JP2000073768A - Engine and engine ignition method - Google Patents

Engine and engine ignition method

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JP2000073768A
JP2000073768A JP10245515A JP24551598A JP2000073768A JP 2000073768 A JP2000073768 A JP 2000073768A JP 10245515 A JP10245515 A JP 10245515A JP 24551598 A JP24551598 A JP 24551598A JP 2000073768 A JP2000073768 A JP 2000073768A
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combustion chamber
fuel
engine
air
piston
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JP10245515A
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Japanese (ja)
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Hideyuki Wakai
秀之 若井
Kotaro Wakamoto
晃太郎 若本
Taisuke Murotani
泰輔 室谷
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an engine and an engine ignition method which can ignite a fuel accurately and securely at a desired ingnition time, in a simple structure without adding a new device to an existing engine. SOLUTION: While a recess 2b is formed to the upper part of a piston 3 and one side of a cylinder head 2a, a projection 3b is formed to the other side of the piston 3, and an auxiliary combustion chamber 6 having a compressive ratio larger than a main combustion chamber 4 is formed by the recess 2b and the projection 3b. As a result, the fuel is ignited earler in the auxiliary combustion chamber 6 having the compressive ratio larger than the main combustion chamber 4, and the fuel in the mixing gas in the main combustion chamber 4 is ignited accurately and securely at a desired ingnition timing, by the ignited mixing gas flowing out to the main combustion chamber 4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はエンジンの燃焼室内
に空気と燃料を供給し、これら空気と燃料の混合気を圧
縮して所望の時期に燃料を着火させて燃焼を行うディー
ゼルエンジンなどのエンジンに関し、特にそのエンジン
の燃焼室内で所望の着火時期に着火を行わせるためのエ
ンジンの構造および着火方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an engine such as a diesel engine which supplies air and fuel to a combustion chamber of an engine, compresses a mixture of the air and fuel, ignites the fuel at a desired time, and performs combustion. More particularly, the present invention relates to an engine structure and an ignition method for causing ignition at a desired ignition timing in a combustion chamber of the engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジ
ンに比較して熱効率に優れていて過酷な条件(高負荷連
続運転)に耐えるなどの利点を有している。しかし一方
で窒素酸化物NOxがガソリンエンジンの2〜3倍程度
排出されたり、すす(粒子状排出物)が排出されたりす
るなど排気が清浄ではなく、環境的に好ましくないなど
の不利な点もある。
2. Description of the Related Art Diesel engines have advantages such as higher thermal efficiency than gasoline engines and durability under severe conditions (high-load continuous operation). On the other hand, however, there are disadvantages that the exhaust gas is not clean and environmentally unfavorable, such as emission of nitrogen oxides NOx about two to three times that of a gasoline engine and emission of soot (particulate emissions). is there.

【0003】そこで本発明者らは熱効率を維持しつつ排
気を清浄化する方法について研究を続けている。
Therefore, the present inventors have been studying a method of purifying exhaust gas while maintaining thermal efficiency.

【0004】ここに従来のディーゼルエンジンの燃焼
は、ピストンによって圧縮した高温空気中に燃料を噴射
させて燃料を燃焼させるというものである(従来燃焼方
式)。しかしこの従来燃焼方式を採用すると、シリンダ
内で局所的に燃焼温度が高くなり上述したようにNOx
が大量に発生する。またシリンダ内で局所的に空気が不
足して上述したようにすすが大量に発生してしまう。こ
こに従来は燃料の噴射を高圧にすることでこれら問題に
対処していた。しかしこの燃料噴射の高圧化による方法
には限界があることが明らかになった。
[0004] Here, conventional diesel engine combustion involves burning fuel by injecting fuel into high-temperature air compressed by a piston (conventional combustion method). However, if this conventional combustion method is adopted, the combustion temperature locally rises in the cylinder, and as described above, NOx
Occurs in large quantities. Further, as described above, a large amount of soot is generated due to a local shortage of air in the cylinder. Here, conventionally, these problems have been dealt with by increasing the fuel injection pressure. However, it has become clear that there is a limit to the method of using high pressure fuel injection.

【0005】そこで近年つぎのような燃焼方法が考えら
れている。
Therefore, the following combustion method has recently been considered.

【0006】すなわちピストンによる圧縮途中(ピスト
ンが下死点付近に位置している間)でシリンダ内に所定
量の燃料を添加する。その後予混合気をピストンによっ
て圧縮する行程が進行すると、シリンダ内の温度が上昇
する。そして混合気が温度等の各パラメータにより定ま
る着火臨界条件を超えると、シリンダ内の燃焼室(燃焼
室)全域にわたって燃料が自己着火することになる。こ
こで自己着火までに燃料は十分に気化しており、空気と
の混合が進んだ状態となっている。なおこの燃焼方式を
本明細書では「希薄予混合自着火方式」と呼ぶ。
That is, a predetermined amount of fuel is added to the cylinder during compression by the piston (while the piston is located near bottom dead center). Thereafter, as the process of compressing the premixed gas by the piston proceeds, the temperature in the cylinder increases. When the mixture exceeds the ignition critical condition determined by each parameter such as temperature, the fuel self-ignites over the entire combustion chamber (combustion chamber) in the cylinder. Here, the fuel has sufficiently vaporized by the time of self-ignition, and the fuel and the air have been mixed. This combustion method is referred to herein as a "lean premixed auto-ignition method".

【0007】上記希薄予混合自着火方式を採用するとき
は、自着火前に予め空気と燃料を均一に混合させておく
ことができるので、シリンダ内の燃焼室(燃焼室)全域
で均一に燃料が燃焼する。したがって局部的にしか空燃
比が理論混合比あるいはそれに近い条件で燃焼しないこ
とを避けることができ、NOxの生成を抑制することが
できる。このため排出されるNOxを少なくすることが
できる。また均一に燃焼するため、すすの排出量を少な
くすることができる。
When the lean premixed self-ignition system is employed, air and fuel can be uniformly mixed in advance before self-ignition, so that the fuel can be uniformly distributed over the entire combustion chamber (combustion chamber) in the cylinder. Burns. Therefore, it is possible to avoid that the air-fuel ratio burns only at a stoichiometric mixture ratio or a condition close to the stoichiometric mixture ratio, and to suppress the generation of NOx. Therefore, the amount of NOx discharged can be reduced. Further, since the fuel is uniformly burned, the amount of soot discharged can be reduced.

【0008】この希薄予混合自着火方式では、燃料と空
気との混合気体(予混合気)を、図9に示すようにピス
トン上死点近傍の所定時期θdに着火させる必要があ
る。着火時期が適正でなく着火が遅れると後燃えなどの
異常な燃焼が発生し、熱効率の低下などの問題を引き起
こす虞があるからである。でここに希薄予混合自着火方
式では、混合気を十分に希薄化したい(空気に対する燃
料の比率をきわめて小さくしたい)との要請がある。混
合気が薄くなるほど予混合気は益々着火し難くなる。
In this lean premixed self-ignition method, it is necessary to ignite a gas mixture of fuel and air (premixed gas) at a predetermined timing θd near the piston top dead center as shown in FIG. If the ignition timing is not appropriate and ignition is delayed, abnormal combustion such as afterburning may occur, which may cause a problem such as a decrease in thermal efficiency. Here, in the lean premixed self-ignition system, there is a demand that the mixture be sufficiently diluted (the ratio of fuel to air be extremely small). As the air-fuel mixture becomes thinner, the pre-air-fuel mixture becomes more difficult to ignite.

