JP2008064008A - Stratified combustion type internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,シリンダヘッドとピストンとの間に画成される燃焼室内の外周部領域に希薄混合気を,また同燃焼室の,点火プラグの電極が臨む中心部領域に濃厚混合気を,点火プラグによる点火前まで保持するようにした,成層燃焼式内燃機関の改良に関する。 The present invention ignites a lean air-fuel mixture in the outer peripheral region of the combustion chamber defined between the cylinder head and the piston, and a rich air-fuel mixture in the central region of the combustion chamber facing the spark plug electrode. The present invention relates to an improvement of a stratified combustion internal combustion engine which is held until ignition by a plug.
かゝる成層燃焼式内燃機関は,特許文献1に開示されるように,既に知られている。
上記特許文献1に記載される成層燃焼式内燃機関では,燃焼室の外周部領域で生じさせる希薄混合気のスワール方向と,同燃焼室の中心部領域で生じさせる濃厚混合気のスワール方向とを互いに反対方向に設定して,濃厚混合気の遠心力による拡散を抑えるようにしている。しかしながら,こうしたものでは,希薄混合気のスワールと濃厚混合気のスワールとが,それらの境界部で互いに衝突して混合し,その結果,濃厚混合気の外周部が希薄化され,濃厚混合気の領域が縮小されてしまい,着火性が損じられることになる。
In the stratified charge combustion internal combustion engine described in
本発明は,かゝる事情に鑑みてなされたもので,燃焼室の中心部領域に供給された濃厚混合気が,燃焼室の外周部領域に供給された希薄混合気により希薄化されるのを防いで,常に良好な着火性を確保し得る前記成層燃焼式内燃機関を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the rich mixture supplied to the central region of the combustion chamber is diluted by the lean mixture supplied to the outer peripheral region of the combustion chamber. It is an object of the present invention to provide a stratified combustion internal combustion engine capable of preventing the above and always ensuring good ignitability.
上記目的を達成するために,本発明は,シリンダヘッドとピストンとの間に画成される燃焼室内の外周部領域に希薄混合気を,また同燃焼室の,点火プラグの電極が臨む中心部領域に濃厚混合気を,点火プラグによる点火前まで保持するようにした,成層燃焼式内燃機関において,ピストンの,燃焼室に臨む頂面に前記外周部領域及び中心部領域間を仕切るように突出する環状突壁を一体に形成し,前記外周部領域に希薄混合気を,それに一定方向のスワールを付与するように供給する主吸気ポートと,前記中心部領域に濃厚混合気を供給する副吸気ポートと,これら主吸気ポート及び副吸気ポートをそれぞれを開閉する主吸気弁及び副吸気弁と,これら主吸気弁及び副吸気弁を開閉駆動する動弁機構とをシリンダヘッドに設けたことを第1の特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a lean air-fuel mixture in the outer peripheral region of the combustion chamber defined between the cylinder head and the piston, and a central portion of the combustion chamber facing the electrode of the spark plug. In a stratified combustion internal combustion engine in which a rich air-fuel mixture is held in the region until ignition by the spark plug, the piston protrudes so as to partition the outer peripheral region and the central region on the top surface facing the combustion chamber A main intake port for supplying a lean mixture to the outer peripheral region and supplying a swirl in a certain direction to the outer peripheral region, and a secondary intake for supplying the rich mixture to the central region The cylinder head is provided with a port, a main intake valve and a sub intake valve that open and close the main intake port and the sub intake port, respectively, and a valve mechanism that opens and closes the main intake valve and the sub intake valve. 1 And features.
また本発明は,第1の特徴に加えて,副吸気弁の開き時期を主吸気弁の開き時期より遅らせ,主吸気弁の閉じ時期を副吸気弁の閉じ時期より早めるように前記動弁機構を構成したことを第2の特徴とする。 Further, in addition to the first feature, the present invention provides the valve operating mechanism in which the opening timing of the auxiliary intake valve is delayed from the opening timing of the main intake valve, and the closing timing of the main intake valve is advanced from the closing timing of the auxiliary intake valve. The second feature is that the above is configured.
