JP2007077953A - Spark ignition engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、火花点火式エンジンに関し、より詳しくは、燃焼速度を強制的に変動させ得る燃焼速度制御手段を備えたエンジンに関するものである。 The present invention relates to a spark ignition engine, and more particularly to an engine provided with a combustion speed control means capable of forcibly changing the combustion speed.
近年、経済面のみならず、地球の温暖化防止という環境面においてもエンジンの燃費向上要求が一段と高まりつつある。火花点火式エンジンにおいて燃費を向上するには燃焼効率を高めれば良く、その有力な手段として圧縮比の増大が挙げられる。 In recent years, not only economic aspects but also environmental aspects of preventing global warming, the demand for improving fuel efficiency of engines has been increasing. In order to improve fuel efficiency in a spark ignition type engine, it is only necessary to increase the combustion efficiency, and an effective means is to increase the compression ratio.
圧縮比を高めるには、シリンダー容積に対して燃焼室容積を小さくすれば良い。そのような高圧縮比化に好適な燃焼室構造として、たとえばペントルーフ型の燃焼室構造が多く用いられている。この燃焼室構造は、吸気側の天井壁と排気側の天井壁とが屋根形をなすように形成されたものであって、比較的大きな吸排気バルブ径を確保しつつ、燃焼室容積を小さくすることができるという特徴がある。またスワール(ピストン摺動軸まわりの旋回流。横渦。)、タンブル(ピストン摺動軸に平行な面内の旋回流。縦渦。)、或いはスキッシュ(ピストン上昇時にピストンボア周縁部から中央部に押し出すような流れ)といった筒内流動を生成するうえでも有利な構造である。 In order to increase the compression ratio, the combustion chamber volume may be reduced with respect to the cylinder volume. As such a combustion chamber structure suitable for increasing the compression ratio, for example, a pent roof type combustion chamber structure is often used. This combustion chamber structure is formed so that the ceiling wall on the intake side and the ceiling wall on the exhaust side form a roof shape, and the combustion chamber volume is reduced while ensuring a relatively large intake and exhaust valve diameter. There is a feature that can be. Also swirl (swirl flow around the piston slide axis, transverse vortex), tumble (swirl flow in a plane parallel to the piston slide axis, vertical vortex), or squish (from the piston bore peripheral edge to the center when the piston is raised) This structure is also advantageous for generating in-cylinder flow such as a flow that extrudes into a cylinder).
例えば特許文献1乃至3には、各種の筒内流動を生成させて燃焼効率向上を図った燃焼室の構造が示されているが、その図示された断面構造から、何れもペントルーフ型燃焼室であると解される。
For example,
また特許文献4および5には、強いタンブルを生成させ得る吸気ポートの構造が開示されている。
しかしながら、上記のように燃焼室構造を工夫する等して高圧縮比を実現したとしても、それで直ちに実用上有効な燃焼を行わせることができるとは限らない。良く知られているように、圧縮比を高めるとノッキングやデトネーション等の異常燃焼(以下ノッキング等という)が起こり易くなるからである。つまり実用上は、ノッキング等の発生しない範囲でしか圧縮比を高めることができない。 However, even if a high compression ratio is realized by devising the structure of the combustion chamber as described above, it is not always possible to cause practically effective combustion immediately. As is well known, when the compression ratio is increased, abnormal combustion such as knocking or detonation (hereinafter referred to as knocking or the like) is likely to occur. That is, in practice, the compression ratio can be increased only in a range where knocking or the like does not occur.
しかしそれは、ノッキング等の発生を抑制することができれば、つまり耐ノッキング性能を向上させることができれば、より圧縮比を高めることができることをも意味する。 However, it also means that if the occurrence of knocking or the like can be suppressed, that is, if the anti-knocking performance can be improved, the compression ratio can be further increased.
耐ノッキング性能を向上させるには、燃焼速度を増大させることが有効であることが知られている。ノッキングは、火炎面(火炎伝播の最前線)が到達する前に未到達部分の未燃燃料(エンドガス)が自着火を起こすことが主原因であるから、燃焼速度を高めてエンドガスが自着火を起こす前に燃焼室全体に火炎面を到達させるようにすればノッキングが起こり難くなるのである。 It is known that increasing the combustion rate is effective in improving the anti-knocking performance. Knocking is mainly caused by unburned fuel (end gas) in the unreached part before it reaches the flame front (front line of flame propagation), so the combustion speed is increased and the end gas is self-ignited. If the flame surface reaches the entire combustion chamber before waking up, knocking is less likely to occur.
燃焼速度を増大させるには、複数の点火プラグを用いて同時多点点火を行ったり、吸気にスワールやタンブルを生成させて筒内流動性を高めたりする等の方法が知られている。しかし実際のエンジンにおいて、これらの方法を用いて燃焼速度を増大させても、必ずしも充分な耐ノッキング性能向上効果が得られるとは言えないのが実情であった。 In order to increase the combustion speed, there are known methods such as performing simultaneous multi-point ignition using a plurality of spark plugs, and generating in-cylinder fluidity by generating swirls and tumbles in the intake air. However, in actual engines, even if the combustion speed is increased by using these methods, it cannot be said that a sufficient effect of improving the anti-knocking performance can be obtained.
本発明は、上記のような事情に鑑み、燃焼速度の増大が耐ノッキング性能の向上に大きく貢献する火花点火式エンジンを提供し、またそれによって実用上有効に圧縮比を高めることができる火花点火式エンジンを提供することを目的とする。 In view of the circumstances as described above, the present invention provides a spark ignition engine in which an increase in combustion speed greatly contributes to an improvement in anti-knocking performance, and a spark ignition capable of effectively increasing the compression ratio practically thereby. The purpose is to provide an expression engine.
本願発明者は、燃焼速度を増大させても耐ノッキング性能の向上効果が限定的である事象について探求し、耐ノッキング性能を効果的に向上させるためには、単に燃焼速度だけではなく、燃焼速度と燃焼形態との組み合わせを考慮する必要があることを見出した。ここでいう燃焼形態とは、1回の燃焼中における燃焼速度の変化の態様を指す。 The inventor of the present application searches for an event in which the effect of improving the anti-knock performance is limited even if the combustion speed is increased, and in order to effectively improve the anti-knock performance, not only the combustion speed but also the combustion speed It was found that it was necessary to consider the combination of the combustion mode and the combustion mode. The combustion mode here refers to a mode of change in combustion speed during one combustion.
すなわち、単に燃焼速度を増大させただけでは、燃焼形態が、耐ノッキング性能を低下させる方向に変化することがもあり、これが燃焼速度増大による耐ノッキング性能向上効果を目減りさせてしまうのである。 That is, simply increasing the combustion rate may change the combustion mode in a direction that reduces the knocking resistance, which reduces the effect of improving the knocking resistance due to the increase in the combustion speed.
以上のような研究に基づいてなされた請求項1の発明は、シリンダヘッド下面とピストン頂面との間に形成され、上記シリンダヘッド下面を天井壁とする燃焼室と、燃焼速度を強制的に変動させ得る燃焼速度制御手段とを備え、上記燃焼室の形状は、燃焼質量割合が10乃至90%の期間である主燃焼期間のうち、燃焼質量割合が10乃至50%である前期主燃焼期間においては熱発生率の増加率を一時的に緩慢にして燃焼質量割合の増大速度を相対的に低下させるように形成されるとともに、燃焼質量割合が50乃至90%である後期主燃焼期間においては上記前期主燃焼期間よりも燃焼質量割合の増大速度を相対的に高めるように形成され、上記燃焼速度制御手段は、エンジンの低速運転領域においては強制的に燃焼速度を増大させる燃焼速度増大制御を実行するとともに、エンジンの高速運転領域においては上記燃焼速度増大制御を停止することを特徴とする火花点火式エンジンである。
The invention of
また請求項2の発明は、請求項1記載の火花点火式エンジンにおいて、シリンダボア径方向中央部から上記燃焼室内に先端が臨設された第1点火プラグを備え、上記燃焼室は、ピストンが上死点にある状態で、上記燃焼室内空間の主要部が、少なくとも上記第1点火プラグ周辺を含む第1燃焼空間と、シリンダボア周縁部の第2燃焼空間とによって形成され、少なくとも上記第1点火プラグ周辺からシリンダボア周縁にかけての途中位置に、上記第1燃焼空間と上記第2燃焼空間とを絞りつつ連通する小間隙部が形成されていることを特徴とする。
Further, the invention according to
また請求項3の発明は、請求項2記載の火花点火式エンジンにおいて、上記燃焼速度制御手段は、シリンダボア周縁部における上記天井壁から上記燃焼室内に先端が臨設された第2点火プラグを含み、該燃焼速度制御手段は、上記燃焼速度増大制御の実行時には、上記第2点火プラグを上記第1点火プラグと略同時に点火させ、上記燃焼速度増大制御の停止時には、上記第2点火プラグの点火を実質的に停止させることを特徴とする。
Further, the invention of
ここで、第2点火プラグの点火を実質的に停止させるとは、単に第2点火プラグを点火させないものだけでなく、実質的に燃焼に関与しないようなタイミングまで遅らせて点火させるものも含む。 Here, substantially stopping the ignition of the second spark plug includes not only merely igniting the second spark plug but also igniting after delaying to a timing not substantially involved in combustion.
また請求項4の発明は、請求項3記載の火花点火式エンジンにおいて、上記燃焼室は、互いに逆方向に傾斜する吸気側天井壁と排気側天井壁とが屋根形をなすペントルーフ型であり、上記小間隙部は、上記ピストンが上死点にある状態で、上記吸気側天井壁と上記排気側天井壁の少なくとも一方の傾斜部途中とピストン頂部との間隙を部分的に狭くすることによって形成され、上記第2点火プラグは、上記ペントルーフの稜線部分に臨設されていることを特徴とする。
The invention according to
また請求項5の発明は、請求項1乃至4記載の火花点火式エンジンにおいて、上記燃焼速度制御手段は、吸気の筒内流動性を増大させる流動性増大手段を含み、該燃焼速度制御手段は、上記燃焼速度増大制御の実行時に、当該制御の停止時よりも吸気の筒内流動性が増大する方向に上記流動性増大手段を制御することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the spark ignition type engine according to the first to fourth aspects, the combustion speed control means includes fluidity increasing means for increasing in-cylinder fluidity of intake air, and the combustion speed control means includes When the combustion speed increase control is executed, the fluidity increasing means is controlled in a direction in which the in-cylinder fluidity of the intake air increases more than when the control is stopped.
