JP2022051346A - Internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

To provide an internal combustion engine including auxiliary chamber combustion that promotes temperature rise to a temperature enabling activation of a catalyst provided in an exhaust passage.SOLUTION: In an engine 1, in an exhaust stroke, an engine control unit 30 executes control for igniting an air-fuel mixture in an auxiliary combustion chamber 44a to which fuel is sprayed from an injector 48 by using an ignition plug 49 to inject a torch flame F from a jet hole 45 and sending the torch flame F together with a combustion gas EX CAS to an exhaust port 24 in which an exhaust valve 26 is opened. Thus, in the engine, due to the torch flame, the combustion gas of which a temperature has been further increased heats a catalyst, so that a period until the temperature of the catalyst reaches an activation temperature enabling purification of the combustion gas can be shortened.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、排ガス浄化触媒を昇温促進し、副燃焼室を備えた希薄燃焼の内燃機関に関する。 The present invention relates to a lean-burn internal combustion engine provided with an auxiliary combustion chamber that promotes temperature rise of an exhaust gas purification catalyst.

近年、ガソリンエンジンの熱効率を向上させる手法の一つとして、希薄燃焼(リーンバーン)技術が注目されている。この希薄燃焼技術は、燃焼室内に投入する燃料の量を減らして薄い混合気を作り、これを素早く燃やして燃費を向上させる。 In recent years, lean burn technology has been attracting attention as one of the methods for improving the thermal efficiency of gasoline engines. This lean-burn technology reduces the amount of fuel put into the combustion chamber to create a lean mixture that burns quickly to improve fuel economy.

希薄燃焼技術において、例えば、特許文献1および特許文献2に開示されるように、熱損失と排気損失を低減するために副燃焼室(プリチャンバ)燃焼方式が知られている。 In lean combustion technology, for example, as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, a sub-combustion chamber (pre-chamber) combustion method is known in order to reduce heat loss and exhaust loss.

副燃焼室燃焼方式は、燃焼室に配設される点火プラグに、微小な孔が複数設けられた半円形のキャップなどをかぶせて副燃焼室を形成し、この副燃焼室内に燃料噴射装置を配置する。そして、副燃焼室内に少量の燃料を噴射して点火すると、副燃焼室内の燃料が一気に燃え、複数の微小な孔からトーチ火炎が燃焼室内に吹きだす。このトーチ火炎によりシリンダ内の希薄混合気が着火し、短時間で急速燃焼させことができる。これにより、希薄環境下での安定燃焼や、ボア端での自着火を抑制することができる。 In the sub-combustion chamber combustion method, an ignition plug arranged in the combustion chamber is covered with a semi-circular cap having a plurality of minute holes to form a sub-combustion chamber, and a fuel injection device is installed in this sub-combustion chamber. Deploy. Then, when a small amount of fuel is injected into the sub-combustion chamber and ignited, the fuel in the sub-combustion chamber burns at once, and the torch flame blows out into the combustion chamber from a plurality of minute holes. This torch flame ignites the dilute air-fuel mixture in the cylinder and enables rapid combustion in a short time. As a result, stable combustion in a dilute environment and self-ignition at the bore end can be suppressed.

特開平7-026961号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-026961 特開2018-105171号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-105171

ところで、内燃機関のパワーユニットを有する車両などには、排ガス中の有害成分を浄化するための触媒コンバータが排気路に設けられている。この触媒コンバータ内の触媒(三元触媒)は、有害成分を浄化する活性化温度に排ガスの熱により昇温される。 By the way, in a vehicle having a power unit of an internal combustion engine or the like, a catalytic converter for purifying harmful components in exhaust gas is provided in the exhaust passage. The catalyst (three-way catalyst) in this catalyst converter is heated to the activation temperature for purifying harmful components by the heat of the exhaust gas.

しかしながら、副燃焼室燃焼方式の内燃機関は、希薄混合気の燃焼速度が速いため、排気路に設けられた触媒を早期に昇温させることが困難であり、冷間始動時などにおける触媒が活性化温度に達する時間が長くなるという課題があった。 However, in the internal combustion engine of the sub-combustion chamber combustion type, since the combustion speed of the dilute mixture is high, it is difficult to raise the temperature of the catalyst provided in the exhaust passage at an early stage, and the catalyst is activated at the time of cold start or the like. There was a problem that it took a long time to reach the conversion temperature.

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、排気路に設けられた触媒が活性化する温度に昇温促進させる副室燃焼を有する内燃機関を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide an internal combustion engine having a sub-chamber combustion that promotes a temperature rise to a temperature at which a catalyst provided in an exhaust passage is activated.

