JP2007285276A - Spark ignition internal combustion engine - Google Patents

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JP2007285276A JP2006116571A JP2006116571A JP2007285276A JP 2007285276 A JP2007285276 A JP 2007285276A JP 2006116571 A JP2006116571 A JP 2006116571A JP 2006116571 A JP2006116571 A JP 2006116571A JP 2007285276 A JP2007285276 A JP 2007285276A
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Takeshi Ashizawa
剛 芦澤
Osamu Tomino
修 冨野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress generation of a pre-ignition by a second ignition plug without degrading the fuel consumption, in a spark ignition internal combustion engine for performing a homogeneous combustion by igniting the homogeneously mixed gas by both a first ignition plug arranged around an upper portion of a cylinder, and the second ignition plug arranged substantially around the upper portion of the cylinder. <P>SOLUTION: In a spark ignition internal combustion engine for performing the homogeneous combustion by igniting a homogeneously mixed gas by both a first ignition plug 2a arranged around an upper portion of a cylinder, and a second ignition plug 2b arranged substantially around the upper portion of the cylinder, the homogeneously mixed gas is ignited only by the first ignition plug when detecting a condition of generation of pre-ignition by the second ignition plug or a condition immediately before generation thereof. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、火花点火内燃機関に関する。   The present invention relates to a spark ignition internal combustion engine.

気筒内に均質混合気を形成し、この均質混合気を圧縮行程末期の点火時期において着火燃焼させる均質燃焼が公知である。気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備する筒内噴射式火花点火内燃機関において、均質燃焼と、点火プラグ近傍だけに可燃混合気を形成する成層燃焼とを切り換えて実施する場合に、気筒上部周囲に配置された均質燃焼用の点火プラグと、気筒上部略中心に配置された成層燃焼用の点火プラグとを別々に設けることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   A homogeneous combustion is known in which a homogeneous mixture is formed in a cylinder and the homogeneous mixture is ignited and combusted at the ignition timing at the end of the compression stroke. In a cylinder injection spark ignition internal combustion engine equipped with a fuel injection valve that directly injects fuel into the cylinder, switching between homogeneous combustion and stratified combustion that forms a combustible mixture only in the vicinity of the spark plug In addition, it has been proposed to separately provide a homogeneous combustion ignition plug disposed around the cylinder upper portion and a stratified combustion ignition plug disposed substantially in the center of the cylinder upper portion (see, for example, Patent Document 1). .

前述の筒内噴射式火花点火内燃機関では、二つの点火プラグを均質燃焼に使用することを開示していないが、もし、二つの点火プラグにより均質混合気を着火燃焼させれば、燃焼速度を速めて均質燃焼を改善することができる。しかしながら、気筒上部略中心に配置された点火プラグは、高温となってプレイグニッションを発生し易い。プレイグニッションの発生を抑制するために、プレイグニッションの発生又は発生直前の状況が検出された時には、噴射燃料により点火プラグを冷却することが提案されている(例えば、特許文献2参照)。   In the above-described in-cylinder spark ignition internal combustion engine, the use of two spark plugs for homogeneous combustion is not disclosed, but if a homogeneous mixture is ignited and combusted by two spark plugs, the combustion speed is reduced. It can be accelerated to improve homogeneous combustion. However, the spark plug disposed substantially at the center of the upper part of the cylinder is likely to generate pre-ignition due to a high temperature. In order to suppress the occurrence of pre-ignition, it has been proposed to cool the spark plug with the injected fuel when the occurrence of pre-ignition or the situation immediately before the occurrence is detected (see, for example, Patent Document 2).

特開2004−44434JP 2004-44434 A 特開2003−206796JP 2003-206796 A 特開2002−339780JP 2002-339780 A

しかしながら、前述のように、プレイグニッションの発生時又は発生直前において、点火プラグを冷却するためだけに燃料噴射が実施されると、燃料消費を悪化させる。   However, as described above, if fuel injection is performed only to cool the spark plug at the time of occurrence of pre-ignition or just before the occurrence, fuel consumption is deteriorated.

従って、本発明の目的は、気筒上部周囲に配置された第一点火プラグと、気筒上部略中心に配置された第二点火プラグとの両方によって、均質混合気を着火させて均質燃焼を実施する火花点火内燃機関において、燃料消費を悪化させることなく、第二点火プラグによるプレイグニッションの発生を抑制することである。   Accordingly, an object of the present invention is to perform homogeneous combustion by igniting a homogeneous mixture by both the first spark plug disposed around the upper part of the cylinder and the second spark plug disposed substantially at the center of the upper part of the cylinder. In the spark ignition internal combustion engine, the occurrence of pre-ignition by the second spark plug is suppressed without deteriorating fuel consumption.

