JP2006299851A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空気と燃料とを含む混合気を燃焼室内に形成し、その混合気を点火プラグが発生する火花により点火して燃焼させる火花点火方式による運転を行う内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine that operates in a spark ignition system in which an air-fuel mixture including air and fuel is formed in a combustion chamber, and the air-fuel mixture is ignited by a spark generated by an ignition plug and burned.
従来から、内燃機関の燃焼室において燃焼に供される混合気に含まれる燃料の空間的分布密度(燃料密度)が点火プラグの近傍の領域にて他の領域より高くなるように成層混合気を形成し、同形成された成層混合気を点火プラグが発生する火花により点火して燃焼させる(火花点火燃焼させる)成層火花点火方式による運転(成層火花点火運転)を行う内燃機関が知られている(特許文献1を参照。)。
この従来の内燃機関は、成層火花点火運転を行うことにより、未燃のまま排出される燃料の量を、燃料密度が空間的に一様な均質混合気を形成し同形成された均質混合気を火花点火燃焼させる均質火花点火方式による運転(均質火花点火運転)を行う場合に比較して減少させることができる。従って、この内燃機関によれば、混合気に含まれる燃料のうちのより多くの燃料を燃焼させることができるので、燃料消費率(燃費)を良好にすることができる。 In this conventional internal combustion engine, by performing a stratified spark ignition operation, the amount of fuel that is discharged unburned is changed to form a homogeneous mixture with a uniform fuel density and a uniform fuel density. Can be reduced as compared with the case of performing the operation by the homogeneous spark ignition system (homogeneous spark ignition operation) in which spark ignition is performed. Therefore, according to this internal combustion engine, more of the fuel contained in the air-fuel mixture can be burned, so that the fuel consumption rate (fuel consumption) can be improved.
しかしながら、内燃機関の負荷が極めて小さい極軽負荷であるとき(極軽負荷運転時)は、燃焼に供される混合気に含まれる燃料の量が少ない。このため、点火プラグが火花を発生する時点における点火プラグの近傍の燃料密度は減少する。その結果、点火プラグが火花を発生しても混合気が適正に点火されない場合があり、極軽負荷運転領域にて安定した成層火花点火運転を行うことができないという問題があった。 However, when the load of the internal combustion engine is an extremely light load (during extremely light load operation), the amount of fuel contained in the mixture supplied for combustion is small. For this reason, the fuel density in the vicinity of the spark plug decreases when the spark plug generates a spark. As a result, even if the spark plug generates sparks, the air-fuel mixture may not be properly ignited, and there has been a problem that stable stratified spark ignition operation cannot be performed in the extremely light load operation region.
本発明は上述した課題に対処するためになされたものであって、その目的の1つは、軽負荷運転領域にて安定した成層火花点火運転を行うことが可能な内燃機関を提供することにある。かかる目的を達成するため本発明による内燃機関は、シリンダボアが形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの上部に配置されたシリンダヘッドと、前記シリンダボア内において往復動するピストンと、少なくとも前記シリンダボアの壁面と前記シリンダヘッドの下面と前記ピストンの頂面とにより構成される燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室にて火花を発生する火花点火手段と、前記燃焼室内に空気を導入し同導入された空気と前記燃料噴射手段により噴射された燃料とを含む混合気を同燃焼室にて形成し同形成された混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させる火花点火方式による運転を行う火花点火運転実行手段と、を備える。 The present invention has been made to address the above-described problems, and one of its purposes is to provide an internal combustion engine capable of performing a stratified spark ignition operation stably in a light load operation region. is there. In order to achieve the above object, an internal combustion engine according to the present invention includes a cylinder block in which a cylinder bore is formed, a cylinder head disposed on the cylinder block, a piston that reciprocates within the cylinder bore, and at least a wall surface of the cylinder bore. A fuel injection means for injecting fuel into a combustion chamber constituted by the lower surface of the cylinder head and the top surface of the piston, a spark ignition means for generating a spark in the combustion chamber, and introducing air into the combustion chamber Then, an air-fuel mixture containing the introduced air and the fuel injected by the fuel injection means is formed in the same combustion chamber, and the air-fuel mixture thus formed is ignited and burned by the spark generated by the spark ignition means. Spark ignition operation execution means for performing operation by a spark ignition system.
前記燃焼室は、前記ピストンが所定位置より上死点位置側にあるとき互いに独立した第1空間及び第2空間からなる2つの空間に分割され、且つ、同ピストンが上死点位置にあるときの同第1空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第1空間の容積の比である第1空間容積比が、同ピストンが上死点位置にあるときの同第2空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第2空間の容積の比である第2空間容積比より大きくなるように構成されてなる。 The combustion chamber is divided into two spaces consisting of a first space and a second space that are independent from each other when the piston is on the top dead center position side from a predetermined position, and the piston is at the top dead center position. The first space volume ratio, which is the ratio of the volume of the first space when the piston is at the predetermined position to the volume of the first space, is the second space when the piston is at the top dead center position. The second space volume ratio, which is the ratio of the volume of the second space when the piston is at the predetermined position, is larger than the second space volume ratio.
前記燃料噴射手段は、前記第1空間に臨むように配置される。
前記火花点火手段は、前記第1空間に臨むように配置される。
前記火花点火運転実行手段は、前記第1空間における前記混合気に含まれる燃料の空間的分布密度である燃料密度が前記火花点火手段の近傍の領域にて他の領域より高くなるように前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて成層混合気を形成し同形成された成層混合気を同火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させる成層火花点火方式による運転を行う成層火花点火運転実行手段を含む。
The fuel injection means is arranged to face the first space.
The spark ignition means is arranged to face the first space.
The spark ignition operation execution means is configured to cause the fuel density, which is a spatial distribution density of fuel contained in the air-fuel mixture in the first space, to be higher in the area near the spark ignition means than in other areas. A stratified spark ignition operation is performed in which the fuel is injected by the injection means to form a stratified mixture, and the stratified mixture is ignited by a spark generated by the spark ignition means and burned. Including means.
これによれば、ピストンが所定位置より上死点位置側にあるとき、燃焼室は互いに独立した第1空間及び第2空間からなる2つの空間に分割される。これにより、燃焼室が分割されている期間においては、燃焼室が2つの空間に分割されない場合と比較して、第1空間内の燃料が拡散できる領域が狭くなる。一方、燃料噴射手段及び火花点火手段は、第1空間に臨むように配置されている。更に、成層火花点火運転実行手段は、第1空間内に成層混合気を形成するように燃料噴射手段により燃料を噴射させる。 According to this, when the piston is at the top dead center position side from the predetermined position, the combustion chamber is divided into two spaces composed of the first space and the second space that are independent from each other. Thereby, in the period when the combustion chamber is divided, the region in which the fuel in the first space can diffuse becomes narrower than in the case where the combustion chamber is not divided into two spaces. On the other hand, the fuel injection means and the spark ignition means are arranged so as to face the first space. Further, the stratified spark ignition operation execution means injects fuel by the fuel injection means so as to form a stratified mixture in the first space.
以上により、火花点火手段の近傍の領域により多くの燃料を集めることができる。この結果、例えば、燃焼に供される混合気に含まれる燃料の量が少ない軽負荷運転領域において成層火花点火方式による運転(成層火花点火運転)を行える領域を拡大することができ、燃費を良好にすることができる。 As described above, more fuel can be collected in a region near the spark ignition means. As a result, for example, in the light load operation region where the amount of fuel contained in the air-fuel mixture supplied for combustion is small, the region where the operation by the stratified spark ignition method (stratified spark ignition operation) can be expanded, and the fuel efficiency is improved. Can be.
更に、ピストンが上死点位置にあるときの第1空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第1空間の容積の比(第1空間容積比)は、同ピストンが上死点位置にあるときの第2空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第2空間の容積の比(第2空間容積比)より大きくなっている。 Furthermore, the ratio of the volume of the first space when the piston is at the predetermined position to the volume of the first space when the piston is at the top dead center position (first space volume ratio) is It is larger than the ratio of the volume of the second space when the piston is in the predetermined position to the volume of the second space at the point position (second space volume ratio).
従って、ピストンが所定位置から上死点位置まで移動することにより、第1空間内のガスは、第2空間内のガスより大きく圧縮される。このため、第1空間内のガスの温度は、第2空間内のガスの温度より高くなる。この結果、極軽負荷運転領域においても第1空間にて混合気を確実に燃焼させることができる。 Therefore, when the piston moves from the predetermined position to the top dead center position, the gas in the first space is compressed more than the gas in the second space. For this reason, the temperature of the gas in the first space is higher than the temperature of the gas in the second space. As a result, the air-fuel mixture can be reliably burned in the first space even in the extremely light load operation region.
この場合、前記成層火花点火運転実行手段は、圧縮行程の後半にて前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させることが好適である。 In this case, it is preferable that the stratified spark ignition operation execution means injects the fuel by the fuel injection means in the latter half of the compression stroke.
これによれば、成層火花点火運転時においては、圧縮行程の後半にて燃料が噴射される。これにより、燃料が噴射された時点(燃料噴射タイミング)から火花点火手段が火花を発生する時点(火花点火タイミング)までの間の時間が短くなる。即ち、形成された成層混合気に含まれる燃料が拡散することにより同成層混合気の燃料密度が空間的に一様となる前に、同成層混合気に点火することができる。この結果、燃焼に供される混合気に含まれる燃料の量が少ない極軽負荷運転領域においても成層火花点火運転をより一層確実に行うことができる。 According to this, during the stratified spark ignition operation, fuel is injected in the latter half of the compression stroke. This shortens the time from the time when the fuel is injected (fuel injection timing) to the time when the spark ignition means generates a spark (spark ignition timing). That is, the fuel contained in the formed stratified mixture is diffused, so that the stratified mixture can be ignited before the fuel density of the stratified mixture becomes spatially uniform. As a result, the stratified spark ignition operation can be performed more reliably even in an extremely light load operation region where the amount of fuel contained in the air-fuel mixture provided for combustion is small.
この場合、前記燃焼室内に空気を導入し同導入された空気と前記燃料噴射手段により噴射された燃料と燃焼ガスとを含む混合気を同燃焼室にて形成し同形成された混合気を圧縮することにより前記第1空間及び前記第2空間にて自着火させて燃焼させる予混合圧縮自着火方式による運転を行う自着火運転実行手段と、
前記内燃機関の負荷が所定の高負荷閾値以上の高負荷であるとき、前記自着火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせ、同内燃機関の負荷が同高負荷閾値より小さい軽負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段の成層火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせる運転切換え手段と、
を備えることが好適である。
In this case, air is introduced into the combustion chamber, and an air-fuel mixture including the introduced air, fuel injected by the fuel injection means, and combustion gas is formed in the combustion chamber, and the air-fuel mixture formed is compressed. Self-ignition operation execution means for performing operation by a premixed compression self-ignition method in which self-ignition is performed in the first space and the second space to burn
When the load of the internal combustion engine is a high load equal to or higher than a predetermined high load threshold, the self-ignition operation execution means is operated to operate the internal combustion engine, and the load of the internal combustion engine is a light load smaller than the high load threshold. When there is, operation switching means for operating the internal combustion engine by the stratified spark ignition operation execution means of the spark ignition operation execution means,
Is preferably provided.
これによれば、高負荷運転領域においては、予混合圧縮自着火方式による運転(自着火運転)を行うことにより、燃費を良好にすることができるとともに、燃焼に伴い生成されるNOxの量を低減させることができる。更に、上述したように、第1空間容積比は第2空間容積比より大きいので、第1空間内のガスの温度は、第2空間内のガスの温度より高くなる。従って、第1空間にて先に混合気が自着火され、その後、第2空間にて混合気が自着火される。これにより、燃焼に供される燃料の量が多いために燃焼に伴って発生する音が過大となりやすい高負荷運転領域において、燃焼により発生する熱エネルギーに伴って生じる音を、一時に混合気を自着火させて燃焼させる場合と比較して低減させることができる。 According to this, in the high load operation region, by performing the operation by the premixed compression self-ignition method (self-ignition operation), it is possible to improve the fuel efficiency and reduce the amount of NOx generated by the combustion. Can be reduced. Furthermore, as described above, since the first space volume ratio is larger than the second space volume ratio, the temperature of the gas in the first space is higher than the temperature of the gas in the second space. Accordingly, the air-fuel mixture is self-ignited first in the first space, and then the air-fuel mixture is self-ignited in the second space. As a result, in a high-load operation region where the amount of fuel provided for combustion is large and the sound generated with combustion tends to be excessive, the sound generated with the heat energy generated by combustion is This can be reduced compared to the case of self-ignition and combustion.
一方、軽負荷運転領域においては、燃焼に供される混合気が含む燃料の量が少ないので、混合気が自着火されない場合がある。従って、上記構成のように、軽負荷運転領域においては、自着火運転に代えて成層火花点火運転を行うことにより、混合気を確実に燃焼させることができる。 On the other hand, in the light load operation region, since the amount of fuel contained in the air-fuel mixture provided for combustion is small, the air-fuel mixture may not self-ignite. Therefore, in the light load operation region as described above, the air-fuel mixture can be reliably burned by performing the stratified spark ignition operation instead of the self-ignition operation.
この場合、前記火花点火運転実行手段は、前記第1空間における燃料密度が空間的に一様となるように圧縮行程の前半にて前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて均質混合気を形成し同形成された均質混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させる均質火花点火方式による運転を行う均質火花点火運転実行手段を含み、
前記運転切換え手段は、前記内燃機関の負荷が前記高負荷閾値より大きい所定の極高負荷閾値以上の極高負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段の均質火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせることが好適である。
In this case, the spark ignition operation execution means forms a homogeneous mixture by injecting the fuel by the fuel injection means in the first half of the compression stroke so that the fuel density in the first space is spatially uniform. And homogeneous spark ignition operation executing means for performing an operation by a homogeneous spark ignition system for igniting and burning the homogeneous mixture formed by the spark generated by the spark ignition means,
When the load of the internal combustion engine is an extremely high load equal to or greater than a predetermined extremely high load threshold greater than the high load threshold, the operation switching means is operated by the homogeneous spark ignition operation executing means of the spark ignition operation executing means. It is preferable to perform the operation.
極高負荷運転領域においては、燃焼に供される混合気が含む燃料の量が多いので、自着火運転を行うと、燃焼に伴って発生する音が過大となる場合がある。従って、上記構成のように、極高負荷運転領域においては、自着火運転に代えて均質火花点火方式による運転(均質火花点火運転)を行うことにより、燃焼に伴って発生する音を低減させることができる。 In the extremely high load operation region, since the amount of fuel contained in the air-fuel mixture supplied for combustion is large, when the self-ignition operation is performed, the sound generated with combustion may become excessive. Therefore, as in the above configuration, in the extremely high load operation region, by performing operation by the homogeneous spark ignition method (homogeneous spark ignition operation) instead of the self-ignition operation, noise generated with combustion is reduced. Can do.
更に、均質火花点火運転時においては、燃料が圧縮行程の前半にて噴射される。これにより、噴射された燃料は圧縮行程の期間内に第1空間にて十分に拡散する。この結果、燃料密度が空間的に一様な均質混合気が形成されるので、燃焼ガスに含まれる未燃成分を減少させるとともに、ノッキングの発生を防止することができる。 Further, during the homogeneous spark ignition operation, fuel is injected in the first half of the compression stroke. Thereby, the injected fuel is sufficiently diffused in the first space within the compression stroke period. As a result, a homogeneous air-fuel mixture having a spatially uniform fuel density is formed, so that unburned components contained in the combustion gas can be reduced and knocking can be prevented from occurring.
