JP6620784B2 - Engine combustion chamber structure - Google Patents

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Description

本発明は、火花点火式のエンジンの燃焼室構造に関する。   The present invention relates to a combustion chamber structure of a spark ignition type engine.

自動車などの車両用のガソリンエンジンでは、点火プラグを用いて燃焼室内の混合気に着火させる火花点火方式が広く採用されている。一般に前記燃焼室は、気筒の内壁面、シリンダヘッドの底面(燃焼室天井面)及びピストンの冠面によって区画され、前記点火プラグの着火部は前記燃焼室天井面に配置される。特許文献1には、前記着火部と対向する位置において、前記冠面にキャビティを配置してなる燃焼室構造が開示されている。   In gasoline engines for vehicles such as automobiles, a spark ignition system is widely employed in which an air-fuel mixture in a combustion chamber is ignited using an ignition plug. Generally, the combustion chamber is defined by an inner wall surface of a cylinder, a bottom surface of the cylinder head (combustion chamber ceiling surface), and a crown surface of a piston, and an ignition portion of the ignition plug is disposed on the ceiling surface of the combustion chamber. Patent Document 1 discloses a combustion chamber structure in which a cavity is disposed on the crown surface at a position facing the ignition portion.

上記のエンジンにおいてNOxやCOの排出量を低減するためには、前記燃焼室内での混合気の燃焼の際に、局所的に高温となる部分や酸素が不足する部分が生成されないようにすることが肝要となる。この場合、燃料分布が均質で燃料濃度の薄い混合気を、燃焼室空間を広く利用して燃焼させることが理想的である。しかし、上記のような薄い混合気を用いると、前記点火プラグの着火部周辺の燃料濃度も薄くなってしまうことに起因して、当該混合気への着火性が悪化する。また、薄い混合気であると、所期のエンジントルクが得られ難くなるという問題も生じる。   In order to reduce NOx and CO emissions in the above-mentioned engine, it is necessary to prevent the generation of locally high-temperature parts or oxygen-deficient parts during combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber. Is essential. In this case, it is ideal that an air-fuel mixture having a uniform fuel distribution and a low fuel concentration is burned by making extensive use of the combustion chamber space. However, when such a thin air-fuel mixture is used, the ignitability of the air-fuel mixture deteriorates because the fuel concentration in the vicinity of the ignition part of the spark plug is also reduced. In addition, if the air-fuel mixture is thin, there is a problem that it is difficult to obtain the desired engine torque.

特開2016−94925号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-94925

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであって、火花点火式のエンジンにおいて、燃焼室空間の全体を利用した均質燃焼が可能であり、しかも大きいエンジントルクを得ることが可能なエンジンの燃焼室構造を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and in a spark ignition type engine, it is possible to perform homogeneous combustion utilizing the entire combustion chamber space and obtain a large engine torque. An object of the present invention is to provide a combustion chamber structure.

本発明の一局面に係るエンジンの燃焼室構造は、火花点火式のエンジンの燃焼室構造であって、気筒及びピストンを含むエンジンの燃焼室を区画する燃焼室壁面を有する燃焼室構成部材と、前記燃焼室内に着火部が配置された点火プラグと、を備え、前記燃焼室壁面の一部は、前記ピストンの冠面と、前記冠面と対向する燃焼室天井面とで形成され、前記冠面は、前記着火部に対応する位置に凹設された第1キャビティと、前記第1キャビティに隣接する位置に凹設され、前記第1キャビティよりも気筒軸方向の投影面積が大きい第2キャビティと、を含み、前記燃焼室天井面には、前記燃焼室に燃料を噴射するための燃料噴射弁が配置され、前記燃料噴射弁は、前記ピストンが上死点位置又はその近傍にあるときに、前記第1キャビティの方向及び前記第2キャビティの方向の双方へ燃料を噴射可能であり、前記燃焼室天井面には、吸気ポートと排気ポートとが配置され、前記燃焼室において前記吸気ポートが配置される側を吸気側、前記排気ポートが配置される側を排気側とするとき、前記点火プラグの前記着火部は、前記燃料噴射弁よりも前記吸気側寄りに配置され、前記第2キャビティの少なくとも一部は、前記燃料噴射弁よりも前記排気側寄りに配置され、前記第2キャビティは、前記冠面の気筒軸方向視において、前記燃料噴射弁を取り囲むような略C字形状を有し、前記第1キャビティは、前記C字形状の開放部分に挟まれる位置に形成されている、ことを特徴とする。
また、本発明の他の局面に係るエンジンの燃焼室構造は、火花点火式のエンジンの燃焼室構造であって、気筒及びピストンを含むエンジンの燃焼室を区画する燃焼室壁面を有する燃焼室構成部材と、前記燃焼室内に着火部が配置された点火プラグと、を備え、前記燃焼室壁面の一部は、前記ピストンの冠面と、前記冠面と対向する燃焼室天井面とで形成され、前記冠面は、前記着火部に対応する位置に凹設された第1キャビティと、前記第1キャビティに隣接する位置に凹設され、前記第1キャビティよりも気筒軸方向の投影面積が大きい第2キャビティと、を含み、前記燃焼室天井面には、前記燃焼室に燃料を噴射するための燃料噴射弁が配置され、前記燃焼室天井面には、吸気ポートと排気ポートとが配置され、前記燃焼室において前記吸気ポートが配置される側を吸気側、前記排気ポートが配置される側を排気側とするとき、前記点火プラグの前記着火部は、前記燃料噴射弁よりも前記吸気側寄りに配置され、前記第2キャビティの少なくとも一部は、前記燃料噴射弁よりも前記排気側寄りに配置され、前記第2キャビティは、前記冠面の気筒軸方向視において、前記燃料噴射弁を取り囲むような略C字形状を有し、前記第1キャビティは、前記C字形状の開放部分に挟まれる位置に形成されている、ことを特徴とする。
A combustion chamber structure of an engine according to an aspect of the present invention is a combustion chamber structure of a spark ignition type engine, and includes a combustion chamber structural member having a combustion chamber wall surface that defines a combustion chamber of the engine including a cylinder and a piston, An ignition plug having an ignition part disposed in the combustion chamber, wherein a part of the wall surface of the combustion chamber is formed by a crown surface of the piston and a combustion chamber ceiling surface facing the crown surface, The surface has a first cavity recessed at a position corresponding to the ignition portion, and a second cavity recessed at a position adjacent to the first cavity and having a larger projected area in the cylinder axis direction than the first cavity. when, seen including, said the combustion chamber ceiling surface, a fuel injector for injecting fuel is disposed in the combustion chamber, the fuel injection valve, when said piston is at or near its top dead center Of the first cavity The fuel can be injected in both the direction and the direction of the second cavity. An intake port and an exhaust port are arranged on the ceiling surface of the combustion chamber, and the side on which the intake port is arranged in the combustion chamber When the side on which the exhaust port is disposed is the exhaust side, the ignition part of the spark plug is disposed closer to the intake side than the fuel injection valve, and at least a part of the second cavity is The second cavity is disposed closer to the exhaust side than the fuel injection valve, and the second cavity has a substantially C-shape surrounding the fuel injection valve as viewed in the cylinder axial direction of the crown surface. Is formed at a position between the C-shaped open portions .
An engine combustion chamber structure according to another aspect of the present invention is a spark ignition engine combustion chamber structure having a combustion chamber wall surface defining a combustion chamber of the engine including a cylinder and a piston. And a spark plug in which an ignition part is disposed in the combustion chamber, and a part of the wall surface of the combustion chamber is formed of a crown surface of the piston and a combustion chamber ceiling surface facing the crown surface. The crown surface is recessed at a position corresponding to the ignition part, and recessed at a position adjacent to the first cavity, and has a larger projected area in the cylinder axis direction than the first cavity. A fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber is disposed on the combustion chamber ceiling surface, and an intake port and an exhaust port are disposed on the combustion chamber ceiling surface. , In the combustion chamber When the side on which the air port is disposed is the intake side and the side on which the exhaust port is disposed is the exhaust side, the ignition part of the spark plug is disposed closer to the intake side than the fuel injection valve, At least a part of the second cavity is disposed closer to the exhaust side than the fuel injection valve, and the second cavity is substantially C-shaped so as to surround the fuel injection valve as viewed in the cylinder axial direction of the crown surface. It has a shape, and the first cavity is formed at a position sandwiched between the C-shaped open portions.

この燃焼室構造によれば、着火部に対応する位置に第1キャビティが配置されているので、前記着火部の周囲に燃料を含む混合気の乱流が集約されるようになる。このため、前記着火部による着火性が良好となり、また、前記第1キャビティ内において火炎を高速で拡げることができる。この第1キャビティに隣接して、投影面積が大きい第2キャビティが配置されている。当該第2キャビティにも前記混合気の乱流が集約されるため、前記第1キャビティで発生した火炎が前記第2キャビティ内へ火炎伝播する、或いは高温化により自己着火することによって、急速に前記第2キャビティ内の混合気が燃焼する。従って、燃焼室全体に火炎を高速で拡大させ、燃焼室空間の全体を利用した均質燃焼を実現させることができる。また、ピストン上死点付近で混合気を高速燃焼させることが可能となり、大きなエンジントルクを発生させることが可能となる。   According to this combustion chamber structure, since the first cavity is disposed at a position corresponding to the ignition part, the turbulent flow of the air-fuel mixture including the fuel is concentrated around the ignition part. For this reason, the ignitability by the said ignition part becomes favorable, and a flame can be spread in the said 1st cavity at high speed. A second cavity having a large projected area is disposed adjacent to the first cavity. Since the turbulent flow of the air-fuel mixture is also concentrated in the second cavity, the flame generated in the first cavity propagates into the second cavity or is self-ignited due to high temperature, thereby rapidly The air-fuel mixture in the second cavity burns. Therefore, the flame can be expanded at high speed in the entire combustion chamber, and homogeneous combustion utilizing the entire combustion chamber space can be realized. Further, the air-fuel mixture can be burned at high speed near the top dead center of the piston, and a large engine torque can be generated.

上記の燃焼室構造において、前記第1キャビティは、当該第1キャビティの外周縁である第1周縁を含み、前記第2キャビティは、当該第2キャビティの外周縁である第2周縁を含み、前記第1周縁の一部は、前記第2周縁の一部を兼ねる共通周縁部であり、該共通周縁部は稜線であることが望ましい。   In the combustion chamber structure, the first cavity includes a first peripheral edge that is an outer peripheral edge of the first cavity, and the second cavity includes a second peripheral edge that is an outer peripheral edge of the second cavity, It is desirable that a part of the first peripheral edge is a common peripheral edge part also serving as a part of the second peripheral edge, and the common peripheral edge is a ridge line.

この燃焼室構造によれば、前記稜線を間に介して第1、第2キャビティが隣り合う態様となる。従って、前記第1キャビティで発生した火炎が前記第2キャビティ内の混合気にスムースに燃え移り、燃焼室全体としてより高速な燃焼を行わせることができる。   According to this combustion chamber structure, the first and second cavities are adjacent to each other with the ridge line therebetween. Therefore, the flame generated in the first cavity is smoothly burned into the air-fuel mixture in the second cavity, and the combustion chamber as a whole can be burned at higher speed.

上記の燃焼室構造において、前記燃焼室壁面の一部は、前記冠面と対向する燃焼室天井面で形成され、前記燃焼室天井面に、前記燃焼室に燃料を噴射するための燃料噴射弁が配置されていることが望ましい。   In the above combustion chamber structure, a part of the wall surface of the combustion chamber is formed of a ceiling surface of the combustion chamber facing the crown surface, and a fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber on the ceiling surface of the combustion chamber It is desirable to be arranged.

この燃焼室構造によれば、直噴方式で燃料が燃焼室に供給される。このため、上死点の直前で燃料噴射が可能となる、つまり第1、第2キャビティにおいて乱流が多く生成されるタイミングでの燃料噴射が可能となり、ノッキングを防止しつつ、前記高速燃焼をより有利に実現させることができる。   According to this combustion chamber structure, fuel is supplied to the combustion chamber by a direct injection method. For this reason, fuel injection is possible immediately before top dead center, that is, fuel injection can be performed at a timing when many turbulent flows are generated in the first and second cavities, and the high-speed combustion is performed while preventing knocking. It can be realized more advantageously.

上記の燃焼室構造において、前記燃料噴射弁は、前記ピストンが上死点位置又はその近傍にあるときに、前記第1キャビティの方向及び前記第2キャビティの方向の双方へ燃料を噴射可能であり、前記燃焼室天井面には、吸気ポートと排気ポートとが配置され、前記燃焼室において前記吸気ポートが配置される側を吸気側、前記排気ポートが配置される側を排気側とするとき、前記点火プラグの前記着火部は、前記燃料噴射弁よりも前記吸気側寄りに配置され、前記第2キャビティの少なくとも一部は、前記燃料噴射弁よりも前記排気側寄りに配置されていることが望ましい。   In the above combustion chamber structure, the fuel injection valve can inject fuel in both the direction of the first cavity and the direction of the second cavity when the piston is at or near the top dead center position. When the intake port and the exhaust port are disposed on the combustion chamber ceiling surface, the side on which the intake port is disposed in the combustion chamber is the intake side, and the side on which the exhaust port is disposed is the exhaust side. The ignition part of the spark plug is disposed closer to the intake side than the fuel injection valve, and at least a part of the second cavity is disposed closer to the exhaust side than the fuel injection valve. desirable.

