JP3837833B2 - In-cylinder internal combustion engine - Google Patents

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JP3837833B2 JP14492397A JP14492397A JP3837833B2 JP 3837833 B2 JP3837833 B2 JP 3837833B2 JP 14492397 A JP14492397 A JP 14492397A JP 14492397 A JP14492397 A JP 14492397A JP 3837833 B2 JP3837833 B2 JP 3837833B2
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    • 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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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内に燃料噴霧を直接噴射して点火プラグによって火花点火を行う筒内噴射式内燃機関において、特に、広範囲な運転条件下での成層燃焼を可能にする技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、筒内噴射式内燃機関としては、例えば、特開平6−207542号公報に開示されるように、成層燃焼運転時には、圧縮行程末期に燃料噴霧をピストン頂面のキャビティに向けて噴射し、筒内の旋回空気流(スワール)の作用とキャビティ側壁のガイド作用との相乗作用によって、燃料噴霧が点火プラグ下方に効率良く移送されるようにして可燃混合気の成層化を図り、成層燃焼を可能としたものが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料噴霧の点火プラグ下方への移送は、ピストン頂面のキャビティ形状と筒内の旋回空気流とによって制御されるため、機関運転条件が変化した場合には、筒内の旋回空気流の変化により、点火プラグ下方への可燃混合気の成層化が困難となり、成層燃焼が不可能となってしまう場合がある。このため、機関運転条件に応じて、吸気ポートに設けたスワールコントロールバルブを開閉して、筒内の旋回空気流を複雑に制御していたが、かかる制御は非常に困難なものであり、内燃機関の成層燃焼の制御をきわめて複雑なものとしていた。
【0004】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、可燃混合気の形成方法及び移送方法を改良し、広範囲な運転条件下での成層燃焼を可能にした筒内噴射式内燃機関を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1記載の発明は、ピストン頂面とシリンダヘッド下面との間に形成された燃焼室の吸気側壁面に配設された燃料噴射弁により燃焼室内に燃料噴霧を直接噴射し、燃焼室のピストン頂面と対向する壁面の略中央部に配設された点火プラグによって火花点火を行う筒内噴射式内燃機関において、前記燃料噴射弁と対向する燃焼室の排気側壁面に、高圧空気を噴射する空気噴射弁を配設すると共に、前記ピストン頂面に、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧及び空気噴射弁から噴射された高圧空気が周囲に拡散しないようにしつつ、燃料噴霧及び高圧空気をピストンの略中央部まで夫々ガイドするガイド溝を形成し、前記ガイド溝の略中央部において燃料噴霧と高圧空気とが衝突して可燃混合気を形成し、可燃混合気が前記点火プラグ下方に移送されるようにした。
【0006】
成層燃焼運転を行う場合には、圧縮行程末期に、燃料噴射弁からガイド溝に向けて燃料噴霧を噴射すると共に、燃料噴射と同期して空気噴射弁からガイド溝に向けて高圧空気を噴射する。ガイド溝に噴射された燃料噴霧及び高圧空気は、ガイド溝の内壁によって周囲への拡散が抑制されつつ、ガイド溝の略中央部まで夫々ガイドされる。ガイド溝の略中央部において、燃料噴霧と高圧空気とが衝突し、流体摩擦或いは高圧空気の持つ熱により、燃料噴霧の気化及び可燃混合気の形成が促進され、局所的な可燃混合気が形成される。そして、可燃混合気は、ガイド溝が開口する点火プラグ下方に移送され、点火プラグによって火花点火されて、成層燃焼が行われる。
【0007】
一方、均質燃焼運転を行う場合には、吸入行程初期に、燃料噴射弁のみからガイド溝に向けて燃料噴霧を噴射する。ガイド溝に噴射された燃料噴霧は、燃焼室内に発生するタンブル流によって、燃料噴霧の気化及び可燃混合気の形成が促進されて燃焼室内に略均一に広がり、点火プラグによって火花点火されて、均質燃焼が行われる。
【0008】
