JP2936804B2 - In-cylinder internal combustion engine - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は筒内噴射式内燃機関に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct injection internal combustion engine.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ピストン頂面上に凹溝を形成すると共に
燃料噴射弁から凹溝内に向けて燃料を噴射し、燃焼室内
にシリンダ軸線回りの旋回流を発生させてこの旋回流に
より点火栓の周りに着火可能な混合気を形成するように
した筒内噴射式内燃機関が公知である（実開平１−1240
42号公報参照）。2. Description of the Related Art A groove is formed on the top surface of a piston, and fuel is injected from a fuel injection valve into the groove to generate a swirling flow around a cylinder axis in a combustion chamber. An in-cylinder injection type internal combustion engine in which an ignitable air-fuel mixture is formed around an engine is known.
No. 42).
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの筒内
噴射式内燃機関ではシリンダ軸線周りの旋回流を発生さ
せることが必須の要件であるのでシリンダ軸線回りの旋
回流を発生させない場合にはもはやこの噴射方法を採用
することができない。また、旋回流の強さは機関の運転
状態により変化するので点火栓周りの混合気の形成を全
面的に旋回流に依存しているとあらゆる機関の運転状態
に対して最適な混合気を点火栓の周りに形成するのは困
難であるという問題がある。However, in this in-cylinder injection type internal combustion engine, it is essential to generate a swirling flow around the cylinder axis. Therefore, when the swirling flow around the cylinder axis is not generated, the injection is no longer performed. The method cannot be adopted. In addition, since the strength of the swirl flow varies depending on the operating state of the engine, if the formation of the air-fuel mixture around the ignition plug is entirely dependent on the swirl flow, the optimal air-fuel mixture will be ignited for any operating state of the engine There is a problem that it is difficult to form around the stopper.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によればシリンダヘッド内壁面の中心部に点
火栓を配置し、シリンダヘッド内壁面の周縁部に燃料噴
射弁を配置し、ピストン頂面上に点火栓の下方から燃料
噴射弁側に向けて延びる凹溝を形成し、凹溝の底壁面上
に点火栓下方の凹溝端部から間隔を隔てて点火栓と燃料
噴射弁とを含む垂直平面に沿って延びる突条を形成する
と共に突条の頂部に燃料案内溝を形成し、点火栓側の燃
料案内溝端部における燃料案内溝の接線方向を凹端端部
の壁面に指向させると共に燃料噴射弁から燃料案内溝に
向けて斜めに燃料を噴射するようにしている。According to the present invention, an ignition plug is disposed at the center of the inner wall surface of a cylinder head, and a fuel injection valve is disposed at a peripheral portion of the inner wall surface of the cylinder head. A groove extending from below the spark plug toward the fuel injection valve on the top surface of the piston; and forming a groove on the bottom wall surface of the groove at an interval from an end of the groove below the spark plug. And a fuel guide groove is formed at the top of the protrusion, and the tangential direction of the fuel guide groove at the end of the fuel guide groove on the ignition plug side is formed on the wall surface of the concave end. The fuel is directed and the fuel is injected obliquely from the fuel injection valve toward the fuel guide groove.
【０００５】[0005]
【作用】燃料案内溝内に噴射された燃料は燃料案内溝端
部から燃料案内溝端部における燃料案内溝の接線方向に
飛び出して凹溝端部の壁面に衝突し、この衝突作用によ
って点火栓の周りに混合気が形成される。The fuel injected into the fuel guide groove protrudes from the end of the fuel guide groove in the tangential direction of the fuel guide groove at the end of the fuel guide groove and collides with the wall surface of the end of the concave groove. An air-fuel mixture is formed.
【０００６】[0006]
【実施例】図１から図５を参照すると、１はシリンダブ
ロック、２はシリンダブロック１内で往復動するピスト
ン、３はシリンダブロック１上に固定されたシリンダヘ
ッド、４はシリンダヘッド３の内壁面３ａとピストン２
の頂面間に形成された燃焼室を夫々示す。シリンダヘッ
ド内壁面３ａ上には凹溝５が形成され、この凹溝５の底
壁面をなすシリンダヘッド内壁面部分３ｂ上に一対の給
気弁６が配置される。一方、凹溝５を除くシリンダヘッ
ド内壁面部分３ｃは傾斜したほぼ平坦をなし、このシリ
ンダヘッド内壁面部分３ｃ上に３個の排気弁７が配置さ
れる。シリンダヘッド内壁面部分３ｂとシリンダヘッド
内壁面部分３ｃは凹溝５の周壁８を介して互いに接続さ
れている。1 to 5, reference numeral 1 denotes a cylinder block, 2 denotes a piston reciprocating in the cylinder block 1, 3 denotes a cylinder head fixed on the cylinder block 1, and 4 denotes a cylinder head. Wall 3a and piston 2
Each show a combustion chamber formed between the top surfaces of the combustion chambers. A concave groove 5 is formed on the cylinder head inner wall surface 3a, and a pair of air supply valves 6 are arranged on the cylinder head inner wall surface portion 3b that forms the bottom wall surface of the concave groove 5. On the other hand, the cylinder head inner wall surface portion 3c excluding the concave groove 5 is inclined and substantially flat, and three exhaust valves 7 are arranged on the cylinder head inner wall surface portion 3c. The cylinder head inner wall surface portion 3b and the cylinder head inner wall surface portion 3c are connected to each other via the peripheral wall 8 of the concave groove 5.
