JP2020128713A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関に関する。 This invention relates to an internal combustion engine.
例えば、特許文献1には、主燃焼室と副室と点火プラグとを備える内燃機関が開示されている。副室は、複数の連通孔を介して主燃焼室と連通している。点火プラグは、副室に配置された発火部を備えている。 For example, Patent Document 1 discloses an internal combustion engine including a main combustion chamber, a sub chamber, and an ignition plug. The sub chamber communicates with the main combustion chamber via the plurality of communication holes. The spark plug includes an ignition part arranged in the sub chamber.
特許文献1に記載のような副室を備える内燃機関では、高負荷時のプレイグニッションの発生を抑制するために、熱伝導の優れた材料を用いて副室を形成することが考えられる。しかしながら、熱伝導が良いために低温時には副室の温度が下がり過ぎてしまい、その結果、エンジン始動性が低下するおそれがある。 In the internal combustion engine including the sub-chamber as described in Patent Document 1, it is possible to form the sub-chamber by using a material having excellent heat conduction in order to suppress the occurrence of preignition under high load. However, since the heat conduction is good, the temperature of the sub chamber may be too low when the temperature is low, and as a result, the engine startability may be deteriorated.
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、主燃焼室と副室と当該副室内で点火を行うように設けられた点火プラグとを備える内燃機関において、高負荷時のプレイグニッションの抑制と低温時のエンジン始動性低下の抑制との両立を可能にすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in an internal combustion engine including a main combustion chamber, a sub chamber, and an ignition plug provided to perform ignition in the sub chamber, a high load An object of the present invention is to achieve both suppression of preignition and suppression of engine startability deterioration at low temperatures.
本発明に係る内燃機関は、主燃焼室と、複数の連通孔を介して前記主燃焼室と連通する副室と、前記副室内で点火を行うように設けられた点火プラグと、低温時に前記副室の壁を昇温させる加熱部と、を備える。 The internal combustion engine according to the present invention includes a main combustion chamber, a sub chamber that communicates with the main combustion chamber via a plurality of communication holes, an ignition plug provided to perform ignition in the sub chamber, and And a heating unit for heating the wall of the sub chamber.
本発明によれば、副室の壁の形成のために熱伝導の優れた材料を用いた場合であっても、低温時には、加熱部を利用して副室を昇温させることによってエンジン始動性の低下を抑制できる。したがって、本発明によれば、副室の壁の形成のために熱伝導の優れた材料を用いて高負荷時のプレイグニッションの抑制を図りつつ、低温時のエンジン始動性の低下を抑制することが可能となる。 According to the present invention, even when a material having excellent heat conduction is used for forming the wall of the sub chamber, the engine startability is increased by using the heating unit to raise the temperature of the sub chamber when the temperature is low. Can be suppressed. Therefore, according to the present invention, while suppressing the preignition at the time of high load by using the material having excellent heat conduction for forming the wall of the sub chamber, it is possible to suppress the deterioration of the engine startability at the low temperature. Is possible.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the embodiments shown below, when the number of each element, the number, the amount, the range, etc. is referred to, the number referred to unless otherwise specified or the principle is clearly specified. However, the present invention is not limited to this. Further, the structures and the like described in the embodiments below are not necessarily essential to the present invention, unless otherwise specified or clearly specified in principle.
