JP6593425B2

JP6593425B2 - gasoline engine

Info

Publication number: JP6593425B2
Application number: JP2017237620A
Authority: JP
Inventors: 統之太田; 芳尚乃生
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2019-10-23
Anticipated expiration: 2037-12-12
Also published as: JP2019105194A

Description

本発明は、ガソリンを含む燃料を空気と混合しつつ燃焼させる燃焼室と、該燃焼室内の混合気に着火する点火プラグとを備えたガソリンエンジンに関する。 The present invention relates to a gasoline engine including a combustion chamber in which a fuel containing gasoline is burned while being mixed with air, and an ignition plug that ignites an air-fuel mixture in the combustion chamber.

一般にガソリンエンジンでは、点火プラグの放電電極部が燃焼室内に配置され、前記放電電極部において火花放電を発生させることで、燃焼室内の混合気が着火する。近年、ピストンが下死点にあるときの前記燃焼室の容積と、前記ピストンが上死点にあるときの前記燃焼室の容積との比である幾何学的圧縮比を、例えば１３以上の高圧縮比に設定してなるガソリンエンジンであって、火花点火によらず、圧縮によって予混合された混合気を自着火させる予混合圧縮自着火燃焼方式のガソリンエンジンが知られている。このような高圧縮比エンジンにおいて、特許文献１には、点火プラグによる着火アシストにより先ずは燃焼室内に火炎伝播燃焼を発生させ、その燃焼による燃焼室内の高温化によって自着火燃焼を発生させる技術が開示されている。 In general, in a gasoline engine, a discharge electrode portion of a spark plug is disposed in a combustion chamber, and a spark discharge is generated in the discharge electrode portion, whereby an air-fuel mixture in the combustion chamber is ignited. In recent years, the geometric compression ratio, which is the ratio of the volume of the combustion chamber when the piston is at bottom dead center to the volume of the combustion chamber when the piston is at top dead center, 2. Description of the Related Art There is known a gasoline engine that is set to a compression ratio, and is a premixed compression self-ignition combustion type gasoline engine that self-ignites an air-fuel mixture premixed by compression regardless of spark ignition. In such a high compression ratio engine, Patent Document 1 discloses a technique in which flame propagation combustion is first generated in a combustion chamber by ignition assist by an ignition plug, and autoignition combustion is generated by increasing the temperature in the combustion chamber due to the combustion. It is disclosed.

特開２０１２−２４１５９０号公報JP 2012-241590 A

点火プラグの放電電極部において火花放電を確実に発生させることが、燃焼室内における安定的な燃焼のために肝要である。筒内圧力が高くなる場合、例えば上記予混合圧縮自着火方式のガソリンエンジンのような高圧縮比エンジンでは、前記放電電極部において放電が良好に発生しないことがある。これは、混合気の高圧縮によって空気密度が高まり、放電電極間のギャップの絶縁抵抗が上昇することによる。 It is important for stable combustion in the combustion chamber to generate spark discharge reliably in the discharge electrode portion of the spark plug. When the in-cylinder pressure becomes high, for example, in a high compression ratio engine such as the premixed compression self-ignition gasoline engine, discharge may not be generated satisfactorily in the discharge electrode portion. This is because the air density increases due to the high compression of the air-fuel mixture, and the insulation resistance of the gap between the discharge electrodes increases.

この場合、安定的な放電を確保するため、点火プラグへ供給する電圧（要求電圧）を高くする必要がある。しかし、要求電圧を高くするとエネルギー消費量が多くなり、また、高電圧を印加された放電電極部が放電によって損耗するという問題が生じる。 In this case, in order to ensure stable discharge, it is necessary to increase the voltage (required voltage) supplied to the spark plug. However, when the required voltage is increased, the energy consumption increases, and the discharge electrode portion to which the high voltage is applied is worn out by the discharge.

本発明の目的は、点火プラグで混合気に着火するガソリンエンジンにおいて、点火プラグの放電電極部において火花放電を確実に発生させることにある。 An object of the present invention is to reliably generate a spark discharge at a discharge electrode portion of a spark plug in a gasoline engine that ignites an air-fuel mixture with a spark plug.

本発明の一局面に係るガソリンエンジンは、気筒及びピストンで区画され、少なくともガソリンを含む燃料を燃焼させる燃焼室と、前記燃焼室内に放電電極部が配置された点火プラグと、前記燃焼室内において、前記放電電極部を指向して１００℃以上の水温の水を噴射する水噴射装置と、前記水噴射装置からの水噴射のタイミングを制御する水噴射制御部と、前記燃焼室の天井面に取り付けられ、前記燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタと、を備え、前記ピストンが下死点にあるときの前記燃焼室の容積と、前記ピストンが上死点にあるときの前記燃焼室の容積との比である幾何学的圧縮比が１３以上であるガソリンエンジンにおいて、前記ピストンの冠面には、前記燃焼室の径方向における中央領域に凹設されたキャビティが備えられ、前記インジェクタは、複数の燃料噴射口を有するヘッド部が前記径方向の中心において前記燃焼室内に突出し、且つ、前記キャビティに向けて燃料を噴射するように、前記天井面に取り付けられ、前記点火プラグは、気筒軸方向視において、前記放電電極部が前記ヘッド部と前記水噴射装置との間に位置するように配置され、前記水噴射制御部は、前記インジェクタによる燃料噴射の後であって、前記放電電極部で放電が発生する放電期間、若しくは、前記放電期間の直前の期間に、前記水噴射を実行させることを特徴とする。 A gasoline engine according to an aspect of the present invention includes a combustion chamber that is partitioned by a cylinder and a piston and burns fuel containing at least gasoline, a spark plug in which a discharge electrode portion is disposed in the combustion chamber, and the combustion chamber. A water injection device for injecting water having a water temperature of 100 ° C. or more toward the discharge electrode portion, a water injection control portion for controlling the timing of water injection from the water injection device, and a ceiling surface of the combustion chamber An injector for injecting fuel into the combustion chamber, and the volume of the combustion chamber when the piston is at bottom dead center and the volume of the combustion chamber when the piston is at top dead center In a gasoline engine having a geometric compression ratio of 13 or more, the crown of the piston is provided with a cavity recessed in a central region in the radial direction of the combustion chamber. The injector is attached to the ceiling surface so that a head portion having a plurality of fuel injection ports protrudes into the combustion chamber at the center in the radial direction and injects fuel toward the cavity. The plug is disposed so that the discharge electrode portion is positioned between the head portion and the water injection device when viewed in the cylinder axial direction, and the water injection control portion is after fuel injection by the injector. The water injection is performed in a discharge period in which discharge occurs in the discharge electrode section or in a period immediately before the discharge period.