【0009】よって、希薄予混合自着火方式において希
薄化を高め適正な着火時期に着火遅れなく確実に着火さ
せるために、予混合気の着火のし難さを解消する必要性
がある。
Therefore, in the lean premixed self-ignition method, it is necessary to eliminate the difficulty of igniting the premixed gas in order to increase the leanness and to ignite the ignition at an appropriate ignition timing without delay.

【0010】そこで自着火し難い予混合気に対して自着
火を補助する従来の方法を適用することが考えられる。
その着火補助として考えられる従来の方法はつぎのとお
りである。
Therefore, it is conceivable to apply a conventional method for assisting self-ignition to a premixed gas which is difficult to self-ignite.
A conventional method considered as the ignition assist is as follows.

【0011】(1)火花放電式点火プラグ(スパークプ
ラグ)を使用する。
(1) A spark discharge type spark plug (spark plug) is used.

【0012】(2)グロープラグを使用する。(2) Use a glow plug.

【0013】(3)ピストン上死点近傍で予混合気中に
燃料を噴射する。
(3) Inject fuel into the premixed gas near the piston top dead center.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】上記(1)の方法は、
ガソリンエンジンにおいて実績のある方法である。
The method of the above (1) is as follows.
A proven method for gasoline engines.

【0015】これは燃焼室内に置かれた両電極間にきわ
めて高電圧を印加し電極間で発生した火花放電によって
局部的に燃料を着火させる。そして火花放電による局部
的な着火を起点として混合気全体に火炎を伝搬させて混
合気全体を燃焼させるという方法である。
In this method, a very high voltage is applied between the two electrodes placed in the combustion chamber, and the fuel is locally ignited by spark discharge generated between the electrodes. Then, starting from local ignition by spark discharge, the flame is propagated to the entire air-fuel mixture to burn the entire air-fuel mixture.

【0016】しかし上記(1)の方法では、点火プラグ
を点火させるために点火系の装置の配設が必須となり、
エンジン回りの装置構成が複雑になる。また電極間で発
生した局部的な着火による火炎を伝搬させることによっ
て混合気全体を燃焼させる方法(1点着火による方法)
をとるため、混合気全体に火炎が伝搬して混合気全体を
着火させるには時間を要する。このため等容度の低下を
引き起こし熱効率の低下が発生する。また端ガスノック
が起きやすいという問題も発生する。
However, in the above method (1), it is necessary to provide an ignition system to ignite the ignition plug.
The device configuration around the engine becomes complicated. A method of burning the entire air-fuel mixture by propagating a flame caused by local ignition generated between the electrodes (a method using one-point ignition)
Therefore, it takes time for the flame to propagate throughout the mixture and ignite the entire mixture. For this reason, the isocapacity is reduced, and the thermal efficiency is reduced. Another problem is that end gas knock is likely to occur.

【0017】また上記(2)の方法は従来燃焼方式でデ
ィーゼルエンジンの燃焼室を予熱するためにすでに使用
されており、実績のある方法である。しかしこの(2)
の方法も同様に、グロープラグを作動させるために予熱
回路等の装置の配設が必須となり、エンジン回りの装置
構成が複雑になる。またグロープラグは常時通電してお
き表面温度を高めておく必要があり、着火時期を適正な
時期に制御することは難しい。
The method (2) has been used for preheating the combustion chamber of a diesel engine by the conventional combustion method, and is a proven method. But this (2)
Similarly, in the method (1), it is necessary to provide a device such as a preheating circuit in order to operate the glow plug, and the device configuration around the engine becomes complicated. Also, the glow plug needs to be energized at all times to raise the surface temperature, and it is difficult to control the ignition timing to an appropriate timing.

【0018】上記(3)の方法も同様に、ピストン上死
点近傍で予混合気中に更に燃料を噴射するための燃料噴
射制御装置が別途必要となり、エンジン回りの装置構成
が複雑になる。しかも燃料を直接燃焼室の予混合気中に
噴射する方法をとるため、噴霧周辺の濃厚混合気中でN
Oxが発生し、NOxを低減するという当初の目的を達成
できなくなる。
Similarly, the method (3) requires a separate fuel injection control device for further injecting fuel into the premixed gas near the piston top dead center, which complicates the structure of the device around the engine. In addition, since the method of directly injecting fuel into the premixture of the combustion chamber is employed, N
Ox is generated, and the original purpose of reducing NOx cannot be achieved.

【0019】また最近特開平9−195772号公報に
みられるように、ピストンとシリンダ等からなる本来の
燃焼室とは別に着火用燃焼室を設け、この着火用燃焼室
で着火した混合気をノズルを介して燃焼室に噴射して燃
焼室内の混合気を着火させるという技術が提案されてい
る。
Further, as recently disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-195772, an ignition combustion chamber is provided separately from an original combustion chamber consisting of a piston and a cylinder, and an air-fuel mixture ignited by the ignition combustion chamber is supplied to a nozzle. A technology has been proposed in which the fuel is injected into a combustion chamber via a gas to ignite an air-fuel mixture in the combustion chamber.

【0020】しかしこの公報記載の技術によれば本来の
ピストンとは別途に着火用ピストンを用意して着火用燃
焼室を構成する必要がある。しかも着火用ピストンを駆
動するためのカム駆動機構等が別途必要となる。さらに
は着火用燃焼室から離れた本来の燃焼室に対して着火混
合気を噴出させるためのノズルが必要となる。
However, according to the technology described in this publication, it is necessary to prepare an ignition piston separately from the original piston to constitute the ignition combustion chamber. In addition, a cam drive mechanism and the like for driving the ignition piston are separately required. Further, a nozzle for injecting the ignition air-fuel mixture into the original combustion chamber remote from the ignition combustion chamber is required.

【0021】このように特開平9−195772号公報
記載の技術によれば、既存のエンジンに対して別途複雑
な機構等を追加する必要があり、エンジン回りの装置構
成は同様に複雑化することになる。
As described above, according to the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-195772, it is necessary to add a complicated mechanism or the like to an existing engine, and the device configuration around the engine is similarly complicated. become.

【0022】いずれにしても従来の方法によれば、エン
ジン回りの装置構成は複雑にならざるを得なかった。
In any case, according to the conventional method, the configuration of the device around the engine must be complicated.