加えて、均質火花点火運転時においては、より大きく圧縮される第1空間内の混合気が燃焼する。これにより、等容度を向上させることができるので、燃費を向上させることができる。 In addition, during the homogeneous spark ignition operation, the air-fuel mixture in the first space that is compressed to a greater degree burns. Thereby, since an equal volume can be improved, a fuel consumption can be improved.
また、前記火花点火運転実行手段は、前記第1空間における燃料密度が空間的に一様な第1の燃料密度となるとともに、前記第2空間における燃料密度が空間的に一様な同第1の燃料密度より低い第2の燃料密度となるように前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて同第1空間及び同第2空間のそれぞれにて均質混合気を形成し、同第1空間にて形成された均質混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させるとともに、同第2空間にて形成された均質混合気を同第1空間における燃焼により生成された燃焼ガスが圧縮することにより自着火させて燃焼させる自着火誘発均質火花点火方式による運転を行う自着火誘発均質火花点火運転実行手段を含み、
前記内燃機関の負荷が所定の高負荷閾値以上の高負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段の自着火誘発均質火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせ、同内燃機関の負荷が同高負荷閾値より小さい軽負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段の成層火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせる運転切換え手段を備えることが好適である。
Further, the spark ignition operation execution means has the first fuel density in which the fuel density in the first space is spatially uniform, and the fuel density in the second space is spatially uniform. The fuel is injected by the fuel injection means so as to have a second fuel density lower than the fuel density of the fuel to form a homogeneous mixture in each of the first space and the second space. The homogeneous mixture formed in this way is ignited by the spark generated by the spark ignition means and burned, and the homogeneous mixture formed in the second space is generated by combustion in the first space. Including self-ignition-induced homogeneous spark ignition operation execution means for performing an operation by a self-ignition-induced homogeneous spark ignition method for self-ignition by compression and burning.
When the load of the internal combustion engine is a high load equal to or higher than a predetermined high load threshold, the internal combustion engine is operated by the self-ignition induced homogeneous spark ignition operation execution means of the spark ignition operation execution means, and the load of the internal combustion engine It is preferable to provide an operation switching means for causing the internal combustion engine to be operated by the stratified spark ignition operation executing means of the spark ignition operation executing means when is a light load smaller than the high load threshold.
これによれば、高負荷運転領域においては、燃料密度が第1の燃料密度である第1空間内の均質混合気が火花により点火されて燃焼する。その後、ピストンが所定位置より下死点位置側に移動すると、第1空間と第2空間とは連通する。このとき、第1空間にて生成された高温且つ高圧の燃焼ガスが膨張することにより、燃料密度が上記第1の燃料密度より低い第2の燃料密度である第2空間内の均質混合気が圧縮されるとともに加熱される。これにより、第2空間内の均質混合気は自着火されて燃焼する。この結果、すべての燃料を均質火花点火方式により燃焼させた場合に比較して燃焼に伴って生成されるNOxの量を低減させることができる。 According to this, in the high load operation region, the homogeneous air-fuel mixture in the first space whose fuel density is the first fuel density is ignited by the spark and burned. Thereafter, when the piston moves from the predetermined position to the bottom dead center position side, the first space and the second space communicate with each other. At this time, the high-temperature and high-pressure combustion gas generated in the first space expands, so that the homogeneous air-fuel mixture in the second space whose fuel density is the second fuel density lower than the first fuel density. Compressed and heated. Thereby, the homogeneous air-fuel mixture in the second space is self-ignited and burned. As a result, the amount of NOx generated with combustion can be reduced as compared with the case where all fuels are burned by the homogeneous spark ignition system.
更に、本発明による他の内燃機関は、シリンダボアが形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの上部に配置されたシリンダヘッドと、前記シリンダボア内において往復動するピストンと、少なくとも前記シリンダボアの壁面と前記シリンダヘッドの下面と前記ピストンの頂面とにより構成される燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室にて火花を発生する火花点火手段と、前記燃焼室内に空気を導入し同導入された空気と前記燃料噴射手段により噴射された燃料とを含む混合気を形成し同形成された混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させる火花点火方式による運転を行う火花点火運転実行手段と、を備える。 Furthermore, another internal combustion engine according to the present invention includes a cylinder block in which a cylinder bore is formed, a cylinder head disposed at an upper portion of the cylinder block, a piston that reciprocates in the cylinder bore, at least a wall surface of the cylinder bore, Fuel injection means for injecting fuel into a combustion chamber constituted by the lower surface of the cylinder head and the top surface of the piston, spark ignition means for generating sparks in the combustion chamber, and air introduced into the combustion chamber A spark ignition method is performed in which an air-fuel mixture including the introduced air and the fuel injected by the fuel injection means is formed, and the air-fuel mixture formed is ignited by the spark generated by the spark ignition means and burned. Spark ignition operation execution means.
前記燃焼室は、前記ピストンが所定位置より上死点位置側にあるとき互いに独立した第1空間及び第2空間からなる2つの空間に分割され、且つ、同ピストンが上死点位置にあるときの同第1空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第1空間の容積の比である第1空間容積比が、同ピストンが上死点位置にあるときの同第2空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第2空間の容積の比である第2空間容積比より大きくなるように構成されてなる。 The combustion chamber is divided into two spaces consisting of a first space and a second space that are independent from each other when the piston is on the top dead center position side from a predetermined position, and the piston is at the top dead center position. The first space volume ratio, which is the ratio of the volume of the first space when the piston is at the predetermined position to the volume of the first space, is the second space when the piston is at the top dead center position. The second space volume ratio, which is the ratio of the volume of the second space when the piston is at the predetermined position, is larger than the second space volume ratio.
前記燃料噴射手段は、前記第2空間に臨むように配置される。
前記火花点火手段は、前記第2空間に臨むように配置される。
前記火花点火運転実行手段は、前記第2空間における前記混合気に含まれる燃料の空間的分布密度である燃料密度が空間的に一様な第1の燃料密度となるとともに、前記第1空間における燃料密度が空間的に一様な同第1の燃料密度より低い第2の燃料密度となるように前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて同第1空間及び同第2空間のそれぞれにて均質混合気を形成し、同第2空間にて形成された均質混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させるとともに、同第1空間にて形成された均質混合気を前記ピストンが圧縮することにより自着火させて燃焼させるように構成されてなる。
The fuel injection means is disposed so as to face the second space.
The spark ignition means is arranged to face the second space.
The spark ignition operation execution means has a first uniform fuel density in which the fuel density, which is a spatial distribution density of fuel contained in the air-fuel mixture in the second space, is spatially uniform, and in the first space. The fuel is injected by the fuel injection means so that the fuel density becomes a second fuel density lower than the first fuel density, which is spatially uniform, in each of the first space and the second space. A homogeneous mixture is formed, and the homogeneous mixture formed in the second space is ignited by the spark generated by the spark ignition means and burned, and the homogeneous mixture formed in the first space is The piston is configured to be self-ignited and combusted by being compressed.
上述したように、第1空間容積比が第2空間容積比より大きいので、第1空間における混合気の温度は、第1空間と第2空間とが連通して第2空間にて生成された燃焼ガスにより圧縮及び加熱されなくとも、ピストンにより同混合気が圧縮されることにより十分に高い温度となる。 As described above, since the first space volume ratio is larger than the second space volume ratio, the temperature of the air-fuel mixture in the first space is generated in the second space through the communication between the first space and the second space. Even if the gas mixture is not compressed and heated by the combustion gas, the mixture is compressed by the piston so that the temperature becomes sufficiently high.
従って、上記構成のように、第2空間内の混合気を均質火花点火方式により燃焼させるとともに、ピストンの圧縮により第1空間内の混合気を自着火させて燃焼させることにより、すべての燃料を均質火花点火方式により燃焼させた場合に比較して燃焼に伴って生成されるNOxの量を低減させることができる。更に、第1空間内の混合気が自着火されるタイミングと、第2空間内の混合気が火花により点火されるタイミングと、を第1空間と第2空間とが連通する前の(ピストンが上記所定位置より上死点位置側にあるときの)互いに近しいタイミングとすることができる。この結果、等容度を向上させることができるので、燃費を良好にすることができる。 Therefore, as in the above configuration, the air-fuel mixture in the second space is burned by the homogeneous spark ignition method, and the air-fuel mixture in the first space is self-ignited and burned by compression of the piston, so that all the fuel is burned. The amount of NOx produced with combustion can be reduced compared with the case where combustion is performed by the homogeneous spark ignition system. Furthermore, the timing at which the air-fuel mixture in the first space is self-ignited and the timing at which the air-fuel mixture in the second space is ignited by a spark (before the piston is connected to the first space and the second space). The timing can be close to each other (when it is on the top dead center position side from the predetermined position). As a result, the equal volume can be improved, and the fuel efficiency can be improved.
また、本発明による他の内燃機関は、シリンダボアが形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックの上部に配置されたシリンダヘッドと、前記シリンダボア内において往復動するピストンと、少なくとも前記シリンダボアの壁面と前記シリンダヘッドの下面と前記ピストンの頂面とにより構成される燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室にて火花を発生する火花点火手段と、前記燃焼室内に空気を導入し同導入された空気と前記燃料噴射手段により噴射された燃料とを含む混合気を形成し同形成された混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させる火花点火方式による運転を行う火花点火運転実行手段と、を備える。 Further, another internal combustion engine according to the present invention includes a cylinder block in which a cylinder bore is formed, a cylinder head disposed at an upper portion of the cylinder block, a piston that reciprocates in the cylinder bore, at least a wall surface of the cylinder bore, Fuel injection means for injecting fuel into a combustion chamber constituted by the lower surface of the cylinder head and the top surface of the piston, spark ignition means for generating sparks in the combustion chamber, and air introduced into the combustion chamber A spark ignition method is performed in which an air-fuel mixture including the introduced air and the fuel injected by the fuel injection means is formed, and the air-fuel mixture formed is ignited by the spark generated by the spark ignition means and burned. Spark ignition operation execution means.
前記燃焼室は、前記ピストンが所定位置より上死点位置側にあるとき互いに独立した第1空間及び第2空間からなる2つの空間に分割され、且つ、同ピストンが上死点位置にあるときの同第1空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第1空間の容積の比である第1空間容積比が、同ピストンが上死点位置にあるときの同第2空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第2空間の容積の比である第2空間容積比より大きくなるように構成されてなる。 The combustion chamber is divided into two spaces consisting of a first space and a second space that are independent from each other when the piston is on the top dead center position side from a predetermined position, and the piston is at the top dead center position. The first space volume ratio, which is the ratio of the volume of the first space when the piston is at the predetermined position to the volume of the first space, is the second space when the piston is at the top dead center position. The second space volume ratio, which is the ratio of the volume of the second space when the piston is at the predetermined position, is larger than the second space volume ratio.
前記火花点火手段は、前記第1空間に臨むように配置された第1火花点火手段と、前記第2空間に臨むように配置された第2火花点火手段と、からなる。 The spark ignition means includes first spark ignition means arranged so as to face the first space, and second spark ignition means arranged so as to face the second space.
前記火花点火運転実行手段は、前記第2空間における燃料密度が空間的に一様となるとともに、前記第1空間における燃料密度が空間的に一様となるように前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて同第1空間及び同第2空間のそれぞれにて均質混合気を形成し、同第2空間にて形成された均質混合気を第1の火花点火タイミングにて前記第2火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させるとともに、同第1空間にて形成された均質混合気を同第1の火花点火タイミングより遅角側の第2の火花点火タイミングにて前記第1火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させるように構成されてなる。 The spark ignition operation execution means causes the fuel injection means to distribute the fuel so that the fuel density in the second space is spatially uniform and the fuel density in the first space is spatially uniform. The second spark ignition means is injected to form a homogeneous mixture in each of the first space and the second space, and the homogeneous mixture formed in the second space is at a first spark ignition timing. Is ignited and burned by the sparks generated, and the first spark ignition is performed at the second spark ignition timing retarded from the first spark ignition timing with respect to the homogeneous mixture formed in the first space. The means is configured to be ignited and burned by the generated spark.
一般に、火花点火運転が行われる内燃機関においては、燃焼により単位時間あたりに発生する発生熱エネルギーが、ピストンが上死点位置近傍の位置にある所定のタイミングにて最大となるように、火花により点火するタイミング(火花点火タイミング)を決定することにより、高い熱効率が達成される。ところで、混合気が大きく圧縮されているほど、火炎が伝播する速度が大きくなるので火花点火タイミングから上記発生熱エネルギーが最大となるタイミング(最大熱エネルギータイミング)までの間の時間が短くなる。 Generally, in an internal combustion engine in which a spark ignition operation is performed, the generated heat energy generated per unit time by combustion is maximized by a spark so that the piston is maximized at a predetermined timing near the top dead center position. By determining the ignition timing (spark ignition timing), high thermal efficiency is achieved. By the way, the more the air-fuel mixture is compressed, the faster the flame propagates, so the time from the spark ignition timing to the timing at which the generated thermal energy becomes maximum (maximum thermal energy timing) is shortened.
従って、より大きく圧縮される第1空間と、より小さく圧縮される第2空間と、の2つの空間にて火花点火タイミングを互いに等しいタイミングとすると、同2つの空間のそれぞれにおける最大熱エネルギータイミングが互いに異なるタイミングとなるので、熱効率が低下するという問題があった。 Accordingly, when the spark ignition timing is set to be equal to each other in the two spaces, the first space that is compressed to be larger and the second space that is compressed to be smaller, the maximum thermal energy timing in each of the two spaces is Since the timings are different from each other, there is a problem that the thermal efficiency is lowered.
これに対し、上記構成によれば、より小さく圧縮される第2空間にて第2火花点火手段が火花を発生した後、より大きく圧縮される第1空間にて第1火花点火手段が火花を発生する。これにより、2つの空間のそれぞれにおける最大熱エネルギータイミングを互いに近しいタイミングであって上記所定のタイミングとすることができる。この結果、熱効率を向上させることができ、内燃機関の最大出力を向上させることができる。 On the other hand, according to the above configuration, after the second spark ignition means generates a spark in the second space to be compressed smaller, the first spark ignition means generates the spark in the first space to be compressed more greatly. appear. Accordingly, the maximum thermal energy timing in each of the two spaces can be set to the predetermined timing that is close to each other. As a result, the thermal efficiency can be improved and the maximum output of the internal combustion engine can be improved.
この場合、前記燃焼室内に空気を導入し同導入された空気と前記燃料噴射手段により噴射された燃料と燃焼ガスとを含む混合気を同燃焼室にて形成し同形成された混合気を圧縮することにより前記第1空間及び前記第2空間にて自着火させて燃焼させる予混合圧縮自着火方式による運転を行う自着火運転実行手段と、
前記内燃機関の負荷が所定の負荷閾値より小さい負荷であるとき、前記自着火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせ、同内燃機関の負荷が同所定の負荷閾値以上の負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせる運転切換え手段と、
を備えることが好適である。
In this case, air is introduced into the combustion chamber, and an air-fuel mixture including the introduced air, fuel injected by the fuel injection means, and combustion gas is formed in the combustion chamber, and the air-fuel mixture formed is compressed. Self-ignition operation execution means for performing operation by a premixed compression self-ignition method in which self-ignition is performed in the first space and the second space to burn
When the load of the internal combustion engine is smaller than a predetermined load threshold, the self-ignition operation execution means is operated to perform the operation of the internal combustion engine, and the load of the internal combustion engine is a load equal to or higher than the predetermined load threshold Operation switching means for operating the internal combustion engine by the spark ignition operation execution means;
Is preferably provided.
