JP2010024855A - Cylinder injection type internal combustion engine - Google Patents

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Yoshiyuki Kitazume
芳之 北爪
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cylinder injection type internal combustion engine gathering fuel spray in a cavity and thereby not deteriorating torque fluctuation even when actual fuel injection timing slightly is shifted from target injection timing. <P>SOLUTION: The cylinder injection type internal combustion engine has: a piston 17 reciprocating in a cylinder of the internal combustion engine; and a fuel injection valve 3 provided in an upper periphery of a combustion chamber 2 defined by the cylinder and piston. The cavity 22 is provided on the top of the piston. The fuel injection valve has a plurality of slitted nozzles 66 extending perpendicularly to an axis direction of the cylinder and fuel injection directions from the nozzles are shifted from each other in the axis direction of the cylinder. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、筒内噴射型内燃機関に関する。   The present invention relates to a direct injection internal combustion engine.

成層燃焼と均質燃焼との間で燃焼形態を切替可能な筒内噴射型内燃機関が公知である。成層燃焼は、点火直前の圧縮行程に燃料を噴射して、点火プラグ付近のみに燃料を偏在させた状態で着火性の良好な混合気に点火をすることによって行われる燃焼であり、燃焼室全体としては非常に薄い混合気で燃焼が行われる。一方、均質燃焼は、吸気行程中に燃料を噴射して燃焼室全体に亘って混合気の空燃比をほぼ均一にしてから混合気に点火することによって行われる燃焼である。   2. Description of the Related Art A cylinder injection type internal combustion engine that can switch a combustion mode between stratified combustion and homogeneous combustion is known. Stratified combustion is combustion performed by injecting fuel in the compression stroke immediately before ignition and igniting a mixture with good ignitability in a state where the fuel is unevenly distributed only in the vicinity of the spark plug. As a result, combustion is performed with a very thin air-fuel mixture. On the other hand, homogeneous combustion is combustion performed by injecting fuel during an intake stroke to make the air-fuel ratio of the air-fuel mixture substantially uniform over the entire combustion chamber and then igniting the air-fuel mixture.

このような燃焼形態を切替可能な筒内噴射型内燃機関では、成層燃焼を実行する際に成層化を促進するために、ピストンの頂面に部分的にキャビティが設けられており、圧縮行程中における燃料噴射時に燃料噴射弁から噴射された燃料がキャビティを経て点火プラグ付近に送られる。   In such a cylinder injection internal combustion engine capable of switching the combustion mode, in order to promote stratification when performing stratified combustion, a cavity is partially provided on the top surface of the piston, and during the compression stroke The fuel injected from the fuel injection valve at the time of fuel injection is sent to the vicinity of the spark plug through the cavity.

このようなキャビティが設けられた筒内噴射型内燃機関では、点火プラグ付近のみに燃料を偏在させるためには燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧をキャビティ内に進入させることが必要である。また、キャビティ内に進入しなかった噴射燃料はシリンダ壁面に付着してしまい、その結果、燃料が潤滑油内に混入されてオイル希釈を招いてしまう場合がある。そこで、噴射燃料が確実にキャビティ内に進入するように、燃料噴射の終了時期を、燃料噴射弁からの燃料噴霧の中心線がキャビティ内に位置する範囲内のクランク角となるように設定することが提案されている（例えば、特許文献１）。   In a cylinder injection internal combustion engine provided with such a cavity, in order to make the fuel unevenly distributed only in the vicinity of the spark plug, it is necessary to allow the fuel spray injected from the fuel injection valve to enter the cavity. Further, the injected fuel that has not entered the cavity adheres to the cylinder wall surface, and as a result, the fuel may be mixed into the lubricating oil, leading to oil dilution. Therefore, in order to ensure that the injected fuel enters the cavity, the end timing of the fuel injection is set so that the center line of the fuel spray from the fuel injection valve becomes a crank angle within a range where the fuel spray valve is located in the cavity. Has been proposed (for example, Patent Document 1).

特開平１０−２９９５３９号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-299539 特開２００２−３６４３６９号公報JP 2002-364369 A 特開昭６３−１７１０号公報JP 63-1710 A

ところで、特許文献１に記載されているように、燃料噴射の終了時期が燃料噴射弁からの燃料噴霧の中心線がキャビティ内に位置する範囲内のクランク角となるように燃料噴射を行おうとしても、実際に燃料噴射が行われる噴射時期が目標噴射時期からずれてしまう場合がある。   By the way, as described in Patent Document 1, fuel injection is attempted so that the fuel injection end timing becomes a crank angle within a range where the center line of the fuel spray from the fuel injection valve is located in the cavity. However, the injection timing at which fuel injection is actually performed may deviate from the target injection timing.

このように実際の燃料噴射時期が目標噴射時期からずれてしまうと、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧がキャビティ内に進入しない場合がある。このように、燃料噴霧がキャビティ内に進入しないと、上述したように噴射燃料がシリンダ壁面に付着してしまってオイル希釈を招いてしまったり、燃焼室内に形成される混合気が安定せずにトルク変動を悪化させてしまったりする。   Thus, if the actual fuel injection timing deviates from the target injection timing, the fuel spray injected from the fuel injection valve may not enter the cavity. Thus, if the fuel spray does not enter the cavity, the injected fuel adheres to the cylinder wall surface as described above, leading to oil dilution, or the air-fuel mixture formed in the combustion chamber is not stabilized. The torque fluctuation will be worsened.

従って、本発明の目的は実際の燃料噴射時期が目標噴射時期から多少ずれてしまっても、燃料噴霧がキャビティ内に集り、よってトルク変動を悪化させない筒内噴射型内燃機関を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a cylinder injection type internal combustion engine in which fuel spray is collected in the cavity even if the actual fuel injection timing is slightly deviated from the target injection timing, and thus torque fluctuation is not deteriorated. .

上記課題を解決するために、第１の発明では、内燃機関のシリンダ内を往復運動するピストンと、前記シリンダ及びピストンによって画成される燃焼室の上方周縁部に設けられた燃焼噴射弁とを具備し、前記ピストンの頂部にはキャビティが設けられている、筒内噴射型内燃機関において、上記燃料噴射弁はシリンダの軸線方向と垂直に延びる出口を有する複数のスリット状噴孔を有し、これら噴孔からの燃料噴射方向は互いにシリンダの軸線方向にずれている。
第１の発明によれば、複数のスリット状噴孔からの燃料噴射方向が互いにシリンダの軸線方向にずれている。このため、実際の燃料噴射時期が目標噴射時期から多少ずれてしまっても、少なくとも一方のスリット状噴孔からの燃料噴霧をキャビティ内に集めることができる。 In order to solve the above problems, in the first invention, a piston that reciprocates in a cylinder of an internal combustion engine, and a combustion injection valve provided at an upper peripheral edge of a combustion chamber defined by the cylinder and the piston are provided. In the in-cylinder injection type internal combustion engine, wherein the piston is provided with a cavity at the top, the fuel injection valve has a plurality of slit-shaped injection holes having outlets extending perpendicularly to the axial direction of the cylinder, The fuel injection directions from these nozzle holes are shifted from each other in the axial direction of the cylinder.
According to the first aspect of the invention, the fuel injection directions from the plurality of slit-like injection holes are shifted from each other in the axial direction of the cylinder. For this reason, even if the actual fuel injection timing slightly deviates from the target injection timing, the fuel spray from at least one slit-shaped injection hole can be collected in the cavity.

第２の発明では、第１の発明において、シリンダの軸線方向における両スリット状噴孔から噴射される燃料噴霧のなす角度をαとし、成層燃焼運転中の燃料噴射時期におけるピストンの位置を噴射時ピストン位置とし、該噴射時ピストン位置において上記燃料噴射弁の噴孔を中心として上記燃料噴射弁から離れた側のキャビティの側壁の上部と下部とがなす角度をγとすると、上記角度αはγ／２≦α≦３γ／２となるように設定される。   In the second invention, in the first invention, the angle formed by the fuel sprays injected from both slit-like nozzle holes in the axial direction of the cylinder is α, and the piston position at the fuel injection timing during the stratified combustion operation is set at the time of injection. Assuming that the angle between the upper part and the lower part of the side wall of the cavity on the side farther from the fuel injection valve around the injection hole of the fuel injection valve at the piston position at the time of injection is γ, the angle α is γ / 2 ≦ α ≦ 3γ / 2.

第３の発明では、第２の発明において、上記角度αは上記燃料噴射弁の噴孔を中心として上記燃料噴射弁から離れた側のキャビティの側壁の上部と下部とがなす角度γとほぼ同一とされる。   According to a third aspect, in the second aspect, the angle α is substantially the same as an angle γ formed by an upper portion and a lower portion of the side wall of the cavity on the side away from the fuel injection valve with the injection hole of the fuel injection valve as a center. It is said.