このガソリンエンジンによれば、放電電極部での放電期間又はその直前の期間に、水噴射装置から当該放電電極部に水が噴射される。このため、当該期間において、前記放電電極部の周辺は水分が多い状態（湿度が高い状態）となる。従って、例えば筒内圧力が高い等の要因で放電電極部において火花放電が発生し難い環境下にあっても、当該放電電極部の電極間に水分が介在することで、前記電極間に放電が発生し易い状態を形成することができる。すなわち、前記電極間における水の電気分解によって水素イオン、水酸イオンが生成され（水素、酸素が生成され）、これらが電極間の放電性能を高めるようになる。このため、放電電極部において火花放電を確実に発生させることができる。 According to this gasoline engine, water is injected from the water injection device to the discharge electrode part during the discharge period at the discharge electrode part or the period immediately before. For this reason, in the said period, the periphery of the said discharge electrode part will be in a state with much moisture (high humidity state). Accordingly, even in an environment where spark discharge is difficult to occur in the discharge electrode part due to factors such as high in-cylinder pressure, for example, water is interposed between the electrodes of the discharge electrode part, so that discharge is generated between the electrodes. It is possible to form a state that is likely to occur. That is, hydrogen ions and hydroxide ions are generated by electrolysis of water between the electrodes (hydrogen and oxygen are generated), and these enhance the discharge performance between the electrodes. For this reason, spark discharge can be reliably generated in the discharge electrode portion.

上記の構成は、ピストンが下死点にあるときの前記燃焼室の容積と、前記ピストンが上死点にあるときの前記燃焼室の容積との比である幾何学的圧縮比が１３以上であるガソリンエンジンに好適に適用することができる。 In the above configuration, the geometric compression ratio, which is the ratio of the volume of the combustion chamber when the piston is at bottom dead center to the volume of the combustion chamber when the piston is at top dead center, is 13 or more. It can be suitably applied to a certain gasoline engine.

幾何学的圧縮比が１３以上となる高圧縮比のエンジンにおいては、点火プラグが混合気に着火するタイミング（圧縮上死点付近）では、混合気が高度に圧縮された状態となる。このため、燃焼室における空気密度が高くなり、これに伴い電極間ギャップの絶縁抵抗も高くなり、放電性能が低下する。しかし、上記の放電電極部を指向した水噴射により、前記放電性能の低下を抑止することができる。 In an engine having a high compression ratio with a geometric compression ratio of 13 or more, the air-fuel mixture is highly compressed at the timing when the spark plug ignites the air-fuel mixture (near the compression top dead center). For this reason, the air density in a combustion chamber becomes high, and the insulation resistance of the gap between electrodes also becomes high in connection with this, and discharge performance falls. However, the deterioration of the discharge performance can be suppressed by the water jet directed to the discharge electrode portion.

上記のガソリンエンジンにおいて、前記水噴射制御部は、空燃比が理論空燃比よりもリーンとなる運転条件のときに、前記水噴射を実行させることが望ましい。 In the gasoline engine described above, it is preferable that the water injection control unit causes the water injection to be executed under an operating condition in which the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio .

例えば、リーン燃焼を行わせる場合や吸気を過給する場合等には、燃焼室内の空気量が相対的に多くなる。この場合、電極間ギャップの絶縁抵抗が増加することになる。このガソリンエンジンによれば、このような運転条件のときに前記水噴射が実行されるので、放電電極部における放電性能の低下を抑止することができる。 For example, when lean combustion is performed or when intake air is supercharged, the amount of air in the combustion chamber is relatively large. In this case, the insulation resistance of the interelectrode gap increases. According to this gasoline engine, since the water injection is executed under such operating conditions, it is possible to suppress a decrease in discharge performance at the discharge electrode portion.

本発明によれば、点火プラグで混合気に着火するガソリンエンジンにおいて、点火プラグの放電電極部において火花放電を確実に発生させることができる。 According to the present invention, in a gasoline engine that ignites an air-fuel mixture with a spark plug, spark discharge can be reliably generated at the discharge electrode portion of the spark plug.

図１は、本発明に係るガソリンエンジンが適用されるエンジンシステムの構成の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a configuration of an engine system to which a gasoline engine according to the present invention is applied. 図２は、エンジン本体の気筒軸方向に沿った概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view along the cylinder axis direction of the engine body. 図３は、前記ガソリンエンジンの制御構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a control configuration of the gasoline engine. 図４は、点火プラグの放電電極部への水噴射の様子を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state of water injection to the discharge electrode portion of the spark plug. 図５（Ａ）は、前記放電電極部の構成を概略的に示す図、図５（Ｂ）は前記放電電極部が噴霧水で覆われている様子を示す図である。FIG. 5A is a diagram schematically showing a configuration of the discharge electrode portion, and FIG. 5B is a diagram showing a state in which the discharge electrode portion is covered with spray water. 図６（Ａ）及び（Ｂ）は、前記放電電極部への水噴射の様子を示す平面図である。6 (A) and 6 (B) are plan views showing a state of water injection to the discharge electrode portion. 図７は、水噴射と点火タイミングとの関係を示すタイムチャートである。FIG. 7 is a time chart showing the relationship between water injection and ignition timing.

［エンジンの全体構成］
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係るガソリンエンジンを詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るガソリンエンジンが適用されるエンジンシステムの概略構成図である。本実施形態のエンジンシステムは、４ストロークのエンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気を導入するための吸気通路２０と、エンジン本体１で生成された排気を排出するための排気通路３０と、排気通路３０を通過する排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路２０に還流するＥＧＲ装置４０と、排気通路３０を通過する排気から水を回収してエンジン本体１に水を供給する水供給装置ＷＡとを備える。 [Entire engine configuration]
Hereinafter, a gasoline engine according to an embodiment of the present invention will be described in detail based on the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine system to which a gasoline engine according to an embodiment of the present invention is applied. The engine system of the present embodiment includes a four-stroke engine main body 1, an intake passage 20 for introducing combustion air into the engine main body 1, and an exhaust passage 30 for discharging exhaust gas generated by the engine main body 1. And an EGR device 40 that recirculates a portion of the exhaust gas that passes through the exhaust passage 30 to the intake passage 20 as EGR gas, and a water supply that collects water from the exhaust gas that passes through the exhaust passage 30 and supplies water to the engine body 1 And a device WA.

図２は、エンジン本体１の気筒軸方向Ａに沿った概略断面図である。エンジン本体１は、４つの気筒２が図１の紙面と直交する方向に直列に配置された直列４気筒エンジンである。図２では、４つの気筒２のうちの１つのみを示している。前記エンジンシステムは車両に搭載され、エンジン本体１は車両の駆動源として利用される。本実施形態では、エンジン本体１は、ガソリンを含む燃料の供給を受けて駆動される予混合圧縮着火式エンジンである。なお、燃料は、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view along the cylinder axis direction A of the engine body 1. The engine body 1 is an in-line four-cylinder engine in which four cylinders 2 are arranged in series in a direction orthogonal to the paper surface of FIG. In FIG. 2, only one of the four cylinders 2 is shown. The engine system is mounted on a vehicle, and the engine body 1 is used as a drive source for the vehicle. In the present embodiment, the engine main body 1 is a premixed compression ignition type engine that is driven by being supplied with fuel including gasoline. The fuel may be gasoline containing bioethanol or the like.