本発明による請求項1に記載の火花点火内燃機関は、気筒上部周囲に配置された第一点火プラグと、気筒上部略中心に配置された第二点火プラグとの両方によって、均質混合気を着火させて均質燃焼を実施する火花点火内燃機関において、前記第二点火プラグによるプレイグニッションの発生又は発生直前の状況が検出される時には、前記第一点火プラグだけによって均質混合気を着火させることを特徴とする。   A spark ignition internal combustion engine according to claim 1 of the present invention is configured to provide a homogeneous mixture by both a first spark plug disposed around a cylinder upper portion and a second spark plug disposed substantially at the center of the cylinder upper portion. In a spark ignition internal combustion engine that ignites and performs homogeneous combustion, when the occurrence of pre-ignition by the second spark plug or the situation immediately before the occurrence is detected, the homogeneous mixture is ignited only by the first spark plug. It is characterized by.

本発明による請求項2に記載の火花点火内燃機関は、請求項1に記載の火花点火内燃機関において、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、前記燃料噴射弁により圧縮行程後半に噴射された燃料により前記第二点火プラグ近傍に可燃混合気を形成し、前記可燃混合気を前記第二点火プラグにより着火させる成層燃焼も実施可能であることを特徴とする。   A spark ignition internal combustion engine according to a second aspect of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to the first aspect, further comprising a fuel injection valve that injects fuel directly into a cylinder, and is compressed by the fuel injection valve. It is also possible to perform stratified combustion in which a combustible mixture is formed in the vicinity of the second spark plug by the fuel injected in the second half of the stroke, and the combustible mixture is ignited by the second spark plug.

本発明による請求項3に記載の火花点火内燃機関は、請求項1又は2に記載の火花点火内燃機関において、圧縮行程末期においてシリンダヘッドとピストンとにより形成される気筒内隙間が、第一部分と第二部分とを有し、前記第一部分は狭く、前記第二部分は前記第一部分より広くされ、前記第一点火プラグの点火ギャップが前記第一部分内に位置し、前記第二点火プラグの点火ギャップが前記第一部分と前記第二部分との境界近傍に位置し、均質燃焼時において前記第一点火プラグの点火直後に前記第二点火プラグを点火させ、前記第一点火プラグにより前記第一部分内の混合気を着火させることにより、前記第一部分から前記第二部分へ向けて混合気流が噴出し、前記第二点火プラグの点火ギャップで発生させたアークが前記混合気流により前記第二部分内へ伸ばされて前記第二部分内の混合気を着火させることを特徴とする。   A spark ignition internal combustion engine according to a third aspect of the present invention is the spark ignition internal combustion engine according to the first or second aspect, wherein the in-cylinder gap formed by the cylinder head and the piston at the end of the compression stroke is the first portion. A second portion, the first portion is narrow, the second portion is wider than the first portion, an ignition gap of the first spark plug is located in the first portion, and the second spark plug An ignition gap is located in the vicinity of the boundary between the first part and the second part, and at the time of homogeneous combustion, the second spark plug is ignited immediately after ignition of the first spark plug, and the first spark plug By igniting the air-fuel mixture in the first portion, a mixed air flow is ejected from the first portion toward the second portion, and an arc generated in an ignition gap of the second spark plug is the mixed air flow. Wherein the igniting the air-fuel mixture in the second portion is more extended to the second portion within.

本発明による請求項1に記載の火花点火内燃機関によれば、気筒上部周囲に配置された第一点火プラグと、気筒上部略中心に配置された第二点火プラグとの両方によって、均質混合気を着火させて均質燃焼を実施する火花点火内燃機関において、第二点火プラグによるプレイグニッションの発生又は発生直前の状況が検出される時には、第一点火プラグだけによって均質混合気を着火させるようになっている。それにより、第二点火プラグの温度は、第二点火プラグが均質混合気の着火に使用される場合に比較して低下し、第二点火プラグによるプレイグニッションの発生を抑制することができる。   According to the spark ignition internal combustion engine of the first aspect of the present invention, homogeneous mixing is performed by both the first spark plug disposed around the cylinder upper portion and the second spark plug disposed substantially at the center of the cylinder upper portion. In a spark ignition internal combustion engine that ignites gas and performs homogeneous combustion, when the occurrence of pre-ignition by the second spark plug or the situation immediately before the occurrence is detected, the homogeneous mixture is ignited only by the first spark plug. It has become. Thereby, the temperature of the second spark plug is lowered as compared with the case where the second spark plug is used for ignition of the homogeneous mixture, and the occurrence of pre-ignition by the second spark plug can be suppressed.

本発明による請求項2に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項1に記載の火花点火内燃機関において、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、燃料噴射弁により圧縮行程後半に噴射された燃料により第二点火プラグ近傍に可燃混合気を形成し、この可燃混合気を第二点火プラグにより着火させる成層燃焼も実施可能である。それにより、第二点火プラグは、均質燃焼だけでなく成層燃焼にも使用されて高温になり易いために、第二点火プラグによるプレイグニッションの発生又は発生直前の状況が検出される時には、第二点火プラグを均質混合気の着火に使用せずに温度低下させ、第二点火プラグによるプレイグニッションの発生を抑制している。   According to the spark ignition internal combustion engine according to claim 2 of the present invention, the spark ignition internal combustion engine according to claim 1 is provided with a fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder. It is also possible to perform stratified combustion in which a combustible mixture is formed in the vicinity of the second spark plug by the fuel injected in the latter half of the compression stroke, and this combustible mixture is ignited by the second spark plug. Accordingly, since the second spark plug is used not only for homogeneous combustion but also for stratified combustion and easily reaches a high temperature, when the occurrence of pre-ignition due to the second spark plug or the situation immediately before the occurrence is detected, the second spark plug is detected. The temperature is lowered without using the spark plug for ignition of the homogeneous mixture, and the occurrence of preignition due to the second spark plug is suppressed.

