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JP7610450B2 - Engine System - Google Patents
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JP7610450B2 - Engine System - Google Patents

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JP7610450B2 JP2021054915A JP2021054915A JP7610450B2 JP 7610450 B2 JP7610450 B2 JP 7610450B2 JP 2021054915 A JP2021054915 A JP 2021054915A JP 2021054915 A JP2021054915 A JP 2021054915A JP 7610450 B2 JP7610450 B2 JP 7610450B2
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  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Description

本発明は、エンジンを有するエンジンシステムに関する。 The present invention relates to an engine system having an engine.

例えば、特許文献1には、エンジンの冷却損失の低減を図るために、ピストンの冠面に放射状に延びる複数の微細溝を形成したエンジンの燃焼室構造が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an engine combustion chamber structure in which multiple fine grooves extending radially are formed on the piston crown surface in order to reduce engine cooling loss.

特開2018-087506号公報JP 2018-087506 A

ところで、エンジンでは、ノックが生じることがある。エンジンのノックを抑制する一例として、シリンダの内径を小さくして、代わりにピストンのストロークを長くすることが考えられる。しかし、エンジンの実装スペースの制約などによって、ピストンのストロークを長くすることが困難なことがある。このため、シリンダの内径を小さくすることなく、エンジンのノックを抑制することが望まれている。 However, knocking can occur in engines. One way to suppress engine knocking is to reduce the inner diameter of the cylinder and lengthen the piston stroke instead. However, it can be difficult to lengthen the piston stroke due to space constraints on the engine. For this reason, it is desirable to suppress engine knocking without reducing the inner diameter of the cylinder.

そこで、本発明は、エンジンのノックを抑制することが可能なエンジンシステムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide an engine system that can suppress engine knock.

上記課題を解決するために、本発明のエンジンシステムは、シリンダ内に収容されるピストンと、シリンダ上に配置されるシリンダヘッドと、点火制御部と、を備え、ピストンが上死点に位置するとき、ピストンの冠面のうち中央エリアと、シリンダヘッドの内面のうち点火プラグが配置される中央エリアとの間に、シリンダの内半径よりも半径が小さい燃焼室である小径燃焼室が形成され、ピストンの冠面のうち中央エリアの周辺の周辺エリアと、シリンダヘッドの内面のうち中央エリアの周辺の周辺エリアとの間隔であるスキッシュが、ピストンが上死点に位置するとき消炎距離より短くなり、小径燃焼室の半径は、ピストンの往復運動に応じて変動するスキッシュが消炎距離以下である時間に、点火プラグの点火による火炎伝播速度を乗算した値以下であり、点火制御部は、スキッシュが消炎距離以下である時間内に、小径燃焼室における混合ガスの燃焼を終了させるように、点火プラグの点火タイミングを制御し、かつ、点火プラグの点火により発生した火炎の膨張により圧縮される未燃の混合ガスが自着火の条件を満たす前に、火炎が小径燃焼室の内面に到達するように、点火プラグの点火タイミングを制御する In order to solve the above problems, an engine system of the present invention includes a piston accommodated in a cylinder, a cylinder head disposed on the cylinder, and an ignition control unit, and when the piston is positioned at top dead center, a small-diameter combustion chamber, which is a combustion chamber with a radius smaller than the inner radius of the cylinder, is formed between a central area of the crown surface of the piston and a central area of the inner surface of the cylinder head where an ignition plug is disposed, and a squish, which is a gap between a peripheral area around the central area of the crown surface of the piston and a peripheral area around the central area of the inner surface of the cylinder head, is formed at a position close to the center of the piston when the piston is positioned at top dead center. The radius of the small-diameter combustion chamber is equal to or less than the value obtained by multiplying the time during which the squish, which varies according to the reciprocating motion of the piston, is equal to or less than the quenching distance by the flame propagation speed due to ignition of the spark plug , and the ignition control unit controls the ignition timing of the spark plug so that combustion of the mixed gas in the small-diameter combustion chamber is terminated within the time during which the squish is equal to or less than the quenching distance, and also controls the ignition timing of the spark plug so that the flame reaches the inner surface of the small-diameter combustion chamber before the unburned mixed gas compressed by the expansion of the flame generated by ignition of the spark plug satisfies the conditions for self-ignition .

また、ピストンの冠面のうちスキッシュを形成する周辺エリアは、吸気バルブに対向する第1平面と、排気バルブに対向する第2平面と、を有し、第1平面および第2平面によりペントルーフ型の冠面が形成されるとしてもよい。 The area of the piston crown that forms the squish may have a first plane facing the intake valve and a second plane facing the exhaust valve, and the first and second planes may form a pent roof type crown.

また、ピストンの冠面のうちスキッシュを形成する周辺エリアは、第1平面および第2平面で形成されるペントルーフ型の冠面の稜線の長手方向の一側に配置され、第1平面および第2平面に交差する第3平面と、稜線の長手方向の他側に配置され、第1平面および第2平面に交差する第4平面と、をさらに有し、第1平面、第2平面、第3平面および第4平面により、4方向に傾斜する角錐型の冠面が形成されるとしてもよい。 The peripheral area of the piston crown surface that forms the squish may further include a third plane that is located on one side of the longitudinal ridge of the pent roof-shaped crown surface formed by the first and second planes and intersects with the first and second planes, and a fourth plane that is located on the other side of the longitudinal ridge and intersects with the first and second planes, and the first, second, third and fourth planes form a pyramidal crown surface that is inclined in four directions.

また、第3平面の面積は、第1平面および第2平面の面積よりも小さく、第4平面の面積は、第1平面および第2平面の面積よりも小さいとしてもよい。 In addition, the area of the third plane may be smaller than the areas of the first plane and the second plane, and the area of the fourth plane may be smaller than the areas of the first plane and the second plane .

また、シリンダヘッドの内面のうち中央エリアには、窪み部が形成され、小径燃焼室は、窪み部を含むとしてもよい。 Also, a recess may be formed in a central area of the inner surface of the cylinder head, and the small diameter combustion chamber may include the recess .

本発明によれば、エンジンのノックを抑制することが可能となる。 The present invention makes it possible to suppress engine knock.

図1は、第1実施形態にかかるエンジンシステムの構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an engine system according to a first embodiment. 図2は、エンジンの透視斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the engine. 図3は、エンジンをシリンダヘッド側から見た透視平面図である。FIG. 3 is a perspective plan view of the engine as seen from the cylinder head side. 図4は、シリンダヘッドの内面の位置とピストンの冠面の位置との相対関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relative relationship between the position of the inner surface of the cylinder head and the position of the crown surface of the piston. 図5は、点火タイミングを説明する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the ignition timing. 図6は、第2実施形態にかかるエンジンシステムのエンジンのピストンを示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a piston of an engine of the engine system according to the second embodiment. 図7は、第2実施形態のエンジンをシリンダヘッド側から見た透視平面図である。FIG. 7 is a perspective plan view of the engine according to the second embodiment, as viewed from the cylinder head side. 図8は、第2実施形態にかかるエンジンの作用の一例を説明する概略透視平面図である。FIG. 8 is a schematic perspective plan view illustrating an example of an operation of the engine according to the second embodiment. 図9は、第2実施形態にかかるエンジンの作用の他の例を説明する概略透視平面図である。FIG. 9 is a schematic perspective plan view illustrating another example of the operation of the engine according to the second embodiment. 図10は、第3実施形態にかかるエンジンシステムの構成を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration of an engine system according to the third embodiment. 図11は、第4実施形態にかかるエンジンシステムの構成を示す概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration of an engine system according to the fourth embodiment.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the attached drawings. The dimensions, materials, and other specific values shown in the embodiment are merely examples to facilitate understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In this specification and drawings, elements that have substantially the same function and configuration are given the same reference numerals to avoid duplicated explanations, and elements that are not directly related to the present invention are not illustrated.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態にかかるエンジンシステム1の構成を示す概略図である。エンジンシステム1は、例えば、ハイブリッド車またはエンジン車に適用される。エンジンシステム1は、エンジン10およびエンジン制御部12を含む。エンジン10は、シリンダブロック20、ピストン22、シリンダヘッド24、吸気バルブ26および排気バルブ28を含む。
First Embodiment
1 is a schematic diagram showing a configuration of an engine system 1 according to a first embodiment. The engine system 1 is applied to, for example, a hybrid vehicle or an internal combustion engine vehicle. The engine system 1 includes an engine 10 and an engine control unit 12. The engine 10 includes a cylinder block 20, a piston 22, a cylinder head 24, an intake valve 26, and an exhaust valve 28.