また請求項6の発明は、請求項5記載の火花点火式エンジンにおいて、上記流動性増大手段は、吸気にスワールを生成させるスワール生成手段であり、該燃焼速度制御手段は、上記燃焼速度増大制御の実行時に、当該制御の停止時よりもスワールが強くなる方向に上記スワール生成手段を制御することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the spark ignition engine according to the fifth aspect, the fluidity increasing means is a swirl generating means for generating a swirl in the intake air, and the combustion speed control means is the combustion speed increasing control. When the control is executed, the swirl generating means is controlled in a direction in which the swirl becomes stronger than when the control is stopped.
また請求項7の発明は、請求項3記載の火花点火式エンジンにおいて、上記燃焼室は、互いに逆方向に傾斜する吸気側天井壁と排気側天井壁とが屋根形をなすペントルーフ型であり、上記吸気側天井壁に開口する2個の吸気ポートを備え、上記第2点火プラグは、上記2個の吸気ポートの間に臨設され、上記小間隙部は、上記ピストンが上死点にある状態で、上記吸気側天井壁と上記排気側天井壁の少なくとも一方の傾斜部途中とピストン頂部との間隙を部分的に狭くすることによって形成され、上記燃焼速度制御手段は、吸気にタンブルを生成させるタンブル生成手段を含み、該燃焼速度制御手段は、上記燃焼速度増大制御の実行時に、当該制御の停止時よりもタンブルが強くなる方向に上記タンブル生成手段を制御することを特徴とする。
The invention according to
請求項1の発明によると、以下説明するように、低速運転領域においては燃焼速度増大制御と後期重心型燃焼(詳細は後述する)との相乗効果によって、特に低速高負荷の運転領域で問題となるノッキングを効果的に抑制することができる。そして高速運転領域においては燃焼速度増大制御の停止と後期重心型燃焼とによって、騒音の増大やデトネーションと呼ばれる異常燃焼を抑制しつつ、ノッキングの抑制も図ることができる。 According to the first aspect of the present invention, as will be described below, in the low speed operation region, there is a problem particularly in the low speed and high load operation region due to the synergistic effect of the combustion speed increase control and the late center of gravity combustion (details will be described later). Can be effectively suppressed. Further, in the high-speed operation region, knocking can be suppressed while suppressing abnormal combustion called noise increase and detonation by stopping the combustion speed increase control and late center-of-gravity type combustion.
このようにエンジンの運転領域に応じて適切かつ効果的に耐ノッキング性能を向上させることができる。或いは、耐ノッキング性能を悪化させることなく圧縮比を高め、燃費を向上させることができる。本願発明者は、本発明によって、耐ノッキング性能を悪化させることなく圧縮比を従来比で0.5以上高めることができることを確認している。 Thus, the anti-knocking performance can be improved appropriately and effectively according to the engine operating region. Or a compression ratio can be raised and fuel consumption can be improved, without deteriorating knocking-proof performance. The inventor of the present application has confirmed that the present invention can increase the compression ratio by 0.5 or more compared with the conventional one without deteriorating the anti-knocking performance.
ここで、後期重心型燃焼について説明する。後期重心型燃焼とは、端的に言えば、燃焼前期の燃焼速度が比較的低く、燃焼後期の燃焼速度が比較的高い燃焼形態である。ここで燃焼前期とは、燃焼質量割合が10乃至90%の期間である主燃焼期間のうち、燃焼質量割合が10乃至50%である前期主燃焼期間を指す。同様に燃焼後期とは、主燃焼期間のうち、燃焼質量割合が50乃至90%である後期主燃焼期間を指す。 Here, the late center of gravity combustion will be described. In short, the late center-of-gravity type combustion is a combustion mode in which the combustion speed in the early stage of combustion is relatively low and the combustion speed in the late stage of combustion is relatively high. Here, the first combustion period refers to the first main combustion period in which the combustion mass ratio is 10 to 50% in the main combustion period in which the combustion mass ratio is 10 to 90%. Similarly, the late combustion period refers to the late main combustion period in which the combustion mass ratio is 50 to 90% in the main combustion period.
後期重心型燃焼を行わせると、前期主燃焼期間では比較的低速で燃焼させることによって筒内圧力や温度の上昇が抑制され、未燃燃料の過早着火が効果的に抑制されるので、高い耐ノッキング性能を得ることができる。そして後期主燃焼期間では未燃燃料を高速燃焼させて速やかに燃焼を完了させることにより、燃え残りを核とする自着火を抑制することができ、やはり耐ノッキング性能を高めることができる。こうして燃焼全体としての主燃焼期間を殆ど延ばすことなく、効果的にノッキングを抑制することができるのである。このように後期重心型燃焼は、それ単独で耐ノッキング性能を高めることができる燃焼形態である。 When the late center-of-gravity type combustion is performed, the increase in in-cylinder pressure and temperature is suppressed by burning at a relatively low speed in the first main combustion period, and the pre-ignition of unburned fuel is effectively suppressed, which is high. Anti-knocking performance can be obtained. In the late main combustion period, unburnt fuel is burned at high speed and combustion is completed quickly, so that self-ignition with the unburned residue as a core can be suppressed, and anti-knocking performance can also be improved. Thus, knocking can be effectively suppressed without substantially extending the main combustion period of the entire combustion. In this way, the late center-of-gravity combustion is a combustion mode that can independently improve the knocking resistance.
本発明の構成によれば、後期重心型燃焼を行わせるとともに、低速運転領域において燃焼速度増大制御を実行し、燃焼速度を増大させている。これらは、それぞれ単独で耐ノッキング性能向上効果を奏するものであるから、これらを組み合わせることにより、より大きな耐ノッキング性能を得ることができる。 According to the configuration of the present invention, the late center-of-gravity type combustion is performed, and the combustion speed increase control is executed in the low speed operation region to increase the combustion speed. Since each of these has an effect of improving the anti-knocking performance by itself, a greater anti-knocking performance can be obtained by combining them.
ところで、従来のエンジンで単に燃焼速度を増大させた場合、燃焼形態が後期重心型燃焼とは逆の方向に自然に変化し、これが燃焼速度増大による耐ノッキング性能向上効果を目減りさせてしまうことがある。 By the way, when the combustion speed is simply increased in the conventional engine, the combustion mode naturally changes in the direction opposite to that of the late center-of-gravity type combustion, which may diminish the anti-knocking performance improvement effect due to the increase in the combustion speed. is there.
しかし本発明の構成によると、燃焼制御(ソフト系)によって変化しない燃焼室形状(ハード系)によって後期重心型燃焼を行わせているので、燃焼速度の影響を受けにくく、上記懸念がない。つまり燃焼速度の増大による耐ノッキング性能向上効果を最大限に引き出すことができるのである。 However, according to the configuration of the present invention, the late center-of-gravity type combustion is performed by the combustion chamber shape (hard system) that is not changed by the combustion control (soft system). That is, the effect of improving the anti-knocking performance by increasing the combustion speed can be maximized.
一方、高速高負荷の運転領域では、あまり燃焼速度を高めすぎると騒音が増大したりデトネーションと呼ばれる異常燃焼が起こったりする懸念がある。そこで本発明の構成によると、高速運転領域では燃焼速度増大制御を停止させるので、これらの現象を効果的に抑制することができる。なおこの場合でも後期重心型燃焼は安定的に行われるので、それによる耐ノッキング性能向上効果を得ることができる。 On the other hand, in a high-speed and high-load operation region, there is a concern that noise will increase or abnormal combustion called detonation will occur if the combustion speed is increased too much. Therefore, according to the configuration of the present invention, since the combustion speed increase control is stopped in the high-speed operation region, these phenomena can be effectively suppressed. Even in this case, the late center-of-gravity type combustion is performed stably, so that the effect of improving the anti-knock performance can be obtained.
請求項2の発明によると、簡単な燃焼室形状によって、以下説明するように効果的で安定的な後期重心型燃焼を行わせることができる。
According to the invention of
本発明の構成によれば、前期主燃焼期間では主として第1点火プラグ周辺の第1燃焼空間で燃焼が行われ、後期主燃焼期間では主としてシリンダボア周縁部の第2燃焼空間で燃焼が行われる。一般的に、燃焼は火炎伝播によって進行し、その火炎面は、未燃ガスを押し出すようにして、第1点火プラグの近傍に形成された各火炎核を中心として略球状に拡がって行く。 According to the configuration of the present invention, combustion is mainly performed in the first combustion space around the first spark plug in the first main combustion period, and combustion is mainly performed in the second combustion space in the peripheral portion of the cylinder bore in the second main combustion period. In general, combustion proceeds by flame propagation, and the flame surface spreads in a substantially spherical shape centering on each flame nucleus formed in the vicinity of the first spark plug so as to push out unburned gas.
ところが本発明の構成では、第1点火プラグ周辺からシリンダボア周縁にかけての途中位置に、第1燃焼空間と第2燃焼空間とを絞りつつ連通する小間隙部が形成されている。火炎面に押し出された未燃ガスがこの小間隙部を通過する際、絞り作用の影響を受けて第1燃焼空間での燃焼の火炎伝播が抑制される。このため前期主燃焼期間における燃焼速度が比較的低く抑えられる。 However, in the configuration of the present invention, a small gap portion that communicates while narrowing down the first combustion space and the second combustion space is formed at a midway position from the periphery of the first spark plug to the periphery of the cylinder bore. When the unburned gas pushed out to the flame surface passes through this small gap, the flame propagation of combustion in the first combustion space is suppressed due to the influence of the throttling action. For this reason, the combustion rate in the first main combustion period can be kept relatively low.
そして火炎面が小間隙部を経て第2燃焼空間に達すると、もはや小間隙部による絞り作用の影響を受けないので、速やかに火炎伝播が進行する。つまり後期主燃焼期間における燃焼速度が比較的高くなる。 When the flame surface reaches the second combustion space via the small gap portion, the flame propagation proceeds promptly because it is no longer affected by the throttling action by the small gap portion. That is, the combustion speed in the late main combustion period becomes relatively high.
結局、全体として、前期主燃焼期間では比較的低速の燃焼が行われ、後期主燃焼期間では比較的高速の燃焼が行われるという、上述の後期重心型燃焼が行われることになるのである。 Eventually, the above-mentioned late center-of-gravity combustion is performed, in which relatively low-speed combustion is performed in the first main combustion period and relatively high-speed combustion is performed in the second main combustion period.
