JP4075471B2 - In-cylinder direct injection internal combustion engine - Google Patents

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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピストン往復軸線上又はその近傍に燃料噴射弁及び点火プラグを配置したセンターインジェクション型の筒内直接噴射式内燃機関に関し、特に、ピストン冠面に凹設されるキャビティ形状の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
筒内直接噴射式内燃機関として、特開2000−265841号公報には、ピストン往復軸線上又はその近傍に燃料噴射弁及び点火プラグを配置したセンターインジェクション型のエンジンが開示されている。ピストン冠面には、ピストン往復軸線に対してほぼ軸対称形状をなす深皿部(内側キャビティ)が凹設されるとともに、この深皿部の周囲に複数の浅皿部(外側キャビティ)が間欠的に凹設されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記の浅皿部は、吸・排気弁との干渉を回避するバルブリセス形状をなしており、ピストン往復軸線に対して軸対称形状となっていない。このため、浅皿部を利用して成層燃焼を行う場合に、浅皿部へ噴射された燃料噴霧が隣り合う浅皿部の間からこぼれ、燃費の悪化や未燃HCの増加などを招くおそれがある。また、深皿部を利用して成層燃焼を行う場合にも、深皿部の側壁がなだらかに浅皿部へ連なっているため、深皿部へ噴射された燃料噴霧が深皿部から浅皿部へこぼれ易く、やはり燃費の悪化や未燃HCの増加などが懸念される。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明の筒内直接噴射式内燃機関では、ピストン往復軸線上又はその近傍に燃料噴射弁及び点火プラグが配置され、燃料噴射弁から燃焼室内に直接的に燃料が噴射され、この燃料噴霧で形成された混合気が火花点火プラグにより火花点火される。ピストン冠面には、ピストン往復軸線に対してほぼ軸回転体形状をなす外側キャビティが形成され、この外側キャビティには、上記ピストン往復軸線に対してほぼ軸回転体形状をなす内側キャビティが凹設される。典型的には、成層高負荷運転条件では外側キャビティを利用して成層燃焼を実現し、成層低負荷運転条件では内側キャビティを利用して成層燃焼を実現する。
【0005】
【発明の効果】
外側キャビティ及び内側キャビティともにピストン往復軸線に対してほぼ軸回転体形状をなしているため、主として外側キャビティを利用して成層燃焼を行う場合と、主として内側キャビティを利用して成層燃焼を行う場合と、のいずれの場合であっても、燃費が良く未燃HCの排出が充分に抑制された成層燃焼を実現できる。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0007】
図1は、本発明に係る筒内直接噴射式内燃機関を簡略的に示している。燃焼室1は、シリンダヘッド2と、シリンダブロック3と、このシリンダブロック3のシリンダ3a内に嵌合するピストン4と、により画成される。シリンダヘッド2には燃焼室1へ開口する吸気ポート5及び排気ポート6が形成されている。これらのポート6,7を開閉する吸気弁7及び排気弁8は、吸気弁用カム9及び排気弁用カム10を用いて駆動される。
【0008】
シリンダヘッド2には、ピストン4の冠面15へ向けて燃料を燃焼室1内へ直接的に噴射する燃料噴射弁11と、燃焼室1内の混合気を火花点火する点火プラグ12とが、燃焼室1に臨ませた状態で、シリンダ中心軸線すなわちピストン往復軸線14上又はその近傍に、互いに近接して配置されている。ここでは特に、燃料噴射弁11をピストン往復軸線14上に配置し、この燃料噴射弁11に近接して点火プラグ12を配置している。燃料噴射弁11は、圧縮行程後半における筒内圧力上昇時にも噴霧形状の変化が小さくなるように、指向性の強いマルチホール型の噴射弁を用いている。これら燃料噴射弁11及び点火プラグ12の動作はエンジンコントロールユニット13により制御される。
【0009】
ピストン冠面15は、シリンダヘッド2に形成されるペントルーフ型の燃焼室1の頂面の形状に沿うように、上に凸な(仮想)三角錐状すなわちペントルーフ形状をなしている。このピストン冠面15には、その中央部を切り欠くように、外側キャビティ16が凹設され、この外側キャビティ16の表面に、更に内側キャビティ17が凹設されている。即ち、ピストン冠面15に2つのキャビティ16,17が同心状に形成された二重キャビティ構造をなしている。
【0010】
外側キャビティ16は、ピストン往復軸線14に対してほぼ軸回転体形状(軸対称形状,トロイダル形状)をなしている。但し、この外側キャビティ16が凹設されるピストン冠面15が軸回転体形状ではないために、図2に示すように、ピストン冠面15を上(燃焼噴射弁側)から見た場合、その開口部16kがピストン往復軸線14を中心とする完全な真円形ではない。内側キャビティ17は、ピストン往復軸線14に対して軸回転体形状(軸対称形状,トロイダル形状)をなしており、図2に示すように、ピストン冠面15を上(燃焼噴射弁側)から見た場合、その開口部17kがピストン往復軸線14を中心とする真円形をなしている。
【0011】
図3は、成層高負荷運転条件における噴霧挙動を簡略的に示している。外側キャビティ16の壁面は、第1外側壁面16aと、この第1外側壁面16aの外周側に連続する第2外側壁面16bと、この第2外側壁面16bに連続する第3外側壁面16cと、に分けることができる。第1外側壁面16aは、中央のピストン往復軸線14に向かうほど高くなる傾斜面となっており、全体として上に凸な仮想円錐形状をなしている。この第1外側壁面16aの中央部を切り欠くように上記の内側キャビティ17が凹設されている。第2外側壁面16bは、第3外側壁面16cへ向けて滑らかに湾曲する外側湾曲面を含み、かつ、一部がピストン往復軸線14にほぼ直交する平坦面16dとなっている。第3外側壁面16cは、外側キャビティ16全体の外壁面を構成するもので、ピストン上方(図3の上方)へ向かうほどピストン往復軸線14に近づく方向へ傾斜するリエントラント形状をなしている。
【0012】
燃料噴射弁11から噴射された燃料噴霧は、ピストン往復軸線14を中心とするに凸な中空円錐形状をなしている。図3(a)に示すように、成層高負荷運転条件での燃料噴霧F1は、第1外側壁面16aに斜めに衝突するように設定されている。この噴霧F1の(中心)噴射方向F2と、第1外側壁面16aの噴霧進行方向側(噴霧が衝突する部分よりも径方向外側)の部分と、のなす角度θ1が、鈍角(90°〜180°)に設定されている。従って、燃料噴霧F1は緩い角度で第1外側壁面16aに衝突することとなり、衝突後の燃料噴霧F1は、不用意に飛散することなく、この第1外側壁面16aに沿うようにして外周側すなわち第2外側壁面16bの側へ良好に誘導される。この第2外側壁面16bの外側湾曲面により、噴霧は第3外側壁面16cに沿うように良好に誘導される。
この第3外側壁面16cは、噴霧方向F2に近い角度で傾斜する傾斜面となっている。詳しくは、第3外側壁面16cの延長線16c’と噴射方向F2の平行線F2’とのなす角度θ2が充分に小さい。但し、ピストン往復軸線14に対する第3外側壁面16cのリエントラント角度dはピストン往復軸線14に対する噴射方向F2の角度よりも小さい。このような第3外側壁面16cによって燃料噴霧は元の噴射された方向へ向かうように良好に誘導される。結果として、図3(b)及び(c)に示すように、ピストン往復軸線14に沿う縦方向に渦のように旋回する旋回流F3が生成される。この旋回流F3により周囲の空気が巻き込まれ、外側キャビティ16の上空に生成される混合気は、濃度むらのない均質な混合気塊K1となる。
【0013】
この第3外側壁面16cは、噴霧方向F2に近い角度で傾斜する傾斜面となっている。詳しくは、第3外側壁面16cの延長線16c’と噴射方向F2の平行線F2’とのなす角度θ2が充分に小さい。但し、ピストン往復軸線14に対する第3外側壁面16cのリエントラント角度dはピストン往復軸線14に対する噴射方向F2の角度よりも小さい。このような第3外側壁面16cによって燃料噴霧は元の噴射された方向へ向かうように良好に誘導される。結果として、図3(b)及び(c)に示すように、ピストン往復軸線14に沿う縦方向に渦のように旋回する旋回流F3が生成される。この旋回流F3により周囲の空気が巻き込まれ、外側キャビティ16の上空に生成される混合気は、濃度むらのない均質な混合気塊K1となる。
