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JP2017072031A - Internal combustion engine - Google Patents

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JP2017072031A
JP2017072031A JP2015197900A JP2015197900A JP2017072031A JP 2017072031 A JP2017072031 A JP 2017072031A JP 2015197900 A JP2015197900 A JP 2015197900A JP 2015197900 A JP2015197900 A JP 2015197900A JP 2017072031 A JP2017072031 A JP 2017072031A
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Japan
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combustion chamber
internal combustion
combustion engine
cavity
ignition
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Application number
JP2015197900A
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Japanese (ja)
Inventor
龍 賀谷
Ryu Kaya
龍 賀谷
慎一 小林
Shinichi Kobayashi
慎一 小林
秀亮 中野
Hideaki Nakano
秀亮 中野
善行 木戸口
Yoshiyuki Kidoguchi
善行 木戸口
譲 名田
Yuzuru Nada
譲 名田
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Honda Motor Co Ltd
University of Tokushima NUC
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
University of Tokushima NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a combustion chamber structure suitable for gas combustion in an internal combustion engine with gas fuel directly injected into a combustion chamber.SOLUTION: An internal combustion engine 1 comprises: an internal combustion engine body 2 which has a cylinder 4 with a combustion chamber ceiling section 5 provided at one end thereof; an intake port 11 and an exhaust port 12 which are opened on the combustion chamber ceiling section; a piston 7 provided with a crest surface 7A which is slidably stored in the cylinder and defines a combustion chamber 8 together with the combustion chamber ceiling section, a cavity 30 which is formed in a shape of a concave circle around a cylinder axial line A on the crest surface and has an edge wall section 30B almost vertically connected to the crest surface around an outer edge thereof, and a convex section 31 which is protruded from a bottom section 30A of the cavity with an almost conical shape around the cylinder axial line; an ignition plug 19 with an ignition section 19A protruded from the combustion chamber ceiling section; and an injector 17 which is provided at the center of the combustion chamber ceiling section and injects gas fuel toward the convex section along the cylinder axial line.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、気体燃料を燃焼室に直接噴射する内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine that directly injects gaseous fuel into a combustion chamber.

天然ガスや水素等を含む気体燃料は、ガソリンよりも単位発熱量当たりのCO排出量及びNO排出量が低く、環境負荷が低い燃料として知られている。また、天然ガス等は、ガソリンに比べてオクタン価が高く、内燃機関の圧縮比を高く設定して高効率化を図ることが可能である。一方で、天然ガス等は、ガソリンに比べて点火に要するエネルギーが大きく、層流燃焼速度が低いという特徴を有する。そのため、天然ガス等の気体燃料を内燃機関に使用する場合、いかに燃焼を安定させるかが重要となる。 Gaseous fuels, including natural gas and hydrogen or the like has a low CO 2 emissions and NO x emissions per unit calorific value than gasoline, environmental impact is known as a low fuel. Natural gas or the like has a higher octane number than gasoline, and it is possible to increase the efficiency by setting the compression ratio of the internal combustion engine high. On the other hand, natural gas or the like has the characteristics that the energy required for ignition is larger than that of gasoline and the laminar combustion speed is low. Therefore, when using gaseous fuel such as natural gas in an internal combustion engine, how to stabilize the combustion becomes important.

ガソリン直噴エンジンでは、希薄燃焼を安定的に行うために、成層燃焼が用いられている。この成層燃焼は、ピストン冠面の形状変更や、インジェクタ及び点火プラグのレイアウト変更等、様々な手法で改善が試みられている(例えば、特許文献1及び2)。   In a gasoline direct injection engine, stratified combustion is used in order to stably perform lean combustion. This stratified combustion has been attempted to be improved by various methods such as changing the shape of the piston crown and changing the layout of the injector and spark plug (for example, Patent Documents 1 and 2).

特許第5549510号公報Japanese Patent No. 5549510 特許第4155044号公報Japanese Patent No. 4155044

ガソリン噴射の場合は噴射後にガソリンを気化させるための時間を確保する必要があるが、気体燃料噴射の場合はその時間が不要であるため、ガソリン噴射の場合と気体燃料噴射の場合とでは噴射時期が異なることになる。そのため、ガソリン直噴エンジンにおいて、噴射する燃料をガソリンから気体燃料に単に変更するだけでは、効率の良い燃焼を行うことはできない。例えば、特許文献1に係る内燃機関では、ピストンの頂面に形成されたキャビティの縁壁が上方に向けて広がるように傾斜しているため、キャビティで跳ね返る混合気を点火プラグの発火部に導き、点火時期に発火部の周囲に可燃層を形成するためには、噴射時期を限定する必要があり、噴射時期が異なる気体燃料に置換することは難しい。また、特許文献1に係る内燃機関では、点火プラグの発火部がインジェクタの噴射孔の近傍に配置され、噴射方向が発火部に向いているため、点火時期と噴射時期が比較的近い気体燃料を使用する場合、燃料の噴流によって初期火炎が吹き消され、着火安定性が確保できないという問題がある。   In the case of gasoline injection, it is necessary to secure time for vaporizing gasoline after injection, but in the case of gaseous fuel injection, the time is not required, so the injection timing is different between gasoline injection and gaseous fuel injection. Will be different. Therefore, in a gasoline direct injection engine, efficient combustion cannot be performed by simply changing the fuel to be injected from gasoline to gaseous fuel. For example, in the internal combustion engine according to Patent Document 1, since the edge wall of the cavity formed on the top surface of the piston is inclined so as to spread upward, the air-fuel mixture that rebounds from the cavity is guided to the ignition part of the ignition plug. In order to form a combustible layer around the ignition part at the ignition timing, it is necessary to limit the injection timing, and it is difficult to replace the gas fuel with a different injection timing. Further, in the internal combustion engine according to Patent Document 1, the ignition part of the ignition plug is disposed in the vicinity of the injection hole of the injector, and the injection direction is directed to the ignition part. When used, the initial flame is blown out by the jet of fuel, and there is a problem that ignition stability cannot be ensured.

本発明は、以上の背景を鑑み、気体燃料を燃焼室に直接噴射する内燃機関において、気体燃料に適した燃焼室構造を提供することを課題とする。   In view of the above background, an object of the present invention is to provide a combustion chamber structure suitable for gaseous fuel in an internal combustion engine that directly injects gaseous fuel into the combustion chamber.