シリンダブロック20には、複数のシリンダ30が形成されている。ピストン22は、シリンダ30内に摺動可能に収容される。ピストン22は、コネクティングロッド32を通じて不図示のクランクシャフトに連結される。クランクシャフトは、ピストン22の往復運動に従って回転する。 The cylinder block 20 has multiple cylinders 30 formed therein. The pistons 22 are slidably housed within the cylinders 30. The pistons 22 are connected to a crankshaft (not shown) through connecting rods 32. The crankshaft rotates in accordance with the reciprocating motion of the pistons 22.

シリンダヘッド24は、シリンダブロック20におけるクランクシャフトとは反対側に設けられる。シリンダヘッド24は、シリンダ30を塞ぐようにシリンダ30上に配置され、シリンダブロック20に連結される。シリンダヘッド24には、吸気ポート34および排気ポート36が形成される。吸気ポート34および排気ポート36は、シリンダ30の内面、シリンダヘッド24の内面38およびピストン22の冠面40で囲まれる空間と連通する。以後、シリンダ30の内面、シリンダヘッド24の内面38およびピストン22の冠面40で囲まれる空間を、便宜的にガス収容空間と呼ぶ場合がある。 The cylinder head 24 is provided on the cylinder block 20 on the opposite side to the crankshaft. The cylinder head 24 is disposed on the cylinder 30 so as to close the cylinder 30, and is connected to the cylinder block 20. An intake port 34 and an exhaust port 36 are formed in the cylinder head 24. The intake port 34 and the exhaust port 36 communicate with a space surrounded by the inner surface of the cylinder 30, the inner surface 38 of the cylinder head 24, and the crown surface 40 of the piston 22. Hereinafter, the space surrounded by the inner surface of the cylinder 30, the inner surface 38 of the cylinder head 24, and the crown surface 40 of the piston 22 may be referred to as a gas storage space for convenience.

吸気バルブ26は、吸気ポート34に設けられ、吸気ポート34を開閉する。吸気バルブ26によって吸気ポート34が開かれると、ガス収容空間に吸気ポート34を通じて空気が送入される。排気バルブ28は、排気ポート36に設けられ、排気ポート36を開閉する。排気バルブ28によって排気ポート36が開かれると、ガス収容空間内のガスが排気ポート36を通じて送出される。 The intake valve 26 is provided in the intake port 34 and opens and closes the intake port 34. When the intake port 34 is opened by the intake valve 26, air is sent through the intake port 34 to the gas storage space. The exhaust valve 28 is provided in the exhaust port 36 and opens and closes the exhaust port 36. When the exhaust port 36 is opened by the exhaust valve 28, gas in the gas storage space is sent out through the exhaust port 36.

シリンダヘッド24には、インジェクタ42および点火プラグ44が設けられる。インジェクタ42および点火プラグ44は、シリンダ30の中心軸付近に位置する。インジェクタ42は、噴射口をガス収容空間に向けて配置される。インジェクタ42は、ガソリンなどの燃料を所定のタイミングでガス収容空間に噴射する。点火プラグ44は、電極をガス収容空間に向けて配置される。点火プラグ44は、空気と燃料との混合ガスを所定のタイミングで点火して燃焼させる。かかる燃焼により、ピストン22がシリンダ30内で往復運動する。 The cylinder head 24 is provided with an injector 42 and a spark plug 44. The injector 42 and the spark plug 44 are located near the central axis of the cylinder 30. The injector 42 is arranged with its nozzle facing the gas storage space. The injector 42 injects fuel, such as gasoline, into the gas storage space at a predetermined timing. The spark plug 44 is arranged with its electrode facing the gas storage space. The spark plug 44 ignites a mixture of air and fuel at a predetermined timing to cause combustion. This combustion causes the piston 22 to reciprocate within the cylinder 30.

エンジン制御部12は、中央処理装置、プログラム等が格納されたROM、ワークエリアとしてのRAM等を含む半導体集積回路から構成される。エンジン制御部12は、プログラムを実行することで点火制御部46として機能する。点火制御部46は、点火プラグ44の点火タイミングを制御する。点火制御部46については、後に詳述する。 The engine control unit 12 is composed of a semiconductor integrated circuit including a central processing unit, a ROM in which programs and the like are stored, and a RAM as a work area. The engine control unit 12 functions as an ignition control unit 46 by executing a program. The ignition control unit 46 controls the ignition timing of the spark plug 44. The ignition control unit 46 will be described in detail later.

図1は、ピストン22が上死点に位置するときを示している。ピストン22の冠面40のうち中央エリアには、半球状の窪み部50が形成されている。また、シリンダヘッド24の内面38のうち中央エリアには、点火プラグ44が配置される。エンジン10では、ピストン22が上死点に位置するとき、ピストン22の冠面40のうち中央エリアと、シリンダヘッド24の内面38のうち点火プラグ44が配置される中央エリアとの間に、小径燃焼室52が形成される。小径燃焼室52は、シリンダ30の内半径より半径が小さい燃焼室である。つまり、窪み部50の内面が小径燃焼室52の内面となる。 Figure 1 shows the piston 22 at top dead center. A hemispherical recess 50 is formed in the central area of the crown surface 40 of the piston 22. A spark plug 44 is disposed in the central area of the inner surface 38 of the cylinder head 24. When the piston 22 is at top dead center in the engine 10, a small diameter combustion chamber 52 is formed between the central area of the crown surface 40 of the piston 22 and the central area of the inner surface 38 of the cylinder head 24 where the spark plug 44 is disposed. The small diameter combustion chamber 52 is a combustion chamber with a radius smaller than the inner radius of the cylinder 30. In other words, the inner surface of the recess 50 becomes the inner surface of the small diameter combustion chamber 52.

また、ピストン22の冠面40のうち中央エリアの周辺の周辺エリアには、第1平面54および第2平面56が形成される。つまり、第1平面54および第2平面56は、冠面40における窪み部50の周囲の領域を示す。第1平面54は、吸気バルブ26に対向する。第2平面56は、排気バルブ28に対向する。 In addition, a first plane 54 and a second plane 56 are formed in the peripheral area of the crown surface 40 of the piston 22 around the central area. In other words, the first plane 54 and the second plane 56 indicate the area around the recess 50 in the crown surface 40. The first plane 54 faces the intake valve 26. The second plane 56 faces the exhaust valve 28.

図2は、エンジンの透視斜視図である。図2に示すように、第1平面54および第2平面56は、所謂ペントルーフ型の冠面40を形成する。また、第1平面54および第2平面56は、一様に平らとなっており、バルブリセスが形成されていない。 Figure 2 is a perspective view of the engine. As shown in Figure 2, the first plane 54 and the second plane 56 form a so-called pent roof type crown surface 40. In addition, the first plane 54 and the second plane 56 are uniformly flat, and no valve recesses are formed.

図1に戻って、エンジン10では、ピストン22が上死点に位置するとき、吸気バルブ26および排気バルブ28が共に閉じている。吸気バルブ26が閉じているとき、吸気バルブ26における第1平面54に対向する面は、シリンダヘッド24の内面38と大凡面一に位置する。また、排気バルブ28が閉じているとき、排気バルブ28における第2平面56に対向する面は、シリンダヘッド24の内面38と大凡面一に位置する。 Returning to FIG. 1, in the engine 10, when the piston 22 is at top dead center, both the intake valve 26 and the exhaust valve 28 are closed. When the intake valve 26 is closed, the surface of the intake valve 26 facing the first plane 54 is approximately flush with the inner surface 38 of the cylinder head 24. When the exhaust valve 28 is closed, the surface of the exhaust valve 28 facing the second plane 56 is approximately flush with the inner surface 38 of the cylinder head 24.

