【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は燃料を燃焼室内に直接噴射する火花点火式の内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
点火栓による火花点火内燃機関にあって、低、中負荷域で圧縮行程後半で燃焼室内のキャビティに向けて燃料を直接噴射することにより、層状となった混合気塊を形成し、ここに点火栓による点火を行うことで、リーン混合気でありながら安定した成層燃焼を図るようにしたものが、特許文献１に開示されている。
【０００３】
この直憤式内燃機関では、成層燃焼時に点火栓近傍に確実に可燃濃度の混合気塊を形成することが非常に重要となるが、このためにピストン冠面にキャビティを形成し、このキャビティ内に向けて燃料を噴射し、噴霧燃料がキャビティ内壁面で反射、循環し、点火栓に向けて舞い上がり、点火栓近傍に適正な混合気層を形成するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−８２０２８号公報
【０００５】
【発明の解決すべき課題】
このような成層燃焼の運転領域において、負荷に応じて要求燃料噴射量が変化すると、比較的多くの燃料を噴射するときには噴射時間が長くなるため、その分だけ噴射時期を早める必要がある。
【０００６】
しかし、上記した直憤式内燃機関では、キャビティの形状が、キャビティ内部での断面積がキャビティ開口部よりも大きく、つまりキャビティが内側につぼまるような形状となっているため、燃料噴射時期が早まると、ピストン冠面との距離が大きいうちに噴射される燃料は、キャビティ内に入らずに外側に拡散してしまう。この場合には混合気の層状化が難しくなり、良好な成層燃焼が得られなくなる。
【０００７】
このため、燃料噴射時期をそれほど早めることはできず、燃料噴射量が大きい領域では、結果的に噴射時期が要求噴射時期よりも遅れることになり、キャビティ内の混合気が過濃となりやすく、良好な成層燃焼が実現できないという問題があった。
【０００８】
本発明は運転条件が変化しても常に適正な可燃濃度の混合気層を形成することが可能な直憤式火花点火機関を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シリンダ上部に燃料噴射弁と点火栓を備え、ピストン冠面に前記燃料噴射弁からの燃料噴霧を受け止めるキャビティを形成した直憤式火花点火機関において、前記キャビティを、その底面部よりも開口部が拡がるように傾斜した内壁面をもち、ピストン圧縮行程で前記燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧が、常に前記内壁面に衝突し、かつ前記内壁面に衝突するときの角度が常にキャビティ外側に鋭角となるように設定し、前記燃料噴霧がキャビティ内側に向く循環流を形成するようにした。
【００１０】
【作用・効果】
したがって、圧縮行程で燃料噴射を行う成層燃焼時には、燃料噴射時期が変化しても、常に傾斜したキャビティ内壁面と燃料噴霧が衝突し、かつキャビティ内側に向けての循環流が形成され、これにより空気を巻き込みつつ点火栓の近傍に適正な可燃濃度の混合気層を形成し、良好かつ安定した成層燃焼を実現できる。
【００１１】
【実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
まず、第１の実施形態を図１に示す。
【００１３】
図１において、１はシリンダヘッド、２はシリンダブロック、３はシリンダ内で上下動するピストンで、これらにより燃焼室４が画成される。シリンダヘッド１には、吸気ポート６と排気ポート７が形成され、これら吸気、排気ポート６、７と燃焼室４との連通を機関回転に同期して開閉する吸気弁８と排気弁９とが設けられる。
【００１４】
燃焼室４の上部に位置して、シリンダヘッド１には、好ましくは、ピストン３と略同軸上に燃料噴射弁１１が配置され、ピストン軸心に向けて下方に、かつ円錐状に拡がるように燃料を噴霧する。後述するように、この燃料噴霧は、ピストン３の冠面２２に形成されるキャビティ２３との関係から、その噴霧の拡がり角度が適切に設定される。