上記課題を解決するために本発明の一態様は、一端に燃焼室天井部(5)を有するシリンダ(4)を備えた内燃機関本体(2)と、前記燃焼室天井部に開口する吸気ポート(11)及び排気ポート(12)と、前記シリンダに摺動可能に受容され、前記燃焼室天井部と協働して燃焼室(8)を画定する冠面(7A)、前記冠面にシリンダ軸線(A)を中心とした円形に凹設され、周縁部に前記冠面と略垂直に接続した縁壁部(30B)を備えたキャビティ(30)、及び前記キャビティの底部(30A)に突設され、シリンダ軸線を中心とした略円錐形の凸部(31)を備えたピストン(7)と、前記燃焼室天井部から突出した発火部(19A)を備えた点火プラグ(19)と、前記燃焼室天井部の中央に設けられ、シリンダ軸線に沿って前記凸部に向けて気体燃料を噴射するインジェクタ(17)とを有することを特徴とする内燃機関を提供する。   In order to solve the above-mentioned problems, an aspect of the present invention includes an internal combustion engine body (2) including a cylinder (4) having a combustion chamber ceiling (5) at one end, and an intake port that opens to the combustion chamber ceiling. (11) and an exhaust port (12), a crown surface (7A) that is slidably received in the cylinder and defines a combustion chamber (8) in cooperation with the combustion chamber ceiling, and a cylinder on the crown surface A cavity (30) provided with an edge wall (30B) that is recessed in a circle centered on the axis (A) and is connected to the peripheral surface substantially perpendicularly to the crown surface, and protrudes into the bottom (30A) of the cavity. A piston (7) provided with a substantially conical convex part (31) centered on the cylinder axis, and an ignition plug (19) provided with an ignition part (19A) protruding from the combustion chamber ceiling part, Located in the center of the combustion chamber ceiling and along the cylinder axis Towards the convex portion to provide an internal combustion engine and having an injector (17) for injecting gaseous fuel.

この態様によれば、インジェクタから噴射された気体燃料は、凸部に導かれてキャビティ内を軸対称の放射状に流れ、その後、キャビティの縁壁部に導かれて燃焼室天井部側へと流れる可燃層を形成する。縁壁部が冠面と略垂直に接続するように配置されているため、気体燃料は縁壁部から燃焼室天井部へシリンダ軸線と平行に流れる。このため、噴射時期が異なり、そのときのピストン位置が変化するような場合にも、気体燃料は常に燃焼室天井部の所定の位置に向けて流れ、発火部の周囲に可燃層を形成することができる。すなわち、発火部の周囲に可燃層を形成しながら、噴射時期を変更することができる。これにより、負荷等に応じて噴射時期を調整することが可能になる。   According to this aspect, the gaseous fuel injected from the injector is guided to the convex portion and flows radially in the cavity in the axial direction, and then guided to the edge wall portion of the cavity and flows toward the combustion chamber ceiling portion. Form a combustible layer. Since the edge wall portion is arranged so as to be connected substantially perpendicular to the crown surface, the gaseous fuel flows from the edge wall portion to the combustion chamber ceiling portion in parallel with the cylinder axis. For this reason, even when the injection timing is different and the piston position changes at that time, the gaseous fuel always flows toward a predetermined position on the ceiling portion of the combustion chamber and forms a combustible layer around the ignition portion. Can do. That is, the injection timing can be changed while forming a combustible layer around the ignition part. This makes it possible to adjust the injection timing according to the load and the like.

また、上記の態様において、前記発火部は、シリンダ軸線に沿った方向から見て、前記キャビティと重なる位置に配置されているとよい。   Moreover, said aspect WHEREIN: The said ignition part is good to be arrange | positioned in the position which overlaps with the said cavity seeing from the direction along a cylinder axis line.

この態様によれば、気体燃料は、縁壁部によって、シリンダ軸線に沿った方向から見て、前記キャビティと重なる領域に導かれるため、発火部の周囲に当量比が高い可燃層が形成されることになる。   According to this aspect, the gaseous fuel is guided by the edge wall portion to the region overlapping with the cavity when viewed from the direction along the cylinder axis, so that a combustible layer having a high equivalence ratio is formed around the ignition portion. It will be.

また、上記の態様において、前記吸気ポートは、当該吸気ポートから前記燃焼室に流入する吸気のスワール流を促進するスワール流生成手段(11A、11B)を有するとよい。   In the above aspect, the intake port may include swirl flow generation means (11A, 11B) that promotes a swirl flow of intake air flowing from the intake port into the combustion chamber.

この態様によれば、スワール流による可燃層の流動を利用して燃焼速度を増加させることができる。   According to this aspect, the combustion rate can be increased by utilizing the flow of the combustible layer by the swirl flow.

また、上記の態様において、前記燃焼室天井部は、平面に形成されているとよい。   In the above aspect, the combustion chamber ceiling portion may be formed in a flat surface.

この態様によれば、燃焼室内でタンブル流の生成が抑制される。これにより、可燃層の拡散が抑制されると共に、スワール流が維持され易くなる。   According to this aspect, the generation of a tumble flow is suppressed in the combustion chamber. Thereby, while spreading | diffusion of a combustible layer is suppressed, it becomes easy to maintain a swirl flow.

また、上記の態様において、前記キャビティの前記底部と前記縁壁部との境界部(30C)は、滑らかな曲面に形成されているとよい。また、前記キャビティの前記底部と前記凸部との境界部(33)は、滑らかな曲面に形成されているとよい。また、前記キャビティと前記凸部とは互いに協働して前記シリンダ軸線を中心としたトロイダル形の凹部を形成するとよい。   In the above aspect, the boundary (30C) between the bottom of the cavity and the edge wall may be formed as a smooth curved surface. Moreover, the boundary part (33) between the bottom part and the convex part of the cavity may be formed in a smooth curved surface. In addition, the cavity and the convex portion may cooperate with each other to form a toroidal concave portion centering on the cylinder axis.

これらの態様によれば、インジェクタから噴射された気体燃料が凸部及びキャビティの壁面に沿って円滑に導かれ、可燃層の形成が一層確実になる。   According to these aspects, the gaseous fuel injected from the injector is smoothly guided along the convex portion and the wall surface of the cavity, and the formation of the combustible layer is further ensured.

以上の構成によれば、気体燃料を燃焼室に直接噴射する内燃機関において、気体燃料に適した燃焼室構造を提供することができる。   According to the above configuration, a combustion chamber structure suitable for gaseous fuel can be provided in an internal combustion engine that directly injects gaseous fuel into the combustion chamber.

本実施形態に係る内燃機関の断面図であって、圧縮行程においてピストンが中間付近にある状態を示すIt is sectional drawing of the internal combustion engine which concerns on this embodiment, Comprising: A piston exists in the middle vicinity in a compression stroke 下方から燃焼室天井部を見た図View of combustion chamber ceiling from below 内燃機関の断面図であって、圧縮行程においてピストンが上死点付近にある状態を示すIt is sectional drawing of an internal combustion engine, Comprising: The piston exists in the vicinity of a top dead center in a compression stroke 高負荷状態における燃焼噴射時期を示す図The figure which shows the combustion injection timing in the high load state 高負荷状態における空燃比に対する燃焼変動率を示すグラフA graph showing the rate of change in combustion with respect to the air-fuel ratio under high load 高負荷状態における空燃比に対する燃焼期間を示すグラフGraph showing combustion period versus air-fuel ratio under high load conditions 低高負荷状態における燃焼噴射時期を示す図Diagram showing combustion injection timing in low and high load conditions 低負荷状態における空燃比に対する燃焼変動率を示すグラフA graph showing the rate of combustion fluctuation with respect to the air-fuel ratio under low load conditions 低負荷状態における空燃比に対する燃焼期間を示すグラフGraph showing combustion period versus air-fuel ratio in low load condition

以下、図面を参照して、本発明を4バルブのCNG直噴エンジンに適用した実施形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a 4-valve CNG direct injection engine will be described with reference to the drawings.

