JP3781536B2 - Combustion chamber structure of in-cylinder injection engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料を燃焼室内に直接噴射し、燃焼室内に成層混合気を形成して成層燃焼を行う筒内噴射式エンジンの燃焼室構造に関するものである。
【0002】
【従来技術】
従来より、エンジンの燃費を向上させる手法として、理論熱効率の向上、ポンピングロスの低減、フリクションの低減などが提唱されている。そのうち理論熱効率の向上やポンピングロスの低減を図るために、燃焼室内の圧縮比または膨張比を上昇させる方法の他に、希薄燃焼制御や高EGR(exhaust gas recirculation )燃焼制御等を行う方法がある。これら希薄燃焼制御や高EGR制御においては、シリンダ内にタンブル、スワール、スキッシュなどのガス流動を発生させて、燃焼室における混合気の燃焼性の向上を図っている。
【0003】
そして、このようなエンジンは、吸気行程において燃焼室内に均一な混合気を形成することを基本としていたが、一方では燃料の噴射方向や噴射時期を調整することにより燃焼室内における混合気の空燃比を局所的に変えることも意図的に行われていた。
【0004】
すなわち、燃焼室内において局所的に空燃比をリッチとし、あるいは局所的な部分にだけ混合気を形成する等により、燃焼室内全体ではトータルとしてリーンな空燃比で燃焼させる成層燃焼方式などが提案されていた。
【0005】
しかしながら、従来の成層燃焼方式では、このような燃焼室内における局所的な混合気の形成は十分なものではなく、混合気形成の自由度の大幅な向上が望まれていた。そこで、その対策としてシリンダ内に燃料を直接噴射する種々の筒内噴射式エンジンが提案されている。
【0006】
例えば、特開平5−1544号公報には、吸気バルブ周りの一部に吸気ポートを通過する吸入空気の流れを方向付けるマスク壁を設け、シリンダ内において強制的に逆タンブル流を発生させ、圧縮行程時に吸気ポートの下側に設けられた噴射手段(インジェクタ)からシリンダ軸方向に対して斜めに噴射される燃料を逆タンブル流に乗せ、混合気を燃焼室頭頂部に設けられた点火プラグの方向に導くようにした構成例が示されている。
【0007】
また、特開平6−146886号公報には、噴射手段を、上記特開平5−1544号公報の技術と同様に吸気ポートの下側位置に取り付け、吸気ポートの断面形状をその一方側半分が拡幅された構成としている。そして、吸気流中心を偏心させて逆タンブル流の生成を促進し、燃料をシリンダ軸方向に対して斜めに噴射して逆タンブル流に乗せ、混合気を燃焼室頭頂部に設けられた点火プラグの方向に導くようにした構成例が示されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平5一1544号公報に開示された筒内噴射式内燃機関では、マスク壁により強制的に逆タンブル流を発生させる吸気ポートを採用しているので、高速高負荷領域において吸入抵抗が過大となるおそれがある。これにより、吸入空気量の不十分状態が生じ、出力性能に影響が出るおそれがある。
【0009】
次に、特開平6−146886号公報に開示された技術では、上述のように吸気ポートの断面形状の調整による逆タンブル流の生成を行い、ピストン上面の湾曲部によりこの逆タンブル流の生成を促進するようにしている。しかし、湾曲部内のみが燃焼室空間を形成する構成をとっているので圧縮比が過剰に高くなるおそれがある。これにより、通常のエンジンで用いられる燃料、いわゆるレギュラーガソリンに適合する圧縮比を設定するのが困難である。
【0010】
そして、通常の圧縮比となるように湾曲部や、キャビティを大きくして充分な燃焼室容積を確保しようとすると、燃料噴射弁の噴射口と点火プラグの電極との間に距離が増大して混合気を点火プラグ側に導くことが難しく、成層混合気を精密に生成することが困難で、燃焼の安定性や着火性が低いという不具合を有している。
【0011】
本発明は、上記不具合を解決するためになされたものであり、その目的はピストン上面での燃料の反射により生成する成層混合気を精密に生成することができる簡単な構成の筒内噴射式エンジンの燃焼室構造を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の筒内噴射式エンジンの燃焼室構造は、吸気側と排気側とからなる一対の斜面部を有したペントルーフ型の燃焼室天井部を有するシリンダヘッドと、そのシリンダヘッドに設けられ、燃焼室天井部のほぼ中央位置からシリンダ軸方向ピストン上面に向かって所定タイミングで燃料を噴射するインジェクタと、シリンダヘッドの燃焼室天井部の形状に対応した凸形状を基本形状とするピストンヘッドを有し、圧縮行程時に燃焼室天井部との共働によりピストンヘッドの周縁側からピストンヘッドの中央に向かうスキッシュ流を生成するピストンと、シリンダヘッドに設けられ、燃焼室天井部の吸気側の斜面部から燃焼室内へシリンダ軸方向に対して斜め方向に突出する点火プラグと、ピストンヘッドのほぼ中央位置に凹設され、点火プラグ側に傾斜した底部を有するキャビティとを備え、点火プラグは、ピストンが上死点近傍に位置する場合にキャビティの内部上方位置でかつキャビティの中心から吸気側にオフセットした位置に電極部が配置されたことを特徴とする。