これによれば、高負荷運転領域においては、自着火運転を行うことにより、燃費を良好にすることができるとともに、燃焼に伴い生成されるNOxの量を低減させることができる。更に、上述したように、第1空間容積比が第2空間容積比より大きいので、第1空間内の混合気の温度は、第2空間内の混合気の温度より高くなる。従って、第1空間にて先に混合気が自着火され、その後、第2空間にて混合気が自着火される。これにより、燃焼に供される燃料の量が多いために燃焼に伴って発生する音が過大となりやすい高負荷運転領域において、燃焼により発生する熱エネルギーに伴って生じる音を、一時に混合気を自着火させて燃焼させる場合と比較して低減させることができる。 According to this, in the high-load operation region, by performing the self-ignition operation, it is possible to improve the fuel efficiency and reduce the amount of NOx generated with combustion. Furthermore, as described above, since the first space volume ratio is larger than the second space volume ratio, the temperature of the air-fuel mixture in the first space becomes higher than the temperature of the air-fuel mixture in the second space. Accordingly, the air-fuel mixture is self-ignited first in the first space, and then the air-fuel mixture is self-ignited in the second space. As a result, in a high-load operation region where the amount of fuel provided for combustion is large and the sound generated with combustion tends to be excessive, the sound generated with the heat energy generated by combustion is This can be reduced compared to the case of self-ignition and combustion.
一方、極めて高い負荷運転領域においては、高負荷運転領域における場合より燃焼に供される燃料の量が多くなる。このため、自着火運転を行うと、燃焼に伴って発生する音が過大となる場合がある。従って、上記構成のように、極高負荷運転領域においては、自着火運転に代えて燃焼期間がより長い火花点火運転を行うことにより、過大な音の発生を防止することができる。 On the other hand, in the extremely high load operation region, the amount of fuel used for combustion is larger than in the high load operation region. For this reason, when self-ignition operation is performed, the sound generated with combustion may become excessive. Therefore, in the extremely high load operation region as described above, excessive spark generation can be prevented by performing a spark ignition operation with a longer combustion period instead of the self-ignition operation.
(第1実施形態)
以下、本発明による内燃機関の各実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係る内燃機関10の概略構成を示している。この内燃機関10は、4サイクル火花点火方式と4サイクル予混合圧縮自着火方式とを切り換えて運転することが可能な多気筒(4気筒)内燃機関である。なお、図1は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
(First embodiment)
Embodiments of an internal combustion engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an
内燃機関10は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部20と、シリンダブロック部20の上に固定されるシリンダヘッド部30と、シリンダブロック部20に空気を供給するための吸気系統40と、シリンダブロック部20からの排ガスを外部に放出するための排気系統50とを含んでいる。
The
シリンダブロック部20は、中心軸を有する中空円筒状のシリンダ(シリンダボア)21、略円柱状のピストン22、コンロッド23及びクランク軸24を含んでいる。ピストン22はシリンダ21内を往復動し、ピストン22の往復動がコンロッド23を介してクランク軸24に伝達され、これにより同クランク軸24が回転するようになっている。シリンダ21のボア壁面(シリンダボアの壁面)とピストン22の頂面(ピストンヘッド)及びシリンダヘッド部30の下面は、燃焼室25を形成している。
The
ピストン22の頂面は、図2に示したように、ピストン22の基準位置(例えば、クランクピン位置又は下端部)から同ピストン22の頂面までのシリンダ21の中心軸線方向の距離が長いピストン高部上面22aと、同距離が短いピストン低部上面22bと、からなっている。
As shown in FIG. 2, the top surface of the
ピストン高部上面22aは、正面視において、ピストン22の頂面が形成する円を2等分することにより得られる2つの半円の一方に一致するようになっている。ピストン低部上面22bは、正面視において同2つの半円の他方に一致するようになっている。ピストン高部上面22aと、ピストン低部上面22bと、の間には、シリンダ21の中心軸線に直交する平面に直交する平面であって同中心軸線を含む平面を構成するピストン頂部縦壁面22cが形成されている。
The
ピストン22の側面及びピストン頂部縦壁面22cには、ピストン高部上面22a近傍の位置にてピストン高部用リング溝が形成されている。このピストン高部用リング溝には、ピストン高部用リング22a1が装着されている。ピストン高部用リング22a1は、炭素を主成分とする樹脂からなっている。ピストン高部用リング22a1は、後述するように、燃焼室25が2つの空間に分割されている期間において、各空間の気密性を高めるようになっている。更に、ピストン高部用リング22a1は、同期間において、ピストン22の中心軸がシリンダ21の中心軸に対して傾斜すること(ピストン22の首振り)を防止するようになっている。
A piston high portion ring groove is formed in the side surface of the
更に、ピストン22の側面には、ピストン低部上面22bと、ピストン22の下端部と、の間のピストン低部上面22b近傍の位置にて3つのリング溝が形成されている。これらのリング溝には、それぞれピストンリング22dが装着されている。
Further, three ring grooves are formed on the side surface of the
ピストンリング22dは、鋼又は鋳鉄からなっている。ピストンリング22dは、燃焼室25の気密性を高めるとともに、シリンダ21のボア壁面に形成された余分な油膜を下方へかき落とすようになっている。
The
再び図1を参照しながら説明を続けると、シリンダヘッド部30は、燃焼室25に連通した吸気ポート31、吸気ポート31を開閉する吸気弁32、吸気弁32を駆動する吸気弁駆動手段としての吸気弁駆動機構32a、燃焼室25に連通した排気ポート33、排気ポート33を開閉する排気弁34、排気弁34を駆動する排気弁駆動手段としての排気弁駆動機構34a、点火プラグ35、点火プラグ35に与える高電圧を発生させるイグニッションコイルを含むイグナイタ36及び燃料を燃焼室25内に直接噴射する燃料噴射弁(燃料噴射手段)37を備えている。吸気弁駆動機構32a及び排気弁駆動機構34aは、駆動回路38に接続されている。
Referring again to FIG. 1, the
シリンダヘッド部30の下面は、図2に示したように、ピストン22の基準位置から同シリンダヘッド部30の下面までのシリンダ21の中心軸線方向の距離が長いシリンダヘッド高部下面30aと、同距離が短いシリンダヘッド低部下面30bと、からなっている。
As shown in FIG. 2, the lower surface of the
シリンダヘッド高部下面30aは、正面視において、シリンダ21の中心軸線に直交する面による同シリンダ21の断面が形成する円をピストン頂部縦壁面22cが含まれる平面により2等分することにより得られる2つの半円のうちのピストン高部上面22aに対向する一方に一致するようになっている。シリンダヘッド低部下面30bは、正面視において同2つの半円の他方に一致するようになっている。
The cylinder head high portion
シリンダヘッド低部下面30bは、クランク軸24の回転角度(クランク角)がBTDC90°であるときにピストン高部上面22aが構成する平面内に存在する平面を構成するように形成されている。BTDCは、上死点(TDC)を原点としクランク軸24の回転方向と逆方向を正にとったクランク角である。なお、本明細書においては、クランク角がBTDC90°であるときのピストン22の位置を、燃焼室分割ピストン位置と称呼する。
The cylinder head lower portion
シリンダヘッド高部下面30aは、同シリンダヘッド高部下面30aとシリンダヘッド低部下面30bとの間の距離L1が、ピストン高部上面22aとピストン低部上面22bとの間の距離L2より大きくなるように形成されている。
In the cylinder head high portion
シリンダヘッド高部下面30aと、シリンダヘッド低部下面30bと、の間には、ピストン頂部縦壁面22cと平行な平面であって、シリンダ21の中心軸線を含む平面を構成するシリンダヘッド縦壁面30cが形成されている。
Between the cylinder head high portion
ここで、クランク角の変化(ピストン22の移動)に対する燃焼室25(シリンダ21のボア壁面とピストン22の頂面とシリンダヘッド部30の下面とにより構成される空間)の変化について図3を参照しながら説明を加える。
Here, refer to FIG. 3 for the change of the combustion chamber 25 (the space formed by the bore wall surface of the
クランク角がBTDC180°であるとき(ピストン22が下死点位置BDCにあるとき)、図3の(A)に示したように、シリンダ21のボア壁面、ピストン高部上面22a、ピストン低部上面22b、ピストン頂部縦壁面22c、シリンダヘッド高部下面30a、シリンダヘッド低部下面30b及びシリンダヘッド縦壁面30c、により、1つの独立した空間としての燃焼室25が構成される。
When the crank angle is BTDC 180 ° (when the
一方、クランク角がBTDC90°であるとき(ピストン22が上記燃焼室分割ピストン位置にあるとき)、図3の(B)に示したように、シリンダ21のボア壁面と、ピストン高部上面22aと、シリンダヘッド高部下面30aと、シリンダヘッド縦壁面30cと、により、1つの独立した空間としての高部燃焼室25a(第2空間)が構成される。更に、シリンダ21のボア壁面と、ピストン低部上面22bと、シリンダヘッド低部下面30bと、ピストン頂部縦壁面22cと、により、1つの独立した空間としての低部燃焼室25b(第1空間)が構成される。
On the other hand, when the crank angle is BTDC 90 ° (when the
このように、ピストン22が、所定位置である燃焼室分割ピストン位置より上死点位置側(シリンダヘッド部30側)にあるとき、ピストン頂部縦壁面22cと、シリンダヘッド縦壁面30cと、が互いに対向することにより、互いに独立した2つの空間としての高部燃焼室25a(第2空間)及び低部燃焼室25b(第1空間)が構成される。
As described above, when the
ところで、ピストン22が燃焼室分割ピストン位置にあるときの高部燃焼室25aの容積VH0及び低部燃焼室25bの容積VL0は、燃焼室25が2つの空間に分割された状態において、それぞれの空間における最大の容積である。
By the way, the volume VH0 of the
更に、クランク角がBTDC0°であるとき(ピストン22が上死点位置TDCにあるとき)、図3の(C)に示したように、高部燃焼室25aの容積VH1及び低部燃焼室25bの容積VL1は、それぞれの空間における最小の容積となる。
Further, when the crank angle is
上述した構成により、この例においては、ピストン22が上死点位置にあるときの低部燃焼室25bの容積VL1に対する同ピストン22が燃焼室分割ピストン位置にあるときの同低部燃焼室25bの容積VL0の比である低部燃焼室容積比(第1空間容積比)VL0/VL1は、同ピストン22が上死点位置にあるときの高部燃焼室25aの容積VH1に対する同ピストン22が同燃焼室分割ピストン位置にあるときの同高部燃焼室25aの容積VH0の比である高部燃焼室容積比(第2空間容積比)VH0/VH1より大きい。
With the above-described configuration, in this example, the
従って、ピストン22が燃焼室分割ピストン位置から上死点位置まで移動することにより燃焼室25内のガスが圧縮される場合、低部燃焼室25bにおけるガスは、高部燃焼室25aにおけるガスより大きく圧縮され、より高い温度となる。
Therefore, when the gas in the
吸気ポート31は、シリンダヘッド部30の下面を燃焼室25側から見た図4に示したように、シリンダヘッド低部下面30b内の2箇所に開口するように形成されている。従って、シリンダヘッド部30には2個の吸気弁32が備えられている。各吸気弁32は、各吸気ポート31の開口を開閉するようになっている。吸気ポート31は、その開口が吸気弁32により開かれたとき燃焼室25(燃焼室25が2つの空間に分割されている期間においては、低部燃焼室25b)と連通し、その開口が吸気弁32により閉じられたとき燃焼室25と遮断せしめられるようになっている。
The
排気ポート33は、シリンダヘッド高部下面30a内の2箇所に開口するように形成されている。従って、シリンダヘッド部30には2個の排気弁34が備えられている。各排気弁34は、各排気ポート33の開口を開閉するようになっている。排気ポート33は、その開口が排気弁34により開かれたとき燃焼室25(燃焼室25が2つの空間に分割されている期間においては、高部燃焼室25a)と連通し、その開口が排気弁34により閉じられたとき燃焼室25と遮断せしめられるようになっている。
The
点火プラグ35は、2つの吸気ポート31(従って、2つの吸気弁32)の間の位置にてシリンダヘッド部30に配設されている。点火プラグ35は、火花(点火用火花)を発生する先端部を備え、同先端部が燃焼室25(燃焼室25が2つの空間に分割されている期間においては、低部燃焼室25b)に露呈するようになっている。
The
燃料噴射弁37は、図1、図2及び図4に示したように、燃焼室25のシリンダヘッド低部下面30b側の側壁面であって、シリンダヘッド縦壁面30cが構成する平面に直交し、且つ、シリンダ21の中心軸線を通過する直線上の位置に配設されている。燃料噴射弁37は、燃焼室25の略中央に向けて燃料を噴射する先端部を備え、同先端部が燃焼室25(燃焼室25が2つの空間に分割されている期間においては、低部燃焼室25b)に露呈するようになっている。燃料噴射弁37には、図示しない燃料圧力調整手段及び燃料ポンプにより図示しない燃料タンク内の燃料が供給されるようになっている。
As shown in FIGS. 1, 2 and 4, the
このような構成により、燃料噴射弁37から燃料を噴射させたとき、ピストン22の位置が上死点位置側にあると、噴射された燃料は、ピストン頂部縦壁面22cにより遮られピストン高部上面22aの上方の空間に到達しにくくなる。換言すると、燃料を噴射させるタイミング(燃料噴射タイミング)におけるピストン22の位置が下死点位置側にあるほど、ピストン高部上面22aの上方の空間に到達する燃料の量が多くなる。
With such a configuration, when fuel is injected from the
再び図1を参照しながら説明を続けると、吸気系統40は、吸気ポート31に連通したインテークマニホールド41、インテークマニホールド41に連通したサージタンク42、サージタンク42に一端が接続されインテークマニホールド41及びサージタンク42とともに吸気通路を形成する吸気ダクト43、吸気ダクト43の他端部から下流(サージタンク42)に向けて順に吸気ダクト43に配設されたエアフィルタ44、過給機91のコンプレッサ91a、インタークーラ45及びスロットル弁46を備えている。
Referring again to FIG. 1, the
インタークーラ45は水冷式であって、吸気ダクト43を通過する空気を冷却するようになっている。インタークーラ45は、図示しないラジエタ及び循環ポンプによりインタークーラ45内の冷却水の熱を大気中に放出するようになっている。
The
スロットル弁46は吸気ダクト43に回転可能に支持され、スロットル弁アクチュエータ46aにより駆動されることにより吸気通路の開口断面積を可変とするようになっている。
The
排気系統50は、排気ポート33に連通し同排気ポート33とともに排気通路を形成するエキゾーストマニホールドを含む排気管51、排気管51内に配設された過給機91のタービン91b及びタービン91bの下流の排気管51に配設された触媒装置52を備えている。
The
このような配置により、過給機91のタービン91bは排ガスのエネルギーにより回転する。更に、タービン91bは、シャフトを介して吸気系統40のコンプレッサ91aと連結されている。これにより、吸気系統40のコンプレッサ91aがタービン91bと一体となって回転して吸気通路内の空気を圧縮する。即ち、過給機91は、排ガスのエネルギーを利用して内燃機関10に空気を過給するようになっている。
With such an arrangement, the
一方、このシステムは、電気制御装置70を備えている。電気制御装置70は、CPU、ROM、RAM及びインターフェース等(いずれも図示省略)を含むマイクロコンピュータである。電気制御装置70には、クランク軸24の回転速度からエンジン回転速度NEを検出するクランクポジションセンサ61と、図示しないアクセルペダルの操作量Accpを検出するアクセル開度センサ62と、が接続されている。電気制御装置70は、これらのセンサから各検出信号を入力するようになっている。更に、電気制御装置70は、各気筒のイグナイタ36、燃料噴射弁37、駆動回路38及びスロットル弁アクチュエータ46aと接続されている。電気制御装置70は、これらに駆動信号を送出するようになっている。
On the other hand, this system includes an
この内燃機関10は、図5に示したように、火花点火運転実行手段の一部を構成する成層火花点火運転実行手段F11、自着火運転実行手段F12、火花点火運転実行手段の一部を構成する均質火花点火運転実行手段F13及び運転切換え手段G11等の手段を含んでいる。これらの手段の機能は、電気制御装置70のCPUが所定のプログラムを実行することにより達成される。従って、以下、CPUによる各種の動作を上記各手段が行うものとして説明する。
As shown in FIG. 5, the
運転切換え手段G11は、図6に示した運転領域マップを電気制御装置70のROMに記憶している。運転領域マップは、内燃機関10の負荷及びエンジン回転速度(回転速度)NEと、運転方式と、の関係を規定するマップである。
The operation switching means G11 stores the operation region map shown in FIG. 6 in the ROM of the
この運転領域マップにおいては、運転方式として成層火花点火方式と、予混合圧縮自着火方式と、均質火花点火方式と、が指定されている。この運転領域マップにおいては、成層火花点火方式が指定されている運転領域である成層火花点火運転領域Aは、全運転領域のうちの所定の高負荷閾値より小さい負荷の領域である。 In this operation region map, a stratified spark ignition method, a premixed compression auto-ignition method, and a homogeneous spark ignition method are designated as operation methods. In this operation region map, the stratified spark ignition operation region A, which is the operation region in which the stratified spark ignition method is designated, is a load region that is smaller than a predetermined high load threshold in the entire operation region.