エンジン本体１は、シリンダブロック３、シリンダヘッド４及びピストン５を備える。シリンダブロック３は、上述の４つの気筒を形成するシリンダライナを有する。シリンダヘッド４は、シリンダブロック３の上面に取り付けられ、気筒２の上部開口を塞いでいる。ピストン５は、各気筒２に往復摺動可能に収容されており、コネクティングロッド８を介してクランク軸７と連結されている。ピストン５の往復運動に応じて、クランク軸７はその中心軸回りに回転する。 The engine body 1 includes a cylinder block 3, a cylinder head 4, and a piston 5. The cylinder block 3 has a cylinder liner that forms the above-described four cylinders. The cylinder head 4 is attached to the upper surface of the cylinder block 3 and closes the upper opening of the cylinder 2. The piston 5 is accommodated in each cylinder 2 so as to be reciprocally slidable, and is connected to the crankshaft 7 via a connecting rod 8. In response to the reciprocating motion of the piston 5, the crankshaft 7 rotates about its central axis.

ピストン５の上方には燃焼室６が形成されている。シリンダヘッド４には、燃焼室６と連通する吸気ポート９及び排気ポート１０が形成されている。シリンダヘッド４の底面は燃焼室天井面６Ｕであり、この燃焼室天井面６Ｕは、上向きに僅かに凸の傾斜面を有するペントルーフ型の形状を有している。燃焼室天井面６Ｕには、吸気ポート９の下流端である吸気側開口と、排気ポート１０の上流端である排気側開口とが形成されている。シリンダヘッド４には、前記吸気側開口を開閉する吸気バルブ１１と、前記排気側開口を開閉する排気バルブ１２とが組み付けられている。 A combustion chamber 6 is formed above the piston 5. An intake port 9 and an exhaust port 10 communicating with the combustion chamber 6 are formed in the cylinder head 4. The bottom surface of the cylinder head 4 is a combustion chamber ceiling surface 6U, and this combustion chamber ceiling surface 6U has a pent roof type shape having an inclined surface slightly convex upward. In the combustion chamber ceiling surface 6U, an intake side opening that is a downstream end of the intake port 9 and an exhaust side opening that is an upstream end of the exhaust port 10 are formed. The cylinder head 4 is assembled with an intake valve 11 for opening and closing the intake side opening and an exhaust valve 12 for opening and closing the exhaust side opening.

吸気バルブ１１及び排気バルブ１２は、いわゆるポペットバルブである。吸気バルブ１１は、吸気ポート９の開口を開閉する傘状の弁体と、この弁体から垂直に延びるステムとを含む。同様に、排気バルブ１２は、排気ポート１０の開口を開閉する傘状の弁体と、この弁体から垂直に延びるステムとを含む。吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の前記弁体の各々は、燃焼室６に臨むバルブ面を有する。なお、エンジン本体１は、ダブルオーバーヘッドカムシャフト式（ＤＯＨＣ）エンジンであり、前記吸気側開口及び排気側開口は、各気筒２につき２つずつ設けられるとともに、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２も２つずつ設けられている。 The intake valve 11 and the exhaust valve 12 are so-called poppet valves. The intake valve 11 includes an umbrella-shaped valve body that opens and closes an opening of the intake port 9 and a stem that extends vertically from the valve body. Similarly, the exhaust valve 12 includes an umbrella-shaped valve body that opens and closes the opening of the exhaust port 10 and a stem that extends vertically from the valve body. Each of the valve bodies of the intake valve 11 and the exhaust valve 12 has a valve surface facing the combustion chamber 6. The engine body 1 is a double overhead camshaft (DOHC) engine. Two intake side openings and two exhaust side openings are provided for each cylinder 2, and two intake valves 11 and two exhaust valves 12 are provided. It is provided one by one.

燃焼室６の底面は、ピストン５の冠面５０によって区画されている。冠面５０には、キャビティ５Ｃが凹設されている。キャビティ５Ｃは、上面視で略円形の形状を有し、燃焼室６の径方向Ｂにおいて冠面５０の中央領域に、下方に凹没するように形成されている。キャビティ５Ｃの径方向Ｂの外側には、スキッシュ生成面５１が備えられている。スキッシュ生成面５１は、ペントルーフ型の燃焼室天井面６Ｕと平行な平面からなり、両者間の間隙は径方向Ｂにおいて略一定である。なお、冠面５０の表面は、断熱層５Ｈによってコーティングされている。 The bottom surface of the combustion chamber 6 is defined by a crown surface 50 of the piston 5. A cavity 5 C is recessed in the crown surface 50. The cavity 5 C has a substantially circular shape when viewed from above, and is formed so as to be recessed downward in the central region of the crown surface 50 in the radial direction B of the combustion chamber 6. A squish generating surface 51 is provided outside the cavity 5C in the radial direction B. The squish generating surface 51 is a flat surface parallel to the pent roof type combustion chamber ceiling surface 6U, and the gap between the two is substantially constant in the radial direction B. The surface of the crown surface 50 is coated with the heat insulating layer 5H.

本実施形態において、燃焼室６を区画する燃焼室壁面は、気筒２の内壁面、ピストン５の冠面５０、冠面５０と対向する燃焼室天井面６Ｕ、及び、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の各バルブ面からなる。また、本実施形態のエンジン本体１の幾何学的圧縮比、つまり、ピストン５が下死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積との比は、１３以上３５以下（例えば２０程度）の高圧縮比に設定されている。 In the present embodiment, the combustion chamber wall surface defining the combustion chamber 6 is the inner wall surface of the cylinder 2, the crown surface 50 of the piston 5, the combustion chamber ceiling surface 6 U facing the crown surface 50, and the intake valve 11 and the exhaust valve 12. It consists of each valve face. Further, the geometric compression ratio of the engine body 1 of the present embodiment, that is, the volume of the combustion chamber 6 when the piston 5 is at the bottom dead center and the volume of the combustion chamber 6 when the piston 5 is at the top dead center. Is set to a high compression ratio of 13 to 35 (for example, about 20).

シリンダヘッド４には、燃焼室６内の混合気に強制点火するための点火プラグ１３が、各気筒２につき１つずつ装着されている。点火プラグ１３は、火花を放電して混合気に点火エネルギーを付与する電極を備えた放電電極部１３Ａを有する。この放電電極部１３Ａが燃焼室６内に突出して配置される態様で、点火プラグ１３はシリンダヘッド４に取り付けられている。本実施形態において放電電極部１３Ａは、燃焼室６において吸気ポート９が配置される側を吸気側、排気ポート１０が配置される側を排気側とするとき、前記吸気側に偏在して配置されている。 A spark plug 13 for forcibly igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is attached to the cylinder head 4, one for each cylinder 2. The spark plug 13 includes a discharge electrode portion 13A including an electrode that discharges a spark and applies ignition energy to the air-fuel mixture. The spark plug 13 is attached to the cylinder head 4 in such a manner that the discharge electrode portion 13 A protrudes into the combustion chamber 6. In the present embodiment, the discharge electrode portion 13A is unevenly distributed on the intake side when the side where the intake port 9 is disposed in the combustion chamber 6 is the intake side and the side where the exhaust port 10 is disposed is the exhaust side. ing.