【0023】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、既存のエンジンに新たな装置を追加すること
なく簡易な構造をもって、燃料を所望の着火時期に正確
かつ確実に着火させることができるエンジンおよび着火
方法を提供することを解決課題とするものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to accurately and reliably ignite fuel at a desired ignition timing with a simple structure without adding a new device to an existing engine. An object of the present invention is to provide an engine and an ignition method.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段および効果】そこで本発明
の第1発明は上記解決課題を達成するために、エンジン
のシリンダヘッドとピストン上面により形成される主燃
焼室内に空気と燃料を供給し、これら空気と燃料の混合
気を圧縮して所望の時期に前記燃料を着火させるエンジ
ンにおいて、前記ピストン上部と前記シリンダヘッドの
一方に凹部を形成するとともに他方に凸部を形成し、こ
れら凹部および凸部によって前記主燃焼室よりも圧縮比
の大きい副燃焼室を形成し、前記副燃焼室内で前記燃料
を着火させ着火した燃焼混合気を前記主燃焼室に流出さ
せることにより前記主燃焼室内の混合気中の燃料を着火
させるようにしている。
In order to achieve the above object, the first invention of the present invention supplies air and fuel to a main combustion chamber formed by a cylinder head and a piston upper surface of an engine. In an engine that compresses a mixture of air and fuel and ignites the fuel at a desired time, a concave portion is formed on one of the upper portion of the piston and the cylinder head, and a convex portion is formed on the other. A sub-combustion chamber having a compression ratio greater than that of the main combustion chamber is formed by the section, the fuel is ignited in the sub-combustion chamber, and the ignited combustion mixture is discharged into the main combustion chamber, thereby mixing the fuel in the main combustion chamber. I try to ignite fuel in the air.

【0025】また第2発明では、第1発明において、前
記副燃焼室内の混合気に対して更に燃料を供給する燃料
供給手段を具えるようにしている。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a fuel supply means for further supplying fuel to the air-fuel mixture in the sub-combustion chamber is provided.

【0026】また第3発明では、第1発明において、前
記副燃焼室は、前記シリンダヘッドおよび前記ピストン
上面の外縁部に形成されている。
In a third aspect based on the first aspect, the sub-combustion chamber is formed at an outer edge of the upper surface of the cylinder head and the piston.

【0027】また第4発明では、第1発明において、前
記凹部および前記凸部の熱膨張係数を略同じにしてい
る。
According to a fourth aspect, in the first aspect, the concave portions and the convex portions have substantially the same thermal expansion coefficient.

【0028】また第5発明では、第1発明において、前
記凹部と前記凸部とが相対向する面をそれぞれ曲面形状
としている。また第6発明では、エンジンのシリンダヘ
ッドとピストン上面により形成される主燃焼室内に空気
と燃料を供給し、これら空気と燃料の混合気を圧縮して
所望の時期に前記燃料を着火させるエンジンの着火方法
において、前記主燃焼室よりも圧縮比の大きい副燃焼室
を前記シリンダヘッドと前記ピストン上面によって形成
した上で、前記副燃焼室内で前記燃料を着火させる行程
と、前記副燃焼室内で着火した燃焼混合気を前記主燃焼
室に流出させることにより前記主燃焼室内の混合気中の
燃料を着火させる行程とを具えるようにしている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect, the surfaces of the concave portions and the convex portions facing each other have a curved surface shape. According to the sixth aspect of the present invention, there is provided an engine for supplying air and fuel to a main combustion chamber formed by a cylinder head and a piston upper surface of an engine and compressing a mixture of the air and fuel to ignite the fuel at a desired time. A step of igniting the fuel in the sub-combustion chamber after forming a sub-combustion chamber having a compression ratio larger than that of the main combustion chamber by the cylinder head and the upper surface of the piston; Discharging the burned air-fuel mixture into the main combustion chamber to ignite the fuel in the air-fuel mixture in the main combustion chamber.

【0029】本発明は、主燃焼室よりも圧縮比の大きい
副燃焼室をシリンダヘッドとピストン上面によって形成
することによって、既存のエンジンに新たな装置を追加
することなく簡易な構造をもって、燃料を所望の着火時
期に正確かつ確実に着火させることを特徴とする。
According to the present invention, the auxiliary combustion chamber having a higher compression ratio than the main combustion chamber is formed by the cylinder head and the upper surface of the piston, so that the fuel can be supplied to the existing engine with a simple structure without adding a new device. It is characterized in that accurate and reliable ignition is performed at a desired ignition timing.

【0030】第1発明によれば、図1に示すように、ピ
ストン3の上部とシリンダヘッド2aの一方に凹部2b
が形成されるとともに他方に凸部3bが形成され、これ
ら凹部2bおよび凸部3bによって主燃焼室4よりも圧
縮比の大きい副燃焼室6が形成される。この結果圧縮比
の大きい副燃焼室6内で燃料が早期に着火し着火した燃
焼混合気が主燃焼室6に流出することで主燃焼室6内で
混合気中の燃料が所望の着火時期に正確かつ確実に着火
される。
According to the first invention, as shown in FIG. 1, the recess 2b is formed in the upper part of the piston 3 and one of the cylinder heads 2a.
Is formed, and a convex portion 3b is formed on the other side. The concave portion 2b and the convex portion 3b form a sub-combustion chamber 6 having a higher compression ratio than the main combustion chamber 4. As a result, the fuel is ignited early in the sub-combustion chamber 6 having a large compression ratio, and the ignited combustion mixture flows out to the main combustion chamber 6, so that the fuel in the mixture in the main combustion chamber 6 reaches a desired ignition timing. Accurate and reliable ignition.

【0031】すなわち既存のエンジン1に新たな装置を
追加することなく、ピストン3上部とシリンダヘッド2
aの一方に凹部2bを形成するとともに他方に凸部3b
を形成するという簡易な構造をもって、主燃焼室4内の
混合気が所望の着火時期に正確かつ確実に着火される。
That is, the upper part of the piston 3 and the cylinder head 2 can be added to the existing engine 1 without adding a new device.
a, a concave portion 2b is formed on one side and a convex portion 3b is formed on the other side.
Is formed, the mixture in the main combustion chamber 4 is accurately and reliably ignited at a desired ignition timing.

【0032】第2発明によれば、図3に示すように、燃
料供給手段7により、副燃焼室6内の混合気に対して更
に燃料が供給されて、副燃焼室6内の混合気の着火性が
更に向上する。このため主燃焼室4内の混合気の着火の
確実性が更に向上して、主燃焼室4内の混合気の着火時
期を、より上死点(T.D.C)側に近づけることが可
能となる。
According to the second invention, as shown in FIG. 3, fuel is further supplied to the air-fuel mixture in the sub-combustion chamber 6 by the fuel supply means 7, and The ignitability is further improved. For this reason, the certainty of ignition of the air-fuel mixture in the main combustion chamber 4 is further improved, and the ignition timing of the air-fuel mixture in the main combustion chamber 4 can be made closer to the top dead center (TDC) side. It becomes possible.

【0033】第3発明によれば、図4に示すように、副
燃焼室6を、シリンダヘッド2aおよびピストン3上面
の外縁部に形成している。外縁部の副燃焼室6から主燃
焼室4の外縁部に着火した混合気が流出されることによ
って、本来燃焼しにくい主燃焼室4の外縁部(シリンダ
2の内壁面近傍)における混合気の燃焼が促進される。
According to the third invention, as shown in FIG. 4, the sub-combustion chamber 6 is formed at the outer edge of the upper surface of the cylinder head 2a and the piston 3. The ignited air-fuel mixture flows out of the sub-combustion chamber 6 at the outer edge to the outer edge of the main combustion chamber 4, so that the air-fuel mixture at the outer edge of the main combustion chamber 4 (near the inner wall surface of the cylinder 2), which is originally difficult to combust, is discharged. Combustion is promoted.

