JP2001303956A - Internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine

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JP2001303956A
JP2001303956A JP2000128825A JP2000128825A JP2001303956A JP 2001303956 A JP2001303956 A JP 2001303956A JP 2000128825 A JP2000128825 A JP 2000128825A JP 2000128825 A JP2000128825 A JP 2000128825A JP 2001303956 A JP2001303956 A JP 2001303956A
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JP
Japan
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cylinder
air
internal combustion
combustion engine
burned gas
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Application number
JP2000128825A
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Japanese (ja)
Inventor
Michitaka Nakano
道王 中野
Yoshiyuki Mandokoro
良行 政所
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stably generate spontaneous ignition near the top dead center in an internal combustion engine using compression spontaneous ignition combustion of a combustible mixture. SOLUTION: At least in an initial stage of a compression stroke, the air and combusted gas in the cylinder constitute a state having a concentration distribution, and a strong turbulence is generated in the cylinder inside near the compression top dead center so that the agitation of the gas is accelerated to reduce the concentration distribution between the air and combusted gas in the cylinder. A squish part, which has an effect of the gas jetting in a part of a small interval toward the part of a wide interval in a compression stroke where the interval between a piston and the cylinder head is uneven in the top dead center, and the air flowing in a part of the wide interval into the part of the narrow interval in the expansion stroke, is arranged for generating the strong turbulence. The area of the squish part is set to not less than 25% and not more than 75% of the cylinder bore area and the interval of the squish in the top dead center is set to 3 mm or less.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮による可燃混
合気の自着火燃焼を利用する内燃機関に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an internal combustion engine utilizing self-ignition combustion of a combustible air-fuel mixture by compression.

【0002】[0002]

【従来の技術】内燃機関の熱効率の向上や有害排出物質
の低減を目的として、可燃混合気の自着火燃焼を利用す
る内燃機関の研究開発が進められている。例えば、希薄
混合気の圧縮自着火燃焼方式を採用する圧縮自着火式内
燃機関では、高い熱効率を得ると共に窒素酸化物の排出
濃度を数ppm以下に抑制できることが知られている。ま
た、ディーゼル機関の燃料噴射時期を従来より早めるこ
とで燃料の分散度を高めて広い領域で自着火燃焼を実現
する手法も提案されており、前記と同様の効果に加えス
モークの排出も低減できることが報告されている。
2. Description of the Related Art For the purpose of improving the thermal efficiency of an internal combustion engine and reducing harmful emissions, research and development of an internal combustion engine utilizing self-ignition combustion of a combustible air-fuel mixture have been promoted. For example, it is known that a compression ignition internal combustion engine that employs a compression ignition combustion method of a lean mixture can obtain high thermal efficiency and can suppress the emission concentration of nitrogen oxides to several ppm or less. In addition, a method has been proposed in which the fuel injection timing of a diesel engine is advanced earlier to increase the degree of dispersion of the fuel and realize auto-ignition combustion in a wide range, and in addition to the same effects as described above, smoke emission can be reduced. Have been reported.

【0003】しかし、これらの自着火燃焼を利用した内
燃機関では、その自着火の発生が混合気の反応性とピス
トン圧縮にともなう圧力と温度の上昇履歴に依存するた
め広い機関回転数や要求負荷の範囲で適切な着火時期を
維持するためには何らかの外的制御が必要であった。例
えば、広い機関回転数や要求負荷の範囲で適切な着火時
期を維持することを目的として、圧縮比可変システムに
よる圧縮温度の制御又は燃料性状の調節による自着火遅
れの制御又は既燃ガスを混合することによる混合気温度
と希釈率の調節などが提案され、いずれの手法も理論上
は着火時期を調節することができる。ここで、既燃ガス
とは、以前のサイクルで燃焼したガスを意味し、残留ガ
スや再循環された排気ガスを指す。
However, in such internal combustion engines utilizing self-ignition combustion, the occurrence of self-ignition depends on the reactivity of the air-fuel mixture and the history of pressure and temperature rise associated with piston compression. Some external control was required to maintain an appropriate ignition timing within the range. For example, in order to maintain an appropriate ignition timing over a wide range of engine speed and required load, control of compression temperature by a variable compression ratio system, control of self-ignition delay by adjusting fuel properties, or mixing of burned gas It is proposed to adjust the mixture temperature and the dilution ratio by performing the method, and any of the methods can theoretically adjust the ignition timing. Here, the burned gas means a gas burned in a previous cycle, and indicates a residual gas or a recirculated exhaust gas.

【0004】しかし、前記のいずれの手法も本質的に同
じ問題を有している。即ち、従来の火花点火式内燃機関
やディーゼル機関のように、燃焼の直前に燃焼の開始を
制御することができないことである。前記のいずれの手
法も、基本的には圧縮が開始される時点、つまり従来の
火花点火式内燃機関における火花点火時期やディーゼル
機関における噴射時期より極めて早期に制御が終了して
いなければならない。そのために、前記のいずれの手法
も実現においては精度の高い緻密な制御が必要となり実
現を困難とする問題の一つである。
[0004] However, both of the above approaches have essentially the same problem. That is, unlike the conventional spark ignition type internal combustion engine or diesel engine, the start of combustion cannot be controlled immediately before combustion. In any of the above methods, basically, the control must be completed at the time when compression is started, that is, much earlier than the spark ignition timing in a conventional spark ignition type internal combustion engine or the injection timing in a diesel engine. For this reason, any of the above-mentioned methods is one of the problems that require high-precision and precise control in realizing it, making it difficult to realize.

【0005】また、前記圧縮自着火式内燃機関において
は、可燃混合気中の燃料分子と酸素分子の化学反応が圧
縮による温度上昇とともに加速され、連鎖反応が極めて
急速に進行することで自着火燃焼に至る。そのため温度
が低下する過程において自着火を発生させるためには、
温度低下が開始される前の反応過程において形成された
連鎖反応の活性度が温度低下に伴う連鎖反応の抑制効果
によって自着火に至らないほど低下させられないように
高められていなければならない。
In the compression ignition type internal combustion engine, the chemical reaction between the fuel molecules and the oxygen molecules in the combustible mixture is accelerated as the temperature rises due to the compression, and the chain reaction proceeds extremely rapidly, so that the self ignition combustion Leads to. Therefore, in order to generate self-ignition in the process of decreasing the temperature,
The activity of the chain reaction formed in the reaction process before the start of the temperature drop must be increased so that the activity of the chain reaction caused by the temperature drop is not lowered so as not to cause auto-ignition.

【0006】しかし、このような条件を安定に確実に形
成することは容易ではなく、前記圧縮自着火式内燃機関
では膨張行程における自着火の開始を実現しようとして
も失火しやすく制御が容易ではないという問題がある。
既燃ガスを新規に供給された空気と混合し、自着火燃焼
を発生させる手法は、例えば特開平11-236833号公報で
開示されている。該発明は4ストロークサイクル式機関
に吸排気弁の開閉時期を変化させる手段を具備すること
で、混合気の温度と希釈の効果を調節し、適切な燃焼を
達成するものである。
[0006] However, it is not easy to stably and reliably form such conditions, and in the compression self-ignition type internal combustion engine, even if it is attempted to start self-ignition in the expansion stroke, misfire easily occurs and control is not easy. There is a problem.
A technique for mixing the burned gas with newly supplied air to generate self-ignition combustion is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-236833. According to the invention, a four-stroke cycle engine is provided with a means for changing the opening / closing timing of intake and exhaust valves, thereby adjusting the temperature of the air-fuel mixture and the effect of dilution to achieve appropriate combustion.