本発明による請求項3に記載の火花点火内燃機関によれば、請求項1又は2に記載の火花点火内燃機関において、圧縮行程末期においてシリンダヘッドとピストンとにより形成される気筒内隙間が、第一部分と第二部分とを有し、第一部分は狭く、第二部分は第一部分より広くされ、第一点火プラグの点火ギャップが第一部分内に位置し、第二点火プラグの点火ギャップが第一部分と第二部分との境界近傍に位置し、均質燃焼時において第一点火プラグの点火直後に第二点火プラグを点火させるようになっている。それにより、第一点火プラグでの着火により第一部分内の混合気を確実に燃焼させることができると共に、第一部分から第二部分へ向けて混合気流が噴出し、第二点火プラグの点火ギャップで発生させたアークがこの混合気流により第二部分内へ伸ばされるために、第二部分内の混合気は伸ばされたアークに接触する比較的広い面積から同時に燃焼を開始する。こうして、燃焼速度はかなり速まり、良好な均質燃焼を実現することができる。   According to the spark ignition internal combustion engine of claim 3 according to the present invention, in the spark ignition internal combustion engine of claim 1 or 2, the in-cylinder gap formed by the cylinder head and the piston at the end of the compression stroke is The first portion is narrower, the second portion is wider than the first portion, the ignition gap of the first spark plug is located within the first portion, and the ignition gap of the second spark plug is Located near the boundary between the part and the second part, the second spark plug is ignited immediately after the ignition of the first spark plug during homogeneous combustion. Thereby, the air-fuel mixture in the first part can be surely combusted by ignition with the first spark plug, and the mixed air flow is ejected from the first part toward the second part, and the ignition gap of the second spark plug Since the arc generated in (2) is extended into the second portion by the mixed airflow, the air-fuel mixture in the second portion starts to burn simultaneously from a relatively large area in contact with the extended arc. In this way, the combustion rate is considerably increased and good homogeneous combustion can be realized.

図1から3は本発明による火花点火内燃機関の実施形態を示す概略縦断面図である。図1は圧縮行程末期の均質燃焼の点火時期を示し、図2は吸気行程末期の均質燃焼の燃料噴射時期を示し、図3は圧縮行程後半の成層燃焼の燃料噴射時期を示している。これらの図において、1は気筒上部略中心に配置されて気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁である。図示されていないが、図1から3において、気筒上部の右側には二つの吸気弁が配置されており、左側には二つの排気弁が配置されている。   1 to 3 are schematic longitudinal sectional views showing an embodiment of a spark ignition internal combustion engine according to the present invention. FIG. 1 shows the ignition timing of homogeneous combustion at the end of the compression stroke, FIG. 2 shows the fuel injection timing of homogeneous combustion at the end of the intake stroke, and FIG. 3 shows the fuel injection timing of stratified combustion in the latter half of the compression stroke. In these drawings, reference numeral 1 denotes a fuel injection valve that is disposed substantially at the center of the cylinder upper portion and directly injects fuel into the cylinder. Although not shown in FIGS. 1 to 3, two intake valves are arranged on the right side of the upper part of the cylinder, and two exhaust valves are arranged on the left side.

本実施形態の火花点火内燃機関は、燃料噴射弁1により吸気行程末期に気筒内へ直接的に燃料を噴射することにより、圧縮行程末期の点火時期には気筒内に均質混合気を形成し、この均質混合気を火花点火させて均質燃焼を実施する。このように本実施形態は筒内噴射式であるが、均質燃焼を実施するために、燃料噴射弁は吸気同期又は吸気非同期で吸気ポートへ燃料を噴射し、吸気ポートから吸気と共に燃料を気筒内へ供給して均質混合気を形成するようにしても良い。   The spark ignition internal combustion engine of the present embodiment directly injects fuel into the cylinder at the end of the intake stroke by the fuel injection valve 1, thereby forming a homogeneous mixture in the cylinder at the ignition timing at the end of the compression stroke, This homogeneous mixture is ignited with sparks to perform homogeneous combustion. As described above, the present embodiment is an in-cylinder injection type. However, in order to perform homogeneous combustion, the fuel injection valve injects fuel into the intake port synchronously or asynchronously with intake air, and the fuel is injected into the cylinder together with intake air from the intake port. To form a homogeneous mixture.