従って、従来のように筒内の旋回空気流を複雑に制御する必要がなく、スワールコントロールバルブ等の旋回空気流を複雑に制御する機構が不要となり、部品点数の削減によるコスト低減、及び、制御内容の簡略化によるコスト低減が図られる。また、空気噴射弁から噴射された高圧空気によって、積極的に燃料噴霧の気化及び可燃混合気の形成を促進しているので、広範囲の運転条件下で成層燃焼が行われるようになり、機関の燃料消費率が改善する。
【0009】
請求項2記載の発明は、前記ガイド溝は、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧及び空気噴射弁から噴射された高圧空気の噴射方向に延び、かつ、燃料噴霧及び高圧空気の広がりに合わせてその横断面形状が形成された構成とした。
このようにすれば、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧は、ガイド溝の内壁に付着せず、かつ、周囲への拡散を抑制されつつ、ガイド溝の略中央部までガイドされる。一方、空気噴射弁から噴射された高圧空気は、燃料噴霧と同様に、周囲への拡散を抑制されつつ、ガイド溝の略中央部までガイドされる。そして、ガイド溝の略中央部において、燃料噴霧と高圧空気の略全量が衝突し、燃料噴霧の気化及び可燃混合気の形成の促進が効率的に行われる。また、ガイド溝の内壁への燃料噴霧の付着が低減されることにより、排気中に含まれるHC等が低減し、排気性状が改善する。
【0010】
請求項3記載の発明は、前記ピストン頂面は、そのエッジ部が滑らかに形成された構成とした。
このようにすれば、均質燃焼運転時において、燃焼室内に発生するタンブル流がピストン頂面のエッジ部で剥離することが低減し、機関の全開性能が向上する。
【0011】
請求項4記載の発明は、前記空気噴射弁は、前記燃料噴射弁と同期して高圧空気を噴射する構成とした。
このようにすれば、空気噴射弁の高圧空気の噴射時期は、燃料噴射弁の燃料噴霧の噴射時期と同期するので、空気噴射弁の制御が簡略化され、信頼性の低下及びコスト上昇が極力抑制される。
【0012】
請求項5記載の発明は、ブレーキ力を倍力するブレーキ倍力装置と、空気を圧縮供給するエアコンプレッサと、を備え、前記エアコンプレッサは、前記ブレーキ倍力装置を介して吸気通路から取り出された吸入空気を圧縮して、前記空気噴射弁に供給する構成とした。
このようにすれば、成層燃焼運転中において、吸気通路内に発生する負圧が小さくとも、エアコンプレッサの作動により負圧が発生し、この負圧を利用することで、ブレーキ倍力装置が有効に作動するようになる。従って、ブレーキ倍力装置を作動させるための負圧ポンプを別途設ける必要がなくなり、部品点数の削減によるコスト低減が図られる。
【0013】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1記載の発明によれば、燃焼室内の旋回空気流を複雑に制御する機構が不要となり、部品点数の削減によるコスト低減、及び、制御内容の簡略化によるコスト低減を図ることができる。また、空気噴射弁から噴射された高圧空気によって、積極的に燃料噴霧の気化及び可燃混合気の形成を促進しているので、広範囲の運転条件下で成層燃焼が行われるようになり、機関の燃料消費率を改善することができる。
【0014】
請求項2記載の発明によれば、ガイド溝の略中央部において、燃料噴霧と高圧空気の略全量が衝突するので、燃料噴霧の気化及び可燃混合気の形成の促進を効率的に行うことができる。また、ガイド溝の内壁への燃料噴霧の付着が低減されることにより、排気中に含まれるHC等が低減し、排気性状を改善することもできる。
【0015】
請求項3記載の発明によれば、均質燃焼運転時において、燃焼室内に発生するタンブル流がピストン頂面のエッジ部で剥離することが低減し、機関の全開性能を向上することができる。
請求項4記載の発明によれば、空気噴射弁の制御が簡素化され、信頼性の低下及びコスト上昇を極力抑制することができる。
【0016】
請求項5記載の発明によれば、ブレーキ倍力装置を作動させるための負圧ポンプを別途設ける必要がなくなり、部品点数の削減によるコスト低減を図ることができる。
【0017】
【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は、本発明の筒内噴射式内燃機関の一実施形態を示す構成図である。
ピストン10の頂面(以下「ピストン頂面」という)10aとシリンダヘッド11の下面との間には、所定容積を有する燃焼室12が形成される。燃焼室12の上部に位置するシリンダヘッド11の壁面、即ち、シリンダヘッド11の下部に形成されたシリンダヘッド燃焼室12aの壁面には、吸気弁13によって開閉される吸気ポート14、及び、排気弁15によって開閉される排気ポート16が、夫々並列して2つ形成される。
【0018】
シリンダヘッド11の両吸気ポート14間には、燃料噴霧を噴射する電子制御式の燃料噴射弁17が、燃料噴射弁17に対向するシリンダヘッド11の両排気ポート16間には、高圧空気を噴射する電子制御式の空気噴射弁18が、夫々ピストン頂面10aに対して所定角度を有するように配設される。即ち、燃料噴射弁17と空気噴射弁18とは、略同一線上に配設される。また、シリンダヘッド燃焼室12aの壁面の略中央部には、燃料と空気との可燃混合気を火花点火する点火プラグ19が配設される。