【0007】しかしながら、この手法は前記の圧縮比可
変システムによる圧縮温度の制御と前記の残留ガスや再
循環された排気ガスによる混合気温度と希釈率の調節を
組合せた構成であり、上記の本質的な自着火制御に関す
る問題を解決するものではない。
However, this method is a combination of the control of the compression temperature by the variable compression ratio system and the adjustment of the mixture temperature and the dilution ratio by the residual gas and the recirculated exhaust gas. It does not solve the problem related to typical self-ignition control.

【0008】また、2ストロークサイクル式内燃機関に
おいて、前サイクルのガスを残留させることで自着火燃
焼を誘発する手法として、ATAC(S. Ohnishi et al., "
Active Thermo-Atomosphere Combustion (ATAC) - A Ne
w Combsution Process for Internal Combustion Engin
es", SAE Paper 790501, (1979).)やAR燃焼(Y. Ishib
ashi et al., "A Low Pressure Pneumatic Direct Inje
ction Two-Stroke Engine by Activated Radical Combu
stion Concept", SAE paper 980757, (1998).)に代表
される手法が既に存在する。しかしながら、これらの従
来技術においても、掃気孔の閉じる時期を変化させるこ
とによりシリンダ内の残留ガスの割合を調節することと
有効圧縮比を変化させることにより自着火が制御されて
おり、上記の本質的な自着火制御に関する問題を解決す
るものではない。
In a two-stroke cycle internal combustion engine, ATAC (S. Ohnishi et al., "
Active Thermo-Atomosphere Combustion (ATAC)-A Ne
w Combsution Process for Internal Combustion Engin
es ", SAE Paper 790501, (1979).) and AR combustion (Y. Ishib
ashi et al., "A Low Pressure Pneumatic Direct Inje
ction Two-Stroke Engine by Activated Radical Combu
stion Concept ", SAE paper 980757, (1998).) However, even in these prior arts, the ratio of the residual gas in the cylinder is reduced by changing the timing of closing the scavenging holes. The self-ignition is controlled by adjusting and changing the effective compression ratio, and does not solve the above-mentioned problem relating to the essential self-ignition control.

【0009】また、これらに類する発明としては、既に
例えば特開昭54‐55208号公報などに見られる開示があ
るが、これらの発明は火花点火式の2ストロークサイク
ル式内燃機関における低・中負荷域での不安定な燃焼を
改善することを目的としており、本発明とは本質的に目
的が異なることに加え、高温の残留ガスと低温の新規混
合気との接触面で発生するラジカルによる自着火を利用
したものと説明されており、残留ガス自身が有するラジ
カル等を可燃混合気内に積極的に混合する思想を有して
いない。即ち、自着火を発生させるための意図的な行為
の実施が圧縮開始時点においてほぼ完了するという点で
は、前記従来技術の有する本質的な問題を何ら解決する
ものではない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-55208 discloses similar inventions, but these inventions relate to low- and medium-load spark-ignition two-stroke cycle internal combustion engines. The purpose of the present invention is to improve the unstable combustion in the region, which is essentially different from the present invention in addition to the self-radical generated at the contact surface between the high-temperature residual gas and the low-temperature new air-fuel mixture. It is described as utilizing ignition, and does not have a concept of positively mixing radicals or the like of the residual gas itself into a combustible air-fuel mixture. In other words, this does not solve the essential problem of the related art in that the intentional action for causing self-ignition is almost completed at the start of compression.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】可燃混合気の圧縮自着
火燃焼を一サイクルの燃焼過程の全部又は一部において
利用する内燃機関では、上死点近傍で安定に自着火を発
生させることが容易ではなく、早期着火や失火が発生し
やすい。本発明が解決しようとする課題は、前記可燃混
合気の圧縮自着火燃焼を利用した内燃機関に対して、上
死点近傍で安定に自着火を発生させることを容易する構
成を提供することにある。
In an internal combustion engine that utilizes the compression auto-ignition combustion of a combustible mixture in all or a part of the combustion process in one cycle, it is easy to stably generate auto-ignition near top dead center. Rather, early ignition and misfire are likely to occur. The problem to be solved by the present invention is to provide a configuration that facilitates stable self-ignition in the vicinity of top dead center for an internal combustion engine that uses compression auto-ignition combustion of the combustible mixture. is there.

【0011】以下に、図を用いて、上死点近傍で安定に
自着火を発生させることの必要性を説明する。図1は燃
焼開始クランク角が熱効率に及ぼす影響を数値計算によ
り求めた例を示す。熱効率が最大となる燃焼開始クラン
ク角は、燃焼期間が短いほど上死点に近づき、ほぼ瞬間
燃焼と言える燃焼期間1度の条件においては、上死点よ
り遅い時期、即ち膨張行程の極めて初期において燃焼を
開始することが高い熱効率を得るために重要であること
が理解できる。又、燃焼期間が短い条件ほど、高い熱効
率が得られることが理解できる。即ち、高効率を目的と
した内燃機関には、上死点近傍から燃焼を開始し、これ
を短時間で完了することが重要であることが理解でき
る。
Hereinafter, the necessity of stably generating auto-ignition near the top dead center will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example in which the influence of the combustion start crank angle on the thermal efficiency is obtained by numerical calculation. The combustion start crank angle at which the thermal efficiency becomes maximum approaches the top dead center as the combustion period is shorter, and under the condition of a combustion period of 1 degree which can be said to be almost instantaneous combustion, at a time later than the top dead center, that is, at the very beginning of the expansion stroke. It can be seen that starting combustion is important for obtaining high thermal efficiency. In addition, it can be understood that the shorter the combustion period, the higher the thermal efficiency can be obtained. That is, it can be understood that it is important for an internal combustion engine aimed at high efficiency to start combustion near the top dead center and complete the combustion in a short time.

【0012】一方、図1は燃焼開始クランク角の変動に
対する熱効率の変化の程度も示している。これによれ
ば、燃焼期間が長い条件(例えば燃焼期間50度クラン
ク角)ほど燃焼開始クランク角が変化しても熱効率の変
化は小さく、反対に燃焼期間が短い条件(例えば燃焼期
間1度クランク角)ほど燃焼開始クランク角が熱効率の
変化に与える影響が大きいことが分かる。即ち、内燃機
関の燃焼として高効率を目的とした短時間で完了する燃
焼を実現する場合には、早期着火による熱効率の低下を
防止することが重要となることが理解できる。これは、
例えば前記可燃混合気の圧縮自着火燃焼を利用した内燃
機関において、上死点近傍での安定な自着火の発生を実
現することの重要性を示すものである。
FIG. 1 also shows the degree of change in the thermal efficiency with respect to the change in the combustion start crank angle. According to this, when the combustion period is longer (e.g., a combustion period of 50 degrees crank angle), the change in the thermal efficiency is smaller even if the combustion start crank angle is changed. It can be seen that the effect of the combustion start crank angle on the change in the thermal efficiency is greater as the angle of combustion starts. That is, it can be understood that it is important to prevent a decrease in thermal efficiency due to early ignition when realizing combustion that is completed in a short time for high efficiency as combustion of the internal combustion engine. this is,
For example, it shows the importance of realizing stable self-ignition in the vicinity of top dead center in an internal combustion engine using the compression self-ignition combustion of the combustible mixture.