1.内燃機関の構成例
図1は、本発明の実施の形態に係る内燃機関10の構成例を表した模式図である。図1に示す内燃機関10は、一例として、内燃機関10とともに電動機(図示省略)を動力源として利用するハイブリッド車両に搭載されている。ただし、内燃機関10は、内燃機関10のみを動力源とする車両に搭載されてもよい。
1. Configuration Example of Internal Combustion Engine FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of an
内燃機関10は、例えばガソリンを燃料とする火花点火式エンジンをベースとして、火花点火を利用した予混合圧縮自着火燃焼方式(PCCI(Premixed Charge Compression Ignition)燃焼方式)を利用可能に構成されている。内燃機関10の気筒数は、一例として4つであるが、4つ以外の1つ又は複数であってもよい。
The
具体的には、内燃機関10は、気筒毎に主燃焼室12を備えている。主燃焼室12は、シリンダブロック14、ピストン16及びシリンダヘッド18によって囲まれた空間である。主燃焼室12には、吸気ポート20及び排気ポート22が連通している。吸気ポート20における主燃焼室12側の端部は、吸気弁24によって開閉され、排気ポート22における主燃焼室12側の端部は、排気弁26によって開閉される。
Specifically, the
内燃機関10は、主燃焼室12内に燃料を供給するための燃料噴射弁の一例として、筒内噴射弁28とポート噴射弁30とを備えている。筒内噴射弁28は、主燃焼室12内に燃料を直接噴射し、ポート噴射弁30は、吸気ポート20内に燃料を噴射する。なお、図1に示す構成に代え、筒内噴射弁28及びポート噴射弁30の何れか一方のみが備えられてもよい。
The
内燃機関10は、副室32を備えている。副室32は、図1に示すように、主燃焼室12内に配置されている。より詳細には、副室32は、気筒中央側の位置においてシリンダヘッド18からピストン16の側に突出するように設けられている。副室32は、副室32を形成する副室部材34によって主燃焼室12と隔てられている。また、副室部材34には、複数の連通孔36が形成されており、副室32は、これらの連通孔36を介して主燃焼室12と連通している。
The
内燃機関10は、点火プラグ38を備えている。点火プラグ38は、副室32内で点火を行うように設けられている。より詳細には、点火プラグ38は、その先端(電極部)が副室32内に配置されるように副室部材34内に挿入されている。図1に示す例では、点火プラグ38は副室部材34と一体的に構成されている。したがって、この例では、点火プラグ38と一体化された副室部材34がシリンダヘッド18に取り付けられている。しかしながら、このような例に代え、副室部材は、シリンダヘッドに対して直接的に取り付けられた点火プラグの先端(電極部)を覆うように形成されてもよい。
The
副室32の壁を構成する副室部材34は、熱伝導の優れた材料(例えば、ベリリウム鋼)を用いて構成されている。さらに、内燃機関10は、副室32の壁を昇温させるためのグロープラグ40を備えている。より詳細には、グロープラグ40は、一例として、点火プラグ38と一体化された副室部材34(副室32の壁)に組み込まれている。なお、副室32の壁を昇温可能な位置であれば、グロープラグ40の設置場所は特に限定されない。
The
図1に示すシステムは、内燃機関10及びこれを搭載するハイブリッド車両を制御するための制御装置50を備えている。制御装置50は、少なくとも1つのプロセッサと少なくとも1つのメモリと入出力インターフェースとを有するECU(Electronic Control Unit)である。入出力インターフェースは、内燃機関10及びハイブリッド車両に搭載されたセンサ類52からセンサ信号を取り込むとともに、内燃機関10及びハイブリッド車両の運転を制御するための各種アクチュエータに対して操作信号を出力する。センサ類52は、アクセル開度、車速、エンジン回転数、及び内燃機関10の吸入空気流量等を検出するためのセンサを含む。また、ここでいう各種アクチュエータは、筒内噴射弁28、ポート噴射弁30、及び、点火プラグ38を含む点火装置を含む。また、制御装置50はグロープラグ40の通電を制御する。
The system shown in FIG. 1 includes a
以上説明したように構成された内燃機関10によれば、主燃焼室12から副室32内に流入した混合気に対して副室32内で火花点火を行って燃焼を開始させることにより、PCCI燃焼を行うことができる。より詳細には、このような燃焼形態によれば、点火プラグ38での初期着火によって副室32内で火炎が形成され、かつ、副室32から出た火炎のジェット流が主燃焼室12内の燃焼を促進させることができる。その結果、等容度の向上(燃焼速度の増加)が可能となる。
According to the
2.高負荷時のプレイグニッションの抑制と低温始動性確保との両立に関する課題
上述のPCCI燃焼方式を採用した場合には、高負荷時(より詳細には、高回転高負荷時)のプレイグニッション(異常燃焼)の抑制と、低温時(より詳細には、極低温時)のエンジン始動性低下の抑制とを両立させることが求められる。
2. Challenges in achieving both suppression of preignition at high load and ensuring low-temperature startability When the above-described PCCI combustion system is adopted, preignition (abnormality at high load (more specifically, high rotation and high load)) is adopted. It is required to achieve both suppression of combustion) and suppression of engine startability deterioration at low temperatures (more specifically, extremely low temperatures).