燃料が上死点付近で噴射される場合、燃料を早く霧化することが求められる。燃料の高速霧化は、高温環境を宛がうことで達成できる。一般に、燃焼室においては、吸気側よりも排気側の方が高温となる。上記の燃焼室構造によれば、前記第1キャビティよりも投影面積の大きい前記第2キャビティの少なくとも一部が、比較的高温となる排気側寄りに配置される。従って、前記第2キャビティ内において短時間で良質な混合気を形成させることが可能となる。   When fuel is injected near top dead center, it is required to atomize the fuel quickly. High-speed atomization of fuel can be achieved by applying a high temperature environment. Generally, in the combustion chamber, the exhaust side is hotter than the intake side. According to the combustion chamber structure, at least a part of the second cavity having a larger projected area than the first cavity is disposed closer to the exhaust side where the temperature is relatively high. Therefore, it is possible to form a high-quality air-fuel mixture in the second cavity in a short time.

上記の燃焼室構造において、前記着火部は、L字型に折曲された接地電極を含み、前記燃料噴射弁は、前記第1キャビティを指向した噴射孔を含み、前記着火部は、前記燃料噴射弁と前記第1キャビティとの間に配置され、且つ、前記接地電極の前記L字型の先端部分が前記燃料噴射弁の配置位置から離間する方向を指向するように、前記燃焼室に配置されていることが望ましい。   In the combustion chamber structure, the ignition part includes a ground electrode bent in an L shape, the fuel injection valve includes an injection hole directed to the first cavity, and the ignition part includes the fuel Arranged in the combustion chamber so as to be disposed between the injection valve and the first cavity, and so that the L-shaped tip portion of the ground electrode is oriented away from the arrangement position of the fuel injection valve. It is desirable that

この燃焼室構造によれば、前記接地電極によって作られる前記着火部の放電空間に、前記燃料噴射弁から噴射された燃料が、充分に霧化しない状態で入り込まないようにすることができる。つまり、前記L字型の先端部分に連なる基端部分で、噴射される燃料がブロックされるので、前記放電空間を挟んだ電極に霧化不足の燃料が直接付着して炭化するプラグ被りを防止できる。従って、前記第1キャビティ内の乱流と噴射燃料とが充分にミキシングされた混合気が、前記着火部に到達するようにすることができる。   According to this combustion chamber structure, it is possible to prevent the fuel injected from the fuel injection valve from entering the discharge space of the ignition part formed by the ground electrode without being sufficiently atomized. In other words, since the injected fuel is blocked at the base end portion that is continuous with the L-shaped tip portion, the plug covering that carbonized by insufficiently atomized fuel directly adheres to the electrodes sandwiching the discharge space is prevented. it can. Accordingly, the air-fuel mixture in which the turbulent flow in the first cavity and the injected fuel are sufficiently mixed can reach the ignition portion.

上記の燃焼室構造において、前記第1キャビティの底面は、前記第2キャビティの底面よりも気筒軸方向において高い位置に形成されていることが望ましい。   In the above combustion chamber structure, it is desirable that the bottom surface of the first cavity is formed at a position higher in the cylinder axial direction than the bottom surface of the second cavity.

この燃焼室構造によれば、ピストンが上死点付近にあるときに前記燃焼室内で生成されるスワール流を、前記第2キャビティから前記第1キャビティへ向けて斜め上方へせり上がる斜めスワール流とすることができる。このため、前記第1キャビティに対応する位置に配置されている着火部に存在する残留ガスを、前記斜めスワール流によって除去することが可能となる。従って、前記着火部に新鮮な混合気を与え、前記第1キャビティ内において火炎をより高速で拡げることができる。   According to this combustion chamber structure, the swirl flow generated in the combustion chamber when the piston is in the vicinity of the top dead center is an oblique swirl flow that rises obliquely upward from the second cavity toward the first cavity. can do. For this reason, it becomes possible to remove the residual gas which exists in the ignition part arrange | positioned in the position corresponding to a said 1st cavity by the said diagonal swirl flow. Therefore, a fresh air-fuel mixture can be given to the ignition part, and the flame can be expanded at a higher speed in the first cavity.

上記の燃焼室構造において、前記第2キャビティは、前記冠面の気筒軸方向視において、前記燃料噴射弁を取り囲むような略C字形状を有し、前記第1キャビティは、前記C字形状の開放部分に挟まれる位置に形成されていることが望ましい。   In the above combustion chamber structure, the second cavity has a substantially C-shape surrounding the fuel injection valve as viewed in the cylinder axial direction of the crown surface, and the first cavity has the C-shape. It is desirable to be formed at a position sandwiched between the open portions.

この燃焼室構造によれば、比較的高温の排気側で充分に霧化された混合気が、ピストンが上死点付近に到達した際に、前記第2キャビティのC字形状に沿って、前記第1キャビティに集約される。これにより、前記着火部による着火性を一層高めることができる。   According to this combustion chamber structure, when the air-fuel mixture sufficiently atomized on the relatively hot exhaust side reaches the top dead center, along the C-shape of the second cavity, Centralized in the first cavity. Thereby, the ignitability by the said ignition part can be improved further.

本発明によれば、火花点火式のエンジンにおいて、燃焼室空間の全体を利用した均質燃焼が可能であり、しかも大きいエンジントルクを得ることが可能なエンジンの燃焼室構造を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in a spark ignition type engine, the homogeneous combustion using the whole combustion chamber space is possible, and the combustion chamber structure of the engine which can obtain a big engine torque can be provided.

図1は、本発明の実施形態に係るエンジンの燃焼室構造が適用されるエンジンを示す気筒軸方向の概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view in the cylinder axial direction showing an engine to which an engine combustion chamber structure according to an embodiment of the present invention is applied. 図2は、図1に示されたシリンダヘッド要部の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the main part of the cylinder head shown in FIG. 図3は、図1に示されたエンジンのピストンの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a piston of the engine shown in FIG. 図4は、前記ピストンに対する点火プラグ及びインジェクタの配置を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing an arrangement of a spark plug and an injector with respect to the piston. 図5は、前記ピストンの冠面の平面図である。FIG. 5 is a plan view of the crown surface of the piston. 図6は、図5のVI−VI線断面図である。6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 図7は、図5のVII−VII線断面図である。7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG. 図8は、図5のVIII−VIII線断面図である。8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 図9は、燃焼室天井面の平面図である。FIG. 9 is a plan view of the combustion chamber ceiling surface. 図10は、圧縮行程初期の燃焼室の状態を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the state of the combustion chamber in the initial stage of the compression stroke. 図11は、圧縮行程終盤の燃焼室の状態を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing the state of the combustion chamber at the end of the compression stroke. 図12は、燃料噴射期間及び点火タイミングとクランク角との関係を示すタイムチャートである。FIG. 12 is a time chart showing the relationship between the fuel injection period, the ignition timing, and the crank angle. 図13(A)及び図13(B)は、燃焼室における混合気の燃焼状況を説明するための平面図である。FIGS. 13A and 13B are plan views for explaining the combustion state of the air-fuel mixture in the combustion chamber. 図14(A)及び図14(B)は、燃焼室における混合気の燃焼状況を説明するための平面図である。FIGS. 14A and 14B are plan views for explaining the combustion state of the air-fuel mixture in the combustion chamber. 図15は、燃焼室における混合気のフローを説明するための斜視図である。FIG. 15 is a perspective view for explaining the flow of the air-fuel mixture in the combustion chamber. 図16は、燃焼室で発生する斜めスワール流を説明するための断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining an oblique swirl flow generated in the combustion chamber. 図17は、変形例に係るピストン冠面を備えたピストンの模式的な斜視図である。FIG. 17 is a schematic perspective view of a piston including a piston crown surface according to a modification.

[エンジンの全体構成]
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る火花点火式のエンジンの燃焼室構造を詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係るエンジンの燃焼室構造が適用されるエンジンを示す概略断面図、図2は、図1に示されたシリンダヘッドの要部の断面図である。図1及び図2、これら以降の図において、XYZの方向表示を付している。Z方向は気筒軸方向、Y方向はクランク軸の延伸方向、X方向はZ方向及びY方向の双方と直交する方向である。
[Entire engine configuration]
Hereinafter, a combustion chamber structure of a spark ignition type engine according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an engine to which a combustion chamber structure of an engine according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the cylinder head shown in FIG. In FIG. 1 and FIG. 2 and subsequent figures, XYZ direction indications are given. The Z direction is the cylinder axis direction, the Y direction is the extending direction of the crankshaft, and the X direction is a direction orthogonal to both the Z direction and the Y direction.

本実施形態に係るエンジンは、シリンダ及びピストンを含み、自動車等の車両の走行駆動用の動力源として前記車両に搭載される多気筒エンジンである。エンジンは、エンジン本体1と、これに組付けられた図外の吸排気マニホールド及び各種ポンプ等の補機とを含む。エンジン本体1に供給される燃料は、ガソリンを主成分とするものである。   The engine according to this embodiment includes a cylinder and a piston, and is a multi-cylinder engine mounted on the vehicle as a power source for driving the vehicle such as an automobile. The engine includes an engine body 1 and auxiliary equipment such as an intake / exhaust manifold and various pumps (not shown) assembled thereto. The fuel supplied to the engine body 1 is mainly composed of gasoline.

本実施形態のエンジン本体1は、点火プラグにて燃焼室内の混合気に強制点火する通常のSI(Spark Ignition)燃焼と、SI燃焼において燃料噴射のタイミングを圧縮上死点(TDC)付近とするリタードSI燃焼と、SI燃焼とCI(Compression Ignition)燃焼とを組み合わせたSICI燃焼と、を実行することが可能とされている。SI燃焼では、吸気行程の中期に燃料が噴射され、圧縮行程のTDC付近で混合気に強制点火されるが、リタードSI燃焼では、圧縮行程のTDC前後で燃料が噴射され、その後の膨張行程初期に混合気に強制点火される。SICI燃焼では、燃焼室の混合気に強制点火して火炎伝播により燃焼させると共に、燃焼室内の未燃混合気を自己着火により燃焼させる。なお、SICI燃焼において、自己着火を発生させず、火炎伝播により燃焼を完了させる場合もある。これらの燃焼態様は、運転領域に応じて選択される。例えば、SI燃焼は、エンジンの高回転・高負荷領域で、リタードSI燃焼は低回転・高負荷領域で、SICI燃焼は回転数に依らず低負荷領域で、各々選択される。   The engine main body 1 of the present embodiment has a fuel injection timing in the vicinity of the compression top dead center (TDC) in the normal SI (Spark Ignition) combustion in which the air-fuel mixture in the combustion chamber is forcibly ignited by an ignition plug. It is possible to execute retarded SI combustion and SICI combustion that combines SI combustion and CI (Compression Ignition) combustion. In SI combustion, fuel is injected in the middle of the intake stroke, and the air-fuel mixture is forcibly ignited in the vicinity of the TDC in the compression stroke. In retarded SI combustion, fuel is injected before and after the TDC in the compression stroke, and the initial stage of the subsequent expansion stroke. The mixture is forcibly ignited. In SICI combustion, the mixture in the combustion chamber is forcibly ignited and burned by flame propagation, and the unburned mixture in the combustion chamber is burned by self-ignition. In SICI combustion, self-ignition may not occur and combustion may be completed by flame propagation. These combustion modes are selected according to the operation region. For example, SI combustion is selected in a high rotation / high load region of the engine, retarded SI combustion is selected in a low rotation / high load region, and SICI combustion is selected in a low load region regardless of the rotational speed.

エンジン本体1は、シリンダブロック3、シリンダヘッド4及びピストン5(これらは、本発明における「燃焼室構成部材」の一例である)を備える。シリンダブロック3は、図1の紙面に垂直な方向に並ぶ複数の気筒2(図中ではそのうちの1つのみを示す)を有している。シリンダヘッド4は、シリンダブロック3の上面に取り付けられ、気筒2の上部開口を塞いでいる。ピストン5は、各気筒2に往復摺動可能に収容されており、コネクティングロッド8を介してクランク軸7と連結されている。ピストン5の往復運動に応じて、クランク軸7はその中心軸回りに回転する。ピストン5の構造については、図3〜図8に基づき後記で詳述する。   The engine body 1 includes a cylinder block 3, a cylinder head 4, and a piston 5 (these are examples of the “combustion chamber constituent member” in the present invention). The cylinder block 3 has a plurality of cylinders 2 (only one of them is shown in the figure) arranged in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. The cylinder head 4 is attached to the upper surface of the cylinder block 3 and closes the upper opening of the cylinder 2. The piston 5 is accommodated in each cylinder 2 so as to be reciprocally slidable, and is connected to the crankshaft 7 via a connecting rod 8. In response to the reciprocating motion of the piston 5, the crankshaft 7 rotates about its central axis. The structure of the piston 5 will be described in detail later with reference to FIGS.