また、図1で示すように、ピストン22の冠面40のうち中央エリアの周辺の周辺エリアと、シリンダヘッド24の内面38のうち中央エリアの周辺の周辺エリアとの間隔を、スキッシュ60と呼ぶ場合がある。スキッシュ60は、ピストン22が上死点付近に位置するときの、ピストン22とシリンダヘッド24との間の比較的狭い間隔を示す。 As shown in FIG. 1, the gap between the peripheral area around the central area of the crown surface 40 of the piston 22 and the peripheral area around the central area of the inner surface 38 of the cylinder head 24 is sometimes called the squish 60. The squish 60 indicates the relatively narrow gap between the piston 22 and the cylinder head 24 when the piston 22 is located near the top dead center.

具体的には、冠面40における第1平面54と、第1平面54に対抗するシリンダヘッド24の内面38および吸気バルブ26の第1平面54側の面との間にスキッシュ60が形成される。また、冠面40における第2平面56と、第2平面56に対抗するシリンダヘッド24の内面38および排気バルブ28の第2平面56側の面との間にスキッシュ60が形成される。換言すると、ピストン22の冠面40のうちスキッシュ60を形成する周辺エリアは、第1平面54および第2平面56を有する。 Specifically, a squish 60 is formed between the first plane 54 on the crown surface 40 and the inner surface 38 of the cylinder head 24 and the surface of the intake valve 26 facing the first plane 54. Also, a squish 60 is formed between the second plane 56 on the crown surface 40 and the inner surface 38 of the cylinder head 24 and the surface of the exhaust valve 28 facing the second plane 56. In other words, the peripheral area of the crown surface 40 of the piston 22 that forms the squish 60 has the first plane 54 and the second plane 56.

図3は、エンジン10をシリンダヘッド24側から見た透視平面図である。図3で示すように、エンジン10では、1個のシリンダ30に対して、吸気ポート34の開口面および排気ポート36の開口面が、それぞれ2個形成されている。図示を省略するが、吸気バルブ26は、吸気ポート34の開口面ごとに設けられ、排気バルブ28は、排気ポート36の開口面ごとに設けられる。第1平面54は、2個の吸気バルブ26の双方に対向しており、第2平面56は、2個の排気バルブ28の双方に対向している。 Figure 3 is a perspective plan view of the engine 10 as seen from the cylinder head 24 side. As shown in Figure 3, in the engine 10, two intake ports 34 and two exhaust ports 36 are formed for each cylinder 30. Although not shown, an intake valve 26 is provided for each intake port 34 opening surface, and an exhaust valve 28 is provided for each exhaust port 36 opening surface. The first plane 54 faces both of the two intake valves 26, and the second plane 56 faces both of the two exhaust valves 28.

ピストン22が上死点に向かうとき、ガス収容空間内の混合ガスが圧縮される。このとき、第1平面54とシリンダヘッド24の内面38との間隔、すなわち、スキッシュ60によって、第1平面54上に存在する混合ガスには、第1平面54を下死点側から上死点側に登るような流れが発生する。つまり、第1平面54上の混合ガスは、矢印A10で示すように、第1平面54から小径燃焼室52に向かう方向に流れる。 When the piston 22 moves toward the top dead center, the mixed gas in the gas storage space is compressed. At this time, the gap between the first plane 54 and the inner surface 38 of the cylinder head 24, i.e., the squish 60, causes the mixed gas present on the first plane 54 to flow upward along the first plane 54 from the bottom dead center side to the top dead center side. In other words, the mixed gas on the first plane 54 flows in the direction from the first plane 54 toward the small diameter combustion chamber 52, as shown by arrow A10.

また、第2平面56とシリンダヘッド24の内面38との間隔、すなわち、スキッシュ60によって、第2平面56上に存在する混合ガスには、第2平面56を下死点側から上死点側に登るような流れが発生する。つまり、第2平面56上の混合ガスは、矢印A12で示すように、第2平面56から小径燃焼室52に向かう方向に流れる。矢印A10および矢印A12で示すような混合ガスの流れは、スキッシュ60によって発生するため、スキッシュ流と呼ぶ場合がある。 In addition, due to the gap between the second plane 56 and the inner surface 38 of the cylinder head 24, i.e., the squish 60, a flow occurs in the mixed gas present on the second plane 56 that ascends the second plane 56 from the bottom dead center side to the top dead center side. In other words, the mixed gas on the second plane 56 flows in a direction from the second plane 56 toward the small diameter combustion chamber 52, as shown by arrow A12. The flow of mixed gas as shown by arrows A10 and A12 is generated by the squish 60, and is therefore sometimes called a squish flow.

エンジン10では、このスキッシュ流によって、窪み部50で形成される小径燃焼室52に混合ガスが集約される。また、エンジン10では、バルブリセスが設けられていないため、スキッシュ流がバルブリセスで阻害されることがなく、混合ガスを適切に小径燃焼室52に集約することができる。 In the engine 10, this squish flow causes the mixed gas to be concentrated in the small diameter combustion chamber 52 formed by the recess 50. In addition, since the engine 10 does not have a valve recess, the squish flow is not obstructed by the valve recess, and the mixed gas can be appropriately concentrated in the small diameter combustion chamber 52.

図4は、シリンダヘッド24の内面38の位置とピストン22の冠面40の位置との相対関係を示す図である。図4において、横軸は、ピストン22が移動するときの時間を示し、縦軸は、ピストン22の冠面40の位置を示す。この冠面40の位置は、より詳細には、シリンダヘッド24の内面38を基準とした第1平面54および第2平面56の相対位置を示す。 Figure 4 is a diagram showing the relative relationship between the position of the inner surface 38 of the cylinder head 24 and the position of the crown surface 40 of the piston 22. In Figure 4, the horizontal axis indicates the time when the piston 22 moves, and the vertical axis indicates the position of the crown surface 40 of the piston 22. More specifically, the position of this crown surface 40 indicates the relative positions of the first plane 54 and the second plane 56 with respect to the inner surface 38 of the cylinder head 24.

ピストン22が上死点側に移動するとき、第1平面54および第2平面56がシリンダヘッド24の内面38に近づいていき、スキッシュ60が形成される。スキッシュ60は、ピストン22が上死点側に進むに従って短くなる。つまり、スキッシュ60は、ピストン22の往復運動に応じて変動する。 When the piston 22 moves toward the top dead center, the first plane 54 and the second plane 56 approach the inner surface 38 of the cylinder head 24, forming a squish 60. The squish 60 becomes shorter as the piston 22 moves toward the top dead center. In other words, the squish 60 varies according to the reciprocating motion of the piston 22.

そして、ピストン22が上死点に位置するとき、スキッシュ60は、消炎距離より短くなる。消炎距離は、火炎が伝播できずに消える間隔を示す。消炎距離は、例えば、2mmとされるが、実験またはシミュレーションなどによって適切に設定されてもよい。消炎距離が2mmの場合、ピストン22が上死点に位置するときのスキッシュ60は、例えば、0.5mm~1mmの間で設定される。なお、具体的な数値は、この例に限らず、適宜設定されてもよい。 When the piston 22 is at top dead center, the squish 60 becomes shorter than the quenching distance. The quenching distance indicates the distance over which the flame cannot propagate and is extinguished. The quenching distance is set to, for example, 2 mm, but may be appropriately set through experiments or simulations. When the quenching distance is 2 mm, the squish 60 when the piston 22 is at top dead center is set to, for example, between 0.5 mm and 1 mm. Note that the specific numerical value is not limited to this example and may be set as appropriate.

