JP2019002326A - High compression ratio engine - Google Patents
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Abstract
Description
ここに開示する技術は、高圧縮比エンジンに関する。 The technology disclosed herein relates to a high compression ratio engine.
特許文献１には、燃費性能の向上を図る観点等から、エンジンの幾何学的圧縮比を１４以上の高圧縮比にしたエンジンが記載されている。このエンジンは、圧縮比が高いことを利用して混合気を圧縮自己着火により燃焼させる。このエンジンは、所定の運転状態においては、点火装置によって燃焼室内の混合気に強制点火をする。そのため、点火装置が燃焼室に臨んで取り付けられている。点火装置は、中心電極と側方電極とを有している。点火装置は、中心電極と側方電極との間のギャップにおいて火花放電する。火花点火燃焼においては、火花点火によって生成した火炎核が成長することにより、混合気が着火及び燃焼を開始する。 Patent Document 1 describes an engine in which the geometric compression ratio of the engine is set to a high compression ratio of 14 or more from the viewpoint of improving fuel efficiency. This engine burns the air-fuel mixture by compression self-ignition using the high compression ratio. This engine forcibly ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber by an ignition device in a predetermined operating state. Therefore, the ignition device is attached facing the combustion chamber. The ignition device has a center electrode and side electrodes. The igniter sparks in the gap between the center electrode and the side electrodes. In spark ignition combustion, a flame kernel generated by spark ignition grows, whereby the air-fuel mixture starts to ignite and burn.
特許文献２には、いわゆる沿面タイプの点火装置が記載されている。この点火装置は、中心電極と、誘電体を介在して配設された環状の接地電極との間に、環状の放電空間を設けている。この点火装置は、放電空間内において、誘電体の表面を這うようにストリーマ放電を発生させる。 Patent Document 2 describes a so-called creepage type ignition device. In this ignition device, an annular discharge space is provided between a center electrode and an annular ground electrode disposed with a dielectric interposed therebetween. This ignition device generates a streamer discharge so as to crawl the surface of the dielectric in the discharge space.
ところで、エンジンの技術分野においては、燃費性能の向上が強く求められている。燃費性能の向上を図る上で、冷却損失を低減することは有効である。 Incidentally, in the technical field of engines, there is a strong demand for improvement in fuel efficiency. It is effective to reduce the cooling loss in order to improve the fuel efficiency.
ここに開示する技術はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの冷却損失を低減することにある。 The technology disclosed herein has been made in view of such a point, and an object thereof is to reduce cooling loss of the engine.
ここに開示する技術は、幾何学的圧縮比が所定以上に設定された高圧縮比エンジンに係る。この高圧縮比エンジンは、シリンダヘッドの下面によって天井面が構成される燃焼室と、前記シリンダヘッドに取り付けられかつ、前記燃焼室内の混合気を点火するよう構成された点火装置と、を備え、前記点火装置は、中心電極と、接地電極と、前記中心電極と前記接地電極との間に介在する絶縁体と、を有し、前記接地電極に導通すると共に、前記中心電極を囲む端面が、前記燃焼室の天井面において前記燃焼室に臨んで配設されている。 The technology disclosed herein relates to a high compression ratio engine in which a geometric compression ratio is set to be equal to or higher than a predetermined value. The high compression ratio engine includes a combustion chamber having a ceiling surface formed by a lower surface of a cylinder head, and an ignition device attached to the cylinder head and configured to ignite an air-fuel mixture in the combustion chamber, The ignition device includes a center electrode, a ground electrode, and an insulator interposed between the center electrode and the ground electrode, and is electrically connected to the ground electrode and has an end surface surrounding the center electrode, It is arranged facing the combustion chamber on the ceiling surface of the combustion chamber.
そして、前記点火装置の前記端面には、前記点火装置への入熱を遮断する遮熱層が設けられ、前記燃焼室の天井面を構成する前記シリンダヘッドの下面には、前記シリンダヘッドへの入熱を遮断する遮熱層が設けられている。 The end surface of the ignition device is provided with a heat shielding layer that blocks heat input to the ignition device, and the lower surface of the cylinder head that constitutes the ceiling surface of the combustion chamber is provided with the cylinder head. A heat shield layer for blocking heat input is provided.
シリンダヘッドの下面に遮熱層を設けると、燃焼室内において、混合気が燃焼するときの燃焼熱がシリンダヘッドへ入熱することが遮断される。これにより、エンジンの冷却損失を低減することができる。 When the heat shield layer is provided on the lower surface of the cylinder head, the heat of combustion when the air-fuel mixture burns in the combustion chamber is blocked from entering the cylinder head. Thereby, the cooling loss of an engine can be reduced.
前記の構成では、シリンダヘッドに取り付けられた点火装置の端面にも、遮熱層が設けられている。点火装置の端面は、燃焼室の天井面において燃焼室に臨んで配設されている。点火装置の端面は、実質的に、燃焼室の天井面の一部を構成している。この点火装置の端面に遮熱層を設けることによって、混合気の燃焼熱が、点火装置を通じてシリンダヘッドへ入熱することが防止される。これにより、エンジンの冷却損失を、さらに低減することができる。 In the above configuration, the heat shield layer is also provided on the end face of the ignition device attached to the cylinder head. The end face of the ignition device is arranged facing the combustion chamber on the ceiling surface of the combustion chamber. The end face of the ignition device substantially constitutes a part of the ceiling surface of the combustion chamber. By providing a heat shield layer on the end face of the ignition device, the combustion heat of the air-fuel mixture is prevented from entering the cylinder head through the ignition device. Thereby, the cooling loss of the engine can be further reduced.
また、点火装置の端面は、中心電極の近傍に位置している。点火装置が駆動することにより、火炎核が生成したとき、及び、火炎核が成長するときに、火炎核の熱が端面を通じて点火装置に入ることを、遮熱層が遮断する。火炎核は、速やかに成長をし、混合気が、確実に着火及び燃焼を開始する。点火装置の端面に設けた遮熱層は、点火装置の着火性も向上させる。 The end face of the ignition device is located in the vicinity of the center electrode. When the ignition device is driven, the heat shield layer blocks the heat of the flame kernel from entering the ignition device through the end face when the flame kernel is generated and when the flame kernel grows. The flame kernel grows quickly and the mixture starts to ignite and burn reliably. The heat shield layer provided on the end face of the ignition device also improves the ignitability of the ignition device.
尚、ここでいう点火装置は、中心電極と接地電極との間の放電ギャップにおいて火花放電を発生させて、混合気を着火する火花点火装置の他に、放電ギャップにおいてストリーマ放電を発生させて、混合気を着火する低温プラズマ点火装置も含む。 The ignition device referred to here generates a spark discharge in the discharge gap between the center electrode and the ground electrode, and generates a streamer discharge in the discharge gap in addition to the spark ignition device that ignites the mixture. A low-temperature plasma ignition device for igniting the air-fuel mixture is also included.
前記点火装置は、前記接地電極が前記端面を含んで構成される沿面型である、としてもよい。 The ignition device may be a creeping type in which the ground electrode includes the end face.
沿面型の点火装置の接地電極は、中心電極を囲む端面を含んで構成されかつ、燃焼室の天井面において燃焼室に臨んで配設される。この端面に遮熱層を設けることによって、エンジンの冷却損失の低減に有利になると共に、火炎核の成長を妨げることが防止されて、点火装置の着火性が向上する。 The ground electrode of the creeping ignition device includes an end surface surrounding the center electrode, and is disposed on the ceiling surface of the combustion chamber so as to face the combustion chamber. Providing the heat shield layer on the end face is advantageous for reducing the cooling loss of the engine, preventing the growth of the flame kernel, and improving the ignitability of the ignition device.
前記中心電極は、前記燃焼室の天井面から、前記燃焼室の内方に突出している、としてもよい。こうすることで、沿面型の点火装置において、混合気の着火性が向上する。 The center electrode may protrude from the ceiling surface of the combustion chamber to the inside of the combustion chamber. By doing so, the ignitability of the air-fuel mixture is improved in the creeping type ignition device.