さらに本発明は,第1の特徴に加えて,前記副吸気ポートを,これが中心部領域に供給する希薄混合気に,前記外周部領域で発生した濃厚混合気のスワールと同方向のスワールを付与するように形成したことを第3の特徴とする。 Furthermore, in addition to the first feature, the present invention provides the sub-intake port with a swirl in the same direction as the swirl of the rich mixture generated in the outer peripheral region, to the lean mixture supplied to the central region. The third feature is that it is formed as described above.
さらにまた本発明は,第1の特徴に加えて,前記副吸気ポートを,前記燃焼室に開口する排気ポートに隣接配置したことを第4の特徴とする。 Furthermore, the present invention is characterized in that, in addition to the first feature, the auxiliary intake port is disposed adjacent to an exhaust port that opens to the combustion chamber.
さらにまた本発明は,第1の特徴に加えて,前記シリンダヘッドに形成される,燃焼室の天井面に,点火プラグの電極と副吸気ポートの出口との間を連通する凹溝を設けたことを第5の特徴とする。 In addition to the first feature of the present invention, a concave groove is provided on the ceiling surface of the combustion chamber formed in the cylinder head to communicate between the electrode of the spark plug and the outlet of the auxiliary intake port. This is the fifth feature.
さらにまた本発明は,第1の特徴に加えて,主吸気ポートの出口に,この出口から燃焼室に出る濃厚混合気を前記外周部領域側に誘導する誘導壁を設けたことを第6の特徴とする。 Furthermore, in the sixth aspect of the present invention, in addition to the first feature, a sixth guide wall is provided at the outlet of the main intake port to guide the rich air-fuel mixture coming from the outlet to the combustion chamber toward the outer peripheral region side. Features.
本発明の第1の特徴によれば,燃焼室において,希薄混合気のスワールが発生する外周部領域と,濃厚混合気が供給される中心部領域とが,ピストンの頂面に形成される環状凸壁により区画されることで,濃厚混合気の希薄混合気による希薄化を効果的に回避することができる。したがって,中心部領域の濃厚混合気は,点火プラグの点火時,的確に着火して,その火炎により希薄混合気を確実に燃焼させ,安定した成層燃焼を行うことができ,低燃費性の向上を図ることができる。 According to the first aspect of the present invention, in the combustion chamber, the outer peripheral region where the swirl of the lean mixture is generated and the central region where the rich mixture is supplied are formed on the top surface of the piston. By partitioning with the convex wall, it is possible to effectively avoid the dilution of the rich mixture due to the lean mixture. Therefore, the rich air-fuel mixture in the central region can be ignited accurately when the spark plug is ignited, and the lean air-fuel mixture can be reliably burned by the flame and stable stratified combustion can be achieved, improving fuel efficiency. Can be achieved.
本発明の第2の特徴によれば,外周部領域への希薄混合気の供給より,濃厚混合気の中心部領域への供給を遅らせることになり,その結果,希薄混合気が濃厚混合気に与える影響を極力少なくし,濃厚混合気の希薄混合気による希薄化を一層効果的に回避することができる。 According to the second feature of the present invention, the supply of the rich mixture to the central region is delayed rather than the supply of the lean mixture to the outer peripheral region. As a result, the lean mixture becomes a rich mixture. As a result, the influence of the lean mixture due to the lean mixture can be more effectively avoided.
本発明の第3の特徴によれば,希薄混合気の第1スワールと濃厚混合気の第2スワールとが同一方向を取ることにより,スワール相互の干渉を防ぎ,両混合気の混合を回避することができる。 According to the third aspect of the present invention, the first swirl of the lean mixture and the second swirl of the rich mixture take the same direction, thereby preventing mutual interference between the swirls and avoiding the mixture of the two mixtures. be able to.
