JPH07102976A - Inter-cylinder injection type spark ignition engine - Google Patents

Inter-cylinder injection type spark ignition engine

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JPH07102976A
JPH07102976A JP5249174A JP24917493A JPH07102976A JP H07102976 A JPH07102976 A JP H07102976A JP 5249174 A JP5249174 A JP 5249174A JP 24917493 A JP24917493 A JP 24917493A JP H07102976 A JPH07102976 A JP H07102976A
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JP
Japan
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fuel
swirl
fuel injection
piston
combustion chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP5249174A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuo Kobayashi
辰夫 小林
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPH07102976A publication Critical patent/JPH07102976A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24Cylinder heads
    • F02F1/42Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F02F1/4214Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads specially adapted for four or more valves per cylinder
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/12Other methods of operation
    • F02B2075/125Direct injection in the combustion chamber for spark ignition engines, i.e. not in pre-combustion chamber
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

PURPOSE:To form intended uniform fuel mixture by surely atomizing fuel injected in an air intaking stroke and attached to the top surface of a piston by utilizing a swirl. CONSTITUTION:A fuel injection valve 11 positioned in a peripheral part of upper side of a combustion chamber for taking charge of compression stroke fuel injection for forming concentrated fuel mixture adjacent to a sparking plug 1 and air intaking stroke fuel injection for forming uniform fuel mixture around this concentrated fuel mixture is mounted in an inter-cylinder injection type spark ignition engine. The inter-cylinder injection type ignition engine includes a swirl generating means for generating a swirl and a piston 2 extending to the fuel injection valve 11 from downward of the sparking plug 1 and having almost plane bottom face 101d and a top face formed in a recessed groove where the end face 101a of the sparking plug 1 side is extending upward. A slanting face reaches the recessed groove while gradually coming down to revolving direction of the swirl is mounted adjacently to the periphery of the top face of the piston.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、直接気筒内へ燃料を噴
射し、それにより形成される混合気を点火栓によって着
火燃焼させる筒内噴射式火花点火機関に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an in-cylinder injection spark ignition engine in which fuel is directly injected into a cylinder and an air-fuel mixture formed thereby is ignited and burned by an ignition plug.

【0002】[0002]

【従来の技術】この筒内噴射式火花点火機関を使用し
て、低中負荷時は点火栓近傍にのみ濃厚な混合気を形成
する低燃費の成層燃焼を実行させ、高負荷時には高出力
を得ることが可能な均一燃焼を実行させることが公知で
ある。特開平2−125911号広報には、このような
筒内噴射式火花点火機関と燃焼室内を軸線回りに旋回す
るスワールを生成可能な吸気通路を組み合わせて、特に
低中負荷時にこのスワールを利用した良好な成層燃焼を
実現させることを意図するものが記載されている。
2. Description of the Related Art This in-cylinder injection spark ignition engine is used to execute a fuel-efficient stratified combustion in which a rich air-fuel mixture is formed only in the vicinity of the spark plug when the load is low and medium, and a high output is provided when the load is high. It is known to carry out the obtainable homogeneous combustion. In Japanese Patent Laid-Open No. 2-125911, such a cylinder injection type spark ignition engine and an intake passage capable of generating a swirl that swirls around the axis of the combustion chamber are combined, and this swirl is used especially at low and medium loads. Those intended to achieve good stratified combustion are described.

【0003】前述の筒内噴射式火花点火機関は、その頂
面に凹部が形成されたピストンを有し、成層燃焼実行時
において、圧縮行程後半に燃料をこの凹部に向けて噴射
し、この凹部を利用して気筒中心部に位置する点火栓近
傍に霧化された燃料を立ち上げて濃厚な混合気を形成さ
せるものである。前述のスワールは、燃焼速度を早めて
燃焼を良好なものとすることができると共に、主に燃焼
室外周部を旋回するために、このように形成された濃厚
な混合気を飛散させることなく点火栓近傍に滞留させる
ことができる。
The above-mentioned cylinder injection type spark ignition engine has a piston having a recess formed on the top surface thereof, and when stratified charge combustion is executed, fuel is injected toward the recess during the latter half of the compression stroke, and the recess is formed. Is used to raise atomized fuel near the spark plug located in the center of the cylinder to form a rich air-fuel mixture. The swirl described above can accelerate the combustion speed to improve the combustion and mainly swirl around the outer periphery of the combustion chamber, so that the rich air-fuel mixture formed in this way is ignited without scattering. Can be retained near the stopper.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】機関中負荷時の成層燃
焼は、低負荷時に比較して高い出力が必要であるために
燃料噴射量が増加する。このように増加された燃料を全
て圧縮行程後半に噴射すると、点火栓近傍に形成される
混合気が非常に濃厚になり、逆に失火する可能性がある
ために、前述の従来技術において増加分の燃料は吸気行
程中に噴射され、点火栓近傍の周囲に均一混合気を形成
させることが意図されている。
In the stratified charge combustion at the time of medium load of the engine, the fuel injection amount increases because a high output is required as compared with the time of low load. When all the fuel thus increased is injected in the latter half of the compression stroke, the air-fuel mixture formed in the vicinity of the spark plug becomes extremely rich and may cause misfire. Fuel is injected during the intake stroke and is intended to form a homogeneous mixture around the spark plug.