第４の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、上記スリット状噴孔は各燃料噴射弁に二つ設けられる。   In a fourth invention, in any one of the first to third inventions, two slit-like injection holes are provided in each fuel injection valve.

第５の発明では、第４の発明において、上記シリンダの軸線方向と垂直な平面において両スリット状噴孔から噴射される燃料噴霧の内縁部のなす角度は、燃料噴射弁の先端部を中心として二つの吸気弁の内縁部のなす角度よりも大きい。   According to a fifth invention, in the fourth invention, the angle formed by the inner edges of the fuel sprays injected from both slit-like injection holes in a plane perpendicular to the axial direction of the cylinder is centered on the tip of the fuel injection valve. It is larger than the angle formed by the inner edges of the two intake valves.

第６の発明では、第４又は第５の発明において、上記シリンダの軸線方向と垂直な平面において両スリット状噴孔から噴射される燃料噴射弁の外縁部のなす角度は、燃料噴射弁の先端部を中心として二つの吸気弁のバルブステムのなす角度よりも小さい。   According to a sixth aspect, in the fourth or fifth aspect, the angle formed by the outer edge of the fuel injection valve that is injected from both slit-like injection holes in a plane perpendicular to the axial direction of the cylinder is the tip of the fuel injection valve. It is smaller than the angle formed by the valve stems of the two intake valves with the center as the center.

本発明によれば、実際の燃料噴射時期が目標噴射時期から多少ずれてしまっても、燃料噴霧をキャビティ内に集めることができ、よってトルク変動等を抑制することができる。   According to the present invention, even if the actual fuel injection timing slightly deviates from the target injection timing, fuel spray can be collected in the cavity, and torque fluctuations can be suppressed.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.

図１は、本発明の筒内噴射式内燃機関の全体を表す概略図である。図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための燃料噴射弁、４は点火プラグ、５は吸気マニホルド、６は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気管７を介してエアクリーナ８に連結される。吸気管７内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁９が配置される。一方、排気マニホルド６は排気管１０を介して排気浄化触媒（例えば、三元触媒）１１を内蔵したケーシング１２に連結される。   FIG. 1 is a schematic view showing the entirety of a direct injection internal combustion engine of the present invention. Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a combustion chamber of each cylinder, 3 is a fuel injection valve for injecting fuel into each combustion chamber 2, 4 is an ignition plug, 5 is an intake manifold, 6 is Each exhaust manifold is shown. The intake manifold 4 is connected to an air cleaner 8 via an intake pipe 7. A throttle valve 9 driven by a step motor is disposed in the intake pipe 7. On the other hand, the exhaust manifold 6 is connected to a casing 12 containing an exhaust purification catalyst (for example, a three-way catalyst) 11 through an exhaust pipe 10.

各気筒について詳しく示す図２を参照すると、１５はシリンダブロック、１６はシリンダブロック１５上に固定されたシリンダヘッド、１７はシリンダブロック１５内で往復動するピストン、２はピストン１７とシリンダヘッド１６との間に形成された燃焼室、１８は一組の吸気ポート、１９は一組の吸気弁、２０は一組の排気ポート、２１は一組の排気弁をそれぞれ示している。吸気ポート１８は吸気マニホルド５に連通し、排気ポート２０は排気マニホルド６に連通する。シリンダヘッド１６の周縁部、すなわち燃焼室２の上面周縁部に燃料噴射弁３が配置される。また、ピストン１７の頂面上には燃料噴射弁３の下方から点火プラグ４の下方まで延びる凹状のキャビティ２２が形成されている。   Referring to FIG. 2 showing details of each cylinder, 15 is a cylinder block, 16 is a cylinder head fixed on the cylinder block 15, 17 is a piston reciprocating in the cylinder block 15, 2 is a piston 17 and cylinder head 16, , 18 is a set of intake ports, 19 is a set of intake valves, 20 is a set of exhaust ports, and 21 is a set of exhaust valves. The intake port 18 communicates with the intake manifold 5, and the exhaust port 20 communicates with the exhaust manifold 6. The fuel injection valve 3 is disposed at the peripheral edge of the cylinder head 16, that is, at the peripheral edge of the upper surface of the combustion chamber 2. A concave cavity 22 extending from the lower side of the fuel injection valve 3 to the lower side of the spark plug 4 is formed on the top surface of the piston 17.

再び図１を参照すると、各燃料噴射弁３は燃料リザーバ２５に連結される。この燃料リザーバ２５は燃料供給管２６を介して燃料タンク２７に接続される。燃料供給管２６には電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８が配置され、この燃料ポンプ２８によって燃料タンク２７内の燃料が燃料リザーバ２５に供給される。   Referring again to FIG. 1, each fuel injection valve 3 is connected to a fuel reservoir 25. The fuel reservoir 25 is connected to a fuel tank 27 via a fuel supply pipe 26. An electronically controlled variable discharge amount fuel pump 28 is disposed in the fuel supply pipe 26, and the fuel in the fuel tank 27 is supplied to the fuel reservoir 25 by the fuel pump 28.

ＥＣＵ４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備する。吸気管７には吸気管７内を通過する空気の流量を検出するエアフロメータ４９が取り付けられ、エアフロメータ４９の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。   The ECU 40 is a digital computer, and includes a ROM (Read Only Memory) 42, a RAM (Random Access Memory) 43, a CPU (Microprocessor) 44, an input port 45, and an output port 46 connected to each other by a bidirectional bus 41. . An air flow meter 49 for detecting the flow rate of air passing through the intake pipe 7 is attached to the intake pipe 7, and an output signal of the air flow meter 49 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47.

また、アクセルペダル５１にはアクセルペダル５１の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５２が接続され、負荷センサ５２の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。さらに入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５３が接続され、このクランク角センサ５３により機関回転数が検出される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁９駆動用のステップモータ、及び燃料ポンプ２８に接続される。   A load sensor 52 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 51 is connected to the accelerator pedal 51, and the output voltage of the load sensor 52 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. The Further, a crank angle sensor 53 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 ° is connected to the input port 45, and the engine speed is detected by the crank angle sensor 53. On the other hand, the output port 46 is connected to the fuel injection valve 3, the step motor for driving the throttle valve 9, and the fuel pump 28 via a corresponding drive circuit 48.

なお、本明細書では、図２の上方、すなわちシリンダの軸線方向であって上死点側の方向を「鉛直上方」又は「上」、図２の下方、すなわちシリンダの軸線運動方向であって下死点側の方向を「鉛直下方」又は「下」として表す。ただし、機関本体１は必ずしも上死点側が鉛直上方になるように車両等に配置される必要はなく、例えばシリンダが水平になるように機関本体１を車両等に配置してもよい。   In the present specification, the upper direction in FIG. 2, that is, the axial direction of the cylinder and the direction of the top dead center side is “vertically upward” or “up”, and the lower direction in FIG. The direction of the bottom dead center side is expressed as “vertically below” or “down”. However, the engine main body 1 is not necessarily arranged in the vehicle or the like so that the top dead center side is vertically upward. For example, the engine main body 1 may be arranged in the vehicle or the like so that the cylinder is horizontal.

次に、本実施形態で用いられる燃料噴射弁３について説明する。図３（Ａ）は燃料噴射弁３の先端部の断面側面図であり、図３（Ｂ）は燃焼噴射弁３の先端部の平面図である。図３に示したように、燃料噴射弁３は、内部に中空空間を有するほぼ円筒状のノズルボディ６１と、このノズルボディ６１の中空空間内で摺動（移動）するほぼ円柱形のニードル弁６２とを具備する。ノズルボディ６１の内壁面とニードル弁６２との間には燃料が流れる環状流路６３が画成され、この環状流路６３は燃料リザーバ２５に接続され、燃料リザーバ２５から環状流路６３に燃料が供給される。ノズルボディ６１の先端部６４はほぼ円錐状であり、この先端部６４にはサック部６５が形成されると共にノズルボディ６１を貫通する二つの噴孔６６が設けられる。   Next, the fuel injection valve 3 used in this embodiment will be described. 3A is a cross-sectional side view of the tip portion of the fuel injection valve 3, and FIG. 3B is a plan view of the tip portion of the combustion injection valve 3. FIG. As shown in FIG. 3, the fuel injection valve 3 includes a substantially cylindrical nozzle body 61 having a hollow space therein, and a substantially cylindrical needle valve that slides (moves) in the hollow space of the nozzle body 61. 62. An annular channel 63 through which fuel flows is defined between the inner wall surface of the nozzle body 61 and the needle valve 62, and this annular channel 63 is connected to the fuel reservoir 25, and fuel is supplied from the fuel reservoir 25 to the annular channel 63. Is supplied. The tip portion 64 of the nozzle body 61 is substantially conical, and the tip portion 64 is provided with a sack portion 65 and two injection holes 66 penetrating the nozzle body 61.

