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JP7001002B2 - Premixed compression ignition engine - Google Patents
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Description

本発明は、予混合圧縮着火式エンジンに関する技術分野に属する。 The present invention belongs to the technical field relating to a premixed compression ignition engine.

従来より、燃焼室内で燃料と空気との混合気を自着火させる(HCCI燃焼させる)予混合圧縮着火式エンジンが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、幾何学的圧縮比が15以上40以下とされた高圧縮比のエンジンも知られている(例えば、特許文献2参照)。 Conventionally, a premixed compression ignition engine that self-ignites a mixture of fuel and air in a combustion chamber (HCCI combustion) has been known (see, for example, Patent Document 1). Further, an engine having a high compression ratio having a geometric compression ratio of 15 or more and 40 or less is also known (see, for example, Patent Document 2).

さらに、例えば特許文献3には、放電電極部への電圧の印加による該放電電極部での放電により該放電電極部に非平衡プラズマ(低温プラズマとも呼ばれる)を生成するようにしたエンジンが開示されている。このエンジンは、中心電極及び接地電極で構成された放電電極部(中心電極及び接地電極間)に放電が生じる点火プラグ(放電プラグ)と、中心電極及び接地電極間に非平衡プラズマ状態を形成する短パルスの電界を発生可能な短パルス回路とを備え、この短パルス回路により、中心電極及び接地電極間に短パルスの電界を発生させることで、放電電極部に非平衡プラズマを生成する。 Further, for example, Patent Document 3 discloses an engine in which a non-equilibrium plasma (also referred to as low temperature plasma) is generated in the discharge electrode portion by discharging at the discharge electrode portion by applying a voltage to the discharge electrode portion. ing. This engine forms an unbalanced plasma state between the ignition plug (discharge plug) in which a discharge occurs in the discharge electrode portion (between the center electrode and the ground electrode) composed of the center electrode and the ground electrode, and the center electrode and the ground electrode. A short pulse circuit capable of generating a short pulse electric field is provided, and the short pulse circuit generates a short pulse electric field between the center electrode and the ground electrode to generate a non-equilibrium plasma in the discharge electrode portion.

特開2015-081527号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-081527 特開2013-194712号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-194712 特開2014-141919号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-141919

ところで、本発明者らが鋭意研究したところ、放電プラグの放電電極部の周辺に、空気又は空燃比のかなり大きい燃料リーンな混合気(基本的に空気)が存在しているときに、放電電極部での放電により非平衡プラズマが生成されたときには、空気に非平衡プラズマが照射されることで、空気から、混合気の自着火及び燃焼を促進する物質である活性種(例えばオゾン、OH等)が生成されることが分かった。一方、放電電極部の周辺に、燃料又は比較的燃料リッチな混合気が存在しているときに、放電電極部での放電により非平衡プラズマが生成されたときには、燃料又は比較的燃料リッチな混合気に非平衡プラズマが照射されることで、燃料から、混合気の自着火及び燃焼を抑制する物質である抑制種(例えばホルムアルデヒド、二酸化窒素等)が生成されることが分かった。このように、放電電極部の周辺の空燃比に応じて、非平衡プラズマを生成することにより、混合気の燃焼を制御できることが分かった。 By the way, as a result of diligent research by the present inventors, when air or a fuel lean air-fuel mixture (basically air) having a considerably large air-fuel ratio exists around the discharge electrode portion of the discharge plug, the discharge electrode is used. When non-equilibrium plasma is generated by the discharge in the part, the air is irradiated with the non-equilibrium plasma, and the active species (for example, ozone, OH, etc.) which are substances that promote the self-ignition and combustion of the air-fuel mixture from the air. ) Was generated. On the other hand, when a fuel or a relatively fuel-rich mixture is present around the discharge electrode portion and a non-equilibrium plasma is generated by the discharge at the discharge electrode portion, the fuel or a relatively fuel-rich mixture is generated. It was found that by irradiating the air with non-equilibrium plasma, suppressed species (for example, formaldehyde, nitrogen dioxide, etc.), which are substances that suppress self-ignition and combustion of the air-fuel mixture, are generated from the fuel. As described above, it was found that the combustion of the air-fuel mixture can be controlled by generating the non-equilibrium plasma according to the air-fuel ratio around the discharge electrode portion.

ここで、高圧縮比の予混合圧縮着火式エンジンでは、圧縮行程における圧縮上死点付近において燃焼室の中央部から混合気の自着火が開始し、燃焼が燃え拡がることにより、燃焼室内の圧力が急激に上昇するとともに、最大圧力が非常に高くなり、この結果、燃焼騒音の増大やエンジンの信頼性の低下を招き易くなる。また、燃焼室内の温度も非常に高くなり、RawNOxの発生量が増大し易くなる。 Here, in a premixed compression ignition engine with a high compression ratio, self-ignition of the air-fuel mixture starts from the center of the combustion chamber near the compression top dead point in the compression stroke, and the combustion spreads, resulting in pressure in the combustion chamber. As the engine rises sharply, the maximum pressure becomes very high, which tends to lead to an increase in combustion noise and a decrease in engine reliability. In addition, the temperature in the combustion chamber becomes very high, and the amount of RawNOx generated tends to increase.

そこで、上記抑制種によって、自着火の開始時期を遅らせて圧縮上死点以降にすることが考えられる。このように自着火の開始時期を圧縮上死点以降に遅らせれば、燃焼室内の圧力の急上昇を抑制することができるとともに、燃焼室内の最大圧力及び温度が高くなり過ぎるのを抑制することができる。 Therefore, it is conceivable to delay the start time of self-ignition by the above-mentioned inhibitory species so that it is after the compression top dead center. By delaying the start time of self-ignition after the compression top dead center in this way, it is possible to suppress the rapid rise in pressure in the combustion chamber and to prevent the maximum pressure and temperature in the combustion chamber from becoming too high. can.

しかし、自着火の開始時期を圧縮上死点以降に遅らせると、燃焼室の外周部の領域では、ゆっくりとした熱発生にしかならず、このため、エンジンの熱効率を低下させるとともに、ピストンの下降による燃焼室内の圧力低下及び温度低下によって、特に燃焼後期の燃焼が不安定になるという問題がある。 However, if the start time of self-ignition is delayed after the compression top dead center, heat will only be generated slowly in the outer peripheral region of the combustion chamber, which will reduce the thermal efficiency of the engine and burn due to the lowering of the piston. There is a problem that combustion becomes unstable, especially in the latter stage of combustion, due to a decrease in indoor pressure and temperature.

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、非平衡プラズマを利用することによって、混合気の自着火の開始時期を圧縮上死点以降に遅らせつつ、燃焼後期の燃焼を安定させることが可能な予混合圧縮着火式エンジンを提供することにある。 The present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to delay the start time of self-ignition of the air-fuel mixture after the compression top dead center by using a non-equilibrium plasma. It is an object of the present invention to provide a premixed compression ignition type engine capable of stabilizing combustion in the late combustion stage.

上記の目的を達成するために、本発明では、燃焼室が形成された気筒を有するエンジン本体を備え、該燃焼室内で燃料と空気との混合気を自着火させる予混合圧縮着火式エンジンを対象として、上記エンジン本体の幾何学的圧縮比が、16以上であり、上記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、1つ又は複数の放電電極部を有し、該放電電極部での放電により該放電電極部に非平衡プラズマを生成するプラズマ生成手段と、上記プラズマ生成手段の作動を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記エンジン本体の運転時における吸気行程において、上記燃焼室に吸入された空気、又は、上記燃料噴射弁により上記燃焼室内に噴射された燃料により該燃焼室内に形成された第1所定空燃比以上の燃料リーンな混合気に対して上記非平衡プラズマを照射するように、上記プラズマ生成手段の少なくとも1つの放電電極部で、第1の放電を実行させるとともに、圧縮行程において、上記燃料噴射弁により上記燃焼室内に噴射された燃料又は該燃料により該燃焼室内に形成された、上記第1所定空燃比よりも小さい第2所定空燃比未満の燃料リッチな混合気に対して上記非平衡プラズマを照射するように、上記プラズマ生成手段の、上記第1の放電を実行させた放電電極部と同じか又は異なる放電電極部で、第2の放電を実行させるように構成されている、という構成とした。 In order to achieve the above object, the present invention is intended for a premixed compression ignition type engine provided with an engine body having a cylinder in which a combustion chamber is formed and self-igniting a mixture of fuel and air in the combustion chamber. As a result, the geometric compression ratio of the engine body is 16 or more, the fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber, and one or more discharge electrode portions are provided, and the discharge in the discharge electrode portion is provided. The discharge electrode portion is provided with a plasma generation means for generating non-equilibrium plasma and a control means for controlling the operation of the plasma generation means, and the control means is used for the combustion in the intake stroke during operation of the engine body. The non-equilibrium plasma is applied to a fuel lean air-fuel mixture having a first predetermined air fuel ratio or more formed in the combustion chamber by the air sucked into the chamber or the fuel injected into the combustion chamber by the fuel injection valve. The first discharge is executed by at least one discharge electrode portion of the plasma generation means so as to irradiate the fuel, and the fuel injected into the combustion chamber by the fuel injection valve or the fuel in the compression stroke burns the fuel. The first of the plasma generating means so as to irradiate the fuel-rich air-fuel mixture formed in the room with a fuel-rich mixture smaller than the first predetermined air fuel ratio and less than the second predetermined air fuel ratio. The configuration is such that the discharge electrode portion that is the same as or different from the discharge electrode portion that has executed the discharge is configured to execute the second discharge.

より詳細には、上記制御手段は、吸気行程において上記第1の放電を実行させることで、上記燃焼室内での混合気の燃焼を促進する物質である活性種を生成するとともに、圧縮行程において上記第2の放電を実行させることで、上記燃焼室内での混合気の燃焼を抑制する物質である抑制種を生成するように構成されている。 More specifically, the control means produces the active species, which is a substance that promotes the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber, by executing the first discharge in the intake stroke, and also in the compression stroke. By executing the second discharge, it is configured to generate a suppression species which is a substance that suppresses the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber.