【0019】
燃料噴射弁17には、高圧燃料ポンプ20によって加圧される燃料が、高圧燃料配管21を介して供給される。そして、燃料噴射弁17は、燃料噴射弁ドライブユニット22によって開弁駆動され、機関運転条件に応じた所定量の燃料を噴射する。なお、図中の符号23は、燃料噴射弁17に供給される燃料が所定圧力になるように調圧する高圧燃料圧力レギュレータである。
【0020】
空気噴射弁18には、高圧空気コンプレッサ24(エアコンプレッサ)によって加圧される空気が、高圧空気配管25を介して供給される。そして、空気噴射弁18は、空気噴射弁ドライブユニット26によって開弁駆動され、燃料噴射弁17と同期して高圧空気を噴射する。なお、図中の符号27は、空気噴射弁18に供給される空気が所定圧力になるように調圧する高圧空気圧力レギュレータである。
【0021】
高圧空気コンプレッサ24には、吸気コレクタ28から取り出された吸入空気が、空気供給配管29を介して供給される。空気供給配管29の途中には、負圧タンク30が介装され、ここからブレーキ力を倍力するブレーキブースタ31(ブレーキ倍力装置)に負圧が供給される。
ところで、筒内噴射式内燃機関では、成層燃焼運転中には、吸気通路に発生する負圧が小さく、ブレーキブースタ31を有効に作動させる負圧が得にくい。そこで、吸気コレクタ28と高圧空気コンプレッサ24との間に、負圧タンク30を介してブレーキブースタ31を介装すると、高圧空気コンプレッサ24の作動により空気供給配管29内に負圧が発生し、この負圧を負圧タンク30を介して利用すれば、ブレーキブースタ31が有効に作動するようになる。従って、ブレーキブースタ31を作動させるための負圧ポンプを別途設ける必要がなく、部品点数の削減によるコスト低減が図られる。
【0022】
なお、以上説明しなかった図中の符号32は、マイクロコンピュータ内蔵のメインコントロールユニットであり、機関運転状態に基づいて燃料噴射弁ドライブユニット22及び空気噴射弁ドライブユニット26を制御する。
また、ピストン頂面10aには、図2に示すように、燃料噴射弁17から噴射される燃料噴霧及び空気噴射弁18から噴射される高圧空気の噴射方向に延び、かつ、燃料噴霧及び高圧空気の広がりに合わせてその横断面が形成されたガイド溝10bが形成される。即ち、ガイド溝10bは、燃料噴射弁17から噴射された燃料噴霧及び空気噴射弁18から噴射された高圧空気を、周囲に拡散しないようにしつつガイド溝10bの略中央部までガイドし、ガイド溝10bの略中央部で燃料噴霧と高圧空気とが正面衝突するようにする。このとき、燃料噴霧がガイド溝10bの内壁に付着して排気中のHC等が増加することを防止するため、燃料噴霧の広がりより大きくガイド溝10bの横断面形状を形成する。一方、空気噴射弁18から噴射される高圧空気に関しては、ガイド溝10bの内壁に空気が付着するということはないが、ガイド溝10bの略中央部で段差が生じることを防止するため、燃料噴射側のガイド溝10bと略同一形状にガイド溝10bを形成する。
【0023】
次に、かかる構成からなる筒内噴射式内燃機関の作用について、図3を参照しつつ説明する。
成層燃焼運転時の圧縮行程末期に、燃料噴射弁17から燃料噴霧Fをガイド溝10bに向けて噴射すると同期して、空気噴射弁18から高圧空気Aをガイド溝10bに向けて噴射する(図3(a) 参照)。
【0024】
ガイド溝10b内に噴射された燃料噴霧F及び高圧空気Aは、ガイド溝10bの内壁によって周囲への拡散が抑制されつつ、ガイド溝10bの略中央部まで夫々ガイドされる。そして、ガイド溝10bの略中央部において、燃料噴霧Fと高圧空気Aとが正面衝突し、流体摩擦或いは高圧空気の持つ熱により、燃料噴霧Fの気化及び可燃混合気Mの形成が促進され、局所的な可燃混合気Mが形成される(図3(b) 参照)。
【0025】
そして、可燃混合気Mは、ガイド溝10bが開口する点火プラグ19の下方に移送され、点火プラグ19下方に可燃混合気Mの成層化が行われる(図3(c) 参照)。
その後、点火プラグ19によって可燃混合気Mが火花点火され、成層燃焼が行われる。
【0026】
また、機関の高負荷運転時には、吸入行程初期に燃料噴射弁17のみから燃料噴霧を噴射すると、燃焼室12内に発生するタンブル流によって、燃料噴霧の気化及び可燃混合気の形成が促進され、燃焼室12内に略均一な可燃混合気が形成される。そして、可燃混合気は、点火プラグ19によって火花点火され、高出力を発生する均質燃焼が行われる。
【0027】
このようにすれば、従来の筒内噴射式内燃機関のように、筒内の旋回空気流を複雑に制御しなくとも、空気噴射弁18から噴射される高圧空気によって燃料噴霧の気化及び可燃混合気の形成が促進されると共に、点火プラグ19の下方に可燃混合気の移送が行われ、広範囲の運転条件下で成層燃焼が行われるようになる。
【0028】
従って、筒内の旋回空気流を複雑に制御する機構が不要となり、例えば、スワールコントロールバルブによって旋回空気流を制御するものにあっては、部品点数の削減及び制御の簡略化によるコスト低減を促進することができる。また、成層燃焼運転可能の領域が拡大するため、機関の燃料消費率を改善することができる。