【0014】
図4は、成層低負荷運転条件における噴霧挙動を簡略的に示している。内側キャビティ17の壁面は、第1内側壁面17aと、この第1内側壁面17aの外周側に連続する第2内側壁面17bと、この第2内側壁面17bに連続する第3内側壁面17cと、に分けることができる。第1内側壁面17aは、中央のピストン往復軸線14に向かうほど高くなる傾斜面となっており、全体として上に凸な円錐形状をなしている。第2内側壁面17bは、第3内側壁面17cへ向けて滑らかに湾曲する内側湾曲面をなしている。第3内側壁面17cは、内側キャビティ17全体の外壁面を構成するもので、ピストン上方(図4の上方)へ向かうほどピストン往復軸線14に近づく方向へ傾斜するリエントラント形状をなしている。
【0015】
図4(a)に示すように、成層低負荷運転条件での燃料噴霧F4は、第1内側壁面17aに斜めに衝突するように設定されている。この噴霧F4の(中心)噴射方向F5と、第1内側壁面17aの噴霧進行方向側(噴霧が衝突する部分よりも径方向外側)の部分と、のなす角度θ3が、鈍角(90°〜180°)に設定されている。従って、燃料噴霧F4は緩い角度で第1内側壁面17aに衝突することとなり、衝突後の燃料噴霧F4は、不用意に飛散することなく、この第1内側壁面17aに沿うようにして外周側すなわち第2内側壁面17bの側へ良好に誘導される。また、滑らかに湾曲する第2内側壁面17bにより、噴霧は第3内側壁面17cに沿うように良好に誘導される。
【0016】
この第3内側壁面17cは、噴射方向F5に近い角度で傾斜する傾斜面となっている。詳しくは、第3内側壁面17cの延長線17c’と噴射方向F5の平行線F5’とのなす角度θ4が充分に小さい。但し、ピストン往復軸線14に対する第3内側壁面17cのリエントラント角度eはピストン往復軸線14に対する噴射方向F5の角度よりも小さい。このような第3内側壁面17cによって燃料噴霧は元の噴射された方向へ向かうように良好に誘導される。結果として、図4(b)及び(c)に示すように、ピストン往復軸線14に沿う縦方向に渦のように旋回する旋回流F6が生成される。この旋回流F6により周囲の空気が巻き込まれ、キャビティ17の上空に生成される混合気は、濃度むらのない均質な混合気塊K2となる。この混合気塊K2は、図3に示した外側キャビティ16により形成される混合気塊K1よりも充分に小さい。
【0017】
高負荷運転領域に比して噴射時期が遅角側に設定されるため、低負荷運転領域と高負荷運転領域とで噴射方向F2,F4が同一であっても、上述したように高負荷域では噴霧が第1外側壁面16aに衝突し、低負荷域では噴霧が第1内側壁面17aに衝突することとなり、負荷に応じた外側キャビティ16と内側キャビティ17との使い分けが可能となる。
【0018】
例えば特開2000−303936号公報に示されるような噴射方向を変更可能な噴射弁を用いる場合、好ましくは、燃料噴射方向を、成層高負荷領域ではシリンダ3aに近い外側キャビティ16を指向し、成層低負荷領域では中心に近い内側キャビティ17を指向するように、その噴射方向を可変制御する。具体的には、ピストン往復軸線14に対する噴射方向の角度を、成層高負荷域では相対的に大きくし、成層低負荷域では相対的に小さくする。
【0019】
図5を参照して、ピストンの具体的な形状及びそれに伴う作用効果について更に詳述する。
【0020】
ピストン冠面15に対する内側キャビティ17の深さbは、ピストン冠面15に対する外側キャビティ16の深さaよりも大きい。これにより、噴射時期が遅角側に設定される低負荷運転領域において、冠面壁流を有効に抑制・防止することができる。
【0021】
内側キャビティ17自身の深さcは、外側キャビティ16自身の(最も浅い部分の)深さaよりも小さい。これにより、高負荷運転領域において、噴霧が内側キャビティ17により遮られることなく良好に外側キャビティ16ヘ導入される。
【0022】
外側キャビティ16の第3外側壁面16c及び内側キャビティ17の第3内側壁面17c共に、ピストン上方へ向かうほどピストン往復軸線14へ近づくリエントラント形状をなしているため、キャビティ16,17内に良好に混合気を封じ込めることができる。特に、内側キャビティ17のリエントラント角度eは、外側キャビティ16のリエントラント角度dよりも大きく設定されている。これにより、内側キャビティ17からの燃料こぼれを積極的に防止し、アイドルなど極低負荷運転領域においても安定した成層燃焼を実現できる。
【0023】
内側キャビティ17の第1内側壁面17aとピストン往復軸線14の直交面とのなす角度gは、外側キャビティ16の第3外側壁面16cとピストン往復軸線14の直交面とのなす角度fよりも小さい。これにより、特に冠面壁流が増加し易い高負荷成層運転領域において、冠面壁流を有効に抑制・防止することができる。なお、後述する施例に示すように、内側キャビティ17の傾斜角度gをゼロとし、第1内側壁面17aをピストン往復軸線14に直交する平坦面としても良い。
【0024】
第2内側壁面17bつまり内側湾曲面の曲率半径Riは、第2外側壁面16bの外側湾曲面の曲率半径Rhよりも小さい。これにより、内側キャビティ17で生成される成層混合気塊K2がコンパクトなものとなり、低負荷運転領域における成層燃焼が安定化する。
【0025】
図6は、施例に係るピストン冠面形状を概略的に示している。なお、参考例と実質的に同じ構成には同じ参照符号を付して重複する説明を省略する。この施例では、内側キャビティ17により生成される混合気塊が、参考例よりも小さい。すなわち、低負荷成層運転領域の中でも、アイドルなど極低負荷運転領域における安定性を高めるように、そのピストン形状が設定されている。詳しくは、内側キャビティ17の第1内側壁面17a’が、ピストン往復軸線14に直交する平坦面となっている。ピストン冠面15に対する内側キャビティの深さb’は、ピストン冠面15に対する外側キャビティ16の深さa’よりも小さい。また、ピストン往復軸線14に対する第3内側壁面17cのリエントラント角度は、ピストン往復軸線14に対する第3外側壁面16cのリエントラント角度よりも小さいか同等に設定されている。これにより、低負荷から中負荷で内側キャビティ17内の混合気が過濃となるのを防ぎ、スモークや未燃HCの発生を有効に抑制・防止することができる。
【0026】
上記参考例及び実施例から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【0027】
(1)ピストン往復軸線上又はその近傍に燃料噴射弁と点火プラグとを配置したセンターインジェクション型の筒内直接噴射式内燃機関において、上記ピストン往復軸線に対してほぼ軸回転体形状をなす外側キャビティをピストン冠面に凹設し、この外側キャビティに、同じくピストン往復軸線に対してほぼ軸回転体形状をなす内側キャビティを凹設している。このような二重キャビティ構造とし、例えば低負荷域では内側キャビティを利用して成層燃焼を実現し、高負荷域では外側キャビティを利用して成層燃焼を実現することにより、低負荷域及び高負荷域を含む幅広い負荷範囲において、安定して燃費が良く未燃HCが少ない成層燃焼が実現できる。
【0028】
(2)外側キャビティの壁面に、燃料噴霧が斜めに衝突する第1外側壁面と、この第1外側壁面の外周側に連続する第2外側壁面と、この第2外側壁面に連続する第3外側壁面と、を設け、上記第2外側壁面の一部又は全てを、上記第3外側壁面へ向けて滑らかに湾曲する外側湾曲面とし、上記第3外側壁面を、上記燃料噴霧の噴射方向に近い角度で傾斜する傾斜面とする。これにより、例えば成層高負荷域で噴射され、第1外側壁面に衝突した燃料が、第2外側壁面の外側湾曲面及び第3外側壁面に誘導されて、外側キャビティ及びその上空を縦方向に旋回・循環する旋回流が生成される。これにより、燃料が空気と混合し易く、濃度むらもでき難いため、外側キャビティ内に均質な混合気場(塊)を形成することができる。従って、スモークの排出が抑制及び防止され、かつ大量にEGRを導入しても安定した燃焼が得られるためにNOxの排出も少ない良好な成層燃焼が実現できる。また、内側キャビティに比して容積の大きな外側キャビティにより成層混合気塊を形成するため、比較的負荷の大きい高負荷運転領域において安定した燃焼を実現できる。
【0029】
