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JP2007154827A - Combustion control device for internal combustion engine - Google Patents

Combustion control device for internal combustion engine Download PDF

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JP2007154827A
JP2007154827A JP2005353714A JP2005353714A JP2007154827A JP 2007154827 A JP2007154827 A JP 2007154827A JP 2005353714 A JP2005353714 A JP 2005353714A JP 2005353714 A JP2005353714 A JP 2005353714A JP 2007154827 A JP2007154827 A JP 2007154827A
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Japan
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piston
cavity
internal combustion
combustion engine
spark plug
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Application number
JP2005353714A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaharu Ichise
雅春 市瀬
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a combustion control device for an internal combustion engine enabling always good homogeneous combustion based on a shape of a cavity. <P>SOLUTION: This combustion control device for the internal combustion engine burns air fuel mixture in a combustion chamber by spark ignition, and is provided with a spark plug 20 installed on a cylinder head 14 and a piston 10 provided with the cavity on a top surface thereof. The cavity is formed by a spherical surface having a center on an ignition point of the spark plug 20 when the piston 10 is positioned at top dead center. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関し、特に燃焼を安定させるために好適なキャビティ形状を備える内燃機関の燃焼制御装置に関する。   The present invention relates to a combustion control device for an internal combustion engine, and more particularly to a combustion control device for an internal combustion engine having a cavity shape suitable for stabilizing combustion.

従来、例えば実開平６−１２７２４号公報には、火炎伝播距離が長くなる領域での燃焼速度を効果的に促進するための内燃機関の燃焼室構造が開示されている。この装置では、より具体的には、ピストン頂面に形成されているキャビティ形状に基づいて、点火プラグから離れる（火炎伝播距離が長い）領域ほど、より強いスキッシュ流を発生させ、燃焼速度を促進させる。その結果、シリンダ内全域において均一かつ良好な燃焼を得ることとしている。   Conventionally, for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 6-12724 discloses a combustion chamber structure of an internal combustion engine for effectively accelerating the combustion speed in a region where the flame propagation distance becomes long. More specifically, in this device, based on the cavity shape formed on the piston top surface, the stronger the squish flow is generated in the region away from the spark plug (the longer the flame propagation distance), the faster the combustion speed. Let As a result, uniform and good combustion is obtained throughout the cylinder.

実開平６−１２７２４号公報Japanese Utility Model Publication No. 6-12724 特開２００４−２３２４７８号公報JP 2004-232478 A 特開昭６３−１８９６１４号公報JP-A 63-189614

ところで、スキッシュ流の大小は、内燃機関の機関回転数、あるいは吸気管負圧等により大きく変動する。このため、燃焼室内において、常に一定の燃焼速度差を保つことはできず、常にシリンダ内全域において均一かつ良好な燃焼を得ることは困難であった。   By the way, the magnitude of the squish flow greatly varies depending on the engine speed of the internal combustion engine, the negative pressure of the intake pipe, or the like. For this reason, a constant difference in combustion speed cannot always be maintained in the combustion chamber, and it has been difficult to obtain uniform and good combustion throughout the entire cylinder.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、キャビティの形状に基づいて、常に均一かつ良好な燃焼を可能とする内燃機関の燃焼制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a combustion control device for an internal combustion engine that can always perform uniform and good combustion based on the shape of the cavity. .

第１の発明は、燃焼室内の混合気を、火花点火で燃焼させる内燃機関の燃焼制御装置であって、
シリンダヘッドに設置された点火プラグと、
頂面にキャビティを備えるピストンと、を備え、
前記キャビティは、前記ピストンが上死点に位置する場合において、前記点火プラグの点火点を中心とした球曲面で形成されていることを特徴とする。 1st invention is a combustion control apparatus of the internal combustion engine which burns the air-fuel mixture in a combustion chamber by spark ignition,
A spark plug installed in the cylinder head;
A piston with a cavity on the top surface,
The cavity is formed by a spherical curved surface centered on the ignition point of the spark plug when the piston is located at the top dead center.

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関は、前記点火プラグが１気筒に複数設けられ、
前記キャビティは、前記点火プラグ毎に設けられた曲率の等しい複数の球曲面を含んで形成されていることを特徴とする。 The second invention is the first invention, wherein
The internal combustion engine is provided with a plurality of spark plugs per cylinder,
The cavity is formed to include a plurality of spherical curved surfaces with the same curvature provided for each spark plug.