【0005】しかし、吸気行程中における燃料噴射は、
ピストンが下降中であり、圧縮行程に比較して燃料のピ
ストンへの衝突速度がかなり小さくなるために、凹部に
噴射された燃料は圧縮行程にように霧化されて立ち上が
ることはなく、凹部に付着したままとなり、意図する均
一混合気を形成することはできないだけでなく、スモー
ク発生の原因となる。
However, the fuel injection during the intake stroke is
Since the piston is descending and the collision speed of fuel to the piston is much lower than that in the compression stroke, the fuel injected into the recess does not atomize and rise as in the compression stroke, Not only cannot the intended homogeneous mixture be formed, it will remain attached, and it will cause smoke.

【0006】従って、本発明の第一の目的は、吸気行程
に噴射されてピストンに付着する燃料をスワールを利用
して確実に霧化させ、意図する均一混合気を形成するこ
とができる筒内噴射式火花点火機関を提供することであ
る。
Therefore, a first object of the present invention is to reliably atomize the fuel injected in the intake stroke and adhering to the piston by using a swirl to form an intended uniform air-fuel mixture. An object is to provide an injection spark ignition engine.

【0007】また、本発明の第二の目的は、第一の目的
に加えて、霧化された燃料をスワールを利用してさらに
良好な均一混合気を形成することができる筒内噴射式火
花点火機関を提供することである。
A second object of the present invention is, in addition to the first object, an in-cylinder injection type spark capable of forming a better uniform air-fuel mixture by using atomized fuel by using a swirl. It is to provide an ignition engine.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明による第一の筒内
噴射式火花点火機関は、燃焼室上側の略中心に位置する
点火栓と、少なくとも特定機関運転状態において、前記
点火栓近傍に濃厚な混合気を形成するための圧縮行程燃
料噴射及び前記濃厚な混合気の回りに均一混合気を形成
するための吸気行程燃料噴射を担当し、燃焼室上側の周
縁部に位置する燃料噴射弁と、少なくとも前記特定機関
運転状態において燃焼室内にその軸線回りに旋回するス
ワールを生成するスワール生成手段と、前記点火栓の下
方から前記燃料噴射弁側に向けて延在し、ほぼ平坦な底
面を有し、前記点火栓側の端面が上方向に延在する凹状
溝が形成された頂面を有するピストン、とを具備し、前
記凹状溝の底面に前記燃料噴射弁から噴射された燃料が
斜め上方向から衝突するようになっており、前記ピスト
ンの頂面の外周部近傍には、前記スワールの旋回方向に
徐々に下がりながら前記凹状溝に達する傾斜面が設けら
れていることを特徴とする。
A first in-cylinder injection type spark ignition engine according to the present invention includes a spark plug located substantially in the center of an upper side of a combustion chamber, and a rich concentration near the spark plug at least in a specific engine operating state. A fuel injection valve located at the upper peripheral edge of the combustion chamber, which is in charge of compression stroke fuel injection for forming a rich air-fuel mixture and intake stroke fuel injection for forming a uniform air-fuel mixture around the rich air-fuel mixture. A swirl generating means for generating a swirl swirling around its axis in the combustion chamber at least in the operating state of the specific engine; and a substantially flat bottom surface extending from below the spark plug toward the fuel injection valve side. A piston having a top surface on which an end surface on the side of the spark plug extends upwardly is formed, and the fuel injected from the fuel injection valve is obliquely upward on the bottom surface of the recessed groove. Opposition from the direction Has become so doing, the vicinity of the outer periphery of the top surface of the piston, characterized in that the inclined surface reaches the concave groove while gradually falls in the turning direction of the swirl is provided.