上記の構成により、吸気行程における第1の放電の実行により、空気又は第1所定空燃比以上の燃料リーンな混合気に対して非平衡プラズマを照射することで、空気から活性種が生成される。また、圧縮行程における第2の放電の実行により、燃焼室内に噴射された燃料又は第2所定空燃比未満の燃料リッチな混合気に対して非平衡プラズマを照射することで、燃料から抑制種が生成される。圧縮行程で噴射された燃料は、圧縮上死点付近において、燃焼室の中央部に、比較的燃料リッチな混合気層を形成する。圧縮行程で燃料から生成された抑制種は、基本的に、燃焼室の中央部における燃料リッチな混合気層中に存在することになる。また、圧縮上死点付近において、燃料リッチな混合気層の周囲には、吸気行程で燃焼室に吸入された空気、又は、該空気を含む、該混合気層よりも燃料リーンな混合気層が存在する。吸気行程で空気から生成された活性種は、燃料リーンな混合気層中に存在することになる。 With the above configuration, the execution of the first discharge in the intake stroke causes the active species to be produced from the air by irradiating the non-equilibrium plasma to the air or a fuel lean air-fuel mixture having a fuel lean ratio equal to or higher than the first predetermined air-fuel ratio. .. In addition, by executing the second discharge in the compression stroke, the fuel injected into the combustion chamber or the fuel-rich mixture having a fuel-rich air-fuel ratio less than the second predetermined air-fuel ratio is irradiated with non-equilibrium plasma, so that the suppressed species are released from the fuel. Generated. The fuel injected in the compression stroke forms a relatively fuel-rich air-fuel mixture layer in the center of the combustion chamber near the compression top dead center. The suppressor species produced from the fuel during the compression stroke will basically be present in the fuel-rich mixture layer in the central part of the combustion chamber. Further, in the vicinity of the compression top dead center, around the fuel-rich air-fuel mixture layer, the air sucked into the combustion chamber in the intake stroke or the air-fuel mixture leaner than the air-fuel mixture layer containing the air. Exists. The active species produced from the air during the intake stroke will be present in the fuel lean air-fuel mixture layer.

ここで、燃料リッチな混合気層中に抑制種が存在しなければ、高圧縮比であることから、圧縮行程における圧縮上死点付近で、混合気の自着火が開始される。また、混合気の自着火は、燃焼室において温度が最も高くなりかつ燃料リッチな混合気層が形成された中央部から開始される。これに対し、燃料リッチな混合気層中に抑制種が存在していると、その抑制種によって、混合気の自着火の開始時期を圧縮上死点以降に遅らせることができるようになる。 Here, if there is no inhibitory species in the fuel-rich air-fuel mixture layer, since the compression ratio is high, self-ignition of the air-fuel mixture is started near the compression top dead center in the compression stroke. Further, the self-ignition of the air-fuel mixture is started from the central portion where the temperature is the highest in the combustion chamber and the fuel-rich air-fuel mixture layer is formed. On the other hand, if the suppression species are present in the fuel-rich air-fuel mixture layer, the suppression species can delay the start time of self-ignition of the air-fuel mixture after the compression top dead center.

そして、圧縮上死点以降に混合気の自着火が開始された後、燃焼が燃料リッチな混合気層の周囲にまで拡がると、そこには活性種が存在するので、その活性種によって、燃焼が促進される。この結果、混合気の自着火の開始時期を圧縮上死点以降に遅らせても、燃焼後期の燃焼性が向上して、燃焼後期の燃焼が安定するようになる。しかも、活性種が生成されない場合に比べて、燃焼の促進により、燃焼を早期に終了させることができ(燃焼期間を短くすることができ)、このことからも、燃焼後期の燃焼を安定させることができるようになる。したがって、混合気の自着火の開始時期を圧縮上死点以降に遅らせつつ、燃焼後期の燃焼を安定させることができる。 Then, after the self-ignition of the air-fuel mixture is started after the compression top dead center, when the combustion spreads to the periphery of the fuel-rich air-fuel mixture layer, active species exist there. Is promoted. As a result, even if the start time of self-ignition of the air-fuel mixture is delayed after the compression top dead center, the combustibility in the latter stage of combustion is improved and the combustion in the latter stage of combustion becomes stable. Moreover, compared to the case where no active species is produced, by promoting combustion, combustion can be terminated earlier (combustion period can be shortened), which also stabilizes combustion in the latter stage of combustion. Will be able to. Therefore, it is possible to stabilize the combustion in the latter stage of combustion while delaying the start time of self-ignition of the air-fuel mixture after the compression top dead center.

上記予混合圧縮着火式エンジンの一実施形態において、上記燃焼室内に、吸入された空気のタンブル流が生成されるようになされており、上記プラズマ生成手段は、上記燃焼室の天井面中央の近傍から該燃焼室に臨みかつ上記第1の放電及び上記第2の放電の両方を実行する放電電極部を有している。 In one embodiment of the premixed compression ignition engine, a tumble flow of sucked air is generated in the combustion chamber, and the plasma generating means is near the center of the ceiling surface of the combustion chamber. It has a discharge electrode portion that faces the combustion chamber and executes both the first discharge and the second discharge.

このことにより、燃焼室内に吸入空気のタンブル流が生成される場合、吸気行程において、燃焼室の天井面中央の近傍から該燃焼室に臨む放電電極部での第1の放電により、燃焼室内に吸入された直後の空気に対して非平衡プラズマを照射することができる。また、圧縮行程において、第1の放電を実行した放電電極部と同じ放電電極部での第2の放電により、燃焼室内に噴射された燃料又は燃料リッチな混合気に対して非平衡プラズマを照射することができる。 As a result, when a tumble flow of intake air is generated in the combustion chamber, in the intake stroke, the first discharge at the discharge electrode portion facing the combustion chamber from the vicinity of the center of the ceiling surface of the combustion chamber causes the combustion chamber to enter the combustion chamber. Non-equilibrium plasma can be applied to the air immediately after inhalation. Further, in the compression stroke, the fuel or the fuel-rich mixture injected into the combustion chamber is irradiated with the non-equilibrium plasma by the second discharge in the same discharge electrode portion as the discharge electrode portion in which the first discharge is executed. can do.

上記予混合圧縮着火式エンジンの別の実施形態において、上記燃焼室内に、吸入された空気のスワール流が生成されるようになされており、上記プラズマ生成手段は、上記燃焼室の天井面の外周部から該燃焼室に臨みかつ上記第1の放電を実行する放電電極部と、上記燃焼室の天井面中央の近傍から該燃焼室に臨みかつ上記第2の放電を実行する放電電極部とを有している。 In another embodiment of the premixed compression ignition engine, a swirl flow of sucked air is generated in the combustion chamber, and the plasma generating means is the outer periphery of the ceiling surface of the combustion chamber. A discharge electrode portion that faces the combustion chamber and executes the first discharge from the unit, and a discharge electrode portion that faces the combustion chamber and executes the second discharge from the vicinity of the center of the ceiling surface of the combustion chamber. Have.

このことで、燃焼室内に吸入空気のスワール流が生成される場合、吸気行程において、燃焼室の天井面の外周部から該燃焼室に臨む放電電極部での第1の放電により、燃焼室内に吸入された空気に対して非平衡プラズマを照射することができる。また、圧縮行程において、燃焼室の天井面中央の近傍から該燃焼室に臨む放電電極部での第2の放電により、燃焼室内に噴射された燃料又は燃料リッチな混合気に対して非平衡プラズマを照射することができる。 As a result, when a swirl flow of intake air is generated in the combustion chamber, in the intake stroke, the first discharge at the discharge electrode portion facing the combustion chamber from the outer peripheral portion of the ceiling surface of the combustion chamber causes the combustion chamber to enter the combustion chamber. Non-combustion plasma can be applied to the inhaled air. Further, in the compression stroke, the non-equilibrium plasma with respect to the fuel injected into the combustion chamber or the fuel-rich mixture due to the second discharge at the discharge electrode portion facing the combustion chamber from the vicinity of the center of the ceiling surface of the combustion chamber. Can be irradiated.

以上説明したように、本発明の予混合圧縮着火式エンジンによると、燃料から生成された抑制種によって、混合気の自着火の開始時期を圧縮上死点以降に遅らせることができるとともに、空気から生成された活性種によって、混合気の自着火の開始時期を圧縮上死点以降に遅らせても、燃焼後期の燃焼を安定させることができる。 As described above, according to the premixed compression ignition engine of the present invention, the suppression species generated from the fuel can delay the start time of self-ignition of the air-fuel mixture after the compression top dead center and from the air. Depending on the active species produced, even if the start time of self-ignition of the air-fuel mixture is delayed after the compression top dead center, the combustion in the late combustion stage can be stabilized.

本発明の実施形態に係る予混合圧縮着火式エンジンの概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the premixed compression ignition type engine which concerns on embodiment of this invention. 上記エンジンの要部を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which shows the main part of the said engine in an enlarged manner. 上記エンジンの或る1つの気筒の概略平面図である。It is a schematic plan view of a certain cylinder of the said engine. 上記エンジンの制御系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system of the said engine. 上記放電プラグの放電電極部に印加するパルス電圧のパルス幅とピーク値とに応じて、放電電極部での放電により生成されるプラズマの種類を示す図である。It is a figure which shows the kind of plasma generated by the discharge in the discharge electrode part, according to the pulse width and the peak value of the pulse voltage applied to the discharge electrode part of the discharge plug. 非平衡プラズマを生成する際のパルス電圧の波形の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the waveform of the pulse voltage at the time of generating a non-equilibrium plasma. 第1の放電及び第2の放電の実行タイミングと燃料噴射のタイミングとを示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the execution timing of the first discharge and the second discharge, and the timing of fuel injection. 圧縮上死点付近における燃焼室内の燃料分布を示す図である。It is a figure which shows the fuel distribution in the combustion chamber near the compression top dead center. 本実施形態に係る予混合圧縮着火式エンジン、及び、圧縮上死点付近で自着火する予混合圧縮着火式エンジンのPV線図を示すグラフである。It is a graph which shows the PV diagram of the premixed compression ignition type engine which concerns on this embodiment, and the premixed compression ignition type engine which self-ignites near the compression top dead center. 実施例及び比較例における熱発生率(dQ/dθ)の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the heat generation rate (dQ / dθ) in an Example and a comparative example. 上記実施例及び上記比較例における圧力上昇率(dP/dθ)の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the pressure rise rate (dP / dθ) in the said Example and the said comparative example. 変形例を示す図2相当図である。FIG. 2 is a diagram corresponding to FIG. 2 showing a modified example. 上記変形例を示す図3相当図である。It is a figure corresponding to FIG. 3 which shows the said modification. 更に別の変形例を示す図3相当図である。It is a figure corresponding to FIG. 3 which shows still another modification.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る予混合圧縮着火式エンジン1(以下、エンジン1という)を示す。本実施形態では、エンジン1は、燃焼室6が形成された4つの気筒2(シリンダ)を有するエンジン本体1aを備えていて、各気筒2における燃焼室6内で燃料と空気との混合気を自着火させるエンジンである。 FIG. 1 shows a premixed compression ignition type engine 1 (hereinafter referred to as engine 1) according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, the engine 1 includes an engine body 1a having four cylinders 2 (cylinders) in which a combustion chamber 6 is formed, and mixes fuel and air in the combustion chamber 6 in each cylinder 2. It is an engine that self-ignites.

