WO2006072983A1 - 筒内噴射型火花点火式内燃機関 - Google Patents

筒内噴射型火花点火式内燃機関 Download PDF

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internal combustion
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injector
fuel
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Dai Tanaka
Keisuke Nagakura
Koji Hata
Joji Matsubara
Shigeo Yamamoto
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Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a direct injection spark-ignition internal combustion engine, and more particularly to a method of forming an air-fuel mixture.
  • the injector In a direct-injection spark-ignition internal combustion engine that injects fuel directly into the combustion chamber, the injector is disposed at the central portion of the upper wall of the combustion chamber, and the spark plug is disposed in the fuel injection region or fuel injection region.
  • a technique known as a so-called spray guide system is known which is disposed near the region, and direct combustion is performed on the fuel spray injected by the injector and the fuel vapor is directly vaporized to perform stratified combustion.
  • the fuel spray travels away from the spark plug, and the flame after ignition by the spark plug propagates to follow the fuel spray and diffuses into the combustion chamber. Combustion will be relatively slow. As described above, if the combustion is slow, the allowable limit of the EGR gas introduction amount becomes low, and it becomes difficult to reduce NOx.
  • the injection period is short because the amount of fuel injection is small.
  • the ignition timing is limited to a short period. Therefore, at low load, there is a problem that the stable combustion region narrows and the combustion stability is lacking.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and the object of the present invention is to improve the stability of stratified combustion sufficiently and reduce the generation of NOx and HC. It is an object of the present invention to provide a cylinder injection type spark ignition internal combustion engine.
  • a combustion chamber formed by a cylinder head lower surface, a cylinder and a piston upper surface, and a top surface of the screw A cavity having a bottom surface inclined downward toward the other edge, and a wall surface inclined upward at the periphery of the bottom surface;
  • the fuel injection area which is provided on the edge side of the fuel injection valve, is provided on the other edge side of the lower surface of the cylinder head and the injector for injecting fuel directly into the combustion chamber.
  • a spark plug located in the vicinity of the fuel injection region.
  • the fuel injected from the injector passes through the vicinity of the electrode portion of the spark plug and enters the cavity, but after being guided to the spark plug side wall surface by the inclination of the bottom surface of the cavity, the relevant wall surface Is rolled up upwards and collected again around the electrode part.
  • the fuel injected from the injector is present in the vicinity of the spark plug as an air-fuel mixture in which vaporization has progressed not only during fuel injection but also after fuel injection, and hence an ignition timing at which stratified combustion is established. Since the range is greatly expanded, the stability of combustion can be improved even when the fuel injection amount is small and the fuel injection period is short in a low load state.
  • the flame propagates following the fuel spray, and the tip of the fuel spray is directed to the flame as a mixture that is rolled up by the cavity and the vaporization proceeds. Because the combustion becomes steep, the allowable limit of the EGR gas introduction amount can be increased, and a large amount of EGR gas can be introduced to reduce NOx.
  • combustion occurs near the top dead center, so thermal efficiency is improved and torque is effectively reduced. Can be generated.
  • the injector is directed to inject the fuel to the electrode portion side of the spark plug and the cavity, and the fuel to be injected is further directed to the spark plug side. It should be configured to bias.
  • the injector may be configured such that fuel injected as well as the injector is guided to the cavity and supplied to the spark plug.
  • the fuel power injected from the injector passes easily in the vicinity of the electrode portion of the spark plug, and it is easily guided around the electrode portion of the spark plug by the cavity, so that the air-fuel mixture is good. It is guided around the electrode part of.
  • the fuel-air mixture tends to move toward the flame after fuel injection, and the fuel injected from the injector is biased to the spark plug side, the fuel-air mixture is excessive, particularly at low load. The diffusion can be prevented to suppress the generation of unburned HC.
  • the injector is provided substantially in the center of the lower surface of the cylinder head forming the combustion chamber, and the spark plug is provided in the approximate center of the lower surface of the cylinder head adjacent to the injector. Preferred to be.
  • a central portion of the bottom surface be formed with a convex portion raised toward the one edge portion than the surrounding portion.