更に、予混合圧縮自着火方式が指定されている運転領域である自着火運転領域Bは、上記高負荷閾値以上の負荷の領域(成層火花点火運転領域Aよりも高負荷側の領域)であって、上記高負荷閾値より大きい所定の極高負荷閾値より小さい負荷の領域である。加えて、均質火花点火方式が指定されている運転領域である均質火花点火運転領域Cは、上記極高負荷閾値以上の負荷の領域(自着火運転領域Bよりも高負荷側の領域)である。 Furthermore, the self-ignition operation region B, which is an operation region in which the premixed compression self-ignition method is designated, is a region of a load that is equal to or higher than the high load threshold (a region on the higher load side than the stratified spark ignition operation region A). Thus, the load region is smaller than a predetermined extremely high load threshold value that is larger than the high load threshold value. In addition, the homogeneous spark ignition operation region C, which is an operation region in which the homogeneous spark ignition method is specified, is a load region (region on the higher load side than the self-ignition operation region B) of the above-mentioned extremely high load threshold. .
運転切換え手段G11は、上記運転領域マップと、内燃機関10の負荷及びエンジン回転速度NEと、に基づいて運転方式を決定し、同決定された運転方式により運転を行う。内燃機関10の負荷は、アクセルペダルの操作量Accpとエンジン回転速度NEとに基づいて決定される要求トルクTqtgtであってもよく、単にアクセルペダルの操作量Accpであってもよい。
The operation switching means G11 determines an operation method based on the operation region map, the load of the
(内燃機関10が上記成層火花点火運転領域Aにて運転されるとき)
内燃機関10が上記成層火花点火運転領域Aにて運転されるとき(成層火花点火運転時)、運転切換え手段G11は運転領域マップに従って成層火花点火運転実行手段F11を選択する。これにより、内燃機関10は成層火花点火運転実行手段F11によって運転される。
(When the
When the
成層火花点火運転実行手段F11は、低部燃焼室25bにおいて、燃料の空間的分布密度(燃料密度)が点火プラグ35の近傍の領域にて他の領域より高くなるように燃料噴射弁37から燃料を噴射させて成層混合気を形成し、同形成された成層混合気を同点火プラグ35が発生する火花により点火して燃焼させる。より具体的に述べると、成層火花点火運転実行手段F11は、図7に示したように、吸気弁駆動機構32a、排気弁駆動機構34a、点火プラグ35及び燃料噴射弁37をそれぞれ作動させて内燃機関10の運転を行う。
The stratified spark ignition operation execution means F11 performs fuel from the
先ず、成層火花点火運転実行手段F11は、排気弁駆動機構34aを駆動させることにより、内燃機関10の負荷に応じた火花点火用排気弁開弁タイミングEOにて排気弁34を開弁させる((1)を参照。)。これにより、前回の燃焼サイクルにおける燃焼により生成された燃焼ガスの排気が開始する。次いで、成層火花点火運転実行手段F11は、排気弁駆動機構34aを駆動させることにより、内燃機関10の負荷に応じた火花点火用排気弁閉弁タイミングECにて排気弁34を閉弁させる((2)を参照。)。これにより、排気が終了する。
First, the stratified spark ignition operation execution means F11 drives the exhaust
その後、成層火花点火運転実行手段F11は、吸気弁駆動機構32aを駆動させることにより、内燃機関10の負荷に応じた火花点火用吸気弁開弁タイミングIOにて吸気弁32を開弁させる((3)を参照。)。これにより、吸気が開始する。このように、排気が終了した時点から吸気が開始する時点までの期間である負のオーバーラップ期間が設けられている。成層火花点火運転時においては、混合気に含ませるための燃焼ガスを後述する自着火運転時ほど必要としないため、負のオーバーラップ期間は自着火運転時における同期間より短くなるように設定される。
Thereafter, the stratified spark ignition operation execution means F11 drives the intake
そして、成層火花点火運転実行手段F11は、吸気弁駆動機構32aを駆動させることにより、内燃機関10の負荷に応じた火花点火用吸気弁閉弁タイミングICにて吸気弁32を閉弁させる((4)を参照。)。火花点火用吸気弁閉弁タイミングICは、混合気が大きく圧縮されることにより発生しやすいノッキングを回避するため、後述する自着火用吸気弁閉弁タイミングICよりも遅角側となるように設定される。これにより、吸気が終了するとともに燃焼室25内に導入された空気の圧縮が開始する。
Then, the stratified spark ignition operation execution means F11 drives the intake
その後、クランク角がBTDC90°となる(ピストン22の位置が燃焼室分割ピストン位置となる)タイミングにて、燃焼室25は高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bからなる2つの空間に分割される。
Thereafter, at the timing when the crank angle becomes BTDC 90 ° (the position of the
次に、成層火花点火運転実行手段F11は、燃料噴射弁37を開弁させることにより、クランク角がBTDC45°となる圧縮行程の後半(少なくとも、火花点火用吸気弁閉弁タイミングICとピストン22の位置が上死点位置となるタイミングとの中間のタイミングより遅角側)のタイミング(図7のAが付された一点破線により示されたタイミング)θinjにて燃料を噴射させる((5)を参照。)。このとき噴射される燃料の量は、低部燃焼室25b内の混合気の空燃比をリーンな空燃比(希薄空燃比)とするように、内燃機関10の負荷とエンジン回転速度NEとに基づいて定まる量である。
Next, the stratified spark ignition operation execution means F11 opens the
この時点では、上述したように、燃焼室25は高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bからなる2つの空間に分割されている。従って、噴射された燃料は、図8の(A)に示したように、ピストン頂部縦壁面22cの近傍に滞留する。このように、燃焼室25が2つの空間に分割されない場合と比較して、点火プラグ35の近傍の領域により多くの燃料を集めることができる。この結果、燃焼に供される混合気に含まれる燃料の量が少ない軽負荷運転領域において成層火花点火運転を行える領域を拡大することができ、燃費を良好にすることができる。
At this time, as described above, the
その後、クランク角がBTDC30°となると、図8の(B)に示したように、低部燃焼室25bにおいて燃料密度が点火プラグ35の近傍の領域にて他の領域より高い成層混合気が形成される。
After that, when the crank angle becomes
そして、成層火花点火運転実行手段F11は、ピストン22の位置が上死点位置の近傍の位置となる火花点火タイミングθigにて点火プラグ35の先端部から火花を発生させ、低部燃焼室25bにて成層混合気を火花により点火して(火花点火により)燃焼させる((6)を参照。)。このとき、成層火花点火運転実行手段F11は、火花点火タイミングθigを、内燃機関10の負荷とエンジン回転速度NEとに基づいて決定する。
Then, the stratified spark ignition operation execution means F11 generates a spark from the tip of the
このように、ガスの温度がより高くなる低部燃焼室25b(第1空間)にて混合気を確実に燃焼させることができる。更に、圧縮行程の後半の燃料噴射タイミングθinjから火花点火タイミングθigまでの間の時間が極めて短いので、形成された成層混合気に含まれる燃料が拡散することにより同成層混合気の燃料密度が空間的に一様となる前に、同成層混合気に点火することができる。この結果、燃焼に供される混合気に含まれる燃料の量が少ない極軽負荷運転領域においても成層火花点火運転をより一層確実に行うことができる。
Thus, the air-fuel mixture can be reliably burned in the
その後、火花点火による燃焼に伴うガスの膨張が始まる。
このようにして、上記成層火花点火運転領域Aにて、内燃機関10は成層火花点火運転される。
Thereafter, gas expansion accompanying combustion by spark ignition begins.
In this way, in the stratified spark ignition operation region A, the
(内燃機関10が上記自着火運転領域Bにて運転されるとき)
一方、内燃機関10が上記自着火運転領域Bにて運転されるとき(自着火運転時)、運転切換え手段G11は運転領域マップに従って自着火運転実行手段F12を選択する。これにより、内燃機関10は自着火運転実行手段F12によって運転される。
(When the
On the other hand, when the
自着火運転実行手段F12は、燃焼室25に導入された空気と燃料密度が空間的に一様となるように燃料噴射弁37から噴射された燃料と燃焼ガスとを含む均質混合気を同燃焼室25にて形成し同形成された均質混合気をピストン22が圧縮することにより高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bにて自着火させて燃焼させる。より具体的に述べると、自着火運転実行手段F12は、図9に示したように、吸気弁駆動機構32a、排気弁駆動機構34a及び燃料噴射弁37をそれぞれ作動させて内燃機関10の運転を行う。
The self-ignition operation execution means F12 combusts the homogeneous mixture containing the air introduced into the
先ず、自着火運転実行手段F12は、排気弁駆動機構34aを駆動させることにより、内燃機関10の負荷に応じた自着火用排気弁開弁タイミングEOにて排気弁34を開弁させる((1)を参照。)。これにより、前回の燃焼サイクルにおける燃焼により生成された燃焼ガスの排気が開始する。次いで、自着火運転実行手段F12は、排気弁駆動機構34aを駆動させることにより、内燃機関10の負荷に応じた自着火用排気弁閉弁タイミングECにて排気弁34を閉弁させる((2)を参照。)。これにより、排気が終了する。
First, the self-ignition operation execution means F12 opens the
その後、自着火運転実行手段F12は、吸気弁駆動機構32aを駆動させることにより、内燃機関10の負荷に応じた自着火用吸気弁開弁タイミングIOにて吸気弁32を開弁させる((3)を参照。)。これにより、吸気が開始する。自着火運転時においては、混合気に含ませるための燃焼ガスを成層火花点火運転時より多く必要とするため、負のオーバーラップ期間は成層火花点火運転時における同期間より長くなるように設定される。このため、自着火用吸気弁開弁タイミングIOは、上記火花点火用吸気弁開弁タイミングIOより遅角側となるように設定される。この結果、燃焼室25内に成層火花点火運転時と比較して多量の燃焼ガスが残留する。
Thereafter, the self-ignition operation execution means F12 drives the intake
次に、自着火運転実行手段F12は、吸気弁駆動機構32aを駆動させることにより、内燃機関10の負荷に応じた自着火用吸気弁閉弁タイミングICにて吸気弁32を閉弁させる((4)を参照。)。これにより、吸気が終了するとともに空気と燃焼ガスとからなるガスの圧縮が開始する。
Next, the self-ignition operation execution means F12 drives the intake
そして、自着火運転実行手段F12は、燃料噴射弁37を開弁させることにより、クランク角がBTDC135°となる圧縮行程の前半(少なくとも、自着火用吸気弁閉弁タイミングICとピストン22の位置が上死点位置となるタイミングとの中間のタイミングより進角側)のタイミングθinjにて燃料を噴射させる((5)を参照。)。このとき噴射される燃料の量は、燃焼室25内の混合気の空燃比を極めてリーンな空燃比(超希薄空燃比)とするように、内燃機関10の負荷とエンジン回転速度NEとに基づいて定まる量である。
Then, the self-ignition operation execution means F12 opens the
この時点では、ピストン頂部縦壁面22cの上端部と、シリンダヘッド縦壁面30cの下端部と、の間の距離は、比較的大きくなっている。従って、噴射された燃料の略半分は、図10の(A)に示したように、ピストン頂部縦壁面22cに遮られることによりピストン低部上面22bの上方の空間に滞留する。一方、噴射された燃料の残りの略半分は、ピストン高部上面22aの上方の空間に到達する。
At this time, the distance between the upper end portion of the piston top
その後、図10の(B)に示したように、クランク角がBTDC90°となる(ピストン22の位置が燃焼室分割ピストン位置となる)タイミングにて、燃焼室25は高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bからなる2つの空間に分割される。これにより、高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bにおいて、空間的に一様な燃料密度であって略同一の燃料密度を有する混合気(空燃比が超希薄空燃比である混合気)がそれぞれ形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 10B, at the timing when the crank angle becomes BTDC 90 ° (the position of the
そして、ピストン22が上死点位置に近づくと、より大きく圧縮される低部燃焼室25bにおける混合気がより早く高温状態となるので、高部燃焼室25aにおける混合気より先に自着火される。その後、ピストン22が更に上死点位置に近づくと、高部燃焼室25aにおいて混合気が自着火される。
When the
図11の実線により示した曲線C1は、このような運転がなされる場合におけるクランク角に対する発生熱エネルギーの変化を示している。発生熱エネルギーは、混合気の燃焼により単位時間あたりに発生する熱エネルギーである。この曲線C1により示されるように、発生熱エネルギーは、互いに異なる2つのクランク角にて、低部燃焼室25bにおける燃焼に起因するピークと、高部燃焼室25aにおける燃焼に起因するピークと、をそれぞれ有するように変化する。
A curve C1 indicated by a solid line in FIG. 11 shows a change in generated heat energy with respect to the crank angle when such an operation is performed. The generated heat energy is heat energy generated per unit time by combustion of the air-fuel mixture. As shown by this curve C1, the generated heat energy has two peaks at different crank angles: a peak due to combustion in the
これにより、燃焼室25を構成するピストン22、シリンダブロック部20及びシリンダヘッド部30等の部材が燃焼により発生した熱エネルギーにより単位時間当たりに受ける衝撃の力の大きさは、燃焼室25内の混合気が一時に(極めて短い期間内に)自着火されて燃焼する場合(図11の破線により示した曲線C2を参照。)と比べて小さくなる。この結果、高負荷運転領域において過大となりやすい同衝撃に伴って発生する騒音を低減することができる。
As a result, the magnitude of the impact force per unit time caused by the thermal energy generated by the combustion of the
その後、自着火による燃焼に伴うガスの膨張が始まる。
このようにして、上記自着火運転領域Bにて、内燃機関10は自着火運転される。これにより、燃費を良好にすることができるとともに、燃焼に伴い生成されるNOxの量を低減させることができる。
Thereafter, gas expansion accompanying combustion by self-ignition begins.