【０００７】この凹溝周壁８は給気弁６の周縁部に極め
て近接配置されかつ給気弁６の周縁部に沿って円弧状に
延びる一対のマスク壁８ａと、給気弁６間に位置する新
気ガイド壁８ｂと、シリンダヘッド内壁面３ａの周壁と
給気弁６間に位置する一対の新気ガイド壁８ｃとにより
構成される。各マスク壁８ａは最大リフト位置にある給
気弁６よりも下方まで燃焼室４に向けて延びており、従
って排気弁７側に位置する給気弁６周縁部と弁座９間の
開口は給気弁６の開弁期間全体に亙ってマスク壁８ａに
より閉鎖されることになる。また、各新気ガイド壁８
ｂ，８ｃはほぼ同一平面内に位置しており、更にこれら
の新気ガイド壁８ｂ，８ｃは両給気弁６の中心を結ぶ線
に対してほぼ平行に延びている。点火栓１０はシリンダ
ヘッド内壁面３ａの中心に位置するようにシリンダヘッ
ド内壁面部分３ｃ上に配置されている。一方、排気弁７
に対しては排気弁７と弁座１１間の開口を覆うマスク壁
が設けられておらず、従って排気弁７が開弁すると排気
弁７と弁座１１間に形成される開口はその全体が燃焼室
４内に開口することになる。The peripheral wall 8 of the concave groove is located between the pair of mask walls 8a, which are disposed very close to the peripheral edge of the air supply valve 6 and extend in an arc along the peripheral edge of the air supply valve 6, and the air supply valve 6. And a pair of fresh air guide walls 8c located between the supply wall 6 and the peripheral wall of the cylinder head inner wall surface 3a. Each mask wall 8a extends toward the combustion chamber 4 below the intake valve 6 at the maximum lift position, so that the opening between the peripheral portion of the intake valve 6 located on the exhaust valve 7 side and the valve seat 9 is formed. The air supply valve 6 is closed by the mask wall 8a throughout the opening period of the air supply valve 6. In addition, each fresh guide wall 8
The fresh air guide walls 8b and 8c extend substantially parallel to a line connecting the centers of the two air supply valves 6. The ignition plug 10 is arranged on the cylinder head inner wall surface portion 3c so as to be located at the center of the cylinder head inner wall surface 3a. On the other hand, the exhaust valve 7
Is not provided with a mask wall that covers the opening between the exhaust valve 7 and the valve seat 11. Therefore, when the exhaust valve 7 opens, the opening formed between the exhaust valve 7 and the valve seat 11 It opens into the combustion chamber 4.
【０００８】シリンダヘッド３内には給気弁６に対して
給気ポート１２が形成され、排気弁７に対して排気ポー
ト１３が形成される。一方、両給気弁６の間のシリンダ
ヘッド内壁面３ａの周縁部には燃料噴射弁１４が配置さ
れ、この燃料噴射弁１４から燃料が燃焼室４内に向けて
噴射される。In the cylinder head 3, an air supply port 12 is formed for the air supply valve 6, and an exhaust port 13 is formed for the exhaust valve 7. On the other hand, a fuel injection valve 14 is disposed on the peripheral portion of the cylinder head inner wall surface 3 a between the two supply valves 6, and fuel is injected from the fuel injection valve 14 into the combustion chamber 4.
【０００９】図１から図３に示されるようにピストン２
の頂面上には点火栓１０の下方から燃料噴射弁１４の先
端部の下方まで延びる凹溝１５が形成されるこの凹溝１
５は点火栓１０下方の凹溝端部１５ａから燃料噴射弁１
４側に向けて次第に拡開しつつ延びる一対の側壁面１５
ｂと、ほぼ平坦をなす底壁面１５ｃとにより画定され、
図２および図３に示されるように凹溝端部１５ａはほぼ
垂直方向に延びる壁面から形成される。また、図１から
わかるように凹溝端部１５ａは点火栓１０と燃料噴射弁
１４とを含む垂直平面Ｋ−Ｋ上に形成されており、各側
壁面１５ｂはこの垂直平面Ｋ−Ｋに関して対称的な形状
を有する。従って凹溝１５は垂直平面Ｋ−Ｋに関して対
称的な形状を有することになる。As shown in FIGS. 1 to 3, the piston 2
A groove 15 extending from below the spark plug 10 to below the tip of the fuel injection valve 14 is formed on the top surface of the groove 1.
5 is the fuel injection valve 1 from the groove end 15a below the ignition plug 10.
A pair of side wall surfaces 15 that gradually expand toward the four sides
b and a substantially flat bottom wall 15c,
As shown in FIGS. 2 and 3, the groove end 15a is formed from a wall surface extending substantially vertically. 1, the groove end 15a is formed on a vertical plane KK including the ignition plug 10 and the fuel injection valve 14, and each side wall surface 15b is symmetrical with respect to the vertical plane KK. It has a unique shape. Therefore, the concave groove 15 has a symmetrical shape with respect to the vertical plane KK.