本発明の一態様の内燃機関は、シリンダヘッドとシリンダブロックを備えた内燃機関であって、前記シリンダブロックに形成された気筒と、前記気筒内に摺動自在に挿嵌されたピストンと、前記気筒内に形成され、前記ピストンと前記シリンダヘッドの間の主燃焼室と、前記主燃焼室に連通するように前記シリンダヘッドに形成され、排気弁および吸気弁が開閉自在に設けられた複数のポートと、底部が前記ピストン側を臨むように前記シリンダヘッドに設けられ、少なくとも1つの副燃焼室を有するチャンバと、前記シリンダヘッドに設けられ、燃料を噴霧するインジェクタと、前記シリンダヘッドに設けられ、前記副燃焼室内の前記燃料を着火する点火プラグと、前記副燃焼室と連通するように前記チャンバに形成され、トーチ火炎を噴射する噴口と、前記インジェクタおよび前記点火プラグを駆動制御するエンジン制御ユニットと、を具備し、前記エンジン制御ユニットは、排気行程時において、前記インジェクタから前記燃料が噴霧された前記副燃焼室内の混合気を前記点火プラグにより着火させて前記噴口から前記トーチ火炎を噴射させて、燃焼ガスと共に前記トーチ火炎を前記排気弁が開弁した前記ポートに送り込む制御を実行する。 The internal combustion engine according to one aspect of the present invention is an internal combustion engine including a cylinder head and a cylinder block, the cylinder formed in the cylinder block, a piston slidably inserted in the cylinder, and the above. A plurality of engines formed in the cylinder and formed in the cylinder head so as to communicate with the main combustion chamber between the piston and the cylinder head and the main combustion chamber, and the exhaust valve and the intake valve are provided so as to be openable and closable. A port, a chamber provided in the cylinder head with a bottom facing the piston side and having at least one auxiliary combustion chamber, an injector provided in the cylinder head and spraying fuel, and an injector provided in the cylinder head. An ignition plug that ignites the fuel in the sub-combustion chamber, an injection port formed in the chamber so as to communicate with the sub-combustion chamber and injecting a torch flame, and an engine control that drives and controls the injector and the ignition plug. The engine control unit comprises a unit, and the engine control unit ignites the air-fuel mixture in the sub-combustion chamber in which the fuel is sprayed from the injector by the ignition plug and injects the torch flame from the injection port during the exhaust stroke. Then, the control of sending the torch flame together with the combustion gas to the port opened by the exhaust valve is executed.

本発明によれば、排気路に設けられた触媒が活性化する温度に昇温促進させる副室燃焼を有する内燃機関を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an internal combustion engine having a sub-chamber combustion that promotes a temperature rise to a temperature at which a catalyst provided in an exhaust passage is activated.

希薄燃焼エンジンの要部の断面を部分的に示す概略構成図Schematic configuration diagram partially showing the cross section of the main part of the lean burn engine 吸気行程の希薄燃焼エンジンの状態を示す部分断面図Partial cross-sectional view showing the state of the lean burn engine in the intake stroke 圧縮行程の希薄燃焼エンジンの状態を示す部分断面図Partial cross-sectional view showing the state of the lean burn engine in the compression stroke 第1の副燃焼室からトーチ火炎が噴射される着火時の希薄燃焼エンジンの状態を示す部分断面図Partial cross-sectional view showing the state of the lean-burn engine at the time of ignition when the torch flame is injected from the first auxiliary combustion chamber. 燃焼行程の希薄燃焼エンジンの状態を示す部分断面図Partial cross-sectional view showing the state of the lean burn engine in the combustion stroke 第2の副燃焼室からトーチ火炎が噴射される排気行程の希薄燃焼エンジンの状態を示す部分断面図Partial cross-sectional view showing the state of the lean burn engine in the exhaust stroke where the torch flame is injected from the second auxiliary combustion chamber. 変形例の第2の副燃焼室からトーチ火炎が噴射される着火時の希薄燃焼エンジンの状態を示す部分断面図Partial cross-sectional view showing the state of the lean-burn engine at the time of ignition in which the torch flame is injected from the second auxiliary combustion chamber of the modified example. 変形例の第2の副燃焼室からトーチ火炎が噴射される排気行程の希薄燃焼エンジンの状態を示す部分断面図Partial cross-sectional view showing the state of the lean-burn engine in the exhaust stroke in which the torch flame is injected from the second auxiliary combustion chamber of the modified example.

以下に図面を参照しながら、本発明の一態様の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、および各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of one aspect of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the figures used in the following description, the scales are different for each component in order to make each component recognizable on the drawings. It is not limited to the number of components described, the shape of the components, the ratio of the sizes of the components, and the relative positional relationship of each component.

図1に示す、内燃機関である希薄燃焼(リーンバーン)エンジン(以下、単にエンジンと略記する)1は、火花点火式の筒内噴射エンジンを示し、本実施形態においては、例えば、自然吸気型の4気筒のガソリンエンジンの1気筒部分の断面を例示している。 The lean-burn engine (hereinafter, simply abbreviated as an engine) 1 which is an internal combustion engine shown in FIG. 1 indicates a spark-ignition type in-cylinder injection engine, and in the present embodiment, for example, a naturally-intake type. The cross section of the 1-cylinder portion of the 4-cylinder gasoline engine is illustrated.

エンジン1は、シリンダブロック10に開口する各気筒11にピストン15が摺動自在に嵌挿されている。このピストン15の頂面には、ピストンキャビティ15aが形成されている。ピストン15とシリンダヘッド20との間の空間として主燃焼室12が設けられている。 In the engine 1, a piston 15 is slidably inserted into each cylinder 11 that opens in the cylinder block 10. A piston cavity 15a is formed on the top surface of the piston 15. A main combustion chamber 12 is provided as a space between the piston 15 and the cylinder head 20.

