JP2019206960A - Internal combustion engine - Google Patents

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Takeshi Ueki
毅 植木
文明 青木
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文明 青木
浩司 葛原
Koji Kuzuhara
浩司 葛原
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Abstract

To provide an internal combustion engine superior in ignitability.SOLUTION: An internal combustion engine 1 includes an ignition plug 2 having a distal end exposed to a combustion chamber 11, a fuel injection valve 3 directly injecting fuel into the combustion chamber 11, and an injection control part 4 controlling the injection of the fuel injection valve 3. The ignition plug 2 includes a plug cap 22 covering a spark discharge gap 21 from a distal end side and provided with a nozzle hole 221. The injection control part 4 causes the fuel injection valve 3 to inject the fuel in a compression stroke.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、点火プラグと燃料噴射弁とを有する内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine having a spark plug and a fuel injection valve.

自動車エンジン等の内燃機関は、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃焼室の混合気に点火するための点火プラグとを有する。そして、点火プラグとして、火花放電ギャップを先端側から覆うと共に噴孔を有するプラグキャップを備えたものがある。   An internal combustion engine such as an automobile engine has a fuel injection valve that injects fuel into a combustion chamber and an ignition plug for igniting an air-fuel mixture in the combustion chamber. Some spark plugs include a plug cap that covers the spark discharge gap from the tip side and has an injection hole.

特開２０１２−３６９０４号公報JP 2012-36904 A

しかしながら、プラグキャップを有する点火プラグにおいては、プラグキャップ内の副室における気流が遅くなりやすい。それゆえ、特にリーン燃焼場において、プラグキャップ内の火花放電ギャップに供給される混合気の濃度が低下しやすく、着火性の観点で不利となりやすい。着火性向上のために、点火エネルギを高めることも考えられるが、燃費や電極消耗の観点から、必ずしも望ましいとは言えない。   However, in the spark plug having the plug cap, the airflow in the sub chamber in the plug cap tends to be slow. Therefore, particularly in a lean combustion field, the concentration of the air-fuel mixture supplied to the spark discharge gap in the plug cap tends to decrease, which tends to be disadvantageous in terms of ignitability. Although it is conceivable to increase the ignition energy in order to improve the ignitability, it is not always desirable from the viewpoint of fuel consumption and electrode consumption.

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、着火性に優れた内燃機関を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine having excellent ignitability.

本発明の第１の態様は、燃焼室（１１）に先端部を露出させた点火プラグ（２）と、
上記燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁（３）と、
上記燃料噴射弁の噴射を制御する噴射制御部（４）と、を有し、
上記点火プラグは、火花放電ギャップ（２１）を先端側から覆うと共に噴孔（２２１）が設けられたプラグキャップ（２２）を備え、
上記噴射制御部は、圧縮行程（ＣＳ）において、上記燃料噴射弁から燃料を噴射させるよう構成されている、内燃機関（１、１００）にある。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a spark plug (2) having a tip exposed in the combustion chamber (11),
A fuel injection valve (3) for directly injecting fuel into the combustion chamber;
An injection control unit (4) for controlling the injection of the fuel injection valve,
The spark plug includes a plug cap (22) that covers the spark discharge gap (21) from the tip side and is provided with an injection hole (221).
The injection control unit is in the internal combustion engine (1, 100) configured to inject fuel from the fuel injection valve in a compression stroke (CS).

本発明の第２の態様は、燃焼室（１１）に先端部を露出させた点火プラグ（２）と、
上記燃焼室へ空気を供給する吸気ポート（１２０）に燃料を噴射する燃料噴射弁（３０）と、
上記燃料噴射弁の噴射を制御する噴射制御部（４０）と、を有し、
上記点火プラグは、火花放電ギャップ（２１）を先端側から覆うと共に噴孔（２２１）が設けられたプラグキャップ（２２）を備え、
上記噴射制御部は、吸気行程（ＩＳ）において、上記燃料噴射弁から燃料を噴射させるよう構成されている、内燃機関（１０）にある。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a spark plug (2) whose tip is exposed in the combustion chamber (11),
A fuel injection valve (30) for injecting fuel into an intake port (120) for supplying air to the combustion chamber;
An injection control unit (40) for controlling the injection of the fuel injection valve,
The spark plug includes a plug cap (22) that covers the spark discharge gap (21) from the tip side and is provided with an injection hole (221).
The injection control unit is in the internal combustion engine (10) configured to inject fuel from the fuel injection valve in the intake stroke (IS).

上記第１の態様の内燃機関は、燃焼室に直接燃料を噴射するものであって、噴射制御部が、圧縮行程において、燃料噴射弁から燃料を噴射させるよう構成されている。これにより、プラグキャップ内の火花放電ギャップに供給される混合気における燃料濃度を高くしやすい。つまり、圧縮行程において燃料噴射弁から燃料を噴射させることで、噴孔からプラグキャップ内に導入される混合気における燃料濃度を高くしやすい。その結果、混合気への着火性を向上させることができる。   The internal combustion engine according to the first aspect directly injects fuel into the combustion chamber, and the injection control unit is configured to inject fuel from the fuel injection valve in the compression stroke. Thereby, it is easy to increase the fuel concentration in the air-fuel mixture supplied to the spark discharge gap in the plug cap. That is, by injecting fuel from the fuel injection valve in the compression stroke, it is easy to increase the fuel concentration in the air-fuel mixture introduced from the injection hole into the plug cap. As a result, the ignitability of the air-fuel mixture can be improved.