本発明の第4の特徴によれば,副吸気ポートを通る濃厚混合気は,排気熱による加熱により,気化が促進され,その着火性を更に高めることができる。 According to the fourth feature of the present invention, the rich air-fuel mixture passing through the auxiliary intake port is accelerated by the heating by the exhaust heat, and the ignitability can be further enhanced.
本発明の第5の特徴によれば,燃焼室天井面の凹溝は,ピストンの環状凸壁内側のキャビティと協働して,厚みのあるコンパクトな濃厚混合気の貯留部を構成することになり,濃厚混合気の外周部領域への拡散防止に寄与し,またこの凹溝は,上記キャビティと異なり不動であるので,濃厚混合気の保持性が良好で,濃厚混合気の着火性を高めることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the concave groove on the combustion chamber ceiling surface cooperates with the cavity inside the annular convex wall of the piston to constitute a thick and compact reservoir of thick mixture. This contributes to the prevention of the diffusion of the rich mixture to the outer peripheral region, and since this concave groove is immobile unlike the above-mentioned cavity, the retention of the rich mixture is good and the ignitability of the rich mixture is enhanced. be able to.
本発明の第6の特徴によれば,希薄混合気は,主吸気ポートの出口を出るとき,誘導壁によって外周部領域側に誘導されるので,希薄混合気の中心部領域への侵入を防ぐことができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the lean air-fuel mixture is guided to the outer peripheral region side by the guide wall when leaving the outlet of the main intake port, thereby preventing the lean air-fuel mixture from entering the central region. be able to.
本発明の実施の形態を,添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below on the basis of preferred embodiments of the present invention shown in the accompanying drawings.
図1は本発明の成層燃焼式内燃機関の,主吸気弁の開き状態で示す平面図,図2は図1の2−2線断面図,図3は副吸気弁の開き状態を示す,図1との対応図,図4は図3の4−4線断面図,図5は図1の5−5線断面図,図6は主及び副吸気弁,並びに排気弁の開閉特性線図である。 1 is a plan view of a stratified charge combustion internal combustion engine according to the present invention when the main intake valve is opened, FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1, and FIG. 3 is an open state of the auxiliary intake valve. 4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG. 3, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line 5-5 of FIG. 1, and FIG. 6 is an open / close characteristic diagram of main and auxiliary intake valves and exhaust valves. is there.