【0013】
そして、キャビティは、点火プラグ側に傾斜した底部を有している。また、燃焼室天井部とピストンは、圧縮行程時にピストン上面の周縁側から中央に向かう混合気の流れであるスキッシュ流が生成される構成を有している。
【0014】
上記構成を有する筒内噴射式エンジンは、シリンダヘッド側に上昇してきたピストンが上死点の手前所定位置に到達した際に、インジェクタから燃料が噴射され、噴射された燃料(以下、単に「噴射燃料」という)は、キャビティに向かって広がっていき、キャビティ内で受け止められ、反射、這い回り、跳ね上がりにより拡散し混合気を形成する。
【0015】
ここで、キャビティの底部に衝突した噴射燃料は電極部側に反射される。そして、反射の勢いによってキャビティからはみ出そうな燃料はスキッシュ流により、キャビティ内に押し戻され、キャビティ外への拡散が抑制される。これにより、点火プラグの電極部近傍位置に混合気の固まりを形成させることができる。
【0016】
したがって、噴射燃料の拡散する方向を精密に制御することができ、混合気を吸気側に偏位した点火プラグの電極部付近に適切なタイミングで生成することができる。すなわち、燃焼室内における混合気の生成位置を正確かつ容易に制御することができる。
【0017】
この結果、広い燃焼室空間においても混合気の生成位置を正確に制御でき、広い運転領域で良好な着火性及び燃焼安定性を確保することができると共に、圧縮比を通常のエンジンで用いられる燃料、いわゆるレギュラーガソリンに見合う値に設定することができる。
【0018】
請求項2に記載の筒内噴射エンジンの燃焼室構造は、キャビティが、点火プラグ側に傾斜した底部と、底部から滑らかな曲面を介して所定角度で立ち上がり、インジェクタの噴射中心軸を間に介して点火プラグの電極部と対向する壁部とを有することを特徴とする。
【0019】
請求項3にかかる筒内噴射エンジンの燃焼室構造は、キャビティが、底部が半球面形状を基本的形状とするように凹窩形成され、インジェクタの噴射中心軸を間に介して点火プラグと対向する底部の排気側部分が、インジェクタの噴射中心軸よりも点火プラグ側にオフセットした位置でかつピストン上面の上方位置を中心とする凹曲面形状を有することを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態における筒内噴射式エンジン10を概略的に説明する断面説明図であり、図2は、図1のピストン18の上面図である。
【0023】
筒内噴射式エンジン10は、図1に示したように、ペントルーフ状に形成された燃焼室天井部(以下、単に「天井部」という)12を有するシリンダヘッド14と、ピストンヘッド16が天井部12に対応して凸形状に形成されたピストン18と、ピストン18が往復動可能に嵌挿されるシリンダ20を有するシリンダ部22とを基本的な構成要素としている。
【0024】
天井部12は、図1に示したように、頂部から漸次互いに離間し拡開する2つの斜面部12a、12bを有しており、全体的には切妻屋根に似た形状をなしている。斜面部12aには、シリンダヘッド14に設けられた吸気ポート(図示せず)と燃焼室24との間を連通・遮断する吸気バルブ(図示せず)が2個設けられている。また、斜面部12bには、排気ポート(図示せず)と燃焼室24との間を連通・遮断する排気バルブ(図示せず)が2個設けられている。以下、説明の便宜上、吸気バルブ側を吸気IN側、排気バルブ側を排気EX側という。また、天井部12は、シリンダ20の中心よりも排気側にオフセットした位置に設けられている。
【0025】
点火プラグ30は、図1に示したように、シリンダヘッド14の吸気IN側に設けられシリンダ20の軸方向に対して傾斜し、端部が燃焼室24内に突出するよう設けられている。また、点火プラグ30は、燃焼室24側に突出した端部に着火部である電極部32を有している。
【0026】
更に、天井部12のほぼ中心上方位置には、インジェクタ34が設けられている。インジェクタ34は、燃料をシリンダ20の軸方向ピストンヘッド16に向けて噴射し、その噴射中心軸35は、シリンダ20の中心軸線21よりも排気EX側にオフセットした位置に設定されている。そして、インジェクタ34による燃料の噴射形状は噴射中心軸35を中心として次第に広がる略円すい中空形状を形成する(図1中、点線fにより示す)。