【0029】
なお、ピストン頂面10aは、図4に示すように、そのエッジ部を滑らかに形成してもよい。
このようにすれば、機関の高負荷運転時における均質燃焼運転時に、ピストン頂面10aのエッジ部によって剥離されるタンブル流が低減し、機関の全開性能をより向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態を示す構成図
【図2】 同上のガイド溝の一実施形態を示し、(a) は上面図、(b) は(a) 中のA−A断面図、(c) は(a) 中のB−B断面図
【図3】 同上の作用を説明し、(a) は燃料噴霧及び高圧空気を噴射した直後を示す図、(b) はガイド溝内における可燃混合気の形成を示す図、(c) は点火プラグ下方への可燃混合気の移送を示す図
【図4】 同上のガイド溝の他の実施形態を示し、(a) は上面図、(b) は(a) 中のC−C断面図、(c) は(a) 中のD−D断面図
【符号の説明】
10 ピストン
10a ピストン頂面
10b ガイド溝
11 シリンダ
12 燃焼室
12a シリンダヘッド燃焼室
17 燃料噴射弁
18 空気噴射弁
24 高圧空気コンプレッサ
31 ブレーキブースタ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique that enables stratified combustion under a wide range of operating conditions, particularly in a cylinder injection internal combustion engine in which fuel spray is directly injected into a cylinder and spark ignition is performed by an ignition plug.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a cylinder injection internal combustion engine, for example, as disclosed in JP-A-6-207542, during stratified combustion operation, fuel spray is injected toward the cavity on the top surface of the piston at the end of the compression stroke, Due to the synergistic effect of the swirling air flow (swirl) in the cylinder and the guide action on the cavity side wall, the fuel spray is efficiently transferred to the lower side of the spark plug to achieve stratification of the combustible mixture. What is possible is known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the transfer of the fuel spray to the lower side of the spark plug is controlled by the cavity shape of the piston top surface and the swirling air flow in the cylinder, so that when the engine operating conditions change, the swirling air flow in the cylinder Due to the change, it becomes difficult to stratify the combustible mixture below the spark plug, and stratified combustion may become impossible. For this reason, depending on the engine operating conditions, the swirl control valve provided in the intake port is opened and closed to control the swirling air flow in the cylinder in a complicated manner. However, such control is very difficult. The control of engine stratified combustion was extremely complicated.