(3)内側キャビティの壁面に、燃料噴霧が斜めに衝突する第1内側壁面と、この第1内側壁面の外周側に連続する第2内側壁面と、この第2内側壁面に連続する第3内側壁面と、を設け、上記第2内側壁面の一部又は全てを、上記第3内側壁面へ向けて滑らかに湾曲する内側湾曲面とし、上記第3内側壁面を、上記燃料噴霧の噴射方向に近い角度で傾斜する傾斜面とする。これにより、例えば成層低負荷域で噴射され、第1内側壁面に衝突した燃料が、第2内側壁面の内側湾曲面及び第3内側壁面に誘導されて、内側キャビティ及びその上空を縦方向に旋回・循環する旋回流が生成される。これにより、燃料が空気と混合し易く、濃度むらもでき難いため、内側キャビティ内に均質な混合気場(塊)を形成することができる。従って、スモークの排出が抑制及び防止され、かつ大量にEGRを導入しても安定した燃焼が得られるためにNOxの排出も少ない良好な成層燃焼が実現できる。また、外側キャビティに比して容積の小さい内側キャビティにより成層混合気塊を形成するため、比較的低負荷運転領域において安定した燃焼を実現できる。
【0030】
(4)内側湾曲面の曲率半径を外側湾曲面の曲率半径よりも小さくする。これにより、内側キャビティを利用する低負荷成層条件において、小さな混合気塊を形成し易くなり、安定した成層燃焼を実現できる。
【0031】
(5)上記第3外側壁面を、ピストン上方へ向かうほどピストン往復軸線に近づくリエントラント形状とする。これにより、外側キャビティに噴射された燃料を良好に封じ込めることができ、未燃HCが少なく燃費の良い良好な成層燃焼を実現できる。
【0032】
(6)上記第3内側壁面を、ピストン上方へ向かうほどピストン往復軸線に近づくリエントラント形状とする。これにより、内側キャビティに噴射された燃料を良好に封じ込めることができ、未燃HCが少なく燃費の良い成層燃焼を実現できる。
【0033】
(7)上記ピストン往復軸線に対する第3内側壁面の傾きを、ピストン往復軸線に対する第3外側壁面の傾きよりも大きくする。これにより、特に内側キャビティ内から燃料噴霧がこぼれることをより確実に防止し、アイドルなど極低負荷において安定した成層燃焼を実現できる。
【0034】
(8)上記ピストン往復軸線に対する第3内側壁面の傾きを、ピストン往復軸線に対する第3外側壁面の傾きよりも小さくする。これにより、内側キャビティ内の混合気が過濃となるのを防ぎ、スモークおよび未燃HCの発生を抑制・防止することができる。
【0035】
(9)上記ピストン冠面に対する内側キャビティの深さを、ピストン冠面に対する外側キャビティの深さよりも小さくする。これにより、特に内側キャビティ内に形成される成層混合気塊がコンパクトなものとなり、アイドルなど極低負荷域において安定した成層燃焼を実現できる。
【0036】
(10)上記ピストン冠面に対する内側キャビティの深さを、ピストン冠面に対する外側キャビティの深さよりも大きくする。この場合、内側キャビティ内に形成される成層混合気塊が比較的大きなものとなり、低負荷域から中負荷域において安定した成層燃焼を実現できる。
【0037】
(11)上記内側キャビティ自身の深さを、外側キャビティ自身の深さよりも小さくする。これにより、内側キャビティで形成される混合気塊が相対的に小さく、外側キャビティで形成される混合気塊が相対的に大きくなり、内側キャビティを利用する低負荷域と、外側キャビティを利用する高負荷域の双方で、安定した成層燃焼を実現できる。
【0038】
(12)上記第1外側壁面を、ピストン往復軸線へ向かうほど高くなる傾斜面とする。これにより、第1外側壁面に衝突する燃料噴霧の運動量をやわらげて壁流を防止し、スモークの生成や未燃HCの増加を低減・防止することができる。
【0039】
(13)上記第1内側壁面を、ピストン往復軸線へ向かうほど高くなる傾斜面とする。これにより、第1内側壁面に衝突する燃料噴霧の運動量をやわらげて壁流を防止し、スモークの生成や未燃HCの増加を低減・防止することができる。
【0040】
(14)上記ピストン往復軸線の直交面に対する上記第1内側壁面の傾きを、上記直交面に対する上記第1外側壁面の傾きよりも小さくする。これにより、特に外側キャビティの壁流が確実に低減・防止され、噴射量が多くスモークや未燃HCが増加し易い成層高負荷運転領域において、外側キャビティを利用してスモークの生成や未燃HCの増加を有効に低減・防止することができる。
【0041】
(15)上記第1内側壁面を、ほぼピストン往復軸線に直交する平坦面とすることにより、もともとスモークや未燃HCの排出が少ないアイドルなどの極低負荷成層運転領域における燃焼安定性を確保しつつ、加工性の向上及び冷却損失の低減化を図ることができる。
【0042】
(16)上記燃料噴射弁をマルチホール噴射弁とすると、圧縮行程後半の筒内圧力が高くなった場合にも、噴霧の指向性が強く噴霧旋回流が生成し易いために、均一性の高い成層混合気塊を生成し易い。
【0043】
(17)圧縮行程後期に燃料が噴射される成層燃焼を行う場合、低負荷運転条件における噴射時期よりも高負荷運転条件における噴射時期を進角する。これにより、低負荷運転条件及び高負荷運転条件の双方で適切な大きさの混合気塊を形成することができ、低負荷及び高負荷の双方で安定した成層燃焼を実現できる。
【0044】
(18)上記燃料噴射弁が噴射方向を変更できる場合、ピストン往復軸線に対する噴射方向の角度を、低負荷条件のときには内側キャビティを指向するように相対的に大きくし、高負荷条件のときには外側キャビティを指向するように相対的に小さくする。
【0045】
(19)このように、燃料噴射弁の噴射方向が、高負荷運転条件では外側キャビティを指向し、低負荷運転条件では内側キャビティを指向することにより、低負荷運転条件においては内側キャビティにより比較的小さな混合気塊を形成し、高負荷運転条件においては外側キャビティにより比較的大きな混合気塊を形成することができ、低負荷域及び高負荷域の双方で安定した成層燃焼を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る筒内直接噴射式内燃機関を簡略的に示す構成図。
【図2】 ピストン冠面を上から見た上面対応図。
【図3】 参考例に係るピストン形状及び成層高負荷条件での噴霧挙動を示す説明図。
【図4】 参考例に係るピストン形状及び成層低負荷条件での噴霧挙動を示す説明図。
【図5】 参考例に係るピストンの形状及び各種寸法を示す断面対応図。
【図6】 施例に係るピストンの形状及び各種寸法を示す断面対応図。
【符号の説明】
1…燃焼室
4…ピストン
11…燃料噴射弁
12…点火プラグ
15…ピストン冠面
16…外側キャビティ
16a…第1外側壁面
16b…第2外側壁面
16c…第3外側壁面
17…内側キャビティ
17a…第1内側壁面
17b…第2内側壁面
17c…第3内側壁面
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a center injection type in-cylinder direct injection internal combustion engine in which a fuel injection valve and a spark plug are arranged on or near a piston reciprocating axis, and more particularly to improvement of a cavity shape recessed in a piston crown surface.
[0002]
[Prior art]
As an in-cylinder direct injection internal combustion engine, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-265841 discloses a center injection type engine in which a fuel injection valve and a spark plug are arranged on or near a piston reciprocating axis. In the crown of the piston, there is a recess (inner cavity) that is nearly axisymmetric with respect to the reciprocating axis of the piston, and a plurality of shallow dishes (outer cavities) intermittently around this dish. Is recessed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The shallow dish portion has a valve