(内燃機関の構造)
内燃機関1は、4ストローク機関であり、図1に示すように、シリンダブロック2Aと、シリンダブロック2Aの上端面に締結されたシリンダヘッド2Bとを含む内燃機関本体2を有する。シリンダブロック2Aには、シリンダブロック2Aの上端面に開口するシリンダ4が形成されている。シリンダヘッド2Bの下端面においてシリンダ4の上端と対向する部分を燃焼室天井部5という。燃焼室天井部5は平面に形成され、シリンダ4の上端を閉塞する。シリンダ4には、ピストン7が往復動可能に受容されている。燃焼室天井部5と、シリンダ4の壁面と、ピストン7の冠面7Aとによって燃焼室8が画定されている。
(Structure of internal combustion engine)
The internal combustion engine 1 is a four-stroke engine, and has an internal combustion engine body 2 including a cylinder block 2A and a cylinder head 2B fastened to the upper end surface of the cylinder block 2A as shown in FIG. The cylinder block 2A is formed with a cylinder 4 that opens to the upper end surface of the cylinder block 2A. A portion of the lower end surface of the cylinder head 2B that faces the upper end of the cylinder 4 is referred to as a combustion chamber ceiling portion 5. The combustion chamber ceiling 5 is formed in a flat surface and closes the upper end of the cylinder 4. A piston 7 is received in the cylinder 4 so as to reciprocate. A combustion chamber 8 is defined by the combustion chamber ceiling 5, the wall surface of the cylinder 4, and the crown surface 7 </ b> A of the piston 7.

図1及び図2に示すように、燃焼室天井部5には、2つの吸気ポート11と、2つの排気ポート12とが開口している。燃焼室天井部5において、一側(吸気側)に2つの吸気ポート11が配置され、他側(排気側)に2つの排気ポート12が配置されている。吸気ポート11及び排気ポート12の燃焼室天井部5側の開口端は、ポペットバルブである吸気バルブ13及び排気バルブ14によって開閉される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the combustion chamber ceiling 5 has two intake ports 11 and two exhaust ports 12. In the combustion chamber ceiling 5, two intake ports 11 are arranged on one side (intake side), and two exhaust ports 12 are arranged on the other side (exhaust side). Open ends of the intake port 11 and the exhaust port 12 on the combustion chamber ceiling 5 side are opened and closed by an intake valve 13 and an exhaust valve 14 which are poppet valves.

吸気ポート11は、吸気ポート11から燃焼室8に流入する吸気のスワール流を促進するスワール流生成手段(11A、11B)を有する。スワール流生成手段は、吸気ポート11の形状やスワール生成バルブ等の公知の手段によって実現される。例えば、吸気ポート11は、燃焼室8側の開口端が開口端の軸線を中心とした螺旋形状に形成されたヘリカルポート11Aや、シリンダ軸線Aを中心とした接線方向に延在するタンジェンシャルポート11Bとして形成されるとよい。図2に示すように、本実施形態では、吸気ポート11の一方がヘリカルポート11A、他方がタンジェンシャルポート11Bとなっている。これにより、シリンダ軸線Aに沿って下方から見て、左回り(反時計回り)のスワール流が形成される。スワール比は、1〜2程度あることが好ましい。   The intake port 11 has swirl flow generation means (11A, 11B) that promotes a swirl flow of intake air flowing from the intake port 11 into the combustion chamber 8. The swirl flow generation means is realized by a known means such as the shape of the intake port 11 or a swirl generation valve. For example, the intake port 11 includes a helical port 11A in which the opening end on the combustion chamber 8 side is formed in a spiral shape centering on the axis of the opening end, and a tangential port extending in a tangential direction about the cylinder axis A It may be formed as 11B. As shown in FIG. 2, in this embodiment, one of the intake ports 11 is a helical port 11A, and the other is a tangential port 11B. As a result, a counterclockwise (counterclockwise) swirl flow is formed when viewed from below along the cylinder axis A. The swirl ratio is preferably about 1-2.

燃焼室天井部5の中央部には、インジェクタ孔16が開口している。インジェクタ孔16にはインジェクタ17が挿入されている。インジェクタ17は、高圧の気体燃料を直接に燃焼室8に噴射する手段である。本実施形態では、インジェクタ17は、CNGに適合したものであり、デリバリパイプや圧力制御弁を介してCNGボンベと接続されている。インジェクタ17の噴射孔は、シリンダ軸線Aと同軸に配置されている。噴射孔から噴射されるCNGは、シリンダ軸線Aを中心とした円錐状の噴霧形状をなし、シリンダ軸線Aに沿って下方(ピストン7側)に向う。   An injector hole 16 is opened at the center of the combustion chamber ceiling 5. An injector 17 is inserted into the injector hole 16. The injector 17 is means for injecting high-pressure gaseous fuel directly into the combustion chamber 8. In this embodiment, the injector 17 is suitable for CNG and is connected to the CNG cylinder via a delivery pipe and a pressure control valve. The injection hole of the injector 17 is arranged coaxially with the cylinder axis A. CNG injected from the injection hole has a conical spray shape centered on the cylinder axis A, and is directed downward (on the piston 7 side) along the cylinder axis A.

燃焼室天井部5の2つの吸気ポート11の間における部分には、点火プラグ孔18が形成されている。点火プラグ孔18は、点火プラグ孔18にはスパークプラグである点火プラグ19が挿入されている。点火プラグ19の先端には接地電極からなる発火部19Aが設けられ、発火部19Aは燃焼室8内に突出している。   A spark plug hole 18 is formed in a portion between the two intake ports 11 of the combustion chamber ceiling 5. The spark plug hole 18 has a spark plug 19 that is a spark plug inserted in the spark plug hole 18. An ignition part 19 </ b> A made of a ground electrode is provided at the tip of the spark plug 19, and the ignition part 19 </ b> A protrudes into the combustion chamber 8.

図1に示すように、円板状のクラウン部21と、クラウン部21の周縁部から下方に突出した一対のスカート部22と、各スカート部22の対応する側縁同士を互いに連結する一対の連結壁部23とを有している。ピストン7の軸線はシリンダ軸線Aと一致している。   As shown in FIG. 1, a pair of disc-shaped crown portions 21, a pair of skirt portions 22 projecting downward from the peripheral edge portion of the crown portion 21, and a pair of side edges corresponding to each other of the skirt portions 22 are connected to each other. And a connecting wall portion 23. The axis of the piston 7 coincides with the cylinder axis A.