ニードル弁６２はノズルボディ６１の中空空間内で摺動可能であり、ニードル弁６２がリフトしてニードル弁６２の先端部６７がノズルボディ６１の内壁面から離れていると、ニードル弁６２とノズルボディ６１の内壁面との間に環状隙間６８が形成され、この環状隙間６８を通って燃料が流れ、よって噴孔６６から燃料が噴射される。   The needle valve 62 is slidable in the hollow space of the nozzle body 61. When the needle valve 62 is lifted and the tip 67 of the needle valve 62 is separated from the inner wall surface of the nozzle body 61, the needle valve 62 and the nozzle An annular gap 68 is formed between the inner wall surface of the body 61 and the fuel flows through the annular gap 68, so that the fuel is injected from the injection hole 66.

図３（Ｂ）に示したように、二つの噴孔６６はスリット状に形成されている。また、これらスリット状噴孔６６の出口は互いにオフセットされた状態で平行に延びる。本実施形態では、燃料噴射弁３は、スリット状噴孔６６の出口がシリンダの軸線方向に対して垂直な方向に延びるように、シリンダヘッド１６に取り付けられ、よって一方のスリット状噴孔６６ａは他方のスリット状噴孔６６ｂよりも上方に位置することになる。また、これらスリット状噴孔６６ｂは、燃料噴射弁３の軸線の両側にそれぞれ一つずつ配置される。   As shown in FIG. 3B, the two injection holes 66 are formed in a slit shape. Further, the outlets of the slit-like nozzle holes 66 extend in parallel while being offset from each other. In the present embodiment, the fuel injection valve 3 is attached to the cylinder head 16 so that the outlet of the slit-shaped injection hole 66 extends in a direction perpendicular to the axial direction of the cylinder. It will be located above the other slit-shaped injection hole 66b. Further, one slit-like injection hole 66 b is arranged on each side of the axis of the fuel injection valve 3.

図４（Ａ）は燃料噴射弁３の平面図、図４（Ｂ）は燃料噴射弁３の側面図をそれぞれ示している。上述したように構成された燃料噴射弁３では、図４（Ａ）に示した平面図において、両スリット状噴孔６６からの燃料噴霧は燃料噴射弁３の軸線を中心に両側に分かれている。すなわち、燃料噴射弁３の先端部６４の噴射方向左側に設けられた噴孔６６ａからの燃料噴霧は燃料噴射弁３の軸線に対して斜め左向きに噴射され、燃料噴射弁３の先端部６４の噴射方向右側に設けられた噴孔６６ｂからの燃料噴霧は燃料噴射弁３の軸線に対して斜め右向きに噴射される。   4A is a plan view of the fuel injection valve 3, and FIG. 4B is a side view of the fuel injection valve 3. FIG. In the fuel injection valve 3 configured as described above, in the plan view shown in FIG. 4A, the fuel spray from both slit-shaped injection holes 66 is divided on both sides around the axis of the fuel injection valve 3. . That is, the fuel spray from the injection hole 66 a provided on the left side in the injection direction of the tip end portion 64 of the fuel injection valve 3 is injected obliquely leftward with respect to the axis of the fuel injection valve 3. The fuel spray from the injection hole 66b provided on the right side in the injection direction is injected obliquely rightward with respect to the axis of the fuel injection valve 3.

また、図４（Ｂ）に示した側面図では、両スリット状噴孔６６からの燃料噴霧の噴射方向は上下にずれている。すなわち、上方に位置するスリット状噴孔６６ａからの燃料噴霧は、下方に位置するスリット状噴孔６６ｂからの燃料噴霧よりも上向きに噴射される。   Moreover, in the side view shown to FIG. 4 (B), the injection direction of the fuel spray from both slit-shaped injection holes 66 has shifted | deviated up and down. That is, the fuel spray from the slit-shaped nozzle hole 66a positioned above is injected upward from the fuel spray from the slit-shaped nozzle hole 66b positioned below.

なお、以下では、図４（Ａ）に示した平面図において、左右に噴射された燃料噴霧の軸線間の角度を水平噴射角（図中の角度θ）、左右に噴射された各燃料噴霧が燃料噴射弁３の各噴孔６６を中心として広がる角度を水平噴霧角（図中の角度ψ）として説明する。また、左右に噴射された燃料噴霧の内縁部（内側の境界）間の角度を内側水平噴射角（図中の角度θi）、左右に噴射された燃料噴射の外縁部（外側の境界）間の角度を外側水平噴射角（図中の角度θo）として説明する。さらに、図４（Ｂ）に示した側面図において、上下に噴射された燃料噴霧の軸線間の角度を鉛直噴霧角（図中の角度α）、上下に噴射された各燃料噴霧が燃料噴射弁３の各噴孔６６を中心として広がる角度を鉛直噴霧角（図中の角度β）として説明する。 In the following, in the plan view shown in FIG. 4A, the angle between the axes of the fuel sprays injected left and right is the horizontal injection angle (angle θ in the figure), and each fuel spray injected left and right is The angle which spreads around each nozzle hole 66 of the fuel injection valve 3 will be described as a horizontal spray angle (angle ψ in the figure). Also, the angle between the inner edges (inner boundaries) of the fuel spray injected to the left and right is the inner horizontal injection angle (angle θ i in the figure), and between the outer edges (outer boundaries) of the fuel injection injected to the left and right Will be described as the outer horizontal injection angle (angle θ o in the figure). Further, in the side view shown in FIG. 4 (B), the vertical spray angle (angle α in the figure) is the angle between the axes of fuel sprays injected vertically, and each fuel spray injected vertically is a fuel injection valve. The angle which spreads around each nozzle hole 66 of 3 is demonstrated as a vertical spray angle (angle (beta) in a figure).

本実施形態では、スリット状噴孔６６から燃料噴射が行われているため、図４から分かるように、各燃料噴霧の水平噴霧角ψは鉛直噴霧角βよりも大きい。従って、図４（Ａ）に示したように、燃料噴射弁３から噴射された燃料噴霧全体として水平方向には広がっているが、鉛直方向にはあまり広がっていない。   In this embodiment, since the fuel is injected from the slit-shaped injection hole 66, the horizontal spray angle ψ of each fuel spray is larger than the vertical spray angle β, as can be seen from FIG. Therefore, as shown in FIG. 4A, the entire fuel spray injected from the fuel injection valve 3 spreads in the horizontal direction but does not spread much in the vertical direction.

なお、上記実施形態では、噴孔が二つの燃料噴射弁３を例として示しているが、噴孔の数が三つ以上の燃料噴射弁３を用いることもできる。この場合にも、各噴孔はスリット状とされると共に各スリット状噴孔の出口が水平方向に延びるように構成される。   In the above embodiment, the fuel injection valve 3 having two injection holes is shown as an example. However, the fuel injection valve 3 having three or more injection holes may be used. Also in this case, each nozzle hole is formed in a slit shape, and the outlet of each nozzle hole is configured to extend in the horizontal direction.

ところで、本実施形態の内燃機関では、燃焼室２内において主に二つの燃焼形態、すなわち均質燃焼と成層燃焼とにより混合気の燃焼が行われる。均質燃焼は、吸気行程中又は圧縮行程初期に燃料を噴射して燃焼室２全体に亘って混合気の空燃比をほぼ均一にしてから混合気に点火することにより行われる燃焼であり、燃焼室２全体の混合気の空燃比はほぼ理論空燃比となっている状態で燃焼が行われる。均質燃焼は、大きな出力トルクを得やすいため、機関高負荷運転時等に行われる。   By the way, in the internal combustion engine of this embodiment, combustion of the air-fuel mixture is performed in the combustion chamber 2 mainly by two combustion modes, that is, homogeneous combustion and stratified combustion. Homogeneous combustion is combustion performed by injecting fuel during the intake stroke or in the initial stage of the compression stroke to make the air-fuel ratio of the air-fuel mixture almost uniform over the entire combustion chamber 2 and then igniting the air-fuel mixture. Combustion is performed in a state where the air-fuel ratio of the entire mixture is substantially the stoichiometric air-fuel ratio. Homogeneous combustion is performed during high engine load operation and the like because a large output torque is easily obtained.