ピストン5の上方には燃焼室6が形成されている。シリンダヘッド4には、燃焼室6と連通する吸気ポート9及び排気ポート10が形成されている。シリンダヘッド4の底面4aは燃焼室天井面6Uであり、この燃焼室天井面6Uは、上向きに僅かに凸のペントルーフ型の形状を有している。燃焼室天井面6Uには、吸気ポート9の下流端である吸気側開口部41と、排気ポート10の上流端である排気側開口部42とが形成されている。シリンダヘッド4には、吸気側開口部41を開閉する吸気バルブ11と、排気側開口部42を開閉する排気バルブ12とが組み付けられている。燃焼室天井面6Uの平面図である図9を参照して、本実施形態のエンジン本体1は、ダブルオーバーヘッドカムシャフト式(DOHC)エンジンであり、吸気側開口部41と排気側開口部42とは、各気筒2につき2つずつ設けられると共に、吸気バルブ11および排気バルブ12も2つずつ設けられている。   A combustion chamber 6 is formed above the piston 5. An intake port 9 and an exhaust port 10 communicating with the combustion chamber 6 are formed in the cylinder head 4. The bottom surface 4a of the cylinder head 4 is a combustion chamber ceiling surface 6U, and the combustion chamber ceiling surface 6U has a pent roof type shape slightly convex upward. An intake side opening 41 that is a downstream end of the intake port 9 and an exhaust side opening 42 that is an upstream end of the exhaust port 10 are formed in the combustion chamber ceiling surface 6U. The cylinder head 4 is assembled with an intake valve 11 for opening and closing the intake side opening 41 and an exhaust valve 12 for opening and closing the exhaust side opening 42. Referring to FIG. 9 which is a plan view of combustion chamber ceiling surface 6U, engine body 1 of the present embodiment is a double overhead camshaft (DOHC) engine, and includes intake side opening 41 and exhaust side opening 42. Are provided two for each cylinder 2, and two intake valves 11 and two exhaust valves 12 are also provided.

図2に示されるように、吸気バルブ11及び排気バルブ12は、いわゆるポペットバルブである。吸気バルブ11は、吸気側開口部41を開閉する傘状の弁体11aと、この弁体11aから垂直に延びるステム11bとを含む。同様に、排気バルブ12は、排気側開口部42を開閉する傘状の弁体12aと、この弁体12aから垂直に延びるステム12bとを含む。吸気バルブ11の弁体11aは、燃焼室6に臨むバルブ面11cを有する。排気バルブ12の弁体12aは、燃焼室6に臨むバルブ面12cを有する。   As shown in FIG. 2, the intake valve 11 and the exhaust valve 12 are so-called poppet valves. The intake valve 11 includes an umbrella-shaped valve body 11a that opens and closes the intake-side opening 41, and a stem 11b that extends perpendicularly from the valve body 11a. Similarly, the exhaust valve 12 includes an umbrella-shaped valve body 12a that opens and closes the exhaust-side opening 42, and a stem 12b that extends perpendicularly from the valve body 12a. The valve body 11 a of the intake valve 11 has a valve surface 11 c that faces the combustion chamber 6. The valve body 12 a of the exhaust valve 12 has a valve surface 12 c that faces the combustion chamber 6.

吸気バルブ11及び排気バルブ12も、上記の「燃焼室構成部材」に相当する。本実施形態において、燃焼室6を区画する燃焼室壁面は、気筒2の内壁面、ピストン5の上面(+Z側の面)である冠面50、シリンダヘッド4の底面4a、吸気バルブ11のバルブ面11c及び排気バルブ12のバルブ面12cからなる。   The intake valve 11 and the exhaust valve 12 also correspond to the “combustion chamber constituent member” described above. In the present embodiment, the combustion chamber wall surface defining the combustion chamber 6 is the inner wall surface of the cylinder 2, the crown surface 50 which is the upper surface (+ Z side surface) of the piston 5, the bottom surface 4 a of the cylinder head 4, and the valve of the intake valve 11. It consists of a surface 11 c and a valve surface 12 c of the exhaust valve 12.

シリンダヘッド4には、吸気バルブ11、排気バルブ12を各々駆動する吸気側動弁機構13、排気側動弁機構14が配設されている。これら動弁機構13、14によりクランク軸7の回転に連動して、各吸気バルブ11及び排気バルブ12が駆動される。これら吸気バルブ11及び排気バルブ12の駆動により、吸気バルブ11の弁体11aが吸気側開口部41を開閉し、排気バルブ12の弁体12aが排気側開口部42を開閉する。   The cylinder head 4 is provided with an intake side valve mechanism 13 and an exhaust side valve mechanism 14 for driving the intake valve 11 and the exhaust valve 12, respectively. The valve mechanisms 13 and 14 drive the intake valves 11 and the exhaust valves 12 in conjunction with the rotation of the crankshaft 7. By driving the intake valve 11 and the exhaust valve 12, the valve body 11 a of the intake valve 11 opens and closes the intake side opening 41, and the valve body 12 a of the exhaust valve 12 opens and closes the exhaust side opening 42.

吸気側動弁機構13には、吸気側可変バルブタイミング機構(吸気側VVT)15が組み込まれている。吸気側VVT15は、吸気カム軸に設けられた電動式のVVTであり、クランク軸7に対する吸気カム軸の回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更することにより、吸気バルブ11の開閉タイミングを変更する。同様に、排気側動弁機構14には、排気側可変バルブタイミング機構(排気側VVT)16が組み込まれている。排気側VVT16は、排気カム軸に設けられた電動式のVVTであり、クランク軸7に対する排気カム軸の回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更することにより、排気バルブ12の開閉タイミングを変更する。   An intake side variable valve timing mechanism (intake side VVT) 15 is incorporated in the intake side valve mechanism 13. The intake side VVT 15 is an electric VVT provided on the intake camshaft, and the intake valve 11 is opened and closed by continuously changing the rotation phase of the intake camshaft with respect to the crankshaft 7 within a predetermined angle range. To change. Similarly, an exhaust side variable valve timing mechanism (exhaust side VVT) 16 is incorporated in the exhaust side valve mechanism 14. The exhaust side VVT 16 is an electric VVT provided on the exhaust camshaft, and the exhaust valve 12 is opened and closed by continuously changing the rotational phase of the exhaust camshaft with respect to the crankshaft 7 within a predetermined angular range. To change.

シリンダヘッド4には、燃焼室6内の混合気に点火エネルギーを供給する点火プラグ17が、各気筒2につき1つずつ取り付けられている。点火プラグ17は、その先端に着火部17Aを備え、この着火部17Aが燃焼室6内に臨む姿勢でシリンダヘッド4に取り付けられている。点火プラグ17は、図外の点火回路からの給電に応じてその先端から火花を放電して、燃焼室6内の混合気に点火する。点火プラグ17の配置、着火部17Aの構造などについては、後記で詳述する。   One ignition plug 17 for supplying ignition energy to the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is attached to the cylinder head 4, one for each cylinder 2. The spark plug 17 is provided with an ignition part 17A at the tip thereof, and is attached to the cylinder head 4 so that the ignition part 17A faces the combustion chamber 6. The spark plug 17 discharges a spark from its tip in response to power supply from an ignition circuit (not shown), and ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 6. The arrangement of the ignition plug 17 and the structure of the ignition part 17A will be described in detail later.

シリンダヘッド4(燃焼室天井面6U)には、先端部から燃焼室6内にガソリンを主成分とする燃料を噴射するインジェクタ18(燃料噴射弁)が、各気筒2につき1つずつ取り付けられている。インジェクタ18には燃料供給管19が接続されている。インジェクタ18は、燃料供給管19を通して供給された燃料を燃焼室6に噴射する。燃料供給管19の上流側には、クランク軸7と連動連結されたプランジャー式のポンプ等からなる高圧燃料ポンプ(図示せず)が接続されている。この高圧燃料ポンプと燃料供給管19との間には、全気筒2に共通の蓄圧用のコモンレール(図示せず)が設けられている。このコモンレール内で蓄圧された燃料が各気筒2のインジェクタ18に供給されることにより、各インジェクタ18からは、高い圧力の燃料が燃焼室6内に噴射される。   The cylinder head 4 (combustion chamber ceiling 6U) is provided with one injector 18 (fuel injection valve) for each cylinder 2 for injecting fuel mainly composed of gasoline into the combustion chamber 6 from the tip. Yes. A fuel supply pipe 19 is connected to the injector 18. The injector 18 injects the fuel supplied through the fuel supply pipe 19 into the combustion chamber 6. Connected to the upstream side of the fuel supply pipe 19 is a high-pressure fuel pump (not shown) composed of a plunger-type pump or the like interlocked with the crankshaft 7. A common rail (not shown) for accumulating pressure common to all the cylinders 2 is provided between the high-pressure fuel pump and the fuel supply pipe 19. The fuel accumulated in the common rail is supplied to the injectors 18 of the respective cylinders 2, whereby high pressure fuel is injected from the injectors 18 into the combustion chamber 6.

[ピストンの詳細構造]
図3〜図8を参照して、ピストン5の構造、とりわけ冠面50の構造について詳細に説明する。図3は、ピストン5の斜視図、図4は、ピストン5に対する点火プラグ17及びインジェクタ18の配置関係を示す斜視図、図5は、冠面50の平面図である。また、図6、図7、図8は、それぞれ図5のVI−VI線、VII−VII線、VIII−VIII線断面図である。
[Detailed structure of piston]
With reference to FIGS. 3 to 8, the structure of the piston 5, particularly the structure of the crown surface 50, will be described in detail. 3 is a perspective view of the piston 5, FIG. 4 is a perspective view showing the positional relationship of the spark plug 17 and the injector 18 with respect to the piston 5, and FIG. 5 is a plan view of the crown surface 50. FIGS. 6, 7, and 8 are sectional views taken along lines VI-VI, VII-VII, and VIII-VIII in FIG. 5, respectively.

ピストン5は、ピストンヘッド5Aと、ピストンヘッド5Aの下方(−Z側)に連設されたスカート部5Sとを含む。ピストンヘッド5Aは円柱体からなり、上記の通り燃焼室6の壁面の一部(底面)を形成する冠面50を上面に備えると共に、気筒2の内壁面と摺接する側周面とを備える。前記側周面には、ピストンリングが嵌め込まれるリング溝が複数備えられている。スカート部5Sは、ピストンヘッド5Aの+X側及び−X側に配置され、ピストン5の往復運動の際の首振り揺動を抑制する。ピストンヘッド5Aの下方には、Y方向に延びるピン孔を区画するピストンボス5Bが設けられている。ピストンボス5Bの前記ピン孔には、ピストンピン81が挿通される(図6)。ピストンピン81は、コネクティングロッド8の小端部8Sと、ピストン5とを連結するピンである。   The piston 5 includes a piston head 5A and a skirt portion 5S provided continuously below the piston head 5A (on the −Z side). The piston head 5 </ b> A is formed of a cylindrical body and includes a crown surface 50 that forms a part (bottom surface) of the wall surface of the combustion chamber 6 as described above, and a side circumferential surface that is in sliding contact with the inner wall surface of the cylinder 2. The side peripheral surface is provided with a plurality of ring grooves into which piston rings are fitted. The skirt portion 5S is disposed on the + X side and the −X side of the piston head 5A and suppresses swinging of the piston 5 when the piston 5 reciprocates. A piston boss 5B that defines a pin hole extending in the Y direction is provided below the piston head 5A. A piston pin 81 is inserted through the pin hole of the piston boss 5B (FIG. 6). The piston pin 81 is a pin that connects the small end portion 8 </ b> S of the connecting rod 8 and the piston 5.

冠面50は、燃焼室天井面6UとZ方向に対向する面である。冠面50は、その径方向(X方向及びY方向)の概ね中央部分に配置されたキャビティ5Cを含む。キャビティ5Cは、冠面50が下方(−Z側)に凹没された部分であり、例えば上述のリタードSI燃焼を行うモードにおいて、インジェクタ18から燃料の噴射を受ける部分である。冠面50においてキャビティ5Cの外周には、吸気側平面部55、排気側平面部56及び一対の側方上面57が配置されている。吸気側平面部55は、キャビティ5Cの−X側に隣接する平面、排気側平面部56は、キャビティ5Cの+X側に隣接する平面、一対の側方上面57はキャビティ5Cの+Y側及び−Y側に各々隣接する、概ね平坦な面である。   The crown surface 50 is a surface facing the combustion chamber ceiling surface 6U in the Z direction. The crown surface 50 includes a cavity 5 </ b> C disposed at a substantially central portion in the radial direction (X direction and Y direction). The cavity 5 </ b> C is a portion where the crown surface 50 is recessed downward (−Z side), and is a portion that receives fuel injection from the injector 18, for example, in the above-described retard SI combustion mode. An intake side plane portion 55, an exhaust side plane portion 56, and a pair of side upper surfaces 57 are disposed on the outer periphery of the cavity 5C in the crown surface 50. The intake side plane portion 55 is a plane adjacent to the −X side of the cavity 5C, the exhaust side plane portion 56 is a plane adjacent to the + X side of the cavity 5C, and the pair of side upper surfaces 57 are the + Y side and −Y of the cavity 5C. A generally flat surface, each adjacent to the side.