【００１０】また図１から図４に示されるように凹溝底
壁面１５ｃ上には凹溝端部１５ａから間隔を隔てて垂直
平面Ｋ−Ｋに沿って延びる突条１６が形成され、この突
条１６の頂部には図４に示されるように凹状断面を有す
る燃料案内溝１６ａが形成される。この突条１６は図１
に示されるように長手方向全長に亘ってほぼ一様な巾を
有し、この突条１６の頂面は図２および図３からわかる
ように突条１６の長手方向縦断面内において下に凸の円
弧状に延びている。更に、点火栓１０側の燃料案内溝１
６ａ端部における燃料案内溝１６ａの接線方向は図３に
おいて矢印Ｔで示されるように凹溝端部１５ａの壁面に
指向されている。また、図２に示されるようにピストン
２が上死点に達すると点火栓１０に関し凹溝１５と反対
側に位置するピストン２の頂面部分とシリンダヘッド内
壁面部分３ｃとの間にはスキッシュエリア１７が形成さ
れる。As shown in FIGS. 1 to 4, a ridge 16 extending along a vertical plane KK is formed on the bottom wall surface 15c of the groove at a distance from the end 15a of the groove. As shown in FIG. 4, a fuel guide groove 16a having a concave cross section is formed at the top of the fuel cell 16. This protrusion 16 is shown in FIG.
Has a substantially uniform width over the entire length in the longitudinal direction, and the top surface of the ridge 16 projects downward in the longitudinal longitudinal section of the ridge 16 as can be seen from FIGS. Extending in the shape of an arc. Further, the fuel guide groove 1 on the ignition plug 10 side
The tangential direction of the fuel guide groove 16a at the end of the groove 6a is directed to the wall surface of the groove end 15a as shown by an arrow T in FIG. As shown in FIG. 2, when the piston 2 reaches the top dead center, a squish is formed between the top surface portion of the piston 2 located on the opposite side of the groove 15 with respect to the ignition plug 10 and the cylinder head inner wall surface portion 3c. An area 17 is formed.
【００１１】図６に示されるように図１から図５に示す
実施例では排気弁７が給気弁６よりも先に開弁し、排気
弁７が給気弁６よりも先に閉弁する。また、図６におい
てＩl は機関低負荷運転時における燃料噴射時期を示し
ており、Ｉm1およびＩm2は機関中負荷運転時における燃
料噴射時期を示しており、Ｉh は機関高負荷運転時にお
ける燃料噴射時期を示している。図６から機関高負荷運
転時における燃料噴射Ｉh は排気弁７が閉弁する頃に行
われ、機関低負荷運転時における燃料噴射Ｉlは高負荷
運転時に比べてかなり遅い時期に行われることがわか
る。また、機関中負荷運転時には２回に分けて燃料噴射
Ｉm1およびＩm2が行われ、このとき第１回目の燃料噴射
Ｉm1は機関高負荷運転時とほぼ同じ時期に行われ、第２
回目の燃料噴射Ｉm2は機関低負荷運転時とほぼ同じ時期
に行われることがわかる。As shown in FIG. 6, in the embodiment shown in FIGS. 1 to 5, the exhaust valve 7 opens before the air supply valve 6, and the exhaust valve 7 closes before the air supply valve 6. I do. Further, in FIG. 6 Il shows the fuel injection timing at the time of engine low load operation, Im 1 and Im 2 shows the fuel injection timing during in the engine load operation, Ih fuel at the time of engine high load operation This shows the injection timing. From FIG. 6, it can be seen that the fuel injection Ih at the time of engine high load operation is performed when the exhaust valve 7 is closed, and the fuel injection Il at the time of engine low load operation is performed at a much later time than during high load operation. . Further, the fuel injection Im 1 and Im 2 in twice is performed at the time during the engine load operation, the fuel injection Im 1 of the first round this time is performed at a time substantially the same as the time of engine high load operation, the second
It can be seen that the second fuel injection Im 2 is performed at substantially the same time as during low engine load operation.
【００１２】図７に示されるように給気弁６および排気
弁７が開弁すると給気弁６を介して燃焼室４内に空気が
流入する。このとき、排気弁７側の給気弁６の開口はマ
スク壁８ａによって覆われているので空気はマスク壁８
ａと反対側の給気弁６の開口から燃焼室４内に流入す
る。この空気は矢印Ｗで示すように給気弁６下方のシリ
ンダボア内壁面に沿い下降し、次いでピストン２の頂面
に沿い進んで排気弁７下方のシリンダボア内壁面に沿い
上昇し、斯くして空気は燃焼室４内をループ状に流れる
ことになる。このループ状に流れる空気Ｗによって燃焼
室４内の既燃ガスが排気弁７を介して排出され、更にこ
のループ状に流れる空気Ｗによって燃焼室４内には垂直
面内で旋回する旋回流Ｘが発生せしめられる。次いでピ
ストン２が下死点ＢＤＣを過ぎて上昇を開始するとその
後燃料噴射弁１４からの燃料噴射が開始される。As shown in FIG. 7, when the air supply valve 6 and the exhaust valve 7 are opened, air flows into the combustion chamber 4 via the air supply valve 6. At this time, since the opening of the air supply valve 6 on the exhaust valve 7 side is covered by the mask wall 8a, air is
The gas flows into the combustion chamber 4 from the opening of the air supply valve 6 on the side opposite to the side a. This air descends along the inner wall surface of the cylinder bore below the air supply valve 6 as indicated by the arrow W, and then travels along the top surface of the piston 2 and rises along the inner wall surface of the cylinder bore below the exhaust valve 7, and Will flow in a loop in the combustion chamber 4. The burned gas in the combustion chamber 4 is discharged through the exhaust valve 7 by the air W flowing in the loop, and the swirling flow X swirling in the vertical plane in the combustion chamber 4 by the air W flowing in the loop. Is generated. Next, when the piston 2 starts rising after passing through the bottom dead center BDC, fuel injection from the fuel injection valve 14 is started thereafter.