[0004]
Accordingly, in view of the above-described conventional problems, the present invention provides a direct injection internal combustion engine that improves the formation method and the transfer method of the combustible mixture and enables stratified combustion under a wide range of operating conditions. The purpose is to do.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, the invention according to claim 1 directly injects fuel spray into the combustion chamber by the fuel injection valve disposed on the intake side wall surface of the combustion chamber formed between the piston top surface and the cylinder head lower surface. In a direct injection internal combustion engine that performs spark ignition with a spark plug disposed at a substantially central portion of a wall surface facing a piston top surface of a combustion chamber, a high pressure is applied to an exhaust side wall surface of the combustion chamber facing the fuel injection valve. An air injection valve for injecting air is disposed, and fuel spray injected from the fuel injection valve and high-pressure air injected from the air injection valve are prevented from diffusing to the surroundings on the piston top surface. A guide groove for guiding high pressure air to the substantially central portion of the piston is formed, and a fuel spray and high pressure air collide with each other at the substantially central portion of the guide groove to form a combustible mixture. It was to be transferred to the grayed down.
[0006]
When performing stratified charge combustion operation, fuel spray is injected from the fuel injection valve toward the guide groove at the end of the compression stroke, and high-pressure air is injected from the air injection valve toward the guide groove in synchronization with the fuel injection. . The fuel spray and the high-pressure air injected into the guide groove are respectively guided to the substantially central portion of the guide groove while being prevented from spreading to the surroundings by the inner wall of the guide groove. The fuel spray and high-pressure air collide at the approximate center of the guide groove, and the fluid friction or heat of the high-pressure air promotes vaporization of the fuel spray and formation of a combustible mixture, forming a locally combustible mixture. Is done. Then, the combustible air-fuel mixture is transferred below the spark plug where the guide groove opens, and is ignited by the spark plug to perform stratified combustion.
[0007]
On the other hand, when the homogeneous combustion operation is performed, fuel spray is injected from only the fuel injection valve toward the guide groove at the beginning of the intake stroke. The fuel spray injected into the guide groove is promoted by the tumble flow generated in the combustion chamber to promote the vaporization of the fuel spray and the formation of the combustible mixture, and spreads almost uniformly in the combustion chamber. Combustion takes place.
[0008]
Therefore, there is no need to control the swirling air flow in the cylinder in a complicated manner as in the past, and a mechanism for controlling the swirling air flow such as a swirl control valve is not required, reducing the cost by reducing the number of parts, and control. Costs can be reduced by simplifying the contents. In addition, the high-pressure air injected from the air injection valve actively promotes the vaporization of fuel spray and the formation of a combustible mixture, so that stratified combustion is performed under a wide range of operating conditions. Fuel consumption rate improves.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, the guide groove extends in the injection direction of the fuel spray injected from the fuel injection valve and the high-pressure air injected from the air injection valve, and matches the spread of the fuel spray and the high-pressure air. The cross-sectional shape was formed.
If it does in this way, the fuel spray injected from the fuel injection valve will not adhere to the inner wall of a guide groove, and will be guided to the approximate center part of a guide groove, being controlled to spread to the circumference. On the other hand, the high-pressure air injected from the air injection valve is guided to the substantially central portion of the guide groove while suppressing diffusion to the surroundings, similarly to the fuel spray. Then, substantially the entire amount of the fuel spray and high-pressure air collide substantially at the center of the guide groove, and the fuel spray is vaporized and the formation of the combustible mixture is promoted efficiently. Further, since the adhesion of fuel spray to the inner wall of the guide groove is reduced, HC and the like contained in the exhaust gas are reduced, and the exhaust property is improved.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, the piston top surface has a smooth edge portion.
In this way, during the homogeneous combustion operation, the tumble flow generated in the combustion chamber is reduced from being peeled off at the edge portion of the piston top surface, and the fully open performance of the engine is improved.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, the air injection valve is configured to inject high-pressure air in synchronization with the fuel injection valve.
In this way, the injection timing of the high-pressure air of the air injection valve is synchronized with the injection timing of the fuel spray of the fuel injection valve, so the control of the air injection valve is simplified, and reliability and cost increases are minimized. It is suppressed.
[0012]
The invention according to claim 5 includes a brake booster that boosts the braking force, and an air compressor that compresses and supplies air, and the air compressor is taken out from the intake passage via the brake booster. The intake air is compressed and supplied to the air injection valve.