ここで、例えば、各気筒11に対応する領域において、シリンダヘッド20の底面28には、2つの吸気ポート23および2つの排気ポート24が開口されている。さらに、2つの吸気ポート23および2つの排気ポート24には、これらを開閉する吸気弁25および排気弁26がそれぞれ配設されている。なお、図1においては吸気ポート23および排気ポート24がそれぞれ1つのみ図示している。 Here, for example, in the region corresponding to each cylinder 11, two intake ports 23 and two exhaust ports 24 are opened on the bottom surface 28 of the cylinder head 20. Further, the two intake ports 23 and the two exhaust ports 24 are respectively provided with an intake valve 25 and an exhaust valve 26 for opening and closing them. In FIG. 1, only one intake port 23 and one exhaust port 24 are shown.

また、シリンダヘッド20側の主燃焼室12の略中央位置には、メインプレチャンバとして機能する第1の副燃焼室ユニット40が設けられている。さらに、シリンダヘッド20側の主燃焼室12の排気ポート24側には、サブプレチャンバとして機能する第2の副燃焼室ユニット41が設けられている。 Further, a first sub-combustion chamber unit 40 that functions as a main pre-chamber is provided at a substantially central position of the main combustion chamber 12 on the cylinder head 20 side. Further, a second sub-combustion chamber unit 41 that functions as a sub-pre-chamber is provided on the exhaust port 24 side of the main combustion chamber 12 on the cylinder head 20 side.

第1の副燃焼室ユニット40は、有底筒状のキャップ体である第1のチャンバ42、第1の点火プラグ47および噴射用燃料噴射弁として機能する第1のインジェクタ46が保持されている。 The first auxiliary combustion chamber unit 40 holds a first chamber 42, which is a cap body having a bottomed cylinder, a first spark plug 47, and a first injector 46 that functions as a fuel injection valve for injection. ..

第2の副燃焼室ユニット41は、有底筒状のキャップ体である第2のチャンバ44、第2の点火プラグ49および噴射用燃料噴射弁として機能する第2のインジェクタ48が保持されている。 The second auxiliary combustion chamber unit 41 holds a second chamber 44, which is a cap body having a bottomed cylinder, a second spark plug 49, and a second injector 48 that functions as a fuel injection valve for injection. ..

これら第1、第2の点火プラグ47,49の先端部に形成された点火部および第1、第2のインジェクタ46,48の先端部に設けられた燃料噴射口は、それぞれが第1、第2のチャンバ42,44によって形成された狭小空間である第1、第2の副燃焼室42a,44a内に臨まされている。 The ignition portions formed at the tips of the first and second spark plugs 47 and 49 and the fuel injection ports provided at the tips of the first and second injectors 46 and 48 are the first and first, respectively. It faces the first and second auxiliary combustion chambers 42a and 44a, which are narrow spaces formed by the chambers 42 and 44 of 2.

第1のチャンバ42は、有底部に複数の噴口43が周方向に形成されている。これら複数の噴口43は、例えば、略等間隔に8つ形成されており、これら8つの噴口43の各孔軸が第1のチャンバ42の中心軸に対して所定の角度θ(例えばθ=45°)を有している。即ち、8つの噴口43は、第1の副燃焼室42aと連通し、主燃焼室12に向けて俯角を有して開口部が放射状に臨むように各孔軸が設定されている。 The first chamber 42 has a plurality of nozzles 43 formed in the bottom portion in the circumferential direction. Eight of these plurality of nozzles 43 are formed at substantially equal intervals, for example, and each hole axis of these eight nozzles 43 has a predetermined angle θ (for example, θ = 45) with respect to the central axis of the first chamber 42. °). That is, the eight nozzles 43 communicate with the first auxiliary combustion chamber 42a, and each hole axis is set so that the openings face radially with a depression angle toward the main combustion chamber 12.

第2のチャンバ44は、1つまたは2つの噴口45が排気弁26および排気ポート24側に向けて形成されている。噴口45は、1つの場合、例えば、2つの排気弁26の略中間に向けて形成されていることが好ましく、2つの場合、例えば、個々が各排気弁26に向けて形成されていることが好ましい。 In the second chamber 44, one or two nozzles 45 are formed toward the exhaust valve 26 and the exhaust port 24 side. The nozzle 45 is preferably formed in one case, for example, substantially in the middle of the two exhaust valves 26, and in two cases, for example, individually formed toward each exhaust valve 26. preferable.

1つまたは2つの噴口45も、その孔軸が第2のチャンバ44の中心軸に対して所定の角度θ(例えばθ=90°)を有している。即ち、噴口45は、第2の副燃焼室44aと連通し、主燃焼室12の排気弁26側に向けて臨むように孔軸が設定されている。 The one or two nozzles 45 also have a hole axis having a predetermined angle θ (eg θ = 90 °) with respect to the central axis of the second chamber 44. That is, the hole shaft is set so that the injection port 45 communicates with the second auxiliary combustion chamber 44a and faces the exhaust valve 26 side of the main combustion chamber 12.