請求項3の発明によると、以下に述べるように、第2点火プラグを設けるだけで容易に燃焼速度増大制御を行うことができる。また第1点火プラグの実質的な点火有無を切り換えるだけで、容易に燃焼速度増大制御の実行有無を切り換えることができる。
According to the invention of
上述したように、火炎面は点火プラグの電極近傍に形成された火炎核を中心に拡がって行くから、第1点火プラグと略同時に第2点火プラグでも点火させる(多点同時点火)ことにより、火炎面が燃焼室全体に到達するまでの時間が短縮される。つまり燃焼速度増大制御の実行状態となる。 As described above, since the flame surface spreads around the flame kernel formed in the vicinity of the electrode of the spark plug, by igniting the second spark plug substantially simultaneously with the first spark plug (multi-point simultaneous ignition), The time until the flame surface reaches the entire combustion chamber is shortened. That is, the combustion speed increase control is executed.
ここで、第2点火プラグは、第1点火プラグからの火炎面の到達が遅い箇所、例えば第1点火プラグからできるだけ離れた位置に設けるのか効果的である。本発明では、第1点火プラグをシリンダボア径方向中央付近に設け、第2点火プラグを、それよりも可及的に遠いシリンダボア周縁部に設けているので、効果的に燃焼速度増大制御を実行することができる。 Here, it is effective to provide the second spark plug at a location where the flame surface arrives slowly from the first spark plug, for example, at a position as far as possible from the first spark plug. In the present invention, the first spark plug is provided near the center of the cylinder bore in the radial direction, and the second spark plug is provided at the peripheral edge of the cylinder bore as far as possible, so that the combustion speed increase control is executed effectively. be able to.
請求項4の発明によると、例えばピストン冠部に凸部を設ける等して、燃焼室の天井壁とピストン頂面との間を部分的に狭くするという簡単な構造で小間隙部を形成することができる。また、ペントルーフの稜線部分は、燃焼室内でも比較的広い箇所となるので、その部分に第2点火プラグを臨設することによりレイアウトが容易となる。
According to the invention of
請求項5の発明によると、流動性増大手段によって吸気の筒内流動性が増大するので、火炎がその流れに乗ってより速く伝播し易くなる。つまり筒内流動性を増大させることは、単独で燃焼速度増大制御の実行状態となり、上記第2点火プラグを用いた多点同時点火と併用することにより、燃焼速度を一層増大させることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the in-cylinder fluidity of the intake air is increased by the fluidity increasing means, so that the flame easily propagates along the flow. In other words, increasing the in-cylinder fluidity results in the execution state of the combustion speed increase control alone, and the combustion speed can be further increased by using it together with the multipoint simultaneous ignition using the second spark plug.
請求項6の発明によると、燃焼速度増大制御の実行時において、圧縮行程後半までの保存性の高いスワールによって、効果的に筒内流動性を増大させることができる。なおこの場合、第2点火プラグのスワール直下流に吸気バルブが設けられるように配置すれば、比較的火炎伝播速度の遅い吸気側の燃焼がより促進されるので、燃焼速度の増大に効果的である。 According to the sixth aspect of the present invention, the in-cylinder fluidity can be effectively increased by the swirl having high storage stability until the latter half of the compression stroke when the combustion speed increase control is executed. In this case, if the intake valve is arranged immediately downstream of the swirl of the second spark plug, combustion on the intake side having a relatively slow flame propagation speed is further promoted, which is effective in increasing the combustion speed. is there.
請求項7の発明によると、流動性増大手段として比較的吸気抵抗の小さいタンブルを用いつつ吸気の筒内流動性を増大させることができる。そして比較的火炎伝播速度の遅い吸気側の燃焼が、吸気側から排気側に向かうタンブルに乗ってより促進されるので、燃焼速度の増大に効果的である。 According to the seventh aspect of the present invention, the in-cylinder fluidity of the intake air can be increased while using the tumble having a relatively small intake resistance as the fluidity increasing means. Further, the combustion on the intake side, which has a relatively slow flame propagation speed, is further promoted by riding on a tumble from the intake side to the exhaust side, which is effective in increasing the combustion speed.
また、第2点火プラグをペントルーフの吸気側天井壁に開口する2個の吸気ポートの間に臨設することにより、熱的に有利な配置とすることができる。 Further, by arranging the second spark plug between the two intake ports opened on the intake side ceiling wall of the pent roof, a thermally advantageous arrangement can be achieved.
図1は本発明の第1実施形態に係る火花点火式エンジンの燃焼室構造を示す縦断面図である。また図2は、その主要部の拡大図である。さらに図3は、図1のIII−III線断面図である。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a combustion chamber structure of a spark ignition engine according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of the main part. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
当実施形態の燃焼室14はペントルーフ型であり、図1ないし図3は、ピストン13が上死点にある状態を示している。燃焼室14は、シリンダブロック50のシリンダボア12と、ピストン頂面4と、燃焼室14に臨むシリンダヘッド10の下面である天井壁11とに囲まれた空間である。天井壁11は、吸気側天井壁11aと排気側天井壁11bとが屋根形をなすように形成されている。
The
吸気側天井壁11aには、これに開口する2箇所の吸気ポート21が設けられており、各吸気ポート21には所定の吸気タイミングで開く吸気バルブ19が設けられている。また排気側天井壁11bには、これに開口する2箇所の排気ポート22が設けられており、各排気ポート22には所定の排気タイミングで開く排気バルブ20が設けられている。吸気バルブ19および排気バルブ20の、燃焼室14に臨む面は、それぞれ吸気側天井壁11aおよび排気側天井壁11bの一部を形成している。
The intake-
吸気ポート21および吸気バルブ19は、詳しくはスワール生成吸気系23(スワール生成手段)を構成している。スワール生成吸気系23は、吸気の筒内流動性を増大させる流動性増大手段としての公知の一形態であり、強いスワール(ピストン摺動軸まわりの旋回流。横渦。)を起こさせる吸気系である。2箇所の吸気ポート21のうち、一方の吸気ポート21(プライマリ側)には図5(c)に示すようなストレートポート21aと吸気バルブ19aが設けられ、他方の吸気ポート21(セカンダリ側)には図5(b)に示すハイフローポート21bと吸気バルブ19bが設けられている。ストレートポート21aは、ハイフローポート21bに対し、比較的浅い角度(ピストン摺動軸に対して、より垂直に近い角度)で燃焼室14に開口している。そして詳細な構造の説明は省略するが、ハイフローポート21bの吸気バルブ19bは、エンジンコントロールユニット(ECU)65の制御により、通常の開閉状態と閉じ切り乃至は小リフト量状態との切り換えがなされるように構成されている。
Specifically, the
図3に示すように、燃焼室14内に先端が臨設された2本の点火プラグ、すなわち第1点火プラグ15および第2点火プラグ15aが設けられている。第1点火プラグ15は、シリンダボア12の径方向中央部に臨設されている。一方、第2点火プラグ15aは、シリンダボア12の周縁部かつペントルーフの稜線部11c(ペントルーフ型の吸気側天井壁11aと排気側天井壁11bとの合わせ部)のハイフローポート21bに近い側(図5(a)参照)に臨設されている。ペントルーフ型の燃焼室14は、構造上、稜線部11c付近における天井壁11とピストン頂面4との間隙が比較的広くなっている。従って、第2点火プラグ15aを比較的容易にレイアウトすることができる。なお第2点火プラグ15aの先端は、後述する第2燃焼空間14bに臨設されている。また第1点火プラグ15および第2点火プラグ15aは、ECU65によって点火の有無を含む点火時期の制御がなされる。
As shown in FIG. 3, two spark plugs, that is, a
図2に示すように、天井壁11の周縁部である天井壁周縁部11dは、シリンダブロック50との合わせ面(詳しくは、シリンダヘッド10とシリンダブロック50との間に設けられた図略のヘッドガスケットとの合わせ面)よりもシリンダブロック50から離間する側にオフセットして形成されている。
As shown in FIG. 2, the ceiling wall
燃焼室14は、ピストン13が上死点にある状態で、燃焼室14内空間の主要部が第1点火プラグ15周辺の第1燃焼空間14aと、シリンダボア12周縁部の第2燃焼空間14bとによって形成されている。そして第1燃焼空間14aと第2燃焼空間14bとは、ピストン頂面4と天井壁11との間隙が狭められた小間隙部5を介して連通されている。
In the
ここで、ピストン13の形状、特に冠部の形状について説明する。図4はピストン13の斜視図である。以下の説明で、ピストン13の上下方向は図示状態での上下方向とする。つまり組立状態で天井壁11に近い方を上とする。
Here, the shape of the
ピストン冠部13aには、ピストン13の外周と略同心円の環状をなして上方に突出する凸部6が設けられている。そして凸部6の内周側および外周側には、凸部6に対して相対的に没入した凹部が形成されている。すなわち凸部6の内周側には中央側凹部7、外周側には周縁側凹部8が形成されている。
The
凸部6の詳細形状は、所定の高さ及び幅をもって上方に突出する環状体の、吸気側および排気側を、それぞれ内周側上方から外周側下方に向けて平斜面で削ぎ落としたような形状となっている。その削ぎ落としの切り口に相当する各面が吸気側凸部頂面9aおよび排気側凸部頂面9bを形成している。
The detailed shape of the
図4には、図2に示す断面位置での凸部6の断面をそれぞれ吸気側凸部断面6aおよび排気側凸部断面6bで示している。これらを比較しても明らかなように、凸部6は吸気側が排気側よりも大きく削ぎ落とされたような形状となっている。従って、ピストン冠部13aの中心から、図2の左右方向に同一距離離反した位置で比較すると、排気側凸部頂面9bの高さは吸気側凸部頂面9aの高さより高くなっている。
In FIG. 4, the cross section of the
凸部6の上端面である凸部頂面9の、吸気側凸部頂面9a或いは排気側凸部頂面9b以外の部分は、略水平で平坦な凸部平坦頂面9cとなっている。凸部平坦頂面9cの平均半径はピストン13の平均半径の半分よりもやや大きくなっている。
The portion other than the intake side convex portion
中央側凹部7は、凸部6の内周側で、凸部6に対して相対的に没入した部分である。中央側凹部7は、中央の平坦部まで緩やかに湾曲した椀状の壁面を有している。
The center-side
周縁側凹部8は、凸部6の外周側で、凸部6に対して相対的に没入した部分である。周縁側凹部8は略水平な円環形状となっている。
The peripheral-side
次に、図2を参照して再び燃焼室14の詳細構造について説明する。第1燃焼空間14aは、ピストン13の中央側凹部7と天井壁11との間に形成されている。また第2燃焼空間14bは、ピストン13の周縁側凹部8と天井壁11(詳しくは天井壁周縁部11d)との間に環状に形成されている。
Next, the detailed structure of the
上述のように、天井壁周縁部11dが、シリンダヘッド10とシリンダブロック50との合わせ面よりもシリンダブロック50から離間する側にオフセットして形成されているので、可及的に大きな第2燃焼空間14bの容積が確保されている。
As described above, the ceiling wall
そして第1燃焼空間14aと第2燃焼空間14bとを連通する小間隙部5は、ピストン13の凸部頂面9と天井壁11との間に環状に形成されている。上述のように、凸部平坦頂面9cの平均半径がピストン13の平均半径の半分よりもやや大きいので、小間隙部5は、シリンダボア12の径方向における、点火プラグ15からシリンダボア周縁との中間点よりもシリンダボア周縁寄りに形成されている。その最適位置は、エンジンの特性等によって異なるが、概ね点火プラグ15からシリンダボア周縁までの距離の60〜85%の範囲内にある。
The
小間隙部5は、詳細には小間隙部5a、最小間隙部5b、小間隙部5cおよび小間隙部5d(図3参照)からなる。
Specifically, the
小間隙部5aは、ピストン13の吸気側凸部頂面9aと、これに対向する天井壁11との間の間隙である。最小間隙部5bは、ピストン13の排気側凸部頂面9bと、これに対向する天井壁11との間の間隙である。上述のように排気側凸部頂面9bが吸気側凸部頂面9aより高い位置にある(比較のため、図2の吸気側凸部頂面9a近傍に、排気側凸部頂面9bに対応する形状を二点差線で示す)ので、最小間隙部5bは小間隙部5aより狭い。また最小間隙部5bは他の小間隙部5cや小間隙部5dよりも狭く、小間隙部5のなかで最小の間隙となっている。
The
小間隙部5cは、ピストン13の凸部平坦頂面9cと、これに対向する天井壁11との間の間隙である。小間隙部5cは、天井壁11が低い箇所ほど狭く、天井壁11が高くなるほど、つまり稜線部11c(図3参照)に近づくほど広くなる。小間隙部5dは、その稜線部11cと凸部平坦頂面9cとの間隙であって、小間隙部5のうちで最も広い間隙となっている。
The
次に、当実施形態の火花点火式エンジンの動作について説明する。 Next, the operation of the spark ignition engine of this embodiment will be described.