また、第３の発明は、第１、または２の発明において、
前記キャビティは、前記ピストンの側面から所定の肉厚を残して形成されていることを特徴とする。 The third invention is the first or second invention, wherein
The cavity is formed leaving a predetermined thickness from the side surface of the piston.

また、第４の発明は、第１乃至３の発明において、
前記内燃機関は、前記ピストンが上死点に位置すると、筒内の燃焼室が前記キャビティの空間のみとなることを特徴とする。 The fourth invention is the first to third inventions,
The internal combustion engine is characterized in that when the piston is located at a top dead center, the combustion chamber in the cylinder is only the space of the cavity.

第１の発明によれば、ピストン頂面に形成されたキャビティは、ピストンが上死点の位置において、点火プラグの点火点を中心とした球曲面の形状となるように形成されている。つまり、前記キャビティは、点火点からの火炎伝播距離が等しい面によって形成されている。このため、前記キャビティの球曲面全域に火炎が同時に到達し、燃焼室内部の混合気を効率よく燃焼させることができる。   According to the first invention, the cavity formed on the top surface of the piston is formed to have a spherical curved surface centered on the ignition point of the ignition plug at the position of the top dead center of the piston. That is, the cavity is formed by a surface having the same flame propagation distance from the ignition point. For this reason, the flame reaches the entire spherical curved surface of the cavity at the same time, and the air-fuel mixture in the combustion chamber can be burned efficiently.

第２の発明によれば、前記内燃機関は、点火プラグを１気筒に複数備える。ピストン頂面に形成されたキャビティは、ピストンが燃焼室を画成する上死点の位置において、前記点火プラグ毎に設けられた曲率の等しい複数の球曲面を有する。このため、複数の点火プラグを備える内燃機関であっても、前記キャビティの球曲面には火炎が同時に到達し、燃焼室内部の混合気を効率よく燃焼させることができる。   According to the second invention, the internal combustion engine includes a plurality of spark plugs per cylinder. The cavity formed on the top surface of the piston has a plurality of spherical curved surfaces having the same curvature provided for each spark plug at the position of the top dead center where the piston defines the combustion chamber. For this reason, even in an internal combustion engine having a plurality of spark plugs, a flame simultaneously reaches the spherical curved surface of the cavity, and the air-fuel mixture in the combustion chamber can be burned efficiently.

第３の発明によれば、ピストン頂面に形成されたキャビティは、前記ピストンの側面から所定の肉厚を残す形状とされている。このため、ピストン頂面にキャビティを設けても、常にピストンに必要な耐久性を確保することができる。   According to the third invention, the cavity formed on the top surface of the piston is shaped to leave a predetermined thickness from the side surface of the piston. For this reason, even if a cavity is provided on the top surface of the piston, the durability required for the piston can always be ensured.

第４の発明によれば、前記内燃機関は、前記ピストンが上死点に位置すると、筒内の燃焼室が前記キャビティの空間のみとなる。このため、前記キャビティの空間内部において燃焼を行うことができる。   According to the fourth invention, in the internal combustion engine, when the piston is located at the top dead center, the combustion chamber in the cylinder is only the space of the cavity. For this reason, combustion can be performed inside the space of the cavity.

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１としての制御装置が適用された内燃機関の概略を示す図である。本実施の形態の内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンである。内燃機関は、内部にピストン１０が配置されたシリンダブロック１２と、シリンダブロック１２に組み付けられたシリンダヘッド１４を備えている。また、シリンダヘッド１４上面には、シリンダ内部に連通するように２つの吸気ポート１６、および２つの排気ポート１８が接続されている。尚、図１は、これら複数のポートのうちの１組のポート断面を示している。 Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of an internal combustion engine to which a control device according to Embodiment 1 of the present invention is applied. The internal combustion engine of the present embodiment is a spark ignition type four-stroke engine. The internal combustion engine includes a cylinder block 12 in which a piston 10 is disposed, and a cylinder head 14 assembled to the cylinder block 12. Further, two intake ports 16 and two exhaust ports 18 are connected to the upper surface of the cylinder head 14 so as to communicate with the inside of the cylinder. FIG. 1 shows a cross section of one set of the plurality of ports.