【００１５】
燃料噴射弁１１の近傍には点火栓１２が配設され、圧縮上死点付近の適切な点火時期において点火し、混合気に着火する。
【００１６】
前記冠面２２に形成されるキャビティ２３は、ピストン軸心と略一致する中心をもち、全体的には円形に形成される。さらにキャビティ２３は、平らな平面で形成される底面部２４と、その周囲から斜めに直線的に立ち上がる傾斜した内壁面２５とから形成され、キャビティ開口部２６の面積が、底面部２４の面積よりも大きくなった、末広がりのすり鉢型に形成されている。また、このとき傾斜した内壁面２５のシリンダ軸線方向への投影面積は、底面部２４の面積よりも大きくなる要に設定してある。
【００１７】
そして、内壁面２５の傾斜角と、燃料噴射弁１１からの燃料噴霧の拡がり角と、キャビティ２３の開口部２６の直径との関係は、成層燃焼領域において、燃料噴射弁１１から圧縮行程の後半で燃料が噴射され、かつその燃料噴射時期が負荷によって、すなわち燃料噴射量が変化するのに伴って、最大限度に早まったときにも、図２にも示すように、原則として、円錐状に拡がる燃料噴霧が、必ずキャビティ２３内に到達し、かつ燃料噴霧が傾斜する内壁面２５に衝突するときの角度が、内壁面２５と燃料噴霧のなす角度のうち、内壁面２５のキャビティ中心側に向けての面である、キャビティ内側とのなす角度が、９０度以上、つまり鈍角を形成し、反対にキャビティ外側とのなす角度が鋭角となるような関係に設定してある（以下、本明細書では、この関係を、キャビティ外側に鋭角をなすと定義する）。
【００１８】
このようにしたため、図２の（Ａ）と（Ｂ）に示すように、燃料噴霧は燃料噴射時期の遅いときにも、また早いときにも、キャビティ外側３の外側に出ることがなく、傾斜した内壁面２５と衝突し、かつ衝突角が外側に鋭角とり、これらにより、燃料噴霧は内壁面２５に衝突してからキャビティ内で内側に向けて巻き上がる循環流を形成し、空気を巻き込みつつ、ピストン上死点付近においてキャビティ２３の内部及びその上方空間に可燃濃度の混合気塊を形成できるようになっている。
【００１９】
なお、ピストン３の冠面２２には、前記キャビティ２３の周囲にあって、両側に緩やかに傾斜した傾斜面２７をもち、かつこれら傾斜面２７に挟まれた領域には平らな頂面２８が、キャビティ２３の外側に位置して形成される。
【００２０】
前記燃料噴射弁１１からの燃料の噴射時期は、図示しないコントローラにより制御され、機関の低、中負荷域ではリーン混合気による成層燃焼のために、燃料噴射時期が圧縮行程の後半で、かつ負荷が大きくなるほど噴射量が大きくなるとともに、噴射時期が早められる（進角される）ように制御される。なお、機関回転速度の上昇に伴っても、燃料噴射時期が進角される。
【００２１】
これに対して、機関高負荷域では燃料噴射時期は吸気行程の前半に設定され、空気と燃料とを予め混合し、また燃料噴射量が負荷に応じて増やされ、これらにより理論空燃比の予混合気による均質混合気燃焼が行われる。
【００２２】
また、コントローラは点火栓１２による点火時期についても、機関の負荷、回転数に基づいて最適点火時期（ＭＢＴ）となるように制御する。
【００２３】
以上のように構成され、次に作用を説明する。
【００２４】
図３にも示すように、機関負荷が高負荷などを除き、比較的負荷の小さい、成層燃焼領域にあっては、ピストン３が上昇する圧縮行程の後半に燃料噴射弁１１から燃料が噴射される。燃料噴射弁１１からの円錐状の燃料噴霧はキャビティ２３の内壁面２５と全周において衝突する。衝突角がキャビティ外側に向けて鋭角のため、それぞれがキャビティ中心に向けて壁面に沿って進行し、やがて反対側からの燃料噴霧と衝突し、キャビティ内からシリンダヘッド側に向けて上昇する循環流を形成し、このとき周辺の空気を巻き込みつつ、点火栓１２の近傍に可燃濃度の混合気塊を形成する。混合気塊はピストン３のさらなる上昇に伴いキャビティ内よりも外側に拡大していく。
【００２５】