まずエンジン回転速度が所定の低速運転領域(例えばエンジン回転速度Ne<4500rpm)にあるときについて説明する。この領域では、特に高負荷のときにノッキングが発生し易い。そこで当実施形態では、燃焼速度増大制御を実行するとともに後期重心型燃焼を行わせることによって耐ノッキング性能を効果的に向上させている。 First, the case where the engine speed is in a predetermined low speed operation region (for example, engine speed Ne <4500 rpm) will be described. In this region, knocking is likely to occur particularly when the load is high. Therefore, in this embodiment, the anti-knocking performance is effectively improved by executing the combustion speed increase control and performing the late center of gravity combustion.
当実施形態の燃焼速度増大制御は、多点同時点火とスワールの生成とによってなされる。従って、燃焼速度増大制御を実行するための燃焼速度制御手段60は、主として第2点火プラグ15a、スワール生成吸気系23、および第2点火プラグ15aの点火とハイフローポート21bの吸気バルブ19bの動作切り換えを制御するECU65によって構成される。
The combustion rate increase control of this embodiment is performed by multi-point simultaneous ignition and swirl generation. Accordingly, the combustion rate control means 60 for executing the combustion rate increase control mainly switches the operation of the
エンジンの動作を各行程順に説明すると、まず吸気行程において吸気バルブ19が開くとともに、ピストン13が降下する。それに伴って吸気ポート21から燃焼室14内に混合気が負圧吸引される。その際、ハイフローポート21bの吸気バルブ19bは、ECU65によって閉じ切り乃至は低リフト量状態となる側に切り換えられている。図5(a)は、燃焼室14内をピストン13側から見た平面図であるが、吸気バルブ19bが上記のように制御されることにより、吸気に強いスワール75(横渦。図では模式的に示している)が生成されている。スワール75は、図示の状態で右回り、すなわち第2点火プラグ15aの直下流に吸気ポート21が位置する方向に旋回する。そのスワールは、圧縮行程後期まで多くが保存される。この保存性の高さが、タンブル等の他の筒内流動に対する利点となっている。
The operation of the engine will be described in the order of each stroke. First, in the intake stroke, the
続く圧縮行程では、ピストン13が上昇する。それに伴って、燃焼室14内の混合気が圧縮され、温度と圧力が上昇する。圧縮行程の終盤、つまりピストン13が図2に示す上死点付近まで上昇したとき、第1点火プラグ15および第2点火プラグ15aの各電極から略同時に火花が飛ばされる。その各火花によって各電極付近の混合気が着火し、火炎核が形成される。
In the subsequent compression stroke, the
続く膨張行程では、火炎核の火炎面が略球状に拡がりながら燃焼が進行する。図5(a)に、その様子を模式的に二点鎖線の火炎伝播等時線70aで示している。火炎伝播等時線70aは、その間隔が粗であるほど火炎伝播速度が大きいことを示す。図5(a)には、説明を簡潔にするためにスワール75の効果および後述する後期重心型燃焼の効果を考慮しない場合の火炎伝播等時線70aを示している。火炎伝播等時線70aから明らかなように、互いに離れた位置に設けられた第1点火プラグ15と第2点火プラグ15aの各電極付近から略同時に火炎伝播が開始するので、第1点火プラグ15のみを点火させた場合に比べて全体の燃焼期間が短縮される。つまり燃焼速度が増大する。
In the subsequent expansion stroke, the combustion proceeds while the flame surface of the flame kernel expands into a substantially spherical shape. FIG. 5A schematically shows the state by a two-dot chain line
また火炎伝播速度は、筒内の混合気の流れに乗ることによっても増大する。当実施形態では、強いスワール75によって混合気の流動性が高められ、火炎伝播速度が増大することによって一層の燃焼速度増大が図られている。
The flame propagation speed can also be increased by riding on the air-fuel mixture in the cylinder. In the present embodiment, the fluidity of the air-fuel mixture is enhanced by the
また火炎伝播等時線70aを詳細に見ると、吸気側が排気側に比べて密になっている。これは排気側へ向かう火炎伝播速度よりも吸気側へ向かう火炎伝播速度の方が低速であることを示している。比較的低温の吸気側では、排気側に比べ、燃焼の反応速度が遅いためである。ここで、第2点火プラグ15aと吸気ポート21、およびスワール75の向きに着目すると、第2点火プラグ15aのスワール直下流に吸気ポート21が設けられているので、第2点火プラグ15aからの火炎がスワール75に乗って吸気側に速やかに伝播される。したがって、遅れがちな吸気側への火炎伝播が促進され、より効果的な燃焼速度の増大を図ることができる。
When the
こうして燃焼速度を増大させることにより、耐ノッキング性能が向上する。ノッキングは、火炎面が到達する前に未到達部分の未燃燃料(エンドガス)が自着火を起こすことが主原因であるから、燃焼速度を高めてエンドガスが自着火を起こす前に燃焼室14全体に火炎面を到達させるようにすればノッキングが起こり難くなるのである。
By increasing the combustion speed in this way, the anti-knocking performance is improved. Knocking is mainly caused by unburned fuel (end gas) in the unreached portion before the flame surface arrives, so that self-ignition occurs. Therefore, before the end gas causes self-ignition by increasing the combustion speed, the
なお膨張行程においては、燃焼速度増大制御と併行して後期重心型燃焼も行われるが、その詳細については後述する。 In the expansion stroke, late center-of-gravity type combustion is also performed in parallel with the combustion speed increase control, details of which will be described later.
この膨張行程での燃焼によって急速に高められた筒内圧力によってピストン13が押し下げられる。ピストン13を押し下げる力が図外のコンロッド等を介して図外の出力軸(クランクシャフト)の回転駆動力となる。
The
続く排気行程では排気バルブ20が開くとともにピストン13が上昇に転じる。ピストン13の上昇によって既燃ガス(排ガス)が排気ポート22から押し出され、排出される。
In the subsequent exhaust stroke, the
以上の吸気、圧縮、膨張および排気からなる4行程を繰り返すことによってエンジンが連続運転される(4サイクルエンジン)。また多気筒エンジンの場合は、気筒ごとに上記の各行程をずらした設定とすることにより、より滑らかで振動や騒音の少ないエンジンとすることができる。 The engine is continuously operated by repeating the above four strokes including intake, compression, expansion, and exhaust (four-cycle engine). In the case of a multi-cylinder engine, by setting each stroke to be shifted for each cylinder, the engine can be made smoother and less susceptible to vibration and noise.
次に、後期重心型燃焼について説明する。後期重心型燃焼は、端的に表現すれば前期主燃焼期間での燃焼速度が比較的低く、後期主燃焼期間での燃焼速度が比較的高い燃焼形態である。当実施形態では、燃焼室構造を工夫することによって効果的かつ安定的に後期重心型燃焼を行わせている。 Next, the late center of gravity combustion will be described. In short, the late center-of-gravity type combustion is a combustion mode in which the combustion rate in the early main combustion period is relatively low and the combustion rate in the late main combustion period is relatively high. In the present embodiment, the late center-of-gravity combustion is performed effectively and stably by devising the combustion chamber structure.