上記第２の態様の内燃機関は、燃焼室へ空気を供給する吸気ポートに燃料を噴射するものであって、噴射制御部が、吸気行程において、燃料噴射弁から燃料を噴射させるよう構成されている。これにより、プラグキャップ内の火花放電ギャップに供給される混合気における燃料濃度を高くしやすい。つまり、圧縮行程において燃料噴射弁から燃料を噴射させることで、噴孔からプラグキャップ内に導入される混合気における燃料濃度を高くしやすい。その結果、混合気への着火性を向上させることができる。   The internal combustion engine according to the second aspect injects fuel into an intake port that supplies air to the combustion chamber, and the injection control unit is configured to inject fuel from the fuel injection valve in the intake stroke. Yes. Thereby, it is easy to increase the fuel concentration in the air-fuel mixture supplied to the spark discharge gap in the plug cap. That is, by injecting fuel from the fuel injection valve in the compression stroke, it is easy to increase the fuel concentration in the air-fuel mixture introduced from the injection hole into the plug cap. As a result, the ignitability of the air-fuel mixture can be improved.

以上のごとく、上記態様によれば、着火性に優れた内燃機関を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 As described above, according to the above aspect, an internal combustion engine having excellent ignitability can be provided.
In addition, the code | symbol in the parenthesis described in the means to solve a claim and a subject shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later, and limits the technical scope of this invention. It is not a thing.

実施形態１における、内燃機関の断面説明図。FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of the internal combustion engine in the first embodiment. 実施形態１における、点火プラグの先端部の断面説明図。Sectional explanatory drawing of the front-end | tip part of a spark plug in Embodiment 1. FIG. 実施形態１における、燃料噴射の様子を示す断面説明図。Cross-sectional explanatory drawing which shows the mode of fuel injection in Embodiment 1. FIG. 実施形態１における、ガス流入速度の時間変化を示す線図。The diagram which shows the time change of the gas inflow speed in Embodiment 1. FIG. 実施形態１における、噴射タイミングを説明する線図。The diagram explaining the injection timing in Embodiment 1. FIG. 実施形態２における、内燃機関の断面説明図。FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view of an internal combustion engine in a second embodiment. 実施形態２における、燃料噴射の様子を示す断面説明図。Cross-sectional explanatory drawing which shows the mode of fuel injection in Embodiment 2. FIG. 実施形態２における、噴射タイミングを説明する線図。The diagram explaining the injection timing in Embodiment 2. FIG. 実施形態３における、内燃機関の断面説明図。FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view of an internal combustion engine in a third embodiment. 実験例１における、着火遅れ角の測定結果を示す線図。The diagram which shows the measurement result of the ignition delay angle in Experimental example 1. FIG. 実験例１における、着火遅れ角の変動率の測定結果を示す線図。The diagram which shows the measurement result of the fluctuation rate of the ignition delay angle in Experimental example 1. FIG. 実験例１における、燃焼変動率の測定結果を示す線図。The diagram which shows the measurement result of the combustion fluctuation rate in Experimental example 1. FIG.

（実施形態１）
内燃機関に係る実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
本形態の内燃機関１は、図１に示すごとく、点火プラグ２と燃料噴射弁３と噴射制御部４とを有する。点火プラグ２は、燃焼室１１に先端部を露出させている。燃料噴射弁３は、燃焼室１１に直接燃料を噴射する。噴射制御部４は、燃料噴射弁３の噴射を制御する。 (Embodiment 1)
An embodiment according to an internal combustion engine will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the internal combustion engine 1 of this embodiment includes a spark plug 2, a fuel injection valve 3, and an injection control unit 4. The spark plug 2 has a tip portion exposed to the combustion chamber 11. The fuel injection valve 3 directly injects fuel into the combustion chamber 11. The injection control unit 4 controls the injection of the fuel injection valve 3.

点火プラグ２は、図２に示すごとく、火花放電ギャップ２１を先端側から覆うプラグキャップ２２を備えている。プラグキャップ２２には、噴孔２２１が設けられている。
噴射制御部４は、圧縮行程において、図３に示すごとく、燃料噴射弁３から燃料Ｆを噴射させるよう構成されている。すなわち、後述する図４において、ＩＳにて示す圧縮行程の期間の少なくとも一部において、燃料噴射を行う。 As shown in FIG. 2, the spark plug 2 includes a plug cap 22 that covers the spark discharge gap 21 from the tip side. The plug cap 22 is provided with a nozzle hole 221.
As shown in FIG. 3, the injection control unit 4 is configured to inject fuel F from the fuel injection valve 3 in the compression stroke. That is, in FIG. 4 described later, fuel injection is performed in at least a part of the compression stroke period indicated by IS.

図１に示すごとく、内燃機関１は、吸気ポート１２０を開閉する吸気弁１２と、排気ポート１３０を開閉する排気弁１３とを備えている。点火プラグ２は、エンジンヘッドにおける、吸気ポート１２０と排気ポート１３０との間の部分に配設されている。点火プラグ２は、先端部を燃焼室１１へ突出させている。すなわち、プラグキャップ２２を燃焼室１１に露出させており、噴孔２２１を燃焼室１１に露出させている。   As shown in FIG. 1, the internal combustion engine 1 includes an intake valve 12 that opens and closes an intake port 120 and an exhaust valve 13 that opens and closes an exhaust port 130. The spark plug 2 is disposed in a portion of the engine head between the intake port 120 and the exhaust port 130. The spark plug 2 has a tip portion protruding into the combustion chamber 11. That is, the plug cap 22 is exposed to the combustion chamber 11, and the nozzle hole 221 is exposed to the combustion chamber 11.

点火プラグ２は、図２に示すごとく、プラグキャップ２２を有する。本形態においては、絶縁碍子から先端側へ突出した中心電極２１１と、プラグキャップ２２に設けられた接地電極２１２との間に、火花放電ギャップ２１が形成されている。プラグキャップ２２は、複数の噴孔２２１を有する。噴孔２２１は、プラグ軸方向の先端側へ行くほど径方向の外側へ向かうように傾斜している。プラグキャップ２２は、先端面２２２と側面２２３との間にテーパ面２２４を有し、該テーパ面２２４に、噴孔２２１が開口している。なお、プラグキャップ２２の内側の空間を、適宜、副室２２０という。   The spark plug 2 has a plug cap 22 as shown in FIG. In this embodiment, the spark discharge gap 21 is formed between the center electrode 211 protruding from the insulator toward the tip side and the ground electrode 212 provided on the plug cap 22. The plug cap 22 has a plurality of nozzle holes 221. The nozzle hole 221 is inclined so as to go outward in the radial direction toward the tip end side in the plug axial direction. The plug cap 22 has a tapered surface 224 between the front end surface 222 and the side surface 223, and an injection hole 221 is opened in the tapered surface 224. The space inside the plug cap 22 is appropriately referred to as a sub chamber 220.