【0034】第4発明によれば、凹部2bおよび凸部3
bの熱膨張係数が略同じにされる。この結果熱膨脹によ
って凹部2bと凸部3bの金属面同士が不要に接触する
ことを防止することができ、スカッフィング、焼き付き
等の重大な損傷を回避することができる。
According to the fourth aspect, the concave portion 2b and the convex portion 3
b has substantially the same thermal expansion coefficient. As a result, unnecessary contact between the metal surfaces of the concave portion 2b and the convex portion 3b due to thermal expansion can be prevented, and serious damage such as scuffing and seizure can be avoided.

【0035】第5発明によれば、図6に示すように、凹
部2bと凸部3bとが相対向する面がそれぞれ曲面形状
とされる。これにより副燃焼室6においてヒートスポッ
トが生成されることが防止される。
According to the fifth aspect, as shown in FIG. 6, the surfaces where the concave portions 2b and the convex portions 3b face each other have a curved surface shape. This prevents a heat spot from being generated in the sub-combustion chamber 6.

【0036】第6発明は、装置の発明の第1発明を方法
に発明にしたものである。
In a sixth aspect of the present invention, the first aspect of the apparatus is invented by a method.

【0037】図1に示すように、ピストン3上部に凸部
3bを形成し、シリンダヘッド2aに凹部2bを形成す
ることによって副燃焼室6を構成してもよく、図5に示
すように反対に、ピストン3上部に凹部3cを形成し、
シリンダヘッド2aに凸部2cを形成することによって
副燃焼室6を構成してもよい。
As shown in FIG. 1, a sub-combustion chamber 6 may be formed by forming a convex portion 3b on the top of the piston 3 and forming a concave portion 2b on the cylinder head 2a, as shown in FIG. Then, a concave portion 3c is formed in the upper part of the piston 3,
The auxiliary combustion chamber 6 may be configured by forming the convex portion 2c on the cylinder head 2a.

【0038】なお本発明が適用されるエンジンは、自着
火温度の低い燃料を使用し圧縮熱によって燃料を着火さ
せるディーゼルエンジンに限らず、自着火温度の高い燃
料を使用し火花点火により燃料を着火させるガソリンエ
ンジンにも適用可能である。
The engine to which the present invention is applied is not limited to a diesel engine which uses fuel having a low self-ignition temperature and ignites fuel by compression heat, and ignites fuel by using a fuel having a high self-ignition temperature and spark ignition. The present invention is also applicable to a gasoline engine to be used.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明に係る
エンジンおよびエンジンの着火方法の実施形態について
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an engine and an engine ignition method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0040】なお本実施形態ではディーゼルエンジンを
想定しているが、ガソリンエンジンに適用することがで
きる。すなわち筒内噴射式ガソリンエンジンなど、エン
ジンの燃焼室内に空気と燃料を供給し、これら空気と燃
料の混合気を圧縮して所望の時期に燃料を着火させて燃
焼を行うエンジンであれば任意に適用可能である。
In this embodiment, a diesel engine is assumed, but the present invention can be applied to a gasoline engine. That is, any engine such as an in-cylinder injection gasoline engine that supplies air and fuel into the combustion chamber of the engine, compresses a mixture of the air and fuel, ignites the fuel at a desired timing, and performs combustion. Applicable.

【0041】・実施形態1 図1は実施形態1のエンジンの構造を示す。Embodiment 1 FIG. 1 shows the structure of the engine of Embodiment 1.

【0042】すなわち同図1に示すように、このエンジ
ン1は、大きくは、シリンダ2と、シリンダ2内に摺動
自在に配設され、シリンダ2内を上下に往復移動するピ
ストン3と、ピストン3の往復運動を図示せぬクランク
シャフトに回転運動として伝達するコンロッド5などか
ら構成されている。ピストン3の上部のシリンダ室が主
燃焼室4を構成する。主燃焼室4は、混合気中の燃料が
燃焼する室でもあると同時にピストン3によって混合気
が圧縮される圧縮室でもある。
That is, as shown in FIG. 1, the engine 1 is roughly composed of a cylinder 2, a piston 3 slidably disposed in the cylinder 2, and reciprocating up and down in the cylinder 2; 3 includes a connecting rod 5 for transmitting the reciprocating motion of the motor 3 to a crankshaft (not shown) as a rotational motion. The cylinder chamber above the piston 3 constitutes the main combustion chamber 4. The main combustion chamber 4 is a chamber in which fuel in the air-fuel mixture is burned and also a compression chamber in which the air-fuel mixture is compressed by the piston 3.

【0043】なお図面ではエンジン1の主燃焼室4に燃
料を供給する燃料供給装置と、エンジン1の主燃焼室4
に空気を供給する吸気管は省略している。燃料供給装置
の燃料噴射ポンプからは一定量の燃料が所定のパルス間
隔で吐出され噴射ノズルを介してエンジン1のシリンダ
2内に燃料が噴射、供給される。シリンダ2内で燃焼さ
れた後の排気ガスは図示せぬ排気管路を介して外気に排
出される。
In the drawing, a fuel supply device for supplying fuel to the main combustion chamber 4 of the engine 1 and a main combustion chamber 4 of the engine 1 are shown.
The intake pipe for supplying air to the air supply is omitted. A fixed amount of fuel is discharged from the fuel injection pump of the fuel supply device at predetermined pulse intervals, and the fuel is injected and supplied into the cylinder 2 of the engine 1 through the injection nozzle. The exhaust gas burned in the cylinder 2 is discharged to the outside air via an exhaust pipe (not shown).

【0044】このエンジン1には吸気管を介して主燃焼
室4内に空気が供給される。そして燃料供給装置から、
上記空気に対して所定の比率をもって燃料が主燃焼室4
内に供給される。こうして比較的薄い混合気が主燃焼室
4内で形成される。燃料はピストン3が下死点(B.
D.C)に達してから上死点(T.D.C)に達するま
での圧縮行程の途中の所定時期に噴射、供給される。
The engine 1 is supplied with air into the main combustion chamber 4 via an intake pipe. And from the fuel supply device,
The fuel is supplied to the main combustion chamber 4 at a predetermined ratio with respect to the air.
Supplied within. In this way, a relatively thin mixture is formed in the main combustion chamber 4. As for the fuel, the piston 3 has a bottom dead center (B.
D. C), and is injected and supplied at a predetermined timing during the compression stroke from when the top dead center (TDC) is reached.

【0045】なおこの実施形態では空気と燃料を異なる
供給管路を介してシリンダ2内に供給しシリンダ2内に
て混合気を形成しているが、シリンダ2に導入前に空気
と燃料を混合して混合気を形成した後この混合気をシリ
ンダ2内に吸入させてもよい。要するに前述した希薄予
混合自着火方式によって燃焼が行われるのであれば燃
料、空気の供給の仕方は任意である。
In this embodiment, air and fuel are supplied into the cylinder 2 through different supply pipes to form a mixture in the cylinder 2. However, the air and fuel are mixed before being introduced into the cylinder 2. After the mixture is formed, the mixture may be sucked into the cylinder 2. In short, as long as combustion is performed by the above-mentioned lean premixed auto-ignition method, the method of supplying fuel and air is arbitrary.

【0046】さてピストン3の上部にはピストン凸部
(突起部)3bが形成されているとともに、シリンダ2
のシリンダヘッド2aにはシリンダヘッド凹部2bが形
成されている。そして、これら凹部2bおよび凸部3b
によって主燃焼室4よりも圧縮比の大きい副燃焼室6が
形成される。
A piston projection (projection) 3b is formed on the upper part of the piston 3 and the cylinder 2
The cylinder head 2a is formed with a cylinder head recess 2b. Then, the concave portion 2b and the convex portion 3b
Thereby, the sub-combustion chamber 6 having a higher compression ratio than the main combustion chamber 4 is formed.

