[go: up one dir, main page]

JP2005140006A - Cylinder direct injection internal combustion engine - Google Patents

Cylinder direct injection internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
JP2005140006A
JP2005140006A JP2003377166A JP2003377166A JP2005140006A JP 2005140006 A JP2005140006 A JP 2005140006A JP 2003377166 A JP2003377166 A JP 2003377166A JP 2003377166 A JP2003377166 A JP 2003377166A JP 2005140006 A JP2005140006 A JP 2005140006A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cylinder
cavity
center
injector
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003377166A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Hiratani
康治 平谷
Isamu Hotta
勇 堀田
Taisuke Shiraishi
泰介 白石
Shunichi Shiino
俊一 椎野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2003377166A priority Critical patent/JP2005140006A/en
Priority to US10/969,339 priority patent/US7028662B2/en
Priority to EP04025651A priority patent/EP1529938A3/en
Publication of JP2005140006A publication Critical patent/JP2005140006A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cylinder direct injection internal combustion engine with an injector installed with inclination to the center axis of a cylinder for actualizing stable stratified charge combustion in a wide load range. <P>SOLUTION: The cylinder direct injection internal combustion engine comprises the injector installed on an injector installation axis 15 inclined to the cylinder center axis 14. The crowned face of the piston 4 has a first approximately circular cavity 16a with its center located on the cylinder center axis 14 and a second approximately circular cavity 16b arranged inside the first cavity 16a with its center located different from the center of the first cavity 16a. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、筒内直接噴射式内燃機関に関し、特に燃料噴射弁(インジェクタ)からの燃料噴射方向がシリンダ中心軸に対して傾斜している筒内直接噴射式内燃機関に関する。   The present invention relates to an in-cylinder direct injection internal combustion engine, and more particularly to an in-cylinder direct injection internal combustion engine in which a fuel injection direction from a fuel injection valve (injector) is inclined with respect to a cylinder central axis.

従来の筒内直接噴射式内燃機関としては、例えば特許文献1に記載のものがある。このものは、いわゆるセンターインジェクション型のものであって、そのピストン上面(冠面)に中央深皿部とその周囲の浅皿部とからなるキャビティを形成し、燃料噴射タイミングを変化させることで燃料噴霧を深皿部あるいは浅皿部に噴射し、燃料噴霧の成層状態を可変として(成層燃焼と弱成層燃焼とを切り換えて)燃費のよい燃焼の実現を図るようにしている。
特開2000−265841号公報
As a conventional in-cylinder direct injection internal combustion engine, for example, there is one described in Patent Document 1. This is a so-called center injection type, in which a cavity composed of a central deep dish part and a surrounding shallow dish part is formed on the upper surface (crown surface) of the piston, and the fuel injection timing is changed to change the fuel injection timing. The spray is injected into the deep dish part or the shallow dish part, and the stratified state of the fuel spray is made variable (by switching between stratified combustion and weakly stratified combustion) so as to realize combustion with good fuel efficiency.
JP 2000-265841 A

ところで、上記従来のものは、インジェクタをシリンダの中心軸線(以下、シリンダ中心軸という)に対して傾斜させて配置しており、インジェクタが燃料噴霧を偏向させるような特殊構造を持たない限り、燃料噴霧はシリンダ中心軸に対して軸対象とはならず、いずれかに偏りを生じることになる。
この偏りは、燃料噴霧が拡散するにしたがって大きくなるため、拡散度合の異なる(すなわち、燃料噴射タイミングが異なる)燃料噴霧を対象とする(衝突させる)上記深皿部と上記浅皿部とでは、インジェクタに対する位置関係も変化させる必要がある。
By the way, in the above-mentioned conventional one, the injector is disposed so as to be inclined with respect to the center axis of the cylinder (hereinafter referred to as the cylinder center axis), and the fuel is not provided unless the injector has a special structure for deflecting the fuel spray. The spray does not become an object of the axis with respect to the cylinder central axis, and causes any deviation.
Since this bias increases as the fuel spray diffuses, in the deep dish part and the shallow dish part that target (impact) fuel sprays with different degrees of diffusion (that is, different fuel injection timings), It is also necessary to change the positional relationship with respect to the injector.

しかし、上記従来のものは、インジェクタ(の傾斜)と深皿部、浅皿部のそれぞれとの位置関係について何ら規定しておらず、この点において改良の余地がある。すなわち、上記深皿部及び浅皿部のように、拡散度合の異なる燃料噴霧を対象とする複数のキャビティを有する場合において、広い負荷範囲で安定した成層燃焼の実現を図るためには、インジェクタ(の傾斜)と各キャビティとの位置関係を詳細に規定する必要がある。   However, the above conventional ones do not define any positional relationship between the injector (inclination thereof) and the deep dish part and the shallow dish part, and there is room for improvement in this respect. That is, in the case of having a plurality of cavities intended for fuel sprays having different diffusion degrees, such as the deep dish part and the shallow dish part, in order to realize stable stratified combustion in a wide load range, an injector ( It is necessary to define in detail the positional relationship between each cavity and the inclination.