図4で示すように、タイミングT1は、ピストン22が上死点に向かって移動する際、消炎距離より長い値のスキッシュ60が消炎距離以下に変化する境界のタイミングを示す。また、タイミングT2は、ピストン22が下死点に向かって移動する際、消炎距離以下のスキッシュ60が消炎距離より長い値に変化する境界のタイミングを示す。したがって、タイミングT1からタイミングT2までの時間Tqdは、ピストン22の往復運動に応じて変動するスキッシュ60が消炎距離以下である時間を示す。換言すると、時間Tqdは、スキッシュ60が消炎距離以下に維持されている時間を示す。 As shown in FIG. 4, timing T1 indicates the boundary timing at which the squish 60, which has a value longer than the quenching distance, changes to a value below the quenching distance as the piston 22 moves toward top dead center. Timing T2 indicates the boundary timing at which the squish 60, which is less than the quenching distance, changes to a value longer than the quenching distance as the piston 22 moves toward bottom dead center. Therefore, the time Tqd from timing T1 to timing T2 indicates the time during which the squish 60, which fluctuates in accordance with the reciprocating motion of the piston 22, is less than the quenching distance. In other words, time Tqd indicates the time during which the squish 60 is maintained below the quenching distance.

エンジン10では、小径燃焼室52の半径が、ピストン22の往復運動に応じて変動するスキッシュ60が消炎距離以下である時間Tqdに、点火プラグ44の点火による火炎伝播速度を乗算した値以下となっている。すなわち、小径燃焼室52の半径をR、火炎伝播速度をVfとすると、以下の式(1)を満たす。火炎伝播速度は、点火によって発生した火炎が小径燃焼室52内を伝播する速度を示す。
R≦Tqd×Vf ・・・(1)
In the engine 10, the radius of the small-diameter combustion chamber 52 is equal to or smaller than the value obtained by multiplying the time Tqd during which the squish 60, which varies in accordance with the reciprocating motion of the piston 22, is equal to or smaller than the extinction distance by the flame propagation speed due to ignition of the spark plug 44. In other words, assuming that the radius of the small-diameter combustion chamber 52 is R and the flame propagation speed is Vf, the following formula (1) is satisfied. The flame propagation speed indicates the speed at which a flame generated by ignition propagates through the small-diameter combustion chamber 52.
R≦Tqd×Vf...(1)

小径燃焼室52の半径が上記式(1)を満たす値であるため、エンジン10では、スキッシュ60が消炎距離より長くなる前に、点火による火炎を小径燃焼室52の内面に到達させることができる。そして、火炎が小径燃焼室52の内面に到達したときに、スキッシュ60が消炎距離以下となっているため、スキッシュ60には火炎が伝播されない。これにより、エンジン10では、ガス収容空間全体で燃焼が行われるのではなく、窪み部50で形成される小さな小径燃焼室52で燃焼が行われる。 Because the radius of the small diameter combustion chamber 52 satisfies the above formula (1), in the engine 10, the flame caused by ignition can reach the inner surface of the small diameter combustion chamber 52 before the squish 60 becomes longer than the quenching distance. Then, when the flame reaches the inner surface of the small diameter combustion chamber 52, the squish 60 is below the quenching distance, so the flame is not propagated to the squish 60. As a result, in the engine 10, combustion does not occur in the entire gas storage space, but in the small small diameter combustion chamber 52 formed by the recessed portion 50.

したがって、第1実施形態のエンジンシステム1では、シリンダ30の内径を小さくすることなく、エンジン10のノックを抑制することが可能となる。 Therefore, in the engine system 1 of the first embodiment, it is possible to suppress knocking in the engine 10 without reducing the inner diameter of the cylinder 30.

また、第1実施形態のエンジン10は、ガス収容空間全体を燃焼室とする従来のエンジンと比べ、小径燃焼室52の容積が小さいため、エンジン10のノックを抑制しつつ、高圧縮比とすることができる。その結果、第1実施形態のエンジンシステム1では、燃焼効率をより向上させることができる。 In addition, the engine 10 of the first embodiment has a smaller volume of the small diameter combustion chamber 52 compared to conventional engines in which the entire gas storage space is used as the combustion chamber, so it is possible to achieve a high compression ratio while suppressing knocking in the engine 10. As a result, the engine system 1 of the first embodiment can further improve combustion efficiency.

また、第1実施形態のエンジンシステム1では、小径燃焼室52の半径に加え、点火タイミングを制御することで、エンジン10のノックをより抑制することができる。 In addition, in the engine system 1 of the first embodiment, knocking of the engine 10 can be further suppressed by controlling the ignition timing in addition to the radius of the small diameter combustion chamber 52.

図5は、点火タイミングを説明する図である。図5では、スキッシュ60の時間推移と点火タイミングの例を共通の時間軸上に併記している。 Figure 5 is a diagram explaining the ignition timing. In Figure 5, the time progression of the squish 60 and an example of the ignition timing are shown on a common time axis.

点火例Aでは、黒丸PA1のタイミングで点火が開始され、発生した火炎が伝播していき、スキッシュ60が消炎距離以下であるタイミングT2以前の黒四角PA2のタイミングで火炎の先頭が小径燃焼室52の内面に到達している。しかし、点火例Aでは、火炎が小径燃焼室52の内面に到達した後も混合ガスの燃焼が継続され、スキッシュ60が消炎距離より長くなってから、白丸PA3のタイミングで混合ガスの燃焼が終了している。 In ignition example A, ignition begins at the timing of the black circle PA1, the generated flame propagates, and the leading edge of the flame reaches the inner surface of the small-diameter combustion chamber 52 at the timing of the black square PA2, before timing T2 when the squish 60 is below the quenching distance. However, in ignition example A, the combustion of the mixed gas continues even after the flame reaches the inner surface of the small-diameter combustion chamber 52, and the combustion of the mixed gas ends at the timing of the white circle PA3 after the squish 60 becomes longer than the quenching distance.

点火例Aの場合、スキッシュ60が消炎距離より長くなることで、燃焼中の火炎がスキッシュ60内に存在する混合ガスに伝播するおそれがある。そうすると、タイミングT2より後において、スキッシュ60に伝播された火炎の膨張によってスキッシュ60内の未燃の混合ガスが圧縮されて、スキッシュ60内の未燃の混合ガスが自着火するおそれがある。その結果、エンジン10のノックが生じるおそれがある。 In the case of ignition example A, the squish 60 becomes longer than the quenching distance, and there is a risk that the burning flame will propagate to the mixed gas present in the squish 60. If this happens, after timing T2, the unburned mixed gas in the squish 60 may be compressed by the expansion of the flame propagated to the squish 60, and the unburned mixed gas in the squish 60 may self-ignite. As a result, there is a risk that the engine 10 may knock.

これに対し、点火例Bでは、黒丸PB1のタイミングで点火が開始され、黒四角PB2のタイミングで火炎の先頭が燃焼室の内面に到達し、スキッシュ60が消炎距離以下であるタイミングT2以前の白丸PB3のタイミングで混合ガスの燃焼が終了している。 In contrast, in ignition example B, ignition begins at the timing of the black circle PB1, the leading edge of the flame reaches the inner surface of the combustion chamber at the timing of the black square PB2, and combustion of the mixed gas ends at the timing of the white circle PB3, which is before timing T2 when the squish 60 is below the quenching distance.

点火例Bの場合、スキッシュ60が消炎距離より長くなる前に小径燃焼室52の燃焼が終了されるため、タイミングT2より後において、スキッシュ60内の混合ガスに火炎が伝播することがない。これにより、スキッシュ60内の未燃の混合ガスの自着火を抑制することができる。 In the case of ignition example B, the combustion in the small diameter combustion chamber 52 ends before the squish 60 becomes longer than the extinction distance, so the flame does not propagate to the mixed gas in the squish 60 after timing T2. This makes it possible to suppress spontaneous ignition of the unburned mixed gas in the squish 60.