後期重心型燃焼について、燃焼室構造と関連付けながら説明する。火炎面は未燃ガスを押し出すようにして拡がって行くが、第1燃焼空間14aの外側には小間隙部5が設けられている。従って、火炎面に押し出された未燃ガスが小間隙部5を通過する際、一種の絞り作用を受ける。その影響を受けて火炎伝播が抑制される。このため第1燃焼空間14aにおける燃焼速度が比較的低く抑えられる。
The late center of gravity combustion will be described in relation to the combustion chamber structure. The flame surface expands by extruding unburned gas, but a
そして火炎面が小間隙部5を経て第2燃焼空間14bに達すると、もはや小間隙部5による絞り作用の影響を受けないので、速やかに火炎伝播が進行する。つまり第2燃焼空間14bにおける燃焼速度が比較的高くなる。
When the flame surface reaches the
こうして、主として第1燃焼空間14aでの前期主燃焼期間には比較的低速の燃焼が行われ、主として第2燃焼空間14bでの後期主燃焼期間には比較的高速の燃焼が行われるという、後期重心型燃焼が行われることになる。
In this way, relatively late combustion is performed mainly in the first main combustion period in the
ところで、上述したように、排気側への火炎伝播速度は吸気側への火炎伝播速度よりも高い。当実施形態では、最小間隙部5bによって、排気側へのガス流を他よりも強く絞っているので、高くなりがちな排気側への火炎伝播速度が比較的強く抑制される。こうすることにより、全体的にはより均等な火炎伝播速度を得ることができ、円滑な燃焼を図ることができる。また火炎面の第1燃焼空間14aから第2燃焼空間14bへの移行を、より均等に行わせることができる。
By the way, as described above, the flame propagation speed to the exhaust side is higher than the flame propagation speed to the intake side. In this embodiment, the gas flow to the exhaust side is more tightly constricted than the others by the
図6は、当実施形態の後期重心型燃焼における燃焼特性を示す特性図である。但しこの特性図は、第1点火プラグ15のみを点火させた場合のものである。横軸にクランク角(°CA)、縦軸に燃焼質量割合(%)を示す。燃焼質量割合とは、燃焼した燃料の質量全体を100%とし(無次元化)、当該クランク角時点までに燃焼した燃料の積算値を示したものである。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the combustion characteristics in the latter-stage center-of-gravity combustion according to the present embodiment. However, this characteristic diagram is obtained when only the
図示のように、燃焼質量割合が10%未満の領域を初期燃焼領域81といい、その期間を初期燃焼期間θ0という。また燃焼質量割合が10%以上90%未満の領域を主燃焼領域80という。主燃焼領域80は50%を境にして前期と後期に分けられ、燃焼質量割合が10%以上50%未満の領域を前期主燃焼領域80aといい、50%以上90%未満の領域を後期主燃焼領域80bという。そして前期主燃焼領域80aの期間を前期主燃焼期間θ1といい、後期主燃焼領域80bの期間を後期主燃焼期間θ2という。
As shown, the combustion mass proportion refers to the area of less than 10% and the
図6には、当実施形態の燃焼特性T1を示すとともに、比較のために従来の一般的な燃焼特性T1’を併記している。なお図6は、エンジン回転速度が1500rpmで、高負荷運転状態での燃焼特性を示す。 FIG. 6 shows the combustion characteristic T1 of this embodiment, and also shows a conventional general combustion characteristic T1 'for comparison. FIG. 6 shows the combustion characteristics when the engine rotation speed is 1500 rpm and the high load operation state.
当実施形態の燃焼特性T1では、初期燃焼期間θ0は点火時期〜約3°CA、前期主燃焼期間θ1は約3〜約13°CA、後期主燃焼期間θ2は約13〜約20°CAとなっている。一方、従来の燃焼特性T1’では、初期燃焼期間θ0’は点火時期〜約4°CA、前期主燃焼期間θ1’は約4〜約13°CA、後期主燃焼期間θ2’は約13〜約21°CAとなっている。 In the combustion characteristic T1 of the present embodiment, the initial combustion period θ 0 is ignition timing to about 3 ° CA, the first main combustion period θ 1 is about 3 to about 13 ° CA, and the second main combustion period θ 2 is about 13 to about 20. ° CA. On the other hand, in the conventional combustion characteristic T1 ′, the initial combustion period θ 0 ′ is about ignition timing to about 4 ° CA, the first main combustion period θ 1 ′ is about 4 to about 13 ° CA, and the second main combustion period θ 2 ′ is about 13 to about 21 ° CA.
つまり当実施形態の燃焼特性T1は、従来の燃焼特性T1’に比べ、初期燃焼期間θ0が約1°CA短縮され、前期主燃焼期間θ1が約1°CA延ばされ、後期主燃焼期間θ2が約1°CA短縮されている。これは、主として第1燃焼空間14aで燃焼が行われる前期主燃焼期間θ1では燃焼速度が相対的に低く、主として第2燃焼空間14bで燃焼が行われる後期主燃焼期間θ2では燃焼速度が相対的に高くなっていることを示している。つまり後期重心型燃焼となっていることがわかる。
That is, in the combustion characteristic T1 of this embodiment, compared with the conventional combustion characteristic T1 ′, the initial combustion period θ 0 is shortened by about 1 ° CA, the first main combustion period θ 1 is extended by about 1 ° CA, and the second main combustion period. The period θ 2 is shortened by about 1 ° CA. This is mainly the
また初期燃焼期間θ0及び前期主燃焼期間θ1での燃焼は、ともに主として第1燃焼空間14aでの燃焼であるが、初期燃焼期間θ0はむしろ短縮されている。これは、小間隙部5(特に最小間隙部5b)が、第1点火プラグ15に近すぎない適所(詳しくは第1点火プラグ15からシリンダボア周縁までの距離の60〜85%の範囲内の適所)に設けられていることによって、小間隙部5による絞り作用の影響が初期燃焼期間θ0にまでは及んでいないことを示している。
Further, both the combustion in the initial combustion period θ 0 and the first main combustion period θ 1 are mainly combustion in the
図7は、図6に示す燃焼特性を別の視点から表した特性図である。横軸にクランク角(°CA)、縦軸に熱発生率(%)を示す。ここで熱発生率とは、図6の熱発生割合の微分値であり、燃焼による全体の熱発生量を100%とし(無次元化)、当該クランク角時点における熱発生量の割合を示したものである。 FIG. 7 is a characteristic diagram showing the combustion characteristics shown in FIG. 6 from another viewpoint. The horizontal axis shows the crank angle (° CA), and the vertical axis shows the heat generation rate (%). Here, the heat generation rate is a differential value of the heat generation rate in FIG. 6, where the total heat generation amount due to combustion is assumed to be 100% (non-dimensional), and the ratio of the heat generation amount at the time of the crank angle is shown. Is.
図7には、当実施形態の燃焼特性T2を示すとともに、比較のために従来の一般的な燃焼特性T2’を併記している。特性T2’と比較して、特性T2の顕著な特徴として、前期主燃焼期間θ1において傾きの緩やかな棚部T2aを有している点、および後期主燃焼期間θ2において最大熱発生率の極大値が大きくなっている点である。この二点が後期重心型燃焼を特徴付けるものとなっている。 FIG. 7 shows the combustion characteristic T2 of the present embodiment and also shows a conventional general combustion characteristic T2 ′ for comparison. Compared with the characteristic T2 ', as hallmark characteristic T2, that it has a moderate shelf T2a of inclination in the previous year main combustion period theta 1, and in the later main combustion period theta 2 of the maximum heat generation rate This is the point where the maximum value is large. These two points characterize the late center of gravity combustion.
棚部T2aについて説明すると、これは、初期燃焼期間θ0から前期主燃焼期間θ1に移行後、熱発生率の増大率が一時的に低下していることを示している。これは小間隙部5による絞り効果によって、前期主燃焼期間θ1での燃焼速度が比較的低くなったからであると考えられる。
Referring to ledge T2a, which shows that after transition from the initial combustion period theta 0 in previous period main combustion period theta 1, increase of the heat generation rate is temporarily reduced. This is considered to by an aperture effect due to the
その後、後期主燃焼期間θ2において最大熱発生率の極大値が大きくなっている点については、比較的多く残留した未燃燃料が、充分な容積が確保された第2燃焼空間14bで高速で燃焼したためであると考えられる。
Then, the point at which the maximum value of the maximum heat generation rate in the later main combustion period theta 2 is increased, relatively large residual unburned fuel in the high-speed in the
上記説明したような後期重心型燃焼を行わせると、前期主燃焼期間では低速で燃焼させることによって筒内圧力や温度の上昇が抑制され、未燃燃料の過早着火が効果的に抑制されるので、高い耐ノッキング性能を得ることができる。そして後期主燃焼期間では未燃燃料を高速燃焼させて速やかに燃焼を完了させることにより、燃え残りを核とする自着火を抑制することができ、やはり耐ノッキング性能を高めることができる。こうして燃焼全体としての主燃焼期間を殆ど延ばすことなく、効果的にノッキングを抑制することができる。 When the late center-of-gravity type combustion as described above is performed, the increase in the in-cylinder pressure and temperature is suppressed by burning at a low speed in the first main combustion period, and the pre-ignition of unburned fuel is effectively suppressed. Therefore, high knocking resistance can be obtained. In the late main combustion period, unburnt fuel is burned at high speed and combustion is completed quickly, so that self-ignition with the unburned residue as a core can be suppressed, and anti-knocking performance can also be improved. Thus, knocking can be effectively suppressed without substantially extending the main combustion period of the entire combustion.
なお、当実施形態では、このような後期重心型燃焼と上述の燃焼速度増大制御とを併用しているが、その場合でも後期重心型燃焼は安定的に行われる。それは、後期重心型燃焼が特有の燃焼室構造(ハード系)によってなされるものであって、燃焼速度増大制御(ソフト系)の実行有無の影響を受け難いからである。 In this embodiment, such late centroid combustion and the above-described combustion speed increase control are used in combination, but even in such a case, late centroid combustion is performed stably. This is because the late center-of-gravity type combustion is performed by a unique combustion chamber structure (hard system) and is hardly affected by whether or not the combustion speed increase control (soft system) is executed.
図8は、当実施形態の耐ノッキング性能向上効果についての概念図である。横軸に主燃焼期間(θ1+θ2)、縦軸に前・後期比率K(=前期主燃焼期間θ1/後期主燃焼期間θ2)を示す。前・後期比率Kは、後期重心型燃焼の顕著さを示す指標であり、前・後期比率Kが大であるほど顕著な後期重心型燃焼であることを示している。 FIG. 8 is a conceptual diagram of the effect of improving the anti-knocking performance of this embodiment. The horizontal axis represents the main combustion period (θ 1 + θ 2 ), and the vertical axis represents the previous / late ratio K (= early main combustion period θ 1 / late main combustion period θ 2 ). The front / late ratio K is an index indicating the prominence of the late center of gravity combustion, and the greater the front / late ratio K, the more remarkable the late center of gravity combustion.
他の条件が同じであれば、主燃焼期間(θ1+θ2)が短い、つまり燃焼速度が高いほど耐ノッキング性能は高くなる。また前・後期比率Kが大、つまり後期重心型燃焼が顕著であるほど耐ノッキング性能は高くなる。従って、同程度の耐ノッキング性能を有する条件を結んだ等耐ノッキング性能線Hは、全体的に略右上がりの線となり、左上に向かうほど耐ノッキング性能が高くなることを示す。 If the other conditions are the same, the resistance to knocking increases as the main combustion period (θ 1 + θ 2 ) is shorter, that is, the combustion speed is higher. Further, the greater the front / late ratio K, that is, the more remarkable the late center of gravity combustion, the higher the anti-knock performance. Therefore, the equal anti-knocking performance line H that satisfies the conditions of the same level of anti-knocking performance is a generally upward-sloping line, indicating that the anti-knocking performance increases toward the upper left.