前記点火装置は、前記接地電極の根元が前記端面に固定されかつ、前記接地電極の先端が前記中心電極に対向して構成されるプロジェクト型、又は、スラント型である、としてもよい。 The ignition device may be a project type or a slant type in which a base of the ground electrode is fixed to the end surface and a tip of the ground electrode is opposed to the center electrode.
プロジェクト型、又は、スラント型の点火装置において、接地電極の根元が固定される端面は、燃焼室の天井面において燃焼室に臨んで配設される。この端面に遮熱層を設けることによって、エンジンの冷却損失の低減に有利になると共に、火炎核の成長を妨げることが防止されて、点火装置の着火性が向上する。 In the project-type or slant-type ignition device, the end face to which the base of the ground electrode is fixed is disposed facing the combustion chamber on the ceiling surface of the combustion chamber. Providing the heat shield layer on the end face is advantageous for reducing the cooling loss of the engine, preventing the growth of the flame kernel, and improving the ignitability of the ignition device.
前記遮熱層は、前記燃焼室内の温度の変化に追従して、前記遮熱層の温度が変化するよう構成されている、としてもよい。 The heat shield layer may be configured to change the temperature of the heat shield layer following a change in temperature in the combustion chamber.
遮熱層に触れるガスから遮熱層への熱の移動量は、ガスと遮熱層との温度差が大きいと多くなり、温度差が小さいと少なくなる。前記の構成では、燃焼室内の混合気が着火及び燃焼するときに、遮熱層の温度も高くなるから、遮熱層に触れるガスから遮熱層への熱の移動量が少なくなる。冷却損失が低くなるからエンジンの熱効率の向上に有利になる。また、遮熱層の温度が高くなるため、点火装置の端面付近にデポジットが堆積してしまうことが回避される。 The amount of heat transferred from the gas in contact with the heat shield layer to the heat shield layer increases when the temperature difference between the gas and the heat shield layer is large, and decreases when the temperature difference is small. In the above-described configuration, when the air-fuel mixture in the combustion chamber ignites and burns, the temperature of the heat shield layer also increases, so that the amount of heat transferred from the gas that touches the heat shield layer to the heat shield layer is reduced. The cooling loss is reduced, which is advantageous for improving the thermal efficiency of the engine. Further, since the temperature of the heat shield layer becomes high, it is possible to avoid deposits from being deposited near the end face of the ignition device.
また、前記の構成では、燃焼室内の既燃ガスが排出されかつ、相対的に低温のガス（つまり、新気、又は、新気及びＥＧＲガス）が燃焼室内にチャージされるときに、遮熱層の温度は低くなる。点火装置の端面がホットスポットとなって、混合気が過早着火してしまうことが回避される。 Further, in the above configuration, when the burnt gas in the combustion chamber is discharged and a relatively low temperature gas (that is, fresh air, or fresh air and EGR gas) is charged in the combustion chamber, the heat shielding is performed. The temperature of the layer is lowered. It is avoided that the end face of the ignition device becomes a hot spot and the air-fuel mixture is prematurely ignited.
前記高圧縮比エンジンの幾何学的圧縮比は、１４〜３０である、としてもよい。 The geometric compression ratio of the high compression ratio engine may be 14-30.
幾何学的圧縮比を１４〜３０にすると火炎核が成長し難くなるため、着火性が不利になる。前述した点火装置は、冷却損失の低減と共に着火性を向上させることができるから、幾何学的圧縮比を１４〜３０にした高圧縮比エンジンにおいて着火及び燃焼を確実に行うことができる。 When the geometric compression ratio is 14 to 30, flame nuclei are difficult to grow, and the ignitability is disadvantageous. Since the ignition device described above can improve the ignitability while reducing the cooling loss, ignition and combustion can be reliably performed in a high compression ratio engine having a geometric compression ratio of 14 to 30.
前記高圧縮比エンジンは、前記燃焼室のガス重量と燃料重量との比であるＧ／Ｆを３５以上とした混合気が形成されるリーン運転領域を設定するとともに、当該リーン運転領域において前記燃焼室内の混合気に点火をする、としてもよい。 The high compression ratio engine sets a lean operation region in which an air-fuel mixture having a G / F ratio of 35 or more, which is a ratio of gas weight and fuel weight in the combustion chamber, is formed, and the combustion is performed in the lean operation region. The indoor air-fuel mixture may be ignited.
混合気を希釈することによって、燃費の向上、及び、排気ガスのエミッション性能の向上が図られる。 By diluting the air-fuel mixture, fuel efficiency and exhaust gas emission performance can be improved.
混合気を希釈すると火炎核が成長し難くなるため、着火性に不利になるが、前述した点火装置は着火性が向上するから、Ｇ／Ｆを３５以上に設定して運転する高圧縮比エンジンにおいて着火及び燃焼を確実に行うことができる。 Dilution of the air-fuel mixture makes flame kernels difficult to grow, which is disadvantageous in terms of ignitability. However, since the ignition device described above improves ignitability, a high compression ratio engine operated with G / F set to 35 or more Thus, ignition and combustion can be performed reliably.
ここで、燃焼室のガスは、実質的に新気のみ場合（つまり、ＥＧＲガスを燃焼室内に導入するＥＧＲ制御を行わない場合。但し、多少の残留ガスが存在する場合を含む）、及び、新気とＥＧＲガスとを含む場合（つまり、ＥＧＲガスを燃焼室内に導入するＥＧＲ制御を行う場合）がある。新気と燃料との重量比Ａ／Ｆを３５以上に設定することも、Ｇ／Ｆを３５以上に設定することに含まれる。つまり、前記の構成は、Ａ／Ｆを３５以上に設定すること、及び、Ｇ／Ｆを３５以上に設定することの両方を含んでいる。 Here, when the gas in the combustion chamber is substantially only fresh air (that is, when EGR control for introducing EGR gas into the combustion chamber is not performed, including the case where some residual gas exists), and There are cases in which fresh air and EGR gas are included (that is, EGR control in which EGR gas is introduced into the combustion chamber is performed). Setting the weight ratio A / F between fresh air and fuel to 35 or more is also included in setting G / F to 35 or more. In other words, the above-described configuration includes both setting A / F to 35 or higher and setting G / F to 35 or higher.
前記点火装置は、点火された混合気が火炎伝播により燃焼し、その後、前記燃焼室の中の未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、所定の点火タイミングで前記混合気に点火をする、としてもよい。 The ignition device ignites the air-fuel mixture at a predetermined ignition timing so that the ignited air-fuel mixture burns by flame propagation, and then the unburned air-fuel mixture in the combustion chamber burns by self-ignition. It is good.
混合気を自己着火により燃焼させると、エンジンの熱効率の向上に有利になる。高圧縮比エンジンは、燃焼室内の温度及び／又は圧力を高めるから、混合気を安定的に自己着火させる上で有利になる。 Combusting the air-fuel mixture by self-ignition is advantageous for improving the thermal efficiency of the engine. A high compression ratio engine increases the temperature and / or pressure in the combustion chamber, which is advantageous for stably self-igniting the air-fuel mixture.
自己着火による燃焼において、圧縮開始前の燃焼室の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。例えば自己着火のタイミングが早くなると、燃焼騒音が大きくなってしまう。自己着火による燃焼を行おうとすれば、燃焼室の温度コントロールを緻密に行わなければならない。 In combustion by self-ignition, if the temperature in the combustion chamber before the start of compression varies, the self-ignition timing changes greatly. For example, if the self-ignition timing is advanced, combustion noise increases. If combustion is to be performed by self-ignition, the temperature of the combustion chamber must be precisely controlled.