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、インジェクタを傾斜させて配置させた場合において、広い負荷範囲において安定した成層燃料を実現できる筒内直接噴射式内燃機関を提供することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to such a problem, and provides an in-cylinder direct injection internal combustion engine capable of realizing a stratified fuel that is stable in a wide load range when the injector is inclined and disposed. With the goal.

このため、本発明に係る筒内直接噴射式内燃機関は、インジェクタからの燃料噴射方向が前記シリンダの中心軸に対して傾斜しているものにおいて、ピストンの冠面に、その中心がほぼ前記シリンダの中心軸上に位置する略円形の第1キャビティと、該第1キャビティの内側でその中心が前記第1キャビティの中心とは異なる位置にある略円形の第2キャビティと、を設けるようにした。   For this reason, the direct injection internal combustion engine according to the present invention is such that the direction of fuel injection from the injector is inclined with respect to the central axis of the cylinder, and the center of the cylinder is almost the cylinder surface of the piston. A substantially circular first cavity located on the central axis of the first cavity, and a substantially circular second cavity whose center is different from the center of the first cavity inside the first cavity. .

本発明に係る筒内直接噴射式内燃機関によると、第1キャビティを燃焼室のほぼ中心位置に設けると共に、第2キャビティがシリンダ中心軸に対して傾斜する燃料噴射方向に対応させた位置に設けることができるので、インジェクタからの燃料噴射方向がシリンダの中心軸に対して傾斜している場合であっても、第1、2キャビティを利用した燃費のよい成層燃焼を実現できる。   According to the direct injection type internal combustion engine according to the present invention, the first cavity is provided at substantially the center position of the combustion chamber, and the second cavity is provided at a position corresponding to the fuel injection direction inclined with respect to the cylinder center axis. Therefore, even when the fuel injection direction from the injector is inclined with respect to the central axis of the cylinder, stratified combustion with good fuel efficiency using the first and second cavities can be realized.

すなわち、圧縮行程のピストン位置が低いときに噴射され燃料噴霧が広がった状態を対象とし、比較的大きな成層混合気を生成する際(高負荷時)に利用する第1キャビティについては、燃焼室のほぼ中心に位置させることにより、成層燃焼を壁面から離れた位置で行わせて冷却損失の少ない燃費のよい成層燃焼を実現する。一方、圧縮上死点付近で噴射されて燃料噴霧の広がりが小さい状態を対象とし、比較的小さく強い状態の成層混合気を生成する際(低負荷時)に利用する第2キャビティについては、その中心をずらして燃料噴射方向の傾斜に対応させて位置にさせるより、燃料噴霧を確実に第2キャビティ内に収めて未燃HCの発生を低減する(燃費のよい成層燃焼を実現することにもなる)。これにより、高負荷〜低負荷に至る広い負荷範囲において燃費のよい安定した成層燃焼を実現できる。   That is, for the first cavity used when a relatively large stratified mixture is generated (at high load) for a state where the fuel spray is spread when the piston position in the compression stroke is low, By locating at substantially the center, stratified combustion is performed at a position away from the wall surface, and stratified combustion with low fuel loss and good fuel efficiency is realized. On the other hand, for the second cavity used for generating a relatively small and strong stratified mixture (at low load), which is targeted for a state where the spread of the fuel spray is small near the compression top dead center, Rather than shifting the center to the position corresponding to the inclination of the fuel injection direction, the fuel spray is surely contained in the second cavity to reduce the generation of unburned HC (also realizing stratified combustion with good fuel efficiency) Become). Thereby, stable stratified combustion with good fuel efficiency can be realized in a wide load range from high load to low load.

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る筒内直接噴射式内燃機関(以下、単に機関という)の第1実施形態に示したものである。図に示すように、この機関の燃焼室1は、シリンダヘッド2と、シリンダブロック3と、このシリンダブロック3のシリンダ3a内に嵌合し、摺動するピストン4により構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a first embodiment of a direct injection type internal combustion engine (hereinafter simply referred to as an engine) according to the present invention. As shown in the figure, the combustion chamber 1 of this engine is composed of a cylinder head 2, a cylinder block 3, and a piston 4 that fits and slides in a cylinder 3a of the cylinder block 3.

シリンダヘッド2には、燃焼室1へ開口する吸気ポート5及び排気ポート6が形成されている。これらのポート5、6を開閉する吸気弁7及び排気弁8は、それぞれ吸気弁用カム9、排気弁用カム10を用いて駆動され、燃焼室1内には、吸気弁7を介して吸気ポート5から新気が導入され、燃焼排気は燃焼室1から排気弁8を介して排気ポート6へと排出される。   The cylinder head 2 is formed with an intake port 5 and an exhaust port 6 that open to the combustion chamber 1. An intake valve 7 and an exhaust valve 8 that open and close these ports 5 and 6 are driven by using an intake valve cam 9 and an exhaust valve cam 10, respectively, and intake into the combustion chamber 1 via the intake valve 7. Fresh air is introduced from the port 5, and the combustion exhaust is discharged from the combustion chamber 1 through the exhaust valve 8 to the exhaust port 6.