一方、成層燃焼は、点火直前の圧縮行程中に燃料を噴射して、燃焼室２内において点火プラグ４近傍のみに燃料を偏在させた状態で混合気に点火することにより行われる燃焼であり、燃焼室２全体の混合気の空燃比はリーンとなっている状態で燃焼が行われる。成層燃焼では、燃料噴射量の少ない機関低負荷運転時においてもスロットルの絞りを小さくすることができ、よってポンピング損失を低減することができる。また、燃焼は主に点火プラグ４近傍のみで行われるため、冷却損失も低減でき、ひいては燃費性能を大幅に向上させることができる。   On the other hand, stratified combustion is combustion performed by injecting fuel during the compression stroke immediately before ignition and igniting the air-fuel mixture in a state where the fuel is unevenly distributed only in the vicinity of the spark plug 4 in the combustion chamber 2. Combustion is performed while the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the entire combustion chamber 2 is lean. In stratified combustion, the throttle aperture can be reduced even during engine low-load operation with a small fuel injection amount, and therefore pumping loss can be reduced. Further, since combustion is mainly performed only in the vicinity of the spark plug 4, the cooling loss can be reduced, and as a result, fuel efficiency can be greatly improved.

図５は、成層燃焼運転中に燃料噴射弁３から燃料噴射が行われる場合を示している。成層燃焼運転中には、上述したように点火直前の圧縮行程中に燃料噴射弁３からの燃料噴射が行われる。従って、燃料噴射弁３からの燃料噴射が行われるときには、ピストン１７は図５に示したように上死点付近に位置することになる。逆に言うと燃料噴射弁３からの燃料噴射は、ピストン１７が図５に示した位置にあるときに行われる。   FIG. 5 shows a case where fuel injection is performed from the fuel injection valve 3 during the stratified combustion operation. During the stratified charge combustion operation, as described above, fuel injection from the fuel injection valve 3 is performed during the compression stroke immediately before ignition. Therefore, when fuel injection from the fuel injection valve 3 is performed, the piston 17 is positioned near the top dead center as shown in FIG. In other words, fuel injection from the fuel injection valve 3 is performed when the piston 17 is in the position shown in FIG.

より詳細には、本実施形態では、燃料噴射弁３からの燃料噴霧は、全体として燃料噴射弁３から離れた側におけるキャビティ２２の側壁２２ａに向かうように噴射される。また、本実施形態では、燃料噴射弁３の噴孔６６を中心としてキャビティ２２の側壁２２ａの上部２２ｂと下部２２ｃとがなす角度（以下、「側壁上下間角度」という）をγとすると、鉛直噴射角αはγ／２≦α≦３γ／２となるように、好ましくはγ／２≦α≦γとなるように、より好ましくはα≒γとなるように設定される。以下では、鉛直噴射角αを側壁上下間角度γとほぼ同一（α≒γ）とした場合について説明する。   More specifically, in this embodiment, the fuel spray from the fuel injection valve 3 is injected toward the side wall 22a of the cavity 22 on the side away from the fuel injection valve 3 as a whole. In the present embodiment, if the angle formed by the upper part 22b and the lower part 22c of the side wall 22a of the cavity 22 around the nozzle hole 66 of the fuel injection valve 3 (hereinafter referred to as “side-wall vertical angle”) is γ, The injection angle α is set so that γ / 2 ≦ α ≦ 3γ / 2, preferably γ / 2 ≦ α ≦ γ, and more preferably α≈γ. Hereinafter, the case where the vertical injection angle α is set to be substantially the same as the side wall vertical angle γ (α≈γ) will be described.

鉛直噴射角αを側壁上下間角度γとほぼ同一とすると、上方に位置するスリット状噴孔６６ａからの燃料噴霧（すなわち、上向きの燃料噴霧）はその中心軸線がキャビティ２２の側壁２２ａの上部２２ｂに向かうように噴射され、下方に位置するスリット状噴孔６６ｂからの燃料噴霧（すなわち、下向きの燃料噴霧）はその中心軸線がキャビティ２２の側壁２２ａの下部２２ｃに向かうように噴射される。   When the vertical injection angle α is substantially the same as the side wall vertical angle γ, the fuel spray from the slit-like injection hole 66a located above (that is, the upward fuel spray) has a center axis that is the upper part 22b of the side wall 22a of the cavity 22 The fuel spray from the slit-shaped injection hole 66b located below (that is, the downward fuel spray) is injected so that the central axis thereof is directed to the lower part 22c of the side wall 22a of the cavity 22.

次に、上述したように構成された燃料噴射弁３の利点について説明する。
上述した本発明の実施形態とは異なり、スリット状噴孔を一つのみ有している燃料噴射弁を、スリット状噴孔の出口がシリンダの軸線方向に対して垂直な方向に延びるようにシリンダヘッドに取り付けることが提案されている。このように構成された燃料噴射弁では、燃料噴射弁からの噴射時期が最適な時期（目標噴射時期）に行われると、図６（Ａ）に示したように燃料噴射弁からの燃料噴霧のほとんどはキャビティ２２の側壁２２ａに向けて噴射される。キャビティ２２の側壁２２ａに衝突した燃料噴霧は跳ね返ってキャビティ２２内に集まる。これにより点火プラグ４による点火時期には点火プラグ４の周りに混合気が集まっており、この混合気に点火することによって良好な成層燃焼が行われる。 Next, advantages of the fuel injection valve 3 configured as described above will be described.
Unlike the above-described embodiment of the present invention, a fuel injection valve having only one slit-shaped nozzle hole is provided with a cylinder so that the outlet of the slit-shaped nozzle hole extends in a direction perpendicular to the axial direction of the cylinder. It has been proposed to attach to the head. In the fuel injection valve configured as described above, when the injection timing from the fuel injection valve is performed at the optimum timing (target injection timing), as shown in FIG. Most of the liquid is injected toward the side wall 22 a of the cavity 22. The fuel spray that collides with the side wall 22 a of the cavity 22 rebounds and collects in the cavity 22. As a result, the air-fuel mixture is collected around the spark plug 4 at the ignition timing of the spark plug 4, and good stratified combustion is performed by igniting the air-fuel mixture.

ところが、スリット状噴孔を一つのみ有する燃料噴射弁では、燃料噴射弁からの噴射時期が最適な時期よりもずれると、点火プラグ４の周りに混合気が集まらず、よって良好な成層燃焼を得ることができない。例えば、燃料噴射弁からの噴射時期が遅角側にずれた場合、図６（Ｂ）に示したように燃料噴射弁からの燃料噴霧のほとんどはキャビティ２２の側壁２２ａではなく底壁に向けて噴射される。キャビティの底壁に衝突した燃料噴霧は底壁で跳ね返ってもキャビティ２２内には集まらず、キャビティ２２の外へ抜け出てしまう。このため、点火プラグ４による点火時期には点火プラグ４の周りに混合気が適切に集まっておらず、この混合気に点火しても良好な成層燃焼が行われない。   However, in the fuel injection valve having only one slit-like injection hole, when the injection timing from the fuel injection valve is deviated from the optimum timing, the air-fuel mixture does not collect around the spark plug 4, and thus good stratified combustion is achieved. Can't get. For example, when the injection timing from the fuel injection valve is shifted to the retard side, most of the fuel spray from the fuel injection valve is directed toward the bottom wall instead of the side wall 22a of the cavity 22 as shown in FIG. Be injected. Even if the fuel spray colliding with the bottom wall of the cavity bounces off the bottom wall, it does not collect in the cavity 22 and escapes out of the cavity 22. For this reason, the air-fuel mixture is not properly gathered around the spark plug 4 at the ignition timing by the spark plug 4, and good stratified combustion is not performed even if this air-fuel mixture is ignited.

一方、燃料噴射弁からの噴射時期が進角側にずれた場合、図６（Ｃ）に示したように燃料噴射弁からの燃料噴射のほとんどはキャビティ２２を越えてキャビティ２２外のピストン１７の上面に向けて噴射される。そして、ピストン１７の上面に衝突した燃料噴霧はピストン１７の上面で跳ね返ってもキャビティ２２内には戻らずにシリンダの壁面に向かって流れる。このため、燃料噴射弁からの燃料噴射時期が遅角側にずれた場合にも点火プラグ４による点火時期には点火プラグ４の周りに混合気が適切に集まっておらず、この混合気に点火しても良好な成層燃焼が行われない。このように、スリット状噴孔を一つのみ有する燃料噴射弁では、燃料噴射弁からの燃料噴射が最適な時期よりもずれると、良好な成層燃焼を得ることができない場合がある。   On the other hand, when the injection timing from the fuel injection valve is shifted to the advance side, most of the fuel injection from the fuel injection valve passes through the cavity 22 and the piston 17 outside the cavity 22 as shown in FIG. It is injected toward the upper surface. The fuel spray that collides with the upper surface of the piston 17 flows toward the cylinder wall without returning to the cavity 22 even if it rebounds on the upper surface of the piston 17. For this reason, even when the fuel injection timing from the fuel injection valve is shifted to the retard side, the air-fuel mixture is not properly collected around the spark plug 4 at the ignition timing by the spark plug 4, and this air-fuel mixture is ignited. However, good stratified combustion is not performed. As described above, in the fuel injection valve having only one slit-like injection hole, if the fuel injection from the fuel injection valve is deviated from the optimum time, good stratified combustion may not be obtained.