【0013】図2は、熱効率が最大となる燃焼開始クラ
ンク角に対する燃焼期間と空燃比(A/F)の関係を数値
計算により求めた例を示す。図1で示されたように、燃
焼期間を短縮するほど熱効率が最大となる燃焼開始クラ
ンク角が上死点近傍となる。燃焼期間を20度クランク
角以内として高効率な急速燃焼を実現すると仮定すれ
ば、熱効率が最大となる燃焼開始クランク角は上死点前
5度クランク角より遅い時期となり、又その範囲はA/F
の影響をほとんど受けないことがわかる。
FIG. 2 shows an example in which the relationship between the combustion period and the air-fuel ratio (A / F) with respect to the combustion start crank angle at which the thermal efficiency becomes maximum is obtained by numerical calculation. As shown in FIG. 1, the combustion start crank angle at which the thermal efficiency becomes maximum as the combustion period is shortened becomes near the top dead center. Assuming that the combustion period is within 20 ° crank angle to achieve high-efficiency rapid combustion, the combustion start crank angle at which the thermal efficiency becomes maximum is later than the 5 ° crank angle before top dead center, and the range is A / A. F
Is hardly affected by

【0014】即ち、これらの解析結果から、高効率を目
的とした内燃機関の燃焼においては、A/Fに関わらず、
短時間で完了する燃焼を上死点近傍で発生させることが
必要であると結論できる。
That is, from the results of these analyses, in combustion of an internal combustion engine aimed at high efficiency, regardless of A / F,
It can be concluded that it is necessary to make the combustion completed in a short time near the top dead center.

【0015】次に、前記可燃混合気の圧縮自着火燃焼を
利用した内燃機関において観察される自着火特性の結果
について示す。一般的に可燃混合気の圧縮自着火燃焼を
利用した内燃機関においては自着火時期を制御する実用
的な手法が確立されていない。ここでは、供給燃料量を
一定とした状態で、給気量(シリンダ内への新規空気の
供給量)と既燃ガスの割合を変化させて着火時期の変化
を検討した結果を示す。
Next, the results of the self-ignition characteristics observed in the internal combustion engine using the compression self-ignition combustion of the combustible mixture will be described. In general, a practical method for controlling the self-ignition timing has not been established in an internal combustion engine utilizing the compression self-ignition combustion of a combustible mixture. Here, the results of examining the change in the ignition timing by changing the supply amount (the amount of new air supplied into the cylinder) and the ratio of the burned gas while the supply fuel amount is kept constant are shown.

【0016】図3はエンジン実験から得られた代表的な
特性を示す。図3によれば、給気量を増大させることで
着火時期は単調に遅くなり、これはシリンダ内の既燃ガ
ス減少によるA/Fの希薄化と混合気温度の低下によるも
のと考えることができる。さらに給気量を増大させると
失火に至る。即ち、この特性は、前記可燃混合気の圧縮
自着火燃焼を利用した内燃機関において、給気量の変化
に対して着火時期が影響されやすいことを示しており、
特に上死点後での自着火発生は突然の失火を引き起こし
易いことを示すものでもある。
FIG. 3 shows typical characteristics obtained from an engine experiment. According to FIG. 3, the ignition timing is monotonously delayed by increasing the air supply amount, which may be considered to be due to the decrease in the A / F due to the decrease in the burned gas in the cylinder and the decrease in the mixture temperature. it can. Further increase in air supply will lead to misfire. That is, this characteristic indicates that, in the internal combustion engine using the compression ignition combustion of the combustible mixture, the ignition timing is easily affected by the change in the supply air amount,
In particular, the occurrence of self-ignition after TDC also indicates that sudden misfire is likely to occur.

【0017】そのため、窒素酸化物の低減や急激な燃焼
に伴う燃焼騒音(打音やノッキングに類似した音)の抑
制に効果を有する上死点後の燃焼開始を安定に実現する
ことが困難であると言える。
Therefore, it is difficult to stably realize the start of combustion after top dead center, which is effective in reducing nitrogen oxides and suppressing combustion noise (sound similar to knocking and knocking) due to rapid combustion. It can be said that there is.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項1に記
載のように、一サイクルの燃焼過程の全部又は一部にお
いて可燃混合気の自着火燃焼を発生させることを特徴と
する圧縮着火式又は火花点火式内燃機関であって、圧縮
行程の後期において該シリンダ内に既燃ガスの濃度が極
めて高い領域を有するとともに、該シリンダ内の圧縮上
死点近傍で該シリンダ内の気体に乱れが生じる構成とし
た内燃機関である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a compression ignition system in which self-ignition combustion of a combustible air-fuel mixture is generated in all or a part of a combustion process in one cycle. -Type or spark ignition type internal combustion engine, having a region in which the concentration of burned gas is extremely high in the cylinder at the latter stage of the compression stroke, and disturbing the gas in the cylinder near the compression top dead center in the cylinder. The internal combustion engine is configured to cause the following.

【0019】請求項2に記載の発明は、少なくとも圧縮
行程の初期においてシリンダ内に既燃ガスの濃度が極め
て高い領域を有するとともに、該シリンダに供給された
燃料が該既燃ガスの濃度が極めて高い領域の一部にのみ
存在する構成とした請求項1に記載の内燃機関である。
The invention according to claim 2 has a region in which the burned gas concentration is extremely high in the cylinder at least at the beginning of the compression stroke, and the fuel supplied to the cylinder has the burned gas concentration extremely low. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine is configured to be present only in a part of the high region.

【0020】請求項3に記載のお発明は、シリンダに供
給される空気が通過する通路内に燃料供給装置を具備す
るとともに、該シリンダ内に該空気と燃料と既燃ガスを
充填する際に該空気と該既燃ガスの混合が抑制される構
成とした請求項1または2の一に記載の内燃機関であ
る。
According to a third aspect of the present invention, a fuel supply device is provided in a passage through which air supplied to a cylinder passes, and when the air, fuel and burned gas are charged into the cylinder. 3. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the mixture of the air and the burned gas is suppressed.

【0021】請求項4に記載の発明は、シリンダ内に直
接に燃料噴霧を供給する燃料噴射弁を具備するととも
に、該シリンダ内に空気と既燃ガスを充填する際に該空
気と該既燃ガスの混合が抑制される構成とし、燃料供給
時点において前記燃料噴霧が少なくとも該既燃ガスの一
部分には混合されない構成とした請求項1または2の一
に記載の内燃機関である。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fuel injection valve for directly supplying fuel spray into a cylinder, and when the cylinder is filled with air and burned gas, the air and the burned gas are mixed. 3. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the mixture of gases is suppressed, and the fuel spray is not mixed with at least a part of the burned gas at the time of fuel supply.