In this way, even when the negative pressure generated in the intake passage is small during the stratified combustion operation, a negative pressure is generated by the operation of the air compressor, and the brake booster is effective by using this negative pressure. Will work. Accordingly, it is not necessary to separately provide a negative pressure pump for operating the brake booster, and the cost can be reduced by reducing the number of parts.
[0013]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, a mechanism for controlling the swirling air flow in the combustion chamber in a complicated manner is not necessary, and the cost can be reduced by reducing the number of components and the cost can be reduced by simplifying the contents of control. Can be achieved. In addition, the high-pressure air injected from the air injection valve actively promotes the vaporization of fuel spray and the formation of a combustible mixture, so that stratified combustion is performed under a wide range of operating conditions. The fuel consumption rate can be improved.
[0014]
According to the second aspect of the present invention, substantially the entire amount of the fuel spray and high-pressure air collides at the substantially central portion of the guide groove, so that it is possible to efficiently promote the vaporization of the fuel spray and the formation of the combustible mixture. it can. Further, since the adhesion of fuel spray to the inner wall of the guide groove is reduced, HC and the like contained in the exhaust gas can be reduced, and the exhaust property can be improved.
[0015]
According to the third aspect of the invention, during the homogeneous combustion operation, the tumble flow generated in the combustion chamber is reduced from being separated at the edge portion of the piston top surface, and the fully open performance of the engine can be improved.
According to the fourth aspect of the present invention, the control of the air injection valve is simplified, and a decrease in reliability and an increase in cost can be suppressed as much as possible.
[0016]
According to the fifth aspect of the present invention, it is not necessary to separately provide a negative pressure pump for operating the brake booster, and the cost can be reduced by reducing the number of parts.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a direct injection internal combustion engine of the present invention.
A combustion chamber 12 having a predetermined volume is formed between the top surface of the piston 10 (hereinafter referred to as “piston top surface”) 10 a and the lower surface of the cylinder head 11. An intake port 14 opened and closed by an intake valve 13 and an exhaust valve are provided on the wall surface of the cylinder head 11 located above the combustion chamber 12, that is, the wall surface of the cylinder head combustion chamber 12 a formed at the lower part of the cylinder head 11. Two exhaust ports 16 opened and closed by 15 are formed in parallel.
[0018]
An electronically controlled fuel injection valve 17 that injects fuel spray is injected between both intake ports 14 of the cylinder head 11, and high-pressure air is injected between both exhaust ports 16 of the cylinder head 11 facing the fuel injection valve 17. The electronically controlled air injection valves 18 are arranged so as to have a predetermined angle with respect to the piston top surface 10a. That is, the fuel injection valve 17 and the air injection valve 18 are disposed on substantially the same line. An ignition plug 19 that sparks and ignites a combustible mixture of fuel and air is disposed at a substantially central portion of the wall surface of the cylinder head combustion chamber 12a.
[0019]
Fuel that is pressurized by the high-pressure fuel pump 20 is supplied to the fuel injection valve 17 via a high-pressure fuel pipe 21. The fuel injection valve 17 is driven to open by the fuel injection valve drive unit 22 and injects a predetermined amount of fuel according to engine operating conditions. Reference numeral 23 in the figure is a high-pressure fuel pressure regulator that adjusts the fuel supplied to the fuel injection valve 17 to a predetermined pressure.
[0020]
Air that is pressurized by a high-pressure air compressor 24 (air compressor) is supplied to the air injection valve 18 via a high-pressure air pipe 25. The air injection valve 18 is driven to open by an air injection valve drive unit 26 and injects high-pressure air in synchronization with the fuel injection valve 17. Reference numeral 27 in the drawing denotes a high-pressure air pressure regulator that adjusts the pressure of the air supplied to the air injection valve 18 to a predetermined pressure.
[0021]
The high-pressure air compressor 24 is supplied with intake air taken out from the intake collector 28 via an air supply pipe 29. In the middle of the air supply pipe 29, a negative pressure tank 30 is interposed, from which negative pressure is supplied to a brake booster 31 (brake booster) that boosts the braking force.