キャビティ5Cは、小キャビティ51(第1キャビティ)、大キャビティ52(第2キャビティ)及び凸部53を含む。小キャビティ51は、図4に示すように、点火プラグ17の着火部17Aに対応する位置、つまり着火部17Aの直下の位置に凹設されている。大キャビティ52は、小キャビティ51に隣接する位置に凹設され、気筒軸方向の上面視(図5)において、小キャビティ51よりも大きい投影面積を有している。小キャビティ51の大きさは、後述する燃料噴射期間PF1のタイミングで、後述するインジェクタ18に設けられた複数の噴射孔のうち隣接する2つの噴射孔の中心軸線(燃料噴射の指向軸)が収まる程度の大きさに設定している。大キャビティ52は、後述する燃料噴射期間PF2で燃料を噴射するタイミングで、残りの噴射孔の中心軸線が収まるように設定されている。その結果、本実施形態では、大キャビティ52の気筒軸方向の投影面積が、小キャビティ51よりも8倍程度大きい態様となっている。凸部53は、冠面50のXY方向の中央付近に配置されている。凸部53は、インジェクタ18のノズルヘッド18Nの直下の位置に凸設されている。   The cavity 5 </ b> C includes a small cavity 51 (first cavity), a large cavity 52 (second cavity), and a convex portion 53. As shown in FIG. 4, the small cavity 51 is recessed at a position corresponding to the ignition part 17A of the spark plug 17, that is, a position directly below the ignition part 17A. The large cavity 52 is recessed at a position adjacent to the small cavity 51, and has a larger projected area than the small cavity 51 in a top view in the cylinder axis direction (FIG. 5). The size of the small cavity 51 is the timing of a fuel injection period PF1, which will be described later, and the center axis (fuel injection directing axis) of two adjacent injection holes out of a plurality of injection holes provided in the injector 18, which will be described later. It is set to about the size. The large cavity 52 is set so that the central axis of the remaining injection holes can be accommodated at a timing at which fuel is injected in a fuel injection period PF2 described later. As a result, in the present embodiment, the projected area of the large cavity 52 in the cylinder axis direction is about eight times larger than that of the small cavity 51. The convex portion 53 is disposed near the center of the crown surface 50 in the XY direction. The convex portion 53 is convexly provided at a position directly below the nozzle head 18N of the injector 18.

後記で詳述するが、小キャビティ51は、着火部17A周辺の比較的狭い領域に混合気の乱流を集約し、着火部17Aによる強制点火によって火種となる燃焼領域を作る役目を果たす。従って、小キャビティ51の気筒軸方向の投影面積は、着火部17Aの周囲を取り囲む程度の小面積で足りる。また、小キャビティ51のキャビティ形状は、特に限定されものではないが、例えば着火部17Aの鉛直下方を中心とするパラボラ形状は、好ましい形状の一つである。   As will be described in detail later, the small cavity 51 serves to collect the turbulent flow of the air-fuel mixture in a relatively narrow region around the ignition unit 17A and create a combustion region that becomes a fire type by forced ignition by the ignition unit 17A. Therefore, the projected area in the cylinder axis direction of the small cavity 51 is sufficient to surround the ignition portion 17A. Further, the cavity shape of the small cavity 51 is not particularly limited, but for example, a parabolic shape centering on a vertically lower portion of the ignition portion 17A is one of preferable shapes.

一方、大キャビティ52は、同様に混合気の乱流を集約する役目を果たすが、小キャビティ51で発生した火炎を火種として、燃焼室6の全体に速やかにその火炎を拡張させることも企図されたキャビティである。また、火炎を燃焼室6の全体に均等に拡張させるためには、図5に例示しているように大キャビティ52は、上面視において冠面50と大略的に同心円となる外形形状を備えていることが望ましい。   On the other hand, the large cavity 52 similarly serves to collect the turbulent flow of the air-fuel mixture. However, it is also contemplated that the flame generated in the small cavity 51 can be used as a fire type to quickly expand the entire combustion chamber 6. Cavity. Further, in order to evenly expand the flame over the entire combustion chamber 6, the large cavity 52 has an outer shape that is substantially concentric with the crown surface 50 in a top view as illustrated in FIG. 5. It is desirable.

小キャビティ51は、当該小キャビティ51を区画する外周縁である第1周縁511を含む。大キャビティ52は、当該大キャビティ52を区画する外周縁である第2周縁521を含む。第1周縁511は、上面視で略扇型の形状であり、凸部53、吸気側平面部55及び大キャビティ52との境界線となる。第2周縁521は、上面視で略C字型の形状を有している。つまり、大キャビティ52は、冠面50の気筒軸方向視において略C字形状を有している。第2周縁521は、凸部53、吸気側平面部55、排気側平面部56、側方上面57及び小キャビティ51との境界線となる。   The small cavity 51 includes a first peripheral edge 511 that is an outer peripheral edge defining the small cavity 51. The large cavity 52 includes a second peripheral edge 521 that is an outer peripheral edge that defines the large cavity 52. The first peripheral edge 511 has a substantially fan shape when viewed from above, and serves as a boundary line between the convex portion 53, the intake side flat portion 55, and the large cavity 52. The second peripheral edge 521 has a substantially C-shape when viewed from above. That is, the large cavity 52 has a substantially C shape when the crown surface 50 is viewed in the cylinder axial direction. The second peripheral edge 521 is a boundary line between the convex portion 53, the intake side flat portion 55, the exhaust side flat portion 56, the side upper surface 57, and the small cavity 51.

第1周縁511の一部は、第2周縁521の一部を兼ねる共通周縁部である。具体的には、第1周縁511における、凸部53及び吸気側平面部55と各々境界をなす円弧状部分を除いた部分は、第2周縁521の一部と共通である。この第2周縁521の一部は、前記C字形状の開放部分(開放端縁)に相当する。前記共通周縁部は、図3、図7、図8に示されているように、上方へ突出した稜線54である。すなわち、本実施形態では、稜線54だけを間に介して小キャビティ51と大キャビティ52とが隣り合っている。   A part of the first peripheral edge 511 is a common peripheral edge part also serving as a part of the second peripheral edge 521. Specifically, the portion of the first peripheral edge 511 excluding the arc-shaped portion that forms a boundary with the convex portion 53 and the intake-side flat surface portion 55 is common to a part of the second peripheral edge 521. A part of the second peripheral edge 521 corresponds to the C-shaped open portion (open end edge). As shown in FIGS. 3, 7, and 8, the common peripheral edge is a ridge line 54 protruding upward. That is, in this embodiment, the small cavity 51 and the large cavity 52 are adjacent to each other with only the ridge line 54 interposed therebetween.

図5を参照して、大キャビティ52は、略円形の凸部53を取り囲むC字形状を有している。小キャビティ51は、このような大キャビティ52の、C字形状の開放部分に挟まれる位置に形成されている。これにより、稜線54で区切られてはいるが、小、大キャビティ51、52によって、凸部53と略同心の環状凹部が冠面50に形成されている。   Referring to FIG. 5, the large cavity 52 has a C shape surrounding the substantially circular convex portion 53. The small cavity 51 is formed at a position between the large cavity 52 and the C-shaped open portion. As a result, an annular recess that is substantially concentric with the protrusion 53 is formed on the crown surface 50 by the small and large cavities 51 and 52, although they are separated by the ridge line 54.

凸部53はインジェクタ18(ノズルヘッド18N)の直下に位置しているので、小キャビティ51及び大キャビティ52はノズルヘッド18Nを取り囲む形状を有しているとも言える。ノズルヘッド18Nは、放射状に燃料を噴射可能なマルチホールタイプのヘッドであり、ノズルヘッド18Nからピストン5のTDC又はその近傍付近で燃料が噴射される場合には、当該燃料は小、大キャビティ51、52(上記の環状凹部)に向かうことになる。つまり、ノズルヘッド18Nは、小、大キャビティ51、52の双方へ燃料噴射が可能である。   Since the convex portion 53 is located immediately below the injector 18 (nozzle head 18N), it can be said that the small cavity 51 and the large cavity 52 have a shape surrounding the nozzle head 18N. The nozzle head 18N is a multi-hole type head capable of radially injecting fuel. When fuel is injected from the nozzle head 18N in the vicinity of the TDC of the piston 5 or in the vicinity thereof, the fuel is small and has a large cavity 51. , 52 (the above-described annular recess). That is, the nozzle head 18N can inject fuel into both the small and large cavities 51 and 52.

吸気側平面部55は、小キャビティ51の−X側に隣接する平面であり、平面視で概ね扇型の形状を有している。排気側平面部56は、大キャビティ52の+X側に隣接する平面であり、吸気側平面部55よりも小さいが、同様に平面視で概ね扇型の形状を有している。吸気側平面部55及び排気側平面部56は同じ高さ位置にある平面であり、冠面50において最も高い位置にある。一対の側方上面57は、大キャビティ52の+Y側及び−Y側に各々隣接し、大キャビティ52の外側において吸気側平面部55と排気側平面部56とを繋ぐ面である。側方上面57は、吸気側及び排気側平面部55、56よりもやや高さ位置が低い部分であり、燃焼室天井面6Uの緩いペントルーフ形状に応じた緩い凸形状を有している。側方上面57は、吸気、排気バルブ11、12と冠面50との干渉を回避するバルブリセスでもある。   The intake side plane portion 55 is a plane adjacent to the −X side of the small cavity 51 and has a generally fan shape in plan view. The exhaust side plane portion 56 is a plane adjacent to the + X side of the large cavity 52 and is smaller than the intake side plane portion 55, but similarly has a generally fan shape in plan view. The intake-side flat portion 55 and the exhaust-side flat portion 56 are flat surfaces at the same height, and are at the highest position on the crown surface 50. The pair of side upper surfaces 57 are adjacent to the + Y side and the −Y side of the large cavity 52, and are surfaces that connect the intake side flat portion 55 and the exhaust side flat portion 56 outside the large cavity 52. The side upper surface 57 is a portion whose height is slightly lower than the intake side and exhaust side flat portions 55 and 56, and has a loose convex shape corresponding to the loose pent roof shape of the combustion chamber ceiling surface 6U. The side upper surface 57 is also a valve recess that avoids interference between the intake and exhaust valves 11 and 12 and the crown surface 50.

図6を参照して、キャビティ5Cの深さに関し、小キャビティ51の底面512は、大キャビティ52の底面522よりも気筒軸方向(Z方向)において高い位置に形成されている。底面512、522は、それぞれ小、大キャビティ51、52において、吸気側及び排気側平面部55、56に対する窪み深さが最も深い部分である。凸部53は、底面512、522よりも高い位置にあるが、吸気側及び排気側平面部55、56に対しては窪んだ位置にある。   Referring to FIG. 6, regarding the depth of cavity 5 </ b> C, bottom surface 512 of small cavity 51 is formed at a higher position in the cylinder axial direction (Z direction) than bottom surface 522 of large cavity 52. The bottom surfaces 512 and 522 are the deepest recesses in the small and large cavities 51 and 52 with respect to the intake-side and exhaust-side flat portions 55 and 56, respectively. The convex portion 53 is at a position higher than the bottom surfaces 512 and 522, but is in a recessed position with respect to the intake side and exhaust side flat portions 55 and 56.

小キャビティの底面512のZ方向における高さ位置をh1、大キャビティ52の底面522のZ方向における高さ位置をh2とするとき、h1はh2よりも高い位置(+Z側)にあり、両者間には所定の高低差dが与えられている。これによりキャビティ5Cの小、大キャビティ51、52からなる環状凹部は、その底面が−X側が+X側よりも高くなるように傾斜する傾向を有している。   When the height position in the Z direction of the bottom surface 512 of the small cavity is h1, and the height position in the Z direction of the bottom surface 522 of the large cavity 52 is h2, h1 is higher than h2 (+ Z side). Is given a predetermined height difference d. As a result, the annular recess composed of the small and large cavities 51 and 52 of the cavity 5C has a tendency that its bottom surface is inclined so that the −X side is higher than the + X side.

[燃焼室構造の詳細]
続いて、冠面50を含む燃焼室6の各部の構造について説明する。図9は、燃焼室天井面6Uの平面図である。燃焼室天井面6Uは、シリンダヘッド4の底面4aと、吸気ポート9の2つの吸気側開口部41を開閉する2つの吸気バルブ11のバルブ面11cと、排気ポート10の2つの排気側開口部42を開閉する2つの排気バルブ12のバルブ面12cとによって構成されている。2つの吸気側開口部41(吸気ポート9)は、−X側においてY方向に2つが並ぶように配置されている。排気側開口部42(排気ポート10)は、+X側においてY方向に2つが並ぶように配置されている。以下、燃焼室6において、吸気ポート9が配置される側を吸気側、排気ポート10が配置される側を排気側という。
[Details of combustion chamber structure]
Next, the structure of each part of the combustion chamber 6 including the crown surface 50 will be described. FIG. 9 is a plan view of the combustion chamber ceiling surface 6U. The combustion chamber ceiling surface 6U includes the bottom surface 4a of the cylinder head 4, the valve surfaces 11c of the two intake valves 11 that open and close the two intake side openings 41 of the intake port 9, and the two exhaust side openings of the exhaust port 10. The valve surfaces 12c of the two exhaust valves 12 that open and close 42 are configured. The two intake side openings 41 (intake ports 9) are arranged so that two are aligned in the Y direction on the −X side. Two exhaust side openings 42 (exhaust ports 10) are arranged in the Y direction on the + X side. Hereinafter, in the combustion chamber 6, the side on which the intake port 9 is disposed is referred to as an intake side, and the side on which the exhaust port 10 is disposed is referred to as an exhaust side.