【0022】請求項5に記載の発明は、既燃ガスとシリ
ンダ内に新規に供給された空気の圧縮行程中における体
積比を、該既燃ガスを3に対して該空気を7の比率を下
限とし、該既燃ガスの体積割合を前記比率以上とする請
求項1から4のいずれかの一に記載の内燃機関である。
According to a fifth aspect of the present invention, the volume ratio of the burned gas to the newly supplied air in the cylinder during the compression stroke is determined by the ratio of the burned gas to 3 and the air to 7. The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein a lower limit is set, and a volume ratio of the burned gas is equal to or higher than the ratio.

【0023】請求項6に記載の発明は、上死点において
燃焼室内の一部分に他の部分と比較して隙間が小さくな
るようにスキッシュ部を構成した請求項1から5のいず
れかの一に記載の内燃機関である。即ち、本発明は、前
記の強い乱れを生じさせるために、上死点におけるピス
トンとシリンダヘッドの間隙が不均一であって圧縮行程
においては間隙の小さい部分の気体が間隙の広い部分に
向けて噴出し、膨張行程においては間隙の広い部分の気
体が間隙の狭い部分に向かって流入する効果を有するス
キッシュ部を配置した構成である。
According to a sixth aspect of the present invention, the squish portion is configured such that a gap is reduced in a part of the combustion chamber at the top dead center as compared with other parts. An internal combustion engine as described. That is, in the present invention, in order to cause the above-mentioned strong turbulence, the gap between the piston and the cylinder head at the top dead center is not uniform, and in the compression stroke, the gas in the small gap portion is directed toward the wide gap portion. In the ejection and expansion strokes, a squish portion is provided which has an effect that gas in a wide gap portion flows into a narrow gap portion.

【0024】請求項7に記載の発明は、前記スキッシュ
部の面積をシリンダボア面積の25%以上75%以下に
するとともに、前記スキッシュ部の上死点における隙間
を3mm以下とする請求項6に記載の内燃機関である。
According to a seventh aspect of the present invention, the area of the squish portion is set to 25% or more and 75% or less of the cylinder bore area, and the gap at the top dead center of the squish portion is set to 3 mm or less. Internal combustion engine.

【0025】詳述すれば、本発明は、圧縮着火式又は火
花点火式内燃機関に対して、少なくとも圧縮行程の初期
においてシリンダ内の空気と既燃ガスが濃度の分布を有
する状態を構成するともに、圧縮上死点近傍で該シリン
ダ内に強い乱れを生じさせることで気体の攪拌を促進
し、該シリンダ内の空気と既燃ガスの濃度分布を低減す
ることで実現される。
More specifically, the present invention provides a compression ignition type or spark ignition type internal combustion engine in which the air and burned gas in the cylinder have a concentration distribution at least at the beginning of the compression stroke. This is realized by generating a strong turbulence in the cylinder near the compression top dead center to promote gas agitation and reducing the concentration distribution of air and burned gas in the cylinder.

【0026】図4に本発明が意図するシリンダ内の状態
を2ストロークサイクル式内燃機関を例に模式的に示
す。圧縮行程において新気と既燃ガスに分離された気体
は、上死点近傍で急速に混合され、これにより自着火燃
焼を生じる。燃焼及び膨張行程を経た後にガス交換過程
において既燃ガスの一部は排気され、代りに新気が給気
される。なお、実際のエンジンにおいては、図4に示す
ような明確な2領域の分布は達成されないこと、および
必ずしも上下に分割された分布である必要はないことは
当然である。
FIG. 4 schematically shows the state in the cylinder intended by the present invention, taking a two-stroke cycle type internal combustion engine as an example. The gas separated into fresh air and burned gas in the compression stroke is rapidly mixed near the top dead center, thereby causing auto-ignition combustion. After the combustion and expansion strokes, part of the burned gas is exhausted in the gas exchange process, and fresh air is supplied instead. It should be noted that in an actual engine, a clear distribution of two regions as shown in FIG. 4 is not achieved, and it is needless to say that the distribution is not necessarily divided vertically.

【0027】図5に本発明が意図するシリンダ内の状態
を4ストロークサイクル式内燃機関を例に模式的に示
す。圧縮行程において新気と既燃ガスに分離された気体
は、上死点近傍で急速に混合され、これにより自着火燃
焼を生じる。燃焼及び膨張行程を経た後に、既燃ガスの
一部を排気する短期間の排気を行い、その後は吸排気弁
を閉鎖した状態で無駄圧縮と無駄膨張を行う。シリンダ
内の圧力が十分に低下した後に吸気弁を開放し、新気を
シリンダ内に供給する。なお、実際のエンジンにおいて
は、図5に示すような明確な2領域の分布は達成されな
いこと、および必ずしも上下に分割された分布である必
要はないことは当然である。
FIG. 5 schematically shows the state in the cylinder intended by the present invention, taking a four-stroke cycle type internal combustion engine as an example. The gas separated into fresh air and burned gas in the compression stroke is rapidly mixed near the top dead center, thereby causing auto-ignition combustion. After the combustion and expansion strokes, a part of the burned gas is exhausted for a short period of time, and then waste compression and waste expansion are performed with the intake and exhaust valves closed. After the pressure in the cylinder has been sufficiently reduced, the intake valve is opened to supply fresh air into the cylinder. In an actual engine, it is natural that a clear distribution of two regions as shown in FIG. 5 is not achieved, and that the distribution does not necessarily need to be vertically divided.

【0028】また、4ストロークサイクル式内燃機関で
は、吸排気弁の開放時期を調節することにより、排気行
程において吸気通路または排気通路に排出した既燃ガス
を吸気行程で再度吸入することが可能であり、層状吸気
を行えば本発明が意図するシリンダ内の状態を構成する
ことができる。ただし、この場合には、既燃ガスの温度
が低下してしまうため、本発明が意図する既燃ガスによ
る自着火の促進効果が低下することに注意が必要とな
る。
In the four-stroke cycle internal combustion engine, by adjusting the opening timing of the intake and exhaust valves, the burned gas discharged to the intake passage or the exhaust passage in the exhaust stroke can be sucked in again in the intake stroke. Yes, if stratified intake is performed, the state in the cylinder intended by the present invention can be configured. However, in this case, since the temperature of the burned gas decreases, it is necessary to pay attention that the effect of promoting the self-ignition by the burned gas intended by the present invention is reduced.

【0029】[0029]

【発明の作用・効果】発明者らは、自着火燃焼が混合気
の反応性と温度により強く影響されることに加え、ラジ
カル(活性化学種)を加えることで促進されることに着
目した。ラジカルは化学反応の連鎖を促進する分子であ
り、自着火に至る酸化反応過程においても大量に発生す
る。通常、可燃混合気が高温雰囲気において自着火に至
る過程では、ラジカルは燃料分子と酸素分子との直接反
応などに代表される開始反応の生成物として発生し、こ
のラジカルがさらに燃料分子や酸素分子と反応すること
でラジカルを含む様々な分子を生成し、遂には極めて急
速に反応が進行し自着火へと至る。
The present inventors have paid attention to the fact that auto-ignition combustion is strongly influenced by the reactivity and temperature of the air-fuel mixture and is promoted by adding radicals (active chemical species). Radicals are molecules that promote the chain of chemical reactions, and are generated in large quantities in the oxidation reaction process leading to self-ignition. Usually, in the process in which a combustible mixture reaches self-ignition in a high-temperature atmosphere, radicals are generated as a product of an initiation reaction typified by a direct reaction between fuel molecules and oxygen molecules. By reacting with, various molecules including radicals are generated, and finally the reaction progresses very quickly, leading to auto-ignition.