シリンダヘッド４（燃焼室天井面６Ｕ）には、燃焼室６内に燃料を噴射するインジェクタ１４が、各気筒２につき１つずつ取り付けられている。インジェクタ１４には図略の燃料供給管が接続されている。インジェクタ１４は、前記燃料供給管を通して供給された燃料を燃焼室６に噴射する。インジェクタ１４の下端には、複数の燃料噴射口を有するヘッド部１４Ａが備えられている。本実施形態ではインジェクタ１４は、気筒軸方向Ａに沿い、ヘッド部１４Ａが径方向Ｂの中心において燃焼室６内に突出するように、シリンダヘッド４に組み付けられている。ヘッド部１４Ａは、燃焼室６の径方向Ｂの中心領域、つまりピストン５のキャビティ５Ｃに向けて燃料を噴射する。 One injector 14 for injecting fuel into the combustion chamber 6 is attached to each cylinder 2 on the cylinder head 4 (combustion chamber ceiling surface 6U). A fuel supply pipe (not shown) is connected to the injector 14. The injector 14 injects fuel supplied through the fuel supply pipe into the combustion chamber 6. A head portion 14 A having a plurality of fuel injection ports is provided at the lower end of the injector 14. In the present embodiment, the injector 14 is assembled to the cylinder head 4 so that the head portion 14A protrudes into the combustion chamber 6 at the center in the radial direction B along the cylinder axial direction A. The head portion 14 A injects fuel toward the central region in the radial direction B of the combustion chamber 6, that is, toward the cavity 5 C of the piston 5.

シリンダヘッド４には、吸気バルブ１１、排気バルブ１２を各々駆動する吸気側動弁機構１５、排気側動弁機構１６が配設されている（図１）。これら動弁機構１５、１６によりクランク軸７の回転に連動して、各吸気バルブ１１及び排気バルブ１２が駆動される。これら吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の駆動により、吸気バルブ１１の弁体が吸気ポート９の開口を開閉し、排気バルブ１２の弁体が排気ポート１０の開口を開閉する。 The cylinder head 4 is provided with an intake side valve mechanism 15 and an exhaust side valve mechanism 16 for driving the intake valve 11 and the exhaust valve 12, respectively (FIG. 1). The valve mechanisms 15 and 16 drive the intake valves 11 and the exhaust valves 12 in conjunction with the rotation of the crankshaft 7. By driving the intake valve 11 and the exhaust valve 12, the valve body of the intake valve 11 opens and closes the opening of the intake port 9, and the valve body of the exhaust valve 12 opens and closes the opening of the exhaust port 10.

さらに、シリンダヘッド４には、燃焼室６内に水を噴射する水噴射装置１７が設けられている。水噴射装置１７は、燃焼室６の側周壁から当該燃焼室６の径方向Ｂの中心を臨むように、シリンダヘッド４に取り付けられている。より詳しくは、水噴射装置１７は、水の噴射口が形成された先端部１７Ａが燃焼室６の側周壁近傍に露出し、かつ、前記噴射口が点火プラグ１３の放電電極部１３Ａを指向するように、シリンダヘッド４に取り付けられている。すなわち、水噴射装置１７は、放電電極部１３Ａを指向して水を噴射する。水噴射装置１７としては、例えば、汎用のインジェクタ１４と同様の構造を有する装置、例えばソレノイド式、ピエゾ式のインジェクタと同等の機能を有する噴射装置を適用することができる。 Further, the cylinder head 4 is provided with a water injection device 17 that injects water into the combustion chamber 6. The water injection device 17 is attached to the cylinder head 4 so as to face the center in the radial direction B of the combustion chamber 6 from the side peripheral wall of the combustion chamber 6. More specifically, in the water injection device 17, the tip end portion 17 A where the water injection port is formed is exposed near the side wall of the combustion chamber 6, and the injection port faces the discharge electrode portion 13 A of the spark plug 13. Thus, it is attached to the cylinder head 4. That is, the water injection device 17 injects water toward the discharge electrode portion 13A. As the water injection device 17, for example, a device having a structure similar to that of the general-purpose injector 14, for example, an injection device having a function equivalent to that of a solenoid-type or piezo-type injector can be applied.

吸気通路２０には、吸気流の上流側から順に、吸気を清浄化するエアクリーナ２１と、吸気通路２０を開閉するためのスロットルバルブ２２とが設けられている。本実施形態では、エンジンの運転中、スロットルバルブ２２は基本的に全開もしくはこれに近い開度に維持される。エンジンの停止時等の限られた運転条件のときにのみ、スロットルバルブ２２が閉弁されて吸気通路２０を遮断する。 The intake passage 20 is provided with an air cleaner 21 for purifying intake air and a throttle valve 22 for opening and closing the intake passage 20 in order from the upstream side of the intake air flow. In this embodiment, during operation of the engine, the throttle valve 22 is basically fully opened or maintained at an opening degree close thereto. The throttle valve 22 is closed and the intake passage 20 is shut off only under limited operating conditions such as when the engine is stopped.

排気通路３０には、排気を浄化するための浄化装置３１が設けられている。浄化装置３１は、例えば、三元触媒を内蔵している。 The exhaust passage 30 is provided with a purification device 31 for purifying the exhaust. The purification device 31 includes, for example, a three-way catalyst.

水供給装置ＷＡは、コンデンサ３２、水供給配管３３、水タンク３４及び水ポンプ３５を含む。コンデンサ３２は、浄化装置３１よりも下流側において排気通路３０に取り付けられ、排気通路３０を通過する排気中の水（水蒸気）を凝縮して水を回収する。水供給配管３３は、コンデンサ３２と水噴射装置１７とを接続する配管である。コンデンサ３２で回収された凝縮水は、水供給配管３３を介して水噴射装置１７に供給される。水タンク３４及び水ポンプ３５は、水供給配管３３に配置されている。水タンク３４は、コンデンサ３２で生成された凝縮水を貯留する。水ポンプ３５は、水タンク３４内の水を水噴射装置１７に向けて圧送する。 The water supply device WA includes a capacitor 32, a water supply pipe 33, a water tank 34, and a water pump 35. The condenser 32 is attached to the exhaust passage 30 on the downstream side of the purification device 31 and condenses water (water vapor) in the exhaust gas passing through the exhaust passage 30 to collect water. The water supply pipe 33 is a pipe that connects the condenser 32 and the water injection device 17. The condensed water collected by the condenser 32 is supplied to the water injection device 17 via the water supply pipe 33. The water tank 34 and the water pump 35 are disposed in the water supply pipe 33. The water tank 34 stores the condensed water generated by the condenser 32. The water pump 35 pumps the water in the water tank 34 toward the water injection device 17.

ＥＧＲ装置４０は、吸気通路２０のうちスロットルバルブ２２よりも下流側の部分と、排気通路３０のうち浄化装置３１よりも上流側の部分とを連通するＥＧＲ通路４１を有する。さらにＥＧＲ装置４０は、ＥＧＲ通路４１を開閉するＥＧＲバルブ４２と、ＥＧＲ通路４１を通過するＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４３とを備える。ＥＧＲ通路４１を通して還流されるＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ４３にて冷却された後に吸気通路２０に向かう。 The EGR device 40 has an EGR passage 41 that communicates a portion of the intake passage 20 downstream of the throttle valve 22 and a portion of the exhaust passage 30 upstream of the purification device 31. Further, the EGR device 40 includes an EGR valve 42 that opens and closes the EGR passage 41 and an EGR cooler 43 that cools the EGR gas that passes through the EGR passage 41. The EGR gas recirculated through the EGR passage 41 is cooled by the EGR cooler 43 and then travels to the intake passage 20.