【0047】図7は図1のエンジン1の各部の寸法を、
実施例1、実施例2、実施例3毎に示す表である。ボア
径Dとはピストン3(シリンダ2)の直径のことであ
り、ストロークSとはピストン3の往復移動距離のこと
であり、主室容積Vとは、ピストン3の上部に形成され
た凹部3aの容積のことであり、ピストン3が上死点
(T.D.C)に達したときの主燃焼室4の容積のこと
である。また突起高さhとは、上記ピストン凸部3bの
高さのことであり、副室深さgとは、上記シリンダヘッ
ド凹部2bの深さのことであり、副室径dとは、上記シ
リンダヘッド凹部2bの直径のことである。図7の表の
単位はmmである。
FIG. 7 shows the dimensions of each part of the engine 1 of FIG.
It is a table shown for each of Example 1, Example 2, and Example 3. The bore diameter D is the diameter of the piston 3 (cylinder 2), the stroke S is the reciprocating distance of the piston 3, and the main chamber volume V is the concave portion 3a formed on the upper part of the piston 3. And the volume of the main combustion chamber 4 when the piston 3 reaches the top dead center (TDC). The projection height h is the height of the piston projection 3b, the sub-chamber depth g is the depth of the cylinder head recess 2b, and the sub-chamber diameter d is It is the diameter of the cylinder head recess 2b. The unit of the table in FIG. 7 is mm.

【0048】図8は、横軸にクランクシャフトの角度
(クランク角)θをとり、縦軸にエンジン1の圧縮比ε
をとったグラフである。クランク角θとして120゜か
ら上死点(T.D.C)である180゜まで変化させた
範囲を示している。なお圧縮比とは、一般にピストン3
の上死点(T.D.C)における主燃焼室4の容積VT
によって、下死点(B.D.C)における主燃焼室4の
容積V0を割った値V0/VTのことを意味するが、本明細
書における「圧縮比ε」とは、主燃焼室4の圧縮比ε
1、副燃焼室の圧縮比ε2のうち大きい方の値を意味する
ものとする。ここで主燃焼室4の圧縮比ε1とは、ピス
トン3の任意のストローク位置S1における主燃焼室4
の容積V1によって、下死点(B.D.C)における主
燃焼室4の容積V0を割った値V0/V1のことを意味する
ものとする。また副燃焼室6の圧縮比ε2 とは、ピスト
ン3の任意のストローク位置S1における副燃焼室6の
容積v1によって、下死点(B.D.C)における副燃
焼室6の容積v0を割った値v0/v1のことを意味するも
のとする。ただし副燃焼室6は主燃焼室4内のごく一部
の混合気を着火させるように機能するものであるためV
1>>v1とする。
In FIG. 8, the horizontal axis represents the crankshaft angle (crank angle) θ, and the vertical axis represents the compression ratio ε of the engine 1.
It is a graph that takes The range in which the crank angle θ is changed from 120 ° to 180 ° which is the top dead center (TDC) is shown. The compression ratio is generally defined as piston 3
VT of the main combustion chamber 4 at the top dead center (TDC)
Means the value V0 / VT obtained by dividing the volume V0 of the main combustion chamber 4 at the bottom dead center (BDC), and the “compression ratio ε” in this specification is Compression ratio ε
1. It means the larger value of the compression ratio ε2 of the sub-combustion chamber. Here, the compression ratio ε1 of the main combustion chamber 4 is defined as the main combustion chamber 4 at an arbitrary stroke position S1 of the piston 3.
Means the value V0 / V1 obtained by dividing the volume V0 of the main combustion chamber 4 at the bottom dead center (BDC) by the volume V1. The compression ratio ε2 of the sub-combustion chamber 6 is obtained by dividing the volume v0 of the sub-combustion chamber 6 at the bottom dead center (BDC) by the volume v1 of the sub-combustion chamber 6 at an arbitrary stroke position S1 of the piston 3. Means the value v0 / v1. However, since the sub-combustion chamber 6 functions to ignite a small portion of the air-fuel mixture in the main combustion chamber 4, V
1 >> v1.

【0049】図8に示すように、圧縮比ε以外のエンジ
ン1の回転数、燃料噴射量、冷却水温度、吸入空気温
度、吸入空気圧力などの各パラメータの条件を一定とす
れば、所定の圧縮比しきい値εc(=14)以上の圧縮
比範囲Aでシリンダ2内の混合気は自着火する。図8に
シリンダ2内の混合気が自着火する着火可能範囲Aを斜
線にて示す。
As shown in FIG. 8, if the conditions of the parameters other than the compression ratio ε such as the rotation speed of the engine 1, the fuel injection amount, the cooling water temperature, the intake air temperature, and the intake air pressure are fixed, a predetermined The air-fuel mixture in the cylinder 2 self-ignites in the compression ratio range A equal to or higher than the compression ratio threshold value εc (= 14). FIG. 8 shows the ignitable range A in which the air-fuel mixture in the cylinder 2 is self-ignited by hatching.

【0050】以下図8を併せ参照して、各実施例1、
2、3毎に、エンジン1の燃焼室内で混合気(混合気中
の燃料)が着火し燃焼する過程について説明する。
Hereinafter, with reference to FIG.
The process of igniting and burning the air-fuel mixture (fuel in the air-fuel mixture) in the combustion chamber of the engine 1 for every two or three will be described.

【0051】ピストン3が圧縮行程で上昇していき、ク
ランク角θが大きくなるに伴い、主燃焼室4の圧縮比ε
1は徐々に上昇していく。実施例1のエンジン1の場
合、クランク角θが角度θ1になるとピストン凸部3b
がピストンヘッド凹部2bに挿入され始め、以後副燃焼
室6の圧縮比ε2は主燃焼室4の圧縮比ε1よりも大きく
なる。そしてクランク角θが角度θ1dに達すると副燃焼
室6の圧縮比ε2が着火可能範囲Aに到達し副燃焼室6
で混合気が自着火する。なおこのクランク角θ1dでは主
燃焼室4の圧縮比ε1は着火可能範囲Aに到達しない。
As the piston 3 rises in the compression stroke and the crank angle θ increases, the compression ratio ε of the main combustion chamber 4 increases.
1 rises gradually. In the case of the engine 1 of the first embodiment, when the crank angle θ becomes the angle θ1, the piston protrusion 3b
Begins to be inserted into the piston head recess 2b, and thereafter the compression ratio ε2 of the sub-combustion chamber 6 becomes larger than the compression ratio ε1 of the main combustion chamber 4. When the crank angle θ reaches the angle θ1d, the compression ratio ε2 of the sub-combustion chamber 6 reaches the ignitable range A and the sub-combustion chamber 6
The mixture will self-ignite. At this crank angle θ1d, the compression ratio ε1 of the main combustion chamber 4 does not reach the ignitable range A.