  • a convex portion is provided from the central portion of the bottom surface of the cavity toward the disposition side of the injector, and a sloped wall surface is formed on the periphery of the bottom surface, so that the fuel spray is concerned. It is rolled up as a mixture obliquely along the wall surface in a state of being brought close to the periphery of the bottom by the part, and hence the central portion of the mixture! In this way, it is possible to suppress the concentration of air-fuel mixture in the vicinity of the electrode portion of the spark plug and to prevent smoldering of the electrode portion.
  • the convex portion is formed such that a concave portion of the bottom surface other than the convex portion has a substantially U shape in a top view.
  • the shape of the mixture that can be wound up by the cavity can be optimized, and the stability of stratified combustion can be sufficiently improved while preventing smoldering of the electrode portion.
  • the cavity preferably has an opening area narrowed toward the spark plug.
  • the fuel can be more easily guided around the electrode portion of the spark plug, and the air-fuel mixture can be more favorably guided around the electrode portion of the spark plug.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a combustion chamber of a direct injection spark-ignition internal combustion engine according to the present invention
  • FIG. 2 A sectional view taken along the line A--A in Fig. 1,
  • FIG. 3 The top view top view of the piston of FIG. 1,
  • FIG. 4 A sectional view of a combustion chamber showing a fuel spray state during fuel injection of a direct injection spark-ignition internal combustion engine according to the present invention.
  • FIG. 5 A sectional view taken along the line B--B in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a combustion chamber showing a state of mixture of the fuel after fuel injection in the direct injection spark-ignition internal combustion engine according to the present invention
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
  • FIG. 1 a longitudinal cross-sectional view of a combustion chamber of a direct injection spark-ignition internal combustion engine according to the present invention is shown.
  • FIG. 2 a cross-sectional view taken along line AA of FIG. Is shown, and referring to FIG. 3, a top plan view of the piston of FIG. 1 is shown.
  • FIGS. 1 to 3 description will be made based on FIGS. 1 to 3.
  • the combustion chamber 1 has a cylindrical cylinder 4 formed in a cylinder block 2 and a top surface of a piston 6 inserted in the cylinder 4 so as to be slidable up and down. And the lower surface of the cylinder head 8 mounted on the cylinder block 2.
  • the lower surface of the cylinder head 8 forming the upper wall of the combustion chamber 1 has a so-called pent-roof shape which is oriented in a manner to be inclined with two slopes 10a, 10b force S at an obtuse angle.
  • an injector 12 is provided on one slope 10a, and an ignition plug 14 is provided on the other slope 10b.
  • the injector 12 injects fuel to the side of the electrode portion 14 a of the spark plug 14 slightly in the downward direction. It is arranged to be oriented. Further, the injector 12 is configured such that the fuel injected from the injector 12 is biased toward the spark plug 14 side.
  • the spark plug 14 is also directed to discharge to the side of the indicator 12 slightly more than just below.
  • the spark plug 14 is disposed so that the electrode portion 14 a is located in or near the injection region of the fuel injected from the injector 12, that is, the fuel spray 15.
  • two intake valves 16a and 16b are provided on both sides of the injector 12 on one of the slopes 10a, and on the other side of the slope 10b are located on both sides of the spark plug 14.
  • Two exhaust valves 18a, 18b are provided respectively!
  • the intake valves 16 a and 16 b and the exhaust valves 18 a and 18 b are communicated with the combustion chamber 1 by communicating with the intake port 20 and the exhaust port 22 formed in the cylinder head 8 respectively by sliding up and down. It is configured to shut off.
  • a plane including the tip of the injector 12 and the tip of the spark plug 14 is referred to as a plane P, and the slope 10a side provided with the injector 12 and the intake valves 16a and 16b is the intake side, the spark plug The side of the slope 10b on which the valve 14 and the exhaust valves 18a and 18b are provided is described as the exhaust side.
  • Cavities 30 are formed on the top surface of the piston 6 forming the bottom of the combustion chamber 1.
  • the cavity 30 has a concave shape composed of a bottom surface 32 and a wall surface 34.
  • the bottom surface 32 of the cavity 30 is inclined downward toward the exhaust side as a whole.