【００１３】次に図８から図１１を参照して機関低負荷
運転時、機関中負荷運転時および機関高負荷運転時にお
ける燃料噴射方法について説明する。なお、図８は機関
低負荷運転時における燃料噴射Ｉl および機関中負荷運
転時における第２回目の燃料噴射Ｉm2を示しており、図
９は機関中負荷運転時における第１回目の燃料噴射Ｉm1
および機関高負荷運転時における燃料噴射Ｉh を示して
いる。Next, with reference to FIGS. 8 to 11, a description will be given of the fuel injection method at the time of low load operation of the engine, at the time of medium load operation of the engine, and at the time of high load operation of the engine. FIG. 8 shows the fuel injection Il during the low engine load operation and the second fuel injection Im 2 during the medium engine load operation, and FIG. 9 shows the first fuel injection Im during the medium engine load operation. 1
And the fuel injection Ih during high engine load operation.
【００１４】図１，図３および図８に示されるように機
関低負荷運転時および機関中負荷運転時の２回目の燃料
噴射時には燃料は燃料噴射弁１４から垂直平面Ｋ−Ｋに
沿い燃料案内溝１６ａに向けて斜めに噴射される。次に
このときの噴射燃料の挙動について図１０を参照しつつ
説明する。図１０において鎖線Ｒは燃料案内溝１６ａお
よび凹溝底壁面１５ｃ上における噴射燃料の衝突領域を
示している。また矢印Ｆ1 ，Ｆ2 は凹溝底壁面１５ｃ上
に衝突した後凹溝側壁面１５ｂに向けて流れる噴射燃料
の代表的な２つの流れを示しており、矢印Ｆ3 は燃料案
内溝１６ａ内に衝突した後燃料案内溝１６ａに沿って凹
溝端部１５ａに向かう流れを示している。即ち、燃料噴
射弁１４から噴射された一部の燃料Ｆ3 は慣性力により
燃料案内溝１６ａ内を進み、残りの噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2
は凹溝底壁面１５ｃ上に衝突後も慣性力によって噴射方
向に進行し、次いで凹溝側壁面１５ｂまで進んだ後に凹
溝側壁面１５ｂに沿いつつ凹溝端部１５ａに向けて進行
する。As shown in FIGS. 1, 3 and 8, at the time of the second fuel injection during the low load operation of the engine and the middle load operation of the engine, the fuel is guided from the fuel injection valve 14 along the vertical plane KK. It is injected obliquely toward the groove 16a. Next, the behavior of the injected fuel at this time will be described with reference to FIG. In FIG. 10, a chain line R indicates a collision area of the injected fuel on the fuel guide groove 16a and the concave groove bottom wall surface 15c. Arrows F 1 and F 2 show two typical flows of the injected fuel flowing toward the groove side wall surface 15b after colliding on the groove bottom wall surface 15c, and arrow F 3 shows the fuel guide groove 16a. 5 shows a flow toward the concave groove end portion 15a along the fuel guide groove 16a after the collision. That is, the fuel F 3 Some injected from the fuel injection valve 14 passes through the fuel guide groove 16a by an inertial force, the remaining of the injected fuel F 1, F 2
After colliding with the bottom wall surface 15c of the groove, the inertia force causes the jet to travel in the injection direction, and then proceeds to the side wall surface 15b of the groove, then proceeds along the side wall surface 15b toward the groove end 15a.