In this way, in the self-ignition operation region B, the
(内燃機関10が上記均質火花点火運転領域Cにて運転されるとき)
また、内燃機関10が上記均質火花点火運転領域Cにて運転されるとき(均質火花点火運転時)、運転切換え手段G11は運転領域マップに従って均質火花点火運転実行手段F13を選択する。これにより、内燃機関10は均質火花点火運転実行手段F13によって運転される。
(When the
When the
均質火花点火運転実行手段F13は、低部燃焼室25bにおいて、燃料の空間的分布密度(燃料密度)が空間的に一様となるように燃料噴射弁37から燃料を噴射させて均質混合気を形成し、同形成された均質混合気を点火プラグ35が発生する火花により点火して燃焼させる。均質火花点火運転実行手段F13は、上記成層火花点火運転実行手段F11に対し、燃料を噴射させるタイミングを進角させる点においてのみ相違する。従って、以下、係る相違点を中心として説明する。
The homogeneous spark ignition operation execution means F13 injects the fuel from the
均質火花点火運転実行手段F13は、吸気弁32を閉弁させることにより、吸気が終了するとともに空気の圧縮が開始した後であって、クランク角がBTDC100°となる圧縮行程の前半(少なくとも、火花点火用吸気弁閉弁タイミングICとピストン22の位置が上死点位置となるタイミングとの中間のタイミングより進角側)のタイミング(図7のCが付された一点破線により示されたタイミング)θinjにて、燃料噴射弁37を開弁させることにより燃料を噴射させる((5)を参照。)。このとき噴射される燃料の量は、低部燃焼室25b内の混合気の空燃比を理論空燃比とするように、内燃機関10の負荷とエンジン回転速度NEとに基づいて定まる量である。
The homogeneous spark ignition operation execution means F13 closes the
この時点では、ピストン頂部縦壁面22cの上端部は、シリンダヘッド縦壁面30cの下端部に略到達している。従って、噴射された燃料は、図12の(A)に示したように、ピストン頂部縦壁面22cに遮られることにより、ピストン低部上面22bの上方の空間に滞留する。
At this time, the upper end portion of the piston top
その後、クランク角がBTDC90°となる(ピストン22の位置が燃焼室分割ピストン位置となる)タイミングにて、燃焼室25は高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bからなる2つの空間に分割される。
Thereafter, at the timing when the crank angle becomes BTDC 90 ° (the position of the
次に、クランク角がBTDC30°となると、図12の(B)に示したように、低部燃焼室25bにおいて混合気に含まれる燃料密度が空間的に一様な均質混合気が形成される。このように、噴射された燃料は圧縮行程の期間内に低部燃焼室25bにて十分に拡散する。この結果、燃焼ガスに含まれる未燃成分を減少させるとともに、ノッキングの発生を防止することができる。
Next, when the crank angle reaches
そして、均質火花点火運転実行手段F13は、ピストン22の位置が上死点位置の近傍の位置となる火花点火タイミングθigにて点火プラグ35の先端部から火花を発生させ、低部燃焼室25bにて混合気を火花により点火して(火花点火により)燃焼させる((6)を参照。)。このとき、均質火花点火運転実行手段F13は、火花点火タイミングθigを、内燃機関10の負荷とエンジン回転速度NEとに基づいて決定する。
Then, the homogeneous spark ignition operation execution means F13 generates a spark from the tip of the
このように、より大きく圧縮される低部燃焼室25b(第1空間)内の混合気が燃焼する。これにより、実質的に高圧縮比下で混合気が燃焼するので、等容度を向上させることができる。この結果、燃費を向上させることができる。
In this way, the air-fuel mixture in the
このようにして、上記均質火花点火運転領域Cにて、内燃機関10は均質火花点火運転される。この結果、自着火運転される場合と比較して過大な音の発生を防止することができる。
In this manner, in the homogeneous spark ignition operation region C, the
以上、説明したように、本発明による内燃機関の第1実施形態は、ピストンが燃焼室分割ピストン位置より上死点位置側にあるとき、燃焼室25が互いに独立した高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bからなる2つの空間に分割されるように構成されている。これにより、燃焼室25が分割されている期間においては、燃焼室が2つの空間に分割されない場合と比較して、低部燃焼室25b内の燃料が拡散できる領域が狭くなる。
As described above, in the first embodiment of the internal combustion engine according to the present invention, when the piston is on the top dead center position side with respect to the combustion chamber division piston position, the
更に、第1実施形態は、低部燃焼室25bに臨むように配置された燃料噴射弁37及び点火プラグ35を備えるとともに、同燃料噴射弁37により燃料を圧縮行程の後半にて噴射させ低部燃焼室25b内に成層混合気を形成する。以上により、点火プラグ35の近傍の領域により多くの燃料を集めることができる。この結果、燃焼に供される混合気に含まれる燃料の量が少ない軽負荷運転領域において成層火花点火運転を行える領域を拡大することができ、燃費を良好にすることができる。
Furthermore, the first embodiment includes a
加えて、第1実施形態は、ピストン22が上死点位置にあるときの低部燃焼室25bの容積VL1に対する同ピストン22が同燃焼室分割ピストン位置にあるときの同低部燃焼室25bの容積VL0の比(第1空間容積比)VL0/VL1が、同ピストン22が上死点位置にあるときの高部燃焼室25aの容積VH1に対する同ピストン22が燃焼室分割ピストン位置にあるときの同高部燃焼室25aの容積VH0の比(第2空間容積比)VH0/VH1より大きくなるように構成されている。
In addition, in the first embodiment, the
これにより、低部燃焼室25b内の混合気の温度は、高部燃焼室25a内の混合気の温度より高くなる。この結果、極軽負荷運転領域においても低部燃焼室25bにて混合気を確実に燃焼させることができる。
Thereby, the temperature of the air-fuel mixture in the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る内燃機関について説明する。第2実施形態に係る内燃機関は、高負荷運転領域及び極高負荷運転領域にて自着火誘発均質火花点火運転を行う点において第1実施形態に係る内燃機関と相違している。以下、かかる相違点を中心として説明する。
(Second Embodiment)
Next, an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention will be described. The internal combustion engine according to the second embodiment is different from the internal combustion engine according to the first embodiment in that self-ignition induced homogeneous spark ignition operation is performed in a high load operation region and an extremely high load operation region. Hereinafter, this difference will be mainly described.
この内燃機関10は、図13に示したように、火花点火運転実行手段の一部を構成する成層火花点火運転実行手段F21、火花点火運転実行手段の一部を構成する自着火誘発均質火花点火運転実行手段F22及び運転切換え手段G21等の手段を含んでいる。これらの手段の機能は、電気制御装置70のCPUが所定のプログラムを実行することにより達成される。従って、以下、CPUによる各種の動作を上記各手段が行うものとして説明する。
As shown in FIG. 13, the
運転切換え手段G21は、図14に示した運転領域マップを電気制御装置70のROMに記憶している。運転領域マップは、内燃機関10の負荷及びエンジン回転速度(回転速度)NEと、運転方式と、の関係を規定するマップである。
The operation switching means G21 stores the operation region map shown in FIG. 14 in the ROM of the
この運転領域マップにおいては、運転方式として成層火花点火方式と、自着火誘発均質火花点火方式と、が指定されている。この運転領域マップにおいては、成層火花点火方式が指定されている運転領域である成層火花点火運転領域Aは、全運転領域のうちの所定の高負荷閾値より小さい負荷の領域である。更に、自着火誘発均質火花点火方式が指定されている運転領域である自着火誘発均質火花点火運転領域Bは、上記高負荷閾値以上の負荷の領域(成層火花点火運転領域Aよりも高負荷側の領域)である。 In this operation region map, a stratified spark ignition method and a self-ignition induced homogeneous spark ignition method are designated as operation methods. In this operation region map, the stratified spark ignition operation region A, which is the operation region in which the stratified spark ignition method is designated, is a load region that is smaller than a predetermined high load threshold in the entire operation region. Further, the self-ignition-induced homogeneous spark ignition operation region B, which is an operation region in which the self-ignition-induced homogeneous spark ignition method is designated, is a region of a load that is higher than the high load threshold value (a higher load side than the stratified spark ignition operation region A). Area).
運転切換え手段G21は、上記運転領域マップと、内燃機関10の負荷及びエンジン回転速度NEと、に基づいて運転方式を決定し、同決定された運転方式により運転を行う。内燃機関10の負荷は、アクセルペダルの操作量Accpとエンジン回転速度NEとに基づいて決定される要求トルクTqtgtであってもよく、単にアクセルペダルの操作量Accpであってもよい。
The operation switching means G21 determines an operation method based on the operation region map, the load of the
(内燃機関10が上記成層火花点火運転領域Aにて運転されるとき)
内燃機関10が上記成層火花点火運転領域Aにて運転されるとき(成層火花点火運転時)、運転切換え手段G21は運転領域マップに従って成層火花点火運転実行手段F21を選択する。これにより、内燃機関10は成層火花点火運転実行手段F21によって運転される。
(When the
When the
成層火花点火運転実行手段F21は、上記第1実施形態に係る内燃機関が含む成層火花点火運転実行手段F11と同一である。従って、成層火花点火運転実行手段F21は、図7に示したように、吸気弁駆動機構32a、排気弁駆動機構34a、点火プラグ35及び燃料噴射弁37をそれぞれ作動させて内燃機関10の運転を行う。これにより、上記成層火花点火運転領域Aにて、内燃機関10は成層火花点火運転される。
The stratified spark ignition operation executing means F21 is the same as the stratified spark ignition operation executing means F11 included in the internal combustion engine according to the first embodiment. Therefore, the stratified spark ignition operation execution means F21 operates the
(内燃機関10が上記自着火誘発均質火花点火運転領域Bにて運転されるとき)
一方、内燃機関10が上記自着火誘発均質火花点火運転領域Bにて運転されるとき(自着火誘発均質火花点火運転時)、運転切換え手段G21は運転領域マップに従って自着火誘発均質火花点火運転実行手段F22を選択する。これにより、内燃機関10は自着火誘発均質火花点火運転実行手段F22によって運転される。
(When the
On the other hand, when the
自着火誘発均質火花点火運転実行手段F22は、低部燃焼室25bにおける燃料密度が空間的に一様な第1の燃料密度となるとともに、高部燃焼室25aにおける燃料密度が空間的に一様な第1の燃料密度より低い第2の燃料密度となるように燃料噴射弁37から燃料を噴射させて高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bのそれぞれにて均質混合気を形成する。更に、自着火誘発均質火花点火運転実行手段F22は、同低部燃焼室25bにて形成された均質混合気を点火プラグ35が発生する火花により点火して燃焼させるとともに、同高部燃焼室25aにて形成された均質混合気を低部燃焼室25bにおける燃焼により生成された燃焼ガスが圧縮することにより自着火させて燃焼させる。
The self-ignition induced homogeneous spark ignition operation execution means F22 has a first uniform fuel density in the
自着火誘発均質火花点火運転実行手段F22は、上記第1実施形態に係る内燃機関が含む均質火花点火運転実行手段F13に対し、燃料を噴射させるタイミングを進角させる点においてのみ相違する。従って、以下、係る相違点を中心として、より具体的に説明する。 The self-ignition induced homogeneous spark ignition operation execution means F22 is different from the homogeneous spark ignition operation execution means F13 included in the internal combustion engine according to the first embodiment only in that the timing for injecting fuel is advanced. Therefore, more specific description will be given below centering on such differences.
自着火誘発均質火花点火運転実行手段F22は、吸気弁32を閉弁させることにより、吸気が終了するとともに空気の圧縮が開始した後であって、クランク角がBTDC110°となるタイミング(図15のBが付された一点破線により示されたタイミング)θinjにて、燃料噴射弁37を開弁させることにより燃料を噴射させる((5)を参照。)。このとき噴射される燃料の量は、低部燃焼室25b内の混合気の空燃比を理論空燃比とするとともに、高部燃焼室25a内の混合気の空燃比を極めてリーンな空燃比(超希薄空燃比)とするように、内燃機関10の負荷とエンジン回転速度NEとに基づいて定まる量である。
The self-ignition induced homogeneous spark ignition operation execution means F22 closes the
この時点では、ピストン頂部縦壁面22cの上端部と、シリンダヘッド縦壁面30cの下端部と、の間の距離は、かなり小さくなっている。従って、噴射された燃料の大部分は、図16の(A)に示したように、ピストン頂部縦壁面22cに遮られることにより、ピストン低部上面22bの上方の空間に滞留する。残りの少量の燃料は、ピストン高部上面22aの上方の空間に到達する。
At this time, the distance between the upper end portion of the piston top
その後、図16の(B)に示したように、クランク角がBTDC90°となる(ピストン22の位置が燃焼室分割ピストン位置となる)タイミングにて、燃焼室25は高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bからなる2つの空間に分割される。これにより、低部燃焼室25bにて、燃料密度が空間的に一様な第1の燃料密度である均質混合気(空燃比が理論空燃比である均質混合気)が形成されるとともに、高部燃焼室25aにて、燃料密度が空間的に一様な上記第1の燃料密度より低い第2の燃料密度である均質混合気(空燃比が超希薄空燃比である均質混合気)が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 16B, at the timing when the crank angle becomes BTDC 90 ° (the position of the
そして、自着火誘発均質火花点火運転実行手段F22は、ピストン22の位置が上死点位置の近傍の位置となる火花点火タイミングθigにて点火プラグ35の先端部から火花を発生させ、低部燃焼室25b内の均質混合気を火花により点火して(火花点火により)燃焼させる((6)を参照。)。このとき、自着火誘発均質火花点火運転実行手段F22は、火花点火タイミングθigを、内燃機関10の負荷とエンジン回転速度NEとに基づいて決定する。
Then, the self-ignition induced homogeneous spark ignition operation execution means F22 generates a spark from the tip of the
次に、ピストン22が燃焼室分割ピストン位置より下死点位置側に移動すると、高部燃焼室25aと低部燃焼室25bとが連通する。このとき、低部燃焼室25bにて生成された高温且つ高圧の燃焼ガスが膨張することにより、燃料密度が上記第1の燃料密度より低い第2の燃料密度である高部燃焼室25a内の均質混合気が圧縮されるとともに加熱される。これにより、高部燃焼室25aにおける同均質混合気は自着火されて燃焼する。この結果、すべての燃料を均質火花点火方式により燃焼させた場合に比較して燃焼に伴って生成されるNOxの量を低減させることができる。
Next, when the
このようにして、上記自着火誘発均質火花点火運転領域Bにて、内燃機関10は自着火誘発均質火花点火運転される。
In this way, in the self-ignition induced homogeneous spark ignition operation region B, the
以上、説明したように、本発明による内燃機関の第2実施形態は、高負荷運転領域及び極高負荷運転領域にて自着火誘発均質火花点火運転を行う。この結果、すべての燃料を均質火花点火方式により燃焼させた場合に比較して燃焼に伴って生成されるNOxの量を低減させることができる。 As described above, the second embodiment of the internal combustion engine according to the present invention performs the self-ignition-induced homogeneous spark ignition operation in the high load operation region and the extremely high load operation region. As a result, the amount of NOx generated with combustion can be reduced as compared with the case where all fuels are burned by the homogeneous spark ignition system.