燃焼室天井面6Uの吸気側には吸気側天面43が、排気側には排気側天面44が備えられている。吸気側天面43は、2つの吸気側開口部41の間の−X側領域において延びる平坦な面である。排気側天面44は、2つの排気側開口部42の間の+X側領域において延びる平坦な面である。吸気側天面43は、冠面50の吸気側平面部55と対向する面、排気側天面44は、排気側平面部56と対向する面である。バルブ面11c、12cは、概ね半分が側方上面57と対向し、残りの半分が大キャビティ52と対向する。   An intake side top surface 43 is provided on the intake side of the combustion chamber ceiling surface 6U, and an exhaust side top surface 44 is provided on the exhaust side. The intake side top surface 43 is a flat surface extending in the −X side region between the two intake side openings 41. The exhaust side top surface 44 is a flat surface extending in the + X side region between the two exhaust side openings 42. The intake side top surface 43 is a surface facing the intake side flat surface portion 55 of the crown surface 50, and the exhaust side top surface 44 is a surface facing the exhaust side flat surface portion 56. The valve surfaces 11 c and 12 c are substantially half facing the side upper surface 57 and the other half facing the large cavity 52.

2つの吸気側開口部41の中間にはプラグ凹部45が凹設されている。プラグ凹部45は、点火プラグ17の着火部17Aを燃焼室6内に露出させるための円柱型の凹部である。インジェクタ18のノズルヘッド18Nは、燃焼室天井面6Uにおいて、X方向及びY方向の略中心位置に配置されている。着火部17Aは、このノズルヘッド18Nよりも吸気側寄りに配置されている。   A plug recess 45 is formed in the middle between the two intake side openings 41. The plug recess 45 is a cylindrical recess for exposing the ignition portion 17 </ b> A of the spark plug 17 into the combustion chamber 6. The nozzle head 18N of the injector 18 is disposed at a substantially central position in the X direction and the Y direction on the combustion chamber ceiling surface 6U. The ignition part 17A is disposed closer to the intake side than the nozzle head 18N.

小、大キャビティ51、52の燃焼室6内の配置に関し、大略的には、小キャビティ51は吸気側、大キャビティ52は排気側に配置されている。図5を参照して、ノズルヘッド18Nと対向する位置にある凸部53よりも−X側が吸気側、+X側が排気側となる。着火部17Aと対向する小キャビティ51は、全体が吸気側に位置している。一方、大キャビティ52は、大部分(少なくとも一部)が排気側に位置している。   Regarding the arrangement of the small and large cavities 51 and 52 in the combustion chamber 6, generally, the small cavity 51 is disposed on the intake side and the large cavity 52 is disposed on the exhaust side. Referring to FIG. 5, the −X side is the intake side and the + X side is the exhaust side relative to the convex portion 53 at the position facing the nozzle head 18N. The small cavity 51 facing the ignition portion 17A is entirely located on the intake side. On the other hand, most (at least a part) of the large cavity 52 is located on the exhaust side.

大キャビティ52は、凸部53よりも+X側の排気側領域52Aと、凸部53の+Y側及び−Y側に位置する側方領域52Bと、小キャビティ51の+Y側及び−Y側に隣接する隣接領域52Cとを含む。排気側領域52Aは、投影面積及び容積が最も大きい領域であって、排気側(燃料噴射弁よりも排気側寄り)に位置している。側方領域52Bは、吸気側と排気側とのボーダー上に位置している。一方、隣接領域52Cは吸気側に位置している。隣接領域52C及び側方領域52Bは、排気側領域52Aに比べて投影面積が小さい領域であり、排気側領域52Aと小キャビティ51とを繋ぐ領域である。   The large cavity 52 is adjacent to the exhaust side region 52A on the + X side of the convex portion 53, the side region 52B located on the + Y side and the −Y side of the convex portion 53, and the + Y side and the −Y side of the small cavity 51. Adjacent region 52C. The exhaust side region 52A is a region having the largest projected area and volume, and is located on the exhaust side (closer to the exhaust side than the fuel injection valve). The side region 52B is located on the border between the intake side and the exhaust side. On the other hand, the adjacent region 52C is located on the intake side. The adjacent region 52C and the side region 52B are regions having a smaller projected area than the exhaust side region 52A, and are regions that connect the exhaust side region 52A and the small cavity 51.

大キャビティ52の底面522の高さ位置は、排気側領域52Aから隣接領域52Cにかけて同じ高さとしても良いし、異なる高さとしても良い。なお、後述する斜めスワール流FS(図16)の良好な形成のために、排気側領域52Aが最も深く、側方領域52Bから隣接領域52Cに向けて徐々に浅くなるように、底面522の高さ位置を設定しても良い。   The height position of the bottom surface 522 of the large cavity 52 may be the same height from the exhaust side region 52A to the adjacent region 52C, or may be a different height. Note that, in order to satisfactorily form an oblique swirl flow FS (FIG. 16) described later, the height of the bottom surface 522 is increased so that the exhaust side region 52A is the deepest and gradually becomes shallower from the side region 52B toward the adjacent region 52C. The position may be set.

次に、図2を主に参照して、点火プラグ17の着火部17Aの構造を説明する。着火部17Aは、中心電極171と、L字型に折曲された角棒からなる接地電極172とを含む。接地電極172は、放電空間となるギャップGを隔てて中心電極171と対向する対向部173(先端部分)と、対向部173に連なる基部174とを含む。基部174は、点火プラグ17の軸心方向に延びている。対向部173は、L字型に突出する接地電極172の先端部であって、基部174と直交する方向に延びている。   Next, the structure of the ignition part 17A of the spark plug 17 will be described with reference mainly to FIG. The ignition unit 17A includes a center electrode 171 and a ground electrode 172 made of a square bar bent in an L shape. The ground electrode 172 includes a facing portion 173 (tip portion) that faces the center electrode 171 with a gap G serving as a discharge space, and a base portion 174 that continues to the facing portion 173. The base 174 extends in the axial direction of the spark plug 17. The facing portion 173 is a tip portion of the ground electrode 172 protruding in an L shape and extends in a direction orthogonal to the base portion 174.

着火部17Aは、インジェクタ18のノズルヘッド18Nと小キャビティ51との間に配置され(図4)、且つ、対向部173がノズルヘッド18Nの配置位置から離間する方向を指向するように、燃焼室6に配置されている。つまり、中心電極171と対向部173との間に形成されているギャップGとノズルヘッド18Nとの間に、基部174(接地電極172)が介在するように、着火部17Aがシリンダヘッド4に対して組み付けられている。   The ignition portion 17A is disposed between the nozzle head 18N of the injector 18 and the small cavity 51 (FIG. 4), and the combustion chamber is oriented so that the facing portion 173 is away from the position where the nozzle head 18N is disposed. 6 is arranged. That is, the igniting portion 17A is located on the cylinder head 4 such that the base portion 174 (ground electrode 172) is interposed between the gap G formed between the center electrode 171 and the facing portion 173 and the nozzle head 18N. Are assembled.

既述の通り、ノズルヘッド18Nはマルチホールタイプのヘッドであり、環状に配置された複数の噴射孔181を備える。複数の噴射孔181は、小キャビティ51を指向した噴射孔181を含む。上記の通りの着火部17Aの組み付けにより、当該噴射孔181から噴き出される噴射燃料18Eは、接地電極172にブロックされて放電空間であるギャップGに直接入り込むことができない。つまり、噴射燃料18Eが、充分に霧化しない状態でギャップGに入り込まないように工夫されている。   As described above, the nozzle head 18N is a multi-hole type head and includes a plurality of injection holes 181 arranged in an annular shape. The plurality of injection holes 181 include the injection holes 181 directed to the small cavity 51. By assembling the ignition part 17A as described above, the injected fuel 18E ejected from the injection hole 181 is blocked by the ground electrode 172 and cannot directly enter the gap G which is the discharge space. That is, it is devised so that the injected fuel 18E does not enter the gap G in a state where it is not sufficiently atomized.

[燃焼室内の吸気フローと点火タイミング]
図10は、圧縮行程初期(ピストン5がBDC付近)の燃焼室6の状態を、図11は、圧縮行程終盤(ピストン5がTDC付近)の燃焼室6の状態を、各々示す断面図である。圧縮行程初期においては、吸気行程で吸気側開口部41を通して吸気ポート9から燃焼室6に導入された吸気は、燃焼室6内でタンブル流FT乃至は図略のスワール流を形成する。タンブル流FTは、気筒軸と直交する方向を回転軸とする筒内渦流動、前記スワール流は気筒軸方向を回転軸とする筒内渦流動である。これらの筒内渦流動は、燃料と吸気とを混合し、混合気の生成に寄与する。
[Intake flow and ignition timing in combustion chamber]
FIG. 10 is a sectional view showing the state of the combustion chamber 6 at the initial stage of the compression stroke (piston 5 is near BDC), and FIG. 11 is a sectional view showing the state of the combustion chamber 6 at the end of the compression stroke (piston 5 is near TDC). . In the initial stage of the compression stroke, the intake air introduced into the combustion chamber 6 from the intake port 9 through the intake side opening 41 in the intake stroke forms a tumble flow FT or a swirl flow not shown in the combustion chamber 6. The tumble flow FT is an in-cylinder vortex flow whose rotation axis is in the direction orthogonal to the cylinder axis, and the swirl flow is an in-cylinder vortex flow whose rotation axis is the cylinder axis direction. These in-cylinder vortex flows mix fuel and intake air and contribute to the generation of an air-fuel mixture.

圧縮行程が進行し、ピストン5がTDCに近づくに連れて、一定の規則性を持ったタンブル流FTは徐々に潰され、乱流FRに変換されてゆく。圧縮行程終盤では、スワール流が少々残存するものの、乱流FRが支配的となる。冠面50にはキャビティ5C(小、大キャビティ51、52)が形成されているので、乱流FRはキャビティ5Cに集約されるようになる。   As the compression stroke proceeds and the piston 5 approaches TDC, the tumble flow FT having a certain regularity is gradually crushed and converted into a turbulent flow FR. At the end of the compression stroke, a small amount of swirl remains, but the turbulent flow FR becomes dominant. Since the cavity 5C (small, large cavities 51, 52) is formed on the crown surface 50, the turbulent flow FR is concentrated in the cavity 5C.

図12は、燃料噴射期間及び点火タイミングとクランク角との関係を示すタイムチャートである。本実施形態のエンジン本体1は、図12に示す、少なくともモードI及びモードIIの燃料噴射期間及び点火タイミングで、運転を成立させる。   FIG. 12 is a time chart showing the relationship between the fuel injection period, the ignition timing, and the crank angle. The engine body 1 of the present embodiment establishes operation at least in the fuel injection periods and ignition timings of mode I and mode II shown in FIG.

モードIは、上掲のリタードSI燃焼の実行の際に採用されるもので、燃料噴射期間PF1は圧縮行程のTDC前後、点火タイミングは膨張行程初期である。すなわち、TDCよりも前の圧縮行程終盤のクランク角−CA11のタイミングT11からインジェクタ18による燃料噴射が開始され、TDC後の膨張行程開始期のクランク角+CA12のタイミングT12まで燃料噴射が実行される。このタイミングT11〜T12が燃料噴射期間PF1である。その後、膨張行程初期の所定のクランク角+CA13のタイミングT13において、点火プラグ17によって混合気に点火される。一例を挙げると、−CA11は圧縮TDC前10°、+CA12は圧縮TDC後2°、+CA13は圧縮TDC後9°である。このモードIによれば、圧縮TDC前後で燃料が噴射されるので、ノッキングを防止することができる。   Mode I is employed when performing the above retarded SI combustion. The fuel injection period PF1 is before and after the TDC of the compression stroke, and the ignition timing is at the beginning of the expansion stroke. That is, the fuel injection by the injector 18 is started from the timing T11 of the crank angle −CA11 at the end of the compression stroke before TDC, and the fuel injection is executed until the timing T12 of the crank angle + CA12 at the start of the expansion stroke after TDC. These timings T11 to T12 are the fuel injection period PF1. Thereafter, the air-fuel mixture is ignited by the spark plug 17 at a predetermined crank angle + CA13 timing T13 in the initial stage of the expansion stroke. For example, -CA11 is 10 ° before compression TDC, + CA12 is 2 ° after compression TDC, and + CA13 is 9 ° after compression TDC. According to this mode I, since the fuel is injected before and after the compression TDC, knocking can be prevented.