【００１５】次に燃料Ｆ3 について注目してみるとこの
燃料Ｆ3は図３に示すように燃料案内溝１６ａ端部から
燃料案内溝１６ａ端部の接線方向Ｔに向けて飛び出し、
次いで空中を飛行して凹溝端部１５ａの壁面に衝突す
る。このように燃料Ｆ3 が空中を飛行すると燃料Ｆ3 が
凹溝底壁面１５ｃ上を流れる場合に比べて燃料Ｆ3 に対
する流れ抵抗が小さく、斯くして燃料Ｆ3 は高速度で凹
溝端部１５ａの壁面に衝突することになる。その結果、
燃料が良好に微粒化せしめられ、斯くして十分に気化し
た混合気Ｇが点火栓１０の周りに形成されることにな
る。一方、凹溝側壁面１５ｂに沿って進行する燃料
Ｆ1 ，Ｆ2 は燃料Ｆ3 よりも遅れて凹溝端部１５ａに到
達し、この燃料Ｆ1 ，Ｆ2 によっても混合気が形成され
る。この燃料Ｆ1 ，Ｆ2 は燃料Ｆ3 のように高速度で凹
溝端部１５ａに衝突するわけではないのでこの燃料
Ｆ1 ，Ｆ2 は燃料Ｆ3 ほど微粒化せしめられないが混合
気Ｇの一部を形成する燃料Ｆ3 の微粒化がかなり促進さ
れているので混合気Ｇ全体としては容易に着火可能な状
態となり、斯くして点火栓１０による良好な着火を確保
できることになる。[0015] Next the fuel F 3 when attention is paid for the fuel F 3 jumped out toward the tangential direction T of the fuel guide groove 16a end of the fuel guide groove 16a ends as shown in FIG. 3,
Next, it flies in the air and collides with the wall surface of the groove end 15a. Thus the fuel F 3 is small flow resistance to fuel F 3 as compared with the case where the fuel F 3 when flying through the air flow over the groove bottom wall surface 15c, thus to fuel F 3 is groove end portion 15a at a high speed Will collide with the wall. as a result,
The fuel is finely atomized, and a sufficiently vaporized mixture G is formed around the ignition plug 10. On the other hand, the fuels F 1 and F 2 that proceed along the groove side wall surface 15b reach the groove end 15a later than the fuel F 3 , and a fuel-air mixture is also formed by the fuels F 1 and F 2 . Since the fuels F 1 and F 2 do not collide with the groove end 15a at a high speed unlike the fuel F 3 , the fuels F 1 and F 2 are not atomized as much as the fuel F 3 . since atomization of the fuel F 3 which forms a part of which is considerably promoted becomes easily ignitable state as a whole mixture G, it becomes possible to ensure a good ignition by the spark plug 10 and thus.
【００１６】次に燃料Ｆ1 ，Ｆ2 について注目してみる
と各凹溝側壁面１５ｂは凹溝端部１５ａから燃料噴射弁
１４側に向けてほぼまっすぐに延びているので凹溝側壁
面１５ｂに対する各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 の入射角θ1 ，
θ2 は噴射中心に近い噴射燃料ほど小さくなり、従って
凹溝側壁面１５ｂに沿って進行を開始しはじめたときの
各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 の流動速度ｖ1 , ｖ2 は噴射中心
に近い噴射燃料ほど速くなる。Next, paying attention to the fuels F 1 and F 2 , since each groove side wall surface 15 b extends almost straight from the groove end portion 15 a toward the fuel injection valve 14, the groove side wall surface 15 b is opposed to the groove side wall surface 15 b. The incident angle θ 1 of each injected fuel F 1 , F 2 ,
θ 2 becomes smaller as the injected fuel is closer to the injection center. Therefore, the flow velocities v 1, v 2 of the injected fuels F 1 , F 2 when starting to progress along the concave groove side wall surface 15b are closer to the injection center. The closer the injected fuel, the faster it gets.
【００１７】これに対して図１１に示されるようにピス
トン２′の頂面上に形成された凹溝１５′の輪郭形状を
円形とし、燃料噴射弁１４′から凹溝１５′の平坦な底
壁面１５ｃ′上に燃料を噴射すると凹溝側壁面１５ｂ′
に対する各噴射燃料Ｆ1 ′，Ｆ2 ′の入射角θ1 ′，θ
2 ′は噴射中心に近い噴射燃料ほど大きくなり、従って
凹溝側壁面１５ｂ′に沿って進行を開始しはじめたとき
の噴射燃料Ｆ1 ′，Ｆ 2 ′の流動速度ｖ1 ′, ｖ2 ′は
噴射中心に近い噴射燃料ほど遅くなる。ところがこのよ
うにｖ1 ′＞ｖ2 ′なる関係があると各凹溝側壁面１５
ｂ′に沿って流れる燃料又は混合気はほぼ同時期に凹溝
端部１５ａ′に集まり、次いでほぼ同時期に凹溝端部１
５ａ′に沿って上昇して点火栓１０の周りに混合気を形
成することになる。従ってこの場合には常にほぼ全噴射
燃料によって点火栓１０の周りに混合気が形成されるこ
とになり、従ってこのとき点火栓１０周りに形成される
混合気の濃度は燃料噴射量を制御する以外の方法によっ
ては制御することができないことになる。斯くして例え
ば燃料噴射量が少ないときに点火栓１０の周りに最適な
混合気を形成しようとすると燃料噴射量が増大したとき
には点火栓１０周りに形成された混合気は過濃となり、
斯くして点火栓１０による良好な着火が得られないばか
りでなく、たとえ着火したとしても多量の未燃ＨＣ，Ｃ
Ｏが発生することになる。On the other hand, as shown in FIG.