さらに、シリンダヘッド20には、筒内噴射用燃料噴射弁として機能する第3のインジェクタ17が保持され、この第3のインジェクタ17の燃料噴射口がピストン15の頂面に対して所定の俯角を有した状態で気筒11内に臨まされている。 Further, the cylinder head 20 holds a third injector 17 that functions as an in-cylinder injection fuel injection valve, and the fuel injection port of the third injector 17 has a predetermined depression angle with respect to the top surface of the piston 15. It faces the inside of the cylinder 11 while holding it.

なお、シリンダヘッド20には、吸気弁25および排気弁26の燃焼サイクル毎の開弁状態を可変に切換可能な図示しない可変動弁機構が設けられている。可変動弁機構は、吸気弁25および排気弁26を、任意のタイミングおよびリフト量で駆動することが可能となっており、エンジン制御ユニット(ECU)30によって駆動制御される。 The cylinder head 20 is provided with a variable valve mechanism (not shown) capable of variably switching the valve opening state of the intake valve 25 and the exhaust valve 26 for each combustion cycle. The variable valve mechanism can drive the intake valve 25 and the exhaust valve 26 at an arbitrary timing and lift amount, and is driven and controlled by the engine control unit (ECU) 30.

また、ECU30は、CPU、ROM、RAM、入出力インターフェースなどを有する周知のマイクロコンピュータを中心として構成され、入力側に、図示しない吸入空気量センサ、クランク軸の回転からエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサなどを含む各種センサ/スイッチ類が接続されている。
さらに、ECU30は、例えば、水冷エンジンのクーラント液の温度を検出する水温センサ31、排気ガス中の酸素量を検出するO2センサ32および触媒コンバータ50の触媒51の温度または触媒出口直後の排ガスの温度を検出する触媒温度センサ33が接続されている。
Further, the ECU 30 is mainly composed of a well-known microcomputer having a CPU, ROM, RAM, an input / output interface, etc., and has an intake air amount sensor (not shown) on the input side and an engine that detects the engine rotation speed from the rotation of the crank shaft. Various sensors / switches including a rotation speed sensor are connected.
Further, the ECU 30 is, for example, the temperature of the water temperature sensor 31 that detects the temperature of the coolant of the water-cooled engine, the O2 sensor 32 that detects the amount of oxygen in the exhaust gas, and the temperature of the catalyst 51 of the catalyst converter 50 or the temperature of the exhaust gas immediately after the catalyst outlet. The catalyst temperature sensor 33 for detecting the above is connected.

なお、O2センサ32は、排気ポート24に連通するエキゾーストマニホールド27に接続される排気管29に設けられている。また、触媒温度センサ33は、触媒コンバータ50の触媒51を収容する外装体のプロテクタとして機能するケース体52の後方側に設けられている。 The O2 sensor 32 is provided in the exhaust pipe 29 connected to the exhaust manifold 27 communicating with the exhaust port 24. Further, the catalyst temperature sensor 33 is provided on the rear side of the case body 52 that functions as a protector of the exterior body that houses the catalyst 51 of the catalyst converter 50.

以上のように構成されたエンジン1は、図2に示すように、ピストン15が上死点の位置から下降することで気筒11内が陰圧となって、このピストン15の運動に連動して吸気弁25が開き、吸気ポート23から主燃焼室12内に空気(AIR)が吸入される吸気行程が行われる。そして、エンジン1は、図3に示すように、ピストン15が下死点の位置から上昇する圧縮行程が行われる。 In the engine 1 configured as described above, as shown in FIG. 2, when the piston 15 descends from the position of the top dead center, the inside of the cylinder 11 becomes negative pressure, and the engine 1 is interlocked with the movement of the piston 15. The intake valve 25 is opened, and an intake stroke in which air (AIR) is sucked into the main combustion chamber 12 from the intake port 23 is performed. Then, as shown in FIG. 3, the engine 1 is subjected to a compression stroke in which the piston 15 rises from the position of the bottom dead center.

この圧縮行程時において、エンジン1は、要求負荷に応じたタイミングにより、ECU30の制御によって、第3のインジェクタ17の燃料噴射口から燃料(ガソリン)が主燃焼室12内に噴霧される。さらに、エンジン1は、所定のタイミングにより、ECU30の制御によって、第1のインジェクタ46の燃料噴射口から燃料(ガソリン)が第1の副燃焼室42a内に噴霧される。 During this compression stroke, the engine 1 sprays fuel (gasoline) into the main combustion chamber 12 from the fuel injection port of the third injector 17 under the control of the ECU 30 at a timing according to the required load. Further, in the engine 1, fuel (gasoline) is sprayed into the first auxiliary combustion chamber 42a from the fuel injection port of the first injector 46 under the control of the ECU 30 at a predetermined timing.

そして、エンジン1は、図4に示すように、上死点付近にピストン15が運動した際に、ECU30の制御によって、第1の点火プラグ47の点火部に火花を発生させて、狭小空間の第1の副燃焼室42a内の混合気を着火する。 Then, as shown in FIG. 4, when the piston 15 moves near the top dead center, the engine 1 generates sparks in the ignition portion of the first spark plug 47 under the control of the ECU 30 to create a narrow space. Ignite the air-fuel mixture in the first auxiliary combustion chamber 42a.