そして、圧縮上死点付近で点火栓１２による点火が行われると、この可燃濃度の混合気塊に着火し、全体的にはリーン空燃比の混合気でありながらも、安定した成層燃焼が行われる。
【００２６】
ところで図４にも示すように、成層燃焼運転にあっても、負荷に応じて燃料噴射量が異なり、低負荷では少ない燃料が、負荷が大きくなるのにしたがって増加していき、かつ燃料噴射時期もその分だけ早くなる。
【００２７】
燃料噴射時期が早くなると、燃料噴射弁１１が燃料噴射を開始するときの、ピストン冠面２２と燃料噴射弁１１との距離が大きく、同じ燃料噴射角度で噴射される燃料噴霧は、ピストン冠面２２に到達するときに、それだけ拡がる。
【００２８】
しかし、本発明ではキャビティ２３は、開口部２６の径が底面部２４よりも広く、かつ内壁面２５は外側に向けて拡がるすり鉢型に形成されていて、常に燃料噴霧はキャビティ内に到達し、全周的に内壁面２５と衝突し、かつそのときの衝突角がキャビティ外側に向けて鋭角となる。
【００２９】
このため、燃料噴射量が増え、噴射時期が早まった場合、すなわち高負荷側でも、燃料噴霧はキャビティ内において中心から上方に向かう循環流を形成し、周辺の空気を巻き込みながら、点火栓１２の近傍に均一的濃度の混合気層を形成することができる。
【００３０】
負荷が小さく、燃料噴射量が少ないときは、噴射時期が遅れるが、この場合には燃料噴霧はキャビティ中央寄りにおいて内壁面２５と衝突し、主にその内側領域で循環する循環流を形成し、この場合には、全体的には小さいけれども可燃濃度の均一的な混合気塊を形成できる。
【００３１】
このように、燃料噴射量が少なくても、多くても常に良好な均一的濃度の可燃混合気層を形成することができ、安定した成層燃焼が実現できるのである。
【００３２】
上記のように、本実施形態よれば、シリンダ上部に燃料噴射弁１１と点火栓１２を備え、ピストン冠面２２に燃料噴射弁１１からの燃料噴霧を受けるキャビティ２３を形成し、キャビティ２３を、その底面部２４よりも開口部２６が拡がるように傾斜した内壁面２５をもち、ピストン圧縮行程で燃料噴射弁１１から噴射された燃料噴霧が、常に内壁面２５と衝突し、かつ内壁面２５に衝突するときの角度がキャビティ外側に鋭角となるように設定し、燃料噴霧がキャビティ内側に向く循環流を形成するようにしたので、圧縮行程で燃料噴射を行う成層燃焼時には、燃料噴射時期が変化しても、常にキャビティ内側に向けての循環流が形成され、これにより周辺の空気を巻き込みつつ点火栓の近傍に適正な可燃濃度の混合気層を形成し、良好かつ安定した成層燃焼を実現できる。
【００３３】
また、キャビティ２３の内壁面２５は、シリンダ中心軸方向についての仮想平面に対する投影面積が、底面部２４の面積よりも大きくなるように設定することで、確実に傾斜する内壁面２５に燃料噴霧を衝突させ、キャビティ内側に向かう循環流を形成することができる。
【００３４】
また、燃料噴射弁１１と、点火栓１２とを、キャビティ２３の底面部２４の上方領域に配置することで、キャビティ２３とシリンダヘッドとの間に形成される燃焼室４に形成される混合気塊の中心付近に点火し、確実に着火させることができる。
【００３５】
なお、燃料噴射弁１１からの燃料噴射時期は、機関負荷の増大に伴い進角させることにより、また、機関回転速度の上昇に伴い進角させることにより、それぞれ噴射の終了が遅くなり過ぎたときに起きる混合気が過濃化を防ぎ、安定した成層燃焼を可能とする。
【００３６】
次に図５を参照して第２の実施形態を説明する。
【００３７】
以下の説明では、重複を避けるために、主として第１の実施形態と異なる部分を中心に行うことにする。
【００３８】
キャビティ２３の中心部には、突起部２７が形成される。この突起部２７は全周的に内壁面２５に衝突して内側に流れる燃料噴霧をキャビティ中心から上方に向かう循環流を生起させるように案内する。
【００３９】
したがって、本実施形態では、循環流をより安定的に生成することができ、それだけ成層燃焼の安定化に寄与する。
【００４０】
図６を参照して第３の実施形態を説明する。
【００４１】