自己着火のタイミングを精度よくコントロールするために、ＳＩ（Spark Ignition）燃焼とＣＩ（Compression Ignition）燃焼とを組み合わせる燃焼形態が考えられる。つまり、点火装置が、燃焼室の中の混合気に強制的に点火することによって、混合気が火炎伝播により燃焼すると共に、ＳＩ燃焼の発熱によって燃焼室の中の温度が高くなることによって、未燃混合気を自己着火により燃焼させる。ＳＩ燃焼の発熱量を調整すれば、圧縮開始前の燃焼室の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室の中の温度に応じて、例えば点火タイミングの調整によってＳＩ燃焼の開始タイミングを調整すれば、自己着火のタイミングをコントロールすることができる。 In order to accurately control the timing of self-ignition, a combustion mode combining SI (Spark Ignition) combustion and CI (Compression Ignition) combustion is conceivable. That is, the ignition device forcibly ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber, so that the air-fuel mixture burns by flame propagation and the temperature in the combustion chamber increases due to the heat generated by SI combustion. The fuel mixture is burned by self-ignition. By adjusting the calorific value of the SI combustion, it is possible to absorb the temperature variation in the combustion chamber before the start of compression. If the SI combustion start timing is adjusted, for example, by adjusting the ignition timing in accordance with the temperature in the combustion chamber before the compression starts, the self-ignition timing can be controlled.
前述した点火装置は着火性が向上するから、ＳＩ燃焼を確実に開始することができ、自己着火のタイミングを、正確にコントロールすることができる。 Since the ignition device described above has improved ignitability, SI combustion can be started reliably, and the timing of self-ignition can be accurately controlled.
以上説明したように、前記の高圧縮比エンジンによると、冷却損失を低減することができる。 As described above, according to the high compression ratio engine, the cooling loss can be reduced.
以下、高圧縮比エンジンの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、高圧縮比エンジンの一例である。 Hereinafter, an embodiment of a high compression ratio engine will be described in detail based on the drawings. The following description is an example of a high compression ratio engine.
（エンジンの全体構成）
図１は、高圧縮比エンジン（以下、単にエンジン1という）の構成を例示する図である。エンジン１の幾何学的圧縮比は、１４以上３０以下に設定されている。エンジン１の幾何学的圧縮比は高い。
(Entire engine configuration)
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a high compression ratio engine (hereinafter simply referred to as engine 1). The geometric compression ratio of the engine 1 is set to 14 or more and 30 or less. The geometric compression ratio of the engine 1 is high.
このエンジン１の燃料は、本実施形態ではガソリンである。燃料は、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。エンジン１の燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であれば、どのような燃料であってもよい。 The fuel of the engine 1 is gasoline in this embodiment. The fuel may be gasoline containing bioethanol or the like. The fuel of the engine 1 may be any fuel as long as it is a liquid fuel containing at least gasoline.
エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１が形成されている。図１では、１つの気筒のみを示す。エンジン１は、多気筒エンジンである。各シリンダ１１内には、ピストン３が摺動可能に内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画する。尚、「燃焼室」は、ピストン３が圧縮上死点に至ったときに形成される空間の意味に限定されない。「燃焼室」の語は広義で用いる場合がある。つまり、燃焼室は、ピストン３の位置に関わらず、ピストン３、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３によって形成される空間を意味する場合がある。ピストン３の上面３０には、凹状のキャビティ３４が形成されている（図３も参照）。キャビティ３４は、ピストン３の中央部に形成されている。 The engine 1 includes a cylinder block 12 and a cylinder head 13 placed on the cylinder block 12. A plurality of cylinders 11 are formed inside the cylinder block 12. In FIG. 1, only one cylinder is shown. The engine 1 is a multi-cylinder engine. The piston 3 is slidably inserted in each cylinder 11. The piston 3 is connected to the crankshaft 15 via a connecting rod 14. The piston 3 defines a combustion chamber 17 together with the cylinder 11 and the cylinder head 13. The “combustion chamber” is not limited to the meaning of the space formed when the piston 3 reaches compression top dead center. The term “combustion chamber” may be used in a broad sense. That is, the combustion chamber may mean a space formed by the piston 3, the cylinder 11, and the cylinder head 13 regardless of the position of the piston 3. A concave cavity 34 is formed on the upper surface 30 of the piston 3 (see also FIG. 3). The cavity 34 is formed at the center of the piston 3.
燃焼室１７の天井面を構成するシリンダヘッド１３の下面１３０は、吸気側からシリンダ１１の中央に向かって登り勾配になっていると共に、排気側からシリンダ１１の中央に向かって登り勾配になっている。燃焼室１７は、ペントルーフ型の燃焼室である。尚、ペントルーフの谷部の位置は、シリンダ１１のボア中心に一致する場合、及び、一致しない場合の両方があり得る。 The lower surface 130 of the cylinder head 13 constituting the ceiling surface of the combustion chamber 17 has an upward gradient from the intake side toward the center of the cylinder 11 and an upward gradient from the exhaust side toward the center of the cylinder 11. Yes. The combustion chamber 17 is a pent roof type combustion chamber. In addition, the position of the valley part of a pent roof can have both the case where it corresponds to the bore | bore center of the cylinder 11, and the case where it does not correspond.
シリンダヘッド１３の下面１３０には、吸気ポート１８の開口部が設けられていると共に、排気ポート１９の開口部が設けられている。 The lower surface 130 of the cylinder head 13 is provided with an opening for the intake port 18 and an opening for the exhaust port 19.
図１には一つのみ示すが、シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に二つの吸気ポート１８が形成されている。吸気ポート１８は燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、吸気通路１８１に接続されている。 Although only one is shown in FIG. 1, two intake ports 18 are formed in the cylinder head 13 for each cylinder 11. The intake port 18 communicates with the combustion chamber 17. The intake port 18 is connected to the intake passage 181.
吸気ポート１８と同様に、シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に二つの排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９は燃焼室１７に連通している。排気ポート１９は、排気通路１９１に接続されている。 Similarly to the intake port 18, two exhaust ports 19 are formed in the cylinder head 13 for each cylinder 11. The exhaust port 19 communicates with the combustion chamber 17. The exhaust port 19 is connected to the exhaust passage 191.
図示しないが、エンジン１は、吸気通路１８１にコンプレッサが介設している過給機付きエンジンであってもよい。過給機は、排気エネルギによって駆動するターボ過給機、及び、エンジン１によって駆動される機械式過給機のいずれであってもよい。また、エンジン１は、過給機を有しない自然吸気エンジンであってもよい。 Although not shown, the engine 1 may be a supercharged engine in which a compressor is interposed in the intake passage 181. The supercharger may be either a turbocharger driven by exhaust energy or a mechanical supercharger driven by the engine 1. The engine 1 may be a naturally aspirated engine that does not have a supercharger.
また、図示は省略するが、エンジン１は、排気通路１９１と吸気通路１８１とをつなぐＥＧＲ通路を備えている。エンジン１の運転状態に応じて、ＥＧＲ通路及び吸気通路１８１を介して、ＥＧＲガスが、燃焼室１７の中に導入される。 Although not shown, the engine 1 includes an EGR passage that connects the exhaust passage 191 and the intake passage 181. Depending on the operating state of the engine 1, EGR gas is introduced into the combustion chamber 17 via the EGR passage and the intake passage 181.
シリンダヘッド１３には、吸気弁２１が配設されている。吸気弁２１は、吸気ポート１８を燃焼室１７に対して開閉する。吸気弁２１は、吸気動弁機構２３によって、所定のタイミングで往復動する。吸気動弁機構２３は、この例では、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式又は電動式の位相可変機構（Sequential-Valve Timing：Ｓ-ＶＴ）を、少なくとも含んで構成されている。 An intake valve 21 is disposed in the cylinder head 13. The intake valve 21 opens and closes the intake port 18 with respect to the combustion chamber 17. The intake valve 21 reciprocates at a predetermined timing by an intake valve mechanism 23. In this example, the intake valve mechanism 23 is a hydraulic or electric phase variable mechanism (Sequential-Valve Timing: S-VT) capable of continuously changing the rotation phase of the intake camshaft within a predetermined angle range. At least.