この点を踏まえ、点火制御部46は、スキッシュ60が消炎距離以下である時間内に、小径燃焼室52における混合ガスの燃焼を終了させるように、点火プラグ44の点火タイミングを制御する。換言すると、点火制御部46は、小径燃焼室52における混合ガスの燃焼の終了タイミングが、スキッシュ60が消炎距離以下から消炎距離より長くなる境界のタイミングT2となるような点火タイミング以前に、点火プラグ44の点火を開始させる。この点火開始条件は、点火タイミングの適正範囲Tsにおける遅い側の閾値に対応する。 In light of this, the ignition control unit 46 controls the ignition timing of the spark plug 44 so that the combustion of the mixed gas in the small diameter combustion chamber 52 ends within the time that the squish 60 is equal to or less than the quenching distance. In other words, the ignition control unit 46 starts ignition of the spark plug 44 before the ignition timing at which the timing at which the combustion of the mixed gas in the small diameter combustion chamber 52 ends is the boundary timing T2 at which the squish 60 goes from being equal to or less than the quenching distance to being longer than the quenching distance. This ignition start condition corresponds to the later threshold value in the appropriate range Ts of ignition timing.

また、点火例Cでは、ピストン22が上死点に到達するタイミングを基準として比較的早いタイミングである黒丸PC1のタイミングで点火が開始されている。そして、点火例Cでは、発生した火炎が伝播していき、黒四角PC2のタイミングで火炎の先頭が小径燃焼室52の内面に到達し、白丸PC3のタイミングで混合ガスの燃焼が終了している。しかし、点火例Cでは、発生した火炎の膨張によって小径燃焼室52内の未燃の混合ガスが圧縮されて、発生した火炎の先頭が小径燃焼室52の内面に到達するよりも前に、小径燃焼室52内で圧縮された未燃の混合ガスが自着火の条件を満たして自着火が生じたとする。自着火の条件は、例えば、未燃の混合ガスの圧力が所定圧力以上であり、未燃の混合ガスの温度が所定温度以上である。自着火が生じてしまうと、その結果、エンジン10のノックが生じる可能性が高い。 In ignition example C, ignition is started at the timing of black circle PC1, which is a relatively early timing based on the timing when the piston 22 reaches the top dead center. In ignition example C, the generated flame propagates, and the front of the flame reaches the inner surface of the small-diameter combustion chamber 52 at the timing of black square PC2, and the combustion of the mixed gas ends at the timing of white circle PC3. However, in ignition example C, the unburned mixed gas in the small-diameter combustion chamber 52 is compressed by the expansion of the generated flame, and before the front of the generated flame reaches the inner surface of the small-diameter combustion chamber 52, the unburned mixed gas compressed in the small-diameter combustion chamber 52 satisfies the conditions for autoignition and autoignition occurs. The conditions for autoignition are, for example, the pressure of the unburned mixed gas is equal to or higher than a predetermined pressure, and the temperature of the unburned mixed gas is equal to or higher than a predetermined temperature. If autoignition occurs, there is a high possibility that the engine 10 will knock as a result.

これに対し、点火例Dでは、点火例Cの黒丸PC1で示す点火タイミングと比べ、遅いタイミングである黒丸PD1のタイミングで点火が開始されている。そして、点火例Dでは、発生した火炎が伝播し、小径燃焼室52内の未燃の混合ガスが自着火の条件を満たす前に、黒四角PD2のタイミングで火炎の先頭が小径燃焼室52の内面に到達し、白丸PD3のタイミングで混合ガスの燃焼が終了している。 In contrast, in ignition example D, ignition begins at the timing indicated by the black circle PD1, which is later than the ignition timing indicated by the black circle PC1 in ignition example C. In ignition example D, the generated flame propagates, and before the unburned mixed gas in the small-diameter combustion chamber 52 meets the conditions for self-ignition, the leading edge of the flame reaches the inner surface of the small-diameter combustion chamber 52 at the timing indicated by the black square PD2, and the combustion of the mixed gas ends at the timing indicated by the white circle PD3.

この点を踏まえ、点火制御部46は、点火により発生した火炎の膨張により圧縮される未燃の混合ガスが自着火の条件を満たすよりも前に、火炎が小径燃焼室52の内面に到達するように、点火プラグ44の点火タイミングを制御する。換言すると、点火制御部46は、火炎の先頭が小径燃焼室52の内面に到達した時点で未燃の混合ガスが自着火の条件を満たすような点火タイミングより遅くに、点火プラグ44の点火を開始させる。この点火開始条件は、点火タイミングの適正範囲Tsにおける早い側の閾値に対応する。 In consideration of this, the ignition control unit 46 controls the ignition timing of the spark plug 44 so that the flame reaches the inner surface of the small-diameter combustion chamber 52 before the unburned mixed gas, compressed by the expansion of the flame generated by ignition, meets the conditions for self-ignition. In other words, the ignition control unit 46 starts ignition of the spark plug 44 later than the ignition timing at which the unburned mixed gas meets the conditions for self-ignition when the leading edge of the flame reaches the inner surface of the small-diameter combustion chamber 52. This ignition start condition corresponds to the earlier threshold value in the appropriate range Ts of ignition timing.

点火制御部46は、上述の遅い側の点火開始条件、および、上述の早い側の点火開始条件のいずれか一方または双方を満たすように制御する。これにより、エンジンシステム1では、エンジン10のノックをより抑制することができる。 The ignition control unit 46 controls the ignition so as to satisfy either or both of the above-mentioned later ignition start conditions and the above-mentioned earlier ignition start conditions. This allows the engine system 1 to further suppress knocking of the engine 10.

また、例えば、吸気温度などのような運転条件によっては、火炎伝播速度が変動することがある。そこで、エンジンシステム1の導入時には、標準的あるいは一般的な運転条件を示す基準運転条件が設定され、その基準運転条件のときの火炎伝播速度を用いて小径燃焼室52の半径が設計される。 Furthermore, the flame propagation speed may vary depending on operating conditions such as intake air temperature. Therefore, when the engine system 1 is introduced, reference operating conditions that indicate standard or typical operating conditions are set, and the radius of the small diameter combustion chamber 52 is designed using the flame propagation speed at the reference operating conditions.

そして、エンジンシステム1の運用時には、小径燃焼室52の半径が固定値であることから、点火制御部46は、実際の運転条件の変動に従って、点火タイミングを上述の点火タイミングの適正範囲Ts内で調整する。これにより、より確実にエンジン10のノックを抑制することができる。 When the engine system 1 is in operation, the radius of the small-diameter combustion chamber 52 is fixed, so the ignition control unit 46 adjusts the ignition timing within the appropriate range Ts of the ignition timing described above in accordance with fluctuations in the actual operating conditions. This makes it possible to more reliably suppress knocking of the engine 10.

例えば、基準運転条件を元に設計された小径燃焼室52の半径に対応する点火タイミングを示す基準点火タイミングが予め設定される。点火制御部46は、現在の運転条件を取得し、現在の運転条件に基づいて基準点火タイミングからの点火タイミングのシフト量を導出する。点火制御部46は、基準点火タイミングと点火タイミングのシフト量とから、現在の運転条件に対応する点火タイミングを決定する。そして、点火制御部46は、決定した点火タイミングとなると、点火プラグ44の点火を開始させる。 For example, a reference ignition timing is set in advance, which indicates the ignition timing corresponding to the radius of the small-diameter combustion chamber 52 designed based on the reference operating conditions. The ignition control unit 46 acquires the current operating conditions and derives the amount of shift of the ignition timing from the reference ignition timing based on the current operating conditions. The ignition control unit 46 determines the ignition timing corresponding to the current operating conditions from the reference ignition timing and the amount of shift of the ignition timing. Then, when the determined ignition timing is reached, the ignition control unit 46 starts ignition of the spark plug 44.