The contour of the groove 15 'formed on the top surface of the ton 2'
A flat bottom of the groove 15 'from the fuel injection valve 14'
When fuel is injected onto the wall surface 15c ', the groove side wall surface 15b'
Each injected fuel F1', FTwo'Incident angle θ1', Θ
Two′ Is larger for injected fuel closer to the injection center,
When it begins to proceed along the concave groove side wall surface 15b '
Injected fuel F1', F Two'Flow velocity v1′,vTwo′
Injected fuel closer to the injection center is slower. But this is
Sea urchin v1'> VTwo′, Each groove side wall surface 15
The fuel or air-fuel mixture flowing along b '
Gather at the end 15a 'and then at about the same time the groove end 1
Ascend along 5a 'to form an air-fuel mixture around spark plug 10.
Will be achieved. Therefore, in this case, almost all injections
A mixture is formed around the spark plug 10 by the fuel.
And therefore formed around the spark plug 10 at this time.
The concentration of the air-fuel mixture is determined by other methods than controlling the fuel injection amount.
Cannot be controlled. Like this
When the fuel injection amount is small, it is optimal around the spark plug 10.
When the fuel injection amount increases when trying to form an air-fuel mixture
The mixture formed around the ignition plug 10 becomes rich,
Thus, it is not possible to obtain good ignition by the ignition plug 10.
Not a large amount of unburned HC and C even if ignited
O will occur.
【００１８】これに対して図１０に示されるようにｖ1
＜ｖ2 なる関係があると噴射燃料Ｆ 2 が凹溝端部１５ａ
に到達しても噴射燃料Ｆ1 は依然として凹溝端部１５ａ
に向けて進行中であり、従って各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 が
凹溝端部１５ａに到達するのに時間差を生ずることにな
る。また、前述したように噴射燃料Ｆ3 は噴射燃料
Ｆ 2 ，Ｆ3 よりも早く凹溝端部１５ａに到達し、斯くし
て各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 ，Ｆ3は凹溝端部１５ａに到達
するのに時間差を生ずることになる。On the other hand, as shown in FIG.1
<VTwoIf there is a relationship, injection fuel F TwoIs the groove end 15a
Injection fuel F1Is still the groove end 15a
For each injected fuel F1, FTwoBut
There will be a time lag to reach the groove end 15a.
You. Further, as described above, the injection fuel FThreeIs injection fuel
F Two, FThreeReach the groove end 15a earlier than
Each injection fuel F1, FTwo, FThreeReaches the groove end 15a
There will be a time lag in doing this.
【００１９】このように各噴射燃料Ｆ1 ，Ｆ2 ，Ｆ3が
凹溝端部１５ａに到達するのに時間差を生ずると点火栓
１０周りに形成される混合気は時間を経過するにつれて
次第に濃くなることになり、従ってこの場合には燃料噴
射量が一定であっても燃料噴射から点火が行われるまで
の時間を制御することによって点火が行われるときに点
火栓１０周りに形成される混合気の濃度を制御できるこ
とになる。云い換えると点火が行われるときに点火栓１
０周りに最適な濃度の混合気が形成されるように点火時
期又は噴射時期を制御することによって点火が行われる
ときに点火栓１０周りに常に最適な混合気を形成できる
ことになる。従って図１０に示すような形状の凹溝１５
を用いると燃料噴射量によらずに点火栓１０による良好
な着火を確保できることになる。As described above, when a time lag occurs between each of the injected fuels F 1 , F 2 , and F 3 to reach the groove end 15a, the mixture formed around the ignition plug 10 gradually becomes thicker as time elapses. Therefore, in this case, even if the fuel injection amount is constant, by controlling the time from fuel injection to ignition, the mixture formed around the ignition plug 10 when ignition is performed is controlled. The density can be controlled. In other words, when the ignition is performed, the spark plug 1
By controlling the ignition timing or the injection timing such that an air-fuel mixture having an optimum concentration is formed around zero, an optimum air-fuel mixture can always be formed around the ignition plug 10 when ignition is performed. Therefore, the concave groove 15 having a shape as shown in FIG.
With this, good ignition by the ignition plug 10 can be ensured regardless of the fuel injection amount.
【００２０】一方、噴射燃料が凹溝底壁面１５ｃ上に衝
突したときに噴射燃料が凹溝底壁面１５ｃ上において広
範囲に分散すると広範囲に分散すればするほど凹溝１５
内において凹溝１５内にとどまる燃料量が増大する。ま
た、この場合燃料噴射量が少なくなればなるほど単位体
積当りの燃料に加えられる熱量が増大するために燃料噴
射量が少なくなればなるほど凹溝１５内で気化せしめら
れる燃料割合が増大する。凹溝１５内において気化せし
められる燃料量が増大することは好ましい方向ではある
が凹溝１５内で気化せしめられる燃料量が増大すれば増
大するほど凹溝端部１５ａに到達する燃料量は少なくな
る。従って、噴射燃料を広範囲に分散せしめると特に燃
料噴射量が少量となったときに点火栓１０周りに着火可
能な混合気を形成できなくなる危険性がある。On the other hand, when the injected fuel collides with the groove bottom wall surface 15c over a wide range when the injected fuel collides with the groove bottom wall surface 15c, the more the fuel is dispersed over a wide area, the more the groove 15
The amount of fuel remaining in the groove 15 increases. Also, in this case, the smaller the fuel injection amount, the greater the amount of heat applied to the fuel per unit volume. Therefore, the smaller the fuel injection amount, the greater the proportion of fuel vaporized in the groove 15. It is a preferable direction that the amount of fuel vaporized in the groove 15 increases. However, as the amount of fuel vaporized in the groove 15 increases, the amount of fuel reaching the groove end portion 15a decreases. Therefore, if the injected fuel is dispersed over a wide range, there is a risk that an ignitable air-fuel mixture cannot be formed around the ignition plug 10 particularly when the fuel injection amount becomes small.