［制御構成］
図３は、前記エンジンシステムの制御構成を示すブロック図である。本実施形態のエンジンシステムは、ＰＣＭ（パワートレイン・コントロール・モジュール）１００によって統括的に制御される。ＰＣＭ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサである。 [Control configuration]
FIG. 3 is a block diagram showing a control configuration of the engine system. The engine system according to the present embodiment is centrally controlled by a PCM (powertrain control module) 100. The PCM 100 is a microprocessor that includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like.

前記エンジンシステムが搭載される車両には各種センサが設けられており、ＰＣＭ１００はこれらセンサと電気的に接続されている。例えば、シリンダブロック３には、エンジン回転数を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。また、吸気通路２０を通って各気筒２に吸入される空気量を検出するエアフローセンサＳＮ２が設けられている。さらに、車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサＳＮ３が設けられている。 Various sensors are provided in the vehicle on which the engine system is mounted, and the PCM 100 is electrically connected to these sensors. For example, the cylinder block 3 is provided with a crank angle sensor SN1 that detects the engine speed. Further, an air flow sensor SN2 that detects the amount of air taken into each cylinder 2 through the intake passage 20 is provided. Further, the vehicle is provided with an accelerator opening sensor SN3 that detects an opening degree of an accelerator pedal (accelerator opening degree) that is operated by the driver.

ＰＣＭ１００は、これらセンサＳＮ１〜ＳＮ３及び他のセンサからの入力信号に基づいて種々の演算を実行して、上述の点火プラグ１３、インジェクタ１４、水噴射装置１７、スロットルバルブ２２、ＥＧＲバルブ４２及び水ポンプ３５を含むエンジンの各部を制御する。 The PCM 100 executes various calculations based on input signals from these sensors SN1 to SN3 and other sensors, and the above-described spark plug 13, injector 14, water injection device 17, throttle valve 22, EGR valve 42, and water Each part of the engine including the pump 35 is controlled.

ＰＣＭ１００は、機能的に着火制御部１０１及び水噴射制御部１０２を備えている。着火制御部１０１は、点火プラグ１３の着火タイミング、すなわち放電電極部１３Ａが混合気に強制着火するタイミングを制御する。着火タイミングは、エンジン本体１において採用される燃焼方式に応じて適宜設定される。 The PCM 100 functionally includes an ignition control unit 101 and a water injection control unit 102. The ignition control unit 101 controls the ignition timing of the spark plug 13, that is, the timing at which the discharge electrode unit 13A forcibly ignites the air-fuel mixture. The ignition timing is appropriately set according to the combustion method employed in the engine body 1.

前記燃焼方式として、例えば、ガソリンを含む燃料を空気と混合しつつ自着火させる予混合圧縮着火燃焼を行うものであって、点火プラグ１３で混合気の着火をアシストする燃焼方式を例示することができる。この燃焼方式は、燃焼室６内の混合気に強制着火を行い火炎伝播による燃焼（ＳＩ燃焼）を行わせ、このＳＩ燃焼により発生する熱によって燃焼室６内の未燃混合気を自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）させる複合燃焼方式（ＳＩ＋ＣＩ燃焼）である。この場合、着火制御部１０１は、圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも前のタイミングで燃焼室６内の混合気に強制着火するよう、点火プラグ１３による着火アシストのタイミングを制御する。 As the combustion method, for example, a premixed compression ignition combustion in which fuel including gasoline is self-ignited while mixing with air is performed, and a combustion method in which ignition of the air-fuel mixture is assisted by the spark plug 13 is exemplified. it can. In this combustion method, the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is forcedly ignited to perform combustion by flame propagation (SI combustion), and the unburned air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is self-ignited by heat generated by the SI combustion. This is a combined combustion system (SI + CI combustion) for combustion (CI combustion). In this case, the ignition control unit 101 controls the timing of ignition assist by the spark plug 13 so that the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is forcibly ignited at a timing before the compression top dead center (TDC).

水噴射制御部１０２は、水噴射装置１７からの水噴射のタイミングを制御する。具体的には水噴射制御部１０２は、水供給配管３３を通して水タンク３４の水を、所定の水圧が保持された状態で水噴射装置１７に供給できるよう、水ポンプ３５を駆動させる。また、水噴射制御部１０２は、予め定められた噴射量及び噴射タイミングで水が噴射されるよう、水噴射装置１７が備える弁機構を制御する。 The water injection control unit 102 controls the timing of water injection from the water injection device 17. Specifically, the water injection control unit 102 drives the water pump 35 so that the water in the water tank 34 can be supplied to the water injection device 17 in a state where a predetermined water pressure is maintained through the water supply pipe 33. Moreover, the water injection control part 102 controls the valve mechanism with which the water injection apparatus 17 is provided so that water may be injected with the predetermined injection quantity and injection timing.

本実施形態では水噴射制御部１０２は、点火プラグ１３の放電電極部１３Ａで火花放電が発生する放電期間、若しくは、前記放電期間の直前の期間に、水噴射装置１７に水噴射を実行させる。以下、このような水噴射について詳述する。 In the present embodiment, the water injection control unit 102 causes the water injection device 17 to execute water injection in a discharge period in which spark discharge occurs in the discharge electrode part 13A of the spark plug 13 or a period immediately before the discharge period. Hereinafter, such water injection will be described in detail.

［水噴射の詳細］
図４は、点火プラグ１３の放電電極部１３Ａへの水噴射の様子を示す断面図である。水噴射装置１７の先端部１７Ａに形成されている水の噴射口は、放電電極部１３Ａを指向している。前記噴射口から噴射される噴霧水Ｗｍは、当該噴射口と放電電極部１３Ａとを結ぶ直線軸を中心とするコーン状となる。このコーンのテーパ角（噴霧角）は、先端部１７Ａと放電電極部１３Ａとの間の距離に応じて、放電電極部１３Ａの近傍周囲を噴霧水Ｗｍで覆うことができる角度に設定される。水噴射制御部１０２は、上記のような噴霧角を達成できるよう、水噴射装置１７の噴射圧を設定する。 [Details of water injection]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state of water injection to the discharge electrode portion 13A of the spark plug 13. As shown in FIG. The water injection port formed at the distal end portion 17A of the water injection device 17 is directed to the discharge electrode portion 13A. The spray water Wm ejected from the ejection port has a cone shape centered on a linear axis connecting the ejection port and the discharge electrode portion 13A. The cone taper angle (spray angle) is set to an angle at which the vicinity of the discharge electrode portion 13A can be covered with the spray water Wm according to the distance between the tip portion 17A and the discharge electrode portion 13A. The water injection control unit 102 sets the injection pressure of the water injection device 17 so that the above spray angle can be achieved.