【0030】例えば燃料分子として飽和炭化水素を考え
るとき、開始反応では該燃料分子中の水素原子が酸素分
子により引き抜かれ、燃料分子から水素原子が一つ欠落
したアルキルラジカルとHO2ラジカルが生成される。そ
の後、OHやHなど多くの種類のラジカルが反応の進行に
ともない生成され、これらは燃料分子やアルキルラジカ
ルなどとの反応を繰り返し、遂には急速な発熱を伴う自
着火燃焼を発現し、CO2やH2Oの濃度が極めて高い既燃ガ
スへと変化する。
For example, when considering a saturated hydrocarbon as a fuel molecule, in the initiation reaction, a hydrogen atom in the fuel molecule is extracted by an oxygen molecule, and an alkyl radical and a HO2 radical each having one hydrogen atom missing from the fuel molecule are generated. . After that, many types of radicals such as OH and H are generated with the progress of the reaction, and they repeat the reaction with fuel molecules and alkyl radicals, and finally express self-ignition combustion with rapid heat generation, CO2 and The concentration of H2O changes to extremely high burned gas.

【0031】前述のように、ラジカルは自着火過程を速
やかに進行させる効果を有する化学種と言え、圧縮自着
火燃焼ではラジカルは圧縮による温度上昇によって可燃
混合気内部で生成される。これに対して本発明では上死
点近傍において該可燃混合気に外部からラジカルに富ん
だ高温の気体を供給することで上死点近傍での安定した
自着火を実現するものである。
As described above, radicals can be said to be chemical species having the effect of promptly causing the self-ignition process to proceed. In the compression self-ignition combustion, the radicals are generated inside the combustible air-fuel mixture by the temperature rise due to compression. On the other hand, in the present invention, stable self-ignition near the top dead center is realized by supplying a high-temperature gas rich in radicals to the combustible air-fuel mixture from the outside near the top dead center.

【0032】本発明では、可燃混合気に供給するラジカ
ルを含む気体として既燃ガスを用いる。既燃ガスは一般
的に主要な発熱反応完了した気体であるが、温度が高い
ために反応が停止することはなく、常に生成と消失の反
応が繰り返され、これらの反応にはラジカルが関与して
いる。即ち、既燃ガスには多くのラジカルが含まれてい
ることになる。しかし、既燃ガス中の化学反応も温度が
低下すれば緩慢となり、ラジカル濃度も低減する。つま
り、ラジカルの供給源として既燃ガスを用いる際には、
その温度を高く保つことが重要となる。
In the present invention, a burned gas is used as a gas containing radicals to be supplied to the combustible mixture. Burned gas is generally a gas that has completed a major exothermic reaction, but its reaction does not stop because of its high temperature, and its generation and disappearance reactions are always repeated, and these reactions involve radicals. ing. That is, the burned gas contains many radicals. However, the chemical reaction in the burned gas becomes slower as the temperature decreases, and the radical concentration also decreases. In other words, when using burned gas as a source of radicals,
It is important to keep that temperature high.

【0033】シリンダ内に既念ガスを存在させること
は、例えば可変バルブタイミング機構を用いた残留ガス
の増大や、排気ガスの再循環(EGR)によるEGRガ
スの供給など従来の技術で実現できる。しかしながら、
これらの技術でシリンダ内に既燃ガスを存在させる場合
に、圧縮行程の早期までに新規に供給された空気と十分
に混合されれば、空気による冷却によりラジカル濃度が
極めて少なくなることに加え、シリンダ内の気体がほぼ
均一な組成となるために上死点近傍での乱れはラジカル
の供給にとって意味をなさない。
The existence of the gas in the cylinder can be realized by conventional techniques such as increasing the residual gas using a variable valve timing mechanism and supplying EGR gas by recirculating exhaust gas (EGR). However,
When the burned gas is made to exist in the cylinder by these techniques, if it is sufficiently mixed with the newly supplied air by the early stage of the compression stroke, the radical concentration becomes extremely small due to the cooling by the air, Since the gas in the cylinder has a substantially uniform composition, turbulence near the top dead center has no meaning for the supply of radicals.

【0034】そこで、少なくとも圧縮行程の初期におい
ては既燃ガスと空気がシリンダ内で分布を持って存在す
ることが重要となる。即ち、空気の濃度が高く比較的温
度の低い領域(以後、空気過剰領域と略す)と、既燃ガ
スの濃度が高く比較的温度の高い領域(以後、空気不足
領域と略す)を存在させることが重要となる。空気過剰
領域および空気不足領域の意図する状態は、図6に示さ
れている。
Therefore, it is important that the burned gas and air exist in the cylinder with distribution at least at the beginning of the compression stroke. That is, a region where the concentration of air is high and the temperature is relatively low (hereinafter abbreviated as air excess region) and a region where the concentration of the burned gas is high and the temperature is relatively high (hereinafter abbreviated as the air shortage region) exist. Is important. The intended states of the air-excess and air-deficient regions are shown in FIG.

【0035】前記空気不足領域は前記空気過剰領域より
温度が高いために圧縮行程におけるピストン圧縮にとも
なう温度上昇過程の温度が高いことに加え、多くのラジ
カルを含む既燃ガスの濃度が高いことから、高温且つラ
ジカルに富んだガス塊としてシリンダ内に偏在すること
ができる。
Since the temperature of the air-deficient region is higher than that of the air-excess region, the temperature of the temperature increasing process accompanying the compression of the piston in the compression stroke is high, and the concentration of burned gas containing many radicals is high. , Can be unevenly distributed in the cylinder as a high-temperature and radical-rich gas mass.

【0036】一方、前記空気過剰領域は前記空気不足領
域より温度が低いために圧縮行程におけるピストン圧縮
にともなう温度上昇過程の温度が低く、また既燃ガス濃
度が低いとともに温度も低いために圧縮行程初期のラジ
カルは少ない。
On the other hand, since the temperature of the excess air region is lower than that of the insufficient air region, the temperature in the temperature rise process accompanying the compression of the piston in the compression stroke is low. There are few initial radicals.

【0037】次に、シリンダ内に供給された燃料分子と
ラジカルの関係について考える。前記空気過剰領域に混
合された燃料分子は、前記の理由により既燃ガスに起因
するラジカルの影響をほとんど受けることなく圧縮され
る。これに対して前記の空気不足領域に混合された燃料
分子は気化潜熱により燃料分子が混合された領域の温度
を低下させ該領域のラジカルを減少させるため、酸素分
子とラジカルが乏しく温度も低下した領域を構成するこ
とになる。
Next, the relationship between the fuel molecules supplied into the cylinder and the radicals will be considered. The fuel molecules mixed in the excess air region are compressed for the above-mentioned reason without being substantially affected by radicals caused by the burned gas. On the other hand, the fuel molecules mixed in the air-deficient region decrease the temperature of the region where the fuel molecules are mixed by the latent heat of vaporization and reduce the radicals in the region. Will constitute the region.