シリンダヘッド１３には、排気弁２２が配設されている。排気弁２２は、排気ポート１９を燃焼室１７に対して開閉する。排気弁２２は排気動弁機構２４によって、所定のタイミングで往復動する。排気動弁機構２４は、この例では、液圧式又は電動式のＳ-ＶＴを、少なくとも含んで構成されている。 An exhaust valve 22 is disposed in the cylinder head 13. The exhaust valve 22 opens and closes the exhaust port 19 with respect to the combustion chamber 17. The exhaust valve 22 reciprocates at a predetermined timing by an exhaust valve mechanism 24. In this example, the exhaust valve mechanism 24 includes at least a hydraulic or electric S-VT.
シリンダヘッド１３には、燃焼室１７内に燃料を直接噴射するインジェクタ６が取り付けられている。インジェクタ６は、ペントルーフの谷部に配設されている。インジェクタ６の軸心は、シリンダ１１の中心軸に一致している。インジェクタ６の軸心は、シリンダ１１の中心軸からずれた位置で、中心軸に平行であってもよい。インジェクタ６は、ピストン３のキャビティ３４に対向している。インジェクタ６は、複数の噴口を有する多噴口型の燃料噴射弁によって構成されている。インジェクタ６は、燃料噴霧が、燃焼室１７の中央から放射状に広がるように燃料を噴射する。尚、インジェクタ６の構成は、前記の構成に限定されない。インジェクタ６は、適宜の構成を採用することが可能である。 An injector 6 that directly injects fuel into the combustion chamber 17 is attached to the cylinder head 13. The injector 6 is disposed in a valley portion of the pent roof. The axial center of the injector 6 coincides with the central axis of the cylinder 11. The axial center of the injector 6 may be parallel to the central axis at a position shifted from the central axis of the cylinder 11. The injector 6 faces the cavity 34 of the piston 3. The injector 6 is composed of a multi-injection type fuel injection valve having a plurality of injection holes. The injector 6 injects the fuel so that the fuel spray spreads radially from the center of the combustion chamber 17. The configuration of the injector 6 is not limited to the above configuration. The injector 6 can adopt an appropriate configuration.
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、点火装置７が取り付けられている。点火装置７は、燃焼室１７の中の混合気に強制的に火花点火をする。点火装置７は、この構成例では、シリンダ１１の中心軸よりも吸気側に配設されている。点火装置７は、図示は省略するが、二つの吸気ポート１８の間に位置している。点火装置７は、上方から下方に向かって、燃焼室１７の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火装置７の電極は、図３にも示すように、燃焼室１７の中に臨んでかつ、燃焼室１７の天井面の付近に位置している。点火装置７の構成は、後述する。 An ignition device 7 is attached to the cylinder head 13 for each cylinder 11. The ignition device 7 forcibly sparks the air-fuel mixture in the combustion chamber 17. In this configuration example, the ignition device 7 is disposed closer to the intake side than the central axis of the cylinder 11. Although not shown, the ignition device 7 is located between the two intake ports 18. The ignition device 7 is attached to the cylinder head 13 so as to be inclined from the top to the bottom toward the center of the combustion chamber 17. As shown in FIG. 3, the electrode of the ignition device 7 faces the combustion chamber 17 and is located in the vicinity of the ceiling surface of the combustion chamber 17. The configuration of the ignition device 7 will be described later.
（エンジンの運転領域）
図２は、エンジン１の運転領域を示している。エンジン１の運転領域は、負荷が相対的に低くかつ、回転数が相対的に低い第１領域と、第１領域よりも負荷が高い、及び／又は、第１領域より回転数が高い第２領域とに分かれている。エンジン１を運転するＥＣＵ（図示省略）は、各種のセンサの検知信号を受けて要求トルクを演算すると共に、要求トルクと運転領域とに基づき設定した制御パラメータに従って、各デバイスに、制御信号を出力する。
(Engine operating range)
FIG. 2 shows the operating region of the engine 1. The operating region of the engine 1 includes a first region having a relatively low load and a relatively low rotational speed, and a second region having a higher load than the first region and / or a rotational speed higher than that of the first region. Divided into areas. An ECU (not shown) that operates the engine 1 calculates a required torque in response to detection signals from various sensors, and outputs a control signal to each device in accordance with a control parameter set based on the required torque and the operation region. To do.
エンジン１は、第１領域において、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を図るため、ＣＩ燃焼を行う。自己着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン１は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＩ−ＣＩ燃焼を行う。ＳＩ−ＣＩ燃焼は、点火装置７が、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播により燃焼すると共に、ＳＩ燃焼の発熱により燃焼室１７の中の温度が高くなることによって、未燃混合気が自己着火により燃焼する。ＳＩ燃焼の発熱量を調整することによって、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度のばらつきを吸収することができる。圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらついていても、例えば点火タイミングの調整によってＳＩ燃焼の開始タイミングを調整すれば、自己着火のタイミングをコントロールすることができる。これにより、燃焼騒音が増大してしまうことを回避することができる。第１領域において、エンジン１は、混合気の空気過剰率λを１．０±０．２にしかつ、ＥＧＲガスを燃焼室１７の中に導入することで混合気のＧ／Ｆ（つまり、燃焼室１７のガス重量と燃料重量との比）を３５以上にして運転する。第１領域は、リーン運転領域である。混合気を希釈してＣＩ燃焼を行うことにより、エンジン１の燃費性能を高くすることが可能になる。さらに、混合気の空燃比を略理論空燃比にすることによって、三元触媒により、排気ガスを浄化することが可能になるため、エンジン１の排出ガス性能が良好になる。 The engine 1 performs CI combustion in the first region in order to improve fuel efficiency and exhaust gas performance. In the combustion by self-ignition, when the temperature in the combustion chamber 17 before the start of compression varies, the timing of self-ignition greatly changes. Therefore, the engine 1 performs SI-CI combustion combining SI combustion and CI combustion. In the SI-CI combustion, the ignition device 7 forcibly ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 17 so that the air-fuel mixture burns by flame propagation, and the heat generated in the SI combustion causes the air-fuel mixture in the combustion chamber 17 to burn. As the temperature increases, the unburned mixture burns by self-ignition. By adjusting the calorific value of the SI combustion, the temperature variation in the combustion chamber 17 before the start of compression can be absorbed. Even if the temperature in the combustion chamber 17 before the start of compression varies, the self-ignition timing can be controlled by adjusting the SI combustion start timing by adjusting the ignition timing, for example. Thereby, it can avoid that combustion noise increases. In the first region, the engine 1 sets the excess air ratio λ of the air-fuel mixture to 1.0 ± 0.2, and introduces EGR gas into the combustion chamber 17 so that the G / F of the air-fuel mixture (that is, the combustion) The operation is performed with the ratio of the gas weight of the chamber 17 to the fuel weight (35) or more. The first region is a lean operation region. By diluting the air-fuel mixture and performing CI combustion, the fuel efficiency of the engine 1 can be improved. Further, the exhaust gas performance of the engine 1 is improved because the exhaust gas can be purified by the three-way catalyst by setting the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to a substantially stoichiometric air-fuel ratio.
第２領域においては、第１領域よりも燃料噴射量が増える。燃料噴射量が増えると、ＳＩ−ＣＩ燃焼を行っても、燃焼騒音を抑制することが困難になる。また、第２領域においては、燃焼室１７の中の温度が高くなるため、ＣＩ燃焼を行おうとしても、過早着火やノッキングといった異常燃焼が生じやすい。そのため、エンジン１は、第２領域においては、火花点火によるＳＩ燃焼を行う。 In the second region, the fuel injection amount is larger than that in the first region. When the fuel injection amount increases, it becomes difficult to suppress combustion noise even if SI-CI combustion is performed. Further, in the second region, the temperature in the combustion chamber 17 becomes high, so that abnormal combustion such as pre-ignition and knocking is likely to occur even if CI combustion is performed. Therefore, the engine 1 performs SI combustion by spark ignition in the second region.
