JP2000337150A - 副室式火花点火機関における燃焼方法 - Google Patents
副室式火花点火機関における燃焼方法Info
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Abstract
することができる副室式火花点火機関における燃焼方法
を提供することである。 【解決手段】 副燃焼室から主燃焼室へ副室噴口を介し
て供給される火炎ジェットをシリンダヘッドと対向しか
つ副室噴口から所定範囲の距離のピストン表面に吹き付
けて火炎ジェットを冷却することにより、上死点到達前
の燃焼期間において初期燃焼を抑制し未燃混合気の温度
と圧力の上昇を抑制し未燃混合気の自己着火を防止す
る。
Description
関においてノッキングの原因となる未燃混合気の自己着
火を防ぐことができる燃焼方法に関するものである。
機関300においては、シリンダヘッド11と対向する
ピストン30の表面とシリンダ壁12及びシリンダヘッ
ド11により形成された主燃焼室40内に副燃焼室60
に設けた点火プラグ(図示せず)により点火された副燃
焼室60内の燃料ガスの火炎ジェット70が噴出され
る。
噴出されることにより主燃焼室40内の温度及び圧力が
向上し、主燃焼室40内の未燃混合気に、火炎ジェット
70の火炎が到達する前にシリンダ壁12近傍にある未
燃混合気が自己着火し、主燃焼室40内における正常燃
焼を妨げる恐れがある。未燃混合気が自己着火すると、
主燃焼室40内で圧力振動が発生し(ノッキング)、主
燃焼室40を構成する部材に悪影響を及ぼす恐れがあ
る。
を遅らせる(点火遅角)と、熱効率が悪化してしまうた
め点火遅角は実用的ではなく、逆に点火時期を早める
(点火進角)と熱効率は向上するが、逆にノッキングを
引き起こす可能性が高くなるため、点火時期のみを制御
してノッキングを回避するのは熱効率の観点から有用で
はない。
効率を維持しつつノッキングを回避することができる副
室式火花点火機関における燃焼方法を提供することを目
的としている。
発明により上述の目的を達成する。請求項1の発明は、
副燃焼室から主燃焼室へ副室噴口を介して供給される火
炎ジェットをシリンダヘッドと対向しかつ副室噴口から
所定範囲の距離のピストン表面に吹き付けて火炎ジェッ
トがもつ熱をピストンに伝達させて火炎ジェットを冷却
することにより、初期燃焼を抑制して未燃混合気の温度
と圧力の上昇を抑制し未燃混合気の自己着火を防止する
ことを特徴とする副室式火花点火機関における燃焼方法
である。
するピストン表面に突起を設け、副燃焼室から主燃焼室
へ副室噴口を介して供給される火炎ジェットを前記突起
に吹きあてて火炎ジェットがもつ熱をピストンに伝達さ
せて火炎ジェットを冷却することにより初期燃焼を抑制
して未燃混合気の温度と圧力の上昇を抑制し未燃混合気
の自己着火を防止することを特徴とする副室式火花点火
機関における燃焼方法である。
の発明を実施することができる副室式火花点火機関10
0のシリンダヘッド部付近の一部縦断正面略図である。
図1(a)、(b)及び(c)は上死点(以下、TDC
と称する。)よりクランク角がそれぞれ5度、10度及
び14度進んだ状態(すなわち、それぞれクランク角が
185度、190度、194度の状態)を示している。
ダヘッド1、シリンダヘッド1と連続した円筒形のシリ
ンダ壁2及びシリンダヘッド1と対向するピストン3の
表面で仕切られて形成されている。
吸気弁と排気弁が設けてあり、この吸気弁と排気弁を適
宜開閉することにより主燃焼室4に対する吸気及び排気
が行われる。
設けてあり、この点火プラグにより副燃焼室6内の燃料
ガスが点火され、副燃焼室6内から副室噴口5を介して
主燃焼室4内に高温高圧の火炎ジェット7が噴出され
る。
噴口断面積/副燃焼室容積=1.1×10-3mm-1であ
り、図1(a)に示すように副室噴口5の火炎ジェット
噴出方向における副室噴口5からピストン3の表面まで
の距離はL1である。また、ボア径(シリンダ内径)は
LSである。このL1とLSの間には、式(1)の関係が
ある。 0.11≦L1/LS≦0.31・・・・・(1)