モードIIは、上掲のSI燃焼及びSICI燃焼の際に採用されるもので、燃料噴射期間PF2は吸気行程の中期、点火タイミングは圧縮TDC付近である。すなわち、排気TDCからピストン5が半分程度下降するクランク角CA2を挟んだタイミングT21〜T22が、燃料噴射期間PF2とされる。点火タイミングは、圧縮TDCに至るタイミングT23である。一例を挙げると、CA2は排気TDC後70°である。なお、ノッキング防止のため、圧縮TDC前のクランク角CA3で、CA2に加えて追加的に燃料噴射を行わせても良い。   Mode II is employed in the above-described SI combustion and SICI combustion. The fuel injection period PF2 is in the middle of the intake stroke, and the ignition timing is in the vicinity of the compression TDC. That is, the timings T21 to T22 sandwiching the crank angle CA2 at which the piston 5 descends about half from the exhaust TDC are set as the fuel injection period PF2. The ignition timing is a timing T23 that reaches the compression TDC. As an example, CA2 is 70 ° after exhaust TDC. In order to prevent knocking, fuel injection may be additionally performed in addition to CA2 at the crank angle CA3 before compression TDC.

[燃焼動作]
続いて、燃焼室6における混合気の燃焼動作を説明する。先ず、図12のモードI(リタードSI燃焼)が採用された場合における燃焼動作を説明する。図13(A)、(B)及び図14(A)、(B)は、燃焼室6における混合気の燃焼状況を経時的に説明するための、冠面50の平面図である。
[Combustion operation]
Subsequently, the combustion operation of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 will be described. First, the combustion operation when the mode I (retard SI combustion) of FIG. 12 is employed will be described. 13A, 13B, 14A, and 14B are plan views of the crown surface 50 for explaining the combustion state of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 over time.

図13(A)は、図12のタイミングT12の直後の状態を示している。つまり、圧縮TDCの後、膨張行程においてピストン5が下降を開始している共に、圧縮TDCを跨いだ燃料噴射期間PF1が終了した状態である。このとき、冠面50の吸気側平面部55上に、逆スキッシュ流RSが発生する。逆スキッシュ流RSは、冠面50の径方向中心から径方向外側に向かうフローである。   FIG. 13A shows a state immediately after the timing T12 in FIG. That is, after the compression TDC, the piston 5 starts to descend in the expansion stroke, and the fuel injection period PF1 across the compression TDC has ended. At this time, a reverse squish flow RS is generated on the intake side plane portion 55 of the crown surface 50. The reverse squish flow RS is a flow from the radial center of the crown surface 50 toward the radially outer side.

吸気側平面部55は冠面50において最も高い位置にある平面であって、燃焼室天井面6Uの吸気側天面43(図2)と対向している。吸気側天面43は、吸気側平面部55と略平行な面であり、吸気側平面部55はピストン5がTDCにあるとき、冠面50において燃焼室天井面6Uに最も接近する領域となる。このため、ピストン5の下降によって吸気側平面部55と吸気側天面43との間が拡開することにより、両者間の空間には負圧が発生する。前記負圧によって燃焼室6内の流体が引き寄せられ、逆スキッシュ流RSを形成する。この意味で、吸気側平面部55は逆スキッシュ流生成部ということができる。   The intake side flat surface portion 55 is the flat surface at the highest position on the crown surface 50 and faces the intake side top surface 43 (FIG. 2) of the combustion chamber ceiling surface 6U. The intake-side top surface 43 is a surface substantially parallel to the intake-side flat surface portion 55, and the intake-side flat surface portion 55 is a region closest to the combustion chamber ceiling surface 6U on the crown surface 50 when the piston 5 is at TDC. . For this reason, when the piston 5 descends, the space between the intake-side flat surface portion 55 and the intake-side top surface 43 expands, so that a negative pressure is generated in the space between them. The fluid in the combustion chamber 6 is attracted by the negative pressure to form a reverse squish flow RS. In this sense, the intake side flat surface portion 55 can be referred to as a reverse squish flow generating portion.

なお、排気側平面部56も排気側天面44に同様に接近するが、吸気側平面部55は排気側平面部56に比べて投影面積が充分大きい。従って、前記逆スキッシュ流RSは、排気側平面部56の存在によって妨げられない。因みに、排気側平面部56が存在することにより、TDC付近において燃焼室天井面6Uと冠面50との間隔が狭くなり、TDC付近での燃料噴射された場合に、当該燃料が気筒2の内壁面(シリンダライナ)に直接付着することが防止される。   The exhaust side plane portion 56 is also close to the exhaust side top surface 44 in the same manner, but the projected area of the intake side plane portion 55 is sufficiently larger than that of the exhaust side plane portion 56. Therefore, the reverse squish flow RS is not hindered by the presence of the exhaust side plane portion 56. Incidentally, the existence of the exhaust side plane portion 56 reduces the distance between the combustion chamber ceiling surface 6U and the crown surface 50 in the vicinity of the TDC, and the fuel is injected into the cylinder 2 when the fuel is injected in the vicinity of the TDC. Direct adhesion to the wall surface (cylinder liner) is prevented.

燃料は、インジェクタ18のノズルヘッド18Nによって、小キャビティ51及び大キャビティ52に噴射される。ここで、大キャビティ52の大部分(排気側領域52A)は、排気側に配置されている。排気側は、燃焼後の高温ガスを排出する排気ポート10を有するので、吸気側よりも高温化している。従って、大キャビティ52に向けて噴射された燃料は、吸気側の熱によって比較的早く霧化し易くなり、短時間で充分に吸気と混合された混合気を得ることができる。   The fuel is injected into the small cavity 51 and the large cavity 52 by the nozzle head 18N of the injector 18. Here, most of the large cavity 52 (exhaust side region 52A) is disposed on the exhaust side. Since the exhaust side has the exhaust port 10 for discharging the high-temperature gas after combustion, the temperature is higher than that of the intake side. Therefore, the fuel injected toward the large cavity 52 is easily atomized relatively quickly by the heat on the intake side, and an air-fuel mixture sufficiently mixed with the intake air can be obtained in a short time.

そして、この大キャビティ52の混合気は、逆スキッシュ流RSによって吸気側に引き寄せられ、混合気フローF1が形成される。混合気フローF1は、大キャビティ52のC字形状に沿って吸気側へ流れ、当該C字形状の開放部分に位置する小キャビティ51に向かうフローである。なお、混合気フローF1の形成には、図15に基づき後述するように、吸気側と排気側との混合気の温度差も貢献している。   Then, the air-fuel mixture in the large cavity 52 is drawn toward the intake side by the reverse squish flow RS, and the air-fuel mixture flow F1 is formed. The air-fuel mixture flow F1 is a flow that flows toward the intake side along the C-shape of the large cavity 52 and moves toward the small cavity 51 that is located in the open portion of the C-shape. Note that, as will be described later with reference to FIG. 15, the temperature difference of the air-fuel mixture between the intake side and the exhaust side also contributes to the formation of the air-fuel mixture flow F1.

図13(B)は、図12のタイミングT13の直前の状態を示している。つまり、混合気に強制点火される直前の状態であり、特に小キャビティ51の状態に着目している。点火直前の燃焼室6内においては、タンブル流などの筒内主流がほとんど存在せず(スワール流が僅かに残る)、乱流が支配的となる。この燃焼室6内のうちの一部の乱流FR1が、図13(B)に示されているように、小キャビティ51に集約される。つまり、点火プラグ17の着火部17Aの周囲に乱流FR1が集約される。   FIG. 13B shows a state immediately before the timing T13 in FIG. That is, it is a state immediately before the air-fuel mixture is forcibly ignited, and the state of the small cavity 51 is particularly noted. In the combustion chamber 6 immediately before ignition, there is almost no in-cylinder main flow such as a tumble flow (a slight swirl flow remains), and the turbulent flow is dominant. A part of the turbulent flow FR1 in the combustion chamber 6 is concentrated in the small cavity 51 as shown in FIG. That is, the turbulent flow FR1 is collected around the ignition part 17A of the spark plug 17.

この集約は、小キャビティ51という凹部自体が乱流FR1を閉じ込める作用を有すること、上記の逆スキッシュ流RSに伴う混合気フローF1によって、大キャビティ52内の乱流が小キャビティ51へ導かれること、等によって達成される。また、大キャビティ52とは別個に独立して小キャビティ51が設けられていることも、前記集約に貢献している。すなわち、小キャビティ51が存在せず、単に一つの大きなキャビティが冠面50の径方向中央付近に凹設されているだけでは、乱流を当該キャビティに閉じ込めることはできるとしても、着火部17Aの周囲に乱流を集約することはできない。   This aggregation is because the small cavity 51 has a function of confining the turbulent flow FR1, and the turbulent flow in the large cavity 52 is guided to the small cavity 51 by the mixture flow F1 accompanying the reverse squish flow RS. Achieved by, etc. Further, the fact that the small cavities 51 are provided independently of the large cavities 52 also contributes to the aggregation. That is, if there is no small cavity 51 and only one large cavity is recessed near the radial center of the crown surface 50, turbulence can be confined in the cavity, but the ignition portion 17A Turbulence cannot be concentrated around.

図14(A)は、図12のタイミングT13の状態を示している。つまり、混合気への強制点火が行われた状態であり、図中に着火部17Aによる着火点IPを示している。この強制点火によって、小キャビティ51内において火炎が高速で拡がる。つまり、小キャビティ51に集約された混合気の乱流FR1が一気に燃焼し、燃焼領域B1を作る。これは、高温の排気側に配置された大キャビティ52で吸気と燃料が混合された混合気が、小キャビティ51に集約されることによって、小キャビティ51内の混合気(乱流FR1)の着火性が良好となっていることによる。なお、図13(B)では記載を省いたが、図14(A)に示す通り、大キャビティ52にも混合気の乱流FR2が閉じ込められている。但し、着火性は小キャビティ51内の乱流FR1に劣るので、この時点では燃焼していない。   FIG. 14A shows the state at timing T13 in FIG. That is, the ignition is performed on the air-fuel mixture, and the ignition point IP by the ignition unit 17A is shown in the drawing. By this forced ignition, the flame spreads in the small cavity 51 at high speed. That is, the turbulent flow FR1 of the air-fuel mixture collected in the small cavity 51 burns at a time to create a combustion region B1. This is because the air-fuel mixture in which the intake air and the fuel are mixed in the large cavity 52 arranged on the high-temperature exhaust side is concentrated in the small cavity 51, so that the air-fuel mixture (turbulent flow FR1) in the small cavity 51 is ignited. This is because the property is good. Although not shown in FIG. 13B, the turbulent flow FR2 of the air-fuel mixture is also confined in the large cavity 52 as shown in FIG. However, since the ignitability is inferior to the turbulent flow FR1 in the small cavity 51, it does not burn at this point.

図14(B)は、図12のタイミングT13の直後の状態を示している。つまり、燃焼が投影面積の大きい大キャビティ52、ひいては燃焼室6全体に拡がりつつある状態を示している。着火部17Aの周囲に形成された燃焼領域B1は、燃焼室6内の残りの混合気を燃焼させるための火種となる。すなわち、小キャビティ51で発生した火炎が、大キャビティ52に集約された混合気(乱流FR2)へ火炎伝播して、大キャビティ52内に燃焼領域B2を作り、これを拡張させてゆく。また、吸気側平面部55上では、ピストン5の下降に伴う負圧力の作用も相俟って火炎伝播し、燃焼領域B3を作る。   FIG. 14B shows a state immediately after the timing T13 in FIG. That is, the combustion is spreading to the large cavity 52 having a large projected area, and thus to the combustion chamber 6 as a whole. The combustion region B1 formed around the ignition part 17A serves as a fire type for burning the remaining air-fuel mixture in the combustion chamber 6. That is, the flame generated in the small cavity 51 propagates to the air-fuel mixture (turbulent flow FR2) concentrated in the large cavity 52 to create a combustion region B2 in the large cavity 52 and expand it. In addition, on the intake side flat portion 55, the flame is propagated together with the action of the negative pressure accompanying the lowering of the piston 5, thereby creating a combustion region B <b> 3.

さらに、燃焼領域B1の発生、或いは燃焼領域B1〜B3の発生による、燃焼室6内の高温高圧化によって、大キャビティ52及びその他の残部領域において自己着火B4による燃焼も発生する。これら火炎伝播及び自己着火によって、大キャビティ52内の混合気及びその他の残部領域において燃焼が急速に拡がる。従って、燃焼室6全体に火炎を高速で拡大させ、燃焼室6の空間全体を利用した均質燃焼を実現させることができる。なお、自己着火B4による燃焼が発生せず、火炎伝播のみで燃焼が完遂される場合もある。   Furthermore, combustion by self-ignition B4 also occurs in the large cavity 52 and other remaining regions due to the high temperature and high pressure in the combustion chamber 6 due to the generation of the combustion region B1 or the generation of the combustion regions B1 to B3. Due to these flame propagation and self-ignition, the combustion rapidly expands in the air-fuel mixture and other remaining regions in the large cavity 52. Therefore, the flame can be expanded at high speed in the entire combustion chamber 6, and homogeneous combustion utilizing the entire space of the combustion chamber 6 can be realized. In some cases, combustion by self-ignition B4 does not occur, and combustion is completed only by flame propagation.