エンジン1は、エンジン本体1aの4つの気筒2が図1の紙面に垂直な方向に直列に配置された直列4気筒エンジンである。エンジン1は、車両に搭載されて、該車両の駆動源として利用される。本実施形態では、エンジン1は、少なくともガソリンを含有する燃料の供給を受けて駆動される。燃料は、ガソリンに加えて、例えばバイオエタノール等が含有されていてもよい。 The engine 1 is an in-line 4-cylinder engine in which the four cylinders 2 of the engine body 1a are arranged in series in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. The engine 1 is mounted on a vehicle and used as a drive source for the vehicle. In this embodiment, the engine 1 is driven by being supplied with fuel containing at least gasoline. The fuel may contain, for example, bioethanol in addition to gasoline.

エンジン本体1aは、4つの気筒2が設けられたシリンダブロック3と、このシリンダブロック3上に配設されたシリンダヘッド4とを有している。各気筒2内には、シリンダヘッド4との間に燃焼室6を区画するピストン5が往復動(上下動)可能にそれぞれ嵌挿されている。各気筒2のピストン5は、コンロッド8を介して、気筒列方向に延びる不図示のクランクシャフトと連結されている。 The engine body 1a has a cylinder block 3 provided with four cylinders 2 and a cylinder head 4 arranged on the cylinder block 3. A piston 5 for partitioning the combustion chamber 6 from the cylinder head 4 is fitted in each cylinder 2 so as to be reciprocating (vertically moving). The piston 5 of each cylinder 2 is connected to a crankshaft (not shown) extending in the cylinder row direction via a connecting rod 8.

燃焼室6は、いわゆるペントルーフ型であり、シリンダヘッド4の下面で構成される、燃焼室6の天井面が、吸気側及び排気側の2つの傾斜面からなる三角屋根状をなしている。 The combustion chamber 6 is a so-called pent-roof type, and the ceiling surface of the combustion chamber 6 formed by the lower surface of the cylinder head 4 has a triangular roof shape composed of two inclined surfaces, an intake side and an exhaust side.

ピストン5の冠面5aには、該冠面5aの中心部をシリンダヘッド4とは反対側(下側)に凹ませたキャビティ5bが形成されている。ピストン5の側周面における冠面5aの近傍には、複数(本実施形態では、3つ)のピストンリング5c(図2参照)が嵌められている。 The crown surface 5a of the piston 5 is formed with a cavity 5b in which the central portion of the crown surface 5a is recessed on the opposite side (lower side) of the cylinder head 4. A plurality of (three in this embodiment) piston rings 5c (see FIG. 2) are fitted in the vicinity of the crown surface 5a on the side peripheral surface of the piston 5.

本実施形態では、エンジン本体1aの幾何学的圧縮比、つまり、ピストン5が上死点にあるときの燃焼室6の容積に対して、ピストン5が下死点にあるときの燃焼室6の容積の比が、16以上に設定されている。エンジン本体1aの幾何学的圧縮比は、16以上30以下に設定されていることが好ましく、20以上25以下に設定されていることがより一層好ましい。 In the present embodiment, the geometric compression ratio of the engine body 1a, that is, the volume of the combustion chamber 6 when the piston 5 is at the top dead center, and the volume of the combustion chamber 6 when the piston 5 is at the bottom dead center. The volume ratio is set to 16 or more. The geometric compression ratio of the engine body 1a is preferably set to 16 or more and 30 or less, and even more preferably 20 or more and 25 or less.

シリンダヘッド4には、吸気通路20から供給される空気を気筒2(燃焼室6)内に導入するための吸気ポート9と、気筒2内で生成された排気ガスを排気通路30に導出するための排気ポート10とが形成されている。本実施形態では、吸気ポート9及び排気ポート10は、各気筒2毎にそれぞれ2つずつ形成されている。本実施形態では、吸気ポート9の形状により、燃焼室6内には、吸気ポート9から燃焼室6に吸入された空気のタンブル流T(図2参照)が生成されるようになっている。 The cylinder head 4 has an intake port 9 for introducing air supplied from the intake passage 20 into the cylinder 2 (combustion chamber 6) and an exhaust gas generated in the cylinder 2 to be led out to the exhaust passage 30. The exhaust port 10 of the above is formed. In the present embodiment, two intake ports 9 and two exhaust ports 10 are formed for each cylinder 2. In the present embodiment, due to the shape of the intake port 9, a tumble flow T (see FIG. 2) of air sucked into the combustion chamber 6 from the intake port 9 is generated in the combustion chamber 6.

また、シリンダヘッド4には、各吸気ポート9の燃焼室6側の開口9a(図3参照)をそれぞれ開閉する吸気弁11と、各排気ポート10の燃焼室6側の開口10a(図3参照)をそれぞれ開閉する排気弁12とが設けられている。 Further, the cylinder head 4 has an intake valve 11 that opens and closes an opening 9a (see FIG. 3) on the combustion chamber 6 side of each intake port 9, and an opening 10a (see FIG. 3) on the combustion chamber 6 side of each exhaust port 10. ) Are provided with an exhaust valve 12 for opening and closing each.

吸気弁11は、吸気動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。吸気動弁機構は、バルブタイミング及び/又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とされている。本実施形態では、この可変動弁機構は、吸気電動S-VT(Sequential-Valve Timing)17を有している。吸気電動S-VT17は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、吸気弁11の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、吸気動弁機構は、電動S-VTに代えて、油圧式のS-VTを有していてもよい。 The intake valve 11 is opened and closed at a predetermined timing by the intake valve mechanism. The intake valve mechanism is a variable valve mechanism that makes the valve timing and / or the valve lift variable. In the present embodiment, this variable valve mechanism has an intake electric S-VT (Sequential-Valve Timing) 17. The intake electric S-VT17 is configured to continuously change the rotational phase of the intake camshaft within a predetermined angle range. As a result, the valve opening timing and the valve closing timing of the intake valve 11 change continuously. The intake valve mechanism may have a hydraulic S-VT instead of the electric S-VT.

排気弁12は、排気動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。排気動弁機構も、バルブタイミング及び/又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構とされている。本実施形態では、この可変動弁機構は、排気電動S-VT18を有している。排気電動S-VT18は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更するよう構成されている。それによって、排気弁12の開弁時期及び閉弁時期は、連続的に変化する。尚、排気動弁機構は、電動S-VTに代えて、油圧式のS-VTを有していてもよい。 The exhaust valve 12 is opened and closed at a predetermined timing by the exhaust valve mechanism. The exhaust valve mechanism is also a variable valve mechanism that makes the valve timing and / or the valve lift variable. In the present embodiment, this variable valve mechanism has an exhaust electric S-VT18. The exhaust electric S-VT18 is configured to continuously change the rotational phase of the exhaust camshaft within a predetermined angle range. As a result, the valve opening timing and the valve closing timing of the exhaust valve 12 change continuously. The exhaust valve mechanism may have a hydraulic S-VT instead of the electric S-VT.

さらに、図2及び図3にも示すように、シリンダヘッド4には、各気筒2毎に、燃料をピストン5の冠面5aに向かって噴射する燃料噴射弁14が設けられている。燃料噴射弁14は、各気筒2の燃焼室6の天井壁の略中央に取り付けられている。燃料噴射弁14は、その先端部に、燃料を噴射する燃料噴射口を有し、該燃料噴射口が燃焼室6の天井面の略中央から燃焼室6に臨んでいる。燃料噴射弁14の燃料噴射口から噴射される燃料の燃圧は、15MPa以上60MPa以下に設定される。 Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the cylinder head 4 is provided with a fuel injection valve 14 for injecting fuel toward the crown surface 5a of the piston 5 for each cylinder 2. The fuel injection valve 14 is attached to substantially the center of the ceiling wall of the combustion chamber 6 of each cylinder 2. The fuel injection valve 14 has a fuel injection port for injecting fuel at the tip thereof, and the fuel injection port faces the combustion chamber 6 from substantially the center of the ceiling surface of the combustion chamber 6. The fuel pressure of the fuel injected from the fuel injection port of the fuel injection valve 14 is set to 15 MPa or more and 60 MPa or less.

本実施形態では、燃料噴射弁14は、燃料噴射口を開閉する外開弁を有する、外開弁式の燃料噴射弁である。燃料噴射口は、先端側ほど径が大きくなるテーパ状に形成されている。そして、燃料噴射弁14は、燃料噴射口からピストン5の冠面に向かって略円錐状(詳しくはホローコーン状)に燃料を噴射する。この円錐のテーパ角は、例えば90°~100°である(内側の中空部のテーパ角は70°程度である)。燃料噴射弁14より噴射された燃料のペネトレーションは、燃焼室6の外周部にまでは届かないような長さとされている。尚、燃料噴射弁14は、外開弁式の燃料噴射弁に限らず、先端部に複数(例えば、10~20個)の噴孔(燃料噴射口)を有する多噴孔型の燃料噴射弁であってもよい。この場合も、該複数の噴孔から、燃料がピストン5の冠面5aに向かって、該複数の噴孔全体で略円錐状に拡がるように噴射される。 In the present embodiment, the fuel injection valve 14 is an externally open type fuel injection valve having an externally open valve that opens and closes the fuel injection port. The fuel injection port is formed in a tapered shape having a larger diameter toward the tip side. Then, the fuel injection valve 14 injects fuel from the fuel injection port toward the crown surface of the piston 5 in a substantially conical shape (specifically, a hollow cone shape). The taper angle of this cone is, for example, 90 ° to 100 ° (the taper angle of the inner hollow portion is about 70 °). The penetration of the fuel injected from the fuel injection valve 14 is set to have a length that does not reach the outer peripheral portion of the combustion chamber 6. The fuel injection valve 14 is not limited to the externally open type fuel injection valve, but is a multi-injection type fuel injection valve having a plurality of (for example, 10 to 20) injection holes (fuel injection ports) at the tip. May be. Also in this case, the fuel is injected from the plurality of injection holes toward the crown surface 5a of the piston 5 so as to spread in a substantially conical shape over the entire plurality of injection holes.

