JP2006177254A - Combustion chamber structure for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の燃焼室構造に関し、特に、燃焼速度を向上させ、ノッキングの抑制効果が大きい内燃機関の燃焼室構造に関する。 The present invention relates to a combustion chamber structure for an internal combustion engine, and more particularly to a combustion chamber structure for an internal combustion engine that improves combustion speed and has a large knocking suppression effect.
燃焼室の概ね中央部で点火された混合気の燃焼は、燃焼室外縁部へと伝播していくが、その火炎伝播速度が不十分であると、高圧となった外縁部の混合気が自着火を起こし、ノッキングが発生する。ノッキングの発生を抑制するためには、点火時期の遅角や圧縮比の抑制を行なう必要があり、効率が悪化する。即ち、ノッキングの発生を理由として、点火時期を進角できず、又は圧縮比が上げられないことにより、性能が悪化する。 Combustion of the air-fuel mixture ignited in the central part of the combustion chamber propagates to the outer edge of the combustion chamber. However, if the flame propagation speed is insufficient, the air-fuel mixture at the outer edge that is at a high pressure is Ignites and knocks. In order to suppress the occurrence of knocking, it is necessary to retard the ignition timing and the compression ratio, and the efficiency deteriorates. That is, because of the occurrence of knocking, the ignition timing cannot be advanced or the compression ratio cannot be increased, so that the performance deteriorates.
発明協会の公開技法番号2003−502933(非特許文献1)には、3点点火方式において、1点は燃焼室中心に点火プラグを設け、2点はスキッシュ領域に点火プラグを設け、スキッシュ領域に配置された点火プラグの周囲には、環状の(360°開放された)空間が形成されている。 In the three-point ignition method, one point is provided with a spark plug in the center of the combustion chamber, two points are provided with a spark plug in the squish region, An annular space (opened by 360 °) is formed around the arranged spark plug.
特開平7−26961号公報(特許文献1)には、中央部に一つ、外周部に二つの点火プラグを備え、外周部の点火プラグをトーチとして外周部に沿って火炎を噴出させることにより、燃焼の早い時期に環状火炎を形成する技術が開示されている。この特許文献2において、外周部の点火プラグは、スキッシュ領域に設けられているわけではない。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-26961 (Patent Document 1) includes one spark plug at the center and two spark plugs at the outer periphery, and by injecting a flame along the outer periphery using the ignition plug at the outer periphery as a torch. A technique for forming an annular flame at an early stage of combustion is disclosed. In Patent Document 2, the spark plug at the outer peripheral portion is not provided in the squish region.
燃焼速度を向上させ、ノッキングの抑制効果が大きいことが望まれている。
多点点火とスキッシュによる乱れ強化の両立を図ることが望まれている。
It is desired that the combustion rate is improved and the effect of suppressing knocking is great.
It is desired to achieve both of multipoint ignition and turbulence enhancement by squish.
本発明の目的は、燃焼速度を向上させ、ノッキングの抑制効果が大きい内燃機関の燃焼室構造を提供することである。 An object of the present invention is to provide a combustion chamber structure of an internal combustion engine that improves combustion speed and has a large knocking suppression effect.
本発明の内燃機関の燃焼室構造は、内燃機関の燃焼室の周囲のスキッシュエリアに設けられた空間部と、前記空間部に配置された点火プラグと、前記空間部と前記燃焼室とを連通させる通路とを備えたことを特徴としている。 A combustion chamber structure of an internal combustion engine according to the present invention includes a space provided in a squish area around the combustion chamber of the internal combustion engine, a spark plug disposed in the space, and the space and the combustion chamber. It is characterized by having a passage to be made.
本発明の内燃機関の燃焼室構造において、前記点火プラグは、前記燃焼室を平面視して対象な位置に2つ設けられ、更に、前記燃焼室の概ね中央部に設けられた点火プラグを備えたことを特徴としている。 In the combustion chamber structure of the internal combustion engine according to the present invention, two ignition plugs are provided at target positions in plan view of the combustion chamber, and further includes an ignition plug provided at a substantially central portion of the combustion chamber. It is characterized by that.
本発明の内燃機関の燃焼室構造において、前記通路は、前記燃焼室の周方向に沿うように設けられていることを特徴としている。 In the combustion chamber structure of the internal combustion engine of the present invention, the passage is provided along the circumferential direction of the combustion chamber.