先ず,図1,図2及び図5において,内燃機関の機関本体1は,シリンダボア2aを有するシリンダブロック2と,このシリンダブロック2の上端面にガスケット3を介して接合されるシリンダヘッド4とより構成され,シリンダボア2aを昇降するピストン5とシリンダヘッド4との対向面間に燃焼室6が画成される。
First, in FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 5, an
シリンダヘッド4には,燃焼室6の天井面に埋設されるようにそれぞれ環状の主吸気弁座部材7,副吸気弁座部材8及び排気弁座部材9が取り付けられ,また点火プラグ10がその電極を燃焼室6に臨ませて螺着される。
An annular main intake
その際,主吸気弁座部材7は,燃焼室6の最外周部に配置され,副吸気弁座部材8は,主吸気弁座部材7の一側に隣接し且つ主吸気弁座部材7より燃焼室6の中心寄りに配置され,排気弁座部材9は,主吸気弁座部材7と反対側の副吸気弁座部材8の一側に隣接して配置され,点火プラグ10の電極は,主吸気弁座部材7及び排気弁座部材9間で燃焼室6の中心に極力近接して配置される。
At that time, the main intake
またシリンダヘッド4には,主吸気弁座部材7に連なる主吸気ポート11,副吸気弁座部材8に連なる副吸気ポート12及び排気弁座部材9に連なる排気ポート13が設けられ,副吸気ポート12及び排気ポート13は互いに隣接配置される。而して,主吸気弁座部材7は,主吸気ポート11の燃焼室6に開口する出口に当たり,副吸気弁座部材8は,副吸気ポート12の燃焼室6に開口する出口に当たる。主吸気ポート11には,空燃比が理論空燃比より大なる混合気,即ち希薄混合気を供給する希薄混合気供給装置14が接続され,また副吸気ポート12には,空燃比が理論空燃比より小なる混合気,即ち濃厚混合気を供給する濃厚混合気供給装置15が接続される。
The
燃焼室6の天井面には,副吸気ポート12の出口8と点火プラグ10の電極間を連通する凹溝22(図5参照)が設けられる。
On the ceiling surface of the
またシリンダヘッド4には,主吸気弁座部材7,副吸気弁座部材8及び排気弁座部材9とそれぞれ協働して主吸気ポート11,副吸気ポート12及び排気ポート13を開閉する主吸気弁18,副吸気弁19及び排気弁20と,これら主吸気弁18,副吸気弁19及び排気弁20を個別に開閉作動する動弁機構21とが設けられる。
The
ピストン5の,燃焼室6に臨む頂面には,燃焼室6を環状の外周部領域23と,この外周部領域23に囲繞される中心部領域24とに区画する環状凸壁16が一体に形成されると共に,この環状凸壁16内は,外周部領域23より深いキャビティ17に形成される。而して,主吸気弁座部材7は,その大半が外周部領域23に配置され,また副吸気弁座部材8は,その全体が中心部領域24に配置される。
An
しかも主吸気ポート11は,燃焼室6の半径方向外側から旋回しつゝ主吸気弁座部材7に到達するようにヘリカル状に形成され,この主吸気ポート11から燃焼室6に供給した濃厚混合気に外周部領域23で一定方向の第1スワールS1(図1及び図2参照)を与えるようになっている。また主吸気弁座部材7の,中心部領域24側に食み出した部分には,該弁座部材7から出る濃厚混合気を外周部領域23側に誘導する誘導壁27が一体に形成される。
Moreover, the
一方,副吸気ポート12は,前記第1スワールS1の方向に向かうべく中心部領域24の接線方向を指向するように形成される。これにより,副吸気ポート12から燃焼室6に供給した濃厚混合気に,中心部領域24で第1スワールS1と同方向の第2スワールS2(図3及び図4参照)を与えるようになっている。
On the other hand, the
前記動弁機構21は,図6に示すような特性で主吸気弁18,副吸気弁19及び排気弁20を開閉する。特に,主吸気弁18は,吸気行程の略開始時期に開き始め,吸気行程の略終了時期に閉じるように動弁機構21により制御されるのに対して,副吸気弁19は,吸気行程の後半で開き始め,主吸気弁18が閉じた後,圧縮行程の前半で閉じるように動弁機構21により制御される。このように,主吸気弁18の閉じを早め,副吸気弁19の閉じを遅らせることは,圧縮行程の前半にシリンダボア2a内に残存する負圧により濃厚混合気をシリンダボア2aに引き込むためである。
The
また副吸気弁19の開弁リフト量は,主吸気弁18のそれをより充分に小さく,図示例では,その略1/2に設定され,これによりシリンダボア2aに引き込ませる濃厚混合気の量を希薄混合気の量より充分に少なく調整される。
Further, the opening lift amount of the