ここで、従来の一般的な燃焼における耐ノッキング性能をベース特性Aとすると、燃焼室構造を当実施形態のように変更することで効果的な後期重心型燃焼が行われ、前・後期比率Kが高められる。従ってベース特性Aが特性Cに変化し、耐ノッキング性能が向上する。 Here, assuming that the conventional anti-knocking performance in general combustion is the base characteristic A, by changing the combustion chamber structure as in the present embodiment, effective late center-of-gravity combustion is performed, and the early / late ratio K Is increased. Accordingly, the base characteristic A changes to the characteristic C, and the anti-knocking performance is improved.
一方、ベース特性Aに対し、燃焼速度増大制御のみを実施すると、主燃焼期間(θ1+θ2)が短縮され、特性Gに変化する。ここで、ベース特性Aが真左に変化せず、左下方に変化しているのは、単に主燃焼期間(θ1+θ2)を短縮しただけでは、多くの場合、自然に前・後期比率Kが小さい側へ、つまり後期重心型燃焼とは逆方向に燃焼形態が変化してしまうからである。このため、単に燃焼速度増大制御を実行するのみでは、耐ノッキング性能は一応高められるものの、その向上代は限定的なものとなる。このような燃焼形態の変化による効果の目減りは少なく無く、本願発明者の実験研究によれば、条件によっては燃焼速度増大制御による効果を殆ど相殺したり、却って耐ノッキング性能を悪化させたりすることもある程である。 On the other hand, when only the combustion speed increase control is performed on the base characteristic A, the main combustion period (θ 1 + θ 2 ) is shortened and changes to the characteristic G. Here, the base characteristic A does not change directly to the left but changes to the lower left. In many cases, simply by shortening the main combustion period (θ 1 + θ 2 ), the natural ratio of the front and the latter is natural. This is because the combustion mode changes to the side where K is smaller, that is, in the opposite direction to the late center-of-gravity type combustion. For this reason, by simply executing the combustion speed increase control, the anti-knocking performance can be improved temporarily, but the improvement cost is limited. There is not much reduction in the effect due to such a change in the combustion form, and according to the experimental study of the present inventor, the effect by the combustion speed increase control is almost canceled or the knocking resistance performance is worsened depending on the conditions. There is so much.
ところが当実施形態の構成によれば、後期重心型燃焼を保ったまま主燃焼期間(θ1+θ2)を短縮させることができるので、ベース特性Aは特性Bに変化する。つまり耐ノッキング性能が向上するのであるが、その向上代は、後期重心型燃焼や燃焼速度増大制御を単独で行ったものより大であることはもちろん、それらを足し合わせたよりもさらに大きなものとなっている。これは、燃焼速度を増大させても後期重心型燃焼が保たれ、効果の目減りが殆どないからである。 However, according to the configuration of the present embodiment, the main combustion period (θ 1 + θ 2 ) can be shortened while maintaining the late center-of-gravity type combustion, so the base characteristic A changes to the characteristic B. In other words, the anti-knocking performance is improved, but the cost of the improvement is larger than that of the case where the late center of gravity combustion and the combustion speed increase control are performed alone, and it is even larger than the sum of them. ing. This is because even if the combustion speed is increased, the late center of gravity combustion is maintained, and there is almost no reduction in the effect.
次にエンジン回転速度が所定の高速運転領域(例えばエンジン回転速度Ne≧4500rpm)にあるときの動作について説明する。この運転領域では、特に高負荷時に、騒音の増大やデトネーションが問題になり易い。このようなときに燃焼速度を増大させると、これらの問題が更に発生し易くなる。そこで当実施形態では、高速運転領域での燃焼速度増大制御を停止し、その懸念を払拭している。 Next, an operation when the engine speed is in a predetermined high speed operation region (for example, engine speed Ne ≧ 4500 rpm) will be described. In this operating region, noise increase and detonation are likely to be a problem, especially at high loads. If the combustion rate is increased at such times, these problems are more likely to occur. Therefore, in this embodiment, the combustion speed increase control in the high-speed operation region is stopped to eliminate the concern.
燃焼速度増大制御の実行停止に際し、第2点火プラグ15aの多点同時点火が停止され、吸気バルブ19bは通常のリフト量状態に切り換えられる。第2点火プラグ15aは、点火自体を停止させても良いし、燃焼に関与しない程度に充分遅らせて点火するようにしても良い。
When the execution of the combustion speed increase control is stopped, the multipoint simultaneous ignition of the
エンジンの動作について、特に上記低速運転領域と異なる点を中心に説明する。 The operation of the engine will be described with a focus on differences from the low speed operation region.
まず吸気行程では、吸気バルブ19a,19bともに通常のリフト量となるので、強いスワールは生成されない。そして圧縮行程終盤において、実質的に第1点火プラグ15のみが点火する。
First, in the intake stroke, the
図9は、膨張行程における燃焼室14内をピストン13側から見た平面図である。火炎伝播等時線70bに示すように、第2点火プラグ15aでの実質的な点火がなされないので、火炎は第1点火プラグ15の電極を中心に拡がっている。
FIG. 9 is a plan view of the
こうすることにより、燃焼速度の増大が抑制されるので、騒音の増大やデトネーションの発生が効果的に抑制される。 By doing so, an increase in the combustion speed is suppressed, so that an increase in noise and detonation are effectively suppressed.
なお、後期重心型燃焼は、燃焼室14の構造によってなされる燃焼形態なので、この運転領域でも行われる。従って、後期重心型燃焼による耐ノッキング性能向上効果は得ることができる(図8のベース特性Aから特性Cへの向上代)。
Note that the late center-of-gravity type combustion is performed in this operating region because it is a combustion mode formed by the structure of the
以上、低速運転領域および高速運転領域におけるエンジンの動作について説明したが、図10に低速ないし高速運転領域における筒内圧力上昇率dP/dθの特性を示す。横軸にエンジン回転速度Ne、縦軸に筒内圧力上昇率dP/dθを示す。筒内圧力上昇率dP/dθは、燃焼時のクランク角θ(°CA)の変化に対する筒内圧力P(bar)の上昇率であって、これが大きいほど騒音が増大し、またデトネーションが起こり易いことが知られている。 The operation of the engine in the low speed operation region and the high speed operation region has been described above. FIG. 10 shows the characteristics of the in-cylinder pressure increase rate dP / dθ in the low speed or high speed operation region. The horizontal axis represents the engine rotation speed Ne, and the vertical axis represents the cylinder pressure increase rate dP / dθ. The in-cylinder pressure increase rate dP / dθ is the increase rate of the in-cylinder pressure P (bar) with respect to the change in the crank angle θ (° CA) during combustion. The larger this is, the more noise increases and detonation tends to occur. It is known.
当実施形態の特性を実線の特性P1で示し、参考として全運転領域で燃焼速度増大制御を実行した場合の特性を破線の特性P2で示す。 The characteristic of the present embodiment is indicated by a solid line characteristic P1, and as a reference, the characteristic when the combustion speed increase control is executed in the entire operation region is indicated by a broken line characteristic P2.
特性P1、特性P2とも、エンジン回転速度Ne<4500rpmの領域ではエンジン回転速度Neが高いほど筒内圧力上昇率dP/dθが大きくなる。しかしこの程度(2bar/°CA以下)の筒内圧力上昇率では騒音やデトネーションが問題となることは殆どない。 In both the characteristics P1 and P2, in the region where the engine speed Ne <4500 rpm, the cylinder pressure increase rate dP / dθ increases as the engine speed Ne increases. However, with this in-cylinder pressure rise rate of this level (2 bar / ° CA or less), noise and detonation hardly pose a problem.
エンジン回転速度Ne≧4500rpmの領域では、エンジン回転速度Neが高いほど筒内圧力上昇率dP/dθが大きくなる特性P2に対し、特性P1は頭打ちとなり、エンジン回転速度Neが高くなっても筒内圧力上昇率dP/dθは殆ど増大しない。これは、特性P1ではエンジン回転速度Ne≧4500rpmの領域で燃焼速度増大制御が停止され、燃焼速度の増大が抑制されるからである。 In the region where the engine rotation speed Ne ≧ 4500 rpm, the higher the engine rotation speed Ne, the higher the in-cylinder pressure increase rate dP / dθ, whereas the characteristic P1 reaches a peak, and even if the engine rotation speed Ne increases, The pressure increase rate dP / dθ hardly increases. This is because in the characteristic P1, the combustion speed increase control is stopped in the region where the engine speed Ne ≧ 4500 rpm, and the increase in the combustion speed is suppressed.
筒内圧力上昇率dP/dθが2bar/°CAを越えると、騒音やデトネーションに対する懸念が強まってくる。当実施形態では、燃焼速度増大制御を停止することにより、この領域の筒内圧力上昇率dP/dθの増大を抑制し、騒音の増大やデトネーションの発生を効果的に抑制している。 When the in-cylinder pressure increase rate dP / dθ exceeds 2 bar / ° CA, the concern about noise and detonation increases. In this embodiment, by stopping the combustion speed increase control, an increase in the in-cylinder pressure increase rate dP / dθ in this region is suppressed, and noise and detonation are effectively suppressed.
以上説明したように、当実施形態のエンジンは、燃焼速度の増大による耐ノッキング性能向上効果を効果的に引き出し、後期重心型燃焼による耐ノッキング性能向上効果も相俟って、格段の耐ノッキング性能向上効果を得ることができる。また換言すれば、耐ノッキング性能を悪化させることなく圧縮比を高め、燃費を向上させることができる。本願発明者は、本発明によって、耐ノッキング性能を悪化させることなく圧縮比を従来比で0.5以上高めることができることを確認している。 As described above, the engine of the present embodiment effectively brings out the effect of improving the knocking resistance due to the increase in the combustion speed, and the remarkable antiknocking performance together with the effect of improving the knocking resistance due to the late center of gravity type combustion. An improvement effect can be obtained. In other words, the compression ratio can be increased and the fuel consumption can be improved without deteriorating the knocking resistance. The inventor of the present application has confirmed that the present invention can increase the compression ratio by 0.5 or more compared with the conventional one without deteriorating the anti-knocking performance.