また、図１に示すとおり、シリンダヘッド１４上面には、シリンダ内部に先端が露出するように点火プラグ２０が取り付けられている。前述のとおり、シリンダヘッド１４上面には計４つのポートが接続されている。したがって、点火プラグ２０は、この図に示すとおり、ピストン１０のボア中心に配置され、前記ポート群との干渉を避けることとしている。   Further, as shown in FIG. 1, a spark plug 20 is attached to the upper surface of the cylinder head 14 so that the tip is exposed inside the cylinder. As described above, a total of four ports are connected to the upper surface of the cylinder head 14. Therefore, the spark plug 20 is arranged at the center of the bore of the piston 10 as shown in this figure to avoid interference with the port group.

本実施の形態の内燃機関は、ピストン１０の頂面にキャビティ（窪み）を備えている。そこで、図２、及び３を参照して、ピストン１０のキャビティ形状について詳細に説明する。先ず、図２は、キャビティが形成されたピストン１０、および点火プラグの構成を示す斜視図である。この図に示すとおり、本実施の形態では、ピストン１０の頂面中心部に１つのキャビティが形成されている。   The internal combustion engine of the present embodiment includes a cavity (recess) on the top surface of the piston 10. Therefore, the cavity shape of the piston 10 will be described in detail with reference to FIGS. First, FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the piston 10 in which the cavity is formed and the spark plug. As shown in this figure, in the present embodiment, one cavity is formed at the center of the top surface of the piston 10.

次に、図３（ａ）は、上記ピストン１０の平面図を示す。ここで、図３（ａ）においては、点火プラグ２０を白丸にて表すこととする。また、図３（ｂ）は、ピストン１０が上死点の位置にあるときの図３（ａ）のIII−III線に沿った断面図を示す。図３（ａ）、（ｂ）に示すとおり、ピストン１０の頂面には、点火プラグ２０の点火点（先端）を中心とした球曲面のキャビティが形成される。   Next, FIG. 3A shows a plan view of the piston 10. Here, in FIG. 3A, the spark plug 20 is represented by a white circle. Moreover, FIG.3 (b) shows sectional drawing along the III-III line | wire of Fig.3 (a) when the piston 10 exists in the position of a top dead center. As shown in FIGS. 3A and 3B, a spherically curved cavity centering on the ignition point (tip) of the spark plug 20 is formed on the top surface of the piston 10.

[実施の形態１の動作]
次に、図１、および４を参照して、本実施形態の動作を説明する。先ず、吸気ポート１６の内部で生成された混合気はシリンダ内部に吸入され、ピストン１０により圧縮される。ここで、図４は、ピストン１０が上死点に達したときの図３のIV−IV線に沿った断面図を示す。この図に示すとおり、ピストン１０が上死点に達した場合においては、ピストン１０の頂面がシリンダヘッド１４に近づき、かかる微小空間にスキッシュエリア２２を形成する。このため、上記ピストン１０と、シリンダヘッド１４に基づいて画成されたキャビティ部の空間が、本内燃機関の燃焼室２４となる。燃焼室容積は混合気の圧縮比、およびピストン１０のボア径やストロークに基づいて決定され、かかる容積から、キャビティを形成する球曲面の曲率半径が算出される。 [Operation of Embodiment 1]
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. First, the air-fuel mixture generated inside the intake port 16 is sucked into the cylinder and compressed by the piston 10. Here, FIG. 4 shows a cross-sectional view along line IV-IV in FIG. 3 when the piston 10 reaches top dead center. As shown in this figure, when the piston 10 reaches the top dead center, the top surface of the piston 10 approaches the cylinder head 14 and forms a squish area 22 in such a minute space. For this reason, the space of the cavity part defined based on the piston 10 and the cylinder head 14 becomes the combustion chamber 24 of the internal combustion engine. The combustion chamber volume is determined based on the compression ratio of the air-fuel mixture and the bore diameter and stroke of the piston 10, and the radius of curvature of the spherical curved surface forming the cavity is calculated from the volume.

圧縮された燃焼室２４内部の混合気は、次いで、点火プラグ２０によって点火される。図４に示すとおり、本実施の形態の燃焼室２４は、前記点火プラグ２０を中心とした球曲面のキャビティにより画成されている。このため、本実施の形態では、点火プラグの点火点を中心として火炎が燃焼室内部を球状に伝播することにより、キャビティを形成する球曲面全域に火炎が同時に到達し、燃焼が一斉に終了することとなる。   The compressed air-fuel mixture in the combustion chamber 24 is then ignited by the spark plug 20. As shown in FIG. 4, the combustion chamber 24 of the present embodiment is defined by a spherically curved cavity centered on the spark plug 20. For this reason, in the present embodiment, the flame propagates in a spherical shape around the ignition point of the spark plug so that the flame reaches the entire spherical curved surface forming the cavity at the same time, and the combustion is finished all at once. It will be.