【0009】また、本発明による第二の筒内噴射式火花
点火機関は、前述の第一の筒内噴射式火花点火機関にお
いて、前記凹状溝の点火栓側の端面は、燃焼室中心から
偏心して上方向に延在していることを特徴とする。
A second in-cylinder injection spark ignition engine according to the present invention is the above-described first in-cylinder injection spark ignition engine, wherein the end face of the concave groove on the spark plug side is offset from the center of the combustion chamber. It is characterized in that it extends in the upward direction.

【0010】[0010]

【作用】前述の第一の筒内噴射式火花点火機関によれ
ば、特定機関運転状態において、吸気行程中に凹状溝の
底面に噴射され、そこに付着する燃料は、ピストンの頂
面に接して旋回するスワールの一部が凹状溝に流入する
ために良好に霧化され、このスワールと共に凹状溝の点
火栓側の端面に沿って立ち上げられる。
According to the above-described first in-cylinder injection type spark ignition engine, fuel is injected to the bottom surface of the concave groove during the intake stroke and adheres to the top surface of the piston during the intake stroke in the specific engine operating state. A part of the swirl swirling around is satisfactorily atomized because it flows into the concave groove, and together with this swirl, it is launched along the end surface on the spark plug side of the concave groove.

【0011】また、前述の第二の筒内噴射式火花点火機
関によれば、第一の筒内噴射式火花点火機関と同様に、
凹状溝に付着する燃料はスワールの一部によって霧化さ
れて凹状溝の端面に沿って立ち上げられ、さらにこの位
置が燃焼室中心から偏心しているために、直ぐに燃焼室
外周部を旋回するスワールに取り込まれて均一化され
る。
Further, according to the above-mentioned second cylinder injection type spark ignition engine, like the first cylinder injection type spark ignition engine,
The fuel adhering to the concave groove is atomized by a part of the swirl and rises along the end surface of the concave groove, and since this position is eccentric from the center of the combustion chamber, the swirl swirls immediately around the outer periphery of the combustion chamber. It is taken in and homogenized.

【0012】[0012]

【実施例】図1は、本発明による筒内噴射式火花点火機
関の概略平面図である。同図に示すように、燃焼室上側
の略中心には点火プラグ1が配置されている。燃焼室に
は、互いに隣接する第1及び第2吸気通路2,3と第1
及び第2排気通路4,5とが第1及び第2吸気弁6,7
と第1及び第2排気弁8,9とを介して接続されてい
る。
1 is a schematic plan view of a cylinder injection type spark ignition engine according to the present invention. As shown in the figure, an ignition plug 1 is arranged substantially at the center of the upper side of the combustion chamber. In the combustion chamber, the first and second intake passages 2 and 3 and the first intake passage 2
And the second exhaust passages 4, 5 are the first and second intake valves 6, 7
And the first and second exhaust valves 8 and 9 are connected to each other.

【0013】第1吸気通路2は燃焼室内にその軸線回り
に矢印で示す方向に旋回するスワールを生成可能なヘリ
カルポートであり、一方第2吸気通路3はストレートポ
ートであり、スワールコントロールバルブ(以下SCV
で表す)10が配置されている。このSCV10は、一
般的に、機関負荷の増加に伴いその開度が大きくなるよ
うに開度制御されるものである。それにより、必要吸気
量を確実に燃焼室へ供給することができ、また機関中負
荷時までは主にヘリカルポート2は使用されるために燃
焼室内にスワールを形成することができる。燃料噴射弁
11は、第1及び第2吸気弁6,7の間から燃焼室内に
燃料を噴射するように配置されている。
The first intake passage 2 is a helical port that can generate a swirl that swirls around its axis in the direction indicated by the arrow in the combustion chamber, while the second intake passage 3 is a straight port, which is a swirl control valve (hereinafter referred to as a swirl control valve). SCV
10) are arranged. The opening of the SCV 10 is generally controlled so that the opening thereof increases as the engine load increases. As a result, the required intake air amount can be reliably supplied to the combustion chamber, and since the helical port 2 is mainly used until the engine medium load, swirl can be formed in the combustion chamber. The fuel injection valve 11 is arranged so as to inject fuel into the combustion chamber from between the first and second intake valves 6 and 7.

【0014】図2及び図3は、図1の筒内噴射式火花点
火機関の概略縦断面図である。前述した吸気通路及び排
気通路は図を見やすくするために省略されている。図2
はピストン12が吸気行程前半にある状態を示し、図3
はピストン12が圧縮行程後半にある状態を示してい
る。燃料噴射弁11はピストン12頂面に向けて円錐状
に燃料を噴射するものであり、噴射された燃料は一点鎖
線で図示されている。
2 and 3 are schematic vertical sectional views of the cylinder injection type spark ignition engine of FIG. The intake passage and the exhaust passage described above are omitted for clarity of the drawing. Figure 2
3 shows the state in which the piston 12 is in the first half of the intake stroke.
Shows the state where the piston 12 is in the latter half of the compression stroke. The fuel injection valve 11 injects fuel in a conical shape toward the top surface of the piston 12, and the injected fuel is shown by a chain line.