recess shape that avoids interference with the intake and exhaust valves, and is not axisymmetric with respect to the piston reciprocating axis. For this reason, when stratified combustion is performed using a shallow dish part, fuel spray injected into the shallow dish part may spill from between adjacent shallow dish parts, leading to deterioration in fuel consumption or increase in unburned HC. There is. Also, when stratified combustion is performed using the deep dish part, the side wall of the deep dish part is gently connected to the shallow dish part, so that the fuel spray injected into the deep dish part is transferred from the deep dish part to the shallow dish. It is easy to spill over to the part, and there is concern that the fuel consumption will deteriorate and the unburned HC will increase. The present invention has been made in view of such problems.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In the in-cylinder direct injection internal combustion engine of the present invention, a fuel injection valve and a spark plug are disposed on or near the piston reciprocating axis, and fuel is directly injected into the combustion chamber from the fuel injection valve. The air-fuel mixture is sparked by a spark spark plug. The outer surface of the piston crown has an outer cavity substantially in the shape of an axial rotator with respect to the piston reciprocating axis, and the outer cavity has a concave inner cavity in the shape of an axial rotator with respect to the piston reciprocating axis. Is done. Typically, stratified combustion is realized using the outer cavity in the stratified high load operation condition, and stratified combustion is realized using the inner cavity in the stratified low load operation condition.
[0005]
【The invention's effect】
Since both the outer cavity and the inner cavity have substantially the same shape as the axis of rotation with respect to the reciprocating axis of the piston, the stratified combustion is performed mainly using the outer cavity, and the stratified combustion is performed mainly using the inner cavity. In either case, it is possible to realize stratified combustion with good fuel efficiency and sufficiently suppressed emission of unburned HC.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0007]
FIG. 1 schematically shows an in-cylinder direct injection internal combustion engine according to the present invention. The combustion chamber 1 is defined by a cylinder head 2, a cylinder block 3, and a piston 4 that fits into a cylinder 3 a of the cylinder block 3. The cylinder head 2 is formed with an intake port 5 and an exhaust port 6 that open to the combustion chamber 1. The intake valve 7 and the exhaust valve 8 that open and close these ports 6 and 7 are driven using an intake valve cam 9 and an exhaust valve cam 10.
[0008]
The cylinder head 2 includes a fuel injection valve 11 that directly injects fuel into the combustion chamber 1 toward the crown surface 15 of the piston 4, and an ignition plug 12 that sparks and ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 1. In a state of facing the combustion chamber 1, they are arranged close to each other on or near the cylinder central axis, that is, the piston reciprocating axis 14. Here, in particular, the fuel injection valve 11 is disposed on the piston reciprocating axis 14, and the spark plug 12 is disposed in the vicinity of the fuel injection valve 11. The fuel injection valve 11 is a multi-hole type injection valve with strong directivity so that the change in the spray shape becomes small even when the cylinder pressure rises in the latter half of the compression stroke. The operations of the fuel injection valve 11 and the spark plug 12 are controlled by the engine control unit 13.