次に,この実施例の作用について,図6を参照しながら説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
機関の吸気行程が始まると,図1及び図2に示すように,先ず主吸気弁18が開くので,希薄混合気が主吸気ポート11から燃焼室6に導入される。このとき,希薄混合気は,ヘリカル形状の主吸気ポート11により誘導されて燃焼室6の外周部領域で一定方向の第1スワールS1を発生する。またその希薄混合気は,主吸気ポート11の出口7を出るとき,誘導壁27によって外周部領域23側に誘導されるので,希薄混合気の中心部領域への侵入を防ぎ,外周部領域23での希薄混合気の第1スワールの確実な形成をアシストする。
When the intake stroke of the engine starts, as shown in FIGS. 1 and 2, the
かくして吸気行程中,外周部領域23では,希薄混合気の強力な第1スワールS1が発生し,希薄混合気の中心部領域24への無用な飛散を防ぐことができる。
Thus, during the intake stroke, a strong first swirl S1 of the lean mixture is generated in the outer
副吸気弁19は,吸気行程の後半に開き始め,この副吸気弁19の開きは,吸気行程の終了時期に主吸気弁18が閉じ終わっても継続し,圧縮行程の前半で閉じる。これによって濃厚混合気が,図3及び図4に示すように,副吸気ポート12から燃焼室6の中心部領域24に供給される。副吸気ポート12は,前述のように,第1スワールS1の方向に向かうべく中心部領域24の接線方向を指向するように形成されるので,中心部領域24では濃厚混合気が第1スワールS1と同方向の第2スワールS2を発生させることになる。このように,濃厚混合気の第2スワールS2は,希薄混合気の第1スワールS1よりも遅く発生することで,希薄混合気と濃厚混合気との混合を極力回避することができる。
The
しかも,燃焼室6においては,外周部領域23と,これに囲繞される中心部領域24とが,ピストン5の環状凸壁16により区画されると共に,中心部領域24内は,外周部領域23よりも深いキャビティ17に形成されているので,環状凸壁16により希薄混合気及び濃厚混合気の混合を防ぎ,キャビティ17により濃厚混合気を保持する。また希薄混合気の第1スワールS1と濃厚混合気の第2スワールS2とが同一方向を取ることも,スワール相互の干渉を防ぎ,両混合気の混合を回避する上で有効である。
Moreover, in the
こうして,中心部領域24の濃厚混合気は,外周部領域23の希薄混合気により希薄化されることなく,圧縮行程の終わりを迎えるので,点火プラグ10の点火時には,的確に着火することができ,その結果,発生する火炎により希薄混合気を確実に燃焼させ,安定した成層燃焼を行うことができ,低燃費性の向上を図ることができる。
Thus, the rich air-fuel mixture in the
しかも,燃焼室6の天井面に設けられた,点火プラグ10の電極と副吸気ポート12の出口8との間を連通する凹溝22は,深いキャビティ17と協働して,厚みのあるコンパクトな濃厚混合気の貯留部を構成することになり,濃厚混合気の外周部領域23への拡散防止に貢献する。特に,凹溝22は,キャビティ17と異なり不動であるので,濃厚混合気の保持性が良好で,濃厚混合気の着火性を高めることができる。
In addition, the
また副吸気ポート12は,排気ポート13に隣接配置されるので,副吸気ポート12を通る濃厚混合気は,排気熱による加熱により,気化が促進され,その着火性を更に高めることができる。
Further, since the
尚,本発明は前記実施例に限定されるものではなく,その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various design changes can be made without departing from the scope of the invention.
4・・・・・シリンダヘッド
5・・・・・ピストン
6・・・・・燃焼室
7・・・・・主吸気ポート出口(主吸気弁座部材)
8・・・・・副吸気ポート出口(副吸気弁座部材)
10・・・・点火プラグ
11・・・・主吸気ポート
12・・・・副吸気ポート
13・・・・排気ポート
16・・・・環状凸壁
18・・・・主吸気弁
19・・・・副吸気弁
21・・・・動弁機構
22・・・・凹溝
23・・・・外周部領域
24・・・・中心部領域
S1・・・・希薄混合気によるスワール
S2・・・・濃厚混合気によるスワール
4 ...
8 ... Sub-intake port outlet (sub-intake valve seat member)
10...