【0027】
噴射燃料の略円すい中空形状は、例えば噴射の広がり角を40度〜80度程度とする噴射角に設定し、燃料に対して回転成分を与えつつ噴射することにより容易に形成することが可能である。具体的には、スワールノズルを用いたインジェクタ34によるホローコーン噴霧により形成することができる。
【0028】
そして、吸気バルブを介して燃焼室24と連通・遮断される吸気ポート(図示せず)の形状により、燃焼室24内には正方向の弱タンブルガス流動が生じるように構成されている。タンブル比はおよそ0.5〜2程度となるよう設定されている。尚、正方向のタンブル流とは、ピストンヘッド16上を吸気IN側から排気EX側に転がる方向のガス流動をいう。
【0029】
ピストン18は、図1に示したように、シリンダ中心軸線21と直交する平面形状に形成されたピストンヘッド16の周縁部17と、この周縁部17からペントルーフ型の天井部12に対応して突出する凸部19を有している。
【0030】
そして、ピストン18は、シリンダヘッド14との共働により圧縮行程においてピストン18が上死点直前まで上昇した際に、周縁部17側からピストンヘッド16の中央に向かう混合気の流れ、いわゆるスキッシュ流(コンプレッション・タービュレンス)を生じさせる構造を有している。
【0031】
また、ピストンヘッド16には、その中心が噴射中心軸線35よりも吸気IN側に所定量オフセットされた略円形状の開口部39を有して凹窩するキャビティ36が設けられている。キャビティ36は、インジェクタ34より噴射された燃料が衝突した際に電極部32側へ反射する角度に傾斜した底部37を備えている。
【0032】
そして、底部37の排気側は、底部37から間に滑らかな曲面を介して所定角度で立ち上がり電極部32と対向する壁部38と接続されている。したがって、インジェクタから噴射された燃料が壁部38に衝突した場合にも電極部32側に反射される。
【0033】
点火プラグ30の電極部32は、ピストン18が上死点近傍に位置する場合にキャビティ36上方でかつキャビティ36の中心から吸気IN側へオフセットした位置となるようセッティングされており、本実施の形態では、インジェクタ34からの噴射燃料が直接衝突しない位置に配置されている。
【0034】
そして、インジェクタ34の噴射広がり角の設定は、ピストン18が上下動作時における所定タイミング(上死点直前位置)においてキャビティ36内に噴射範囲が収まるように設定されている。
【0035】
キャビティ36の開口部39の開口径dは、図2に示したように、シリンダ20の径Dに対して30〜70%程度の大きさに設定され、キャビティ36の深さは、最深部で周縁部17からシリンダ径Dの15%程度迄を限度として設定されている。
【0036】
次に、上記構成を有する筒内噴射エンジン10の動作及び作用について以下に説明する。尚、本実施の形態における筒内噴射エンジン10は、低・中負荷運転時においてのみ成層燃焼運転を行い、高負荷運転時には均一燃焼運転を行うように、燃料噴射量、噴射タイミング、点火時期が制御される。
【0037】
この高負荷運転時に行われる均一燃焼は、燃料を燃焼室24内に吸気行程時に噴射するもので、吸気行程時に吸気ポート内に燃料を噴射する従来のエンジンとほぼ同様の動作であるため詳細な説明は省略し、ここでは本発明の特徴である低・中負荷運転時における成層燃焼運転について説明する。
【0038】
まず最初に、圧縮行程において、エンジン動作状態に応じて設定された所定タイミング、換言すれば、ピストン18が上死点近傍の所定位置まで上昇した時点でインジェクタ34からピストンヘッド16に向けて燃料がホローコーン形状に所定噴射量だけ噴射される。噴射された燃料は、更に上昇を続けるピストン18のキャビティ36にて受け止められ、キャビティ36内で反射、這い回り、跳ね上がりなどにより拡散する。この跳ね上がった燃料の一部は天井部12に衝突して拡散する。
【0039】
そして、天井部12がペントルーフ型に形成されていることから、キャビティ36にて跳ね上がりその勢いで天井部12と衝突した燃料は、燃焼室中央側に集合するように反射する。また、キャビティ36の底部37と衝突した噴射燃料は、その傾斜により点火プラグ30側に反射され、電極部32付近にて拡散する。
【0040】
そして、ピストン18の更なる上昇によって、天井部12とピストンヘッド16との間が十分狭くなり、ピストンヘッド16の周縁部17側からキャビティ36方向へ流れるスキッシュ流が発生する。このスキッシュ流によりキャビティ36内にて反射し、開口部39から周縁部17側へと飛び出ようとする燃料は、ピストン18の中心方向へ強制的に押し戻され、キャビティ36内及びその上部範囲にて拡散する。また、その際に、スキッシュ流と燃焼室24内に存する弱タンブル流とがぶつかり合うことで、燃焼室24内には燃焼促進に良好な混合気の乱れが発生する。