また、シリンダヘッド4には、各気筒2毎に、燃焼室6の天井壁に取り付けられた放電プラグ13が設けられている。本実施形態では、放電プラグ13は、燃焼室6の天井壁の燃料噴射弁14の近傍における2つの排気ポート10の間の部分に設けられている。放電プラグ13は、金属製の放電電極部13aを有している。この放電電極部13aは、燃焼室6の天井面における上記燃料噴射弁口の近傍(天井面の中央近傍)における2つの排気ポート10の燃焼室6側の開口10aの間から燃焼室6に臨んでいる。 Further, the cylinder head 4 is provided with a discharge plug 13 attached to the ceiling wall of the combustion chamber 6 for each cylinder 2. In the present embodiment, the discharge plug 13 is provided in the portion between the two exhaust ports 10 in the vicinity of the fuel injection valve 14 on the ceiling wall of the combustion chamber 6. The discharge plug 13 has a metal discharge electrode portion 13a. The discharge electrode portion 13a faces the combustion chamber 6 from between the openings 10a on the combustion chamber 6 side of the two exhaust ports 10 in the vicinity of the fuel injection valve port on the ceiling surface of the combustion chamber 6 (near the center of the ceiling surface). I'm out.

放電電極部13aは、放電プラグ13の中心軸方向に互いに対向する金属製の中心電極13b及び接地電極13cで構成されている。中心電極13bは、中心電極13b及び接地電極13c間(つまり放電電極部13a)にプラズマを生成するための所定の電圧を印加する電圧印加回路91(図4参照)に接続されており、該電圧印加回路91により中心電極13b及び接地電極13c間に上記所定の電圧が印加されると、中心電極13bと接地電極13cとの間で放電して、該放電のエネルギーにより、放電電極部13aにプラズマ(本実施形態では、非平衡プラズマ)が生成されるようになっている。 The discharge electrode portion 13a is composed of a metal center electrode 13b and a ground electrode 13c facing each other in the central axis direction of the discharge plug 13. The center electrode 13b is connected to a voltage application circuit 91 (see FIG. 4) that applies a predetermined voltage for generating plasma between the center electrode 13b and the ground electrode 13c (that is, the discharge electrode portion 13a). When the predetermined voltage is applied between the center electrode 13b and the ground electrode 13c by the application circuit 91, the voltage is discharged between the center electrode 13b and the ground electrode 13c, and the energy of the discharge causes plasma to the discharge electrode portion 13a. (In this embodiment, non-equilibrium plasma) is generated.

吸気ポート9には、吸気通路20が連通接続されている。この吸気通路20の上流側端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ21が配設されており、このエアクリーナ21で濾過した吸入空気が吸気通路20及び吸気ポート9を介して各気筒2の燃焼室6に供給される。 An intake passage 20 is communicated with the intake port 9. An air cleaner 21 for filtering intake air is disposed at the upstream end of the intake passage 20, and the intake air filtered by the air cleaner 21 burns in each cylinder 2 via the intake passage 20 and the intake port 9. It is supplied to the room 6.

吸気通路20におけるエアクリーナ21の下流側近傍には、吸気通路20に吸入された吸入空気量を検出するエアフローセンサSN2が配設されている。また、吸気通路20における下流端の近傍には、サージタンク25が配設されている。このサージタンク25よりも下流側の吸気通路20は、各気筒2毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒2の2つの吸気ポート9にそれぞれ接続されている。 An air flow sensor SN2 for detecting the amount of intake air sucked into the intake passage 20 is arranged in the vicinity of the downstream side of the air cleaner 21 in the intake passage 20. Further, a surge tank 25 is arranged near the downstream end of the intake passage 20. The intake passage 20 on the downstream side of the surge tank 25 is an independent passage that branches for each cylinder 2, and the downstream end of each independent passage is connected to each of the two intake ports 9 of each cylinder 2.

さらに、吸気通路20におけるエアフローセンサSN2とサージタンク25との間には、吸気通路20を開閉するためのスロットル弁22が配設されている。本実施形態では、スロットル弁22は、エンジン1の運転中、基本的に全開又はこれに近い開度に維持され、エンジン1を停止させるとき等の限られた運転条件のときにのみ閉弁されて吸気通路20を遮断する。 Further, a throttle valve 22 for opening and closing the intake passage 20 is provided between the air flow sensor SN2 and the surge tank 25 in the intake passage 20. In the present embodiment, the throttle valve 22 is basically maintained at a fully open position or an opening close to the throttle valve 22 during operation of the engine 1, and is closed only under limited operating conditions such as when the engine 1 is stopped. The intake passage 20 is shut off.

排気ポート10には、各気筒2の燃焼室6からの排気ガスを排出する排気通路30が連通接続されている。この排気通路30の上流側の部分は、各気筒2毎に分岐して排気ポート10に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。 An exhaust passage 30 for discharging the exhaust gas from the combustion chamber 6 of each cylinder 2 is communicated with the exhaust port 10. The upstream portion of the exhaust passage 30 is composed of an exhaust manifold having an independent passage branched for each cylinder 2 and connected to the exhaust port 10 and an collecting portion where the independent passages gather.

排気通路30(排気マニホールドよりも下流側の部分)には、排気を浄化する排気浄化装置31が設けられている。本実施形態では、排気浄化装置31は、3元触媒を含む。 An exhaust purification device 31 for purifying exhaust gas is provided in the exhaust passage 30 (a portion downstream of the exhaust manifold). In the present embodiment, the exhaust gas purification device 31 includes a three-way catalyst.

エンジン1は、排気ガスの一部を排気通路30から吸気通路20にEGRガスとして還流するためのEGR通路41を備える。このEGR通路41は、排気通路30における排気浄化装置31よりも上流側でかつ上記排気マニホールドよりも下流側の部分と、吸気通路20におけるサージタンク25の部分とを連通するように、該両部分に接続されている。 The engine 1 includes an EGR passage 41 for returning a part of the exhaust gas from the exhaust passage 30 to the intake passage 20 as EGR gas. The EGR passage 41 communicates with a portion upstream of the exhaust purification device 31 in the exhaust passage 30 and downstream of the exhaust manifold and a portion of the surge tank 25 in the intake passage 20. It is connected to the.

EGR通路41には、該EGR通路41を開閉するEGR弁42と、該EGR通路41を通過するEGRガスを冷却するためのEGRクーラ43とが設けられている。EGRガスは、EGRクーラ43によって冷却された後に吸気通路20に還流される。 The EGR passage 41 is provided with an EGR valve 42 for opening and closing the EGR passage 41 and an EGR cooler 43 for cooling the EGR gas passing through the EGR passage 41. The EGR gas is cooled by the EGR cooler 43 and then returned to the intake passage 20.

尚、本実施形態では、エンジン1は、過給機を備えていないが、過給機を備えていてもよい。 In the present embodiment, the engine 1 is not provided with a supercharger, but may be provided with a supercharger.

図4に示すように、エンジン1は、ECU(Engine ControlUnit)100によって制御される。ECU100は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーである。ECU100は、CPU101、メモリ102、入出力バス103等を備えている。CPU101は、コンピュータプログラム(OS等の基本制御プログラム、及び、OS上で起動されて特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む)を実行する中央演算処理装置である。メモリ102は、RAM及びROMにより構成されている。ROMには、種々のコンピュータプログラム(特にエンジン1を制御するための制御プログラム)や、該コンピュータプログラムの実行時に用いられる後述のマップを含むデータ等が格納されている。RAMは、CPU101が一連の処理を行う際に使用される処理領域が設けられるメモリである。入出力バス103は、ECU100に対して電気信号の入出力をするものである。 As shown in FIG. 4, the engine 1 is controlled by an ECU (Engine Control Unit) 100. The ECU 100 is a controller based on a well-known microcomputer. The ECU 100 includes a CPU 101, a memory 102, an input / output bus 103, and the like. The CPU 101 is a central processing unit that executes a computer program (including a basic control program such as an OS and an application program that is started on the OS and realizes a specific function). The memory 102 is composed of a RAM and a ROM. The ROM stores various computer programs (particularly, a control program for controlling the engine 1), data including a map to be described later used when the computer program is executed, and the like. The RAM is a memory provided with a processing area used when the CPU 101 performs a series of processing. The input / output bus 103 inputs / outputs an electric signal to / from the ECU 100.

ECU100には、クランク角センサSN1、エアフローセンサSN2、アクセル開度センサSN3等の各種のセンサが電気的に接続されている。クランク角センサSN1は、シリンダブロック3に設けられていて、クランクシャフトの回転角を検出する。アクセル開度センサSN3は、車両のアクセルペダル機構に取り付けられていて、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検出する。これらセンサSN1~SN3等は、検知信号をECU100に出力する。 Various sensors such as a crank angle sensor SN1, an airflow sensor SN2, and an accelerator opening sensor SN3 are electrically connected to the ECU 100. The crank angle sensor SN1 is provided in the cylinder block 3 and detects the rotation angle of the crankshaft. The accelerator opening sensor SN3 is attached to the accelerator pedal mechanism of the vehicle and detects the accelerator opening corresponding to the operation amount of the accelerator pedal. These sensors SN1 to SN3 and the like output a detection signal to the ECU 100.