  • the bottom surface 32 is formed with a convex portion 32a which extends from the central portion of the bottom surface 32 to the wall surface 34 on the intake side along the plane P and protrudes from the periphery.
  • the recess 32 b is formed so as to surround the protrusion 32 a, and the recess 32 b has a substantially U shape in top view.
  • the cavity 30 is closer to the plane P as the peripheral edge goes to the exhaust side, that is, it becomes narrower as it goes to the opening side force exhaust side.
  • the wall surface 34 of the cavity 30 is shaped so as to be smoothly inclined upward from the periphery of the bottom surface 32.
  • FIG. 4 a fuel spray state during fuel injection of the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to the present invention is shown in a cross-sectional view of a combustion chamber, and referring to FIG. A cross-sectional view taken along the line B is shown.
  • FIG. 6 the fuel-air mixture state after fuel injection of the in-cylinder injection spark ignition internal combustion engine according to the present invention is the same as FIG. It is shown in a cross-sectional view, and a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 6 is shown with reference to FIG. 7 and will be described based on FIGS. 4 to 7 below.
  • the shape of the fuel spray 15 formed by the fuel injection from the injector 12 is preferably, for example, a hollow cone, but is not limited to this.
  • the fuel spray 15 entering the cavity 30 is a cavity.
  • the fuel spray 15 is guided along the shape of the bottom 32 and guided upward along the wall 34 with a force toward the wall 34 on the exhaust side, along with the guidance. Vaporization proceeds and leaves the inside of the cavity 30 as a mixture 15a.
  • the mixture 15a that has left the cavity 30 rolls up so as to surround the electrode portion 14a of the spark plug 14.
  • relatively dense mixture gas exists around the electrode portion 14a.
  • the spray guide system ignition is performed in the second half of fuel injection.
  • the rear end side force of the fuel spray 15 also propagates as the flame follows the fuel spray 15, while the tip end side of the combustion spray 15 is guided by the cavity 30 and becomes the mixture 15a. As it gathers again, it will collide with the flame that the mixture 15a has propagated, and the combustion will be sharp.
  • the fuel spray 15 is biased to the spark plug 14 side here, so especially at low load! Diffusion can be prevented and generation of unburned HC can be suppressed.
  • the mixture 15a of the electrode portion 14a does not become excessively concentrated based on the above-described action of the convex portion 32a formed on the bottom surface 32 of the cavity 30, so the smoldering of the electrode portion 14a occurs. It is possible to avoid.
  • the ignition timing can be performed even after fuel injection, which occurs only during fuel injection, for example, a spray guide method and a full guide method It is possible to perform ignition in the wall guide system when ignition is performed twice or when a misfire in the spray guide system is detected and the misfire is detected.
  • the stable combustion area is expanded. For example, even in the case where the internal combustion engine has a low load and the fuel injection amount is small and the fuel injection period is short, the stability of stratified combustion can be improved.
  • the recess 32 b of the cavity 30 has a substantially U shape in a top view, and directs the fuel spray 15 to the side of the force spark plug 14, and the air-fuel mixture is not rich at the central portion.
  • the shape may be any shape as long as the mixture 15a can be dispersed.
  • the shape of the upper wall of the combustion chamber 1 may be an upper wall other than the shape which is not limited to the shape of a pentroof.
  • the top surface of the piston 6 is not limited to a flat force, for example, but the piston 6 conforms to the pentroof shape of the upper wall of the combustion chamber 1, for example.
  • the periphery of 6 may be configured by a conical tapered surface or the like.
  • the intake valves 16a and 16b are provided on both sides of the injector 12, and the exhaust manifolds 18a and 18b are provided on both sides of the ignition plug 14.
  • the intake valves 16a and 16b may be provided on one side of the plane P, and the exhaust valves 18a and 18b may be provided on the other side.