【0038】つまり、少なくとも燃料がシリンダ内に供
給された直後においては燃料分子の存在箇所はラジカル
が少なく温度も比較的低い条件となる。そのため、燃料
分子の存在領域に関して本発明が必要とする要件は、少
なくとも圧縮行程初期において前記空気不足領域の全体
に燃料分子が分散し該空気不足領域全体のラジカルが減
少し温度が低下することを防止することにある。即ち、
空気だけでなく燃料分子の濃度も低い空気不足領域(以
後、既燃ガス過剰領域と略す)を形成することにある。
既燃ガス過剰領域の意図する状態は、図6に示されてい
る。
That is, at least immediately after the fuel is supplied into the cylinder, the location where the fuel molecules are present has a condition in which there are few radicals and the temperature is relatively low. Therefore, the requirement of the present invention regarding the region where the fuel molecules are present is that at least at the beginning of the compression stroke, the fuel molecules are dispersed throughout the air deficient region, radicals in the entire air deficient region are reduced, and the temperature is lowered. Is to prevent it. That is,
An object is to form an air-deficient region having a low concentration of fuel molecules as well as air (hereinafter abbreviated as a burned gas excess region).
The intended state of the burnt gas excess region is shown in FIG.

【0039】前記既燃ガス過剰領域には、前述のように
空気や燃料分子が乏しいことから圧縮行程において高い
温度とラジカルに富んだ状態を形成する。これに対し
て、燃料分子を含んだ空気過剰領域や空気不足領域(以
後、燃料供給領域と略す)では、圧縮行程における温度
上昇にともなって燃料分子の酸化反応が進行する。しか
し、該燃料供給領域の酸化反応が相対的に十分でない条
件、即ち例えば圧縮比が不充分である条件においては上
死点を過ぎても自着火燃焼が発生することができない。
従来技術においては失火に至る条件である。なお、燃料
供給領域の意図する状態は、図6に示されている。
In the burned gas excess region, as described above, since the air and fuel molecules are scarce, a high temperature and a state rich in radicals are formed in the compression stroke. On the other hand, in the air excess region or the air shortage region containing the fuel molecules (hereinafter, abbreviated as the fuel supply region), the oxidation reaction of the fuel molecules proceeds as the temperature increases in the compression stroke. However, under conditions where the oxidation reaction of the fuel supply region is relatively insufficient, that is, for example, when the compression ratio is insufficient, auto-ignition combustion cannot occur even after the top dead center.
In the prior art, this is a condition leading to misfire. The intended state of the fuel supply area is shown in FIG.

【0040】そこで、本発明では、前記既燃ガス過剰領
域が、上死点近傍でシリンダ内の他の領域と急速に混合
するように乱れを発生させる。この乱れによって高温で
ラジカルに富んだ気体が燃料供給領域に混合されること
で、少なくとも一部分の燃料分子の化学反応は加速され
自着火燃焼を発生する。シリンダ内で発生した該自着火
燃焼はシリンダ内の圧力を上昇させることで温度上昇を
引き起こす、この温度上昇が自着火寸前の状態であった
他の可燃混合気の自着火燃焼が速やかに発生し、さらに
シリンダ内の圧力を高める。この連鎖的な自着火燃焼に
より、従来技術においては失火に至る条件においても、
熱効率の高い短期間の燃焼完了が実現される。
Therefore, in the present invention, turbulence is generated so that the burned gas excess region rapidly mixes with other regions in the cylinder near the top dead center. Due to this turbulence, a high-temperature, radical-rich gas is mixed into the fuel supply region, so that the chemical reaction of at least a part of the fuel molecules is accelerated to generate auto-ignition combustion. The self-ignition combustion generated in the cylinder causes a temperature rise by increasing the pressure in the cylinder, and this self-ignition combustion of other combustible air-fuel mixture, which was on the verge of self-ignition, immediately occurred. , Further increase the pressure in the cylinder. Due to this chain self-ignition combustion, in the prior art, even under conditions that lead to misfire,
Short-term combustion completion with high thermal efficiency is realized.

【0041】本発明が請求するスキッシュ部とは、上記
の上死点近傍での乱れを発生させる効果を奏する。即
ち、圧縮行程後期において、該スキッシュ部近傍の気体
は間隙の急速な縮小により間隙の広い領域へと噴出す
る。また、膨張行程の初期においては、間隙の急速な拡
大により他の領域から急速な気体の流入が発生する。つ
まり、該スキッシュ部は上死点の前後においてシリンダ
内の気体を撹乱し前述のラジカルに富んだ高温の気体を
可燃混合気と混合することで、上死点近傍での自着火燃
焼の発生と速やかな完了を実現する効果を有する。
The squish portion claimed by the present invention has the effect of generating the turbulence near the top dead center. That is, in the latter half of the compression stroke, the gas in the vicinity of the squish portion is ejected to a wide area of the gap due to rapid reduction of the gap. Also, in the initial stage of the expansion stroke, rapid expansion of the gap causes rapid gas inflow from other regions. In other words, the squish portion disturbs the gas in the cylinder before and after the top dead center and mixes the above-described radical-rich high-temperature gas with the combustible air-fuel mixture to generate auto-ignition combustion near the top dead center. It has the effect of realizing quick completion.

【0042】図7は、本発明の意図するシリンダ内の状
態、即ち、少なくとも圧縮行程の初期においてシリンダ
内の空気と既燃ガスが濃度の分布を有する状態が、実際
のエンジンにおいて実現された場合の例を模式的に示す
ものである。図7は、吸気通路から可燃混合気が供給さ
れる構成を想定している。
FIG. 7 shows the case where the state in the cylinder intended by the present invention, that is, the state where the concentration of air and burned gas in the cylinder has a concentration distribution at least at the beginning of the compression stroke is realized in an actual engine. Is schematically shown. FIG. 7 assumes a configuration in which a combustible air-fuel mixture is supplied from an intake passage.