本発明の内燃機関の燃焼室構造において、前記概ね中央部に設けられた点火プラグに比べて、前記スキッシュエリアの前記空間部に配置された点火プラグは、遅れたタイミングで点火されることを特徴としている。 In the combustion chamber structure of the internal combustion engine according to the present invention, the spark plug disposed in the space portion of the squish area is ignited at a delayed timing as compared with the spark plug provided in the substantially central portion. It is said.
本発明の内燃機関の燃焼室構造において、前記内燃機関は、成層運転モードを有する筒内直噴エンジンであり、前記成層運転モードのときには、前記概ね中央部に設けられた点火プラグのみが点火されることを特徴としている。 In the combustion chamber structure of the internal combustion engine of the present invention, the internal combustion engine is an in-cylinder direct injection engine having a stratified operation mode. In the stratified operation mode, only the ignition plug provided at the substantially central portion is ignited. It is characterized by that.
本発明の内燃機関の燃焼室構造において、前記内燃機関は、成層運転モードを有する筒内直噴エンジンであり、ピストンの頂面において、前記概ね中央部に設けられた点火プラグと、前記スキッシュエリアの前記空間部に配置された点火プラグにそれぞれ対応する位置には、成層運転モードのときに燃焼が噴射されるキャビティが形成され、前記通路は、前記概ね中央部に設けられた点火プラグに向くように設けられていることを特徴としている。 In the combustion chamber structure of the internal combustion engine of the present invention, the internal combustion engine is an in-cylinder direct injection engine having a stratified operation mode, and a spark plug provided in the substantially central portion on the top surface of the piston, and the squish area Cavities into which combustion is injected in the stratified operation mode are formed at positions corresponding to the spark plugs disposed in the space, and the passage is directed to the spark plug provided in the substantially central portion. It is characterized by being provided as follows.
本発明の内燃機関の燃焼室構造によれば、燃焼速度を向上させることができ、ノッキングの抑制効果が大きい。 According to the combustion chamber structure of the internal combustion engine of the present invention, the combustion speed can be improved and the effect of suppressing knocking is great.
以下、本発明の内燃機関の燃焼室構造の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a combustion chamber structure of an internal combustion engine of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1及び図2を参照して、第1実施形態について説明する。図1は、燃焼室を下面側から見た図である。図2は、図1のA−A断面図である。図1において、符号10は燃焼室、11はシリンダボア、12はスキッシュ領域、13は排気弁、14は吸気弁、15〜17は第1〜第3点火プラグである。図2において、符号100はピストンであり、100aはピストン頂面、200はシリンダヘッドである。
(First embodiment)
The first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a view of the combustion chamber as seen from the lower surface side. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. In FIG. 1,
本実施形態では、点火プラグが3点設けられている(符号15〜17)。1点の第1点火プラグ15は、概ね中央部に設けられ、残りの2点の第2及び第3点火プラグ16,17は、燃焼室10の外縁部の排気弁13と吸気弁14の間に設けられている。符号12に示すように、燃焼室10の周囲にはスキッシュ領域が設けられている。
In this embodiment, three spark plugs are provided (
図1及び図2に示すように、第2及び第3点火プラグ16,17の周辺には、空間21,22が設けられている。上記空間21,22と燃焼室10とを結ぶ管状領域23,24が設けられている。図2は、ピストン100が上死点近傍にある状態を示しており、このときに、ピストン100の頂面100aとシリンダヘッド200に形成された凹部201,202との間に、管状領域23,24を残して、空間21,22が形成される。管状領域23,24は、図1に示すように、燃焼室10の周方向に沿うように、言い換えれば、シリンダボア11の径方向の仮想線分(中心線)Lから所定角度を持つように傾けて設置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2,
上記第1実施形態によれば、点火が行なわれると、第1点火プラグ15からは通常の火炎伝播が広がり、第2及び第3点火プラグ16,17からは初期にプラグ周りの空間21,22の圧力が高まり、燃焼した、又は燃焼中の高温のガスが管状領域23,24を通って燃焼室10内に噴き出す。
According to the first embodiment, when ignition is performed, normal flame propagation spreads from the
管状領域23,24を通って燃焼室10室内に噴き出されたガスは、第1点火プラグ15から離れた外周部分の混合気を燃焼させると同時に、周方向の旋回流を作ることにより、燃焼速度を速める。これにより、ノッキングが抑制され、点火時期の進角や高圧縮比化が可能となり、性能が向上する。
The gas blown into the
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。
第2実施形態において、上記第1実施形態と共通する部分についての説明は省略する(以下の実施形態についても同様)。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.