以上、説明したとおり、本実施形態の装置は、燃焼室形状、すなわちピストン頂面に形成されたキャビティの形状を、点火点からの火炎伝播距離が等しい曲面にて形成することにより、燃焼室内部の混合気を効率よく短期間にて燃焼させることができる。このため、スワール流、またはスキッシュ流等の混合気の気流によらず、キャビティ形状のみに基づいて、常に安定した燃焼を行うことができる。したがって、よりリーンな混合気を安定して燃焼させることが可能であり、燃費改善や排出ガスの低減を実現することができる。   As described above, the apparatus of the present embodiment forms the shape of the combustion chamber, that is, the shape of the cavity formed on the piston top surface with a curved surface having the same flame propagation distance from the ignition point. Can be burned efficiently in a short period of time. For this reason, it is possible to always perform stable combustion based only on the cavity shape, regardless of the airflow of the air-fuel mixture such as the swirl flow or squish flow. Therefore, it is possible to stably burn a leaner air-fuel mixture, and it is possible to improve fuel consumption and reduce exhaust gas.

ところで、上述した実施の形態１においては、吸気ポート１６の内部において混合気を生成するポート噴射方式としたが、燃料噴射方式はこれに限られない。すなわち、燃焼室内部にインジェクタを設置し、直接噴射する直接噴射方式としてもよい。   By the way, in Embodiment 1 mentioned above, although it was set as the port injection system which produces | generates an air-fuel mixture inside the intake port 16, a fuel injection system is not restricted to this. That is, it is good also as a direct injection system which installs an injector in a combustion chamber and injects directly.

また、上述した実施の形態１においては、点火プラグ２０を、ピストン１０の中心に設置することとしているが、点火プラグの設置位置はこれに限定するものではない。すなわち、前述した各種ポート等と干渉しないのであれば、前記点火プラグの点火点がキャビティの球曲面の中心にある限りにおいて、他の位置に設置することとしてもよい。   In the first embodiment described above, the spark plug 20 is installed at the center of the piston 10, but the installation position of the spark plug is not limited to this. That is, as long as the spark plug does not interfere with the above-described various ports, the spark plug may be installed at another position as long as the ignition point of the spark plug is at the center of the spherical curved surface of the cavity.

実施の形態２．
［実施の形態２の構成］
上述した実施の形態１においては、１気筒に１つの点火プラグ２０を備える内燃機関に対して本発明を実施している。これに対して、エミッション改善、およびノッキング防止等に好適であるとして、１気筒に２つの点火プラグを備える内燃機関がある。より良好な燃焼を得るために、かかる２つの点火プラグを備える内燃機関において本発明を実施することも可能である。 Embodiment 2. FIG.
[Configuration of Embodiment 2]
In the first embodiment described above, the present invention is implemented for an internal combustion engine having one spark plug 20 per cylinder. On the other hand, there is an internal combustion engine provided with two spark plugs in one cylinder as suitable for improving emissions and preventing knocking. In order to obtain better combustion, it is also possible to implement the present invention in an internal combustion engine provided with such two spark plugs.

ここで、図１、および５、６を参照して、本発明の実施の形態２について具体的に説明する。本実施の形態の装置は、図１のハードウェア構成に示す点火プラグ２０を２つ備え、かつ、ピストン１０の代わりに後述する図５、および６に示すキャビティが形成されたピストン２６を備えることにより実現することができる。   Here, the second embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. The apparatus of the present embodiment includes two spark plugs 20 shown in the hardware configuration of FIG. 1, and includes a piston 26 in which a cavity shown in FIGS. 5 and 6 described later is formed instead of the piston 10. Can be realized.