Claims (6)
ピストン(5)の,燃焼室(6)に臨む頂面に前記外周部領域(23)及び中心部領域(24)間を仕切るように突出する環状突壁(16)を一体に形成し,前記外周部領域(23)に希薄混合気を,それに一定方向のスワール(S1)を付与するように供給する主吸気ポート(11)と,前記中心部領域(24)に濃厚混合気を供給する副吸気ポート(12)と,これら主吸気ポート(11)及び副吸気ポート(12)をそれぞれを開閉する主吸気弁(18)及び副吸気弁(19)と,これら主吸気弁(18)及び副吸気弁(19)を開閉駆動する動弁機構(21)とをシリンダヘッド(2)に設けたことを特徴とする,成層燃焼式内燃機関。 A lean air-fuel mixture is introduced into the outer peripheral region (23) in the combustion chamber (6) defined between the cylinder head (2) and the piston (5), and an ignition plug (10 In the stratified charge combustion internal combustion engine, the rich air-fuel mixture is held in the central region (24) where the electrode of) faces until ignition by the spark plug (10).
An annular projecting wall (16) protruding so as to partition between the outer peripheral region (23) and the central region (24) is integrally formed on the top surface of the piston (5) facing the combustion chamber (6), A main intake port (11) that supplies a lean mixture to the outer peripheral region (23) and a swirl (S1) in a certain direction to the outer region (23), and a secondary mixture that supplies a rich mixture to the central region (24) An intake port (12), a main intake valve (18) and a sub intake valve (19) for opening and closing the main intake port (11) and the sub intake port (12), and the main intake valve (18) and the sub intake port (12). A stratified combustion internal combustion engine, characterized in that a valve mechanism (21) for opening and closing the intake valve (19) is provided in the cylinder head (2).
副吸気弁(19)の開き時期を主吸気弁(18)の開き時期より遅らせ,主吸気弁(18)の閉じ時期を副吸気弁(19)の閉じ時期より早めるように前記動弁機構(21)を構成したことを特徴とする,成層燃焼式内燃機関。 The stratified charge combustion internal combustion engine according to claim 1,
The valve mechanism (19) is configured to delay the opening timing of the auxiliary intake valve (19) from the opening timing of the main intake valve (18) and advance the closing timing of the main intake valve (18) earlier than the closing timing of the auxiliary intake valve (19). A stratified combustion internal combustion engine characterized by comprising 21).
前記副吸気ポート(12)を,これが中心部領域(24)に供給する希薄混合気に前記外周部領域(23)で発生した濃厚混合気のスワール(S1)と同方向のスワール(S2)を付与するように構成したことを特徴とする,成層燃焼式内燃機関。 The stratified charge combustion internal combustion engine according to claim 1,
A swirl (S2) in the same direction as the swirl (S1) of the rich mixture generated in the outer peripheral region (23) is applied to the lean air-fuel mixture supplied to the central region (24) through the auxiliary intake port (12). A stratified combustion internal combustion engine, characterized in that it is configured to be applied.
前記副吸気ポート(12)を,前記燃焼室(6)に開口する排気ポート(13)に隣接配置したことを特徴とする,成層燃焼式内燃機関。 The stratified charge combustion internal combustion engine according to claim 1,
A stratified combustion internal combustion engine, wherein the auxiliary intake port (12) is disposed adjacent to an exhaust port (13) that opens to the combustion chamber (6).
前記シリンダヘッド(2)に形成される,燃焼室(6)の天井面に,点火プラグ(10)の電極と副吸気ポート(12)の出口(8)との間を連通する凹溝(22)を設けたことを特徴とする,成層燃焼式内燃機関。 The stratified charge combustion internal combustion engine according to claim 1,
A concave groove (22) formed in the cylinder head (2) and communicating with the ceiling surface of the combustion chamber (6) between the electrode of the spark plug (10) and the outlet (8) of the auxiliary intake port (12). A stratified combustion internal combustion engine characterized in that
主吸気ポート(11)の出口(7)に,この出口(7)から燃焼室(6)に出る濃厚混合気を前記外周部領域(23)側に誘導する誘導壁(27)を設けたことを特徴とする,成層燃焼式内燃機関。
The stratified charge combustion internal combustion engine according to claim 1,
The outlet (7) of the main intake port (11) is provided with a guide wall (27) for guiding the rich air-fuel mixture exiting from the outlet (7) to the combustion chamber (6) toward the outer peripheral region (23). A stratified charge combustion internal combustion engine.
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