Abstract

  　ピストン(6)の頂面に、底面(32)が排気側に向け下方に傾斜し、中央部から吸気側の壁面に向け盛り上がった凸部(32a)を有するキャビティ(30)を設け、当該キャビティにより、インジェクタ(12)から噴射され点火プラグ(14)の電極部(14a)近傍を通った後の燃焼噴霧(15)を混合気(15a)として再び点火プラグの電極部の近傍に案内する。  

Description

筒内噴射型火花点火式内燃機関
技術分野
[0001] 本発明は、筒内噴射型火花点火式内燃機関に係り、詳しくは混合気の形成手法に 関する。
背景技術
[0002] 燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射型火花点火式内燃機関において、イン ジェクタを燃焼室上壁の中央部に配設するとともに、点火プラグを電極部が燃料噴射 領域または燃料噴射領域近傍に位置するよう配設し、インジヱクタカゝら噴射された燃 料が一部気化した燃料噴霧に直接点火して成層燃焼を行う所謂スプレーガイド方式 と呼ばれる技術が知られて 、る。
[0003] このようなスプレーガイド方式の成層希薄燃焼では、燃料噴射期間中に点火を行う ため、燃料噴射が行われる圧縮行程中に燃焼が開始される。このように燃料噴射中 又は直後に燃焼が開始されると、燃料噴霧内に部分的に過濃な混合気が形成され、 そこでの燃焼が高温となり、 NOxの発生量が増加する。
[0004] さらに、スプレーガイド方式では、燃料噴霧が点火プラグ力 遠ざ力るように進行し 、点火プラグによる着火後の火炎は燃料噴霧を追 、かけるように伝播して燃焼室内 に拡散していくため、燃焼は比較的緩慢なものとなる。このように燃焼が緩慢であると 、 EGRガス導入量の許容限界が低くなり、 NOxを低減させるのが困難となる。
[0005] さらに、燃焼が緩慢であると、燃料の気化が進行し混合気が過拡散したときに火炎 が追 、つかず消炎し、未燃 HCが発生すると 、う問題もある。
[0006] また、特に低負荷時の成層燃焼では、燃料噴射量が少なぐ故に噴射期間も短ぐ スプレーガイド方式では点火できる時期が短い期間に限られる。したがって、低負荷 時では安定燃焼領域が狭ぐ燃焼の安定性に欠けるという問題がある。
[0007] そこで、このような筒内噴射型火花点火式内燃機関において、安定した成層燃焼を 生起させるため、吸気ポートから流入する吸入空気をピストン頂面に形成したキヤビ ティによりタンブル流として上昇させ、当該タンブル流の上昇する側へ燃料を噴射さ せる技術が開発されている（日本国特開平 11— 210472号公報参照)。
[0008] し力しながら、上記公報に開示された技術の場合、吸入空気により生成されるタン ブル流は流動の勢 ヽが比較的弱ぐ当該タンブル流により燃料噴霧を誘導し成層燃 焼を安定させるのは実際には困難である。
発明の開示
[0009] 本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは 、成層燃焼の安定性を十分に向上させ且つ NOxや HCの発生を低減することのでき る筒内噴射型火花点火式内燃機関を提供することにある。
[0010] 上記した目的を達成するために、本発明の筒内噴射型火花点火式内燃機関では 、シリンダヘッド下面、シリンダ及びピストン上面により形成された燃焼室と、前記ビス トンの頂面に凹設され、底面が一方の縁部力 他方の縁部に向けて下方に傾斜する とともに、該底面の周縁に上方に向けて傾斜した壁面が形成されたキヤビティと、前 記シリンダヘッド下面の前記一方の縁部側に設けられ、前記燃焼室内に燃料を直接 噴射するインジ クタと、前記シリンダヘッド下面の前記他方の縁部側に設けられ、電 極部が該インジヱクタカゝら噴射される燃料噴射領域中若しくは該燃料噴射領域近傍 に位置する点火プラグとを備えることを特徴としている。
[0011] これより、インジェクタから噴射される燃料は、点火プラグの電極部近傍を通り、キヤ ビティ内に進入するが、キヤビティの底面の傾斜により点火プラグ側の壁面に案内さ れた後当該壁面に沿って上方に巻き上げられ、再び電極部周辺に集められる。
[0012] これにより、インジェクタから噴射された燃料が燃料噴射中のみならず燃料噴射後 にも気化が進行した混合気として点火プラグの近傍に存在することとなり、故に成層 燃焼が成立する点火時期の範囲が大きく拡大するので、低負荷状態で燃料噴射量 が少なく燃料噴射期間が短い場合であっても、燃焼の安定性を向上させることができ る。