【0015】図4はピストン12の形状を示す図であ
り、(A)は平面図、(B)はそのP−P断面図であ
る。図示されているように、中心部が隆起するピストン
12の頂面には、点火プラグ1の真下から燃料噴射弁1
1側に扇形に広がる溝101が形成されている。点火プ
ラグ1は、燃焼室の略中心に位置するが、詳細には燃料
噴射弁11の反対側に多少偏心して設置されており、そ
れに伴い溝101の点火プラグ側端部も同様に燃焼室中
心に対して偏心している。溝101の点火プラグ側端部
を構成する円弧状端面101aとその近傍の第1側壁1
01b及び第2側壁101cは、ほぼ平坦に形成された
底面101dと所定半径の円弧をもって滑らかに接続さ
れ、それらの底面101d側に点線で示すような凹部1
01eが形成されているが略垂直に延在している。
4A and 4B are views showing the shape of the piston 12, FIG. 4A being a plan view and FIG. 4B being a sectional view taken along the line P--P. As shown in the figure, on the top surface of the piston 12 whose central portion is raised, the fuel injection valve 1
A fan-shaped groove 101 is formed on the first side. Although the spark plug 1 is located substantially in the center of the combustion chamber, in detail, it is installed on the opposite side of the fuel injection valve 11 with some eccentricity. Accordingly, the end of the groove 101 on the spark plug side is also centered in the combustion chamber. Is eccentric to. An arcuate end surface 101a that constitutes the spark plug side end of the groove 101 and the first side wall 1 in the vicinity thereof
01b and the second side wall 101c are smoothly connected to the substantially flat bottom surface 101d with an arc having a predetermined radius, and the recess 1 as shown by the dotted line on the bottom surface 101d side.
01e is formed, but extends substantially vertically.

【0016】またピストン12の頂面外周部には、スワ
ールの旋回方向に徐々に下がりながら溝101のスワー
ル上流側の第1側壁101bに達し、溝101の底面1
01dに滑らかに接続される傾斜面102が形成されて
いる。
On the outer periphery of the top surface of the piston 12, the first sidewall 101b on the swirl upstream side of the groove 101 is gradually lowered in the swirl turning direction, and the bottom surface 1 of the groove 101 is formed.
The inclined surface 102 that is smoothly connected to 01d is formed.

【0017】このように構成された筒内噴射式火花点火
機関は、図5に示すマップを基に燃料噴射開始時期が決
定され、負荷に応じた必要燃料量が燃焼室内に供給され
た時に燃料噴射が終了される。図5における低負荷領域
Aでは、燃料噴射開始時期が圧縮行程後半に設定され、
高負荷領域Cでは吸気行程前半に設定されている。低負
荷領域Aにおいて圧縮行程後半に噴射される燃料は、図
3に示すように、ピストン12頂面の溝101の底面1
01dに斜め上方向から衝突する。衝突時の燃料とピス
トン12との相対速度は、ピストン12が上昇中である
ためにかなり速くなり、その勢いにより、衝突する燃料
は、ピストン12の熱によって徐々に気化しながら溝1
01内をその点火プラグ側端部方向に移動する。溝10
1の二つの側壁101b,101cの間の距離は、この
方向に徐々に狭められているために、噴射され底面10
1dに広がった燃料は溝101内の空気と混ざりながら
この点火プラグ側端部に集中し、円弧状端面101aに
沿って適度な濃混合気として上昇する。
In the in-cylinder injection spark ignition engine thus constructed, the fuel injection start timing is determined based on the map shown in FIG. 5, and when the required fuel amount corresponding to the load is supplied to the combustion chamber, the fuel is injected. The injection is ended. In the low load region A in FIG. 5, the fuel injection start timing is set in the latter half of the compression stroke,
In the high load region C, it is set in the first half of the intake stroke. The fuel injected in the latter half of the compression stroke in the low load region A is, as shown in FIG. 3, the bottom surface 1 of the groove 101 on the top surface of the piston 12.
01d from diagonally above. The relative velocity between the fuel and the piston 12 at the time of collision is considerably high because the piston 12 is moving upward, and due to its momentum, the fuel that collides is gradually vaporized by the heat of the piston 12 and gradually moves into the groove 1
The inside of 01 is moved toward the end portion on the spark plug side. Groove 10
Since the distance between the two side walls 101b and 101c of No. 1 is gradually narrowed in this direction, the injected bottom surface 10
The fuel spread in 1d is mixed with the air in the groove 101 and concentrated on the end portion on the spark plug side, and rises as an appropriate rich air-fuel mixture along the arcuate end surface 101a.