従って、このエンジン１は、運転領域の全域において、点火装置７によって、燃焼室１７内の混合気に点火を行う。 Therefore, the engine 1 ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 17 by the ignition device 7 over the entire operation region.
（燃焼室の構成）
図３は、エンジン１の燃焼室１７を拡大して示している。エンジン１では、燃焼室１７を区画する区画面に遮熱層１７３を設けている。具体的に、図３に示す構成例では、シリンダヘッド１３の下面１３０（つまり、燃焼室１７の天井面）、ピストン３の上面３０、並びに、図示は省略するが、吸気弁２１のバルブヘッドの面及び排気弁２２のバルブヘッドの面に、遮熱層１７３を設けている。遮熱層１７３は、燃焼室１７を区画する区画面の全体に設けてもよいし、区画面の一部に設けてもよい。
(Combustion chamber configuration)
FIG. 3 shows an enlarged view of the combustion chamber 17 of the engine 1. In the engine 1, a heat shield layer 173 is provided on a section screen that partitions the combustion chamber 17. Specifically, in the configuration example illustrated in FIG. 3, the lower surface 130 of the cylinder head 13 (that is, the ceiling surface of the combustion chamber 17), the upper surface 30 of the piston 3, and the valve head of the intake valve 21, although not illustrated. A heat shield layer 173 is provided on the surface and the valve head surface of the exhaust valve 22. The heat shield layer 173 may be provided on the entire section screen partitioning the combustion chamber 17 or may be provided on a part of the section screen.
遮熱層１７３は、燃焼室１７を構成する金属製の母材よりも熱伝導率が低い。ここでいう母材は、例えばピストン３であればアルミニウム又はアルミニウム合金である。遮熱層１７３は、燃焼室１７内の燃焼ガスの熱が、燃焼室１７を区画する面を通じて放出されることを抑制する。遮熱層１７３によって、エンジン１の冷却損失を低減することが可能になる。 The heat shielding layer 173 has a thermal conductivity lower than that of the metal base material constituting the combustion chamber 17. The base material here is, for example, aluminum or an aluminum alloy in the case of the piston 3. The heat shielding layer 173 suppresses the heat of the combustion gas in the combustion chamber 17 being released through the surface that defines the combustion chamber 17. The heat shield layer 173 can reduce the cooling loss of the engine 1.
また、遮熱層１７３は、母材よりも容積比熱が小さいことが好ましい。つまり、遮熱層１７３の熱容量を小さくして、燃焼室１７の区画面の温度が、燃焼室１７内のガス温度の変動に追従して変化することが好ましい。こうすることで、混合気が燃焼するときには、燃焼ガスの温度と区画面の温度との差が小さくなるから、熱が、区画面を通じて母材に伝わることが、さらに抑制される。 Further, the heat shielding layer 173 preferably has a volumetric specific heat smaller than that of the base material. That is, it is preferable that the heat capacity of the heat shielding layer 173 is reduced, and the temperature of the section screen of the combustion chamber 17 changes following the fluctuation of the gas temperature in the combustion chamber 17. By doing so, when the air-fuel mixture burns, the difference between the temperature of the combustion gas and the temperature of the section screen is reduced, so that heat is further suppressed from being transmitted to the base material through the section screen.
遮熱層１７３は、中空粒子（例えばガラスバルーン）と、バインダとしての例えばシリコーン樹脂と、を含有する遮熱材料を、区画面上に塗布し、加熱処理によって樹脂を硬化させることにより形成してもよい。 The heat shielding layer 173 is formed by applying a heat shielding material containing hollow particles (for example, a glass balloon) and, for example, a silicone resin as a binder on the section screen and curing the resin by heat treatment. Also good.
（点火装置の構成）
図４は、点火装置７の先端部を拡大して示す斜視図である。点火装置７は、中心電極７１と、接地電極７２と、中心電極７１と接地電極７２との間に介在する絶縁体７３と、を有している。中心電極７１及び絶縁体７３は、筒体７４に収容されている。接地電極７２は、筒体７４の下端面によって構成されている。接地電極７２は、中心電極７１の周囲を囲む環状の端面を有している。接地電極７２は、点火装置７をシリンダヘッド１３に取り付けたときに、シリンダヘッド１３の下面１３０において燃焼室１７に臨んで配設される。接地電極７２は、実質的に、燃焼室１７の天井面の一部を構成する。
(Configuration of ignition device)
FIG. 4 is an enlarged perspective view showing the tip of the ignition device 7. The ignition device 7 includes a center electrode 71, a ground electrode 72, and an insulator 73 interposed between the center electrode 71 and the ground electrode 72. The center electrode 71 and the insulator 73 are accommodated in the cylinder 74. The ground electrode 72 is constituted by the lower end surface of the cylindrical body 74. The ground electrode 72 has an annular end surface surrounding the periphery of the center electrode 71. The ground electrode 72 is disposed facing the combustion chamber 17 on the lower surface 130 of the cylinder head 13 when the ignition device 7 is attached to the cylinder head 13. The ground electrode 72 substantially constitutes a part of the ceiling surface of the combustion chamber 17.
図４に例示する点火装置７は、中心電極７１が、接地電極７２の下端から突出している。点火装置７をシリンダヘッド１３に取り付けたときに、中心電極７１は、燃焼室１７の天井面から、燃焼室１７の内方に突出する（図３参照）。但し、後述のプロジェクト型の点火装置８ほどには、中心電極７１は、燃焼室１７の内方に突出しない。点火装置７は、幾何学的圧縮比が高いエンジン１において、ピストン３との干渉を回避する上で有利である。点火装置７は、中心電極７１と接地電極７２との間で、絶縁体７３の表面に沿うように火花放電が行われる。点火装置７は、沿面型の点火装置である。 In the ignition device 7 illustrated in FIG. 4, the center electrode 71 protrudes from the lower end of the ground electrode 72. When the ignition device 7 is attached to the cylinder head 13, the center electrode 71 protrudes inward of the combustion chamber 17 from the ceiling surface of the combustion chamber 17 (see FIG. 3). However, the center electrode 71 does not protrude inward of the combustion chamber 17 as much as the project type ignition device 8 described later. The ignition device 7 is advantageous in avoiding interference with the piston 3 in the engine 1 having a high geometric compression ratio. In the ignition device 7, spark discharge is performed between the center electrode 71 and the ground electrode 72 along the surface of the insulator 73. The ignition device 7 is a creeping type ignition device.
接地電極７２における下面には、遮熱層７５が、その全体に設けられている。遮熱層７５は、接地電極７２への入熱を遮断する。尚、図４においては、理解を容易にするために、遮熱層７５に薄墨を付けている。 On the lower surface of the ground electrode 72, a heat shield layer 75 is provided on the entire surface. The heat shield layer 75 blocks heat input to the ground electrode 72. In FIG. 4, in order to facilitate understanding, the heat shield layer 75 is given a light ink.
遮熱層７５は、前述した燃焼室１７の区画面に設ける遮熱層１７３と同じである。接地電極７２の下面は、前述したように、燃焼室１７の区画面の一部を、実質的に構成しているため、混合気の燃焼時に、その燃焼熱が、接地電極７２の下面に入熱し得る。しかしながら、接地電極７２に遮熱層７５を設けているため、点火装置７に、燃焼熱が入熱することを遮断することができる。つまり、燃焼室１７に設けた遮熱層１７３と共に、接地電極７２の遮熱層７５も、燃焼熱がシリンダヘッド１３に入熱することを防止するから、エンジン１の冷却損失を下げることができ、エンジン１の熱効率の向上に有利になる。 The heat shield layer 75 is the same as the heat shield layer 173 provided on the section screen of the combustion chamber 17 described above. Since the lower surface of the ground electrode 72 substantially constitutes a part of the section screen of the combustion chamber 17 as described above, the combustion heat enters the lower surface of the ground electrode 72 during combustion of the air-fuel mixture. Can heat up. However, since the heat shield layer 75 is provided on the ground electrode 72, it is possible to prevent the combustion heat from entering the ignition device 7. That is, together with the heat shield layer 173 provided in the combustion chamber 17, the heat shield layer 75 of the ground electrode 72 prevents the combustion heat from entering the cylinder head 13, so that the cooling loss of the engine 1 can be reduced. This is advantageous for improving the thermal efficiency of the engine 1.