図１に示すごとく、燃料噴射弁３も、エンジンヘッドに取り付けてある。そして、燃料噴射弁３の噴射口を、燃焼室１１に露出させている。これにより、燃料噴射弁３が、燃焼室１１に直接燃料を噴射できるよう構成されている。   As shown in FIG. 1, the fuel injection valve 3 is also attached to the engine head. The injection port of the fuel injection valve 3 is exposed to the combustion chamber 11. Thus, the fuel injection valve 3 is configured to inject fuel directly into the combustion chamber 11.

燃焼室１１を構成するシリンダ内に、ピストン１４が摺動可能に配置されている。ピストン１４の往復運動により、燃焼室１１の容積が随時変動する。すなわち、ピストン１４の往復運動によって、内燃機関１は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を順次繰り返す。本形態の内燃機関１は、４ストロークエンジンである。   A piston 14 is slidably disposed in a cylinder constituting the combustion chamber 11. Due to the reciprocating motion of the piston 14, the volume of the combustion chamber 11 changes at any time. That is, the internal combustion engine 1 sequentially repeats the intake stroke, the compression stroke, the expansion stroke, and the exhaust stroke by the reciprocating motion of the piston 14. The internal combustion engine 1 of this embodiment is a 4-stroke engine.

図４は、吸気行程から圧縮行程までにおける、副室２２０へのガス流入速度Ｖｇの変化を示す線図である。同図のグラフは、横軸をクランク角、縦軸をガス流入速度Ｖｇとしたものである。横軸のクランク角は、圧縮行程の最終段階においてピストン１４が上死点にある時点（すなわち圧縮ＴＤＣ）からどの程度前の時点かをクランク角によって表したものである。つまり、「θｄｅｇ．ＢＴＤＣ」は、圧縮ＴＤＣよりもクランク角θｄｅｇ分、前の時点であることを示す。なお、３６０〜１８０ｄｅｇ．ＢＴＤＣを、吸気行程、１８０〜０ｄｅｇ．ＢＴＤＣを、圧縮行程というものとする。   FIG. 4 is a diagram showing a change in the gas inflow velocity Vg into the sub chamber 220 from the intake stroke to the compression stroke. In the graph of the figure, the horizontal axis represents the crank angle, and the vertical axis represents the gas inflow velocity Vg. The crank angle on the horizontal axis is the crank angle representing the time point before the time point when the piston 14 is at the top dead center in the final stage of the compression stroke (that is, the compression TDC). That is, “θdeg.BTDC” indicates that the time is the crank angle θdeg before the compression TDC. In addition, 360-180 deg. BTDC is changed to the intake stroke, 180 to 0 deg. Let BTDC be the compression stroke.

一方、図４の縦軸は、燃焼室１１から副室２２０内へのガス流入速度Ｖｇを表す。ガス流入速度Ｖｇは、噴孔２２１を通過するガスの速度である。
同図に示すごとく、ガス流入速度Ｖｇは、吸気行程ＩＳと圧縮行程ＣＳとにおいて、それぞれピークを有する。吸気行程ＩＳにおいては、特に前半（すなわち３６０〜２７０ｄｅｇ．ＢＴＤＣ）でのガス流入速度Ｖｇが高い。 On the other hand, the vertical axis in FIG. 4 represents the gas inflow velocity Vg from the combustion chamber 11 into the sub chamber 220. The gas inflow velocity Vg is the velocity of the gas passing through the nozzle hole 221.
As shown in the figure, the gas inflow velocity Vg has a peak in each of the intake stroke IS and the compression stroke CS. In the intake stroke IS, the gas inflow velocity Vg is particularly high in the first half (that is, 360 to 270 deg. BTDC).

吸気行程ＩＳ前半においてガス流入速度Ｖｇが高い理由は、吸気弁１２の開弁時の吸気流が、プラグキャップ２２の噴孔２２１に当たりやすいためであると考えられる。図１に示すごとく、特に、吸気弁１２が開き始める際には、吸気弁１２の一部によって吸気流がプラグキャップ２２近傍へ導かれやすく、その結果、噴孔２２１におけるガス流入速度Ｖｇが高くなりやすいと考えられる。   It is considered that the reason why the gas inflow velocity Vg is high in the first half of the intake stroke IS is that the intake flow when the intake valve 12 is opened tends to hit the injection hole 221 of the plug cap 22. As shown in FIG. 1, especially when the intake valve 12 starts to open, the intake flow is easily guided to the vicinity of the plug cap 22 by a part of the intake valve 12, and as a result, the gas inflow velocity Vg in the nozzle hole 221 is high. It seems to be easy to become.

圧縮行程ＣＳにおいてガス流入速度Ｖｇが高い理由は、圧縮による気体密度の高まりによるものと考えられる。
なお、図４に示すガス流入速度Ｖｇの変化は、エンジン回転数２０００ｒｐｍ、吸気圧１００ｋＰａの条件のもとで計算したシミュレーションによるものである。 The reason why the gas inflow velocity Vg is high in the compression stroke CS is considered to be due to an increase in gas density due to compression.
The change in the gas inflow velocity Vg shown in FIG. 4 is based on a simulation calculated under the conditions of an engine speed of 2000 rpm and an intake pressure of 100 kPa.

そこで、本形態においては、燃料噴射弁３からの燃料噴射を、吸気行程ＩＳと圧縮行程ＣＳとの双方において行う。すなわち、吸気行程ＩＳのみならず、圧縮行程ＣＳにおいても、燃料噴射を行う。   Therefore, in the present embodiment, fuel injection from the fuel injection valve 3 is performed in both the intake stroke IS and the compression stroke CS. That is, fuel injection is performed not only in the intake stroke IS but also in the compression stroke CS.