[0009]
The piston crown surface 15 has an upwardly convex (virtual) triangular pyramid shape, that is, a pent roof shape so as to follow the shape of the top surface of the pent roof type combustion chamber 1 formed in the cylinder head 2. An outer cavity 16 is recessed in the piston crown surface 15 so as to cut out the central portion thereof, and an inner cavity 17 is further recessed in the surface of the outer cavity 16. That is, a double cavity structure is formed in which two cavities 16 and 17 are formed concentrically on the piston crown surface 15.
[0010]
The outer cavity 16 has a substantially axial rotating body shape (axisymmetric shape, toroidal shape) with respect to the piston reciprocating axis 14. However, since the piston crown surface 15 in which the outer cavity 16 is recessed is not in the shape of a rotating shaft, when the piston crown surface 15 is viewed from above (combustion injection valve side), as shown in FIG. The opening 16k is not a perfect circle with the piston reciprocating axis 14 as the center. The inner cavity 17 has a shaft rotating body shape (axisymmetric shape, toroidal shape) with respect to the piston reciprocating axis 14, and as shown in FIG. 2, the piston crown surface 15 is viewed from above (combustion injection valve side). In this case, the opening 17k has a perfect circle centered on the piston reciprocating axis 14.
[0011]
FIG. 3 simply shows the spray behavior in the stratified high-load operation condition. The wall surface of the outer cavity 16 includes a first outer wall surface 16a, a second outer wall surface 16b continuous to the outer peripheral side of the first outer wall surface 16a, and a third outer wall surface 16c continuous to the second outer wall surface 16b. Can be divided. The first outer wall surface 16a is an inclined surface that becomes higher toward the central piston reciprocating axis 14, and has a virtual conical shape that is convex upward as a whole. The inner cavity 17 is recessed so as to cut out the central portion of the first outer wall surface 16a. The second outer wall surface 16b includes an outer curved surface that smoothly curves toward the third outer wall surface 16c, and a part thereof is a flat surface 16d that is substantially orthogonal to the piston reciprocating axis 14. The third outer wall surface 16c constitutes the outer wall surface of the entire outer cavity 16, and has a reentrant shape that inclines in a direction closer to the piston reciprocating axis 14 toward the upper side of the piston (upward in FIG. 3).
[0012]
The fuel spray injected from the fuel injection valve 11 has an upwardly convex hollow cone shape with the piston reciprocating axis 14 as the center. As shown in FIG. 3A, the fuel spray F1 under the stratified high load operation condition is set so as to collide obliquely with the first outer wall surface 16a. An angle θ1 formed by the (center) injection direction F2 of the spray F1 and a portion of the first outer wall surface 16a on the spray traveling direction side (radially outside the portion where the spray collides) is an obtuse angle (90 ° to 180 °). °) is set. Therefore, the fuel spray F1 collides with the first outer wall surface 16a at a gentle angle, and the fuel spray F1 after the collision does not inadvertently scatter and is along the first outer wall surface 16a. Good guidance to the second outer wall surface 16b side. Due to the outer curved surface of the second outer wall surface 16b, the spray is favorably guided along the third outer wall surface 16c.
The third outer wall surface 16c is an inclined surface that is inclined at an angle close to the spraying direction F2. Specifically, the angle θ2 formed by the extension line 16c ′ of the third outer wall surface 16c and the parallel line F2 ′ in the injection direction F2 is sufficiently small. However, the reentrant angle d of the third outer wall surface 16c with respect to the piston reciprocating axis 14 is smaller than the angle of the injection direction F2 with respect to the piston reciprocating axis 14. By such third outer wall surface 16c, the fuel spray is satisfactorily guided to go in the original injected direction. As a result, as shown in FIGS. 3B and 3C, a swirl flow F3 swirling like a vortex in the vertical direction along the piston reciprocating axis 14 is generated. The surrounding air is entrained by the swirling flow F3, and the air-fuel mixture generated above the outer cavity 16 becomes a homogeneous air-fuel mixture K1 having no concentration unevenness.
[0013]
The third outer wall surface 16c is an inclined surface that is inclined at an angle close to the spraying direction F2. Specifically, the angle θ2 formed by the extension line 16c ′ of the third outer wall surface 16c and the parallel line F2 ′ in the injection direction F2 is sufficiently small. However, the reentrant angle d of the third outer wall surface 16c with respect to the piston reciprocating axis 14 is smaller than the angle of the injection direction F2 with respect to the piston reciprocating axis 14. By such third outer wall surface 16c, the fuel spray is satisfactorily guided to go in the original injected direction. As a result, as shown in FIGS. 3B and 3C, a swirl flow F3 swirling like a vortex in the vertical direction along the piston reciprocating axis 14 is generated. The surrounding air is entrained by the swirling flow F3, and the air-fuel mixture generated above the outer cavity 16 becomes a homogeneous air-fuel mixture K1 having no concentration unevenness.
[0014]
FIG. 4 simply shows the spray behavior in the stratified low load operation condition. The wall surface of the inner cavity 17 includes a first inner wall surface 17a, a second inner wall surface 17b continuous to the outer peripheral side of the first inner wall surface 17a, and a third inner wall surface 17c continuous to the second inner wall surface 17b. Can be divided. The first inner wall surface 17a is an inclined surface that becomes higher toward the central piston reciprocating axis 14, and has a conical shape that is convex upward as a whole. The second inner wall surface 17b forms an inner curved surface that curves smoothly toward the third inner wall surface 17c. The third inner wall surface 17c constitutes the outer wall surface of the entire inner cavity 17, and has a reentrant shape that inclines in a direction closer to the piston reciprocating axis 14 toward the upper side of the piston (upward in FIG. 4).
[0015]
As shown in FIG. 4A, the fuel spray F4 under the stratified low load operation condition is set so as to collide obliquely with the first inner wall surface 17a. The angle θ3 formed by the (center) injection direction F5 of the spray F4 and the spray traveling direction side of the first inner wall surface 17a (radially outside the portion where the spray collides) is an obtuse angle (90 ° to 180 °). °) is set. Accordingly, the fuel spray F4 collides with the first inner wall surface 17a at a gentle angle, and the fuel spray F4 after the collision does not inadvertently scatter, so as to follow the first inner wall surface 17a. Good guidance to the second inner wall surface 17b side. Further, the spray is favorably guided along the third inner wall surface 17c by the smoothly curved second inner wall surface 17b.
[0016]
The third inner wall surface 17c is an inclined surface that is inclined at an angle close to the injection direction F5. Specifically, the angle θ4 formed by the extension line 17c ′ of the third inner wall surface 17c and the parallel line F5 ′ of the injection direction F5 is sufficiently small. However, the reentrant angle e of the third inner wall surface 17c with respect to the piston reciprocating axis 14 is smaller than the angle of the injection direction F5 with respect to the piston reciprocating axis 14. By such third inner wall surface 17c, the fuel spray is satisfactorily guided to go in the original injected direction. As a result, as shown in FIGS. 4B and 4C, a swirl flow F6 swirling like a vortex in the vertical direction along the piston reciprocating axis 14 is generated. The surrounding air is entrained by the swirling flow F6, and the air-fuel mixture generated above the cavity 17 becomes a homogeneous air-fuel mixture K2 having no concentration unevenness. The air-fuel mixture mass K2 is sufficiently smaller than the air-fuel mixture mass K1 formed by the outer cavity 16 shown in FIG.