シリンダヘッド2には、ピストン4の冠面(上面)へ向けて燃料を燃焼室1内へ直接噴射するインジェクタ11と、燃焼室1内の混合気を火花点火する点火プラグ12とが、燃焼室1の上方から燃焼室1に臨ませた状態で、シリンダ中心軸14上の近傍に互いに近接して配置されている。ここでは、特に圧縮行程後半における筒内圧力上昇時にも噴霧形状の変化が小さくなるように、インジェクタ11として指向性の強いマルチホール型のものを用いるようにしており、また、インジェクタ11及び点火プラグ12の動作は、エンジンコントロールユニット(ECU)13により制御される。   The cylinder head 2 includes an injector 11 that directly injects fuel into the combustion chamber 1 toward the crown surface (upper surface) of the piston 4, and an ignition plug 12 that sparks and ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 1. In the state of facing the combustion chamber 1 from above 1, they are arranged close to each other in the vicinity of the cylinder center shaft 14. Here, a multi-hole type with high directivity is used as the injector 11 so that the change in the spray shape becomes small even when the in-cylinder pressure rises especially in the latter half of the compression stroke. The operation of 12 is controlled by an engine control unit (ECU) 13.

ここで、図1(b)に示すように、インジェクタ11は、その先端の噴射点11aがシリンダ中心軸14から機関前方側にオフセットさせてあると共に、シリンダ中心軸14に対して同じく機関前方側に傾斜させた軸(以下、インジェクタ設置軸という)15上に設置されている。従って、インジェクタ11からの燃料噴射方向もシリンダ中心軸14に対して傾斜することになる。なお、インジェクタ11の噴射点11aのオフセット方向、インジェクタ設置軸15の傾斜方向は、機関後方側としたり、吸気側あるいは排気側としたりしてもよい。   Here, as shown in FIG. 1 (b), the injector 11 has an injection point 11 a at its tip offset from the cylinder central shaft 14 to the engine front side, and also to the engine front side with respect to the cylinder central shaft 14. It is installed on a shaft (hereinafter referred to as an injector installation shaft) 15 that is inclined to the right. Accordingly, the fuel injection direction from the injector 11 is also inclined with respect to the cylinder central axis 14. The offset direction of the injection point 11a of the injector 11 and the inclination direction of the injector installation shaft 15 may be the engine rear side, the intake side or the exhaust side.

また、点火プラグ12は、その先端の点火点(点火ギャップ)12aがシリンダ中心軸14上に位置させてあると共に、シリンダ中心軸14に対してインジェクタ11とは反対側に傾斜させて設置されている。
図2は、ピストン4の形状を示したものである。図2(a)に示すように、ピストン4の冠面には(上方から見て)略円形のキャビティ16が形成(凹設)されている。このキャビティ16は、径の大きい外側キャビティ(本発明の第1キャビティに相当する)16aと、その内側の径の小さい内側キャビティ(本発明の第2キャビティに相当する)16bとの二重構造となっているが、外側キャビティ16aの中心と内側キャビティ16bの中心とは一致しておらず、所定方向に所定量だけずれている。
The spark plug 12 has an ignition point (ignition gap) 12a at the tip thereof positioned on the cylinder center shaft 14 and is inclined with respect to the cylinder center shaft 14 opposite to the injector 11. Yes.
FIG. 2 shows the shape of the piston 4. As shown in FIG. 2A, a substantially circular cavity 16 is formed (recessed) on the crown surface of the piston 4 (as viewed from above). The cavity 16 has a double structure including an outer cavity 16a having a large diameter (corresponding to the first cavity of the present invention) 16a and an inner cavity 16b having a small diameter inside (corresponding to the second cavity of the present invention) 16b. However, the center of the outer cavity 16a and the center of the inner cavity 16b do not coincide with each other and are shifted by a predetermined amount in a predetermined direction.

具体的には、外側キャビティ16aは、その中心がほぼシリンダ中心軸14上に位置するように形成されている一方、内側キャビティ16bは、ピストン4が上死点付近にあるときにその中心が前記インジェクタ設置軸15上に位置するように、外側キャビティ16aの中心(すなわち、シリンダ中心軸14上)からインジェクタ11側にオフセットさせた位置となるように形成されている(図1(b)、図4(c)等参照)。   Specifically, the outer cavity 16a is formed so that the center thereof is located substantially on the cylinder center axis 14, while the inner cavity 16b is centered at the center when the piston 4 is near top dead center. It is formed so as to be offset from the center of the outer cavity 16a (that is, on the cylinder center shaft 14) toward the injector 11 so as to be positioned on the injector installation shaft 15 (FIG. 1B). 4 (c) etc.).