【0018】この時、SCV10は全閉に近く、燃焼室
内には強いスワールが形成されているが、これは燃焼室
の外周部を旋回するものであるために、このように燃焼
室中心部を上昇する濃厚な混合気は、スワールによって
あまり飛散されることなく、その真上に配置された点火
プラグ1近傍に集中させることができ、確実な着火性が
保証され、次にその回りの非常に希薄な混合気をスワー
ルを利用して良好に燃焼させる低燃費の成層燃焼を実現
することができる。
At this time, the SCV 10 is almost fully closed, and a strong swirl is formed in the combustion chamber. This swirls the outer peripheral portion of the combustion chamber, and thus the central portion of the combustion chamber is The rising rich air-fuel mixture can be concentrated in the vicinity of the spark plug 1 arranged right above it without being scattered by the swirl, ensuring a reliable ignitability, and then extremely It is possible to realize low fuel consumption stratified combustion in which a lean air-fuel mixture is satisfactorily burned by using a swirl.

【0019】高負荷領域Cにおいて吸気行程前半に噴射
される燃料は、多量の吸気によってその殆どがピストン
12頂面に到達する以前に霧化混合され、またピストン
12頂面に付着する燃料はその熱によって気化され、点
火までに十分に均一化された混合気を形成する。この
時、SCV10が全開に近く燃焼室内にはスワールが形
成されていないが、成層燃焼より高出力を得るのに有利
な良好な均一燃焼がスワールを利用することなく実現さ
れる。
Most of the fuel injected in the first half of the intake stroke in the high load region C is atomized and mixed by a large amount of intake air before reaching the top surface of the piston 12, and the fuel adhering to the top surface of the piston 12 is the same. It is vaporized by heat and forms a sufficiently homogenized mixture by ignition. At this time, the SCV 10 is almost fully opened and no swirl is formed in the combustion chamber, but good uniform combustion advantageous for obtaining a higher output than that of stratified combustion is realized without using the swirl.

【0020】図5における中負荷領域Bでは、燃料噴射
開始時期が吸気行程前半と圧縮行程後半に分けて設定さ
れている。圧縮行程後半に噴射される燃料は、低負荷領
域Aと同様に点火プラグ1近傍に濃厚な混合気を形成す
るのに使用され、吸気行程前半に噴射される燃料は、こ
の濃厚な混合気の回りに比較的希薄な均一混合気を形成
するのに使用される。このような混合気形成は、低負荷
領域Aより高出力の成層燃焼を実現することを意図する
ものである。
In the middle load region B in FIG. 5, the fuel injection start timing is set separately for the first half of the intake stroke and the second half of the compression stroke. The fuel injected in the latter half of the compression stroke is used to form a rich air-fuel mixture in the vicinity of the spark plug 1 as in the low load region A, and the fuel injected in the first half of the intake stroke is of this rich air-fuel mixture. Used to form a relatively lean homogeneous mixture around. Such mixture formation is intended to realize stratified combustion with a higher output than in the low load region A.

【0021】この中負荷領域Bにおける燃料噴射時期制
御は、詳細には、図6に示すように機関回転数に応じて
若干のずれが設けられている。同図は、所定負荷の時の
燃料噴射弁11の開閉弁時期を示すものであり、同一開
弁時期とすると機関回転数が高い程閉弁から点火までの
時間が短くなり、所望の混合気形成が困難となるため
に、機関回転数が高い程、開弁時期が早められている。
この考え方は、前述した低負荷領域A及び高負荷領域C
にも適用可能である。
In detail, the fuel injection timing control in the medium load region B is provided with a slight deviation according to the engine speed as shown in FIG. This figure shows the opening / closing valve timing of the fuel injection valve 11 under a predetermined load. When the valve opening timing is the same, the higher the engine rotational speed, the shorter the time from valve closing to ignition, and the desired mixture Since it is difficult to form the valve, the higher the engine speed, the earlier the valve opening timing.
This idea is based on the low load area A and the high load area C described above.
It is also applicable to.