これにより、第1の副燃焼室42a内の混合気が急速に燃焼して、複数、ここでは8つの噴口43から着火源である8つのトーチ火炎Fが主燃焼室12内に放射状に噴射され、主燃焼室12が急速に燃焼される燃焼行程が行われる。 As a result, the air-fuel mixture in the first auxiliary combustion chamber 42a rapidly burns, and eight torch flames F, which are ignition sources, are radially injected into the main combustion chamber 12 from a plurality of, here, eight nozzles 43. Then, a combustion process is performed in which the main combustion chamber 12 is rapidly burned.

この燃焼行程により、エンジン1は、図5に示すように、燃焼された主燃焼室12内の気体の膨張作用によりピストン15が下死点まで押し下げられて動力が伝えられ、さらに慣性力により下死点から上死点に運動する。 Due to this combustion stroke, as shown in FIG. 5, in the engine 1, the piston 15 is pushed down to the bottom dead center by the expansion action of the gas in the burned main combustion chamber 12, the power is transmitted, and the engine 1 is further lowered by the inertial force. Exercise from dead center to top dead center.

このとき、エンジン1は、図6に示すように、ピストン15の運動に連動して排気弁26が開き、燃焼ガス(排ガス/EX GAS)を気筒11外の排気ポート24内に押し流す排気行程が行われる。 At this time, as shown in FIG. 6, the engine 1 has an exhaust stroke in which the exhaust valve 26 opens in conjunction with the movement of the piston 15 and the combustion gas (exhaust gas / EX GAS) is pushed into the exhaust port 24 outside the cylinder 11. Will be done.

また、エンジン1は、燃焼行程から排気行程に移る際に、ECU30の制御によって、第2のインジェクタ48の燃料噴射口から燃料(ガソリン)が第2の副燃焼室44a内に噴霧される。そして、エンジン1は、排気弁26が開弁される所定のタイミング(例えば、排気弁26が開弁された瞬間)に、ECU30の制御によって、第2の点火プラグ49の点火部に火花を発生させて、狭小空間の第2の副燃焼室44a内の混合気を着火する。 Further, when the engine 1 shifts from the combustion stroke to the exhaust stroke, fuel (gasoline) is sprayed into the second auxiliary combustion chamber 44a from the fuel injection port of the second injector 48 under the control of the ECU 30. Then, the engine 1 generates a spark at the ignition portion of the second spark plug 49 under the control of the ECU 30 at a predetermined timing when the exhaust valve 26 is opened (for example, the moment when the exhaust valve 26 is opened). Then, the air-fuel mixture in the second auxiliary combustion chamber 44a in the narrow space is ignited.

これにより、第2の副燃焼室44a内の混合気が燃焼して、排気弁26が開弁した排気ポート24に向けて噴口45からトーチ火炎Fが主燃焼室12内に噴射される。このとき、排気ポート24内に押し流されている燃焼ガスの気流によって、トーチ火炎Fが排気ポート24内に入り込む。 As a result, the air-fuel mixture in the second auxiliary combustion chamber 44a is burned, and the torch flame F is injected into the main combustion chamber 12 from the injection port 45 toward the exhaust port 24 in which the exhaust valve 26 is opened. At this time, the torch flame F enters the exhaust port 24 due to the air flow of the combustion gas being swept into the exhaust port 24.

排気ポート24に押し流された燃焼ガスは、トーチ火炎Fにより、さらに熱せられて高温となり、排気ポート24に連通するエキゾーストマニホールド27および排気管29を伝って触媒コンバータ50に送気される。この高温な燃焼ガスは、触媒コンバータ50の触媒51を加熱して昇温させる。これにより、触媒51は、高温な燃焼ガスにより加熱されて、燃焼ガスを浄化する活性化温度に達するまでの時間が短縮される。 The combustion gas swept into the exhaust port 24 is further heated by the torch flame F to a high temperature, and is sent to the catalyst converter 50 through the exhaust manifold 27 and the exhaust pipe 29 communicating with the exhaust port 24. This high-temperature combustion gas heats the catalyst 51 of the catalyst converter 50 to raise the temperature. As a result, the catalyst 51 is heated by the high-temperature combustion gas, and the time required to reach the activation temperature for purifying the combustion gas is shortened.

以上の記載により、本実施の形態のエンジン1は、燃焼室内に、ここでは2つの第1、第2の副燃焼室ユニット40,41を有した構成となっている。そして、2つのうち第1の副燃焼室ユニット40は、ジェット火炎であるトーチ火炎Fを主燃焼室12内に噴射して混合気を燃焼させる方式のメイン着火源となっており、第2の副燃焼室ユニット41が排気弁26の開くタイミングに合わせてトーチ火炎Fを直接、排気ポート24内の方向に噴射する方式とした触媒コンバータ50の触媒51の温度上昇を促進するサブの着火源となっている。 Based on the above description, the engine 1 of the present embodiment has a configuration in which two first and second sub-combustion chamber units 40 and 41 are provided in the combustion chamber. The first sub-combustion chamber unit 40 of the two is the main ignition source of the method of injecting the torch flame F, which is a jet flame, into the main combustion chamber 12 to burn the air-fuel mixture. Ignition of the sub that promotes the temperature rise of the catalyst 51 of the catalyst converter 50 in which the sub-combustion chamber unit 41 injects the torch flame F directly toward the inside of the exhaust port 24 at the timing when the exhaust valve 26 opens. It is the source.