そこで、燃料噴射弁からの噴射時期が最適な時期から多少ずれても燃料噴霧がキャビティ内に集まるように、キャビティの形状を工夫することが提案されている。このようなキャビティの形状の工夫としては、例えば、図７（Ａ）に示したように、燃料噴射弁から離れた側のキャビティ２２’の側壁の高さｈを高くすることが挙げられる。キャビティ２２’の側壁の高さを高くすることにより、燃料噴射弁からの噴射時期が最適な時期から多少ずれても燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧はキャビティ２２’の側壁に衝突し、その結果、燃料噴霧はキャビティ２２’内に集まり易くなる。従って、燃料噴射弁からの噴射時期が最適な時期から多少ずれても点火プラグ４による点火時期には点火プラグ４の周りに混合気が集まることになり、その結果、比較的良好な成層燃料が行われる。   Therefore, it has been proposed to devise the shape of the cavity so that the fuel spray collects in the cavity even when the injection timing from the fuel injection valve slightly deviates from the optimal timing. As an example of such a shape of the cavity, for example, as shown in FIG. 7A, the height h of the side wall of the cavity 22 ′ on the side away from the fuel injection valve can be increased. By increasing the height of the side wall of the cavity 22 ′, the fuel spray injected from the fuel injection valve collides with the side wall of the cavity 22 ′ even if the injection timing from the fuel injection valve slightly deviates from the optimal time. As a result, the fuel spray tends to collect in the cavity 22 '. Therefore, even if the injection timing from the fuel injection valve slightly deviates from the optimal timing, the air-fuel mixture is collected around the spark plug 4 at the ignition timing by the spark plug 4, and as a result, a relatively good stratified fuel is produced. Done.

或いは、キャビティの形状の工夫として、例えば図７（Ｂ）に示したように、燃料噴射弁から離れた側のキャビティ２２’’の側壁にそり返し部２２ｄを設けることが挙げられる。そり返し部２２ｄでは、図７（Ｂ）に示したように、キャビティ２２’’の側壁が内側に湾曲している。このようにキャビティ２２’’の側壁にそり返し部２２ｄを設けることにより、燃料噴射弁からの噴射時期が最適な時期よりも多少遅角側にずれた場合であっても比較的良好な成層燃焼が行われる。すなわち、燃料噴射弁からの噴射時期が最適な時期よりも遅角側にずれた場合には、図６（Ｂ）に示したように燃料噴霧のほとんどはキャビティ２２’’の側壁ではなく底壁に向けて噴射されることになるが、キャビティ２２の底壁に衝突した燃料噴霧は底壁で跳ね返った後にそり返し部２２ｄに流入する。そり返し部２２ｄに流入した燃料噴霧はそり返し部２２ｄ内で旋回してキャビティ２２’’内に戻される。このため、キャビティ２２’’の底壁に衝突した燃料噴霧がそのままキャビティ２２’’の外へ抜け出てしまうことが抑制される。従って、燃料噴射弁からの噴射時期が最適な時期から多少遅角側にずれても点火プラグ４による点火時期には点火プラグ４の周りに混合気が集まることになり、その結果、比較的良好な成層燃料が行われる。   Alternatively, as a contrivance of the shape of the cavity, for example, as shown in FIG. 7B, a bent-back portion 22d may be provided on the side wall of the cavity 22 '' on the side away from the fuel injection valve. In the bent-back portion 22d, as shown in FIG. 7B, the side wall of the cavity 22 '' is curved inward. By providing the turning portion 22d on the side wall of the cavity 22 ″ in this manner, even when the injection timing from the fuel injection valve deviates slightly from the optimum timing, the stratified combustion is relatively good. Is done. That is, when the injection timing from the fuel injection valve deviates from the optimum timing to the retard side, most of the fuel spray is not the side wall of the cavity 22 ″ but the bottom wall as shown in FIG. The fuel spray that has collided with the bottom wall of the cavity 22 bounces off the bottom wall and then flows into the bent-back portion 22d. The fuel spray that has flowed into the bent-back portion 22d turns in the bent-back portion 22d and returns to the cavity 22 ''. For this reason, it is suppressed that the fuel spray colliding with the bottom wall of the cavity 22 "escapes out of the cavity 22" as it is. Therefore, even if the injection timing from the fuel injection valve slightly deviates from the optimal timing, the air-fuel mixture collects around the spark plug 4 at the ignition timing by the spark plug 4, and as a result, is relatively good. Stratified fuel is produced.

ところが、図７（Ａ）に示したようにキャビティ２２’の側壁の高さｈを高くすると、必然的にキャビティ２２’の容積が大きくなってしまう。このため、ピストン１７が上死点にあるときにもピストン１７とシリンダヘッド１６との間には比較的大きな空間ができてしまうことになり、高圧縮比にすることができない。   However, as shown in FIG. 7A, when the height h of the side wall of the cavity 22 'is increased, the volume of the cavity 22' is inevitably increased. For this reason, even when the piston 17 is at the top dead center, a relatively large space is created between the piston 17 and the cylinder head 16, and a high compression ratio cannot be achieved.

また、キャビティの側壁２２’の高さｈを高くすると、キャビティ底面とピストン底面との間のピストン１７の厚みｔが小さくなり、ピストン１７の強度低下を招いてしまう。逆に、ピストン１７の強度低下を回避するためにキャビティ底面とピストン底面との間のピストン１７の厚みｔを大きくすると、ピストン全体の重量が増大し、ひいてはフリクションの増大を招いてしまう。   Further, when the height h of the side wall 22 'of the cavity is increased, the thickness t of the piston 17 between the bottom surface of the cavity and the bottom surface of the piston is decreased, and the strength of the piston 17 is reduced. On the other hand, if the thickness t of the piston 17 between the cavity bottom surface and the piston bottom surface is increased in order to avoid a decrease in the strength of the piston 17, the weight of the entire piston increases, which leads to an increase in friction.

また、図７（Ｂ）に示したように、キャビティ２２’’の側壁にそり返し部２２ｄを設けると、そり返し部２２ｄの上部等において局所的に応力が大きくなってしまい、その結果、ピストンの強度低下を招いてしまう。また、そり返し部２２ｄを有する側壁は鉛直に延びる側壁に比べてその製造加工が困難であるため、ピストンの製造コストの増大を招いてしまう。   Further, as shown in FIG. 7B, when the warped portion 22d is provided on the side wall of the cavity 22 ″, the stress is locally increased in the upper portion of the warped portion 22d, and as a result, the piston The strength will be reduced. Moreover, since the manufacturing process of the side wall having the bent-back portion 22d is difficult as compared with the side wall extending vertically, the manufacturing cost of the piston is increased.

このようにキャビティ形状の工夫により燃料噴射弁からの噴射時期が最適な時期から多少ずれても燃料噴霧がキャビティ内に集まるようにすることができるが、その反面、圧縮比の低下、フリクションの増大、ピストン１７の強度低下又は製造コストの増大等を招いてしまう。従って、燃料噴射弁からの噴射時期が最適な時期から多少ずれても燃料噴霧がキャビティ２２内に集まるようにするのにキャビティ形状を工夫するだけでは十分な対応策であるとは言えない。   In this way, the shape of the cavity allows the fuel spray to collect in the cavity even if the injection timing from the fuel injection valve slightly deviates from the optimal timing. However, on the other hand, the compression ratio decreases and the friction increases. As a result, the strength of the piston 17 is reduced or the manufacturing cost is increased. Therefore, even if the injection timing from the fuel injection valve slightly deviates from the optimal timing, it is not a sufficient countermeasure just to devise the cavity shape so that the fuel spray collects in the cavity 22.

ここで、本発明の実施形態では、上述したようにスリット状噴孔６６からの燃料噴霧の噴射方向は上下にずれている。これにより、燃料噴射弁３からの噴射時期が最適な時期からずれたとしても、点火プラグ４の周りに混合気を集めることができ、よって良好な成層燃焼を得ることができる。以下では図８を参照してこの理由について説明する。   Here, in the embodiment of the present invention, as described above, the injection direction of the fuel spray from the slit-shaped injection hole 66 is shifted up and down. As a result, even when the injection timing from the fuel injection valve 3 deviates from the optimal timing, the air-fuel mixture can be collected around the spark plug 4, and thus good stratified combustion can be obtained. Hereinafter, this reason will be described with reference to FIG.

