the exhaust valve side, but in the intake stroke injection, the fuel spray is bent in a direction in which the fuel spray spreads uniformly in the combustion chamber on the exhaust valve side by the flow of the intake air.
[0023]
The invention according to
The use of the first and second spark plugs is switched depending on the fuel injection timing that is varied according to the engine operating state, and each has different durability corresponding to the engine operating state.
The invention according to
The second spark plug was made smaller than the first spark plug.
[0025]
【The invention's effect】
According to the inventions according to
[0026]
Further, since the nozzle hole of the fuel injection valve is arranged at a position away from the cylinder inner wall, regardless of the operation region, when the lubricating oil adhering to the cylinder inner wall is lifted up by the piston, this is the fuel injection valve. There is no possibility of adhering to the nozzle hole, and the problem of adversely affecting the characteristics of the fuel injection valve due to deposit can be solved.
[0027]
According to the invention which concerns on
According to the inventions according to
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1, 2 and 3 are a sectional view and a plan view showing a four-cycle internal combustion engine which is an embodiment of a direct injection type spark ignition internal combustion engine of the present invention, respectively. FIG. Fig. 3 shows the time when the engine is in the compression stroke (near the top dead center). Fig. 3 shows the time when the engine is in the compression stroke (near the top dead center).
[0030]
The in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine of the present invention varies the fuel injection timing according to the engine operating state, thereby forming a homogeneous mixture with a homogeneous fuel concentration distribution in the combustion chamber and a non-uniform fuel concentration distribution. The structure can be selectively switched between the formation of a homogeneous stratified mixture.
In these figures, a
[0031]
Here, the
[0032]
Two (6, 7) spark plugs are provided.
One of the
[0033]
The other
The
[0034]
Specifically, a
Next, the operation of this configuration will be described.
The intake air is sucked by the operation of the
[0035]
Here, in the operating region where the engine load is high, the fuel concentration in the
In this case, the
[0036]
On the other hand, in the operation region where the engine load is low, by injecting fuel at a late timing near the compression stroke as shown in FIG. 3, the gas flow in the
[0037]
That is, the
In this case, if the fuel injected from the
[0038]
According to the embodiment described above, in the in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine that switches between the homogeneous mixture formation and the stratified mixture formation according to the fuel injection timing, each mixture formation is performed with respect to the
[0039]
In addition, since the
[0040]
As is clear from the description of each of the above embodiments, the
For this reason, you may comprise the 1st and
[0041]
That is, as shown in FIGS. 4 and 5, the
6 and 7 are a cross-sectional view and a plan view, respectively, showing a four-cycle internal combustion engine which is another embodiment of the direct injection type spark ignition internal combustion engine of the present invention. FIG. 6 is a plan view of the engine during the compression stroke. It shows the time (near top dead center).
[0042]
In this embodiment, the
Further, the
[0043]
In this case, the
In this embodiment as well, the
[0044]
Next, the operation of this embodiment will be described.
During the compression stroke, the gas flow in the
Also in this embodiment, in the operating region where the engine load is high, fuel is injected at an early stage near the intake stroke, and the injected fuel and the intake air are uniformly mixed, so that the fuel concentration distribution in the
[0045]
In this case, the
On the other hand, in the operation region where the engine load is low, by injecting the fuel at a late timing near the compression stroke as shown in FIG. 6, the gas flow in the
[0046]
Even in this embodiment, since the
Also in this embodiment, the output performance in the high load region by the homogeneous mixture formation and the stratified mixture formation, while adopting a general layout in which the communication direction of the
[0047]
Further, the problem of adversely affecting the characteristics of the
In particular, in this embodiment, since the central axis of the fuel spray of the
[0048]
The
Therefore, these results in a homogeneous gas mixture concentration distribution, and the homogeneous gas mixture formation can be made more reliable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a direct injection type spark ignition internal combustion engine of the present invention (the engine is in the intake stroke)
FIG. 2 is a plan view of a cylinder head showing the same embodiment as above. FIG. 3 is a cross-sectional view of the cylinder head (the engine is in a compression stroke).
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another embodiment. FIG. 5 is a plan view of a cylinder head showing the embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view showing still another embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine.
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記燃料噴射弁を、その先端噴孔が燃焼室に対応するシリンダヘッド下面の略中央部において該燃焼室内に露出し、かつ燃料噴霧の中心線がシリンダ中心軸に略平行となるように、燃焼室壁に配設する一方、
前記点火プラグを2つ設け、
一方の第1点火プラグを、その先端の電極が各気筒毎に2つずつ設けられた吸気バルブと排気バルブ間位置で、該排気バルブ側の前記燃料噴射弁近傍位置において、燃焼室内に露出するように、燃焼室壁に配設し、
他方の第2点火プラグを、その先端の電極が前記吸気バルブ間位置の燃焼室周縁部において、該燃焼室内に露出するように、燃焼室壁に配設し、
前記ピストン冠面の吸気側に内面が凹曲面の凹所を形成したことを特徴とする筒内直接噴射式火花点火内燃機関。An in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine in which fuel is directly injected into a combustion chamber formed between a piston crown surface, a cylinder bore inner peripheral surface, and a cylinder head lower surface by a fuel injection valve, and spark ignition is performed by an ignition plug. Therefore, by varying the fuel injection timing according to the engine operating condition, it is possible to selectively form a homogeneous mixture with a homogeneous fuel concentration distribution in the combustion chamber and a stratified mixture with a non-homogeneous fuel concentration distribution. In a switchable in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine,
Combusting the fuel injection valve so that the tip injection hole is exposed in the combustion chamber at the substantially central portion of the lower surface of the cylinder head corresponding to the combustion chamber, and the fuel spray center line is substantially parallel to the cylinder central axis While arranged on the chamber wall,
Two spark plugs are provided,
One of the first spark plugs is exposed to the combustion chamber at a position between the intake valve and the exhaust valve in which two electrodes at the tip thereof are provided for each cylinder and in the vicinity of the fuel injection valve on the exhaust valve side. Arranged on the combustion chamber wall,
The other second spark plug is disposed on the combustion chamber wall so that the electrode at the tip thereof is exposed in the combustion chamber at the periphery of the combustion chamber between the intake valves,
An in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine characterized in that a concave surface is formed on the intake side of the piston crown surface.
前記第1点火プラグを、その先端の電極が燃焼室に対応するシリンダヘッド下面の略中央部において該燃焼室内に露出するように、燃焼室壁に配設する一方、
前記燃料噴射弁を、その先端噴孔が吸気バルブと排気バルブ間位置で、該排気バルブ側の前記第1点火プラグ近傍位置において、燃焼室内に露出し、かつ燃料噴霧の中心線がシリンダ中心軸と所定の角度を持つように、燃焼室壁に配設した、ことを特徴とする請求項1記載の筒内直接噴射式火花点火内燃機関。 In place of the location of the first spark plug and the fuel injection valve,
The first spark plug is disposed on the combustion chamber wall so that the electrode at the tip thereof is exposed in the combustion chamber at a substantially central portion of the lower surface of the cylinder head corresponding to the combustion chamber,
The fuel injection valve is exposed in the combustion chamber at a position between the intake valve and the exhaust valve at the tip injection hole and in the vicinity of the first spark plug on the exhaust valve side, and the center line of the fuel spray is the cylinder center axis The in-cylinder direct injection spark ignition internal combustion engine according to claim 1 , wherein the direct-injection spark ignition internal combustion engine is disposed on the wall of the combustion chamber so as to have a predetermined angle .
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