(第2実施形態)
図6は、第2実施形態にかかるエンジンシステム100のエンジン110のピストン122を示す斜視図である。第2実施形態のピストン122は、第1実施形態のピストン22と同様に、冠面40のうち中央エリアに窪み部50が形成されている。そして、エンジン110では、ピストン122が上死点に位置するとき、ピストン122の冠面40のうち中央エリアと、シリンダヘッド24の内面38のうち点火プラグ44が配置される中央エリアとの間に、小径燃焼室52が形成される。
Second Embodiment
6 is a perspective view showing a piston 122 of an engine 110 of an engine system 100 according to the second embodiment. The piston 122 of the second embodiment has a recess 50 formed in a central area of the crown surface 40, similar to the piston 22 of the first embodiment. In the engine 110, when the piston 122 is located at top dead center, a small diameter combustion chamber 52 is formed between the central area of the crown surface 40 of the piston 122 and a central area of the inner surface 38 of the cylinder head 24 where the ignition plug 44 is disposed.

ピストン122の冠面40のうち中央エリアの周辺の周辺エリアには、第1平面154、第2平面156、第3平面170および第4平面172が形成される。第1平面154は、第1実施形態の第1平面54に相当し、吸気バルブ26に対向する。第2平面156は、第1実施形態の第2平面56に相当し、排気バルブ28に対向する。第1平面154を延長した平面と、第2平面156を延長した平面とは、所謂ペントルーフを形成する。また、第1平面154および第2平面156は、一様に平らとなっており、バルブリセスが形成されていない。 In the peripheral area around the central area of the crown surface 40 of the piston 122, a first plane 154, a second plane 156, a third plane 170, and a fourth plane 172 are formed. The first plane 154 corresponds to the first plane 54 of the first embodiment and faces the intake valve 26. The second plane 156 corresponds to the second plane 56 of the first embodiment and faces the exhaust valve 28. The plane extending from the first plane 154 and the plane extending from the second plane 156 form a so-called pent roof. In addition, the first plane 154 and the second plane 156 are uniformly flat, and no valve recess is formed.

図7は、第2実施形態のエンジン110をシリンダヘッド24側から見た透視平面図である。図7の一点鎖線は、第1平面154を延長した平面と第2平面156を延長した平面とで形成されるペントルーフの稜線174を示している。 Figure 7 is a perspective plan view of the engine 110 of the second embodiment, seen from the cylinder head 24 side. The dashed line in Figure 7 indicates the ridgeline 174 of the pent roof formed by the plane extending from the first plane 154 and the plane extending from the second plane 156.

図7で示すように、第3平面170は、第1平面154および第2平面156で形成されるペントルーフ型の冠面40の稜線174の長手方向の一側に配置される。一方、第4平面172は、その稜線174の長手方向の他側に配置される。第3平面170および第4平面172は、吸気ポート34の開口面および排気ポート36の開口面の冠面40への投影面に重ならないように形成される。 As shown in FIG. 7, the third plane 170 is disposed on one side of the longitudinal direction of the ridge 174 of the pent roof-shaped crown surface 40 formed by the first plane 154 and the second plane 156. Meanwhile, the fourth plane 172 is disposed on the other side of the longitudinal direction of the ridge 174. The third plane 170 and the fourth plane 172 are formed so as not to overlap with the projection plane of the opening surface of the intake port 34 and the opening surface of the exhaust port 36 onto the crown surface 40.

図6および図7で示すように、第3平面170は、稜線174の長手方向の一側の端部から冠面40の周縁に向かってクランクシャフト側に進むように、稜線174に対して傾斜している。第3平面170は、第1平面154および第2平面156に各々交差するように形成される。また、第4平面172は、稜線174の長手方向の他側の端部から冠面40の周縁に向かってクランクシャフト側に進むように、稜線174に対して傾斜している。第4平面172は、第1平面154および第2平面156に各々交差するように形成される。 6 and 7, the third plane 170 is inclined with respect to the ridge line 174 so as to proceed from one end of the ridge line 174 in the longitudinal direction toward the periphery of the crown surface 40 toward the crankshaft side. The third plane 170 is formed so as to intersect with the first plane 154 and the second plane 156. The fourth plane 172 is inclined with respect to the ridge line 174 so as to proceed from the other end of the ridge line 174 in the longitudinal direction toward the periphery of the crown surface 40 toward the crankshaft side. The fourth plane 172 is formed so as to intersect with the first plane 154 and the second plane 156.

このように、ピストン122では、第1平面154、第2平面156、第3平面170および第4平面172により、4方向に傾斜する角錐型の冠面40が形成される。換言すると、第1平面154、第2平面156、第3平面170および第4平面172は、頂部が欠けた角錐の各側面に大凡対応する。 In this way, in the piston 122, the first plane 154, the second plane 156, the third plane 170, and the fourth plane 172 form a pyramidal crown surface 40 that is inclined in four directions. In other words, the first plane 154, the second plane 156, the third plane 170, and the fourth plane 172 roughly correspond to each side of a pyramid with a missing apex.

図示を省略するが、シリンダヘッド24の内面38は、第1平面154、第2平面156、第3平面170および第4平面172にそれぞれ対向するように形成されている。第1平面154、第2平面156、第3平面170および第4平面172は、シリンダヘッド24の内面38との間で、スキッシュ60を形成する。ピストン122が上死点に位置するとき、スキッシュ60は、消炎距離より短くなる。 Although not shown, the inner surface 38 of the cylinder head 24 is formed to face the first plane 154, the second plane 156, the third plane 170, and the fourth plane 172, respectively. The first plane 154, the second plane 156, the third plane 170, and the fourth plane 172 form a squish 60 between themselves and the inner surface 38 of the cylinder head 24. When the piston 122 is located at top dead center, the squish 60 becomes shorter than the quenching distance.

図7で示すように、第1平面154上の混合ガスには、スキッシュ60によって、矢印A20で示すような第1平面154から小径燃焼室52に向かう方向のスキッシュ流が発生する。第2平面156上の混合ガスには、スキッシュ60によって、矢印A22で示すような第2平面156から小径燃焼室52に向かう方向のスキッシュ流が発生する。第3平面170上の混合ガスには、スキッシュ60によって、矢印A24で示すような第3平面170から小径燃焼室52に向かう方向のスキッシュ流が発生する。第4平面172上の混合ガスには、スキッシュ60によって、矢印A26で示すような第4平面172から小径燃焼室52に向かう方向のスキッシュ流が発生する。このように、第2実施形態のエンジン110では、小径燃焼室52の四方からスキッシュ流が流れ込むため、より適切に混合ガスを小径燃焼室52に集約することができる。 7, the squish 60 generates a squish flow in the direction from the first plane 154 to the small-diameter combustion chamber 52 as shown by the arrow A20 in the mixed gas on the first plane 154. The squish 60 generates a squish flow in the direction from the second plane 156 to the small-diameter combustion chamber 52 as shown by the arrow A22 in the mixed gas on the second plane 156. The squish 60 generates a squish flow in the direction from the third plane 170 to the small-diameter combustion chamber 52 as shown by the arrow A24 in the mixed gas on the third plane 170. The squish 60 generates a squish flow in the direction from the fourth plane 172 to the small-diameter combustion chamber 52 as shown by the arrow A26 in the mixed gas on the fourth plane 172. In this way, in the engine 110 of the second embodiment, the squish flow flows in from all four sides of the small-diameter combustion chamber 52, so that the mixed gas can be more appropriately concentrated in the small-diameter combustion chamber 52.

また、エンジン110の小径燃焼室52の半径は、第1実施形態と同様に、ピストン122の往復運動に応じて変動するスキッシュ60が消炎距離以下である時間Tqdに、点火プラグ44の点火による火炎伝播速度を乗算した値以下となっている。したがって、第2実施形態のエンジンシステム100では、第1実施形態と同様に、シリンダ30の内径を小さくすることなく、エンジン110のノックを抑制することが可能となる。 Also, as in the first embodiment, the radius of the small diameter combustion chamber 52 of the engine 110 is equal to or less than the value obtained by multiplying the time Tqd during which the squish 60, which varies according to the reciprocating motion of the piston 122, is equal to or less than the quenching distance by the flame propagation speed due to the ignition of the spark plug 44. Therefore, in the engine system 100 of the second embodiment, as in the first embodiment, it is possible to suppress knocking of the engine 110 without reducing the inner diameter of the cylinder 30.