【0043】図8は、本発明の意図するシリンダ内の状
態の別の例を模式的に示すものである。シリンダ上部に
シリンダ内に直接に燃料を噴射する噴射弁を配置し、新
気と既燃ガスの境界付近に燃料噴霧が存在する形態を示
している。
FIG. 8 schematically shows another example of the state in the cylinder intended by the present invention. An injection valve for directly injecting fuel into the cylinder is disposed above the cylinder, and fuel spray is present near the boundary between fresh air and burned gas.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態】図9及び図10は本発明を給気過
給機とシリンダ内に直接燃料を供給する燃料噴射弁を備
えた頭上弁式2ストロークサイクル式内燃機関として実
現した例を示している。図9と図10を参照すると、1
は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッ
ド、4はピストン、5は燃焼室、6はシリンダ内に直接
燃料を噴射する電子制御式燃料噴射弁の取付位置、8は
給気弁、9は給気ポート、10は排気弁、11は排気ポ
ートを夫々示す。給気ポート9は対応する給気枝管12
を介してサージタンク13に連結され、サージタンク1
3は給気ダクト14及び給気過給機15及び給気ダクト
16を介してエアクリーナ17に接続される。給気過給
機15は電気モータ18により駆動される。
9 and 10 show an embodiment in which the present invention is realized as an overhead valve type two-stroke cycle type internal combustion engine equipped with a charge supercharger and a fuel injection valve for directly supplying fuel into a cylinder. Is shown. Referring to FIG. 9 and FIG.
Is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is a mounting position of an electronically controlled fuel injection valve for directly injecting fuel into a cylinder, 8 is a supply valve, 9 Denotes an air supply port, 10 denotes an exhaust valve, and 11 denotes an exhaust port. The air supply port 9 is connected to the corresponding air supply branch 12
Connected to the surge tank 13 via the
3 is connected to an air cleaner 17 via an air supply duct 14, an air supply supercharger 15, and an air supply duct 16. The supercharger 15 is driven by an electric motor 18.

【0045】一方、排気ポート11は排気マニホールド
19を介して排気ダクト20に連結される。ピストン4
のシリンダヘッド3に面した面において排気弁10の近
傍は上死点においてピストン4とシリンダヘッド3の空
隙が1.5mmとなるように成形されたスキッシュ部を形成
する。このスキッシュ部の面積は排気弁部分も含めると
ボア面積の約50%に相当するように構成される。
On the other hand, the exhaust port 11 is connected to an exhaust duct 20 via an exhaust manifold 19. Piston 4
A squish portion is formed near the exhaust valve 10 on the surface facing the cylinder head 3 so that the gap between the piston 4 and the cylinder head 3 is 1.5 mm at the top dead center. The area of the squish portion is configured to correspond to about 50% of the bore area including the exhaust valve portion.

【0046】電子制御ユニット50はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス51によって互いに接続さ
れたROM(リードオンリメモリ)52、RAM(ランダムア
クセスメモリ)53、CPU(マイクロプロセッサ)5
4、入力ポート55及び出力ポート56を具備する。ア
クセルペダルの踏込み量に比例した出力電圧を発生する
要求負荷センサ61の出力電圧は対応するA/D変換器5
7を介して入力ポート55に入力される。更に入力ポー
ト55にはクランクシャフトが例えば10°回転する毎
に出力パルスを発生するクランク角センサ62が接続さ
れる。クランク角センサの出力形態は、機関の回転数及
び各気筒のTDC及び噴射時期を算出又は表現できるもの
であれば良い。
The electronic control unit 50 is composed of a digital computer, and a ROM (read only memory) 52, a RAM (random access memory) 53, and a CPU (microprocessor) 5 connected to each other by a bidirectional bus 51.
4, an input port 55 and an output port 56 are provided. The output voltage of the required load sensor 61 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal is output from the corresponding A / D converter 5.
7 to the input port 55. Further, the input port 55 is connected to a crank angle sensor 62 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, by 10 °. The output form of the crank angle sensor may be any as long as it can calculate or express the rotational speed of the engine and the TDC and injection timing of each cylinder.

【0047】一方、出力ポート56は対応する駆動回路
58を介して給気過給機15を駆動する電気モータ18
及び電子制御式燃料噴射弁の取付位置6に設置される電
子制御式燃料噴射弁に接続される。
On the other hand, the output port 56 is connected to the electric motor 18 for driving the air-supercharger 15 via the corresponding drive circuit 58.
And an electronically controlled fuel injection valve installed at the mounting position 6 of the electronically controlled fuel injection valve.

【0048】図11に別の実施例を示す。この実施例に
おいて図10に示す実施例と同一の構成要素は同一の符
号で示す。図11の実施例では、燃料を給気に混合して
シリンダ内に供給する方式を採用している。そのため、
燃料噴射弁7は給気通路である給気ポート9内に配置さ
れる。
FIG. 11 shows another embodiment. In this embodiment, the same components as those in the embodiment shown in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals. The embodiment shown in FIG. 11 employs a system in which fuel is mixed with air supply and supplied into a cylinder. for that reason,
The fuel injection valve 7 is disposed in an air supply port 9 which is an air supply passage.

【0049】図12はエンジン実験で観察されたクラン
ク角に対する熱発生率の変化を示したものである。図1
2では、供給燃料量を固定し、給気量を変化させてい
る。そのため、給気量が増加するとA/Fは希薄になる。
上死点近傍で発生する強い撹乱により、空燃比の変化に
対しても上死点後での自着火が安定に実現されている。
FIG. 12 shows the change in the rate of heat release with respect to the crank angle observed in an engine experiment. FIG.
In No. 2, the supplied fuel amount is fixed, and the supplied air amount is changed. Therefore, when the air supply amount increases, the A / F becomes lean.
Due to the strong disturbance generated near the top dead center, self-ignition after the top dead center is stably realized even with a change in the air-fuel ratio.

【0050】図13には、スキッシュによる上死点近傍
での強い撹乱の効果が自着火の安定な発生に及ぼす効果
を示す。図13は、エンジン実験において、供給燃料量
を固定し給気量を変化させた場合の自着火発生時期につ
いて、相対給気量(上死点(TDC)で着火する給気量に
対する給気量の比)を横軸に比較したものである。図1
3のBはスキッシュによる上死点近傍での強い撹乱の効
果が十分でない場合の結果を示し、給気量の増大が容易
に失火を招くことが理解できる。図13のAは、スキッ
シュによる上死点近傍での強い撹乱の効果が十分である
条件の結果を示し、給気量の増大に対しても失火が発生
しにくく、本発明の請求する自着火燃焼が実現されてい
ることを示す。
FIG. 13 shows the effect of the strong turbulence near the top dead center caused by squish on the stable occurrence of self-ignition. FIG. 13 shows the relative ignition amount (supply amount with respect to the ignition amount at top dead center (TDC)) regarding the self-ignition occurrence timing when the supplied fuel amount is fixed and the supplied air amount is changed in the engine experiment. Is compared on the horizontal axis. FIG.
3B shows the result when the effect of strong turbulence near the top dead center by the squish is not sufficient, and it can be understood that an increase in the supplied air amount easily causes a misfire. FIG. 13A shows the result under the condition that the effect of strong turbulence near the top dead center by the squish is sufficient, and misfire is unlikely to occur even when the supply air amount is increased. Indicates that combustion has been achieved.

【0051】特に、失火に至るまでの着火時期の変化が
小さいことから、広い給気量の範囲で高効率な自着火燃
焼が実現されることが示されており、制御に対する余裕
が大きく過渡的な運転条件でも失火しにくいことが期待
できる。なお、本発明の意図する効果は、4ストローク
サイクル式内燃機関でも実現可能であり、また本発明の
技術的思想に逸脱しない範囲で種々の変形が可能である
ことは当然である。
In particular, since the change in the ignition timing before the misfire is small, it has been shown that highly efficient self-ignition combustion is realized in a wide range of air supply, and that there is a large margin for control and a transient. It can be expected that a misfire is unlikely to occur even under various operating conditions. It should be noted that the effects intended by the present invention can also be realized by a four-stroke cycle internal combustion engine, and it is obvious that various modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】燃焼開始クランク角及び燃焼期間と熱効率の関
係を数値シミュレーションで求めた線図である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between a combustion start crank angle, a combustion period, and thermal efficiency obtained by numerical simulation.