先ず、図５はキャビティが形成されたピストン２６、および点火プラグの構成を示す斜視図である。この図によれば、本実施の形態の装置には、第１の点火プラグ２０ａ、および第２の点火プラグ２０ｂが設置されている。また、図６（ａ）は、上記ピストン１０の平面図を示す。ここで、この図においては、点火プラグ２０ａ、２０ｂを白丸にて表すこととする。また、点線で描かれた円１６ａ、１６ｂ、および１８ａ、１８ｂは、本内燃機関の備えるポートの位置を表している。この図に示すとおり、両点火プラグは、ピストン１０の中心から対称な位置であり、かつ、上記ポートと干渉しない位置に設置されている。   First, FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the piston 26 having a cavity and the spark plug. According to this figure, the apparatus of the present embodiment is provided with a first spark plug 20a and a second spark plug 20b. FIG. 6A shows a plan view of the piston 10. Here, in this figure, the spark plugs 20a and 20b are represented by white circles. Further, circles 16a, 16b and 18a, 18b drawn by dotted lines represent the positions of the ports provided in the internal combustion engine. As shown in this figure, both spark plugs are installed at positions that are symmetrical from the center of the piston 10 and that do not interfere with the port.

次に、本実施の形態のキャビティ形状について詳細に説明する。ここで、図６（ｂ）は、ピストン１０が上死点の位置にあるときの図６（ａ）ＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図を示す。図６（ａ）、（ｂ）に示すとおり、ピストン２６の頂面にはキャビティが形成されている。かかるキャビティは、点火プラグ２０ａ側の第１の凹部、および点火プラグ２０ｂ側の第２の凹部により形成されている。これらの図によれば、第１の凹部は、点火プラグ２０ａの点火点を中心とした球曲面２８により形成されている。また、第２の凹部は、点火プラグ２０ｂの点火点を中心とした、球曲面２８と同曲率の球曲面３０に基づいて形成されている。そして、球曲面２８、球曲面３０が滑らかに接続されることにより、第１の凹部、および第２の凹部が一体となり、上記キャビティが形成される。実施の形態1と同様に、かかるキャビティ空間が本内燃機関の燃焼室２４となる。燃焼室の容積は内燃機関の圧縮比に基づいて決定され、これに伴い曲面半径が決定される。   Next, the cavity shape of the present embodiment will be described in detail. Here, FIG.6 (b) shows sectional drawing along the VI-VI line of Fig.6 (a) when the piston 10 exists in the position of a top dead center. As shown in FIGS. 6A and 6B, a cavity is formed on the top surface of the piston 26. Such a cavity is formed by a first recess on the side of the spark plug 20a and a second recess on the side of the spark plug 20b. According to these figures, the first recess is formed by a spherical curved surface 28 centered on the ignition point of the spark plug 20a. The second concave portion is formed based on a spherical curved surface 30 having the same curvature as the spherical curved surface 28 with the ignition point of the spark plug 20b as the center. Then, the spherically curved surface 28 and the spherically curved surface 30 are smoothly connected, whereby the first concave portion and the second concave portion are integrated to form the cavity. Similar to the first embodiment, this cavity space becomes the combustion chamber 24 of the internal combustion engine. The volume of the combustion chamber is determined based on the compression ratio of the internal combustion engine, and the curved surface radius is determined accordingly.

[実施の形態２の動作]
本実施形態の場合においても前述した実施の形態１と同様に、シリンダ内部に吸入された混合気がピストンにより圧縮される。圧縮された燃焼室内部の混合気は、次いで、点火プラグ２０ａ、及び２０ｂによって点火される。本実施の形態では、各点火点を中心とした２つの球曲面２８、および３０に基づいて形成されているキャビティを備える。このため、各点火プラグの点火点を中心として火炎が燃焼室内部を球状に伝播することにより、キャビティを形成する球曲面２８、および３０全域に火炎が同時に到達し、燃焼が一斉に終了することとなる。 [Operation of Embodiment 2]
Also in the case of the present embodiment, the air-fuel mixture sucked into the cylinder is compressed by the piston as in the first embodiment. The compressed air-fuel mixture in the combustion chamber is then ignited by spark plugs 20a and 20b. In the present embodiment, a cavity is formed that is formed based on two spherical curved surfaces 28 and 30 centered on each ignition point. For this reason, the flame propagates in a spherical shape around the ignition point of each spark plug so that the flame reaches the entire spherical curved surface 28 and 30 forming the cavity at the same time, and the combustion is completed at the same time. It becomes.