これは、キャビティ２３の形状を変化させたもので、とくに傾斜した底面部２４ａを備える点で、第１の実施形態と異なっている。
【００４２】
点火栓１２の軸線と略直交するように、底面部２４ａの傾斜方向が規定されている。シリンダヘッド側の設置スペースの制約から、燃料噴射弁１１に近接する点火栓１２をピストン軸心と傾斜し、その点火点がなるべく燃料噴射弁１１の軸線に近似する位置となるように配置する場合、底面部２４ａをこのように傾斜させることにより、内壁面２５の全周で反射し、中心側に向かう循環流が、この点火栓１２を指向するようになる。
【００４３】
これにより、本実施形態では、点火栓近傍に確実に可燃濃度の混合気塊の中心をもってくることが可能となり、それだけ着火、燃焼の安定性が高められる。
【００４４】
図７を参照して第４の実施形態を説明する。
【００４５】
この実施形態は、第１の実施形態と点火栓構造において相違する。
【００４６】
すなわち、燃焼室中心に向けて突出する点火栓１２ａが設けられ、この点火栓１２ａの点火点（点火ギャップ）は、ピストン３の圧縮上死点において、キャビティ２３とシリンダヘッド１との間で形成される燃焼室中心に位置するように設けられる。つまり、キャビティ２３の開口部２６の略中心付近に点火点がくるように配置される。
【００４７】
したがって、この実施形態では、圧縮上死点付近で点火される点火栓１２の点火点が、燃焼室中心、すなわち混合気塊の中心付近に位置するため、点火後の火炎伝播距離が短くなり、急速な燃焼が可能となる。
【００４８】
図８を参照して第５の実施形態を説明する。
【００４９】
この実施形態では、キャビティ２３はより傾斜の大きい、つまり垂直に近づいた内壁面２５ａをもち、ただし、この場合、燃料噴射時期が早められたときにも確実に燃料噴射弁１１からの燃料噴霧がキャビティ内に入るように、キャビティ開口部２６の直径は大きく設定されている。
【００５０】
このようにして、本実施形態では、内壁面２５ａの傾斜が強いために、衝突した燃料噴霧が確実にキャビティ中央に向かうように流れ、これにより強い循環流を形成することができる。
【００５１】
図９を参照して第６の実施形態を説明する。
【００５２】
この実施形態では、第１の実施形態に対して、キャビティ２３の傾斜した内壁面２５の上部に、これに連続して垂直壁面部２８が形成されている。
【００５３】
この実施形態では、垂直壁面部２８が燃料噴霧の拡散を阻止し、キャビティ内に循環流を保持し、より安定した燃焼を可能とする。
【００５４】
本発明は上記した実施形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で、当業者がなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）（Ｂ）は、本発明の第１実施形態の断面図とピストン平面図である。
【図２】同じく、（Ａ）（Ｂ）は燃料噴射時期が遅い場合と早い場合とでの燃料噴霧の状態を示す説明図である。
【図３】同じく（Ａ）〜（Ｄ）は燃料噴霧にもとづく混合気塊の形成過程を示す説明図である。
【図４】同じく（Ａ）〜（Ｃ）は各負荷に応じて生成される混合気塊を示す説明図である。
【図５】第２の実施形態を示す断面図である。
【図６】第３の実施形態を示す断面図である。
【図７】第４の実施形態を示す断面図である。
【図８】第５の実施形態を示す断面図である。
【図９】第６の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ シリンダヘッド
２ シリンダブロック
３ ピストン
４ 燃焼室
１１ 燃料噴射弁
１２ 点火栓
２２ ピストン冠面
２３ キャビティ
２４ 底面部
２５ 内壁面
２６ 開口部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a spark ignition type internal combustion engine that injects fuel directly into a combustion chamber.