【図2】燃焼期間及び空燃比と熱効率が最大となる燃焼
開始クランク角の関係を数値シミュレーションで求めた
線図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a combustion period, an air-fuel ratio, and a combustion start crank angle at which thermal efficiency is maximized, obtained by numerical simulation.

【図3】給気量の変化に対する着火時期の変化を示す線
図である。
FIG. 3 is a diagram showing a change in ignition timing with respect to a change in air supply amount.

【図4】本発明が意図するシリンダ内の状態を示す模式
図である。
FIG. 4 is a schematic view showing a state in a cylinder intended by the present invention.

【図5】本発明が意図するシリンダ内の状態を示す模式
図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in a cylinder intended by the present invention.

【図6】本発明において実現されるシリンダ内の状態を
示す略語を定義する図である。
FIG. 6 is a diagram that defines abbreviations indicating states in a cylinder realized in the present invention.

【図7】本発明が実際のエンジンで実現される場合のシ
リンダ内の状態を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a state in a cylinder when the present invention is realized by an actual engine.

【図8】本発明が実際のエンジンで実現される場合のシ
リンダ内の状態を示す模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a state in a cylinder when the present invention is realized by an actual engine.

【図9】本発明が請求する2ストロークサイクル式内燃
機関の全体図である。
FIG. 9 is an overall view of a two-stroke cycle type internal combustion engine claimed by the present invention.

【図10】機関本体の側面断面図と燃焼室側から見たシ
リンダヘッド内面図である。
FIG. 10 is a side sectional view of an engine body and an inner view of a cylinder head as viewed from a combustion chamber side.

【図11】別の実施例を示す機関本体の側面断面図と燃
焼室側から見たシリンダヘッド内面図である。
FIG. 11 is a side sectional view of an engine body showing another embodiment and an inner view of a cylinder head viewed from a combustion chamber side.

【図12】本発明の効果を示す熱発生率の線図である。FIG. 12 is a diagram of a heat release rate showing the effect of the present invention.

【図13】本発明の効果を示す着火時期と給気量の関係
を示す線図である。本体の側面断面図と燃焼室側から見
たシリンダヘッド内面図である。
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the ignition timing and the amount of supplied air, which shows the effect of the present invention. FIG. 2 is a side cross-sectional view of a main body and an inner view of a cylinder head viewed from a combustion chamber side.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4…ピストン 5…燃焼室 6…シリンダ内に直接燃料を噴射する電子制御式燃料噴
射弁の取付位置 15…給気過給機
4 ... Piston 5 ... Combustion chamber 6 ... Mounting position of an electronically controlled fuel injection valve that injects fuel directly into the cylinder 15 ... Charge supercharger

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3G023 AA01 AA06 AB01 AB05 AC02 AC04 AD03 AD08 AD29 AF02 AF03 AG02 AG05 3G062 AA01 AA05 AA10 BA02 BA04 BA05 GA05 GA06 GA15 3G092 AA01 AA02 AA05 AA06 AA09 AA10 DA01 DA02 DA08 DC09 FA21 HD07X  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page F-term (reference)

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一サイクルの燃焼過程の全部又は一部に
おいて可燃混合気の自着火燃焼を発生させることを特徴
とする圧縮着火式又は火花点火式内燃機関であって、圧
縮行程の後期において該シリンダ内に既燃ガスの濃度が
極めて高い領域を有するとともに、該シリンダ内の圧縮
上死点近傍で該シリンダ内の気体に乱れが生じる構成と
したことを特徴とする内燃機関。
1. A compression ignition type or spark ignition type internal combustion engine characterized in that self-ignition combustion of a combustible air-fuel mixture is generated in all or part of a combustion process in one cycle. An internal combustion engine having a region in which a burned gas concentration is extremely high in a cylinder, and in which the gas in the cylinder is disturbed near a compression top dead center in the cylinder.
【請求項2】 少なくとも圧縮行程の初期においてシリ
ンダ内に既燃ガスの濃度が極めて高い領域を有するとと
もに、該シリンダに供給された燃料が該既燃ガスの濃度
が極めて高い領域の一部にのみ存在する構成とした請求
項1に記載の内燃機関。
2. At least at the beginning of the compression stroke, there is a region in the cylinder where the burned gas concentration is extremely high, and the fuel supplied to the cylinder is applied only to a part of the region where the burned gas concentration is extremely high. 2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the internal combustion engine is present.
【請求項3】 シリンダに供給される空気が通過する通
路内に燃料供給装置を具備するとともに、該シリンダ内
に該空気と燃料と既燃ガスを充填する際に該空気と該既
燃ガスの混合が抑制される構成とした請求項1または2
の一に記載の内燃機関。
3. A fuel supply device is provided in a passage through which air supplied to a cylinder passes, and when the air, fuel and burned gas are charged into the cylinder, the air and the burned gas are filled. 3. The method according to claim 1, wherein mixing is suppressed.
An internal combustion engine according to any one of the preceding claims.
【請求項4】 シリンダ内に直接に燃料噴霧を供給する
燃料噴射弁を具備するとともに、該シリンダ内に空気と
既燃ガスを充填する際に該空気と該既燃ガスの混合が抑
制される構成とし、燃料供給時点において前記燃料噴霧
が少なくとも該既燃ガスの一部分には混合されない構成
とした請求項1または2の一に記載の内燃機関。
4. A fuel injection valve for directly supplying fuel spray to a cylinder, and mixing of the air and the burned gas is suppressed when the cylinder is filled with air and burned gas. 3. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel spray is not mixed with at least a part of the burned gas at the time of fuel supply. 4.
【請求項5】 既燃ガスとシリンダ内に新規に供給され
た空気の圧縮行程中における体積比を、該既燃ガスを3
に対して該空気を7の比率を下限とし、該既燃ガスの体
積割合を前記比率以上とする請求項1から4のいずれか
の一に記載の内燃機関。
5. The volume ratio of the burned gas and air newly supplied into the cylinder during the compression stroke is determined by dividing the burned gas by 3
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the lower limit of the ratio of the air is 7 and the volume ratio of the burned gas is equal to or higher than the ratio.
【請求項6】 上死点において燃焼室内の一部分に他の
部分と比較して隙間が小さくなるようにスキッシュ部を
構成した請求項1から5のいずれかの一に記載の内燃機
関。
6. The internal combustion engine according to claim 1, wherein a squish portion is formed in a part of the combustion chamber at a top dead center so that a gap is smaller than that of another part.
【請求項7】 前記スキッシュ部の面積をシリンダボア
面積の25%以上75%以下にするとともに、前記スキ
ッシュ部の上死点における隙間を3mm以下とする請求項
6に記載の内燃機関。
7. The internal combustion engine according to claim 6, wherein the area of the squish portion is not less than 25% and not more than 75% of the cylinder bore area, and the gap at the top dead center of the squish portion is not more than 3 mm.
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