[0017]
Since the injection timing is set to the retard side compared to the high load operation region, even if the injection directions F2 and F4 are the same in the low load operation region and the high load operation region, as described above, the high load region In this case, the spray collides with the first outer wall surface 16a, and the spray collides with the first inner wall surface 17a in the low load range, so that the outer cavity 16 and the inner cavity 17 can be selectively used according to the load.
[0018]
For example, when using an injection valve capable of changing the injection direction as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-303936, the fuel injection direction is preferably directed to the outer cavity 16 close to the cylinder 3a in the stratified high load region. In the low load region, the injection direction is variably controlled so as to be directed to the inner cavity 17 close to the center. Specifically, the angle of the injection direction with respect to the piston reciprocating axis 14 is relatively large in the stratified high load region and relatively small in the stratified low load region.
[0019]
With reference to FIG. 5, the specific shape of the piston and the operational effects associated therewith will be described in further detail.
[0020]
The depth b of the inner cavity 17 with respect to the piston crown surface 15 is larger than the depth a of the outer cavity 16 with respect to the piston crown surface 15. Thereby, the crown wall flow can be effectively suppressed / prevented in the low load operation region where the injection timing is set to the retard side.
[0021]
The depth c of the inner cavity 17 itself is smaller than the depth a (of the shallowest part) of the outer cavity 16 itself. As a result, in the high load operation region, the spray is satisfactorily introduced into the outer cavity 16 without being blocked by the inner cavity 17.
[0022]
Since both the third outer wall surface 16c of the outer cavity 16 and the third inner wall surface 17c of the inner cavity 17 have a reentrant shape that approaches the piston reciprocation axis 14 toward the upper side of the piston, the air-fuel mixture is satisfactorily mixed in the cavities 16 and 17. Can be contained. In particular, the reentrant angle e of the inner cavity 17 is set larger than the reentrant angle d of the outer cavity 16. Thereby, fuel spillage from the inner cavity 17 can be positively prevented, and stable stratified combustion can be realized even in an extremely low load operation region such as an idle.
[0023]
The angle g formed between the first inner wall surface 17 a of the inner cavity 17 and the orthogonal surface of the piston reciprocating axis 14 is smaller than the angle f formed between the third outer wall surface 16 c of the outer cavity 16 and the orthogonal surface of the piston reciprocating axis 14. Thereby, the crown wall flow can be effectively suppressed / prevented particularly in a high-load stratified operation region where the crown wall flow tends to increase. Incidentally, as shown in the real施例described later, the inclination angle g of the inner cavity 17 to zero, may be a flat surface perpendicular to the first inner wall surface 17a of the piston reciprocation axis 14.
[0024]
The curvature radius Ri of the second inner wall surface 17b, that is, the inner curved surface is smaller than the curvature radius Rh of the outer curved surface of the second outer wall surface 16b. Thereby, the stratified mixture block K2 produced | generated in the inner side cavity 17 becomes a compact thing, and the stratified combustion in a low load operation area | region is stabilized.
[0025]
Figure 6 shows schematically a piston crown surface shape of the actual施例. Note that components substantially the same as those of the reference example are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In this real施例, mixed air mass produced by the inner cavity 17 is smaller than the reference example. That is, the piston shape is set so as to enhance the stability in the extremely low load operation region such as the idle in the low load stratification operation region. Specifically, the first inner wall surface 17 a ′ of the inner cavity 17 is a flat surface orthogonal to the piston reciprocating axis 14. The depth b ′ of the inner cavity relative to the piston crown 15 is smaller than the depth a ′ of the outer cavity 16 relative to the piston crown 15. The reentrant angle of the third inner wall surface 17c with respect to the piston reciprocating axis 14 is set to be smaller or equivalent to the reentrant angle of the third outer wall surface 16c with respect to the piston reciprocating axis 14. Thereby, it is possible to prevent the air-fuel mixture in the inner cavity 17 from becoming excessively concentrated from low load to medium load, and to effectively suppress and prevent the generation of smoke and unburned HC.
[0026]
The technical ideas of the present invention that can be grasped from the above reference examples and examples will be listed together with their effects.
[0027]
(1) In a center injection type in-cylinder direct injection internal combustion engine in which a fuel injection valve and a spark plug are arranged on or in the vicinity of a piston reciprocating axis, an outer cavity having a substantially rotating shaft shape with respect to the piston reciprocating axis Is recessed in the piston crown surface, and an inner cavity is formed in the outer cavity, which is also substantially in the shape of an axially rotating body with respect to the piston reciprocating axis. By adopting such a double cavity structure, for example, stratified combustion is realized using the inner cavity in the low load region, and stratified combustion is realized using the outer cavity in the high load region. In a wide load range including the region, it is possible to realize stratified combustion with stable fuel efficiency and low unburned HC.
[0028]
(2) A first outer wall surface in which fuel spray collides obliquely with the wall surface of the outer cavity, a second outer wall surface continuing to the outer peripheral side of the first outer wall surface, and a third outer surface continuing to the second outer wall surface. A wall surface, and a part or all of the second outer wall surface is an outer curved surface that smoothly curves toward the third outer wall surface, and the third outer wall surface is close to the injection direction of the fuel spray. The inclined surface is inclined at an angle. Thereby, for example, fuel injected in the stratified high load region and colliding with the first outer wall surface is guided to the outer curved surface and the third outer wall surface of the second outer wall surface, and swivels in the vertical direction in the outer cavity and the sky above it. -A circulating swirling flow is generated. Thereby, since the fuel is easily mixed with air and it is difficult to produce uneven concentration, a homogeneous air-fuel mixture field (lump) can be formed in the outer cavity. Accordingly, smoke emission can be suppressed and prevented, and stable combustion can be obtained even when a large amount of EGR is introduced, so that good stratified combustion with little NOx emission can be realized. In addition, since the stratified mixture is formed by the outer cavity having a larger volume than the inner cavity, stable combustion can be realized in a high load operation region where the load is relatively large.
[0029]
(3) The first inner wall surface where the fuel spray strikes obliquely on the wall surface of the inner cavity, the second inner wall surface continuing to the outer peripheral side of the first inner wall surface, and the third inner wall continuing to the second inner wall surface And a part or all of the second inner wall surface is an inner curved surface that smoothly curves toward the third inner wall surface, and the third inner wall surface is close to the injection direction of the fuel spray. The inclined surface is inclined at an angle. Thereby, for example, fuel injected in the stratified low load region and colliding with the first inner wall surface is guided to the inner curved surface and the third inner wall surface of the second inner wall surface, and swivels in the longitudinal direction in the inner cavity and the sky above it. -A circulating swirling flow is generated. As a result, the fuel is easy to mix with the air, and the concentration unevenness is difficult to occur, so that a homogeneous air-fuel mixture field (lump) can be formed in the inner cavity. Accordingly, smoke emission can be suppressed and prevented, and stable combustion can be obtained even when a large amount of EGR is introduced, so that good stratified combustion with little NOx emission can be realized. In addition, since the stratified mixture is formed by the inner cavity having a smaller volume than the outer cavity, stable combustion can be realized in a relatively low load operation region.