次に、上述のモードIだけでなく、モードII(SI燃焼及びSICI燃焼)においても生じる燃焼動作について説明する。図15は、燃焼室6において発生する混合気フローF2を説明するための斜視図である。上述の通り、小キャビティ51は比較的低温の吸気側に、大キャビティ52は比較的高温の排気側寄りに、各々形成されている。燃焼室6の燃焼室壁面は、排気側の壁面の方が吸気側よりも高温となることから、燃焼室6内の混合気の温度も排気側がより高温となる。従って、大キャビティ52(排気側領域52A)に存在する混合気FAも高温となり、当該混合気FAは燃料の霧化が良好に進んだものとなる。   Next, the combustion operation that occurs not only in the above-described mode I but also in mode II (SI combustion and SICI combustion) will be described. FIG. 15 is a perspective view for explaining the air-fuel mixture flow F <b> 2 generated in the combustion chamber 6. As described above, the small cavity 51 is formed on the relatively cold intake side, and the large cavity 52 is formed on the relatively hot exhaust side. The combustion chamber wall surface of the combustion chamber 6 has a higher temperature on the exhaust side than on the intake side, so that the temperature of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 also becomes higher on the exhaust side. Therefore, the air-fuel mixture FA existing in the large cavity 52 (exhaust side region 52A) also becomes high temperature, and the fuel-air mixture FA has been well atomized.

圧縮行程においてピストン5が上昇しTDCに近づくにつれ、燃焼室6内の吸気側空間と排気側空間との間における混合気の温度差によって、図15に示すような混合気フローF2が発生する。すなわち、排気側の混合気FAの方が吸気側よりも高温であることから、当該温度差に基づき、混合気FAが大キャビティ52の有するC字形状に沿って流れる混合気フローF2が形成される。この混合気フローF2によって、高温で良好に燃料が霧化された混合気FAが、小キャビティ51に供給されることになる。つまり、着火部17Aの周囲に着火性に優れる混合気FAが供給される。従って、良好な着火性を得ることができる。   As the piston 5 rises and approaches TDC in the compression stroke, a mixture flow F2 as shown in FIG. 15 is generated due to the temperature difference of the mixture between the intake side space and the exhaust side space in the combustion chamber 6. That is, since the exhaust-side air-fuel mixture FA is hotter than the intake-air side, the air-fuel mixture flow F2 in which the air-fuel mixture FA flows along the C-shape of the large cavity 52 is formed based on the temperature difference. The By this mixture flow F2, the mixture FA in which the fuel is atomized well at a high temperature is supplied to the small cavity 51. That is, the air-fuel mixture FA having excellent ignitability is supplied around the ignition portion 17A. Therefore, good ignitability can be obtained.

[作用効果]
以上説明した本実施形態に係る火花点火式のエンジンの燃焼室構造によれば、次のような作用効果を奏する。本実施形態のエンジン本体1において、燃焼室6の底面を区画するピストン5の冠面50は、点火プラグ17の着火部17Aに対応する位置に凹設された小キャビティ51と、小キャビティ51に隣接する位置に凹設され、小キャビティ51よりも気筒軸方向の投影面積が大きい大キャビティ52とを備える。
[Function and effect]
According to the combustion chamber structure of the spark ignition engine according to the present embodiment described above, the following operational effects are obtained. In the engine body 1 of the present embodiment, the crown surface 50 of the piston 5 that defines the bottom surface of the combustion chamber 6 includes a small cavity 51 that is recessed at a position corresponding to the ignition portion 17A of the spark plug 17, and a small cavity 51. A large cavity 52 that is recessed at an adjacent position and has a larger projected area in the cylinder axial direction than the small cavity 51 is provided.

着火部17Aに対応する位置、つまり着火部17Aの直下位置に小キャビティ51が配置されているので、図13(B)に示したように、当該着火部17Aの周囲に混合気の乱流FR1が集約されるようになる。とりわけ、大キャビティ52は気筒軸方向視において、インジェクタ18を取り囲むようなC字形状を有し、小キャビティ51は、前記C字形状の開放部分に挟まれる位置に形成されている。従って、比較的高温の排気側で充分に霧化された混合気が、ピストン5がTDC付近に到達した際に、大キャビティ52のC字形状に沿って、小キャビティ51に集約される。   Since the small cavity 51 is disposed at a position corresponding to the ignition part 17A, that is, a position directly below the ignition part 17A, as shown in FIG. 13B, the turbulent flow FR1 of the air-fuel mixture around the ignition part 17A. Will be aggregated. In particular, the large cavity 52 has a C-shape that surrounds the injector 18 when viewed in the cylinder axial direction, and the small cavity 51 is formed at a position sandwiched between the C-shaped open portions. Therefore, the air-fuel mixture sufficiently atomized on the relatively high-temperature exhaust side is concentrated in the small cavity 51 along the C-shape of the large cavity 52 when the piston 5 reaches the vicinity of TDC.

このため、着火部17Aによる前記混合気への着火性が良好となり、また、小キャビティ51内において火炎を高速に拡げることができる。この小キャビティ51に隣接して、投影面積が大きい大キャビティ52が配置されている。当該大キャビティ52にも混合気の乱流FR2が集約されるため、小キャビティ51で発生した火炎が大キャビティ52内へ火炎伝播する、或いは前記火炎の発生に伴う高温化により自己着火が発生することによって、急速に大キャビティ52内の混合気、燃焼室6内の他の領域の混合気が燃焼する。従って、燃焼室6全体に火炎を高速で拡大させ、燃焼室6空間の全体を利用した均質燃焼を実現させることができる。また、ピストン5のTDE付近で混合気を高速燃焼させることができ、結果としてエンジン本体1に大きなエンジントルクを発生させることが可能となる。   For this reason, the ignitability to the air-fuel mixture by the igniting portion 17A is improved, and the flame can be spread at high speed in the small cavity 51. A large cavity 52 having a large projected area is disposed adjacent to the small cavity 51. Since the turbulent flow FR2 of the air-fuel mixture is also concentrated in the large cavity 52, the flame generated in the small cavity 51 propagates into the large cavity 52, or self-ignition occurs due to the high temperature accompanying the generation of the flame. As a result, the air-fuel mixture in the large cavity 52 and the air-fuel mixture in other areas in the combustion chamber 6 are burned rapidly. Therefore, a flame can be expanded at high speed in the whole combustion chamber 6, and the homogeneous combustion using the whole space of the combustion chamber 6 can be implement | achieved. Further, the air-fuel mixture can be burned at high speed in the vicinity of the TDE of the piston 5, and as a result, a large engine torque can be generated in the engine body 1.

また、小キャビティ51と大キャビティ52とが、稜線54を間に介して隣り合うように配置されている。従って、小キャビティ51と大キャビティ52との間にプラトー部が存在するような態様に比較して、図14(A)に例示したステップにおいて、小キャビティ51で発生した火炎が大キャビティ52内の混合気にスムースに燃え移るようにすることができる。これにより、燃焼室6全体としてより高速な燃焼を行わせることができる。   Moreover, the small cavity 51 and the large cavity 52 are arrange | positioned so that it may adjoin through the ridgeline 54 in between. Therefore, in comparison with a mode in which a plateau portion is present between the small cavity 51 and the large cavity 52, the flame generated in the small cavity 51 in the large cavity 52 in the step illustrated in FIG. The air-fuel mixture can be burned smoothly. Thereby, the combustion chamber 6 as a whole can perform faster combustion.

本実施形態では、燃焼室天井面6Uにインジェクタ18が配置され、直噴方式で燃料が燃焼室6に供給される。このため、TDCの直前で燃料噴射が可能となる。つまりキャビティ5Cにおいて乱流が多く発生するタイミングでの燃料噴射が可能となり、霧化する燃料と吸気とを前記乱流で良好に混合させることができる。また、TDC直前での燃料噴射によって、ノッキングを防止することができる。   In the present embodiment, an injector 18 is disposed on the combustion chamber ceiling surface 6U, and fuel is supplied to the combustion chamber 6 by a direct injection method. For this reason, fuel injection becomes possible immediately before TDC. In other words, fuel injection can be performed at a timing at which a large amount of turbulent flow is generated in the cavity 5C, and atomized fuel and intake air can be well mixed by the turbulent flow. Further, knocking can be prevented by fuel injection immediately before TDC.

上記のモードIのように、燃料がTDC付近で噴射される場合、燃料を早く霧化することが求められる。燃料の高速霧化は、高温環境を宛がうことで達成できる。この点に鑑み、本実施形態では、小キャビティ51を比較的低温となる吸気側に配置し、投影面積の大きい大キャビティ52を、比較的高温となる排気側寄りに配置している。これにより、大キャビティ52に向けて噴射された燃料は霧化し易くなる。従って、大キャビティ52内において短時間で良質な混合気を形成させることが可能となる。   When the fuel is injected in the vicinity of TDC as in the above mode I, it is required to atomize the fuel quickly. High-speed atomization of fuel can be achieved by applying a high temperature environment. In view of this point, in this embodiment, the small cavity 51 is disposed on the intake side where the temperature is relatively low, and the large cavity 52 having a large projected area is disposed near the exhaust side where the temperature is relatively high. Thereby, the fuel injected toward the large cavity 52 is easily atomized. Accordingly, it is possible to form a high-quality air-fuel mixture in the large cavity 52 in a short time.

また、点火プラグ17の着火部17Aは、L字型の接地電極172の先端部分(対向部173)が、インジェクタ18の配置位置から離間する方向を指向するように、燃焼室6に配置されている。これにより、着火部17Aの放電空間となるギャップGに、ノズルヘッド18Nから噴射された燃料が、充分に霧化しない状態で入り込まないようにすることができる。つまり、図2に示すように、接地電極172自身で噴射された燃料がブロックされるので、ギャップGを挟んだ中心電極171及び対向部173に霧化不足の燃料が直接付着して炭化する、いわゆるプラグ被りを防止できる。従って、小キャビティ51内の乱流と噴射燃料とが充分にミキシングされた混合気を、着火部17Aに到達させることができる。   The ignition portion 17A of the spark plug 17 is disposed in the combustion chamber 6 so that the tip portion (opposing portion 173) of the L-shaped ground electrode 172 is directed in a direction away from the position where the injector 18 is disposed. Yes. Thereby, it is possible to prevent the fuel injected from the nozzle head 18N from entering the gap G, which is the discharge space of the ignition unit 17A, in a state where the fuel is not sufficiently atomized. That is, as shown in FIG. 2, since the fuel injected by the ground electrode 172 itself is blocked, the fuel with insufficient atomization directly adheres to the center electrode 171 and the opposed portion 173 across the gap G and carbonizes. So-called plug covering can be prevented. Therefore, the air-fuel mixture in which the turbulent flow in the small cavity 51 and the injected fuel are sufficiently mixed can reach the ignition unit 17A.

図6に示したように、小キャビティ51の底面512は、大キャビティ52の底面522よりも気筒軸方向において高い位置に形成されている。このため、ピストン5がTDC付近にあるときに燃焼室6内で残存するスワール流を、図16に示すように、大キャビティ52から小キャビティ51へ向けて斜め上方へせり上がる斜めスワール流FSとすることができる。斜めスワール流FSは、小キャビティ51の上方領域において燃焼室天井面6Uに到達し得る。   As shown in FIG. 6, the bottom surface 512 of the small cavity 51 is formed at a higher position in the cylinder axis direction than the bottom surface 522 of the large cavity 52. For this reason, the swirl flow remaining in the combustion chamber 6 when the piston 5 is in the vicinity of the TDC and the slant swirl flow FS rising upward from the large cavity 52 toward the small cavity 51 as shown in FIG. can do. The oblique swirl flow FS can reach the combustion chamber ceiling surface 6U in the upper region of the small cavity 51.

着火部17Aは、燃焼室天井面6Uのプラグ凹部45に収容されている。プラグ凹部45の近傍には、着火時に発生するガス(残留ガス)が滞留しがちとなる。本実施形態では、着火部17Aは、小キャビティ51に対応する位置に配置されている。そして、斜めスワール流FSは、プラグ凹部45を通過する。このため、着火部17Aに存在する残量ガスを、斜めスワール流FSによって除去することができる。従って、着火部17Aに新鮮な混合気を与え、小キャビティ51内において火炎をより高速で拡げることができる。   The ignition part 17A is accommodated in the plug recess 45 of the combustion chamber ceiling surface 6U. In the vicinity of the plug recess 45, gas (residual gas) generated during ignition tends to stay. In the present embodiment, the ignition part 17 </ b> A is disposed at a position corresponding to the small cavity 51. The oblique swirl flow FS passes through the plug recess 45. For this reason, the residual gas which exists in the ignition part 17A can be removed by the diagonal swirl flow FS. Therefore, a fresh air-fuel mixture can be given to the ignition part 17A, and the flame can be expanded at a higher speed in the small cavity 51.