By the way, in the cylinder injection internal combustion engine, during the stratified combustion operation, the negative pressure generated in the intake passage is small, and it is difficult to obtain the negative pressure for effectively operating the brake booster 31. Therefore, when the brake booster 31 is interposed between the intake collector 28 and the high pressure air compressor 24 via the negative pressure tank 30, a negative pressure is generated in the air supply pipe 29 by the operation of the high pressure air compressor 24. If negative pressure is utilized via the negative pressure tank 30, the brake booster 31 will operate | move effectively. Therefore, it is not necessary to separately provide a negative pressure pump for operating the brake booster 31, and the cost can be reduced by reducing the number of parts.
[0022]
Reference numeral 32 in the drawings not explained above is a main control unit with a built-in microcomputer, which controls the fuel injection valve drive unit 22 and the air injection valve drive unit 26 based on the engine operating state.
Further, as shown in FIG. 2, the piston top surface 10a extends in the injection direction of the fuel spray injected from the fuel injection valve 17 and the high-pressure air injected from the air injection valve 18, and the fuel spray and the high-pressure air A guide groove 10b having a transverse cross section is formed in accordance with the spread of. In other words, the guide groove 10b guides the fuel spray injected from the fuel injection valve 17 and the high-pressure air injected from the air injection valve 18 to the substantially central portion of the guide groove 10b while not diffusing to the surroundings. The fuel spray and the high-pressure air collide head-on at a substantially central portion of 10b. At this time, in order to prevent fuel spray from adhering to the inner wall of the guide groove 10b and increasing HC and the like in the exhaust gas, the cross-sectional shape of the guide groove 10b is formed larger than the spread of the fuel spray. On the other hand, with respect to the high-pressure air injected from the air injection valve 18, air does not adhere to the inner wall of the guide groove 10b. The guide groove 10b is formed in substantially the same shape as the side guide groove 10b.
[0023]
Next, the operation of the direct injection internal combustion engine having such a configuration will be described with reference to FIG.
At the end of the compression stroke during the stratified combustion operation, high-pressure air A is injected from the air injection valve 18 toward the guide groove 10b in synchronization with injection of the fuel spray F from the fuel injection valve 17 toward the guide groove 10b (FIG. 3 (a)).
[0024]
The fuel spray F and the high-pressure air A injected into the guide groove 10b are respectively guided to the substantially central portion of the guide groove 10b while being prevented from spreading to the surroundings by the inner wall of the guide groove 10b. The fuel spray F and the high-pressure air A collide front at a substantially central portion of the guide groove 10b, and the fluid friction or the heat of the high-pressure air promotes the vaporization of the fuel spray F and the formation of the combustible mixture M. A local combustible mixture M is formed (see FIG. 3 (b)).
[0025]
Then, the combustible mixture M is transferred below the spark plug 19 where the guide groove 10b is opened, and the combustible mixture M is stratified below the spark plug 19 (see FIG. 3 (c)).
Thereafter, the combustible mixture M is sparked by the spark plug 19 and stratified combustion is performed.
[0026]
Further, when the engine is operated at a high load, if the fuel spray is injected only from the fuel injection valve 17 at the beginning of the intake stroke, the tumble flow generated in the combustion chamber 12 promotes the vaporization of the fuel spray and the formation of the combustible mixture, A substantially uniform combustible air-fuel mixture is formed in the combustion chamber 12. The combustible air-fuel mixture is spark-ignited by the spark plug 19, and homogeneous combustion that generates high output is performed.
[0027]
In this way, the vaporization of the fuel spray and the combustible mixing can be performed by the high-pressure air injected from the air injection valve 18 without complicated control of the swirling air flow in the cylinder as in a conventional cylinder injection internal combustion engine. The formation of air is promoted, and the combustible air-fuel mixture is transferred below the spark plug 19 so that stratified combustion is performed under a wide range of operating conditions.
[0028]
This eliminates the need for a complicated control mechanism for the swirling air flow in the cylinder. For example, in the case of controlling the swirling air flow using a swirl control valve, the cost reduction is achieved by reducing the number of parts and simplifying the control. can do. In addition, since the region where the stratified combustion operation can be performed is expanded, the fuel consumption rate of the engine can be improved.
[0029]
In addition, as shown in FIG. 4, the piston top surface 10a may be formed with a smooth edge portion.