以上、説明したとおり、本実施形態の装置は、点火点からの火炎伝播距離が等しい２つの球曲面に基づいて形成されるキャビティを備える。このため、２つのプラグにて点火を行うことで、前記キャビティの球曲面全域に火炎が同時に到達し、燃焼室内部の混合気を効率よく一斉に燃焼させることができる。また、スワール流、またはスキッシュ流等の混合気の気流によらず、キャビティ形状のみに基づいて、常に安定した燃焼を行うことができる。したがって、よりリーンな混合気を安定して燃焼させることが可能であり、燃費改善や排出ガスの低減を実現することができる。   As described above, the apparatus of this embodiment includes a cavity formed based on two spherical curved surfaces having the same flame propagation distance from the ignition point. For this reason, by igniting with two plugs, flames simultaneously reach the entire spherical curved surface of the cavity, and the air-fuel mixture in the combustion chamber can be efficiently and simultaneously burned. In addition, stable combustion can always be performed based on only the cavity shape regardless of the airflow of the air-fuel mixture such as the swirl flow or squish flow. Therefore, it is possible to stably burn a leaner air-fuel mixture, and it is possible to improve fuel consumption and reduce exhaust gas.

実施の形態３．
［実施の形態３の構成］
上述した実施の形態２においては、ピストン中心から対称な２点に各点火プラグを備える内燃機関において本発明を実施している。しかしながら、前述のとおり、本内燃機関はシリンダヘッド１４上面に４つのポートが接続されている。このため、実施の形態２に示す位置に点火プラグを設置できない場合も考えられる。したがって、本実施の形態では、上記２弁式の内燃機関に好適な位置に点火プラグを配置し本発明を実施することとする。 Embodiment 3 FIG.
[Configuration of Embodiment 3]
In the second embodiment described above, the present invention is implemented in an internal combustion engine provided with each spark plug at two symmetrical points from the piston center. However, as described above, the internal combustion engine has four ports connected to the upper surface of the cylinder head 14. For this reason, the case where a spark plug cannot be installed in the position shown in Embodiment 2 is also considered. Therefore, in the present embodiment, the present invention is implemented by arranging a spark plug at a position suitable for the two-valve internal combustion engine.

ここで、図１、および図７、８を参照して、本発明の実施の形態３について具体的に説明する。本実施の形態の装置は、図１のハードウェア構成に示す点火プラグ２０を２つ備え、かつ、ピストン１０の代わりに後述する図７および８に示すキャビティが形成されたピストン３２を備えることにより実現することができる。   Here, the third embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. The apparatus of the present embodiment includes two spark plugs 20 shown in the hardware configuration of FIG. 1, and a piston 32 in which a cavity shown in FIGS. 7 and 8 described later is formed instead of the piston 10. Can be realized.

先ず、図７はキャビティが形成されたピストン３２、および点火プラグの構成を示す斜視図である。この図によれば、本実施の形態の装置には、第１の点火プラグ２０ａ、および第２の点火プラグ２０ｂが設置されている。また、図８（ａ）は、上記ピストン１０の平面図を示す。ここで、この図においては、点火プラグ２０ａ、２０ｂを白丸にて示すこととする。また、点線で描かれた円１６ａ、１６ｂ、および１８ａ、１８ｂは、本内燃機関の備えるポートの位置を表している。この図に示すとおり、第１の点火プラグ２０ａがピストン１０の中心に、第２の点火プラグ２０ｂがピストン１０の側面寄りに設置されることにより、上記ポートと点火プラグの間のスペースを確保することができ、効果的に干渉を回避することが可能である。   First, FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a piston 32 having a cavity and a spark plug. According to this figure, the apparatus of the present embodiment is provided with a first spark plug 20a and a second spark plug 20b. FIG. 8A shows a plan view of the piston 10. Here, in this figure, the spark plugs 20a and 20b are indicated by white circles. Further, circles 16a, 16b and 18a, 18b drawn by dotted lines represent the positions of the ports provided in the internal combustion engine. As shown in this figure, the first spark plug 20a is installed at the center of the piston 10 and the second spark plug 20b is installed near the side surface of the piston 10, thereby ensuring a space between the port and the spark plug. It is possible to avoid interference effectively.

次に、本実施の形態のキャビティ形状について詳細に説明する。ここで、図８（ｂ）は、ピストン２８が上死点の位置にあるときの図８（ａ）のVIII−VIIIに沿った断面図を示す。図８（ａ）、（ｂ）に示すとおり、ピストン２８の頂面にはキャビティが形成されている。前記キャビティは、ピストン中心付近の第１の凹部、およびピストン側面寄りの第２の凹部により形成されている。これらの図によれば、第１の凹部は、点火プラグ２０ａの点火点を中心とした球曲面３４により形成されている。   Next, the cavity shape of the present embodiment will be described in detail. Here, FIG.8 (b) shows sectional drawing along VIII-VIII of Fig.8 (a) when the piston 28 exists in the position of a top dead center. As shown in FIGS. 8A and 8B, a cavity is formed on the top surface of the piston 28. The cavity is formed by a first recess near the center of the piston and a second recess near the side surface of the piston. According to these figures, the first recess is formed by a spherical curved surface 34 centered on the ignition point of the ignition plug 20a.