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係る内燃機関について説明する。第3実施形態に係る内燃機関は、燃料噴射手段としての燃料噴射弁及び火花点火手段としての点火プラグが高部燃焼室25aに臨むように配置されるとともに、高負荷運転領域及び極高負荷運転領域にて自着火自発均質火花点火運転を行う点において第1実施形態に係る内燃機関と相違している。以下、かかる相違点を中心として説明する。
(Third embodiment)
Next, an internal combustion engine according to a third embodiment of the present invention will be described. The internal combustion engine according to the third embodiment is arranged so that the fuel injection valve as the fuel injection means and the spark plug as the spark ignition means face the
この内燃機関は、図17に示したように、点火プラグ35に代わる火花点火手段としての点火プラグ101及び燃料噴射弁37に代わる燃料噴射手段としての燃料噴射弁102を備えている。
As shown in FIG. 17, the internal combustion engine includes an
点火プラグ101は、シリンダヘッド部30の下面を燃焼室25側から見た図18に示したように、2つの排気ポート33(従って、2つの排気弁34)の間の位置にてシリンダヘッド部30に配設されている。点火プラグ101は、火花(点火用火花)を発生する先端部を備え、同先端部が燃焼室25(燃焼室25が2つの空間に分割されている期間においては、高部燃焼室25a)に露呈するようになっている。
As shown in FIG. 18 when the lower surface of the
燃料噴射弁102は、図17及び図18に示したように、燃焼室25のシリンダヘッド高部下面30a側の側壁面であって、シリンダヘッド縦壁面30cが構成する平面に直交し、且つ、シリンダ21の中心軸線を通過する直線上の位置に配設されている。燃料噴射弁102は、燃焼室25の略中央に向けて燃料を噴射する先端部を備え、同先端部が燃焼室25(燃焼室25が2つの空間に分割されている期間においては、高部燃焼室25a)に露呈するようになっている。燃料噴射弁102には、図示しない燃料圧力調整手段及び燃料ポンプにより図示しない燃料タンク内の燃料が供給されるようになっている。
As shown in FIGS. 17 and 18, the
このような構成により、燃料噴射弁102から燃料を噴射させたとき、ピストン22の位置が上死点位置側にあると、噴射された燃料は、ピストン高部上面22a及びシリンダヘッド縦壁面30cにより遮られピストン低部上面22bの上方の空間に到達しにくくなる。換言すると、燃料を噴射させるタイミング(燃料噴射タイミング)におけるピストン22の位置が下死点位置側にあるほど、ピストン低部上面22bの上方の空間に到達する燃料の量が多くなる。
With such a configuration, when fuel is injected from the
この内燃機関10は、図19に示したように、火花点火運転実行手段の一部を構成する成層火花点火運転実行手段F31、火花点火運転実行手段の一部を構成する自着火自発均質火花点火運転実行手段F32及び運転切換え手段G31等の手段を含んでいる。これらの手段の機能は、電気制御装置70のCPUが所定のプログラムを実行することにより達成される。従って、以下、CPUによる各種の動作を上記各手段が行うものとして説明する。
As shown in FIG. 19, the
運転切換え手段G31は、図20に示した運転領域マップを電気制御装置70のROMに記憶している。運転領域マップは、内燃機関10の負荷及びエンジン回転速度(回転速度)NEと、運転方式と、の関係を規定するマップである。
The operation switching means G31 stores the operation region map shown in FIG. 20 in the ROM of the
この運転領域マップにおいては、運転方式として成層火花点火方式と、自着火自発均質火花点火方式と、が指定されている。この運転領域マップにおいては、成層火花点火方式が指定されている運転領域である成層火花点火運転領域Aは、全運転領域のうちの所定の高負荷閾値より小さい負荷の領域である。更に、自着火自発均質火花点火方式が指定されている運転領域である自着火自発均質火花点火運転領域Bは、上記高負荷閾値以上の負荷の領域(成層火花点火運転領域Aよりも高負荷側の領域)である。 In this operation region map, a stratified spark ignition method and a self-ignition spontaneous homogeneous spark ignition method are designated as operation methods. In this operation region map, the stratified spark ignition operation region A, which is the operation region in which the stratified spark ignition method is designated, is a load region that is smaller than a predetermined high load threshold in the entire operation region. Furthermore, the self-ignition spontaneous homogeneous spark ignition operation region B, which is an operation region in which the self-ignition spontaneous homogeneous spark ignition method is designated, is a region of a load higher than the above-mentioned high load threshold (the higher load side than the stratified spark ignition operation region A). Area).
運転切換え手段G31は、上記運転領域マップと、内燃機関10の負荷及びエンジン回転速度NEと、に基づいて運転方式を決定し、同決定された運転方式により運転を行う。内燃機関10の負荷は、アクセルペダルの操作量Accpとエンジン回転速度NEとに基づいて決定される要求トルクTqtgtであってもよく、単にアクセルペダルの操作量Accpであってもよい。
The operation switching means G31 determines an operation method based on the operation region map, the load of the
(内燃機関10が上記成層火花点火運転領域Aにて運転されるとき)
内燃機関10が上記成層火花点火運転領域Aにて運転されるとき(成層火花点火運転時)、運転切換え手段G31は運転領域マップに従って成層火花点火運転実行手段F31を選択する。これにより、内燃機関10は成層火花点火運転実行手段F31によって運転される。
(When the
When the
成層火花点火運転実行手段F31は、高部燃焼室25aにおいて、燃料の空間的分布密度(燃料密度)が点火プラグ101の近傍の領域にて他の領域より高くなるように燃料噴射弁102から燃料を噴射させて成層混合気を形成し、同形成された成層混合気を同点火プラグ101が発生する火花により点火して燃焼させる。より具体的に述べると、成層火花点火運転実行手段F31は、図21に示したように、吸気弁駆動機構32a、排気弁駆動機構34a、点火プラグ101及び燃料噴射弁102をそれぞれ作動させて内燃機関10の運転を行う。
The stratified spark ignition operation execution means F31 performs fuel from the
成層火花点火運転実行手段F31は、上記第1実施形態に係る内燃機関が含む成層火花点火運転実行手段F11と同様に、排気弁34及び吸気弁32のそれぞれを開弁及び閉弁させる((1)〜(4)を参照。)。
The stratified spark ignition operation execution means F31 opens and closes each of the
その後、成層火花点火運転実行手段F31により吸気弁32が閉弁させられることにより、吸気が終了するとともに空気の圧縮が開始した後であって、クランク角がBTDC90°となる(ピストン22の位置が燃焼室分割ピストン位置となる)タイミングにて、燃焼室25は高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bからなる2つの空間に分割される。
Thereafter, the
次に、成層火花点火運転実行手段F31は、燃料噴射弁102を開弁させることにより、クランク角がBTDC45°となる圧縮行程の後半のタイミング(図21のAが付された一点破線により示されたタイミング)θinjにて燃料を噴射させる((5)を参照。)。このとき噴射される燃料の量は、高部燃焼室25a内の混合気の空燃比をリーンな空燃比(希薄空燃比)とするように、内燃機関10の負荷とエンジン回転速度NEとに基づいて定まる量である。
Next, the stratified spark ignition operation execution means F31 opens the
この時点では、上述したように、燃焼室25は高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bからなる2つの空間に分割されている。従って、噴射された燃料は、図22の(A)に示したように、シリンダヘッド縦壁面30cの近傍に滞留する。このように、燃焼室25が2つの空間に分割されない場合と比較して、点火プラグ101の近傍の領域により多くの燃料を集めることができる。この結果、燃焼に供される混合気に含まれる燃料の量が少ない軽負荷運転領域において成層火花点火運転を行える領域を拡大することができ、燃費を良好にすることができる。
At this time, as described above, the
その後、クランク角がBTDC30°となると、図22の(B)に示したように、高部燃焼室25aにおいて燃料密度が点火プラグ101の近傍の領域にて他の領域より高い成層混合気が形成される。
Thereafter, when the crank angle reaches
そして、成層火花点火運転実行手段F31は、ピストン22の位置が上死点位置の近傍の位置となる火花点火タイミングθigにて点火プラグ101の先端部から火花を発生させ、高部燃焼室25aにて均質混合気を火花により点火して(火花点火により)燃焼させる((6)を参照。)。このとき、成層火花点火運転実行手段F31は、火花点火タイミングθigを、内燃機関10の負荷とエンジン回転速度NEとに基づいて決定する。
Then, the stratified spark ignition operation execution means F31 generates a spark from the tip of the
このように、燃料噴射タイミングθinjから火花点火タイミングθigまでの間の時間が極めて短いので、形成された成層混合気に含まれる燃料が拡散することにより同成層混合気の燃料密度が空間的に一様となる前に、同成層混合気に点火することができる。この結果、燃焼に供される混合気に含まれる燃料の量が少ない極軽負荷運転領域においても成層火花点火運転をより一層確実に行うことができる。 As described above, since the time from the fuel injection timing θinj to the spark ignition timing θig is extremely short, the fuel density of the stratified mixture becomes spatially uniform by the diffusion of the fuel contained in the formed stratified mixture. The stratified mixture can be ignited before becoming As a result, the stratified spark ignition operation can be performed more reliably even in an extremely light load operation region where the amount of fuel contained in the air-fuel mixture provided for combustion is small.
その後、火花点火による燃焼に伴うガスの膨張が始まる。
このようにして、上記成層火花点火運転領域Aにて、内燃機関10は成層火花点火運転される。
Thereafter, gas expansion accompanying combustion by spark ignition begins.
In this way, in the stratified spark ignition operation region A, the
(内燃機関10が上記自着火自発均質火花点火運転領域Bにて運転されるとき)
一方、内燃機関10が上記自着火自発均質火花点火運転領域Bにて運転されるとき(自着火自発均質火花点火運転時)、運転切換え手段G31は運転領域マップに従って自着火自発均質火花点火運転実行手段F32を選択する。これにより、内燃機関10は自着火自発均質火花点火運転実行手段F32によって運転される。
(When the
On the other hand, when the
自着火自発均質火花点火運転実行手段F32は、高部燃焼室25aにおける燃料密度が空間的に一様な第1の燃料密度となるとともに、低部燃焼室25bにおける燃料密度が空間的に一様な第1の燃料密度より低い第2の燃料密度となるように燃料噴射弁102から燃料を噴射させて高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bのそれぞれにて均質混合気を形成する。更に、自着火自発均質火花点火運転実行手段F32は、同高部燃焼室25aにて形成された均質混合気を同点火プラグ101が発生する火花により点火して燃焼させるとともに、同低部燃焼室25bにて形成された均質混合気をピストン22が圧縮することにより自着火させて燃焼させる。
In the self-ignition spontaneous homogeneous spark ignition operation execution means F32, the fuel density in the
自着火自発均質火花点火運転実行手段F32は、上記成層火花点火運転実行手段F31に対し、燃料を噴射させるタイミングを進角させる点においてのみ相違する。従って、以下、係る相違点を中心として、より具体的に説明する。 The self-ignition spontaneous homogeneous spark ignition operation execution means F32 differs from the stratified spark ignition operation execution means F31 only in that the timing at which fuel is injected is advanced. Therefore, more specific description will be given below centering on such differences.