[0030]
(4) The curvature radius of the inner curved surface is made smaller than the curvature radius of the outer curved surface. Thereby, it becomes easy to form a small air-fuel mixture under low load stratification conditions using the inner cavity, and stable stratified combustion can be realized.
[0031]
(5) The third outer wall surface has a reentrant shape that approaches the piston reciprocation axis as it goes upward. As a result, the fuel injected into the outer cavity can be well contained, and good stratified combustion with less unburned HC and good fuel efficiency can be realized.
[0032]
(6) The third inner wall surface has a reentrant shape that approaches the piston reciprocation axis as it goes upward. Thereby, the fuel injected into the inner cavity can be contained well, and stratified combustion with less unburned HC and good fuel efficiency can be realized.
[0033]
(7) The inclination of the third inner wall surface with respect to the piston reciprocation axis is made larger than the inclination of the third outer wall surface with respect to the piston reciprocation axis. Thereby, it is possible to more reliably prevent the fuel spray from spilling from the inside cavity, and to realize stable stratified combustion at an extremely low load such as idle.
[0034]
(8) The inclination of the third inner wall surface with respect to the piston reciprocating axis is made smaller than the inclination of the third outer wall surface with respect to the piston reciprocating axis. Thereby, it is possible to prevent the air-fuel mixture in the inner cavity from becoming excessively rich, and to suppress and prevent the generation of smoke and unburned HC.
[0035]
(9) The depth of the inner cavity with respect to the piston crown surface is made smaller than the depth of the outer cavity with respect to the piston crown surface. As a result, the stratified air-fuel mixture formed in the inner cavity becomes compact, and stable stratified combustion can be realized in an extremely low load region such as an idle.
[0036]
(10) The depth of the inner cavity with respect to the piston crown surface is made larger than the depth of the outer cavity with respect to the piston crown surface. In this case, the stratified air-fuel mixture formed in the inner cavity becomes relatively large, and stable stratified combustion can be realized from the low load region to the medium load region.
[0037]
(11) The depth of the inner cavity itself is made smaller than the depth of the outer cavity itself. As a result, the air-fuel mixture formed in the inner cavity is relatively small, the air-fuel mixture formed in the outer cavity is relatively large, and a low load region that uses the inner cavity and a high load that uses the outer cavity. Stable stratified combustion can be realized in both load ranges.
[0038]
(12) The first outer wall surface is an inclined surface that becomes higher toward the piston reciprocating axis. As a result, the momentum of the fuel spray that collides with the first outer wall surface can be reduced to prevent wall flow, and the generation of smoke and the increase in unburned HC can be reduced / prevented.
[0039]
(13) The first inner wall surface is an inclined surface that becomes higher toward the piston reciprocating axis. As a result, the momentum of the fuel spray that collides with the first inner wall surface can be reduced to prevent wall flow, and the generation of smoke and the increase in unburned HC can be reduced or prevented.
[0040]
(14) The inclination of the first inner wall surface with respect to the orthogonal plane of the piston reciprocating axis is made smaller than the inclination of the first outer wall surface with respect to the orthogonal plane. As a result, wall flow in the outer cavity is reliably reduced / prevented, and in the stratified high-load operation region where the injection amount is large and smoke and unburned HC tend to increase, smoke is generated and unburned HC using the outer cavity. Can be effectively reduced / prevented.
[0041]
(15) By making the first inner wall surface a flat surface substantially orthogonal to the piston reciprocating axis, combustion stability in an extremely low load stratified operation region such as an idle with little smoke or unburned HC emission is secured. However, it is possible to improve workability and reduce cooling loss.
[0042]
(16) When the fuel injection valve is a multi-hole injection valve, even when the in-cylinder pressure in the latter half of the compression stroke increases, the directivity of the spray is strong and a spray swirl flow is easily generated. It is easy to produce a stratified mixture.
[0043]
(17) When performing stratified combustion in which fuel is injected in the latter half of the compression stroke, the injection timing in the high load operation condition is advanced from the injection timing in the low load operation condition. As a result, an air-fuel mixture having an appropriate size can be formed under both low and high load operating conditions, and stable stratified combustion can be realized at both low and high loads.
[0044]
(18) When the fuel injection valve can change the injection direction, the angle of the injection direction with respect to the piston reciprocating axis is relatively large so as to be directed to the inner cavity when the load is low, and the outer cavity when the load is high Make it relatively small so that it is oriented.
[0045]
(19) As described above, the injection direction of the fuel injection valve is directed to the outer cavity in the high load operation condition, and is directed to the inner cavity in the low load operation condition. A small air-fuel mixture is formed, and a relatively large air-fuel mixture can be formed by the outer cavity under high load operation conditions, and stable stratified combustion can be realized in both the low load region and the high load region.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a direct injection type internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a top view corresponding to a piston crown surface as viewed from above.
FIG. 3 is an explanatory view showing a piston shape and a spray behavior under a stratified high load condition according to a reference example.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a piston shape and spray behavior under a stratified low load condition according to a reference example.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the shape and various dimensions of a piston according to a reference example.
FIG. 6 is a cross-sectional corresponding view showing the shape and various dimensions of the piston according to the actual施例.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Combustion chamber 4 ... Piston 11 ... Fuel injection valve 12 ... Spark plug 15 ... Piston crown surface 16 ... Outer cavity 16a ... First outer wall surface 16b ... Second outer wall surface 16c ... Third outer wall surface 17 ... Inner cavity 17a ... First 1 inner wall surface 17b ... second inner wall surface 17c ... third inner wall surface

Claims (17)

ピストン往復軸線上又はその近傍に配置され、燃焼室内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁と、
上記ピストン往復軸線上又はその近傍に配置され、上記燃焼室内の混合気を火花点火する点火プラグと、
ピストン冠面に凹設され、上記ピストン往復軸線に対してほぼ軸回転体形状をなす外側キャビティと、
この外側キャビティに凹設され、上記ピストン往復軸線に対してほぼ軸回転体形状をなす内側キャビティと、を有し、
上記燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧は、ピストン往復軸線を中心とするほぼ円錐形状であり、
かつ、上記ピストン冠面に対する内側キャビティの深さが、ピストン冠面に対する外側キャビティの深さ以下であることを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関。
A fuel injection valve disposed on or near the piston reciprocating axis and directly injecting fuel into the combustion chamber;
An ignition plug that is disposed on or in the vicinity of the piston reciprocating axis and sparks the air-fuel mixture in the combustion chamber;
An outer cavity that is recessed in the piston crown and has a substantially axially rotating shape with respect to the piston reciprocating axis;
An inner cavity that is recessed in the outer cavity and forms a substantially axially rotating body with respect to the piston reciprocating axis.