クラウン部21の外周部には、周方向に延在する第1環状溝、第2環状溝及び第3環状溝(符号省略)が上から順に形成されている。第1環状溝及び第2環状溝にはそれぞれコンプレッションリング26が嵌め付けられ、第3環状溝にはオイルリング27が嵌め付けられる。   A first annular groove, a second annular groove, and a third annular groove (reference numerals omitted) extending in the circumferential direction are formed on the outer peripheral portion of the crown portion 21 in order from the top. A compression ring 26 is fitted in each of the first annular groove and the second annular groove, and an oil ring 27 is fitted in the third annular groove.

クラウン部21の燃焼室8側を向く冠面7Aは、シリンダ軸線Aと垂直な平面に形成されている。冠面7Aの中央部には、キャビティ30が凹設されている。キャビティ30は、シリンダ軸線Aを中心とした円形に形成され、底部30Aと、底部30Aの周縁部に設けられた縁壁部30Bとを有する。縁壁部30Bは、シリンダ軸線Aを中心とした円筒面に形成され、上端において冠面7Aと垂直に接続している。ここで、縁壁部30Bの上端と冠面7Aとがなす角度は、略垂直であればよく、若干の幅(例えば87〜93°)があってもよい。本実施形態では、縁壁部30Bの上端と冠面7Aとがなす角度は、90°となっている。縁壁部30Bと底部30Aとの境界の隅部30Cの表面は、滑らか曲面に形成されている。縁壁部30Bの壁面、隅部30Cの表面、及び底部30Aの上面は、滑らかに連続した面を形成している。   A crown surface 7A facing the combustion chamber 8 side of the crown portion 21 is formed in a plane perpendicular to the cylinder axis A. A cavity 30 is recessed in the center of the crown surface 7A. The cavity 30 is formed in a circular shape centered on the cylinder axis A, and has a bottom portion 30A and an edge wall portion 30B provided at the peripheral edge of the bottom portion 30A. The edge wall portion 30B is formed in a cylindrical surface centered on the cylinder axis A, and is connected perpendicularly to the crown surface 7A at the upper end. Here, the angle formed between the upper end of the edge wall portion 30B and the crown surface 7A may be substantially vertical, and may have a slight width (for example, 87 to 93 °). In the present embodiment, the angle formed by the upper end of the edge wall portion 30B and the crown surface 7A is 90 °. The surface of the corner part 30C at the boundary between the edge wall part 30B and the bottom part 30A is formed into a smooth curved surface. The wall surface of the edge wall portion 30B, the surface of the corner portion 30C, and the upper surface of the bottom portion 30A form a smoothly continuous surface.

底部30Aの中央には、シリンダ軸線Aを中心とした略円錐形の凸部31が突設されている。凸部31の突出端は、冠面7Aよりも下方に配置されている。すなわち、凸部31の高さは、キャビティ30の深さよりも小さく設定されている。凸部31の高さは、キャビティ30の深さの1/2以下であってもよい。シリンダ軸線Aに沿った方向から見て、凸部31の周縁部は底部30Aの周縁部の近傍まで延びている。シリンダ軸線Aに沿った方向から見て、凸部31はキャビティ30の底部30Aの1/2以上を覆うように配置されている。凸部31の突出端は、面取りがなされた滑らかな曲面に形成されている。また、凸部31の周縁部と底部30Aとの境界部33の表面は、滑らか曲面に形成されている。凸部31の壁面、境界部33の表面、底部30Aの上面は、滑らかに連続した面を形成している。   A substantially conical convex portion 31 centering on the cylinder axis A is projected from the center of the bottom portion 30A. The protruding end of the convex portion 31 is disposed below the crown surface 7A. That is, the height of the convex portion 31 is set to be smaller than the depth of the cavity 30. The height of the convex portion 31 may be ½ or less of the depth of the cavity 30. When viewed from the direction along the cylinder axis A, the peripheral edge of the protrusion 31 extends to the vicinity of the peripheral edge of the bottom 30A. When viewed from the direction along the cylinder axis A, the convex portion 31 is disposed so as to cover at least half of the bottom portion 30 </ b> A of the cavity 30. The protruding end of the convex portion 31 is formed into a smooth curved surface that is chamfered. Moreover, the surface of the boundary part 33 between the peripheral edge part of the convex part 31 and the bottom part 30A is formed in a smooth curved surface. The wall surface of the convex part 31, the surface of the boundary part 33, and the upper surface of the bottom part 30A form a smoothly continuous surface.

キャビティ30及び凸部31は、協働してシリンダ軸線Aを中心としたトロイダル形状をなし、周縁部の深さが中央部に対して深くなっている。キャビティ30及び凸部31を含む冠面7Aは、シリンダ軸線Aを対称軸とした軸対称形に形成されている。   The cavity 30 and the convex portion 31 cooperate to form a toroidal shape with the cylinder axis A as the center, and the depth of the peripheral edge portion is deeper than the central portion. The crown surface 7A including the cavity 30 and the convex portion 31 is formed in an axially symmetric shape with the cylinder axis A as an axis of symmetry.

点火プラグ19の発火部19Aは、シリンダ軸線Aに沿った方向から見て、キャビティ30と重なる部分に配置されている。より具体的には、発火部19Aは、シリンダ軸線Aに沿った方向から見て、キャビティ30内において、中心よりも縁壁部30B側に配置されている。   The ignition portion 19 </ b> A of the spark plug 19 is disposed in a portion overlapping the cavity 30 when viewed from the direction along the cylinder axis A. More specifically, the ignition part 19 </ b> A is disposed in the cavity 30 on the edge wall part 30 </ b> B side with respect to the center as viewed from the direction along the cylinder axis A.