【0022】中負荷領域Bにおける吸気行程前半の燃料
噴射量は、この時の全体の必要量から着火のために圧縮
行程後半に噴射される一定量を除いたものである。この
燃料噴射は、前述した高負荷領域Cと同様であるが吸気
量が少ないために、十分に霧化混合されずにピストン1
2頂面に衝突する。この衝突において、燃料噴射弁11
からピストン12頂面までの距離が比較的長いために燃
料速度が遅く、またピストン12が下降中であるため
に、衝突時の燃料とピストン12の相対速度は、かなり
遅いものである。またピストン12頂面の衝突範囲は、
噴霧燃料の先端部において燃料速度が遅くあまり広がら
なくなるために、図2に示すように、低負荷領域Aと同
様に溝101内となっている。
The fuel injection amount in the first half of the intake stroke in the medium load region B is the total required amount at this time, excluding the fixed amount injected in the latter half of the compression stroke for ignition. This fuel injection is similar to that in the high load region C described above, but since the intake amount is small, it is not sufficiently atomized and mixed with the piston 1
2 Collide with the top surface. In this collision, the fuel injection valve 11
Since the distance from the piston to the top surface of the piston 12 is relatively long, the fuel speed is slow, and because the piston 12 is descending, the relative speed of the fuel and the piston 12 at the time of collision is considerably low. Also, the collision range of the top surface of the piston 12 is
Since the fuel velocity is slow at the tip portion of the sprayed fuel and does not spread so much, it is in the groove 101 as in the low load region A as shown in FIG.

【0023】このようにピストン12頂面に衝突する燃
料は、前述したようにその衝突速度が遅いために、あま
り移動することなくその場に付着したままとなる。従っ
て、通常であれば、前述した圧縮行程噴射のように溝1
01の端面101aに沿って上昇することはなく、点火
プラグ1近傍の外側に均一混合気を形成することができ
ず、所望の出力が得られないだけでなく、その後、圧縮
行程後半に噴射される燃料と共に、点火プラグ1近傍に
非常に濃厚な混合気を形成し、逆に着火性を悪化させ、
またスモークの発生原因となる。
As described above, the fuel colliding with the top surface of the piston 12 has a low collision speed, so that the fuel remains attached to the place without much movement. Therefore, normally, as in the compression stroke injection described above, the groove 1
01 does not rise along the end face 101a, and a uniform mixture cannot be formed on the outside in the vicinity of the spark plug 1, so that a desired output cannot be obtained, and thereafter the fuel is injected in the latter half of the compression stroke. A very rich air-fuel mixture is formed in the vicinity of the spark plug 1 together with the fuel, which adversely deteriorates the ignitability,
It also causes smoke.

【0024】しかし、本実施例のピストン12頂面に
は、前述した傾斜面102が形成されているために、図
2に示すように、吸気行程において生成されるスワール
の一部がこの傾斜面に沿って溝101内に流入し、そこ
付着する燃料を霧化させて溝101の端面101aに沿
って上昇させる。このように霧化された燃料は、圧縮行
程の燃料噴射が開始されるまでに、徐々に外周方向に広
がってそこに存在するスワールによって十分に均一化さ
れ、良好な均一混合気を形成することができる。
However, since the above-described inclined surface 102 is formed on the top surface of the piston 12 of this embodiment, as shown in FIG. 2, a part of the swirl generated in the intake stroke is formed on this inclined surface. Along with, into the groove 101, the fuel attached there is atomized and rises along the end surface 101a of the groove 101. The fuel thus atomized should gradually spread in the outer peripheral direction and be sufficiently homogenized by the swirls present therein by the time the fuel injection in the compression stroke is started to form a good homogeneous mixture. You can

【0025】特に、本実施例において、溝101の端面
101aを有する点火プラグ側端部が燃焼室中心に対し
て偏心されているために、溝101から立ち上がる霧化
燃料は、自ら外周方向に広がる以前に燃焼室外周部を旋
回するスワールに取り込まれるために、スワールによる
均一化が促進され、さらに良好な均一混合気を形成する
ことができる。
In particular, in this embodiment, since the spark plug side end having the end surface 101a of the groove 101 is eccentric with respect to the center of the combustion chamber, the atomized fuel rising from the groove 101 spreads in the outer peripheral direction by itself. Since it was previously taken into the swirl that swirls the outer peripheral portion of the combustion chamber, homogenization by the swirl is promoted, and a more uniform air-fuel mixture can be formed.