本実施形態の火花点火内燃機関は、気筒上部周囲に配置された第一点火プラグ2aと、気筒上部略中心に配置された第二点火プラグ2bとの両方によって、均質混合気を着火させて均質燃焼を実施する。それにより、均質混合気は二点において着火されるために、全て燃焼するまでの時間が短くなって燃焼速度を速めることができる。それにより、均質燃焼を良好なものとすることができる。   The spark ignition internal combustion engine of the present embodiment ignites a homogeneous air-fuel mixture by both the first spark plug 2a disposed around the cylinder upper portion and the second spark plug 2b disposed substantially at the center of the cylinder upper portion. Perform homogeneous combustion. Thereby, since the homogeneous air-fuel mixture is ignited at two points, the time until all the fuel is burned is shortened and the combustion speed can be increased. Thereby, homogeneous combustion can be made favorable.

気筒上部略中心に配置された第二点火プラグ2bは、一般的に、取り付け位置からの制約によって比較的細いものとされることが多い。このような点火プラグは、中心電極部と周囲の接地部との間の半径方向距離が短くなるために、中心電極部を接地部から比較的大きく突出させて、中心電極部と接地部との間の絶縁距離を軸線方向距離によって満足することとなる。このように中心電極部が大きく突出する第二点火プラグ2bは、焼け型と称され、中心電極部が冷え難く容易に高温に維持されるために、プレイグニッションの熱源となり易い。   In general, the second spark plug 2b disposed substantially at the center of the upper part of the cylinder is generally made relatively thin due to restrictions from the mounting position. In such a spark plug, since the radial distance between the center electrode portion and the surrounding grounding portion is shortened, the center electrode portion protrudes relatively large from the grounding portion, and the center electrode portion and the grounding portion are The insulation distance between the two is satisfied by the axial distance. The second spark plug 2b in which the center electrode portion protrudes greatly in this way is referred to as a burnt type, and the center electrode portion is not easily cooled and easily maintained at a high temperature, so that it is likely to be a heat source for preignition.

本実施形態は、プレイグニッションの発生又は発生直前の状況を検出する手段として、イオンセンサを使用する。プレイグニッションは、通常の燃焼とは異なる燃焼形態の一種であり、点火プラグによる本来の点火の前に、例えば、高温に維持された点火プラグの中心電極等が熱源となって混合気を点火させる現象である。プレイグニッションの発生時には、イオンが発生し、このイオンが点火プラグの点火ギャップに達すると、点火プラグにはイオン電流が流れることがわかっている。イオンセンサは、このイオン電流を検出して、プレイグニッションの発生を検出する。具体的には、イオンセンサにより検出されるイオン電流が、設定値以上である時に、プレイグニッションの発生又は発生直前の状況であると判断される。   The present embodiment uses an ion sensor as means for detecting the occurrence of pre-ignition or the situation immediately before the occurrence. Preignition is a type of combustion that is different from normal combustion. Before the original ignition by the spark plug, for example, the center electrode of the spark plug maintained at a high temperature is used as a heat source to ignite the mixture. It is a phenomenon. It is known that when preignition occurs, ions are generated, and when the ions reach the ignition gap of the spark plug, an ion current flows through the spark plug. The ion sensor detects this ionic current and detects the occurrence of preignition. Specifically, when the ion current detected by the ion sensor is greater than or equal to a set value, it is determined that the pre-ignition has occurred or has just occurred.

こうしてプレイグニッションの発生又は発生直前の状況であると判断されると、本実施形態では、均質混合気を第一点火プラグ2aだけによって着火させるようにして均質燃焼を実施し、それにより、第二点火プラグ2bの中心電極の温度は、第二点火プラグ2bが均質混合気の着火に使用される場合に比較して低下するために、第二点火プラグ2bによるプレイグニッションの発生を抑制することができる。   In this embodiment, when it is determined that the pre-ignition is generated or just before the occurrence, in this embodiment, the homogeneous mixture is ignited only by the first spark plug 2a, and the homogeneous combustion is performed. Since the temperature of the center electrode of the two spark plugs 2b is lower than when the second spark plug 2b is used to ignite a homogeneous mixture, the occurrence of preignition by the second spark plug 2b is suppressed. Can do.

ところで、本実施形態においては、図1に示すように、圧縮行程末期において、シリンダヘッドとピストン3とにより形成される気筒内隙間は、第一部分s1と第二部分s2とを有し、第一部分s1は狭く、第二部分s2は第一部分s1より広くされる。第一点火プラグ2aの点火ギャップは第一部分s1内に位置し、第二点火プラグ2bの点火ギャップは第一部分s1と第二部分s2との境界近傍に位置するようにされている。   By the way, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the cylinder gap formed by the cylinder head and the piston 3 at the end of the compression stroke has a first portion s1 and a second portion s2, and the first portion s1 is narrow and the second portion s2 is wider than the first portion s1. The ignition gap of the first spark plug 2a is positioned in the first portion s1, and the ignition gap of the second spark plug 2b is positioned in the vicinity of the boundary between the first portion s1 and the second portion s2.