図1に示すように、インジェクタ17から噴射される気体燃料は、可燃層35(燃料層)を形成し、シリンダ軸線Aに沿って下方(冠面7A側)に進むと共に、シリンダ軸線Aを中心とした円錐状に広がる。その後、可燃層35は凸部31の壁面に導かれてシリンダ軸線Aを中心とした径方向外方(放射方向)に流れ、底部30Aの上面及び隅部30Cの表面によって上方に導かれる。その後、可燃層35は、縁壁部30Bに導かれて、シリンダ軸線Aと平行に上方、すなわち燃焼室天井部5側に流れる。燃焼室天井部5に向う可燃層35は、シリンダ軸線Aを中心とした軸対称形に形成され、燃焼室天井部5の近傍においてシリンダ軸線Aを中心とした環状(筒状)をなす。吸気ポート11から燃焼室8に流入する吸気によって燃焼室8にはスワール流が形成されているが、可燃層35はシリンダ軸線Aを中心とした軸対称をなすため、スワール流の影響を受けてシリンダ軸線A回りに回転するが形状は維持される。   As shown in FIG. 1, the gaseous fuel injected from the injector 17 forms a combustible layer 35 (fuel layer), proceeds downward (on the crown surface 7A side) along the cylinder axis A, and is centered on the cylinder axis A. It spreads like a cone. Thereafter, the combustible layer 35 is guided to the wall surface of the convex portion 31 and flows radially outward (radially) around the cylinder axis A, and is guided upward by the upper surface of the bottom portion 30A and the surface of the corner portion 30C. Thereafter, the combustible layer 35 is guided to the edge wall portion 30B and flows upward in parallel with the cylinder axis A, that is, toward the combustion chamber ceiling portion 5 side. The combustible layer 35 facing the combustion chamber ceiling 5 is formed in an axisymmetric shape with the cylinder axis A as the center, and has an annular shape (cylindrical shape) with the cylinder axis A as the center in the vicinity of the combustion chamber ceiling 5. Although the swirl flow is formed in the combustion chamber 8 by the intake air flowing into the combustion chamber 8 from the intake port 11, the combustible layer 35 is axially symmetric with respect to the cylinder axis A, and therefore is affected by the swirl flow. Although it rotates around the cylinder axis A, the shape is maintained.

その後、環状をなして上方に向う可燃層35は、燃焼室天井部5に衝突して、径方向内側(シリンダ軸線A側)に流れる。このようにして、燃焼室天井部5近傍に可燃層35が形成される。環状をなして上方に向う可燃層35は、燃焼室天井部5のキャビティ30の外周部と対向する部分に主に到達するため、この部分の当量比(燃料濃度)が燃焼室天井部5近傍の他の部分よりも高くなる。当量比は、燃料の濃さを表す数値であり、実際の混合比の燃空比を理論燃空比で割ることによって算出される。   Thereafter, the combustible layer 35 that forms a ring and faces upward collides with the combustion chamber ceiling 5 and flows radially inward (on the cylinder axis A side). In this way, the combustible layer 35 is formed in the vicinity of the combustion chamber ceiling 5. The combustible layer 35 that forms a ring and faces upward mainly reaches the portion of the combustion chamber ceiling 5 that faces the outer peripheral portion of the cavity 30, and therefore the equivalent ratio (fuel concentration) of this portion is near the combustion chamber ceiling 5. Higher than other parts. The equivalence ratio is a numerical value representing the concentration of fuel, and is calculated by dividing the fuel / air ratio of the actual mixture ratio by the theoretical fuel / air ratio.

図3に示すように、燃焼室天井部5に衝突して径方向内側に流れる可燃層35は、互いに押し合って下方に流れ、その後、自身の流れに沿って渦をなすように回転する。可燃層35は、回転する過程で拡散し、燃焼室8内の空気と混合して均質な混合気に近づく。すなわち、可燃層35は、燃料噴射時期から所定期間存在し、時間の経過によって均質混合気に変化する。均質混合気の濃度は、吸入空気量と燃料噴射量とによって定まり、可燃層35の濃度よりも低い。点火時期に対して燃料噴射時期が所定期間より早い場合(進角時期)、点火時期における発火部19Aの周囲には均質混合気が存在し、点火時期に対して燃料噴射時期が所定期間以内である場合(遅角時期)、点火時期における発火部19Aの周囲には可燃層35が存在する。   As shown in FIG. 3, the combustible layers 35 that collide with the combustion chamber ceiling portion 5 and flow radially inwardly press against each other and flow downward, and then rotate so as to form a vortex along their own flow. The combustible layer 35 diffuses in the process of rotating and mixes with the air in the combustion chamber 8 to approach a homogeneous air-fuel mixture. That is, the combustible layer 35 exists for a predetermined period from the fuel injection timing, and changes to a homogeneous air-fuel mixture over time. The concentration of the homogeneous mixture is determined by the intake air amount and the fuel injection amount, and is lower than the concentration of the combustible layer 35. When the fuel injection timing is earlier than the predetermined period with respect to the ignition timing (advance timing), a homogeneous mixture exists around the ignition portion 19A at the ignition timing, and the fuel injection timing is within the predetermined period with respect to the ignition timing. In some cases (retard timing), the combustible layer 35 exists around the ignition portion 19A at the ignition timing.

点火時期において、点火プラグ19の発火部19Aで点火が行われると、初期火炎が火炎伝播して混合気が燃焼する。このとき、図2に示すように、火炎伝播は、スワール流の流動によってシリンダ軸線Aを中心とした周方向に促進され、火炎伝播速度が増加する。特に、遅角時期に点火した場合、燃焼室天井部5近傍にシリンダ軸線Aを中心とした環状の可燃層35が存在するため、可燃層35に沿った周方向の火炎伝播はスワール流の流動によって促進され、燃焼速度が増加する。   When ignition is performed in the ignition part 19A of the spark plug 19 at the ignition timing, the initial flame propagates to the flame and the air-fuel mixture burns. At this time, as shown in FIG. 2, the flame propagation is promoted in the circumferential direction around the cylinder axis A by the flow of the swirl flow, and the flame propagation speed is increased. In particular, when ignited at a retarded timing, since an annular combustible layer 35 centering on the cylinder axis A exists in the vicinity of the combustion chamber ceiling 5, the circumferential flame propagation along the combustible layer 35 causes swirl flow. To increase the burning rate.

本実施形態に係る内燃機関1では、縁壁部30Bが冠面7Aと略垂直に接続するように配置されているため、気体燃料は縁壁部30Bから燃焼室天井部5へシリンダ軸線Aと平行に流れる。このため、噴射時期が異なり、そのときのピストン7位置が変化するような場合にも、気体燃料は常に燃焼室天井部5の所定の位置に向けて流れ、発火部19Aの周囲に可燃層35を形成することができる。すなわち、発火部19Aの周囲に可燃層35を形成しながら、噴射時期を変更することができる。これにより、負荷等に応じて噴射時期を調整することが可能になる。   In the internal combustion engine 1 according to the present embodiment, since the edge wall portion 30B is arranged so as to be connected substantially perpendicularly to the crown surface 7A, the gaseous fuel passes from the edge wall portion 30B to the combustion chamber ceiling portion 5 with the cylinder axis A. Flow in parallel. For this reason, even when the injection timing is different and the position of the piston 7 at that time changes, the gaseous fuel always flows toward a predetermined position of the combustion chamber ceiling portion 5, and the combustible layer 35 around the ignition portion 19A. Can be formed. That is, the injection timing can be changed while the combustible layer 35 is formed around the ignition portion 19A. This makes it possible to adjust the injection timing according to the load and the like.