まず、このように構成された燃料噴射弁３では、噴射時期が最適な時期（目標噴射時期）に行われると、図８（Ａ）に示したように、相対的に上向きに噴射された燃料噴霧も相対的に下向きに噴射された燃料噴霧もほとんどはキャビティ２２の側壁２２ａに向けて噴射され、キャビティ２２の側壁２２ａに衝突する。キャビティ２２の側壁２２ａに衝突した燃料噴霧は跳ね返ってキャビティ２２内に集まる。従って、相対的に上向きに噴射された燃料噴霧及び相対的に下向きに噴射された燃料噴霧のほとんどがキャビティ２２内に集まることになる。これにより、点火プラグ４による点火時期には点火プラグ４の周りに混合気が集まっており、この混合気に点火することによって良好な成層燃焼を行わせることができる。   First, in the fuel injection valve 3 configured as described above, when the injection timing is performed at the optimum timing (target injection timing), as shown in FIG. 8A, the fuel injected relatively upward Most of the spray and the fuel spray injected downward are injected toward the side wall 22 a of the cavity 22 and collide with the side wall 22 a of the cavity 22. The fuel spray that collides with the side wall 22 a of the cavity 22 rebounds and collects in the cavity 22. Therefore, most of the fuel spray injected relatively upward and the fuel spray injected relatively downward gather in the cavity 22. Thereby, the air-fuel mixture is gathered around the spark plug 4 at the ignition timing by the spark plug 4, and good stratified combustion can be performed by igniting the air-fuel mixture.

また、例えば、燃料噴射弁３からの噴射時期が遅角側にずれた場合、図８（Ｂ）に示したように、相対的に下向きに噴射された燃料噴霧のほとんどはキャビティ２２の側壁２２ａではなく底壁に向けて噴射される。キャビティ２２の底壁に衝突した燃料噴霧は上述したように底壁で跳ね返ってもキャビティ２２内には集まらず、キャビティ２２の外へ抜け出てしまう。しかしながら、相対的に上向きに噴射された燃料噴霧のほとんどは、燃料噴射弁３からの噴射時期が遅角側にずれても、キャビティ２２の側壁２２ａに向けて噴射され、キャビティ２２の側壁２２ａに衝突し、キャビティ２２内に集まる。従って、少なくとも相対的に上向きに噴射された燃料噴霧のほとんどはキャビティ２２内に集まるため、点火プラグ４による点火時期には点火プラグ４の周りに混合気が集まり、よって、比較的良好な成層燃焼を行わせることができる。   Further, for example, when the injection timing from the fuel injection valve 3 is shifted to the retard side, most of the fuel spray injected relatively downward is side wall 22a of the cavity 22 as shown in FIG. 8B. Instead, it is injected toward the bottom wall. Even if the fuel spray colliding with the bottom wall of the cavity 22 bounces off the bottom wall as described above, it does not collect in the cavity 22 and escapes out of the cavity 22. However, most of the fuel spray injected relatively upward is injected toward the side wall 22a of the cavity 22 even if the injection timing from the fuel injection valve 3 is shifted to the retard side, and is injected into the side wall 22a of the cavity 22. Collide and collect in cavity 22. Accordingly, since at least most of the fuel spray injected upward is collected in the cavity 22, the air-fuel mixture gathers around the spark plug 4 at the ignition timing by the spark plug 4, and thus relatively good stratified combustion. Can be performed.

一方、例えば、燃料噴射弁からの噴射時期が進角側にずれた場合、図８（Ｃ）に示したように、相対的に上向きに噴射された燃料噴霧のほとんどはキャビティ２２を越えてキャビティ２２の外のピストン１７の上面に向けて噴射される。ピストン１７の上面に衝突した燃料噴霧はピストン１７の上面で跳ね返ってもキャビティ２２内には戻らずにシリンダの壁面に向かってしまう。しかしながら、相対的に下向きに噴射された燃料噴霧のほとんどは、燃料噴射弁３からの噴射時期が進角側にずれても、キャビティ２２の側壁２２ａに向けて噴射され、キャビティ２２の側壁２２ａに衝突し、キャビティ２２内に集まる。従って、少なくとも相対的に下向きに噴射された燃料噴霧のほとんどはキャビティ２２内に集まるため、点火プラグ４による点火時期には点火プラグ４の周りに混合気が集まり、よって、比較的良好な成層燃焼を行わせることができる。   On the other hand, for example, when the injection timing from the fuel injection valve is shifted to the advance side, as shown in FIG. 8C, most of the fuel spray injected relatively upwardly passes through the cavity 22 to the cavity. The fuel is injected toward the upper surface of the piston 17 outside 22. Even if the fuel spray colliding with the upper surface of the piston 17 bounces off the upper surface of the piston 17, it does not return to the cavity 22 but goes toward the wall surface of the cylinder. However, most of the fuel spray injected relatively downward is injected toward the side wall 22a of the cavity 22 even when the injection timing from the fuel injection valve 3 is shifted to the advance side, and is applied to the side wall 22a of the cavity 22. Collide and collect in cavity 22. Accordingly, since at least most of the fuel spray injected downward is collected in the cavity 22, the air-fuel mixture gathers around the spark plug 4 at the ignition timing by the spark plug 4, and thus relatively good stratified combustion. Can be performed.

本実施形態の燃料噴射弁３では、燃料噴射時期が最適な噴射時期よりもずれた場合であっても、上向きに噴射された燃料噴霧及び下向きに噴射された燃料噴霧のいずれか一方がキャビティ２２の側壁２２ａに向けて噴射されることになるため、燃料噴射弁３から噴射された燃料の多くがキャビティ２２内に集まり、よって点火プラグ４による点火時期には点火プラグ４の周りに混合気を偏在させることができる。   In the fuel injection valve 3 of the present embodiment, even when the fuel injection timing deviates from the optimal injection timing, one of the fuel spray injected upward and the fuel spray injected downward is the cavity 22. Therefore, most of the fuel injected from the fuel injection valve 3 gathers in the cavity 22, and therefore, air-fuel mixture is generated around the spark plug 4 at the ignition timing by the spark plug 4. It can be unevenly distributed.

すなわち、燃料噴射時期を進角させても燃料噴射弁３から噴射された燃料の多くをキャビティ２２内に集めることができるクランク角度を進角限界角度とし、燃料噴射時期を遅角させても燃料噴射弁３から噴射された燃料の多くをキャビティ２２内に集めることができるクランク角度を遅角限界角度とすると、本実施形態の燃料噴射弁３では進角限界角度と遅角限界角度との間の角度を拡大することができる。従って、燃料噴射弁３からの噴射時期の設定自由度が高いということができる。   That is, even if the fuel injection timing is advanced, the crank angle at which much of the fuel injected from the fuel injection valve 3 can be collected in the cavity 22 is set as the advance angle limit angle, and the fuel is injected even if the fuel injection timing is retarded. Assuming that the crank angle at which much of the fuel injected from the injection valve 3 can be collected in the cavity 22 is the retardation limit angle, the fuel injection valve 3 of the present embodiment has an interval between the advance angle limit angle and the retard angle limit angle. The angle can be enlarged. Accordingly, it can be said that the degree of freedom in setting the injection timing from the fuel injection valve 3 is high.

図９は、燃料噴射弁３からの噴射時期とトルク変動との関係を示す図である。ここで、トルク変動とは燃焼室２内での混合気の燃焼によって得られるトルクのサイクル毎の変化の大きさを示している。トルク変動が大きいほど、混合気の燃焼によって得られるトルクのサイクル毎の変化が大きく、機関本体１の振動が大きくなりドライバビリティが悪化する。すなわち、トルク変動の大きさは成層混合気の均質性を表しているといえる。また、図９中の破線はトルク変動を許容できる限界値（トルク変動許容値）を示しており、トルク変動がこのトルク変動許容値以下であればドライバビリティの大きな悪化を招いてしまうことはない。   FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the injection timing from the fuel injection valve 3 and the torque fluctuation. Here, the torque fluctuation indicates the magnitude of the change of the torque obtained by the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 2 for each cycle. The greater the torque fluctuation, the greater the cycle-by-cycle change in torque obtained by the combustion of the air-fuel mixture, resulting in greater vibration of the engine body 1 and worsening drivability. That is, it can be said that the magnitude of the torque fluctuation represents the homogeneity of the stratified mixture. Further, the broken line in FIG. 9 indicates a limit value (torque fluctuation allowable value) that can allow torque fluctuation, and if the torque fluctuation is equal to or smaller than the torque fluctuation allowable value, drivability is not greatly deteriorated. .