図８（ｃ）は、図８（ｂ）の円形の１点鎖線で囲まれた範囲の詳細図を示す。この図によれば、第２の凹部は、点火プラグ２０ｂの点火点を中心とした、球曲面３４と同曲率の球曲面３６と、ピストン３２の側面に所定の肉厚を残すように形成された側面３８とにより形成されている。かかる肉厚は、ピストンに必要な耐久性を確保できる最低の肉厚とされる。そして、球曲面３４、球曲面３６、および側面３８が滑らかに接続されることにより、第１の凹部、および第２の凹部が一体となり、上記キャビティが形成される。実施の形態1と同様に、かかるキャビティ空間が本内燃機関の燃焼室２４となる。燃焼室の容積は内燃機関の圧縮比に基づいて決定され、これに伴い曲面半径が決定される。   FIG. 8C shows a detailed view of a range surrounded by a circular one-dot chain line in FIG. According to this figure, the second recess is formed so as to leave a predetermined thickness on the side surface of the piston 32 and the spherical curved surface 36 having the same curvature as the spherical curved surface 34 with the ignition point of the ignition plug 20b as the center. The side surface 38 is formed. Such a wall thickness is the minimum wall thickness that can ensure the durability required for the piston. The spherical curved surface 34, the spherical curved surface 36, and the side surface 38 are smoothly connected, so that the first concave portion and the second concave portion are integrated to form the cavity. Similar to the first embodiment, this cavity space becomes the combustion chamber 24 of the internal combustion engine. The volume of the combustion chamber is determined based on the compression ratio of the internal combustion engine, and the curved surface radius is determined accordingly.

[実施の形態３の動作]
本実施形態の場合においても前述した実施の形態２と同様に、シリンダ内部に吸入された混合気がピストンにより圧縮される。圧縮された燃焼室内部の混合気は、点火プラグ２０ａ、及び２０ｂによって点火される。本実施の形態では、各点火点を中心とした球曲面３４、３６、および側面３８に基づいてキャビティが形成されている。このため、各点火プラグの点火点を中心として火炎が燃焼室内部を球状に伝播することにより、キャビティを形成する球曲面３４、および３６全域に火炎が同時に到達し、燃焼が一斉に終了することとなる。 [Operation of Embodiment 3]
Also in the case of the present embodiment, the air-fuel mixture sucked into the cylinder is compressed by the piston as in the second embodiment. The compressed air-fuel mixture in the combustion chamber is ignited by the spark plugs 20a and 20b. In the present embodiment, a cavity is formed based on the spherical curved surfaces 34 and 36 and the side surface 38 centered on each ignition point. For this reason, the flame propagates spherically around the ignition point of each spark plug so that the flame reaches the entire spherical curved surface 34 and 36 forming the cavity at the same time, and the combustion is completed at the same time. It becomes.

以上、説明したとおり、本実施形態の装置は、各点火点を中心とした火炎伝播距離が等しい球曲面３４、３６、およびピストン側面に所定の肉厚を残すための側面３８に基づいてキャビティが形成されている。このため、２つのプラグにて点火を行うことで、前記キャビティの球曲面３４、３６全域に火炎が同時に到達し、燃焼室内部の混合気を効率よく一斉に燃焼させることができる。また、スワール流、またはスキッシュ流等の混合気の気流によらず、キャビティ形状のみに基づいて、常に安定した燃焼を行うことができる。したがって、よりリーンな混合気を安定して燃焼させることが可能であり、燃費改善や排出ガスの低減を実現することができる。   As described above, the apparatus of the present embodiment has a cavity based on the spherical curved surfaces 34 and 36 having the same flame propagation distance around each ignition point and the side surface 38 for leaving a predetermined thickness on the side surface of the piston. Is formed. For this reason, by igniting with two plugs, flames reach the entire spherical curved surfaces 34 and 36 of the cavity at the same time, and the air-fuel mixture in the combustion chamber can be efficiently and simultaneously burned. In addition, stable combustion can always be performed based on only the cavity shape regardless of the airflow of the air-fuel mixture such as the swirl flow or squish flow. Therefore, it is possible to stably burn a leaner air-fuel mixture, and it is possible to improve fuel consumption and reduce exhaust gas.