また、図2(b)、(c)に示すように、外側キャビティ16aの底面、すなわち、外側キャビティ16aの周壁と内側キャビティ16bの周壁との間の面は、外周方向に向かってキャビティ深さが深くなるような傾斜面で形成され、内側キャビティ16bの底面は、シリンダ中心軸14に略垂直な面で形成されている。なお、外側キャビティ16aの底面のすべてを上記傾斜面で形成するほか、例えば、上記傾斜面とシリンダ中心軸14に略垂直な面とで形成するように、その一部を上記傾斜面としてもよい。   Further, as shown in FIGS. 2B and 2C, the bottom surface of the outer cavity 16a, that is, the surface between the peripheral wall of the outer cavity 16a and the peripheral wall of the inner cavity 16b has a cavity depth toward the outer peripheral direction. The bottom surface of the inner cavity 16b is formed as a surface substantially perpendicular to the cylinder center axis 14. In addition to forming the entire bottom surface of the outer cavity 16a with the inclined surface, for example, a part thereof may be the inclined surface so as to be formed with the inclined surface and a surface substantially perpendicular to the cylinder center axis 14. .

そして、インジェクタ11は、成層運転条件のうち比較的負荷の高い条件においては外側キャビティ16aに向けた燃料噴射を行い、比較的負荷の低い条件においては内側キャビティ16bに向けた燃料噴射を行う。
ここで、本実施形態の燃料噴霧及び混合気の挙動について説明する。
図3は、成層高負荷運転条件における燃料噴霧及び混合気の挙動を示している。成層高負荷運転条件では、インジェクタ11は、ECU13によって燃料噴射タイミングが制御され、図3(a)に示すように、圧縮行程におけるピストン4が比較的低い位置にあるときに燃料噴射を行う。すると、燃料噴霧は広がって、まず、外側キャビティ16aの底面に衝突する。このとき、外側キャビティ16aの底面は上記傾斜面で形成されているので、燃料噴霧が外側キャビティ16aの周壁側へと移動しやすくなっており、燃料噴霧は、底面に沿って周壁側へと移動した後、図3(b)に示すように、周壁に沿って上昇する。
The injector 11 performs fuel injection toward the outer cavity 16a under relatively high load conditions among the stratified operation conditions, and performs fuel injection toward the inner cavity 16b under relatively low load conditions.
Here, the behavior of the fuel spray and the air-fuel mixture of the present embodiment will be described.
FIG. 3 shows the behavior of fuel spray and air-fuel mixture under stratified high load operation conditions. Under the stratified high load operation condition, the injector 11 performs fuel injection when the fuel injection timing is controlled by the ECU 13 and the piston 4 is in a relatively low position in the compression stroke as shown in FIG. Then, the fuel spray spreads and first collides with the bottom surface of the outer cavity 16a. At this time, since the bottom surface of the outer cavity 16a is formed with the inclined surface, the fuel spray easily moves to the peripheral wall side of the outer cavity 16a, and the fuel spray moves to the peripheral wall side along the bottom surface. After that, as shown in FIG. 3B, it rises along the peripheral wall.

上昇した燃料噴霧は、インジェクタ11からの燃料噴霧の貫徹力が強いことから、図3(c)に示すように、噴霧流動によって混合気全体がピストン4とシリンダヘッド2の下面との間の空間でうずのように旋回する循環流を持つようになる。この循環流によって周囲の空気を巻き込むことで、キャビティ16上空には濃度むらの少ない均質な大きな成層混合気塊が形成されることになる。   Since the fuel spray that has risen has a strong penetration force of the fuel spray from the injector 11, as shown in FIG. 3C, the entire air-fuel mixture is space between the piston 4 and the lower surface of the cylinder head 2 by the spray flow. It has a circulating flow that turns like a vortex. By encircling the surrounding air by this circulating flow, a homogeneous and large stratified air-fuel mixture with little concentration unevenness is formed above the cavity 16.

また、図示は省略したが、さらに圧縮上死点付近において二度目の燃料噴射を内側キャビティ16bに向けて行うことにより、外側キャビティ16a、内側キャビティ16bともに均質混合気を形成して、キャビティ16内全体により均質な成層混合気を生成するようにすることも可能である。
ここにおいて、外側キャビティ16aはその中心がシリンダ中心軸14上に位置しており、燃焼室中心に配置されることになるため、燃焼期間中の火炎が燃焼室壁面より離れることとなり、冷却損失の少ない成層燃焼が行われる。また、点火プラグ12の点火ギャップ12aはシリンダ中心軸14上に位置させているので、外側キャビティ16aを使用(利用)して燃焼室中心に生成される比較的大きな成層混合気に対して、燃焼室中心(すなわち、成層混合気の中心)からの燃焼を実現することができ、燃焼期間が短くなってより冷却損失低減効果を得ることができる。
Although not shown in the drawing, the fuel injection is performed for the second time toward the inner cavity 16b near the compression top dead center, thereby forming a homogeneous mixture in the outer cavity 16a and the inner cavity 16b. It is also possible to produce a more homogeneous stratified mixture.
Here, since the center of the outer cavity 16a is located on the cylinder center axis 14 and is arranged at the center of the combustion chamber, the flame during the combustion period is separated from the wall surface of the combustion chamber, and cooling loss is reduced. Less stratified combustion occurs. Further, since the ignition gap 12a of the spark plug 12 is positioned on the cylinder center shaft 14, the combustion is performed with respect to a relatively large stratified mixture generated at the center of the combustion chamber using (utilizing) the outer cavity 16a. Combustion from the center of the chamber (that is, the center of the stratified mixture) can be realized, and the combustion period can be shortened to further reduce the cooling loss.