[0002]
[Prior art]
In a spark-ignition internal combustion engine with a spark plug, fuel is directly injected into the cavity in the combustion chamber in the latter half of the compression stroke at low and medium load ranges to form a stratified mixture and ignite here. Patent Literature 1 discloses a technique in which stable stratified combustion is achieved by performing ignition with a plug while maintaining a lean mixture.
[0003]
It is very important in this insidious internal combustion engine to surely form a combustible concentration mixture in the vicinity of the ignition plug during stratified combustion. For this reason, a cavity is formed in the piston crown surface, , And the sprayed fuel is reflected and circulated on the inner wall surface of the cavity, soars toward the spark plug, and forms an appropriate mixture layer near the spark plug.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-11-82028
[Problems to be solved by the invention]
If the required fuel injection amount changes in accordance with the load in such a stratified combustion operation region, the injection time becomes longer when a relatively large amount of fuel is to be injected. Therefore, the injection timing must be advanced accordingly.
[0006]
However, in the above-mentioned insidious internal combustion engine, the shape of the cavity is such that the cross-sectional area inside the cavity is larger than the opening of the cavity, that is, the shape is such that the cavity is narrowed inward. If it is accelerated, the fuel injected while the distance from the piston crown surface is large will diffuse outside without entering the cavity. In this case, stratification of the air-fuel mixture becomes difficult, and good stratified combustion cannot be obtained.
[0007]
For this reason, the fuel injection timing cannot be advanced so much, and in the region where the fuel injection amount is large, the injection timing is eventually delayed from the required injection timing, and the air-fuel mixture in the cavity tends to be excessively rich. There is a problem that a stratified combustion cannot be realized.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a direct incendiary spark ignition engine capable of always forming an air-fuel mixture having an appropriate flammable concentration even when operating conditions change.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a direct incendiary spark ignition engine in which a fuel injection valve and an ignition plug are provided at an upper portion of a cylinder, and a cavity for receiving fuel spray from the fuel injection valve is formed on a piston crown surface. Also has an inner wall inclined so that the opening expands, and the fuel spray injected from the fuel injection valve during the piston compression stroke always collides with the inner wall, and the angle when colliding with the inner wall is always An acute angle was set outside the cavity, so that the fuel spray formed a circulating flow directed toward the inside of the cavity.
[0010]
[Action / Effect]
Therefore, at the time of stratified combustion in which fuel injection is performed in the compression stroke, even when the fuel injection timing changes, the fuel spray always collides with the inclined inner wall surface of the cavity, and a circulating flow is formed toward the inside of the cavity. An air-fuel mixture layer having an appropriate flammable concentration is formed in the vicinity of the ignition plug while entraining air, and good and stable stratified combustion can be realized.
[0011]
Embodiment
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0012]
First, a first embodiment is shown in FIG.
[0013]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a cylinder head, 2 denotes a cylinder block, and 3 denotes a piston which moves up and down in the cylinder. An intake port 6 and an exhaust port 7 are formed in the cylinder head 1, and an intake valve 8 and an exhaust valve 9 that open and close communication between the intake and exhaust ports 6 and 7 and the combustion chamber 4 in synchronization with engine rotation are provided. Provided.