[0013] また、燃料噴射中に点火を行うと、火炎は燃料噴霧を追いかけて伝播する一方、燃 料噴霧の先端が、キヤビティにより巻き上げられ気化が進行した混合気として当該火 炎に向力つてくるので、燃焼が急峻となり、 EGRガス導入量の許容限界を高くするこ とができ、大量の EGRガスを導入して NOxを低減させることができる。 [0014] また、燃料噴射後キヤビティにより巻き上げられ電極部周辺に集められた混合気に 点火を行う場合には、上死点付近で燃焼が生起されるので、熱効率が向上して効果 的にトルクを発生させることができる。
[0015] この場合、好ましくは、前記インジェクタは、前記点火プラグの電極部側及び前記キ ャビティに燃料を噴射するよう指向しており、さらに該インジエタタカゝら噴射される燃料 を前記点火プラグ側に偏倚するよう構成されるのがよい。
[0016] さらに、前記インジェクタは、該インジエタタカも噴射される燃料が前記キヤビティに 案内されて前記点火プラグに供給されるよう構成されるのがよい。
[0017] これより、インジヱクタから噴射される燃料力 点火プラグの電極部の近傍を通りや すくなる上、キヤビティにより点火プラグの電極部周辺に案内されやすくなるため、混 合気が良好に点火プラグの電極部周辺に案内される。
[0018] また、燃料噴射後に混合気が当該火炎に向力つてくることにカ卩え、インジェクタから 噴射する燃料を点火プラグ側に偏倚させているので、特に低負荷時において、混合 気の過拡散を防止して未燃 HCの生成を抑制することができる。
[0019] そして、前記インジェクタは前記燃焼室を形成する前記シリンダヘッド下面の略中 央部に設けられ、前記点火プラグは該燃焼室該シリンダヘッド下面の略中央部に該 インジェクタに隣接して設けられて 、るのが好まし 、。
[0020] また、前記底面の中央部力 前記一方の縁部に向けて周囲よりも盛り上がった凸 部が形成されて ヽることが好ま 、。
[0021] これより、キヤビティの底面の中央部からインジ クタの配設側に向けて凸部が設け られており、底面の周縁には傾斜した壁面が形成されているので、燃料噴霧が当該 凸部によって底面の周縁に寄せられた状態で壁面に沿い斜め上方に混合気として 巻き上げられ、故に混合気の中央部分ひ！ヽては点火プラグの電極部近傍の混合気 が過濃になるのを抑制でき、電極部のくすぶりを防止することができる。
[0022] また、前記凸部は、該凸部以外の前記底面の凹部分が上面視略 U字形状となるよ う形成されているのがよい。
[0023] これより、キヤビティにより巻き上げられる混合気の形状を最適なものにでき、電極 部のくすぶりを防止しつつ成層燃焼の安定性を十分に向上させることができる。 [0024] さらに、前記キヤビティは、開口面積が前記点火プラグ側に向けて狭くなつて 、るの が好ましい。
[0025] これより、燃料がより点火プラグの電極部周辺に案内されやすくなり、混合気をさら に良好に点火プラグの電極部周辺に案内することができる。
図面の簡単な説明
[0026] [図 1]本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃焼室の縦断面図、
[図 2]図 1の A— A線に沿う断面図、
[図 3]図 1のピストンの上面視平面図、
[図 4]本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射中の燃料噴霧状態 を示す燃焼室の断面図、
[図 5]図 4の B— B線に沿う断面図、
[図 6]本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射後の燃料の気化が 進行した混合気状態を示す燃焼室の断面図、
[図 7]図 6の C-C線に沿う断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0027] 以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