自着火自発均質火花点火運転実行手段F32は、吸気弁32を閉弁させることにより、吸気が終了するとともに空気の圧縮が開始した後であって、クランク角がBTDC100°となるタイミング(図21のBが付された一点破線により示されたタイミング)θinjにて、燃料噴射弁102を開弁させることにより燃料を噴射させる((5)を参照。)。このとき噴射される燃料の量は、低部燃焼室25b内の混合気の空燃比を極めてリーンな空燃比(超希薄空燃比)とするとともに、高部燃焼室25a内の混合気の空燃比を理論空燃比とするように、内燃機関10の負荷とエンジン回転速度NEとに基づいて定まる量である。
The self-ignition spontaneous homogeneous spark ignition operation execution means F32 closes the
この時点では、ピストン頂部縦壁面22cの上端部は、シリンダヘッド縦壁面30cの下端部に略到達している。従って、噴射された燃料の大部分は、図23の(A)に示したように、ピストン高部上面22a及びシリンダヘッド縦壁面30cに遮られることにより、ピストン高部上面22aの上方の空間に滞留する。残りの少量の燃料は、ピストン低部上面22bの上方の空間に到達する。
At this time, the upper end portion of the piston top
その後、図23の(B)に示したように、クランク角がBTDC90°となる(ピストン22の位置が燃焼室分割ピストン位置となる)タイミングにて、燃焼室25は高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bからなる2つの空間に分割される。これにより、高部燃焼室25aにて、燃料密度が空間的に一様な第1の燃料密度である均質混合気(空燃比が理論空燃比である均質混合気)が形成されるとともに、低部燃焼室25bにて、燃料密度が空間的に一様な上記第1の燃料密度より低い第2の燃料密度である均質混合気(空燃比が超希薄空燃比である均質混合気)が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 23B, at the timing when the crank angle becomes BTDC 90 ° (the position of the
そして、自着火自発均質火花点火運転実行手段F32は、ピストン22が上死点位置に到達する直前の火花点火タイミングθigにて点火プラグ101の先端部から火花を発生させ、高部燃焼室25a内の均質混合気を火花により点火して(火花点火により)燃焼させる((6)を参照。)。このとき、自着火自発均質火花点火運転実行手段F32は、火花点火タイミングθigを、内燃機関10の負荷とエンジン回転速度NEとに基づいて決定する。
Then, the self-ignition spontaneous homogeneous spark ignition operation execution means F32 generates a spark from the tip of the
その後、ピストン22が上死点位置に近づくと、低部燃焼室25bにおいて混合気が自着火される。このように、より大きく圧縮される低部燃焼室25b内の混合気の温度は、高部燃焼室25aと低部燃焼室25bとが連通して高部燃焼室25aにて生成された燃焼ガスにより圧縮及び加熱されなくとも、ピストン22により同混合気が圧縮されることにより十分に高い温度となる。従って、燃焼室25が分割されている期間において低部燃焼室25bにて混合気が自着火される。
Thereafter, when the
これにより、すべての燃料を均質火花点火方式により燃焼させた場合に比較して燃焼に伴って生成されるNOxの量を低減させることができる。更に、低部燃焼室25b内の混合気が自着火されるタイミングと、高部燃焼室25a内の混合気が火花により点火されるタイミングと、を低部燃焼室25bと高部燃焼室25aとが連通する前の(ピストン22が燃焼室分割ピストン位置より上死点位置側にあるときの)互いに近しいタイミングとすることができる。この結果、等容度を向上させることができるので、燃費を良好にすることができる。
Thereby, compared with the case where all the fuels are burned by the homogeneous spark ignition method, the amount of NOx produced with combustion can be reduced. Furthermore, the timing at which the air-fuel mixture in the
このようにして、上記自着火自発均質火花点火運転領域Bにて、内燃機関10は自着火自発均質火花点火運転される。
In this way, in the self-ignition spontaneous homogeneous spark ignition operation region B, the
以上、説明したように、本発明による内燃機関の第3実施形態は、高部燃焼室25aに臨むように配置された点火プラグ101及び燃料噴射弁102を備えるとともに、高負荷運転領域及び極高負荷運転領域にて自着火自発均質火花点火運転を行う。
As described above, the third embodiment of the internal combustion engine according to the present invention includes the
この結果、すべての燃料を均質火花点火方式により燃焼させた場合に比較して燃焼に伴って生成されるNOxの量を低減させることができる。更に、高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bにおける着火タイミングを互いに近しいタイミングとすることができるので、等容度を向上させることができ、燃費を良好にすることができる。
As a result, the amount of NOx generated with combustion can be reduced as compared with the case where all fuels are burned by the homogeneous spark ignition system. Furthermore, since the ignition timings in the
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態に係る内燃機関について説明する。第4実施形態に係る内燃機関は、火花点火手段として、低部燃焼室25bに臨むように配置された第1の点火プラグと、高部燃焼室25aに臨むように配置された第2の点火プラグと、からなる2つの点火プラグを備えるとともに、極高負荷運転領域にて両室均質火花点火運転を行う点において第1実施形態に係る内燃機関と相違している。以下、かかる相違点を中心として説明する。
(Fourth embodiment)
Next, an internal combustion engine according to a fourth embodiment of the present invention will be described. The internal combustion engine according to the fourth embodiment includes, as spark ignition means, a first ignition plug disposed so as to face the
この内燃機関は、図24に示したように、点火プラグ35に代わる第1火花点火手段としての第1点火プラグ111と、第2火花点火手段としての第2点火プラグ112と、を備えている。
As shown in FIG. 24, the internal combustion engine includes a
第1点火プラグ111は、シリンダヘッド部30の下面を燃焼室25側から見た図25に示したように、2つの吸気ポート31(従って、2つの吸気弁32)の間の位置にてシリンダヘッド部30に配設されている。第1点火プラグ111は、火花(点火用火花)を発生する先端部を備え、同先端部が燃焼室25(燃焼室25が2つの空間に分割されている期間においては、低部燃焼室25b)に露呈するようになっている。
The
第2点火プラグ112は、2つの排気ポート33(従って、2つの排気弁34)の間の位置にてシリンダヘッド部30に配設されている。第2点火プラグ112は、火花(点火用火花)を発生する先端部を備え、同先端部が燃焼室25(燃焼室25が2つの空間に分割されている期間においては、高部燃焼室25a)に露呈するようになっている。
The
この内燃機関10は、図26に示したように、火花点火運転実行手段の一部を構成する成層火花点火運転実行手段F41、自着火運転実行手段F42、火花点火運転実行手段の一部を構成する両室均質火花点火運転実行手段F43及び運転切換え手段G41等の手段を含んでいる。これらの手段の機能は、電気制御装置70のCPUが所定のプログラムを実行することにより達成される。従って、以下、CPUによる各種の動作を上記各手段が行うものとして説明する。
As shown in FIG. 26, the
運転切換え手段G41は、図27に示した運転領域マップを電気制御装置70のROMに記憶している。運転領域マップは、内燃機関10の負荷及びエンジン回転速度(回転速度)NEと、運転方式と、の関係を規定するマップである。
The operation switching means G41 stores the operation region map shown in FIG. 27 in the ROM of the
この運転領域マップにおいては、運転方式として成層火花点火方式と、予混合圧縮自着火方式と、両室均質火花点火方式と、が指定されている。この運転領域マップにおいては、成層火花点火方式が指定されている運転領域である成層火花点火運転領域Aは、全運転領域のうちの所定の高負荷閾値より小さい負荷の領域である。 In this operation region map, a stratified spark ignition method, a premixed compression auto-ignition method, and a two-chamber homogeneous spark ignition method are designated as operation methods. In this operation region map, the stratified spark ignition operation region A, which is the operation region in which the stratified spark ignition method is designated, is a load region that is smaller than a predetermined high load threshold in the entire operation region.
更に、予混合圧縮自着火方式が指定されている運転領域である自着火運転領域Bは、上記高負荷閾値以上の負荷の領域(成層火花点火運転領域Aよりも高負荷側の領域)であって、上記高負荷閾値より大きい所定の極高負荷閾値より小さい負荷の領域である。加えて、両室均質火花点火方式が指定されている運転領域である両室均質火花点火運転領域Cは、上記極高負荷閾値以上の負荷の領域(自着火運転領域Bよりも高負荷側の領域)である。 Furthermore, the self-ignition operation region B, which is an operation region in which the premixed compression self-ignition method is designated, is a region of a load that is equal to or higher than the high load threshold (a region on the higher load side than the stratified spark ignition operation region A). Thus, the load region is smaller than a predetermined extremely high load threshold value that is larger than the high load threshold value. In addition, the two-chamber homogeneous spark ignition operation region C, which is an operation region in which the two-chamber homogeneous spark ignition system is designated, is a load region that is equal to or higher than the above-mentioned extremely high load threshold (on the higher load side than the self-ignition operation region B). Area).
運転切換え手段G41は、上記運転領域マップと、内燃機関10の負荷及びエンジン回転速度NEと、に基づいて運転方式を決定し、同決定された運転方式により運転を行う。内燃機関10の負荷は、アクセルペダルの操作量Accpとエンジン回転速度NEとに基づいて決定される要求トルクTqtgtであってもよく、単にアクセルペダルの操作量Accpであってもよい。
The operation switching means G41 determines an operation method based on the operation region map, the load of the
(内燃機関10が上記成層火花点火運転領域Aにて運転されるとき)
内燃機関10が上記成層火花点火運転領域Aにて運転されるとき(成層火花点火運転時)、運転切換え手段G41は運転領域マップに従って成層火花点火運転実行手段F41を選択する。これにより、内燃機関10は成層火花点火運転実行手段F41によって運転される。
(When the
When the
成層火花点火運転実行手段F41は、上記第1実施形態に係る内燃機関が含む成層火花点火運転実行手段F11と同一である。従って、成層火花点火運転実行手段F41は、図7に示したように、吸気弁駆動機構32a、排気弁駆動機構34a、点火プラグ35に代わる第1点火プラグ111及び燃料噴射弁37をそれぞれ作動させて内燃機関10の運転を行う。これにより、上記成層火花点火運転領域Aにて、内燃機関10は成層火花点火運転される。
The stratified spark ignition operation execution means F41 is the same as the stratified spark ignition operation execution means F11 included in the internal combustion engine according to the first embodiment. Therefore, the stratified spark ignition operation execution means F41 operates the intake
(内燃機関10が上記自着火運転領域Bにて運転されるとき)
また、内燃機関10が上記自着火運転領域Bにて運転されるとき(自着火運転時)、運転切換え手段G41は運転領域マップに従って自着火運転実行手段F42を選択する。これにより、内燃機関10は自着火運転実行手段F42によって運転される。
(When the
Further, when the
自着火運転実行手段F42は、上記第1実施形態に係る内燃機関が含む自着火運転実行手段F12と同一である。従って、自着火運転実行手段F42は、図9に示したように、吸気弁駆動機構32a、排気弁駆動機構34a及び燃料噴射弁37をそれぞれ作動させて内燃機関10の運転を行う。これにより、上記自着火運転領域Bにて、内燃機関10は自着火運転される。
The self-ignition operation executing means F42 is the same as the self-ignition operation executing means F12 included in the internal combustion engine according to the first embodiment. Therefore, the self-ignition operation execution means F42 operates the
(内燃機関10が上記両室均質火花点火運転領域Cにて運転されるとき)
一方、内燃機関10が上記両室均質火花点火運転領域Cにて運転されるとき(両室均質火花点火運転時)、運転切換え手段G41は運転領域マップに従って両室均質火花点火運転実行手段F43を選択する。これにより、内燃機関10は両室均質火花点火運転実行手段F43によって運転される。
(When the
On the other hand, when the
両室均質火花点火運転実行手段F43は、高部燃焼室25aにおける燃料密度が空間的に一様となるとともに、低部燃焼室25bにおける燃料密度が空間的に一様となるように燃料噴射弁37から燃料を噴射させて高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bのそれぞれにて均質混合気を形成する。更に、両室均質火花点火運転実行手段F43は、同高部燃焼室25aにて形成された均質混合気を第1の火花点火タイミングにて第2点火プラグ112が発生する火花により点火して燃焼させるとともに、同低部燃焼室25bにて形成された均質混合気を第1の火花点火タイミングより遅角側の第2の火花点火タイミングにて第1点火プラグ111が発生する火花により点火して燃焼させる。
The both-chamber homogeneous spark ignition operation execution means F43 is a fuel injection valve so that the fuel density in the
より具体的に述べると、両室均質火花点火運転実行手段F43は、図28に示したように、吸気弁駆動機構32a、排気弁駆動機構34a、第1点火プラグ111、第2点火プラグ112及び燃料噴射弁37をそれぞれ作動させて内燃機関10の運転を行う。
More specifically, as shown in FIG. 28, the two-chamber homogeneous spark ignition operation execution means F43 includes an intake
先ず、両室均質火花点火運転実行手段F43は、排気弁駆動機構34aを駆動させることにより、内燃機関10の負荷に応じた火花点火用排気弁開弁タイミングEOにて排気弁34を開弁させる((1)を参照。)。これにより、前回の燃焼サイクルにおける燃焼により生成された燃焼ガスの排気が開始する。次いで、両室均質火花点火運転実行手段F43は、排気弁駆動機構34aを駆動させることにより、内燃機関10の負荷に応じた火花点火用排気弁閉弁タイミングECにて排気弁34を閉弁させる((2)を参照。)。これにより、排気が終了する。
First, the two-chamber homogeneous spark ignition operation execution means F43 drives the exhaust
その後、両室均質火花点火運転実行手段F43は、吸気弁駆動機構32aを駆動させることにより、内燃機関10の負荷に応じた火花点火用吸気弁開弁タイミングIOにて吸気弁32を開弁させる((3)を参照。)。これにより、吸気が開始する。
Thereafter, the two-chamber homogeneous spark ignition operation execution means F43 drives the intake
そして、両室均質火花点火運転実行手段F43は、燃料噴射弁37を開弁させることにより、火花点火用吸気弁開弁タイミングIOから後述する火花点火用吸気弁閉弁タイミングICまでの吸気行程の初期及び/又は中期のタイミングθinjにて燃料を噴射させる((4)を参照。)。このとき噴射される燃料の量は、燃焼室25内の混合気の空燃比を理論空燃比とするように、内燃機関10の負荷とエンジン回転速度NEとに基づいて定まる量である。噴射された燃料は、燃焼室25内に続いて吸入される空気の流れにより同燃焼室25内に均質に(一様に)分布する。
Then, the both-chamber homogeneous spark ignition operation execution means F43 opens the
次に、両室均質火花点火運転実行手段F43は、吸気弁駆動機構32aを駆動させることにより、内燃機関10の負荷に応じた火花点火用吸気弁閉弁タイミングICにて吸気弁32を閉弁させる((5)を参照。)。火花点火用吸気弁閉弁タイミングICは、混合気が大きく圧縮されることにより発生しやすいノッキングを回避するため、上記自着火用吸気弁閉弁タイミングIC(図9を参照。)よりも遅角側となるように設定される。これにより、吸気が終了するとともに燃料と空気とを含む混合気の圧縮が開始する。
Next, the two-chamber homogeneous spark ignition operation execution means F43 drives the intake
その後、クランク角がBTDC90°となる(ピストン22の位置が燃焼室分割ピストン位置となる)タイミングにて、燃焼室25は高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bからなる2つの空間に分割される。これにより、高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bにおいて、空間的に一様な燃料密度であって略同一の燃料密度を有する混合気(空燃比が理論空燃比である混合気)がそれぞれ形成される。
Thereafter, at the timing when the crank angle becomes BTDC 90 ° (the position of the
そして、両室均質火花点火運転実行手段F43は、ピストン22の位置が上死点位置の近傍の位置となる第1の火花点火タイミングθig1にて第2点火プラグ112の先端部から火花を発生させ、高部燃焼室25aにて混合気を火花により点火して(火花点火により)燃焼させる((6)を参照。)。更に、両室均質火花点火運転実行手段F43は、第1の火花点火タイミングθig1より遅角側の(後の)第2の火花点火タイミングθig2にて第1点火プラグ111の先端部から火花を発生させ、低部燃焼室25bにて混合気を火花により点火して燃焼させる((7)を参照。)。このとき、両室均質火花点火運転実行手段F43は、第1の火花点火タイミングθig1及び第2の火花点火タイミングθig2を、内燃機関10の負荷とエンジン回転速度NEとに基づいて決定する。
Then, the two-chamber homogeneous spark ignition operation execution means F43 generates a spark from the tip of the
次いで、ピストン22が上死点位置に極めて近づくと、略同時に、高部燃焼室25aにおける発生熱エネルギーと、低部燃焼室25bにおける発生熱エネルギーと、がそれぞれ各空間における最大の発生熱エネルギーとなる。このように、高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bの2つの空間における火花点火タイミングを互いに等しいタイミングとする場合と比較すると、2つの空間のそれぞれにおける最大熱エネルギータイミングは互いに近しいタイミングとなる。この結果、熱効率を向上させることができ、内燃機関の最大出力を向上させることができる。
Next, when the
その後、火花点火による燃焼に伴うガスの膨張が始まる。
このようにして、上記両室均質火花点火運転領域Cにて、内燃機関10は両室均質火花点火運転される。この結果、自着火運転される場合と比較して過大な音の発生を防止することができる。
Thereafter, gas expansion accompanying combustion by spark ignition begins.
In this way, in the two-chamber homogeneous spark ignition operation region C, the
以上、説明したように、本発明による内燃機関の第4実施形態は、火花点火手段として、低部燃焼室25bに臨むように配置された第1点火プラグ111と、高部燃焼室25aに臨むように配置された第2点火プラグ112と、からなる2つの点火プラグを備えるとともに、極高負荷運転領域にて両室均質火花点火運転を行う。
As described above, the fourth embodiment of the internal combustion engine according to the present invention faces the
これにより、2つの空間のそれぞれにおける最大熱エネルギータイミングを互いに近しいタイミングとすることができる。この結果、熱効率を向上させることができ、内燃機関の最大出力を向上させることができる。 Thereby, the maximum thermal energy timing in each of the two spaces can be made close to each other. As a result, the thermal efficiency can be improved and the maximum output of the internal combustion engine can be improved.
以上、説明したように、本発明による内燃機関の各実施形態は、ピストン22が燃焼室分割ピストン位置より上死点位置側にあるとき、燃焼室25が互いに独立した高部燃焼室25a及び低部燃焼室25bからなる2つの空間に分割されるように構成されている。これにより、燃焼室25が分割されている期間においては、燃焼室が2つの空間に分割されない場合と比較して、各空間内の燃料が拡散できる領域が狭くなる。これにより、点火プラグの近傍の領域により多くの燃料を集めることができる。この結果、燃焼に供される混合気に含まれる燃料の量が少ない軽負荷運転領域において成層火花点火運転を行える領域を拡大することができ、燃費を良好にすることができる。
As described above, in each embodiment of the internal combustion engine according to the present invention, when the
なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記各実施形態は、燃料が1回だけ噴射されるように構成されていたが、2回以上の複数回噴射されるように構成されていてもよい。 In addition, this invention is not limited to said each embodiment, A various modification can be employ | adopted within the scope of the present invention. For example, although each said embodiment was comprised so that a fuel might be injected only once, you may be comprised so that it may inject two or more times.