図５（Ａ）は、点火プラグ１３の放電電極部１３Ａの構成を概略的に示す図である。放電電極部１３Ａは、中心電極１３１と、Ｌ字型に折曲された角棒からなる接地電極１３２とを含む。中心電極１３１は、図略の点火回路から高電圧（要求電圧）が印加されるプラス極であり、電気絶縁体である碍子１３３によって保持されている。接地電極１７２は、中心電極１３１及び碍子１３３を収容する金属製のハウジング１３４から延出している。接地電極１７２はマイナス極であって、碍子１３３によって中心電極１３１と絶縁されている。Ｌ字型に突出する接地電極１７２の先端部は、放電空間となる電極間ギャップＧを隔てて中心電極１７１と対向している。要求電圧が中心電極１３１に与えられると、電極間ギャップＧに火花放電が発生する。 FIG. 5A is a diagram schematically showing the configuration of the discharge electrode portion 13A of the spark plug 13. As shown in FIG. The discharge electrode portion 13A includes a center electrode 131 and a ground electrode 132 made of a square bar bent in an L shape. The center electrode 131 is a positive electrode to which a high voltage (required voltage) is applied from an unillustrated ignition circuit, and is held by an insulator 133 that is an electrical insulator. The ground electrode 172 extends from a metal housing 134 that houses the center electrode 131 and the insulator 133. The ground electrode 172 is a negative electrode and is insulated from the center electrode 131 by the insulator 133. The tip of the ground electrode 172 protruding in an L shape faces the center electrode 171 with an interelectrode gap G serving as a discharge space. When the required voltage is applied to the center electrode 131, spark discharge occurs in the interelectrode gap G.

この放電電極部１３Ａの電極間ギャップＧにおいて火花放電を確実に発生させることが、燃焼室６内における安定的な燃焼のために重要であるが、燃焼室６内の環境条件によっては前記火花放電が良好に発生しない場合がある。例えば、着火前に筒内圧力が高くなり、結果として燃焼室６内における空気密度が高まり、電極間ギャップＧの絶縁抵抗が上昇することに起因にして、中心電極１３１と接地電極１７２との間に火花放電が発生しない場合が生じる。 Although it is important for the stable combustion in the combustion chamber 6 to generate a spark discharge in the inter-electrode gap G of the discharge electrode portion 13A, depending on the environmental conditions in the combustion chamber 6, the spark discharge is important. May not occur well. For example, the in-cylinder pressure is increased before ignition, resulting in an increase in the air density in the combustion chamber 6 and an increase in the insulation resistance of the gap G between the electrodes, resulting in a gap between the center electrode 131 and the ground electrode 172. In some cases, no spark discharge occurs.

本実施形態のエンジン本体１は、既述の通り、幾何学的圧縮比が１３以上となるような高圧縮比エンジンである。従って、燃焼室６内の混合気に着火される直前の圧縮行程後期には、混合気は高レベルに圧縮され、燃焼室６内の空気密度は非常に高くなる。このため、電極間ギャップＧの絶縁抵抗がより高くなり、より火花放電が発生しにくい環境条件となる。安定的な放電を確保するには、中心電極１３１に与える要求電圧を高くすれば良い。しかし、要求電圧を高くすると前記点火回路の負担がかかり、エネルギー消費量も多くなる。また、高電圧を印加された中心電極１３１及び接地電極１７２の、火花放電による損耗が激しくなるという問題も生じる。 As described above, the engine main body 1 of the present embodiment is a high compression ratio engine having a geometric compression ratio of 13 or more. Therefore, in the latter half of the compression stroke immediately before the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 is ignited, the air-fuel mixture is compressed to a high level, and the air density in the combustion chamber 6 becomes very high. For this reason, the insulation resistance of the gap G between electrodes becomes higher, and it becomes an environmental condition in which spark discharge is less likely to occur. In order to ensure stable discharge, the required voltage applied to the center electrode 131 may be increased. However, when the required voltage is increased, the ignition circuit is burdened and the energy consumption is increased. In addition, there is a problem that the center electrode 131 and the ground electrode 172 to which a high voltage is applied are significantly worn by spark discharge.

この問題に鑑み、本実施形態では、放電電極部１３Ａで火花放電を発生させる放電期間又はその直前の期間に、水噴射装置１７から放電電極部１３Ａへスポット的に水を噴射させる。図５（Ｂ）は、放電電極部１３Ａへの水噴射が実行された後の状態を示す図である。水噴射動作が実行されると、放電電極部１３Ａ及びその近傍の領域が噴霧水Ｗｍで覆われ、当該領域が水分の多い状態となる。これにより、電極間ギャップＧは水分リッチな状態となり、火花放電が発生し易い環境を形成することができる。すなわち、高電圧が印加された中心電極１３１−接地電極１７２間の空間（電極間ギャップＧ）に生じる水の電気分解によって水素イオン、水酸イオンが生成され（水素、酸素が生成され）、これらが電極間ギャップＧの放電性能を高めるようになる。このため、混合気が高圧縮された環境下でも、要求電圧を高くすることなく、放電電極部１３Ａにおいて火花放電を確実に発生させることができる。 In view of this problem, in the present embodiment, water is sprayed in a spot manner from the water ejection device 17 to the discharge electrode portion 13A during the discharge period in which spark discharge is generated in the discharge electrode portion 13A or in the period immediately before. FIG. 5B is a diagram showing a state after water injection to the discharge electrode portion 13A is executed. When the water jetting operation is executed, the discharge electrode portion 13A and the area in the vicinity thereof are covered with the spray water Wm, and the area is in a state where there is a lot of moisture. As a result, the inter-electrode gap G becomes rich in moisture, and an environment in which spark discharge is likely to occur can be formed. That is, hydrogen ions and hydroxide ions are generated (hydrogen and oxygen are generated) by electrolysis of water generated in the space (interelectrode gap G) between the center electrode 131 and the ground electrode 172 to which a high voltage is applied. Increases the discharge performance of the interelectrode gap G. For this reason, even in an environment where the air-fuel mixture is highly compressed, spark discharge can be reliably generated in the discharge electrode portion 13A without increasing the required voltage.

図６（Ａ）及び（Ｂ）は、放電電極部１３Ａへの水噴射の様子を示す上面視の平面図である。これらの図では、放電電極部１３Ａ及びインジェクタ１４のヘッド部１４Ａの位置が、丸印で簡易的に示されている。図６（Ａ）は、水噴射装置１７の先端部１７Ａから噴霧水Ｗｍが、放電電極部１３Ａを指向してコーン状に噴射されている状態を示している。前記放電期間又はその直前の期間は、ピストン５がＴＤＣ付近の位置にあり、筒内圧力が相当高い状態にある。このため、噴霧水Ｗｍを的確に放電電極部１３Ａへ至らせるためには、前記筒内圧力に打ち勝つ噴射圧で水噴射を実行する必要がある。例えば、筒内圧力が１３ＭＰａ程度であるならば、水噴射装置１７の噴射圧は１５ＭＰａ程度に設定することが望ましい。 6A and 6B are plan views in top view showing the state of water injection to the discharge electrode portion 13A. In these drawings, the positions of the discharge electrode portion 13A and the head portion 14A of the injector 14 are simply indicated by circles. FIG. 6A shows a state in which the spray water Wm is jetted in a cone shape from the tip portion 17A of the water jet device 17 toward the discharge electrode portion 13A. During the discharge period or the period immediately before it, the piston 5 is in the vicinity of the TDC, and the in-cylinder pressure is in a considerably high state. For this reason, in order to bring the spray water Wm accurately to the discharge electrode portion 13A, it is necessary to execute water injection at an injection pressure that overcomes the in-cylinder pressure. For example, if the in-cylinder pressure is about 13 MPa, it is desirable to set the injection pressure of the water injection device 17 to about 15 MPa.