また、接地電極７２に設けた遮熱層７５は、周囲温度の変化に追従して、遮熱層７５の温度が変化するよう構成されている。つまり、遮熱層に触れるガスから遮熱層への熱の移動量は、ガスと遮熱層との温度差が大きいと多くなり、温度差が小さいと少なくなる。燃焼室１７内の混合気が着火及び燃焼するときには、遮熱層７５の温度も高くなるから、遮熱層７５に触れるガスから遮熱層７５への熱の移動量が少なくなり、冷却損失がさらに低下して、エンジン１の熱効率の向上に有利になる。また、混合気の燃焼時に遮熱層７５の温度が高くなるため、接地電極７２の付近にデポジットが堆積してしまうことを回避することができる。 The heat shield layer 75 provided on the ground electrode 72 is configured such that the temperature of the heat shield layer 75 changes following the change in ambient temperature. That is, the amount of heat transferred from the gas in contact with the heat shield layer to the heat shield layer increases when the temperature difference between the gas and the heat shield layer is large, and decreases when the temperature difference is small. When the air-fuel mixture in the combustion chamber 17 is ignited and combusted, the temperature of the heat shield layer 75 also increases, so that the amount of heat transferred from the gas that touches the heat shield layer 75 to the heat shield layer 75 is reduced, resulting in a cooling loss. Further lowering is advantageous for improving the thermal efficiency of the engine 1. Further, since the temperature of the heat shield layer 75 becomes high during the combustion of the air-fuel mixture, it is possible to avoid deposits from being deposited near the ground electrode 72.
また、燃焼室１７内の既燃ガスが排出されかつ、相対的に低温のガス（つまり、新気、又は、新気及びＥＧＲガス）が燃焼室１７内にチャージされるときに、遮熱層７５の温度は低くなる。接地電極７２がホットスポットとなって、混合気が過早着火してしまうことを回避することができる。 Further, when the burned gas in the combustion chamber 17 is exhausted and a relatively low temperature gas (that is, fresh air, or fresh air and EGR gas) is charged into the combustion chamber 17, the heat shielding layer. The temperature of 75 is lowered. It can be avoided that the ground electrode 72 becomes a hot spot and the air-fuel mixture is prematurely ignited.
遮熱層７５はまた、中心電極の近傍に位置するため、火炎核が生成したとき、また、その火炎核が成長するときに、火炎核の熱が、接地電極７２に入ることを防止する。これにより、火炎核の成長が妨げられず、混合気は、確実に着火及び燃焼する。 Since the heat shield layer 75 is also located in the vicinity of the center electrode, the heat of the flame nucleus is prevented from entering the ground electrode 72 when the flame nucleus is generated or when the flame nucleus grows. Thereby, the growth of the flame kernel is not hindered, and the air-fuel mixture is reliably ignited and burned.
遮熱層７５はまた、周囲のガス温度の変動に追従して、その温度が変化するから、火炎核の成長時には、火炎核の温度と遮熱層７５の温度との差が小さくなり、熱が、遮熱層７５及び接地電極７２に入ることを、さらに抑制することができる。よって、この点火装置７は、火花点火における着火性を、さらに高めることができる。 Since the temperature of the heat shield layer 75 also changes following the change in the temperature of the surrounding gas, the difference between the temperature of the flame core and the temperature of the heat shield layer 75 becomes small during the growth of the flame kernel, Can further be prevented from entering the heat shield layer 75 and the ground electrode 72. Therefore, this ignition device 7 can further improve the ignitability in spark ignition.
接地電極７２に設ける遮熱層７５は、図７に示すように、バインダ３２と、その中に分散された多数の中空粒子３１とを含んで構成されている。バインダ３２は、中空粒子３１を接地電極７２の下面に保持する（尚、図７は天地を逆に描いている）と共に、中空粒子３１の間を埋めて遮熱層７５の母材を形成する。バインダ３２は、例えばシリコーン系樹脂等の低熱伝導性材料であると共に、中空粒子３１は、その内部空間に熱伝導性の低い空気を含有する。このように、バインダ３２の中に中空粒子３１を分散させることにより、遮熱層７５を、より低熱伝導性の層としている。 As shown in FIG. 7, the heat shielding layer 75 provided on the ground electrode 72 includes a binder 32 and a large number of hollow particles 31 dispersed therein. The binder 32 holds the hollow particles 31 on the lower surface of the ground electrode 72 (note that FIG. 7 is drawn upside down) and fills the space between the hollow particles 31 to form the base material of the heat shield layer 75. . The binder 32 is a low thermal conductivity material such as a silicone-based resin, for example, and the hollow particles 31 contain air with low thermal conductivity in the internal space. Thus, by dispersing the hollow particles 31 in the binder 32, the heat shield layer 75 is made a layer having a lower thermal conductivity.
中空粒子３１としては、シリカバルーン、ガラスバルーン、シラスバルーン、フライアッシュバルーン、エアロゲルバルーン等のＳｉ系酸化物成分（例えば、シリカ（ＳｉＯ２））又はＡＩ系酸化物成分（例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３））を含有するセラミック系中空粒子を採用することが好ましい。中空粒子３１としては特に、ガラスバルーンを採用することが好ましい。これにより、遮熱層７５の熱伝導性をより低くすることができると共に、その強度も確保することができる。 As the hollow particles 31, Si-based oxide components (for example, silica (SiO 2 )) or AI-based oxide components (for example, alumina (Al 2 O) such as silica balloons, glass balloons, shirasu balloons, fly ash balloons, and airgel balloons. It is preferable to employ ceramic hollow particles containing 3 )). As the hollow particles 31, it is particularly preferable to employ a glass balloon. Thereby, while being able to make the thermal conductivity of the thermal insulation layer 75 lower, the intensity | strength can also be ensured.
尚、中空粒子３１は、好ましくは球状である。中空粒子３１の平均粒径は、遮熱層７５の遮熱性向上の観点から、好ましくは、５μｍ以上５０μｍ以下、より好ましくは、１０μｍ以上４５μｍ以下、特に好ましくは、１５μｍ以上４０μｍ以下、である。遮熱層７５における中空粒子３１の含有量は、遮熱層７５の遮熱性向上の観点から、好ましくは５質量％以上５０質量％以下、より好ましくは１０質量％以上４５質量％以下、特に好ましくは１５質量％以上４０質量％以下である。 The hollow particles 31 are preferably spherical. The average particle diameter of the hollow particles 31 is preferably 5 μm or more and 50 μm or less, more preferably 10 μm or more and 45 μm or less, and particularly preferably 15 μm or more and 40 μm or less from the viewpoint of improving the heat shielding property of the heat shielding layer 75. The content of the hollow particles 31 in the heat shielding layer 75 is preferably 5% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 10% by mass or more and 45% by mass or less, particularly preferably, from the viewpoint of improving the heat shielding property of the heat shielding layer 75. Is 15 mass% or more and 40 mass% or less.
バインダ３２としては、耐熱性樹脂を用いることができ、例えば低熱伝導性材料であるシリコーン系樹脂を用いることができる。シリコーン系樹脂は、具体的には、例えばメチルシリコーン樹脂、メチルフェニルシリコーン樹脂に代表される、分岐度の高い三次元ポリマーからなるシリコーン系樹脂を好ましく用いることができる。シリコーン系樹脂の具体例としては、さらに例えばポリアルキルフェニルシロキサンを挙げることができる。これにより、遮熱層７５の熱伝導性を低下させることができると共に、接地電極７２の面と遮熱層７５との優れた密着性を得ることができる。 As the binder 32, a heat-resistant resin can be used, and for example, a silicone resin that is a low thermal conductivity material can be used. Specifically, as the silicone-based resin, for example, a silicone-based resin composed of a three-dimensional polymer having a high degree of branching represented by a methyl silicone resin and a methylphenyl silicone resin can be preferably used. Specific examples of the silicone resin further include, for example, polyalkylphenylsiloxane. Thereby, the thermal conductivity of the heat shield layer 75 can be reduced, and excellent adhesion between the surface of the ground electrode 72 and the heat shield layer 75 can be obtained.