プレイグニッションが発生していない場合の圧縮行程末期の均質燃焼の点火時期において、第一点火プラグ2aの点火直後に第二点火プラグ2bを点火させるようになっている。それにより、一般的に、火炎は、第一部分s1のような狭い隙間へ侵入し難く、第一部分s1内の混合気を全て燃焼させることは困難であるが、第一点火プラグ2aにより第一部分s1内の混合気を直接的に着火させることにより、第一部分s1内の混合気を確実に燃焼させることができる。   The second ignition plug 2b is ignited immediately after the ignition of the first ignition plug 2a at the ignition timing of homogeneous combustion at the end of the compression stroke when preignition has not occurred. Accordingly, in general, the flame hardly enters a narrow gap such as the first portion s1, and it is difficult to burn all the air-fuel mixture in the first portion s1, but the first spark plug 2a causes the first portion to be burned. By directly igniting the air-fuel mixture in s1, the air-fuel mixture in the first portion s1 can be reliably burned.

また、第一部分s1の混合気を着火させることにより、第一部分s1内の混合気は急激に膨張し、図1に一点鎖線の矢印で示すように、第一部分s1から第二部分s2へ向けて混合気流が噴出する。この時に第二点火プラグ2bでは点火が実施されるようになっており、第二点火プラグ2bの点火ギャップで発生させたアークAは、この混合気流により第二部分s2内へ伸ばされ、第二部分s2内の混合気は伸ばされたアークAに接触する比較的広い面積から同時に燃焼を開始する。こうして、全体的な燃焼速度はかなり速まり、良好な均質燃焼を実現することができる。   Further, by igniting the air-fuel mixture in the first part s1, the air-fuel mixture in the first part s1 expands rapidly, and as indicated by the dashed line arrow in FIG. 1, from the first part s1 toward the second part s2. A mixed air current is ejected. At this time, the second spark plug 2b is ignited, and the arc A generated in the ignition gap of the second spark plug 2b is extended into the second portion s2 by this mixed airflow, and the second The air-fuel mixture in the portion s2 starts combustion simultaneously from a relatively large area in contact with the stretched arc A. Thus, the overall combustion rate is considerably increased and good homogeneous combustion can be achieved.

本実施形態において、燃焼開始当初の第一部分s1内の混合気の燃焼は、それほど速くなく、第二部分s2内の混合気の燃焼速度だけがかなり速められるために、燃焼開始当初からの燃焼速度が速められる場合に比較して、熱放出が抑制されて高い熱効率を実現することができる。   In the present embodiment, the combustion of the air-fuel mixture in the first portion s1 at the beginning of combustion is not so fast, and only the combustion speed of the air-fuel mixture in the second portion s2 is considerably accelerated. Compared with a case where the speed is increased, heat release is suppressed and high thermal efficiency can be realized.

点火プラグは、一般的には接地側のL字形電極と、一般的には高電圧側の中心電極とを有し、L字形電極と中心電極との間が点火ギャップとなる。前述したように、第二点火プラグ2bにおいて混合気流によりアークAを第二部分s2内へ良好に伸ばすためには、特に、第二点火プラグ2bの点火ギャップの混合気流下流側が、L字形電極21bにより閉鎖されないようにすることが好ましい。例えば、図1から3に示すように、第二点火プラグ2bのL字形電極21bの幅方向が混合気流に略平行となるようにすることが好ましく、もちろん、図1から3に示す第二点火プラグ2bのL字形電極配置を、気筒内から見て180度回転させた配置としても良く、気筒内から見て時計回りに90度回転させた配置だけは好ましくない。   The spark plug generally has an L-shaped electrode on the ground side and a center electrode on the high voltage side, and an ignition gap is formed between the L-shaped electrode and the center electrode. As described above, in order to satisfactorily extend the arc A into the second portion s2 by the mixed air flow in the second spark plug 2b, in particular, the L-shaped electrode 21b is located on the downstream side of the mixed air flow in the ignition gap of the second spark plug 2b. It is preferable not to be closed by. For example, as shown in FIGS. 1 to 3, it is preferable that the width direction of the L-shaped electrode 21b of the second spark plug 2b is substantially parallel to the mixed airflow. Of course, the second ignition shown in FIGS. The L-shaped electrode arrangement of the plug 2b may be an arrangement rotated 180 degrees when viewed from the inside of the cylinder, and only an arrangement rotated 90 degrees clockwise as viewed from the inside of the cylinder is not preferable.