図６（Ｂ）は、水噴射装置１７からの水噴射を終えた直後の状態を示している。先端部１７Ａから噴射された噴霧水Ｗｍは、放電電極部１３Ａ及びその近傍の領域において雲状となり、放電電極部１３Ａを取り囲むようになる。この状態に対応する側面図が図５（Ｂ）である。このように、燃焼室６内において放電電極部１３Ａの周辺領域だけが、噴霧水Ｗｍの存在によって局所的に水分が多い状態とされる。 FIG. 6B shows a state immediately after the water injection from the water injection device 17 is finished. The spray water Wm sprayed from the distal end portion 17A is cloud-like in the discharge electrode portion 13A and the vicinity thereof and surrounds the discharge electrode portion 13A. FIG. 5B shows a side view corresponding to this state. In this way, only the peripheral region of the discharge electrode portion 13A in the combustion chamber 6 is locally in a state where there is a lot of moisture due to the presence of the spray water Wm.

水噴射装置１７から噴射させる水の水温は、高温であることが望ましい。水温が低い水を放電電極部１３Ａに噴き当てた場合、セラミック材料からなる碍子１３３が急冷されることによって当該碍子１３３にクラックが入る懸念がある。また、低温水であると、燃焼室６内において気化に時間を要し、電極間ギャップＧに十分に霧化した水を介在させられない懸念もある。前記クラック及び気化の問題を解消する観点からは、水噴射装置１７から噴射させる水の水温は１００℃程度以上、特に１２０℃以上とすることが好ましい。 The temperature of the water jetted from the water jet device 17 is desirably high. When water having a low water temperature is sprayed on the discharge electrode portion 13A, there is a concern that the insulator 133 made of a ceramic material may be rapidly cooled to crack the insulator 133. Moreover, when it is low temperature water, it takes time for vaporization in the combustion chamber 6, and there is a concern that sufficiently atomized water cannot be interposed in the gap G between the electrodes. From the viewpoint of solving the problem of cracks and vaporization, the water temperature of the water jetted from the water jet device 17 is preferably about 100 ° C. or higher, particularly 120 ° C. or higher.

上記の水噴射は、エンジン本体１の運転時に常時実行させても良いが、燃焼室６内の空気量が相対的に多くなる運転条件のときだけに、前記水噴射を実行させるようにしても良い。例えば、理論空燃比よりも燃料が薄いリーン燃焼を行わせる場合には、燃焼室６内の空気量が相対的に多い状態となる。また、吸気の過給動作が実行される場合、圧縮された空気が燃焼室６へ送り込まれるので、やはり燃焼室６内の空気量が相対的に多い状態となる。これらの場合、圧縮時における空気密度の上昇により、電極間ギャップＧの絶縁抵抗がとりわけ増加することになるので、水噴射を実行させる利点が大きい。すなわち、放電電極部１３Ａにおける放電性能の低下を効果的に抑止することができる。 The above water injection may be performed at all times during the operation of the engine body 1, but the water injection may be performed only under an operating condition in which the amount of air in the combustion chamber 6 is relatively large. good. For example, when performing lean combustion in which the fuel is thinner than the stoichiometric air-fuel ratio, the amount of air in the combustion chamber 6 is relatively large. Further, when the intake air supercharging operation is executed, the compressed air is sent into the combustion chamber 6, so that the amount of air in the combustion chamber 6 is also relatively large. In these cases, the insulation resistance of the gap G between the electrodes increases particularly due to the increase of the air density during compression, so that the advantage of performing water injection is great. That is, it is possible to effectively suppress a decrease in discharge performance in the discharge electrode portion 13A.

図７は、エンジン本体１における燃料噴射、水噴射、強制着火のタイミング及び熱発生率ｄＱとの関係の一例を示すタイムチャートである。図７では、インジェクタ１４からの燃料噴射Ｆが、圧縮行程の中期に行われる例を示している。燃料噴射タイミングや噴射率（インジェクタ１４のリフト量）は、エンジン回転数やエンジン負荷等に応じて変更しても良い。例えば、圧縮行程において複数回に分けて燃料噴射を行わせる、或いは吸気行程に一部の燃料噴射を行わせるようにしても良い。 FIG. 7 is a time chart showing an example of the relationship between fuel injection, water injection, forced ignition timing and heat generation rate dQ in the engine body 1. FIG. 7 shows an example in which the fuel injection F from the injector 14 is performed in the middle of the compression stroke. The fuel injection timing and injection rate (lift amount of the injector 14) may be changed according to the engine speed, engine load, and the like. For example, the fuel injection may be performed in a plurality of times in the compression stroke, or a part of the fuel injection may be performed in the intake stroke.

着火制御部１０１は、圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも前のタイミングで燃焼室６内の混合気に強制着火するよう、点火プラグ１３を制御する。図７では、ＴＤＣよりも僅かに進角側のタイミングにおいて、強制着火（着火アシスト）が実行されている例を示している。水噴射制御部１０２は、点火プラグ１３による点火タイミングの直前の期間に、水噴射装置１７に水噴射Ｗを実行させている。これにより、電極間ギャップＧにおいて火花放電が生じる直前に、放電電極部１３Ａ及びその周辺を既に湿度が高い状態としておくことができる。 The ignition control unit 101 controls the ignition plug 13 so as to forcibly ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber 6 at a timing before the compression top dead center (TDC). FIG. 7 shows an example in which forced ignition (ignition assist) is executed at a timing slightly ahead of the TDC. The water injection control unit 102 causes the water injection device 17 to execute the water injection W in the period immediately before the ignition timing by the ignition plug 13. Thereby, immediately before a spark discharge occurs in the inter-electrode gap G, the discharge electrode portion 13A and the vicinity thereof can be already in a high humidity state.

なお、図７に示す水噴射Ｗのタイミングは一例であり、種々の噴射態様を取ることができる。例えば、電極間ギャップＧにおいて火花放電が起きることが予定されている放電期間に、水噴射Ｗを実行させても良い。或いは、点火タイミングを挟む前後期間、点火タイミングとその直前の所定タイミングに跨る期間を、水噴射Ｗの実行期間としても良い。 In addition, the timing of the water injection W shown in FIG. 7 is an example, and various injection modes can be taken. For example, the water jet W may be executed during a discharge period in which spark discharge is scheduled to occur in the interelectrode gap G. Alternatively, the period before and after the ignition timing and the period between the ignition timing and the predetermined timing immediately before the ignition timing may be set as the execution period of the water injection W.

［作用効果］
以上説明した本実施形態に係るガソリンエンジンによれば、放電電極部１３Ａでの放電期間又はその直前の期間に、水噴射装置１７から当該放電電極部１３Ａに水が噴射される。このため、当該期間において、放電電極部１３Ａの周辺は水分が多い状態となる。従って、例えば燃焼室６の筒内圧力が高い等の要因で放電電極部１３Ａにおいて火花放電が発生し難い環境下にあっても、当該放電電極部１３Ａの電極間ギャップＧに水分が介在することで、電極間ギャップＧにおいて火花放電が発生し易い状態を形成することができる。従って、放電電極部１３Ａにおいて火花放電を安定的に発生させることができる。 [Function and effect]
According to the gasoline engine according to the present embodiment described above, water is injected from the water injection device 17 to the discharge electrode portion 13A during the discharge period at the discharge electrode portion 13A or the period immediately before. For this reason, in the said period, the periphery of the discharge electrode part 13A will be in a state with much moisture. Therefore, even if the discharge electrode portion 13A is difficult to generate a spark discharge due to factors such as high in-cylinder pressure in the combustion chamber 6, moisture is present in the inter-electrode gap G of the discharge electrode portion 13A. Thus, a state in which spark discharge is likely to occur in the interelectrode gap G can be formed. Therefore, spark discharge can be stably generated in the discharge electrode portion 13A.