The fuel spray injected from the fuel injection valve, Ri substantially conical shape der around the piston reciprocation axis,
A direct injection type internal combustion engine , wherein a depth of the inner cavity with respect to the piston crown surface is equal to or less than a depth of the outer cavity with respect to the piston crown surface .
上記外側キャビティは、燃料噴霧が斜めに衝突する第1外側壁面と、この第1外側壁面の外周側に連続する第2外側壁面と、この第2外側壁面に連続する第3外側壁面と、を有し、
上記第2外側壁面は、上記第3外側壁面へ向けて滑らかに湾曲する外側湾曲面を含み、
上記第3外側壁面は、上記燃料噴霧の噴射方向に近い角度で傾斜する傾斜面である請求項1に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
The outer cavity includes a first outer wall surface on which fuel spray strikes obliquely, a second outer wall surface continuous with the outer peripheral side of the first outer wall surface, and a third outer wall surface continuous with the second outer wall surface. Have
The second outer wall surface includes an outer curved surface that smoothly curves toward the third outer wall surface,
The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein the third outer wall surface is an inclined surface inclined at an angle close to an injection direction of the fuel spray.
上記内側キャビティは、燃料噴霧が斜めに衝突する第1内側壁面と、この第1内側壁面の外周側に連続する第2内側壁面と、この第2内側壁面に連続する第3内側壁面と、を有し、
上記第2内側壁面は、上記第3内側壁面へ向けて滑らかに湾曲する内側湾曲面を含み、
上記第3内側壁面は、上記燃料噴霧の噴射方向に近い角度で傾斜する傾斜面である請求項2に記載の筒内直接噴射式内燃機関。
The inner cavity includes a first inner wall surface on which fuel spray strikes obliquely, a second inner wall surface continuous with the outer peripheral side of the first inner wall surface, and a third inner wall surface continuous with the second inner wall surface. Have
The second inner wall surface includes an inner curved surface that smoothly curves toward the third inner wall surface,
The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 2, wherein the third inner wall surface is an inclined surface inclined at an angle close to an injection direction of the fuel spray.
上記内側湾曲面の曲率半径が、上記外側湾曲面の曲率半径よりも小さい請求項3に記載の筒内直接噴射式内燃機関。  The direct injection type internal combustion engine according to claim 3, wherein a radius of curvature of the inner curved surface is smaller than a radius of curvature of the outer curved surface. 上記第3外側壁面が、ピストン上方へ向かうほどピストン往復軸線に近づくリエントラント形状をなしている請求項2〜4のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。  The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to any one of claims 2 to 4, wherein the third outer wall surface has a reentrant shape that approaches a piston reciprocation axis as it goes upward of the piston. 上記第3内側壁面が、ピストン上方へ向かうほどピストン往復軸線に近づくリエントラント形状をなしている請求項3又は4に記載の筒内直接噴射式内燃機関。  The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 3 or 4, wherein the third inner wall surface has a reentrant shape that approaches a piston reciprocation axis as it goes upward of the piston. 上記ピストン往復軸線に対する第3内側壁面の傾きが、ピストン往復軸線に対する第3外側壁面の傾きよりも大きい請求項3,4,6のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。  7. The direct injection type internal combustion engine according to claim 3, wherein an inclination of the third inner wall surface with respect to the piston reciprocating axis is larger than an inclination of the third outer wall surface with respect to the piston reciprocating axis. 上記ピストン往復軸線に対する第3内側壁面の傾きが、ピストン往復軸線に対する第3外側壁面の傾きよりも小さい請求項3,4,6のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。  The direct injection type internal combustion engine according to any one of claims 3, 4 and 6, wherein the inclination of the third inner wall surface with respect to the piston reciprocating axis is smaller than the inclination of the third outer wall surface with respect to the piston reciprocating axis. 上記内側キャビティ自身の深さが、外側キャビティ自身の深さよりも小さい請求項1〜のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to any one of claims 1 to 8 , wherein a depth of the inner cavity itself is smaller than a depth of the outer cavity itself. 上記第1外側壁面は、ピストン往復軸線へ向かうほど高くなる傾斜面である請求項2〜8のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。  The direct injection type internal combustion engine according to any one of claims 2 to 8, wherein the first outer wall surface is an inclined surface that becomes higher toward the piston reciprocating axis. 上記第1内側壁面は、ピストン往復軸線へ向かうほど高くなる傾斜面である請求項3,4,6〜8のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。  The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to any one of claims 3, 4, 6 to 8, wherein the first inner wall surface is an inclined surface that becomes higher toward the piston reciprocating axis. 上記ピストン往復軸線の直交面に対する上記第1内側壁面の傾きが、上記直交面に対する上記第1外側壁面の傾きよりも小さい請求項11に記載の筒内直接噴射式内燃機関。The direct injection internal combustion engine according to claim 11 , wherein an inclination of the first inner wall surface with respect to an orthogonal plane of the piston reciprocating axis is smaller than an inclination of the first outer wall surface with respect to the orthogonal plane. 上記第1内側壁面は、ほぼピストン往復軸線に直交する平坦面である請求項3,4,6〜8のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。  The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to any one of claims 3, 4, 6 to 8, wherein the first inner wall surface is a flat surface substantially orthogonal to the piston reciprocating axis. 上記燃料噴射弁がマルチホール噴射弁である請求項1〜1のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。Cylinder direct injection internal combustion engine according to any of claims 1 to 1 3 the fuel injection valve is a multi-hole injector. 圧縮行程後期に燃料が噴射される成層燃焼を行う場合において、負荷により噴射時期を変化させるとともに、低負荷運転条件における噴射時期よりも高負荷運転条件における噴射時期を進角する請求項1〜14のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。In the case of performing the stratified charge combustion in which the fuel is injected in the compression stroke late with changing the injection timing by the load, it claims to advance the injection timing in the high load operating conditions than the injection timing in the low load operating condition 1-14 The direct injection type internal combustion engine according to any one of the above. 上記燃料噴射弁が噴射方向を変更可能な噴射弁であり、
ピストン往復軸線に対する噴射方向の角度を、低負荷条件のときに高負荷条件のときよりも大きくする請求項1〜15のいずれかに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
The fuel injection valve is an injection valve capable of changing the injection direction,
The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to any one of claims 1 to 15 , wherein an angle in an injection direction with respect to a piston reciprocating axis is larger in a low load condition than in a high load condition.
上記燃料噴射弁の噴射方向が、高負荷運転条件では外側キャビティを指向し、低負荷運転条件では内側キャビティを指向する請求項15または16に記載の筒内直接噴射式内燃機関。The direct injection internal combustion engine according to claim 15 or 16 , wherein an injection direction of the fuel injection valve is directed to an outer cavity in a high load operation condition and directed to an inner cavity in a low load operation condition.
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