図９において、三角印で示された噴射時期とトルク変動との関係は、燃料噴射弁のスリット状噴孔が一つであってピストン１７の頂面に形成されたキャビティ２２の高さｈが低い場合、すなわち燃料の噴射形態が図６に示した形態であってキャビティ２２の形状が図６に示した形状となっている場合の関係を示している。この場合、図９から分かるように、発生するトルク変動がトルク変動許容値以下となっているのは噴射時期が時期Ｔ3〜Ｔ4の範囲内にあるときのみであり、噴射時期が最適な時期から多少でもずれてしまうと大きなトルク変動が起きてしまう。これは、噴射時期が最適な時期からずれるとキャビティ２２内に燃料噴霧が集まらず、燃焼室２内の混合気が不均質になってしまうためだと考えられる。 In FIG. 9, the relationship between the injection timing indicated by the triangle mark and the torque fluctuation is that the height h of the cavity 22 formed on the top surface of the piston 17 is one slit-like injection hole of the fuel injection valve. The relationship is shown when the fuel injection mode is as shown in FIG. 6 and the cavity 22 has the shape shown in FIG. In this case, as can be seen from FIG. 9, the generated torque fluctuation is equal to or less than the torque fluctuation allowable value only when the injection timing is within the range of the timings T 3 to T 4 , and the injection timing is optimal. If there is a slight deviation from the time, a large torque fluctuation will occur. This is considered to be because when the injection timing deviates from the optimum timing, fuel spray does not collect in the cavity 22 and the air-fuel mixture in the combustion chamber 2 becomes inhomogeneous.

一方、図９において、四角印で示された噴射時期とトルク変動との関係は、燃料噴射弁のスリット状噴孔が一つであってピストン１７の頂面に形成されたキャビティ２２の高さｈが高いと共にキャビティ２２の側壁にそり返し部２２ｄが形成されている場合、すなわち燃料の噴射形態が図６に示した状態であってキャビティ２２の形状が図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示した両形状を合わせた形状となっている場合の関係を示している。この場合、図９から分かるように、発生するトルク変動がトルク変動許容値以下となっているのは噴射時期が時期Ｔ2〜Ｔ6の範囲内にあるときであり、比較的広い噴射時期の範囲でトルク変動が許容値以下となるため噴射時期が最適な時期から多少ずれても大きなトルク変動は起きない。これは、噴射時期が最適な時期からずれてもキャビティ２２内に燃料噴霧が集まり、キャビティ２２内に混合気を偏在させることができることによるものだと考えられる。 On the other hand, in FIG. 9, the relationship between the injection timing indicated by the square mark and the torque fluctuation is that the height of the cavity 22 formed on the top surface of the piston 17 is one slit-like injection hole of the fuel injection valve. When h is high and the bent portion 22d is formed on the side wall of the cavity 22, that is, the fuel injection form is as shown in FIG. 6, and the shape of the cavity 22 is as shown in FIGS. The relationship in the case where the two shapes shown in FIG. In this case, as can be seen from FIG. 9, the generated torque fluctuation is equal to or less than the torque fluctuation allowable value when the injection timing is within the range of the timings T 2 to T 6 . Since the torque fluctuation is less than the allowable value within the range, even if the injection timing slightly deviates from the optimum timing, no large torque fluctuation occurs. This is considered to be due to the fact that fuel spray collects in the cavity 22 even when the injection timing deviates from the optimal time, and the air-fuel mixture can be unevenly distributed in the cavity 22.

さらに、図９において、丸印で示された噴射時期とトルク変動との関係は、燃料噴射弁３のスリット状噴孔６６が二つであってこれら噴孔６６から噴射される燃料噴霧の鉛直噴射角αがほぼ側壁上下間角度γと同一であると共にピストン１７の頂面に形成されたキャビティ２２の高さｈが低い場合、すなわち図８に示した本実施形態の燃料噴射弁３を用いた場合の関係を示している。この場合、図９から分かるように、四角印の場合と同様に、発生するトルク変動がトルク変動許容値以下となっているのは噴射時期が時期Ｔ2〜Ｔ6の範囲内にあるときであり、比較的広い噴射時期の範囲でトルク変動が許容値以下となるため噴射時期が最適な時期から多少ずれても大きなトルク変動は起きない。これも、上記四角印の場合と同様に、噴射時期が最適な時期からずれてもキャビティ２２内に燃料噴霧が集まり、キャビティ２２内に混合気を偏在させることができることによるものだと考えられる。 Further, in FIG. 9, the relationship between the injection timing indicated by the circle and the torque fluctuation is that there are two slit-like injection holes 66 of the fuel injection valve 3 and the vertical of the fuel spray injected from these injection holes 66. When the injection angle α is substantially the same as the side wall vertical angle γ and the height h of the cavity 22 formed on the top surface of the piston 17 is low, that is, the fuel injection valve 3 of this embodiment shown in FIG. 8 is used. The relationship is shown. In this case, as can be seen from FIG. 9, as in the case of the square mark, the generated torque fluctuation is equal to or less than the torque fluctuation allowable value when the injection timing is within the range of the timings T 2 to T 6. In addition, since the torque fluctuation is less than the allowable value within a relatively wide injection timing range, even if the injection timing slightly deviates from the optimum timing, no large torque fluctuation occurs. This is also considered to be due to the fact that fuel spray collects in the cavity 22 even when the injection timing deviates from the optimum timing, and the air-fuel mixture can be unevenly distributed in the cavity 22 as in the case of the square mark.

なお、時期Ｔ2〜Ｔ6において丸印の場合の方が四角印の場合に比べてトルク変動が大きい。これは、本実施形態の燃料噴射弁３を用いた場合（丸印の場合）には、燃料噴射時期が最適な時期から多少ずれたときには必ずしも燃料噴射弁３から噴射された燃料の全てがキャビティ２２の側壁２２ａに向かって噴射されるわけではないのに対して、図７に示したようにキャビティ２２の形状を変更した場合（四角印の場合）には、燃料噴射時期が最適な時期から多少ずれたときであっても燃料噴射弁３から噴射された燃料のほとんどはキャビティ２２の側壁２２ａに向かって噴射されることによるものであると考えられる。 In the period T 2 to T 6 , the torque fluctuation is larger in the case of the circle mark than in the case of the square mark. This is because, when the fuel injection valve 3 of the present embodiment is used (in the case of a circle), not all of the fuel injected from the fuel injection valve 3 is necessarily cavity when the fuel injection timing slightly deviates from the optimum time. However, when the shape of the cavity 22 is changed as shown in FIG. 7 (in the case of a square mark), the fuel injection timing starts from the optimal timing. Even when there is a slight deviation, it is considered that most of the fuel injected from the fuel injection valve 3 is injected toward the side wall 22 a of the cavity 22.

ところで、本実施形態では、燃料噴射弁３からの燃料噴霧は上述したようにシリンダの軸線方向において鉛直噴射角αが側壁上下間角度γとほぼ同一になるように行われるが、シリンダの軸線方向と垂直な平面（すなわち、燃焼室２をシリンダの軸線方向から見た場合）においても一定の噴射角及び噴霧角で燃料噴射が行われる。   By the way, in this embodiment, the fuel spray from the fuel injection valve 3 is performed such that the vertical injection angle α is substantially the same as the side wall vertical angle γ in the cylinder axial direction as described above. Fuel injection is performed at a constant injection angle and spray angle even in a plane perpendicular to the cylinder (that is, when the combustion chamber 2 is viewed from the axial direction of the cylinder).

図１０は各気筒の筒内から見たシリンダヘッドの概略底面図である。なお、図を分かり易くするために、排気弁２１は省略されている。燃料噴射弁３からの各燃料噴霧は、シリンダの軸線方向と垂直な平面において、それぞれ直線ｘと直線ｙとの間の角度範囲内で広がるように噴射される。ここで、直線ｘは、燃料噴射弁３の先端部６４から吸気弁１９の内縁部に接するように延びる直線であり、直線ｙは、燃料噴射弁３の先端部６４から吸気弁１９のバルブステム１９ａに接するように延びる直線である。   FIG. 10 is a schematic bottom view of the cylinder head viewed from the cylinder of each cylinder. Note that the exhaust valve 21 is omitted for easy understanding of the drawing. Each fuel spray from the fuel injection valve 3 is injected so as to spread within an angle range between the straight line x and the straight line y on a plane perpendicular to the axial direction of the cylinder. Here, the straight line x is a straight line extending so as to be in contact with the inner edge portion of the intake valve 19 from the front end portion 64 of the fuel injection valve 3, and the straight line y is the valve stem of the intake valve 19 from the front end portion 64 of the fuel injection valve 3. It is a straight line extending so as to contact 19a.

すなわち、シリンダの軸線方向と垂直な平面において両スリット状噴孔６６から噴射される燃料噴霧の内縁部のなす角度（内側水平噴射角。図４中のθi）は、燃料噴射弁３の先端部６４を中心として二つの吸気弁１９の内縁部のなす角度Ｘよりも大きい（θi＞Ｘ）。 That is, the angle (inner horizontal injection angle; θ i in FIG. 4) formed by the inner edge of the fuel spray injected from both slit-like injection holes 66 in a plane perpendicular to the axial direction of the cylinder is the tip of the fuel injection valve 3. It is larger than the angle X formed by the inner edge portions of the two intake valves 19 with the portion 64 as the center (θ i > X).