このように、エンジン1は、メインの第1の副燃焼室ユニット40とサブの第2の副燃焼室ユニット41の着火タイミングが異なり、触媒51の低温時に第2の副燃焼室ユニット41が駆動されて排気弁26が開くタイミングに応じてトーチ火炎Fを噴射させる制御が行われる。そして、エンジン1は、サブの第2の副室燃焼ユニット41から噴射されたトーチ火炎Fを直接排気系に噴射することができるため、触媒51の暖機を促進することができる。 As described above, in the engine 1, the ignition timings of the main first sub-combustion chamber unit 40 and the sub second sub-combustion chamber unit 41 are different, and the second sub-combustion chamber unit 41 is driven when the temperature of the catalyst 51 is low. Then, control is performed to inject the torch flame F according to the timing at which the exhaust valve 26 is opened. Then, since the engine 1 can directly inject the torch flame F injected from the second sub chamber combustion unit 41 into the exhaust system, the warm-up of the catalyst 51 can be promoted.

なお、ECU30は、第2の副燃焼室ユニット41を駆動および停止する制御を冷間始動時または寒冷地などにより温度低下した触媒51が活性化する温度への昇温を促進させる種々の条件下の際に実施する。なお、ECU30は、第2の副燃焼室ユニット41の駆動および停止の制御を水温センサ31、O2センサ32、触媒温度センサ33などの検出値に基づき実行する。 The ECU 30 controls the drive and stop of the second auxiliary combustion chamber unit 41 under various conditions for promoting the temperature rise to the temperature at which the catalyst 51 whose temperature has dropped due to a cold start or a cold region is activated. It will be carried out at the time of. The ECU 30 executes control of driving and stopping of the second auxiliary combustion chamber unit 41 based on the detection values of the water temperature sensor 31, the O2 sensor 32, the catalyst temperature sensor 33, and the like.

さらに、エンジン1は、メインとなる第1の副室燃焼ユニット40およびサブとなる第2の副燃焼室ユニット41が独立して制御されるため、暖機運転(ファスト・アイドル)時に第1の副室燃焼ユニット40によるトーチ火炎Fの噴射を燃焼安定性確保に使用し、第2の副燃焼室ユニット41によるトーチ火炎Fの噴射を触媒51の暖機に使用することで、触媒51の温度を下げることなく、混合気の失火によるトルク変動によって発生する振動を抑えることも可能となる。 Further, in the engine 1, since the main first sub-combustion chamber unit 40 and the sub second sub-combustion chamber unit 41 are independently controlled, the engine 1 is first during warm-up operation (fast idle). By using the injection of the torch flame F by the sub-chamber combustion unit 40 to ensure combustion stability and using the injection of the torch flame F by the second sub-chamber combustion unit 41 to warm up the catalyst 51, the temperature of the catalyst 51 is reached. It is also possible to suppress the vibration generated by the torque fluctuation due to the misfire of the air-fuel mixture without lowering.

なお、上記実施の形態では、第1の副燃焼室ユニット40が第1のインジェクタ46により第1の副燃焼室42aに直接、燃料(ガソリン)を噴霧して第1の点火プラグ47の点火によりトーチ火炎Fを主燃焼室12内に噴射する方式の所謂アクティブモードを例示したが、これに限定されることなく、第1のインジェクタ46を設けず、圧縮行程時に主燃焼室12から各噴射口43から第1の副燃焼室42a内に入り込んだ混合気を第1の点火プラグ47の点火によりトーチ火炎Fを主燃焼室12内に噴射する方式の所謂パッシブモードとしてもよい。 In the above embodiment, the first sub-combustion chamber unit 40 sprays fuel (gasoline) directly onto the first sub-combustion chamber 42a by the first injector 46 and ignites the first ignition plug 47. The so-called active mode of the method of injecting the torch flame F into the main combustion chamber 12 has been exemplified, but the present invention is not limited to this, and the first injector 46 is not provided, and each injection port from the main combustion chamber 12 during the compression stroke. A so-called passive mode may be used in which the air-fuel mixture that has entered the first auxiliary combustion chamber 42a from 43 is injected into the main combustion chamber 12 by the ignition of the first ignition plug 47.

(変形例)
本変形例のエンジン1は、図7および図8に示すように、第1の副燃焼室ユニット40の機能を有する第2の副燃焼室ユニット41のみを備えた構成となっている。即ち、ここでの第2の副燃焼室ユニット41は、メインプレチャンバおよびサブプレチャンバの機能を有した構成となっている。
(Modification example)
As shown in FIGS. 7 and 8, the engine 1 of this modification is configured to include only the second sub-combustion chamber unit 41 having the function of the first sub-combustion chamber unit 40. That is, the second sub-combustion chamber unit 41 here has a configuration having the functions of a main pre-chamber and a sub-pre-chamber.

ここでのエンジン1は、図7に示すように、燃焼行程時において、第2の点火プラグ49の点火部に火花が発生されて、第2の副燃焼室44a内の混合気を着火する制御がECU30によって行われる。これにより、噴口45から着火源であるトーチ火炎Fが主燃焼室12内に噴射され、主燃焼室12が急速に燃焼されて燃焼行程が実施される。 As shown in FIG. 7, the engine 1 here is controlled to ignite the air-fuel mixture in the second auxiliary combustion chamber 44a by generating sparks in the ignition portion of the second spark plug 49 during the combustion stroke. Is performed by the ECU 30. As a result, the torch flame F, which is an ignition source, is injected into the main combustion chamber 12 from the injection port 45, and the main combustion chamber 12 is rapidly burned to carry out the combustion stroke.