なお、より良好な斜めスワール流FSの形成のため、大キャビティ52の底面522の高さを、排気側が最も深く、C字形状の開放部分付近(稜線54付近)に向けて徐々に浅くなるように設定することが望ましい。このように、底面522が排気側領域52A(図5)から隣接領域52Cにかけてせり上がる底面522とすることで、より確実に着火部17Aを経由する斜めスワール流FSを発生させ易くすることができる。   In order to form a better oblique swirl flow FS, the height of the bottom surface 522 of the large cavity 52 is deepest on the exhaust side, and gradually becomes shallower toward the vicinity of the C-shaped open part (near the ridge line 54). It is desirable to set to. Thus, by making the bottom surface 522 rise from the exhaust side region 52A (FIG. 5) to the adjacent region 52C, the oblique swirl flow FS passing through the ignition portion 17A can be more easily generated. .

[変形実施形態]
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、次のような変形実施形態を取り得る。
[Modified Embodiment]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, The following modified embodiment can be taken.

(1)上記実施形態では、小キャビティ51と大キャビティ52とが、稜線54を間に介して隣り合うように配置されている例を示したが、両者は互いに隣接している限りにおいて、実質的に離間していても良い。図17は、変形例に係る冠面500を備えたピストンの模式的な斜視図である。小キャビティ51と大キャビティ52とは、互いに隣接しているものの、両者間にはプラトー(plateau)部58が介在している。プラトー部58は、小キャビティ51と大キャビティ52との間に存在する平面であり、両者を独立的な凹部としている。このような冠面500であっても、上述の小キャビティ51への乱流(混合気)の集約、小キャビティ51から大キャビティ52への火炎伝播が可能である。   (1) In the above-described embodiment, an example in which the small cavity 51 and the large cavity 52 are arranged so as to be adjacent to each other with the ridge line 54 therebetween is shown. May be separated. FIG. 17 is a schematic perspective view of a piston provided with a crown surface 500 according to a modification. Although the small cavity 51 and the large cavity 52 are adjacent to each other, a plateau portion 58 is interposed therebetween. The plateau portion 58 is a flat surface existing between the small cavity 51 and the large cavity 52, and both are formed as independent concave portions. Even in such a crown surface 500, the above-described turbulence (air mixture) can be concentrated in the small cavity 51, and flame propagation from the small cavity 51 to the large cavity 52 can be achieved.

(2)上記実施形態では、インジェクタ18のノズルヘッド18Nが燃焼室6内に配置され、直噴方式で燃料が燃焼室6に供給される例を示した。これに代えて、吸気ポート9にインジェクタ18を配置するポート噴射方式を採用しても良い。   (2) In the above embodiment, an example in which the nozzle head 18N of the injector 18 is disposed in the combustion chamber 6 and fuel is supplied to the combustion chamber 6 by the direct injection method has been described. Instead of this, a port injection method in which the injector 18 is arranged in the intake port 9 may be adopted.

(3)上記実施形態では、燃焼室天井面6Uに2つの吸気側開口部41が設けられる例を示した。そのうちの一つの吸気側開口部41に連通する吸気ポート9に、スワールコントロールバルブを設け、燃焼室6におけるスワール流を積極的に発生させることが可能な構成としても良い。スワール流を積極的に活用する状況において、前記スワールコントロールバルブによって一方の吸気側開口部41を閉止し、気筒軸回りの渦流であるスワール流を発生させ易くする。例えば、上掲のSI燃焼やSICI燃焼(モードII)の燃焼において、前記スワールコントロールバルブを動作させることが望ましい。   (3) In the said embodiment, the example in which the two intake side opening parts 41 were provided in the combustion chamber ceiling surface 6U was shown. A swirl control valve may be provided in the intake port 9 that communicates with one of the intake side openings 41 so that a swirl flow in the combustion chamber 6 can be actively generated. In a situation where the swirl flow is actively utilized, one of the intake side openings 41 is closed by the swirl control valve to facilitate the generation of a swirl flow that is a vortex around the cylinder axis. For example, it is desirable to operate the swirl control valve in the above-described SI combustion or SICI combustion (mode II) combustion.

1 エンジン本体
2 気筒(燃焼室壁面)
3 シリンダブロック(燃焼室構成部材)
4 シリンダヘッド(燃焼室構成部材)
5 ピストン(燃焼室構成部材)
5C キャビティ
50 冠面(燃焼室壁面)
51 小キャビティ(第1キャビティ)
511 第1周縁
512 底面
52 大キャビティ(第2キャビティ)
521 第2周縁
522 底面
54 稜線(共通周縁部)
6 燃焼室
6U 燃焼室天井面(燃焼室壁面)
9 吸気ポート
10 排気ポート
11 吸気バルブ(燃焼室構成部材)
12 排気バルブ(燃焼室構成部材)
17 点火プラグ
17A 着火部
172 接地電極
173 対向部(先端部分)
18 インジェクタ(燃料噴射弁)
181 噴射孔
1 Engine body 2 Cylinder (combustion chamber wall)
3 Cylinder block (combustion chamber component)
4 Cylinder head (combustion chamber component)
5 Piston (combustion chamber component)
5C Cavity 50 Crown surface (combustion chamber wall surface)
51 Small cavity (first cavity)
511 First peripheral edge 512 Bottom surface 52 Large cavity (second cavity)
521 Second peripheral edge 522 Bottom face 54 Edge line (common peripheral edge)
6 Combustion chamber 6U Ceiling surface of combustion chamber (wall surface of combustion chamber)
9 Intake port 10 Exhaust port 11 Intake valve (combustion chamber component)
12 Exhaust valve (combustion chamber component)
17 Spark plug 17A Ignition part 172 Ground electrode 173 Opposing part (tip part)
18 Injector (fuel injection valve)
181 injection hole

Claims (5)

火花点火式のエンジンの燃焼室構造であって、
気筒及びピストンを含むエンジンの燃焼室を区画する燃焼室壁面を有する燃焼室構成部材と、
前記燃焼室内に着火部が配置された点火プラグと、を備え、
前記燃焼室壁面の一部は、前記ピストンの冠面と、前記冠面と対向する燃焼室天井面とで形成され、
前記冠面は、
前記着火部に対応する位置に凹設された第1キャビティと、
前記第1キャビティに隣接する位置に凹設され、前記第1キャビティよりも気筒軸方向の投影面積が大きい第2キャビティと、を含み、
前記燃焼室天井面には、前記燃焼室に燃料を噴射するための燃料噴射弁が配置され、
前記燃料噴射弁は、前記ピストンが上死点位置又はその近傍にあるときに、前記第1キャビティの方向及び前記第2キャビティの方向の双方へ燃料を噴射可能であり、
前記燃焼室天井面には、吸気ポートと排気ポートとが配置され、前記燃焼室において前記吸気ポートが配置される側を吸気側、前記排気ポートが配置される側を排気側とするとき、
前記点火プラグの前記着火部は、前記燃料噴射弁よりも前記吸気側寄りに配置され、前記第2キャビティの少なくとも一部は、前記燃料噴射弁よりも前記排気側寄りに配置され、
前記第2キャビティは、前記冠面の気筒軸方向視において、前記燃料噴射弁を取り囲むような略C字形状を有し、
前記第1キャビティは、前記C字形状の開放部分に挟まれる位置に形成されている、
ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
A combustion chamber structure of a spark ignition type engine,
A combustion chamber component having a combustion chamber wall surface defining a combustion chamber of an engine including a cylinder and a piston;
A spark plug having an ignition part disposed in the combustion chamber,
A part of the combustion chamber wall surface is formed by a crown surface of the piston and a combustion chamber ceiling surface facing the crown surface ,
The crown surface is
A first cavity recessed at a position corresponding to the ignition portion;
Said first recessed at a position adjacent to the cavity, seen including a second cavity projected area of the cylinder axis direction is larger than the first cavity,
A fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber is disposed on the combustion chamber ceiling surface,
The fuel injection valve is capable of injecting fuel in both the direction of the first cavity and the direction of the second cavity when the piston is at or near the top dead center position,
An intake port and an exhaust port are disposed on the combustion chamber ceiling surface, and when the intake port is disposed in the combustion chamber on the intake side, and the exhaust port is disposed on the exhaust side.
The ignition part of the spark plug is disposed closer to the intake side than the fuel injection valve, and at least a part of the second cavity is disposed closer to the exhaust side than the fuel injection valve,
The second cavity has a substantially C-shape that surrounds the fuel injection valve as viewed in the cylinder axial direction of the crown surface,
The first cavity is formed at a position sandwiched between the C-shaped open portions.
An engine combustion chamber structure characterized by that.
火花点火式のエンジンの燃焼室構造であって、A combustion chamber structure of a spark ignition type engine,
気筒及びピストンを含むエンジンの燃焼室を区画する燃焼室壁面を有する燃焼室構成部材と、  A combustion chamber component having a combustion chamber wall surface defining a combustion chamber of an engine including a cylinder and a piston;
前記燃焼室内に着火部が配置された点火プラグと、を備え、  A spark plug having an ignition part disposed in the combustion chamber,
前記燃焼室壁面の一部は、前記ピストンの冠面と、前記冠面と対向する燃焼室天井面とで形成され、  A part of the combustion chamber wall surface is formed by a crown surface of the piston and a combustion chamber ceiling surface facing the crown surface,
前記冠面は、  The crown surface is
前記着火部に対応する位置に凹設された第1キャビティと、    A first cavity recessed at a position corresponding to the ignition portion;
前記第1キャビティに隣接する位置に凹設され、前記第1キャビティよりも気筒軸方向の投影面積が大きい第2キャビティと、を含み、    A second cavity recessed at a position adjacent to the first cavity and having a larger projected area in the cylinder axis direction than the first cavity,
前記燃焼室天井面には、前記燃焼室に燃料を噴射するための燃料噴射弁が配置され、  A fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber is disposed on the combustion chamber ceiling surface,
前記燃焼室天井面には、吸気ポートと排気ポートとが配置され、前記燃焼室において前記吸気ポートが配置される側を吸気側、前記排気ポートが配置される側を排気側とするとき、  An intake port and an exhaust port are disposed on the combustion chamber ceiling surface, and when the intake port is disposed in the combustion chamber on the intake side, and the exhaust port is disposed on the exhaust side.
前記点火プラグの前記着火部は、前記燃料噴射弁よりも前記吸気側寄りに配置され、前記第2キャビティの少なくとも一部は、前記燃料噴射弁よりも前記排気側寄りに配置され、  The ignition part of the spark plug is disposed closer to the intake side than the fuel injection valve, and at least a part of the second cavity is disposed closer to the exhaust side than the fuel injection valve,
前記第2キャビティは、前記冠面の気筒軸方向視において、前記燃料噴射弁を取り囲むような略C字形状を有し、  The second cavity has a substantially C-shape that surrounds the fuel injection valve as viewed in the cylinder axial direction of the crown surface,
前記第1キャビティは、前記C字形状の開放部分に挟まれる位置に形成されている、  The first cavity is formed at a position sandwiched between the C-shaped open portions.
ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。An engine combustion chamber structure characterized by that.
請求項1又は2に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記第1キャビティは、当該第1キャビティの外周縁である第1周縁を含み、
前記第2キャビティは、当該第2キャビティの外周縁である第2周縁を含み、
前記第1周縁の一部は、前記第2周縁の一部を兼ねる共通周縁部であり、該共通周縁部は稜線である、エンジンの燃焼室構造。
The engine combustion chamber structure according to claim 1 or 2 ,
The first cavity includes a first peripheral edge that is an outer peripheral edge of the first cavity;
The second cavity includes a second peripheral edge that is an outer peripheral edge of the second cavity;
A part of the first peripheral edge is a common peripheral edge part also serving as a part of the second peripheral edge, and the common peripheral edge part is a ridge line.
請求項1〜3のいずれか1項に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記着火部は、L字型に折曲された接地電極を含み、
前記燃料噴射弁は、前記第1キャビティを指向した噴射孔を含み、
前記着火部は、前記燃料噴射弁と前記第1キャビティとの間に配置され、且つ、前記接地電極の前記L字型の先端部分が前記燃料噴射弁の配置位置から離間する方向を指向するように、前記燃焼室に配置されている、エンジンの燃焼室構造。
The engine combustion chamber structure according to any one of claims 1 to 3 ,
The ignition part includes a ground electrode bent in an L shape,
The fuel injection valve includes an injection hole directed to the first cavity,
The ignition portion is disposed between the fuel injection valve and the first cavity, and is directed to a direction in which the L-shaped tip portion of the ground electrode is separated from a position where the fuel injection valve is disposed. And an engine combustion chamber structure disposed in the combustion chamber.
請求項1〜4のいずれか1項に記載のエンジンの燃焼室構造において、
前記第1キャビティの底面は、前記第2キャビティの底面よりも気筒軸方向において高い位置に形成されている、エンジンの燃焼室構造。
In the combustion chamber structure of the engine according to any one of claims 1 to 4 ,
The combustion chamber structure of the engine, wherein the bottom surface of the first cavity is formed at a position higher in the cylinder axial direction than the bottom surface of the second cavity.
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