遮熱層７５は、例えば次のようにして、接地電極７２に設けることが可能である。つまり、中空粒子３１を有するバインダ３２に、点火装置７の接地電極７２の下面を浸けることによって、接地電極７２の下面にバインダ３２を塗布する。その後、加熱処理によってバインダ３２を硬化させれば、接地電極７２の下面に遮熱層７５を形成することができる。 The heat shield layer 75 can be provided on the ground electrode 72 as follows, for example. That is, the binder 32 is applied to the lower surface of the ground electrode 72 by immersing the lower surface of the ground electrode 72 of the ignition device 7 in the binder 32 having the hollow particles 31. Thereafter, if the binder 32 is cured by heat treatment, the heat shield layer 75 can be formed on the lower surface of the ground electrode 72.
尚、遮熱層７５の厚みは、高い遮熱性能を維持しながら、遮熱層７５の破損及び剥離を防止する観点から、好ましくは８μｍ以上９０μｍ以下、より好ましくは１３μｍ以上７０μｍ以下、特に好ましくは１８μｍ以上５０μｍ以下である。 The thickness of the heat shield layer 75 is preferably 8 μm or more and 90 μm or less, more preferably 13 μm or more and 70 μm or less, particularly preferably, from the viewpoint of preventing breakage and peeling of the heat shield layer 75 while maintaining high heat shielding performance. Is 18 μm or more and 50 μm or less.
ここで、図５に示すように、点火装置８は、プロジェクト型であってもよい。つまり、点火装置８は、中心電極８１と、接地電極８２と、中心電極８１と接地電極８２との間に介在する絶縁体８３と、を有している。中心電極８１及び絶縁体８３は、筒体８４に収容されている。筒体８４の下端面は、中心電極８１の周囲を囲む環状端面８４１を構成する。環状端面８４１は、点火装置８をシリンダヘッド１３に取り付けたときに、シリンダヘッド１３の下面１３０において燃焼室１７に臨んで配設される。環状端面８４１は、実質的に、燃焼室１７の天井面の一部を構成する。 Here, as shown in FIG. 5, the ignition device 8 may be a project type. That is, the ignition device 8 includes a center electrode 81, a ground electrode 82, and an insulator 83 interposed between the center electrode 81 and the ground electrode 82. The center electrode 81 and the insulator 83 are accommodated in the cylinder 84. The lower end surface of the cylinder 84 constitutes an annular end surface 841 that surrounds the periphery of the center electrode 81. The annular end surface 841 is disposed facing the combustion chamber 17 on the lower surface 130 of the cylinder head 13 when the ignition device 8 is attached to the cylinder head 13. The annular end surface 841 substantially constitutes a part of the ceiling surface of the combustion chamber 17.
図４に例示する点火装置８は、絶縁体８３が、筒体８４の下端から突出している。接地電極８２は、側面視で略Ｌ字状に構成されている。接地電極８２の根元は、環状端面８４１に固定されている。接地電極８２と環状端面８４１とは導通している。接地電極８２の先端は、筒体８４の端から突出している中心電極８１に、対向している。 In the ignition device 8 illustrated in FIG. 4, the insulator 83 protrudes from the lower end of the cylindrical body 84. The ground electrode 82 is substantially L-shaped when viewed from the side. The root of the ground electrode 82 is fixed to the annular end surface 841. The ground electrode 82 and the annular end face 841 are electrically connected. The tip of the ground electrode 82 faces the center electrode 81 protruding from the end of the cylindrical body 84.
接地電極８２の先端には、突起８２１が取り付けられている。突起８２１は、中心電極８１の方に向かって突出している。突起８２１の上端と中心電極８１の下端との間に、放電ギャップが形成されている。この点火装置８は、いわゆる針−針プラグである。接地電極８２の先端に突起８２１を取り付けることによって、放電ギャップの付近における空間が広くなると共に、放電ギャップの近傍における接地電極８２の熱容量が小さくなる。点火装置８の消炎作用が小さくなって、火花点火の着火性が高まる。 A protrusion 821 is attached to the tip of the ground electrode 82. The protrusion 821 protrudes toward the center electrode 81. A discharge gap is formed between the upper end of the protrusion 821 and the lower end of the center electrode 81. The ignition device 8 is a so-called needle-needle plug. By attaching the protrusion 821 to the tip of the ground electrode 82, the space near the discharge gap is widened, and the heat capacity of the ground electrode 82 near the discharge gap is reduced. The flame extinguishing action of the ignition device 8 is reduced, and the ignitability of spark ignition is increased.
この点火装置８においては、環状端面８４１に遮熱層８５が設けられている。遮熱層８５は、前記遮熱層７５と同じであり、遮熱層８５は、点火装置８への入熱を遮断する。その結果、エンジン１の冷却損失を低減することができる。また、点火装置８の消炎作用が小さくなって、火炎核の成長を妨げないから、火花点火の着火性を向上させることができる。 In the ignition device 8, a heat shield layer 85 is provided on the annular end surface 841. The heat shield layer 85 is the same as the heat shield layer 75, and the heat shield layer 85 blocks heat input to the ignition device 8. As a result, the cooling loss of the engine 1 can be reduced. Further, since the flame extinguishing action of the ignition device 8 is reduced and does not hinder the growth of flame nuclei, the ignitability of spark ignition can be improved.
尚、プロジェクト型の点火装置８において、接地電極８２の少なくとも一部に、環状端面８４１の遮熱層８５と同様の遮熱層を設けてもよい。 In the project-type ignition device 8, at least a part of the ground electrode 82 may be provided with a heat shield layer similar to the heat shield layer 85 of the annular end surface 841.
点火装置９はさらに、図６に示すように、スラント型であってもよい。つまり、スラント型の点火装置９は、中心電極９１と、接地電極９２と、絶縁体９３と、筒体９４と、を備えている。中心電極９１及び絶縁体９３は、筒体９４の下端よりも内方に位置している。接地電極９２は、根元が、筒体９４の環状端面９４１に固定され、そこから、中心電極９１の近傍まで真っ直ぐに伸びている。 The ignition device 9 may be a slant type as shown in FIG. That is, the slant type ignition device 9 includes a center electrode 91, a ground electrode 92, an insulator 93, and a cylindrical body 94. The center electrode 91 and the insulator 93 are located inward from the lower end of the cylindrical body 94. The base of the ground electrode 92 is fixed to the annular end surface 941 of the cylindrical body 94, and extends straight from there to the vicinity of the center electrode 91.
この点火装置９においては、環状端面９４１に遮熱層９５が設けられている。遮熱層９５は、前記遮熱層７５及び遮熱層８５と同じであり、遮熱層９５は、点火装置９への入熱を遮断する。よって、エンジン１の冷却損失を低減することができると共に、点火装置８の消炎作用が小さくなって、火花点火の着火性を向上させることができる。 In the ignition device 9, a heat shield layer 95 is provided on the annular end surface 941. The heat shield layer 95 is the same as the heat shield layer 75 and the heat shield layer 85, and the heat shield layer 95 blocks heat input to the ignition device 9. Therefore, the cooling loss of the engine 1 can be reduced, the extinguishing action of the ignition device 8 is reduced, and the ignitability of spark ignition can be improved.
尚、スラント型の点火装置９において、接地電極９２の少なくとも一部に、環状端面９４１の遮熱層９５と同様の遮熱層を設けてもよい。 In the slant type ignition device 9, a heat shield layer similar to the heat shield layer 95 of the annular end surface 941 may be provided on at least a part of the ground electrode 92.