(制御)
図1に示すように、内燃機関1は、制御装置40(ECU)と、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ41、内燃機関1のクランクシャフトの回転位置を検出するクランク角センサ42とを有する。制御装置40には、アクセルペダルセンサ41及びクランク角センサ42の信号が入力される。制御装置40は、クランク角センサ42からの信号に基づいてエンジン回転数を算出し、エンジン回転数とアクセルペダルの踏み込み量とに基づいて内燃機関1の負荷を算出する。負荷の算出は、例えば所定のマップを参照して行うとよい。例えば、マップは、エンジン回転数の増加に応じて負荷が増加し、アクセルペダルの踏み込み量の増加に応じて負荷が増加するように設定されているとよい。そして、制御装置40は、負荷と所定の判定値とを比較し、負荷が判定値より低い場合に内燃機関1の運転状態が低負荷状態であるとし、負荷が判定値以上である場合に内燃機関1の運転状態が高負荷状態とする。例えば、低負荷状態はIMEP(図示平均有効圧)が800kPa以下の範囲に対応し、高負荷状態はIMEPが800kPaより大きい範囲に対応する。
(control)
As shown in FIG. 1, the internal combustion engine 1 includes a control device 40 (ECU), an accelerator pedal sensor 41 that detects the depression amount of the accelerator pedal, a crank angle sensor 42 that detects the rotational position of the crankshaft of the internal combustion engine 1, Have Signals from the accelerator pedal sensor 41 and the crank angle sensor 42 are input to the control device 40. The control device 40 calculates the engine speed based on the signal from the crank angle sensor 42, and calculates the load of the internal combustion engine 1 based on the engine speed and the depression amount of the accelerator pedal. The load may be calculated with reference to a predetermined map, for example. For example, the map may be set so that the load increases as the engine speed increases and the load increases as the accelerator pedal is depressed. Then, the control device 40 compares the load with a predetermined determination value. When the load is lower than the determination value, the operation state of the internal combustion engine 1 is a low load state, and when the load is equal to or higher than the determination value, The operating state of the engine 1 is a high load state. For example, a low load state corresponds to a range where IMEP (indicated mean effective pressure) is 800 kPa or less, and a high load state corresponds to a range where IMEP is greater than 800 kPa.

制御装置40は、負荷に応じてインジェクタ17を制御する。第1に、制御装置40は、負荷の増加に応じて、インジェクタ17の1燃焼サイクルにおける合計開弁時間を増加させる。これにより、1燃焼サイクルにおいてインジェクタ17から噴射される燃料量が、負荷の増加に応じて増加する。   The control device 40 controls the injector 17 according to the load. First, the control device 40 increases the total valve opening time in one combustion cycle of the injector 17 in accordance with an increase in load. As a result, the amount of fuel injected from the injector 17 in one combustion cycle increases as the load increases.

第2に、制御装置40は、内燃機関1の運転状態に応じて、1燃焼サイクルにおける噴射回数及び噴射タイミングを変更する。制御装置40は、内燃機関1の運転状態が低負荷状態であるときに、インジェクタ17が単段噴射を行うように制御し、内燃機関1の運転状態が高負荷状態であるときにインジェクタ17が多段噴射を行うように制御する。本実施形態では、制御装置40は、高負荷状態であるときにインジェクタ17が1燃焼サイクル当り噴射を2回行うように制御する。   Secondly, the control device 40 changes the number of injections and the injection timing in one combustion cycle according to the operating state of the internal combustion engine 1. The control device 40 controls the injector 17 to perform single-stage injection when the operating state of the internal combustion engine 1 is in a low load state, and the injector 17 operates when the operating state of the internal combustion engine 1 is in a high load state. Control to perform multi-stage injection. In the present embodiment, the control device 40 controls the injector 17 to perform injection twice per combustion cycle when in a high load state.

インジェクタ17は、低負荷状態のときには、点火時期において、発火部19Aの周囲に当量比が0.8〜1.2の可燃層35が形成されるように、点火時期の直前に単段噴射を行う。具体的には、点火時期を基準(0ms)として−10ms〜−5msのタイミングでインジェクタ17は燃料噴射を開始する。クランク角で表すと、圧縮行程における上死点を基準(0degCA.)として、−60degCA.〜−30degCA.のタイミングでインジェクタ17は燃料噴射を開始する。   When the injector 17 is in a low load state, the single stage injection is performed immediately before the ignition timing so that the combustible layer 35 having an equivalence ratio of 0.8 to 1.2 is formed around the ignition portion 19A at the ignition timing. Do. Specifically, the injector 17 starts fuel injection at a timing of −10 ms to −5 ms with the ignition timing as a reference (0 ms). In terms of crank angle, the top dead center in the compression stroke is used as a reference (0 deg CA.), and -60 deg CA. ~ -30 deg CA. At this timing, the injector 17 starts fuel injection.

インジェクタ17は、高負荷状態のときには、吸気行程において1回目の燃料噴射を開始し、2回目の燃料噴射を圧縮行程において点火時期の直前に開始する。1回目の燃料噴射は、噴射された燃料が点火時期において均質に混合される(予混合化される)ように、点火時期から比較的早い吸気行程において開始される。具体的には、圧縮行程における上死点を基準(0degCA.)として、−300degCA.〜−210degCA.のタイミングでインジェクタ17は燃料噴射を開始する。2回目の燃料噴射は、点火時期において、発火部19Aの周囲に当量比が0.8〜1.2の可燃層35が形成されるようにする。具体的には、2回目の燃料噴射は、点火時期を基準(0ms)として−10ms〜−5msのタイミングでインジェクタ17は燃料噴射を開始する。クランク角で表すと、圧縮行程における上死点を基準(0degCA.)として、−90deg〜−60degのタイミングでインジェクタ17は燃料噴射を開始する。1回目及び2回目の燃料噴射量の割合は任意に設定してよい。本実施形態では、1回目及び2回目の燃料噴射量の割合は1:1とする。   When the injector 17 is in a high load state, the first fuel injection is started in the intake stroke, and the second fuel injection is started immediately before the ignition timing in the compression stroke. The first fuel injection is started in an intake stroke relatively early from the ignition timing so that the injected fuel is uniformly mixed (premixed) at the ignition timing. Specifically, with the top dead center in the compression stroke as a reference (0 deg CA.), −300 deg CA. ~ -210degCA. At this timing, the injector 17 starts fuel injection. In the second fuel injection, the combustible layer 35 having an equivalence ratio of 0.8 to 1.2 is formed around the ignition part 19A at the ignition timing. Specifically, in the second fuel injection, the injector 17 starts fuel injection at a timing of −10 ms to −5 ms with reference to the ignition timing (0 ms). In terms of the crank angle, the injector 17 starts fuel injection at a timing of −90 deg to −60 deg with the top dead center in the compression stroke as a reference (0 deg CA.). The ratio of the first and second fuel injection amounts may be set arbitrarily. In the present embodiment, the ratio of the first and second fuel injection amounts is 1: 1.