図4は、成層低負荷運転条件における燃料噴霧及び混合気の挙動を示している。成層低負荷運転条件における混合気形成も上記成層高負荷運転条件とほぼ同じ過程であるが、内側キャビティ16bを利用する点が相違する。すなわち、インジェクタ11は、ECU13によって燃料噴射タイミングが制御され、図4(a)に示すように、圧縮行程のピストン4が高い位置にあるとき(上死点付近にあるとき)に燃料噴射を行う。すると、燃料噴霧は、まず、内側キャビティ64bの底面に衝突し、その後、底面及び内側キャビティ16bの周壁をへて、上記成層高負荷運転条件の場合と同様に、循環流を持つ均質な小さい成層混合気塊がキャビティ16上空に形成される(図4(b)、(c)参照)。   FIG. 4 shows the behavior of fuel spray and air-fuel mixture under stratified low load operation conditions. The air-fuel mixture formation under the stratified low load operation condition is substantially the same process as the stratified high load operation condition, except that the inner cavity 16b is used. That is, the injector 11 performs fuel injection when the fuel injection timing is controlled by the ECU 13 and the piston 4 in the compression stroke is at a high position (when it is near the top dead center) as shown in FIG. . Then, the fuel spray first collides with the bottom surface of the inner cavity 64b, and then passes through the bottom surface and the peripheral wall of the inner cavity 16b. A gas mixture is formed above the cavity 16 (see FIGS. 4B and 4C).

ここにおいて、内側キャビティ15bは、ピストン4が上死点付近に位置するときに、その中心が前記インジェクタ設置軸15上に位置するように形成されているので、インジェクタ11の傾斜設置に伴う燃料噴霧のこぼれが効果的に防止される。
図5は、本実施形態で用いたインジェクタ11からの燃料噴霧形状を示している。上記したように、インジェクタとしてマルチホール型のものを用いているが、本実施形態においては、図6に示す通常のマルチホール型のインジェクタに比べて、インジェクタを傾斜設置した際に最下部に位置する噴孔を無くしたものを用いている。
Here, the inner cavity 15b is formed so that its center is located on the injector installation shaft 15 when the piston 4 is located near the top dead center, so that the fuel spray accompanying the inclined installation of the injector 11 is formed. Spilling is effectively prevented.
FIG. 5 shows the shape of fuel spray from the injector 11 used in the present embodiment. As described above, a multi-hole type injector is used, but in this embodiment, the injector is positioned at the lowermost position when the injector is installed at an angle as compared to the normal multi-hole type injector shown in FIG. The one without the nozzle hole is used.

内側キャビティ16bは、その中心が外側キャビティ16aの中心に対してインジェクタ11側にオフセットさせて形成されているため、外側キャビティ16aの底面が狭く、傾斜が急になってしまうことから、噴霧流動による循環流が生じ難い。このため、前記最下部に位置する噴孔を無くして当該部分からの、すなわち、外側キャビティ16aの周壁から内側キャビティ16bまでの距離が最も小さい部分を中心とした所定領域への燃料噴射を行わないようにすることで(図5(b)参照)、外側キャビティ16aを使用(利用)する場合において、不均一な混合気が形成されることをあらかじめ抑制して未燃HCの増加や耐EGR性能の悪化を防止すると共に、キャビティからの燃料噴霧のこぼれを防止するようにしている。   Since the inner cavity 16b is formed with its center offset to the injector 11 side with respect to the center of the outer cavity 16a, the bottom surface of the outer cavity 16a is narrow and the inclination becomes steep. Circulation flow is unlikely to occur. For this reason, the injection hole located in the lowermost portion is eliminated, and fuel injection from the portion, that is, the predetermined region centered on the portion having the smallest distance from the peripheral wall of the outer cavity 16a to the inner cavity 16b is not performed. By doing so (see FIG. 5B), when using (utilizing) the outer cavity 16a, it is possible to suppress the formation of a non-uniform air-fuel mixture in advance and increase unburned HC and EGR resistance. The fuel spray is prevented from spilling from the cavity.