[0028] 図 1を参照すると本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃焼室の縦断 面図が示されており、図 2を参照すると図 1の A— A線に沿う断面図が示されており、 図 3を参照すると図 1のピストンの上面視平面図が示されている。以下、図 1乃至 3に 基づき説明する。
[0029] 図 1に示すように、燃焼室 1は、シリンダブロック 2に形成されている円筒状のシリン ダ 4と、当該シリンダ 4に上下摺動自在に嵌挿されているピストン 6の頂面と、シリンダ ブロック 2に載置されているシリンダヘッド 8の下面とに囲まれて形成されている。
[0030] 燃焼室 1の上壁を形成しているシリンダヘッド 8の下面は、 2つの斜面 10a、 10b力 S 鈍角をなして向か 、合った所謂ペントルーフ形状を呈して 、る。
[0031] また、燃焼室 1の上壁の中央部分において、一方の斜面 10aにはインジェクタ 12が 設けられており、他方の斜面 10bには点火プラグ 14が設けられている。
[0032] インジェクタ 12は真下方向よりも若干点火プラグ 14の電極部 14a側に燃料を噴射 するよう指向して配設されている。また、インジェクタ 12は、当該インジェクタ 12から噴 射される燃料が点火プラグ 14側に偏倚するよう構成されている。
[0033] 点火プラグ 14も真下方向よりも若干インジ クタ 12側に放電するよう指向して 、る。
そして、点火プラグ 14は、電極部 14aがインジヱクタ 12から噴射される燃料の噴射領 域すなわち燃料噴霧 15中若しくはその近傍に位置するように配設されて ヽる。
[0034] また、一方の斜面 10aには、インジェクタ 12の両側に位置して 2つの吸気バルブ 16 a、 16bがそれぞれ設けられており、他方の斜面 10bには、点火プラグ 14の両側に位 置して 2つの排気バルブ 18a、 18bがそれぞれ設けられて!/、る。
[0035] これら吸気バルブ 16a、 16b及び排気バルブ 18a、 18bは、上下摺動することでそ れぞれシリンダヘッド 8内に形成された吸気ポート 20及び排気ポート 22と燃焼室 1と の連通と遮断を行うよう構成されて 、る。
[0036] 以下、燃焼室 1において、インジヱクタ 12の先端と点火プラグ 14の先端を含む平面 を平面 Pとし、インジェクタ 12や吸気バルブ 16a、 16bが設けられている斜面 10a側を 吸気側、点火プラグ 14や排気バルブ 18a、 18bが設けられている斜面 10b側を排気 側として説明する。
[0037] 燃焼室 1の底面を形成しているピストン 6の頂面には、キヤビティ 30が形成されてい る。
[0038] 当該キヤビティ 30は、底面 32と壁面 34から構成された凹形状をなしている。
[0039] 詳しくは、キヤビティ 30の底面 32は、全体として排気側に向かい下方に傾斜してい る。そして、底面 32には、当該底面 32の中央部から平面 Pに沿い吸気側の壁面 34 まで延びて周囲より盛り上がった凸部 32aが形成されている。これにより、当該凸部 3 2aを囲むようにして凹部 32bが形成されており、当該凹部 32bは上面視が略 U字形 状をなしている。
[0040] また、図 3に示すように、当該キヤビティ 30は、周縁が排気側に行くにつれ平面 Pに 寄っており、即ち開口面積力排気側に行くにつれて狭くなつている。
[0041] そして、キヤビティ 30の壁面 34は底面 32の周縁から滑らかに上方に傾斜した形状 をなしている。
[0042] 以下このように構成された本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃機関の作用 について説明する。
[0043] 図 4を参照すると本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃機関の燃料噴射中の 燃料噴霧状態が燃焼室の断面図で示されており、図 5を参照すると図 4の B— B線に 沿う断面図が示されており、図 6を参照すると本発明に係る筒内噴射型火花点火式 内燃機関の燃料噴射後の燃料の気化が進行した混合気状態が図 4同様に断面図で 示されており、図 7を参照すると図 6の C C線に沿う断面図が示されており、以下図 4 乃至 7に基づき説明する。