また、第2実施形態のエンジンシステム100では、第1実施形態と同様にして点火制御部46が点火タイミングを制御ことで、第1実施形態と同様にエンジン110のノックをより抑制することができる。 In addition, in the engine system 100 of the second embodiment, the ignition control unit 46 controls the ignition timing in the same manner as in the first embodiment, thereby further suppressing knocking of the engine 110 in the same manner as in the first embodiment.

図8は、第2実施形態にかかるエンジン110の作用の一例を説明する概略透視平面図である。図8において、矢印A24および矢印A26は、第3平面170上のスキッシュ流および第4平面172上のスキッシュ流を示す。また、矢印A30は、吸気ポート34を通じてガス収容空間に導入される吸気の流れの一例を示す。 Figure 8 is a schematic perspective plan view illustrating an example of the operation of the engine 110 according to the second embodiment. In Figure 8, arrows A24 and A26 indicate the squish flow on the third plane 170 and the squish flow on the fourth plane 172. Also, arrow A30 indicates an example of the flow of intake air introduced into the gas storage space through the intake port 34.

吸気は、ガス収容空間で縦渦のタンブル流となるように導入される。しかし、場合によっては、矢印A30で示すように、縦渦が横に広がって崩れるおそれがある。 The intake air is introduced so that it becomes a tumble flow of vertical vortices in the gas storage space. However, in some cases, the vertical vortices may spread horizontally and collapse, as shown by arrow A30.

これに対し、エンジン110では、第3平面170上のスキッシュ流および第4平面172上のスキッシュ流が、吸気の縦渦をシリンダ30の中心軸に向かう方向に押すように流れる。これにより、縦渦の横方向の崩れが抑制される。 In contrast, in the engine 110, the squish flow on the third plane 170 and the squish flow on the fourth plane 172 flow in such a way as to push the intake air vertical vortex in a direction toward the central axis of the cylinder 30. This suppresses the collapse of the vertical vortex in the lateral direction.

したがって、第2実施形態のエンジンシステム100では、吸気のタンブル流を適正な縦渦に維持させることができ、その結果、燃焼効率を向上させることが可能となる。 Therefore, in the second embodiment of the engine system 100, the intake tumble flow can be maintained as an appropriate vertical vortex, which can improve the combustion efficiency.

図9は、第2実施形態にかかるエンジン110の作用の他の例を説明する概略透視平面図である。図9において、矢印A24および矢印A26は、第3平面170上のスキッシュ流および第4平面172上のスキッシュ流を示す。また、矢印A40は、吸気ポート34を通じてガス収容空間に導入される吸気の流れの他の例を示す。 Figure 9 is a schematic perspective plan view illustrating another example of the operation of the engine 110 according to the second embodiment. In Figure 9, arrows A24 and A26 indicate the squish flow on the third plane 170 and the squish flow on the fourth plane 172. Also, arrow A40 indicates another example of the flow of intake air introduced into the gas storage space through the intake port 34.

吸気は、ガス収容空間で縦渦を形成するために、シリンダ30の中心軸に近いほど流速が早くなるように導入される。しかし、場合によっては、シリンダ30の内面に近い吸気の流速が早くなってしまうことがある。 The intake air is introduced so that the flow speed is faster the closer it is to the central axis of the cylinder 30, in order to form a vertical vortex in the gas storage space. However, in some cases, the flow speed of the intake air near the inner surface of the cylinder 30 may become too fast.

これに対し、エンジン110では、第3平面170上のスキッシュ流および第4平面172上のスキッシュ流が、シリンダ30の内面に近い吸気の流れを妨げ、シリンダ30の内面に近い吸気の流速が抑制される。これにより、吸気の流速は、シリンダ30の中心軸に近いほど相対的に早くなる。なお、図9では、矢印A40の太さが太いほど流速が早いことを示す。 In contrast, in engine 110, the squish flow on third plane 170 and the squish flow on fourth plane 172 impede the flow of intake air close to the inner surface of cylinder 30, suppressing the flow velocity of intake air close to the inner surface of cylinder 30. As a result, the flow velocity of intake air becomes relatively faster closer to the central axis of cylinder 30. Note that in FIG. 9, the thicker the arrow A40, the faster the flow velocity.

したがって、第2実施形態のエンジンシステム100では、吸気の流速の分布を適切にすることができ、その結果、縦渦を適切に形成させることが可能となる。 Therefore, in the engine system 100 of the second embodiment, the distribution of the intake flow velocity can be appropriately achieved, and as a result, it is possible to appropriately form longitudinal vortices.

(第3実施形態)
図10は、第3実施形態にかかるエンジンシステム200の構成を示す概略図である。エンジンシステム200のエンジン210において、ピストン22の冠面40のうち中央エリアには、第1実施形態のような窪み部50が形成されておらず、平面250aとなっている。また、シリンダヘッド24の内面38のうち中央エリアには、窪み部250bが形成されている。エンジン210では、ピストン22が上死点に位置するとき、ピストン22の冠面40の平面250aと、シリンダヘッド24の内面38の窪み部250bとにより、小径燃焼室52が形成される。なお、ピストン22の冠面40のうち中央エリアの周辺の周辺エリアは、第1実施形態のようなペントルーフ型であってもよいし、第2実施形態のような角錐型であってもよい。
Third Embodiment
10 is a schematic diagram showing a configuration of an engine system 200 according to a third embodiment. In an engine 210 of the engine system 200, the central area of the crown surface 40 of the piston 22 does not have a recess 50 as in the first embodiment, but has a flat surface 250a. In addition, a recess 250b is formed in the central area of the inner surface 38 of the cylinder head 24. In the engine 210, when the piston 22 is located at the top dead center, the flat surface 250a of the crown surface 40 of the piston 22 and the recess 250b of the inner surface 38 of the cylinder head 24 form a small diameter combustion chamber 52. Note that the peripheral area around the central area of the crown surface 40 of the piston 22 may be a pent roof type as in the first embodiment, or a pyramidal type as in the second embodiment.

そして、エンジン210の小径燃焼室52の半径は、第1実施形態と同様に、ピストン22の往復運動に応じて変動するスキッシュ60が消炎距離以下である時間Tqdに、点火プラグ44の点火による火炎伝播速度を乗算した値以下となっている。したがって、第3実施形態のエンジンシステム200では、第1実施形態と同様に、シリンダ30の内径を小さくすることなく、エンジン210のノックを抑制することが可能となる。 The radius of the small diameter combustion chamber 52 of the engine 210 is equal to or less than the value obtained by multiplying the time Tqd during which the squish 60, which varies according to the reciprocating motion of the piston 22, is equal to or less than the quenching distance by the flame propagation speed due to the ignition of the spark plug 44, as in the first embodiment. Therefore, in the engine system 200 of the third embodiment, it is possible to suppress knocking of the engine 210 without reducing the inner diameter of the cylinder 30, as in the first embodiment.

(第4実施形態)
図11は、第4実施形態にかかるエンジンシステム300の構成を示す概略図である。エンジンシステム300のエンジン310において、ピストン22の冠面40のうち中央エリアには、窪み部350aが形成されている。また、シリンダヘッド24の内面38のうち中央エリアには、窪み部350bが形成されている。エンジン310では、ピストン22が上死点に位置するとき、ピストン22の冠面40の窪み部350aと、シリンダヘッド24の内面38の窪み部350bとにより、小径燃焼室52が形成される。なお、ピストン22の冠面40のうち中央エリアの周辺の周辺エリアは、第1実施形態のようなペントルーフ型であってもよいし、第2実施形態のような角錐型であってもよい。
Fourth Embodiment
11 is a schematic diagram showing a configuration of an engine system 300 according to a fourth embodiment. In an engine 310 of the engine system 300, a recess 350a is formed in a central area of a crown surface 40 of a piston 22. In addition, a recess 350b is formed in a central area of an inner surface 38 of a cylinder head 24. In the engine 310, when the piston 22 is located at the top dead center, a small diameter combustion chamber 52 is formed by the recess 350a in the crown surface 40 of the piston 22 and the recess 350b in the inner surface 38 of the cylinder head 24. Note that the peripheral area around the central area of the crown surface 40 of the piston 22 may be a pent roof type as in the first embodiment, or a pyramidal type as in the second embodiment.