本実施形態において、圧縮行程末期の気筒内隙間の第一部分s1は、シリンダヘッド及びピストン3のそれぞれの吸気弁側により形成され、第二部分s2は、シリンダヘッド及びピストン3のそれぞれの排気弁側により形成される。また、第一点火プラグ2aは、第一部分s1内に点火ギャップを位置させ、気筒上部周囲の吸気弁側に配置されている。第二点火プラグ2bは、第一部分s1と第二部分s2との境界近傍に点火ギャップを位置させ、気筒上部略中心に配置されている。前述の効果は、このような構成に限定されることなく、例えば、吸気弁側と排気弁側とを逆とした構成でも良く、また、一方の吸気弁及び排気弁の側に第一部分を形成し、他方の吸気弁及び排気弁の側に第二部分を形成するようにしても良い。   In the present embodiment, the first portion s1 of the in-cylinder gap at the end of the compression stroke is formed by the intake valve side of each of the cylinder head and the piston 3, and the second portion s2 is the exhaust valve side of each of the cylinder head and the piston 3. It is formed by. The first spark plug 2a is disposed on the intake valve side around the cylinder upper portion with an ignition gap positioned in the first portion s1. The second spark plug 2b has an ignition gap positioned in the vicinity of the boundary between the first portion s1 and the second portion s2, and is disposed substantially at the center of the cylinder upper portion. The above-mentioned effects are not limited to such a configuration. For example, a configuration in which the intake valve side and the exhaust valve side are reversed may be used, and a first portion is formed on one intake valve and exhaust valve side. However, the second portion may be formed on the other intake valve and exhaust valve side.

本実施形態において、ピストン3の頂面の排気弁側には、キャビティ3aが形成されている。図2に示すように、吸気行程においては、吸気により気筒内の排気弁側を下降して吸気弁側を上昇するタンブル流Tが形成される。ピストン3の頂面のキャビティ3aは、二つの吸気弁の間及び二つの排気弁の間を通る縦断面(図1から3の断面)に平行な部分円弧形状断面を有し、圧縮行程となって気筒内空間が狭くなる時にも、タンブル流Tをキャビティ3aに沿わせることによりタンブル流Tの減衰を抑制するように機能する。   In the present embodiment, a cavity 3 a is formed on the exhaust valve side of the top surface of the piston 3. As shown in FIG. 2, in the intake stroke, a tumble flow T is formed that descends the exhaust valve side in the cylinder and rises the intake valve side by the intake air. The cavity 3a on the top surface of the piston 3 has a partial arc-shaped cross section parallel to a longitudinal cross section (cross section of FIGS. 1 to 3) passing between the two intake valves and between the two exhaust valves, and is a compression stroke. Thus, even when the space in the cylinder becomes narrow, the tumble flow T functions along the cavity 3a so as to suppress the attenuation of the tumble flow T.

それにより、圧縮行程末期において第二部分s2としてのキャビティ3a内にはタンブル流による乱れを存在させ易く、第二部分s2内の混合気の燃焼速度をさらに速めることができる。また、本実施形態では、燃料噴射弁1によって吸気行程末期に燃料噴射を実施する(例えば、燃料噴射終了クランク角度を吸気下死点近傍とするように燃料噴射量に応じて燃料噴射開始クランク角度を設定するか、又は、燃料噴射量に関係なく吸気行程後半に燃料噴射開始クランク角度を設定する。)。   Thereby, in the cavity 3a as the second portion s2 at the end of the compression stroke, the turbulence due to the tumble flow can easily exist, and the combustion speed of the air-fuel mixture in the second portion s2 can be further increased. Further, in the present embodiment, fuel injection is performed at the end of the intake stroke by the fuel injection valve 1 (for example, the fuel injection start crank angle according to the fuel injection amount so that the fuel injection end crank angle is in the vicinity of the intake bottom dead center) Or the fuel injection start crank angle is set in the latter half of the intake stroke regardless of the fuel injection amount).

燃料噴射弁1の燃料噴射方向は、図2に示すように、シリンダボアの排気弁側へ向けられる。燃料噴射弁1から噴射される燃料Fの貫徹力は、燃料噴射開始から1ms後の燃料先端が60mm以上に達するようにされる。このように強い貫徹力の燃料Fが気筒上部略中心からシリンダボアの排気弁側へ向けて斜め下方向に噴射されると、気筒内に形成されたタンブル流Tを燃料の貫徹力により強めることができる。こうして強められたタンブル流Tは圧縮行程末期まで確実に持続し、第二部分s2としてのキャビティ3a内にはタンブル流による乱れを確実に存在させることができ、第二部分s2内の混合気の燃焼速度はさらに速められる。   The fuel injection direction of the fuel injection valve 1 is directed to the exhaust valve side of the cylinder bore as shown in FIG. The penetration force of the fuel F injected from the fuel injection valve 1 is set so that the front end of the fuel 1 ms after the start of fuel injection reaches 60 mm or more. When the fuel F having such a strong penetrating force is injected obliquely downward toward the exhaust valve side of the cylinder bore from the substantially upper center of the cylinder, the tumble flow T formed in the cylinder can be strengthened by the fuel penetrating force. it can. The strengthened tumble flow T is reliably maintained until the end of the compression stroke, and the turbulence due to the tumble flow can surely exist in the cavity 3a as the second portion s2, so that the mixture in the second portion s2 The burning rate is further increased.