【0041】
これにより、着火に適した成層混合気が電極部32付近に適切なタイミングで形成される。ここで、例えば、中負荷運転時の燃料噴射量が比較的多い場合、キャビティ36にて反射した噴射燃料はキャビティ36内及びその上部範囲に拡散し、拡散体積が広く均質に拡散した成層混合気が形成される。
【0042】
また、アイドリング時等の燃料噴射量が少ない場合には、キャビティ36の底部37の傾斜により一部が確実に電極部32にかかる成層混合気が形成される。したがって、広い運転領域において、電極部32の周辺に着火性が良くかつ成層燃焼に適した良好な混合気を形成することができ、また、広い燃焼室空間を形成するキャビティ、すなわち大きな容積を有するキャビティにおいても混合気の生成位置を正確に制御することができる。
【0043】
これにより、圧縮比を通常の圧縮比に設定してレギュラーガソリンを使用したエンジン運転を行うことができる。また、良好な運転性、HCの低減、NOXの低減、燃費の向上を達成することができる。
【0044】
また、噴射燃料は、キャビティ内及びその上部範囲にて拡散することから、火炎伝播が不可能な混合気のちぎれやオーバーリーン領域の発生を防ぐことが可能であり、また、全体としてリーンな空燃比で適切かつ急速な燃焼が得られ、パーシャルバーンの発生を防止することができる。
【0045】
そして、また、噴射燃料はシリンダ軸方向に噴射されるため、シリンダ20側には拡散しにくく、噴射燃料のシリンダ20への付着を防止でき、シリンダ20とピストン18側面間の潤滑性の悪化、及び噴射燃料の一部が直接シリンダ20の内周壁面に衝突することにより生じる冷却作用が引き起こす燃焼状態の悪化を防止することができる。
【0046】
次に、本発明の第2の実施の形態について以下に説明する。図3は、第2の実施の形態の断面説明図であり、図4は、第2の実施の形態に用いられるピストン18の上面説明図である。図中において、第1の実施の形態と同様の構成要素には、同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。
【0047】
本実施の形態において、上述の第1の実施の形態と異なる特徴的構成は、キャビティ36の凹窩形状にある。キャビティ36の凹窩形状は、図3に示したように、基本的には半球面状に形成されており、底部37の排気側部分37aは、インジェクタ34の噴射中心軸35より点火プラグ30側にオフセットした上方位置を中心とする凹曲面形状に形成されている。したがって、インジェクタ34から噴射された噴射燃料のうち、底部37の排気側部分37aと衝突したものは電極部32方向へ反射し、電極部32付近に局所的に適切な混合気を形成する。
【0048】
ここで、底部37を半球面形状としたことにより、第1の実施の形態よりもキャビティの容積が大きく確保されている。その結果、キャビティ内に噴射された燃料の拡散体積をさらに大きくすることができ、混合気の燃焼領域の拡大による燃費向上を図ることができる。また、半球面状を基本形状としたことにより燃焼室内に存するタンブル流を徒に乱すことがなく維持することができるという作用も有する。
【0049】
なお、本発明は、上述の各実施の形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上述の各実施の形態では、弱タンブル流によるガス流動が存する場合について説明したが、吸気ポート等の形状を変更して弱スワール流を発生させ、弱タンブル流と併用してもよい。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る筒内噴射エンジンの燃焼室構造によれば、キャビティ内の傾斜部とピストン上面に生じるスキッシュ流とにより、噴射燃料の拡散する方向を精密に制御することができ、混合気を点火プラグの電極部付近に適切なタイミングで生成することができる。したがって、広い運転領域で良好な着火性及び燃焼安定性を確保することができると共に、圧縮比を通常の値に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における筒内噴射式エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
【図2】図1のピストンの上面説明図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態における筒内噴射式エンジンを概略的に説明する断面説明図である。
【図4】図3のピストンの上面説明図である。
【符号の説明】
12 燃焼室天井部
14 シリンダヘッド
16 ピストンヘッド
18 ピストン
19 凸部
20 シリンダ