【0052】同様に実施例2のエンジン1の場合には、
実施例1の場合よりも遅れてクランク角θが角度θ2に
なるとピストン凸部3bがピストンヘッド凹部2bに挿
入され始め、以後副燃焼室6の圧縮比ε2は主燃焼室4
の圧縮比ε1よりも大きくなる。そして実施例1の場合
よりも遅れてクランク角θが角度θ2dに達すると副燃焼
室6の圧縮比ε2が着火可能範囲Aに到達し副燃焼室6
で混合気が自着火する。
Similarly, in the case of the engine 1 of the second embodiment,
When the crank angle θ becomes the angle θ2 later than in the first embodiment, the piston convex portion 3b starts to be inserted into the piston head concave portion 2b, and thereafter the compression ratio ε2 of the sub-combustion chamber 6 becomes
Is larger than the compression ratio ε1. When the crank angle θ reaches the angle θ2d later than in the first embodiment, the compression ratio ε2 of the sub-combustion chamber 6 reaches the ignitable range A and the sub-combustion chamber 6
The mixture will self-ignite.

【0053】同様に実施例3のエンジン1の場合には、
実施例2の場合よりも更に遅れてクランク角θが角度θ
3になるとピストン凸部3bがピストンヘッド凹部2b
に挿入され始め、以後副燃焼室6の圧縮比ε2は主燃焼
室4の圧縮比ε1よりも大きくなる。そして実施例2の
場合よりも更に遅れてクランク角θが角度θ3dに達する
と副燃焼室6の圧縮比ε2が着火可能範囲Aに到達し副
燃焼室6で混合気が自着火する。
Similarly, in the case of the engine 1 of the third embodiment,
Even later than in the case of Embodiment 2, the crank angle θ becomes the angle θ
When it becomes 3, the piston convex part 3b becomes the piston head concave part 2b.
After that, the compression ratio ε2 of the sub-combustion chamber 6 becomes larger than the compression ratio ε1 of the main combustion chamber 4. When the crank angle θ reaches the angle θ3d further later than in the case of the second embodiment, the compression ratio ε2 of the sub-combustion chamber 6 reaches the ignitable range A, and the air-fuel mixture self-ignites in the sub-combustion chamber 6.

【0054】ピストン3が膨脹行程で下降していくと、
ピストン凸部3bがピストンヘッド凹部2bから脱出さ
れる。このとき副燃焼室6で着火した燃焼ガスが主燃焼
室4へと噴出される。すると主燃焼室4内の各場所で未
着火予混合気が、噴出した燃焼ガスにより点火されるこ
とになり、主燃焼室4の局部ではなく主燃焼室4内全域
にわたり全混合気が着火されることになる。
When the piston 3 descends during the expansion stroke,
The piston convex portion 3b escapes from the piston head concave portion 2b. At this time, the combustion gas ignited in the sub-combustion chamber 6 is injected into the main combustion chamber 4. Then, the unignited premixed gas is ignited by the jetted combustion gas at each location in the main combustion chamber 4, and the entire air / fuel mixture is ignited not in the local area of the main combustion chamber 4 but in the entire area of the main combustion chamber 4. Will be.

【0055】図9は横軸にクランク角θをとり、縦軸に
主燃焼室4の容積Vをとったグラフである。上述したよ
うに副燃焼室6で着火した燃焼ガスが主燃焼室4に流出
することによって主燃焼室4では膨張行程の上死点
(T.D.C)近傍の角度θdで混合気が着火され主燃
焼が進行することになる。
FIG. 9 is a graph in which the horizontal axis represents the crank angle θ and the vertical axis represents the volume V of the main combustion chamber 4. As described above, the combustion gas ignited in the sub-combustion chamber 6 flows out to the main combustion chamber 4, so that the air-fuel mixture is ignited in the main combustion chamber 4 at an angle θd near the top dead center (TDC) of the expansion stroke. The main combustion proceeds.

【0056】ここで副燃焼室4が存在しない従来のエン
ジンの場合と比較する。従来のエンジンの場合には、圧
縮比ε1が実施形態1(実施例1〜3)の圧縮比ε2より
も小さいため(図8参照)、実施形態1の場合よりも相
当遅れて着火可能範囲Aに到達することになる。このた
め実施形態1の着火時期θdよりも相当遅れた着火時期
θ′で主燃焼室4の混合気が着火することになっていた
(図9参照)。
Here, a comparison will be made with the case of a conventional engine in which the auxiliary combustion chamber 4 does not exist. In the case of the conventional engine, since the compression ratio ε1 is smaller than the compression ratio ε2 of the first embodiment (Examples 1 to 3) (see FIG. 8), the ignitable range A is considerably delayed from the case of the first embodiment. Will be reached. For this reason, the air-fuel mixture in the main combustion chamber 4 is to be ignited at an ignition timing θ ′ which is considerably delayed from the ignition timing θd of the first embodiment (see FIG. 9).

【0057】これに対して、本実施形態1の場合には、
主燃焼室4よりも大きい圧縮比の燃焼室6内で燃料が早
期に着火し着火した燃焼混合気が主燃焼室6に流出する
ことで主燃焼室6内で混合気中の燃料が所望の着火時期
θdで早期に確実に着火されることになる。
On the other hand, in the case of the first embodiment,
The fuel is ignited early in the combustion chamber 6 having a compression ratio larger than that of the main combustion chamber 4, and the ignited combustion air-fuel mixture flows out to the main combustion chamber 6. The ignition is reliably started early at the ignition timing θd.

【0058】すなわち本実施形態1によれば、既存のエ
ンジン1に新たな装置(たとえば点火プラグの点火系装
置)を追加することなく、ピストン3上部とシリンダヘ
ッド2aの一方に凹部2bを形成するとともに他方に凸
部3bを形成するという簡易な構造をもって、主燃焼室
4内の混合気を所望の着火時期θdに正確かつ確実に着
火させることができる。
That is, according to the first embodiment, the concave portion 2b is formed in the upper portion of the piston 3 and one of the cylinder head 2a without adding a new device (for example, an ignition system device of a spark plug) to the existing engine 1. In addition, with the simple structure of forming the convex portion 3b on the other side, the air-fuel mixture in the main combustion chamber 4 can be accurately and reliably ignited at the desired ignition timing θd.

【0059】図1に示す実施形態に対しては種々の変形
が可能である。
Various modifications can be made to the embodiment shown in FIG.

【0060】・実施形態2 図1の実施形態1のエンジン1の場合にはピストン3の
上部に形成された凸部3bの裾野部分を直立させ、シリ
ンダヘッド凹部2bの対応する部分を同直立形状として
いるが、図2に示すようにピストン凸部3bの裾野部分
を山なりの形状として、シリンダヘッド凹部2bの対応
する部分を同山なり形状としてもよい。
Embodiment 2 In the case of the engine 1 of Embodiment 1 shown in FIG. 1, the skirt portion of the convex portion 3b formed on the upper part of the piston 3 is made upright, and the corresponding portion of the cylinder head recess portion 2b is made upright. However, as shown in FIG. 2, the skirt portion of the piston convex portion 3b may have a mountain-like shape, and the corresponding portion of the cylinder head concave portion 2b may have the same mountain-like shape.