ECU100は、センサSN1~SN3等からの入力信号に基づいて、エンジン1の運転状態を判断するとともに、電圧印加回路91、燃料噴射弁14、吸気電動S-VT17、排気電動S-VT18、スロットル弁22、EGR弁42等といった、エンジン1の各デバイスに対して制御信号を出力して、各デバイスを制御する。 The ECU 100 determines the operating state of the engine 1 based on the input signals from the sensors SN1 to SN3, and also determines the operating state of the engine 1, the voltage application circuit 91, the fuel injection valve 14, the intake electric S-VT17, the exhaust electric S-VT18, and the throttle valve. A control signal is output to each device of the engine 1 such as 22, EGR valve 42, etc. to control each device.

放電プラグ13の放電電極部13a及び電圧印加回路91は、放電電極部13aでの放電により放電電極部13aに非平衡プラズマを生成するプラズマ生成手段を構成する。また、ECU100は、該プラズマ生成手段の作動を制御する制御手段を構成する。 The discharge electrode portion 13a of the discharge plug 13 and the voltage application circuit 91 constitute a plasma generation means for generating non-equilibrium plasma in the discharge electrode portion 13a by discharging at the discharge electrode portion 13a. Further, the ECU 100 constitutes a control means for controlling the operation of the plasma generation means.

本実施形態では、エンジン本体1aの燃焼サイクルにおいて、放電プラグ13の放電電極部13aでの放電により非平衡プラズマ(低温プラズマとも呼ばれる)を生成することによって、燃焼室6内での燃焼を制御するようにしている。尚、非平衡プラズマとは、燃焼室6内のガス温度の上昇を伴わず、燃焼室6内の電子と、燃焼室6内のガスのイオンや分子とが熱平衡状態にないプラズマのことをいう。 In the present embodiment, in the combustion cycle of the engine body 1a, combustion in the combustion chamber 6 is controlled by generating non-equilibrium plasma (also referred to as low temperature plasma) by discharging at the discharge electrode portion 13a of the discharge plug 13. I am doing it. The non-equilibrium plasma refers to a plasma in which the electrons in the combustion chamber 6 and the ions and molecules of the gas in the combustion chamber 6 are not in a thermal equilibrium state without an increase in the gas temperature in the combustion chamber 6. ..

非平衡プラズマは、放電プラグ13の放電電極部13a(中心電極13b及び接地電極13c間)に印加するパルス電圧のパルス幅及びピーク値を適切な値に設定することによって生成することができる。図5は、パルス電圧のパルス幅とピーク値とに応じて、放電電極部13aでの放電により生成されるプラズマの種類を示す。図5の横軸はパルス電圧のパルス幅であり、対数スケールで示している。一方、図5の縦軸はパルス電圧のピーク値であり、対数スケールで示している。図5に示すように、パルス幅を短くすると(具体的には、0.01μsec以上かつ1μsec未満にすると)、非平衡プラズマが生成されることが分かる。これは、パルス幅の短いパルス電圧では、電子のみが反応して、イオンや分子はほとんど反応しないためである。一方、パルス幅を長くすると(1μsec以上にすると)、熱平衡プラズマ(高温プラズマとも呼ばれる)が生成されることが分かる。非平衡プラズマは、混合気を着火する点火源とはならないが、熱平衡プラズマは、混合気を着火する点火源となる。 The non-equilibrium plasma can be generated by setting the pulse width and peak value of the pulse voltage applied to the discharge electrode portion 13a (between the center electrode 13b and the ground electrode 13c) of the discharge plug 13 to appropriate values. FIG. 5 shows the types of plasma generated by the discharge at the discharge electrode portion 13a according to the pulse width and the peak value of the pulse voltage. The horizontal axis of FIG. 5 is the pulse width of the pulse voltage, which is shown on a logarithmic scale. On the other hand, the vertical axis of FIG. 5 is the peak value of the pulse voltage and is shown on a logarithmic scale. As shown in FIG. 5, it can be seen that when the pulse width is shortened (specifically, when it is 0.01 μsec or more and less than 1 μsec), a non-equilibrium plasma is generated. This is because at a pulse voltage with a short pulse width, only electrons react and ions and molecules hardly react. On the other hand, it can be seen that when the pulse width is lengthened (1 μsec or more), thermal equilibrium plasma (also called high temperature plasma) is generated. The non-equilibrium plasma is not the ignition source for igniting the air-fuel mixture, while the thermal equilibrium plasma is the ignition source for igniting the air-fuel mixture.

本実施形態では、図6に示すように、電圧印加回路91により放電プラグ13の放電電極部13aに印加する上記所定の電圧は、ピーク値が10kVでかつパルス幅が0.1μsecのパルス電圧であり、このパルス電圧により、非平衡プラズマを生成する。ECU100は、非平衡プラズマを生成する際には、電圧印加回路91を作動させて、該電圧印加回路91により、上記パルス電圧を100kHzの周波数でもって放電電極部13aに繰り返し印加させるようにする。図6では、パルス電圧は三角波であるが、方形波であってもよい。 In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the predetermined voltage applied to the discharge electrode portion 13a of the discharge plug 13 by the voltage application circuit 91 is a pulse voltage having a peak value of 10 kV and a pulse width of 0.1 μsec. Yes, this pulse voltage produces a non-equilibrium plasma. When the unbalanced plasma is generated, the ECU 100 operates the voltage application circuit 91 so that the voltage application circuit 91 repeatedly applies the pulse voltage to the discharge electrode unit 13a at a frequency of 100 kHz. In FIG. 6, the pulse voltage is a triangular wave, but it may be a square wave.

尚、非平衡プラズマを生成する際の放電電極部13aに印加するパルス電圧のピーク値は、10kVに固定する必要はなく、例えば燃焼室6内の圧力(圧力センサにより検出する)等に基づいて、1kV~30kVの範囲で変更してもよい。詳しくは、燃焼室6内の圧力が高いほど、パルス電圧のピーク値を高く設定してもよい。 The peak value of the pulse voltage applied to the discharge electrode portion 13a when generating the unbalanced plasma does not need to be fixed at 10 kV, and is based on, for example, the pressure in the combustion chamber 6 (detected by the pressure sensor). It may be changed in the range of 1 kV to 30 kV. Specifically, the higher the pressure in the combustion chamber 6, the higher the peak value of the pulse voltage may be set.

放電電極部13aに非平衡プラズマが生成されたとき、放電電極部13aの周辺の空燃比に応じて、燃焼室6内において生成される物質が異なる。すなわち、放電電極部13aの周辺に、空気、又は、空気と燃料とによる、第1所定空燃比以上の燃料リーンな混合気(基本的に空気)が存在している場合に、放電電極部13aに非平衡プラズマが生成されると、その空気又は燃料リーンな混合気に非平衡プラズマが照射されて、空気から、オゾン(O)やOH等のような、燃焼室6内での混合気の自着火及び燃焼を促進させる物質である活性種が生成される。一方、放電電極部13aの周辺に、燃料、又は、空気と燃料とによる、上記第1所定空燃比よりも小さい第2所定空燃比未満の燃料リッチな混合気が存在している場合に、放電電極部13aに非平衡プラズマが生成されると、その燃料又は燃料リッチな混合気に非平衡プラズマが照射されて、燃料を基にして、ホルムアルデヒド(CHO)や二酸化窒素(NO)等のような、燃焼室6内での混合気の自着火及び燃焼を抑制させる物質である抑制種が生成される。
When the non-equilibrium plasma is generated in the discharge electrode portion 13a, the substance generated in the combustion chamber 6 differs depending on the air-fuel ratio around the discharge electrode portion 13a. That is, when air or a fuel lean air-fuel mixture (basically air) of air and fuel having a first predetermined air-fuel ratio or more exists around the discharge electrode portion 13a, the discharge electrode portion 13a When a non-equilibrium plasma is generated in the air, the air or fuel lean air-fuel mixture is irradiated with the non-equilibrium plasma, and the air-fuel mixture such as ozone ( O3) or OH in the combustion chamber 6 is irradiated. Active species, which are substances that promote self-ignition and combustion of air, are produced. On the other hand, when there is a fuel-rich mixture of fuel or air and fuel, which is smaller than the first predetermined air-fuel ratio and less than the second predetermined air-fuel ratio, around the discharge electrode portion 13a. When the non-equilibrium plasma is generated in the discharge electrode portion 13a, the non-equilibrium plasma is irradiated to the fuel or the fuel-rich air-fuel mixture, and the fuel is used as a base for formaldehyde (CH 2 O) and nitrogen dioxide (NO 2 ). Etc., which are substances that suppress self-ignition and combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 6, are produced.

したがって、基本的に、放電電極部13aの近傍に位置する燃料噴射弁14より燃料を噴射しているときに、放電電極部13aに非平衡プラズマが生成されたときには、抑制種が生成される一方、吸気行程で吸気を行っていて燃料を噴射してないときに、非平衡プラズマが生成されたときには、活性種が生成されることになる。このようにして燃焼室6に活性種及び/又は抑制種を生成することによって、混合気の燃焼を早めたり遅らせたりすることで燃焼を制御する。 Therefore, basically, when non-equilibrium plasma is generated in the discharge electrode portion 13a while fuel is being injected from the fuel injection valve 14 located in the vicinity of the discharge electrode portion 13a, the suppression species is generated. When the non-equilibrium plasma is generated when the fuel is being sucked in the intake stroke and the fuel is not injected, the active species will be generated. By generating active species and / or suppressed species in the combustion chamber 6 in this way, combustion is controlled by accelerating or delaying the combustion of the air-fuel mixture.

本実施形態では、エンジン本体1aの全運転領域において、圧縮着火燃焼(CI燃焼)が実施される。具体的には、エンジン本体1aの運転時における圧縮上死点よりも前に燃料噴射弁14から燃焼室6内に燃料が噴射され、この燃料と空気との混合気を圧縮することで昇温して、混合気を自着火させる。本実施形態では、後に説明するように、圧縮上死点以降に混合気を自着火させる。 In the present embodiment, compression ignition combustion (CI combustion) is performed in the entire operating region of the engine body 1a. Specifically, fuel is injected into the combustion chamber 6 from the fuel injection valve 14 before the compression top dead center during operation of the engine body 1a, and the temperature rises by compressing the air-fuel mixture. Then, the air-fuel mixture is self-ignited. In this embodiment, as will be described later, the air-fuel mixture is self-ignited after the compression top dead center.