なお、本実施形態では、上記最下部に位置する噴孔のみを無くしているが、無くすべき噴孔は適宜設定されるものである(1つであっても、複数であってもよい)。
この実施形態によると、インジェクタ11は、その先端の噴射点11aがシリンダ中心軸14から離れて位置し、かつ、シリンダ中心軸14に対して傾斜したインジェクタ設置軸15上に設置され、内側キャビティ(第2キャビティ)16bの中心が、シリンダ中心軸14に対してインジェクタ11側に位置しているので、レイアウト上の制限等からインジェクタ11をシリンダ中心軸14上に設置できない場合であっても、内側キャビティ16bを燃料噴射方向に対応させて設けることができ、燃料噴霧のこぼれを防止して未燃HCの発生を抑制できる。
In addition, in this embodiment, although only the nozzle hole located in the said lowest part is eliminated, the nozzle hole which should be eliminated is set suitably (it may be one or more).
According to this embodiment, the injector 11 is installed on the injector installation shaft 15 in which the injection point 11a at the tip thereof is located away from the cylinder central shaft 14 and is inclined with respect to the cylinder central shaft 14, and the inner cavity ( Since the center of the second cavity 16b is located on the side of the injector 11 with respect to the cylinder central axis 14, even if the injector 11 cannot be installed on the cylinder central axis 14 due to layout restrictions, etc. The cavities 16b can be provided corresponding to the fuel injection direction, so that fuel spray spillage can be prevented and generation of unburned HC can be suppressed.

また、ピストン4が上死点付近にあるときに、内側キャビティ(第2キャビティ)16bの中心がインジェクタ設置軸15上に位置しているので、内側キャビティ16bを利用する際に、燃料噴霧をより効果的に内側キャビティ16b内に収めて未燃HCの発生を低減できる。
また、インジェクタ11は、通常のマルチホール型のインジェクタに比べて、傾斜設置した際に最下部に位置する噴孔を無くし、外側キャビティ(第1キャビティ)16aの周壁から内側キャビティ(第2キャビティ)16bまでの距離が最も小さくなる箇所、すなわち、循環流が生じ難い部分への燃料噴射を行わないように構成されているので、外側キャビティ16aを使用(利用)時に不均一な混合気塊が形成されることを防止できる。
Further, when the piston 4 is in the vicinity of the top dead center, the center of the inner cavity (second cavity) 16b is located on the injector installation shaft 15, so that when the inner cavity 16b is used, more fuel spray is applied. The generation of unburned HC can be reduced effectively by being housed in the inner cavity 16b.
In addition, the injector 11 eliminates the nozzle hole located at the lowermost position when installed at an inclination, compared to a normal multi-hole type injector, and the inner cavity (second cavity) extends from the peripheral wall of the outer cavity (first cavity) 16a. Since the fuel is not injected into the portion where the distance to 16b is the smallest, that is, the portion where the circulating flow is difficult to occur, a non-uniform air-fuel mixture is formed when the outer cavity 16a is used (utilized). Can be prevented.

なお、インジェクタ11としては、貫徹力が強く背圧下においても(噴霧)形状の変化が少ないマルチホール側のものを用いることで、噴霧流動を利用した循環流が効果的に形成される。これにより、例えば、大量にEGRを導入した場合であっても均質な混合気を生成することができ、NOxの発生を抑制しつつ、燃費のよい成層燃焼を実現できる。
また、インジェクタ11が、成層高負荷運転条件においては外側キャビティ(第1キャビティ)16aに向けて燃料噴射を行い、成層低負荷運転条件においては内側キャビティ(第2キャビティ)16bに向けて燃料噴射を行うことで、成層運転領域における負荷に応じて(燃料噴射タイミングを制御して)適切な大きなの成層混合気塊を生成し、負荷によらず燃費のよい成層燃焼を実現できる。
In addition, as the injector 11, a circulating flow utilizing the spray flow is effectively formed by using the multi-hole side having a strong penetrating force and little (spray) shape change even under back pressure. Thereby, for example, even when a large amount of EGR is introduced, a homogeneous air-fuel mixture can be generated, and stratified combustion with good fuel efficiency can be realized while suppressing the generation of NOx.
The injector 11 injects fuel toward the outer cavity (first cavity) 16a under the stratified high load operation condition, and injects fuel toward the inner cavity (second cavity) 16b under the stratified low load operation condition. By doing so, an appropriate large stratified air-fuel mixture is generated according to the load in the stratified operation region (controlling the fuel injection timing), and stratified combustion with good fuel efficiency can be realized regardless of the load.

また、インジェクタ11が、成層高負荷運転条件においては圧縮行程に二度の燃料噴射を行い、その一度目は外側キャビティ(第1キャビティ)16aに向けて、二度目は内側キャビティ(第2キャビテ)16bに向けて燃料噴射を行うことにより、キャビティ16内全体にむらのない均質な成層混合気を生成することができ、高負荷運転時においてより燃費のよい成層燃焼を実現できる。   In addition, the injector 11 performs fuel injection twice in the compression stroke under the stratified high load operation condition, the first time toward the outer cavity (first cavity) 16a, and the second time the inner cavity (second cavite). By injecting fuel toward 16b, a uniform stratified air-fuel mixture can be generated in the entire cavity 16, and stratified combustion with higher fuel efficiency can be realized during high-load operation.