また、特に本形態においては、圧縮行程ＣＳの中でも、以下のタイミングにて噴射する。すなわち、圧縮行程ＣＳにおいて、図５に示すごとく、吸気弁１２の閉弁時点ＩＣから、プラグキャップ２２内の副室２２０へのガス流入速度Ｖｇのピークの時点Ｐｃまでの間の期間Ｔｃの少なくとも一部において、燃料噴射弁３から燃料を噴射する。   Particularly in the present embodiment, the injection is performed at the following timing in the compression stroke CS. That is, in the compression stroke CS, as shown in FIG. 5, at least in a period Tc from the valve closing time point IC of the intake valve 12 to the peak time point Pc of the gas inflow velocity Vg into the sub chamber 220 in the plug cap 22. In part, fuel is injected from the fuel injection valve 3.

また、吸気行程ＩＳにおいても、特に以下のタイミングにて燃料噴射を行う。すなわち、吸気弁１２の開弁時点ＩＯから、その直後の副室２２０へのガス流入速度のピークの時点Ｐｉまでの間の期間Ｔｉの少なくとも一部においても、燃料噴射を行う。   Also in the intake stroke IS, fuel injection is performed at the following timing. That is, fuel injection is also performed in at least a part of the period Ti from the valve opening time IO of the intake valve 12 to the time point Pi of the peak of the gas flow rate into the sub chamber 220 immediately thereafter.

なお、図４、図５において、Ｔ１、Ｔ２にて示した期間は、ガス流入速度Ｖｇが所定の速度Ｖ０以上となる期間である。それゆえ、燃料噴射弁３から燃焼室１１に噴射された燃料が、これらの期間Ｔ１、Ｔ２において、混合気となって副室２２０へ流入するようにすることが望ましい。そのために、各期間Ｔ１、Ｔ２の前半又はそれよりも少し早いタイミングを、噴射タイミングとすることで、効果的に、燃料リッチな混合気を副室２２０へ供給することが、特に期待できる。それゆえ、上記のように、期間Ｔｉ及び期間Ｔｃにて燃料噴射することで、着火性を向上させることができる。   4 and 5, periods indicated by T1 and T2 are periods in which the gas inflow velocity Vg is equal to or higher than a predetermined velocity V0. Therefore, it is desirable that the fuel injected from the fuel injection valve 3 into the combustion chamber 11 flows into the sub chamber 220 as an air-fuel mixture during these periods T1 and T2. Therefore, it can be particularly expected that the fuel-rich air-fuel mixture is effectively supplied to the sub chamber 220 by setting the timing of the first half of each of the periods T1 and T2 or slightly earlier than that as the injection timing. Therefore, as described above, the ignitability can be improved by injecting the fuel in the period Ti and the period Tc.

さらに言えば、上記のようにガス流入速度Ｖｇの高い期間Ｔ１、Ｔ２に、燃料リッチの混合気を副室２２０へ導入するために、圧縮行程ＣＳにおける、流入ピークの時点Ｐｃよりも早い時点にて、燃料噴射することが望ましい。この噴射タイミングは、燃焼室１１の形状や大きさ、燃料噴射弁３とプラグキャップ２２との位置関係等によって適切な時点は異なり得るが、例えば、１８０〜１２０ｄｅｇ．ＢＴＤＣの間とすることが好ましい。   Furthermore, as described above, in order to introduce the fuel-rich air-fuel mixture into the sub chamber 220 in the periods T1 and T2 where the gas inflow velocity Vg is high, at a time earlier than the inflow peak time Pc in the compression stroke CS. Therefore, it is desirable to inject fuel. This injection timing may vary depending on the shape and size of the combustion chamber 11, the positional relationship between the fuel injection valve 3 and the plug cap 22, and the like, for example, 180 to 120 deg. It is preferably between BTDC.

本形態の内燃機関１は、燃焼室１１に直接燃料を噴射する、いわゆる直噴式の内燃機関である。かかる内燃機関１において、噴射制御部４は、圧縮行程において、燃料噴射弁３から燃料を噴射させるよう構成されている。これにより、上述したように、プラグキャップ２２内の火花放電ギャップ２１に供給される混合気における燃料濃度を高くしやすい。   The internal combustion engine 1 of this embodiment is a so-called direct injection internal combustion engine that directly injects fuel into the combustion chamber 11. In the internal combustion engine 1, the injection control unit 4 is configured to inject fuel from the fuel injection valve 3 in the compression stroke. Thereby, as described above, the fuel concentration in the air-fuel mixture supplied to the spark discharge gap 21 in the plug cap 22 can be easily increased.

つまり、圧縮行程ＣＳにおいて燃料噴射弁３から燃料を噴射することで、噴孔２２１からプラグキャップ２２内に導入される混合気における燃料濃度を高くしやすい。その結果、混合気への着火性を向上させることができる。   That is, by injecting fuel from the fuel injection valve 3 in the compression stroke CS, the fuel concentration in the air-fuel mixture introduced into the plug cap 22 from the injection hole 221 can be easily increased. As a result, the ignitability of the air-fuel mixture can be improved.

本形態においては、吸気行程ＩＳと圧縮行程ＣＳとの双方において、燃料噴射を行っているが、特に、圧縮行程ＣＳにおいて燃料噴射を行うことで、副室２２０を有する点火プラグ２における着火性を効果的に向上させることができる。   In this embodiment, the fuel injection is performed in both the intake stroke IS and the compression stroke CS. In particular, the ignitability of the spark plug 2 having the sub chamber 220 is improved by performing the fuel injection in the compression stroke CS. It can be improved effectively.