ここで、均質燃焼運転中には図１１中に矢印で示したように両吸気弁１９間にタンブル流が発生する。このように燃焼室２内に発生したタンブル流に向けて燃料噴射を行うと、燃料噴射弁３から噴射された燃料噴霧がタンブル流と干渉してしまい、タンブル流を弱めてしまう結果になる。これに対して、本実施形態では、両スリット状噴孔６６から噴射される燃料噴霧の内縁部のなす角度θiが図１０中の角度Ｘよりも大きくなるように燃料噴射が行われるため、燃料噴射弁３からの燃料噴霧は両吸気弁１９の間に生じるタンブル流の主流には干渉しない。このため、本実施形態の燃料噴射弁３によれば、燃料噴射弁３からの燃料噴霧によってタンブル流が弱められることが抑制される。 Here, during the homogeneous combustion operation, a tumble flow is generated between the intake valves 19 as indicated by arrows in FIG. When fuel is injected toward the tumble flow generated in the combustion chamber 2 in this way, the fuel spray injected from the fuel injection valve 3 interferes with the tumble flow, resulting in a weakening of the tumble flow. On the other hand, in this embodiment, fuel injection is performed so that the angle θ i formed by the inner edge of the fuel spray injected from both slit-shaped injection holes 66 is larger than the angle X in FIG. The fuel spray from the fuel injection valve 3 does not interfere with the main flow of the tumble flow generated between the two intake valves 19. For this reason, according to the fuel injection valve 3 of this embodiment, it is suppressed that the tumble flow is weakened by the fuel spray from the fuel injection valve 3.

また、シリンダの軸線方向と垂直な平面において両スリット状噴孔から噴射される燃料噴霧の外縁部のなす角度（外側水平噴射角。図４中のθo）は、燃料噴射弁３の先端部６４を中心として吸気弁１９のバルブステム１９ａのなす角度Ｙよりも小さい（θo＜Ｙ）。 In addition, the angle (outer horizontal injection angle, θ o in FIG. 4) formed by the outer edge of the fuel spray injected from both slit-like injection holes in a plane perpendicular to the axial direction of the cylinder is the tip of the fuel injection valve 3. The angle Y is smaller than the angle Y formed by the valve stem 19a of the intake valve 19 around 64 (θ o <Y).

このように両スリット状噴孔６６から噴射される燃料噴霧の外縁部のなす角度θoを図１０中の角度Ｙよりも小さくすることにより、燃料噴霧が吸気弁１９のバルブステム１９ａに衝突してしまうことが防止される。 Thus, by making the angle θ o formed by the outer edge of the fuel spray injected from both slit-shaped injection holes 66 smaller than the angle Y in FIG. 10, the fuel spray collides with the valve stem 19 a of the intake valve 19. Is prevented.

本発明の筒内噴射式内燃機関の全体を表す概略図である。1 is a schematic diagram showing the entirety of a direct injection internal combustion engine of the present invention. 本発明の筒内噴射式内燃機関本体の断面側面図である。1 is a cross-sectional side view of a cylinder injection internal combustion engine body of the present invention. 燃料噴射弁の先端部の断面側面図及び平面図である。It is the cross-sectional side view and top view of the front-end | tip part of a fuel injection valve. 燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の噴霧形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the spray form of the fuel spray injected from a fuel injection valve. 成層燃焼運転中における燃料噴射弁からの燃料噴射方向を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fuel-injection direction from a fuel-injection valve in a stratified combustion operation. スリット状噴孔を一つのみ有している燃料噴射弁からの燃料噴霧の噴霧形態を示す図である。It is a figure which shows the spraying form of the fuel spray from the fuel injection valve which has only one slit-shaped injection hole. 燃料噴射時期が最適な時期から多少ずれても燃料噴霧がキャビティ内に集まるようなキャビティの形状の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the shape of a cavity which fuel spray collects in a cavity even if a fuel-injection time shifts a little from the optimal time. 本発明の実施形態の燃料噴射弁からの燃料噴霧の噴霧形態を示す図である。It is a figure which shows the spraying form of the fuel spray from the fuel injection valve of embodiment of this invention. 燃料噴射弁からの噴射時期とトルク変動との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the injection timing from a fuel injection valve, and a torque fluctuation. 各気筒の筒内から見たシリンダヘッドの概略底面図である。It is a schematic bottom view of the cylinder head seen from the cylinder of each cylinder. 燃焼室内に生じるタンブル流を示す図である。It is a figure which shows the tumble flow which arises in a combustion chamber.

符号の説明Explanation of symbols

１ 機関本体
２ 燃焼室
３ 燃料噴射弁
４ 点火プラグ
１７ ピストン
１９ 吸気弁
２１ 排気弁
２２ キャビティ
２２ａ 側壁
６６ 噴孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine main body 2 Combustion chamber 3 Fuel injection valve 4 Spark plug 17 Piston 19 Intake valve 21 Exhaust valve 22 Cavity 22a Side wall 66 Injection hole

Claims (6)

内燃機関のシリンダ内を往復運動するピストンと、前記シリンダ及びピストンによって画成される燃焼室の上方周縁部に設けられた燃焼噴射弁とを具備し、前記ピストンの頂部にはキャビティが設けられている、筒内噴射型内燃機関において、
上記燃料噴射弁はシリンダの軸線方向と垂直に延びる出口を有する複数のスリット状噴孔を有し、これら噴孔からの燃料噴射方向は互いにシリンダの軸線方向にずれている、筒内噴射型内燃機関。 A piston that reciprocates in a cylinder of an internal combustion engine; and a combustion injection valve provided at an upper peripheral edge of a combustion chamber defined by the cylinder and the piston, and a cavity is provided at the top of the piston. In a cylinder injection internal combustion engine,
The fuel injection valve has a plurality of slit-shaped injection holes having outlets extending perpendicularly to the axial direction of the cylinder, and the fuel injection directions from these injection holes are shifted from each other in the axial direction of the cylinder. organ. シリンダの軸線方向における両スリット状噴孔から噴射される燃料噴霧のなす角度をαとし、成層燃焼運転中の燃料噴射時期におけるピストンの位置を噴射時ピストン位置とし、該噴射時ピストン位置において上記燃料噴射弁の噴孔を中心として上記燃料噴射弁から離れた側のキャビティの側壁の上部と下部とがなす角度をγとすると、上記角度αはγ／２≦α≦３γ／２となるように設定される、請求項１に記載の筒内噴射型内燃機関。   The angle formed by the fuel spray injected from both slit-shaped nozzle holes in the axial direction of the cylinder is α, the piston position at the fuel injection timing during stratified combustion operation is the piston position during injection, and the fuel at the piston position during injection If the angle formed by the upper part and the lower part of the side wall of the cavity on the side far from the fuel injection valve with the injection hole of the injection valve as the center is γ, the angle α is such that γ / 2 ≦ α ≦ 3γ / 2. The in-cylinder injection internal combustion engine according to claim 1, which is set. 上記角度αは上記燃料噴射弁の噴孔を中心として上記燃料噴射弁から離れた側のキャビティの側壁の上部と下部とがなす角度γとほぼ同一とされる、請求項２に記載の筒内噴射型内燃機関。   The in-cylinder according to claim 2, wherein the angle α is substantially the same as an angle γ formed by an upper portion and a lower portion of a side wall of the cavity on the side far from the fuel injection valve with the injection hole of the fuel injection valve as a center. Injection type internal combustion engine. 上記スリット状噴孔は各燃料噴射弁に二つ設けられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の筒内噴射型内燃機関。   The in-cylinder injection internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein two slit-like injection holes are provided in each fuel injection valve. 上記シリンダの軸線方向と垂直な平面において両スリット状噴孔から噴射される燃料噴霧の内縁部のなす角度は、燃料噴射弁の先端部を中心として二つの吸気弁の内縁部のなす角度よりも大きい、請求項４に記載の筒内噴射型内燃機関。   The angle formed by the inner edge portions of the fuel spray injected from both slit-shaped injection holes in the plane perpendicular to the axial direction of the cylinder is larger than the angle formed by the inner edge portions of the two intake valves with the tip portion of the fuel injection valve as the center. The direct injection internal combustion engine according to claim 4, which is large. 上記シリンダの軸線方向と垂直な平面において両スリット状噴孔から噴射される燃料噴射弁の外縁部のなす角度は、燃料噴射弁の先端部を中心として二つの吸気弁のバルブステムのなす角度よりも小さい、請求項４又は５に記載の筒内噴射方内燃機関。   The angle formed by the outer edge of the fuel injection valve that is injected from both slit-shaped injection holes in a plane perpendicular to the axial direction of the cylinder is greater than the angle formed by the valve stems of the two intake valves centering on the tip of the fuel injection valve. The in-cylinder injection internal combustion engine according to claim 4 or 5, wherein the internal combustion engine is also small.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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