また、点火プラグ12は、その先端の点火ギャップ12aがシリンダ中心軸14上に位置するので、外側キャビティ16aを利用して燃焼室中心に生成される大きな成層混合気に対して燃焼室中心からの燃焼を実現でき、燃焼期間を短くできる。これにより、特に成層高負荷運転条件において、さらなる冷却損失低減効果を得ることができる。   In addition, since the spark gap 12a at the tip of the spark plug 12 is located on the cylinder center shaft 14, the spark plug 12 from the center of the combustion chamber against the large stratified mixture generated at the center of the combustion chamber using the outer cavity 16a. Combustion can be realized, and the combustion period can be shortened. Thereby, the further cooling loss reduction effect can be acquired especially in a stratified high load operation condition.

本発明の実施形態に係る筒内直接噴射式内燃機関を示す図である。1 is a view showing an in-cylinder direct injection internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. ピストン形状を示す図である。It is a figure which shows piston shape. 成層高負荷運転条件における燃料噴霧及び混合気の挙動を示す図である。It is a figure which shows the behavior of the fuel spray and the air-fuel | gaseous mixture in a stratified high load operation condition. 成層低負荷運転条件における燃料噴霧及び混合気の挙動を示す図である。It is a figure which shows the behavior of the fuel spray and the air-fuel | gaseous mixture in a stratified low load operation condition. 本実施形態のインジェクタからの燃料噴霧形状を示す図である。It is a figure which shows the fuel spray shape from the injector of this embodiment. 通常(従来)のマルチホール型のインジェクションからの燃料噴霧形状を示す図である。It is a figure which shows the fuel spray shape from normal (conventional) multi-hole type injection.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃焼室、2…シリンダヘッド、3…シリンダブロック、3a…シリンダ、4…ピストン、7…吸気弁、8…排気弁、11…インジェクタ、11a…噴射点、12…点火プラグ、12a…点火ギャップ、13…エンジンコントロールユニット(ECU)、14…シリンダ中心軸、15…インジェクタ設置軸(燃料噴射方向)、16a…外側キャビティ、16b…内側キャビティ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Combustion chamber, 2 ... Cylinder head, 3 ... Cylinder block, 3a ... Cylinder, 4 ... Piston, 7 ... Intake valve, 8 ... Exhaust valve, 11 ... Injector, 11a ... Injection point, 12 ... Spark plug, 12a ... Ignition Gap, 13 ... Engine control unit (ECU), 14 ... Cylinder center axis, 15 ... Injector installation axis (fuel injection direction), 16a ... Outer cavity, 16b ... Inner cavity

Claims (7)

シリンダヘッド、シリンダブロックのシリンダ及びこのシリンダ内を摺動するピストンによって形成される燃焼室の上面ほぼ中央にインジェクタ及び点火プラグが配設されると共に、前記インジェクタからの燃料噴射方向が前記シリンダの中心軸に対して傾斜している筒内直接噴射式内燃機関において、
前記ピストンの冠面に、その中心がほぼ前記シリンダの中心軸上に位置する略円形の第1キャビティと、前記第1キャビティの内側でその中心が前記第1キャビティの中心とは異なる位置にある略円形の第2キャビティと、を設けたことを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関。
An injector and a spark plug are disposed at the substantially upper center of a combustion chamber formed by a cylinder head, a cylinder of a cylinder block, and a piston sliding in the cylinder, and the fuel injection direction from the injector is the center of the cylinder. In a cylinder direct injection internal combustion engine inclined with respect to the shaft,
A substantially circular first cavity whose center is located on the center axis of the cylinder, and a center of the first cavity that is different from the center of the first cavity on the crown surface of the piston. An in-cylinder direct injection internal combustion engine comprising a substantially circular second cavity.
前記インジェクタは、その先端の噴射点が前記シリンダの中心軸から離れて位置し、かつ、前記シリンダの中心軸に対して傾斜したインジェクタ設置軸上に設置されており、
前記第2キャビティの中心が、前記シリンダの中心軸に対して前記インジェクタ側に位置することを特徴とする請求項1記載の筒内直接噴射式内燃機関。
The injector is installed on an injector installation axis, the injection point of which is located away from the center axis of the cylinder and inclined with respect to the center axis of the cylinder;
The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 1, wherein the center of the second cavity is located on the injector side with respect to the central axis of the cylinder.
前記ピストンが上死点付近にあるときに、前記第2キャビティの中心が前記インジェクタ設置軸上に位置することを特徴とする請求項2記載の筒内直接噴射式内燃機関。   The in-cylinder direct injection internal combustion engine according to claim 2, wherein the center of the second cavity is located on the injector installation shaft when the piston is near top dead center. 前記インジェクタは複数の噴孔を備える共に、前記第1キャビティの周壁から前記第2キャビティまでの距離が最も小さくなる箇所への燃料噴射を行わないように構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。   The injector includes a plurality of injection holes and is configured not to perform fuel injection to a portion where the distance from the peripheral wall of the first cavity to the second cavity is the smallest. The direct injection type internal combustion engine according to any one of 1 to 3. 前記インジェクタは、成層高負荷運転条件においては前記第1キャビティに向けて燃料噴射を行い、成層低負荷運転条件においては前記第2キャビティに向けて燃料噴射を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。   The injector performs fuel injection toward the first cavity under a stratified high load operation condition and performs fuel injection toward the second cavity under a stratified low load operation condition. 4. The direct injection internal combustion engine according to any one of 4. 前記インジェクタは、成層高負荷運転条件においては圧縮行程に二度の燃料噴射を行い、その一度目は前記第1キャビティに向けて、二度目は前記第2キャビティに向けて燃料噴射を行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。   In the stratified high load operation condition, the injector performs fuel injection twice in the compression stroke, the first time is directed toward the first cavity, and the second time is directed toward the second cavity. The direct injection type internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein 前記点火プラグは、その先端の点火ギャップが前記シリンダの中心軸上に位置することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。   The direct injection internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein an ignition gap at a tip of the spark plug is positioned on a central axis of the cylinder.
JP2003377166A 2003-11-06 2003-11-06 Cylinder direct injection internal combustion engine Pending JP2005140006A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003377166A JP2005140006A (en) 2003-11-06 2003-11-06 Cylinder direct injection internal combustion engine
US10/969,339 US7028662B2 (en) 2003-11-06 2004-10-21 Direct fuel injection engine
EP04025651A EP1529938A3 (en) 2003-11-06 2004-10-28 Direct fuel injection engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003377166A JP2005140006A (en) 2003-11-06 2003-11-06 Cylinder direct injection internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005140006A true JP2005140006A (en) 2005-06-02