また、圧縮行程において、吸気弁１２の閉弁時点ＩＣから、ガス流入速度Ｖｇのピークの時点Ｐｃまでの間の期間Ｔｃの少なくとも一部において、燃料噴射弁３から燃料を噴射する。これにより、燃料リッチの混合気をより効果的に副室２２０へ流入させることができる。その結果、より着火性を向上させることができる。   Further, in the compression stroke, fuel is injected from the fuel injection valve 3 in at least a part of a period Tc from the valve closing time IC of the intake valve 12 to the peak time Pc of the gas inflow velocity Vg. As a result, the fuel-rich air-fuel mixture can flow into the sub chamber 220 more effectively. As a result, the ignitability can be further improved.

以上のごとく、本実施形態によれば、着火性に優れた直噴式の内燃機関を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a direct injection internal combustion engine having excellent ignitability.

（実施形態２）
本実施形態は、図６、図７に示すごとく、ポート噴射式の内燃機関１０の形態である。
すなわち、本形態の内燃機関１０は、吸気ポート１２０に燃料を噴射する燃料噴射弁３０を有する。 (Embodiment 2)
This embodiment is a form of a port injection type internal combustion engine 10 as shown in FIGS.
That is, the internal combustion engine 10 of the present embodiment has a fuel injection valve 30 that injects fuel into the intake port 120.

実施形態１の内燃機関１が直噴式であるのに対し、本形態の内燃機関１０はポート噴射式である。つまり、本形態の内燃機関１０は、実施形態１の内燃機関１における、燃焼室１１へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁３の代わりに、吸気ポート１２０に燃料を噴射する燃料噴射弁３０を設けている。   The internal combustion engine 1 of the first embodiment is a direct injection type, whereas the internal combustion engine 10 of the present embodiment is a port injection type. That is, the internal combustion engine 10 of this embodiment is provided with a fuel injection valve 30 that injects fuel into the intake port 120 instead of the fuel injection valve 3 that directly injects fuel into the combustion chamber 11 in the internal combustion engine 1 of the first embodiment. ing.

噴射制御部４０は、吸気行程において、図７に示すごとく、燃料噴射弁３０から燃料Ｆを噴射させるよう構成されている。すなわち、図８において、ＩＳにて示す吸気行程の期間の少なくとも一部において、燃料噴射を行う。   The injection control unit 40 is configured to inject fuel F from the fuel injection valve 30 in the intake stroke, as shown in FIG. That is, in FIG. 8, fuel injection is performed in at least a part of the intake stroke period indicated by IS.

特に、吸気行程ＩＳにおいて、吸気弁１２の開弁時点ＩＯから、プラグキャップ２２内の副室２２０へのガス流入速度Ｖｇのピークの時点Ｐｉまでの間の期間Ｔｉの少なくとも一部において、燃料噴射弁３０から燃料を噴射させる。   In particular, in the intake stroke IS, the fuel injection is performed in at least a part of a period Ti between the valve opening time IO of the intake valve 12 and the peak time Pi of the gas inflow velocity Vg into the sub chamber 220 in the plug cap 22. Fuel is injected from the valve 30.

さらに言えば、ガス流入速度Ｖｇの高い期間Ｔ１に、燃料リッチの混合気を副室２２０へ導入するために、吸気行程ＩＳにおける、流入ピークの時点Ｐｃよりも早い時点にて、燃料噴射することが望ましい。この噴射タイミングは、燃焼室１１の形状や大きさ、燃料噴射弁３とプラグキャップ２２との位置関係等によって適切な時点は異なり得るが、例えば、吸気弁１２の開弁後、０〜９０ｄｅｇの間とすることが好ましい。   Furthermore, in order to introduce the fuel-rich air-fuel mixture into the sub chamber 220 during the period T1 when the gas inflow velocity Vg is high, fuel injection is performed at a time earlier than the inflow peak time Pc in the intake stroke IS. Is desirable. The injection timing may vary depending on the shape and size of the combustion chamber 11 and the positional relationship between the fuel injection valve 3 and the plug cap 22, but may be, for example, 0 to 90 deg after the intake valve 12 is opened. It is preferable to be between.

その他の構成は、実施形態１と同様である。なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。   Other configurations are the same as those of the first embodiment. Of the reference numerals used in the second and subsequent embodiments, the same reference numerals as those used in the above-described embodiments represent the same components as those in the above-described embodiments unless otherwise indicated.

本形態のポート噴射式の内燃機関１０において、噴射制御部４０は、吸気行程において、燃料噴射弁３０から燃料を噴射させるよう構成されている。これにより、プラグキャップ２２内の火花放電ギャップ２１に供給される混合気における燃料濃度を高くしやすい。つまり、圧縮行程において燃料噴射弁３０から燃料を噴射させることで、噴孔２２１からプラグキャップ２２内に導入される混合気における燃料濃度を高くしやすい。その結果、混合気への着火性を向上させることができる。   In the port injection type internal combustion engine 10 of the present embodiment, the injection control unit 40 is configured to inject fuel from the fuel injection valve 30 in the intake stroke. Thereby, it is easy to increase the fuel concentration in the air-fuel mixture supplied to the spark discharge gap 21 in the plug cap 22. That is, by injecting fuel from the fuel injection valve 30 in the compression stroke, the fuel concentration in the air-fuel mixture introduced from the injection hole 221 into the plug cap 22 can be easily increased. As a result, the ignitability of the air-fuel mixture can be improved.

特に、吸気行程において、吸気弁１２の開弁時点ＩＯからガス流入速度Ｖｇのピークの時点Ｐｉまでの間の期間Ｔｉの少なくとも一部において、燃料を噴射させる。これにより、燃料リッチの混合気をより効果的に副室２２０へ流入させることができる。その結果、より着火性を向上させることができる。   In particular, in the intake stroke, fuel is injected in at least a part of the period Ti from the valve opening time IO of the intake valve 12 to the peak time Pi of the gas inflow velocity Vg. As a result, the fuel-rich air-fuel mixture can flow into the sub chamber 220 more effectively. As a result, the ignitability can be further improved.