【0026】次に、低負荷領域Aと同様に圧縮行程後半
の燃料噴射が実行され、点火プラグ1近傍に着火性の良
好な濃厚な混合気が形成されて、比較的高出力の成層燃
焼が実現される。この圧縮行程後半における燃料噴射に
おいても、スワールの一部が溝101内に流入するため
に、噴射された燃料の霧化をさらに良好なものにし、ま
た霧化燃料の立ち上がり速度が高まるために、立ち上が
り位置が燃焼室中心に対して偏心していてもスワールに
影響されずに確実に点火プラグ1近傍に濃厚な混合気を
向かわせることができる。
Next, as in the low load region A, fuel injection in the latter half of the compression stroke is executed, and a rich air-fuel mixture with good ignitability is formed in the vicinity of the spark plug 1, and stratified combustion with a relatively high output is performed. Will be realized. Also in the fuel injection in the latter half of the compression stroke, since a part of the swirl flows into the groove 101, atomization of the injected fuel is further improved, and the rising speed of the atomized fuel is increased, Even if the rising position is eccentric with respect to the center of the combustion chamber, the rich air-fuel mixture can be reliably directed to the vicinity of the spark plug 1 without being affected by the swirl.

【0027】[0027]

【発明の効果】このように、本発明による第一の筒内噴
射式火花点火機関によれば、燃焼室上側の略中心に位置
する点火栓と、少なくとも特定機関運転状態において、
点火栓近傍に濃厚な混合気を形成するための圧縮行程燃
料噴射及びこの濃厚な混合気の回りに均一混合気を形成
するための吸気行程燃料噴射を担当し、燃焼室上側の周
縁部に位置する燃料噴射弁と、少なくともこの特定機関
運転状態において燃焼室内にその軸線回りに旋回するス
ワールを生成するスワール生成手段と、点火栓の下方か
ら燃料噴射弁側に向けて延在し、ほぼ平坦な底面を有
し、点火栓側の端面が上方向に延在する凹状溝が設けら
れた頂面を有するピストン、とを具備し、凹状溝の底面
に燃料噴射弁から噴射された燃料が斜め上方向から衝突
するようになっており、ピストンの頂面の外周部近傍に
は、スワールの旋回方向に徐々に下がりながら凹状溝に
達する傾斜面が設けられているために、特定機関運転状
態において、吸気行程中に凹状溝の底面に噴射され、そ
こに付着する燃料は、ピストンの頂面に接して旋回する
スワールの一部が凹状溝に流入するために、それによっ
て良好に霧化され凹状溝の端面に沿って上昇させられ、
その後燃焼室外周方向に広がりスワールによって均一化
される。
As described above, according to the first in-cylinder injection type spark ignition engine of the present invention, the spark plug located substantially in the center of the upper side of the combustion chamber and at least the specific engine operating state
Responsible for the compression stroke fuel injection for forming a rich mixture near the spark plug and the intake stroke fuel injection for forming a uniform mixture around this rich mixture, and is located on the peripheral edge of the upper side of the combustion chamber. A fuel injection valve, a swirl generation means for generating a swirl swirling around its axis in the combustion chamber at least in this specific engine operating state, and a fuel injection valve extending from below the spark plug toward the fuel injection valve side and having a substantially flat surface. A piston having a bottom surface and an end surface on the spark plug side having a top surface provided with a concave groove extending upward, and the fuel injected from the fuel injection valve is obliquely upward on the bottom surface of the concave groove. In the vicinity of the outer periphery of the top surface of the piston, an inclined surface reaching the concave groove while gradually descending in the swirl turning direction is provided in the vicinity of the outer periphery of the piston. Intake line The fuel that is injected into the bottom of the concave groove inside and adheres to it is atomized well because a part of the swirl that swirls in contact with the top surface of the piston flows into the concave groove. Along the
After that, it spreads in the outer circumferential direction of the combustion chamber and is made uniform by swirl.

【0028】また、本発明による第二の筒内噴射式火花
点火機関によれば、前述の凹状溝の点火栓側端面が、燃
焼室中心から偏心して上方向に延在しているために、前
述のスワールによって霧化され凹状溝の端面に沿って上
昇する燃料は、自ら外周方向に広がる以前に燃焼室外周
部を旋回するスワールに取り込まれ、スワールによる均
一化時間が増大するために、さらに良好な均一混合気を
形成することができる。
Further, according to the second in-cylinder injection type spark ignition engine of the present invention, since the end face of the concave groove on the spark plug side extends eccentrically from the center of the combustion chamber, The fuel that is atomized by the swirl and rises along the end surface of the concave groove is taken into the swirl that swirls around the outer peripheral portion of the combustion chamber before it spreads in the outer peripheral direction, and the homogenization time by the swirl increases. A good homogeneous mixture can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による筒内噴射式火花点火機関の概略平
面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view of a cylinder injection type spark ignition engine according to the present invention.