本実施形態において、均質燃焼の空燃比は理論空燃比よりリーンとされて(好ましくは、NOXの生成量が抑制されるリーン空燃比とされる)、燃料消費を抑制するようにしているために、燃焼が緩慢となり易く、前述のようにして燃焼速度を速めることは特に有効である。しかしながら、高い機関出力が必要な機関高負荷時には、均質燃焼の空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比としても良く、この場合においても燃焼速度を速めることは有効である。 In the present embodiment, the air-fuel ratio of homogeneous combustion is made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (preferably, the lean air-fuel ratio in which the amount of NO x produced is suppressed) to suppress fuel consumption. In addition, the combustion tends to be slow, and it is particularly effective to increase the combustion speed as described above. However, at high engine loads that require high engine output, the air-fuel ratio of homogeneous combustion may be the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio. In this case as well, it is effective to increase the combustion speed.

また、特に低負荷時のように高い機関出力が必要でない時には、均質燃焼ではなく、点火プラグ近傍だけに可燃混合気を形成して、これを着火燃焼させる成層燃焼を実施した方が燃料消費を低減することができる。本実施形態において、第二点火プラグ2bは、比較的大きく気筒内へ突出させられ、燃料噴射弁1からシリンダボアの排気弁側へ向けて噴射される燃料の一部が、第二点火プラグ2bの点火ギャップを通過するように配置されている。   In addition, when high engine output is not required, especially at low loads, it is not homogeneous combustion, but it is better to perform stratified combustion by forming a combustible mixture near the spark plug and igniting it. Can be reduced. In the present embodiment, the second spark plug 2b is protruded relatively large into the cylinder, and a part of the fuel injected from the fuel injection valve 1 toward the exhaust valve side of the cylinder bore is the second spark plug 2b. It is arranged so as to pass through the ignition gap.

それにより、図3に示すように、圧縮行程後半に燃料噴射弁1により燃料を噴射すれば、噴射燃料は圧縮行程後半の高圧の吸気との摩擦により容易に気化して可燃混合気となり、この可燃混合気内に第二点火プラグ2bの点火ギャップを位置させることができる。こうして、圧縮行程末期の点火時期において、第二点火プラグ2bにより可燃混合気を着火させることにより良好な成層燃焼を実現することができる。このような成層燃焼には、ピストン3の頂面のキャビティ3aは必ずしも必要ではないが、本実施形態のようにキャビティ3aが形成されていれば、可燃混合気はキャビティ3a内に確実に維持されて分散し難いために、成層燃焼をさらに良好なものとすることができる。   Accordingly, as shown in FIG. 3, if fuel is injected by the fuel injection valve 1 in the latter half of the compression stroke, the injected fuel is easily vaporized by friction with the high-pressure intake air in the latter half of the compression stroke, and becomes a combustible mixture. The ignition gap of the second spark plug 2b can be positioned in the combustible mixture. Thus, good stratified combustion can be realized by igniting the combustible air-fuel mixture with the second spark plug 2b at the ignition timing at the end of the compression stroke. For such stratified combustion, the cavity 3a on the top surface of the piston 3 is not necessarily required. However, if the cavity 3a is formed as in this embodiment, the combustible mixture is reliably maintained in the cavity 3a. Therefore, the stratified combustion can be further improved.

本実施形態のように、第二点火プラグ2bが成層燃焼にも使用される場合には、第二点火プラグ2bは高温に維持され易く、また、成層燃焼のために気筒内へ大きく突出させている場合には、第二点火プラグ2bは、成層燃焼及び均質燃焼時の熱によって、さらに高温に維持され易くなる。それにより、第二点火プラグ2bによってプレイグニッションが発生し易くなるために、前述のように、プレイグニッションの発生又は発生直前の状況において、第二点火プラグ2bによる均質混合気の着火を禁止して、プレイグニッションの発生を抑制することは重要である。   When the second spark plug 2b is also used for stratified combustion as in the present embodiment, the second spark plug 2b is easily maintained at a high temperature, and is greatly protruded into the cylinder for stratified combustion. If so, the second spark plug 2b is more likely to be maintained at a higher temperature by heat during stratified combustion and homogeneous combustion. Accordingly, since the pre-ignition is easily generated by the second ignition plug 2b, as described above, the ignition of the homogeneous mixture by the second ignition plug 2b is prohibited in the situation immediately before the occurrence of the pre-ignition. It is important to suppress the occurrence of pre-ignition.

燃料噴射弁1から噴射される燃料噴霧の形状は、任意に設定可能であり、例えば、中実又は中空円錐形状、又は、中実柱形状としても良い。また、スリット状噴孔から噴射される比較的厚さの薄い略扇形状燃料噴霧としても良い。また、円弧状スリット噴孔や複数の直線スリット噴孔の組み合わせにより、比較的厚さの薄い円弧状断面又は折れ線状断面の燃料噴霧としても良い。いずれにしても燃料噴霧が前述したような強い貫徹力を有して、気筒内のタンブル流を加速させるようにすることが好ましい。   The shape of the fuel spray injected from the fuel injection valve 1 can be arbitrarily set, and may be, for example, a solid or hollow cone shape, or a solid column shape. Moreover, it is good also as a comparatively thin substantially fan-shaped fuel spray injected from a slit-shaped nozzle hole. Moreover, it is good also as a fuel spray of a comparatively thin arc-shaped cross section or a polygonal line cross section by the combination of an arc-shaped slit nozzle hole or a some linear slit nozzle hole. In any case, it is preferable that the fuel spray has a strong penetration force as described above to accelerate the tumble flow in the cylinder.