In the second embodiment, description of portions common to the first embodiment is omitted (the same applies to the following embodiments).
上記第1実施形態の構成において、点火が上記第1、第2及び第3点火プラグ15〜17において同時に行なわれると、上記のようにノッキングが抑制されるため、点火時期の進角が可能となる。ところが、点火時期が進角されると、ピストンが相対的に下方位置にあるときに点火が行なわれるため、スキッシュ領域12に隙間が多くなり、管状領域23,24からの噴き出しが弱くなる。その結果、ノッキングの抑制効果が弱まることになり、このことを理由として、点火時期の進角を十分に行なうことができないことがある。
In the configuration of the first embodiment, if ignition is performed simultaneously in the first, second, and
そこで、第2実施形態では、第1点火プラグ15の点火は、MBTのタイミングで行い、第2及び第3点火プラグ16,17の点火タイミングを遅らせて、スキッシュ領域12が十分に狭くなるピストンのTDC付近で点火を行なう。
Therefore, in the second embodiment, the ignition of the
上記のように、点火タイミングをずらすことにより、第2及び第3点火プラグ16,17によりノッキング抑制効果を保持しつつ、第1点火プラグ15により効率的なタイミングで火炎伝播が開始される。
As described above, by shifting the ignition timing, flame propagation is started at an efficient timing by the
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described.
上記第1実施形態の構成を成層運転モードを持つ筒内直噴エンジンに適用した場合、ピストンの概ね中央部にピストンキャビティにある混合気(成層混合気)に点火可能なのは
、第1点火プラグ15のみであり、第2及び第3点火プラグ16,17の点火は無駄となる。
When the configuration of the first embodiment is applied to an in-cylinder direct injection engine having a stratified operation mode, the
そこで、第3実施形態では、上記第1実施形態の構成を成層運転モードを持つ筒内直噴エンジンに適用した場合に、均質運転モードと成層運転モードで点火プラグ15〜17の点火の有無を変更する。即ち、均質運転モードでは、第1、第2及び第3点火プラグ15〜17による点火を行い、成層運転モードでは、第1点火プラグ15のみによる点火を行なう。
Therefore, in the third embodiment, when the configuration of the first embodiment is applied to an in-cylinder direct injection engine having a stratified operation mode, whether or not the
上記のように、成層運転時に無意味な点火を止めることにより、点火エネルギーを減少させることができ、燃費の向上につながる。 As described above, by stopping the meaningless ignition during the stratified operation, the ignition energy can be reduced, which leads to an improvement in fuel consumption.
(第4実施形態)
次に、図3及び図4を参照して、第4実施形態について説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
図3は、燃焼室を下面側から見た図である。図4は、ピストンを上面から見た図である。第4実施形態では、上記第3実施形態と同様に、上記第1実施形態の構成を成層運転モードを持つ筒内直噴エンジンに適用した場合についてである。但し、図3に示すように、第3実施形態では、図1における管状領域23,24と異なり、管状領域25,26は、第1点火プラグ15に向くように設ける。
FIG. 3 is a view of the combustion chamber as seen from the lower surface side. FIG. 4 is a view of the piston as viewed from above. In the fourth embodiment, as in the third embodiment, the configuration of the first embodiment is applied to an in-cylinder direct injection engine having a stratified operation mode. However, as shown in FIG. 3, in the third embodiment, unlike the
図4に示すように、ピストン30の頂面には、第1〜第3点火プラグ15〜17にそれぞれ対応する位置に、第1〜第3キャビティ31〜33が設けられている。第1点火プラグ15に対応するように設けられた第1キャビティ31は、通常の成層燃焼用であり、第2及び第3点火プラグ16,17にそれぞれ対応するように設けられた第2及び第3キャビティ32,33は、燃焼ガスを管状領域25,26から噴き出させるためのものである。なお、符号28はインジェクタを示しており、符号34はバルブリセスをそれぞれ示している。
As shown in FIG. 4, first to third cavities 31 to 33 are provided on the top surface of the
インジェクタ28は、3つ以上の孔を有し、成層燃焼用の燃料41を第1キャビティ31に向けて噴射するとともに、管状領域25,26からの燃焼ガスの噴き出し用の燃料42,43を第2及び第3キャビティ32,33に向けて噴射する。
The
第4実施形態によれば、第2及び第3キャビティ32,33に供給された燃料42,43が、第2及び第3点火プラグ16,17の点火によって燃焼し、管状領域25,26から燃焼ガスが噴き出す。これにより、第1キャビティ31内の混合気の燃焼が早まり、効率が高まることにより燃費が向上する。
According to the fourth embodiment, the
(第5実施形態)
図5から図8を参照して、第5実施形態について説明する。
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment will be described with reference to FIGS.