【００２１】ところが図１０に示すように凹溝底壁面１
５ｃ上に燃料案内溝１６ａを有する突条１６を形成して
おくとこの燃料案内溝１６ａ内に噴射された燃料は周囲
に拡散することなく凹溝端部１５ａに送り込まれる。従
って燃料噴射量が少ないときであっても一定量の燃料が
確実に凹溝端部１５ａに送り込まれることになり、斯く
して燃料噴射量が少ないときであっても点火栓１０の周
りに着火可能な混合気を確実に形成することができるこ
とになる。However, as shown in FIG.
When a ridge 16 having a fuel guide groove 16a is formed on 5c, the fuel injected into the fuel guide groove 16a is sent to the groove end 15a without diffusing to the surroundings. Therefore, even when the fuel injection amount is small, a certain amount of fuel is surely fed into the groove end portion 15a. Thus, even when the fuel injection amount is small, it is possible to ignite around the ignition plug 10. Thus, a proper air-fuel mixture can be reliably formed.
【００２２】ところで図７に示されるように燃焼室４内
に発生した旋回流Ｘはピストン２が上昇するにつれて減
衰しつつ旋回半径が次第に小さくなり、ピストン２が上
死点に近づくと図８に示されるように凹溝底壁面１５ｃ
に沿う旋回流Ｘとなる。また、ピストン２が更に上死点
に近づくと図８において矢印Ｓで示すようにスキッシュ
エリア１７からスキッシュ流が噴出し、このスキッシュ
流Ｓも凹溝底壁面１５ｃに沿って進む。従ってこれら旋
回流Ｘおよびスキッシュ流Ｓによって噴射燃料の気化が
促進されることになる。なお、凹溝底壁面１５ｃをセラ
ミック層で覆うと凹溝底壁面１５ｃの温度が上昇する。
従って噴射燃料の気化を更に促進するためには凹溝底壁
面１５ｃ上にセラミックコーティングを施こすことが好
ましい。By the way, as shown in FIG. 7, the swirling flow X generated in the combustion chamber 4 is attenuated as the piston 2 ascends, and the swirling radius gradually decreases, and when the piston 2 approaches the top dead center, as shown in FIG. As shown, the groove bottom wall surface 15c
And the swirling flow X follows. When the piston 2 further approaches the top dead center, a squish flow is ejected from the squish area 17 as shown by an arrow S in FIG. 8, and the squish flow S also advances along the groove bottom wall surface 15c. Therefore, the swirling flow X and the squish flow S promote the vaporization of the injected fuel. When the bottom wall surface 15c is covered with the ceramic layer, the temperature of the bottom wall surface 15c rises.
Therefore, in order to further promote the vaporization of the injected fuel, it is preferable to apply a ceramic coating on the groove bottom wall surface 15c.
【００２３】一方、機関高負荷運転時および機関中負荷
運転時の第１回目の燃料噴射時には図９に示されるよう
にピストン２が低い位置にあるときに燃料噴射が開始さ
れる。従ってこのときには噴射燃料がピストン２の頂面
の広い領域に亘って衝突するために燃料は燃焼室４内に
良好に分散せしめられる。機関中負荷運転時にはこの第
１回目の燃料噴射Ｉm1によって燃焼室４内に稀薄な混合
気が形成され、この稀薄混合気は第２回目の燃料噴射Ｉ
m2により点火栓１０周りに形成された混合気が着火源と
なって燃焼せしめられる。これに対して機関高負荷運転
時には図９に示すように噴射された燃料により燃焼室４
内に形成された混合気が点火栓１０により着火せしめら
れる。On the other hand, at the time of the first fuel injection during the engine high load operation and the engine medium load operation, the fuel injection is started when the piston 2 is at the low position as shown in FIG. Therefore, at this time, the injected fuel collides over a wide area on the top surface of the piston 2, so that the fuel is well dispersed in the combustion chamber 4. During the engine middle load operation, a lean mixture is formed in the combustion chamber 4 by the first fuel injection Im1, and the lean mixture is formed by the second fuel injection I1.
The air-fuel mixture formed around the ignition plug 10 by m 2 becomes an ignition source and is burned. On the other hand, during high engine load operation, as shown in FIG.
The mixture formed therein is ignited by the ignition plug 10.
【００２４】なお、これまで本発明を筒内噴射式２サイ
クル機関に適用した場合について説明してきたが本発明
を筒内噴射式４サイクル機関にも適用することができ
る。Although the present invention has been described with reference to the case where the present invention is applied to a direct injection two-stroke engine, the present invention can also be applied to a direct injection four-cycle engine.