[0044] 図 4、 5に示すように、ピストン 6が圧縮行程後半にあるとき、インジェクタ 12の先端 カゝら点火プラグ 14側に偏倚して燃料が噴射される。そして、噴射された燃料は燃料 噴霧 15となり点火プラグ 14の電極部 14aの近傍を通り、ピストン 6頂面のキヤビティ 3 0内の主として排気側に進入する。ここに、インジェクタ 12からの燃料噴射により形成 される燃料噴霧 15の形状は、中空状であるのが好ましぐ例えば中空のコーン状とさ れるが、これに限られるものではない。
[0045] キヤビティ 30内に進入した燃料噴霧 15は、キヤビティ 30の底面 32が排気側に向か い下方に傾斜し、且つ当該燃料噴霧 15が点火プラグ 14側に偏倚しているため、キヤ ビティ 30の底面 32に衝突すると排気側に良好に案内され気化が進行する。また、燃 料噴霧 15は、底面 32に形成された凸部 32aに衝突すると、当該凸部 32aの両側ま たは排気側へ分散させられる。
[0046] そして、図 6、 7に示すように、燃料噴霧 15は底面 32の形状に沿い案内され、排気 側の壁面 34に向力 とともに壁面 34に沿って上方に案内され、案内に伴って気化が 進行し混合気 15aとしてキヤビティ 30内から離脱する。
[0047] このようにキヤビティ 30内を離脱した混合気 15aは、点火プラグ 14の電極部 14aの 周りを囲むように巻き上がる。これにより、電極部 14aの周囲には比較的濃い混合気 が存在することになる。
[0048] 実際には、燃料噴霧 15は、中空状態であるとともに、キヤビティ 30の底面 32の凸 部 32aにより両側に分散させられ、底面 32の周縁に寄せられるようにして燃焼室 1中 に巻き上がるため、形成される混合気 15aは中央部分では燃料が少なくなつている。 これより、電極部 14a部分では、混合気 15aが過濃な状態とならない。 [0049] 以上のようにインジェクタ 12から燃料が噴射されると、点火時期としては、図 4、 5に 示すような燃焼噴射中の燃料噴霧 15に直接点火を行う所謂スプレーガイド方式と、 図 6、 7に示すようなキヤビティ 30から離脱して電極部 14a周辺に集まった混合気 15 aに点火する所謂ウォールガイド方式との 2つ場合が考えられる。
[0050] 例えば、スプレーガイド方式では、燃料噴射中の後半に点火を行うようにする。この ようにすると、燃料噴霧 15の後端側力も火炎が燃料噴霧 15を追いかけるように伝播 していく一方、燃焼噴霧 15の先端側はキヤビティ 30に案内されて混合気 15aとなり 電極部 14a周辺に再度集まってくるので、混合気 15aが伝播してきた火炎と衝突する こととなり、燃焼が急峻なものとなる。
[0051] このように、燃焼が急峻となると、 EGRガスの導入量の許容限界が高くなり、大量の EGRガスを導入することで NOxを低減させることができる。
[0052] また、混合気 15aが伝播してきた火炎と衝突することに加え、ここでは燃料噴霧 15 を点火プラグ 14側に偏倚させて 、るので、特に低負荷時にお!、て混合気の過拡散 を防止することができ、未燃 HCの生成を抑制することができる。
[0053] 一方、ウォールガイド方式では、燃料噴射後の電極部 14a周辺に集まった混合気 1 5aに対して点火を行うようにする。このようにすると、上死点付近で燃焼を生起させる ことが可能であり、効果的にトルクを発生させることができる。
[0054] また、この際、キヤビティ 30の底面 32に形成された凸部 32aの上記作用に基づき、 電極部 14a部分の混合気 15aは過濃な状態とならな 、ため、電極部 14aのくすぶり を回避することが可能である。
[0055] また、スプレーガイド方式で着火しな!ヽ場合や、スプレーガイド方式での着火後，火 炎伝播が途中で途絶えた場合であっても、その後ウォールガイド方式で点火し，燃焼 を完結させることができる。
[0056] つまり、本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃機関では、点火時期が燃料噴 射中だけでなぐ燃料噴射後も可能であることから、例えば、スプレーガイド方式とゥ オールガイド方式の 2回点火を行ったり、スプレーガイド方式での失火を検出し、当該 失火を検出した場合にウォールガイド方式での点火を行うことが可能である。これに より、上記 NOxの低減や未燃 HCの抑制等の各効果に加え、安定燃焼領域を拡大さ せることができ、例えば内燃機関が低負荷状態で燃料噴射量が少なく燃料噴射期間 が短い場合であっても、成層燃焼の安定性を向上させることができる。