より具体的には、図7に示すように、ECU100は、燃料噴射弁14に対して、吸気行程における吸気下死点の付近、及び、圧縮行程の後半に燃料噴射を行わせる。特に圧縮行程では、複数回(本実施形態では、3回)に分けて燃料噴射を行わせることが好ましい。 More specifically, as shown in FIG. 7, the ECU 100 causes the fuel injection valve 14 to inject fuel in the vicinity of the intake bottom dead center in the intake stroke and in the latter half of the compression stroke. In particular, in the compression stroke, it is preferable to inject fuel in a plurality of times (three times in this embodiment).

このような燃料の噴射によって、図8に示すように、圧縮上死点付近において、燃焼室6の中央部に、比較的燃料リッチな混合気層51(圧縮行程で噴射された燃料と空気との混合気層)が形成されるとともに、混合気層51の周囲には、混合気層51よりも燃料リーンな混合気層52(吸気行程で噴射された燃料と空気との混合気層)が形成される。 By injecting such fuel, as shown in FIG. 8, in the vicinity of the compression top dead center, a relatively fuel-rich air-fuel mixture layer 51 (fuel and air injected in the compression stroke) is located in the center of the combustion chamber 6. Along with the formation of the air-fuel mixture layer), an air-fuel mixture layer 52 (fuel-fuel mixture injected in the intake stroke) that is leaner than the air-fuel mixture layer 51 is formed around the air-fuel mixture layer 51. It is formed.

また、ECU100は、吸気行程において、燃焼室6に吸入された直後の空気に対して非平衡プラズマを照射するように、放電プラグ13の放電電極部13aで、第1の放電を実行させる。すなわち、図7に示すように、吸気行程における燃料噴射の前に(燃料噴射弁14の非作動時に)、電圧印加回路91を作動させて、放電プラグ13の放電電極部13aに上記所定の電圧(上記パルス電圧)を印加することで、放電電極部13aに非平衡プラズマを生成する。この第1の放電の実行時、各吸気ポート9の燃焼室6側の開口9aから燃焼室6内に空気が流入した直後に、該空気が放電電極部13aの近傍を通るので、その空気に対して非平衡プラズマが照射されることになる。これにより、空気から上記活性種が生成される。 Further, in the intake stroke, the ECU 100 causes the discharge electrode portion 13a of the discharge plug 13 to execute the first discharge so as to irradiate the air immediately after being sucked into the combustion chamber 6 with the non-equilibrium plasma. That is, as shown in FIG. 7, before the fuel injection in the intake stroke (when the fuel injection valve 14 is not operating), the voltage application circuit 91 is operated to cause the discharge electrode portion 13a of the discharge plug 13 to have the predetermined voltage. By applying (the pulse voltage), a non-equilibrium plasma is generated in the discharge electrode portion 13a. At the time of executing this first discharge, immediately after the air flows into the combustion chamber 6 from the opening 9a on the combustion chamber 6 side of each intake port 9, the air passes near the discharge electrode portion 13a, so that the air is charged. On the other hand, non-equilibrium plasma will be irradiated. This produces the active species from air.

上記のように空気から生成された活性種は、基本的に、混合気層52中に存在することになる。尚、特にエンジン本体1aの回転数が高くなると、生成された活性種が拡散し易くなるので、第1の放電の実行は、吸気行程の中期及び後期(吸気行程を初期、中期及び後期と3等分したときの中期及び後期)が好ましい。 The active species produced from air as described above will basically be present in the air-fuel mixture layer 52. In particular, when the rotation speed of the engine body 1a is high, the generated active species are likely to diffuse, so that the execution of the first discharge is performed in the middle and late stages of the intake stroke (the intake stroke is in the early, middle and late stages and 3). The middle and late stages when divided into equal parts) are preferable.

さらに、ECU100は、その後の圧縮行程(詳細には、圧縮行程の後半であって、本実施形態では、2回目の分割噴射の開始から3回目の分割噴射の終了までの期間)において、燃料噴射弁14により燃焼室6内に噴射された燃料に対して非平衡プラズマを照射するように、放電電極部13a(本実施形態では、上記第1の放電を実行させた放電電極部と同じ放電電極部)で、第2の放電を実行させる。すなわち、図7に示すように、圧縮行程における2回目の分割噴射の開始から3回目の分割噴射の終了までの期間において、電圧印加回路91を連続的に作動させて、放電プラグ13の放電電極部13aに上記所定の電圧(上記パルス電圧)を印加することで、放電電極部13aに非平衡プラズマを生成する。この第2の放電の実行時、放電電極部13aの周辺には、燃料噴射弁14により噴射された燃料が存在する。2回目の分割噴射と3回目の分割噴射との間における燃料の非噴射時においても、その間が短くかつ燃料のペネトレーションが短いので、基本的に、放電電極部13aの周辺に燃料が存在する。この放電電極部13aの周辺に存在する燃料に対して非平衡プラズマが照射されて、燃料から上記抑制種が生成される。 Further, the ECU 100 further injects fuel in the subsequent compression stroke (specifically, the latter half of the compression stroke, in the present embodiment, the period from the start of the second split injection to the end of the third split injection). The discharge electrode unit 13a (in the present embodiment, the same discharge electrode unit as the discharge electrode unit that executed the first discharge) so as to irradiate the fuel injected into the combustion chamber 6 by the valve 14 with the non-equilibrium plasma. Part), the second discharge is executed. That is, as shown in FIG. 7, the voltage application circuit 91 is continuously operated during the period from the start of the second divided injection in the compression stroke to the end of the third divided injection, and the discharge electrode of the discharge plug 13 is operated. By applying the predetermined voltage (the pulse voltage) to the unit 13a, a non-equilibrium plasma is generated in the discharge electrode unit 13a. At the time of executing this second discharge, the fuel injected by the fuel injection valve 14 exists around the discharge electrode portion 13a. Even when the fuel is not injected between the second split injection and the third split injection, the fuel is basically present around the discharge electrode portion 13a because the interval is short and the fuel penetration is short. The fuel existing around the discharge electrode portion 13a is irradiated with non-equilibrium plasma, and the suppressed species are generated from the fuel.

尚、燃料リッチな混合気層51が放電電極部13aの周辺に位置する場合もあり、この混合気層51の空燃比が上記第2所定空燃比未満であれば、この第2所定空燃比未満の燃料リッチな混合気に対しても非平衡プラズマを照射して、上記抑制種を生成することができる。この場合、圧縮行程における2回目の分割噴射の開始から、混合気の自着火の開始時期まで、電圧印加回路91を連続的に作動させてもよい。また、電圧印加回路91の作動開始を、1回目の分割噴射の開始時とすることも可能である。 The fuel-rich air-fuel mixture layer 51 may be located around the discharge electrode portion 13a, and if the air-fuel ratio of the air-fuel mixture layer 51 is less than the second predetermined air-fuel ratio, it is less than the second predetermined air-fuel ratio. The above-mentioned suppressed species can be produced by irradiating the fuel-rich air-fuel mixture with non-equilibrium plasma. In this case, the voltage application circuit 91 may be continuously operated from the start of the second split injection in the compression stroke to the start time of the self-ignition of the air-fuel mixture. It is also possible to start the operation of the voltage application circuit 91 at the start of the first divided injection.

上記のようにして燃料から生成された抑制種は、基本的に、混合気層51中に存在することになる。したがって、圧縮上死点付近において、抑制種は、燃焼室の中央部(混合気層51)に存在し、活性種は、その周囲(混合気層52)に存在する。 The inhibitory species produced from the fuel as described above will basically be present in the air-fuel mixture layer 51. Therefore, in the vicinity of the compression top dead center, the suppressed species are present in the central portion of the combustion chamber (air-fuel mixture layer 51), and the active species are present in the surroundings (air-fuel mixture layer 52).

ここで、混合気層51中に抑制種が存在しなければ、高圧縮比であることから、圧縮行程における圧縮上死点付近で、混合気の自着火が開始される。また、混合気の自着火は、燃焼室6において温度が最も高くなりかつ燃料リッチな混合気層51が形成された中央部から開始される。 Here, if there is no inhibitory species in the air-fuel mixture layer 51, since the compression ratio is high, self-ignition of the air-fuel mixture is started near the compression top dead center in the compression stroke. Further, the self-ignition of the air-fuel mixture is started from the central portion where the temperature is the highest and the fuel-rich air-fuel mixture layer 51 is formed in the combustion chamber 6.

しかし、本実施形態では、混合気層51中に抑制種が存在するので、その抑制種によって、混合気の自着火の開始時期を圧縮上死点以降に遅らせることができるようになる。混合気の自着火の開始時期は、その後の燃焼性を考慮して、膨張行程における圧縮上死点付近(例えば、クランク角度で圧縮上死点後5°~10°)であることが好ましい。これにより、燃焼室6内の圧力の急上昇を抑制することができるとともに、燃焼室6内の最大圧力及び温度が高くなるのを抑制することができる。 However, in the present embodiment, since the inhibitory species are present in the air-fuel mixture layer 51, the suppression species can delay the start time of self-ignition of the air-fuel mixture after the compression top dead center. The start time of self-ignition of the air-fuel mixture is preferably near the compression top dead center in the expansion stroke (for example, 5 ° to 10 ° after the compression top dead center at the crank angle) in consideration of the subsequent combustibility. As a result, it is possible to suppress a sudden rise in pressure in the combustion chamber 6, and it is also possible to suppress an increase in the maximum pressure and temperature in the combustion chamber 6.

そして、圧縮上死点以降に混合気の自着火が開始された後、燃焼が混合気層51の周囲にまで拡がると、そこには活性種が存在するので、その活性種によって、燃焼が促進される。この結果、混合気の自着火の開始時期を圧縮上死点以降に遅らせても、燃焼後期の燃焼性が向上して、燃焼後期の燃焼が安定するようになる。しかも、活性種が生成されない場合に比べて、燃焼の促進により燃焼を早期に終了させることができ(燃焼期間を短くすることができ)、このことからも、燃焼後期の燃焼を安定させることができるようになる。 Then, after the self-ignition of the air-fuel mixture is started after the compression top dead center, when the combustion spreads to the periphery of the air-fuel mixture layer 51, the active species are present there, and the combustion is promoted by the active species. Will be done. As a result, even if the start time of self-ignition of the air-fuel mixture is delayed after the compression top dead center, the combustibility in the latter stage of combustion is improved and the combustion in the latter stage of combustion becomes stable. Moreover, compared to the case where active species are not produced, combustion can be terminated earlier by promoting combustion (the combustion period can be shortened), and this also makes it possible to stabilize combustion in the latter stage of combustion. become able to.