まず、高負荷時のプレイグニッションの抑制のためには、本実施形態の内燃機関10で採用されているように、副室の壁(副室部材)を熱伝導の優れた材料(例えば、ベリリウム鋼)を用いて構成することが好適である。これにより、副室の壁からシリンダヘッドへの放熱により、副室内の温度上昇を抑制することができる。その結果、プレイグニッションの発生を抑制することができる。
First, in order to suppress the pre-ignition at the time of a high load, the wall of the sub chamber (sub chamber member) is made of a material excellent in heat conduction (for example, beryllium) as used in the
しかしながら、熱伝導の優れた材料が副室の形成のために使用されると、次のような背反が生じる。すなわち、環境温度が低温(より詳細には、極低温)に至った場合に、熱伝導が優れることに起因して副室自体の温度も低下してしまう。図2は、低温時における副室の壁の材質とエンジン始動性との関係を説明するための図である。図2(A)は、副室の壁の材質としてSUS(ステンレス鋼)を使用する例に対応し、図2(B)は、副室の壁の材質としてベリリウム鋼を使用する例に対応している。図2を参照して例示されるSUS(ステンレス鋼)の熱伝導率は16W/mKであり、ベリリウム鋼の熱伝導率は242W/mKである。 However, when a material having excellent heat conduction is used for forming the sub chamber, the following antinomy occurs. That is, when the environmental temperature reaches a low temperature (more specifically, an extremely low temperature), the temperature of the sub chamber itself also decreases due to excellent heat conduction. FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the material of the wall of the sub chamber and the engine startability at low temperature. FIG. 2(A) corresponds to an example in which SUS (stainless steel) is used as the material of the sub chamber wall, and FIG. 2(B) corresponds to an example in which beryllium steel is used as the material of the sub chamber wall. ing. The thermal conductivity of SUS (stainless steel) illustrated with reference to FIG. 2 is 16 W/mK, and the thermal conductivity of beryllium steel is 242 W/mK.
まず、図2(A)に示す例(熱伝導が相対的に良くない材料の例)では、副室温度(副室内のガス温度)は、スタータモータの作動開始(スタータON)後のクランキング中から徐々に上昇していき、初爆後にはエンジン回転数の上昇とともに良好に上昇している。一方、図2(B)に示す例(熱伝導が相対的に優れた材料の例)では、初爆後の副室温度の上昇が満足に進まず、かつ、初爆直後において着火性の良し悪しに起因するエンジン回転数の大きな変動が見られる。 First, in the example shown in FIG. 2A (an example of a material having relatively poor heat conduction), the sub-chamber temperature (gas temperature in the sub-chamber) is determined by cranking after the starter motor starts operating (starter ON). It gradually rises from the inside, and it has risen satisfactorily with the increase in engine speed after the first explosion. On the other hand, in the example shown in FIG. 2B (an example of a material having relatively excellent heat conduction), the rise in the sub-chamber temperature after the initial explosion does not proceed satisfactorily, and the ignitability is good immediately after the initial explosion. Large fluctuations in engine speed due to badness can be seen.
図2を参照して例示したように、熱伝導の優れた材料が副室の形成のために用いられると、低温時のエンジン始動性が低下するおそれがある。その理由は次の通りである。すなわち、低温時には、そもそも主燃焼室内で燃料の霧化が促進されにくいため、液滴状態にある燃料が副室内に入り込みにくい。そのうえで、熱伝導の優れた材料が用いられた場合には、霧化している燃料が低温の副室の壁に触れることで凝縮し易くなり、その結果、燃料が副室内により入り込みにくくなる。また、副室内に燃料が存在したとしても、副室内での燃料の霧化が促進されにくいため、点火プラグによる着火後に直ぐに消炎状態になり易くなる。以上の理由により、熱伝導の優れた材料が用いられると、低温時のエンジン始動性が低下してしまう。 As illustrated with reference to FIG. 2, when a material having excellent heat conduction is used for forming the sub chamber, engine startability at low temperature may be deteriorated. The reason is as follows. That is, at low temperature, atomization of the fuel is difficult to be promoted in the main combustion chamber, so that the fuel in the droplet state hardly enters the sub chamber. Moreover, when a material having excellent heat conduction is used, the atomized fuel is likely to condense by touching the wall of the low temperature sub chamber, and as a result, the fuel is less likely to enter the sub chamber. Further, even if the fuel is present in the sub chamber, atomization of the fuel in the sub chamber is difficult to be promoted, so that the flame is easily extinguished immediately after ignition by the ignition plug. For the above reasons, if a material having excellent heat conduction is used, engine startability at low temperature will be deteriorated.