【0061】要するに、副燃焼室6の圧縮比ε2(=v0
/v1)が主燃焼室4の圧縮比ε1(=V0/V1)よりも大
きく、V1>>v1となる条件を満たせば、凹部2b、凸
部3bの形状はいかなる形状でもよい。
In short, the compression ratio ε2 of the sub-combustion chamber 6 (= v0
/ v1) is larger than the compression ratio ε1 (= V0 / V1) of the main combustion chamber 4 and the concave portion 2b and the convex portion 3b may have any shape as long as the condition of V1 >> v1 is satisfied.

【0062】・実施形態3 また図3に示すように、主燃焼室4に対して燃料を供給
する燃料供給装置とは別に、副燃焼室6内の混合気に対
して更に燃料を供給する副燃焼室用燃料供給装置7を設
けてもよい。副燃焼室用燃料供給装置7は具体的には燃
料ポンプ、燃料噴射ポンプなどから構成される。副燃焼
室用燃料供給装置7から副燃焼室6内に燃料が更に噴射
されることにより副燃焼室6内の混合気の濃度(空気に
対する燃料の比率)は主燃焼室4内の混合気の濃度より
も大きくなる。このため副燃焼室6内の混合気の着火性
が更に向上する。具体的には、図8の一点鎖線に示すよ
うに、混合気の着火が可能な圧縮比しきい値εcをより
小さくすることができ副燃焼室6における着火時期を早
めることができる。この結果、主燃焼室4内の混合気の
着火の確実性が更に向上して、主燃焼室4内の混合気の
着火時期θdを、より上死点(T.D.C)側に近づけ
ることが可能となる。
Third Embodiment As shown in FIG. 3, apart from a fuel supply device for supplying fuel to the main combustion chamber 4, a sub-fuel supply device for further supplying fuel to an air-fuel mixture in the sub-combustion chamber 6 is provided. A fuel supply device 7 for the combustion chamber may be provided. The fuel supply device 7 for the sub combustion chamber is specifically composed of a fuel pump, a fuel injection pump, and the like. The fuel is further injected into the sub-combustion chamber 6 from the fuel supply device 7 for the sub-combustion chamber, so that the concentration of the air-fuel mixture in the sub-combustion chamber 6 (the ratio of fuel to air) is reduced. Greater than the concentration. Therefore, the ignitability of the air-fuel mixture in the sub-combustion chamber 6 is further improved. Specifically, as shown by the one-dot chain line in FIG. 8, the compression ratio threshold εc at which the air-fuel mixture can be ignited can be made smaller, and the ignition timing in the sub-combustion chamber 6 can be advanced. As a result, the reliability of the ignition of the air-fuel mixture in the main combustion chamber 4 is further improved, and the ignition timing θd of the air-fuel mixture in the main combustion chamber 4 is made closer to the top dead center (TDDC) side. It becomes possible.

【0063】・実施形態4 また図1に示す実施形態1では、副燃焼室6を、シリン
ダヘッド2aおよびピストン3上面の中心部に形成して
いるが、図4に示すように、副燃焼室6を、シリンダヘ
ッド2aおよびピストン3上面の外縁部に形成してもよ
い。
Embodiment 4 In the embodiment 1 shown in FIG. 1, the auxiliary combustion chamber 6 is formed at the center of the upper surface of the cylinder head 2a and the piston 3, but as shown in FIG. 6 may be formed on the outer edges of the upper surfaces of the cylinder head 2 a and the piston 3.

【0064】図4(a)は正面図で、図4(b)は図4
(a)に示すシリンダヘッド2aの上面図、図4(c)
は図4(a)に示すピストン3の上面図である。
FIG. 4A is a front view, and FIG.
FIG. 4C is a top view of the cylinder head 2a shown in FIG.
5 is a top view of the piston 3 shown in FIG.

【0065】同図4(a)、(b)、(c)に示すよう
にシリンダヘッド2aおよびピストン3上面の外縁部に
は、上面からみてリング状の副燃焼室6が形成される。
As shown in FIGS. 4 (a), 4 (b) and 4 (c), a ring-shaped auxiliary combustion chamber 6 is formed at the outer edge of the upper surface of the cylinder head 2a and the piston 3 as viewed from the upper surface.

【0066】膨脹行程では、上記外縁部の副燃焼室6か
ら主燃焼室4の外縁部に向けて着火した混合気が流出さ
れる。このため、本来燃焼しにくい主燃焼室4の外縁部
(シリンダ2の内壁面近傍)における混合気の燃焼が促
進される。
In the expansion stroke, the ignited air-fuel mixture flows out of the sub-combustion chamber 6 at the outer edge toward the outer edge of the main combustion chamber 4. For this reason, the combustion of the air-fuel mixture at the outer edge portion (near the inner wall surface of the cylinder 2) of the main combustion chamber 4, which is originally difficult to burn, is promoted.

【0067】・実施形態5 またシリンダヘッド凹部2bおよびピストン凸部3bの
熱膨張係数を同じにしてもよい。具体的には、シリンダ
ヘッド凹部2bおよびピストン凸部3bとが同じ材質の
金属(たとえば鋳鉄)で形成される。この結果熱膨脹に
よって凹部2bと凸部3bの金属面同士が不要に接触す
ることが防止され、スカッフィング、焼き付き等の重大
な損傷を回避することができる。
Embodiment 5 Further, the thermal expansion coefficients of the cylinder head concave portion 2b and the piston convex portion 3b may be the same. Specifically, the cylinder head concave portion 2b and the piston convex portion 3b are formed of the same material metal (for example, cast iron). As a result, unnecessary contact between the metal surfaces of the concave portion 2b and the convex portion 3b due to thermal expansion is prevented, and serious damage such as scuffing and seizure can be avoided.

【0068】・実施形態6 また図6に示すように、シリンダヘッド凹部2bとピス
トン凸部3bとが相対向する面をそれぞれ曲面形状とし
てもよい。具体的にはピストン凸部3bの上面が半球状
に形成されるとともに、シリンダヘッド凹部2bの対応
する面が同半球状に形成される。このようにシリンダヘ
ッド凹部2bとピストン凸部3bとが相対向する面をそ
れぞれ曲面形状とすることによって副燃焼室6において
ヒートスポットが生成されるのを防ぐことができる。
Embodiment 6 As shown in FIG. 6, the surfaces of the cylinder head concave portion 2b and the piston convex portion 3b facing each other may be curved surfaces. Specifically, the upper surface of the piston convex portion 3b is formed in a hemispherical shape, and the corresponding surface of the cylinder head concave portion 2b is formed in the same hemispherical shape. In this way, by forming the surfaces of the cylinder head concave portion 2b and the piston convex portion 3b that face each other into a curved surface, it is possible to prevent generation of a heat spot in the sub-combustion chamber 6.

【0069】・実施形態7 上述した実施形態1〜6では、ピストン3の上部に凸部
3bを形成し、シリンダヘッド2aに凹部2bを形成す
ることによって副燃焼室6を構成しているが、図5に示
すように反対に、ピストン3の上部に凹部3cを形成
し、シリンダヘッド2aに凸部2cを形成することによ
って副燃焼室6を構成してもよい。図5ではシリンダヘ
ッド2aおよびピストン3上面の中心部に副燃焼室6が
形成される場合を示しているが、図4に示すようにシリ
ンダヘッド2aおよびピストン3上面の外縁部に副燃焼
室6が形成される場合に対しても同様に適用することが
できる。
Embodiment 7 In the above-described Embodiments 1 to 6, the auxiliary combustion chamber 6 is formed by forming the convex portion 3b on the upper part of the piston 3 and forming the concave portion 2b on the cylinder head 2a. Conversely, as shown in FIG. 5, the auxiliary combustion chamber 6 may be formed by forming a concave portion 3c on the upper part of the piston 3 and forming a convex portion 2c on the cylinder head 2a. FIG. 5 shows a case where the sub-combustion chamber 6 is formed at the center of the cylinder head 2a and the upper surface of the piston 3, but as shown in FIG. Is similarly applicable to the case where is formed.