そして、エンジン310の小径燃焼室52の半径は、第1実施形態と同様に、ピストン22の往復運動に応じて変動するスキッシュ60が消炎距離以下である時間Tqdに、点火プラグ44の点火による火炎伝播速度を乗算した値以下となっている。したがって、第3実施形態のエンジンシステム300では、第1実施形態と同様に、シリンダ30の内径を小さくすることなく、エンジン310のノックを抑制することが可能となる。 The radius of the small diameter combustion chamber 52 of the engine 310 is equal to or less than the value obtained by multiplying the time Tqd during which the squish 60, which varies according to the reciprocating motion of the piston 22, is equal to or less than the quenching distance by the flame propagation speed due to the ignition of the spark plug 44, as in the first embodiment. Therefore, in the engine system 300 of the third embodiment, it is possible to suppress knocking of the engine 310 without reducing the inner diameter of the cylinder 30, as in the first embodiment.

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although an embodiment of the present invention has been described above with reference to the attached drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such an embodiment. It is clear that a person skilled in the art can come up with various modified or revised examples within the scope of the claims, and it is understood that these also naturally fall within the technical scope of the present invention.

例えば、ピストン22、122の冠面40のうち中央エリアの周辺の周辺エリアの形状は、第1実施形態のペントルーフ型、または、第2実施形態の角錐型に限らない。例えば、ピストン22、122の冠面40のうち中央エリアの周辺の周辺エリアは、半球面のようなドーム型の冠面40が形成されてもよい。 For example, the shape of the peripheral area around the central area of the crown surface 40 of the piston 22, 122 is not limited to the pent roof type of the first embodiment or the pyramidal type of the second embodiment. For example, the peripheral area around the central area of the crown surface 40 of the piston 22, 122 may be formed into a dome-shaped crown surface 40 such as a hemisphere.

1、100、200、300 エンジンシステム
10、110、210、310 エンジン
22、122 ピストン
24 シリンダヘッド
26 吸気バルブ
28 排気バルブ
38 内面
40 冠面
44 点火プラグ
46 点火制御部
52 小径燃焼室
54、154 第1平面
56、156 第2平面
60 スキッシュ
170 第3平面
172 第4平面
174 稜線
1, 100, 200, 300 Engine system 10, 110, 210, 310 Engine 22, 122 Piston 24 Cylinder head 26 Intake valve 28 Exhaust valve 38 Inner surface 40 Crown surface 44 Spark plug 46 Ignition control unit 52 Small diameter combustion chamber 54, 154 First plane 56, 156 Second plane 60 Squish 170 Third plane 172 Fourth plane 174 Ridge line

Claims (5)

シリンダ内に収容されるピストンと、
前記シリンダ上に配置されるシリンダヘッドと、
点火制御部と、
を備え、
前記ピストンが上死点に位置するとき、前記ピストンの冠面のうち中央エリアと、前記シリンダヘッドの内面のうち点火プラグが配置される中央エリアとの間に、前記シリンダの内半径よりも半径が小さい燃焼室である小径燃焼室が形成され、
前記ピストンの冠面のうち中央エリアの周辺の周辺エリアと、前記シリンダヘッドの内面のうち中央エリアの周辺の周辺エリアとの間隔であるスキッシュが、前記ピストンが上死点に位置するとき消炎距離より短くなり、
前記小径燃焼室の半径は、前記ピストンの往復運動に応じて変動する前記スキッシュが前記消炎距離以下である時間に、前記点火プラグの点火による火炎伝播速度を乗算した値以下であり、
前記点火制御部は、
前記スキッシュが前記消炎距離以下である時間内に、前記小径燃焼室における混合ガスの燃焼を終了させるように、前記点火プラグの点火タイミングを制御し、
かつ、前記点火プラグの点火により発生した火炎の膨張により圧縮される未燃の混合ガスが自着火の条件を満たす前に、火炎が前記小径燃焼室の内面に到達するように、前記点火プラグの点火タイミングを制御する、
エンジンシステム。
A piston housed within the cylinder;
a cylinder head disposed on the cylinder;
An ignition control unit;
Equipped with
When the piston is at the top dead center, a small-diameter combustion chamber having a radius smaller than the inner radius of the cylinder is formed between a central area of the piston crown surface and a central area of the inner surface of the cylinder head where an ignition plug is disposed,
a squish, which is a distance between a peripheral area around a central area of the piston crown surface and a peripheral area around the central area of an inner surface of the cylinder head, becomes shorter than a quenching distance when the piston is located at a top dead center;
a radius of the small-diameter combustion chamber is equal to or smaller than a value obtained by multiplying a time during which the squish, which varies in accordance with the reciprocating motion of the piston, is equal to or smaller than the quenching distance by a flame propagation speed due to ignition of the spark plug,
The ignition control unit is
controlling an ignition timing of the spark plug so as to terminate combustion of the mixed gas in the small-diameter combustion chamber within a time period during which the squish is equal to or shorter than the quenching distance;
and controlling the ignition timing of the spark plug so that the flame reaches the inner surface of the small-diameter combustion chamber before the unburned mixed gas compressed by the expansion of the flame generated by the ignition of the spark plug satisfies the condition for self-ignition.
Engine system.
前記ピストンの冠面のうち前記スキッシュを形成する周辺エリアは、
吸気バルブに対向する第1平面と、
排気バルブに対向する第2平面と、
を有し、
前記第1平面および前記第2平面によりペントルーフ型の冠面が形成される、請求項1に記載のエンジンシステム。
The peripheral area of the piston crown surface that forms the squish is
a first plane facing the intake valve;
a second plane facing the exhaust valve;
having
The engine system of claim 1 , wherein the first planar surface and the second planar surface form a pent roof type crown surface.
前記ピストンの冠面のうち前記スキッシュを形成する周辺エリアは、
前記第1平面および前記第2平面で形成される前記ペントルーフ型の冠面の稜線の長手方向の一側に配置され、前記第1平面および前記第2平面に交差する第3平面と、
前記稜線の長手方向の他側に配置され、前記第1平面および前記第2平面に交差する第4平面と、
をさらに有し、
前記第1平面、前記第2平面、前記第3平面および前記第4平面により、4方向に傾斜する角錐型の冠面が形成される、請求項2に記載のエンジンシステム。
The peripheral area of the piston crown surface that forms the squish is
a third plane disposed on one side of a ridge line of the pent roof-shaped crown surface formed by the first plane and the second plane in a longitudinal direction and intersecting the first plane and the second plane;
a fourth plane disposed on the other side of the ridge line in the longitudinal direction and intersecting the first plane and the second plane;
and
The engine system according to claim 2 , wherein the first plane, the second plane, the third plane, and the fourth plane form a pyramidal crown surface inclined in four directions.
前記第3平面の面積は、前記第1平面および前記第2平面の面積よりも小さく、The area of the third plane is smaller than the areas of the first plane and the second plane,
前記第4平面の面積は、前記第1平面および前記第2平面の面積よりも小さい、The area of the fourth plane is smaller than the areas of the first plane and the second plane.
請求項3に記載のエンジンシステム。The engine system according to claim 3.
前記シリンダヘッドの内面のうち中央エリアには、窪み部が形成され、A recess is formed in a central area of the inner surface of the cylinder head,
前記小径燃焼室は、前記窪み部を含む、The small diameter combustion chamber includes the recessed portion.
請求項1に記載のエンジンシステム。The engine system of claim 1 .
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