次に、本願発明に係る第2実施形態について説明する。第2実施形態においても、後期重心型燃焼を行う燃焼室形状とし、低速運転領域では燃焼速度増大制御を実行する一方、高速運転領域ではその燃焼速度増大制御を停止する。第2実施形態では、燃焼速度増大制御に含まれる流動性増大手段に、タンブル生成手段を用いている点が第1実施形態と異なる。また、それに伴って第2点火プラグ15aの配設位置やピストン形状も好適となるように変更している。
Next, a second embodiment according to the present invention will be described. Also in the second embodiment, the combustion chamber is configured to perform the late center-of-gravity combustion, and the combustion speed increase control is executed in the low speed operation region, while the combustion speed increase control is stopped in the high speed operation region. The second embodiment is different from the first embodiment in that a tumble generating means is used as the fluidity increasing means included in the combustion speed increase control. Along with this, the arrangement position of the
図11はピストン113が上死点にあるときの燃焼室114付近の縦断面図である。図12はピストン113の斜視図である。図13は燃焼室114内でのタンブル生成状態を示す斜視図である。図14は膨張行程における燃焼室114の内部をピストン113側から見た平面図であって、(a)は低速運転領域、(b)は高速運転領域の場合を示す。なお図11ないし図14において、第1実施形態と同一または同様の機能を有する構成要素には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。
FIG. 11 is a longitudinal sectional view of the vicinity of the
まず燃焼室114の構造について説明する。図11及び図13に示すように、第2点火プラグ15aは、シリンダボア12の周縁部、かつ2個の吸気ポート121の間に臨設されている。なお図13および図14において、第1点火プラグ15および第2点火プラグ15aは、その臨設位置に×印を付して簡略的に示している。このような位置に第2点火プラグ15aを設けると、稜線部11cに設ける場合よりも熱的に有利となる。
First, the structure of the
吸気ポート121は、強いタンブルを生成させるタンブル生成吸気系120(タンブル生成手段)を構成している。タンブル生成吸気系120は、例えばストレートポートの採用など、各種の方式が提案されている周知の構造である。当実施形態ではその詳細構造の説明を省略するが、例えば特許文献5に示されるように吸気ポート121内に隔壁を設け、吸気ポート121内の混合気の流れを変化させることによって、図13に示すような強いタンブル30(縦渦)が生成する状態と、このようなタンブル30が殆ど生成しない状態とをECU65の制御によって切り換えられるような構成となっている。
The
次に、ピストン113の形状、特に冠部の形状について図12を参照して説明する。
Next, the shape of the
ピストン冠部113aには、平面視で吸気側が切り欠かれた略円環状(以下C字状という)をなして上方に突出する凸部106が設けられている。凸部106のC字形の閉じた側(図12に示す状態で左上)は燃焼室114内での排気側に位置するように配設され、ピストン冠部113aの外周と略同心の円弧状となるように形成されている。その円弧半径はピストン113の平均半径の半分よりもやや大きい。また凸部106のC字形の開いた側(図12に示す状態で右下)は燃焼室114内での吸気側に位置するように配設される。そして凸部106C字形の内側および外側には、凸部106に対して相対的に没入した凹部が形成されている。すなわち凸部106のC字形内側には中央側凹部107、C字形外側には周縁側凹部108が形成されている。
The
凸部106の詳細形状は、所定の高さ及び幅をもって上方に突出するC字形凸状体の、吸気側および排気側を、それぞれ径方向内側上方から外側下方に向けて平斜面で削ぎ落としたような形状となっている。その削ぎ落としの切り口に相当する各面が吸気側凸部頂面109aおよび排気側凸部頂面109bを形成している。
The detailed shape of the
凸部106の上面は、排気側に比べて吸気側の方がより大きく削ぎ落とされている。従って、ピストン冠部113aの中心から、図11の左右方向に同一距離離反した位置で比較すると、排気側凸部頂面109bの高さは吸気側凸部頂面109aの高さより高くなっている。
The upper surface of the
凸部106の上端面である凸部頂面109の、吸気側凸部頂面109a或いは排気側凸部頂面109b以外の部分は、略水平で平坦な凸部平坦頂面109cとなっている。
A portion other than the intake side convex
中央側凹部107は、凸部106のC字形内側で、凸部106に対して相対的に没入した部分である。中央側凹部7は、凸部106のC字形と同様に吸気側に開口したU字状外縁を有する平坦部である。従って、中央側凹部107の、吸気側以外の周囲には、凸部106の側面によって形成された壁面が立設されている。
The central
周縁側凹部108は、凸部106のC字形外側で、凸部106に対して相対的に没入した部分である。周縁側凹部108は略水平で、ピストン冠部113aの外周と略同心の略円環形状となっている。
The
次に、図11を参照して再び燃焼室114の詳細構造について説明する。第1燃焼空間114aは、ピストン頂面104に形成された中央側凹部107と天井壁11との間に形成されている。従って第1燃焼空間114aは、第1点火プラグ15から第2点火プラグ15aにかけて一体的に連続する空間となっている。また第2燃焼空間114bは、凸部106の外側の領域であって、かつピストン13の周縁側凹部108と天井壁11(詳しくは天井壁周縁部11d)との間に略環状(平面視でC字状)に形成されている。
Next, the detailed structure of the
そして第1燃焼空間114aと第2燃焼空間114bとを連通する小間隙部105は、ピストン113の凸部頂面109と天井壁11との間に平面視でC字状(ピストン冠部113aに凸部106が形成されている箇所)に形成されている。
The
上述のように、凸部106のC字形の円弧部の半径がピストン113の平均半径の半分よりもやや大きいので、小間隙部105は、シリンダボア12の径方向における、第1点火プラグ15からシリンダボア周縁との中間点よりもシリンダボア周縁寄りに形成されている。その最適位置は、エンジンの特性等によって異なるが、概ね第1点火プラグ15からシリンダボア周縁までの距離の60〜85%の範囲内にある。
As described above, since the radius of the C-shaped arc portion of the
小間隙部105は、詳細には小間隙部105a、最小間隙部105bおよび小間隙部105cからなる。小間隙部105aは、ピストン113の吸気側凸部頂面109aと、これに対向する天井壁11との間の間隙である。最小間隙部105bは、ピストン113の排気側凸部頂面109bと、これに対向する天井壁11との間の間隙である。上述のように排気側凸部頂面109bが吸気側凸部頂面109aより高い位置にあるので、最小間隙部105bは小間隙部105aより狭い。また最小間隙部105bは他の小間隙部105cや小間隙部105dよりも狭く、小間隙部105のなかで最小の間隙となっている。
Specifically, the
小間隙部105cは、ピストン113の凸部平坦頂面109cと、これに対向する天井壁11との間の間隙である。小間隙部105cは、天井壁11が低い箇所ほど狭く、天井壁11が高くなるほど、つまり稜線部に近づくほど広くなる。
The
次に、当実施形態の火花点火式エンジンの動作について、特に第1実施形態との相違点を中心に説明する。 Next, the operation of the spark ignition engine of the present embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.
エンジン回転速度が所定の低速運転領域にあるとき、多点同時点火とタンブルの生成とによって燃焼速度増大制御が実行される。従って、燃焼速度増大制御を実行するための燃焼速度制御手段60は、主として第2点火プラグ15a、タンブル生成吸気系120、および第2点火プラグ15aの点火とタンブル生成吸気系120の切り換えを制御するECU65によって構成される。
When the engine rotation speed is in a predetermined low speed operation region, combustion speed increase control is executed by multipoint simultaneous ignition and tumble generation. Therefore, the combustion speed control means 60 for executing the combustion speed increase control mainly controls the switching of the
エンジンの動作を各行程順に説明すると、まず吸気行程において吸気バルブ119が開くとともに、ピストン113が降下する。それに伴って吸気ポート121から燃焼室114内に混合気が負圧吸引される。その際、タンブル生成吸気系120は、強いタンブルが生成されるように切り換えられている。従って、筒内には図13に示すように強いタンブル30が生成される。このタンブルは、燃焼室114の天井壁11付近では、図14に示すような吸気側から排気側へ向かう流れとなる。
The operation of the engine will be described in the order of each stroke. First, in the intake stroke, the
なおタンブル生成吸気系120は、第1実施形態のスワール生成吸気系23に対し、比較的吸気抵抗を小さくすることができるという利点がある。
The tumble
続く圧縮行程では、ピストン113が上昇する。それに伴って、燃焼室114内の混合気が圧縮され、温度と圧力が上昇する。圧縮行程の終盤、つまりピストン113が図11に示す上死点付近まで上昇したとき、第1点火プラグ15および第2点火プラグ15aの各電極から略同時に火花が飛ばされる。その各火花によって各電極付近の混合気が着火し、火炎核が形成される。
In the subsequent compression stroke, the
続く膨張行程では、火炎核の火炎面が略球状に拡がりながら燃焼が進行する。図14(a)に、その様子を第1実施形態と同様に火炎伝播等時線71aで示す。火炎伝播等時線71aから明らかなように、互いに離れた位置に設けられた第1点火プラグ15と第2点火プラグ15aの各電極付近から略同時に火炎伝播が開始するので、第1点火プラグ15のみを点火させた場合に比べて全体の燃焼期間が短縮される。つまり燃焼速度が増大する。
In the subsequent expansion stroke, the combustion proceeds while the flame surface of the flame kernel expands into a substantially spherical shape. FIG. 14A shows the situation as a
また強いタンブル30によって混合気の流動性が高められ、火炎伝播速度が増大することによって一層の燃焼速度増大が図られている。
Moreover, the fluidity of the air-fuel mixture is enhanced by the
ここで、第2点火プラグ15aと天井壁11付近のタンブル30の向きに着目すると、火炎伝播速度の比較的遅い吸気側に第2点火プラグ15aが設けられているので、第1点火プラグ15からの火炎面の到達を待つことなく吸気側の混合気が燃焼を開始する。従って効果的に燃焼速度を増大させることができる。また、第2点火プラグ15a付近から拡がる火炎面は、タンブル30に乗って、より速やかに拡がって行く。こうして、遅れがちな吸気側の燃焼が促進され、効果的な燃焼速度の増大を図ることができる。燃焼速度を増大させることにより耐ノッキング性能が向上することや、後期重心型燃焼が行われ、その効果と相俟って、耐ノッキング性能が一層向上することについては第1実施形態と同様である。
Here, focusing on the direction of the
次にエンジン回転速度が所定の高速運転領域にあるときの動作について、同様に第1実施形態との相違点を中心に説明する。 Next, the operation when the engine speed is in a predetermined high speed operation region will be described, focusing on the differences from the first embodiment.