【図2】本発明による筒内噴射式火花点火機関の吸気行
程前半の概略縦断面図である。
FIG. 2 is a schematic vertical sectional view of the first half of an intake stroke of a cylinder injection type spark ignition engine according to the present invention.

【図3】本発明による筒内噴射式火花点火機関の圧縮行
程後半の概略縦断面図である。
FIG. 3 is a schematic vertical sectional view of the latter half of the compression stroke of the cylinder injection type spark ignition engine according to the present invention.

【図4】ピストン形状を示す図であり、(A)は平面
図、(B)はそのP−P断面図である。
4A and 4B are diagrams showing a piston shape, FIG. 4A being a plan view and FIG. 4B being a P-P sectional view thereof.

【図5】燃焼噴射開始時期を決定するためのマップであ
る。
FIG. 5 is a map for determining a combustion injection start timing.

【図6】中負荷領域における所定負荷の時の回転数に対
する燃料噴射弁の開閉弁時期を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an opening / closing valve timing of a fuel injection valve with respect to a rotation speed at a predetermined load in a medium load region.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…点火プラグ 2…第1吸気通路(ヘリカルポート) 3…第2吸気通路(ストレートポート) 4…第1排気通路 5…第2排気通路 10…スワールコントロールバルブ 11…燃料噴射弁 12…ピストン 101…溝 101a…点火プラグ側端面 101b…第1側壁 101c…第2側壁 101d…底面 102…傾斜面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Spark plug 2 ... 1st intake passage (helical port) 3 ... 2nd intake passage (straight port) 4 ... 1st exhaust passage 5 ... 2nd exhaust passage 10 ... Swirl control valve 11 ... Fuel injection valve 12 ... Piston 101 ... groove 101a ... end surface on spark plug side 101b ... first side wall 101c ... second side wall 101d ... bottom surface 102 ... inclined surface

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃焼室上側の略中心に位置する点火栓
と、少なくとも特定機関運転状態において、前記点火栓
近傍に濃厚な混合気を形成するための圧縮行程燃料噴射
及び前記濃厚な混合気の回りに均一混合気を形成するた
めの吸気行程燃料噴射を担当し、燃焼室上側の周縁部に
位置する燃料噴射弁と、少なくとも前記特定機関運転状
態において燃焼室内にその軸線回りに旋回するスワール
を生成するスワール生成手段と、前記点火栓の下方から
前記燃料噴射弁側に向けて延在し、ほぼ平坦な底面を有
し、前記点火栓側の端面が上方向に延在する凹状溝が形
成された頂面を有するピストン、とを具備し、前記凹状
溝の底面に前記燃料噴射弁から噴射された燃料が斜め上
方向から衝突するようになっており、前記ピストンの頂
面の外周部近傍には、前記スワールの旋回方向に徐々に
下がりながら前記凹状溝に達する傾斜面が設けられてい
ることを特徴とする筒内噴射式火花点火機関。
1. A spark plug located substantially in the center of an upper side of a combustion chamber, a compression stroke fuel injection for forming a rich air-fuel mixture near the spark plug, and a fuel mixture of the rich air-fuel mixture at least in a specific engine operating state. A fuel injection valve that is in charge of intake stroke fuel injection to form a uniform air-fuel mixture around it, and a fuel injection valve located at the peripheral edge of the upper side of the combustion chamber, and a swirl that swirls around its axis in the combustion chamber at least in the specific engine operating state. A swirl generating means for generating and a concave groove extending from below the spark plug toward the fuel injection valve side, having a substantially flat bottom surface, and having an end surface on the spark plug side extending upward are formed. And a piston having a top surface which is formed such that the fuel injected from the fuel injection valve collides with the bottom surface of the concave groove from an obliquely upper direction, and the vicinity of the outer peripheral portion of the top surface of the piston is provided. Has An in-cylinder injection spark ignition engine, wherein an inclined surface is provided which reaches the concave groove while gradually lowering in a swirling direction of the swirl.
【請求項2】 前記凹状溝の点火栓側の端面は、燃焼室
中心から偏心して上方向に延在していることを特徴とす
る請求項1に記載の筒内噴射式火花点火機関。
2. The in-cylinder injection spark ignition engine according to claim 1, wherein an end surface of the recessed groove on the spark plug side extends eccentrically from the center of the combustion chamber and extends upward.
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