[0057] 以上で本発明に係る筒内噴射型火花点火式内燃機関の実施形態にっ 、ての説 明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
[0058] 例えば、上記実施形態では、キヤビティ 30の凹部 32bは上面視略 U字形状である 力 点火プラグ 14側に燃料噴霧 15を向かわせ且つ中央部分で混合気が過濃となら な 、よう混合気 15aを分散可能な形状であれば如何なる形状であっても構わな 、。
[0059] また、上記実施形態では、燃焼室 1の上壁の形状はペントルーフ形状である力 こ れに限られるものではなぐその他の形状の上壁であっても構わない。
[0060] また、上記実施形態では、ピストン 6の頂面は例えばフラットな形状である力 これに 限られるものではなぐ例えば、燃焼室 1上壁のペントルーフ形状に合わせ、ピストン
6の周縁を円錐状のテーパ面等で構成してもよい。
[0061] また、上記実施形態では、インジェクタ 12の両側に吸気バルブ 16a、 16bが設けら れ、点火プラグ 14の両側に排気ノ レブ 18a、 18bが設けられた構成とした力 この構 成に限られるものではなぐ例えば平面 Pを挟んで一方に吸気バルブ 16a、 16bを設 け、他方に排気バルブ 18a、 18bを設けても構わない。

Claims

請求の範囲
[1] シリンダヘッド下面、シリンダ及びピストン上面により形成された燃焼室と、
前記ピストンの頂面に凹設され、底面が一方の縁部から他方の縁部に向けて下方 に傾斜するとともに、該底面の周縁に上方に向けて傾斜した壁面が形成されたキヤ ビティと、
前記シリンダヘッド下面の前記一方の縁部側に設けられ、前記燃焼室内に燃料を 直接噴射するインジヱクタと、
前記シリンダヘッド下面の前記他方の縁部側に設けられ、電極部が該インジェクタ から噴射される燃料噴射領域中若しくは該燃料噴射領域近傍に位置する点火ブラ グと
を備えることを特徴とする筒内噴射型火花点火式内燃機関。
[2] 請求項 1記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関において、
前記インジェクタは、前記点火プラグの電極部側及び前記キヤビティに燃料を噴射 するよう指向しており、且つ該インジヱクタから噴射される燃料を前記点火プラグ側に 偏倚するよう構成されたことを特徴とする筒内噴射型火花点火式内燃機関。
[3] 請求項 2記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関において、
前記インジェクタは、該インジェクタから噴射される燃料が前記キヤビティに案内さ れて前記点火プラグに供給されるよう構成されていることを特徴とする筒内噴射型火 花点火式内燃機関。
[4] 請求項 1乃至 3のいずれか記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関において、 前記インジェクタは前記燃焼室を形成する前記シリンダヘッド下面の略中央部に設 けられ、前記点火プラグは該燃焼室該シリンダヘッド下面の略中央部に該インジヱク タに隣接して設けられたことを特徴とする筒内噴射型火花点火式内燃機関。
[5] 請求項 1記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関において、
前記底面の中央部力 前記一方の縁部に向けて周囲よりも盛り上がった凸部が形 成されていることを特徴とする筒内噴射型火花点火式内燃機関。
[6] 請求項 5記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関において、
前記凸部は、該凸部以外の前記底面の凹部分が上面視略 U字形状となるよう形成 されていることを特徴とする筒内噴射型火花点火式内燃機関。
請求項 1、 5及び 6のいずれか記載の筒内噴射型火花点火式内燃機関において、 前記キヤビティは、前記底面の中央部力 開口面積が前記他方の縁部に向けて狭 くなつていることを特徴とする筒内噴射型火花点火式内燃機関。
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