In this way, the tumble flow separated by the edge portion of the piston top surface 10a during the homogeneous combustion operation during the high load operation of the engine can be reduced, and the fully open performance of the engine can be further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows an embodiment of the guide groove of the same, (a) is a top view, (b) is a cross-sectional view taken along line AA in (a), (c) is a cross-sectional view taken along the line BB in (a). [FIG. 3] Explains the operation of the above, (a) is a view immediately after fuel spray and high-pressure air are injected, and (b) is in the guide groove. FIG. 4 is a diagram showing the formation of a combustible mixture, FIG. 4C is a diagram showing the transfer of the combustible mixture to the lower side of the spark plug, FIG. 4 shows another embodiment of the guide groove, and FIG. b) is a cross-sectional view taken along the line CC in (a), and (c) is a cross-sectional view taken along the line DD in (a).
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Piston 10a Piston top surface 10b Guide groove 11 Cylinder 12 Combustion chamber 12a Cylinder head combustion chamber 17 Fuel injection valve 18 Air injection valve 24 High pressure air compressor 31 Brake booster

Claims (5)

ピストン頂面とシリンダヘッド下面との間に形成された燃焼室の吸気側壁面に配設された燃料噴射弁により燃焼室内に燃料噴霧を直接噴射し、燃焼室のピストン頂面と対向する壁面の略中央部に配設された点火プラグによって火花点火を行う筒内噴射式内燃機関において、
前記燃料噴射弁と対向する燃焼室の排気側壁面に、高圧空気を噴射する空気噴射弁を配設すると共に、前記ピストン頂面に、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧及び空気噴射弁から噴射された高圧空気が周囲に拡散しないようにしつつ、燃料噴霧及び高圧空気をピストンの略中央部まで夫々ガイドするガイド溝を形成し、前記ガイド溝の略中央部において燃料噴霧と高圧空気とが衝突して可燃混合気を形成し、可燃混合気が前記点火プラグ下方に移送されるようにしたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関。
Fuel spray is directly injected into the combustion chamber by a fuel injection valve disposed on the intake side wall surface of the combustion chamber formed between the piston top surface and the cylinder head lower surface. In a cylinder injection internal combustion engine that performs spark ignition with a spark plug disposed in a substantially central portion,
An air injection valve for injecting high-pressure air is disposed on the exhaust side wall surface of the combustion chamber facing the fuel injection valve, and fuel spray injected from the fuel injection valve and injection from the air injection valve are applied to the piston top surface. A guide groove for guiding the fuel spray and the high-pressure air to the substantially central portion of the piston is formed while preventing the high-pressure air from diffusing to the surroundings, and the fuel spray and the high-pressure air collide at the substantially central portion of the guide groove. Thus, a combustible air-fuel mixture is formed, and the combustible air-fuel mixture is transferred below the spark plug.
前記ガイド溝は、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧及び空気噴射弁から噴射された高圧空気の噴射方向に延び、かつ、燃料噴霧及び高圧空気の広がりに合わせてその横断面形状が形成された構成である請求項1記載の筒内噴射式内燃機関。The guide groove extends in the injection direction of the fuel spray injected from the fuel injection valve and the high-pressure air injected from the air injection valve, and its cross-sectional shape is formed in accordance with the spread of the fuel spray and high-pressure air. The in-cylinder injection internal combustion engine according to claim 1, which has a configuration. 前記ピストン頂面は、そのエッジ部が滑らかに形成された構成である請求項1又は2に記載の筒内噴射式内燃機関。The in-cylinder injection internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the piston top surface has a configuration in which an edge portion thereof is smoothly formed. 前記空気噴射弁は、前記燃料噴射弁と同期して高圧空気を噴射する構成である請求項1〜3のいずれか1つに記載の筒内噴射式内燃機関。The in-cylinder injection internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the air injection valve is configured to inject high-pressure air in synchronization with the fuel injection valve. ブレーキ力を倍力するブレーキ倍力装置と、空気を圧縮供給するエアコンプレッサと、を備え、
前記エアコンプレッサは、前記ブレーキ倍力装置を介して吸気通路から取り出された吸入空気を圧縮して、前記空気噴射弁に供給する構成である請求項1〜4のいずれか1つに記載の筒内噴射式内燃機関。
A brake booster that boosts the braking force, and an air compressor that compresses and supplies air,
The cylinder according to any one of claims 1 to 4, wherein the air compressor is configured to compress intake air taken out from an intake passage via the brake booster and supply the compressed air to the air injection valve. Internal injection type internal combustion engine.
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