当実施形態においても、高速運転領域での燃焼速度増大制御を停止させている。燃焼速度増大制御の実行停止に際し、第2点火プラグ15aの実質的な多点同時点火が停止され、タンブル生成吸気系120は、強いタンブル30が生成されないように切り換えられる。
Also in this embodiment, the combustion speed increase control in the high speed operation region is stopped. When the execution of the combustion speed increase control is stopped, the substantial multipoint simultaneous ignition of the
このときの燃焼形態は、第1実施形態における高速運転領域の場合と同様になる。すなわち、図14(b)に示す火炎伝播等時線71bは、図9に示す第1実施形態の火炎伝播等時線70bと同様になる。従って、第1実施形態と同様の作用、効果を奏する。すなわち、燃焼速度の増大が抑制され、騒音の増大やデトネーションの発生が効果的に抑制されるとともに、後期重心型燃焼による耐ノッキング性能向上効果を得ることができる。
The combustion mode at this time is the same as that in the high-speed operation region in the first embodiment. That is, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲内で種々の変形を行っても良い。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this embodiment, You may perform a various deformation | transformation within a claim.
例えば上記各実施形態は、本発明を4サイクルエンジンに適用した場合を示しているが、それ以外の、例えば2サイクルエンジンに適用しても良い。 For example, although each said embodiment has shown the case where this invention is applied to a 4-cycle engine, you may apply to other than that, for example, a 2-cycle engine.
上記各実施形態では、燃焼速度増大制御の実行有無を切り換えるエンジン回転速度を4500rpmとしたが、必ずしもこれに限定するものではない。騒音の発生状態やデトネーションの起こり易さなど、エンジンの特性に応じて適宜設定すれば良い。 In each of the above embodiments, the engine rotation speed for switching whether to execute the combustion speed increase control is 4500 rpm. However, the present invention is not necessarily limited to this. What is necessary is just to set suitably according to the characteristic of an engine, such as the generation | occurrence | production state of noise, and the ease of occurrence of detonation.
燃焼室14,114の構造は上記各実施形態のものに限定するものではなく、ハード系によって後期重心型燃焼を行わせるものであれば、他の構造であっても良い。例えば、必ずしも小間隙部5,105によって筒内ガス流を絞るような構造を採る必要はなく、他の構造で後期重心型燃焼を行わせるようにしても良い。
The structure of the
燃焼速度増大制御として、必ずしも点火プラグの同時多点点火と流動性増大手段(スワール生成吸気系23やタンブル生成吸気系120など)とを併用する必要はなく、何れか一方のみを用いても良い。或いは、他の方法を用いて燃焼速度を増大させるものであっても良い。
As the combustion speed increase control, it is not always necessary to use simultaneous multipoint ignition of the spark plug and the fluidity increasing means (such as the swirl
スワール生成手段やタンブル生成手段は、必ずしも上記各実施形態に示したものである必要はない。また流動性増大手段として、スワールのみ、或いはタンブルのみを生成するものである必要はない。例えばスワールとタンブルとを組み合わせた斜めの旋回流を生成するものであったり、スキッシュ等、他の形態の流れを適宜組み合わせたりするものであったりしても良い。 The swirl generating means and the tumble generating means are not necessarily those shown in the above embodiments. Further, it is not necessary to generate only the swirl or only the tumble as the fluidity increasing means. For example, an oblique swirl flow combining swirl and tumble may be generated, or another form of flow such as squish may be appropriately combined.
4 ピストン頂面
5 小間隙部
10 シリンダヘッド
11 天井壁(シリンダヘッド下面)
11a 吸気側天井壁
11b 排気側天井壁
11c (ペントルーフの)稜線部
12 シリンダボア
13 ピストン
14 燃焼室
14a 第1燃焼空間
14b 第2燃焼空間
15 第1点火プラグ
15a 第2点火プラグ
21 吸気ポート
23 スワール生成吸気系(流動性増大手段、スワール生成手段)
30 タンブル
60 燃焼速度制御手段
75 スワール
104 ピストン頂面
105 小間隙部
113 ピストン
114 燃焼室
114a 第1燃焼空間
114b 第2燃焼空間
120 タンブル生成吸気系(流動性増大手段、タンブル生成手段)
121 吸気ポート
4
11a Intake
30
121 Intake port
Claims (7)
燃焼速度を強制的に変動させ得る燃焼速度制御手段とを備え、
上記燃焼室の形状は、燃焼質量割合が10乃至90%の期間である主燃焼期間のうち、燃焼質量割合が10乃至50%である前期主燃焼期間においては熱発生率の増加率を一時的に緩慢にして燃焼質量割合の増大速度を相対的に低下させるように形成されるとともに、燃焼質量割合が50乃至90%である後期主燃焼期間においては上記前期主燃焼期間よりも燃焼質量割合の増大速度を相対的に高めるように形成され、
上記燃焼速度制御手段は、エンジンの低速運転領域においては強制的に燃焼速度を増大させる燃焼速度増大制御を実行するとともに、エンジンの高速運転領域においては上記燃焼速度増大制御を停止することを特徴とする火花点火式エンジン。 A combustion chamber formed between the lower surface of the cylinder head and the top surface of the piston and having the lower surface of the cylinder head as a ceiling wall;
A combustion rate control means capable of forcibly changing the combustion rate,
The shape of the combustion chamber is such that the rate of increase in the heat release rate is temporarily in the main combustion period in which the combustion mass ratio is 10 to 50% in the main combustion period in which the combustion mass ratio is 10 to 90%. In the late main combustion period in which the combustion mass ratio is 50 to 90%, the combustion mass ratio is lower than that in the previous main combustion period. Formed to increase the rate of increase relatively,
The combustion speed control means executes combustion speed increase control for forcibly increasing the combustion speed in a low speed operation region of the engine and stops the combustion speed increase control in a high speed operation region of the engine. A spark ignition engine.
上記燃焼室は、ピストンが上死点にある状態で、上記燃焼室内空間の主要部が、少なくとも上記第1点火プラグ周辺を含む第1燃焼空間と、シリンダボア周縁部の第2燃焼空間とによって形成され、少なくとも上記第1点火プラグ周辺からシリンダボア周縁にかけての途中位置に、上記第1燃焼空間と上記第2燃焼空間とを絞りつつ連通する小間隙部が形成されていることを特徴とする請求項1記載の火花点火式エンジン。 A first spark plug having a tip erected in the combustion chamber from the center of the cylinder bore in the radial direction;
The combustion chamber is formed with a first combustion space including at least the periphery of the first spark plug and a second combustion space at the periphery of the cylinder bore, with the piston at top dead center. And a small gap portion communicating with the first combustion space and the second combustion space while being squeezed is formed at least midway from the periphery of the first spark plug to the periphery of the cylinder bore. The spark ignition engine according to 1.
該燃焼速度制御手段は、上記燃焼速度増大制御の実行時には、上記第2点火プラグを上記第1点火プラグと略同時に点火させ、上記燃焼速度増大制御の停止時には、上記第2点火プラグの点火を実質的に停止させることを特徴とする請求項2記載の火花点火式エンジン。 The combustion speed control means includes a second spark plug having a tip erected from the ceiling wall at the periphery of the cylinder bore to the combustion chamber,
The combustion speed control means ignites the second spark plug substantially simultaneously with the first spark plug when the combustion speed increase control is executed, and ignites the second spark plug when the combustion speed increase control is stopped. 3. The spark ignition engine according to claim 2, wherein the spark ignition engine is substantially stopped.
上記小間隙部は、上記ピストンが上死点にある状態で、上記吸気側天井壁と上記排気側天井壁の少なくとも一方の傾斜部途中とピストン頂部との間隙を部分的に狭くすることによって形成され、
上記第2点火プラグは、上記ペントルーフの稜線部分に臨設されていることを特徴とする請求項3記載の火花点火式エンジン。 The combustion chamber is a pent roof type in which an intake side ceiling wall and an exhaust side ceiling wall inclined in opposite directions form a roof shape,
The small gap portion is formed by partially narrowing a gap between at least one inclined portion of the intake side ceiling wall and the exhaust side ceiling wall and the top of the piston in a state where the piston is at a top dead center. And
4. The spark ignition engine according to claim 3, wherein the second spark plug is provided adjacent to a ridge line portion of the pent roof.
該燃焼速度制御手段は、上記燃焼速度増大制御の実行時に、当該制御の停止時よりも吸気の筒内流動性が増大する方向に上記流動性増大手段を制御することを特徴とする請求項1乃至4記載の火花点火式エンジン。 The combustion speed control means includes fluidity increasing means for increasing the in-cylinder fluidity of intake air,
The combustion speed control means controls the fluidity increasing means in the direction in which the in-cylinder fluidity of intake air increases more than when the control is stopped when the combustion speed increase control is executed. The spark ignition type engine of thru | or 4.
該燃焼速度制御手段は、上記燃焼速度増大制御の実行時に、当該制御の停止時よりもスワールが強くなる方向に上記スワール生成手段を制御することを特徴とする請求項5記載の火花点火式エンジン。 The fluidity increasing means is a swirl generating means for generating a swirl in the intake air,
6. The spark ignition engine according to claim 5, wherein the combustion speed control means controls the swirl generation means in a direction in which the swirl becomes stronger than when the control is stopped when the combustion speed increase control is executed. .
上記吸気側天井壁に開口する2個の吸気ポートを備え、
上記第2点火プラグは、上記2個の吸気ポートの間に臨設され、
上記小間隙部は、上記ピストンが上死点にある状態で、上記吸気側天井壁と上記排気側天井壁の少なくとも一方の傾斜部途中とピストン頂部との間隙を部分的に狭くすることによって形成され、
上記燃焼速度制御手段は、吸気にタンブルを生成させるタンブル生成手段を含み、
該燃焼速度制御手段は、上記燃焼速度増大制御の実行時に、当該制御の停止時よりもタンブルが強くなる方向に上記タンブル生成手段を制御することを特徴とする請求項3記載の火花点火式エンジン。 The combustion chamber is a pent roof type in which an intake side ceiling wall and an exhaust side ceiling wall inclined in opposite directions form a roof shape,
It has two intake ports that open to the intake side ceiling wall,
The second spark plug is disposed between the two intake ports,
The small gap portion is formed by partially narrowing a gap between at least one inclined portion of the intake side ceiling wall and the exhaust side ceiling wall and the top of the piston in a state where the piston is at a top dead center. And
The combustion speed control means includes tumble generation means for generating tumble in the intake air,
4. The spark ignition engine according to claim 3, wherein the combustion speed control means controls the tumble generating means in a direction in which the tumble becomes stronger than when the control is stopped when the combustion speed increase control is executed. .
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