ン3までの距離が図2(a)に示すようにL2であれば
式(1)のL1の部分にはL2を代入する。図1(a)〜
(c)は、L1/LS=0.11の状態を示しており、図
2(a)〜(c)は、L2/LS=0.31の状態を示し
ている。また、図2(a)〜(c)において火炎ジェッ
ト7の噴出方向における副室噴口5からピストン3の表
面までの距離はL2である。
火炎ジェット7の噴出方向における副室噴口5からピス
トン3の表面までの距離をL1(図1)からL2(図2)
の間に設定する。このように設定することにより火炎ジ
ェット7は、燃焼初期においてピストン3の表面に当た
ってピストン3へ熱を伝達して冷却される。図6のグラ
フに示すようにクランク角180度であるTDCより前
の燃焼期間においてL 2/LS=0.31(すなわち距離
L2)の場合よりもL1/LS=0.11(すなわち距離
L1)の場合の方が熱発生量が低く抑えられている。
噴射されてからピストン3の表面に当たるまでの時間が
短いほど早期に冷却され、主燃焼室4内の温度と圧力の
上昇が抑制されるためである。ちなみに、L1/LSが
0.11より小さければクエンチング(消炎)が発生
し、未燃HCを排出してしまうので、L1/LSは上記の
式(1)の関係を満たす必要がある。
グラフは実線で示しており、L1/LS=0.11の際の
グラフは破線で示している。図6に示すように、TDC
より前の燃焼期間において、L1/LSが小さい方がピス
トン3に早く当たるので主燃焼室4内の熱発生量が少な
く、温度と圧力の上昇を抑えることができる。火炎ジェ
ット7の温度は、約2000〜3000K(ケルビン)
位であり、ピストン3の表面(キャビティ部)の温度は
500K(ケルビン)位である。
えば、スキッシュ流(乱流)の活用、火炎ジェットの衝
突による乱れの増加)により、単に点火時期を遅角して
ノッキングを回避した場合より等容度の高い燃焼形態と
なる。
ンバーなる指標を刻んであるが、このノッキングナンバ
ーとは、実験により予め求められた指標であり、クラン
ク角度194度付近のノッキングナンバーと実際のノッ
キング発生とは相関関係がある。クランク角度が(18
0+14)度、つまりTDCよりクランク角が14度進
んだときのノッキングナンバーを観察すると、ノッキン
グの発生のし易さがわかる。
径(シリンダ内径)に対する副室噴口5からピストン3
の表面までの距離のパーセンテージが11〜31%付近
でノッキングナンバーが最も低くなっている。図5の下
から2番目のグラフでは、1番下のグラフのノッキング
ナンバーの低い部分に対応してノッキング限界が高くな
っており、ノッキングナンバーが小さいほどノッキング
が起こりにくいことを裏付けている。図5の上から3番
目のグラフは熱効率を示しているが、熱効率はボア径に
対する副室噴口5からピストン3の表面までの距離のパ
ーセンテージが11〜31%付近で向上している。
目のグラフでは、ボア径に対する副室噴口5からピスト
ン3の表面までの距離のパーセンテージが11〜31%
付近において、排出されるTHC、CO及びNOXの濃
度が比較的低くなっていることを示している。
からピストン3の表面までの距離L1を式(1)を満た
すように設定すると、図7のグラフに示すようにノッキ
ング限界を引き上げることができ、それによりノッキン
グを起こさずに点火進角させて熱効率を向上させること
ができる。図7の横軸に示すbTDCのbは、TDCよ
り前(before)を意味する。
できる副室式火花点火機関200のシリンダヘッド部付
近の一部縦断正面略図である。請求項2の発明において
は、ピストン3の表面に副室噴口5に向かって隆起する
突起10が設けてある。この突起10に向かって副室噴
口5から火炎ジェット7が噴射される。副室噴口5から
突起10までの距離はL3であり、L3が0.11≦L3
/LS≦0.31を満たすように(すなわち式(1)を
満たすように)突起10の形状は規定されている。
のシリンダヘッド部付近の一部縦断正面略図である。図
4においては、ピストン30の表面に図3に示すような
突起10は設けられておらず、副室噴口50からピスト
ン30の表面までの距離がL 3より長く、副室噴口50