Family

ID=34687979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003377166A Pending JP2005140006A (en) 2003-11-06 2003-11-06 Cylinder direct injection internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005140006A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007064171A (en) * 2005-09-02 2007-03-15 Toyota Motor Corp Spark ignition internal combustion engine
JP2013057251A (en) * 2011-09-07 2013-03-28 Mazda Motor Corp Spark ignition type direct injection engine
JP2013057266A (en) * 2011-09-07 2013-03-28 Mazda Motor Corp Spark ignition type direct injection engine
JP2018044511A (en) * 2016-09-16 2018-03-22 株式会社Subaru Piston of internal combustion engine
JP2024047734A (en) * 2022-09-27 2024-04-08 いすゞ自動車株式会社 Combustion chamber structure of an internal combustion engine

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007064171A (en) * 2005-09-02 2007-03-15 Toyota Motor Corp Spark ignition internal combustion engine
JP2013057251A (en) * 2011-09-07 2013-03-28 Mazda Motor Corp Spark ignition type direct injection engine
JP2013057266A (en) * 2011-09-07 2013-03-28 Mazda Motor Corp Spark ignition type direct injection engine
JP2018044511A (en) * 2016-09-16 2018-03-22 株式会社Subaru Piston of internal combustion engine
US10385802B2 (en) 2016-09-16 2019-08-20 Subaru Corporation Piston of internal combustion engine
JP2024047734A (en) * 2022-09-27 2024-04-08 いすゞ自動車株式会社 Combustion chamber structure of an internal combustion engine
JP7582281B2 (en) 2022-09-27 2024-11-13 いすゞ自動車株式会社 Combustion chamber structure of an internal combustion engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6814046B1 (en) Direct fuel injection engine
JP5564484B2 (en) Internal combustion engine
US7028662B2 (en) Direct fuel injection engine
JP4662755B2 (en) Fuel injection system
JP2005140006A (en) Cylinder direct injection internal combustion engine
JPH11200867A (en) Cylinder fuel injection engine
JPH11182247A (en) Combustion chamber structure for direct injection type engine
JP2005171879A (en) Cylinder injection type internal combustion engine
JP2005351200A (en) In-cylinder injection spark ignition internal combustion engine
JP4046055B2 (en) In-cylinder internal combustion engine
JP2007138780A (en) Auxiliary chamber type internal combustion engine
JP4428275B2 (en) Direct injection internal combustion engine and method of forming mixture
JP4048937B2 (en) In-cylinder direct injection internal combustion engine
JP2016121631A (en) Combustion chamber structure for direct-injection engine
JP4257520B2 (en) In-cylinder internal combustion engine
JP2006258053A (en) Direct injection type internal combustion engine and combustion method for the same
JP2005139988A (en) Combustion chamber structure for cylinder direct injection type internal combustion engine
JP2006046276A (en) Ignition control device for direct spark ignition type internal combustion engine
JP2004316568A (en) Cylinder direct injection type internal combustion engine
JP2004332554A (en) Direct injection type spark ignition engine
JP2010196615A (en) Piston for direct injection type engine
JP4222204B2 (en) In-cylinder direct injection internal combustion engine
JP4026406B2 (en) Direct-injection spark ignition internal combustion engine
JP2005155563A (en) Cylinder injection type internal combustion engine
JP2004011441A (en) Cylinder direct injection type internal combustion engine