JP6477849B1 - 予混合圧縮着火式エンジン - Google Patents
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Abstract
Description
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る予混合圧縮着火式エンジンを詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る予混合圧縮着火エンジンが適用されるエンジンシステムの概略構成図である。本実施形態のエンジンシステムは、4ストロークのエンジン本体1と、エンジン本体1に燃焼用の空気を導入するための吸気通路20と、エンジン本体1で生成された排気を排出するための排気通路30と、排気通路30を通過する排気の一部をEGRガスとして吸気通路20に還流するEGR装置40と、排気通路30を通過する排気から水を回収してエンジン本体1に水を供給する水供給装置WAとを備える。
図3は、ピストン5の冠面50の上面視の平面図である。本実施形態の燃焼室6においては、図3中に点線で示すように、燃焼室天井面6Uに吸気ポート9及び排気ポート10が各々2個ずつ開口されている。詳しくは、ペントルーフ型の燃焼室天井面6Uの稜線(冠面50の稜線部54に対向する部分)を境にして、図3の右方側に2つの吸気ポート9A、9Bが前記稜線方向に間隔をおいて配置され、左方側に2つの排気ポート10A、10Bが前記稜線方向に間隔をおいて配置されている。ここで、燃焼室6において吸気ポート9A、9Bが配置される側を吸気側、排気ポート10A、10Bが配置される側を排気側とする。
図5は、前記エンジンシステムの制御構成を示すブロック図である。本実施形態のエンジンシステムは、PCM(パワートレイン・コントロール・モジュール)100によって統括的に制御される。PCM100は、CPU、ROM、RAM等から構成されるマイクロプロセッサである。
続いて、PCM100による運転制御の具体例を示す。本実施形態のエンジンでは、燃料としてガソリンを用いた場合に一般的に採用される火花点火燃焼(混合気を火花点火により強制着火させる燃焼)ではなく、燃料と空気との混合気をピストン5による圧縮に伴い自着火させる予混合圧縮着火燃焼が実行される。
以上の通り、本実施形態では、噴射領域6Cへの水噴射によって第2領域6Bを意図的に高温化し、着火点を創出している。その意義について、比較例を交えて説明する。先ず、図9を参照して、燃焼室6で発生する筒内流動について説明する。図9(A)は、吸気行程における筒内流動を示す、エンジン本体1の気筒軸方向Aの断面図である。吸気バルブ11が開弁を開始すると共にピストン5が下降すると、吸気ポート9から燃焼室6内に勢いよく吸気が流れ込む。具体的には、吸気ポート9から燃焼室6の排気側寄りの部分に向かって吸気が流れ込む。これにより、気筒軸方向Aと直交する方向を回転軸とするタンブル流Tuが燃焼室6内に発生する。タンブル流Tuは、キャビティ5Cに沿って流れ、燃焼室天井面6Uへ向かう。
以上説明した本実施形態に係る予混合圧縮着火式エンジンによれば、圧縮行程後半に、水噴射装置17による水噴射によって、燃焼室6の噴射領域6Cが冷却される。これにより、噴射領域6C、及び、気筒2の内周壁(ライナー)にて冷却されることで本来的に温度が低い第1領域6Aに対して、水噴射が行われない第2領域6Bは、相対的に温度が高い領域となる。従って、この第2領域6Bに存在する混合気に最初に着火が生じ、当該第2領域6Bが、予混合圧縮着火燃焼における着火源となる。そして、第2領域6Bは、燃焼室6の径方向Bの内側へ向かう筒内流動の強度が相対的に強い領域である。従って、前記着火により生じる火炎を、前記筒内流動の流れに乗せて燃焼室6全体に広げ、エンドガスゾーンR12が増加しないようにすることができる。これにより、燃焼室6内における火炎伝播的燃焼の偏在を抑止でき、燃焼騒音の低減及び異常燃焼の抑制を図ることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を採ることができる。
2 気筒
5 ピストン
5C キャビティ
50 冠面(燃焼室壁面)
51A 吸気側スキッシュ生成面
51B 排気側スキッシュ生成面
6 燃焼室
6U 燃焼室天井面(燃焼室壁面)
6A 第1領域
6B 第2領域
6C 噴射領域
9 吸気ポート
10 排気ポート
13A 着火部(強制着火源)
14 インジェクタ(燃料噴射弁)
17 水噴射装置
101 燃料噴射制御部
102 水噴射制御部
103 タンブル強度推定部(強度推定手段)
Tu タンブル流(筒内流動)
SqA、SqB スキッシュ流(筒内流動)
M 合流領域
Claims (5)
- 少なくともガソリンを含む燃料を用いる予混合圧縮着火式エンジンであって、
気筒及びピストンで区画され、前記燃料を燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室の径方向の中心領域に向けて前記燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃焼室内に水を噴射する水噴射装置と、を備え、
前記燃焼室内には、少なくとも圧縮行程後半から圧縮上死点に至る時点で筒内流動が生じているものであって、
前記水噴射装置は、前記燃焼室内における前記中心領域よりも径方向外側の第1領域と、前記燃焼室の径方向内側へ向かう前記筒内流動の強度が相対的に強くなる第2領域と、を除いた噴射領域に水を噴射することを特徴とする予混合圧縮着火式エンジン。 - 請求項1に記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
前記燃焼室は、吸気ポート及び排気ポートを備え、前記筒内流動として、前記吸気ポートからの吸気によってタンブル流が発生するものであって、
前記燃焼室を区画する燃焼室壁面の一部は、前記ピストンの冠面と、該冠面と対向する燃焼室天井面とによって形成され、前記吸気ポート及び前記排気ポートは、前記燃焼室天井面に開口されており、
前記冠面は、径方向の中央領域に凹設されたキャビティと、少なくとも前記吸気ポートが配置される吸気側における前記キャビティの径方向外側に配置され前記燃焼室天井面と平行な平面からなるスキッシュ生成面とを含み、前記筒内流動として、前記スキッシュ生成面に沿って流れるスキッシュ流が発生するものであって、
前記第2領域は、前記キャビティに沿って流れる前記タンブル流と、前記スキッシュ流とが合流する合流領域である、予混合圧縮着火式エンジン。 - 請求項2に記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
前記水噴射装置の動作を制御する水噴射制御部と、
前記タンブル流の強度を推定する強度推定手段と、をさらに備え、
前記水噴射制御部は、前記強度推定手段が推定した前記タンブル流の強度が、所定の強度以下である場合に、前記水噴射装置による前記噴射領域への水の噴射を停止させる、予混合圧縮着火式エンジン。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
前記燃焼室内に着火部が配置される強制着火源をさらに備え、
前記着火部は、前記第2領域に相当する位置に配置されている、予混合圧縮着火式エンジン。 - 請求項2〜4のいずれか1項に記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
前記燃料噴射弁は、エンジン負荷が所定値以上の高負荷となる運転領域において、前記キャビティ内及び前記キャビティの外側領域に混合気が形成されるよう前記燃料を噴射するものであって、
前記水噴射装置は、前記高負荷の運転領域において、前記噴射領域へ水を噴射する、予混合圧縮着火式エンジン。
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