また、エンジン1は、排気弁26が開弁される所定のタイミング(例えば、排気弁26が開弁された瞬間)に、第2の点火プラグ49の点火部に火花を発生させて、第2の副燃焼室44a内の混合気を着火する制御がECU30によって実行される。 Further, the engine 1 generates a spark in the ignition portion of the second spark plug 49 at a predetermined timing when the exhaust valve 26 is opened (for example, the moment when the exhaust valve 26 is opened), and the second engine 1 generates a spark. Control to ignite the air-fuel mixture in the sub-combustion chamber 44a is executed by the ECU 30.

これにより、第2の副燃焼室44a内の混合気が燃焼して、図8に示すように、排気弁26が開弁した排気ポート24に向けて噴口45からトーチ火炎Fが主燃焼室12内に噴射される。そのため、トーチ火炎Fは、燃焼ガスと共に排気ポート24内に送り込まれる。 As a result, the air-fuel mixture in the second auxiliary combustion chamber 44a is burned, and as shown in FIG. 8, the torch flame F is the main combustion chamber 12 from the injection port 45 toward the exhaust port 24 in which the exhaust valve 26 is opened. It is sprayed inside. Therefore, the torch flame F is sent into the exhaust port 24 together with the combustion gas.

このような構成としても、エンジン1は、トーチ火炎Fにより、さらに高温化された燃焼ガスが触媒51を加熱して、触媒51が燃焼ガスを浄化する活性化温度に達するまでの時間を短縮でき、上記実施の形態に記載の作用効果を有する構成となる。 Even with such a configuration, in the engine 1, the time until the combustion gas heated to a higher temperature heats the catalyst 51 by the torch flame F and the catalyst 51 reaches the activation temperature for purifying the combustion gas can be shortened. , The configuration has the effects described in the above embodiment.

さらに、エンジン1は、第2の副燃焼室ユニット41のみとなるため、構造が簡素化され、コストを抑えた構成とすることができる。また、エンジン1は、シリンダヘッド20の底面28における吸気ポート23、排気ポート24、吸気弁25および排気弁26の径を大きくすることができ、気筒11への吸排気効率を高めることができる。 Further, since the engine 1 has only the second auxiliary combustion chamber unit 41, the structure can be simplified and the cost can be suppressed. Further, the engine 1 can increase the diameters of the intake port 23, the exhaust port 24, the intake valve 25 and the exhaust valve 26 on the bottom surface 28 of the cylinder head 20, and can improve the intake / exhaust efficiency to the cylinder 11.

なお、上記実施の形態および変形例では、エンジン1が筒内噴射エンジンの構成を例示したが、これに限定されることなく、吸気管内に燃料を噴射して混合気を生成するポート噴射エンジンに適用できる技術である。 In the above-described embodiment and modification, the engine 1 illustrates the configuration of the in-cylinder injection engine, but the present invention is not limited to this, and the engine 1 is a port injection engine that injects fuel into the intake pipe to generate an air-fuel mixture. It is a technology that can be applied.

ところで、ECU30は、中央処理装置(CPU)、ROM、RAMなどの記憶装置などを含むプロセッサを有している。また、プロセッサの複数の回路の全て若しくは一部の構成は、ソフトウェアで実行してもよい。例えば、ROMに格納された各機能に対応する各種プログラムをCPUが読み出して実行するようにしてもよい。 By the way, the ECU 30 has a processor including a central processing unit (CPU), a storage device such as a ROM and a RAM, and the like. Further, the configuration of all or a part of the plurality of circuits of the processor may be executed by software. For example, the CPU may read and execute various programs corresponding to each function stored in the ROM.

さらに、プロセッサの全部若しくは一部の機能は、論理回路あるいはアナログ回路で構成してもよく、また各種プログラムの処理を、FPGAなどの電子回路により実現するようにしてもよい。 Further, all or a part of the functions of the processor may be configured by a logic circuit or an analog circuit, or the processing of various programs may be realized by an electronic circuit such as FPGA.

以上の実施の形態に記載した発明は、それらの形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得るものである。
例えば、各形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、述べられている課題が解決でき、述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得るものである。
The inventions described in the above embodiments are not limited to those embodiments, and various modifications can be carried out at the implementation stage without departing from the gist thereof. Further, each of the above forms includes inventions at various stages, and various inventions can be extracted by an appropriate combination of the plurality of disclosed constituent requirements.
For example, even if some constituents are deleted from all the constituents shown in each form, if the described problem can be solved and the stated effect is obtained, this constituent is deleted. The configuration can be extracted as an invention.