3.上記課題への対策及びその効果
上述の課題に鑑み、本実施形態の内燃機関10では、副室32の壁を構成する副室部材34が、熱伝導の優れた材料の一例であるベリリウム鋼を用いて構成され、かつ、副室32の壁を昇温させるためのグロープラグ40が副室部材34内に配置されている。そして、低温時には、グロープラグ40の通電が実行される。なお、グロープラグ40は、本発明に係る「加熱部」の一例に相当する。
3. In view of the above-mentioned problems, in the
以上のように構成された本実施形態の内燃機関10によれば、高負荷時のプレイグニッションの発生の抑制のために、熱伝導の優れた材料を用いて副室32の壁を形成しつつ、低温時にはグロープラグ40が作動する。その結果、発熱するグロープラグ40を利用して、副室32の壁を昇温(暖機)させることができる。これにより、副室32内の燃料の霧化の促進、及び副室32内のガス温度の上昇を促進できる。また、副室32の周りに存在する主燃焼室12内の燃料の霧化の促進と、それに伴う燃料の副室32内への流入の促進とを図ることができる。その結果、副室32内での混合気の着火性を改善できるので、低温時のエンジン始動性の低下を抑制できる。したがって、内燃機関10によれば、高負荷時のプレイグニッションの抑制と、低温時のエンジン始動性低下の抑制とを両立させることができる。
According to the
4.グロープラグの作動例
次に、図3は、内燃機関10が適用されたハイブリッド車両の例におけるグロープラグ40の作動例について説明するためのタイムチャートである。図3は、低温時(より詳細には、環境温度(例えば、エンジン冷却水温度)が所定値以下である時)に、時点t1におけるアクセルペダルの踏み込みに伴って電動機による車両走行が開始されるとともに内燃機関10が始動される状況を例示している。
4. Operation Example of Glow Plug Next, FIG. 3 is a time chart for explaining an operation example of the
ここで例示されるハイブリッド車両では、モータジェネレータをスタータモータとして利用して内燃機関10のクランキングが行われるものとする。図3に示す例では、アクセルペダルの踏み込み後の時点t2において、上記モータジェネレータを利用したクランキングが開始され、その結果、エンジン回転数が上昇し始めている。
In the hybrid vehicle illustrated here, the
この例では、グロープラグ40の通電は、時点t2におけるクランキングの開始から時点t4まで実行されている。この時点t4は、時点t3における点火プラグ38による点火開始に伴う初爆からの所定時間の経過時点に相当する。このように低温下でのエンジン始動時(初爆付近の期間)においてグロープラグ40を用いて副室32の壁を昇温させることにより、エンジン始動性の低下を抑制できる。なお、このような例に代え、グロープラグ40の通電期間は、例えば、クランキングの開始(時点t2)からエンジン初爆の時点t3までであってもよい。
In this example, the
10 内燃機関
12 主燃焼室
14 シリンダブロック
16 ピストン
18 シリンダヘッド
20 吸気ポート
22 排気ポート
24 吸気弁
26 排気弁
28 筒内噴射弁
30 ポート噴射弁
32 副室
34 副室部材
36 連通孔
38 点火プラグ
40 グロープラグ
50 制御装置
52 センサ類
10
Claims (1)
複数の連通孔を介して前記主燃焼室と連通する副室と、
前記副室内で点火を行うように設けられた点火プラグと、
低温時に前記副室の壁を昇温させる加熱部と、
を備える
ことを特徴とする内燃機関。 The main combustion chamber,
A sub chamber communicating with the main combustion chamber through a plurality of communication holes,
A spark plug provided to perform ignition in the sub chamber,
A heating unit that raises the temperature of the wall of the sub chamber at low temperature,
An internal combustion engine, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019021008A JP2020128713A (en) | 2019-02-07 | 2019-02-07 | Internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2020128713A true JP2020128713A (en) | 2020-08-27 |
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ID=72174362
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2019021008A Pending JP2020128713A (en) | 2019-02-07 | 2019-02-07 | Internal combustion engine |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023190152A1 (en) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | 三菱自動車工業株式会社 | Hybrid vehicle |
-
2019
- 2019-02-07 JP JP2019021008A patent/JP2020128713A/en active Pending
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WO2023190152A1 (en) * | 2022-03-31 | 2023-10-05 | 三菱自動車工業株式会社 | Hybrid vehicle |
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