図9は、本実施形態に係るエンジン1、及び、抑制種及び活性種を生成させずに圧縮上死点付近で自着火する予混合圧縮着火式エンジン(以下、従来のエンジンという)のPV線図を示す。エンジン1では、混合気の自着火の開始時期が、圧縮上死点後5°~10°とされている。従来のエンジンでは、燃焼室6内の最大圧力(Pmax)及び時間の変化に対する燃焼室6内の圧力の変化である圧力上昇率(dP/dt)が、特に異常燃焼時に大きくなり過ぎる(図9の破線参照)。これに対し、エンジン1では、Pmax及びdP/dtの値を小さくすることができる(図9の実線参照)。 FIG. 9 shows PV lines of the engine 1 according to the present embodiment and a premixed compression ignition type engine (hereinafter referred to as a conventional engine) that self-ignites near the compression top dead center without generating suppressed species and active species. The figure is shown. In the engine 1, the self-ignition start time of the air-fuel mixture is set to 5 ° to 10 ° after the compression top dead center. In a conventional engine, the pressure rise rate (dP / dt), which is the change in pressure in the combustion chamber 6 with respect to the maximum pressure (Pmax) in the combustion chamber 6 and the change in time, becomes too large especially during abnormal combustion (FIG. 9). See the dashed line in). On the other hand, in the engine 1, the values of Pmax and dP / dt can be reduced (see the solid line in FIG. 9).

図10は、本実施形態に係るエンジン1(実施例)における、クランク角度の変化に対する熱発生量の変化である熱発生率(dQ/dθ)の変化を示す。実施例では、混合気の自着火の開始時期が、圧縮上死点後5°~10°とされている。比較のために、従来のエンジンにおいて、混合気の自着火をエンジン1と同じ程度に遅くした場合(比較例)のdQ/dθの変化を図10に合わせて示す。 FIG. 10 shows a change in the heat generation rate (dQ / dθ), which is a change in the amount of heat generated with respect to a change in the crank angle, in the engine 1 (Example) according to the present embodiment. In the embodiment, the self-ignition start time of the air-fuel mixture is set to 5 ° to 10 ° after the compression top dead center. For comparison, in the conventional engine, the change in dQ / dθ when the self-ignition of the air-fuel mixture is delayed to the same extent as that of the engine 1 (comparative example) is shown with reference to FIG.

図11は、上記実施例における、クランク角度に対する燃焼室6内の圧力の変化である圧力上昇率(dP/dθ)を示す。比較のために、上記比較例におけるdP/dθの変化を図11に合わせて示す。 FIG. 11 shows the pressure increase rate (dP / dθ), which is the change in the pressure in the combustion chamber 6 with respect to the crank angle in the above embodiment. For comparison, the change in dP / dθ in the above comparative example is shown with reference to FIG.

図10に示すように、本実施形態に係るエンジン1においては、活性種によってdQ/dθが比較例よりも大きく増大し、その後、dQ/dθが急激に低下して、燃焼が早期に終了する。また、エンジン1においては、dQ/dθの増大によりdP/dθが上昇するが、dP/dθが上昇しても、ピストン5が或る程度下降していて燃焼室6内の圧力が低下している段階で上昇しているので、dP/dθが、燃焼騒音が懸念されるようなレベルに達するまでには余裕がある。 As shown in FIG. 10, in the engine 1 according to the present embodiment, dQ / dθ increases significantly depending on the active species as compared with the comparative example, and then dQ / dθ sharply decreases, and combustion ends early. .. Further, in the engine 1, dP / dθ increases due to the increase in dQ / dθ, but even if dP / dθ increases, the piston 5 decreases to some extent and the pressure in the combustion chamber 6 decreases. Since it is rising at the stage where it is, there is a margin before dP / dθ reaches a level at which combustion noise is a concern.

したがって、本実施形態では、混合気の自着火の開始時期を圧縮上死点以降に遅らせることにより、燃焼室6内の圧力の急上昇を抑制することができるとともに、燃焼室6内の最大圧力及び温度が高くなるのを抑制することができる。この結果、燃焼騒音の低減、エンジン本体1aの信頼性の向上、及び、RawNOxの発生量の低減を図ることができる。また、混合気の自着火の開始時期を圧縮上死点以降に遅らせても、燃焼後期の燃焼を安定させることができる。 Therefore, in the present embodiment, by delaying the start time of self-ignition of the air-fuel mixture after the compression top dead center, it is possible to suppress a rapid increase in the pressure in the combustion chamber 6, and also to suppress the maximum pressure in the combustion chamber 6 and the maximum pressure in the combustion chamber 6. It is possible to suppress the temperature from rising. As a result, it is possible to reduce combustion noise, improve the reliability of the engine body 1a, and reduce the amount of RawNOx generated. Further, even if the start time of self-ignition of the air-fuel mixture is delayed after the compression top dead center, the combustion in the latter stage of combustion can be stabilized.

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be substituted as long as it does not deviate from the gist of the claims.

例えば、上記実施形態では、放電プラグ13が、燃焼室6の天井壁の燃料噴射弁14の近傍における2つの排気ポート10の間の部分に設けられているが、これに代えて、又は加えて、燃焼室6の天井壁の燃料噴射弁14の近傍における2つの吸気ポート9の間の部分に設けられてもよい。該2つの吸気ポート9の間の部分に設けられた放電プラグ13の放電電極部13aは、燃焼室6の天井面の中央近傍における2つの吸気ポート9の燃焼室6側の開口9aの間から燃焼室6に臨んで、上記実施形態と同様に、第1の放電及び第2の放電の両方を実行する。 For example, in the above embodiment, the discharge plug 13 is provided in the portion between the two exhaust ports 10 in the vicinity of the fuel injection valve 14 on the ceiling wall of the combustion chamber 6, but in place of or in addition to this. , May be provided in the portion between the two intake ports 9 in the vicinity of the fuel injection valve 14 on the ceiling wall of the combustion chamber 6. The discharge electrode portion 13a of the discharge plug 13 provided in the portion between the two intake ports 9 is located between the openings 9a on the combustion chamber 6 side of the two intake ports 9 near the center of the ceiling surface of the combustion chamber 6. Facing the combustion chamber 6, both the first discharge and the second discharge are performed in the same manner as in the above embodiment.

また、複数の放電プラグ13を設け、該複数の放電プラグ13のうちの少なくとも1つの放電プラグ13の放電電極部13aが第1の放電を実行し、残りの放電プラグ13の放電電極部13aが第2の放電を実行するようにしてもよい。燃焼室6内に、吸入された空気のタンブル流Tが生成される場合、例えば図12及び図13に示すように、第1の放電を実行する放電電極部13aを有する放電プラグ13(図12及び図13では、符号を13Aとしている)は、燃焼室6の天井壁の燃料噴射弁14の近傍における2つの排気ポート10の間の部分に配置され、第2の放電を実行する放電電極部13aを有する放電プラグ13(図12及び図13では、符号を13Bとしている)は、燃焼室6の天井壁の燃料噴射弁14の近傍における2つの吸気ポート9の間の部分に配置される。すなわち、放電プラグ13Aの放電電極部13aは、燃焼室6の天井面の中央近傍における2つの開口10aの間の部分から燃焼室6に臨み、放電プラグ13Bの放電電極部13aは、燃焼室6の天井面の中央近傍における2つの開口9aの間の部分から燃焼室6に臨むことになる。尚、図12及び図13に示す放電プラグ13Bを、放電プラグ13Aと共に第1の放電を実行するようにしてもよい。 Further, a plurality of discharge plugs 13 are provided, the discharge electrode portion 13a of at least one of the plurality of discharge plugs 13 executes the first discharge, and the discharge electrode portion 13a of the remaining discharge plugs 13 is provided. A second discharge may be performed. When a tumble flow T of sucked air is generated in the combustion chamber 6, for example, as shown in FIGS. 12 and 13, a discharge plug 13 having a discharge electrode portion 13a for executing a first discharge (FIG. 12). And in FIG. 13, reference numeral 13A) is arranged in the portion between the two exhaust ports 10 in the vicinity of the fuel injection valve 14 on the ceiling wall of the combustion chamber 6 and is a discharge electrode portion that executes a second discharge. The discharge plug 13 having 13a (reference numeral 13B in FIGS. 12 and 13) is arranged in the portion between the two intake ports 9 in the vicinity of the fuel injection valve 14 on the ceiling wall of the combustion chamber 6. That is, the discharge electrode portion 13a of the discharge plug 13A faces the combustion chamber 6 from the portion between the two openings 10a near the center of the ceiling surface of the combustion chamber 6, and the discharge electrode portion 13a of the discharge plug 13B faces the combustion chamber 6. The combustion chamber 6 faces the combustion chamber 6 from the portion between the two openings 9a near the center of the ceiling surface. The discharge plug 13B shown in FIGS. 12 and 13 may be used to perform the first discharge together with the discharge plug 13A.

また、上記実施形態では、燃焼室6内に、吸入された空気のタンブル流Tが生成されるようになっているが、燃焼室6内に、吸入された空気のスワール流Sが生成されるようになっていてもよい。この場合、図14に示すように、各気筒2の2つの吸気ポート9のうちの一方の吸気ポート9に接続される上記独立通路(図14では、符号を20aとしている)に、スワール弁16を設けて、該スワール弁16の閉弁により、他方の吸気ポート9から空気を燃焼室6内に流入させる。 Further, in the above embodiment, the tumble flow T of the sucked air is generated in the combustion chamber 6, but the swirl flow S of the sucked air is generated in the combustion chamber 6. It may be like this. In this case, as shown in FIG. 14, the swirl valve 16 is provided in the independent passage (reference numeral 20a in FIG. 14) connected to the intake port 9 of the two intake ports 9 of each cylinder 2. Is provided, and air is allowed to flow into the combustion chamber 6 from the other intake port 9 by closing the swirl valve 16.