また、図７に示すごとく、開弁した吸気弁１２の一部によって、燃料噴射弁３０から噴射した燃料Ｆの一部がプラグキャップ２２側へ導かれやすくなる。これにより、噴孔２２１から燃料リッチな混合気が副室２２０へ流入しやすくなる。   Further, as shown in FIG. 7, part of the fuel F injected from the fuel injection valve 30 is easily guided to the plug cap 22 side by a part of the opened intake valve 12. As a result, the fuel-rich air-fuel mixture easily flows into the sub chamber 220 from the nozzle hole 221.

以上のごとく、本形態によれば、着火性に優れたポート噴射式の内燃機関を提供することができる。   As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a port injection type internal combustion engine having excellent ignitability.

（実施形態３）
本形態は、図９に示すごとく、センター噴射による直噴式の内燃機関１００の形態である。
すなわち、燃焼室１１に直接燃料噴射を行う直噴式である点では、実施形態１と同様である。ただし、燃料噴射弁３の取り付け位置が、実施形態１と異なる。 (Embodiment 3)
As shown in FIG. 9, this embodiment is a form of a direct injection internal combustion engine 100 using center injection.
That is, it is the same as in the first embodiment in that it is a direct injection type in which fuel is directly injected into the combustion chamber 11. However, the mounting position of the fuel injection valve 3 is different from that of the first embodiment.

本形態においては、燃料噴射弁３を、吸気弁１２と排気弁１３との間の位置に設けている。すなわち、エンジンヘッドにおける、吸気ポート１２０と排気ポート１３０との間に、点火プラグ２とともに、燃料噴射弁３を配設してある。燃料噴射弁３は、点火プラグ２と隣接するように、配置されている。   In this embodiment, the fuel injection valve 3 is provided at a position between the intake valve 12 and the exhaust valve 13. That is, the fuel injection valve 3 is disposed together with the spark plug 2 between the intake port 120 and the exhaust port 130 in the engine head. The fuel injection valve 3 is disposed adjacent to the spark plug 2.

そして、燃料噴射弁３の先端部が、点火プラグ２のプラグキャップ２２の近傍に配置される。
本形態においても、燃料噴射を、吸気行程のみならず、圧縮行程においても行う。そして、噴射タイミングを、実施形態１と同様のタイミングとすることができる。ただし、実施形態１の内燃機関１のように、燃焼室１１の側面近傍からの噴射であるサイド噴射に比べて、センター噴射である本実施形態の内燃機関１００においては、燃料噴射弁３の噴射口が、プラグキャップ２２に近い。 The tip of the fuel injection valve 3 is disposed in the vicinity of the plug cap 22 of the spark plug 2.
Also in this embodiment, fuel injection is performed not only in the intake stroke but also in the compression stroke. The injection timing can be set to the same timing as in the first embodiment. However, as in the internal combustion engine 1 of the first embodiment, in the internal combustion engine 100 of the present embodiment, which is center injection, compared to side injection, which is injection from the vicinity of the side surface of the combustion chamber 11, the injection of the fuel injection valve 3 The mouth is close to the plug cap 22.

それゆえ、燃料噴射時点から、当該燃料を含む混合気が副室２２０へ流入するまでの時間が比較的短くなりやすい。したがって、噴射タイミングを、実施形態１の場合よりも若干遅めにすることも考えられる。すなわち、実施形態１の場合よりも、例えば、９０ｄｅｇ以下程度遅らせることが考えられる。
その他の構成は、実施形態１と同様である。 Therefore, the time from when the fuel is injected until the air-fuel mixture containing the fuel flows into the sub chamber 220 tends to be relatively short. Therefore, it is also conceivable to make the injection timing slightly later than in the first embodiment. That is, it can be considered that the delay is, for example, about 90 deg or less than the case of the first embodiment.
Other configurations are the same as those in the first embodiment.

本形態においても、上述のような適切な噴射タイミングにて燃料噴射を行うことにより、内燃機関１００の着火性を向上させることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。 Also in this embodiment, the ignitability of the internal combustion engine 100 can be improved by performing the fuel injection at the appropriate injection timing as described above.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

（実験例１）
本実験例においては、図１０〜図１２に示すごとく、実施形態１の内燃機関１を基本構成とし、燃料噴射タイミングの違いによる着火性能の変化を調べた。 (Experimental example 1)
In this experimental example, as shown in FIGS. 10 to 12, the internal combustion engine 1 of the first embodiment was used as a basic configuration, and changes in ignition performance due to differences in fuel injection timing were examined.

なお、試料として用いた内燃機関１は、プラグキャップ２２の噴孔２２１が４個均等配置された点火プラグ２を用いたものである。以下において、この試料を、適宜、「副室付内燃機関」という。そして、エンジン回転数を２０００ｒｐｍ、ＢＭＥＰ（正味平均有効圧力）を０．６ＭＰａ、Ａ／Ｆ（すなわち空燃比）を２４．２とした。また、点火時期は、３６ｄｅｇ．ＢＴＤＣにて固定した。   The internal combustion engine 1 used as a sample uses a spark plug 2 in which four injection holes 221 of the plug cap 22 are evenly arranged. Hereinafter, this sample is appropriately referred to as “sub-chamber internal combustion engine”. The engine speed was 2000 rpm, BMEP (net average effective pressure) was 0.6 MPa, and A / F (ie, air-fuel ratio) was 24.2. The ignition timing is 36 deg. Fixed with BTDC.

計測したパラメータは、図１０に示す着火遅れ角、図１１に示す着火遅れ角の変動率、及び図１２に示す燃焼変動率である。
着火遅れ角は、点火プラグ２の点火時点から着火開始時点までのタイミングの遅れを、クランク角にて表したものである。なお、着火開始時点は、燃料質量割合１０％時期とする。燃料質量割合１０％時期とは、熱発生量が総熱発生量の１０％に到達した時期である。 The measured parameters are the ignition delay angle shown in FIG. 10, the fluctuation rate of the ignition delay angle shown in FIG. 11, and the combustion fluctuation rate shown in FIG.
The ignition delay angle represents a delay in timing from the ignition point of the spark plug 2 to the ignition start point in terms of a crank angle. The ignition start time is assumed to be a fuel mass ratio of 10%. The fuel mass ratio 10% period is the period when the heat generation amount reaches 10% of the total heat generation amount.