本実施形態において、燃料噴射弁1及び第二点火プラグ2bは、いずれも気筒上部略中心に配置し、特に、燃料噴射弁1を第二点火プラグ2bより吸気弁側としたが、燃料噴射弁1を第二点火プラグ2bより排気弁側としても良い。この場合において、成層燃焼を実施するためには、ピストン頂面のキャビティを利用して噴射燃料を第二点火プラグ2bの近傍へ導くようにすることが好ましい。   In the present embodiment, the fuel injection valve 1 and the second ignition plug 2b are both arranged substantially at the upper center of the cylinder, and in particular, the fuel injection valve 1 is on the intake valve side of the second ignition plug 2b. 1 may be on the exhaust valve side of the second spark plug 2b. In this case, in order to perform stratified combustion, it is preferable to guide the injected fuel to the vicinity of the second spark plug 2b using the cavity on the top surface of the piston.

本発明による火花点火内燃機関の実施形態を示す圧縮行程末期の概略縦断面図である。1 is a schematic longitudinal sectional view at the end of a compression stroke showing an embodiment of a spark ignition internal combustion engine according to the present invention. 図1の火花点火内燃機関の吸気行程末期の概略縦断面図である。FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view at the end of an intake stroke of the spark ignition internal combustion engine of FIG. 1. 図1の火花点火内燃機関の圧縮行程後半の概略縦断面図である。FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the latter half of a compression stroke of the spark ignition internal combustion engine of FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料噴射弁
2a 第一点火プラグ
2b 第二点火プラグ
3 ピストン
T タンブル流
F 噴射燃料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel injection valve 2a 1st spark plug 2b 2nd spark plug 3 Piston T Tumble flow F Injection fuel

Claims (3)

気筒上部周囲に配置された第一点火プラグと、気筒上部略中心に配置された第二点火プラグとの両方によって、均質混合気を着火させて均質燃焼を実施する火花点火内燃機関において、前記第二点火プラグによるプレイグニッションの発生又は発生直前の状況が検出される時には、前記第一点火プラグだけによって均質混合気を着火させることを特徴とする火花点火内燃機関。   In a spark ignition internal combustion engine that performs homogeneous combustion by igniting a homogeneous air-fuel mixture by both a first spark plug disposed around the cylinder upper portion and a second spark plug disposed substantially in the center of the cylinder upper portion, A spark ignition internal combustion engine characterized by igniting a homogeneous air-fuel mixture only with the first spark plug when the occurrence of pre-ignition due to the second spark plug or a situation immediately before the occurrence is detected. 気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、前記燃料噴射弁により圧縮行程後半に噴射された燃料により前記第二点火プラグ近傍に可燃混合気を形成し、前記可燃混合気を前記第二点火プラグにより着火させる成層燃焼も実施可能であることを特徴とする請求項1に記載の火花点火内燃機関。   A fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder, the fuel injected by the fuel injection valve in the second half of the compression stroke forms a combustible mixture in the vicinity of the second spark plug, and the combustible mixture is The spark ignition internal combustion engine according to claim 1, wherein stratified combustion that is ignited by the second spark plug is also possible. 圧縮行程末期においてシリンダヘッドとピストンとにより形成される気筒内隙間が、第一部分と第二部分とを有し、前記第一部分は狭く、前記第二部分は前記第一部分より広くされ、前記第一点火プラグの点火ギャップが前記第一部分内に位置し、前記第二点火プラグの点火ギャップが前記第一部分と前記第二部分との境界近傍に位置し、均質燃焼時において前記第一点火プラグの点火直後に前記第二点火プラグを点火させ、前記第一点火プラグにより前記第一部分内の混合気を着火させることにより、前記第一部分から前記第二部分へ向けて混合気流が噴出し、前記第二点火プラグの点火ギャップで発生させたアークが前記混合気流により前記第二部分内へ伸ばされて前記第二部分内の混合気を着火させることを特徴とする請求項1又は2に記載の火花点火内燃機関。   An in-cylinder gap formed by the cylinder head and the piston at the end of the compression stroke has a first portion and a second portion, the first portion is narrow, the second portion is wider than the first portion, and the first portion An ignition gap of the spark plug is located in the first part, and an ignition gap of the second spark plug is located in the vicinity of the boundary between the first part and the second part. Immediately after ignition of the second spark plug, by igniting the air-fuel mixture in the first part by the first spark plug, a mixed air flow is ejected from the first part toward the second part, The arc generated in the ignition gap of the second spark plug is extended into the second part by the mixed airflow to ignite the air-fuel mixture in the second part. Spark ignition internal combustion engine as set forth.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103180566A (en) * 2010-10-15 2013-06-26 三菱自动车工业株式会社 Intake port fuel injection engine

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