22 シリンダ部
24 燃焼室
30 点火プラグ
32 電極部
34 インジェクタ
36 キャビティ
f 燃料[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a combustion chamber structure of an in-cylinder injection engine in which fuel is directly injected into a combustion chamber and a stratified mixture is formed in the combustion chamber to perform stratified combustion.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method for improving the fuel efficiency of an engine, improvement of theoretical thermal efficiency, reduction of pumping loss, reduction of friction, and the like have been proposed. Among them, in order to improve the theoretical thermal efficiency and reduce the pumping loss, there are methods of performing lean combustion control, high EGR (exhaust gas recirculation) combustion control, etc. in addition to the method of increasing the compression ratio or expansion ratio in the combustion chamber. . In these lean combustion control and high EGR control, gas flow such as tumble, swirl, and squish is generated in the cylinder to improve the combustibility of the air-fuel mixture in the combustion chamber.
[0003]
Such an engine is based on the formation of a uniform air-fuel mixture in the combustion chamber during the intake stroke, but on the other hand, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber is adjusted by adjusting the fuel injection direction and timing. It was intentionally performed to change the locality.
[0004]
That is, a stratified combustion method has been proposed in which the entire combustion chamber is burned with a lean air-fuel ratio, for example, by locally enriching the air-fuel ratio in the combustion chamber or by forming an air-fuel mixture only at a local portion. It was.
[0005]
However, in the conventional stratified combustion system, formation of the local air-fuel mixture in the combustion chamber is not sufficient, and a great improvement in the degree of freedom of air-fuel mixture formation has been desired. Therefore, as a countermeasure, various in-cylinder injection engines that directly inject fuel into the cylinder have been proposed.