ところで、上述した実施の形態２においては、第１の点火プラグ２０ａをピストンの中心に、第２の点火プラグ２０ｂをピストン側面寄りに設置することとしているが、設置位置はこれに限定するものではない。すなわち、前述した、各種ポートと干渉しないのであれば、前記各点火プラグの点火点がキャビティの球曲面の中心にある限りにおいて、他の位置に設置することとしてもよい。   By the way, in Embodiment 2 mentioned above, it is supposed that the 1st spark plug 20a is installed in the center of a piston, and the 2nd spark plug 20b is located near the piston side surface, but the installation position is not limited to this. Absent. That is, as long as the spark plug does not interfere with the various ports described above, the spark plug may be installed at another position as long as the ignition point of each spark plug is at the center of the spherical curved surface of the cavity.

本発明の実施の形態１としての制御装置が適用された内燃機関の概略構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating schematic structure of the internal combustion engine to which the control apparatus as Embodiment 1 of this invention was applied. 本発明の実施の形態１のキャビティが形成されたピストン１０、および点火プラグ２０の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the piston 10 in which the cavity of Embodiment 1 of this invention was formed, and the spark plug 20. FIG. 本発明の実施の形態１の図２に示すピストン１０の平面図、および断面図である。It is the top view and sectional drawing of piston 10 which are shown in FIG. 2 of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１の図３のIV−IV線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the IV-IV line of FIG. 3 of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態２のキャビティが形成されたピストン２６、および点火プラグ２０の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the piston 26 in which the cavity of Embodiment 2 of this invention was formed, and the spark plug 20. FIG. 本発明の実施の形態２の図５に示すピストン２６の平面図、および断面図である。It is the top view and sectional drawing of piston 26 which are shown in FIG. 5 of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３のキャビティが形成されたピストン３２、および点火プラグ２０の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the piston 32 in which the cavity of Embodiment 3 of this invention was formed, and the spark plug 20. FIG. 本発明の実施の形態３の図７に示すピストン３２の平面図、断面図、および詳細図である。FIG. 8 is a plan view, a cross-sectional view, and a detailed view of the piston 32 shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０ ピストン
１２ シリンダブロック
１４ シリンダヘッド
１６ 吸気ポート
１８ 排気ポート
２０ 点火プラグ
２２ スキッシュエリア
２４ 燃焼室 10 Piston 12 Cylinder block 14 Cylinder head 16 Intake port 18 Exhaust port 20 Spark plug 22 Squish area 24 Combustion chamber

Claims (4)

燃焼室内の混合気を、火花点火で燃焼させる内燃機関であって、
シリンダヘッドに設置された点火プラグと、
頂面にキャビティを備えるピストンと、を備え、
前記キャビティは、前記ピストンが上死点に位置する場合において、前記点火プラグの点火点を中心とした球曲面で形成されていることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。 An internal combustion engine that burns an air-fuel mixture in a combustion chamber by spark ignition,
A spark plug installed in the cylinder head;
A piston with a cavity on the top surface,
The combustion control device for an internal combustion engine, wherein the cavity is formed by a spherical curved surface centering on an ignition point of the ignition plug when the piston is located at a top dead center. 前記内燃機関は、前記点火プラグが１気筒に複数設けられ、
前記キャビティは、前記点火プラグ毎に設けられた曲率の等しい複数の球曲面を含んで形成されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置。 The internal combustion engine is provided with a plurality of spark plugs per cylinder,
2. The combustion control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the cavity is formed to include a plurality of spherical curved surfaces having the same curvature provided for each spark plug. 前記キャビティは、前記ピストンの側面から所定の肉厚を残して形成されていることを特徴とする請求項１、または２記載の内燃機関の燃焼制御装置。   The combustion control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the cavity is formed leaving a predetermined thickness from a side surface of the piston. 前記内燃機関は、前記ピストンが上死点に位置すると、筒内の燃焼室が前記キャビティの空間のみとなることを特徴とする請求項１乃至３記載の内燃機関の燃焼制御装置。   4. The internal combustion engine combustion control device according to claim 1, wherein when the piston is located at a top dead center, the combustion chamber in the cylinder is only the space of the cavity.
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