更に、上記各実施形態におけるピストン頂部縦壁面22c及びシリンダヘッド縦壁面30cは平面であったが、曲面であってもよい。また、上記各実施形態における過給機91はターボチャージャであったが、機械式過給機(スーパーチャージャ)であってもよい。更に、自着火運転時において、点火用火花を補助的に発生させることにより、より安定した燃焼を確保してもよい。
Furthermore, although the piston top
10…内燃機関、20…シリンダブロック部、21…シリンダ、22…ピストン、22a…ピストン高部上面、22a1…ピストン高部用リング、22b…ピストン低部上面、22c…ピストン頂部縦壁面、22d…ピストンリング、23…コンロッド、24…クランク軸、25…燃焼室、25a…高部燃焼室、25b…低部燃焼室、30…シリンダヘッド部、30a…シリンダヘッド高部下面、30b…シリンダヘッド低部下面、30c…シリンダヘッド縦壁面、31…吸気ポート、32…吸気弁、32a…吸気弁駆動機構、33…排気ポート、34…排気弁、34a…排気弁駆動機構、35…点火プラグ、36…イグナイタ、37…燃料噴射弁、38…駆動回路、61…クランクポジションセンサ、62…アクセル開度センサ、70…電気制御装置、101…点火プラグ、102…燃料噴射弁、111…第1点火プラグ、112…第2点火プラグ。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記燃焼室は、前記ピストンが所定位置より上死点位置側にあるとき互いに独立した第1空間及び第2空間からなる2つの空間に分割され、且つ、同ピストンが上死点位置にあるときの同第1空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第1空間の容積の比である第1空間容積比が、同ピストンが上死点位置にあるときの同第2空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第2空間の容積の比である第2空間容積比より大きくなるように構成され、
前記燃料噴射手段は、前記第1空間に臨むように配置され、
前記火花点火手段は、前記第1空間に臨むように配置され、
前記火花点火運転実行手段は、前記第1空間における前記混合気に含まれる燃料の空間的分布密度である燃料密度が前記火花点火手段の近傍の領域にて他の領域より高くなるように前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて成層混合気を形成し同形成された成層混合気を同火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させる成層火花点火方式による運転を行う成層火花点火運転実行手段を含む内燃機関。 A cylinder block in which a cylinder bore is formed; a cylinder head disposed at an upper portion of the cylinder block; a piston that reciprocates in the cylinder bore; at least a wall surface of the cylinder bore; a lower surface of the cylinder head; and a top surface of the piston. A fuel injection means for injecting fuel into the combustion chamber, a spark ignition means for generating a spark in the combustion chamber, an air introduced into the combustion chamber, and the fuel injection means for injection A spark ignition operation executing means for performing an operation by a spark ignition method in which an air-fuel mixture containing the formed fuel is formed in the combustion chamber and the air-fuel mixture thus formed is ignited by the spark generated by the spark ignition means and burned. In an internal combustion engine comprising:
The combustion chamber is divided into two spaces consisting of a first space and a second space that are independent from each other when the piston is on the top dead center position side from a predetermined position, and the piston is at the top dead center position. The first space volume ratio, which is the ratio of the volume of the first space when the piston is at the predetermined position to the volume of the first space, is the second space when the piston is at the top dead center position. Is configured to be larger than a second space volume ratio, which is a ratio of the volume of the second space when the piston is in the predetermined position with respect to the volume of
The fuel injection means is arranged to face the first space,
The spark ignition means is arranged to face the first space,
The spark ignition operation execution means is configured to cause the fuel density, which is a spatial distribution density of fuel contained in the air-fuel mixture in the first space, to be higher in the area near the spark ignition means than in other areas. A stratified spark ignition operation is performed in which the fuel is injected by the injection means to form a stratified mixture, and the stratified mixture is ignited by a spark generated by the spark ignition means and burned. Internal combustion engine including means.
前記成層火花点火運転実行手段は、圧縮行程の後半にて前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させる内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 1,
The stratified spark ignition operation execution means is an internal combustion engine that injects the fuel by the fuel injection means in the latter half of the compression stroke.
前記燃焼室内に空気を導入し同導入された空気と前記燃料噴射手段により噴射された燃料と燃焼ガスとを含む混合気を同燃焼室にて形成し同形成された混合気を圧縮することにより前記第1空間及び前記第2空間にて自着火させて燃焼させる予混合圧縮自着火方式による運転を行う自着火運転実行手段と、
前記内燃機関の負荷が所定の高負荷閾値以上の高負荷であるとき、前記自着火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせ、同内燃機関の負荷が同高負荷閾値より小さい軽負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段の成層火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせる運転切換え手段と、
を備える内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 1 or 2,
By introducing air into the combustion chamber, forming an air-fuel mixture containing the introduced air, fuel injected by the fuel injection means, and combustion gas in the combustion chamber, and compressing the formed air-fuel mixture A self-ignition operation executing means for performing an operation by a premixed compression auto-ignition method in which self-ignition is performed in the first space and the second space to burn;
When the load of the internal combustion engine is a high load equal to or higher than a predetermined high load threshold, the self-ignition operation execution means is operated to operate the internal combustion engine, and the load of the internal combustion engine is a light load smaller than the high load threshold. When there is, operation switching means for operating the internal combustion engine by the stratified spark ignition operation execution means of the spark ignition operation execution means,
An internal combustion engine.
前記火花点火運転実行手段は、前記第1空間における燃料密度が空間的に一様となるように圧縮行程の前半にて前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて均質混合気を形成し同形成された均質混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させる均質火花点火方式による運転を行う均質火花点火運転実行手段を含み、
前記運転切換え手段は、前記内燃機関の負荷が前記高負荷閾値より大きい所定の極高負荷閾値以上の極高負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段の均質火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせる内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 3,
The spark ignition operation execution means forms the homogeneous mixture by injecting the fuel by the fuel injection means in the first half of the compression stroke so that the fuel density in the first space is spatially uniform. A homogeneous spark ignition operation executing means for performing an operation by a homogeneous spark ignition system for igniting and burning the homogeneous air-fuel mixture generated by the spark generated by the spark ignition means,
When the load of the internal combustion engine is an extremely high load equal to or greater than a predetermined extremely high load threshold greater than the high load threshold, the operation switching means is operated by the homogeneous spark ignition operation executing means of the spark ignition operation executing means. The internal combustion engine that makes the operation of.
前記火花点火運転実行手段は、前記第1空間における燃料密度が空間的に一様な第1の燃料密度となるとともに、前記第2空間における燃料密度が空間的に一様な同第1の燃料密度より低い第2の燃料密度となるように前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて同第1空間及び同第2空間のそれぞれにて均質混合気を形成し、同第1空間にて形成された均質混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させるとともに、同第2空間にて形成された均質混合気を同第1空間における燃焼により生成された燃焼ガスが圧縮することにより自着火させて燃焼させる自着火誘発均質火花点火方式による運転を行う自着火誘発均質火花点火運転実行手段を含み、
前記内燃機関の負荷が所定の高負荷閾値以上の高負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段の自着火誘発均質火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせ、同内燃機関の負荷が同高負荷閾値より小さい軽負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段の成層火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせる運転切換え手段を備える内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The spark ignition operation execution means has the first fuel density in which the fuel density in the first space is spatially uniform and the fuel density in the second space is spatially uniform. The fuel is injected by the fuel injection means so as to have a second fuel density lower than the density to form a homogeneous mixture in each of the first space and the second space, and formed in the first space. The generated homogeneous mixture is ignited by the spark generated by the spark ignition means and burned, and the homogeneous mixture formed in the second space is compressed by the combustion gas generated by the combustion in the first space. Including self-ignition-induced homogeneous spark ignition operation execution means for performing operation by a self-ignition-induced homogeneous spark ignition method for self-ignition and burning by
When the load of the internal combustion engine is a high load equal to or higher than a predetermined high load threshold, the internal combustion engine is operated by the self-ignition induced homogeneous spark ignition operation execution means of the spark ignition operation execution means, and the load of the internal combustion engine An internal combustion engine comprising operation switching means for causing the internal combustion engine to be operated by the stratified spark ignition operation executing means of the spark ignition operation executing means when is a light load smaller than the high load threshold.
前記燃焼室は、前記ピストンが所定位置より上死点位置側にあるとき互いに独立した第1空間及び第2空間からなる2つの空間に分割され、且つ、同ピストンが上死点位置にあるときの同第1空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第1空間の容積の比である第1空間容積比が、同ピストンが上死点位置にあるときの同第2空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第2空間の容積の比である第2空間容積比より大きくなるように構成され、
前記燃料噴射手段は、前記第2空間に臨むように配置され、
前記火花点火手段は、前記第2空間に臨むように配置され、
前記火花点火運転実行手段は、前記第2空間における前記混合気に含まれる燃料の空間的分布密度である燃料密度が空間的に一様な第1の燃料密度となるとともに、前記第1空間における燃料密度が空間的に一様な同第1の燃料密度より低い第2の燃料密度となるように前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて同第1空間及び同第2空間のそれぞれにて均質混合気を形成し、同第2空間にて形成された均質混合気を前記火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させるとともに、同第1空間にて形成された均質混合気を前記ピストンが圧縮することにより自着火させて燃焼させるように構成された内燃機関。 A cylinder block in which a cylinder bore is formed; a cylinder head disposed at an upper portion of the cylinder block; a piston that reciprocates in the cylinder bore; at least a wall surface of the cylinder bore; a lower surface of the cylinder head; and a top surface of the piston. A fuel injection means for injecting fuel into the combustion chamber, a spark ignition means for generating a spark in the combustion chamber, an air introduced into the combustion chamber, and the fuel injection means for injection An internal combustion engine comprising: a spark ignition operation executing means for performing an operation by a spark ignition method in which an air-fuel mixture containing the formed fuel is formed and the air-fuel mixture thus formed is ignited by the spark generated by the spark ignition means and burned In
The combustion chamber is divided into two spaces consisting of a first space and a second space that are independent from each other when the piston is on the top dead center position side from a predetermined position, and the piston is at the top dead center position. The first space volume ratio, which is the ratio of the volume of the first space when the piston is at the predetermined position to the volume of the first space, is the second space when the piston is at the top dead center position. Is configured to be larger than a second space volume ratio, which is a ratio of the volume of the second space when the piston is in the predetermined position with respect to the volume of
The fuel injection means is arranged to face the second space,
The spark ignition means is arranged to face the second space,
The spark ignition operation execution means has a first uniform fuel density in which the fuel density, which is a spatial distribution density of fuel contained in the air-fuel mixture in the second space, is spatially uniform, and in the first space. The fuel is injected by the fuel injection means so that the fuel density becomes a second fuel density lower than the first fuel density, which is spatially uniform, in each of the first space and the second space. A homogeneous mixture is formed, and the homogeneous mixture formed in the second space is ignited by the spark generated by the spark ignition means and burned, and the homogeneous mixture formed in the first space is An internal combustion engine configured to self-ignite and burn when compressed by a piston.
前記燃焼室は、前記ピストンが所定位置より上死点位置側にあるとき互いに独立した第1空間及び第2空間からなる2つの空間に分割され、且つ、同ピストンが上死点位置にあるときの同第1空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第1空間の容積の比である第1空間容積比が、同ピストンが上死点位置にあるときの同第2空間の容積に対する同ピストンが同所定位置にあるときの同第2空間の容積の比である第2空間容積比より大きくなるように構成され、
前記火花点火手段は、前記第1空間に臨むように配置された第1火花点火手段と、前記第2空間に臨むように配置された第2火花点火手段と、からなり、
前記火花点火運転実行手段は、前記第2空間における燃料密度が空間的に一様となるとともに、前記第1空間における燃料密度が空間的に一様となるように前記燃料噴射手段により前記燃料を噴射させて同第1空間及び同第2空間のそれぞれにて均質混合気を形成し、同第2空間にて形成された均質混合気を第1の火花点火タイミングにて前記第2火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させるとともに、同第1空間にて形成された均質混合気を同第1の火花点火タイミングより遅角側の第2の火花点火タイミングにて前記第1火花点火手段が発生する火花により点火して燃焼させるように構成された内燃機関。 A cylinder block in which a cylinder bore is formed; a cylinder head disposed at an upper portion of the cylinder block; a piston that reciprocates in the cylinder bore; at least a wall surface of the cylinder bore; a lower surface of the cylinder head; and a top surface of the piston. A fuel injection means for injecting fuel into the combustion chamber, a spark ignition means for generating a spark in the combustion chamber, an air introduced into the combustion chamber, and the fuel injection means for injection An internal combustion engine comprising: a spark ignition operation executing unit configured to perform an operation by a spark ignition method in which an air-fuel mixture including the generated fuel is formed and the air-fuel mixture formed by the spark ignition unit is ignited by a spark generated by the spark ignition unit and burned. In
The combustion chamber is divided into two spaces consisting of a first space and a second space that are independent from each other when the piston is on the top dead center position side from a predetermined position, and the piston is at the top dead center position. The first space volume ratio, which is the ratio of the volume of the first space when the piston is at the predetermined position to the volume of the first space, is the second space when the piston is at the top dead center position. Is configured to be larger than a second space volume ratio, which is a ratio of the volume of the second space when the piston is in the predetermined position with respect to the volume of
The spark ignition means includes a first spark ignition means arranged to face the first space, and a second spark ignition means arranged to face the second space,
The spark ignition operation execution means causes the fuel injection means to distribute the fuel so that the fuel density in the second space is spatially uniform and the fuel density in the first space is spatially uniform. The second spark ignition means is injected to form a homogeneous mixture in each of the first space and the second space, and the homogeneous mixture formed in the second space is at a first spark ignition timing. Is ignited and burned by the sparks generated, and the first spark ignition is performed at the second spark ignition timing retarded from the first spark ignition timing with respect to the homogeneous mixture formed in the first space. An internal combustion engine configured to be ignited and burned by a spark generated by the means.
前記燃焼室内に空気を導入し同導入された空気と前記燃料噴射手段により噴射された燃料と燃焼ガスとを含む混合気を同燃焼室にて形成し同形成された混合気を圧縮することにより前記第1空間及び前記第2空間にて自着火させて燃焼させる予混合圧縮自着火方式による運転を行う自着火運転実行手段と、
前記内燃機関の負荷が所定の負荷閾値より小さい負荷であるとき、前記自着火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせ、同内燃機関の負荷が同所定の負荷閾値以上の負荷であるとき、前記火花点火運転実行手段により同内燃機関の運転を行わせる運転切換え手段と、
を備える内燃機関。
The internal combustion engine according to claim 7,
By introducing air into the combustion chamber, forming an air-fuel mixture containing the introduced air, fuel injected by the fuel injection means, and combustion gas in the combustion chamber, and compressing the formed air-fuel mixture A self-ignition operation executing means for performing an operation by a premixed compression auto-ignition method in which self-ignition is performed in the first space and the second space to burn;
When the load of the internal combustion engine is smaller than a predetermined load threshold, the self-ignition operation execution means is operated to perform the operation of the internal combustion engine, and the load of the internal combustion engine is a load equal to or higher than the predetermined load threshold Operation switching means for operating the internal combustion engine by the spark ignition operation execution means;
An internal combustion engine.
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JP2005119590A JP2006299851A (en) | 2005-04-18 | 2005-04-18 | Internal combustion engine |
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