[0006]
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-1544, a mask wall for directing the flow of intake air passing through an intake port is provided in a part around an intake valve, and a reverse tumble flow is forcibly generated in a cylinder to compress it. The fuel injected obliquely with respect to the cylinder axial direction from the injection means (injector) provided on the lower side of the intake port during the stroke is put on the reverse tumble flow, and the air-fuel mixture is supplied to the top of the combustion chamber. An example of a configuration that guides in the direction is shown.
[0007]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-146886 discloses that the injection means is attached to the lower position of the intake port in the same manner as the technique of the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 5-1544, and the intake port has a cross-sectional shape whose one half is widened The configuration is made. Then, the center of the intake air flow is decentered to promote the generation of a reverse tumble flow, the fuel is injected obliquely with respect to the cylinder axial direction to be placed on the reverse tumble flow, and the air-fuel mixture is provided at the top of the combustion chamber A configuration example is shown in which it is guided in the direction of.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the in-cylinder injection internal combustion engine disclosed in JP-A-5-11544 employs an intake port that forcibly generates a reverse tumble flow by means of a mask wall. May become excessive. As a result, an insufficient amount of intake air occurs, which may affect output performance.
[0009]
Next, in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-146886, a reverse tumble flow is generated by adjusting the cross-sectional shape of the intake port as described above, and this reverse tumble flow is generated by the curved portion on the upper surface of the piston. Try to promote. However, since only the curved portion is configured to form the combustion chamber space, the compression ratio may become excessively high. As a result, it is difficult to set a compression ratio suitable for a fuel used in a normal engine, so-called regular gasoline.
[0010]
If the curved portion or the cavity is enlarged so as to obtain a normal compression ratio to secure a sufficient combustion chamber volume, the distance between the injection port of the fuel injection valve and the electrode of the spark plug increases. It is difficult to guide the air-fuel mixture to the spark plug side, it is difficult to accurately produce a stratified air-fuel mixture, and there are problems such as low combustion stability and low ignitability.
[0011]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an in-cylinder injection engine having a simple configuration capable of precisely generating a stratified mixture generated by reflection of fuel on the upper surface of a piston. It is to provide a combustion chamber structure.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the combustion chamber structure of a direct injection type engine according to claim 1 is a cylinder having a pent roof type combustion chamber ceiling portion having a pair of inclined surfaces each having an intake side and an exhaust side. A head, an injector provided on the cylinder head, for injecting fuel at a predetermined timing from a substantially center position of the combustion chamber ceiling to the upper surface of the piston in the cylinder axial direction, and a protrusion corresponding to the shape of the combustion chamber ceiling of the cylinder head A piston head having a basic shape as a shape, provided in a cylinder head, a piston that generates a squish flow from the peripheral side of the piston head toward the center of the piston head by cooperating with the combustion chamber ceiling during the compression stroke, A spark plug that protrudes obliquely from the inclined surface on the intake side of the ceiling of the combustion chamber into the combustion chamber in the direction of the cylinder axis, and the piston head And a cavity having a bottom portion inclined toward the spark plug side, and the spark plug is located at an upper position inside the cavity when the piston is located near the top dead center and on the intake side from the center of the cavity. The electrode portion is arranged at a position offset to the position.
[0013]
The cavity has a bottom portion that is inclined toward the spark plug. Further, the combustion chamber ceiling and the piston have a configuration in which a squish flow, which is a flow of air-fuel mixture from the peripheral side of the upper surface of the piston toward the center, is generated during the compression stroke.
[0014]
In the cylinder injection engine having the above-described configuration, when the piston rising to the cylinder head reaches a predetermined position before top dead center, fuel is injected from the injector, and the injected fuel (hereinafter simply referred to as “injection”). Fuel ”) spreads toward the cavity, is received in the cavity, and diffuses by reflection, scooping and jumping to form an air-fuel mixture.