尚、点火装置に設ける遮熱層は、前述した構成に限らない。例えば接地電極７２の下面、又は、環状端面８４１，９４１に、ＺｒＯ２等のセラミック材料を、プラズマ溶射によってコーティングすることにより、遮熱層を形成してもよい。 The heat shield layer provided in the ignition device is not limited to the above-described configuration. For example, the thermal barrier layer may be formed by coating the lower surface of the ground electrode 72 or the annular end surfaces 841 and 941 with a ceramic material such as ZrO 2 by plasma spraying.
尚、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン１に適用することに限定されない。ここに開示するエンジンは、運転領域の全域に亘って火花点火による燃焼を行う火花点火エンジンであってもよい。また、少なくとも一部の領域においては、火花点火を行わない（例えば、圧縮着火により燃焼する）圧縮着火エンジンであってもよい。 The technique disclosed here is not limited to being applied to the engine 1 having the above-described configuration. The engine disclosed herein may be a spark ignition engine that performs combustion by spark ignition over the entire operation region. Further, it may be a compression ignition engine that does not perform spark ignition (for example, burns by compression ignition) in at least a part of the region.
また、エンジン１において、ピストン３に設けた遮熱層１７３は、省略してもよい。 In the engine 1, the heat shield layer 173 provided on the piston 3 may be omitted.
また、ここに開示するエンジンは、混合気のＡ／Ｆを３５以上に設定して火花点火による燃焼を行うエンジンであってもよい。混合気を希釈すると火炎核が成長し難くなるため、火花点火における着火性に不利になるが、前述した点火装置は、火花点火の着火性を向上させることもできるから、Ａ／Ｆを３５以上に設定して運転するエンジンにおいて、火花点火による燃焼を確実に行うことができる。その結果、燃費の向上、エミッション性能の向上を図ることができる上に、冷却損失を低減することができる。 Further, the engine disclosed herein may be an engine that performs combustion by spark ignition with an A / F of the air-fuel mixture set to 35 or more. Dilution of the air-fuel mixture makes flame nuclei difficult to grow, which is disadvantageous in terms of ignitability in spark ignition. However, the ignition device described above can also improve the ignitability of spark ignition. In an engine that is set to be operated, combustion by spark ignition can be performed reliably. As a result, fuel consumption and emission performance can be improved, and cooling loss can be reduced.
また、点火装置は、火花点火装置に限らず、中心電極と接地電極との間でストリーマ放電を行って混合気を着火及び燃焼させる、低温プラズマ点火装置であってもよい。 Further, the ignition device is not limited to the spark ignition device, and may be a low temperature plasma ignition device that performs streamer discharge between the center electrode and the ground electrode to ignite and burn the air-fuel mixture.
１ エンジン
１３ シリンダヘッド
１３０ 下面
１７ 燃焼室
３１ 中空粒子
３２ バインダ
７ 点火装置
７１ 中心電極
７２ 接地電極（端面）
７３ 絶縁体
７５ 遮熱層
８ 点火装置
８１ 中心電極
８２ 接地電極
８３ 絶縁体
８４１ 環状端面
８５ 遮熱層
９ 点火装置
９１ 中心電極
９２ 接地電極
９３ 絶縁体
９４１ 環状端面
９５ 遮熱層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 13 Cylinder head 130 Lower surface 17 Combustion chamber 31 Hollow particle 32 Binder 7 Ignition device 71 Center electrode 72 Ground electrode (end surface)
73 insulator 75 heat shield layer 8 ignition device 81 center electrode 82 ground electrode 83 insulator 841 annular end surface 85 heat shield layer 9 ignition device 91 center electrode 92 ground electrode 93 insulator 941 annular end surface 95 heat shield layer
Claims (8)
シリンダヘッドの下面によって天井面が構成される燃焼室と、
前記シリンダヘッドに取り付けられかつ、前記燃焼室内の混合気を点火するよう構成された点火装置と、を備え、
前記点火装置は、中心電極と、接地電極と、前記中心電極と前記接地電極との間に介在する絶縁体と、を有し、前記接地電極に導通すると共に、前記中心電極を囲む端面が、前記燃焼室の天井面において前記燃焼室に臨んで配設され、
前記点火装置の前記端面には、前記点火装置への入熱を遮断する遮熱層が設けられ、
前記燃焼室の天井面を構成する前記シリンダヘッドの下面には、前記シリンダヘッドへの入熱を遮断する遮熱層が設けられている高圧縮比エンジン。 A high compression ratio engine having a geometric compression ratio set to a predetermined value or more,
A combustion chamber in which the ceiling surface is constituted by the lower surface of the cylinder head;
An ignition device attached to the cylinder head and configured to ignite an air-fuel mixture in the combustion chamber,
The ignition device includes a center electrode, a ground electrode, and an insulator interposed between the center electrode and the ground electrode, and is electrically connected to the ground electrode and has an end surface surrounding the center electrode, Arranged on the ceiling surface of the combustion chamber facing the combustion chamber,
The end face of the ignition device is provided with a heat shield layer that blocks heat input to the ignition device,
A high-compression-ratio engine in which a heat shield layer that blocks heat input to the cylinder head is provided on a lower surface of the cylinder head that constitutes a ceiling surface of the combustion chamber.
前記点火装置は、前記接地電極が前記端面を含んで構成される沿面型である高圧縮比エンジン。 The high compression ratio engine of claim 1,
The ignition device is a high compression ratio engine that is a creeping type in which the ground electrode includes the end face.
前記中心電極は、前記燃焼室の天井面から、前記燃焼室の内方に突出している高圧縮比エンジン。 The high compression ratio engine according to claim 2,
The high compression ratio engine, wherein the center electrode protrudes inward from the ceiling surface of the combustion chamber.
前記点火装置は、前記接地電極の根元が前記端面に固定されかつ、前記接地電極の先端が前記中心電極に対向して構成されるプロジェクト型、又は、スラント型である高圧縮比エンジン。 The high compression ratio engine of claim 1,
The ignition device is a high compression ratio engine of a project type or a slant type in which a base of the ground electrode is fixed to the end face and a tip of the ground electrode is opposed to the center electrode.
前記遮熱層は、前記燃焼室内の温度の変化に追従して、前記遮熱層の温度が変化するよう構成されている高圧縮比エンジン。 The high compression ratio engine according to any one of claims 1 to 4,
The high-heat-ratio engine configured to change the temperature of the heat-insulating layer following the change in temperature in the combustion chamber.
前記高圧縮比エンジンの幾何学的圧縮比は、１４〜３０である高圧縮比エンジン。 The high compression ratio engine according to any one of claims 1 to 5,
The high compression ratio engine has a geometric compression ratio of 14 to 30.
前記高圧縮比エンジンは、前記燃焼室のガス重量と燃料重量との比であるＧ／Ｆを３５以上とした混合気が形成されるリーン運転領域を設定するとともに、当該リーン運転領域において前記燃焼室内の混合気に点火をする高圧縮比エンジン。 The high compression ratio engine according to any one of claims 1 to 6,
The high compression ratio engine sets a lean operation region in which an air-fuel mixture having a G / F ratio of 35 or more, which is a ratio of gas weight and fuel weight in the combustion chamber, is formed, and the combustion is performed in the lean operation region. High compression ratio engine that ignites indoor air-fuel mixture.
前記点火装置は、点火された混合気が火炎伝播により燃焼し、その後、前記燃焼室の中の未燃混合気が自己着火により燃焼するよう、所定の点火タイミングで前記混合気に点火をする高圧縮比エンジン。 The high compression ratio engine according to any one of claims 1 to 7,
The ignition device is configured to ignite the air-fuel mixture at a predetermined ignition timing so that the ignited air-fuel mixture burns by flame propagation, and then the unburned air-fuel mixture in the combustion chamber burns by self-ignition. Compression ratio engine.
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2017
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