着火遅れ角の変動率は、上述の着火遅れ角が、複数のサイクル間において変動する割合をいう。
燃焼変動率〔％〕は、｛（図示平均有効圧力（標準偏差））／（図示平均有効圧力（平均値））｝×１００〔％〕にて得られる値である。 The variation rate of the ignition delay angle refers to a rate at which the above-described ignition delay angle varies between a plurality of cycles.
The combustion fluctuation rate [%] is a value obtained by {(indicated average effective pressure (standard deviation)) / (indicated average effective pressure (average value))} × 100 [%].

そして、噴射開始時期を、種々変更して、各パラメータの測定を行った。燃料噴射期間は、噴射開始時期から約６ｄｅｇ分の期間である。
測定結果を、それぞれ図１０、図１１、図１２に示す。
なお、各図には、比較として、副室を有しない点火プラグを用いた内燃機関（以下において、この試料を、適宜、「比較内燃機関」という。）によって、同様の試験を行った結果を併記してある。 Each parameter was measured by changing the injection start timing in various ways. The fuel injection period is a period of about 6 deg from the injection start timing.
The measurement results are shown in FIGS. 10, 11, and 12, respectively.
In each figure, for comparison, the results of a similar test performed by an internal combustion engine using an ignition plug having no sub chamber (hereinafter, this sample is referred to as “comparative internal combustion engine” as appropriate) are shown. It is written together.

図１０から分かるように、噴射開始時期ｔｉを圧縮行程としたもの（すなわちｔｉを１８０ｄｅｇ．ＢＴＤＣ以降としたもの）については、着火遅れ角が小さい。着火遅れ角は、小さいほど、着火性に優れているといえる。それゆえ、圧縮行程において燃料噴射を行うことで、着火性を向上させることができることが確認できた。
これに対し、比較内燃機関による測定結果は、噴射開始時期ｔｉを圧縮行程としたものについては、着火遅れ角がむしろ大きくなっている。 As can be seen from FIG. 10, the ignition delay angle is small for those in which the injection start timing ti is the compression stroke (that is, ti is 180 deg. BTDC or later). It can be said that the smaller the ignition delay angle, the better the ignitability. Therefore, it has been confirmed that the ignitability can be improved by performing the fuel injection in the compression stroke.
On the other hand, in the measurement result by the comparative internal combustion engine, the ignition delay angle is rather large for the case where the injection start timing ti is the compression stroke.

なお、ｔｉを１２０ｄｅｇ．ＢＴＤＣよりも遅くした場合にも、原理的に、上記の傾向は維持されると考えられる。すなわち、比較内燃機関においては、着火遅れ角が徐々に大きくなり、副室付内燃機関においては、着火遅れ角が３０ｄｅｇ前後を推移すると考えられる。   Note that ti is 120 deg. In principle, it is considered that the above-mentioned tendency is maintained even when it is made slower than BTDC. That is, it is considered that the ignition delay angle gradually increases in the comparative internal combustion engine, and the ignition delay angle changes around 30 degrees in the sub-chamber internal combustion engine.

また、図１１から分かるように、噴射開始時期ｔｉを圧縮行程にしたとき（すなわちｔｉを１８０ｄｅｇ．ＢＴＤＣ以降としたとき）、比較内燃機関においては、着火遅れ角の変動率が５％を超えて大きくなるのに対し、副室付内燃機関においては着火遅れ角の変動率が５％未満に収まっている。   As can be seen from FIG. 11, when the injection start timing ti is set to the compression stroke (that is, when ti is set to 180 deg. BTDC or later), in the comparative internal combustion engine, the fluctuation rate of the ignition delay angle exceeds 5%. On the other hand, in the internal combustion engine with a sub chamber, the fluctuation rate of the ignition delay angle is less than 5%.

なお、ｔｉを１２０ｄｅｇ．ＢＴＤＣよりも遅くした場合には、副室付内燃機関においても、着火遅れ角の変動率が多少大きくなることは考えられるが、比較内燃機関に比べて、充分に着火遅れ角の変動率が小さい状態は維持されると考えられる。   Note that ti is 120 deg. When it is made slower than BTDC, it can be considered that the fluctuation rate of the ignition delay angle is somewhat larger even in the internal combustion engine with a sub-chamber, but the fluctuation rate of the ignition delay angle is sufficiently small compared to the comparative internal combustion engine. State is considered to be maintained.

また、図１２から分かるように、噴射開始時期ｔｉを圧縮行程にしたとき（すなわちｔｉを１８０ｄｅｇ．ＢＴＤＣ以降としたとき）、比較内燃機関においては、燃焼変動率が５％を超えて大きくなるのに対し、副室付内燃機関においては燃焼変動率が５％未満に収まっている。   As can be seen from FIG. 12, when the injection start timing ti is set to the compression stroke (that is, when ti is set to 180 deg. BTDC or later), in the comparative internal combustion engine, the combustion fluctuation rate becomes larger than 5%. On the other hand, in the sub-chamber internal combustion engine, the combustion fluctuation rate is less than 5%.

なお、ｔｉを１２０ｄｅｇ．ＢＴＤＣよりも遅くした場合には、副室付内燃機関においても、燃焼変動率が多少大きくなることは考えられるが、比較内燃機関に比べて、充分に燃焼変動率が小さい状態は維持されると考えられる。   Note that ti is 120 deg. When it is slower than BTDC, it is considered that the combustion fluctuation rate is somewhat larger even in the internal combustion engine with a sub-chamber, but if the combustion fluctuation rate is sufficiently small as compared with the comparative internal combustion engine. Conceivable.