から火炎ジェット70を噴射しても図3に示す突起10
がない分だけ火炎ジェット70の冷却が遅れ、TDCよ
り前の燃焼期間において主燃焼室40内の温度と圧力の
上昇を効果的に抑制することができない。
て式(1)を満たすように距離L3を規定することによ
り、初期燃焼期間において主燃焼室4内の温度と圧力の
上昇を抑制し、未燃混合気の自己着火を防止しノッキン
グを回避することができる。
/副燃焼室容積=1.1×10-3mm-1としていたが、
噴口断面積(孔径)を小さくすることにより火炎ジェッ
ト7の噴射速度を速めることができる。噴口断面積をよ
り小さくすると、L1/LSの値は式(1)に示す範囲よ
りも広い範囲において規定することができる。火炎ジェ
ット7の噴射速度が速い分だけ火炎ジェット7の冷却も
早い段階で行われ、主燃焼室4内の未燃混合気の温度と
圧力の上昇を抑制し、未燃混合気の自己着火を防止する
ことができる。
焼室4内に発生する乱流(スキッシュ)や火炎ジェット
の衝突による乱れの増加により、火炎ジェット7の伝播
速度が加速され、後期燃焼が活発化するので熱効率が向
上する。
は主燃焼室4内の温度と圧力が上昇し未燃混合気が自己
着火してノッキングを引き起こしてしまうが、請求項1
及び請求項2の発明を実施することにより、TDCより
前の燃焼期間においては火炎ジェット7を冷却し、TD
Cより後の燃焼期間においてはシリンダ壁2近傍の未燃
混合気が自己着火する前に主燃焼室4内に生じる乱流
(スキッシュ)や火炎ジェットの衝突による乱れの増加
により火炎ジェット7を引き込んで火炎ジェット7の伝
播速度を増し、シリンダ壁2へ迅速に到達させることが
できるので、主燃焼室4の全体において正常な燃焼が行
われ、ノッキングの発生を防止することができる。
と、ノッキング限界を引き上げることができるので、ノ
ッキングを起こさずに点火進角させることができ、熱効
率を向上させることができる。
ることができる副室式火花点火機関のシリンダヘッド部
付近の一部縦断正面略図である。
ることができる別の副室式火花点火機関のシリンダヘッ
ド部付近の一部縦断正面略図である。
式火花点火機関のシリンダヘッド部付近の一部縦断正面
略図である。
部付近の一部縦断正面略図である。
での距離の割合に対するTHC、CO、NOXの排出量
と、熱効率、ノッキング限界及びノッキングナンバーを
示すグラフである。
ナンバーを示すグラフである。
キング限界と熱効率を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 副燃焼室から主燃焼室へ副室噴口を介し
て供給される火炎ジェットをシリンダヘッドと対向しか
つ副室噴口から所定範囲の距離のピストン表面に吹きあ
てて火炎ジェットを冷却することにより、初期燃焼を抑
制することにより主燃焼室内の未燃混合気の温度と圧力
の上昇を抑制し未燃混合気の自己着火を防止することを
特徴とする副室式火花点火機関における燃焼方法。 - 【請求項2】 シリンダヘッドと対向するピストン表面
に突起を設け、副燃焼室から主燃焼室へ副室噴口を介し
て供給される火炎ジェットを前記突起に吹きあてて火炎
ジェットを冷却し、初期燃焼を抑制することにより主燃
焼室内の未燃混合気の温度と圧力の上昇を抑制し未燃混
合気の自己着火を防止することを特徴とする副室式火花
点火機関における燃焼方法。
Priority Applications (1)
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JP14652299A JP4174135B2 (ja) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | 副室式火花点火機関における燃焼方法 |
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- 1999-05-26 JP JP14652299A patent/JP4174135B2/ja not_active Expired - Lifetime
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