【００２５】[0025]
【発明の効果】ピストン頂面に形成された凹溝内に燃料
を噴射するようにした場合において点火栓周りに容易に
着火可能な混合気を形成することができる。According to the present invention, when fuel is injected into the concave groove formed on the top surface of the piston, an air-fuel mixture that can be easily ignited around the spark plug can be formed.
【図１】ピストン頂面の平面図である。FIG. 1 is a plan view of a piston top surface.
【図２】２サイクル機関の側面断面図である。FIG. 2 is a side sectional view of the two-stroke engine.
【図３】２サイクル機関の拡大側面断面図である。FIG. 3 is an enlarged side sectional view of a two-cycle engine.
【図４】図３のIV−IV線に沿ってみた断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 3;
【図５】シリンダヘッドの底面図である。FIG. 5 is a bottom view of the cylinder head.
【図６】給排気弁の開弁期間と燃料噴射時期を示す線図
である。FIG. 6 is a diagram showing a valve open period of a supply / exhaust valve and a fuel injection timing.
【図７】掃気行程時を示す２サイクル機関の側面断面図
である。FIG. 7 is a side sectional view of the two-stroke engine during a scavenging stroke.
【図８】低負荷運転時の燃料噴射および中負荷運転時の
第２回目の燃料噴射を示す２サイクル機関の側面断面図
である。FIG. 8 is a side cross-sectional view of the two-stroke engine showing fuel injection during low-load operation and second fuel injection during medium-load operation.
【図９】中負荷運転時の第１回目の燃料噴射および高負
荷運転時の燃料噴射を示す２サイクル機関の側面断面図
である。FIG. 9 is a side cross-sectional view of the two-stroke engine showing the first fuel injection during the medium load operation and the fuel injection during the high load operation.
【図１０】図１と同様のピストン頂面の平面図である。FIG. 10 is a plan view of a piston top surface similar to FIG. 1;
【図１１】好ましくない例を示すピストン頂面の平面図
である。FIG. 11 is a plan view of a piston top surface showing an undesirable example.
２…ピストン １０…点火栓 １４…燃料噴射弁 １５…凹溝 １５ａ…凹溝端部 １５ｂ…凹溝側壁面 １５ｃ…凹溝底壁面 １６…突条 １６ａ…燃料案内溝 2 ... piston 10 ... spark plug 14 ... fuel injection valve 15 ... concave groove 15a ... concave groove end 15b ... concave groove side wall surface 15c ... concave groove bottom wall surface 16 ... ridge 16a ... fuel guide groove
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仁平 裕昭 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 中田 浩一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−370319（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−65864（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−124042（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−52333（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02B 23/10 F02F 3/26 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroaki Nihira 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (72) Inventor Koichi Nakata 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation ( 56) References JP-A-4-370319 (JP, A) JP-A-3-65864 (JP, U) JP-A-1-124404 (JP, U) JP-A-3-52333 (JP, U) ) Surveyed field (Int.Cl. 6 , DB name) F02B 23/10 F02F 3/26
Claims (1)
を配置し、シリンダヘッド内壁面の周縁部に燃料噴射弁
を配置し、ピストン頂面上に点火栓の下方から燃料噴射
弁側に向けて延びる凹溝を形成し、該凹溝の底壁面上に
点火栓下方の凹溝端部から間隔を隔てて点火栓と燃料噴
射弁とを含む垂直平面に沿って延びる突条を形成すると
共に該突条の頂部に燃料案内溝を形成し、点火栓側の燃
料案内溝端部における燃料案内溝の接線方向を該凹端端
部の壁面に指向させると共に燃料噴射弁から該燃料案内
溝に向けて斜めに燃料を噴射するようにした筒内噴射式
内燃機関。An ignition plug is disposed at the center of an inner wall surface of a cylinder head, and a fuel injection valve is disposed at a peripheral portion of an inner wall surface of the cylinder head. A groove extending along a vertical plane including the spark plug and the fuel injection valve at a distance from an end of the groove below the spark plug on the bottom wall surface of the groove. A fuel guide groove is formed at the top of the ridge, and the tangential direction of the fuel guide groove at the end of the fuel guide groove on the side of the ignition plug is directed toward the wall surface of the concave end, and from the fuel injection valve toward the fuel guide groove. An in-cylinder injection internal combustion engine that injects fuel obliquely.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP3160442A JP2936804B2 (en) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | In-cylinder internal combustion engine |
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|---|---|---|---|
| JP3160442A JP2936804B2 (en) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | In-cylinder internal combustion engine |
Publications (2)
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| JPH0510135A JPH0510135A (en) | 1993-01-19 |
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ID=15715023
Family Applications (1)
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2936804B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013113110A (en) * | 2011-11-25 | 2013-06-10 | Honda Motor Co Ltd | Piston |
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| KR20040097412A (en) * | 2003-05-12 | 2004-11-18 | 현대자동차주식회사 | Combustion chamber apparatus of GDI enging |
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-
1991
- 1991-07-01 JP JP3160442A patent/JP2936804B2/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013113110A (en) * | 2011-11-25 | 2013-06-10 | Honda Motor Co Ltd | Piston |
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| JPH0510135A (en) | 1993-01-19 |
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