以上のように構成される内燃機関1について、燃料の噴射タイミング及び噴射回数が燃焼安定性に与える影響について実験を行った。実験に使用した内燃機関1の緒元は、単気筒、ボア径が85.0mm、ストロークが97.1mm、排気量が551cm、圧縮比が14.0、膨張比が14.0、インジェクタ17の噴射圧力が5MPa、スワール比が2である。実験は、回転数が1500rpm、IMEPが500kPaの低負荷状態と、回転数が2000rpm、IMEPが1200kPaの高負荷状態との2つの運転状態で行った。 For the internal combustion engine 1 configured as described above, an experiment was conducted on the influence of the fuel injection timing and the number of injections on the combustion stability. The specifications of the internal combustion engine 1 used in the experiment are a single cylinder, a bore diameter of 85.0 mm, a stroke of 97.1 mm, a displacement of 551 cm 3 , a compression ratio of 14.0, an expansion ratio of 14.0, an injector 17 The injection pressure is 5 MPa, and the swirl ratio is 2. The experiment was performed in two operating states: a low load state with a rotational speed of 1500 rpm and IMEP of 500 kPa, and a high load state with a rotational speed of 2000 rpm and IMEP of 1200 kPa.

図4に示すように、高負荷状態において、燃料を2段噴射した場合(条件1)、進角時期に単段噴射した場合(条件2)、遅角時期に単段噴射した場合(条件3)についてそれぞれ測定を行った。条件1の場合は噴射継続時間が4msの燃焼噴射が2回、条件2及び条件3の場合は噴射継続時間が8msの燃焼噴射が1回であり、各場合において1燃焼サイクルにおける燃料噴射量は等しい。条件1の場合は、1回目の噴射開始時期は−270degCA.、2回目の噴射開始時期は−80degCA.であり、条件2の場合は噴射開始時期が−245degCA.であり、条件3の場合は噴射開始時期が−110degCA.である。条件1〜条件3の各場合において点火時期は−11degCA.である。   As shown in FIG. 4, in a high load state, when fuel is injected in two stages (condition 1), when single stage injection is performed at an advance timing (condition 2), and when single stage injection is performed at a retard timing (condition 3) ) Was measured. In condition 1, combustion injection with an injection duration of 4 ms is performed twice, and in conditions 2 and 3, combustion injection with an injection duration of 8 ms is performed once. In each case, the fuel injection amount in one combustion cycle is equal. In the case of condition 1, the first injection start timing is −270 degCA. The second injection start timing is -80 deg CA. In the case of condition 2, the injection start timing is −245 degCA. In the case of condition 3, the injection start timing is -110 degCA. It is. In each of conditions 1 to 3, the ignition timing is -11 deg CA. It is.

上記の条件1〜条件3について測定を行ったところ、条件3の場合は失火が多発し、有意な測定結果を得ることができなかった。この原因は、遅角時期に噴射量が比較的多い燃料噴射が行われたことによって、点火時期に発火部19Aの周囲に当量比が1.3以上の可燃層35が形成されたことに起因すると考えられる。下の表1は、定容容器内に各当量比のCNG混合気を形成し、スパークプラグで点火を行ったときの着火確率を示す。表1から、当量比が1.2−1.3の場合、着火確率が低下することがわかる。遅角時期に比較的多い燃料噴射を行うと点火時期に発火部19Aの周囲に可燃層35が形成されるため、当量比が0.6未満になることは考え難い。そのため、条件3の場合は、点火時期に発火部19Aの周囲に当量比が1.3以上の可燃層35が形成されたと考えることが妥当である。

Figure 2017072031
When measurement was performed for the above conditions 1 to 3, misfires occurred frequently in the case of condition 3, and a significant measurement result could not be obtained. This is because the combustible layer 35 having an equivalence ratio of 1.3 or more is formed around the ignition portion 19A at the ignition timing by performing fuel injection with a relatively large injection amount at the retard timing. I think that. Table 1 below shows ignition probabilities when a CNG mixture of each equivalent ratio is formed in a constant volume container and ignition is performed with a spark plug. From Table 1, it can be seen that when the equivalence ratio is 1.2-1.3, the ignition probability decreases. If a relatively large amount of fuel is injected at the retard timing, the combustible layer 35 is formed around the ignition portion 19A at the ignition timing, so it is unlikely that the equivalent ratio will be less than 0.6. Therefore, in the case of condition 3, it is appropriate to consider that the combustible layer 35 having an equivalence ratio of 1.3 or more is formed around the ignition part 19A at the ignition timing.
Figure 2017072031

図5は、条件1及び条件2について空燃比(A/F)に対する燃焼変動率(COV、%)を示すグラフであり、図6は、条件1及び条件2について空燃比に対する燃焼期間(degCA.)を示すグラフである。図5から、進角時期に単段噴射を行う場合(条件2)よりも、2回噴射を行う場合(条件1)の方が、より希薄な空燃費で燃焼を安定させることができる。これは、図6からわかるように、条件2の場合よりも条件1の場合の方が、燃焼速度が増加していることに起因すると考えられる。条件1では、2回目の燃料噴射によって、点火時期において発火部19Aの周囲に可燃層35が形成されるため、この可燃層35によって燃焼速度が増加していると考えられる。   FIG. 5 is a graph showing the combustion fluctuation rate (COV,%) with respect to the air-fuel ratio (A / F) for the conditions 1 and 2, and FIG. 6 shows the combustion period (degCA. ). From FIG. 5, it is possible to stabilize the combustion with a leaner fuel consumption when the injection is performed twice (condition 1) than when the single-stage injection is performed at the advance timing (condition 2). As can be seen from FIG. 6, this is considered to be due to the fact that the combustion speed is increased in the condition 1 than in the condition 2. Under condition 1, the combustible layer 35 is formed around the ignition portion 19A at the ignition timing by the second fuel injection, and it is considered that the combustion speed is increased by the combustible layer 35.

以上のように、燃料噴射量が増加する高負荷状態では、噴射を2回に分割し、2回目の噴射によって成層燃焼を行うことで、希薄限界空燃比を拡大することができる。   As described above, in a high load state where the fuel injection amount increases, the lean limit air-fuel ratio can be expanded by dividing the injection into two times and performing stratified combustion by the second injection.

図7に示すように、低負荷状態において、燃料を遅角時期に単段噴射した場合(条件4)、進角時期に単段噴射した場合(条件5)についてそれぞれ測定を行った。条件4及び条件5の場合では、噴射継続時間が共に4msであり、1燃焼サイクルにおける燃料噴射量は等しい。条件4の場合は噴射開始時期が−50degCA.であり、条件5の場合は噴射開始時期が−190degCA.である。条件1〜条件3の各場合において点火時期は−11degCA.である。   As shown in FIG. 7, in the low load state, measurement was performed for the case where the fuel was single-stage injected at the retard timing (condition 4) and the case where the fuel was single-stage injected at the advance timing (condition 5). In the case of Condition 4 and Condition 5, the injection duration is both 4 ms, and the fuel injection amount in one combustion cycle is equal. In the case of condition 4, the injection start timing is −50 deg CA. In the case of condition 5, the injection start timing is -190 degCA. It is. In each of conditions 1 to 3, the ignition timing is -11 deg CA. It is.

図8は、条件4及び条件5について空燃比(A/F)に対する燃焼変動率(COV、%)を示すグラフであり、図9は、条件4及び条件5について空燃比に対する燃焼期間(degCA.)を示すグラフである。図8から、進角時期に単段噴射を行う場合(条件5)よりも、遅角時期に単段噴射を行う場合(条件4)の方が、より希薄な空燃費で燃焼を安定させることができる。これは、図9からわかるように、条件5の場合よりも条件4の場合の方が、燃焼速度が増加していることに起因すると考えられる。条件4では、遅角時期の燃料噴射によって、点火時期において発火部19Aの周囲に可燃層35が形成されるため、この可燃層35によって燃焼速度が増加していると考えられる。   FIG. 8 is a graph showing the combustion fluctuation rate (COV,%) with respect to the air-fuel ratio (A / F) for conditions 4 and 5, and FIG. 9 shows the combustion period (degCA. ). From FIG. 8, the combustion is stabilized with a leaner fuel consumption when the single stage injection is performed at the retarded timing (condition 4) than when the single stage injection is performed at the advanced timing (condition 5). Can do. As can be seen from FIG. 9, this is considered to be caused by the increase in the combustion rate in the condition 4 than in the condition 5. Under the condition 4, the combustible layer 35 is formed around the ignition portion 19 </ b> A at the ignition timing by the fuel injection at the retard timing, and it is considered that the combustion speed is increased by the combustible layer 35.

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記の実施形態では、気体燃料としてCNGを使用した例について説明したが、気体燃料は水素やメタン、プロパン等であってもよい。また、スワール生成手段は、上記のヘリカルポート11Aやタンジェンシャルポート11Bに代えて、公知のスワールバルブを適用してもよい。スワールバルブは、吸気ポート11の内部に設けられ、吸気ポート11の流路の少なくとも一部を閉じることによって吸気の流れ方向を制御するとよい。   Although the description of the specific embodiment is finished as described above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be widely modified. For example, in the above embodiment, an example in which CNG is used as the gaseous fuel has been described, but the gaseous fuel may be hydrogen, methane, propane, or the like. The swirl generation means may be a known swirl valve instead of the helical port 11A or the tangential port 11B. The swirl valve is provided inside the intake port 11 and may control the flow direction of the intake air by closing at least a part of the flow path of the intake port 11.

1 :内燃機関
2 :内燃機関本体
4 :シリンダ
5 :燃焼室天井部
7 :ピストン
7A :冠面
8 :燃焼室
11 :吸気ポート
11A :ヘリカルポート(スワール流生成手段)
11B :タンジェンシャルポート(スワール流生成手段)
12 :排気ポート
17 :インジェクタ
19 :点火プラグ
19A :発火部
30 :キャビティ
30A :底部
30B :縁壁部
30C :隅部
31 :凸部
33 :境界部
35 :可燃層
40 :制御装置
A :シリンダ軸線
1: Internal combustion engine 2: Internal combustion engine body 4: Cylinder 5: Combustion chamber ceiling 7: Piston 7A: Crown surface 8: Combustion chamber 11: Intake port 11A: Helical port (swirl flow generating means)
11B: Tangential port (swirl flow generating means)
12: Exhaust port 17: Injector 19: Spark plug 19A: Ignition part 30: Cavity 30A: Bottom part 30B: Edge wall part 30C: Corner part 31: Convex part 33: Boundary part 35: Combustible layer 40: Controller A: Cylinder axis

Claims (7)

一端に燃焼室天井部を有するシリンダを備えた内燃機関本体と、
前記燃焼室天井部に開口する吸気ポート及び排気ポートと、
前記シリンダに摺動可能に受容され、前記燃焼室天井部と協働して燃焼室を画定する冠面、前記冠面にシリンダ軸線を中心とした円形に凹設され、周縁部に前記冠面と略垂直に接続した縁壁部を備えたキャビティ、及び前記キャビティの底部に突設され、シリンダ軸線を中心とした略円錐形の凸部を備えたピストンと、
前記燃焼室天井部から突出した発火部を備えた点火プラグと、
前記燃焼室天井部の中央に設けられ、シリンダ軸線に沿って前記凸部に向けて気体燃料を噴射するインジェクタとを有することを特徴とする内燃機関。
An internal combustion engine body comprising a cylinder having a combustion chamber ceiling at one end;
An intake port and an exhaust port that open in the ceiling of the combustion chamber;
A crown surface that is slidably received by the cylinder and cooperates with the combustion chamber ceiling portion to define a combustion chamber, and the crown surface is recessed in a circle centering on a cylinder axis, and the crown surface is formed at a peripheral portion. A piston having an edge wall connected substantially perpendicularly, and a piston provided with a substantially conical projection centered on the cylinder axis, protruding from the bottom of the cavity;
A spark plug including an ignition portion protruding from the ceiling portion of the combustion chamber;
An internal combustion engine comprising an injector provided at a center of the combustion chamber ceiling portion and injecting gaseous fuel toward the convex portion along a cylinder axis.
前記発火部は、シリンダ軸線に沿った方向から見て、前記キャビティと重なる位置に配置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。   2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the ignition portion is disposed at a position overlapping the cavity when viewed from a direction along a cylinder axis. 前記吸気ポートは、当該吸気ポートから前記燃焼室に流入する吸気のスワール流を促進するスワール流生成手段を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の内燃機関。   3. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the intake port has a swirl flow generating unit that promotes a swirl flow of intake air flowing from the intake port into the combustion chamber. 4. 前記燃焼室天井部は、平面に形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つの項に記載の内燃機関。   The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the combustion chamber ceiling portion is formed in a flat surface. 前記キャビティの前記底部と前記縁壁部との境界部は、滑らかな曲面に形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つの項に記載の内燃機関。   The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein a boundary portion between the bottom portion and the edge wall portion of the cavity is formed into a smooth curved surface. 前記キャビティの前記底部と前記凸部との境界部は、滑らかな曲面に形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1つの項に記載の内燃機関。   The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein a boundary portion between the bottom portion and the convex portion of the cavity is formed into a smooth curved surface. 前記キャビティと前記凸部とは互いに協働して前記シリンダ軸線を中心としたトロイダル形の凹部を形成することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1つの項に記載の内燃機関。   The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the cavity and the convex portion cooperate with each other to form a toroidal concave portion centering on the cylinder axis. .
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