燃焼速度向上の手段として、多点点火による火炎伝播距離の短縮とスキッシュによる乱れ強化があるが、両者を同時に実現することは非常に困難である。強力なスキッシュを得ようとする場合、図9に示すように、ハッチングで示したボア外周部をスキッシュエリア51とする必要があるが、このハッチング領域をスキッシュエリアとすると、点火プラグに残されたスペースは、中央部しか無くなる。
As means for improving the combustion speed, there are shortening of the flame propagation distance by multipoint ignition and turbulence strengthening by squish, but it is very difficult to realize both at the same time. When trying to obtain a strong squish, as shown in FIG. 9, it is necessary to make the outer periphery of the bore shown by hatching the
図5は、第5実施形態の燃焼室を下面側から見た図であり、図6は、図5のA−A線断面図であり、図7は、図5のB−B線断面図であり、図8は、第5実施形態の要部の拡大図である。 5 is a view of the combustion chamber of the fifth embodiment viewed from the lower surface side, FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 8 is an enlarged view of a main part of the fifth embodiment.
図5から図8に示すように、スキッシュエリア52を減少させずに点火プラグを複数配置する方法として、スキッシュエリア52の上部のシリンダヘッド60にキャビティ53を設け、そのキャビティ53の中に点火プラグ54が収容されている。キャビティ53は、壁部55によって仕切られており、その壁部55の一部に開口部56が形成されている。キャビティ53と燃焼室10との連通は、スキッシュ部52から燃焼室10の天井面10aに繋がる壁部分に設けられた開口部56を介して行なわれる。図6において、矢印Y1は、火炎噴出方向を示しており、図6及び図8において、符号61は、ピストンの頂面を示している。
As shown in FIGS. 5 to 8, as a method of arranging a plurality of spark plugs without reducing the
図8に示すように、キャビティ53は、シリンダヘッド60の内部において壁部55で囲まれた空間として設けられ、その空間の内部に点火プラグ54が収容されている。壁部55のうち燃焼室10の中央部に対向する面に開口部56が形成されている(図5参照)。燃焼室10の中央部に対向する面にのみ開口部56が形成されているため、キャビティ53内で点火プラグ54により点火が行なわれると、開口部56から勢いよく火炎が噴出する。
As shown in FIG. 8, the
シリンダヘッド60の燃焼室10のスキッシュエリア52に燃焼室10の中央に向け開口部56を持つキャビティ53を設け、そのキャビティ53内に点火することで、キャビティ53から噴出する火炎とスキッシュ流が一体となり、非常に強い乱れが生成され、燃焼速度が向上する。
A
図6、図8及び図2に示すように、第3実施形態(図6、図8)では、点火プラグ54を収容するキャビティ53は、壁部55のみによって、言い換えればシリンダヘッド60側のみによって、形成されている。これに対して、上記第1実施形態(図2)では、ピストン100の頂面100aとシリンダヘッド200の凹部201,202によって、空間21,22及び管状領域23,24が形成されている。
As shown in FIGS. 6, 8, and 2, in the third embodiment (FIGS. 6 and 8), the
このことから、空間21,22又はキャビティ53にすす(デポジット)がたまった場合には、上記第1実施形態の構成の方が空間21,22の下方が開放されている(ピスト100が下方位置にあるとき)という点において、すすを取り除き易いという長所がある。一方、図6及び図8に示すように、第3実施形態では、ピストンの上昇によって、ピストンの頂面61と壁部55の下面との間は、スキッシュ流が発生する程度の圧縮空間となるという長所がある。
From this, when soot (deposit) is accumulated in the
また、第3実施形態は、キャビティ53の下面が壁部55によって構成されている(ピストンの頂面61をキャビティ53の構成要素としていない)ため、ピストンの位置によらず、どのようなタイミングでも火炎を開口部56から噴き出せることができる。
Further, in the third embodiment, the lower surface of the
以上述べたように、第5実施形態によれば、多点点火54,54と大きなスキッシュエリア52の両立が可能となる。加えて、点火プラグ54が収まるキャビティ53からは、トーチ状の火炎噴出が発生し、その方向はスキッシュ流の方向と一致するため、より強力な乱れ付加効果が発揮される。
As described above, according to the fifth embodiment, both the
キャビティ53から噴出する火炎の流速は非常に速いため、開口部56での冷却損失増加及び開口部56の磨耗が発生し易い。これを防止するために、点火プラグ54の先端部が収まる部分(キャビティ53)に、副室式ディーゼルエンジンと同様に、セラミックス製インサートを挿入する。即ち、キャビティ53を形成する壁部55は、熱伝導率の低いセラミックス製とすることにより、火炎噴出時の冷却損失増大と開口部56の磨耗を抑制する。
Since the flow velocity of the flame ejected from the
10 燃焼室
11 シリンダボア
12 スキッシュ領域
13 排気弁
14 吸気弁
15 第1点火プラグ
16 第2点火プラグ
17 第3点火プラグ
21 空間
22 空間
23 管状領域
24 管状領域
28 インジェクタ
30 ピストン
31 第1キャビティ
32 第2キャビティ
33 第3キャビティ
34 バルブリセス
41 成層燃焼用の燃料
42,43 燃焼ガスの噴き出し用の燃料
51 スキッシュエリア
52 スキッシュエリア
53 キャビティ
54 点火プラグ
55 壁部
56 開口部
60 シリンダヘッド
61 ピストンの頂面
100 ピストン
100a ピストン頂面
200 シリンダヘッド
201 凹部
202 凹部
L 仮想線分