【0070】また上記各実施形態1〜7はエンジンの構
造上組み合わせることが可能であれば、適宜組み合わせ
て実施することも可能である。
The above-described embodiments 1 to 7 can be appropriately combined with each other as long as they can be combined in terms of the structure of the engine.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は実施形態1のエンジンの構造を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of an engine according to a first embodiment.

【図2】図2は実施形態2のエンジンの構造を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram illustrating a structure of an engine according to a second embodiment.

【図3】図3は実施形態3のエンジンの構造を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram illustrating a structure of an engine according to a third embodiment.

【図4】図4は実施形態4のエンジンの構造を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram illustrating a structure of an engine according to a fourth embodiment.

【図5】図5は実施形態7のエンジンの構造を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing a structure of an engine according to a seventh embodiment.

【図6】図6は実施形態6のエンジンの構造を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram illustrating a structure of an engine according to a sixth embodiment.

【図7】図7は、図1のエンジンの各部の寸法を、各実
施例1、2、3毎に示す表である。
FIG. 7 is a table showing dimensions of each part of the engine of FIG. 1 for each of Examples 1, 2, and 3;

【図8】図8はシリンダ内の混合気が着火する混合気着
火範囲を圧縮比の関係で示すグラフであり、実施例1、
2、3毎に副燃焼室の混合気の着火時期を示すグラフで
ある。
FIG. 8 is a graph showing an ignition range of an air-fuel mixture in which air-fuel mixture in a cylinder is ignited in relation to a compression ratio.
It is a graph which shows the ignition timing of the air-fuel mixture of a subcombustion chamber every two or three.

【図9】図9はクランク角に対して主燃焼室の容積が変
化する様子を示すグラフであり、実施形態の主燃焼室の
混合気の着火時期と従来の主燃焼室の混合気の着火時期
とを比較して示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing how the volume of the main combustion chamber changes with respect to the crank angle. FIG. 9 shows the ignition timing of the air-fuel mixture in the main combustion chamber of the embodiment and the ignition of the air-fuel mixture in the conventional main combustion chamber. It is a graph shown in comparison with time.

【符号の説明】 1 エンジン 2 シリンダ 2a シリンダヘッド 2b シリンダヘッド凹部 2c シリンダヘッド凸部 3 ピストン 3b ピストン凸部 3c ピストン凹部 4 主燃焼室 6 副燃焼室 7 燃料供給装置[Description of Signs] 1 engine 2 cylinder 2a cylinder head 2b cylinder head recess 2c cylinder head protrusion 3 piston 3b piston protrusion 3c piston recess 4 main combustion chamber 6 sub combustion chamber 7 fuel supply device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 室谷 泰輔 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 Fターム(参考) 3G023 AA01 AB01 AB05 AC04 AD02 AD14 AD23 AD26 AG02 3G092 AA01 AA02 AA06 AA09 AB02 AB03 BA08 DD09 DE03Y FA00 HA04Z HA05Z HB01Z HE01Z HE08Z  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Taisuke Muroya 1200 Manda, Hiratsuka-shi, Kanagawa F-term in the Komatsu Ltd. Research Laboratory 3G023 AA01 AB01 AB05 AC04 AD02 AD14 AD23 AD26 AG02 3G092 AA01 AA02 AA06 AA09 AB02 AB03 BA08 DD09 DE03Y FA00 HA04Z HA05Z HB01Z HE01Z HE08Z

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 エンジンのシリンダヘッドとピスト
ン上面により形成される主燃焼室内に空気と燃料を供給
し、これら空気と燃料の混合気を圧縮して所望の時期に
前記燃料を着火させるエンジンにおいて、 前記ピストン上部と前記シリンダヘッドの一方に凹部を
形成するとともに他方に凸部を形成し、これら凹部およ
び凸部によって前記主燃焼室よりも圧縮比の大きい副燃
焼室を形成し、 前記副燃焼室内で前記燃料を着火させ着火した燃焼混合
気を前記主燃焼室に流出させることにより前記主燃焼室
内の混合気中の燃料を着火させるようにしたエンジン。
An engine that supplies air and fuel to a main combustion chamber formed by a cylinder head and a piston upper surface of an engine, compresses a mixture of the air and fuel, and ignites the fuel at a desired time. A concave portion is formed in one of the upper portion of the piston and the cylinder head and a convex portion is formed in the other, and a sub-combustion chamber having a compression ratio larger than that of the main combustion chamber is formed by the concave portion and the convex portion; An engine that ignites the fuel in the mixture in the main combustion chamber by igniting the fuel and causing the ignited combustion mixture to flow into the main combustion chamber.
【請求項2】 前記副燃焼室内の混合気に対して更に
燃料を供給する燃料供給手段を具えた請求項1記載のエ
ンジン。
2. The engine according to claim 1, further comprising fuel supply means for further supplying fuel to the air-fuel mixture in the sub-combustion chamber.
【請求項3】 前記副燃焼室は、前記シリンダヘッド
および前記ピストン上面の外縁部に形成されている請求
項1記載のエンジン。
3. The engine according to claim 1, wherein the sub-combustion chamber is formed at an outer edge of the upper surface of the cylinder head and the piston.
【請求項4】 前記凹部および前記凸部の熱膨張係数
を略同じにした請求項1記載のエンジン。
4. The engine according to claim 1, wherein said concave portion and said convex portion have substantially the same thermal expansion coefficient.
【請求項5】 前記凹部と前記凸部とが相対向する面
をそれぞれ曲面形状とした請求項1記載のエンジン。
5. The engine according to claim 1, wherein surfaces of the concave portion and the convex portion facing each other have a curved shape.
【請求項6】 エンジンのシリンダヘッドとピストン
上面により形成される主燃焼室内に空気と燃料を供給
し、これら空気と燃料の混合気を圧縮して所望の時期に
前記燃料を着火させるエンジンの着火方法において、 前記主燃焼室よりも圧縮比の大きい副燃焼室を前記シリ
ンダヘッドと前記ピストン上面によって形成した上で、 前記副燃焼室内で前記燃料を着火させる行程と、 前記副燃焼室内で着火した燃焼混合気を前記主燃焼室に
流出させることにより前記主燃焼室内の混合気中の燃料
を着火させる行程とを具えたエンジンの着火方法。
6. An ignition of an engine that supplies air and fuel into a main combustion chamber formed by a cylinder head and a piston upper surface of an engine, compresses a mixture of the air and fuel, and ignites the fuel at a desired time. A method of igniting the fuel in the sub-combustion chamber after forming a sub-combustion chamber having a higher compression ratio than the main combustion chamber by the cylinder head and the piston upper surface; and igniting in the sub-combustion chamber. Igniting the fuel in the air-fuel mixture in the main combustion chamber by causing the combustion air-fuel mixture to flow into the main combustion chamber.
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