[0015]
Here, the injected fuel collides with the bottom of the cavity is Ru is reflected on the electrode portion side. The fuel that seems to protrude from the cavity due to the momentum of reflection is pushed back into the cavity by the squish flow, and diffusion outside the cavity is suppressed. Thereby, the mass of the air-fuel mixture can be formed in the vicinity of the electrode portion of the spark plug.
[0016]
Therefore, the direction in which the injected fuel diffuses can be precisely controlled, and the air-fuel mixture can be generated in the vicinity of the electrode portion of the spark plug that is displaced to the intake side. That is, the generation position of the air-fuel mixture in the combustion chamber can be controlled accurately and easily.
[0017]
As a result, it is possible to accurately control the generation position of the air-fuel mixture even in a wide combustion chamber space, to ensure good ignitability and combustion stability in a wide operation region, and to reduce the compression ratio to a fuel used in a normal engine. It can be set to a value suitable for so-called regular gasoline.
[0018]
In the combustion chamber structure of the direct injection engine according to claim 2, the cavity rises at a predetermined angle from the bottom inclined to the spark plug side and a smooth curved surface from the bottom, and the injection central axis of the injector is interposed therebetween. And a wall portion facing the electrode portion of the spark plug.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a combustion chamber structure for an in-cylinder injection engine in which a cavity is formed in a concave shape so that a bottom portion has a hemispherical shape as a basic shape, and is opposed to a spark plug through an injection center axis of an injector The exhaust side portion of the bottom portion has a concave curved surface shape centered on the upper position of the piston upper surface at a position offset toward the spark plug side from the injection center axis of the injector.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view schematically illustrating a direct
[0023]
As shown in FIG. 1, the in-
[0024]
As shown in FIG. 1, the
[0025]
As shown in FIG. 1, the
[0026]
Further, an
[0027]
The substantially conical hollow shape of the injected fuel can be easily formed, for example, by setting the injection spread angle to be about 40 to 80 degrees and injecting while giving a rotational component to the fuel. is there. Specifically, it can be formed by hollow cone spraying by an
[0028]
The shape of an intake port (not shown) that is communicated with or cut off from the
[0029]
As shown in FIG. 1, the
[0030]
When the
[0031]
Further, the piston head 16 is provided with a
[0032]
The exhaust side of the
[0033]
The
[0034]
The injection spread angle of the
[0035]
As shown in FIG. 2, the opening diameter d of the
[0036]
Next, the operation and action of the in-
[0037]
The uniform combustion performed at the time of the high load operation is such that fuel is injected into the
[0038]
First, in the compression stroke, fuel is delivered from the
[0039]
And since the
[0040]
As the
[0041]
Thereby, a stratified mixture suitable for ignition is formed in the vicinity of the
[0042]
Further, when the fuel injection amount is small at the time of idling or the like, a stratified air-fuel mixture in which a part is reliably applied to the
[0043]
Thereby, the engine operation using regular gasoline can be performed with the compression ratio set to a normal compression ratio. In addition, good drivability, HC reduction, NOX reduction, and fuel efficiency improvement can be achieved.
[0044]
In addition, since the injected fuel diffuses in the cavity and in the upper part of the cavity, it is possible to prevent the air-fuel mixture from being broken and the occurrence of an overlean region where flame propagation is impossible. Appropriate and rapid combustion can be obtained at the fuel ratio, and partial burn can be prevented.
[0045]
In addition, since the injected fuel is injected in the cylinder axial direction, it is difficult to diffuse to the
[0046]
Next, a second embodiment of the present invention will be described below. FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view of the second embodiment, and FIG. 4 is an upper surface explanatory view of the
[0047]
In the present embodiment, a characteristic configuration different from that of the first embodiment described above is the concave shape of the
[0048]
Here, since the
[0049]
In addition, this invention is not limited to the structure of each above-mentioned embodiment, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of invention. For example, in each of the above-described embodiments, the case where the gas flow due to the weak tumble flow exists has been described. However, the shape of the intake port or the like may be changed to generate a weak swirl flow, which may be used in combination with the weak tumble flow.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the combustion chamber structure of the direct injection engine according to the present invention, the direction in which the injected fuel diffuses can be precisely controlled by the inclined portion in the cavity and the squish flow generated on the upper surface of the piston. The air-fuel mixture can be generated at an appropriate timing near the electrode portion of the spark plug. Therefore, it is possible to ensure good ignitability and combustion stability in a wide operation region, and to set the compression ratio to a normal value.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view schematically illustrating an in-cylinder injection engine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a top view for explaining the piston of FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view schematically illustrating a direct injection engine according to a second embodiment of the present invention.