Y1 火炎噴出方向
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記空間部に配置された点火プラグと、
前記空間部と前記燃焼室とを連通させる通路と
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。 A space provided in a squish area around the combustion chamber of the internal combustion engine;
A spark plug disposed in the space;
A combustion chamber structure for an internal combustion engine, comprising: a passage for communicating the space and the combustion chamber.
前記点火プラグは、前記燃焼室を平面視して対象な位置に2つ設けられ、
更に、
前記燃焼室の概ね中央部に設けられた点火プラグを備えた
ことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。 The combustion chamber structure of the internal combustion engine according to claim 1,
Two spark plugs are provided at target positions in plan view of the combustion chamber,
Furthermore,
A combustion chamber structure for an internal combustion engine, comprising an ignition plug provided at a substantially central portion of the combustion chamber.
前記通路は、前記燃焼室の周方向に沿うように設けられている
ことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。 In the combustion chamber structure of the internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The combustion chamber structure for an internal combustion engine, wherein the passage is provided along a circumferential direction of the combustion chamber.
前記概ね中央部に設けられた点火プラグに比べて、前記スキッシュエリアの前記空間部に配置された点火プラグは、遅れたタイミングで点火される
ことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。 In the combustion chamber structure of the internal combustion engine according to claim 2,
A combustion chamber structure of an internal combustion engine, wherein the ignition plug disposed in the space portion of the squish area is ignited at a delayed timing as compared with the ignition plug provided in the substantially central portion.
前記内燃機関は、成層運転モードを有する筒内直噴エンジンであり、
前記成層運転モードのときには、前記概ね中央部に設けられた点火プラグのみが点火される
ことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。 The combustion chamber structure of the internal combustion engine according to claim 2 or 4,
The internal combustion engine is an in-cylinder direct injection engine having a stratified operation mode,
In the stratified operation mode, only the ignition plug provided at the substantially central portion is ignited.
前記内燃機関は、成層運転モードを有する筒内直噴エンジンであり、
ピストンの頂面において、前記概ね中央部に設けられた点火プラグと、前記スキッシュエリアの前記空間部に配置された点火プラグにそれぞれ対応する位置には、成層運転モードのときに燃焼が噴射されるキャビティが形成され、
前記通路は、前記概ね中央部に設けられた点火プラグに向くように設けられている
ことを特徴とする内燃機関の燃焼室構造。 The combustion chamber structure of the internal combustion engine according to claim 2 or 4,
The internal combustion engine is an in-cylinder direct injection engine having a stratified operation mode,
Combustion is injected in the stratified operation mode at positions corresponding to the spark plug provided in the substantially central portion and the spark plug disposed in the space portion of the squish area on the top surface of the piston. A cavity is formed,
The combustion chamber structure of an internal combustion engine, wherein the passage is provided so as to face the spark plug provided in the substantially central portion.
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