[0014]
A fuel injection valve 11 is preferably arranged on the cylinder head 1 substantially coaxially with the piston 3 and located above the combustion chamber 4 so as to extend downward and conically toward the piston axis. Spray the fuel. As will be described later, the spread angle of the fuel spray is set appropriately in relation to the cavity 23 formed in the crown surface 22 of the piston 3.
[0015]
An ignition plug 12 is provided near the fuel injection valve 11 and ignites at an appropriate ignition timing near the compression top dead center to ignite the air-fuel mixture.
[0016]
The cavity 23 formed in the crown surface 22 has a center substantially coincident with the piston axis, and is formed in a circular shape as a whole. Further, the cavity 23 is formed of a bottom surface 24 formed of a flat plane and an inclined inner wall surface 25 rising straight and obliquely from the periphery thereof, and the area of the cavity opening 26 is smaller than the area of the bottom surface 24. It is also formed in a mortar shape that is larger and wider. At this time, the projected area of the inclined inner wall surface 25 in the cylinder axis direction is set to be larger than the area of the bottom surface portion 24.
[0017]
The relationship between the inclination angle of the inner wall surface 25, the spread angle of the fuel spray from the fuel injection valve 11, and the diameter of the opening 26 of the cavity 23 is determined in the stratified combustion region from the fuel injection valve 11 to the second half of the compression stroke. When the fuel is injected at the maximum and the fuel injection timing is advanced to the maximum extent by the load, that is, as the fuel injection amount changes, as shown in FIG. The angle at which the expanding fuel spray always reaches the inside of the cavity 23 and collides with the inclined inner wall surface 25 is the angle between the inner wall surface 25 and the fuel spray, which is closer to the cavity center side of the inner wall surface 25. The angle formed with the inside of the cavity, which is the facing surface, is set to 90 degrees or more, that is, forms an obtuse angle, and the angle formed with the outside of the cavity is set to an acute angle (hereinafter, this specification). In, this relationship is defined as an acute angle to the cavity outside).
[0018]
Thus, as shown in FIGS. 2A and 2B, the fuel spray does not come out of the cavity outside 3 even when the fuel injection timing is late or early, and the fuel spray is not inclined. The fuel spray collides with the inner wall surface 25 and has a sharp outer angle, so that the fuel spray forms a circulating flow that collides with the inner wall surface 25 and then rises inward in the cavity. In the vicinity of the piston top dead center, a combustible concentration air-fuel mixture can be formed inside the cavity 23 and in the space above the cavity 23.
[0019]
In addition, the crown surface 22 of the piston 3 has a sloping surface 27 gently inclined on both sides around the cavity 23, and a flat top surface 28 is formed in a region sandwiched between the sloping surfaces 27. , Formed outside the cavity 23.
[0020]
The injection timing of the fuel from the fuel injection valve 11 is controlled by a controller (not shown). In a low and medium load range of the engine, the fuel injection timing is in the latter half of the compression stroke due to the stratified combustion by the lean air-fuel mixture. Is increased, the injection amount is increased, and the injection timing is controlled to be advanced (advanced). The fuel injection timing is advanced even with an increase in the engine speed.
[0021]
On the other hand, in the high engine load range, the fuel injection timing is set in the first half of the intake stroke, the air and fuel are mixed in advance, and the fuel injection amount is increased in accordance with the load. Homogeneous mixture combustion by the mixture is performed.
[0022]
Further, the controller also controls the ignition timing of the ignition plug 12 based on the load and the number of revolutions of the engine so that the optimum ignition timing (MBT) is obtained.
[0023]
The configuration is as described above, and the operation will now be described.
[0024]
As shown in FIG. 3, in the stratified combustion region where the engine load is relatively small except for a high engine load, fuel is injected from the fuel injection valve 11 in the latter half of the compression stroke in which the piston 3 rises. You. The conical fuel spray from the fuel injection valve 11 collides with the inner wall surface 25 of the cavity 23 all around. Since the collision angle is acute toward the outside of the cavity, each circulates along the wall toward the center of the cavity, collides with fuel spray from the opposite side, and rises from the inside of the cavity toward the cylinder head. At this time, a mixed air mass having a flammable concentration is formed near the ignition plug 12 while entraining the surrounding air. The mixed air mass expands outside the cavity as the piston 3 further rises.