以上の結果から、副室付内燃機関においては、燃料の噴射開始時期を圧縮行程とすることで、安定した燃焼を維持しつつ、着火性を向上させることができることが分かる。一方、比較内燃機関においては、燃料の噴射開始時期を圧縮行程とすると、着火性が低下すると共に、安定した燃焼も確保することが困難となる。   From the above results, it can be seen that in the sub-chamber internal combustion engine, by setting the fuel injection start timing as the compression stroke, it is possible to improve the ignitability while maintaining stable combustion. On the other hand, in the comparative internal combustion engine, if the fuel injection start timing is the compression stroke, the ignitability is lowered and it is difficult to ensure stable combustion.

このように、副室を備えた点火プラグを有する直噴式の内燃機関においては、圧縮行程において燃料噴射を行うことで、安定した燃焼を確保しつつ、着火性を向上させることができる。   Thus, in a direct injection internal combustion engine having an ignition plug with a sub chamber, ignitability can be improved while ensuring stable combustion by performing fuel injection in the compression stroke.

また、吸気弁の閉弁時点ＩＣからガス流入速度Ｖｇのピークの時点Ｐｃまでの間の期間Ｔｃにおいて、燃料噴射を行うことで、効果的に着火性を向上させることができることも、本実験例の結果から分かる。   In addition, it is also possible to effectively improve the ignitability by performing the fuel injection in the period Tc from the valve closing time IC of the intake valve to the peak time Pc of the gas inflow velocity Vg. From the result of.

上記実施形態以外にも、種々の形態を採用することができる。例えば、実施形態１又は実施形態３において示した燃料噴射弁３と、実施形態２において示した燃料噴射弁３０とを併用した内燃機関とすることもできる。この場合、噴射タイミングとしては、実施形態１に示したタイミングと実施形態２とに示したタイミングとの双方とすることも有効である。   Various forms other than the above embodiment can be adopted. For example, an internal combustion engine in which the fuel injection valve 3 shown in the first or third embodiment and the fuel injection valve 30 shown in the second embodiment are used in combination can be used. In this case, as the injection timing, it is also effective to use both the timing shown in the first embodiment and the timing shown in the second embodiment.

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。   The present invention is not limited to the above embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the scope of the invention.

１、１０、１００ 内燃機関
１１ 燃焼室
２ 点火プラグ
２１ 火花放電ギャップ
２２ プラグキャップ
２２１ 噴孔
３、３０ 燃料噴射弁
４、４０ 噴射制御部 1, 10, 100 Internal combustion engine 11 Combustion chamber 2 Spark plug 21 Spark discharge gap 22 Plug cap 221 Injection hole 3, 30 Fuel injection valve 4, 40 Injection control unit

Claims (4)

燃焼室（１１）に先端部を露出させた点火プラグ（２）と、
上記燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁（３）と、
上記燃料噴射弁の噴射を制御する噴射制御部（４）と、を有し、
上記点火プラグは、火花放電ギャップ（２１）を先端側から覆うと共に噴孔（２２１）が設けられたプラグキャップ（２２）を備え、
上記噴射制御部は、圧縮行程（ＣＳ）において、上記燃料噴射弁から燃料を噴射させるよう構成されている、内燃機関（１、１００）。 A spark plug (2) with its tip exposed in the combustion chamber (11);
A fuel injection valve (3) for directly injecting fuel into the combustion chamber;
An injection control unit (4) for controlling the injection of the fuel injection valve,
The spark plug includes a plug cap (22) that covers the spark discharge gap (21) from the tip side and is provided with an injection hole (221).
The internal combustion engine (1, 100), wherein the injection control unit is configured to inject fuel from the fuel injection valve in a compression stroke (CS). 圧縮行程において、吸気弁（１２）の閉弁時点（ＩＣ）から、上記プラグキャップ内の副室（２２０）へのガス流入速度（Ｖｇ）のピークの時点（Ｐｃ）までの間の期間（Ｔｃ）の少なくとも一部において、上記燃料噴射弁から燃料を噴射させるよう構成されている、請求項１に記載の内燃機関。   In the compression stroke, a period (Tc) between the valve closing time (IC) of the intake valve (12) and the peak time (Pc) of the gas inflow velocity (Vg) into the sub chamber (220) in the plug cap. The internal combustion engine according to claim 1, wherein at least a part of the fuel injection valve is configured to inject fuel from the fuel injection valve. 燃焼室（１１）に先端部を露出させた点火プラグ（２）と、
上記燃焼室へ空気を供給する吸気ポート（１２０）に燃料を噴射する燃料噴射弁（３０）と、
上記燃料噴射弁の噴射を制御する噴射制御部（４０）と、を有し、
上記点火プラグは、火花放電ギャップ（２１）を先端側から覆うと共に噴孔（２２１）が設けられたプラグキャップ（２２）を備え、
上記噴射制御部は、吸気行程（ＩＳ）において、上記燃料噴射弁から燃料を噴射させるよう構成されている、内燃機関（１０）。 A spark plug (2) with its tip exposed in the combustion chamber (11);
A fuel injection valve (30) for injecting fuel into an intake port (120) for supplying air to the combustion chamber;
An injection control unit (40) for controlling the injection of the fuel injection valve,
The spark plug includes a plug cap (22) that covers the spark discharge gap (21) from the tip side and is provided with an injection hole (221).
The internal combustion engine (10), wherein the injection control unit is configured to inject fuel from the fuel injection valve in an intake stroke (IS). 吸気行程において、吸気弁（１２）の開弁時点（ＩＯ）から、上記プラグキャップ内の副室（２２０）へのガス流入速度（Ｖｇ）のピークの時点（Ｐｉ）までの間の期間（Ｔｉ）の少なくとも一部において、上記燃料噴射弁から燃料を噴射させるよう構成されている、請求項３に記載の内燃機関。   In the intake stroke, a period (Ti) from the valve opening time (IO) of the intake valve (12) to the peak time (Pi) of the gas inflow velocity (Vg) into the sub chamber (220) in the plug cap. The internal combustion engine according to claim 3, wherein at least a part of the fuel injection valve is configured to inject fuel from the fuel injection valve.
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