4 is an upper surface explanatory view of the piston of FIG. 3. FIG.
[Explanation of symbols]
12
Claims (3)
該シリンダヘッドに設けられ、前記燃焼室天井部のほぼ中央位置からシリンダ軸方向ピストン上面に向かって所定タイミングで燃料を噴射するインジェクタと、An injector that is provided in the cylinder head and injects fuel at a predetermined timing from the substantially central position of the ceiling portion of the combustion chamber toward the upper surface of the piston in the cylinder axial direction;
前記シリンダヘッドの燃焼室天井部の形状に対応した凸形状を基本形状とするピストンヘッドを有し、圧縮行程時に前記燃焼室天井部との共働により前記ピストンヘッドの周縁側から前記ピストンヘッドの中央に向かうスキッシュ流を生成するピストンと、A piston head having a convex shape corresponding to the shape of the combustion chamber ceiling of the cylinder head, and the piston head from the peripheral side of the piston head by the cooperation with the combustion chamber ceiling during the compression stroke; A piston that generates a squish flow toward the center;
前記シリンダヘッドに設けられ、前記燃焼室天井部の吸気側の斜面部から前記燃焼室内へ前記シリンダ軸方向に対して斜め方向に突出する点火プラグと、An ignition plug that is provided in the cylinder head and protrudes in an oblique direction with respect to the cylinder axial direction into the combustion chamber from an inclined surface on the intake side of the ceiling portion of the combustion chamber;
前記ピストンヘッドのほぼ中央位置に凹設され、前記点火プラグ側に傾斜した底部を有するキャビティと、を備え、A cavity that is recessed substantially at the center of the piston head and has a bottom portion that is inclined toward the spark plug,
前記点火プラグは、前記ピストンが上死点近傍に位置する場合に前記キャビティの内部上方位置でかつ前記キャビティの中心から吸気側にオフセットした位置に電極部が配置されたことを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃焼室構造。In the cylinder, the spark plug has an electrode portion disposed at an upper position inside the cavity when the piston is located near the top dead center and at a position offset from the center of the cavity toward the intake side. Combustion chamber structure of an injection engine.
前記点火プラグ側に傾斜した底部と、A bottom portion inclined toward the spark plug;
前記底部から滑らかな曲面を介して所定角度で立ち上がり、前記インジェクタの噴射中心軸を間に介して前記点火プラグの電極部と対向する壁部と、を有することを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式エンジンの燃焼室構造。The wall portion that rises from the bottom portion through a smooth curved surface at a predetermined angle and faces the electrode portion of the spark plug with the injection center axis of the injector interposed therebetween. The combustion chamber structure of an in-cylinder injection engine.
前記底部が半球面形状を基本的形状とするように凹窩形成され、前記インジェクタの噴射中心軸を間に介して前記点火プラグと対向する前記底部の排気側部分が、前記インジェクタの噴射中心軸よりも点火プラグ側にオフセットした位置でかつ前記ピストン上面の上方位置を中心とする凹曲面形状を有することを特徴とする請求項1に記載の筒内噴射式エンジン。The bottom portion is formed in a concave shape so as to have a hemispherical shape as a basic shape, and the exhaust side portion of the bottom portion facing the spark plug with the injection center axis of the injector interposed therebetween is an injection center axis of the injector The in-cylinder injection engine according to claim 1, wherein the in-cylinder injection engine has a concave curved surface shape centered on a position offset from the spark plug side and above the upper surface of the piston.
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