[0025]
Then, when ignition is performed by the ignition plug 12 near the compression top dead center, the flammable mixture is ignited, and stable stratified combustion is performed even though the mixture has a lean air-fuel ratio as a whole. Is
[0026]
By the way, as shown in FIG. 4, even in the stratified charge combustion operation, the fuel injection amount varies depending on the load. At a low load, a small amount of fuel increases as the load increases, and the fuel injection timing increases. Is faster by that much.
[0027]
When the fuel injection timing is advanced, the distance between the piston crown surface 22 and the fuel injection valve 11 when the fuel injection valve 11 starts fuel injection is large, and the fuel spray injected at the same fuel injection angle is the piston crown surface. When it reaches 22, it spreads that much.
[0028]
However, in the present invention, the cavity 23 is formed in a mortar shape in which the diameter of the opening 26 is wider than the bottom portion 24 and the inner wall surface 25 expands outward, so that the fuel spray always reaches the cavity, It collides with the inner wall surface 25 all around, and the collision angle at that time becomes acute toward the outside of the cavity.
[0029]
For this reason, when the fuel injection amount is increased and the injection timing is advanced, that is, even on the high load side, the fuel spray forms a circulating flow upward from the center in the cavity, and while the surrounding air is entrained, the fuel spray is A mixture layer having a uniform concentration can be formed in the vicinity.
[0030]
When the load is small and the fuel injection amount is small, the injection timing is delayed, but in this case, the fuel spray collides with the inner wall surface 25 near the center of the cavity and forms a circulating flow mainly circulating in the inner region, In this case, it is possible to form a homogeneous air-fuel mixture having a small flammable concentration as a whole.
[0031]
As described above, even if the fuel injection amount is small or large, a combustible mixture layer having a good uniform concentration can always be formed, and stable stratified combustion can be realized.
[0032]
As described above, according to the present embodiment, the fuel injection valve 11 and the ignition plug 12 are provided in the upper part of the cylinder, and the cavity 23 for receiving the fuel spray from the fuel injection valve 11 is formed in the piston crown surface 22. It has an inner wall surface 25 inclined so that the opening portion 26 is wider than the bottom surface portion 24, and the fuel spray injected from the fuel injection valve 11 in the piston compression stroke always collides with the inner wall surface 25, and The angle of the collision is set to be acute outside the cavity, and the fuel spray forms a circulating flow directed toward the inside of the cavity.Thus, during stratified charge combustion in which fuel is injected during the compression stroke, the fuel injection timing changes. However, a circulating flow is always formed toward the inside of the cavity, thereby forming an air-fuel mixture layer having an appropriate flammable concentration near the ignition plug while entraining surrounding air. It is possible to realize a stable stratified combustion.
[0033]
Also, the inner wall surface 25 of the cavity 23 is set so that the projected area with respect to the virtual plane in the cylinder center axis direction is larger than the area of the bottom surface portion 24, so that the fuel spray can be surely sprayed on the inclined inner wall surface 25. The collision can form a circulating flow toward the inside of the cavity.
[0034]
Further, by arranging the fuel injection valve 11 and the ignition plug 12 in an area above the bottom surface 24 of the cavity 23, the air-fuel mixture formed in the combustion chamber 4 formed between the cavity 23 and the cylinder head is formed. It ignites in the vicinity of the center of the mass and can reliably ignite.
[0035]
The fuel injection timing from the fuel injection valve 11 is advanced when the engine load increases, or when the injection end is too late by increasing the engine rotation speed. The air-fuel mixture that occurs in the fuel tank prevents over-concentration and enables stable stratified combustion.