1…エンジン
10…シリンダブロック
11…気筒
12…主燃焼室
15…ピストン
15a…ピストンキャビティ
17…第3のインジェクタ
20…シリンダヘッド
23…吸気ポート
24…排気ポート
25…吸気弁
26…排気弁
27…エキゾーストマニホールド
28…底面
29…排気管
30…エンジン制御ユニット(ECU)
31…水温センサ
32…O2センサ
33…触媒温度センサ
40…第1の副燃焼室ユニット
42…第1のチャンバ
42a…第1の副燃焼室
43,45…噴口
44…第2のチャンバ
44a…第2の副燃焼室
46…第1のインジェクタ
47…第1の点火プラグ
48…第2のインジェクタ
49…第2の点火プラグ
50…触媒コンバータ
51…触媒
52…ケース体
F…トーチ火炎
1 ... Engine 10 ... Cylinder block 11 ... Cylinder 12 ... Main combustion chamber 15 ... Piston 15a ... Piston cavity 17 ... Third injector 20 ... Cylinder head 23 ... Intake port 24 ... Exhaust port 25 ... Intake valve 26 ... Exhaust valve 27 ... Exhaust manifold 28 ... Bottom surface 29 ... Exhaust pipe 30 ... Engine control unit (ECU)
31 ... Water temperature sensor 32 ... O2 sensor 33 ... Catalyst temperature sensor 40 ... First sub-combustion chamber unit 42 ... First chamber 42a ... First sub-combustion chamber 43, 45 ... Injection 44 ... Second chamber 44a ... Second 2 sub-combustion chamber 46 ... 1st injector 47 ... 1st spark plug 48 ... 2nd spark plug 49 ... 2nd ignition plug 50 ... Catalytic converter 51 ... Catalyst 52 ... Case body F ... Torch flame

Claims (4)

シリンダヘッドとシリンダブロックを備えた内燃機関であって、
前記シリンダブロックに形成された気筒と、
前記気筒内に摺動自在に挿嵌されたピストンと、
前記気筒内に形成され、前記ピストンと前記シリンダヘッドの間の主燃焼室と、
前記主燃焼室に連通するように前記シリンダヘッドに形成され、排気弁および吸気弁が開閉自在に設けられた複数のポートと、
底部が前記ピストン側を臨むように前記シリンダヘッドに設けられ、少なくとも1つの副燃焼室を有するチャンバと、
前記シリンダヘッドに設けられ、燃料を噴霧するインジェクタと、
前記シリンダヘッドに設けられ、前記副燃焼室内の前記燃料を着火する点火プラグと、
前記副燃焼室と連通するように前記チャンバに形成され、トーチ火炎を噴射する噴口と、
前記インジェクタおよび前記点火プラグを駆動制御するエンジン制御ユニットと、
を具備し、
前記エンジン制御ユニットは、排気行程時において、前記インジェクタから前記燃料が噴霧された前記副燃焼室内の混合気を前記点火プラグにより着火させて前記噴口から前記トーチ火炎を噴射させて、燃焼ガスと共に前記トーチ火炎を前記排気弁が開弁した前記ポートに送り込む制御を実行することを特徴とする内燃機関。
An internal combustion engine equipped with a cylinder head and a cylinder block.
The cylinder formed in the cylinder block and
A piston that is slidably inserted into the cylinder,
A main combustion chamber formed in the cylinder and between the piston and the cylinder head,
A plurality of ports formed in the cylinder head so as to communicate with the main combustion chamber and provided with an exhaust valve and an intake valve that can be opened and closed, and
A chamber provided on the cylinder head with a bottom facing the piston side and having at least one auxiliary combustion chamber.
An injector provided on the cylinder head and spraying fuel,
An ignition plug provided on the cylinder head and igniting the fuel in the sub-combustion chamber,
A nozzle formed in the chamber so as to communicate with the sub-combustion chamber and injects a torch flame,
An engine control unit that drives and controls the injector and the spark plug,
Equipped with
At the time of the exhaust stroke, the engine control unit ignites the air-fuel mixture in the sub-combustion chamber to which the fuel is sprayed from the injector by the spark plug, injects the torch flame from the nozzle, and causes the combustion gas together with the combustion gas. An internal combustion engine characterized by executing control of sending a torch flame to the port opened by the exhaust valve.
前記噴口は、前記排気弁側に臨むように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 1, wherein the injection port is formed so as to face the exhaust valve side. 前記副燃焼室内の前記燃料を着火する前記点火プラグが個々に設けられた2つの前記チャンバを備え、
前記エンジン制御ユニットは、燃焼行程時において、一方の前記チャンバの前記副燃焼室内の混合気を一方の前記点火プラグにより着火させて、前記主燃焼室内に前記トーチ火炎を噴射し、排気行程時において、他方の前記チャンバの前記副燃焼室内の混合気を他方の前記点火プラグにより着火させて、前記トーチ火炎を噴射させる制御を実行することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
It comprises two chambers individually provided with the spark plugs for igniting the fuel in the sub-combustion chamber.
The engine control unit ignites the air-fuel mixture in the sub-combustion chamber of one of the chambers by one of the spark plugs during the combustion stroke, injects the torch flame into the main combustion chamber, and in the exhaust stroke. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the air-fuel mixture in the sub-combustion chamber of the other chamber is ignited by the other spark plug to inject the torch flame.
他方の前記チャンバの前記噴口は、前記排気弁側に臨むように形成されていることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 3, wherein the injection port of the other chamber is formed so as to face the exhaust valve side.
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