上記のように燃焼室6内にスワール流Sが生成される場合、複数の放電プラグ13を設け、該複数の放電プラグ13のうちの少なくとも1つの放電プラグ13(放電プラグ13A)の放電電極部13aが第1の放電を実行し、残りの放電プラグ13(放電プラグ13B)の放電電極部13aが第2の放電を実行する。図14に示すように、放電プラグ13Aは、燃焼室6の天井壁の外周部に配置される。図14では、放電プラグ13Aは、燃焼室6の天井壁の外周部において、気筒2の中心軸方向から見て気筒2の中心を通りかつ気筒列方向に延びる直線L上の2箇所に配置されている。放電プラグ13Aは、該2箇所のうちのいずれか一箇所に配置されてもよく、この場合、上記他方の吸気ポート9に近い側の箇所に配置されることが好ましい。放電プラグ13Bは、上記実施形態と同様に、燃焼室6の天井壁の燃料噴射弁14の近傍に配置される。放電プラグ13Aの放電電極部13aは、燃焼室6の天井面の外周部(例えば、上記他方の吸気ポート9の開口9aと、該開口9aに対してスワール流Sの流れ方向進み側に隣接する開口10aとの間の部分)から燃焼室6に臨み、放電プラグ13Bの放電電極部13aは、燃焼室6の天井面の中央近傍(2つの開口9aの間の部分)から燃焼室6に臨むことになる。 When a swirl flow S is generated in the combustion chamber 6 as described above, a plurality of discharge plugs 13 are provided, and the discharge electrode portion of at least one of the plurality of discharge plugs 13 (discharge plug 13A) is provided. 13a executes the first discharge, and the discharge electrode portion 13a of the remaining discharge plug 13 (discharge plug 13B) executes the second discharge. As shown in FIG. 14, the discharge plug 13A is arranged on the outer peripheral portion of the ceiling wall of the combustion chamber 6. In FIG. 14, the discharge plugs 13A are arranged at two locations on the outer peripheral portion of the ceiling wall of the combustion chamber 6 on a straight line L that passes through the center of the cylinder 2 and extends in the cylinder row direction when viewed from the central axis direction of the cylinder 2. ing. The discharge plug 13A may be arranged at any one of the two locations, and in this case, it is preferable that the discharge plug 13A is arranged at a location closer to the other intake port 9. The discharge plug 13B is arranged in the vicinity of the fuel injection valve 14 on the ceiling wall of the combustion chamber 6 as in the above embodiment. The discharge electrode portion 13a of the discharge plug 13A is adjacent to the outer peripheral portion of the ceiling surface of the combustion chamber 6 (for example, the opening 9a of the other intake port 9 and the opening 9a on the flow direction advancing side of the swirl flow S. The portion between the opening 10a and the combustion chamber 6 faces the combustion chamber 6, and the discharge electrode portion 13a of the discharge plug 13B faces the combustion chamber 6 from the vicinity of the center of the ceiling surface of the combustion chamber 6 (the portion between the two openings 9a). It will be.

また、燃焼室6内にスワール流Sが生成される場合、放電プラグ13Aの、燃焼室6に臨む放電電極部13aが第1の放電を実行しているときに、燃料噴射弁14より燃料を噴射してもよい。この場合、第1の放電を実行している放電電極部13aの周辺が、燃焼室6に吸入された空気と燃料噴射弁14より噴射された燃料とによる、第1所定空燃比以上の燃料リーンな混合気(基本的に空気と見做すことが可能なかなり大きな空燃比の混合気)であれば、第1の放電の実行により活性種を生成可能である。 Further, when the swirl flow S is generated in the combustion chamber 6, fuel is supplied from the fuel injection valve 14 when the discharge electrode portion 13a facing the combustion chamber 6 of the discharge plug 13A is executing the first discharge. It may be sprayed. In this case, the periphery of the discharge electrode portion 13a executing the first discharge is a fuel lean of the first predetermined air-fuel ratio or more due to the air sucked into the combustion chamber 6 and the fuel injected from the fuel injection valve 14. Any air-fuel mixture (air-fuel mixture with a fairly large air-fuel ratio that can be basically regarded as air) can generate active species by executing the first discharge.

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。 The above embodiments are merely examples, and the scope of the present invention should not be construed in a limited manner. The scope of the present invention is defined by the scope of the claims, and all modifications and modifications belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.

本発明は、燃焼室が形成された気筒を有しかつ幾何学的圧縮比が16以上であるエンジン本体を備え、該燃焼室内で燃料と空気との混合気を自着火させる予混合圧縮着火式エンジンに有用である。 The present invention is a premixed compression ignition type that includes an engine body having a cylinder in which a combustion chamber is formed and having a geometric compression ratio of 16 or more, and self-ignites a mixture of fuel and air in the combustion chamber. Useful for engines.

1 予混合圧縮着火式エンジン
1a エンジン本体
2 気筒
5 ピストン
5a 冠面
6 燃焼室
13 放電プラグ
13a 放電電極部(プラズマ生成手段)
14 燃料噴射弁
91 電圧印加回路(プラズマ生成手段)
100 ECU(制御手段)
1 Premixed compression ignition engine 1a Engine body 2 Cylinder 5 Piston 5a Crown surface 6 Combustion chamber 13 Discharge plug 13a Discharge electrode part (plasma generation means)
14 Fuel injection valve 91 Voltage application circuit (plasma generation means)
100 ECU (control means)

Claims (4)

燃焼室が形成された気筒を有するエンジン本体を備え、該燃焼室内で燃料と空気との混合気を自着火させる予混合圧縮着火式エンジンであって、
上記エンジン本体の幾何学的圧縮比が、16以上であり、
上記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
1つ又は複数の放電電極部を有し、該放電電極部での放電により該放電電極部に非平衡プラズマを生成するプラズマ生成手段と、
上記プラズマ生成手段の作動を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、
上記エンジン本体の運転時における吸気行程において、上記燃焼室に吸入された空気、又は、該空気と上記燃料噴射弁により上記燃焼室内に噴射された燃料とによる、第1所定空燃比以上の燃料リーンな混合気に対して上記非平衡プラズマを照射するように、上記プラズマ生成手段の少なくとも1つの放電電極部で、第1の放電を実行させるとともに、
圧縮行程において、上記燃料噴射弁により上記燃焼室内に噴射された燃料、又は、上記空気と該燃料とによる、上記第1所定空燃比よりも小さい第2所定空燃比未満の燃料リッチな混合気に対して上記非平衡プラズマを照射するように、上記プラズマ生成手段の、上記第1の放電を実行させた放電電極部と同じか又は異なる放電電極部で、第2の放電を実行させる
ように構成されていることを特徴とする予混合圧縮着火式エンジン。
A premixed compression ignition engine having an engine body having a cylinder in which a combustion chamber is formed and self-igniting a mixture of fuel and air in the combustion chamber.
The geometric compression ratio of the engine body is 16 or more.
A fuel injection valve that injects fuel into the combustion chamber and
A plasma generation means having one or a plurality of discharge electrode portions and generating non-equilibrium plasma in the discharge electrode portion by discharging at the discharge electrode portion.
A control means for controlling the operation of the plasma generation means is provided.
The above control means
In the intake stroke during operation of the engine body, the fuel lean of the first predetermined air-fuel ratio or more due to the air sucked into the combustion chamber or the air and the fuel injected into the combustion chamber by the fuel injection valve. The first discharge is executed by at least one discharge electrode portion of the plasma generation means so as to irradiate the non-equilibrium plasma with respect to the air-fuel mixture.
In the compression stroke, the fuel injected into the combustion chamber by the fuel injection valve, or the fuel-rich mixture of the air and the fuel, which is smaller than the first predetermined air-fuel ratio and less than the second predetermined air-fuel ratio. On the other hand, so as to irradiate the non-equilibrium plasma, the second discharge is executed at the same or different discharge electrode portion of the plasma generation means as the discharge electrode portion where the first discharge is executed. A premixed compression ignition engine characterized by being fueled.
請求項1記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
上記制御手段は、吸気行程において上記第1の放電を実行させることで、上記燃焼室内での混合気の燃焼を促進する物質である活性種を生成するとともに、圧縮行程において上記第2の放電を実行させることで、上記燃焼室内での混合気の燃焼を抑制する物質である抑制種を生成するように構成されていることを特徴とする予混合圧縮着火式エンジン。
In the premixed compression ignition engine according to claim 1,
The control means generates the active species, which is a substance that promotes the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber, by executing the first discharge in the intake stroke, and also causes the second discharge in the compression stroke. A premixed compression ignition engine characterized by being configured to generate an inhibitory species, which is a substance that suppresses the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber by being executed.
請求項1又は2記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
上記燃焼室内に、吸入された空気のタンブル流が生成されるようになされており、
上記プラズマ生成手段は、上記燃焼室の天井面中央の近傍から該燃焼室に臨みかつ上記第1の放電及び上記第2の放電の両方を実行する放電電極部を有していることを特徴とする予混合圧縮着火式エンジン。
In the premixed compression ignition engine according to claim 1 or 2.
A tumble flow of inhaled air is generated in the combustion chamber.
The plasma generating means is characterized by having a discharge electrode portion that faces the combustion chamber from the vicinity of the center of the ceiling surface of the combustion chamber and executes both the first discharge and the second discharge. Premixed compression ignition engine.
請求項1又は2記載の予混合圧縮着火式エンジンにおいて、
上記燃焼室内に、吸入された空気のスワール流が生成されるようになされており、
上記プラズマ生成手段は、上記燃焼室の天井面の外周部から該燃焼室に臨みかつ上記第1の放電を実行する放電電極部と、上記燃焼室の天井面中央の近傍から該燃焼室に臨みかつ上記第2の放電を実行する放電電極部とを有していることを特徴とする予混合圧縮着火式エンジン。
In the premixed compression ignition engine according to claim 1 or 2.
A swirl flow of inhaled air is generated in the combustion chamber.
The plasma generating means faces the combustion chamber from the outer peripheral portion of the ceiling surface of the combustion chamber and faces the combustion chamber from the vicinity of the discharge electrode portion that executes the first discharge and the center of the ceiling surface of the combustion chamber. A premixed compression ignition engine characterized by having a discharge electrode portion for executing the second discharge.
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