[0036]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
[0037]
In the following description, in order to avoid repetition, the description will be made mainly on portions different from the first embodiment.
[0038]
A projection 27 is formed at the center of the cavity 23. The projection 27 collides with the inner wall surface 25 all around and guides the fuel spray flowing inward so as to generate a circulating flow upward from the center of the cavity.
[0039]
Therefore, in the present embodiment, a circulating flow can be generated more stably, which contributes to the stabilization of stratified combustion.
[0040]
A third embodiment will be described with reference to FIG.
[0041]
This is different from the first embodiment in that the shape of the cavity 23 is changed, and in that the cavity 23 has a particularly inclined bottom surface 24a.
[0042]
The inclination direction of the bottom surface 24a is defined so as to be substantially perpendicular to the axis of the ignition plug 12. When the spark plug 12 close to the fuel injection valve 11 is inclined with respect to the piston axis due to the limitation of the installation space on the cylinder head side, and the ignition plug is arranged so that its ignition point is as close as possible to the axis of the fuel injection valve 11. By inclining the bottom portion 24a in this manner, the circulating flow reflected on the entire circumference of the inner wall surface 25 and directed toward the center side is directed toward the ignition plug 12.
[0043]
As a result, in the present embodiment, it is possible to reliably bring the center of the combustible gas mixture to the vicinity of the ignition plug, and the ignition and combustion stability are improved accordingly.
[0044]
A fourth embodiment will be described with reference to FIG.
[0045]
This embodiment is different from the first embodiment in an ignition plug structure.
[0046]
That is, an ignition plug 12a projecting toward the center of the combustion chamber is provided, and an ignition point (ignition gap) of the ignition plug 12a is formed between the cavity 23 and the cylinder head 1 at the compression top dead center of the piston 3. It is provided so as to be located at the center of the combustion chamber. That is, the ignition point is arranged near the center of the opening 26 of the cavity 23.
[0047]
Therefore, in this embodiment, since the ignition point of the ignition plug 12 ignited near the compression top dead center is located near the center of the combustion chamber, that is, near the center of the air-fuel mixture, the flame propagation distance after ignition is reduced, Rapid combustion becomes possible.
[0048]
A fifth embodiment will be described with reference to FIG.
[0049]
In this embodiment, the cavity 23 has a larger inclination, that is, an inner wall surface 25a approaching vertical, however, in this case, even when the fuel injection timing is advanced, the fuel spray from the fuel injection valve 11 is surely made. The diameter of the cavity opening 26 is set large so as to enter the cavity.
[0050]
As described above, in the present embodiment, since the inclination of the inner wall surface 25a is strong, the colliding fuel spray flows toward the center of the cavity without fail, whereby a strong circulation flow can be formed.
[0051]
A sixth embodiment will be described with reference to FIG.
[0052]
In the present embodiment, a vertical wall surface portion 28 is formed above the inclined inner wall surface 25 of the cavity 23 so as to be continuous with the first embodiment.
[0053]
In this embodiment, the vertical wall portion 28 prevents diffusion of the fuel spray, maintains a circulating flow in the cavity, and enables more stable combustion.
[0054]
It is apparent that the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes various changes and improvements that can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea described in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are a cross-sectional view and a plan view of a piston according to a first embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams showing states of fuel spray when the fuel injection timing is late and early.
3 (A) to 3 (D) are explanatory views showing a process of forming a mixed air mass based on fuel spray.
FIGS. 4A to 4C are explanatory diagrams showing mixed air masses generated according to respective loads.
FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a third embodiment.
FIG. 7 is a sectional view showing a fourth embodiment.
FIG. 8 is a sectional view showing a fifth embodiment.
FIG. 9 is a sectional view showing a sixth embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder head 2 Cylinder block 3 Piston 4 Combustion chamber 11 Fuel injection valve 12 Spark plug 22 Piston crown surface 23 Cavity 24 Bottom part 25 Inner wall surface 26 Opening