また、本実施形態は、幾何学的圧縮比が１３以上であるガソリンエンジンに好適に適用することができる。幾何学的圧縮比が１３以上となる高圧縮比のエンジンにおいては、点火プラグ１３が混合気に着火するタイミング（ＴＤＣ付近）では、混合気が高度に圧縮された状態となる。このため、燃焼室６における空気密度が高くなり、これに伴い電極間ギャップＧの絶縁抵抗も高くなり、放電性能が低下する。しかし、放電電極部１３Ａを指向した水噴射により、前記放電性能の低下を効果的に抑止することができる。 Moreover, this embodiment can be suitably applied to a gasoline engine having a geometric compression ratio of 13 or more. In an engine having a high compression ratio with a geometric compression ratio of 13 or more, the air-fuel mixture is highly compressed at the timing when the spark plug 13 ignites the air-fuel mixture (near TDC). For this reason, the air density in the combustion chamber 6 increases, and accordingly, the insulation resistance of the interelectrode gap G also increases, and the discharge performance decreases. However, the deterioration of the discharge performance can be effectively suppressed by water jet directed to the discharge electrode portion 13A.

［変形例］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を採ることができる。 [Modification]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, For example, the following modified embodiment can be taken.

（１）上記実施形態では、点火プラグ１３として、中心電極１３１と接地電極１３２との間に火花放電を発生させるタイプの点火プラグを例示した。点火プラグ１３は、各種の放電を行う放電電極を備えるものであれば良い。例えば、プラズマ放電を行う放電電極を備えたプラズマジェットプラグを、点火プラグ１３として用いても良い。 (1) In the above embodiment, as the spark plug 13, a spark plug of the type that generates a spark discharge between the center electrode 131 and the ground electrode 132 is illustrated. The spark plug 13 only needs to have a discharge electrode for performing various discharges. For example, a plasma jet plug including a discharge electrode that performs plasma discharge may be used as the spark plug 13.

（２）上記実施形態では、水噴射装置１７が、燃焼室６の側周壁から当該燃焼室６の径方向Ｂの中心を臨むように、シリンダヘッド４に取り付けられている例を示した。放電電極部１３Ａを指向して水噴射が行える限りにおいて、水噴射装置１７の配置には制限はない。例えば、水噴射装置１７（先端部１７Ａ）を燃焼室天井面６Ｕの適所に取り付けるようにしても良い。 (2) In the above embodiment, an example in which the water injection device 17 is attached to the cylinder head 4 so as to face the center in the radial direction B of the combustion chamber 6 from the side peripheral wall of the combustion chamber 6 has been described. As long as water can be jetted toward the discharge electrode portion 13A, the arrangement of the water jet device 17 is not limited. For example, you may make it attach the water injection apparatus 17 (tip part 17A) to the appropriate place of the combustion chamber ceiling surface 6U.

（３）上記実施形態では、水供給装置ＷＡとして、コンデンサ３２によって排気から回収した水を水噴射装置１７に供給する例を示した。これに代えて、ユーザーが補填可能なタンクから水を水噴射装置１７に供給する水供給装置としても良い。 (3) In the above-described embodiment, an example in which water collected from the exhaust by the condenser 32 is supplied to the water injection device 17 as the water supply device WA. Instead of this, a water supply device that supplies water to the water injection device 17 from a tank that can be filled by the user may be used.

１エンジン本体
２気筒
５ピストン
６燃焼室
１３点火プラグ
１３Ａ放電電極部
１４インジェクタ
１７水噴射装置
１０２水噴射制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine main body 2 Cylinder 5 Piston 6 Combustion chamber 13 Spark plug 13A Discharge electrode part 14 Injector 17 Water injection apparatus 102 Water injection control part

Claims

気筒及びピストンで区画され、少なくともガソリンを含む燃料を燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室内に放電電極部が配置された点火プラグと、
前記燃焼室内において、前記放電電極部を指向して１００℃以上の水温の水を噴射する水噴射装置と、
前記水噴射装置からの水噴射のタイミングを制御する水噴射制御部と、
前記燃焼室の天井面に取り付けられ、前記燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタと、
を備え、
前記ピストンが下死点にあるときの前記燃焼室の容積と、前記ピストンが上死点にあるときの前記燃焼室の容積との比である幾何学的圧縮比が１３以上であるガソリンエンジンにおいて、
前記ピストンの冠面には、前記燃焼室の径方向における中央領域に凹設されたキャビティが備えられ、
前記インジェクタは、複数の燃料噴射口を有するヘッド部が前記径方向の中心において前記燃焼室内に突出し、且つ、前記キャビティに向けて燃料を噴射するように、前記天井面に取り付けられ、
前記点火プラグは、気筒軸方向視において、前記放電電極部が前記ヘッド部と前記水噴射装置との間に位置するように配置され、
前記水噴射制御部は、前記インジェクタによる燃料噴射の後であって、前記放電電極部で放電が発生する放電期間、若しくは、前記放電期間の直前の期間に、前記水噴射を実行させる、ガソリンエンジン。 A combustion chamber that is partitioned by a cylinder and a piston and burns fuel including at least gasoline;
A spark plug having a discharge electrode portion disposed in the combustion chamber;
A water injection device for injecting water having a water temperature of 100 ° C. or higher in the combustion chamber toward the discharge electrode portion;
A water injection control unit for controlling the timing of water injection from the water injection device;
An injector attached to a ceiling surface of the combustion chamber and injecting fuel into the combustion chamber;
With
In a gasoline engine having a geometric compression ratio of 13 or more, which is a ratio of a volume of the combustion chamber when the piston is at bottom dead center and a volume of the combustion chamber when the piston is at top dead center ,
The crown surface of the piston is provided with a cavity recessed in a central region in the radial direction of the combustion chamber,
The injector is attached to the ceiling surface such that a head portion having a plurality of fuel injection ports protrudes into the combustion chamber at the center in the radial direction and injects fuel toward the cavity,
The spark plug is disposed so that the discharge electrode portion is located between the head portion and the water injection device in a cylinder axial view.
The water injection control unit causes the water injection to be executed after a fuel injection by the injector and during a discharge period in which a discharge occurs in the discharge electrode part or a period immediately before the discharge period. .

請求項１に記載のガソリンエンジンにおいて、
前記水噴射制御部は、空燃比が理論空燃比よりもリーンとなる運転条件のときに、前記水噴射を実行させる、ガソリンエンジン。 The gasoline engine according to claim 1 , wherein
The water injection control unit is a gasoline engine that causes the water injection to be executed under an operating condition in which the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio .