WO2022034566A1 - エンジンシステムおよび内燃機関の制御方法 - Google Patents

エンジンシステムおよび内燃機関の制御方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2022034566A1
WO2022034566A1 PCT/IB2021/059146 IB2021059146W WO2022034566A1 WO 2022034566 A1 WO2022034566 A1 WO 2022034566A1 IB 2021059146 W IB2021059146 W IB 2021059146W WO 2022034566 A1 WO2022034566 A1 WO 2022034566A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sub
chamber
spark plug
timing
ignition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/IB2021/059146
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
徳永素久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
Priority to CN202180069344.6A priority Critical patent/CN116391076B/zh
Priority to EP21855742.9A priority patent/EP4180643B1/en
Publication of WO2022034566A1 publication Critical patent/WO2022034566A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/045—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions combined with electronic control of other engine functions, e.g. fuel injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/02—Engines characterised by precombustion chambers the chamber being periodically isolated from its cylinder
    • F02B19/04—Engines characterised by precombustion chambers the chamber being periodically isolated from its cylinder the isolation being effected by a protuberance on piston or cylinder head
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
    • F02B19/12—Engines characterised by precombustion chambers with positive ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P13/00—Sparking plugs structurally combined with other parts of internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P15/00—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/26—Pistons  having combustion chamber in piston head
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present disclosure relates to an engine system equipped with an internal combustion engine and a control unit, and a control method for an internal combustion engine. Background technique
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2 0 0 7 --2 8 5 2 7 3 Outline of the Invention The problem to be solved by the invention
  • the in-cylinder pressure peak occurs immediately after the compression top dead center, so the mechanical efficiency when converting the in-cylinder pressure into the crankshaft torque is not always good. In-cylinder pressure peak occurs at the timing ⁇ Therefore, even if the ignition timing is advanced and the in-cylinder pressure peak value increases, the torque converted to the crankshaft does not increase so much, and the thermal efficiency of the internal combustion engine is improved. Difficult to improve.
  • an engine system including an internal combustion engine and a control unit, wherein the internal combustion engine has a main chamber defined by a piston, a cylinder and a cylinder head, and the cylinder head.
  • a spark plug attached to the spark plug, a sub-chamber tube that surrounds the spark plug and protrudes downward from the cylinder head, a sub-chamber hole formed in the piston into which the sub-chamber tube can be inserted, and the main chamber.
  • the control unit comprises an injector for injecting fuel supplied to the spark plug, and the control unit is configured to control the ignition timing of the spark plug and the injection amount and injection timing of the injector.
  • the spark plug When inserted into the sub-chamber hole, the spark plug is ignited, and fuel is supplied from the injector before the spark plug is ignited and before the sub-chamber tube is inserted into the sub-chamber hole.
  • An engine system to inject is provided.
  • control unit is such that the in-cylinder pressure peak generated after ignition of the spark plug occurs at a timing such that the angle between the crank radius and the central axis of the conrod is 900 or near. Control the ignition timing.
  • the timing at which the in-cylinder pressure peak occurs is within the range of 10 ⁇ 80 ° after the compression top dead center.
  • the sub-chamber tube has a constant outer diameter
  • the sub-chamber hole has a constant inner diameter larger than the outer diameter of the sub-chamber tube.
  • a main chamber defined by a piston, a cylinder and a cylinder head, and a spark plug attached to the cylinder head.
  • a sub-chamber tube that surrounds the spark plug and projects downward from the cylinder head, a sub-chamber hole that is formed in the piston and into which the sub-chamber tube can be inserted, and fuel supplied to the main chamber are injected.
  • a method of controlling an internal combustion engine is provided comprising a step and a second step of igniting the spark plug when the subchamber tube is inserted into the subchamber hole.
  • FIG. 1 is a schematic vertical sectional view showing an engine system.
  • Fig. 2 is a schematic vertical sectional view showing a state near the spark plug at the timing of compression top dead center.
  • Fig. 3 is a graph showing the relationship between the crank angle and the in-cylinder pressure.
  • Fig. 4 is a schematic diagram showing a state at the in-cylinder pressure peak generation timing of the comparative example.
  • Fig. 5 is a schematic vertical cross-sectional view showing the state near the spark plug at the timing after the compression top dead center.
  • Fig. 6 is a schematic vertical cross-sectional view showing a state near the ignition plug at a timing further after the timing of Fig. 5.
  • Fig. 7 is a schematic diagram showing a state at the time when the in-cylinder pressure peak occurs in the present embodiment.
  • Fig. 8 is a schematic diagram showing the state of the compression stroke in the comparative example.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a state of a compression stroke in the first embodiment of the present embodiment. Is.
  • Fig. 10 is a schematic diagram showing the state of the compression stroke in the second embodiment of the present embodiment.
  • the engine system S of the present embodiment includes an internal combustion engine (engine) 1 and an electronic control unit (EC U) as a control unit, a circuit element (circuitry) or a controller for controlling the internal combustion engine (engine) 1.
  • EC U 100 is a CPU (Central Processing Unit) with arithmetic functions, ROM (Read Online Memory) and RAM (Random Access Memory) as storage media, input / output ports, and RO M. And storage devices other than RAM.
  • Engine 1 is a spark-ignited internal combustion engine, specifically a gas engine fueled by compressed natural gas (CNG). However, it may be a gasoline engine that uses gasoline as fuel, or it may be a spark-ignition type internal combustion engine that uses other fuel.
  • the engine 1 of the present embodiment is for a vehicle, and is particularly used as a power source for a large vehicle such as a truck. However, the use of the engine is not limited to this, and may be applied to mobile objects other than vehicles, such as ships, construction machinery, or industrial machinery. Further, the engine does not have to be mounted on a moving body, and may be a stationary engine. Although only one cylinder is shown in FIG. 1, the engine 1 of the present embodiment is a multi-cylinder engine. Engine 1 is equipped with a turbocharger (not shown).
  • the engine 1 is composed of a piston 2, a cylinder 3 in which the piston 2 can be raised and lowered and accommodated coaxially, a cylinder head 4 that closes the upper end opening of the cylinder 3, and a piston 2, a cylinder 3, and a cylinder head 4. It has a defined main combustion chamber, that is, a main chamber 5.
  • the main chamber 5 corresponds to the combustion chamber of a general spark-ignition type internal combustion engine.
  • the cylinder head 4 is formed with an intake port 7 and an exhaust port 8. These intake port? And exhaust port 8 are opened and closed by an intake valve and an exhaust valve (not shown, respectively).
  • Injector 9 is provided at the intake port 7.
  • the injector 9 injects fuel F, which will later be supplied into the main chamber 5, into the intake port 7. Therefore, the injector 9 forms an injector for port injection.
  • the injector may be a direct-injection injector that directly injects fuel into the cylinder 3, or may be a combination of a port-injection injector and a direct-injection injector. Any form of injector may be used as long as the fuel F supplied into the main chamber 5 can be injected.
  • the central axis of the cylinder i.e. the cylinder axis, is indicated by reference numeral C.
  • the axial, radial and circumferential directions with respect to the cylinder axis c are simply the axial, radial and circumferential directions.
  • spark plug 10 and an auxiliary chamber tube 1 1 surrounding it are attached. These spark plugs 10 and the auxiliary chamber pipe 1 1 are arranged coaxially with the cylinder shaft C and project downward from the cylinder head 4. As is well known, the spark plug 1 ⁇ has a center electrode 1 3 and an outer electrode 1 4 and an insulator 1 5 interposed between these electrodes.
  • the sub-chamber tube 1 1 has a cylindrical shape extending in the axial direction and surrounds the ignition plug 10 with a radial gap.
  • the sub-chamber tube 1 1 is larger than the spark plug 10 and protrudes from the cylinder head 4.
  • the accessory chamber tube 1 1 is formed in a straight tubular shape and has a constant inner diameter d 1 and outer diameter D 1.
  • the lower end surface 1 2 of the auxiliary chamber pipe 1 1 is perpendicular to the axial direction.
  • the lower end of the sub chamber pipe 1 1 is open to the inside of the main chamber 5.
  • the upper surface 6 of the piston 2 is formed with a sub-chamber hole 1 7 into which the sub-chamber pipe 1 1 can be inserted.
  • the sub-chamber hole 17 has a bottomed cylindrical shape extending in the axial direction, the upper end thereof is open, and the lower end is closed.
  • the sub-chamber hole 1 7 has a constant inner diameter d 2. This inner diameter d 2 is slightly larger than the outer diameter D 1 of the sub chamber pipe 1 1.
  • the lower end surface of the sub-chamber hole 1 7, that is, the bottom surface 1 8 is perpendicular to the axial direction.
  • Fig. 2 shows the state at the compression top dead center (TDC (Top Dead Center)).
  • TDC Top Dead Center
  • the sub-chamber pipe 1 1 is inserted into the sub-chamber hole 1 7, and both form a sub-combustion chamber, that is, a sub-chamber 1 6.
  • the sub-chamber 16 is also called the pre-chamber and forms a combustion chamber with a smaller volume than the main chamber 5.
  • Figure 2 shows the state when the sub-chamber tube 1 1 is fully inserted into the sub-chamber hole 1 7 and the volume of the sub-chamber 1 6 is minimized.
  • an axial gap (called the bottom gap) 1 9 is formed between the lower end surface 1 2 of the sub-chamber pipe 1 1 and the bottom surface 1 8 of the sub-chamber hole 1 7.
  • a radial gap (called a peripheral gap) 2 2 is formed between the outer peripheral surface 2 0 of the sub chamber pipe 1 1 and the inner peripheral surface 2 1 of the sub chamber hole 1 7.
  • a piston pin hole 2 3 is provided in the position below the sub chamber hole 1 7 in the piston 2.
  • a piston pin (not shown) is inserted into the piston pin hole 2 3, and the piston 2 and the small end of the control (not shown) are connected via the piston pin.
  • the E C U 100 is configured to control the ignition timing of the spark plug 10 and the injection amount and injection timing of the injector 9. Hereinafter, these control methods will be described.
  • a case of a general spark-ignition type internal combustion engine (referred to as a comparative example) different from the present embodiment will be described.
  • the sub chamber is not provided, and the spark plug is located in the center of the main chamber.
  • the spark plug is ignited, the fuel-air mixture in the main chamber burns outward in the radial direction starting from the ignition position.
  • the comparative example also has an injector for port injection, and the injection timing is during or before the intake stroke.
  • Fig. 3 shows the relationship between the crank angle G and the in-cylinder pressure P.
  • the in-cylinder pressure here means the pressure in the main room.
  • the lines a, b, and c are comparative examples, and the ignition timing is advanced as the lines a, b, and c advance.
  • the ignition timing for line a is 10 ° before compression top dead center (BTDC (Before Top Dead Center) 10 °)
  • the ignition timing for line b is 15 ° before compression top dead center (BTDC). 15 °)
  • Ignition timing for s line c is before compression top dead center 20. (BTDC 2 0 0 ).
  • PI im in the figure is knocked in the case of the comparative example and the present embodiment.
  • the maximum value of the in-cylinder pressure that does not occur, that is, the knock limit is shown.
  • the compression ratio of the engine in the comparative example is a predetermined general value (for example, 100. ⁇ ), and this compression ratio is called the reference compression ratio.
  • the maximum peak of the in-cylinder pressure is the in-cylinder pressure peak (indicated by pa, pb, pc) is the timing immediately after the compression top dead center (for example, ATDC (Af ter Top Dead Center)). Occurs at around 15 °). Then, as the ignition period is advanced, the in-cylinder pressure peak value (in-cylinder pressure peak value) rises and approaches the knock limit PI im, and the timing at which the in-cylinder pressure peak occurs is advanced. Will be done.
  • the timing immediately after the compression top dead center where such an in-cylinder pressure peak occurs is the timing at which the mechanical efficiency when converting the in-cylinder pressure into the torque of the crankshaft is not always good.
  • Fig. 4 shows the piston 2 and conrod at the timing when the in-cylinder pressure peak occurs.
  • the in-cylinder pressure P generates a downward force on the piston 2, which is transmitted through the conrod 25 to the crankshaft 2 6 and converted into torque to rotate the crankshaft 2 6.
  • the angle G formed by the crank radius R connecting the center of the crankshaft and the center of the crankpin and the center axis C c of the conrod is much larger than 900, and is around 180 °. Therefore, the arm length r when calculating the torque moment applied to the crank shaft 2 6 is considerably shorter than the crank radius R, and even if a large in-cylinder pressure P is applied, the crank shaft 2 6 does not have much. No large torque is given. Therefore, the mechanical efficiency (hereinafter, simply referred to as mechanical efficiency) when converting the in-cylinder pressure into the torque of the crank shaft is not always good.
  • the line d shows the case of the present embodiment.
  • the ignition timing of this embodiment is the timing at which the sub-chamber tube 1 1 is inserted into the sub-chamber hole 1 7 and the sub-chamber 1 6 is formed. Specifically, it is near the compression top dead center, preferably equal to or after the compression top dead center, but may be before the compression top dead center. In any case, it is preferable that the timing is later than the comparative example.
  • FIG 3 shows, as an example, the ignition phase G i g of the present embodiment, which is equal to the compression top dead center (T D C).
  • T D C compression top dead center
  • piston 2 After ignition, piston 2 gradually descends as shown in Figure 5, along with subchamber 1
  • the flame in 6 propagates into the main chamber 5 through the bottom gap 1 9 and the peripheral gap 2 2 as indicated by arrow a. As the piston 2 descends, the bottom gap 1 9 gradually increases, but the size of the peripheral gap 2 2 is almost constant.
  • the flame in the sub-chamber 1 6 propagates relatively slowly into the main chamber 5 through the peripheral gap 2 2 that functions as a diaphragm. As shown in Fig. 6, after the sub-chamber tube 1 1 exits the sub-chamber hole 1 7 and the sub-chamber 1 6 is opened, the flame in the sub-chamber 1 6 propagates directly into the main chamber 5. Become.
  • the flame propagation from the sub chamber 16 to the main chamber 5 can be delayed, and the burn angle after ignition can be extended. and As shown in Fig. 3, the in-cylinder pressure can be slowly increased after ignition to delay the timing of the in-cylinder pressure peak generation, and the relatively high in-cylinder pressure can be maintained for a long time.
  • the ignition period G i g is controlled so that the peak time G p d at which the in-cylinder pressure peak p d occurs coincides with or is close to the time when the mechanical efficiency is maximized.
  • Figure 7 shows the positions of the piston 2, the control 25 and the crankshaft 26 at the time of maximum mechanical efficiency (referred to as the time of maximum mechanical efficiency).
  • the angle G between the crank radius R and the connecting rod center axis C c is equal to 900. Therefore, the length of the arm when calculating the moment of force on the crankshaft 26 is equal to the crank radius R and the mechanical efficiency is maximized. Therefore, at or near the maximum mechanical efficiency.
  • the thermal efficiency of the engine can be improved by controlling the ignition timing radius so that the in-cylinder pressure peak pd occurs.
  • the ECU 100 is ignited at the timing when the in-cylinder pressure peak pd occurs at the timing when the angle G formed by the crank radius R and the control center axis C c is 90 0 or its vicinity.
  • Control ig. This timing is, for example, the timing within the range of 10 to 80 ° after the compression top dead center, and more preferably the timing within the range of 45 ⁇ 80 °.
  • an engine with a continuous rod ratio of 3.1 can exemplify the timing of 700 after the compression top dead center.
  • the ECU 100 is fueled from the injector 9 before the ignition of the spark plug 10 and before the sub chamber pipe 1 1 is inserted into the sub chamber hole 1 7. To inject. As a result, an air-fuel mixture can be formed in the sub-chamber 16 and ignited reliably. At this time, the ECU 10 ⁇ injects an amount of fuel from the injector 9 so that the air-fuel mixture in the main chamber 5 and the sub chamber 16 does not self-ignite before the ignition of the spark plug 1 ⁇ .
  • the amount that does not self-ignite is, for example, during high-load operation in an engine that has a high compression ratio (compression ratio 8 is 15 or more), poor cooling efficiency, and a shape that easily creates heat spots in the combustion chamber. Self The amount that does not ignite by itself ⁇
  • the fuel injection timing of the present embodiment is the timing during or before the intake stroke (for example, during the exhaust stroke) as in the comparative example. If the injector is a direct injection injector, the fuel injection time can be set to the time during the intake stroke or the compression stroke. The fuel injection amount of the present embodiment can be smaller than the amount equivalent to the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the sub-chamber tube 1 1 is inserted into the sub-chamber hole 1 7 to form the sub-chamber 1 6.
  • the compression ratio of the sub chamber 16 can be substantially lowered from the compression ratio of the main chamber 5, and knocking due to a high compression ratio can be suppressed.
  • FIG. 8 shows the case of the comparative example
  • FIGS. 9 and 10 show the case of the present embodiment.
  • state A indicates the compression bottom dead center
  • state C indicates the compression top dead center
  • state B indicates the intermediate timing state.
  • ⁇ Y A, Y B, Y C are the distances from the cylinder head 4 to the upper surface 6 of the piston.
  • YA 1 OYC
  • ZA, ZB, and ZC are the distances from the cylinder head 4 to the bottom surface of the sub-chamber hole 18.
  • ZA 1 5 YC
  • the depth Z of the sub-chamber hole 1 7 is 5 Y C.
  • the main chamber 5 is divided into a radial outer main chamber region R 1 located directly above the piston upper surface 6 and a radial inner sub chamber region R 2 located directly above the sub chamber hole bottom surface 1 8.
  • the compression ratio of the sub chamber 16 can be reduced relatively larger than the compression ratio of the main chamber 5
  • the depth Z of the sub chamber hole 1 7 is set. It may be unfavorable for engine packaging because it becomes large and the length L of piston 2 becomes long.
  • YA 1 O YC.
  • the depth Z of the sub-chamber hole 1 7 is 2 Y C.
  • the amount of decrease in the compression ratio of the sub-chamber 1 6 with respect to the compression ratio of the main chamber 5 is smaller than that of the first example shown in FIG.
  • the depth Z can be reduced to shorten the length L of piston 2. Therefore, it is possible to realize preferable engine packaging.
  • the compression ratio of the sub chamber 16 can be made lower than the compression ratio of the main chamber 5.
  • the ignition energy specifically, the secondary voltage of the ignition coil applied to the spark plug 10.
  • this reduction in ignition energy can suppress the flame nucleation growth rate immediately after ignition in the sub-chamber 1 6. If the flame nucleus growth rate is suppressed, the flame propagation from the sub-chamber 16 to the main chamber 5 and further the flame propagation in the main chamber 5 can be delayed accordingly. Therefore, it is advantageous to bring the time when the in-cylinder pressure peak occurs G p d closer to the time when the maximum mechanical efficiency occurs.
  • the flame in the sub chamber 1 6 propagates into the main chamber 5 through the peripheral gap 2 2 as the piston 2 descends.
  • the size of the peripheral gap 2 2 is set to the minimum clearance so that the inner surface of the sub chamber hole 1 7 does not collide with the sub chamber pipe 1 1 even if the piston 2 swings. Therefore, the flame in the sub-chamber 1 6 slowly propagates into the main chamber 5 through the peripheral gap 2 2, which is advantageous for bringing the in-cylinder pressure peak occurrence time e P d closer to the maximum mechanical efficiency time.
  • the in-cylinder pressure peak pd is generated at or near the maximum mechanical efficiency period, so that the engine torque generated, that is, the engine From the viewpoint of thermal efficiency, it is possible to improve it compared to the comparative example.
  • the ignition timing G ig does not necessarily have to be the ignition timing whose peak timing 9 pd coincides with or near the maximum mechanical efficiency timing, and the peak timing G pd is before or near the maximum mechanical efficiency timing.
  • the ignition timing may be the ignition timing.
  • the peak timing eP can be closer to the maximum mechanical efficiency timing than in the comparative example, which is advantageous for improving the thermal efficiency.
  • the cross-sectional shape perpendicular to the axial direction of the sub-chamber pipe 1 1 and the sub-chamber hole 1 7 can be other than a circle, for example, an ellipse or a polygon such as a quadrangle. can.
  • ECU Electronic control unit

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

エンジンシステムＳは内燃機関１と制御ユニット１００を備える。内燃機関は、ピストン２、シリンダ３およびシリンダヘッド４により画成された主室５と、シリンダヘッドに取り付けられた点火プラグ１０と、点火プラグを取り囲むと共にシリンダヘッドから下方に突出された副室管１１と、ピストンに形成され副室管が挿入可能な副室穴１７と、主室内に供給される燃料を噴射するインジェクタ９とを備える。制御ユニットは、副室管が副室穴に挿入されているときに点火プラグを点火させ、点火プラグの点火前でかつ副室管が副室穴に挿入される前の時期に、インジェクタから燃料を噴射させる。

Description

明 細 書 発明 の名称 ： エンジンシステ ムおよび 内燃機 関の制御 方法 技術分 野
[0001 I 本開示は、 内燃機関と制御ユニッ トを備えたエンジンシステム、 および内 燃機関の制御方法に関する。 背景技 術
[0002] 一般に火花点火式内燃機関では、 圧縮上死点直前のタイミングで点火し、 圧縮上死点直後のタイミングで筒内圧ピークを得る。 そして点火時期を進角 することで筒内圧ピーク値を上昇させ、 エンジンの出力トルクを増加させて いる。
[0003] なお、 シリンダ内に形成された通常の燃焼室に加えて副燃焼室を有する火 花点火式内燃機関も知られている (例えば特許文献 1参照) 。 先行技 術文献 特許文 献
[0004] 特許文献 1 : 日本国特開 2 0 0 7 - 2 8 5 2 7 3号公報 発明 の概要 発明 が解決 しようと する課題
[0005] 一般的な火花点火式内燃機関では、 圧縮上死点直後のタイミングで筒内圧 ピークが発生するため、 筒内圧をクランクシャフトのトルクに変換する際の 機械効率が必ずしも良好とは言えないタイミングで筒内圧ピークが発生する 〇 このため、 点火時期を進角して筒内圧ピーク値が高まったとしても、 クラ ンクシャフトに対して変換されるトルクはそれ程大きくならず、 内燃機関の 熱効率を向上するのが困難である。
[0006] そこで本開示は、 かかる事情に鑑みて創案され、 その目的は、 内燃機関の 熱効率向上に有利なエンジンシステムおよび内燃機関の制御方法を提供する ことにある。 課題 を解決す るため の手段 [0007I 本開示のーの態様によれば、 内燃機関と制御ユニッ トを備えたエンジンシステムであって、 前記内燃機関は、 ピストン、 シリンダおよびシリンダヘッ ドにより画成された主室と、 前記シリンダヘツ ドに取り付けられた点火プラグと、 前記点火プラグを取り囲むと共に前記シリンダヘッ ドから下方に突出され た副室管と、 前記ピストンに形成され、 前記副室管が挿入可能な副室穴と、 前記主室内に供給される燃料を噴射するインジェクタと、 を備え、 前記制御ユニッ トは、 前記点火プラグの点火時期と、 前記インジェクタの噴射量および噴射時期 とを制御するように構成され、 前記副室管が前記副室穴に挿入されているときに、 前記点火プラグを点火 させ、 前記点火プラグの点火前でかつ前記副室管が前記副室穴に挿入される前の 時期に、 前記インジェクタから燃料を噴射させる エンジンシステムが提供される。
[0008J 好ましくは、 前記制御ユニッ トは、 前記点火プラグの点火後に発生する筒 内圧ピークが、 クランク半径とコンロッ ド中心軸がなす角度が 9〇0 または その付近となるタイミングで発生するよう、 前記点火時期を制御する。
[0009I 好ましくは、 筒内圧ピークが発生する前記タイミングは、 圧縮上死点後 1 0 - 8 0 ° の範囲内におけるタイミングである。
[0010] 好ましくは、 前記副室管は一定の外径を有し、 前記副室穴は、 前記副室管 の外径より大きい一定の内径を有する。
[001 1 ] 本開示の他の態様によれば、 ピストン、 シリンダおよびシリンダヘッ ドにより画成された主室と、 前記シリンダヘツ ドに取り付けられた点火プラグと、 前記点火プラグを取り囲むと共に前記シリンダヘッ ドから下方に突出され た副室管と、 前記ピストンに形成され、 前記副室管が挿入可能な副室穴と、 前記主室内に供給される燃料を噴射するインジェクタと、 を備えた内燃機関の制御方法であって、 前記点火プラグの点火前でかつ前記副室管が前記副室穴に挿入される前の 時期に、 前記インジェクタから燃料を噴射させる第 1ステップと、 前記副室管が前記副室穴に挿入されているときに、 前記点火プラグを点火 させる第 2ステップと、 を備えた内燃機関の制御方法が提供される。 発明 の効果
［0012I 本開示によれば、 内燃機関の熱効率向上に有利なエンジンシステムおよび 内燃機関の制御方法を提供することができる。 図面 の簡単な 説明
［0013］ ［図 1］図 1は、 エンジンシステムを示す概略縦断面図である。
［図 2］図 2は、 圧縮上死点のタイミングにおける点火プラグ付近の様子を示す 概略縦断面図である。
［図 3］図 3は、 クランク角と筒内圧の関係を示すグラフである。
［図 4］図 4は、 比較例の筒内圧ピーク発生タイミングにおける状態を示す概略 図である。
［図 5］図 5は、 圧縮上死点後のタイミングにおける点火プラグ付近の様子を示 す概略縦断面図である。
［図 6］図 6は、 図 5のタイミングよりさらに後のタイミングにおける点火プラ グ付近の様子を示す概略縦断面図である。
［図 7］図 7は、 本実施形態の筒内圧ピーク発生時期における状態を示す概略図 である。
［図 8］図 8は、 比較例における圧縮行程の様子を示す概略図である。
［図 9］図 9は、 本実施形態の第 1実施例における圧縮行程の様子を示す概略図 である。
[図 10]図 1 〇は、 本実施形態の第 2実施例における圧縮行程の様子を示す概 略図である。 発明 を実施す るため の形態
[0014] 以下、 添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。 なお本開示は以 下の実施形態に限定されない点に留意されたい。
[0015] 図 1に示すように、 本実施形態のエンジンシステム Sは、 内燃機関 (エン ジン) 1 と、 これを制御する制御ユニット、 回路要素 (circuitry) もしくは コントローラとしての電子制御ユニット (EC U (Electronic Contro L Un i t ) ) 1 00とを備える。 周知のように EC U 1 00は、 演算機能を有する C P U (Central Process i ng Unit) 、 記憶媒体である ROM (Read On ly Memo ry) および RAM (Random Access Memory) 、 入出力ポート、 ならびに RO M および RAM 以外の記憶装置等を含む。
[0016] エンジン 1は火花点火式内燃機関であり、 具体的には、 圧縮天然ガス (C N G (Compressed Natural Gas) ) を燃料とするガスエンジンである。 但し 、 ガソリンを燃料とするガソリンエンジンであってもよく、 他の燃料を使用 する火花点火式内燃機関であってもよい。 本実施形態のエンジン 1は車両用 であり、 特にトラック等の大型車両の動力源として使用される。 しかしなが らエンジンの用途はこれに限定されず、 車両以外の移動体、 例えば船舶、 建 設機械、 または産業機械に適用されるものであってもよい。 またエンジンは 、 移動体に搭載されたものでなくてもよく、 定置式のものであってもよい。 図 1では 1気筒分しか示されていないが、 本実施形態のエンジン 1は多気筒 エンジンである。 エンジン 1は図示しないターボチャージャを備える。
[0017] エンジン 1は、 ピストン 2と、 ピストン 2が昇降可能かつ同軸に収容され たシリンダ 3と、 シリンダ 3の上端開口を閉じるシリンダヘッド 4と、 これ らピストン 2、 シリンダ 3およびシリンダヘツド 4により画成された主燃焼 室すなわち主室 5とを備える。 主室 5は、 一般的な火花点火式内燃機関の燃 焼室に相当するものである。 [0018I シリンダヘッ ド 4には吸気ポート 7と排気ポート 8が形成される。 これら 吸気ポート ?および排気ポート 8は、 それぞれ図示しない吸気弁および排気 弁により開閉される。 吸気ポート 7にはインジェクタ 9が設けられる。 イン ジェクタ 9は、 後に主室 5内に供給されることとなる燃料 Fを吸気ポート 7 内に噴射する。 よってインジェクタ 9はポート噴射用インジェクタをなす。
[0019] なお、 インジェクタは、 シリンダ 3内に燃料を直接噴射する直噴用インジ エクタであってもよいし、 ポート噴射用インジェクタと直噴用インジェクタ の組み合わせであってもよい。 主室 5内に供給される燃料 Fを噴射できれば 何れの形態のインジェクタであってもよい。
[0020] シリンダの中心軸すなわちシリンダ軸を符号 Cで示す。 以下特に断らない 限り、 シリンダ軸 cを基準とした軸方向、 半径方向および周方向を単に軸方 向、 半径方向および周方向というものとする。
[0021 ] シリンダヘッ ド 4の半径方向の中心部には、 点火プラグ 1 0と、 これを取 り囲む副室管 1 1 とが取り付けられている。 これら点火プラグ 1 〇と副室管 1 1はシリンダ軸 Cと同軸に配置され、 シリンダヘッ ド 4から下方に突出さ れている。 点火プラグ 1 〇は周知のように、 中心電極 1 3と、 外側電極 1 4 と、 これら電極間に介在される絶縁体 1 5とを備える。
[0022] 副室管 1 1は、 軸方向に延びる円筒状とされ、 半径方向の隙間を隔てて点 火プラグ 1 〇を取り囲む。 副室管 1 1は、 点火プラグ 1 〇よりも大きくシリ ンダヘッ ド 4から突出される。 副室管 1 1は、 直管状に形成され、 一定の内 径 d 1および外径 D 1 を有する。 副室管 1 1の下端面 1 2は軸方向に垂直で ある。 副室管 1 1の下端は主室 5内に開放されている。
[0023] 一方、 ピストン 2の上面 6には、 副室管 1 1が挿入可能な副室穴 1 7が形 成されている。 副室穴 1 7は、 軸方向に延びる有底円筒状とされ、 その上端 は開放され、 下端は閉止されている。 副室穴 1 7は、 一定の内径 d 2を有す る。 この内径 d 2は副室管 1 1の外径 D 1 より僅かに大きい。 副室穴 1 7の 下端面すなわち底面 1 8は軸方向に垂直である。
[0024] 図 2には圧縮上死点 ( T D C (Top Dead Center) ) のときの状態を示す。 この状態では、 副室管 1 1が副室穴 1 7に挿入され、 両者によって副燃焼室 すなわち副室 1 6が形成される。 副室 1 6はプレチャンバーとも称され、 主 室 5より容積が小さい燃焼室をなす。 図 2は、 副室管 1 1が副室穴 1 7に最 大に挿入され、 副室 1 6の容積が最小となっているときの状態を示す。 副室 管 1 1が挿入されているとき、 副室管 1 1の下端面 1 2と副室穴 1 7の底面 1 8との間には軸方向の隙間 (底部隙間という) 1 9が形成され、 副室管 1 1 の外周面 2 0と副室穴 1 7の内周面 2 1 との間には半径方向の隙間 (周部 隙間という) 2 2が形成される。
[0025I 図 1 に戻って、 ピストン 2における副室穴 1 7の下方の位置にはピストン ピン穴 2 3が設けられる。 周知のように、 ピストンピン穴 2 3にはピストン ピン (図示せず) が挿入され、 このピストンピンを介してピストン 2とコン ロッ ド (図示せず) の小端部とが連結される。
[0026] E C U 1 0〇は、 点火プラグ 1 0の点火時期と、 インジェクタ 9の噴射量 および噴射時期とを制御するように構成されている。 以下、 これらの制御方 法を説明する。
[0027] まず、 本実施形態とは異なる一般的な火花点火式内燃機関 (比較例という ) の場合を説明する。 比較例では、 副室が設けられておらず、 点火プラグは 主室内の中心部に配置される。 そして点火プラグを点火させると、 主室内に おける燃料と空気の混合気が、 点火位置を起点として半径方向外側に燃え広 がる。 比較例もポート噴射用インジェクタを備え、 その噴射時期は吸気行程 中かその前である。
[0028] 図 3には、 クランク角 Gと筒内圧 Pの関係を示す。 ここでいう筒内圧とは 主室内の圧力を意味する。 線 a , b , cは比較例の場合で、 線 a , b , cと 進むに従って点火時期が進角される。 例えば、 線 aの場合の点火時期は圧縮 上死点前 1 〇° ( B T D C (Before Top Dead Center) 1 0 ° ) s 線 bの場 合の点火時期は圧縮上死点前 1 5 ° ( B T D C 1 5 ° ) s 線 cの場合の点火 時期は圧縮上死点前 2〇。 ( B T D C 2 00 ) である。
[0029] 図中の P I i mは、 比較例および本実施形態の場合においてノッキングが 起きない筒内圧の最大値、 すなわちノック限界を示す。 なお比較例のエンジ ンの圧縮比は予め定められた一般的な値 (例えば 1 〇. 〇) であり、 この圧 縮比を基準圧縮比という。
[0030I 図示するように、 比較例において、 筒内圧の極大ピークすなわち筒内圧ピ ーク ( p a , p b , p cで示す) は、 圧縮上死点直後のタイミング (例えば A T D C (Af ter Top Dead Center) 1 5 ° 付近) で発生する。 そして点火時 期が進角されるにつれ、 筒内圧ピークの筒内圧の値 (筒内圧ピーク値) は上 昇し、 ノック限界 P I i mに近づいていき、 また筒内圧ピークの発生タイミ ングは進角されていく。
[0031 ! しかし、 このような筒内圧ピークが発生する圧縮上死点直後のタイミング は、 筒内圧をクランクシャフトのトルクに変換する際の機械効率が必ずしも 良好とは言えないタイミングである。
[0032] 図 4には、 その筒内圧ピーク発生タイミングでのピストン 2、 コンロッ ド
2 5およびクランクシャフト 2 6の位置を示す。 筒内圧 Pは、 ピストン 2に 対する下向きの力を発生させ、 この力はコンロッ ド 2 5を通じてクランクシ ヤフト 2 6に伝達され、 クランクシャフト 2 6を回転させるためのトルクに 変換される。 しかし当該タイミングだと、 クランクシャフト中心およびクラ ンクピン中心を結ぶクランク半径 Rと、 コンロッ ド中心軸 C cとがなす角度 G が 9〇0 よりかなり大きく、 1 8 0 ° 付近となっている。 このため、 クラ ンクシャフト 2 6にかかるカのモーメントを計算する際の腕の長さ rは、 ク ランク半径 Rよりかなり短くなり、 大きな筒内圧 Pを与えても、 クランクシ ヤフト 2 6にはそれ程大きなトルクが与えられない。 それ故、 筒内圧をクラ ンクシャフトのトルクに変換する際の機械効率 (以下、 単に機械効率という ) は必ずしも良好と言えない。
[0033] 図 3に示したように、 点火時期を進角して筒内圧ピーク値を上昇させても 、 筒内圧ピーク発生タイミングはそれ程変わらず、 むしろ進角されていくの で、 角度 Gが増大し、 腕の長さ rが短くなる方向に変化する。 従って進角量 に対するトルクの増加率はそれ程大きくなく、 点火時期を進角しても、 トル クはそれ程大きくならず、 エンジンの熱効率を向上するのが困難である。
[0034I そこで本実施形態では、 この課題を解決するため、 上記構成のエンジンを 採用し、 次のような制御を行う。
[0035] 図 3において、 線 dは本実施形態の場合を示す。 本実施形態の点火時期は 、 副室管 1 1が副室穴 1 7に挿入され副室 1 6が形成されているタイミング である。 具体的には圧縮上死点近傍であり、 圧縮上死点と等しいかその後で あるのが好ましいが、 圧縮上死点の前であってもよい。 いずれにしても、 比 較例より後のタイミングであるのが好ましい。
[0036] 図 3には一例として、 圧縮上死点 ( T D C ) と等しい本実施形態の点火時 期 G i gを示す。 この点火時期 G i gより前では筒内混合気の自己着火は起 こらない。 従って点火時期 G i gより前ではモータリング時と同様に筒内圧 が上昇する。 点火時期 G i gにおいて点火が行われると、 筒内混合気が着火 、 燃焼し、 筒内圧が次第に上昇していく。
[0037] 図 2に星印で示すように、 圧縮上死点で点火が行われると、 副室 1 6内の 混合気が着火し燃焼する (これを副燃焼という) 。 これによってできた火炎 ないし火炎核は、 底部隙間 1 9および周部隙間 2 2を通じて全周から放射状 に主室 5内に拡散し、 主室 5内に伝播すると共に主室 5内の混合気を燃焼さ せる。
[0038] 点火後、 ピストン 2は図 5に示すように徐々に下降し、 これと共に副室 1
6 内の火炎は矢印 aで示す如く底部隙間 1 9および周部隙間 2 2を通じて主 室 5内に伝播していく。 ピストン 2の下降につれ、 底部隙間 1 9は次第に大 きくなっていくが、 周部隙間 2 2の大きさはほぼ一定である。 副室 1 6内の 火炎は、 絞りとして機能する周部隙間 2 2を通じて比較的ゆっくりと主室 5 内に伝播していく。 図 6に示すように、 副室管 1 1が副室穴 1 7から抜けて 副室 1 6が開放された後には、 副室 1 6内の火炎が主室 5内に直接伝播する ようになる。
[0039] このように本実施形態では、 副室 1 6から主室 5への火炎伝播を遅延させ ることができ、 点火時以降のバーンアングルを伸ばすことができる。 そして 図 3に示すように、 点火後に筒内圧をゆっくりと上昇させ、 筒内圧ピーク発 生タイミングを遅らせることができると共に、 比較的高い筒内圧を長く維持 することができる。
[0040I 好ましくは、 筒内圧ピーク p dが発生するピーク時期 G p dが、 機械効率 が最大となる時期に一致するか、 またはその時期の付近となるよう、 点火時 期 G i gが制御される。
[0041 ] 図 7には、 機械効率が最大となる時期 (機械効率最大時期という) でのピ ストン 2、 コンロツド 2 5およびクランクシャフト 2 6の位置を示す。 この 時期では、 クランク半径 Rとコンロッド中心軸 C cとがなす角度 Gが 9〇0 に等しい。 このため、 クランクシャフト 2 6にかかるカのモーメントを計算 する際の腕の長さ「が、 クランク半径 Rに等しくなり、 機械効率は最大とな る。 それ故、 機械効率最大時期またはその付近で筒内圧ピーク p dが発生す るよう、 点火時期 G i gを制御することにより、 エンジンの熱効率を向上す ることができる。
[0042] このように E C U 1 0 0は、 筒内圧ピーク p dが、 クランク半径 Rとコン ロッド中心軸 C cがなす角度 Gが 9〇0 またはその付近となるタイミングで 発生するよう、 点火時期 G i gを制御する。 このタイミングは例えば圧縮上 死点後 1 0〜 8 0 ° の範囲内におけるタイミングであり、 より好適には 4 5 - 8 0 ° の範囲内におけるタイミングである。 例えば連桿比 3 . 1のエンジ ンで圧縮上死点後 7〇0 というタイミングを例示することができる。
[0043] 他方、 燃料噴射制御について、 E C U 1 0 0は、 点火プラグ 1 〇の点火前 でかつ副室管 1 1が副室穴 1 7に挿入される前の時期に、 インジェクタ 9か ら燃料を噴射させる。 これにより、 副室 1 6内に混合気を形成してこれを確 実に点火させることができる。 このとき E C U 1 0〇は、 主室 5および副室 1 6内の混合気が点火プラグ 1 〇の点火前に自己着火しないような量の燃料 をインジェクタ 9から噴射させる。 自己着火しないような量とは、 例えば、 高圧縮比 (圧縮比 8が 1 5以上) かつ冷却効率が悪く、 更に燃焼室内にヒー トスポットが出来やすい形状を持ったエンジンにおける高負荷運転時にて自 己着火しない量をいう〇
[0044I 本実施形態の燃料噴射時期は、 比較例と同様、 吸気行程中かその前 (例え ば排気行程中) の時期である。 なおインジェクタが直噴用インジェクタの場 合には、 燃料噴射時期を吸気行程中または圧縮行程中の時期とすることがで きる。 本実施形態の燃料噴射量は、 理論空燃比相当の量よりも少ない量とす ることができる。
[0045] ところで、 エンジンの熱効率向上には圧縮比を高めることが有利である。 しかし、 過度に高圧縮比化するとノッキングが発生する虞がある。 そこで本 実施形態では上記のように、 副室管 1 1 を副室穴 1 7に挿入して副室 1 6を 形成する。 これにより、 副室 1 6の圧縮比を主室 5の圧縮比より実質的に低 下させることができ、 高圧縮比化によるノッキングを抑制することができる
〇
[0046] 図 8は比較例の場合、 図 9および図 1 〇は本実施形態の場合を示す。 各図 において状態 Aは圧縮下死点、 状態 Cは圧縮上死点、 状態 Bはその中間タイ ミングの状態を示す。
[0047] まず図 8に示す比較例では、 副室管 1 1 も副室穴 1 7も設けられていない
〇 Y A, Y B, YCはシ リンダヘッ ド 4からピストン上面 6までの距離であ る。 YA= 1 OYC 、 Y B = 5 YC= (1 /2) YAである。 圧縮比 8につ いては便宜上、 状態 Aで 8 = 1、 状態 Bで 8 = 2、 状態 Cで s = 1 〇と考え ることができる。
[0048] 次に、 図 9に示す本実施形態の第 1実施例を説明する。 Y A, YB, YC の関係は前記同様に YA= 1 OYC 、 Y B = 5 YC= ( 1 /2) YAである 。 一方、 Z A, Z B, ZCはシリンダヘッ ド 4から副室穴底面 1 8までの距 離である。 Z A= 1 5 YC、 Z B= 1 0 YCS ZC = 6 YCである。 ちなみ に副室穴 1 7の深さ Zは 5 YCである。
[0049] 主室 5を、 ピストン上面 6の真上に位置する半径方向外側の主室領域 R 1 と、 副室穴底面 1 8の真上に位置する半径方向内側の副室領域 R 2とに分け て考える。 状態 Aでは、 主室領域 R 1 と副室領域 R 2の圧縮比がいずれも & = 1である。
[0050I 状態 Bでは、 副室管 1 1の下端面 1 2がピストン上面 6と同じ高さ位置に あり、 副室管 1 1が副室穴 1 7に丁度挿入を開始するタイミングなっている 〇 このときも、 主室領域 R 1 と副室領域 R 2の圧縮比は等しく、 s = 2であ る〇
[0051] このとき以降、 副室管 1 1が副室穴 1 7に挿入されるため、 副室 1 6は主 室 5から実質的に分離される。 そして両室内は個別に圧縮される。
[0052] 状態 Cにおいて、 主室領域 R 1すなわち主室 5の圧縮比は比較例と同様に s = 1 〇である。 一方、 副室領域 R2すなわち副室 1 6は状態 Bから実質的 に圧縮開始されるため、 その圧縮比は £ = 2 X (Z B/ZC) =3. 33で ある。 よって副室 1 6の圧縮比を主室 5の圧縮比より低下させることができ 、 高圧縮比化によるノッキングを抑制することができる。
[0053] ところで、 図 9に示す第 1実施例は、 副室 1 6の圧縮比を主室 5の圧縮比 より比較的大きく低下させることができるものの、 副室穴 1 7の深さ Zが大 きくなり、 ピストン 2の長さ Lが長くなるため、 エンジンパッケージング上 好ましくない場合がある。
[0054] そこで、 この問題に対処したのが図 1 0に示す本実施形態の第 2実施例で ある。 以下、 これについて説明する。
[0055] 前記同様、 YA= 1 O YCである。 しかし、 Y Bについては第 1実施例と 異なり、 YB = 2YC= (1 /5) YA である。 一方、 シリンダヘッド 4か ら副室穴底面 1 8までの距離については、 ZA= 1 2YC、 ZB = 4YC、 ZC = 3 Y Cである。 副室穴 1 7の深さ Zは 2 YCである。
[0056] この場合、 状態 Aでは、 主室領域 R 1 と副室領域 R 2の圧縮比がいずれも £ = 1である。
[0057] 図 1 〇の状態 Bでは、 図 9の状態 Bと同様、 副室管 1 1が副室穴 1 7に丁 度挿入を開始するタイミングなっている。 このとき、 主室領域 R 1 と副室領 域 R 2の圧縮比は等しく、 8 = 5である。
[0058] 状態 Cにおいて、 主室 5の圧縮比は比較例と同様に £ = 1 〇である。 一方 、 副室 1 6の圧縮比は 8 = 5 X ( Z B / Z C ) = 6 . 6 6である。 よって副 室 1 6の圧縮比を主室 5の圧縮比より低下させることができ、 高圧縮比化に よるノッキングを抑制することができる。
[0059I 本実施例は、 図 9に示した第 1実施例と比較して、 主室 5の圧縮比に対す る副室 1 6の圧縮比の低下量は少ないものの、 副室穴 1 7の深さ Zを少なく してピストン 2の長さ Lを短くすることができる。 よって好ましいエンジン パッケージングを実現することが可能である。
[0060] 本実施形態によれば、 副室 1 6の圧縮比を主室 5の圧縮比より低下させる ことができる。 こうするとノッキングを抑制できるほか、 点火プラグ 1 0に おける点火エネルギ (具体的には点火プラグ 1 〇に印加する点火コイル二次 電圧) を少なくすることができる。 低圧縮比の方が気体密度が低いからであ る。 またこの点火エネルギ減少により、 副室 1 6内での点火直後の火炎核成 長速度を抑制することができる。 火炎核成長速度を抑制すれば、 これに伴っ て副室 1 6から主室 5への火炎伝播、 さらには主室 5内での火炎伝播を遅ら せることができる。 よって筒内圧ピーク発生時期 G p dを機械効率最大時期 に近づけるのに有利となる。
[0061 ] また図 2および図 5に示したように、 点火後、 ピストン 2の下降と共に、 副室 1 6内の火炎は周部隙間 2 2を通じて主室 5内に伝播する。 周部隙間 2 2 の大きさは、 ピストン 2が首振り運動しても副室穴 1 7の内面が副室管 1 1 に衝突しないような最小の隙間とされている。 よって副室 1 6内の火炎は 周部隙間 2 2を通じて主室 5内にゆっくりと伝播し、 筒内圧ピーク発生時期 e P dを機械効率最大時期に近づけるのに有利となる。
[0062] 副室管 1 1の外径 D 1 と副室穴 1 7の内径 d 2とを一定としたため、 点火 後かつピストン下降中の周部隙間 2 2の大きさを、 上記のような小さい値に ほぼ一定に保つことができる。 よって副室管 1 1が副室穴 1 7から抜けるま で、 副室 1 6から主室 5への火炎伝播速度を低速に保つことができる。
[0063] なお、 例えば図 9において、 状態 Bから状態 Cに向かって圧縮するとき、 周部隙間 2 2を通じた副室 1 6からの圧縮漏れがあるため、 真の圧縮比は上 述のようにならない。 しかし、 実際の圧縮は高速で行われるため、 上述のよ うに計算された圧縮比はある程度妥当なものである。
[0064I また、 仮に本実施形態の筒内圧ピーク値が比較例より低下したとしても、 本実施形態では機械効率最大時期またはその付近で筒内圧ピーク p dが発生 するので、 発生するエンジントルク、 すなわちエンジンの熱効率の観点から すれば、 比較例よりも向上することが可能である。
[0065] 因みに点火時期 G i gは、 必ずしもピーク時期 9 p dが機械効率最大時期 またはその付近に一致する点火時期でなくてもよく、 ピーク時期 G p dが機 械効率最大時期またはその付近より前の時期となる点火時期であってもよい 〇 こうしても依然として、 ピーク時期 e P を比較例よりも機械効率最大時 期に近づけることができ、 熱効率向上に有利である。
[0066] このように本実施形態によれば、 内燃機関の熱効率向上に有利なエンジン システムと内燃機関の制御方法とを提供することができる。
[0067] 以上、 本開示の実施形態を詳細に述べたが、 本開示は他の実施形態および 変形例も可能である。
[0068] ( 1 ) 例えば、 副室管 1 1および副室穴 1 7の軸方向に垂直な断面形状を 円形以外とすることができ、 例えば楕円形、 または四角形等の多角形とする ことができる。
[0069] ( 2 ) 図 8〜図 1 〇の例で示した圧縮比の値は一例である。 その値は任意 に変更可能である。
[0070] 本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、 特許請求の範囲によつ て規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、 均等物が 本開示に含まれる。 従って本開示は、 限定的に解釈されるべきではなく、 本 開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能であ る。
[0071 ] 本出願は、 2020年8月1 1日付で出願された日本国特許出願 (特願 2020-13584 2) に基づくものであり、 その内容はここに参照として取り込まれる。 産業上 の利用 可能性 [0072I 本開示に係るエンジンシステムおよび内燃機関の制御方法は、 内燃機関の 熱効率向上に有利である。 符号 の説明
[0073] 1 内燃機関 (エンジン)
2 ピストン
3 シ リンダ
4 シ リンダヘッ ド
5 主室
9 インジェクタ
1 〇 点火プラグ
1 1 副室管
1 7 副室穴
1 〇〇 電子制御ユニッ ト (ECU)

Claims

請 求の範 囲
[請求項 1 ] 内燃機関と制御ユニッ トを備えたエンジンシステムであって、 前記内燃機関は、 ピス トン、 シリンダおよびシリンダヘッ ドにより画成された主室と
S 前記シリンダヘツ ドに取り付けられた点火プラグと、 前記点火プラグを取り囲むと共に前記シリンダヘッ ドから下方に突 出された副室管 と、 前記ピス トンに形成され、 前記副室管が挿入可能な副室穴と、 前記主室内に供給される燃料を噴射するインジェクタと、 を備え、 前記制御ユニッ トは、 前記点火プラグの点火時期と、 前記インジェクタの噴射量および噴 射時期 とを制御するように構成され、 前記副室管が前記副室穴に挿入されているときに、 前記点火プラグ を点火させ、 前記点火プラグの点火前でかつ前記副室管が前記副室穴に挿入され る前の時期に、 前記インジェクタから燃料を噴射させる エンジンシステム。
[請求項 2] 前記制御ユニッ トは、 前記点火プラグの点火後に発生する筒内圧ピ ークが、 クランク半径とコンロッ ド中心軸がなす角度が 9〇0 または その付近 となるタイミングで発生するよう、 前記点火時期を制御する 請求項 1 に記載のエンジンシステム。
[請求項 3] 筒内圧ピークが発生する前記タイミングは、 圧縮上死点後 1 〇〜 8
〇0 の範囲内におけるタイミングである 請求項 2に記載のエンジンシステム。
[請求項 4] 前記副室管は一定の外径を有し、 前記副室穴は、 前記副室管の外径 よ り大きい一定の内径を有する 請求項 1〜 3のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
[請求項 5] ピストン、 シリンダおよびシリンダヘッ ドにより画成された主室と 前記シリンダヘツ ドに取り付けられた点火プラグと、 前記点火プラグを取り囲むと共に前記シリンダヘッ ドから下方に突 出された副室管 と、 前記ピス トンに形成され、 前記副室管が挿入可能な副室穴と、 前記主室内に供給される燃料を噴射するインジェクタと、 を備えた内燃機関の制御方法であって、 前記点火プラグの点火前でかつ前記副室管が前記副室穴に挿入され る前の時期に、 前記インジェクタから燃料を噴射させる第 1ステップ と、 前記副室管が前記副室穴に挿入されているときに、 前記点火プラグ を点火させる第 2ステップと、 を備えた内燃機関の制御方法。
PCT/IB2021/059146 2020-08-11 2021-10-06 エンジンシステムおよび内燃機関の制御方法 Ceased WO2022034566A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180069344.6A CN116391076B (zh) 2020-08-11 2021-10-06 引擎系统以及内燃机的控制方法
EP21855742.9A EP4180643B1 (en) 2020-08-11 2021-10-06 Engine system and control method for internal combustion engine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020135842A JP7287362B2 (ja) 2020-08-11 2020-08-11 エンジンシステムおよび内燃機関の制御方法
JP2020-135842 2020-08-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022034566A1 true WO2022034566A1 (ja) 2022-02-17

Family

ID=80247412

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2021/059146 Ceased WO2022034566A1 (ja) 2020-08-11 2021-10-06 エンジンシステムおよび内燃機関の制御方法

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4180643B1 (ja)
JP (1) JP7287362B2 (ja)
CN (1) CN116391076B (ja)
WO (1) WO2022034566A1 (ja)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR690119A (fr) * 1929-08-21 1930-09-16 Moteurs à combustibles lourds à haut point d'inflammabilité
JPS5669417A (en) * 1979-11-11 1981-06-10 Yariichi Hisada Internal combustion engine with accessory chambers
JPS57146015A (en) * 1981-03-06 1982-09-09 Nissan Motor Co Ltd Combustion chamber for internal combustion engine of spark ignition
JP2003120298A (ja) * 2001-10-15 2003-04-23 Ishima Ryutai Kenkyusho:Kk 二重燃焼エンジン及び燃焼方法
JP2007285273A (ja) 2006-04-20 2007-11-01 Nissan Motor Co Ltd 副室式エンジン
FR2939842A1 (fr) * 2008-12-12 2010-06-18 Louis Chauville Moteur thermique a essence, a deux ou quatre temps, fonctionnant a pleine admission et taux de compression eleve
JP2020135842A (ja) 2019-05-15 2020-08-31 株式会社マネーフォワード 情報処理装置、システム及びプログラム

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09217627A (ja) * 1996-02-14 1997-08-19 Isuzu Motors Ltd 直噴式リーンバーン高圧縮比ガソリンエンジン
JPH11280628A (ja) * 1998-03-26 1999-10-15 Toyota Motor Corp 内燃機関の点火時期制御装置
JP3707247B2 (ja) * 1998-06-26 2005-10-19 いすゞ自動車株式会社 ピストンに副室を持つ副室式エンジン
CN1985084B (zh) * 2004-07-12 2010-05-05 通用汽车公司 用于内燃机的燃烧室
US7690348B2 (en) * 2005-01-06 2010-04-06 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Direct-injection spark-ignition internal combustion engine
WO2014112370A1 (ja) * 2013-01-16 2014-07-24 マツダ株式会社 火花点火式エンジンの触媒早期暖機制御装置
EP3402969A4 (en) * 2016-01-14 2019-10-02 Nautilus Engineering, LLC IMPROVED SYSTEMS AND METHOD FOR AUTO IGNITION ENGINES
EP3617471A4 (en) * 2017-06-02 2020-03-04 Mazda Motor Corporation COMBUSTION CHAMBER STRUCTURE FOR ENGINES
JP6825553B2 (ja) * 2017-12-28 2021-02-03 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP2019178620A (ja) * 2018-03-30 2019-10-17 本田技研工業株式会社 内燃機関
JP2021080892A (ja) * 2019-11-20 2021-05-27 いすゞ自動車株式会社 燃焼室構造及び火花点火式内燃機関

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR690119A (fr) * 1929-08-21 1930-09-16 Moteurs à combustibles lourds à haut point d'inflammabilité
JPS5669417A (en) * 1979-11-11 1981-06-10 Yariichi Hisada Internal combustion engine with accessory chambers
JPS57146015A (en) * 1981-03-06 1982-09-09 Nissan Motor Co Ltd Combustion chamber for internal combustion engine of spark ignition
JP2003120298A (ja) * 2001-10-15 2003-04-23 Ishima Ryutai Kenkyusho:Kk 二重燃焼エンジン及び燃焼方法
JP2007285273A (ja) 2006-04-20 2007-11-01 Nissan Motor Co Ltd 副室式エンジン
FR2939842A1 (fr) * 2008-12-12 2010-06-18 Louis Chauville Moteur thermique a essence, a deux ou quatre temps, fonctionnant a pleine admission et taux de compression eleve
JP2020135842A (ja) 2019-05-15 2020-08-31 株式会社マネーフォワード 情報処理装置、システム及びプログラム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4180643A4

Also Published As

Publication number Publication date
CN116391076B (zh) 2025-08-26
JP7287362B2 (ja) 2023-06-06
EP4180643B1 (en) 2025-10-22
JP2022032246A (ja) 2022-02-25
CN116391076A (zh) 2023-07-04
EP4180643A4 (en) 2024-01-10
EP4180643A1 (en) 2023-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6725827B2 (en) Spark ingition stratified combustion internal combustion engine
JP5765819B2 (ja) ２サイクルガスエンジン
CN105247204B (zh) 内燃机的控制系统
JP5922830B1 (ja) ガスエンジン
JP4073315B2 (ja) 副室式エンジン
JP4657187B2 (ja) 内燃機関
JP7712181B2 (ja) エンジン制御装置及びエンジン制御方法
JP2003049650A (ja) 圧縮自己着火式内燃機関
JP2005232988A (ja) 副室式エンジン
WO2022034566A1 (ja) エンジンシステムおよび内燃機関の制御方法
JP2000073768A (ja) エンジンおよびエンジンの着火方法
JP2021080892A (ja) 燃焼室構造及び火花点火式内燃機関
JP2007255313A (ja) 副室式エンジン
JP2005232987A (ja) 副室式エンジン
JP2016006325A (ja) ２サイクルガスエンジン及び２サイクルガスエンジン用の燃料ガス噴射システム
JP2015057543A (ja) ガソリンエンジンの燃焼制御装置
JP7830390B2 (ja) 直噴式内燃機関の制御装置
JP2004285928A (ja) エンジン及びその運転方法
JP2007262926A (ja) 圧縮自己着火エンジンの燃焼制御装置
JP2021021377A (ja) エンジンシステムおよび内燃機関の制御方法
WO2025205215A1 (ja) 副室式内燃機関の制御システム
WO2024139141A1 (zh) 发动机点火系统、点火方法、发动机、车辆以及交通工具
JPS63212770A (ja) 火花点火機関
WO2026018812A1 (ja) 火花点火エンジン
JP2007170300A (ja) 副室式エンジン

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21855742

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021855742

Country of ref document: EP

Effective date: 20230209

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 202180069344.6

Country of ref document: CN

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 2021855742

Country of ref document: EP